作者：陈锋

1 有线电视网络发展及现状

早期有线电视网络是将广播电视信号高效传送到用户家庭的电缆系统，这种有线电视网络可以高效地向用户传输模拟电视信号，但由于放大器的级联导致网络中单点汇聚噪声，使其不适于实时的双向高带宽业务。近年来传统的有线电视网络陆续开始采用光纤同轴电缆混合(HFC)传输结构，光缆干线和同轴电缆分配网通过光站结合而成。

一般光纤干线采用星型拓扑，同轴电缆分配网则采用树型结构，这种结构已广泛用于广播电视信号的分配。HFC中普遍采用适应于广播方式的网络拓扑结构，即电视信号→前端→光缆→小区节点→同轴电缆→用户的单向结构，近年来伴随着数据通信等多种业务的需求，使之具有860 MHz以上频宽的双向HFC网络已成为发展趋势，CM技术也应运而生。正是充分利用了HFC 和DOCSIS技术优势，使得CM成为一种很有前途的宽带接入方式。

2 Cable Modem技术的产生与发展

1993年12月，美国时代华纳公司在佛罗里达州奥兰多市的有线电视网上进行模拟和数字电视、数据的双向传输试验获得了成功。 1994年IEEE 802.14工作组成立，目标是制定在同轴电缆传输数据的国际标准。1996年Arthur D.Little公司提出了DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification，电缆传输数据业务的接口规范)计划，成立了由一部分北美有线电视网络运营商参加的MCNS(Multimedia Cable Network System，多媒体电缆网络系统)组织，目标是代表北美电缆工业，制定一套关于在HFC上CM的通信和运营的接口规范。1996年底DOCSIS1.0问世，为了适应欧洲的频带划分和调制技术，MCNS还制定了相应的Euro DOCSIS，该标准在物理层以上部分的协议都是与DOCSIS兼容的。目前在CM领域，仍存在着4种不同的标准，它们是北美MCNS的DOCSIS1.0/1.1/2.0和Euro DOCSIS，欧洲DVB/DAVIC的ETS300 800HE以及IEEE 802.14，而DOCSIS已成为事实的标准。

3 DOCSIS以及CM系统应用

DOCSIS RFI架构由3大块组成：前端Cable Modem端接系统（CMTS）、HFC网络基础设施和安装在用户房屋内的Cable Modem（CM）。

3.1 CM

Cable Modem是集Modem、调谐器、网桥、网卡、以太网集线器的功能于一身，无须拨号、可随时在线连接的宽带接入设备，Cable Modem提供一个标准的10 Base-T以太网接口与用户的PC设备或局域网集线器相连。

CMTS与CM之间的通信是点到多点、全双工的，数据通信需要通过CMTS来转发，上行的频率在65 MHz以下，下行的频率在550 MHz以上。CM通过上行频率发送数据，CMTS将数据通过下行频率广播发送。广播数据帧可以被所有的CM接收，但由于数据帧中含有CM的识别信息，只有与识别信息相符的CM接收该数据帧，其他的CM将丢弃该数据帧。上行信道被分割成连续的时间片，CM在CMTS给其规定的时间片内发送数据，CMTS根据CM的申请和网络状态来确定分配给某个CM的时间片的数量，CMTS与CM之间的通信数据是在MAC层用DES进行加密。

Cable Modem接收的电平范围为-15～15 dBmV，上行信号的电平为8～ 58 dBmV（QPSK）或8～55 dBmV（16QAM）。

3.2 HFC网络传输

3.2.1 传输模式

Cable Modem的传输模式分为对称式传输和非对称式传输。对于HFC，系统一般采用上、下行非对称信道的传输方式，在HFC网络有效频宽87～860 MHz之间的电视频道中划分出一条8 MHz频宽信道，用于广播形式的下行数据发送，当信号采用256QAM（正交调幅）调制方式时，最高速率可达40 Mbps，而上行数据则通过5～65 MHz之间的一段2 MHz频宽信道以共享模式的FDMA/TDMA进行回传。为了有效克服上行回传噪音的影响，使用QPSK（正交移频键控）方式调制，其速率可达10 Mbps。

3.2.2 传输设备

（1）光工作站。光工作站是HFC双向宽带接入网的用户小区光节点设备，配有光接收和反向光发射模块、双向电平输出口，完成5～860 MHz频宽光电信号转换，内部采用CPU集中控制，含NEM 网管控制单元、CMTS接口电路，能实现全面的状态监测管理。

（2）双向线路放大器。双向干线放大器在HFC网络中位于光节点之后，用以补偿同轴电缆对射频信号的衰减，其正向输出口又可作为反向信号的输入口，实现信号的双向传送，具有良好的驱动功能，根据网络不同可以组成单路输出、两路分配或分支等多种传输结构。

3.3 CMTS

CMTS作为系统的核心，提供对Cable Modem的SNMP接口支持，对节点内所有Cable Modem进行注册登录、管理和控制。CMTS下行数据采用64QAM/256QAM调制，同时接收上行QPSK/16QAM 调制信号。CMTS自动调节射频输出电平范围为50～60 dBmV，输入为0 dBmV左右。同时，CMTS还应支持TCP/IP，DHCP，TFTP，SNMP等协议， Cable Modem用户IP地址通过CMTS由前端DHCP服务器动态获得，CMTS通过10/100 Base－T接口与骨干网相连，接入Internet。

3.4 注意的问题

（1）上行通道噪声。
（2）确定光节点用户数。
（3）CM是与CMTS配套使用的，两者的协议标准应保持一致。

3.5 用户管理与认证

系统需要DHCP，TOD，TFTP网络服务，网络设备管理需要CMTS网管、CM网管和CM配置文件编辑器，可同时安装在一台高性能配置SUN工作站上。 网络用户的管理采用代理服务器方式，可以对上网用户进行认证管理和计费管理。建议采用两台代理服务器互为备份，各服务器和网管工作站以100 Base-T通过交换机互联。
4Cable Modem系统的配置、使用和管理。

Cable Modem设备配置可通过PC连接Console接口使用超级终端程序进行设置或通过以太口Web方式。 Cable Modem启动后，自动搜索CMTS的下行频率，找到下行频率后，尝试与CMTS建立连接，确定上行传输参数、上行电平数值、DHCP和TFTP服务器的IP地址等， 而TFTP服务器事先需要形成配置文件。Cable Modem有RF和以太两个地址，TFTP服务器的配置文件需要RF地址。

CMTS管理控制 Cable Modem，其配置可通过PC 连接CMTS的Console接口或以太网100 Base-T口完成，配置文件需要包含下行频率、上下行调制方式、下行电平等，下行频率应参照有线电视的频道划分以尽量不干扰其他频道的信号为原则，调制方式的选择要考虑信道的传输质量和抗干扰性。另外还必须设置DHCP，TFTP服务器的IP地址，CMTS的IP地址等，CMTS和 Cable Modem都可通过简单网络管理协议（SNMP）实现网络管理。

5 CM带宽

Cable Modem 使用一路有线电视频道，采用不同调制技术时数据带宽可达 27/36 Mbps。Cable Modem 的带宽是共享模式，可用统计多工的方法估算，在其他使用者没有进行大量传输时，用户几乎可独享全部的带宽，这就是Cable Modem 的用户常可享受到超高速度的原因，可以预见随着将来的网络发展，传输速度达1 Gbps以上时，每个用户可享受的平均速度达2 Mpbs以上。