CableModem接入技术

Cable Modem接入技术

随有线电视宽带网传输新技术的不断发展，光纤电缆混合网HFC传输技术日趋成熟，正

向应用阶段发展，目前有线电视均采用HFC传送模拟电视信号，要想达到传送数字电视信号

的目的，就要对现在传输的信号进行宽带调制，也就是要采用Cable Modem来实现数字信号

的传输。

1．Cable Modem接入技术概览

（1）Cable Modem与CMTS

Cable Modem是HFC网络用户终端接收设备，称为电缆调制解调器，它可承载几个至几

十个用户，也可为单独用户使用，它负责接收CMTS(Cable Modem Termination System)送

来的下行数据信息，并将信息调制成用户所需的信号，Cable Modem还具备路由器和网桥功

能，与Cable Modem相连的终端设备就是PC机，Cable Modem有内置和外置式两种。内置

式Cable Modem通过PCI接口与PC机相连，外置式Cable Modem可通过串行接口或以太网

接口与PC机相连。

Cable Modem是通过HFC有线电视网络进行高速数据接入的设备，终端用户安装Cable

Modem后即可在有线电视网络中进行数据双向传输，它具备较高的上、下行传输速率，用

Cable Modem开展宽带多媒体综合业务，可为有线电视用户提供宽带高速Internet的接入、

视频点播、各种信息资源的浏览、网上多种交易等增值业务。

CMTS称为头端设备，可设置在前端机房，也可设置在分中心或者片区光节点。CMTS能

在有线电视网和数据网之间起到网关的作用。其主要工作就是发送下行数据信号和接收上行

数据信号，并能提供因特网、局域网和有线电视网的路由连接。CMTS能提供100Mbps的端

口与局域网的交换机相连，把HFC宽带网、与国家光纤干线网连接。

（2）Cable Modem的信号传输过程

在HFC网络中，视频信号和数字信号（包括卫星、微波、开路接收的电视节目，以及从

主干光纤网和因特网的信息）通过广电中心的各路调制器的信号调制，混合后的各路信号(模

拟和数字数据信号)经光发射机转换成光信号送入HFC宽带网络，再通过光纤媒体把光信号

送到接收端的光接收机，远端的光接收机把所收到的光信号还原成射频信号送入同轴电缆分

配网，最终送到HFC网络终端设备（即Cable Modem）。Cable Modem将信号分离陈数字信

号和模拟视频信号，数据信号送到PC机等智能终端，模拟视频信号送到电视机。

所有下行信号送到终端后，由用户PC机发出的回传数据信号先送到终端设备Cable

Modem，Cable Modem将数据信号调制成射频信号，经同轴电缆、集线器、双向放大器、回

传光发射机，最终转换成光信号经光纤回传到前端的光接收机，光接收机将收到的光信号转

换成电信号，通过与其它回路的信号混合后送回CMTS数据传输设备。用户即可通过CMTS

设备与因特网连接，与其它主干光纤网、局域网和局域计算机网相连，通过CMTS电缆数据

传输的前端设备进行数据交换，使用户实现交互式双向传输。Cable Modem的数据传输在HFC

网络中要占用5～45MHz和50～750MHz上、下行两个频道才能完成双向传输工作。

HFC宽带网双向数据业务的传输实际上就是CMTS与Cable Modem之间的数据交换工作。

Cable Modem开机后必须先与CMTS建立初始化连接。连接建立后，CMTS就会发出一系列初

始化数据，Cable Modem自动扫描找到数据频道，确定QAM调制的定时同步，锁定数据频道，

Cable Modem从下行数据中获取传输下行数据的参数，还要获取上行频道数据调制方式、纠

错格式和符号率，这时CMTS和Cable Modem之间即可进行正常通信，整个过程自动进行，

无须用户操作。

2．Cable Modem如何传输数字信号

在HFC网络中，由于计算机之间的数字脉冲信号的交换速度很高，如果把计算机上运行

的基带数字信号直接像视频信号一样进行幅度调制后再传输，无论从技术上，还是在抗干扰

等方面都是难以实施的。为了实现数字信号的传输，在HFC网络中采用了QPSK四相相移健

控和QAM正交振幅调制两种数字信号载波调制方式。QAM具有较高频带利用率的特点，而QPSK

技术有抗干扰性强的特点，把它们两种技术结合在一起，融入双向传输的网络中，在频道干

扰严重，信噪比严重恶化的条件下，都能使所传输的信号和信息正常运行。

Cable Modem传输数字信号的过程是，因特网信息通过CMTS网络接口进入CMTS，CMTS

再通过RF接口将信号通过光发射机变成光信号后送入HFC网络中，光信号到达远端的光接

收机变成RF信号后通过RF接口送入Cable Modem，然后Cable Modem通过CPE接口将信号

送到用户PC机。

从接入用户数量上看，Cable Modem有两种类型，一类是单用户设备，形式上就是一块

电脑上的接口卡，另一类是可支持多个用户的外置式设备，通过一个局域网HUB可接多个用

户（注意，不能用交换机连接）。

Cable Modem由调谐器、解调器、脉冲调制器、处理器和接口组成。信号进入Cable Modem

中的调谐器后，输入的RF信号下变频为IF（6～40MHz）信号，由设置的双工器来完成上、

下行信号的分离；解调器对输入的IF信号进行64/256QAM解调，并采用RS技术（Reed —

Solomon）进行误码纠错和MPEG同频操作；而脉冲调制器的工作主要是对上行信号进行处理，

包括RS编码，16QAM/QPS调制、频率转换等；而对信号的串/并转换、帧标志符的识别或插

入、MPEG编码中数据信号的换取，非本机数字信号的过滤等工作都由Cable Modem中的处

理器承担。Cable Modem不仅具备调制解调功能，还能提供集线器、路由器、加解密器等设

备的功能。使用Cable Modem不仅解决了高速访问因特网的问题，还能提供音视频服务、访

问CD—ROM服务器及其它一些增值业务的服务内容。

3．Cable Modem的传输标准

（1）传输标准

国际电联电信标准部1999年3月通过了J.112建议（DOCSIS：交互式有线电视业务传

输系统），基于DOCSIS V1.0、DOCSIS V1.1标准的Cable Modem系统下行采用了64QAM或

256QAM信号调制方式，上行采用了QPSK/16QAM信号调制方式。

Cable Modem在6MHz（NTSC）或8MHz（PAL-D）的带宽中，若采用64QAM调制，其下行

传输速率能达到40Mbps；在1.8MHz的带宽时，当采用QPSK/16QAM调制技术时，其下行传

输速率大约为10Mbps；上行传输速率可达 到5.12Mbps，但是它的上、下行带宽均为用户共

享。

Cable Modem采用RS编码技术进行前向纠错，大幅度提高了系统的抗干扰能力，而且

能有效的使脉冲干扰的持续时间缩短，减小码流的误码率。Cable Modem提供的速率是非对

称的，下行信道是连续的，数据流以信元或者分组的方式来进行信息的传输，它可根据数据

流信元或者分组信息中的地址信息来认可某个终端来接收数据，而上行数据需要媒体接入控

制，用于控制用户数据分组或信元进入公用信道。

（2）频率配置

根据GY/T106广播电视技术规范行业标准规定，5～65MHz为上行频率配置；65～87MHz

为过渡频率带；87～108MHz为调频广播范围；108～1000MHz为模拟、数字、数据业务下行

带宽。

根据IEEE802.14F规定，Cable Modem上行数字传输使用5～45MHz频带，50-450MHz

用于传输下行模拟信号，450-750MHz用于下行数字传输。

由此可见Cable Modem有丰富的频率带宽资源，当信息量的需求越来越大时，它有着自

己独特的优势，是普通电信网络无法比拟的。

4. Cable Modem与CMTS在宽带网中的应用

在HFC网络上利用 Cable Modem可实现因特网宽带接入，为用户提供在线娱乐、VOD、

电视会议、远程工作组以及局域网互联等各种宽带综合业务。

Cable Modem进行数据通信时主要由前端CMTS和终端Cable Modem组成，下行数据先

进行射频调制，再用频分复用方式同模拟电视信号混合，然后经光调制后向各光节点传输，

终端Cable Modem是用户设备与同轴网络的接口，Cable Modem备有以太网的标准接口，它

可与PC机或局域网相连接。Cable Modem负责接收下行数据，经解调后送到PC机，同时把

PC机传输的上行信号进行射频调制，经光纤传向前端机房。

每台Cable Modem都拥有一个48位的物理地址外，还有一个14位的服务标识（Service

ID），一个服务标识就对应一种服务类型，由CMTS进行分配。通过服务标识在Cable Modem

与CMTS之间建立一个映射，CMTS根据这个映射为每台Cable Modem分配带宽，实现QoS管

理。

Cable Modem利用HFC系统的6～8MHz带宽可提供30Mbps～40Mbps的数据传输速率，

为多个终端用户共享。如果10个用户共享上网，则每个用户可使用的平均传输速率为3～

4Mbps。实际上，Cable Modem的连接实际占用的带宽并不是固定的，它只在发送和接收数

据的瞬间才占用网络的带宽，而其它时间并不占用网络的资源，正是由于这一点，在实际应

用中可实现带宽的动态分配管理，在规定的频段内若上网的人数很少，每个上网的用户所分

配的带宽就远超过3～4Mbps的传输速率，当然在上网高峰期也会出现拥塞现象。同时上网

的用户越多，每个用户所能获得的平均传输速率就会大幅度下降。