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1、在我們深入討論CABLE MODEM之前有必先和大家聊一聊寬帶網絡的概念。從貝爾博士發明電話到1992年WWW因特網的流行再到今天的寬帶網風云漸起網絡的概念已經越來越多地出現在我們面前。所謂寬帶目前對筆者而言超于傳統56KMODEM傳輸速率的都可以歸入寬帶的范圍。眾所周知電話的工作原理是將聲音信號轉換成電信號借助電話線來傳送然后在接收端將電信號再還原成原來的聲音信號。在電腦發明之后聰明的科學家于是想到了所謂DAC數字模擬轉換器這種設備如果把它加在電話機之前先將數字信號轉成模擬信號然后再利用電話線來傳送最后再將模擬信號轉成數字信號不就可以完成數據傳送了嗎于是MODEM也就應運而生。從這個意義上分
2、析無論是目前廣泛應用的普通撥號連接的MODEM還是CABLE MODEM 都不例外。只不過傳統的MODEM使用的是雙絞線而CABLE MODEM使用的則是同軸電纜。話又說回來盡管可以利用電話線來傳送信號但電話線能承載的數據量比較小那么為什么不用承載量比較大的線路來進行這種數據的傳輸呢通過電力系統網絡顯然不太可能因為那是用來傳送能量極大的電流因此不易進行轉換。那么接下來最可能實現這種傳輸的就應該算是有線電視網的線路了。因此在1993年初美國的几個大型的調制解調器制造商開始研發CABLE MODEM并且在1995年正是推出各種機型而美國的有線電視業者當然也不會閑著紛紛將機房內的設備升級成HFE網絡
3、而CABLE MODEM的用戶也越來越多儼然成為寬帶接入因特網的主流連線設備之一。 Cable Modem 與ADSL Modem 之迷: 在現在寬頻大戰的情況下, 在香港及台灣地區寬頻服務的收費比起一般撥號上網的確沒有相差多少. 很自然用家就會想用寬頻取代一般的撥號上網. 同時亦會問Cable Modem 這一類要共享的寬頻服務會否比ADSL Modem 來得慢嗎?其實這個問題根本就是沒有答案. 因為ADSL 寬頻所講的獨享其實是指由電話機樓(Central Office) 至用戶家中這一段以獨立電話線或光纖所連接的部份. 至於Cable Modem 方面又是如何呢? 以i-Cable 為例
4、就是透過有線電視的HFC 光纖網絡系統由一個Fiber node 接點到多個用戶(Homepass). 由於是使用這種一對多點的傳送及廣播方式. 因此在同一區的用戶就會共享某一個特定的頻寬, 以i-Cable 為例就是38Mbps. 而ADSL 的賣點就在於不用共享, 但其速度一般比較低. 至於Cable Modem 則反之 或者你會以為共享頻寬是以下列的數學方式計算: 以頻寬為10Mbps 為例, 當十個用戶使用時每一個用戶所取得的頻寬為1Mbps. 1 / 10而在有一百名用戶的情況下速度就會下降至100kbps. 但在實際運作的情況下不是如此, 因為Cable Modem 這一類有共享性
5、的網絡都會有爆發Burst 的功能. 這種特性令到用戶可以只在一段很短的時間內先行佔用全部的頻寬去完成一個傳送. 這種特性令在有大量用戶同時上網的情況下速度都不會有明顯的下降, 因為一般瀏覽網頁或者ICQ 只須要使用很少的頻寬. 除非在同一時間有大量的用戶一起下載一些大型檔案, 其速度的下降便會相當明顯. 速度除了取決於用戶端之外, 更重要的是在於寬頻服務供應商在對外及對內頻寬跟用戶人數的比例. 如果用戶人數以倍數上升, 而對外則沒有相對地增加頻寬. 結果只會是不論 Cable Modem 或者 ADSL Modem 用戶速度都會相對下降. 在理論上有線寬頻是可以透過加開頻譜以增加可供使用的頻
6、寬或者是將Fibe node 所連接的用戶人數減少以達至加快速度的目的.CABLE MODEM的几個概念 要了解CABLE MODEM 的原理首先要對CABLE MODEM 的一些有所了解。剛才筆者講到了所謂MODEM其實說穿了就是將數字信號及模擬信號進行轉換以適合傳輸的裝置。不管是傳統的MODEM 還是CABLE MODEM 原理都差不多。只不過CABLE MODEM 使用的是一種稱為QAM(Quadrature Amplitude Modulation)的傳輸方式。而這種QAM傳輸方式則是針對模擬式RF的網絡所發明的最有效的數字數據傳輸方式。一般來講我們利用有線電視網傳送數據時系統會將數字
7、數據放在模擬的載體上是以典型的NTCS 頻道的大小來傳送其帶寬大約為6MHZ。而QAM則使用了混合了振幅(波高)及相位的載體讓最小的空間中能放入更多的數據。當振幅及相位在混合使用之后就可以表現出不同的0與1值這就是電腦能識別的數字信號。CABLE MODEM 使用的數據傳送方式有16-QAM64-QAM和256-QAM等。QAM前面的數字代表在轉換群組(所謂轉換群組就是相位及振幅的特殊組合)中的點數。也就是值或等級。如果CABLE MODEM 在下傳數據時的速度是64-QAM最大速度為30Mbit/s,則256-QAM就是40Mbit/s/。但由于般的CABLE MODEM 在傳輸送時都必須留
8、下一些帶寬用于返回錯誤信息(Forward Error CorrectionFEC)因此剩下的帶寬大約為27Mbit/s 及36Mbit/s。由此觀之使用256-QAM的CABLE MODEM 在以6MHz的帶寬來傳送數據時其速率大約64-QAM的CABLE MODEM 高33%左右。 綜上可知我們在使用CABLE MODEM 傳輸數據時利用的是現有的有線纜線中的某一個頻道目前使用較多的是同軸電纜可將整個電纜划分為三個寬帶。分別用于CABLE MODEM 數字信號上傳數字信號下傳及電視節目模擬號下傳。一般同軸電纜的帶寬為5750MHz數字信號上傳為542MHz模擬信號下傳為50550MHz數字
9、信號下傳則是550750MHz。這樣一來數字數據和模擬數據就不會互相沖突當然可以同時傳送了。這也就是為什么在上網的同時還可以收看電視節目的原因。 就像電視節目是以頻道來區分一樣CABLE MODEMCABLE 的數據傳送也是用一個個頻道區分的。前面提到的27Mbit/s 或是36Mbit/s位都是指一個頻道所能達到的最高速率如果嫌速度不夠快大同再增加新的頻道此時速度就會立即上升一倍。這也是CABLE MODEM 的最大優點之一。CABLE MODEM在上傳的時候除了使用一般的16-QAM方式之外還可能使用QPSK的方式不管是使用16-QAM還是使用QPSK其速度最快是在768kbit/s10M
10、bit/s因此造成了CABLE MODEM 上傳比下載慢的特性。而在使用單向傳送時上傳的速度只能達到33.6Kbit/s(即一般的調制解調器上傳速度)。至於27 及36Mbps 的頻寬又是如何計算出來的呢? 在之前講過每個有線電視頻道的頻寬為6MHz. 由於在整個Modulation 的過程中包括了許多不同的頻率轉換程序. 而為了避免出現頻率偏移的現象, 因此在MCNS 的 DOCSIS 1.1 的標準內只會使用其中的4.5MHz。如果是使用 64 QAM, 速度就會是：log(64)/log(2) (bit/Hz/s) x 4.5 MHz = 27Mbps =18條T1專線. 但如是使用25
11、6 QAM, 其速度則為：log(256)/log(2) (bit/Hz/s) x 4.5 MHz = 36Mbps =23條T1專線 正因為i-Cable 是使用256 QAM 所以其總頻寬就是36Mbps.單雙向服務 對于CABLE MODEM還有一個“單向”及“雙向”服務的特殊概念。眾所周知網絡當然不光是用來下載數據很多時候我們需要將數據發送到因特網上比如發送電子郵件等只不過通常下載的時候要遠比上傳的時候多。如此一來一部CABLE MODEM 除了要將從同軸電纜上傳過來的模擬數據變成數字數據之外還必須將電腦的數字數據變成模擬數據并從同軸電纜中傳出去。不過由于機房(即CMTS)的設備和用戶
12、端(CM)的能力有所不同用戶的轉換數據能力要比機房差因此上傳時的速度無法和下載相比再加上上傳的帶寬比較窄所以從整體的速度上說一定比下載時慢。不過由于上傳的數據量一般不會太大因此對普通的個人用戶來說還是可以接受的。那么什么是單向呢?由于有些CABLE MODEM 本身并不支持將數字信號轉換成模擬信號的功能因此在上傳時無法利用本身將數字數據通過電纜傳出去。如果一定要上傳數據則必須用一台普通的調制解調器利用電話線將數據傳出去因此還是要花電話費并占用電話線這就是所謂的“單向”或稱為“Telco-Return”。使用調制解調器上傳速度最快也只有3360bit/s因此整個速度也會受到極大的影響。 CABL
13、E MODEM 的網絡結構是一種傳統的樹狀結構即機房端為樹根用戶端為分支出去的枝和葉。使用樹狀結構的目的是為了方便數據的分送因此這種結構最適合用戶端的下載。但如果用戶要上傳數據則會因為數據來源太多機房僅分析是從哪一個用戶傳來的信號就要耗費大量時間更何況這些上傳的數據會互相干擾呢?對于這種情況采取的措施就是限制上傳的速度這也就是為什么會有單向的原因。如果用戶在上傳時使用的也是下載時的那一條同軸電纜并且不需要使用額外的調制解調器用電話來撥號連接上傳那么這台CABLE MODEM就具有“雙向”功能或稱為“Two-Way”。 單向架構圖雙向架構圖甚麼是HFC (Hybrid Fiber/Coaxial
14、)?由於在美國及台灣等地一直以來的電視網絡都是以有線為主(香港是極少數以無線廣播為主的地方). 因此有線電視系統很自然被用作發展寬頻之用. 以有線電視旗下的有線寬頻為例就是使用有線電視的HFC 網路提供10M 寬頻上網服務. 其實HFC 就是光纖(Fiber) 跟雙向750MHz 同軸電纜線(Coaxial) 的混合體. 至於HFC 網路的傳輸架構就是以光纖由有線電視頭端出發, 再連接至住戶區域的光纖節點(Fiber Node), 最後由節點以 750 MHz 同軸電纜線連出, 經由電纜線連接到有線寬頻用戶家中. 在用戶家中必須加裝Cable Modem 以將RF 訊號轉換為數碼訊號(下傳)
15、及將數碼訊號轉換為RF 訊號(上傳) 機房端和用戶端 CABLE MODEM 可以通過有線電視網與因特網連通CABLE MODEM的廠商只需要將主機及用戶端的設備利用有線電視網連接完成即可。這種作法雖然加速了CABLE MODEM 的普及化但也相應地產生了一些問題最明顯的就是用戶的速度受到極大的限制。剛才筆者已經講到CABLE MODEM 在下載數據時使用的是550750MHz的帶寬但有線電視台出于降低成本目的裝設同軸電纜時使用的是550MHz的線路因此在使用CABLE MODEM 傳輸數據時大概已經只剩一個頻道可供下載這就使一些在傳統有線電視網上接入的CABLE MODEM 几乎無法使用。如
16、果希望CABLE MODEM的速度再提高就必須換裝帶寬更大的同軸電纜線如850MHz950MHz甚至是1GHz才行。而如果用戶都已經升級至更高速度的同軸電纜機房端所承受的數據吞吐量就會更大。這樣一來不管是使用的是哪一種設備都無法再承擔用戶端的數據量因此機房的網絡必須使用更快的傳輸介質而比CABLE MODEM 更快的傳輸介質則只有光纖一種。因此目前大部分的CABLE MODEM 服務商都是機房用光纖用戶端用同軸電纜的結構(這稱之為“混合光纖同軸網絡”英文稱之為Hybrid Fiber/Coaxial簡稱HFC結構)以此來應付數據量越來越大的CABLE MODEM網絡。另外大部分的寬事機房都使用
17、了環形樹狀混合網絡主干光纖有自動容錯能力即使有一處發生中斷也會自動修複對連線不會造成影響。光纖節點就是光信號轉換為電信號的地方HFC結構中大約每1000戶設立一個光纖節點光纖節點以下則采用750MHz同軸電纜連到用戶家中。光纖由有線電視台端的機房出發提供高速連接至接近住戶的區域然后再用同軸電纜接入用戶家中。CABLE MODEM的申請安裝及設置 當所有的設備及線路都完備之后就可以開始安裝硬件了。不過大部分的申請安排工作其實都會由提供寬帶服務的工作人員替用戶完成但這些工作你也可以自己完成接下來我們就看看要進行哪些安裝的工作。 網卡的安裝如果用戶手里有10-BASE-T的網卡(ISA或是PCI都可
18、以但筆者建議使用ISA死機的概率會比較小一點)只要按照一般安裝硬件適配卡的程序安裝網卡即可最重要的步驟就是一定要安裝TCP-IP的通信協議。一般來說只要用戶按照正常程序安裝網卡的驅動程序就會成功安裝完畢ICP/IP。 CABLE MODEM的安裝CABLE MODEM的安裝步驟十分簡單按照說明書標識的方法一步步進行下去即可接口及線的位置都十分清楚基本不會有連接錯誤的情況。當上述的操作完成后CABLE MODEM 基本上已經可以使用了。接下來只要用戶將CABLE MODEM 的電源打開重新開機后若是網卡的驅動程序安裝和CABLE BODEM的物理安裝沒有問題就可直接進入電腦中。在開機的過程中你會
19、發現CABLE MOEDM 驅動傳統調制解調器開始撥號撥號完畢后你的電腦照道理來說應該就取得一個IP地址了。 進入Windows98之后別忘了執行“Internet連接向導”。在設置完成之后用戶就可以利用CABLE MODEM上網了。在使用中請用戶一定要注意如果是普通的調制解調器關閉時只需將電源關閉即可而CABLE BODEM 是沒有電源開關的如果要關閉就要將整個CABLE MODEM 的電源拔掉。如果用戶是在打開電腦之后才打開調制解調器的那么在使用電腦時CABLE MODEM 并沒有建立連接。此時用戶就必須使用手動啟動了。在Windows95/98之下要使用手動啟動必須借助一個名為“wini
20、pcfg.exe”的程序其位置在 C:indows之下。另外有些寬帶服務會附送一個電子郵件帳號給用戶也可以讓您繼續使用從前的電子郵件帳號但必須要更改一些設置。一般來說在申請時服務商會自動載一個電子郵件帳號給您其帳號名稱就是用戶在申請時的用戶名稱后面再加上寬帶服務商主機的地址。東森寬頻網路架構圖CABLE MODEM的分類 CABLE MODEM從類型上可以分成內置和外置兩種。由于目前CABLE MODEM 的服務很多還是單向的因此許多牌子的CABLE MODEM 也預置了調制解調器的功能讓用戶不必再買一台調制解調器。從功能上區分CABLE MODEM 與普通調制解調器有一個明顯不同的地方那就是
21、連接到電腦中的插口不同。由于普通調制解調器速度慢因此電腦的COM 端口(最快115.2kbit/s)已經夠用。而CABLE MODEM的速度遠遠大于這個值因此已經不能再用COM端口來連接了。內直插卡式的CABLE MODEMCA 只要直接插到主板上就行了PCI(最快133MB/S)速度絕對可以應付CABLE MODEM最快速度-36Mbit/s但是外置的CABLE MODEM則又有所不同目前大部分外置CABLE MODEM的廠商作法十分簡單就是將外置CABLE MODEM 連接到網卡上的RJ45處插口處讓CABLE MODEM先接到網卡上再用同軸電纜連接CABLE MOEDM 上。由于CABL
22、E MODEM單線的速度可高達36Mbit/s而一般的網卡速度最多只有10Mbit/s因此速度看起業是會受網卡所限但是由于目前單機能用到的帶寬還不到36MB因此10Mbit/s的網卡暫時還是夠用的。當然在使用USB接口的設備越來越普遍的今天使用USB接口來連接CABLE MLEDM 也是不錯的選擇。USB 擁有12Mbit/s位的速度至少比10BASE-的網卡快而支持USB接口的操作系統也不少算是目前一個不錯的外接設備只是現在還很少看到連接在USB接口上的CABLE MODEM相信不久之后應該會成為CABLE MODEM連接的主流方式。 Cable Modem 傳輸的原理: Cable Mod
23、em 一般採用了sub-carrier modulation 的傳輸方式進行. 簡單來說, 就是將一個6MHz 的有線電視的頻道轉為一個頻寬切分單位 一般來說cable modem 由Fibre Node 傳送到用戶端Homepass的傳輸順序如下:Fibre Node - base-band modulation - frequency up-shift - cable transmission - frequency down-shift - demodulation - Homepass1. base-band modulation 這是相當基本的部分. 來自網絡本身的數位訊號會經過調變
24、(Modulation) 的過程, 再用類比的方式在有線電視的HFC線路上傳輸. 而Cable Modem 的調變通常會對於基頻載波(base-band carrier) 進行. 調變的方式則會與訊號傳遞的方向有關. 通常cable modem在傳輸時, 在上載及下載一般都會採用不同的調變方式. 因為由Fibre node 至用戶端的訊號一般都會比較大, 因而對雜訊的抵抗力也相對地比較強. 所以會採用Quadrature Amplitude Modulation (QAM) 的調變. 至於上載方面因為雜訊一般比較大, 而通常會採用抗雜訊能力較強的Quadrature Phase-Shift K
25、eying (QPSK)作為調變技術. 但是由於香港有線寬頻的線路質數比較高, 因此在上載方面同樣採用16-QAM 所為調變. 2. frequency up-shift 在調變之後, 接下來的就是要決定訊號經由哪一個頻道傳送到用戶靖. 在之前已經提到, Cable Modem在進行調變時所採用的就是基頻(base-band) 的載波. 因此接下來的步驟就是要將這些經過調變後所產生基頻訊號轉換為我們要使用的頻譜. 一般來講, 這個步驟都會採用所謂的up-converter 來進行. 以i-Cable 為例, i-Cable 要將Cable Modem 的訊號經由有線電視的A 頻道傳輸時, 就會
26、將調變後的基頻訊號傳送到第A 頻道所對應的頻譜進行傳輸。3. cable transmission 數位資料經過調變與轉換頻率之後, 接下來的部份就是要將轉換後的數位化資料與其他有線電視的電視節目訊號混合及送出. 由於現在有線電視系統大都採用HFC 光纖做為骨幹傳輸, 因此一般而言訊號會先經過光電耦合器將電子訊號轉換為光訊號, 然後再到適當的位置再轉為電子訊號, 在傳送的過程中就會經過各級的正反向放大器, 最後先會利用同軸電纜傳送用有線電視用戶家中, 就可以同時使用有線寬頻及有線電視. 4. frequency down-shift cable modem 接收到有線電視的訊號後, 首先要進行
27、frequency down-shift 的動作以將經過sub-carrier modulation 的訊號轉換為基頻訊號.5. de-modulation 最後, Cable Modem 就可以將基頻調變的類比訊號轉回為數位訊號, 則可以透過Cat-5 UTP Cable 連接至電腦上網. CABLE MODEM的標准 CABLE MODEM最初的標准制定并不統一許多廠商還是使用自己的標准來運作。但從1997年開始CABLE MOEDM 的標准開始定義從早歐洲的DAVIC/DVB到美國MCSN所制定的DOCSIS。而IEEE也制定了802.14并沒有取代上述的兩個標准因此IEEE正准備制定下
28、一代的CABLE MODEM 標准。以下是各個標准的支持情況。 DVB/DAVIC也稱為DVB-RCC或ETS 300 800是期由DAVIC 推廣目前則是由DVB所擁有。 MCNS/COCSIS美國制定的標准雖然并沒通過什么驗証但支持該標准的廠商是最多的。除了美國市場之外它也將觸角伸向歐洲其在歐洲的版本為EuroDOSIS。 IEEE又稱之為COCSIS1.2但和DOSIS并沒有什么直接關系目前的影響力也沒有上述兩個標准大不過目前IEEE正准備下一代CABLE MODEM 標准的制定。 一般來說Cable Modem 都會採用由Multimedia Cable Network System
29、Partners Limited (MCNS)在1998年3月時所制定的 Data Over Cable Service Interface Specifictaion (DOCSIS) 為標準, 這個標準的目的在於把所有牌子的 Cable Modem 調變方式標準化, 因而讓用戶在使用符合MCNS DOCSIS 規格的Cable Modem 時無須要憂慮在昇級時的相容問題, 再者DOCSIS 已經成為ITU 標準ITU J.112. 此規格目前標準化已達1年半, 相對地來說Cable Modem 在標準化方面的確比目前ADSL Modem 要成熟得多, 同時現在DOCSIS 已經推進至DOCSIS 1.1的版本. 而且IEEE 亦已經將DOCSIS 納入IEEE 803.14標準之中. 友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。