电缆调制解调器(Cable Modem)的现状与发展
时间：01-26
来源：西部广播电视 李树山 甘肃省康县广播电台
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摘要：详细介绍电缆调制解调器的工作原理、传输模式及应用前景。
关键词：电缆调制解调器
1有线电视网的资源潜力
我国拥有世界上最大的有线电视网络。目前在我国有线电视网有两大优势：最后"一公里"带宽很宽；覆盖率高于电信网。电信网形成时，只是为了一个业务，那就是打电话，而打电话只要求64K的带宽。所以整个网络的设计也就仅局限于这64K，包括入户的双绞线。这样一来，电信网的"最后一公里"就成了瓶颈，限制了网络速度的提高。尽管电信采取了ISDN（综合服务数字网）、ADSL（非对称线性环路），目前可以做到10M、8M、6M，但在当前价位上提高的余地不大。再往前走，成本将非常高。而CATV（有线电视）的同轴电缆的带宽很容易可以做到800M，就现在的带宽需求而言，CATV网的最后"一公里"是畅通的。当然，由于有线电视网当初是用于广播式的电视传播，也就是说，是单向的，所以要用于电脑网络，必须对现有的网络前端和用户端进行改造，使之具有双向传输功能。总的来说，有线电视网相对电信网络具有以下优势：
1)高传输速率；
2)线路始终通畅（不用拨号，没有忙音）；
3)多用户使用一条线路（包括完整的电视信号）；
4)不占用公用电话线；
5)提供真正的多媒体功能。
2电缆调制解调器的原理和使用
21电缆调制解调器的基本概念
电缆调制解调器是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。它一般有两个接口，一个用来连接有线电视端口，另一个与计算机相联。电缆调制解调器不仅包含调制解调部分，它还包括电视接收调谐、加密解密和协议适配等部分，它还可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。一个电缆调制解调器要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个6MHz或8MHz带宽的电视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信号，在有线电视网上传送。接收下行信号时，电缆调制解调器把它转换为数字信号，以便电脑处理。电缆调制解调器的传输速率一般可达3～50Mbit/s，距离可以是100km甚至更远。电缆调制解调器终端系统（CMTS）能和所有的电缆调制解调器通讯，但是电缆调制解调器只能和CMTS通讯。如果两个电缆调制解调器需要通讯，那么必须由CMTS转播信息。
22电缆调制解调器的速度
电缆调制解调器通过有线电视网络进行高速数据传输，从网上下载信息的速度比现有的电话 Modem快1000倍。通过电话线下载需要20min完成的工作，使用电缆调制解调器只需要12s。电缆调制解调器的速度范围可以从500Kbit/s到10Mbit/s。
23电缆调制解调器的传输模式
231对称式传输
所谓对称式传输是指上/下行信号各占用一个普通频道8M带宽，上/下行信号可能采用不同的调制方法，但用相同传输速率(2～10Mbit/s)的传输模式。在有线电视网里利用5～30(42)MHz作为上行频带，对应的回传最多可利用3个标准8MHz频带：500～550MHz传输模拟电视信号，550～650MHz为VOD(视频点播)，650～750MHz为数据通讯。利用对称式传输，开通一个上行通道(中心频率26MHz)和一个下行频道(中心频率251MHz)。上行的26MHz信号经双向滤波器检出，输入给变频器，变频器解出上行信号的中频(36～44MHz)再调制为下行的251MHz，构成一个逻辑环路，从而实现了有线电视网双向交互的物理链路。
232非对称式传输
由于用户上网发出请求的信息量远远小于信息下行量，而上行通道又远远小于下行通道，人们发现非对称式传输能满足客户的要求，而又避开了上行通道带宽相对不足的矛盾。
频分复用、时分复用的配合加之以新的调制方法，每8MHz带宽下行速率可达30Mbit/s，上行传输速率为512Kbit/s或2048Mbit/s。很明显，非对称式传输最大的优势在于提高了下行速率，并极大地满足网上数以万计的客户的应用申请，相对应的非对称式传输的前端设备是较为复杂的，它不仅有对称式应用中的数字交换设备，还必须有一个线缆路由器（Cable Router），才能满足网络交换的需要。而对称式传输中执行的IEEE8024令牌网协议在同一链路用户较少时还能达到设计速率，当用户达到一定数量时，其速率迅速下降，不能满足客户多媒体应用的需求。此时，非对称式传输就比对称式传输有了更多更大的应用范围，它可以开展电话、高速数据传递、视频广播、交互式服务和娱乐等服务，它能最大限度地利用可分离频谱，按客户需要提供带宽。
233传输模式的选择
很明显，不同的用途，不同的范围和规模，就应该注意选择不同的传输模式和不同的产品。写字楼、办公楼、学校和小区主要是用网络传输数据、资料以及Internet接入，那么就选择对称模式的电缆调制解调器，而且该类产品易用、易维护、价格低廉。如果网络结点设计合理的话(500个电视终端，200个数据用户)，利用有线电视网，采用对称式传输模式建立一个企业的Intranet通信平台也是可行的。
24电缆调制解调器的种类
随着电缆调制解调器技术的发展，出现了不少的类型。按不同的角度划分，大概可以分为以下几种。
241从传输方式的角度，可分为双向对称式传输和非对称式传输。
对称式传输速率为2～4Mbit/s、最高能达到10Mbit/s。非对称式传输下行速率为30Mbit/s，上行速率为500Kbit/s～256Mbit/s。
242从数据传输方向上看，有单向、双向之分。
243从网络通信角度上看，Modem可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式。同步(共享)类似以太网，网络用户共享同样的带宽。当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。而异步(交换)的ATM技术与非对称传输正在成为电缆调制解调器技术的发展主流趋势。
244从接入角度来看，可分为个人电缆调制解调器和宽带电缆调制解调器(多用户)，宽带电缆调制解调器可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。
245从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。
外置电缆调制解调器的外形象小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接电缆调制解调器前需要给电脑添置一块网卡，这也是外置电缆调制解调器的缺点。不过好处是可以支持局域网上的多台电脑同时上网。电缆调制解调器支持大多操作系统和硬件平台。内置电缆调制解调器是一块PCI 插卡。这是最便宜的解决方案。缺点是：只能用在台式电脑上，在麦金塔电脑和膝上电脑无法使用。
交互式机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕上访问网络，收发E－Mail等。25CATV网上的加密
因为有线电视网属于共享资源，所以电缆调制解调器需要具有加密和解密功能。当给数据加密时，电缆调制解调器对数据进行编码和扰码，使得黑客盗取数据没那么容易。当通过Internet发送数据时，本地电缆调制解调器对数据进行加密，有线电视网服务器端的电缆调制解调器对数据解密，然后送给Internet。接收数据时则相反，有线电视网服务器端的Internet。接收数据时则相反，有线电视网服务器端的电缆调制解调器加密数据，送上有线网，然后本地电脑上的电缆调制解调器解密数据。与Netscape 的Navigator 和 Microsoft 的Internet Explorer的加密不同的是，电缆调制解调器只是在有线电视网两端对数据加密/解码，数据通过Internet时是不被加密的。
26电缆调制解调器的标准
目前，电缆调制解调器主要存在两种不同的标准，一个是由美国有线电视运营公司成立的行业组织MCNS（多媒体线缆网络系统）起草的、已被ITU批准的J112标准；还有一个是IEEE80214，此标准正在制订中。从技术上讲IEEE80214比ITUJ112先进。
27电缆调制解调器的连接使用
电缆调制解调器与传统的用电话线（标准双绞线）连接电话和电脑调制解调器的情况稍显复杂。最基本的有线电视网络结构包括5个重要部分：前端设备、干线系统、邻近分配系统、入户系统和终端设备。首先你要把电缆调制解调器连接到墙上的电视插孔，再把电视机和电脑连接到电缆调制解调器。在有线电视网的另一端是电缆调制解调器终端系统（CMTS－Cable Modem Termination System），作为网络前端。当然，安装网卡时必须同时安装TCP/IP协议。电话 Modem一般接在电脑的串行通讯口上。最近10来年，串口一直是电脑的标准配置，但串口原本是用来作低速通讯的，不能支持电缆调制解调器这样的高速设备。所以电缆调制解调器通过网络适配卡与电脑相连。网卡插在PCI，ISA 或PCMCIA插槽中。网卡提供的速度比串口快得多。
28电缆调制解调器工作原理
电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，从而与电脑实现通讯。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频带被用来提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用，互不影响。有线电视网络实际运行过程。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。一般速率下行为10Mbit/s，上行速率为786Kbit/s。通过上下行协议及相应的软硬件配置保证其通信质量。
有线电视前端在上行方向，电缆调制解调器从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给Internet服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。为实现上述功能，需要将目前的单向有线电视网转变成双向光纤-同轴电缆混合网，以便实现宽带应用。除了前端设备和现存的下行信号放大器外，还需要在干线上插入上行信号放大器。
3国外的发展情况
利用电缆调制解调器在有线电视混合光缆同轴网上传送数据，用其做为互联网的宽带接入网是非常诱人的，有着良好的发展前景。原因是这种方法成本低、频带宽，是现有有线电视网宽带技术发展的热点。在美国有50个地方做试验网，而像加州Ahome网已开始商业运行。在1996年12月举行的96Westernshow有线电视大展上，有20家公司推出电缆调制解调器产品。一些大公司如DEC、Philips等采用多家公司的产品做系统集成服务，用HFC网做接入网的互联网系统的操作支撑系统(OSS)软件也已出现。总之，电缆调制解调器经过几年的发展已开始进入实用期。目前已发展的、供家庭用户接入互联网使用的电缆调制解调器大多是双向不对称的。一般来说，下行占用一个NTSC 6MHz通道，采用64QAM调制提供高达30Mbit/s的传送速率，而上行通道则在5～40MHz带中选择干扰较低的位置，占用1～2MHz带宽，用QPSK(或BPSK)调制提供500Kbit/s～2Mbit/s传送速率，第一代电缆调制解调器的标准大致是这样。典型产品如Motorola的Cybersurfr电缆调制解调器，下行30Mbit/s，上行786Kbit/s(占用600kHz带宽)。IBM则推出其双向的Cableonline系统。它的下行速率为30Mbit/s，上行为25Mbit/s。这种电缆调制解调器输入按照以太网协议连接用户，输出为ATM信号，在前端可用ATM交换机进行交换，解决了对来自多个光结点的数据进行交换的问题。上行噪声是影响电缆调制解调器性能的主要因素。为此不少公司在探索除QPSK(BPSK)以外的新的有高抗干扰能力的调制方法，在这方面1996年也有新突破。Terayon公司采用S-CDMA同步码分多址法取得很好效果，这种电缆调制解调器能工作在一个由8个光结点连接3万户居民的小区中，估计今后第二代电缆调制解调器会采用新的上行调制方法增强抗干扰能力。
4国内CATV网开发情况
目前，我国正在建更大规模的HFC宽带接入试验网。863计划通信主题也设立了全功能服务网课题。中国数据广播中心与中国科学院科健集团合资成立的广通联数据广播网络有限责任公司主营推广电缆调制解调器互联网高速接入业务。作为信息重要载体和传播途径的网络（局域网、广域网和网间网）必将在社会的信息化和信息化的社会中发挥不可替代的作用
关键词：电缆调制解调器
1有线电视网的资源潜力
我国拥有世界上最大的有线电视网络。目前在我国有线电视网有两大优势：最后"一公里"带宽很宽；覆盖率高于电信网。电信网形成时，只是为了一个业务，那就是打电话，而打电话只要求64K的带宽。所以整个网络的设计也就仅局限于这64K，包括入户的双绞线。这样一来，电信网的"最后一公里"就成了瓶颈，限制了网络速度的提高。尽管电信采取了ISDN（综合服务数字网）、ADSL（非对称线性环路），目前可以做到10M、8M、6M，但在当前价位上提高的余地不大。再往前走，成本将非常高。而CATV（有线电视）的同轴电缆的带宽很容易可以做到800M，就现在的带宽需求而言，CATV网的最后"一公里"是畅通的。当然，由于有线电视网当初是用于广播式的电视传播，也就是说，是单向的，所以要用于电脑网络，必须对现有的网络前端和用户端进行改造，使之具有双向传输功能。总的来说，有线电视网相对电信网络具有以下优势：
1)高传输速率；
2)线路始终通畅（不用拨号，没有忙音）；
3)多用户使用一条线路（包括完整的电视信号）；
4)不占用公用电话线；
5)提供真正的多媒体功能。
2电缆调制解调器的原理和使用
21电缆调制解调器的基本概念
电缆调制解调器是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。它一般有两个接口，一个用来连接有线电视端口，另一个与计算机相联。电缆调制解调器不仅包含调制解调部分，它还包括电视接收调谐、加密解密和协议适配等部分，它还可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。一个电缆调制解调器要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个6MHz或8MHz带宽的电视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信号，在有线电视网上传送。接收下行信号时，电缆调制解调器把它转换为数字信号，以便电脑处理。电缆调制解调器的传输速率一般可达3～50Mbit/s，距离可以是100km甚至更远。电缆调制解调器终端系统（CMTS）能和所有的电缆调制解调器通讯，但是电缆调制解调器只能和CMTS通讯。如果两个电缆调制解调器需要通讯，那么必须由CMTS转播信息。
22电缆调制解调器的速度
电缆调制解调器通过有线电视网络进行高速数据传输，从网上下载信息的速度比现有的电话 Modem快1000倍。通过电话线下载需要20min完成的工作，使用电缆调制解调器只需要12s。电缆调制解调器的速度范围可以从500Kbit/s到10Mbit/s。
23电缆调制解调器的传输模式
231对称式传输
所谓对称式传输是指上/下行信号各占用一个普通频道8M带宽，上/下行信号可能采用不同的调制方法，但用相同传输速率(2～10Mbit/s)的传输模式。在有线电视网里利用5～30(42)MHz作为上行频带，对应的回传最多可利用3个标准8MHz频带：500～550MHz传输模拟电视信号，550～650MHz为VOD(视频点播)，650～750MHz为数据通讯。利用对称式传输，开通一个上行通道(中心频率26MHz)和一个下行频道(中心频率251MHz)。上行的26MHz信号经双向滤波器检出，输入给变频器，变频器解出上行信号的中频(36～44MHz)再调制为下行的251MHz，构成一个逻辑环路，从而实现了有线电视网双向交互的物理链路。
232非对称式传输
由于用户上网发出请求的信息量远远小于信息下行量，而上行通道又远远小于下行通道，人们发现非对称式传输能满足客户的要求，而又避开了上行通道带宽相对不足的矛盾。
频分复用、时分复用的配合加之以新的调制方法，每8MHz带宽下行速率可达30Mbit/s，上行传输速率为512Kbit/s或2048Mbit/s。很明显，非对称式传输最大的优势在于提高了下行速率，并极大地满足网上数以万计的客户的应用申请，相对应的非对称式传输的前端设备是较为复杂的，它不仅有对称式应用中的数字交换设备，还必须有一个线缆路由器（Cable Router），才能满足网络交换的需要。而对称式传输中执行的IEEE8024令牌网协议在同一链路用户较少时还能达到设计速率，当用户达到一定数量时，其速率迅速下降，不能满足客户多媒体应用的需求。此时，非对称式传输就比对称式传输有了更多更大的应用范围，它可以开展电话、高速数据传递、视频广播、交互式服务和娱乐等服务，它能最大限度地利用可分离频谱，按客户需要提供带宽。
233传输模式的选择
很明显，不同的用途，不同的范围和规模，就应该注意选择不同的传输模式和不同的产品。写字楼、办公楼、学校和小区主要是用网络传输数据、资料以及Internet接入，那么就选择对称模式的电缆调制解调器，而且该类产品易用、易维护、价格低廉。如果网络结点设计合理的话(500个电视终端，200个数据用户)，利用有线电视网，采用对称式传输模式建立一个企业的Intranet通信平台也是可行的。
24电缆调制解调器的种类
随着电缆调制解调器技术的发展，出现了不少的类型。按不同的角度划分，大概可以分为以下几种。
241从传输方式的角度，可分为双向对称式传输和非对称式传输。
对称式传输速率为2～4Mbit/s、最高能达到10Mbit/s。非对称式传输下行速率为30Mbit/s，上行速率为500Kbit/s～256Mbit/s。
242从数据传输方向上看，有单向、双向之分。
243从网络通信角度上看，Modem可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式。同步(共享)类似以太网，网络用户共享同样的带宽。当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。而异步(交换)的ATM技术与非对称传输正在成为电缆调制解调器技术的发展主流趋势。
244从接入角度来看，可分为个人电缆调制解调器和宽带电缆调制解调器(多用户)，宽带电缆调制解调器可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。
245从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。
外置电缆调制解调器的外形象小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接电缆调制解调器前需要给电脑添置一块网卡，这也是外置电缆调制解调器的缺点。不过好处是可以支持局域网上的多台电脑同时上网。电缆调制解调器支持大多操作系统和硬件平台。内置电缆调制解调器是一块PCI 插卡。这是最便宜的解决方案。缺点是：只能用在台式电脑上，在麦金塔电脑和膝上电脑无法使用。
交互式机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕上访问网络，收发E－Mail等。25CATV网上的加密
因为有线电视网属于共享资源，所以电缆调制解调器需要具有加密和解密功能。当给数据加密时，电缆调制解调器对数据进行编码和扰码，使得黑客盗取数据没那么容易。当通过Internet发送数据时，本地电缆调制解调器对数据进行加密，有线电视网服务器端的电缆调制解调器对数据解密，然后送给Internet。接收数据时则相反，有线电视网服务器端的Internet。接收数据时则相反，有线电视网服务器端的电缆调制解调器加密数据，送上有线网，然后本地电脑上的电缆调制解调器解密数据。与Netscape 的Navigator 和 Microsoft 的Internet Explorer的加密不同的是，电缆调制解调器只是在有线电视网两端对数据加密/解码，数据通过Internet时是不被加密的。
26电缆调制解调器的标准
目前，电缆调制解调器主要存在两种不同的标准，一个是由美国有线电视运营公司成立的行业组织MCNS（多媒体线缆网络系统）起草的、已被ITU批准的J112标准；还有一个是IEEE80214，此标准正在制订中。从技术上讲IEEE80214比ITUJ112先进。
27电缆调制解调器的连接使用
电缆调制解调器与传统的用电话线（标准双绞线）连接电话和电脑调制解调器的情况稍显复杂。最基本的有线电视网络结构包括5个重要部分：前端设备、干线系统、邻近分配系统、入户系统和终端设备。首先你要把电缆调制解调器连接到墙上的电视插孔，再把电视机和电脑连接到电缆调制解调器。在有线电视网的另一端是电缆调制解调器终端系统（CMTS－Cable Modem Termination System），作为网络前端。当然，安装网卡时必须同时安装TCP/IP协议。电话 Modem一般接在电脑的串行通讯口上。最近10来年，串口一直是电脑的标准配置，但串口原本是用来作低速通讯的，不能支持电缆调制解调器这样的高速设备。所以电缆调制解调器通过网络适配卡与电脑相连。网卡插在PCI，ISA 或PCMCIA插槽中。网卡提供的速度比串口快得多。
28电缆调制解调器工作原理
电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，从而与电脑实现通讯。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频带被用来提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用，互不影响。有线电视网络实际运行过程。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。一般速率下行为10Mbit/s，上行速率为786Kbit/s。通过上下行协议及相应的软硬件配置保证其通信质量。
有线电视前端在上行方向，电缆调制解调器从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给Internet服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。为实现上述功能，需要将目前的单向有线电视网转变成双向光纤-同轴电缆混合网，以便实现宽带应用。除了前端设备和现存的下行信号放大器外，还需要在干线上插入上行信号放大器。
3国外的发展情况
利用电缆调制解调器在有线电视混合光缆同轴网上传送数据，用其做为互联网的宽带接入网是非常诱人的，有着良好的发展前景。原因是这种方法成本低、频带宽，是现有有线电视网宽带技术发展的热点。在美国有50个地方做试验网，而像加州Ahome网已开始商业运行。在1996年12月举行的96Westernshow有线电视大展上，有20家公司推出电缆调制解调器产品。一些大公司如DEC、Philips等采用多家公司的产品做系统集成服务，用HFC网做接入网的互联网系统的操作支撑系统(OSS)软件也已出现。总之，电缆调制解调器经过几年的发展已开始进入实用期。目前已发展的、供家庭用户接入互联网使用的电缆调制解调器大多是双向不对称的。一般来说，下行占用一个NTSC 6MHz通道，采用64QAM调制提供高达30Mbit/s的传送速率，而上行通道则在5～40MHz带中选择干扰较低的位置，占用1～2MHz带宽，用QPSK(或BPSK)调制提供500Kbit/s～2Mbit/s传送速率，第一代电缆调制解调器的标准大致是这样。典型产品如Motorola的Cybersurfr电缆调制解调器，下行30Mbit/s，上行786Kbit/s(占用600kHz带宽)。IBM则推出其双向的Cableonline系统。它的下行速率为30Mbit/s，上行为25Mbit/s。这种电缆调制解调器输入按照以太网协议连接用户，输出为ATM信号，在前端可用ATM交换机进行交换，解决了对来自多个光结点的数据进行交换的问题。上行噪声是影响电缆调制解调器性能的主要因素。为此不少公司在探索除QPSK(BPSK)以外的新的有高抗干扰能力的调制方法，在这方面1996年也有新突破。Terayon公司采用S-CDMA同步码分多址法取得很好效果，这种电缆调制解调器能工作在一个由8个光结点连接3万户居民的小区中，估计今后第二代电缆调制解调器会采用新的上行调制方法增强抗干扰能力。
4国内CATV网开发情况
目前，我国正在建更大规模的HFC宽带接入试验网。863计划通信主题也设立了全功能服务网课题。中国数据广播中心与中国科学院科健集团合资成立的广通联数据广播网络有限责任公司主营推广电缆调制解调器互联网高速接入业务。作为信息重要载体和传播途径的网络（局域网、广域网和网间网）必将在社会的信息化和信息化的社会中发挥不可替代的作用
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