隨著信息時代的到來，網絡在人們的生活中顯得越來越重要。隨著全球互聯網的迅猛發展，上網人數正以幾何級數快速增長，以因特網技術為主導的數據通信在通信業務總量中的比列迅速上升，因特網業務已成為多媒體通信業中發展最為迅速、競爭最為激烈的領域。

　　目前，Internet通過電信撥號的接入速度極其緩慢，一般電話的Modem只能提供幾十Kbit/S的傳輸速率，其速率和帶寬不可能很好地支持多媒體信息等寬帶業務。

　　隨著多媒體通信的發展，因特網接入寬帶化的需求日益迫切。而有線電視網擁有豐富的帶寬資源，同時，目前我國有線電視用戶已經達到了8000萬戶，有線電視網絡的里程超過了240萬公里，中國已經成為世界第一大有線電視用戶國。有線電視網絡具有巨大的產業開發價值，構筑基于有線電視網的Internet寬帶信息網，不僅僅是廣大用戶的企盼，更是有線電視網實現第二次騰飛的要害所在。

　　我國的城市有線電視網絡經過近年來的升級改造，正逐步從傳統的同軸電纜網升級到以光纖為主干的雙向HFC網，大大提高了網絡傳輸的可靠性、穩定性，而且擴展了網絡的傳輸帶寬。HFC的數字通信系統可通過電纜調制解調器（Cable Modem）系統實現，可以使Internet高速接入，有由窄帶向寬帶過渡。通過HFC網絡可獲得高于電話Modem幾百倍的接入速度。

一、Cable Modem與普通 Modem的比較

　　Cable Modem的通信和普通Modem一樣，是數據信號在模擬信道上交互傳輸的過程，但也存在差異，普通Modem的傳輸介質在用戶與訪問服務器之間是獨立的，即用戶獨享傳輸介質，而Cable Modem的傳輸介質是HFC網，將數據信號調制到某個傳輸帶寬與有線電視信號共享介質；另外，Cable Modem的結構較普通Modem復雜，它由調制解調器、調諧器、加/解密模塊、橋接器、網絡接口卡、以太網集線器等組成，它無須撥號上網，不占用電話線，可提供隨時在線連接的全天侯服務。

二、Cable Modem的分類

　　Cable Modem的類型大致可以分為以下幾種：

（1）從數據傳輸方向上有單向和雙向Cable Modem之分。

（2）從傳輸方式上可分為雙向對稱式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸速率為2Mbps～4Mbps，最高能達到10Mbps。非對稱式傳輸下行速率理論值為41.7Mbps(Euro DOCSIS V1.1標準 /640AM),上行速率為256kbps～10.24Mbps(Euro DOCSIS V1.1標準)。

（3）從網絡通信角度上有同步（共享）和異步（交換）兩種方式。同步方式是以ip交換的數據通信為基礎的以太網技術，網絡用戶共享同樣的帶寬，當用戶增加到一定數量時，其速率急劇下降，但采用有關技術可以避免或減少網絡擁塞現象。異步方式是基于ATM分組交換技術，其電路實現較前一種復雜，系統造價較前一種高。

（4）從接入角度來看，可分為個人Cable Modem和多用戶寬帶Cable Modem，寬帶Cable Modem是多用戶共享方式，可以具有網橋的功能，可以將一個計算機局域網接入。但寬帶共享式存在安全性不好等缺點。

（5）從硬件接口角度分，可以分為外置式和內置式。外置式Cable Modem置于PC機外，通過網卡與電腦連接，它提供一個標準的10Base―T/100Base―T以太網接口同用戶的PC機或以太網集線器相聯，其優點是可以支持局域網上的多臺計算機同時上網，內置式Cable Modem是一塊PCI卡，其價格比外置式CM便宜，缺點是只能用在臺式電腦上，不能在手提電腦上使用。

（6）從功能上分，可分為數字電視機機頂盒、網絡機頂盒和多媒體交互式機頂盒。交互式機頂盒是真正Cable Modem的化身，它綜合了前兩種機頂盒的所有功能，可以支持幾乎所有的廣播和交互式多媒體應用。

三、Cable Modem的標準體系

　　目前Cable Modem產品有歐、美兩大標準體系，DOCSIS是北美標準，DVB/DAVIC是歐洲標準。

（1）北美標準體系

　　北美標準體系包括MCNS（多媒體有線電視網絡系統）和Cable Labs（有線電視實驗室）兩大組織。1995年12月，MCNS組織先后發表了MCNS的8個文件，統稱為“Data Over Cable射頻接口規范”，即后來的DOCSIS標準。1998年有線電視實驗室提供了DOCSIS的正式程序以保證各個不同廠商的產品有兼容性。在1998年3月，國際電信聯盟接受DOCSIS標準，作為Cable Modem的標準，稱為ITU―J.112―《交互式有線電視業務傳輸系統》。1999年4月有線電視實驗室發表了第二代標準，即DOCSIS1.1，其功能比以前有很多改進，2000年又發表了Euro DOCSIS1.1歐洲規范，其系統在頻道劃分、頻道帶寬、信道參數的規定上完全兼容歐洲標準。DOCSIS提供了寬帶、高質量的語音、商業級的數據服務以及通過網絡共享Cable Modem提供的多媒體服務。

（2）歐洲標準體系

　　歐洲標準體系包括DVB（數字視頻廣播）、DAVIC（數字音視頻理事會）以及ECCA（歐洲有線電視運營商聯盟）三個組織。DVB和DAVIC組織長期致力于數字視頻標準的制訂。DVB/DAVIC是DOCSIS標準在歐洲的強有力的挑戰者。Euro Cable Labs(歐洲有線電視實驗室)在歐洲有線電視聯盟的指導下，一直支持以DVB/DAVIC的為基礎的“歐洲調制解調器”1999年5月歐洲有線電視實驗室發布了基于DVB/DAVIC的Euro Modem規范，DVB Cable Modem是歐洲經營者的首選。


　　上述兩大標準體系的頻道劃分、頻道帶寬及信道參數等方面的規定，都存在較大差異，因而互不兼容。北美標準是基于IP的數據傳輸系統，側重于對系統接口的規范，具有靈活的高速數據傳輸優勢；歐洲標準是基于ATM的數據傳輸系統，側重于DVB交互信道的規范，具有實時視頻傳輸優勢。從目前情況看，兼容歐洲標準的Euro DOCSIS1.1標準前景看好，我國信息產業部―CM技術要求（征求意見稿）類似于這一標準。

四、Cable Modem的主要參數

下行頻率 54―860MHZ

下行調制方式 64QAM、256QAM

載波帶寬 6MHZ

信號速率 64QAM 30.336 Mbps

256QAM 42.884 Mbps

上行頻率 5―65 MHZ

上行調制方式 QPSK、16QAM

載波帶寬 200―3200KHZ

信號速率 320Kbps―10.24 Mbps

上行誤碼率 23dBCNR 1*10E―9

下行信號接收電平 -15dBmV―+15dBmV

上行信號發射電平 8dBmV―58dBmV

五、Cable Modem的工作過程

　　以DOCSIS標準為例，Cable Modem的技術實現一般是從87 MHZ―860MHZ電視頻道中分離出一條6MHZ的信道用于下行傳送數據。通常下行數據采用64QAM（正交調幅）調制方式或256QAM調制方式。上行數據一般通過5 MHZ―65 MHZ之間的一段頻譜進行傳送，為了有效抑制上行噪音積累，一般選用QPSK調制（QPSK比64QAM更適合噪音環境，但速率較低）。CMTS（Cable Modem的前端設備）與 CM（Cable Modem）的通信過程為：CMTS從外界網絡接收的數據幀封裝在MPEG―TS幀中，通過下行數據調制（頻帶調制）后與有線電視模擬信號混合輸出RF信號到HFC網絡，CMTS同時接收上行接收機輸出的信號，并將數據信號轉換成以太網幀給數據轉換模塊。用戶端的Cable Modem的基本功能就是將用戶計算機輸出的上行數字信號調制成5 ―65 MHZ射頻信號進入HFC網的上行通道，同時，CM還將下行的RF信號解調為數字信號送給用戶計算機。

六、Cable Modem接入在有線電視網絡的實現

1．系統結構

　　Cable Modem的前端設備CMTS采用10Base―T，100Base―T等接口通過交換型HUB與外界設備相聯，通過路由器與Internet連接，或者可以直接聯到本地服務器，享受本地業務。CM（Cable Modem）是用戶端設備，放在用戶的家中，通過10Base―T接口，與用戶計算機相聯。

2.上行信道帶寬的分配

　　MCNS（多媒體有線電視網絡系統）把每個上行信道看成是一個由小時隙（mini-slot）組成的流，CMTS通過控制各個CM對這些小時隙的訪問來進行帶寬分配。CTMS進行帶寬分配地機制是分配映射（MAP）。MAP是一個由CMTS發出的MAC治理報文，它描述了上行信道的小時隙如何使用，如：一個MAP可以把一些時隙分配給一個特定的CM，另外一些時隙用于競爭傳輸。每個MAP可以描述不同數量的小時隙數，最小為一個小時隙，最大可以持續幾十毫秒，所有的MAP描述了全部小時隙的使用方式。MCNS沒有定義具體的帶寬分配算法，只定義進行帶寬請求和分配的協議機制，具體的帶寬分配算法可由生產廠商自己實現。

(1）上行信道訪問方式

　　CMTS根據帶寬分配算法可將一個小時隙定義為預約小時隙或競爭小時隙，因此，CM在通過小時隙向CMTS傳輸數據時也有預約和競爭兩種方式。CM可以通過競爭小時隙進行帶寬請求，隨后在CMTS為其分配的小時隙中傳輸數據。當CM使用競爭小時隙傳輸帶寬請求或數據時有可能產生碰撞，若產生碰撞。CM采用截斷的二進制指數后退算法進行碰撞解析。

(2）對服務類型的支持

　　MCNS除了給每個CM分配了一個48比特的物理地址之外，還給每個CM分配了至少一個服務標識（Service ID），服務標識在CMTS與CM之間建立一個映射，CMTS將基于該映射，給CM分配帶寬。CMTS通過給CM分配多個標識，來支持不同的服務類型，每個服務標識對應于一個服務類型。MCNS采用服務類型的方式來實現QoS治理。

3．CM與CMTS的交互

　　CM在加電之后，必須進行初始化，才能進入網絡，接收CMTS發送的數據及向CMTS傳輸數據。CM的初始化是經過與CMTS的一系列交互過程來實現的。Cable Modem的初始化過程如下：

(1）檢測RSM：當CM接通電源后，CM首先要確認可移去的安全模塊（Removable Security Module, RSM）是否存在于RSM時隙中。

(2）與CMTS建立同步：在初始化或信號丟失時，CM必須與一個下行信道建立同步。CM有一個存儲器，其中存放上次的操作參數，CM將首先嘗試重新獲得存儲的那個下行通道，假如嘗試失敗，CM將連續地對下行信道進行掃描，直到發現一個有效的下行信號。CM與下行信號同步的標準為：與QAM碼元定時同步、與FEC幀同步，與MPEG分組同步并能識別下行MAC的SYNC報文。

(3）獲得上行信道的傳輸參數：建立同步之后，CM必須等待一個從CMTS發送出來的上行信道掃描符（UCD），以獲得上行信道的傳輸參數。CMTS周期性地傳輸UCD給所有的CM，CM必須從其中的信道描述參數中確定它是否可能使用該上行信道。若該信道不適合，那么CM必須等待，直到有一個信道描述符指定的信道適合于它。如在一定的時間內沒有找到這樣的上行信道，那么CM必須連續掃描，找到另一個下行信道，再重復該過程。在找到一個上行信道后，CM必須從UCD中取出參數，然后等待下一個SYNC報文，并從該報文中取出上行小時隙的時間標記（time stamp），隨后它可以按照MAC操作和帶寬分配機制在上行信道中傳輸信息。


(4）校準：CM在獲得上行信道的傳輸參數后，就可以與CMTS進行通信。CMTS會在MAP中給該CM分配一個初始維護的傳輸機會，用于調整CM傳輸信號的電平、頻率等參數。另外，CMTS還會周期性地給各個CM發周期維護報文，用于對CM進行周期性的校準。

(5）建立IP連接：校準完成后，CM必須使用動態主機配置協議（DHCP），從DHCP服務器上獲得分配給它的IP地址，另外DHCP服務器的響應中還必須包括一個包含配置參數文件的文件名，放置這些文件的TFTP服務器的IP地址、時間服務器IP地址等信息。

(6）建立時間：CM與CMTS需要有當前的日期和時間。CM采用IETF定義的RFC868協議從時間服務器中獲得當前的日期和時間。RFC868定義了獲得時間的兩中方式，一種是面向連接的，一種是面向無連接的。MCNS采用無連接的方式從TOD服務器獲得CM所需的時間概念。

(7）建立安全機制：假如有RSM模塊存在，并且沒有安全協定建立，那么CM必須與安全服務器建立安全協議。安全服務器的IP地址可以從DHCP服務器的響應中獲得。

(8）傳輸操作參數：接下來CM必須使用TFTP協議從TFTP服務器上下載配置參數文件，獲得所需的各種參數。

　　初始化基本保密機制：在獲得配置參數后，若RSM模塊沒有被檢測到，CM將初始化基本保密機智。

　　向CMTS注冊：在完成初始化后，CM將使用下載的配置參數向CMTS申請注冊，當CM接收到CMTS發出的注冊響應后，CM就進入了正常的工作狀態。

　　有線電視HFC網絡是一個寬帶網絡，具有實現用戶寬帶接入的基礎。1998年3月，ITU組織接受了MCNS的DOCSIS標準，確定了在HFC網絡內進行高速數據通信的規范，為電纜調制解調器（Cable Modem）系統的發展提供了保證。由于在HFC的數據通信系統Cable Modem中采用了IP協議，所以很輕易開展基于IP的業務。通過Cable Modem系統，用戶可以在有線電視網絡內實現國際互聯網訪問、IP電話、視頻會議、視頻點播、遠程教育、網絡游戲等功能。采用Cable Modem在有線電視網上建立數據平臺，已成為有線電視事業發展的必然趨勢。