原创 NGB的技术方案之CMTS+Cable Modem

一、CMTS简介

CMTS即电缆调制解调器前端系统装置，又称为多业务交换机或前端单元，是管理控制电缆调制解调器（Cable Modem）的设备。该装置有如下功能：

1）具备与外部主干网的接口。例如与ATM网络接口的VBS标准接口或欧洲的V5.1、V5.2接口，美国的TR8和TR303接口，与窄带业务（如电话）的接口，以便与PSTN相接。

2）具有协议转换能力。例如将骨干网来的ATM信元转换为有线电视网的IP包。

3）具有分复用和调制解调功能。可将输往用户端的数字信号调制到所需的64/256QAM上，或将数据调制到QPSK或16QAM上等。另一方面可将用户端来的已调制信号解调为基带数据信号，然后再进一步处理。

4）智能化的网络控制与管理。由于有线电视系统实际上是集电信、数据及电视为一体的网络，被管理的单元形式多种多样。

智能网主要包括三个部分：业务交换中心（SSP）、业务控制中心（SCP）、智能化外部设备（如专用视频服务器）。其中SSP提供交换功能，它捕获触发事件（如来自用户的交互式业务申请），将申请送至SCP。SCP决定采取什么动作，然后传送指令给SSP，决定建立什么连接。智能化外部设备帮助SCP决定什么动作的专用平台。

除了业务控制和信息控制外，网管单元还应具备安全与故障的控制能力。

CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的，使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号，再送入同轴电缆。

二、Cable Modem简介

Cable Modem是指应用于普通有线电视网络上的Modem，是一种允许用户通过有线电视网进行高速数据接入（如因特网）的设备。Cable Modem主要包括以下部分：调制解调器、电视调谐器、加解密装置、桥接口、路由器、网络控制器、网管SNMP单元、集线器HUB等。

Cable Modem最基本的功能是从电缆网向用户方向（或反方向）传送高速数据，Cable Modem比传统的电话拨号调制解调器复杂得多。在通路下行方向，Cable Modem使接收机在450~750MHz范围内调谐接收数据数字信号，数字数据经过调制加到6MHz通路（传统的电视信号）上，因此Cable Modem具有调谐器的功能。从计算机网络的观点看，Cable Modem相当于一个以太网桥，工作在OSI七层模型的物理层（PHY）和数据链路层的媒体访问控制（MAC）子层。每个Modem有一个MAC地址，为了方便管理，有些Cable Modem也具有自己的IP地址，以支持SNMP（简称网络管理协议）。Cable Modem的传输原理与普通Modem相同，都是将数据进行调制后在电缆（Cable）的一个频率范围内传输，接收时则进行解调。Cable Modem属于共享介质系统，即在传输时只占用传输介质的一个频段，其它不用的频段可用于有线电视信号的传输。

Cable Modem的技术原理如下：

1）物理层。下行通道的频率范围为88~860MHz，每个通道的带宽为6MHz（NTSC6MHz，PAL8MHz），采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为32.342Mbit/s或42.884Mbit/s。上行通道的频率范围为5~65MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200KHz，采用QPSK或16QAM调制方式，对应的数据传输速率为320~5120kbit/s或640~10240kbit/s。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内，QPSK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道。而16QAM调制适用于信道质量好且要求高速的场合。在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应多个不同频率的的上行通道，CMTS设备根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道。

2）媒体通路控制层MAC(Media Access Control layer)和逻辑链接控制层LLC(Logical Link Control Layer)。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准，故不同的Cable Modem厂家采用不同的协议。较常见的协议有：用于以太网的公共CSMA/CD（Carrier Sense Multile Access/Collision，载波复用通路/冲突检测）和先进的ATM（ DetectionAsynchronous Transfer Mode，异步传输模式）协议。这些协议都可以有效地使用上行通道，可以根据需要分配带宽，保证通讯质量。

3）有线电视前端。在上行方向，Cable Modem从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传送给网络前端设备。该设备用于分离出数据信号，转换为数据包，并传送给Internet服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号，并传送给交换机。

Cable Modem有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。Cable Modem加电工作后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与前端设备CMTS建立连接，并交换信息，包括上行电平数值、动态主机配置协议（DHCP）和小文件传送协议（TFTP）服务器的IP地址等。Cable Modem具有在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，就与前端始终保持信息交换，用户可随时上线。Cable Modem具有记忆功能，在断电后再次上电时，使用断电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速完成搜索过程。

每一台Cable Modem在使用前，都需要在前端登记，在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台Cable Modem，其中含有设备的硬件地址，用于识别不同的设备。

    Cable Modem有内置式和外接式两种。内置式Cable Modem通常是一块PCI总线接口卡，直接插在计算机的扩展槽中。外接式Cable Modem通常通过以太网口或USB接口连接到计算机上。