Cable Modem 技术及其主流产品

我国的有线电视经过了20多年的发展，全国有线电视网络线路总长度现在超过了300万公里，光纤干线达到26万公里，近2000个县开通有线电视，其中600多个县已实现了光纤到乡、到村，HFC网正在成为发展的主流。目前，有线电视用户总数已超过9000万，已位居世界第一。在这种条件下，依托有线电视网络丰富的带宽资源，通过HFC双向改造，利用Cable Modem（电缆调制解调器）实现真正的宽带接入，向普通百姓提供视频、话音、数据“三合一”的多媒体信息服务已成为现实。
　　Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而Cable Modem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天侯服务。

　　一 Cable Modem的标准体系
　　目前Cable Modem产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。
　　1 北美标准体系
　　北美标准体系包括MCNS（多媒体有线电视网络系统）和Cable Labs（有线电视实验室）两大组织。1995年12月，MCNS组织先后发表了MCNS的8个文件，统称为“Data Over Cable射频接口规范”，即后来的DOCSIS标准。1998年有线电视实验室提供了DOCSIS的正式程序以保证各个不同厂商的产品有兼容性。在1998年3月，国际电信联盟接受DOCSIS标准，作为Cable Modem的标准，称为ITU—J.112—《交互式有线电视业务传输系统》。1999年4月有线电视实验室发表了第二代标准，即DOCSIS1.1，其功能比以前有很多改进，2000年又发表了Euro DOC- SIS1.1欧洲规范，其系统在频道划分、频道带宽、信道参数的规定上完全兼容欧洲标准。DOCSIS提供了宽带、高质量的语音、商业级的数据服务以及通过网络共享Cable Modem提供的多媒体服务。2003年1月国际电信联盟通过了新一代的Cable Modem数据标准。这个标准被称为DOCSIS 2.0（Data over Cable Service Interface Specific- ation）。DOCSIS 2.0标准主要加强了用户的上行数据速率，将会让用户的上网速度比现在的普通拨号上网快600倍。DOCSIS 2.0标准之所以能够提高速度，主要采取了两种技术，一个是时分复用(TDMA)技术，一个是码分复用(CDMA)技术。DOCSIS 2.0兼容老的DOCSIS1.1标准。
　　2 欧洲标准体系
　　欧洲标准体系包括DVB（数字视频广播）、DAVIC（数字音视频理事会）以及ECCA（欧洲有线电视运营商联盟）三个组织。DVB和DAVIC组织长期致力于数字视频标准的制订。DVB/DAVIC是DOCSIS标准在欧洲的强有力的挑战者。Euro Cable Labs(欧洲有线电视实验室)在欧洲有线电视联盟的指导下，一直支持以DVB/DAVIC为基础的“欧洲调制解调器”1999年5月欧洲有线电视实验室发布了基于DVB/DAVIC的Euro Modem规范，DVB Cable Modem是欧洲经营者的首选。
　　上述两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规定，都存在较大差异，因而互不兼容（Euro DOCSIS1.1兼容欧洲标准）。北美标准是基于IP的数据传输系统，侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标准是基于ATM的数据传输系统，侧重于DVB交互信道的规范，具有实时视频传输优势。从目前情况看，兼容欧洲标准的Euro DOCSIS1.1标准前景看好，我国信息产业部—CM技术要求（征求意见稿）类似于这一标准。

　　二 Cable Modem的主要参数
　　下行频率        54—860MHz
　　下行调制方式    64QAM、256QAM
　　载波带宽        6MHz
　　信号速率        64QAM   30.336 Mbps
    　　            256QAM   42.884 Mbps
　　上行频率        5—65 MHz
　　上行调制方式    QPSK、16QAM
　　载波带宽        200—3200kHz
　　信号速率        320kbps—10.24 Mbps
　　上行误码率      23dBCNR  1*10E—9
　　下行信号接收电平  -15dBmV—+15dBmV
　　上行信号发射电平  8dBmV—58dBmV

　　三 Cable Modem的工作过程
　　以DOCSIS标准为例，Cable Modem的技术实现一般是从87 MHz—860MHz电视频道中分离出一条6MHz的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式或256QAM调制方式。上行数据一般通过5 MHz—65 MHz之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制（QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低）。CMTS（Cable Modem的前端设备）与 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG—TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5 MHz—65 MHz射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。

　　四 Cable Modem的分类
　　随着Cable Modem技术的发展，出现了不少Cable Modem类型，大致可以分为以下几种：
　　(1) 从数据传输方向上有单向和双向Cable Modem之分。
　　(2) 从传输方式上可分为双向对称式传输和非对称式传输。对称式传输速率为2Mbps～4Mbps，最高能达到10Mbps。非对称式传输下行速率理论值为41.7Mbps(Euro DOCSIS V1.1标准 /64QAM)，上行速率为256kbps～10.24Mbps(Euro DOCSIS V1.1标准)。
　　(3) 从网络通信角度上有同步（共享）和异步（交换）两种方式。同步方式是以IP交换的数据通信为基础的以太网技术，网络用户共享同样的带宽，当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，但采用有关技术可以避免或减少网络拥塞现象。异步方式是基于ATM分组交换技术，其电路实现较前一种复杂，系统造价较前一种高。
　　(4) 从接入角度来看，可分为个人Cable Modem和多用户宽带Cable Modem，宽带Cable Modem是多用户共享方式，可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。但宽带共享式存在安全性不好等缺点。
　　(5) 从硬件接口角度分，可以分为外置式和内置式。外置式Cable Modem置于PC机外，通过网卡与电脑连接，它提供一个标准的10Base—T/100Base—T以太网接口同用户的PC机或以太网集线器相联，其优点是可以支持局域网上的多台计算机同时上网，内置式Cable Modem是一块PCI卡，其价格比外置式CM便宜，缺点是只能用在台式电脑上，不能在手提电脑上使用。
　　(6) 从功能上分，可分为数字电视机机顶盒、网络机顶盒和多媒体交互式机顶盒。交互式机顶盒是真正Cable Modem的化身，它综合了前两种机顶盒的所有功能，可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用。

　　五 Cable Modem的应用前景
　　由于在HFC的数据通信系统Cable Modem中采用了IP协议，所以很容易开展基于IP的业务，如IP VOD业务、IP Phone、IPTV等。具体如下：
　　1 IP phone
　　Cable Modem的传输协议采用IP，增加一定的软件和硬件可以实现电话业务。
　　2 DTV（Digital TV 数字电视）
　　在Cable Modem系统中，物理层的数字调制与解调技术符合DVB标准，只需在有线电视前端和用户端增加视频编解码设备。这样可以使得Cable Modem具有多功能的特点，可以避免进行数字电视广播的重复投资，同样也减少了用户端设备的成本。
　　3 ITV（Interactive CATV，交互式有线电视）
　　Cable Modem系统设备使原来单向分配的HFC网络变成双向可进行数据传输的交互式系统，因而可以结合原有的电视业务开展ITV、提供VOD等业务。
　　4 高速Web页面浏览
　　由于Cable Modem下行数据信道传输速率可达41Mbps，上行回传可达10Mbps的速率，所以完全可以利用Cable Modem高速冲浪、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、开展电子商务等业务。
　　5 IPTV
　　IPTV即网络电视，是一种利用宽带网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。IPTV用户可利用Cable Modem接收、存储和播放及转发IP视音频流媒体节目。

　　六 Cable Modem主流产品介绍
　　国内、国外诸多厂商，如Motorola、LG、贝尔、实达、D-Link、大显网络公司都已陆续推出自己的Cable Modem产品。
　　1 摩托罗拉公司的SB4200电缆调制解调器
　　摩托罗拉公司的SB4200电缆调制解调器是Motorola旗舰产品SB4100/SB4101的扩展。SB4200新的设计特点增强了品牌效应，并具有基于用户大量建议的、新的用户友好的技术特性，通过固件下载使其升级以支持DOCSIS 1.1。就像SB4100一样, SB4200采用最新的、可以把所有功能集成到单个芯片上的硅片技术来改善性能。SB4200调制解调器的先进特性包括10/100以太网连通性以及通用串行总线(USB)接口，以便于即插即用安装。它也包括一个用于增强安全性的待机开关，以及一个高速处理器用以处理当前和未来的高级DOCSIS功能。
　　2 实达网络的INTERSTAR CM2000EA Cable Modem
　　实达网络的INTERSTAR CM2000EA Cable Modem是实达网络自主研发制造的产品，可以使用户获得高达40Mb/s的下行速率和10Mb/s的上行速率，而其提供的RJ-45口和CATV标准F接头，可以分别实现与PC和电视的连接，满足用户通过不同终端实现连网的需求，让用户充分体验宽带上网的快感。
　　3 D-LINK DCM-201电缆调制解调器。
　　DCM-201 Cable Modem完全符合MCNS DOCSIS 1.1标准，能够自动搜索数据收、发信道并建立可靠的连接，可以同时为15个用户提供数据传输服务。DCM-201 Cable Modem提供数倍于其它连接方式的Internet接入速率：在使用64QAM调制技术时，其下行数据突发传输速率可以达到30.342Mbps；使用256QAM调制技术时，其下行数据突发传输速率可以达到42.88Mbps。其上行数据一般采用QPSK或16QAM调制技术，数据传输速率一般为500Kbps~10.2Mbps。
　　DCM-201 Cable Modem支持简单网络管理（MCNS SNMP）和静态（Static）、动态地址分配（DHCP）技术，从而为用户提供了灵活的系统管理和IP地址分配策略；在数据安全方面，DCM-201支持RSA和MCNS 40/56 bit DES数据加密/解密技术，并使用前向纠错技术（FEC）以保证数据的可靠传输。此外，为了方便与用户PC的连接，DCM-201提供了USB和10/100Base-T RJ-45两种硬件接口（只能任选其中一种接口方式）。
　　除了为单个PC用户提供Internet访问或远程接入功能外， DCM-201 Cable Modem还可以通过路由器等网络设备为局域网用户提供基于高速Cable线路的Internet接入服务，也可以实现两个远程网络之间的互连，从而实现企业用户及其分支机构之间开展电视会议等综合数据应用。
　　4 3COM外置式电缆调制解调器。
　　3Com是网络界实力厂家，以生产网络设备而闻名于世，它推出了新型外置电缆调制解调器HomeConnect，它长22.86厘米、宽6.99厘米、高18.42厘米、重约0.45公斤，这种电缆返回式调制解调器具有高达10Mb/s的下行速率和高达3Mb/s的上行速率。它的主要优点是可使软件升级至DOCSIS 1.1，确保网络互操作性和随网络成长的信心，并且可以从3Com公司的Web网站下载未来特性和标准升级；具备本地和远程诊断能力，基于Web的接口确保用户得到简单、方便的管理；支持分层的服务级别；用户友好性，便于安装，便于使用。
　　该调制解调器支持基于56位安全密钥的安全体系。此外，本款外置电缆调制解调器还提供一个基于HTTP的接口，以便通过Web进行有效的诊断和管理。多功能的LED和用户可编程发生指示器让用户不仅能够看见而且能够听见各种性能指示，简化系统排错。每个外置电缆调制解调器都可以支持连接多达15台PC计算机。此外这款3Com公司的HomeConnect外置电缆调制解调器配有一张Cable ConnectionsTM CD，其内含安装软件和基于电缆的应用，提供较好的灵活性、价值和性能。它支持多种标准的网络协议，其中包括IP，IPX，AppleTalk和NETBEUI；支持任何能与底层所支持的TCP或UDP层通信的应用。
　　5 3COM U.S.Robotics电缆调制解调器CMX和CMI。
　　U.S.Robotics电缆调制解调器CMX和CMI为电缆回复外置和内置式调制解调器。CMX外置式调制解调器与网卡捆绑在一起销售，它可以提供多种连接方式。而CMI内置式调制解调器占用内部槽道、只需简单插入PCI槽即可，两种电缆回复调制解调器的下行吞吐量都高达38Mbps，而上行速率也高达10Mbps，为网络和用户提供了一对强有力的传输线路。
　　它们可提供针对不同价格水平的多层次服务；为用户提供简单而友好的安装和使用；提供本地和远端诊断功能以简化管理；通过升级软件即可提高特性和标准；具DOCSIS的一致性。其中CMX有两种返回路径模式，仅利用软件即可将电话回复升级到电缆回复；具多用途的LED可让操作者定义不同的用户特性；它提供的工具包可为用户带来巨大的价值和便利；支持多达16台PC计算机。而CMI通过PCI插槽实现简易安装，具有基于DOCSIS规范的非主机式体系结构，节约空间的设计。
　　6 大显网络DCM系列电缆调制解调器
　　DCM系列电缆调制解调器包括DCM311、DCM411、EDCM411、DCM520、EDCM520。大显电缆调制解调器完全符合MCNS/EUDOCSIS接口规范，支持多项网络协议和多功能的网络通信接口，面板指示灯可详细显示系统工作状态，可协助系统进行功能诊断。其中，DCM411完全符合MCNS DOCSIS1.1标准，最多可以支持32个用户终端（1个USB和31个以太口），下行调制方式64QAM，256QAM，下行最高数据速率30.34Mbps/64QAM，42.88 Mbps/256QAM。上行调制方式16QAM或QPSK，最高上行速率10.24Mbps。DCM520符合DOCSIS2.0标准，自动识别DOCSIS和Euro DOCSIS，已达到欧美标准兼容，最多可以支持32个用户终端（1个USB和31个以太口），下行调制方式64QAM或256QAM，最高下行数据速率30.34Mbps/ 64QAM，42.88 Mbps/256QAM。上行调制方式QPSK 8QPSK 16QAM 32QAM 64QAM 128QAM，最高上行速率35.84Mbps。


文章作者：湖南省邵阳市电视台技术部主任、硕士、高级工程师　邓永红
文章来源：《广电设备与技术》2006年第1期

哥们，这个文章有点过时了。现在MOTOROLA的modem已经是SB5101E了

有个观点值得商量，Euro Docsis是在美国标准基础上，对使用8MHz带宽国家的修正，核心还是Docsis，与DVB和DVAIC没有关系。