电缆调制解调器是一种通过有线电视网络实现高速数据接入的设备。Cable Modem在两个不同的方向上发送和接收数据。它以不同的调制方式对双向有线电视网络中某一6MHZ/8MHZ带宽的电视频道中的数字信号进行上下调制。电缆调制解调器将上游数字信号转换成模拟射频信号，通过有线电视网络传输。当接收到下行信号时，电缆调制解调器将其转换成用户计算机可以识别的数字信号，然后将其发送到用户计算机。

Cable modem的传输速率根据调制方式的不同而不同，传输距离可达100公里以上。系统前端的电缆调制解调器办公系统(CMTS)可以与所有的电缆调制解调器通信，电缆调制解调器只能与CMTS通信，如果两个电缆调制解调器需要通信，则必须由CMTS转发。

电缆调制解调器标准

目前，电缆调制解调器有许多不同的标准，其中最重要的是由MCNS起草并经ITU批准的J.112标准。还有DVB/DAVIC EuroModem、CDLP和IEEE802.14。IEEE802.14正在开发中。特别是随着基于Cable Lab MCNS标准的DOCSIS/Euro DOCSIS方案的制定，确定了Cable Modem设备的互操作性，使得Cable Modem标准化、标准化，不同厂家之间的产品可以通用。这确保了兼容性和互换性，从而有效地降低了成本。目前厂家实施的主要标准是MCNSDOCSIS1.0/1.1。

MCNSDOCSIS标准的主要特点包括更高效的传输速率、频分时分复用、优化的MAC协议以及更高效的上下行调制协议。

MCNSDOCSIS1.0/1.1标准上行采用QPSK、QAM16调制，抗干扰性能好，还可以进一步细分上行信号xkHZ频段，将上行信号动态转化为干净、无噪声的频段，通过当前HFC网络技术和上行模块的设置可以满足抗干扰要求。下行链路主要采用64QAM、256QAM调制方式。欧洲DOCSIS在DOCSIS1.0/1.1规范的基础上，为欧洲提供了物理层标准。它兼容欧洲标准的频谱划分，信道带宽和信道参数。它使用8M信道带宽，而基于DOCSIS1.0/1.1的Cable调制解调器使用6M信道带宽。MCNSDOCSIS定义了三种类型的接口：(1)CMTS—NSI接口，是CMTS与NSI (data network boundary)之间的接口。(2)DOCS-OSSI接口，是CMTS与OSSI (Operation support system)之间的接口。(3)射频接口。包括CMTS与HFC网络之间的上下行射频接口、HFC网络与Cable Modem之间的射频接口、安全与门禁系统接口。

HFC网络数据通信协议

HFC网络中用户数据的传输需要相应的数据通信协议，以保证数据的准确、安全、快速传输。HFC网络数据通信协议由网络层、数据链路层、物理层和各子层协议组成。

网络层使用IP协议。数据链路层由逻辑连接控制层(LLC)、链路安全子层和媒体访问子层(MAC)组成。两个协议层，MAC和逻辑连接控制层，定义了如何在不同的信号和用户之间共享公共带宽。MAC层控制用户通道的分配和竞争，支持不同级别的业务。

MAC层提供以下功能：时间同步；初始测距，保持测距；注册；插槽请求，插槽分配；上行信道实时变化(多点对点时分复用);安全加密管理和QOS支持。物理层由Trans Conv和物理介质关联子层组成，传输收敛子层只存在于HFC网络的下信道中。物理介质依赖子层(PMD)的上下游通道的特征都不同。下游信道PMD子层的特点是64/256QAM和RS和Trellis的级联前向纠错解码。上行信道PMD子层特点：QPSK或16QAM调制、TDMA(时分多路复用)技术和可编程RS块。

线缆调制解调器的传输方式

电缆调制解调器有两种传输方式。根据不同的业务、范围、规模和用户选择不同的模式。

对称传输

在有线电视网络中以5~45MHZ(可扩展到5~65MHZ)为上行频段，反向传输可使用3~6个标准6M/8MHZ信道带宽。50~550MHZ用于传输模拟电视信号，550~750MHZ用作语音、数据和其他交互式数字业务的下行通道，750MHZ以上可用于未来的网络扩展业务。对称传输是指上下游信号各占同一信道的6M/8M带宽，上下游信号采用不同的调制方式，但传输速率相同的传输方式。在开展IP电话、会议电视业务或通过有线电视网络满足用户的特定需求时，采用对称传输技术，开放一个上行信道和一个下行信道。上游信号经双向滤波器检测后输入变频器，解决上游信号的中频，调制到下游信道。这样就形成了一个逻辑回路，从而实现了有线电视网络的对称双向物理链路。

非对称传输

大多数时候，用户上行请求的数据量远远小于下行数据量，上行频带资源与下行信道资源相比非常贫乏。因此，非对称传输技术不仅可以满足大多数上行请求，而且可以解决上行信道带宽相对不足的问题。非对称传输技术采用了新的调制方式，并与频分复用(FDMA)、时分复用(TDMA)等技术相配合，大大提高了数据的下行速率，并尽可能满足大量用户的上行请求，增加了系统的容量。非对称传输的前端设备比对称传输的复杂。它不仅要有对称传输的数字交换设备，还必须有电缆路由器，通过它才能满足网络交换的需要。非对称传输比对称传输应用范围更广，可以进行高速数据传输、视频广播、互动娱乐等业务。它可以最大限度地利用可分离频谱，并根据用户的需要提供相应的带宽。

Cable Modem的工作原理

Cable Modem的内部结构包括滤波器、调制解调器、交错/FEC模块、数据分帧模块、数据编码模块、网卡、CPU、内存和未知的扩展功能模块。在下行链路中，滤波器接收来自HFC网络的RF信号并将该信号发送给解调器进行解调。信号解调后，经过去隔行/FEC模块，去隔行和纠错，然后经过数据成帧，再通过网卡发送到用户的计算机。在上行链路中，用户的访问请求首先由MAC处理器处理。应用程序被系统前端接受后，由用户计算机生成上行数据，通过网卡发送给Cable Modem。上游数据随后由交错/FEC模块进行编码和处理。上行链路数据然后由解调器调制并最终通过滤波器馈送到HFC网络。

Cable Modem的CMTS位于系统前端，Cable Modem位于客户端。CMTS和Cable modem之间可以双向传输数据包，HFC网络的数据通信协议保证了数据包的传输。HFC网络是分频复用，在一定的频率信道内是共享的，CMTS与Cable Modem之间的通信是分频复用和时分复用的结合。CMTS可以与本地服务器直接相连，也可以通过骨干网与远程服务器相连。根据不同用户的需求，安排基于竞争或专线的服务方式，提供不同的服务质量。通过Cable Modem的上行请求将带宽分配给每个用户，并对Cable Modem用户进行授权。Cable Modem与用户的计算机连接，通过HFC网络线路通道与CMTS连接，接收CMTS发来的参数，自动实现自身的配置。

Cable Modem首先扫描所有下行频率，并捕获CMTS发送给Cable Modem的下行信息。下行信息中包含CMTS指定的上行频率。测距后可实现定时信息同步和发射功率控制。当用户发送或接收数据时，Cable Modem在上行通道上发送一个IP地址请求。前端DHCP服务器收到请求后，将IP地址返回给线缆调制解调器。确定好上下行频率和IP地址后，即可通过Cable Modem接入网络。

下行链路被广播，电缆调制解调器对数据信号进行解调和同步处理，然后将其传输到用户计算机。上行链路采用FDMA/TDMA接入方式。上行数据信号经Cable Modem处理后送入HFC网络。FDMA技术的应用不仅可以增加上行信道的容量，还可以减少上行信道的数据冲突。同时，为了避免信道资源的浪费，采用时分多址技术对信道进行时隙划分。上下帧由DS(数据槽)和CS(比赛槽)组成。CMTS在电缆调制解调器上集中控制通道/槽的选择。测距和同步保证电缆调制解调器能够准确地将数据发送到指定的时隙。带宽申请信息通过CS时隙上传(CS时隙由竞争的Cable modem获取)。CMTS动态分配上行带宽。搭建CMTS到Cable modem的平台时，只需要在前端和客户端配置相应的设备即可。它将能够通过有线电视网络提供IP电话、视频电话、会议数据广播和视频点播等增值服务。

前端：

0

提供智能网络控制和管理。

cmt。

具有与外部网络的接口，可进行协议转换，具有分复用和调制解调功能，可对Cable Modem进行调度管理。

TFTP服务器。

下载Cable Modem的配置文件。

DHCP服务器。

配置线缆调制解调器的IP地址。

提供整个系统的当前时间和日期，并同步设备时钟。

终端：

电缆调制解调器。

数据被调制到HFC网络频段进行传输。在接收时进行解调。Cable Modem和多用户Cable Modem，多用户Cable Modem具有网桥的功能，可以连接一台局域网的计算机，但其安全性较弱。

PC(已安装以太网卡和相应的驱动程序)。

HFC网络中的6MHZ/8MHZ频段可以同时提供数据通信、普通模拟电视或普通数字电视。电视和电脑可以同时使用，互不影响。射频信号在用户和前端之间的HFC网络中上行或下行。上行和下行信号共用6MHZ/8MHZ频段，采用不同载波频率调制，避免相互干扰。

CMTS将数据封装在MPEGTS帧中，通过QAM的方式在有线电视网络的下行信道上调制数据，并将下行RF信号转换成以太网卡和相应的驱动程序，从而实现数据通信。在上行方向，Cable Modem接收来自用户计算机的数据包，并将其转换为模拟信号，通过HFC网络发送给前端CMTS。CMTS从模拟信号中提取数据信号，将其转换成数据包，发送给本地或远程服务器等设备。

网管系统可以采用对称或非对称传输方式来满足不同的用户需求，并提供恒比特率和变比特率等服务。

基于S-CDMA(同步码分多址)技术的电缆调制解调器

由于HFC网络是树形结构，用户端的噪声会在系统前端叠加，现有的FDMA和TDMA技术容易产生窄带噪声干扰。虽然通过HFC网络技术和上行模块的设置可以抑制窄带干扰，但还不足以从根本上解决干扰问题。同时，HFC网络的上游信道资源相对贫乏，对网络容量有很大的限制。S-CDMA技术的出现很好地解决了干扰和容量问题。S-CDMA采用调节技术来适应电缆设备的动态噪声特性。它通过减少调制方式产生的干扰和动态调节任意Cable Modem发射机的功率水平来提高系统的稳定性和可靠性。S-CDMA(码分多址)技术是利用相互正交的地址码对已经被用户信息调制过的载波进行再调制，从而使载波频谱得到拓宽。传输后，使用相同的本地生成的地址码对接收端的运营商进行屏蔽，将与地址码和本地地址码一致的信号恢复为窄带信号。其他与本地地址码无关的信号被省略。在HFC网络中，由于不同的物理线路，每个用户发送的上游信号到达前端接收端时会有不同的时延。为了保持扩频码的不相干性，S-CDMA系统通过同步工作机制对前端接收到的扩频信号进行同步。在系统的前端设置一个参考时钟。当各用户的扩频信号与前端的扩频码不同步时，通过下行信道将信息发回客户端，由客户端调整扩频码发生器的相位。获取最佳同步状态。

S-CDMA技术利用HFC网络提供6MHZ对称上下行带宽的独立传输信道。在6MHZ带宽下，下线的传输速率为14Mbps。采用扩频技术，减少了上游窄带干扰，不影响相邻频率的传输，可以与HFC网络中的其他调制传输方式共存。在基于S-CDMA技术的系统中，采用并行多码扩频技术传输用户的数据信息，该系统由每个64kbps的多个数据码组成，形成净负载为14Mbps的总数据容量。每个数据流编码，交错，并缩放到6MHZ与自己的扩展码。用户输入的数据信息(串行)被转换成多个并行数据流，比特率为64kbps。经扩频调制后，将数据流加入上行通道，经前端解调后转换回原串行数据流输出。这允许根据用户数据速率的大小按需分配通道。带宽的使用和分配由前端设备(CMTS等)控制，支持恒定比特率、可变比特率和空闲比特率。根据用户的需求，不仅可以提供固定带宽，还可以动态分配和使用剩余的带宽，从而可以以不同的价格为不同的用户提供不同类型的服务，扩展服务水平。

基于S-CDMA技术的Cable modem对HFC网络上游信道的噪声和窄带干扰的抑制能力很强，即使在上游频段5~20MHZ的频率范围内，也有较大的干扰，其他Cable modem无法正常工作。基于S-CDMA技术的HFC网络上行通信方案可以充分利用整个上行频段。由于采用了多址同步技术，大大减少了用户间的多址干扰，大大提高了系统容量。但由于S-CDMA标准尚未制定，基于S-CDMA技术的Cable modem兼容性较差，系统扩展性不强。

生产厂家少，市场规模小，无法进行批量生产，成本非常高。相对于采用MCSNDOCSIS标准，解决兼容性和成本问题，它将得到广泛的应用。

HFC网络通过Cable Modem的双向功能可以支持所有宽带和窄带业务，如：普通模拟电视、数据广播、数字电视、视频点播、IP电话和数据业务等业务，使计算机数据网、通信网和广播电视网这三网融合，构成了一个完整的信息平台。