有线调制解调器的工作原理

您可能会认为电视频道会在电缆上占用相当大的电学“空间”或**带宽**。实际上，每个电视信号在电缆上被分配一个 6 兆赫兹（MHz，每秒百万个周期）的通道。用于传输有线电视的**同轴电缆**可以承载数百兆赫兹的信号——所有您想观看的频道及更多。（欲了解更多信息，请参阅“电视的工作原理”。）

在有线电视系统中，来自各个频道的信号都被分配电缆可用带宽的 6 MHz 片段，然后沿电缆发送到您的家中。在某些系统中，同轴电缆是唯一用于分发信号的介质。在其他系统中，光纤电缆从有线电视公司连接到不同的社区或区域。然后光纤终止，信号传输到同轴电缆，以便分发到单个家庭。

当有线电视公司通过电缆提供互联网接入时，互联网信息可以使用相同的电缆，因为有线调制解调器系统将**下游**数据（从互联网发送到单个计算机的数据）放入一个 6 MHz 的通道中。在电缆上，数据看起来就像一个电视频道。因此，互联网下游数据占用的电缆空间与任何单个节目频道相同。**上游**数据（从个人发送回互联网的信息）所需的电缆带宽甚至更少，仅为 2 MHz，因为假设大多数人下载的信息远远多于他们上传的信息。

将上游和下游数据都放在有线电视系统上需要两种类型的设备：客户端的**有线调制解调器**和有线电视提供商端的**有线调制解调器终端系统** (CMTS)。在这两种设备之间，所有通过有线电视进行互联网访问的计算机网络、安全和管理都已到位。

有线调制解调器可以是计算机的内置设备，也可以是外置设备。在某些情况下，有线调制解调器可以是机顶盒的一部分，只需添加键盘和鼠标即可访问互联网。事实上，如果您的有线系统已升级到数字有线电视，有线电视公司提供的新机顶盒将能够连接到互联网，无论您是否通过有线电视连接接收互联网接入。无论其外观如何，所有有线调制解调器都包含某些关键组件

调谐器连接到有线电视插座，有时会额外添加一个**分配器**，用于将互联网数据通道与正常的有线电视节目分开。由于互联网数据通过一个原本未使用的有线电视频道传输，调谐器只需接收调制后的数字信号并将其传递给解调器。

在某些情况下，调谐器将包含一个**双工器**，它允许调谐器使用一组频率（通常在 42 到 850 MHz 之间）用于下游流量，并使用另一组频率（在 5 到 42 MHz 之间）用于上游数据。其他系统，通常是那些频道容量更有限的系统，将使用有线调制解调器调谐器处理下游数据，并使用拨号电话调制解调器处理上游流量。无论哪种情况，在调谐器接收到信号后，它都会被传递给解调器。

最常见的解调器有四种功能。正交幅度调制 (QAM) 解调器接收通过改变波的幅度和相位编码信息的射频信号，并将其转换为可由模数 (A/D) 转换器处理的简单信号。A/D 转换器接收电压变化的信号，并将其转换为一系列数字 1 和 0。然后，错误校正模块根据已知标准检查接收到的信息，以便发现并修复传输中的问题。在大多数情况下，网络**帧**或数据组采用MPEG 格式，因此使用 MPEG 同步器来确保数据组保持对齐和有序。

在利用有线系统进行上游流量传输的有线调制解调器中，调制器用于将数字计算机网络数据转换为射频信号以进行传输。由于用户与互联网之间的大多数流量具有不规则性，此组件有时被称为**突发调制器**，它由三部分组成

MAC 位于有线调制解调器的上游和下游部分之间，充当各种网络**协议**的硬件和软件部分之间的接口。所有计算机网络设备都有 MAC，但对于有线调制解调器而言，其任务比普通网络接口卡更复杂。因此，在大多数情况下，部分 MAC 功能将分配给中央处理器 (CPU)——无论是有线调制解调器中的 CPU 还是用户系统中的 CPU。

微处理器的工作在某种程度上取决于有线调制解调器是设计成大型计算机系统的一部分，还是在没有额外计算机支持的情况下提供互联网接入。在需要连接计算机的情况下，内部微处理器仍然从专用的 MAC 模块中接管大部分 MAC 功能。在有线调制解调器是互联网接入所需唯一单元的系统中，微处理器承担了 MAC 的剩余功能以及更多。在这两种情况下，摩托罗拉的 PowerPC 处理器都是系统设计人员的常见选择之一。

在有线电视服务提供商的前端，CMTS 提供了 DSL 系统中 DSLAM 的许多相同功能。CMTS 接收来自一组客户在单个通道上的流量，并将其路由到互联网服务提供商 (ISP) 以连接到互联网。在前端，有线电视提供商将拥有，或为第三方 ISP 租赁空间以拥有，用于计费和日志记录的**服务器**、用于分配和管理所有有线系统用户 **IP 地址**的动态主机配置协议 (DHCP)，以及用于一个名为 CableLabs 认证有线调制解调器（以前是电缆服务接口规范 (DOCSIS)）的协议的控制服务器，DOCSIS 是美国有线系统为用户提供互联网接入所使用的主要标准。

下游信息流向所有连接的用户，就像在以太网中一样——由单个网络连接决定特定数据块是否为其所用。在上游端，信息从用户发送到 CMTS——其他用户根本看不到该数据。较窄的上游带宽被划分为以毫秒为单位的时间片，用户可以在其中一次向互联网传输一个“突发”数据。按时间划分非常适用于构成大多数用户回传到互联网流量主体的非常短的命令、查询和地址。

一个 CMTS 将使多达 1,000 个用户通过单个 6 MHz 通道连接到互联网。由于单个通道的总吞吐量可达 30 到 40 兆比特每秒 (Mbps)，这意味着用户可能会看到比标准拨号调制解调器好得多的性能。然而，单通道方面也可能导致一些用户在使用有线调制解调器时遇到的问题之一。

如果您是首批通过特定有线通道连接到互联网的用户之一，那么您几乎可以使用该通道的全部带宽。随着新用户，尤其是高访问量用户的连接，您将不得不共享该带宽，并可能因此看到您的性能下降。在许多用户连接且使用量很大的情况下，性能可能会远低于理论最大值。好消息是，这个特定的性能问题可以通过有线电视公司增加新通道并分流用户群来解决。

有线调制解调器用于互联网接入的另一个好处是，与ADSL 不同，其性能不取决于与中心有线电视局的距离。数字有线电视系统旨在向客户家庭提供特定质量的数字信号。在上游端，有线调制解调器中的突发调制器会根据与前端的距离进行编程，并提供适当的信号强度以进行精确传输。

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