Cable Modem技術知識


一、Cable Modem的主要參數



下行頻率 108—860MHZ
  下行調制方式 64QAM、256QAM
  載波帶寬 8MHZ (或6MHZ)
  信號速率 64QAM 41.71 Mbps 256QAM 55.62 Mbps
  上行頻率 5—65 MHZ
  上行調制方式 QPSK / 8 QAM/ 16 QAM/32 QAM/ 64 QAM/ 128QAM
  載波帶寬 200—6400KHZ
  信號速率 320Kbps—30.72 Mbps
  上行誤碼率 23dBCNR 1*10E—9
  下行信號接收電平 -17dBmV—+17dBmV
  上行信號發射電平 8dBmV—58dBmV


二、Cable Modem的工作過程




        Cable Modem的技術實現一般是從108MHZ—860MHZ電視頻道中分離出一條8MHZ的信道用于下行傳送數據。通常下行數據采用64QAM(正交調幅)調制方式或256QAM調制方式。上行數據一般通過5 MHZ—65 MHZ之間的一段頻譜進行傳送,為了有效抑制上行噪音積累,一般選用QPSK調制(QPSK比64QAM更適合噪音環境,但速率較低)。
        CMTS(Cable Modem的前端設備)與 CM(Cable Modem)的通信過程為:CMTS從外界網絡接收的數據幀封裝在MPEG—TS幀中,通過下行數據調制(頻帶調制)后與有線電視模擬信號混合輸出RF信號到HFC網絡,CMTS同時接收上行接收機輸出的信號,并將數據信號轉換成以太網幀給數據轉換模塊。用戶端的Cable Modem的基本功能就是將用戶計算機輸出的上行數字信號調制成5 —65 MHZ射頻信號進入HFC網的上行通道,同時,CM還將下行的RF信號解調為數字信號送給用戶計算機。 



三、Cable Modem接入在有線電視網絡的實現
1.系統結構
Cable Modem的前端設備CMTS采用10Base-T,100Base-T,1000Base-T等接口通過交換型HUB與外界設備相聯,通過路由器與Internet連接,或者可以直接聯到本地服務器,享受本地業務。CM(Cable Modem)是用戶端設備,放在用戶的家中,通過10Base-T,100Base-T,1000Base-T接口,與用戶計算機相聯。
 
2.上行信道帶寬的分配
  MCNS(多媒體有線電視網絡系統)把每個上行信道看成是一個由小時隙(mini-slot)組成的流,CMTS通過控制各個CM對這些小時隙的訪問來進行帶寬分配。CTMS進行帶寬分配地機制是分配映射(MAP)。MAP是一個由CMTS發出的MAC管理報文,它描述了上行信道的小時隙如何使用,如:一個MAP可以把一些時隙分配給一個特定的CM,另外一些時隙用于競爭傳輸。每個MAP可以描述不同數量的小時隙數,最小為一個小時隙,最大可以持續幾十毫秒,所有的MAP描述了全部小時隙的使用方式。MCNS沒有定義具體的帶寬分配算法,只定義進行帶寬請求和分配的協議機制,具體的帶寬分配算法可由生產廠商自己實現。

     1)上行信道訪問方式
  CMTS根據帶寬分配算法可將一個小時隙定義為預約小時隙或競爭小時隙,因此,CM在通過小時隙向CMTS傳輸數據時也有預約和競爭兩種方式。CM可以通過競爭小時隙進行帶寬請求,隨后在CMTS為其分配的小時隙中傳輸數據。當CM使用競爭小時隙傳輸帶寬請求或數       據時有可能產生碰撞,若產生碰撞。CM采用截斷的二進制指數后退算法進行碰撞解析。
  2)對服務類型的支持
      MCNS除了給每個CM分配了一個48比特的物理地址之外,還給每個CM分配了至少一個服務標識(Service ID),服務標識在CMTS與CM之間建立一個映射,CMTS將基于該映射,給CM分配帶寬。CMTS通過給CM分配多個標識,來支持不同的服務類型,每個服務標識對應        一個服務類型。MCNS采用服務類型的方式來實現QoS管理。


3. CM與CMTS的交互
  CM在加電之后,必須進行初始化,才能進入網絡,接收CMTS發送的數據及向CMTS傳輸數據。CM的初始化是經過與CMTS的一系列交互過程來實現的。
       檢測RSM:當CM接通電源后,CM首先要確認可移去的安全模塊(Removable Security Module, RSM)是否存在于RSM時隙中。
  與CMTS建立同步:在初始化或信號丟失時,CM必須與一個下行信道建立同步。CM有一個存儲器,其中存放上次的操作參數,CM將首先嘗試重新獲得存儲的那個下行通道,如果嘗試失敗,CM將連續地對下行信道進行掃描,直到發現一個有效的下行信號。CM與下行信號同步的標準為:與QAM碼元定時同步、與FEC幀同步,與MPEG分組同步并能識別下行MAC的SYNC報文。
  獲得上行信道的傳輸參數:建立同步之后,CM必須等待一個從CMTS發送出來的上行信道掃描符(UCD),以獲得上行信道的傳輸參數。CMTS周期性地傳輸UCD給所有的CM,CM必須從其中的信道描述參數中確定它是否可能使用該上行信道。若該信道不適合,那么CM必須等待,直到有一個信道描述符指定的信道適合于它。如在一定的時間內沒有找到這樣的上行信道,那么CM必須連續掃描,找到另一個下行信道,再重復該過程。在找到一個上行信道后,CM必須從UCD中取出參數,然后等待下一個SYNC報文,并從該報文中取出上行小時隙的時間標記(time stamp),隨后它可以按照MAC操作和帶寬分配機制在上行信道中傳輸信息。
      校準:CM在獲得上行信道的傳輸參數后,就可以與CMTS進行通信。CMTS會在MAP中給該CM分配一個初始維護的傳輸機會,用于調整CM傳輸信號的電平、頻率等參數。另外,CMTS還會周期性地給各個CM發周期維護報文,用于對CM進行周期性的校準。
    建立IP連接:校準完成后,CM必須使用動態主機配置協議(DHCP),從DHCP服務器上獲得分配給它的IP地址,另外DHCP服務器的響應中還必須包括一個包含配置參數文件的文件名,放置這些文件的TFTP服務器的IP地址、時間服務器IP地址等信息。
  建立時間:CM與CMTS需要有當前的日期和時間。CM采用IETF定義的RFC868協議從時間服務器中獲得當前的日期和時間。RFC868定義了獲得時間的兩中方式,一種是面向連接的,一種是面向無連接的。MCNS采用無連接的方式從TOD服務器獲得CM所需的時間概念。
  建立安全機制:如果有RSM模塊存在,并且沒有安全協定建立,那么CM必須與安全服務器建立安全協議。安全服務器的IP地址可以從DHCP服務器的響應中獲得。

 傳輸操作參數:接下來CM必須使用TFTP協議從TFTP服務器上下載配置參數文件,獲得所需的各種參數。
  初始化基本保密機制:在獲得配置參數后,若RSM模塊沒有被檢測到,CM將初始化基本保密機智。
  向CMTS注冊:在完成初始化后,CM將使用下載的配置參數向CMTS申請注冊,當CM接收到CMTS發出的注冊響應后,CM就進入了正常的工作狀態。
  有線電視HFC網絡是一個寬帶網絡,具有實現用戶寬帶接入的基礎。1998年3月,ITU組織接受了MCNS的DOCSIS標準,確定了在HFC網絡內進行高速數據通信的規范,為電纜調制解調器(Cable Modem)系統的發展提供了保證。由于在HFC的數據通信系統Cable Modem中采用了IP協議,所以很容易開展基于IP的業務。通過Cable Modem系統,用戶可以在有線電視網絡內實現國際互聯網訪問、IP電話、視頻會議、視頻點播、遠程教育、網絡游戲等功能。采用Cable Modem在有線電視網上建立數據平臺,已成為有線電視事業發展的必然趨勢。 





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