第十四章数字信号终端设备(IRDCableModem)

第十四章数字信号终端设备(IRD＆CableModem)1综合解码机(IRD)综合解码接收机(IntegratedReceiverDecoder)是数字电视的接收设备。它接收卫星或有线电视前端发送的数字电视信号。经过信道解码，信源解码将传送的数字码流转换到原来压缩前的形式，再经D/A和视频编码送往普通电视接收机。根据卫星、有线电视和地面广播方式的不同，分为卫星IRD，有线IRD和地面广播IRD。三者使用的通道调制方式不同，卫星通道采用QPSK调制解调；有线大多采用QAM调制解调；地面广播欧洲使用COFDM调制解调；美国使用VSB调制解调。根据使用场合的不同，又分为家用和商用(CONSUMERANDCONNERCIAL)两种，前者适用于家庭，如有遥控、屏幕显示功能：而后者往往用于有线前端集体接收，要求更高的质量和更多的接口，以供设备间的连接，如数字传送码流输出口接到再复用器等应用。同时商业应用也要求更高的可靠性。下面我们简单介绍Philips的商用卫星IRDDVS3824的结构，大致框图如图14－1。主要部分有调谐器、QPSK解调、去扰码、纠错、解复用、解码、PAL／NTSC编码、系统控制和智能卡读出器等部分组成。调谐器部分有两个独立的射频输入和70Hz中频输出。调谐器能工作在C波段和Ku波段。根据不同的应用可以设计成MCPC接收或SCPC接收。MCPC指一个载波包含多路不同信号，称为多路单载波(MultipleChannelPerCarrier)系统。由于一个转发器只有一个载波，因此没有多载波的谐波干扰问题，频带和功率的利用率较高。但多路信号要在同一地点上星，不同节目需要地面传输设备将节目传送到地面站复用后送往上星设备。SCPC(SingleChannelPerCarrier)是单路单载波系统。每路信号占据一个载波，优点是可在不同的地点上星。由于C波段和Ku波段的频谱位置左右不一样，因此Philips的调谐器具有频谱倒置功能，便于不同卫星节目的接收。两个不同的射频输入端可以用于两种不同极化方式，即水平或垂直极化方式的接收。由于防雷击的原因，通常调谐器输入端子是不允许用来提供电源的，LNB通常由室外电源提供。然而，在特殊情况下，失去外部电源时，商用IRD可通过输入接口向LNB供电，该电压通常不接通。2电缆调制解调器(CableModem)2.1CableModem的作用和发展前景CableModem可以提供高速数据通信，比如：Internet接入、在线娱乐、VOD、电视会议、远程工作组以及局域网互联等等，是HFC网络的关键设备。现有的电话Modem有其不足之处，已不能满足迅速发展的信息社会的需要，例如：(1)通信速率太低，大部分为28.8kbps，传输速率很低，尤其是传输多媒体画面耗时很长,而图像的信息往往比声音和其它数据要丰富和直观，是不能忽视的重要信息内容；(2)通信费用过高；(3)电话普及率不如有线电视。而上述问题恰恰是有线电视网的优点：(1)有线电视网是一个宽带网，可以从5MHz到750MHz，甚至1000MHz的频率范围，可以选其中的两个频段作为下行和上行通带，下行速率可以高到达56Mbps，上行数据速率最高也可到10Mbps，一般上行速率可在200kbps～2Mbps之间，这就大大缩短了数据传输的时间，尤其对信息量很大的图像信息具有十分重要的意义；(2)有线电视是我国所有入户信息工具中收费最低的；(3)有线电视的用户已接近6000万户，大大超过了电话的用户数。综上所述，可以预计在迅速迈向信息社会的今天，随着信息网络化的发展，CableModem在有线电视系统中的应用会获得飞速的发展。2.2CableModem的标准CableModem的标准化问题是一个十分重要的问题，否则不同厂家的产品不能在同一个系统中共用，没有互换性，不论对消费者或是生产厂家都是十分不利的。尽管目前CableModem还没有统一的国际标准，但是人们已经认识到了这个问题的重要性，并做了大量的工作，可以相信统一的国际标准的制定将很快会提到议事日程上来。目前从事CableModem领域标准化工作的组织主要有：MCNS(MultimediaCableNetworkSystemPartners)，IEEE802.14，DAVIC(DigitalAudioVideoCouncil等，其中最有影响的是MCNS和IEEE802.14。(1)MCNSMCNS是“MultimediaCableNetworkSystem”的缩写。MCNS由Comcast、CoxCommunications、TCI、TimeWarner、MdeiaOne、RogersCablesystems和CableLabs等公司组成，它的目标是制定在HFC网上通过CableModem进行数据通信的接口规范，使各生产厂商接受这一规范，从而达到不同厂家的CableModem具有互换性。MCNS制定的DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification)由12个规范组成，在这些文件中，定义了数据、射频和电话回传接口以及安全、管理和业务支持。MCNS已成为美国现行标准，并提交ITU－T审议已成为今后国际标准。MCNS文件的主要技术内容有：①MCNS网络层使用IP协议。②数据链路层分为三个子层，即逻辑链路控制子层，链路层安全子层和媒体访问控制子层(MAC)。MAC为所有下行数据流的传输定义了一个前端设备，即CMTS(CableModemTerminationSystem)，每个CM(CableModem)都侦听下行的所有数据而只有地址匹配的CM才能接收数据，CM之间的通信也要通过CMTS，上行通道为多个CM对一个CMTS进行时分复用。③物理层划分为两个子层，即传输收敛子层和物理媒体依靠子层。传输收敛子层只适用于下行通道，提供附加服务。物理媒体依靠子层，下行通道，遵循北美数字视频传输规范，采用64/256QAM调制，6MHz带宽和可变深度交织等，上行通道，在CMTS控制下，CM具有灵活性和可编程等特点，上行调制采用QPSK或16QAM。(2)IEEE802.14802.14是IEEE的一个工作组，主要定义MAC层和PHY(物理层)接口规范，包括：MAC接口、PHY接口、安全协议、基于ATM信元的接口技术(QoS及带宽分配等)。(3)两种标准的比较①MCNS和IEEE802.14两种标准的物理层接口非常相近；②MCNS基于帧结构而IEEE802.14是基于ATM信元；③MAC层接口不同；④MCNS定义了安全规范、管理和业务支持，而IEEE802.14没有。MCNS在实用方面走在了IEEE802.14前面，已有半导体厂商宣布能生产支持MCNS的标准芯片。2.3CableModem的分类依据系统的类型和用户功能的不同CableModem有不同的类型。(1)按数据传输的方式，可分为对称型业务和不对称型业务CableModem；(2)按使用功能，可分为公共信息型和专用信息型CableModem；(3)按带宽速率分配方式，可分为动态分配带宽速率与固定带宽速率CableModem。动态分配带宽速率方式适用于Internet的接入，公共信息查询等业务。固定带宽速率方式适用于电话、数据、专线等业务。上述这些区分方法并非固定不变，也可以有其他分类方法，在一个CableModem上可能体现几种分类。2.4CableModem系统的组成所谓CableModem系统，即采用CableModem，借助于有线电视传输网络，开展计算机网络业务的系统。系统通常由前端系统，具有双向功能的CATV传输网和用户端子系统三部分构成。根据MCNS的定义，前端主要设备是电缆调制解调器端接系统，即CMTS(CableModemTerminationSystem)，CMTS中包括网络接口，调制器和解调器，CMTS的网络侧包括有如下设备：远端服务器、骨干网适配器和本地服务器。CMTS的射频侧包括有如下设备：混合器、上行信号频分器、光发射机和光接收机等。CSTV双向传输网络，包括光纤及同轴电缆传输网，即HFC网。用户端子系统主要包括CableModem和用户室内设备(计算机等)。CableModem系统的组成框图示于图14－2。2.5CableModem的组成和功能CM有多种型号，一个典型的CM包含调制解调单元、电视调谐单元、解密单元，有的CM还具有以太网集线器功能、桥接器功能、路由器功能以及网络控制功能等单元。CM是一个双向接收发送设备。下行方向，数字信号调制在88～860MHz内某一个8MHz带宽的一个载波上频率上，调制方式多采用QPSK或64QAM。上行信道设置在5～42MHz频段上，该频段的噪声干扰比较大，例如无线干扰，家用电器的脉冲噪声干扰和各种工业干扰，同轴电缆的失配和屏蔽不良也会侵入噪声，因此大多采用抗干扰能力较强的QPSK或OFDM调制方式。对于某些不对称CM，上行信道带宽不超过2MHz，可采用频分法，不同的CM采用不同的载波向前端传输上行信号，上行频率范围仍在5～42MHz范围内。2.6生产厂家和产品举例目前世界上已有数十家公司在生产和研制CableModem，例如：Com21，BayNetworks(LANcity)，SA，GI，Motorola，HybridNetwork，IBM，Eenith等美国公司，此外还有以色列的Phasecom，日本的NEC，NTT和澳大利亚的Telstra等，我国也有企业开始研制和生产CableModem，如深圳的傲能公司。现将Phasecom，LANcity和Com21三种产品的主要技术参数示于表14－1。每个公司的CableModem有一个产品系列，以适应不同用户的需要，用户应根据自己的情况来选择产品型号，现以LANcity产品为例介绍于下：表14－1PHASECOM、LANCITY与COM21技术参数产品PHASECOM21LANCITY项目下行频率范围50～860MHz54～750MHz80～860MHz上行频率范围5～42MHz5～42MHz5～40MHz下行频率带宽6MHz6MHz6MHz上行频率带宽2MHz6MHz1.80MHz下行调制64QAMQPSK64QAM上行调制QPSKQPSKQPSK下行传输速率31.824Mb/s10Mb/s30.336Mb/s有效下行传输速率27.00Mb/s10×e-9(C/N＞22dB)23.96Mb/s误码率10×e-12(C/N＞30dB）10×e-9(C/N＞22dB)10×e-9(C/N＞16dBRF传输MPEG－2/EthernetATMAAL5网络协议OSI3/7OSI3/7MAC协议MCNS，基于IP802.3基于ATM，802.14NMS软件SNMP协议SNMP协议UNIX操作系统物理接口RJ-45；F头标准AUI或RJ-45RJ-45；F头电源90/240VAC47～63Hz110/220VACLANcity产品系列有：(1)个人电缆调制解调器(LCP)现在，家庭办公者和Web浏览者能够以比过去用电话调制解调器快得多的速率交换信息。LANcity个人有线电视调制解调器使得对大量图形文件或大型数据库进行交互式检索，而不必像过去使用低速设备时那样要面临漫长的等待。LCP是一种单用户有线电视调制解调器，并且有完整的数据链路和网络层桥接功能。(2)工作组电缆调制解调器(LCw)LANcity工作组电缆调制解调器允许小型企业或多个PC家庭机、用户访问高速城域有线电视数据网。小型PC工作组也可以享受到实时交互式服务，这是以前低率电话调制解调器技术根本无法实现的。随着信息检索和交换速率的不断提高，等待数据传输的时间也越来越短，从而大大提高了工作效率。LCw有线电视调制解调器具有工作组、数据链路、网络层桥接功能，可允许一到四个用户使用。(3)多用户电缆调制解调器(LCb)LANcity多用户电缆调制解调器是一种企业网络有线电视调制解调器，允许企业网络、学校系统和市政府进行城域联网。