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通过有线电视网宽带接入Internet的研究

2/14/2005来源:视频通信人气:10218

通过有线电视网宽带接入Internet的研究 摘要:目前电话 modem只能提供几十kbit/s的传输速率,ISDN接入也只有128 kbit/s,使Internet用户测览十分缓慢。作者从目前中国覆盖率最高 的有线电视网出发,进行Internet宽带接入系统的研究,给出了详细的 系统设计方案。 关键词: HFC网络 宽带接入 Internet Coble modem 一、前言 Internet网是一个极其成功的广域计算机网络。目前仍以惊人的速度发展,但 目前所能提供的接火速度却是十分缓慢的。电话modem只能提供几十kbit/s的传输 速率,采用ISDN也只有128kbit/s的速率,它不能处理视频图像和多媒体信息等需 要高带宽的业务。 有线电视网是一个城市非常宝贵的资源,通过双向化和数字化的发展,有线电 视系统除了能够提供更多、更丰富、质量更好的电视节目外,还有着足够的频带资 源来提供其它各种非广播业务。数字通信将是其重要业务之一。 有线电视网络的数字通信系统是通过cable modem系统实现的,可以实现Int- ernet的高速接入。由窄带向宽带过渡,Cable modem代表了当今一个重要的发展方 向。由于国内Cable modem的市场尚未形成,随着计算机的普及和Internet需求的增 长,预计两年后会出现Cable modem的市场。下面将讨论Internet宽带接入的Cable modem系统。 二、接入系统方案 1.系统结构 包括CMTS(cable modem termination system)、cable network、 CMTS通常放在有线电视前端,采用10Base-T、100Base-T或ATM OC-3等接口 通过交换型HUB与外界设备相联,通过路由器与Internet连接。或者可以直接联到本 地服务器,享受本地业务。CM(cable modem)是用户端设备,放在用户的家中,通 过10-BaseT接口与用户的计算机相联。一般CM有三种类型,单用户的外置式和内置 式,以及SOHO型。SOHO型Modem可用于采用HFC网络进行计算机网络互连,形成SOHO (Small Office/Home Office)系统,即小型和在家办公系统。 2.工作原理 Cable modem系统是建立在双向HFC网络上的:下行采用64QAM或256QAM调制,一 个 6MHz的频谱宽度内速率达到27Mbit/s和36Mbit/s;上行采用QPSK或16QAM调制, 在200kHz~3.2MHz范围内,速率可达320 kbit/s~ 10Mbit/S。CMTS从外界网络接 收的数据帧封装在MPGE-TS帧中,通过下行数字调制和RF输出到用户端,“同时接 收上行出来的数据转换成以太网的帧。用户端的Cable Modem的基本功能就是将上行 数字信号调制成RF信号;将下行的RF信号解调为数字信号,从MPEG-TS帧中抽出数 据,形成以太网的数据,通过10-Base的口输出。在HFC网是额分复用的,但在某一 频率上的信道则是被很多用户所共享,通过MAC控制用户信道分配与竞争的问题,同 时还支持不同等级的业务。通过网络管理系统对HFC网络中CM进行配置、状态监控和 诊断。 在cable modem系统中,采用了双向非对称技术,在下行方向有6MHz的模拟带宽 供系统中的用户共享。但这种共享技术不会降低传输速率。cablemodem不同于线路 交换的电话网定向呼叫连接,用户在连接时并不占用一固定带宽,而是与其它活动 用户共享,仅在发送、接收数据的瞬间使用网络资源。在毫秒级甚至兆秒级内,抓 住一切利用带宽的机会下载数据包。如果在网络使用的高峰期有拥塞,可以通过灵 活的分配附加带宽来解决。只需简单分配一个6MHz频段,就能倍增下行速度。另一 种方法是在用户段从新划分物理网络,按照访问额度给用户合理分配带宽、甚至专 线。 除了下行速率的优势外,它还不占用电话线,在上网时不影响正常的电话业务; 无须拨号、永久连接。通过cable modem连接的用户,就像使用局域网一样,始终在 网上,想停就停,想上就上。不进行数据传输时不收取费用。 3.网络要求 常规的用于CATV的HFC网络是单向传输的,数据系统是双向的,这需对现有的 HFC网络进行改造。按改造的难易和成本分为三种情形: (1)采用电话上行、HFC下行:这种方法用在CMTS和CM中具有电话线接口、无 需对HFC进行双向的改造。这是一种低成本迅速占领市场的策略,或者用在改造网 络确实存在困难的地方。一般不推荐这种方法,原因有二:一是影响原有电话业务, 二是电话的带宽毕竟有限,不利于系统扩展。 (2)对现有的单向HFC网络进行改造,增加反向传输模块,如反向光发和光收, 原有链路中单向的放大器换成双向放大器等。目前,现有的城市CATV的HFC网已初 具规模,主要是双向改造问题。 (3)铺设新的双向HFC网络,在新建的城市小区中,直接建设双向网络。 4.国际标准 MCNS(Multimedia Cable Network System)/DOCSIS(Data Over-Cable Systen Interface Specifi-cation)已经成为Cable modem系统的国际标准,因 而我们的开发采用MCNS标准。 三、业务的扩展 在HFC的数据通信系统Cable modem中采用ip协议,因面很容易扩展开通基于IP 的业务。如IP的VOD业务、IP Phone等。 (1)IP Phone :cable modem的传输协议采用IP,增加一定的软件和硬件可以 实现电话业务。目前,MCNS准备在它新的Cable modem标准中,加进IPPhone的内容。 与此同时,broadcom公司也宣布在它新的reference design BCM中支持IP Phone功 能。 (2)DTV(Digital TV:数字电视):在Cable modem系统中,物理层的数字 调制与解调技术符合DVB标准,只需在有线电视前端和用户端增加视频编解码设备。 这样可以使得Cable modem具有多功能的特点,可以避免进行数字电视广播的重复 投资,同样也减少了用户端设备的成本。 (3)ITV(Interactive CATV,交互式有线电视):Cable modem系统设备使原 来单向分配的HFC网络变成双向可进行数据传输的交互式系统,因而可以结合原有 的电视业务开展ITV。提供VOD(VOD是目前信息高速公路建设的一个热点)、MOD等 业务。 综合上述业务,在Cable modem研制成功的基础上,可以进一步开发多功能的 Cable modem。除了具有计算机联网功能、提供Internet浏览外,同时具有数字电 视接收和VOD机顶盒的功能,只需加一个VCD/CD机芯配件就能实现。这样做比较符 合中国的国情,也会因为Cable modem而刺激一部分用户去购买计算机上网。 四、结束语 中国不同于西方或其他发达国家,计算机、电话和有线电视三者中,有线电视 的普及率最高。到1997年底,以HFC为主要传输媒体的有线电视网已经发展到5000 万用户,计划2000年将达8000万用户,2005年将成为世界第一大网。这是一个城市 最宝贵的资源。在骨干网中采用ATM结合HFC宽带接入技术(Cable modem),可以 建设良好的宽带城域网。Internet的宽带接入只是这种系统中的一种业务,对它的 深入研究将会综合更多的业务,具有广泛的应用前景。