Cable Modem 接入技术在宣钢的应用与分析

摘　要：介绍了Cable Modem接入技术在宣钢有线电视网中应用的概况，Cable Modem接入技术的工作原理，并且与常见的ADSL接入技术进行比较。

关键词：Cable Modem；接入技术；ADSL
1、引言
　　随着人民生活水平的稳步提高，现代科学技术的迅猛发展，普通家庭对网上浏览咨询、网上购物、网上办公等宽带多媒体业务需求的不断增长。传统的拨号上网方式速度的局限性越来越明显，用户对数据接入的带宽和接入的质量提出了更高、更迫切的要求。而实现宽带多媒体业务数据传输的关键在于网络的“最后一公里”，即从多媒体骨干网到每家每户的宽带接入网。如何完善的解决这一问题成为宽带接入技术的重点。
　　基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术，充分利用了现有网络资源，避免了重复建设，有效的解决了重新布线的困难，降低了整体投资的成本。Cable Modem 接入技术在全球尤其是北美的发展范围很广，而且市场也相当成熟。在中国，已有广东、深圳、南京等省市开通了Cable Modem 接入技术的双向网络。
　　作为相对较新的宽带接入技术进入市场，其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视网络运营商具有强大吸引力。所以宣钢有线电视网络顺应技术发展趋势，引入了Cable Modem宽带网络接入技术，进行了积极的探索，并取得了一定经验。
　　
2、Cable Modem接入技术概述
　　2.1 Cable Modem接入技术工作原理：该技术采用模拟频分复用技术，综合应用模拟和数字传输技术、射频技术和计算机技术所产生的一种宽带接入网技术。一般是在从87MHZ～860MHZ模拟信道中分离出一条6MHZ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5MHZ～65MHZ之间的一段频谱进行传送，一般选用64QAM或QPSK调制方式。
　　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，用户端的Cable Modem技术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—65MHZ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。外设的Cable Modem通过标准的10M以太网卡和５类双绞线连接到个人电脑，也可以用外部的通用串行总线（USB）接口的调制解调器。
　　2.2 Cable Modem的工作过程为：
　　①自检：启动modem中存储的系统软件，并检测各物理端口。
　　②寻找下行信号：按照DOCSIS标准中固有的频率划分寻找下行信号。全新的modem会在频率谱逐个搜索，直至找到可用下行信号，下一次使用CM会首先寻找该频点，然后再按照频率谱寻找可用的下行。
　　③获取CMTS响应：根据收到的下行信号调整CM上行信号，直到CMTS相应。
　　④获取参数：CM向DHCP服务器发送IP地址请求，获取网关、DNS、TFTP服务器地址、配置文件名等参数。
　　⑤获取配置文件：CM从TFTP服务器下载配置文件并在CMTS注册。
　　⑥正常工作：CM初始化完成，可以正常工作。
　　
3、宣钢双向双向数据平台描述
　　宣钢有线电视网络建于1996年，随着几次大规模的线路改造，目前光纤已经全部到小区或到路边，每个光节点覆盖400-500户，有点光节点只有200-300户，网络状况有了极大的改善。
　　我们选用美国TERAYON （太力阳）CMTS前端设备，建立了基于HFC的Cable Modem接入技术系统平台。该CMTS通过DOCSIS2.0北美标准的认证。TERAYON  3240具有2个下行输出接口、4个上行输入接口。现阶段系统中前端设置一个上行频点——40MHz、三个下行频点，分别为556MHz、565MHz、573MHz。上行调制方式采用QPSK（QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低），下行调制方式采用64QAM。宣钢有线电视网络中绝大部分光结点开通了双向网络业务。整体系统如图一所示。
 
　　　图一  宣钢宽带数据平台结构图
　　为了与前端设备得到最好的匹配，用户端的Cable Modem我们选用TERAYON TJ系列。Cable Modem部分技术参数如下：
　　下行频率范围：91～857MHz（中心频率）
　　下行电平范围：-15～+15 dBmV
　　上行频率范围：5～50MHz
　　上行电平范围：+5～+58 dBmV（QPSK）
　　              +5～+54 dBmV(64QAM)
　　目前，该系统平台已在我网络运行几年，积累了一定的经验和心得。下一步，我们将不断完善网络结构和业务，开展更多基于双向HFC网络的增值业务。例如：VoD视频点播、视频会议。逐步提高网络运行状况与用户覆盖密度，

4、Cable Modem接入技术与ADSL接入技术的比较
　　虽然目前宽带接入技术层出不穷，但普通用户可以选择最多的是ADSL接入方式和Cable Modem接入方式。ADSL接入都是基于电话线路的，而Cable Modem接入则是基于有线电视HFC线路的。电信运营商采用ADSL技术做接入网络仍然以电话线接入为主，而有线电视网络的用户接入仍是同轴电缆接入网，这就造成了电信和有线电视两类系统在“最后一公里”接入方式是不同的，包括接入传输线路和所用的 Modem。就目前来看，从带宽和费用等方面综合考虑，ADSL和Cable Modem仍是广大家庭用户接入的最佳选择。
　　ADSL即非对称数字用户环路技术，是一种xDSL家族成员中的一员。ADSL接入方式在一对铜线上采用DMT调制技术，利用25KHz～1.104MHz频段为用户提供上、下行非对称的宽带数据业务。支持上行速率16～640Kbps,下行速率1Mbps～8Mbps,有效传输距离在3～5公里范围以内，特别适合传输多媒体信息业务。其凭借带宽较大、连接简单、投资较小等优势发展很快。
　　 Cable Modem接入技术是利用现有的有线电视网,以HFC（光纤同轴混合网）网络作为传输通道,进行的宽带接入。它的上行速率为10Mbit/s,下行速率为27～56Mbit/s。无需拨号上网,不占用电话线,只需对某个传输频带进行调制解调,只占用有线电视系统可用频谱的一小部分,上网时,不影响收看电视。由于CATV网络覆盖范围已经很广泛，而且同轴的带宽比铜线的带宽要宽得多，因此 HFC是一种相对比较经济、高性能的宽带接入方案，是逐步推向光纤入户的一种演变方式。
　　不过 Cable Modem接入技术在宣钢的实践应用也有一些需要进一步解决的问题，首先，由于HFC网络中一个光结点下同轴电缆的带宽是由所有用户公用的，在节假日或晚上等上网高峰期，用户在一段时间内并发 数量大大增加时，数据通信的速度受到很大影响，网络速度就会明显下降。针对这一情况，我们对各个开通该业务的小区进行评估，计算出网络可以承受的每个Modem的最大速度，并在前端对其进行速度限制。这样减小了Modem速度变化的波动范围，速度的变化保持在用户可以接受的范围内。其次，Cable Modem接入技术对于HFC网络的环境噪声要求较高。其网络拓扑结构为星-树型结构，而树型结构使其上行信号存在噪声汇聚，即“漏斗效应”。如果没有有效控制噪声的措施，网络将完全瘫痪。所以上行通道汇聚噪声成了困扰双向业务发展的主要因素。第三，与ADSL接入技术相比HFC网络的可靠性、稳定性、安全性还与用户的需求有一定距离。除了满足在网络硬件设备上的投入，更重要的是在软件方面做好运营维护和服务。　　
5、综述
　　综上所述，Cable Modem接入充分利用了现有网络资源，与ADSL接入技术相比具有覆盖面广、组网方便快捷等优点。将有线电视网络改造成双向交互式宽带用户接入网，使将光纤逐步推向用户的一种渐进措施。为将来实现“三网融合”奠定了基础。　　
　　参考文献：
　　[1] 彭明全，有线电视技术教程.电子工业出版社，1999
　　[2]杨丰，基于广电HFC的宽带综合业务网.中国有线电视，2003（17）：40-44.