Cable Modem技术知识


一、Cable Modem的主要参数



下行频率 108—860MHZ
  下行调制方式 64QAM、256QAM
  载波带宽 8MHZ (或6MHZ)
  信号速率 64QAM 41.71 Mbps 256QAM 55.62 Mbps
  上行频率 5—65 MHZ
  上行调制方式 QPSK / 8 QAM/ 16 QAM/32 QAM/ 64 QAM/ 128QAM
  载波带宽 200—6400KHZ
  信号速率 320Kbps—30.72 Mbps
  上行误码率 23dBCNR 1*10E—9
  下行信号接收电平 -17dBmV—+17dBmV
  上行信号发射电平 8dBmV—58dBmV


二、Cable Modem的工作过程




        Cable Modem的技术实现一般是从108MHZ—860MHZ电视频道中分离出一条8MHZ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 —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。 



三、Cable Modem接入在有线电视网络的实现
1.系统结构
Cable Modem的前端设备CMTS采用10Base-T,100Base-T,1000Base-T等接口通过交换型HUB与外界设备相联,通过路由器与Internet连接,或者可以直接联到本地服务器,享受本地业务。CM(Cable Modem)是用户端设备,放在用户的家中,通过10Base-T,100Base-T,1000Base-T接口,与用户计算机相联。
 
2.上行信道带宽的分配
  MCNS(多媒体有线电视网络系统)把每个上行信道看成是一个由小时隙(mini-slot)组成的流,CMTS通过控制各个CM对这些小时隙的访问来进行带宽分配。CTMS进行带宽分配地机制是分配映射(MAP)。MAP是一个由CMTS发出的MAC管理报文,它描述了上行信道的小时隙如何使用,如:一个MAP可以把一些时隙分配给一个特定的CM,另外一些时隙用于竞争传输。每个MAP可以描述不同数量的小时隙数,最小为一个小时隙,最大可以持续几十毫秒,所有的MAP描述了全部小时隙的使用方式。MCNS没有定义具体的带宽分配算法,只定义进行带宽请求和分配的协议机制,具体的带宽分配算法可由生产厂商自己实现。

     1)上行信道访问方式
  CMTS根据带宽分配算法可将一个小时隙定义为预约小时隙或竞争小时隙,因此,CM在通过小时隙向CMTS传输数据时也有预约和竞争两种方式。CM可以通过竞争小时隙进行带宽请求,随后在CMTS为其分配的小时隙中传输数据。当CM使用竞争小时隙传输带宽请求或数       据时有可能产生碰撞,若产生碰撞。CM采用截断的二进制指数后退算法进行碰撞解析。
  2)对服务类型的支持
      MCNS除了给每个CM分配了一个48比特的物理地址之外,还给每个CM分配了至少一个服务标识(Service ID),服务标识在CMTS与CM之间建立一个映射,CMTS将基于该映射,给CM分配带宽。CMTS通过给CM分配多个标识,来支持不同的服务类型,每个服务标识对应        一个服务类型。MCNS采用服务类型的方式来实现QoS管理。


3. CM与CMTS的交互
  CM在加电之后,必须进行初始化,才能进入网络,接收CMTS发送的数据及向CMTS传输数据。CM的初始化是经过与CMTS的一系列交互过程来实现的。
       检测RSM:当CM接通电源后,CM首先要确认可移去的安全模块(Removable Security Module, RSM)是否存在于RSM时隙中。
  与CMTS建立同步:在初始化或信号丢失时,CM必须与一个下行信道建立同步。CM有一个存储器,其中存放上次的操作参数,CM将首先尝试重新获得存储的那个下行通道,如果尝试失败,CM将连续地对下行信道进行扫描,直到发现一个有效的下行信号。CM与下行信号同步的标准为:与QAM码元定时同步、与FEC帧同步,与MPEG分组同步并能识别下行MAC的SYNC报文。
  获得上行信道的传输参数:建立同步之后,CM必须等待一个从CMTS发送出来的上行信道扫描符(UCD),以获得上行信道的传输参数。CMTS周期性地传输UCD给所有的CM,CM必须从其中的信道描述参数中确定它是否可能使用该上行信道。若该信道不适合,那么CM必须等待,直到有一个信道描述符指定的信道适合于它。如在一定的时间内没有找到这样的上行信道,那么CM必须连续扫描,找到另一个下行信道,再重复该过程。在找到一个上行信道后,CM必须从UCD中取出参数,然后等待下一个SYNC报文,并从该报文中取出上行小时隙的时间标记(time stamp),随后它可以按照MAC操作和带宽分配机制在上行信道中传输信息。
      校准:CM在获得上行信道的传输参数后,就可以与CMTS进行通信。CMTS会在MAP中给该CM分配一个初始维护的传输机会,用于调整CM传输信号的电平、频率等参数。另外,CMTS还会周期性地给各个CM发周期维护报文,用于对CM进行周期性的校准。
    建立IP连接:校准完成后,CM必须使用动态主机配置协议(DHCP),从DHCP服务器上获得分配给它的IP地址,另外DHCP服务器的响应中还必须包括一个包含配置参数文件的文件名,放置这些文件的TFTP服务器的IP地址、时间服务器IP地址等信息。
  建立时间:CM与CMTS需要有当前的日期和时间。CM采用IETF定义的RFC868协议从时间服务器中获得当前的日期和时间。RFC868定义了获得时间的两中方式,一种是面向连接的,一种是面向无连接的。MCNS采用无连接的方式从TOD服务器获得CM所需的时间概念。
  建立安全机制:如果有RSM模块存在,并且没有安全协定建立,那么CM必须与安全服务器建立安全协议。安全服务器的IP地址可以从DHCP服务器的响应中获得。

 传输操作参数:接下来CM必须使用TFTP协议从TFTP服务器上下载配置参数文件,获得所需的各种参数。
  初始化基本保密机制:在获得配置参数后,若RSM模块没有被检测到,CM将初始化基本保密机智。
  向CMTS注册:在完成初始化后,CM将使用下载的配置参数向CMTS申请注册,当CM接收到CMTS发出的注册响应后,CM就进入了正常的工作状态。
  有线电视HFC网络是一个宽带网络,具有实现用户宽带接入的基础。1998年3月,ITU组织接受了MCNS的DOCSIS标准,确定了在HFC网络内进行高速数据通信的规范,为电缆调制解调器(Cable Modem)系统的发展提供了保证。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。通过Cable Modem系统,用户可以在有线电视网络内实现国际互联网访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。采用Cable Modem在有线电视网上建立数据平台,已成为有线电视事业发展的必然趋势。 





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