簡介
CMTS(Cable Modem Termination Systems)
1網路速度的現狀
今天，網路的發展為我們提供了更大的發展空間和機會。但網路的傳輸速度也越來越成為利用網路自身發展的障礙。一系列新的Internet服務，包括提供音頻、視頻流，本地信息服務(社區資訊和服務)，視頻點播以及其他大量網上服務，都受制於網路速度而得不到廣泛套用。甚至WWW(Word Wide Web，全球資訊網，字面意思是“世界範圍的網路”)得到了一個無奈的外號：“World Wide Wait”(世界範圍的等待)。一字之差，卻反映出人們的無奈、需要和期待。於是，人們開始競相研究各種Internet寬頻接入技術。比如ISDN(Integrated Service Digital Network，綜合業務數字網，俗稱“一線通”)，ADSL(非對稱數字用戶線)，DSL(Digital Subscriber Loop，數字用戶環路)，ATM(幀中繼)等。本文介紹的是另一種解決方案：利用Cable Modem(電纜數據機)將電腦接入有線電視網路，實現網路操作，包括時下熱門的Internet接入。Cable Modem的上行頻寬可達10MHz，下行頻寬可達35MHz。
2有線電視網的資源潛力
我國的有線電視網雖然沒有得到國家投資，但卻依靠自身力量發展起來了。目前它的覆蓋範圍比電信網還廣，已經建成12989km的國家級幹線光纜網路，在許多地方已建成光纜和同軸電纜混合網，聯通全國22個省、市、自治區。截至1998年底，有線電視用戶超過7000萬戶。從用戶數量看，我國擁有世界上最大的有線電視網路。
目前我國有線電視網有兩大優勢：最後“一公里”頻寬很寬；覆蓋率高於電信網。電信網形成時，只是為了一個業務，那就是打電話，而打電話只要求64kHz的頻寬。所以整個網路的設計也就局限於這64kHz，包括入戶的雙絞線。這樣一來，電信網的“最後一公里”就成了瓶頸，限制了網路速度的提高。儘管電信採取了IDSM、ADSL，目前頻寬可以做到10MHz、8MHz、6MHz，但在當前價位上提高的餘地不大。再往前走，成本將非常高。而CATV(有線電視)的同軸電纜的頻寬很容易可以做到800MHz，就現在的頻寬需求而言，CATV網的最後“一公里”是暢通的。
由於有線電視網當初是用於廣播式的電視傳播，也就是說，是單向的，所以若要用於電腦網路，則必須對現有的網路前端和用戶端進行改造，使之具有雙向傳輸功能。
總的來說，有線電視網相對於電信網路具有以下優勢：
——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。
3Cable Modem的原理和使用
31什麼是Cable Modem
Cable Modem名為電纜數據機，又名線纜數據機。它是近幾年隨著網路套用的擴大而發展起來的，主要用於有線電視網進行數據傳輸。
Cable Modem與以往的Modem在原理上都是將數據進行調製後在Cable(電纜)的一個頻率範圍內傳輸，接收時進行解調。其傳輸機理與普通Modem相同，不同之處在於它是通過有線電視的某個傳輸頻帶進行調製解調的。而普通Modem的傳輸介質在用戶與交換機之間是獨立的，即用戶獨享通訊介質。Cable Modem屬於共享介質系統，其它空閒頻段仍然可用於有線電視信號的傳輸。
Cable Modem徹底解決了由於聲音圖像的傳輸而引起的阻塞，其傳輸速率上行已達10Mbit/s以上，下行傳輸速率更高。而傳統的Modem雖然已經開發出傳輸速率為56Kbit/s的產品，但其理論傳輸極限為64Kbit/s，再想提高已不大可能。
Cable Modem也是組建城域網的關鍵設備，光纖同軸電纜混合網(HFC)主幹線用光纖，光結點小區內用樹枝型匯流排同軸電纜網連線用戶，其傳輸頻率可達550/750MHz。在HFC網中傳輸數據就需要使用Cable Modem。
我們可以看出，Cable Modem是未來網路發展的必備之物，但是，目前尚無Cable Modem的國際標準，各廠家產品的傳輸速率均不相同，因此，高速城域網寬頻接入的組建還有待於Cable Modem標準的出台。
32Cable Modem技術原理
Cable Modem從下行的模擬信號中劃出6MHz頻帶，將信號轉化為符合乙太網協定的格式，與電腦實現通訊。用戶需要給電腦配置乙太網卡和相應的網卡驅動程式。
同軸電纜中的6MHz頻帶用於提供數據通訊。電視和電腦可以同時使用，互不影響。
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，但是調製在不同的載波頻率上，以避免相互干擾。
321物理層
下行通道的頻率範圍為88～860MHz，每個通道的頻寬為6MHz(NTSC 6 G-MHz，PAL 8MHz)，採用64QAM或256QAM調製方式，對應的數據傳輸速率為30342Mbit/s或42884Mbit/s。上行通道的頻率範圍為5～65MHz，每個通道的頻寬可為200、400、800、1600、3200kHz，採用QPSK或16QAM調製方式，對應的數據傳輸速率為320～5120Kbit/s或640～10240Kbit/s。上行通道的頻寬可根據所需的數據傳輸速率設定。在同樣的頻寬內，QPSK調製的速率比16QAM調製方式低，但其抗干擾性能好，適用於噪聲干擾較大的上行通道，而16QAM調製適用於信道質量好且要求高速傳輸數據的場合。在CMTS設備中，為了減小上行通道的干擾，一個下行通道一般對應多個不同頻率的上行通道，CMTS設備根據信道的噪聲狀況自動跳頻到干擾較小的通道，而用戶察覺不到該跳頻過程。
322媒體通路控制層MAC(Media Access Control Layer)和邏輯連結控制層LLC(Logical Link Control Layer)這兩個協定層規定了不同信號和用戶怎樣共享公共頻寬。由於目前還沒有統一的行業標準，故不同的Cable Modem廠家採用不同的協定，較常見的協定有：用於乙太網的公共CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，載波復用通路/衝突檢測)和先進的ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)協定。這些協定都可以有效地使用上行通道，可以根據需要分配頻寬，保證通訊質量。
323有線電視前端
在上行方向，Cable Modem從電腦接收數據包，把它們轉換成模擬信號，傳送給網路前端設備。該設備用於分離出數據信號，轉換為數據包，並傳送給Internet伺服器。同時該設備還可以剝離出語音(電話)信號，並傳送給交換機。
33Cable Modem系統的配置、使用和管理
Cable Modem和前端設備的配置是分別進行的。Cable Modem有用於配置的Consol接口，可通過VT終端或Win9x的超級終端程式進行設定。
Cable Modem加電工作後，首先自動搜尋前端的下行頻率，找到下行頻率後，從下行數據中確定上行通道，與前端設備CMTS建立連線，並交換信息，包括上行電平數值、動態主機配置協定(DHCP)和小檔案傳送協定(TFTP)伺服器的IP位址等。Cable Modem具有線上功能，即使用戶不使用，只要不切斷電源，就與前端始終保持信息交換，用戶可隨時上線。 Cable Modem具有記憶功能，在斷電後再次上電時，使用斷電前存儲的數據與前端進行信息交換，可快速地完成搜尋過程。
從上述可看出，在實際使用中，Cable Modem一般不需要人工配置和操作。如果進行了設定，例如改變了上行電平數值，則會在信號交換過程中自動設定到CMTS指定的合適數值上。
每一台Cable Modem在使用前，都需在前端登記，在TFTP伺服器上形成一個配置檔案。一個配置檔案對應一台Cable Modem，其中含有設備的硬體地址，用於識別不同的設備。Cable Modem的硬體地址標示在產品的外部，有RF和乙太網兩個地址。TFTP伺服器的配置檔案需要地址。有些產品的地址需通過Consol接口在線上後才能讀出。對於只標示一個地址的產品，該地址為通用地址。
前端CMTS是管理控制Cable Modem的設備，其配置可通過Consol接口或乙太網接口完成。通過Consol接口的配置與Cable Modem配置類似，以行命令的方式逐項進行，而通過乙太網接口的配置，需使用廠家提供的專用軟體。
CMTS的配置內容主要有：下行頻率、下行調製方式、下行電平等。下行頻率在指定的頻率範圍內可以任意設定，但為了不干擾其它頻道的信號，應參照有線電視的頻道劃分表選定在規定的頻點上。調製方式的選擇應考慮信道的傳輸質量。此外，還必須設定DHCP、TFTP伺服器的IP位址，CMTS的IP位址等。
上述設定完成後，如果中間的線路無故障，信號電平的衰減符合要求，則啟動DHCP、TFTP伺服器，就可以在前端和Cable Modem間建立正常的通信通道。
一般地說，CMTS的下行輸出電平為110～121dBμV，接收的輸入電平為44～86-dBμV；Cable Modem接收的電平範圍為45～75dBμV；上行信號的電平為68～118dBμV(QPSK)或68～115dBμV(16QAM)。上下行信號在經過HFC網路傳輸衰減後，電平數值應滿足這些要求。
CMTS設備中的上行通道接口和下行通道接口是分開的，使用時需經過高低通濾波器混合為一路信號，再送入同軸電纜。在實際使用中，也可用分支分配器完成信號的混合，但對CMTS設備內部的上下行通道的干擾較大。
在CMTS和Cable Modem間的通道建立後，可使用簡單網路管理協定(SNMP)進行網路管理。SNMP是一個通用的網路管理程式，對於不同廠家的CMTS和Cable Modem設備，需將廠家提供的管理信息庫(MIB)檔案裝入到SNMP中，才能管理相應的設備。也可使用行命令的方式進行管理，但操作不直觀，容易出現錯誤。
