Cable Modem技术介绍

zjol

闵友钢
     　　观点：由于HFC频带可达1GHz，CM在HFC上的可用带宽可到200MHz以上，所以CM可灵活扩充1个6MHz或8MHz的信道，增加27Mbps或以上的带宽，将用户群分流，以满足日益增长的用户数以及他们对带宽需求的提高，并减少回传噪声的漏斗效应。
     　　谈到Cable Modem，势必要涉及到混合光纤同轴（HFC）网。HFC是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的一项技术，目前仍居主导地位，其巨大的带宽资源和相对的投资经济性使其对有线电视公司和新成立的电信公司极具吸引力。在美国等发达国家一般是一个光结点覆盖500个用户（有些甚至是250个用户），在这500用户规模的覆盖区内，HFC可以提供60路模拟广播电视。将来完成双向改造后，利用HFC　550MHz-750MHz的频谱还可以提供至少200路的MPEC-2（按每路5Mbps计）点播电视节目或每户4Mbps的数据通信业务（按10％并发率计）。用户只要购买了标准的电缆调制解调器，并下载了相应的软件，就能享受到高质量的宽带服务。值得一提的是，与ADSL不同，电缆调制器不依赖ATM技术，而是直接采用IP技术。此外，电缆调制解调器也没有xDSL技术的严格距离限制。
     　　HFC的弱点是结构呈树形，所以当用户增多时，在低频端的回传噪声积累也相应变大，因此在上行信道上采用了抗噪声干扰能力较强的QPSK调制技术以抑制串入噪声的干扰。另一方面，树形结构的本质是总线共享型的，所以当使用CM的用户数增多时，在单位时间内分配给用户的带宽变窄，但这在接入Internet时是无关紧要的，因为用户浏览Internet时将内容下载到本地计算机内，下载的过程是非常快（一般为几秒钟），下载完毕后带宽就被释放，而且所有用户在同一时间下载内容的概率很小，因此利用CM在HFC网上接入Internet，速率的影响是感受不到的。只有当在线观看视频内容或开展VOD业务时，由于视频节目要保持一个连续的视频数据流，才会使用户感觉到图像跳动或停顿。但是CM接入相对ADSL接入有一个相当明显的优点，即它可扩充带宽。当出现用户平均带宽变窄时，可在HFC上再增加一个6MHz频道，就又可扩充27Mbps数据带宽。更彻底的解决办法，就是将光节点的覆盖用户区缩小。上海HFC双向改造时已预留了缩小用户区的光节点接口，届时只要增加设备，就可达到目的，无需再对网络进行改造。
     　　HFC上传输IP数据业务的成本投资主要在于同轴电缆的双向改道上。在国外，CMTS的成本大约在每户50-100美元；馈线部分大约是2000/美元英里，每户的成本则依赖于每英里覆盖的家庭数和其中的用户比例；引入线的成本大约75美元/用户。在我国，由于同轴电缆入户率很高，因此充分利用该资源开展Internet接入服务是有线电视运营商的发展方向。在国内，同轴电缆双向改造费用还不算很高，上海进行的同轴电缆双向改造的费用是300-400元人民币/用户（不含设备成本）。如果同轴电缆的双向改造费用能够为用户所接受，并且该项业务的价格用户可以承受，那么利用电缆调制解调器技术在HFC上传送IP数据业务将会迅速发展起来，成为Internet接入外，还能开展VOD等其它业务，因此HFC加上CM是真正的用户宽带接入方式。
     　　CMTS与CM之间的通信是点到多点、全双工的。CM之间的通讯都要通过CMTS来转发。这种转发是通过频率搬移来完成的，上行的频率在65MHz-85MHz以下。下行的频率是在550MHz以上。一个CM通过上行频率发送数据，CMTS将上行数据搬移到下行频率广播发送。虽然广播数据帧可以被所有的CM接收到，但由于数据帧中含有指定某个CM的标识信息，因此只有与标识信息相符的CM可接受该数据帧。其它的CM将丢弃该数据帧。上行信道被分割成连续的时间片，CM在CMTS给其规定的时间片内发送数据。CMTS根据CM的申请预约和网络的忙闲状况来确定分配给某个CM的时间片的数量。CMTS与CM之间的通信数据是在MAC(Media Access Control,媒体访问控制)层用ＤＥＳ进行加密。DES是美国商用的56位密钥的加密标准算法，至今美国商业界仍在使用。
     　　目前CM还没有进入零售市场，一般做法是网络运营商先购买CM，然后以租赁的方式借给用户，这样的结果使运营商在资金上承受了很大的压力。造成这种局面的一大因素是标准统一的工作进展缓慢。在CM领域，目前存在着4种不同的标准。它们是北美MCNS的DOCSIS1.0/1.1和Euro DOCSIS、欧洲DVB/DAVIC的ETS300 800HE以及IEEE 802.14。IEEE 802.14工作组于1994年最早成立。目标是制定在同轴电缆传输数据的国际标准。但这一工作进展迟缓。于是1996年Arthur D.Little公司提出了DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification，电缆传输数据业务的接口规范)计划，成立了由一部分北美有线电视网络运营商参加的MCNS(Multimedia Cable Network System，多媒体电缆网络系统)组织，它们的目标是代表北美电缆工业，迅速制定一套关于在HFC上CM的通信和运营的接口规范。1996年底DOCSIS1.0问世，它包括数据通信单元以及所需的运营和商业支持单元，诸如安全、配置、性能、网络故障和计费管理等单元，DOCSIS目前已成为事实标准，而且为了适应欧洲的频带划发和调制技术，MCNS还制定了相应的Euro DOCSIS，该标准在物理层以上部分的协议都是与DOCSIS一致的。目前，全世界支持DOCSIS的CM设备制造商超过40家，支持DOCSIS的CMTS设备制造商已达14家。欧洲的DVB/DAVIC也在进行相关标准的研究和制定。与IEEE802.14标准组织相同，它们的着眼点在于音频、视频传输的服务质量保证方面，把数据都封闭成ATM的信元来处理，核心交换技术是用ATM技术来完成的，因为ATM能保证所有业务的服务质量。ITU-T制定的相关标准是J.112建议，把DVB/DAVIC的ETS　300　800、DOCSIS1.0/1.1分别作为该建议的附录A附录B，附录C为日本的规范。ITU-TJ .Supp-1对应的是Euro DOCSIS。
     　　从发展的角度看，由于DOCSIS标准的成熟性、完成性和商用化程度都较好，促使北美的CM用户数发展迅猛，从1998年仅有的30多万猛增到2000年的240多万户。从发展的趋势来看，由于DOCSIS标准可以为不同生产商的CM提供互操作性，因此将成为主导的事实标准。据统计，2000年北美的CM销售市场上，符合DOCSIS标准的产品占80％以上。