线缆（Cable Modem）上网——未来趋势?

线缆(CableModem)上网——未来趋势？

近日在广州，国内多家著名大公司大力推广电视机顶盒STB（Set-topBox)产品，但其实存在已经有一段时间，不过一直默默无闻的通过有线电视电缆高速接入Internet的方式重新发出耀眼的光芒。一直以来，广大普通用户若要上网，免不了与中国电信打交道，而且长期只有Modem一种接入方式，最近才增加了ISDN，ADSL等接入方式。他们有什么异同，前景如何，消费者怎样选择。让我们一起看一看。消费者的选择，将确定谁是这场新世纪的决战的真正胜者。
CableModem简介
通过有线电视电缆高速接入Internet，目前在广州投入应用的方式只有一种:使用CableModem连接传统的电脑。
一、什么是CableModem
所谓CableModem，即电缆调制解调器，又名线缆调制解调器。有了它，就可以利用有线电视网进行数据传输。电缆调制解调器主要是面向计算机用户的终端。它连接有线电视同轴电缆与用户计算机之间的中间设备。目前，广州的有线电视公司已经开通了CableModem接入。目前的有线电视节目传输所占用的带宽一般在50～550MHz范围内，有很多的频带资源没有得到有效利用。由于大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网，即HybridFiber/CoaxNetwork），使原有的550兆赫兹CATV网扩展为750兆赫兹的HFC双向CATV网，其中有200兆赫兹的带宽用于数据传输，接入国际互联网。这种模式的带宽上限为860MHz～1000MHz。电缆调制解调器（CableModem）技术就是基于750MHZHFC双向CATV网的网络接入技术。目前，广东的有线电视以750MHZHFC双向CATV网为市内传输平台，以2.5GSDH光纤干线网为全省传输平台，以Internet技术为基础，以CableModem或STB为用户接入设备，向广大用户提供高速Internet服务。
二、Cabelmodem与普通Modem的区别
CableModem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable(电缆)的一个频率范围内传输,接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同。CableModem就是在有线电缆上将数据进行调制，然后在有线网(Cable)的某个频率范围内进行传输，接收一方再在同一频率范围内对该已调制的信号进行解调，解析出数据，传递给接收方。其在物理层上的传输机制与电话线上的调制解调器无异，同样也是通过调频或调幅对数据编码。
同时，Cabelmodem与普通Modem的差别也很大。
Cabelmodem是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。
CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。
普通Modem的数据通信速率最高为56Kbps，还跟线路的质量有关。而Cabelmodem的通信速率一般在10Mbps以上。Cabelmodem的上行信道的载频一般在5～42MHz范围内；下行信道的载频范围为550～750MHz内。而电话调制解调器通常工作在几十KHz的范围内。
普通modem通常只负责将数据信号经过调制后进行传输，以及将收到的信号解调后送往计算机串行口。而Cabelmodem不但有调制解调的功能，还具有局域网数据转发的功能，即还具有网桥的作用。而作为一个透明的第二层桥接器，符合DOSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification)规定，并具有可选的第三层交换功能。
由于局域网的范围一般不能超过300米（超过的话，就要在中间增加另外的网络设备，如网桥、路由器等），而在有线电视网中，用户到前端的距离常常有数十公里。用户终端到前端的信号传输延迟变得非常大，从而决定了用户计算机与前端的网络通信不能采用普通的局域网协议，必须采用专用的网络协议，如IEEE802.14协议。这又产生一个矛盾：因为现在的计算机上的网络适配卡一般用在局域网环境下，不能直接用在HFC双向CATV网的数据通信中。Cabelmodem解决了这个问题，它有两个网络接口，一个接双向有线电视网的同轴电缆，另一个通过双绞线、细缆等媒介同计算机网卡相连。
Cabelmodem可使用通用网络层协议，如IP协议，电缆段的数据链路层协议采用IEEE802.14协议或与之兼容的协议。电缆段传来的数据经层层解包后提交网络层（IP层），随后再按以太网协议层层封装处理后转发到计算机网络接口。从计算机发来的数据按以太网协议层层解包后提交网络层，随后再按IEEE802.14协议层层封装后转发到HFC网上。这样的结构保证了计算机不用再加设模块，就可以使用HFC双向CATV网进行网络通信。由于IEEE802.14协议同ATM是相兼容的，因此上述的结构很容易移植到ATM网络中。
三、CableModem技术原理
有线电视一般从42MHZ～750MHZ之间电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达27Mbps，如果采用256QAM，最高速率可达36Mbps。上行数据一般通过5～42MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。上行速率最高可达10Mbps。由于CableModem本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。
Cabelmodem采用一种视频信号格式来传送Internet信息。视频信号所表示的是在同步脉冲信号之间插入视频扫描线的数字数据。数据是在物理层上被插入到视频信号的。同步脉冲使任何标准的电缆电视调制解调器设备都可以不加修改地应用。
Cabelmodem采用幅度键控(ASK)突发解调技术对每一条视频线上的数据进行译码。数字数据流是由一组4到5个复用子信道，一个控制信道和一些控制信息组成的。数据流在被调制之前先按交织方式进行排列并经过扰码处理。每一条子信道首先经过格式化，分割为长度可变的数据块，每个数据块分配一个独一无二的ID识别码。利用这个ID码就可以识别IP地址，或者把一条信道分割为一组子信道，电缆调制解调器能够不用软件而只凭ID识别码对数据块进行筛选。每一个数据块采用REEDSOLOMON码进行纠错编码，以确保无误码传输。每收到一个数据块，就把数据送到电路板上的FIFO缓冲区然后把它们转移到主存储器。
机顶盒（STB）简介
一、什么是机顶盒
在广州，即将投入应用的另一种市场潜力很大的方式是使用机顶盒连接普通电视机。
什么是机顶盒？机顶盒是一种能提供模拟音频和视频接口，使现在的模拟电视机能正常接收节目；同时，还能提供数字电视、数字广播接口，提供交互式功能的接口装置。它一头接有线电视网的同轴电缆，一头接用户家里的电视机。专门为不打算买电脑和用电脑的广大用户设计。
S-A(Scientific-Atlanta)在94年为TimeWarnerCable在奥兰多的FullServiceNetwork(FSN)设计了第一个数字机顶盒(DigitalSet-TopBox)，采用SGI的MIPS芯片和软件技术的数字机顶盒将计算机技术带入家电领域。机顶盒除了能提供数字电视、数字广播接口，提供交互式功能，包括电话接口、计算机数据接口，甚至提供摄像机与游戏机接口等。能接收和存储用户发出的某些指令，并拥有一个中央处理单元，控制机上变换器各部分的工作，能够进行繁重的数值计算，并对数字视频/音频信号进行解压缩输出和压缩输入。机顶盒实际上就是多功能的计算机。这里对数字机顶盒的硬件结构进行介绍，可以让大家对数字机顶盒硬件结构有总体的了解和认识。
二、数字机顶盒包含的几个重要模块
1.调制解调模块
数字机顶盒工作在有线电视网络状态下，有线电视网采用模拟传输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在模拟信道传输，调制解调器是系统关键的组成部分，在技术上类似现在的电话调制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64QAM或256QAM，在DVB-C(DigitalVideoBroadcastbyCable)和DAVIC中采用64QAM做为标准调制方法，以Motorola的MC92305QAM解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，上行目前采用两种方式，一种是采用电话线做为上行信道，另一种是采用双向HFC网的上行通道，采用HFC网时采用QPSK做为调制方案。QAM或QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内，与其他视频调制信号一起合路发送出去。
2.编解码模块
由于采用模拟通道，为保证数据传输的可靠性和低误码率，前向纠错编码是必不可少的，DVB采用ReedSolomon编码，RS码是一类纠错能力很强的多进制BCH码。
3.MPEGII的解码模块
数字机顶盒的核心是数字视频技术，MPEGII的解码模块可以称为CPU以外的核心模块，MPEGII数字传输中采用交织编码，首先需要对码流进行去交织，视频、音频和数据码流的分离工作，以及视频码的解码工作。经以上各步骤MPEGII码流成为视频(CCIR656格式)和音频数字信号。MPEG多路复用器将各路节目流、数据流复合在一起，以188字节为一帧的MPEG2数据格式发送到射频调制器并提供电子节目单(EPG)。
4.数字视频编码器和音频DAC
数字机顶盒的“外设”是电视机和音响系统，数字的音视频信号必须转换为模拟音视频信号，以Motorola公司的MC44724为例MC44724可以将ITU601、656标准4:2:2并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视频、S-Video、Y/Cb/Cr或R/G/B，扩展的VBI(VerticalBlankingInterval)信息输入口用于显示图文信息。音频DAC非常普遍这里不再介绍。现代音响系统都支持DolbyProLogic和LucasfilmHomeTHX家庭影院系统，需在音频DAC之前用数字音频信号处理芯片对数字音频信号进行处理，目前有专用处理芯片和采用数字信号处理芯片DSP进行处理两种方式。
5.图形控制模块和视频图形混合器
数字机顶盒另一方面需要提供类似计算机的复杂图形甚至是三维图形，需要系统具有强大的二维和三维图形加速芯片，而且需要将图形和视频信号能进行混合叠加显示，此类功能类似现有的字幕机。
6.媒体访问控制模块MAC
数字机顶盒在网络通信上可以看成是CableModem，IP路由器接收用户端通过PSTN(公用电话网)传来的点播信号并传送到Internet服务器/路由器。目前主要参照DAVIC和IEEE802.14标准，IEEE802.14倡导采用ATM并在802.14MAC访问层上定义了ATM层，DAVIC同时定义了以太和ATM标准。
7.可擦写DVD
现有数字机顶盒完全工作在网络环境，仅能利用智能卡进行一些类似个人帐号、解码号等信息的储存，不具备本地大数据存储功能，所有信息需要从网上获得，无论现在网络状况还是今后，像CD-ROM此类介质仍是大容量信息传递的一种主要方式，CD-ROM的缺点是信息无法更新。采用可擦写DVD不仅可以使用光盘上的巨大信息，更有效的是通过Internet网进行数据更新，使DVD盘上数据保持最新状态，DVD应成为数字机顶盒的重要的备用模块。
8.加解扰模块和版权保护模块
在有线电视运营中，付费电视是一种主要的业务，要求数字机顶盒必须具备电视信号的加解扰功能，由于采用数字信号，加解扰比模拟信号加解扰容易和保密度高，DVB对加解扰功能有相关定义，另一方面，采用数字信号在版权保护上加大了难点，目前采用Macrovisiongenerator进行活动图像的保护。
三、机顶盒的工作原理
机顶盒各个模块在Internet的高速接入中，协同工作。用户首先通过发送命令请求一个URL。在使用PPP点对点协议的一次交易过程中，该命令最终到达Internet业务提供者的调制解调器共用机架上。然后通过动态分配法，该用户获得本次交易中使用的IP地址，并把请求送往Internet。当Internet的内容被找到之后，接着把它送到Internet业务提供者(ISP)那里，再由ISP的路由器负责把它送到电缆电视网络，最后回到用户的机顶盒。在有线电视的机顶盒，信息内容被截获。机顶盒在电视机与电缆网络之间完成一个网关的任务。它的任务是管理IP的通信流量，具有控制用户进出网络的能力一旦IP包到达机顶盒，把视频信号从该包中分离下来，对其中的数据进行译码，然后把它送到浏览器里准备在电视机上显示。
由于CableModem要求用户要配置一部电脑才能上网，影响了用户层的扩展，而使用机顶盒则不需电脑，一部电视机足矣，因而机顶盒的市场前景可能看好。信息使用者从企业向家庭过渡，网络带宽从窄带向宽带过渡，用户入网设备从PC机向带机顶盒(STB)的电视过渡，使用界面从Windows向电视遥控键界面过渡，信息内容从为企业服务向为人民生活服务过渡，是网络服务发展的大方向，机顶盒(STB)显然是这个大方向上的一个阶段。
(太平洋)