线缆调制解调器

• 线缆调制解调器，英文名称CableModem，它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。线缆调制解调器和模拟Modem工作原理类似，但要比它复杂得多。它的任务就是将数据信号进行调制后在有线网的某一频率范围内传输，接收方再在同一频率范围内对调制信号进行解调。实际上，线缆调制解调器集调制/解调、调谐器、封包/解包设备、代理和以太网集线器于一身。

目录

• 线缆调制解调器的概述
• 线缆调制解调器的原理
• 线缆调制解调器的性能介绍
• 线缆调制解调器的配置、使用及管理

线缆调制解调器的概述

• 　　线缆调制解调器（简称CM），Cable是指有线电视网络，Modem是调制解调器。平常用Modem通过电话线上互联网，而线缆调制解调器是在有线电视网络上用来上互联网的设备，它是串接在用户家的有线电视电缆插座和上网设备之间的，而通过有线电视网络与之相连的另一端是在有线电视台(称为头端：Head-End)。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。

线缆调制解调器的原理

• 　　线缆调制解调器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，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 频带用于提供数据通讯。 电视 和电脑可以同时使用，互不影响。 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。

  　　1 物理层

  　　下行通道的频率范围为 88～860MHz，每个通道的 带宽为 6MHz(NTSC 6 G-MHz，PAL 8MHz)，采用 64QAM 或 256QAM 调 制 方 式 ， 对 应 的 数 据 传 输 速 率 为 30?342Mbit/s 或 42?884Mbit/s。 上行通道的频率范围 为 5～65MHz，每个通道的带宽可为 200、400、800、 1600、3200kHz，采用 QPSK 或 16QAM 调制方式，对应 的 数 据 传 输 速 率 为 320 ～ 5120Kbit/s 或 640 ～ 10240Kbit/s。 上行通道的带宽可根据所需的数据传输 速率设定。 在同样的带宽内， QPSK 调制的速率比 16QAM 调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较 大的上行通道，而 16QAM 调制适用于信道质量好且要 求高速传输数据的场合。 CMTS 设备中， 在 为了减小上 行通道的干扰，一个下行通道一般对应多个不同频率 的上行通道，CMTS 设备根据信道的噪声状况自动跳频 到干扰较小的通道，而用户察觉不到该跳频过程。

  　　2 媒体通路控制层 MAC(Media Access Control Layer)和逻辑链接控制层 LLC(Logical Link Layer)和逻辑链接控制层 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，故不同的 Cable Modem 厂家采用不同的协议，较常见的协议有： 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。

  　　3 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，传送给网络前端设备。该设 备用于分离出数据信号，转换为数据包，并传送给 Internet 服务器。同时该设备还可以剥离出语音(电 话)信号，并传送给交换机。

线缆调制解调器的性能介绍

• 　　Cable Modem 与以往的 Modem 在原理上都是将数 据进行调制后在 Cable(电缆)的一个频率范围内传 输， 接收时进行解调。 其传输机理与普通 Modem 相同， 不同之处在于它是通过有线电视的某个传输频带进行 调制解调的。而普通 Modem 的传输介质在用户与交换 机之间是独立的，即用户独享通讯介质。Cable Modem 属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电 视信号的传输。

  　　Cable Modem 彻底解决了由于声音图像的传输而 引起的阻塞， 其传输速率上行已达 10Mbit/s 以上， 下 行传输速率更高。而传统的 Modem 虽然已经开发出传 输速率为 56Kbit/s 的产品，但其理论传输极限为 64Kbit/s，再想提高已不大可能。

  　　Cable Modem 也是组建城域网的关键设备，光纤 同轴电缆混合网(HFC)主干线用光纤， 光结点小区内用 树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可达 550/750MHz。在 HFC 网中传输数据就需要使用 Cable Modem。

  　　我们可以看出，Cable Modem 是未来网络发展的 必备之物，但是，目前尚无 Cable Modem 的国际标准， 各厂家产品的传输速率均不相同，因此，高速城域网 宽带接入的组建还有待于 Cable Modem 标准的出台。

线缆调制解调器的配置、使用及管理

• 　　线缆调制解调器和前端设备的配置是分别进行的。线缆调制解调器有用于配置的 Consol 接口，可通过 VT 终端或 Win9x 的超级终端程序进行设置。

  　　线缆调制解调器加电工作后，首先自动搜索前端的 下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行 通道，与前端设备 CMTS 建立连接，并交换信息，包括 上行电平数值、动态主机配置协议(DHCP)和小文件传 送协议(TFTP)服务器的 IP 地址等。线缆调制解调器具有 在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，就与 前端始终保持信息交换，用户可随时上线。线缆调制解调器具有记忆功能，在断电后再次上电时，使用断 电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速地完成 搜索过程。

  　　从上述可看出，在实际使用中，线缆调制解调器一 般不需要人工配置和操作。如果进行了设置，例如改 变了上行电平数值，则会在信号交换过程中自动设置 到 CMTS 指定的合适数值上。

  　　每一台线缆调制解调器在使用前，都需在前端登记， 在 TFTP 服务器上形成一个配置文件。 一个配置文件对 应一台 Cable Modem，其中含有设备的硬件地址，用 于识别不同的设备。线缆调制解调器的硬件地址标示在 产品的外部，有 RF 和以太网两个地址。TFTP 服务器 的配置文件需要地址。有些产品的地址需通过 Consol 接口联机后才能读出。对于只标示一个地址的产品， 该地址为通用地址。 前端 CMTS 是管理控制线缆调制解调器的设备，其配 置可通过 Consol 接口或以太网接口完成。用UL快插端子连接数据线进行通信， 通过 Consol 接口的配置与线缆调制解调器配置类似，以行命令的方 式逐项进行，而通过以太网接口的配置，需使用厂家 提供的专用软件。

  　　CMTS 的配置内容主要有：下行频率、下行调制方 式、下行电平等。下行频率在指定的频率范围内可以 任意设定，但为了不干扰其它频道的信号，应参照有 线电视的频道划分表选定在规定的频点上。调制方式 的选择应考虑信道的传输质量。此外，还必须设置 DHCP、TFTP 服务器的 IP 地址，CMTS 的 IP 地址等。

  　　上述设置完成后，如果中间的线路无故障，信号 电平的衰减符合要求，则启动 DHCP、TFTP 服务器，就 可以在前端和线缆调制解调器间建立正常的通信通道。

  　　一般地说，CMTS 的下行输出电平为 110～121dB μV，接收的输入电平为 44～86-dBμV；线缆调制解调器接收的电平范围为 45～75dBμV；上行信号的电平为 68～118dBμV(QPSK)或 68～115dBμV(16QAM)。上下 行信号在经过 HFC 网络传输衰减后，电平数值应满足 这些要求。

  　　CMTS 设备中的上行通道接口和下行通道接口是 分开的， 使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号， 再送入同轴电缆。在实际使用中，也可用分支分配器 完成信号的混合， 但对 CMTS 设备内部的上下行通道的 干扰较大。

  　　在 CMTS 和线缆调制解调器间的通道建立后，可使用 简单网络管理协议(SNMP)进行网络管理。SNMP 是一个 通用的网络管理程序，对于不同厂家的 CMTS 和线缆调制解调器设备，需将厂家提供的管理信息库(MIB)文件装 入到 SNMP 中， 才能管理相应的设备。 也可使用行命令 的方式进行管理，但操作不直观，容易出现错误。