CableModem:让有线电视上宽带

zjol

我国有线电视网用户目前已超过一亿户，并以每年5%以上的速度继续增长，因此，利用现有电视网络设施的宽带接入技术越来越引起人们的重视，而Cable Modem以其特有的普及面宽、低成本、大容量、距离远、能支撑多种业务的优势，必将有良好的发展前景。
     
     现在CATV系统中普遍采用广播方式的光纤/同轴电缆混合网络(HFC)，即电视信号→头端→光缆→小区节点→同轴电缆→用户家中的单向树型网络结构。伴随智能小区数字化建设、改造，可提供诸如数字电视、Cablephone、NVOD、HDTV、数据通信等多种业务，具有860MHz以上频宽的双向HFC网络已成为发展趋势。而CM(Cable Modem)就是基于上述网络基础的一种宽带接入方式。
     
     传输方式
     
     系统采用上、下行非对称信道的传输方式，在HFC网络有效频宽42～860MHZ之间的电视频道中划分出一条8MHz带宽信道，用于以广播形式的下行数据发送。当信号采用256QAM（正交调幅）调制方式时，最高速率可达40Mbps，满足10/100BASE-T标准。而上行数据则通过5～42MHz之间的一段2MHZ带宽信道以共享模式的FDMA/TDMA进行回传。为有效克服上行回传噪音影响，使用QPSK（正交移频键控）方式调制，其速率可达10Mbps。这样利用不同的信道组合及调制方式就可实现不同的功能。
     
     

     
     
     　　有线电视上宽带网解决方案
     
     
     网络组成
     
     网络是在HFC基础上改造，配加回传通道形成。主要有以下几个部分：
     
     CMTS（Cable Modem Termination System）——CMTS作为系统的核心，它提供对Cable Modem的SNMP接口，对节点内所有Cable Modem进行注册登录、管理和控制。可根据带宽实际消耗情况，自动完成上行5～65MHz和下行87～860MHz(△f=62.5KHz)数据传输频率间的转换、平衡分配。能基于信道特征自适应的对发送下行数据采用64QAM/256QAM调制、接收上行QPSK/16QAM 调制信号。自动调节射频输出电平50～61dBmV，输入－10～+20dBmV 与前端设备匹配。同时，CMTS支撑TCP/IP、DHCP、TFTP、SNMP等协议，CMTS节点内IP地址由头端DHCP服务器动态获得，通过10/100Base－T接口与骨干网相连，并入Internet。
     
     光工作站——光工作站是HFC双向宽带接入网的小区光节点设备，配有光接收和反向光发射模块（波长1310nm，输入-25～+5dBm，输出+8 dBm )，双向电平输出口(输入/输出为80dBμV/110dBμV) 完成5～860MHz带宽光电信号转换传输。内部采用CPU集中控制，含NEM 网管控制单元、CMTS接口电路，能实现全面的状态监测管理。
     
     双向干线放大器——双向干线放大器在HFC网络中位于光节点之后，用以补偿同轴电缆对射频信号的衰减。其正向输出口又可作为反向信号的输入口，实现信号的双向传送 (下行87～860MHz，上行5～65MHz)。最大输入/输出电平为72dBμV/120dBμV，输出斜率变化0～8dB，增益可调0～10dB，具有良好的驱动功能。根据网络不同可以组成单路输出、两路分配或分支等多种结构方式。
     
     CM (Cable Mode)—— CM是通过同轴电缆进行宽带IP网络接入的设备，与符合MCNS DOCSIS协议标准的有线电视前端设备兼容。内部集成Modem、TUNER、NTU、SNMP代理和以太网集线器等多种功能，可与ISP的服务器之间建立一个VLAN（虚拟专网）连接，实现无拨号上网的永久在线。其上行/下行数据速率最大10/42Mbps，用户数小于15(CM可支撑管理15个MAC地址)。通过SNMP可对它进行远程管理服务，并有自动下载升级App版本功能。
     
     注意的问题
     
     一是上行通道噪声。它主要由短波广播信号窜入噪声、电弧放电产生的宽带脉冲噪声、各个站点设备互调噪声及用户电视机产生的中频辐射噪声等构成，这对于树型结构HFC网络来说极易在根节点部形成上行信道噪声的叠加，对回传信号产生干扰。
     
     载噪比CNR是衡量通道质量的一个重要指标，CNR=(C/N)db=Vi-Nf-10lgn-2.4dB (Vi输入电平,Nf噪声系数,n设备数,2.4dB热噪声)，系统要求上行通道的载噪比CNR>36dB。具体解决办法是：合理选择上行通道的频率，通过对网络频带进行监测,避开干扰噪声频点；在噪声源加装滤波电路隔离干扰源；使用参数指标较高的网络部件（同轴电缆、放大器、分支器、连接端子）来提高载噪比,并减少设备之间串扰；将每节点用户数限定,以减少干扰源数量等。另外在工程的设计阶段对网络设备数量、位置、屏蔽接地、电缆长度和走向做好合理的规划，往往起到事半功倍的作用。
     
     二是确定光节点用户数。系统的每一个通道可支撑500～2000个Cable Modem用户。但由于CMTS的通道带宽固定，采用共享模式传输数据，所以用户数越少网速越快，用户数≈上行速率×下行速率/在线率×下载率×最小需求速率。考虑到上行噪声干扰与传输速率的综合影响，每光节点用户数取值200～1000范围。
     
     三是CM的使用，CM是与CMTS配套使用的，为保证正常工作，两者的协议标准均应一致。面板上的Online/Cable/CM OK灯显示与HFC网络连接状态；Connect/PC灯表示100Base-T端口状态；而Receive/Transmit/Data数据传输灯在数据传输时闪亮。发现CM工作异常时，可根据指示检查连接电缆是否牢固、供电是否正常，检查有线电视信号收看是否正常，重新复位ping一下网关看网络是否正常。一般有两种可能情况：HFC信道出现问题，虽不妨碍电视节目的收看，但影响CM正常工作；CM系统本身（包括CTMS）故障。