《寬帶接入網(wǎng)技術(shù)項目式教程》課件第5章

任務(wù)1HFC技術(shù)

任務(wù)2CableModem技術(shù)

任務(wù)3機頂盒模塊五CableModem接入技術(shù)5.1.1CATV系統(tǒng)

1.CATV系統(tǒng)的組成

CATV系統(tǒng)由信號源接收系統(tǒng)、前端系統(tǒng)、干線傳輸系統(tǒng)和用戶分配系統(tǒng)四部分組成，如圖5-1所示。任務(wù)1HFC技術(shù)圖5-1CATV系統(tǒng)組成原理

1)信號源接收系統(tǒng)

信號源是有線電視系統(tǒng)電視節(jié)目的來源，它一般包括當(dāng)?shù)仉娨暸_發(fā)送的開路電視信號、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星電視信號、微波站發(fā)射的微波電視信號和有線電視臺自辦的節(jié)目等。

為了接收無線電視臺發(fā)送的開路電視節(jié)目，有線電視臺需要安裝較高質(zhì)量的接收天線。通常，有線電視臺在接收VHF頻段的電視節(jié)目時采用單一頻道的天線，即一個頻道用一副專用的天線來接收；同時，天線放大器也是單頻道式的，以有效避免其他頻道信號的干擾。在接收調(diào)頻廣播和UHF頻段的電視節(jié)目時，則采用頻段天線，即由一副天線接收頻率相差不大的幾個頻道的電視節(jié)目。由于電視發(fā)射臺的方位各異，在同一位置的接收場強也不一樣，對于空中場強較弱的頻道，可以使用有源天線，即在天線下面加裝一個天線放大器，以實現(xiàn)高增益、高信噪比的接收。為了接收電視臺通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的電視節(jié)目，有線電視臺需要安裝口徑為3～6m的拋物面衛(wèi)星接收天線以及相應(yīng)的饋源、高頻頭和衛(wèi)星接收機等。一般來說，接收每一顆衛(wèi)星的電視節(jié)目，需要一副拋物面天線和一個饋源，需要兩個高頻頭分別接收垂直和水平極化方向的節(jié)目，以及若干臺衛(wèi)星接收機。

為了接收從其他有線電視臺通過微波送來的電視節(jié)目，需要安裝微波接收天線和微波接收機。為了播出自辦節(jié)目，還應(yīng)有必要的電視演播室、轉(zhuǎn)播車、錄像機、字幕機、切換臺、自動播放設(shè)備及計算機等。

2)前端系統(tǒng)

前端系統(tǒng)的主要作用是接收和處理信號。它首先接收信號源接收系統(tǒng)送來的各種不同制式的信號，將其統(tǒng)一成同一種形式，再按頻分復(fù)用方式將其變換成預(yù)定頻道的射頻電視信號，最后，經(jīng)混合器混合成一路寬帶信號輸出。它包括頻道處理器、頻道變換器、加擾系統(tǒng)、調(diào)制器、混合器及需要分配各種信號的發(fā)生器等。

3)干線傳輸系統(tǒng)

干線傳輸系統(tǒng)是一個傳輸網(wǎng)，主要作用是把前端輸出的高頻電視信號高質(zhì)量地傳輸給用戶分配網(wǎng)。同軸電纜傳輸是最簡單的一種干線傳輸方式，具有技術(shù)成熟、成本低、設(shè)備安裝方便等優(yōu)點。但電纜對信號電平的衰減較大，為了補償傳輸時的信號衰減，一般每隔600m左右就需要設(shè)置一個干線放大器，所以一個干線傳輸系統(tǒng)通常需要幾十個干線放大器。由此也引入較多的噪聲和非線性失真，使信號質(zhì)量受到影響。另外，由于電纜在高頻道上的傳輸損耗高于低頻道上的損耗，因而要求使用在干線傳輸系統(tǒng)上的干線放大器還要具有電纜均衡功能。為了補償因溫度和濕度等環(huán)境因素的變化引起電纜損耗的變化，在干線傳輸線路上還應(yīng)分段使用帶自動電平控制的干線放大器。同軸電纜傳輸方式一般只在小系統(tǒng)或大系統(tǒng)中靠近用戶分配系統(tǒng)的最后幾千米中使用。

4)用戶分配系統(tǒng)

用戶分配系統(tǒng)是有線電視系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，主要作用是將干線傳輸系統(tǒng)送來的信號合理地分配到各個用戶。它包括支線放大器、分配器、分支器、用戶終端插座及分支線和用戶線等組成。支線放大器的功能是補償支線中的信號損失，放大信號功率以支持更多的用戶，分配器和分支器是為了把信號分配給各條支線和各個用戶，它要求有較好的隔離度和適當(dāng)?shù)妮敵鲭娖?。分支線和用戶線一般均采用較細的同軸電纜，以降低成本和便于施工。用戶分配系統(tǒng)一般采用樹-星型結(jié)構(gòu)，其特點是線路短、放大器少、覆蓋效率高、經(jīng)濟合理。

2.CATV網(wǎng)絡(luò)的特點

CATV網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點：

CATV網(wǎng)是單向、廣播型的網(wǎng)絡(luò)，呈星-樹型分支結(jié)構(gòu)。最大的優(yōu)點是技術(shù)成熟，成本低，非常適合傳送單向的廣播電視業(yè)務(wù)。

CATV網(wǎng)絡(luò)的缺點：

(1)不適合傳送雙向業(yè)務(wù)。在有線電視系統(tǒng)中，分支器是按照下行傳輸廣播電視信號，使用戶收看到滿意的電視節(jié)目而設(shè)計的。因此用這種分支器傳輸上行信號時，不僅會產(chǎn)生匯聚噪聲，而且還會產(chǎn)生很大的損耗，所以不適合傳送雙向業(yè)務(wù)。

(2)網(wǎng)絡(luò)的可靠性差。干線上每一點或每個放大器的故障對于其后的所有用戶都將產(chǎn)生影響，在電纜分配網(wǎng)的傳輸通道中，電纜接頭過多，嚴重降低了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(3)對用戶提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量不一致。離前端較近的用戶，因沿途經(jīng)過的放大器少，信號質(zhì)量和可靠性較好，但離前端較遠的用戶，因沿途經(jīng)過的放大器多，信號質(zhì)量和可靠性就會不理想。

(4)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和管理差。在有線電視網(wǎng)中，普遍沒有使用網(wǎng)絡(luò)自動化管理功能，自身很難監(jiān)視故障，只有等待用戶報障后才知，而且知道后也難以確定故障的位置。5.1.2HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

HFC是指混合光纖/同軸電纜網(wǎng)，它是在有線電視(CATV)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)，是美國AT&T公司于1993年提出的。它是一種城域網(wǎng)或局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模式，采用模擬頻分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)。常見的拓撲結(jié)構(gòu)與CATV的拓撲結(jié)構(gòu)類似，也是樹型分支結(jié)構(gòu)，采用共享介質(zhì)。HFC和CATV不同之處主要有以下兩點：一是在HFC網(wǎng)中，干線傳輸系統(tǒng)作用的光纖作傳輸介質(zhì)，而在用戶分配系統(tǒng)中仍然采用同軸電纜；二是HFC除可以提供原CATV網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)外，還可以提供雙向電話業(yè)務(wù)、高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和其他交互型業(yè)務(wù)，也被稱為全業(yè)務(wù)網(wǎng)。

一個雙向HFC網(wǎng)絡(luò)與CATV網(wǎng)類似，也是由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線三部分組成的，如圖5-2所示。圖5-2HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.饋線網(wǎng)

HFC的饋線網(wǎng)是指前端至服務(wù)區(qū)節(jié)點之間的部分，大致對應(yīng)CATV網(wǎng)的干線段。其區(qū)別是：在HFC系統(tǒng)中從前端至每一光纖節(jié)點，都用一根單模光纖代替了傳統(tǒng)的干線電纜和一連串的幾十個有源干線放大器。

從結(jié)構(gòu)上說則相當(dāng)于用星型結(jié)構(gòu)代替了樹型-分支結(jié)構(gòu)。HFC的結(jié)構(gòu)又稱光纖到服務(wù)區(qū)(FSA)，一般一個光節(jié)點可以連接多個服務(wù)區(qū)，在一個服務(wù)區(qū)內(nèi)，通過引入線接入的用戶共享一根線纜，所以在HFC網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)區(qū)越小，各個用戶可用的雙向通信帶寬就越大，通信質(zhì)量也越好。目前一個典型的服務(wù)區(qū)用戶數(shù)為500戶，將來可進一步降至125戶或更少。前端設(shè)備負責(zé)完成信號收集、交換及信號調(diào)制與混合，并將混合信號傳輸至光纖。目前應(yīng)用的主要設(shè)備有調(diào)制器、變頻器、數(shù)據(jù)調(diào)制器、信號混合器、激光發(fā)射機。

調(diào)制器將模擬音頻及視頻信號調(diào)制成射頻信號；變頻器完成音頻、視頻和數(shù)據(jù)中頻信號到射頻信號的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)調(diào)制器完成數(shù)據(jù)信號的QPSK或QAM調(diào)制，將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)中頻信號；信號混合器將不同頻率的射頻信號混合，形成寬帶射頻信號；激光發(fā)射機將寬帶射頻信號轉(zhuǎn)換成光信號，并將光信號送入光纖傳輸。

光節(jié)點負責(zé)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號放大傳輸至同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。

2.配線網(wǎng)

在傳統(tǒng)CATV網(wǎng)中，配線網(wǎng)是指干線/橋接放大器與分支點之間的部分，典型距離為1～3km左右。而在HFC網(wǎng)中，配線網(wǎng)是指服務(wù)區(qū)光纖節(jié)點與分支點之間的部分，采用與傳統(tǒng)CATV網(wǎng)相同的樹形-分支同軸電纜網(wǎng)，但其覆蓋范圍則已大大擴大，可達5～10km左右，因而仍需保留幾個線路延長放大器，用以補償同軸電纜對射頻信號的衰減。這一部分設(shè)計的好壞往往決定了整個HFC網(wǎng)的業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)類型，十分重要。在設(shè)計配線網(wǎng)時采用服務(wù)區(qū)的概念是一個重要的革新。采用了服務(wù)區(qū)的概念以后，可以將一個大網(wǎng)分解為一個個物理上獨立的基本相同的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)服務(wù)于較少的用戶，允許采用價格較低的上行通道設(shè)備，同時每一個子網(wǎng)允許采用同一套頻譜而互不影響，與蜂窩移動通信網(wǎng)十分類似，可最大限度地利用頻譜資源。此時，每一個獨立服務(wù)區(qū)可以接入全部上行通道帶寬。若假設(shè)每一個電話占據(jù)50kHz帶寬，則只需要25MHz上行通道帶寬即可同時處理500個電話呼叫，多余的上行通道帶寬還可以用來提供個人通信業(yè)務(wù)和其他各種交互式業(yè)務(wù)。

3.用戶引入線

用戶引入線是指分支點至用戶端設(shè)備之間的部分，與傳統(tǒng)CATV相同，分支點的分支器是配線網(wǎng)與用戶引入線的分界點。分支器是信號分路器和方向耦合器結(jié)合的無源器件，負責(zé)將配線網(wǎng)送來的信號分配給每一用戶。在配線網(wǎng)上平均每隔40～50m就有一個分配器，單獨住所區(qū)用4路分支器即可，高樓居民區(qū)常常使用多個16路或32路分支器結(jié)合使用。用戶引入線負責(zé)將射頻信號從分支器經(jīng)引入線送給用戶，傳輸距離僅幾十米而已。與配線網(wǎng)使用的同軸電纜不同，引入線電纜采用靈活的軟電纜形式以便適應(yīng)住宅用戶的線纜鋪設(shè)條件及作為電視、錄像機、機頂盒之間的跳線連接電纜。5.1.3HFC網(wǎng)上常用的幾種業(yè)務(wù)

HFC本身是一個CATV網(wǎng)絡(luò)，視頻信號可以直接進入用戶的電視機，采用新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，可以向用戶提供數(shù)字電視和HDTV。同時，語音和高速的數(shù)據(jù)可以調(diào)制到不同的頻段上傳送，來提供電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這樣HFC支持全部現(xiàn)存的和發(fā)展中的窄帶和寬帶業(yè)務(wù)，成為所謂的全業(yè)務(wù)寬帶網(wǎng)絡(luò)。而且，HFC可以簡單地過渡到FTTH網(wǎng)絡(luò)，為光纖用戶環(huán)路的建設(shè)提供了一種循序漸進的手段，采用HFC網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)三網(wǎng)合一。目前HFC網(wǎng)上可開通的業(yè)務(wù)有以下幾種。

1.視頻點播(VOD)業(yè)務(wù)

VOD是一種受用戶控制的視頻分配業(yè)務(wù)，它使得每一個用戶可以交互地訪問遠端服務(wù)器所儲存的豐富節(jié)目源，也就是說，在家里即可隨時點播自己想看的有線電視臺服務(wù)器儲存的電影及各種文藝節(jié)目，實現(xiàn)人與電視系統(tǒng)的直接對話，選擇電視節(jié)目的過程簡單、方便；VOD還可以提供圖文信息和綜合服務(wù)，也可以對各種播出節(jié)目進行控制和收費。

VOD系統(tǒng)是由信源、信道及信宿組成的，它們分別對應(yīng)于CATV系統(tǒng)的前端機房、傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶終端，用戶根據(jù)電視機屏幕上的選單提示，利用機頂盒選擇出自己所喜愛的節(jié)目，并向前端發(fā)出點播請求指令。在具有雙向傳輸功能的CATV系統(tǒng)中，利用頻道分割方式將用戶點播的請求信息通過系統(tǒng)的上行通道傳輸?shù)角岸俗酉到y(tǒng)的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將點播的節(jié)目和主系統(tǒng)的電視信號混合后，由CATV系統(tǒng)的下行通道傳輸?shù)近c播用戶終端，經(jīng)機頂盒解調(diào)后觀看。

2.電話業(yè)務(wù)

在HFC網(wǎng)上可開通電話業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)電話網(wǎng)的長途干線和局間中繼線帶寬比較大，但進入用戶環(huán)路，由于使用的是雙絞線，帶寬很窄，因此只能傳輸300～3400Hz的窄帶電話和低速數(shù)據(jù)。HFC網(wǎng)上的電話則不同，其全網(wǎng)都具有寬帶的電信業(yè)務(wù)，因此，不僅可以提供普通電話，也可以提供寬帶的電信業(yè)務(wù)，包括64kb/s數(shù)字電話、ISDN、電視電話等。但傳統(tǒng)CATV網(wǎng)所用分支器只允許通過射頻信號，從而阻斷了交流供電電流。由于需要為用戶話機提供振鈴電流，因而HFC網(wǎng)的分支器需要重新設(shè)計以便允許交流供電電流通過引入線到達電話機。

在HFC網(wǎng)上傳電話業(yè)務(wù)還需要增加三種設(shè)備：一種是連接交換機和HFC網(wǎng)的前端接口單元；另一種是用戶電話和HFC網(wǎng)的用戶接口單元；第三種是計算機網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備。

3.雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)

在HFC網(wǎng)上還可開通雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，只需在用戶端和局端增加CableModem即可進行高速數(shù)據(jù)傳送。CableModem采用先進的調(diào)制技術(shù)(如QPSK、64QAM/256QAM)，分為對稱和非對稱兩種。其中，對稱型可為每個用戶提供10Mb/s的上下通道速率，可用在遠程醫(yī)療、遠程教學(xué)、電視會議等場合；非對稱型可為每個用戶提供的上行通道速率為784kb/s，下行通道速率可達30Mb/s，因此特別適合網(wǎng)頁瀏覽、視頻、游戲等。

基于HFC網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)具備了順利引入新業(yè)務(wù)的能力，具有經(jīng)濟地提供雙向通信業(yè)務(wù)的能力，因而不僅對住宅用戶有吸引力，而且對企事業(yè)用戶也有吸引力。5.1.4HFC頻譜分配

在HFC網(wǎng)絡(luò)中，由于同軸電纜分配網(wǎng)實現(xiàn)雙向傳輸只能采用頻分復(fù)用方式，故在頻譜資源十分寶貴的情況下，必須考慮上、下行頻率的分割問題。合理的劃分頻譜十分重要，既要考慮歷史和現(xiàn)在，又要考慮未來的發(fā)展。HFC網(wǎng)必須具有靈活的、易管理的頻段規(guī)劃，載頻必須由前端完全控制并由網(wǎng)絡(luò)運營者分配。目前，雖然有關(guān)同軸電纜中各種信號的頻譜劃分尚無正式的國際標準，但已有多種建議方案。過去，為了確保下行的頻率資源得到充分利用，通常采用“低分割”方案，即5～30MHz為上行，30～48.5MHz為過渡帶，48.5MHz以上全部用于下行傳輸。但近年來，隨著各種綜合業(yè)務(wù)的逐漸開展，低分割方案的上行帶寬顯得越來越不夠用，且上行信道在頻率低端嚴重的噪聲積累現(xiàn)象，使該頻段的利用也受到限制，進一步突出了上行帶寬的不足。

隨著濾波器質(zhì)量的改進，且考慮到點播電視的信令及電話數(shù)據(jù)等其他應(yīng)用的需要，真正開展雙向業(yè)務(wù)，可考慮采用“中分割”方案，即將上行通道進行擴展，如北美將上行通道擴展為5～42MHz，共37MHz。有些國家計劃擴展至更高的頻率。以我國HFC頻帶劃分為例，根據(jù)GY/T106—1999標準的最新規(guī)定，在HFC網(wǎng)中，低端的5～65MHz頻帶為上行數(shù)字傳輸通道，通過QPSK和TDMA等技術(shù)提供非廣播數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，65～87MHz為過渡帶。

87～1000MHz頻帶均用于下行通道，其中87～108MHz頻段為FM廣播頻段，提供普通廣播電視業(yè)務(wù)。108～550MHz用來傳輸現(xiàn)有的模擬電視信號，采用殘留邊帶調(diào)制(VSB)技術(shù)，每一通路的帶寬為6～8MHz，因而總共可以傳輸各種不同制式的電視信號60～80路。

550～750MHz頻段采用QAM和TDMA技術(shù)提供下行數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。允許用來傳輸附加的模擬電視信號或數(shù)字電視信號，但目前傾向用于雙向交互型通信業(yè)務(wù)，特別是電視點播業(yè)務(wù)。假設(shè)采用64QAM調(diào)制方式和4Mb/s速率的MPEG-2圖像信號，則頻率效率可達5b/(s.Hz)，從而允許在一個6～8MHz的模擬通路內(nèi)傳輸約30～40Mb/s速率的數(shù)據(jù)信號，若扣除必須的前向糾錯等輔助比特后，則大致相當(dāng)于6～8路4Mb/s的MPEG-2的圖像信號，于是這200MHz的帶寬總共可以至少傳輸約200路VOD信號。當(dāng)然也可以利用這部分頻帶來傳輸電話、數(shù)據(jù)和多媒體信號，可選取6～8MHz通路傳電話；若采用QPSK調(diào)制方式，每3.5MHz帶寬可傳90路64kb/s速率的語音信號和128kb/s的信令和控制信息，適當(dāng)選取6個3.5MHz的子頻帶單位置入6～8MHz的通路，即可提供540路下行電話通路。通常這200MHz頻段傳輸混合型業(yè)務(wù)信號。將來隨著數(shù)字編碼技術(shù)的成熟和芯片成本的大幅度下降，這550～750MHz頻帶可以向下擴展到450MHz及至最終取代這50～550MHz模擬頻段。屆時這500MHz頻段可以傳輸約300～600路數(shù)字廣播電視信號。高端的750～1000MHz頻段已明確僅用于各種雙向通信業(yè)務(wù)，其中2個50MHz頻帶可用于個人通信業(yè)務(wù)，其他未分配的頻段可以有各種應(yīng)用以及應(yīng)付未來可能出現(xiàn)的其他新業(yè)務(wù)。

實際HFC系統(tǒng)所用標稱頻帶為750MHz、860MHz和1000MHz，目前用得最多的是750MHz系統(tǒng)。幾種典型的HFC頻譜劃分示意圖如圖5-3所示。圖5-3HFC頻譜劃分示意圖5.2.1CableModem技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

1993年12月，美國時代華納公司在佛羅里達州奧蘭多市的有線電視網(wǎng)上進行模擬和數(shù)字電視、數(shù)據(jù)的雙向傳輸試驗獲得了成功。1994年5月，IEEE802.14工作組成立，目的是建立一個基于HFC的城域網(wǎng)，并使該網(wǎng)絡(luò)能支持各種業(yè)務(wù)，包括固定比特率CBR、可變比特率VBR以及有效比特率ABR服務(wù)。IEEE802.14對ATM信元能很好地支持，并能通過ATM信元很好地支持QoS。在傳輸ATM信元方面，有較小的延遲和延遲抖動。但在支持IP方面，由于必須通過AAL5來支持，因而在傳輸IP分組的吞吐量方面比較低。任務(wù)2CableModem技術(shù)1995年11月，ArthurD.Little公司提出了DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification，電纜傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接口規(guī)范)計劃，成立了由一部分北美有線電視網(wǎng)絡(luò)運營商參加的MCNS(MultimediaCableNetworkSystem，多媒體電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))組織。MCNS標準的目的簡單且明確，就是在有線網(wǎng)絡(luò)上透明地傳輸可變長度IP數(shù)據(jù)包，因此對IP的支持最好，并且它與ATM兼容，從而使網(wǎng)絡(luò)的靈活性大大提高。1996年底DOCSIS1.0問世，為了適應(yīng)歐洲的頻帶劃分和調(diào)制技術(shù)，MCNS還制定了相應(yīng)的EuroDOCSIS標準，該標準在物理層以上部分的協(xié)議都是與DOCSIS兼容的。1998年3月，MCNS制定的DOCSIS1.0標準被ITU接受為國際標準，符合該標準的產(chǎn)品進而迅速占領(lǐng)了市場。在這之后，MCNS連續(xù)制訂了針對QoS和高速物理層的DOCSIS1.1、DOCSIS1.2標準。2001年，MCNS又推出了DOCSIS2.0標準，與之對應(yīng)的IEEE802.14小組在2000年3月解散了，而IEEE802.14a卻始終只是一個草案。

DOCSIS標準相對來說比較完善，實現(xiàn)起來較為靈活，已經(jīng)成為HFC領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的國際標準。目前國際上大部分CM以及前端設(shè)備CMTS的研制工作都是基于DOCSIS標準規(guī)范的。5.2.2CableModem系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CableModem系統(tǒng)工作在雙向HFC網(wǎng)上，成為HFC網(wǎng)絡(luò)的一部分。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：前端CableModem端接系統(tǒng)(CMTS)和安裝在用戶房屋內(nèi)的CableModem(CM)，如圖5-4所示。圖5-4CM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.CMTS

CMTS是一個模塊化的局端系統(tǒng)，由多種模塊組成，可以在需要時隨時擴充。CMTS作為系統(tǒng)的核心，通過10/100Base-T以太網(wǎng)接口(或光纖接口)連接交換機，再經(jīng)路由器與Internet相連，或直接連接到本地服務(wù)器，享受本地業(yè)務(wù)；經(jīng)RF接口與HFC網(wǎng)絡(luò)連接。

CMTS主要功能是完成數(shù)據(jù)與射頻信號之間的轉(zhuǎn)換。在下行方向，CMTS先將來自路由器的數(shù)據(jù)包封裝成MPEG2-TS幀的形式，再進行64-QAM/256-QAM調(diào)制，并與有線電視的視頻信號混合，經(jīng)HFC網(wǎng)絡(luò)傳送給各用戶終端CM。在上行方向，CMTS將接收到的經(jīng)QPSK/16-QAM調(diào)制的數(shù)據(jù)進行解調(diào)，轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)幀的形式傳送給路由器。

2.CM

CM是用戶端的電纜調(diào)制解調(diào)器，也稱為EOC終端，集Modem、調(diào)諧器、網(wǎng)橋、網(wǎng)卡、以太網(wǎng)集線器的功能于一身，無須撥號、可隨時在線連接的寬帶接入設(shè)備，CM提供一個標準的10Base-T以太網(wǎng)接口與用戶的PC設(shè)備或局域網(wǎng)集線器相連，提供用戶數(shù)據(jù)的接入，與CMTS一起組成完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

在下行方向，CM接收從CMTS發(fā)送來的QAM-64/QAM-256調(diào)制信號并解調(diào)，然后轉(zhuǎn)換成MPEG2-TS數(shù)據(jù)幀的形式，以傳向10Base-TEthernet接口的以太幀；在上行方向，接收從PC機來的以太幀，并封裝在時隙中，經(jīng)QPSK或16QAM調(diào)制后，通過HFC網(wǎng)絡(luò)的上行數(shù)據(jù)通路傳送給CMTS。CM工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，一個CM能承載5～16個用戶，也可為單獨用戶所使用。

3.CMTS與CM間通信的建立

目前，我國HFC的下行數(shù)字信道頻帶為550～750MHz，每一頻道的帶寬為6MHz，假設(shè)下行信道上有m個頻道，對于CM來說，為了能接收來自頭端的數(shù)據(jù)，必須要能夠解調(diào)這m個頻道中的任意一個。上行數(shù)字信道頻帶為5～65MHz，每一個頻道的帶寬也是6MHz，假設(shè)上行信道上有n個頻道，同理，CM必須要能夠把信號調(diào)制到任意一個頻道上發(fā)送到頭端。在m個下行通道和n個上行通道之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)HFC網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面和業(yè)務(wù)量，一個下行通道可以對應(yīng)一個或多個上行通道，這樣可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，在目前情況下也比較實用。

當(dāng)用戶請求注冊加入HFC網(wǎng)絡(luò)進行通信時，CMTS與CM之間需要協(xié)同工作。CMTS與CM間協(xié)同工作原理如圖5-5所示。圖5-5CMTS與CM間協(xié)同工作原理圖

CM與CMTS之間協(xié)同工作的具體過程如下：

(1)確定下行信道。

一般CM都有一個存儲器，存儲上次的操作參數(shù)。當(dāng)用戶注冊到網(wǎng)絡(luò)時，CM將首先嘗試重新獲取存儲的下行信道，如果嘗試失敗，將連續(xù)地對其它下行信道掃描，直到發(fā)現(xiàn)一個有效的下行信道。CM在獲取下行信道后，建立與CMTS同步，同步的標準是：與QAM碼元定時同步，與FEC幀同步，與MPEG分組同步并能識別由CMTS周期性發(fā)送的定時同步(SYNC)MAC報文，從而完成MAC層上的同步。

(2)確定上行信道。

在建立與CMTS的同步之后，CM等待一個從CMTS發(fā)送來的上行信道描述符(UCD)，以獲得上行信道的傳輸參數(shù)。UCD由CMTS周期性地廣播，其內(nèi)容包括目前所有可用的上行信道參數(shù)。CM根據(jù)UCD確定它是否可以使用該上行信道，若該信道不適合，則CM繼續(xù)等待，直到有一個UCD指定的信道適合它。如果在一定的時間內(nèi)仍沒有找到這樣的上行信道，那么CM必須重新掃描，找到另一個下行信道，再重復(fù)該過程。

在找到一個上行信道后，CM進一步從UCD中取出參數(shù)完成相應(yīng)設(shè)置，然后等待下一個SYNC報文，從中取出上行小時隙的時間標記，并繼續(xù)等待所選上行信道的帶寬分配MAP信息，處理該信息后再繼續(xù)下一步操作。

(3)注冊。

CM通過指定的上行信道向頭端發(fā)送注冊請求，在收到頭端的注冊響應(yīng)后，表示注冊成功。

(4)測距、認證和初始化。

注冊成功后，CM就向CMTS發(fā)送測距請求，再根據(jù)CMTS發(fā)來的測距響應(yīng)來調(diào)整CM自身的傳輸信號電平、頻率等參數(shù)。使用動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP，從頭端的DHCP服務(wù)器上獲得分配給它的IP地址及相關(guān)參數(shù)。使用簡單文件傳輸協(xié)議(TFTP)，從TFTP服務(wù)器上下載配置參數(shù)文件。并通過頭端的服務(wù)器時間來建立本地時間，然后通過DHCP響應(yīng)的定時時偏來進行微調(diào)，建立與CMTS統(tǒng)一的日期時間。至此，CM與CMTS之間建立起了正常通信，并可向用戶提供服務(wù)。5.2.3CableModem的工作原理

CableModem與以往的Modem在原理上都是將數(shù)據(jù)進行調(diào)制后在Cable(電纜)的一個頻率范圍內(nèi)傳輸，接收時進行解調(diào)，傳輸機理與普通Modem相同。不同之處在于它是通過有線電視CATV的某個傳輸頻帶進行調(diào)制解調(diào)的。而普通Modem的傳輸介質(zhì)在用戶與訪問服務(wù)器之間是獨立的，即用戶獨享通信介質(zhì)。CableModem屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)，其他空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。CableModem徹底解決了由于聲音圖像的傳輸而引起的阻塞，其速率已達10Mb/s以上，下行速率則更高。

按照ISO的OSI參考模型，CM的協(xié)議模型包括物理(PHY)層、MAC層兩個層次，如圖5-6所示。圖5-6CM系統(tǒng)協(xié)議模型

1.物理層

1)PMD子層

PMD子層主要的功能是對線纜上的射頻載波進行調(diào)制/解調(diào)，同時實現(xiàn)比特流同步編碼和差錯校驗。由于HFC網(wǎng)絡(luò)上、下行信道是分離的，所以PMD子層又進一步分為上行PMD和下行PMD，以分別針對上、下行信道不同的特點。目前，802.14和DOCSIS協(xié)議規(guī)范的PMD子層都是以ITU-J.83建議為基礎(chǔ)的，選擇的調(diào)制方式為QAM或QPSK。其中，QPSK調(diào)制的特點是抗噪聲性能強，但信道利用率低；QAM具有較好的抗噪聲性能，信道利用率比QPSK高，所以在下行PMD中一般采用QAM技術(shù)，支持64QAM和256QAM；上行PMD可采用16QAM和QPSK兩種調(diào)制方式。大部分CM物理層對上、下行信道還采用了頻分多址(FDMA)技術(shù)，并對每一個上行信道又進一步采用了時分多址(TDMA)技術(shù)來提高資源的利用率。目前，在上行物理信道上還有另一種主流技術(shù)，即S-CDMA(同步碼分多址)技術(shù)。S-CDMA使用頻譜擴展技術(shù)，使上行信道速率大幅度提升，在6MHz信道上可提供14Mb/s數(shù)據(jù)速率，同時使上行傳輸抗噪聲能力強。在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中，為使同一服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶站點能夠共享一根線纜的容量與帶寬，需采用某種介質(zhì)訪問控制(MAC)技術(shù)。CSMA是一種常見的MAC技術(shù)，但它不適合雙向HFC網(wǎng)絡(luò)，原因是雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的上、下行信道在不同的頻段。對于下行信道，由于頭端是獨占帶寬，而用戶站點只是接收信號，所以不存在多路訪問的問題；對于上行信道，用戶只是發(fā)送信號，無法像以太網(wǎng)上的站點那樣去偵聽其他站點的發(fā)送，也就無法檢測到?jīng)_突。所以，為了解決沖突，減少因沖突造成的帶寬浪費，CM物理層協(xié)議對上行信道又進一步抽象，即采用TDMA技術(shù)進一步將上行信道劃分成若干個時隙，每個時隙稱為一個miniSlot，它是上行信道帶寬分配的基本單位。在上行信道上存在兩種類型的miniSlot：requestminiSlot和dataminiSlot。在requestminiSlot內(nèi)容納的是requestPDU，requestPDU是CM向頭端提出分配多個miniSlot用來傳輸數(shù)據(jù)的請求信息。請求PDU較小，只占1個miniSlot，稱為miniPDU，請求PDU在傳輸中可能會發(fā)生沖突，但因其較小，沖突造成的帶寬浪費不太。dataminiSlot容納的是dataPDU，dataPDU是CM向頭端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，占多個miniSlot。CM在發(fā)送數(shù)據(jù)前先向頭端發(fā)送請求PDU，頭端收到請求PDU后，根據(jù)算法分配給CM一個dataminiSlot，并通過下行信道通知該CM，CM就可以在這個dataminiSlot時間內(nèi)無競爭地發(fā)送數(shù)據(jù)。

2)TC子層

TC子層提供MAC層與下行PMD子層的通用接口，主要功能是對頭端來的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)同步并定界，保證數(shù)據(jù)正確傳輸。

TC子層一般選用MPEG-2傳輸流作為本層的基礎(chǔ)，頭端的TC子層將下行數(shù)據(jù)封裝在MPEG-2幀內(nèi)，封裝時可能有多個下行MAC幀被封裝在一個MPEG-2幀內(nèi)傳輸，也有可能出現(xiàn)某個MAC幀被分割成兩部分，分別封裝到不同的MPEG-2幀的情況，為了接收端能識別重組被分片的MAC幀，TC子層支持PDU定界功能。CM中的TC子層對接收的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)同步并識別MPEG-2幀邊界，并從MPEG負荷中提取出CableModem分組數(shù)據(jù)。

MPEG-2數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。

一個MPEG-2幀長為188個字節(jié)，其中幀頭占4個字節(jié)，負荷為184個字節(jié)(包含1個字節(jié)的指針域，為可選項)。指針是用來定界的，指針值指明下一個MPEG-2幀所承載的MACPDU的第一個字節(jié)在被分片的MACPDU里的序號。圖5-7MPEG-2幀結(jié)構(gòu)

2.MAC層

1)上行信道帶寬的分配

把每個上行信道看成是一個由小時隙(miniSlot)組成的流，CMTS通過控制各個CM對這些小時隙的訪問來進行帶寬分配。CMTS進行帶寬分配的基本機制是分配映射(MAP)。MAP是一個由CMTS發(fā)出的MAC管理報文，它描述了上行信道的小時隙如何使用。例如，一個MAP可以把一個時隙分配給一個特定的CM，另外一些時隙用于競爭傳輸。每個MAP可以描述不同數(shù)量的小時隙數(shù)，最小為一個時隙，最大可以持續(xù)幾十毫秒，所有的MAP要描述全部小時隙的使用方式。

2)沖突解決機制

為保證數(shù)據(jù)信息的可靠傳輸，在MAC層有兩種沖突解決機制：時分多址和競爭/沖突解決。

時分多址機制，是指在一個特定時間幀內(nèi)，給每個CM都分配一個時隙，當(dāng)某個CM需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，就使用自己專用的時隙發(fā)送。這一機制的優(yōu)點是在共享介質(zhì)上不再存在沖突，適用于恒定比特率業(yè)務(wù)，所有CM都有公平的接入能力。但它的缺點也是很突出的，在Internet上，多數(shù)業(yè)務(wù)是突發(fā)的，所以分配的時隙，極有可能是偶爾使用，這樣會嚴重浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬，是難以接受的。競爭/沖突解決機制，是通過競爭獲取發(fā)送信道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沖突后，采用沖突解決機制來處理沖突。目前CM系統(tǒng)有兩種算法避免沖突的發(fā)生：一是，IEEE802.14采用的基于樹的沖突分解算法和p-堅持算法；二是，DOCSIS采用的二進制指數(shù)退避算法。

二進制指數(shù)退避算法比較簡單，下面舉例說明。

首先根據(jù)協(xié)議CMTS會通知CM一個退避窗口的大小，假設(shè)通告值為［Min=2，Max=7］，即表示退避窗口的最小值為22＝4，最大值為27＝128。那么CM最初的退避窗口范圍就是［0，22－1＝3］，即第一次推遲2n個miniSlot發(fā)送requestPDU，其中，n從［0，3］中隨機選取，假設(shè)n=3，則表示推遲23＝8個miniSlot發(fā)送請求。如果競爭失敗，CM擴大退避窗口1倍，即退避窗口范圍是［0，2×22－1＝7］，再從中選擇一個數(shù)n(0≤n≤7)，推遲2n個miniSlot再發(fā)送請求。依此類推，如果沖突仍未解決，就繼續(xù)將退避窗口大小擴大一倍，但當(dāng)退避窗口大小大于128時，如果繼續(xù)沖突，退避窗口大小將一直保持為128，CM不斷執(zhí)行算法，直到發(fā)送成功，或者沖突次數(shù)大于一個門限值(一般為16)時，CM就放棄發(fā)送。在HFC網(wǎng)絡(luò)上采用競爭/沖突解決機制的CM發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下：

(1)當(dāng)一個CM需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先從下行信道上獲取頭端廣播的上行帶寬分配信息(MAPPDU)，從中選取一個空閑的miniSlot，用來發(fā)送requestPDU。該PDU中包含了該CM的ID和申請miniSlot的個數(shù)等信息，發(fā)送后等待頭端的響應(yīng)(ACK)。

(2)當(dāng)CM收到頭端廣播的請求響應(yīng)后，如果ACK表示沖突，那么CM就執(zhí)行沖突解決算法，按照算法再次發(fā)送requestPDU。如果請求成功，則CM進入等待狀態(tài)，等待頭端為該CM發(fā)送信道分配信息，該信息包含頭端開始接收該CM所發(fā)信息的起始時刻t1。

(3)當(dāng)CM收到信道分配信息后，根據(jù)內(nèi)部算法，計算出dataPDU發(fā)送時刻t2，以確保頭端能在t1收到數(shù)據(jù)幀。

(4)在發(fā)送dataPDU過程中，如果上層又送來PDU要求發(fā)送，CM可以將新的發(fā)送請求捎帶在下一個dataPDU內(nèi)一起發(fā)給頭端，而不用再次競爭發(fā)送requestPDU。這種技術(shù)叫做(piggyback)捎帶技術(shù)。

3)MAC層同步

對于時分多址系統(tǒng)，全網(wǎng)的定時同步十分重要，但是，對于HFC網(wǎng)絡(luò)，各個CM距離頭端的物理距離存在遠近之分，使得每個CM對于頭端的傳播時延會存在差異，給全網(wǎng)同步帶來困難。為確保所有的CM發(fā)送的數(shù)據(jù)都能在分配的時隙內(nèi)準時到達頭端，要求MAC層必須能處理這種遠近效應(yīng)。具體措施是，MAC協(xié)議規(guī)定CM必須接收頭端所發(fā)出的全局定時參考幀，并測試頭端到自己的時延，再通過時延補償而實現(xiàn)定時同步。例如，當(dāng)頭端為某個CM預(yù)留了用于傳輸?shù)臅r隙，并在下行信道上廣播這段時間的起始時刻，該CM收到通告后，需要根據(jù)測試到的自己到頭端的傳播時延來計算出發(fā)送時刻，以確保數(shù)據(jù)在規(guī)定的起始時刻到達頭端。

4)安全和保密

在MAC層協(xié)議中規(guī)定了接入安全機制，提高了HFC網(wǎng)的安全和保密性。該機制的主要思想是：CM在注冊期間向頭端發(fā)送表明自己身份的ID號，頭端根據(jù)該ID的合法性，決定是否接受CM的注冊。如果ID合法，頭端與CM進行密鑰交換，CM用獲得的密鑰對MAC幀中的數(shù)據(jù)負荷進行加密傳輸。從而保證了共享介質(zhì)接入網(wǎng)的安全性與非共享介質(zhì)接入網(wǎng)的安全性。

另外，CM的MAC層將面對大量的具有高帶寬、服務(wù)質(zhì)量要求嚴格的交互式多媒體業(yè)務(wù)，所以為了滿足終端用戶的未來需求，在制定MAC協(xié)議時，必須嵌入服務(wù)質(zhì)量的概念。為某些特殊應(yīng)用提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證，如實時的視頻信號，MAC層就應(yīng)該提供最小遲延抖動和恒定比特率的帶寬服務(wù)。

5)MAC層幀結(jié)構(gòu)

由于HFC網(wǎng)絡(luò)上行信道的數(shù)據(jù)是各個CM通過競爭方式傳輸?shù)?，所以MAC幀是CM與CMTS在數(shù)據(jù)鏈路層上進行數(shù)據(jù)交換的基本單元，并且MAC幀長度是可變的，其幀結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。圖5-8MAC幀結(jié)構(gòu)

(1)MAC幀頭。

MAC幀頭格式是通用的，幀控制(FC)域定義了該幀的類型，決定了其他控制域的內(nèi)容，其格式如表5-1所示。

MAC_PARM域的含義依賴FC的定義，如果EHDR_ON＝1，MAC_PARM域表示擴展幀頭的長度；如果該幀類型是串聯(lián)字頭，則MAC_PARM域表示串聯(lián)的MAC幀個數(shù)；如果該幀是請求幀，則MAC_PARM域表示請求的miniSlot的個數(shù)。

LEN/SID域有兩種含義：當(dāng)該幀是請求幀時，該域表示請求CM的serviceID；除此之外，該域表示MAC幀的長度。

EHDR域提供MAC幀格式的擴展，以增加對額外功能(包括數(shù)據(jù)鏈路的安全性和幀的分組等功能)的支持。

HCS字頭檢測域用來檢測MAC字頭的差錯情況，采用2個字節(jié)16位的CRC校驗。表5-1幀控制域格式及含義

(2)MAC專用字頭。

MAC專用字頭用來實現(xiàn)一些專門功能，包括下行信道的定時，上行信道的測距或功率調(diào)節(jié)、帶寬分配請求以及分段和串聯(lián)多個MAC幀等功能。

定時字頭。在下行信道中，定時字頭表示該幀的dataPDU用來傳送全球定時參考，以便系統(tǒng)中的CM全網(wǎng)同步。在上行信道中，定時字頭表示該幀的dataPDU用作測距請求信息的一部分，用來調(diào)整CM的定時和功率。

MAC管理字頭。MAC管理字頭用來承載所有的MAC管理消息。它由MAC幀頭和MAC管理消息組成。管理消息又由MAC管理消息頭、管理消息負荷以及CRC校驗三部分組成，長度為24～1522字節(jié)。請求幀。請求幀是CM請求帶寬分配的基礎(chǔ)，只適用于上行信道，該幀沒有數(shù)據(jù)部分，總長度為6字節(jié)。

分段字頭。該字頭用來實現(xiàn)CM將較大的MACPDU分段，并分別傳輸，以及在CMTS端重組的功能。

串聯(lián)字頭。該字頭用于將多個MACPDU串聯(lián)在一個MPEG幀里傳輸。該字頭只能用于上行幀。5.2.4CableModem的種類

隨著CableModem技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少類型的CableModem。

(1)從傳輸方式的角度，可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。

所謂對稱式傳輸，是指上/下行信號各占用一個普通頻道8M帶寬，上/下行信號可采用不同的調(diào)制方法，但用相同傳輸速率(2～10Mb/s)的傳輸模式。利用對稱式傳輸，可開通一個上行通道(中心頻率26MHz)和一個下行頻道(中心頻率251MHz)。上行的26MHz信號經(jīng)雙向濾波器檢出，輸入給變頻器，變頻器解出上行信號的中頻(36～44MHz)再調(diào)制為下行的251MHz，構(gòu)成一個邏輯環(huán)路，從而實現(xiàn)了有線電視網(wǎng)雙向交互的物理鏈路。對稱式傳輸速率為2～4Mb/s，最高能達到10Mb/s。

所謂非對稱式傳輸，是指上行與下行信號占用不同的傳輸帶寬。由于用戶上網(wǎng)發(fā)出請求的信息量遠遠小于信息下行量，而上行通道又遠遠小于下行通道，人們發(fā)現(xiàn)非對稱式傳輸能滿足客戶的要求，而又避開了上行通道帶寬相對不足的矛盾。非對稱式傳輸下行速率為30Mb/s，上行速率為500kb/s～2.56Mb/s。

(2)從傳輸方式看，有基帶和調(diào)制之分。

基帶終端主要由二四變換、高/低通濾波兩部分實現(xiàn)，以太網(wǎng)信號在同軸電纜里直接傳輸，無需進行信號處理；調(diào)制CableModem采用頻分復(fù)用技術(shù)，發(fā)送端將以太IP數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制與CATV信號混合在一起，然后通過同軸分配網(wǎng)發(fā)送到局端；接收端分離出CATV信號和IP數(shù)據(jù)信號，IP數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)還原成原始以太數(shù)據(jù)信號。調(diào)制CableModem由于采取了一些適應(yīng)CATV網(wǎng)絡(luò)特性的處理技術(shù)，所以能克服基帶CableModem的缺點，能適應(yīng)樹型、星型以及混合型網(wǎng)狀網(wǎng)，能夠通過分支分配器，具有傳輸距離遠，帶寬高，支持QoS，支持集中網(wǎng)管等優(yōu)點，能夠很好地滿足HFC同軸分配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點。

(3)從網(wǎng)絡(luò)通信角度上看，Modem可分為同步(共享)和異步(交換)兩種方式。

同步(共享)類似以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)用戶共享同樣的帶寬。當(dāng)用戶增加到一定數(shù)量時，其速率急劇下降，碰撞增加，登錄入網(wǎng)困難。而異步(交換)的ATM技術(shù)與非對稱傳輸正在成為CableModem技術(shù)的發(fā)展主流趨勢。

(4)從接入角度來看，可分為個人CableModem和寬帶CableModem(多用戶)。寬帶Modem可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將一個計算機局域網(wǎng)接入。

(5)從接口角度分，可分為外置式、內(nèi)置式和交互式機頂盒。

外置CableModem目前有兩種與計算機連接的接口，即RJ-11以太網(wǎng)接口和USB接口，以太網(wǎng)接口的CableModem需要外接電源，由一個直流變壓器提供，而USB接口的CableModem不需要另外配置電源。同時，外置式以太網(wǎng)接口的CableModem在連接到電腦前，需要給電腦添置一塊10M/100M以太網(wǎng)卡，這也是外置式以太網(wǎng)接口CableModem的缺點。不過，好處是可以支持局域網(wǎng)上的多臺電腦同時上網(wǎng)。CableModem支持大多數(shù)操作系統(tǒng)和硬件平臺。內(nèi)置CableModem其實是一塊PCI插卡，這是最便宜的解決方案，缺點是只能用在臺式電腦上且性能相對差些。交互式機頂盒是真正CableModem的偽裝。機頂盒的主要功能是在頻率數(shù)量不變的情況下提供更多的電視頻道。通過使用數(shù)字電視編碼(DVB)，交互式機頂盒提供一個回路，使用戶可以直接在電視屏幕上訪問網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)E-Mail，瀏覽網(wǎng)頁等。5.2.5CableModem的安裝

CableModem設(shè)備的安裝比較簡單，與ADSLModem安裝類似，只要將有線電視同軸電纜接入CableModem即可。為了在上網(wǎng)的同時收看電視節(jié)目，在CableModem接入系統(tǒng)中也需要一個三端口的分支器，分別用來連接有線電視外線、電視機和CableModem，但此分支器的三個端口均為RF接口。

安裝CableModem之前，首先檢查CableModem所帶的組件是否齊全，所帶組件一般有：電源線、10/100Base-T以太網(wǎng)線、USB線、配套光盤。安裝CableModem的步驟是，先安裝分支器，再進行CableModem連接，具體接線方法如下：

(1)分支器的安裝。

先將有線電視同軸電纜的入戶線接入分支器的輸入端(IN)，再將電視機和CableModem分別接入分支器的兩個輸出端(OUT)。

(2)CableModem的安裝。

①內(nèi)置式CableModem的安裝。

與安裝內(nèi)置式ADSLModem基本相同，首先關(guān)閉電源，打開主機箱，將內(nèi)置式CableModem卡插接到計算機主板上相應(yīng)的擴展插槽中；然后封裝好機箱，利用同軸電纜將分支器的一個輸出分支與CableModem相連即可。②外置式CableModem的安裝。

外置式以太網(wǎng)接口的CableModem外部結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。在后面板上有電源接口、同軸電纜(RF)接口及以太網(wǎng)(RJ45)接口。前面板有各種指示燈和待機開關(guān)。待機開關(guān)加強了對最終用戶的安全保護，該開關(guān)可切斷USB和以太網(wǎng)與CPE的連接，而仍將CableModem保留在RF網(wǎng)絡(luò)上，具有可靠保密及良好的靈活性。

外置式CableModem的應(yīng)用從接入用戶數(shù)量上來看，一般有兩種方案，一是單用戶使用，二是多用戶共享使用。單用戶CM系統(tǒng)的連接示意圖如圖5-10所示。圖5-9CableModem的外部結(jié)構(gòu)圖5-10單用戶CM的連接示意圖單用戶應(yīng)用時，CableModem的安裝步驟如下：

第一步，將同軸電纜連接線的一端與CableModem的RF接口相連，另一端與分支器的RF接口相連；再為CableModem接上電源，此時電源指示燈(POWER)會亮起。

第二步，把CableModem附帶的網(wǎng)卡連接線一端接到CableModem網(wǎng)線接口，另一端連接到計算機網(wǎng)卡的接線口，此時，在Modem后面網(wǎng)線接口處有一個綠色指示燈也亮(表示網(wǎng)線連接良好)。同時，前面板的指示燈將按照下列順序變換：

數(shù)據(jù)接收燈(RECEIVE)閃爍，CableModem開始掃描并尋找下行信道，最后該燈亮起，證明已找到下行信道；數(shù)據(jù)發(fā)送燈(SEND)閃爍，CableModem開始掃描并尋找上行信道，最后該燈亮起，證明已找到上行信道；

激活指示燈(PC/ACTIVITY)閃爍，CableModem開始向有線電視網(wǎng)的局端服務(wù)器請求IP地址。最后該燈亮起，證明已經(jīng)取得IP地址；

在線指示燈(ONLINE)閃爍，CableModem開始做最后一些注冊工作。最后該燈亮起，數(shù)據(jù)接收燈、數(shù)據(jù)發(fā)送燈和激活燈熄滅，證明此時已經(jīng)注冊完畢。SEND和RECEIVE燈在傳送數(shù)據(jù)時閃爍或亮起。多用戶共享使用時，允許一個CableModem共享多個IP地址。根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)的實際情況，可在一幢樓或幾幢樓設(shè)置一個CM，也可以在一個單元或幾個單元設(shè)置一個CM。多個用戶可通過交換機或集線器連成10Base-T的局域網(wǎng)，這種方式不但降低了接入費用，還能有效隔離用戶產(chǎn)生的各種噪聲，降低系統(tǒng)的匯聚噪聲。

多用戶共享的CableModem安裝方法與單用戶使用時的CableModem安裝方法基本相同，不同之處是需要先將CableModem用網(wǎng)線連到交換機或集線器上，然后再從集線器到用戶計算機之間重新鋪設(shè)五類線。多用戶共享的CM系統(tǒng)連接示意圖如圖5-11所示。圖5-11多用戶共享CM的連接示意圖

3)CableModem的驅(qū)動程序安裝。

CableModem硬件安裝好后，需安裝驅(qū)動程序。打開計算機，系統(tǒng)會自動發(fā)現(xiàn)新硬件，彈出添加新硬件安裝向?qū)?，將?qū)動光盤放入計算機的光盤驅(qū)動器，然后按照提示一步步進行安裝即可。5.2.6CableModem簡單故障的判斷和解決方法

(1)電源燈不亮。

①檢查電源插座和CableModem端的電源線是否接好。

②檢查電源插座是否正常。

③檢查是否此前已按下Standby待機按紐，是就再按一次，使其重新連接上Internet。

④聯(lián)系Internet服務(wù)提供商要求提供幫助。

(2)指示燈不正常。

重啟(重新插拔電源或按reset按鈕)，查看其前面板的指示燈狀態(tài)，在一般情況下不同的指示燈可表示不同的故障所在，分別如下：

故障A：RECEIVE燈長期閃爍，表明CableModem不能鎖定下行通道信號，即懷疑下行通道出現(xiàn)問題。

初步解決方法：

①檢查是否能夠正常收看電視和電視畫面是否清晰，如果不能正常收看電視，那么數(shù)據(jù)信號也不能正常傳輸，故需聯(lián)系有線電視提供商檢查。②檢查同軸電纜接線是否接好或松脫，必要時可把接頭擰下來重新接好。

③聯(lián)系Internet服務(wù)提供商要求幫助。

故障B：SEND燈長期閃爍，表明CableModem不能搜索到上行通道信號，即懷疑上行通道出現(xiàn)問題。

初步解決方法：

①檢查同軸電纜接線是否接好或松脫，必要時可把接頭擰下來重新接好。

②聯(lián)系Internet服務(wù)提供商。故障C：ONLINE燈長期閃爍，表明CableModem不能成功的在服務(wù)提供商處進行IP注冊。

初步解決方法：

①是否已向Internet服務(wù)提供商申請停止數(shù)據(jù)服務(wù)或因某些原因被停止數(shù)據(jù)服務(wù)。

②與Internet服務(wù)提供商聯(lián)系要求幫助。故障D：

ACTIVITY燈長期不亮，無法接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，表明Ethernet網(wǎng)線或USB線沒有接好，或電腦的網(wǎng)卡或USB不能正常工作。

初步解決方法：

①檢查網(wǎng)線或USB線是否接好。

②檢查電腦網(wǎng)卡或USB接口是否已安裝好(包括硬件和驅(qū)動程序)。故障E：ACTIVITY燈閃，但無法接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

初步解決方法：

①檢查網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中是否安裝了TCP/IP協(xié)議，若沒有請參照安裝手冊安裝好。

②檢查主機的IP地址，如果不能獲得主機，請與Internet服務(wù)提供商聯(lián)系。

③若已獲得IP地址，仍不能上網(wǎng)，可用以下方法判斷：

ping自己主機的IP，若不通，則檢查網(wǎng)卡(或USB)驅(qū)動程序和通信協(xié)議是否裝好。若通，則說明網(wǎng)卡和協(xié)議已安裝成功，需與Internet服務(wù)提供商聯(lián)系要求提供幫助。

(3)CableModem使用注意事項。

①在插電源插頭時務(wù)必對正孔，確保電源線正確插到插座后再將電源線插入CM電源。

②由于CableModem功耗很小，一般情況下讓其長期通電，不用時可按下Standby按鈕。這樣使其能與前端保持通信，以便于管理員管理及發(fā)現(xiàn)問題，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量；若長時間出門在外，則請拔掉CM的電源。③一般情況下請不要隨便拔插有線電視信號線、網(wǎng)線或USB線，以免影響信號線以及網(wǎng)線的可靠連接，如因特殊原因需拔掉信號線，請先斷電再操作。

④在強雷雨天氣時最好不要使用CM，并斷開電源和射頻連接線。

⑤若由于用戶的不正規(guī)操作造成CM的損壞，責(zé)任將由用戶承當(dāng)。

⑥租用CM的用戶請保留所有包裝材料。5.2.7CableModem與ADSL的比較

光纖到戶的接入方案是用戶追求的目標，但由于目前用戶接入網(wǎng)的光纖化成本過高，電信運營商經(jīng)營的接入網(wǎng)絡(luò)仍然以電話線接入為主，而有線電視網(wǎng)絡(luò)的用戶接入網(wǎng)則是同軸電纜接入網(wǎng)，這就造成了電信和有線電視兩類系統(tǒng)在“最后一公里”的接入方式、接入傳輸線路和所用的Modem都不同。目前，Internet接入方式有：PSTN模擬接入、ISDN接入、ADSL接入、CableModem接入、DDN和X.25租用線接入，以及衛(wèi)星無線接入等。PSTN、ISDN和ADSL接入都是基于電話線路的，而CableModem接入則是基于有線電視HFC線路的。就PSTN模擬接入速率而言，大凡上過Internet的人都不敢恭維。ISDN盡管可以達到128kb/s，但也沒有成為主流的接入方式。DDN和X.25租用線接入以及衛(wèi)星無線接入費用高昂，非個人用戶所能承受。就目前來看，由于帶寬或費用的原因，ADSL和CableModem接入成為最佳選擇。ADSL和CableModem兩種技術(shù)組網(wǎng)都能夠提供多種業(yè)務(wù)，并且都能夠基本滿足目前寬帶業(yè)務(wù)的需要。

1.帶寬的比較

CableModem的傳輸方式可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸時，速率一般為2～4Mb/s、最高能達到10Mb/s。非對稱式傳輸時，下行速率最高可達36Mb/s，上行速率為500kb/s～2.56Mb/s。CableModem有較大的帶寬，這在Internet接入應(yīng)用方面具有特殊的優(yōu)勢。不僅CableModem接入速率高，有線電視網(wǎng)絡(luò)中的接入同軸電纜的帶寬也能達幾百MHz，在上、下行通道中具有極好的均衡能力。這種帶寬優(yōu)勢使得接入Internet的過程可在一瞬間完成，不需要撥號和等待登錄，計算機可以每天24小時停留在網(wǎng)上，用戶可以隨意發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。不發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時不占用任何網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)資源。

ADSLModem是在一對銅質(zhì)電話線上實現(xiàn)雙向非對稱的數(shù)據(jù)傳輸，上行速率達640kb/s～1.54Mb/s，下行速率達到1.5～8Mb/s之間，但是，實際使用過程中下行速率往往只能達到4～5Mb/s，在線路質(zhì)量不太理想的情況下還可能更低些。由于只要有1.5Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率即可達到MPEG1視頻壓縮質(zhì)量要求，所以說ADSL技術(shù)也是基于Internet的視頻點播(VOD)應(yīng)用、高速沖浪、遠程局域網(wǎng)訪問的理想技術(shù)，因為這些應(yīng)用中用戶下載的信息往往比上行的信息(發(fā)送的指令)要多得多。

CableModem速率雖快，但也存在一些問題。CableModem的HFC接入方案采用分層樹型結(jié)構(gòu)，有線電視線路不像電話系統(tǒng)那樣采用交換技術(shù)，所以無法獲得一個特定的帶寬，它就象一個非交換型的以太網(wǎng)，即使在理想狀態(tài)下，有線電視網(wǎng)只相當(dāng)于一個10Mb/s的共享式總線型以太網(wǎng)絡(luò)，CableModem用戶共享帶寬，當(dāng)多個CableModem用戶同時接入Internet時，數(shù)據(jù)帶寬就由這些用戶均分，速率也就會下降。另外，在大部分情況下，HFC方案必需兼顧現(xiàn)有的有線電視節(jié)目，而占用了部分帶寬，只剩余了一部分寬帶可供傳送其它數(shù)據(jù)信號，所以CableModem的理論傳輸速率只能達到一小半。

2.抗干擾能力的比較

有線電視系統(tǒng)接入Internet的介質(zhì)同軸電纜有優(yōu)于電話線的特殊物理結(jié)構(gòu)：即芯線傳送信號，外層為同軸屏蔽層，對外界干擾信號具有相當(dāng)強的屏蔽作用，不易受外界干擾，只要在線纜連接端或器件上作好相應(yīng)的屏蔽接地，即可很好地屏蔽外來干擾。

ADSL接入的接入線為銅質(zhì)電話線，傳輸頻率在30kHz～1MHz之間，傳輸過程中容易受到外來高頻信號的串?dāng)_。而高頻信號的串?dāng)_是影響ADSL性能的一個主要原因。ADSL技術(shù)是通過不對稱傳輸、利用頻分復(fù)用技術(shù)使信號分為上/下行信道的，通過回波抵消技術(shù)來減小串?dāng)_的影響，實現(xiàn)數(shù)字信號的高速傳送。在工程實踐過程中，為了減輕來自空調(diào)、日光燈、馬達等干擾源的串?dāng)_，工程人員總是盡量避免電話線懸空、分叉，有針對性地避開各類干擾源，以獲得穩(wěn)定的ADSL接入質(zhì)量。

3.網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的比較

ADSL技術(shù)是專門為普通電話線而設(shè)計的一種高速數(shù)字傳輸技術(shù)。電話線可以說是無所不在的，是現(xiàn)成的可用資源，應(yīng)進行充分的增值利用。在用戶端設(shè)備沒有普及之前，ADSL技術(shù)成了優(yōu)選的Internet高速數(shù)字接入技術(shù)。只要在現(xiàn)有的電話線兩端接入ADSLModem，不僅可以打電話，還可以進行高速Internet接入，互不干擾。相比之下，有線電視傳輸系統(tǒng)白手起家，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上進行了大量的投入，而且在起步之初，大部分網(wǎng)絡(luò)為單向結(jié)構(gòu)。要滿足Internet接入，必須進行升級、改造，使過去的單向廣播方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足雙向的數(shù)據(jù)傳輸需求，這就需要巨大的資金投入。當(dāng)然也有人提出了較為簡單的改造方法，如采用電話上行、HFC下行。這種方法用在局端設(shè)備(CMTS)和CableModem中具有電話線接口，無需對HFC進行雙向改造的情形。這是一種低成本占領(lǐng)市場的策略，可用在網(wǎng)絡(luò)改造確實有困難的地方。但這種方法的缺點有兩個：一是影響原有的電話業(yè)務(wù)；二是電話的帶寬畢竟有限，不利于業(yè)務(wù)的擴展。

4.安全性的比較

由于CableModem所有用戶的信號都是在同一根同軸電纜上進行傳送的，因此有被搭線竊聽的危險。解決搭線竊聽問題首先要保護線纜，其次是要了解線路初始化過程中確立好的設(shè)置參數(shù)，后一點在技術(shù)上是難以解決的。而ADSL則不會有此問題。

5.穩(wěn)定性的比較

由于HFC是一個樹狀網(wǎng)絡(luò)，因此極容易造成單點故障，如電纜、光纜的損壞，放大器故障，分配器故障都會造成整個節(jié)點上的用戶服務(wù)的中斷。而ADSL利用的是一個星狀的網(wǎng)絡(luò)，一臺ADSL設(shè)備的故障只會影響到一個用戶。

6.可靠性的比較

CableModem的前期用戶一定可以享受到非常優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，這是因為在用戶數(shù)量很少的情況下線路的帶寬以及頻帶都是非常充裕的。但是，每一個CableModem用戶的加入都會增加噪聲、占用頻道、減少可靠性以及影響線路上已有的用戶服務(wù)質(zhì)量。這將是CableModem迫切需要解決的一大難題。ADSL則不會受接入網(wǎng)中用戶數(shù)以及流量的影響。當(dāng)然，如果DSLAM的出口帶寬小于所有用戶可能需要的總帶寬，就會在高峰時間出現(xiàn)擁塞，但這時只要通過提高出口帶寬就可以解決這一問題。

7.兼容性的比較

目前，國際電信聯(lián)盟(ITU)通過了G.LiteADSL標準，為基于該技術(shù)的Modem的發(fā)展鋪平了道路。新標準將確保不同廠家的ADSLModem能互連互通。而CableModem的標準DOCSIS雖得到了國際電信聯(lián)盟的認可成為國際標準，但真正得到實施還尚需時日。

8.組網(wǎng)成本的比較

在組網(wǎng)成本上，ADSL設(shè)備成本顯然高于CableModem，但是后者需要對HFC改造完成后才能夠應(yīng)用。目前我國大部分HFC只能滿足450MHz的頻帶要求，而利用HFC提供雙向業(yè)務(wù)至少需要750MHz的帶寬。這顯然需要更換所有不符合要求的同軸電纜。同時，要實現(xiàn)雙向的HFC需要更換目前有線電視網(wǎng)上使用的單向放大器，這一部分改造費用也是相當(dāng)高的。綜上所述，CableModem和ADSL在性能上各有優(yōu)勢。有線電視系統(tǒng)中同軸電纜的高頻特性是適應(yīng)用戶密集型小區(qū)的，盡管幾百MHz范圍內(nèi)均衡性能很好，但同軸電纜的傳輸距離卻是一大限制，3～5km的延長放大費用不是個別用戶所能承擔(dān)的。因而，有線電視Internet接入適用于用戶密集型小區(qū)，而遠距離單獨用戶則應(yīng)采用ADSL接入更為方便。因為電話線傳輸距離遠，可覆蓋特殊地區(qū)?，F(xiàn)有的電話系統(tǒng)，電話模塊局的覆蓋半徑一般在3～5km之內(nèi)。對于分散在此范圍內(nèi)的任何用戶，ADSL接入都表現(xiàn)出非凡的適應(yīng)能力。ADSLModem具有3～5km的接入距離，無需中繼，具有很高的性能價格比。5.3.1機頂盒分類

1.按照應(yīng)用范圍來劃分

按照應(yīng)用范圍，目前市場上的機頂盒基本上可劃分為三類：接收數(shù)字電視的數(shù)字電視機頂盒，接入通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)機頂盒以及多媒體機頂盒。任務(wù)3機頂盒

(1)數(shù)字電視機頂盒。

數(shù)字電視機頂盒接收各種傳輸介質(zhì)送來的數(shù)字電視和各種數(shù)字信息，通過解調(diào)、解復(fù)用、解碼和音視頻編碼轉(zhuǎn)換為模擬電視信號，使用戶不用更換電視機就能收看數(shù)字電視節(jié)目和各種數(shù)字信息，但其畫面質(zhì)量低，且無上網(wǎng)功能，因此會影響用戶對它的需求。

根據(jù)信號傳輸介質(zhì)的不同，數(shù)字電視機頂盒又分為衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒(DVB-S)、地面數(shù)字電視機頂盒(DVB-T)和有線數(shù)字電視機頂盒(DVB-C)三種。三種機頂盒的基本原理相同，只是信號的傳輸平臺不同，硬件結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在解調(diào)部分。目前應(yīng)用較為廣泛的是衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒及有線數(shù)字電視機頂盒。①衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒。

衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒又稱為數(shù)字綜合接收解碼器(數(shù)字IRD)，用來接收數(shù)字衛(wèi)星廣播節(jié)目。該類機頂盒在幾年前就已商業(yè)化，有專業(yè)的IRD，也有個人用的IRD。現(xiàn)在所看的許多衛(wèi)視節(jié)目都是有線電視臺通過專業(yè)的IRD從衛(wèi)星上接收下來，再通過有線電視送入用戶家中的。個人用的IRD在我國并不普及，但在國外衛(wèi)星直播還是具有較好的市場。

該類機頂盒的主要功能是接收數(shù)字電視廣播，同時也支持數(shù)據(jù)廣播、圖文電視等應(yīng)用。但由于它的傳輸平臺是衛(wèi)星信道，支持交互式應(yīng)用比較困難。目前，衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒基本采用DVB-S標準，國內(nèi)外都有商用產(chǎn)品。②地面數(shù)字電視機頂盒。

地面數(shù)字電視機頂盒的功能與衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒類似，所不同的只是傳輸介質(zhì)由衛(wèi)星信道變成了地面廣播信道。該類機頂盒所使用的頻率與有線電視的頻率相同，但由于這種無線信道的情況比有線電視網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多，所以它的信號傳輸技術(shù)與有線數(shù)字電視機頂盒有較大的差別。地面數(shù)字電視機頂盒的關(guān)鍵技術(shù)是編碼正交頻分復(fù)用CODFM技術(shù)，該技術(shù)可有效地解決地面數(shù)字廣播中所存在的多徑接收、鄰頻干擾等問題。在模擬電視廣播系統(tǒng)中，多徑接收會造成圖像重影，在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，某些特定相位的多徑信號可能因信號間相位疊加，導(dǎo)致接收失敗。另外，數(shù)字廣播信號與模擬廣播信號之間以及數(shù)字廣播信號之間會存在鄰頻干擾，數(shù)字廣播若要利用鄰頻技術(shù)提高帶寬利用率，頻道內(nèi)的有效輻射功率則必須低于模擬電視廣播的有效輻射功率，并且應(yīng)保持頻譜功率密度恒定。正交頻分復(fù)用(COFDM)技術(shù)克服了上述的問題，它將串行數(shù)據(jù)流劃分為多個比特的碼元，每個碼元可有數(shù)千比特，然后用這些比特去調(diào)制被置于一個頻段內(nèi)間隔很小的數(shù)千個相互正交的載波。通過設(shè)置這些載波的保護間隔和邊帶能量的位置，使某一特定載波在鄰近頻道上的能量為零，從而提供較好的鄰頻抑制能力。③有線數(shù)字電視機頂盒。

有線數(shù)字電視機頂盒的基本原理與衛(wèi)星數(shù)字電視機頂盒、地面數(shù)字電視機頂盒相同，只是信號傳輸介質(zhì)是有線電視廣播所采用的全電纜網(wǎng)絡(luò)或光纖/同軸混合網(wǎng)。但由于有線電視網(wǎng)絡(luò)較好的傳輸質(zhì)量以及電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的成熟，使得該類機頂盒可以實現(xiàn)各種交互式應(yīng)用，如數(shù)字電視廣播接收、電子節(jié)目指南(EPG)、準視頻點播(NVOD)、按次付費觀看(PPV)、軟件在線升級、數(shù)據(jù)廣播、Internet接入、電子郵件、IP電話和視頻點播等，被業(yè)界廣泛看好。

(2)網(wǎng)絡(luò)視頻機頂盒。

網(wǎng)絡(luò)視頻機頂盒包括網(wǎng)絡(luò)電視機頂盒與視頻點播數(shù)字機頂盒。

網(wǎng)絡(luò)電視機頂盒是在微軟公司“維納斯計劃”和凱思公司“女媧計劃”的催化下產(chǎn)生的，主要功能是使現(xiàn)有模擬電視機用戶通過PSTN網(wǎng)或雙向CATV網(wǎng)，實現(xiàn)Internet接入，收發(fā)電子郵件、游戲娛樂、網(wǎng)上學(xué)習(xí)等。

視頻點播數(shù)字機頂盒是一種基于寬帶網(wǎng)，可實現(xiàn)上網(wǎng)和雙向視頻點播功能的機頂盒，也是目前國內(nèi)需求量最大，被業(yè)界認為是發(fā)展前景最好的新產(chǎn)品。

網(wǎng)絡(luò)機頂盒由于在主要功能上同數(shù)字電視機頂盒有區(qū)別，短期內(nèi)兩者基本不構(gòu)成競爭。但網(wǎng)絡(luò)電視機頂盒市場空間有限。

(3)多媒體機頂盒。

多媒體機頂盒是對前兩種機頂盒功能的綜合，有時也稱綜合業(yè)務(wù)機頂盒或全功能數(shù)字機頂盒。它可以支持幾乎所有的廣播和交互多媒體應(yīng)用，包括收看普通電視節(jié)目及數(shù)字加密電視節(jié)目，點播多媒體節(jié)目和信息、電子節(jié)目指南(EPG)、收發(fā)電子郵件、Internet瀏覽、網(wǎng)上購物、遠程教育等，其應(yīng)用的條件是雙向CATV網(wǎng)。

目前，機頂盒技術(shù)的發(fā)展已不僅僅提供基本音視頻業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用，并將充分利用通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)絡(luò)的較寬帶寬實現(xiàn)交互功能，最終發(fā)展成為集解壓縮、Web瀏覽、解密收費和交互控制為一體的數(shù)字化終端設(shè)備?？梢哉f，機頂盒是模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字電視的過渡階段的橋梁。

2.按照技術(shù)性能來劃分

按照技術(shù)性能來劃分，數(shù)字機頂盒通常分為普及型數(shù)字機頂盒、增強型數(shù)字機頂盒和交互型數(shù)字機頂盒三種。

(1)普及型數(shù)字機頂盒。普及型數(shù)字機頂盒可以有加密或無加密，主要以接收基本的付費數(shù)字電視節(jié)目為主，能夠滿足大多數(shù)用戶需求，具有良好的性價比。

(2)增強型數(shù)字機頂盒。在普及型數(shù)字機頂盒基礎(chǔ)上增加了基本中間件軟件系統(tǒng)，超越了以觀看數(shù)字電視為主的需求，增加了多種增值業(yè)務(wù)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息瀏覽、準視頻點播、實時股票接收等多種應(yīng)用。且具有可升級性，價格容易被接受，對今后的應(yīng)用發(fā)展、業(yè)務(wù)開發(fā)也沒有限制。

(3)交互型數(shù)字機頂盒。在增強型數(shù)字機頂盒基礎(chǔ)上，加CM、硬盤，支持MPEG-2媒體流處理，通過周圍的網(wǎng)關(guān)可以和客戶聯(lián)網(wǎng)，支持交互式應(yīng)用、網(wǎng)頁信息瀏覽等多種增值業(yè)務(wù)。交互型數(shù)字機頂盒價格比較高，同時前端也需很多的開發(fā)投入。5.3.2機頂盒的基本原理

一個完整的數(shù)字機頂盒由硬件平臺和軟件系統(tǒng)組成，可以將其分為4層，從底向上分別為硬件、底層軟件、中間件和應(yīng)用軟件，如圖5-12所示。

硬件提供機頂盒的硬件平臺；底層軟件提供操作系統(tǒng)內(nèi)核以及各種硬件驅(qū)動程序；應(yīng)用軟件包括本機存儲的應(yīng)用和可下載的應(yīng)用；中間件將應(yīng)用軟件與依賴于硬件的底層軟件分隔開來，使應(yīng)用不依賴于具體的硬件平臺。圖5-12數(shù)字機頂盒軟硬件環(huán)境

1)硬件

線數(shù)字電視機頂盒的硬件邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖5-13所示。它是一種功能齊全的機頂盒，實際上，在具體實現(xiàn)時，廠商可以根據(jù)需要對其功能進行裁減。

有線數(shù)字電視機頂盒由以下幾部分組成：數(shù)字電視廣播接收前端、MPEG解碼、視音頻和圖形處理、