电缆调制解调器的工作原理

电缆调制解调器的工作原理许多拥有有线电视的人现在可以通过有线电视提供商高速连接到互联网。其中所使用的电缆调制解调器可与不对称数字用户线路之类的技术相匹敌。如果您想知道DSL和电缆调制解调器的差别，或者如果您想知道计算机网络是如何与众多电视频道共享电缆的，请继续读下去。在本文中，我们将介绍电缆调制解调器的工作原理，以及100个有线电视频道和所有网站内容是如何通过一根同轴电缆传输到各家各户的。可能认为电视频道会占据有线电缆相当大的电路“空间”或带宽。事实上，在有线电缆中，每个电视信号都分配有一个6兆赫兹（MHz）的信道。而用于传输有线电视信号的同轴电缆可以传输好几百兆赫兹的信号，足够您收看各种频道和其他内容。在有线电视系统中，系统为每个频道的信号都分配了6MHz的电缆可用带宽，然后将电缆铺设到您家中。在某些系统中，同轴电缆是用于传输信号的唯一介质。而另外一些系统则采用光纤电缆，光纤电缆从有线电视公司接入邻近地区或其他区域。然后用同轴电缆接替光纤电缆，将信号传输给各个家庭。电缆调制解调器既可以存在于计算机的内部，也可以存在于计算机的外部。有时候，它包含在有线电视机顶盒中，您只需添加键盘和鼠标就可以访问互联网。事实上，如果您的有线电视系统已升级为数字有线电视，则不管是否通过CATV连接访问互联网，您都可以使用有线电视公司提供的新机顶盒连接到互联网。不管外观怎样，所有电缆调制解调器都包含某些主要组件：调谐器解调器调制器介质访问控制(MediaAccessControl,MAC)装置微处理器当有线电视公司提供通过电缆访问互联网这项服务时，也可以使用同一电缆来传输互联网信息，这是因为电缆调制解调器系统将下行数据（从互联网送往单个计算机的数据）输入一个6MHz信道。在电缆中，这些数据看起来就像是一个电视频道。因此，互联网下行数据所占据的电缆空间与单个节目频道占据的空间相同。上行数据（从单个计算机送回互联网的数据）所需电缆带宽则更少，只有2MHz，这是因为我们认为大多数人下载的信息要比上载的多得多。在有线电视系统中传输上行和下行数据需要以下两种设备：客户这一端的电缆调制解调器和有线电视提供商这一端的电缆调制解调器终端系统(CableModemTerminationSystem,CMTS)。人们正是在这两种设备之间构建起了所有计算机网络，并制定了通过有线电视访问互联网的安全规则和管理措施。调谐器连接着有线电视插头，有时候还附加有用于分离互联网数据信道和普通CATV节目信道的分线器。由于互联网数据通过未使用的有线电缆信道传输进来，因而调谐器只需接收经调制的数字信号然后将其传输给解调器。在某些系统中，调谐器包含双工器，它使调谐器可使用一组频率（通常在42-850MHz之间）来进行下行通信，使用另一组频率（通常在5-42MHz之间）来传输上行数据。其他系统（通常是信道容量更加有限的系统）则使用电缆调制解调调谐器来传输下行数据并使用拨号电话调制解调器来进行上行通信。不管是哪种系统，调谐器在收到信号后都会将信号传输到解调器。最普通的解调器有四种功能。正交幅度调制解调器(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)接收通过改变波的幅度和相位来对信息进行编码的射频信号，然后将其转变为可由模拟-数字(Analog-to-Digital,A/D)转换器处理的简单信号。A/D转换器接收这些电压不同的信号，然后将其转化为由1和0组成的数字序列。接着，纠错模块按照已知标准对收到的信息进行检查，以便可以找到并解决传输中出现的问题。在大多数情况下，网络帧或数据组为MPEG格式，因此往往使用MPEG同步器来确保数据组符合标准且顺序正确。有些电缆调制解调器使用有线电视系统进行上行通信，这些电缆调制解调器用调制器将数字计算机网络数据转化为传输使用的射频信号。由于用户和互联网之间的大多数通信都具有不规则性质，因此有时候也将此组件称作脉冲调制器，该组件由以下三部分组成：1.插入用于在接收端纠错的信息的部分2.QAM调制器3.数字-模拟(Digital-to-Analog,A/D)转换器媒体访问控制子层协议(MAC)位于电缆调制解调器的上行和下行部分之间，它在网络协议各不相同的软件和硬件部分之间发挥着接口的作用。所有计算机网络设备都有MAC，但电缆调制解调器中MAC的任务要比普通网络接口卡的任务复杂。由于这个原因，在大多数情况下，将把某些MAC功能会被指派给中央处理单元(CentralProcessingUnit,CPU)，即电缆调制解调器中的CPU或用户系统的CPU。微处理器的任务或多或少取决于是将电缆调制解调器设计为大型计算机系统的一部分，还是设计为在没有其他计算机支持的情况下提供互联网访问。在调用外连计算机的情况下，内部微处理器仍然承担专用MAC模块的大多数MAC功能。在电缆调制解调器是访问互联网所需要的唯一装置的系统中，微处理器将承接MAC较慢的功能和更多其他功能。在有线电视提供商前端，CMTS提供的许多功能与DSL系统中DSLAM提供的功能相同。CMTS接收单个信道中来自一组客户的传入通信，然后将其发送给互联网服务提供商(InternetServiceProvider,ISP)以连接到互联网。在前端，有线电视提供商拥有（或出租空间，以便第三方ISP拥有）用于记帐和登录的服务器、用于为所有有线电视系统用户分配和管理IP地址的动态主机配置协议(DynamicHostConfigurationProtocol,DHCP)和用于处理称作CableLabs认证电缆调制解调器协议的控制服务器。下行信息传输至所有连接的用户。上行时，信息从用户发送到CMTS，而其他用户根本看不到这些信息。较窄的上行带宽被分为以毫秒为单位的时间片，用户采用时间片一次可以将一个“脉冲”传输到互联网。这种时间划分对于极短命令、查询和地址来说非常适合，正是这些内容构成了大多数用户传回互联网的大容量信息。使用CMTS可使多达一千名的用户通过单个6MHz信道连接到互联网。由于单个信道的总输出量可达每秒30-40兆位(Mbps)，因此用户可能发现其性能远远超过标准的拨号调制解调器。但是，某些用户在使用电缆调制解调器时，也会遭遇一些因单信道所导致的问题。计算机硬件和设备频道