CableModem原理

Cable Modem的一些参数

32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。在CMTS设备中，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。

322媒体通路控制层MAC(Media Access Control Layer)和逻辑链接控制层LLC(Logical Link 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2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。

33Cable Modem系统的配置、使用和管理

Cable Modem和前端设备的配置是分别进行的。Cable Modem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。Cable Modem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。Cable Modem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。 Cable Modem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，Cable Modem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Cable Modem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。Cable Modem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Cable Modem的设备，其配置可通过Consol接口或以太网接口完成。通过Consol接口的配置与Cable Modem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Cable Modem间建立正常的通信通道。一般地说，CMTS

的下行输出电平为110～121dBμV，接收的输入电平为44～86-dBμV；Cable Modem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Cable Modem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Cable Modem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。

CATV网利用Cable Modem（简称CM）来向用户提供高速宽带Iternet接入，这种接入方式给用户提供最高达38Mbps的接入速度，那末CM是如何工作的，是如何与 CATV前
端建立联系的，在这里我作一些介绍。
CM系统是基于DOCSIS1.1标准来设计的，系统由前端设备CMTS和用户端设备CM组成。CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备，CM通过CMTS
与广域网（Iternet)实现连接。CMTS也是管理和控制CM的设备，它的主要配置有：下行频率、下行调制方式、下行电平、DHCP和TFTP与TOD服务器等。其中DHCP服务器用
作动态分配给每个CM的IP地址，TFTP服务器作用是记录着每一个CM的配置文件，也即给每个CM分配一个服务标识（Servite
ID)，服务标识在CMTS与CM之间建立一个映
射，CMTS将基于该映射给没个CM分配带宽。CMTS也可给CM分配多个服务标识来支持不同服务类型，每个服务标识对应于服务类型，TOD称为时间服务器，其作用是给CM提
供当前的时间。这三个服务器可安装在同一台物理服务器上。CMTS能维护一个连接用户数据交换集线器的10Baset双向接口和一个承载简单网络管理协议（SNMP）信息的
10Baset接口，并且CMTS能支持CATV网络上的不同CM之间的双向通讯。就下行来说，由路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS幀的形式经过64QAM调制后，通过
HFC网传给各CM。在上行方向上，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调并转换成以太幀的形式传给路由器。为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应有多个
不同频率的上行通道，CMTS根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到跳频的过程。同时，CMTS负责处理不同的媒体访问控制(对访问用户的IP地址进
行受权认正），这些程序包括下行的时隙信息传输，测距管理以及给各CM分配时分多址访问的时隙。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，CM通过小时隙向CMTS传输数据。
CM是放在用户家中的终端设备，连接用户的PC机和HFC网络，提供用户数据接入。CM与CMTS组成完整的数据通信系统，CM接收从CMTS发送来的QAM调制信号并解调，然
后转换成MPEG2-TS数据幀的形式，以重建传向10Baset以太接口的以太幀。在相反的方向上从PC机接收到的以太幀被封装在时隙中，经QPSK调制后，通过HFC网络的上行
数据通路传送给CMTS。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。下面详细描述该过程：
1、测试RSM
当CM接通电源后，CM首先要确认可移去的安全模块，是否存在于RSM的时隙中。
2、与CMTS建立同步
在初始化或信息丢失时，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信道，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幀同步、与MPEG分组同步并能识别下行媒体访问控
制的同步报文。
3、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描述符，以获得上行信道的传输参数。CMTS周期性地传输上行信道描述符给所有的CM，CM必须从其中的信道描
述参数中确定它是否使用该上行信道。若该信道不合适。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，若在一定时间内没找到这样的上行信道，那么CM必须
继续扫描。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必须从信道描述符中取出参数，然后等待下一个同步报文，并从该报文中取出上行小时隙的时间
标记，随后，CM等待一个给所选择的信道的带宽分配映射，然后它可以按照媒体访问控制操作和带宽分配机制在上行信道中传输信息。
4、校准
CM在获得上行信道的传输参数后，就可以与CMTS进行通讯。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，其中CM的
输出电平是根据分配给CM的带宽，按每赫之功率为参数，通过CMTS对CM的长线AGC来控制的。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。
5、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、时间服务器的IP地址等信息。
6、建立时间
CM和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种方式，一种是面向连接的，
一种是面向无连接的。CMTS采用面向无连接的方式从TOD服务器获得CM所需的时间概念。
7、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定。安全服务器的IP地址可以从DHCP服务器的响应中获得。
8、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，获得所需要的各种参数。
9、初始化基本保密机制
在获得配置参数后，若RSM模块没有检测到，CM将初始化基本保密机制。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。