［摘要］本文介紹了CATV網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的現(xiàn)狀與發(fā)展。非凡引入了Cable Modem話題，從其基本概念，傳輸模式，標(biāo)準(zhǔn)，工作原理作了較具體地介紹。
    
    一、網(wǎng)絡(luò)速度的現(xiàn)狀
    
    今天,網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為我們提供了更大的發(fā)展空間和機(jī)會。但網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也越來越成為利用網(wǎng)絡(luò)自身發(fā)展的障礙。一系列新的Internet服務(wù)，包括提供音頻、視頻流，本地信息服務(wù)（社區(qū)資訊和服務(wù)），登錄CD-ROM服務(wù)器，視頻點(diǎn)播以及其他大量網(wǎng)上服務(wù)，都受制于網(wǎng)絡(luò)速度而得不到廣泛應(yīng)用。甚至WWW（World Wide Web萬維網(wǎng)，字面意思“世界范圍的網(wǎng)絡(luò)”）得了一個無奈的外號：“World Wide Wait”（世界范圍的等待）。一字之差，卻反映出人們的無奈、需要和期待。于是，人們開始競相研究各種Internet寬帶接入技術(shù)。比如ISDN（Integrated Service Digital Network綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)俗稱,“一線通”）， ADSL（不對稱數(shù)字用戶線 ），DSL（Digital Subscriber Loop 數(shù)字用戶環(huán)路），ATM（幀中繼）等，不一而足。本文要介紹的則是另一種解決方案：利用Cable Modem（線纜調(diào)制解調(diào)器）將電腦接入有線電視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作，包括時下熱門的Internet接入。Cable Modem的上行帶寬可達(dá)10M，下行帶寬可達(dá)35M，如此傳輸速率無疑是非常誘人的。不過有線電視網(wǎng)是否有能力擔(dān)起重任呢？
    
    二、有線電視網(wǎng)的資源潛力
    
    我國的有線電視網(wǎng)雖然沒有得到國家投資,但卻依靠自身力量發(fā)展起來了。目前它的覆蓋范圍比電信網(wǎng)還廣，已經(jīng)建成12989公里的國家級干線光纜網(wǎng)絡(luò)，在許多地方已建成光纜和同軸電纜混合網(wǎng)，聯(lián)通全國22個省、市、自治區(qū)。截至1998年底，有線電視用戶超過7000萬戶。從用戶數(shù)量看，我國擁有世界上最大的有線電視網(wǎng)絡(luò)。
    
    目前在我國有線電視網(wǎng)有兩大優(yōu)勢：最后“一公里”帶寬很寬；覆蓋率高于電信網(wǎng)。電信網(wǎng)形成時，只是為了一個業(yè)務(wù)，那就是打電話，而打電話只要求64K的帶寬。所以整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計也就僅局限于這64K，包括入戶的雙絞線。這樣一來，電信網(wǎng)的“最后一公里”就成了瓶頸，限制了網(wǎng)絡(luò)速度的提高。盡管電信采取了ISDN（綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、ADSL（非對稱線性環(huán)路），目前可以做到10M、8M、6M，但在當(dāng)前價位上提高的余地不大。再往前走，成本將非常高。而CATV（有線電視）的同軸電纜的帶寬很輕易可以做到800M，就現(xiàn)在的帶寬需求而言，CATV網(wǎng)的最后“一公里”是暢通的。
    
    當(dāng)然，由于有線電視網(wǎng)當(dāng)初是用于廣播式的電視傳播，也就是說，是單向的，所以要用于電腦網(wǎng)絡(luò)，必須對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)前端和用戶端進(jìn)行改造，使之具有雙向傳輸功能。
    
    總的來說，有線電視網(wǎng)相對電信網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢：
    
    ● 高傳輸速率
     ● 線路始終通暢（不用撥號，沒有忙音）
     ● 多用戶使用一條線路（包括完整的電視信號）
     ● 不占用公用電話線
     ● 提供真正的多媒體功能
    
    三、Cable Modem的原理和使用
    
    1.Cable Modem的基本概念
    
    Cable Modem是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。它一般有兩個接口，一個用來接室內(nèi)墻上的有線電視端口，另一個與計算機(jī)相聯(lián)。Cable Modem不僅包含調(diào)制解調(diào)部分，它還包括電視接收調(diào)諧、加密解密和協(xié)議適配等部分，它還可能是一個橋接器、路由器、網(wǎng)絡(luò)控制器或集線器。一個Cable Modem要在兩個不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，把上、下行數(shù)字信號用不同的調(diào)制方式調(diào)制在雙向傳輸?shù)哪骋粋€6MHz(或8MHz)帶寬的電視頻道上。它把上行的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬射頻信號，類似電視信號，所以能在有線電視網(wǎng)上傳送。接收下行信號時，Cable Modem把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便電腦處理。
    
    Cable Modem的傳輸速度一般可達(dá)3-50 Mbps，距離可以是100公里甚至更遠(yuǎn)。 Cable Modem 終端系統(tǒng)（CMTS）能和所有的Cabke Modem通訊，但是Cable Modem只能和CMTS通訊。假如兩個Cable Modem需要通訊，那么必須由CMTS轉(zhuǎn)播信息。
    
    2.Cable Modem的速度
    

    Cable Modem通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，從網(wǎng)上下載信息的速度比現(xiàn)有的電話 Modem快1000倍。通過電話線下載需要20分鐘完成的工作，使用Cable Modem只需要1.2秒。Cable Modem的速度范圍可以從500kbps到10Mbps。
    
    3.Cable Modem的傳輸模式
    
    Cable Modem的傳輸模式分為對稱式傳輸和非對稱式傳輸。
    
    對稱式傳輸
    
    所謂對稱式傳輸是指上/下行信號各占用一個普通頻道8M帶寬，上/下行信號可能采用不同的調(diào)制方法，但用相同傳輸速率(2～10Mbps)的傳輸模式。在有線電視網(wǎng)里利用5～30(42)MHz作為上行頻帶，對應(yīng)的回傳最多可利用3個標(biāo)準(zhǔn)8MHz頻帶：500～550MHz傳輸模擬電視信號，550～650MHz為VOD(視頻點(diǎn)播)，650～750MHz為數(shù)據(jù)通訊。利用對稱式傳輸，開通一個上行通道(中心頻率26MHz)和一個下行頻道(中心頻率251MHz)。上行的26MHz信號經(jīng)雙向?yàn)V波器檢出，輸入給變頻器，變頻器解出上行信號的中頻(36～44MHz)再調(diào)制為下行的251MHz，構(gòu)成一個邏輯環(huán)路，從而實(shí)現(xiàn)了有線電視網(wǎng)雙向交互的物理鏈路。
    
    非對稱式傳輸
    
    由于用戶上網(wǎng)發(fā)出請求的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信息下行量，而上行通道又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下行通道，人們發(fā)現(xiàn)非對稱式傳輸能滿足客戶的要求，而又避開了上行通道帶寬相對不足的矛盾。
    
    頻分復(fù)用、時分復(fù)用的配合加之以新的調(diào)制方法，每8MHz帶寬下行速率可達(dá)30Mbps，上行傳輸速率為512Kbps或2.048Mbps。很明顯，非對稱式傳輸最大的優(yōu)勢在于提高了下行速率，并極大地滿足網(wǎng)上數(shù)以萬計的客戶的應(yīng)用申請，相對應(yīng)的非對稱式傳輸?shù)那岸嗽O(shè)備是較為復(fù)雜的，它不僅有對稱式應(yīng)用中的數(shù)字交換設(shè)備，還必須有一個線纜路由器（Cable Router），才能滿足網(wǎng)絡(luò)交換的需要；而對稱式傳輸中執(zhí)行的IEEE802.4令牌網(wǎng)協(xié)議在同一鏈路用戶較少時還能達(dá)到設(shè)計速率，當(dāng)用戶達(dá)到一定數(shù)量時，其速率迅速下降，不能滿足客戶多媒體應(yīng)用的需求。此時，非對稱式傳輸就比對稱式傳輸有了更多更大的應(yīng)用范圍，它可以開展電話、高速數(shù)據(jù)傳遞、視頻廣播、交互式服務(wù)和娛樂等服務(wù)，它能最大限度地利用可分離頻譜，按客戶需要提供帶寬。
    
    傳輸模式的選擇
    
    很明顯，不同的用途，不同的范圍和規(guī)模，就應(yīng)該注重選擇不同的傳輸模式和不同的產(chǎn)品。寫字樓、辦公樓、學(xué)校和小區(qū)主要是用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、資料以及Internet接入，那么就選擇對稱模式的Cable Modem，而且該類產(chǎn)品易用、易維護(hù)、價格低廉。假如網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)設(shè)計合理的話(500個電視終端，200個數(shù)據(jù)用戶)，利用有線電視網(wǎng)，采用對稱式傳輸模式建立一個企業(yè)的Intranet通信平臺也是可行的。
    
    4.Cable Modem的種類
    
    隨著Cable Modem技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少的類型。按不同的角度劃分，大概可以分為以下幾種：　
    
    1)從傳輸方式的角度，可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸速率為2Mbps～4Mbps、最高能達(dá)到10Mbps。非對稱式傳輸下行速率為30Mbps，上行速率為500K～2.56Mbps。
    
    2)從數(shù)據(jù)傳輸方向上看，有單向、雙向之分。
    
    3)從網(wǎng)絡(luò)通信角度上看，Modem可分為同步(共享)和異步(交換)兩種方式。同步(共享)類似以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)用戶共享同樣的帶寬。當(dāng)用戶增加到一定數(shù)量時，其速率急劇下降，碰撞增加，登錄入網(wǎng)困難。而異步(交換)的ATM技術(shù)與非對稱傳輸正在成為Cable Modem技術(shù)的發(fā)展主流趨勢。
    
    4)從接入角度來看，可分為個人Cable Modem和寬帶Cable Modem(多用戶)，寬帶Modem可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將一個計算機(jī)局域網(wǎng)接入。
    
    5)從接口角度分，可分為外置式、內(nèi)置式和交互式機(jī)頂盒。外置Cable Modem的外形象小盒子，通過網(wǎng)卡連接電腦，所以連接Cable Modem前需要給電腦添置一塊網(wǎng)卡，這也是外置Cable Modem的缺點(diǎn)。不過好處是可以支持局域網(wǎng)上的多臺電腦同時上網(wǎng)。Cable Modem支持大多操作系統(tǒng)和硬件平臺。
    

    內(nèi)置Cable Modem是一塊PCI 插卡。這是最便宜的解決方案。缺點(diǎn)是：只能用在臺式電腦上，在麥金塔電腦和膝上電腦無法使用。
    
    交互式機(jī)頂盒是真正Cable Modem的偽裝。機(jī)頂盒的主要功能是在頻率數(shù)量不變的情況下提供更多的電視頻道。通過使用數(shù)字電視編碼（DVB），交互式機(jī)頂盒提供一個回路，使用戶可以直接在電視屏幕上訪問網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)E－Mail等。我國電視機(jī)用戶也即將有幸使用此項(xiàng)技術(shù)，比如TCL剛剛推出了“出色王牌”機(jī)頂盒；邁威寶公司即將推出電視機(jī)頂盒和在線服務(wù)（www.myweb.com.cn ），使利用電視機(jī)瀏覽網(wǎng)頁成為可能。
    
    5.CATV網(wǎng)上的加密
    
    因?yàn)橛芯€電視網(wǎng)屬于共享資源，所以Cable Modem需要具有加密和解密功能。當(dāng)給數(shù)據(jù)加密時，Cable Modem對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和擾碼，使得黑客盜取數(shù)據(jù)沒那么輕易。
    
    當(dāng)通過Internet發(fā)送數(shù)據(jù)時，本地Cable Modem對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的Cable Modem對數(shù)據(jù)解密，然后送給Internet。接收數(shù)據(jù)時則相反，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的Cable Modem加密數(shù)據(jù)，送上有線網(wǎng)，然后本地電腦上的Cable Modem解密數(shù)據(jù)。
    
    與Netscape 的Navigator 和 Microsoft 的Internet EXPlorer的加密不同的是，Cable Modem只是在有線電視網(wǎng)兩端對數(shù)據(jù)加密/解碼，數(shù)據(jù)通過Internet時是不被加密的。
    
    6.Cable Modem的標(biāo)準(zhǔn)
    
    目前，Cable Modem主要存在兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)，一個是由美國有線電視運(yùn)營公司成立的行業(yè)組織MCNS（多媒體線纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）起草的、已被ITU批準(zhǔn)的J.112標(biāo)準(zhǔn)；還有一個是IEEE802.14，此標(biāo)準(zhǔn)正在制訂中。從技術(shù)上講IEEE802.14比ITUJ.112先進(jìn)。
    
    7.Cable Modem工作原理
    
    Cable Modem從下行的模擬信號中劃出6MHz頻帶，將信號轉(zhuǎn)化為符合以太網(wǎng)協(xié)議的格式,從而與電腦實(shí)現(xiàn)通訊。用戶需要給電腦配置以太網(wǎng)卡和相應(yīng)的網(wǎng)卡驅(qū)動程序。
    
    同軸電纜中的6MHz頻帶被用來提供數(shù)據(jù)通訊。電視和電腦可以同時使用，互不影響。有線電視網(wǎng)絡(luò)實(shí)際怎樣運(yùn)行的呢？
    
    射頻信號在用戶和前端之間沿同軸電纜上行或下行。上行和下行信號共享6MHz頻帶，但是調(diào)制在不同的載波頻率上以避免相互干擾。一般速率下行為10Mbs，上行速率為786Kbs。
    
    物理層
    
    最主要的下行協(xié)議是64QAM（Quadrature Amplitude Modulation正交振幅調(diào)制），調(diào)制速率可達(dá)36Mbps。上行調(diào)制采用 QPSK（Quaternary Phase Shift Keying四相移相鍵控調(diào)制），抗干擾性能好，速率可達(dá)10Mbps。另一個上行協(xié)議是S-CDMA(Synchronous Code Division Multiple access 同步碼分復(fù)用）。例如，摩托羅拉，把上行信號更進(jìn)一步細(xì)分為10-600kHz 頻帶，把上行信號動態(tài)轉(zhuǎn)入干凈、無噪聲的頻帶。
    
    媒體通路控制層（MAC －Media Access Control Layer）和邏輯鏈接控制層(LLC －Logical Link Control Layer)
    
    這兩個協(xié)議層規(guī)定了不同信號和用戶怎樣共享公共帶寬。由于目前還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有些Cable Modem廠家采用不同的協(xié)議。較常見的有：用于以太網(wǎng)的公共 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection載波復(fù)用通路/沖突檢測）和先進(jìn)的 ATM（Asynchronous Transfer Mode異步傳輸模式）協(xié)議。這些協(xié)議都可以有效地使用上行通道，可以根據(jù)需要分配帶寬，保證通訊質(zhì)量。
    

    有線電視前端
    
    在上行方向，Cable Modem從電腦接收數(shù)據(jù)包，把它們轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳給網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備。該設(shè)備負(fù)責(zé)分離出數(shù)據(jù)信號，把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包，并傳給Internet 服務(wù)器。同時該設(shè)備還可以剝離出語音（電話）信號并傳給交換機(jī)。
    
    為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要將目前的單向有線電視網(wǎng)轉(zhuǎn)變成雙向光纖－同軸電纜混合網(wǎng)，以便實(shí)現(xiàn)寬帶應(yīng)用。除了前端設(shè)備和現(xiàn)存的下行信號放大器外，還需要在干線上插入上行信號放大器。
    
    四、國外的發(fā)展情況
    
    利用電纜調(diào)制解調(diào)器在有線電視混合光纜同軸網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)，用其做為互聯(lián)網(wǎng)的寬帶接入網(wǎng)是非常誘人的，有著良好的發(fā)展前景。原因是這種方法成本低、頻帶寬，是現(xiàn)有有線電視網(wǎng)寬帶技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。在美國有50個地方做試驗(yàn)網(wǎng)，而象加州Ahome網(wǎng)已開始商業(yè)運(yùn)行。在1996年12月舉行的96Westernshow有線電視大展上，有20家公司推出電纜調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品。一些大公司如DEC、Philips等采用多家公司的產(chǎn)品做系統(tǒng)集成服務(wù)，用HFC網(wǎng)做接入網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的操作支撐系統(tǒng)(OSS)軟件也已出現(xiàn)。總之，電纜調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過幾年的發(fā)展已開始進(jìn)入實(shí)用期。
    
    盡管如此，美國電纜調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展并沒有原來預(yù)期的那么快。其原因是在美國有線電視網(wǎng)大部分還是多年前鋪設(shè)的同軸電纜網(wǎng)，性能較差，絕大部分是單向的，沒有上行能力。改造需要大量投資，一般有線電視公司負(fù)擔(dān)不起。另一原因是有線電視公司的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營治理能力和服務(wù)意識沒有電信公司那么強(qiáng)，比較而言體制也有缺陷，要提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，存在一個適應(yīng)的過程。
    
    目前已發(fā)展的、供家庭用戶接入互聯(lián)網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器大多是雙向不對稱的。一般來說，下行占用一個NTSC 6MHz通道，采用64QAM調(diào)制提供高達(dá)30Mbps的傳送速率，而上行通道則在5～40MHz帶中選擇干擾較低的位置，占用1～2MHz帶寬，用QPSK(或BPSK)調(diào)制提供500Kbps～2Mbps傳送速率，第一代電纜調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)大致是這樣。典型產(chǎn)品如Motorola的Cybersurfr電纜調(diào)制解調(diào)器，下行30Mbps，上行786Kbps(占用600KHz帶寬)。IBM則推出其雙向的Cableonline系統(tǒng)。它的下行速率為30Mbps，上行為2.5Mbps。這種電纜調(diào)制解調(diào)器輸入按照以太網(wǎng)協(xié)議連接用戶，輸出為ATM信號，在前端可用ATM交換機(jī)進(jìn)行交換，解決了對來自多個光結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的問題。