CMTSCM簡介及工作原理

1、CMTS+CM簡介及工作原理一、什么是CMTS+CMCMTS(Cable Modem Terminal Systems)，CMTS是管理控制Cable Modem（CM）的設備，CMTS名為電纜調制解調器，又名線纜調制解調器。它是近幾年隨著網(wǎng)絡應用的擴大而發(fā)展起來的，主要用于有線電視網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。CMTS+CM方案與以往的Modem在原理上都是將數(shù)據(jù)進行調制后在Cable(電纜)的一個頻率范圍內(nèi)傳輸，接收時進行解調。其傳輸機理與普通Modem相同，不同之處在于它是通過有線電視的某個傳輸頻帶進行調制解調的。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。 CMTS+C

2、M方案屬于共享介質系統(tǒng)，其它空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。CMTS+CM方案徹底解決了由于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(tǒng)的Modem雖然已經(jīng)開發(fā)出傳輸速率為56Kbit/s的產(chǎn)品，但其理論傳輸極限為64Kbit/s，再想提高已不大可能。CMTS+CM方案也是組建城域網(wǎng)的關鍵設備，光纖同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)主干線用光纖，光結點小區(qū)內(nèi)用樹枝型總線同軸電纜網(wǎng)連接用戶，其傳輸頻率可達550/750MHz。在HFC網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)就需要使用CMTS+CM技術。我們可以看出，CMTS+CM方案是未來網(wǎng)絡發(fā)展的必備之物，但是，目前尚無CMT

3、S+CM方案的國際標準，各廠家產(chǎn)品的傳輸速率均不相同，因此，高速城域網(wǎng)寬帶接入的組建還有待于CMTS+CM方案標準的出臺。二、CMTS+CM技術原理CMTS+CM從下行的模擬信號中劃出6MHz頻帶，將信號轉化為符合以太網(wǎng)協(xié)議的格式，與電腦實現(xiàn)通訊。用戶需要給電腦配置以太網(wǎng)卡和相應的網(wǎng)卡驅動程序。同軸電纜中的6MHz頻帶用于提供數(shù)據(jù)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，但是調制在不同的載波頻率上，以避免相互干擾。1、物理層下行通道的頻率范圍為88860MHz（最大的數(shù)據(jù)速率美標27Mbps，歐標38Mbps），每個

4、通道的帶寬為6MHz (NTSC 6MHz，PAL 8MHz)，采用64QAM或256QAM調制方式，對應的數(shù)據(jù)傳輸速率為30342Mbit/s或42884Mbit/s。上行通道的頻率范圍為 565MHz，每個通道的帶寬可為200、400、800、1600、3200kHz，采用QPSK或16QAM調制方式（數(shù)據(jù)速率320kbps-10Mbps），對應的數(shù)據(jù)傳輸速率為 3205120Kbit/s或64010240Kbit/s。上行通道的帶寬可根據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率設定。在同樣的帶寬內(nèi)，QPSK調制的速率比16QAM調制方式低，但其抗干擾性能好，適用于噪聲干擾較大的上行通道，而16QAM調制適用于

5、信道質量好且要求高速傳輸數(shù)據(jù)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(jù)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。（NTSC：美標 PAL：歐標）2、媒體通路控制層MAC(Media Access Control Layer)和邏輯鏈接控制層LLC(Logical Link Control Layer) 這兩個協(xié)議層規(guī)定了不同信號和用戶怎樣共享公共帶寬。由于目前還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，故不同的Cable Modem廠家采用不同的協(xié)議，較常見的協(xié)議有：用于以太網(wǎng)的公共CSMA/CD(Carrier Sense

6、 Multiple Access/Collision Detection，載波復用通路/沖突檢測)和先進的ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)協(xié)議。這些協(xié)議都可以有效地使用上行通道，可以根據(jù)需要分配帶寬，保證通訊質量。 3、有線電視前端在上行方向，Cable Modem從電腦接收數(shù)據(jù)包，把它們轉換成模擬信號，傳送給網(wǎng)絡前端設備。該設備用于分離出數(shù)據(jù)信號，轉換為數(shù)據(jù)包，并傳送給Internet服務器。同時該設備還可以剝離出語音(電話)信號，并傳送給交換機。4、Cable Modem系統(tǒng)的配置、使用和管理（CM工作原理）Cable Modem和前端設備的配置

7、是分別進行的。Cable Modem有用于配置的Consol接口，可通過VT終端或Win9x的超級終端程序進行設置。Cable Modem加電工作后，首先自動搜索前端的下行頻率，找到下行頻率后，從下行數(shù)據(jù)中確定上行通道，與前端設備CMTS建立連接，并交換信息，包括上行電平數(shù)值、動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)和小文件傳送協(xié)議(TFTP)服務器的IP地址等。Cable Modem具有在線功能，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。（這樣也多少占用一部分帶寬資源） Cable Modem具有記憶功能，在斷電后再次上電時，使用斷電前存儲的數(shù)據(jù)與前端進行信息交換，可快速

8、地完成搜索過程。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。如果進行了設置，例如改變了上行電平數(shù)值，則會在信號交換過程中自動設置到CMTS指定的合適數(shù)值上。 每一臺Cable Modem在使用前，都需在前端登記，在TFTP服務器上形成一個配置文件。一個配置文件對應一臺Cable Modem，其中含有設備的硬件地址，用于識別不同的設備。 Cable Modem的硬件地址標示在產(chǎn)品的外部，有RF和以太網(wǎng)兩個地址。TFTP服務器的配置文件需要地址。有些產(chǎn)品的地址需通過Consol接口聯(lián)機后才能讀出。對于只標示一個地址的產(chǎn)品，該地址為通用地址。5、前端CMTS系統(tǒng)的配置

9、、使用和管理前端CMTS是管理控制Cable Modem的設備，其配置可通過Consol接口或以太網(wǎng)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，而通過以太網(wǎng)接口的配置，需使用廠家提供的專用軟件。CMTS的配置內(nèi)容主要有：下行頻率、下行調制方式、下行電平等。下行頻率在指定的頻率范圍內(nèi)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(guī)定的頻點上。調制方式的選擇應考慮信道的傳輸質量。此外，還必須設置DHCP、TFTP服務器的IP地址，CMTS的IP地址等。 上述設置完成后，如果中間的線路無故障，信號電平的衰減符合要求，則啟動

10、DHCP、TFTP服務器，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110121dBV，接收的輸入電平為4486dBV；Cable Modem接收的電平范圍為4575dBV；上行信號的電平為68118dBV(QPSK)或68115dBV(16QAM)。上下行信號在經(jīng)過HFC網(wǎng)絡傳輸衰減后，電平數(shù)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(jīng)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(nèi)部的上下行通道的干擾較大。在CMTS和Cable Modem間的

11、通道建立后，可使用簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)進行網(wǎng)絡管理。SNMP是一個通用的網(wǎng)絡管理程序，對于不同廠家的CMTS和Cable Modem設備，需將廠家提供的管理信息庫(MIB)文件裝入到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(xiàn)錯誤。三、CMTS+CM網(wǎng)絡系統(tǒng)前端的結構CMTS+CM網(wǎng)絡系統(tǒng)的前端一般位于有線電視網(wǎng)絡的前端，或者在管理中心的機房，完成數(shù)據(jù)到RF轉換，并與有線電視網(wǎng)絡中原有的視頻信號混合，送入HFC 網(wǎng)絡中。除了與高速網(wǎng)絡連接外，也可以作為業(yè)務接入設備，通過Ethernet 網(wǎng)口掛接本地服務器提供本地業(yè)務。下行信號流向：從前端主干網(wǎng)來

12、的數(shù)字信號經(jīng)CMTS 按DOCSIS 規(guī)范處理后變?yōu)橹行念l率為43.75MHz、帶寬為6 MHz 的中頻（IF）模擬電信號，經(jīng)下行調制器（或叫上行變換器）將頻譜搬移到中心頻率為91857MHz 的射頻（RF）范圍內(nèi)的某一空閑頻道，再通過混合器與有線電視信號相混合，再通過分配器、光發(fā)、光放等進行電光轉換后饋入HFC網(wǎng)絡。上行信號流向：經(jīng)由HFC 網(wǎng)絡傳輸來的上行信號經(jīng)由光分配器、光收的完成光電轉換后變?yōu)?42 MHz 頻帶內(nèi)的模擬電信號，再由混合器、分配器等處理后饋入CMTS 的各個上行信號接收口，經(jīng)CMTS 按DOCSIS 規(guī)范處理后變?yōu)閿?shù)字信號饋入前端主干網(wǎng)。四、CMTS+CM網(wǎng)絡系統(tǒng)Cab

13、le Modem的結構Cable Modem由調諧器、解調器、脈沖調制器、處理器和接口組成。 信號從CM進入調諧器后，它把輸入的RF信號下變頻為IF（640MHz范圍內(nèi)）信號，由設置的雙工器來完成上、下行信號的分離；解調器對輸入的RF信號進行64/256QAM解調，并采用RS技術（PeedSolomon）進行誤碼糾錯和MPEG同頻操作；而脈沖調制器的工作主要是對上行信號進行處理，包括RS編碼，16QAM/QPS調制、頻率轉換等；而對信號的串/并轉換、幀標志符的識別或插入、MPEG中數(shù)據(jù)信號的換取，非本機數(shù)字信號的過濾等工作都由CM中的處理器承擔這項工作。每臺CM都擁有一個48位的物理地址外，還

14、有一個 14 位的服務標識（Service ID），并由 CMTS 分配，每個服務標識對應一種服務類型，通過服務標識在 CM 與 CMTS 之間建立一個映射，CMTS根據(jù)這個映射為每臺CM分配帶寬，實現(xiàn)QoS管理。CMTS一般情況下需配一臺 CM 來對應一個光節(jié)點所承載的用戶端的 CM，CM 在系統(tǒng)中每個68MHz 頻率可供高達30Mbps40Mbps 的傳輸速率，為上百個終端用戶共享。如果是500人同時上網(wǎng)，每人分得的傳輸速率為64128kbps。由于CM 的連接，實際占用的帶寬不是固定的，它只是在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的瞬間才占用網(wǎng)絡的帶寬，而其它的時間不占用網(wǎng)絡的資源，正是由于帶寬的共享，在實際

15、傳輸中可實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配管理，在規(guī)定的頻段內(nèi)若上網(wǎng)的人數(shù)很少，此時每個上網(wǎng)的用戶所分配的帶寬就遠超過64128kbps的傳輸速率，而上網(wǎng)高峰期就會出現(xiàn)網(wǎng)上擁塞現(xiàn)象。l TOD服務器用于提供CM（Cable Modem）工作所需系統(tǒng)時間，l TFTP服務器用來存放CM工作所需的配置文件和可能的更新軟件版本，l DHCP服務器進行動態(tài)的IP 地址管理，l SNMP服務器用來網(wǎng)絡管理。上述服務器組構成CMTS+CM系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，再加上Billing 系統(tǒng)構成比較完整的CMTS+CM網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。CMTS+CM網(wǎng)絡管理系統(tǒng)主要負責完成整個HFC 數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理,采用SNMP 協(xié)議,包括: 故障管理、配置管理、安全管理、性能管理、賬戶管理等 。VoIP 服務器 、VOD 服務器、FTP 服務器、緩存服務器和其