64-QAM和256-QAM两种调制方式

目前应用的比较广泛的是基于有线电视网络的Cable Modem系统，其基本架构如图2所示。有线电视网络通过Cable Modem终端系统（CMTS）与互联网络连接。用户通过二路分离器将从CMTS得到的信号分为两路，一路直接接到用户的电视机中用于用户观看有线电视节目，另一路连接到用户的Cable Modem上，通过Cable Modem调制解调与用户的计算机连接，用户可以使用计算机通过Cable Modem浏览互联网络。
    在这种工作模式下，Cable Modem通过正交调幅（QAM）的方式调制解调信号，通过有线电视同轴电缆上和下载数据。这种技术实际上是从有线电视同轴电缆的模拟信号带宽中分离出6MHz作为载频建立下行通道。根据采用的调制方式的不同以不同的速度传输数据。CableModem一般采用的是64-QAM和256-QAM两种调制方式，其特性如表1。

调制方式	信道带宽	信号码率（sym/sec）	理想传输速率（b/s）	实际传输速率（b/s）
64-QAM	6MHz	5.057M	30.34M	~27M
256-QAM	6MHz	5.361M	42.88M	~38M

    同样，为了抑制上行的噪声积累，一般采用16-QAM或者QPSK 调制方式。其特性如表2所示：

 

信号码率 （sym/sec）	信道带宽	16-QAM理想 传输速率（b/s）	16-QAM实际 传输速率（b/s）	QPSK理想 传输速率（b/s）	QPSK实际 传输速率（b/s）
160k	0.2MHz	0.64MHz	~0.6MHz	0.32MHz	~0.3MHz
320K	0.4MHz	1.28MHz	~1.2MHz	0.64MHz	~0.6MHz
640K	0.8MHz	2.56MHz	~2.3MHz	1.28MHz	~1.2MHz
1280K	1.6MHz	5.12MHz	~4.6MHz	2.56MHz	~2.3MHz

上行符号速率(Ksps)	QPSK数据速率(kbps)	16QAM数据速率(kbps)	所用带(KHz)
160	320	640	200
320	640	1280	400
640	1280	2560	800
1280	2560	5120	1600
2560	5120	1024	3200

   

 

 

 

 

 

由此可以看出这种工作模式其本质就是利用现有的有线网络带宽来传递互联网络数据。在这种模式下工作时，Cable Modem终端系统（CMTS）在整个系统中起到非常重要的作用，它不但是Cable Modem的控制中心，而且它还是有线电视网络与互联网络的接口部分。用户通过CMTS与互连网络交换数据。

  CMTS结构如图3所示。它其实与一般的互联网接入方案没有太大的区别，系统包括路由器、以太网交换机、用户账号管理服务器、数据缓存服务器。但与一般的互联网接入方案不同的是，它增加了Cable modem控制服务器和将与互联网络交互的数据转为RF信号并嵌入有线电视信号的部分。
    这种工作方式所带来的好处是显而易见的，有线电视用户不用铺设新的数据通道，利用现有的有线电视线路，即可以与互连网络交互数据。并且根据表1所示，用户使用时的数据下载速率和现有的DSL、LAN等宽带接入方案不相上下。用户甚至可以无需缴纳网络使用费用，当然这要取决于有线电视网络服务商是否愿意提供这项服务。
但这种工作方式的缺点正如表2所示，由于信噪比的原因，数据上行的速度就远远慢于数据下行的速度。这从以浏览为主的用户而言并不是什么问题，但对一些需要大量上传数据的用户而言这种接入方式就不是很理想了。
    基于同样的工作原理，有些厂商已经开发出应用微波或卫星传输互联网络数据的产品。

 

 

可用的速率范围及所用的带宽示于表

 

 

 

 

 

 

目前应用的比较广泛的是基于有线电视网络的Cable Modem系统，其基本架构如图2所示。有线电视网络通过Cable Modem终端系统（CMTS）与互联网络连接。用户通过二路分离器将从CMTS得到的信号分为两路，一路直接接到用户的电视机中用于用户观看有线电视节目，另一路连接到用户的Cable Modem上，通过Cable Modem调制解调与用户的计算机连接，用户可以使用计算机通过Cable Modem浏览互联网络。     在这种工作模式下，Cable Modem通过正交调幅（QAM）的方式调制解调信号，通过有线电视同轴电缆上和下载数据。这种技术实际上是从有线电视同轴电缆的模拟信号带宽中分离出6MHz作为载频建立下行通道。根据采用的调制方式的不同以不同的速度传输数据。Cable Modem一般采用的是64-QAM和256-QAM两种调制方式，其特性如表1。 调制方式 信道带宽 信号码率（sym/sec） 理想传输速率（b/s） 实际传输速率（b/s） 64-QAM 6MHz 5.057M 30.34M ~27M 256-QAM 6MHz 5.361M 42.88M ~38M     同样，为了抑制上行的噪声积累，一般采用16-QAM或者QPSK 调制方式。其特性如表2所示： 信号码率 （sym/sec） 信道带宽 16-QAM理想 传输速率（b/s） 16-QAM实际 传输速率（b/s） QPSK理想 传输速率（b/s） QPSK实际 传输速率（b/s） 160k 0.2MHz 0.64MHz ~0.6MHz 0.32MHz ~0.3MHz 320K 0.4MHz 1.28MHz ~1.2MHz 0.64MHz ~0.6MHz 640K 0.8MHz 2.56MHz ~2.3MHz 1.28MHz ~1.2MHz 1280K 1.6MHz 5.12MHz ~4.6MHz 2.56MHz ~2.3MHz     由此可以看出这种工作模式其本质就是利用现有的有线网络带宽来传递互联网络数据。在这种模式下工作时，Cable Modem终端系统（CMTS）在整个系统中起到非常重要的作用，它不但是Cable Modem的控制中心，而且它还是有线电视网络与互联网络的接口部分。用户通过CMTS与互连网络交换数据。     CMTS结构如图3所示。它其实与一般的互联网接入方案没有太大的区别，系统包括路由器、以太网交换机、用户账号管理服务器、数据缓存服务器。但与一般的互联网接入方案不同的是，它增加了Cable modem控制服务器和将与互联网络交互的数据转为RF信号并嵌入有线电视信号的部分。     这种工作方式所带来的好处是显而易见的，有线电视用户不用铺设新的数据通道，利用现有的有线电视线路，即可以与互连网络交互数据。并且根据表1所示，用户使用时的数据下载速率和现有的DSL、LAN等宽带接入方案不相上下。用户甚至可以无需缴纳网络使用费用，当然这要取决于有线电视网络服务商是否愿意提供这项服务。 但这种工作方式的缺点正如表2所示，由于信噪比的原因，数据上行的速度就远远慢于数据下行的速度。这从以浏览为主的用户而言并不是什么问题，但对一些需要大量上传数据的用户而言这种接入方式就不是很理想了。     基于同样的工作原理，有些厂商已经开发出应用微波或卫星传输互联网络数据的产品。       图4所示为应用卫星系统传输数据的系统结构图。用户和互联网络服务提供商采用廉价的电信线路（例如电话线、无线电）连接，用户利用此线路通过互联网络服务提供商向INTERNET发出请求。INTERNET响应后，通过互联网络服务提供商将数据经过调制后传输给卫星信号发射设备。卫星信号通过通讯卫星传输给用户端的卫星信号接收设备。调制解调设备将接收到的卫星信号解调后得到数据再传送给请求数据的用户使用。利用卫星信号，可以给用户提供宽带的接入方式。     在这种工作模式中，可以明显看出上行数据速度和下行数据速度是不平衡的，我们甚至可以认为这只是一个单向下行的接入方式，而且这种工作模式占用卫星线路的资源。但是这种工作方式非常适用于地形条件恶劣的地区，如山区、极地等不适合铺设高速数据线路的地区。另外，它还适用于海上作业等许多的移动目标接收数据。如果我们将数据嵌入卫星转播的电视信号之中，在用户卫星信号接收解码后使用类似于Cable Modem 的调制解调设备接收数据。那么它对于卫星电视用户来说将更加节省资源。     利用微波系统传输INTERNET网络数据的方式与上面介绍的利用卫星系统的方式基本相同，只是使用微波发射接收设备替代卫星信号发送接收设备。二者的工作原理是完全一致的。     以上介绍了在电视技术领域和互联网络技术领域数据交互的几种技术，下面我们要介绍在电视技术领域内的数据交互技术，即所谓的交互电视。但通过分析我们将会看到上面介绍的这几种技术在交互电视技术领域中所起到的作用。(待续)

 

 

 

本文主要介绍了 HFC双向传输系统中的 CM和CMTS数据传输设备的执行标准、工作原理、接入方式、电平调整和设备的选型。并对它们在网络中的应用及传输过程做了简要介绍，还对CM在传输中的技术问题进行了探讨。

1 综述

　　广播电视新技术的不断更新和发展，加速了我国有线电视系统网络的建设，HFC光纤电缆混合网的传输技术目前已成为世界各国的主流，如何把HFC建成高速宽带多媒体双向传输网络是各大有线台正在实施和考虑的问题。因为HFC光纤电缆混合网采用的是模拟技术来传送有线电视，要想达到传输数字信号的目的，就要进行宽带调制，也就是要采用 Cable Modem电缆调制解调器的传输技术来实现数字信号的传递工作。而双向传输中的数据传输设备CMTS和Cable Modem在网络中占主导作用，对它们的熟悉和了解以及在网络中如何应用好数据传输设备非常重要，因此对 Cable Modem和CMTS所执行的技术标准、工作原理、接入方式、设备选型以及在网络运行中电平的调整等方面问题做了介绍，并对传输中的技术问题进行了讨论。

2Cable Modem的传输标准和频率配置

2．1 传输标准

　　国际电联电信标准部1999年3 月通过了J．112建议（DOCSIS：交互式有线电视业务传输系统），基于 DOCSIS VI. 0、DOCSIS Vl.l标准的Cable Modem（以下简称CM）系统，下行采用 64QAM或 256QAM调制方式；上行采用 QPSK／16QAM调制方式。CM在一个6MHz（NTSC）或8MHz（PAL－D）的宽带中，若采用64QAM调制，其下行传输速率能达到 40Mbps；在1.8MHz的带宽时，当采用 QPSK／16QAM调制技术时，它的下行传输速率大约为10Mbps；上行速率可达到5.12Mbps，但是它的上、下行带宽均为用户共享。

CM提供的速率是非对称的。下行信道是连续的，数据流以信元或者打包的方式来进行信息的传输，它可根据数据流信元或者数据包信息中的地址信息来认可某个终端来接收数据，而上行数据和信通需一个媒体接入控制，用于形成和控制用户数据包或信元进入公用信道。

　　以上调制方式采用RS编码技术进行前向到错，上行信号的传输采用 QPSK／16QAM调制技术，能大幅度提高系统的抗干扰能力，而且能有效的使脉冲干扰的持续时间较短，一般情况下只能造成一段码流的误码率增高。

2．2 频率配置

　　根据GY／T106广播电视技术规范行业标准规定，5～65MHz为上行频率配置；65～87MHz为过渡频率带；87～108MHz为调频广播范围；108～1000MHz为模拟、数字、数据业务下行带宽。根据IEEE802．14F规定，5～45MHz为CM的上行频率配置，50～450MHz用于传输下行模拟信号，450～750MHz用于数字传输。

　　由此可见CM有丰富的频率带宽资源，当信息量的需求越来越大时，它将显示自己独特的优势，是电信网无法比拟的。

3 CMTS和 Cable Medem在双向传输中的作用

3．1CMTS
CMTS是电缆调制解调器的头端设备，它能对终端设备CM进行认证、配置和管理，它还能为CM提供连接IP骨干网和Internet的通道，而且CM能在客户端和HFC网络之间提供透明的IP传输通道。HFC多媒体宽带可利用CM来进行IP传输，它的基本传输模式是：发送下行和接收上行数据信号，能给用户提供高速因特网和PC网，能完成有线电视网络的路由连接。CMTS能提供100Mbps的端口与计算机局域网的交换机相连，把HFC宽带网、省网、国家光纤干线网联接。

CMTS和CM有两种标准网络接口，CMTS设备设置的网络用于连接以大网的交换机、10／100Mbps以太网接口或 ATM的OC－3接口、路由器或者ATM交换机。CMTS还没有RF接口，RF又分为上行RF和下行RF通道，一般情况下它的下行通道的速率分别为10Mbps和37Mbps。

3．2CM

CM是用户终端数字接收设备，称电缆调制解调器，它能承载5～16个用户，也可为单独用户使用，它负责接收CMTS送来的下行数据信息，并把接收的信息调制成用户所需的信号，CM还具备路由器和网桥功能。与CM相联的终端设备就是PC机，CM分内置和外置式两种，内置式CM通过PCI接口与PC机相连，外置式CM可通过串行接口或以太网接口与PC机相连。

CM的网络接口分别为 RF 和 CPE（Customer Premise Equipment）接口，传输上行数据时都要通过这两个接口，如果采用电话回传，CM就只有下行数据通过RF接口；而 CPE网络接口主要是连接用户PC机和本地以太网的USB标准接口，其速率可达10Mbps，CPE是终端用户的前提设备，它由PC机，网络计算机等组成，除此之外为适合更多的功能，CM还应具备 IP、Telephone的电话接口，这样用户可通过HFC网络开展电话通话业务。

3．3CMTS 和 CM 的应用

CMTS 和 CM 配合在一起可在 HFC 网络中展开音、视频会议、网上炒股，打 IP（IP Telephone）电话、远程教育、网上双向游戏；还能提供快速Internet的接入、浏览、发电子邮件和开展网上购物；由 CMTS 和 CM 构成的有线数据系统能开展和提供多项目的服务功能，如 IP 过滤器、防欺诈特性、服务级别、HFC静态路径服务；除此之外还能开展工商、行政、税务、银行、教育、证券等项目的服务工作。

　　由于 CMTS 为头端设备，它可覆盖整个网络，可设在前端机房，也可设在分中心或者片区光节点，这要根据网络拥有用户的多少来考虑，CMTS能在有线电视网和数据网之间起到网关的作用。

　　每台 CM都拥有一个48位的物理地址外，还有一个 14 位的服务标识（Service ID），并由 CMTS 分配，每个服务标识对应一种服务类型，通过服务标识在 CM 与 CMTS 之间建立一个映射，CMTS根据这个映射为每台CM分配带宽，实现QoS管理。

CMTS一般情况下需配一台 CM 来对应一个光节点所承载的用户端的 CM，CM 在系统中每个6～8MHz 频率可供高达30Mbps～40Mbps 的传输速率，为上百个终端用户共享。如果是500人同时上网，每人分得的传输速率为64～128kbps。由于CM 的连接，实际占用的带宽不是固定的，它只是在发送和接收数据的瞬间才占用网络的带宽，而其它的时间不占用网络的资源，正是由于带宽的共享，在实际传输中可实现带宽的动态分配管理，在规定的频段内若上网的人数很少，此时每个上网的用户所分配的带宽就远超过64～128kbps的传输速率，而上网高峰期就会出现网上拥塞现象。超过的用户越多，传输速率就会大幅度下降，这对网络上就应考虑是否增加光节点，以增加光路数量来维持用户的上网和发送数据的速率。如果各片区上网的用户急剧增加，为了确保上网用户的传输速率，可把CMTS推向各分中心或者光节点，因此HFC双向高速多媒体网络的设计，应具备极强的弹性，可根据用户发展情况，随时增加光路数量来满足用户需求。

CMTS 数据系统是头端的控制器，它是 CM 的核心部分，CMTS用来控制和管理CM及进行上、下行数据之间的传输频率转换，HFC系统功能是否完善，完全取决了CMTS的性能质量，它还能为以太网和CATV网络的连接，并进行数据频率分配。（未完待续）

 

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