cable modem 技术在有线电视网上的应用

cable modem 技术在有线电视网上的应用

　　一、 总述

　　广播电视传输网已成为我国信息产业的重要基础设施之一，在国民经济生活中占有举足轻重地位。有线电视网(HFC)作为广播电视网重要组成部分，因其具有传输频带宽这一独特的优点而日益受到重视。在有线电视网上不仅能传输较多的广播电视节目还可在网上开发其他业务，因而近年来国内外纷纷利用有线电视网(HFC)这一独有的网络资源在发展传统业务的基础上开展第二个技术平台——交互式综合业务。从而促进我国广播电视事业乃至信息产业不断地更快更好地向前发展。而Cable Modem 技术就是在这样的发展契机下成长起来的新型产品。

　　二、 基本概念

　　2.1、HFC与双向HFC

　　HFC (Hybrid Fiber／Coaxial Cable)即混合光纤同轴电缆网，HFC作为一种城域网或局域网（接入网）的结构模式，是美国AT&T公司在1993年提出的。就是用光缆将信号从有线电视台的前端传送到服务小区用光接收机将光信号转换成电信号后再用同轴电缆将其传送到用户家中。HFC是一种发展前景广阔的通信技术。HFC支持现有的、新兴的全部传输技术，其中包括ATM、帧中继、SONET和SMDS。总之，在目前和可预见的未来，HFC都是一种理想的、全方位的、信号分派类型的服务媒质。

　　双向HFC是相对于以前的以广播形式进行单向传送信息的广播网而言的，是在有线电视分配系统的单根馈线上同时传送两个方向的信号，一个是从前端到用户端，即下行信号；一个是从系统某位置传到前端的，即上行信号。

　　双向传输是信息高速公路的基础，光缆传输电缆分配在一定时期内是区域性服务的综合网络，它不仅能完成话音和低速数据业务，而且能传送图象和高速数据业务，从而使人们真正步入信息化时代。



多业务双向HFC结构图


　　为了充分利用好频率资源，依据IEEE标准，在HFC这一丰富的宽带上频带使用如下表：



频带分配如图

　　其中：5MHz～65MHz用于上行传送模拟、数据及控制信号。87MHz～108MHz用于FM广播。108MHz～550MHz用于下行传送模拟、数据及控制信号。550MHz～860MHz用于数字信号下行（如：VOD、HDTV等）

　　2.2、Modem 与Cable Modem

　　Modem与Cable Modem统称调制解调器。用电话线拨号上网所用的设备称为电话Modem，ISDN拨号上网的设备称为ISDN Modem。Modem是一种能够使计算机通过电话线同其他计算机进行通信的设备，它所做的工作是把存储在计算机中的信息从二进制格式转换为能够以电话线传输的格式。它把一个个字符转换为声音信号并传到电话线上，而电话线另一端的Modem 则把声音信号还原为位（Bit）。前一个过程称为调制，后一个过程称为解调。

　　Cable Modem叫做“电缆调制解调器”是在有线电视网络上用来上进行数字、模拟转换的设备，它是串接在用户家的有线电视电缆插座和你的上网设备之间，它把用户要上传的上行数据以5-65M的频率以QPSK或16QAM的调制方式调制之后向上传送，带宽2-3M左右，速率从300到10Mbps。它把从头端发来的下行数据，解调的方式是64QAM或256QAM，带宽6-8M，速率可达40Mbps。本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加（解）密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身，Cable Modem是通过有线电视电缆线连接到用户端的。它一般有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联

　　三、 Cable Modem 系统简介

　　

Cable Modem 系统结构图

　　3.1、cable modem的工作原理

　　Cable Modem从下行的模拟信号中划出6MHz频带，将信号转化为符合以太网协议的格式,从而与电脑实现通讯。用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序。同轴电缆中的6MHz频带被用来提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用，互不影响。 有线电视网络实际是这样运行的，射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行。上行和下行信号共享6MHz频带，但是调制在不同的载波频率上以避免相互干扰。一般速率下行为10Mbs，上行速率为786Kbs。1、物理层 最主要的下行协议是64QAM（Quadrature Amplitude Modulation正交振幅调制），调制速率可达36Mbps。上行调制采用 QPSK（Quaternary Phase Shift Keying四相移相键控调制），抗干扰性能好，速率可达10Mbps。另一个上行协议是S-CDMA(Synchronous Code Division Multiple Access 同步码分复用)。例如，摩托罗拉，把上行信号更进一步细分为10-600kHz 频带，把上行信号动态转入干净、无噪声的频带。2、媒体通路控制层（MAC －Media Access Control Layer）和逻辑链接控制层(LLC －Logical Link Control Layer) 这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准，有些Cable Modem厂家采用不同的协议。较常见的有：用于以太网的公共 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection载波复用通路/冲突检测）和先进的 ATM（Asynchronous Transfer Mode异步传输模式）协议。这些协议都可以有效地使用上行通道，可以根据需要分配带宽，保证通讯质量。 有线电视前端 在上行方向，Cable Modem从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给Internet 服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。 为实现上述功能，需要将目前的单向有线电视网转变成双向光纤－同轴电缆混合网，以便实现宽带应用。除了前端设备和现存的下行信号放大器外，还需要在干线上插入上行信号放大器。

　　3.2、cable modem技术 (DOCSIS 1.0/1.1) 标准





　　3.3、cable modem技术优势

　　通过Cable Modem上网，可以充分享受到有线电缆宽带接入的优点。Cable Modem是属于用户家庭的设备。与其通讯的是有线电视台提供的Cable Modem头端设备。有线电视网络是一种树状的网络。所以Cable Modem通过有线网络进行通讯是通过共享有线网络这个通讯链路的。从Cable Modem头端（CMTS）发信息给Cable Modem称之为下行通讯，而从Cable Modem发信息给Cable Modem头端称为上行通讯。Cable Modem通讯系统属于非对称通讯系统。根据不同的调制方式，其下行通讯带宽可为38Mbps，上行通讯带宽可为10Mbps。相对于通过电话Modem或ISDN Modem上网，它的优胜是明显的。

　　Cable Modem在接入带宽方面有明显的优势好于电话Modem和ISDN Modem。更重要的是通过电话或ISDN上网，用户除了要支付信息费外，还得包括电话费。而通过Cable Modem上网就不需要支付电话费了。当然，用户上网的同时也能收看电视节目。而且通过Cable Modem上网是24小时连线的。不需要什么拨号过程。

　　四、 Cabe Modem 提供的服务

　　4.1(1)实现家庭上网 根据长时间的市场调研、需求分析，以及组织专门的技术攻关小组进行全方位、全天候的技术研究可知，广电系统有线电视网已经覆盖广大百姓家庭，根据市场的实际情况，研发出两种具有针对性的高速Internet接入解决方案。分别考虑到用户系统可靠、安全，保证系统设备稳定和抗恶意攻击；并可根据各企业的业务需要开展平滑升级扩容，不浪费已投资设备；系统技术始处于先进；对于个人用户充分考虑到实用性，可投资性，并且能得到相同的服务。以下我们将分别对两种解决方案进行详尽说明。2、国际互联网（Internet）的接入服务利用广电有线电视宽带网频带宽、速度快的特点，单用户通过CABLE MODEM可以快速访问Internet及享受一切相关的互联网服务(包括WWW、电子邮件、新闻组、BBS、互联网导航、信息搜索、远程文件传送等)。

　　（2）家庭证券交易系统 家庭证券交易系统是有线电视台与各大券商合作开发的工程。通过广电宽带网，可在家里交互式地进行证券大户室形式的网上炒股，不但可以实时查阅深、沪股市行情，获取全面及时的金融信息，还可以通过我们提供了30多种分析工具进行即时分析，并可进行网上实时下单交易，参考专家股评。 （3）VOD影视点播（STB+TV） 广电宽带网采用世界上最先进的VOD系统，让你坐在家里利用该系统提供的节目单，随心所欲地点播自己爱看的节目，包括当今最火爆的电影精品、最流行的电视剧集，还有视频新闻、体育节目、戏曲歌舞、MTV、卡拉OK等。（4）AOD音乐点播 通过广电宽带网，你可以在我们这里享受音乐点播、卡拉OK点播服务。通过我们的相关栏目，你可以在这里试听、购买您喜爱的CD，并参加音乐流行榜投票，还可以与音乐名人交流，甚至可以写一段自创音乐作品与网友分享。 （5）家居银行和医疗 "家居银行和医疗网络服务"也是广电宽带网待发展的工程。你可以在家里查询并处理自己的银行业务，享受安全高效的银行服务，包括余额查询、转账支付、外汇交易和结算、获取最新的金融信息。还可以进行医院预约挂号、远程医疗服务和医疗信息检索等。（6）互动游戏 "互动游戏网"可以让您享受到Internet网上游戏和局域网游戏相结合的全新游戏体验。通过广电宽带网，即使是相隔数十公里的同城网友，也可以不计流量地相约玩三维联网游戏。这对于还在玩单调的窄带联网游戏的你，是否感到血脉沸腾了？（7）远程教育 本网的"远程教育系统"从根本上克服了基于电视技术的单向广播式、基于WEB网页的文本查询式和基于昂贵得无法进入家庭的会议电视等三种方式的缺陷，运用宽带网最新产品和技术，将图、文、声等多媒体信息，以交互的方式进入普通家庭、学校和企事业单位，学生可通过广电宽带网在家收看教学节目并可与老师实时交互；可上Internet查资料，以Email电子邮件方式布置作业、交作业，解答提问等；缺课可检索课程数据库以VOD方式播放老师讲课录象等。（8）电子商务 广电宽带网的出现，为每一个家庭使用电子商务变成了可能。用户可以通过宽带网络浏览电子商店，确定商品之后向商店提交定购单，"认证中心"在确定顾客的合法身份之后，即可通过"家居银行"系统进行电子支付和结算，售货公司接着就送货上门。 （9）业联网系统 通过已建成覆盖全市的速率达622Mbps的IP+HFC

　　城域宽带网，和以市为中心的连接所属市县的SDH + IP宽带网全市数据骨干网。因此，使用广电宽带网建质高价廉的企业网，是实现企业内部管理系统网络化的最佳方案。我们的此项业务包括：电子政府工程、工商企业互联、高等院校互联、医院网上服务、广告行业联盟、连锁店企业内部网等。现在已经有许多单位、院校通过自己组建局域网再并入广电宽带网或者租用广电宽带网形成自己的快速虚拟网。（10）、网管系统 广电宽带网的网络管理采用高效集成综合网管系统，该系统可对IP、CABLE MODEM的网络和业务进行管理，不仅能对Internet进行计费，而且能进行综合计费，实现少用少付，内部网免费，彻底改变过去的不同网络单一计费的体系结构。系统管理平台具有强大功能，可解决复杂网管环境中的问题，所提供的功能可以集成，可实时监控远程的运行。基于WEB的界面形式使用户操作和管理极为简便。

　　4.2、集团用户（internat） 伴随全球经济日益网络化，对于SOHO和一些集团用户，越来越依赖于信息的快速获取与处理能力。如今，高速、可靠的互联网接入已经成为企业能否迅速应对市场变化的重要标志之一。广电高速Internet接入解决方案为企业提供了基于广电宽带综合业务网的，具有极高可靠性、安全性和可管理性，并现实可行的优良企业接入方案。我们的核心节点均选用了最先进的GSR12008千兆交换路由器，配置有SRP模块，构造速率为2×622Mbps的DPT双向环结构，且备有622MPOS形成骨干接点的三层保护。4个市内边缘节点和1个郊县节点也以速率为2×622Mbps的DPT双向环与骨干网相连，进一步加强了全网的安全性和健壮性。作为城域接入网，郑州广电将根据不同企业的不同需要提供高速数据互连。同时可以提供各企业之间的内部语音电话服务及电视会议服务(无需另外的通信费用)，同时通过郑州广电公司的INTERNET出口实现与INTERNET的连接。从而实现集数据、语音和视频于一体的远程通信解决方案。我们可根据企业业务的不同需要分别提供10M~1000M的以太接入。

　　4.3、MPLS VPN MPLS（Multi-Protocol Label Switching）即多协议标记交换。是由Cisco标记交换演变而来的IETF的标准协议。MPLS属于第三代网络架构，是新一代的IP高速骨干网络交换标准，由IETF（Internet Engineering Task Force，因特网工程任务组）所提出，由Cisco、ASCEND、3Com等网络设备大厂所主导。



　　MPLS VPN具有以下优点：（1）安全性高。（2）强大的扩展性。（3）业务的融合。（4）灵活的控制策略。（5）强大的管理功能。（6）服务级别协议：（7）为用户节省费用。

　　4.4、VOIP

　　在网络中，除了进行数据通讯外，语音电话服务也成为一个趋势，在此基础上就有了计算机IP电话的出现和发展。目前，IP电话的所占的比重在语音电话业务中越来越大，发展IP电话已成为势不可挡的潮流，特别在广电宽带综合信息网中IP电话是必不可少的组成部分。所以，在广电网中的用户端使用Cable Modem接HUB，再通过HUB分别接IP专用电话和PC，也可以使用Cable Modem 接有RJ45出口的IP电话机，再通过话机接PC，也能直接用PC装电话软件PCXSET来用PC打电话。广电宽带综合信息网及计算机网络IP电话解决方案



　　五、展望未来：

　　网络的高速宽带和网络实用功能的多样化是网络发展的必然方向，广电网络有着先天带宽资源优势，紧紧抓住这一发展契机，永远站在先进技术的最前沿。为您、为他、为大家提供最先进、最完美的技术解决方案，以一流的服务质量和服务意识为当今的信息社会提供可靠的网络传输和综合信息平台。

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