Cable Modem宽带接入技术及其维护

1 Cable Modem概念

Cable Modem又称电缆调制解调器,是通过HFC有线电视网络进行高速数据接入的终端设备,它由调谐器、解读器、脉冲调制器、处理器和接口组成。将Cable Modem安装在用户端后即可为有线电视用户提供宽带高速Internet的接入、视频点播、各种信息资源的浏览、网上多种交易等其他增值业务。

2 Cable Modem的传输过程

前端机房 将带有各套节目的电视信号及由CMTS调制的数据信号,经混合器后经光发射机把电视信号转换成光信号送到各光接收机。远端的光接收机把有收到的信号还原成射频信号送入同轴电缆分配网。最终送到终端设备Cable Modem射频入口。CM将送入的射频信号进行64/256QAM解调,并采用RS技术(Reed_Solomon)进行误码纠错何MPEG同频操作后将信号转化为符合以太网传输协议的格式,通过Cable Modem以太网口送到终端PC机。

所有下行信号送到终端后,由用户计算机发出的回传数据信号首先经终端设备CM,CM将把由计算机发出的数据信号采用QPSK/16QAM调制技术调制成射频信号,经由同轴电缆、集线器、双向放大器、回传光发射机,并将射频信号转换成光信号经光纤回传到前段的光接收机,光接收机将收到的光信号转行成电信号,通过与其它回路的信号混合后送回CMTS数据传输设备。用户即可通过CMTS设备与因特网连接,与其他主干光纤、局域网和局域计算机网相连,通过CMTS(Cable Modem Termination System)电缆数据传输的前段设备进行数据交换,使用户实现交互式双项数据传输。

3 Cable Modem传输标准和频率

CM在HFC光纤电缆混合网传输中下行采用64QAM或256QAM调制方式(正交振幅调制);将要传送的信号按广播电视技术规范行业标准规定450MHz~750MHz内调制在一个8MHz(PAL_D)的宽带中,下行信道是连续的,数据流以信源或者打包的方式来进行信息的传输。上行采用QPSK/16QAM调制方式(四相移相键控制调制),按广播电视技术规范行业标准规定5MHz~65MHz范围内上行数据和信通过调制接入控制,用于形成和控制用户数据包或信元进入公用信道。以上调制方式采用RS编码技术进行向前纠错,上行信号的传输采用QPSK/16QAM调制技术,能大幅度提高系统的抗干扰能力,而且能有效的使脉冲干扰的持续时间较短。

4 Cable Modem与CMTS传输系统配置管理及电平指标

CM使用时,先要搜索一下自己要传输的数据通道,并将频道锁定,完成向前纠错(FEC)后,就能收到前端数据传输设备CMTS按时周期性送来的VCD(Vpstream Channel Descriptor)信息,便于和系统同步。CM收到VCD给出的信息后,开始扫描上行的空时隙,并利用空时隙向CMTS提出宽带申请。如果CM得到了CMTS的授权,即可在授权的频道指定的时隙中发送数据。HFE宽带网双向数据业务的传输工作就是在CM和CMTS之间完成的,若CM到达CMTS的电平过高、过低都会造成CMTS收不到来自CM送来的信号。由于各个CM的位置、距离长短都有一定的差异。返回到CMTS的电平就会出现明显的差别,为了克服电平差异过大,CMTS都设计了一个标注接收电平,回传电平在调试时,应根据各部位的CM向CMTS送去一个参考电平,若送去的电平比较低,它将电平的差值返回给CM,CM根据CMTS确定的标准电平要求再送一个CMTS需要的标准接收电平,并保持发送电平的幅度,保证数据传输正常无误,尽量避免超规范的误码率而影响信息的传递工作。

宽带网数据传输的建立主要由前端电缆数据传输设备(CMTS)和终端设备(CM)共同完成这项工作。HFC宽带网双向数据业务的传输实际上就是CMTS与CM之间的数据交换工作,它是按通信的规则和协议耒运行的,它们之间的信息传输协议,首先是初始化管理程序,这是CM终端设备开机后必须先与CMTS取得通信联络。当CM开机后,前端CMTS就会发出数据信号,CM就会自动扫描找到数据频道,确定QAM调制的定时同步,锁定数据频道,CM从下行数据中获取传输下行数据参数,还要获取上行频道数据调制方式、纠错格式和符号率,这时CMTS和CM之间即可通信,以上过程均是自动运行,无需用户操作。

CM系统故障分析

双向HFC网传输链路器件多，接头多，线路上各点的上、下电平都必须调试到一定数值上，且稍一变动就有可能出现故障，维护比其它网络要复杂。常见故障维护可分为三大块：一是CMTS与DHCP之间出现故障；二是CM与CMTS之间出现故障；三是CM与PC机之间出现故障；在日常维护过程中，这三种故障都遇见过，故障的多发处在第二块。

1 CMTS与DHCP之间的故障及处理办法

1）、CMTS与dhcp网络不通。检查网络接口或线路是否正常。

2）、DHCP服务器死机。此问题重启电脑一般能解决。

3）、DHCP服务器的软件出现故障。例如TFTP服务没有启用、作用域没有激活。

当出现上述三个问题时，对于已上线CM及已获得IP的PC机上网是没有影响，因为DHCP服务器只为初始化的CM提供IP及配置文件、为用户CPE提供上网IP地址。对于没有上线的CM在初始化过程中第四步通不过，建立不了IP连接

2 CM与CMTS之间的故障及处理办法

 电平值不正常

当CM接收电平低于设置值，而发射电平接近上限值时，说明链路损耗太大，此时的CM可能随时掉线而出现测距通不过。对于此类问题，若是个别CM时，须检查用户家布线是否规范、是否串接了多个分支分配以及接头是否接好；当是某个放大器或某个光机所带用户全部出现问题时，则可以通过调节放大器或光机损耗来解决问题

当CM接收电平在正常，而发射电平接近上限值时。说明高端正常，低端衰减过大，这可能是某个接头接触不好，或某个器件传输性能发生变化，使低频段损耗偏大。此时的CM可能随时掉线而出现测距通不过，此类问题，可用信号发生器从终端往前端逐步检查，找出故障点。

 信噪比低而CM的发射、接收电平正常

回传通道的汇聚噪声太大或存在干扰信号，CM表现为上不了线或网速极慢。经排查发现多数为某个小区存在噪声干扰太大导致整个上行通道用户信噪比下降。噪声来源有：用户家电器干扰；某小区传输器件坏或性能改变；同一上行通道CM发谢电平相差太大等。针对第一个问题，我们对出现问题的小区做了滤波处理，故障出现比以前少多了；第二个问题，逐步找出故障器件更换即可；第三问题对发射电平偏低小区

 信噪比太低，而CM的发射电平也低于正常的工作范围

则是回传通道损耗太小，此时可通过提高回传通道的损耗值，以提高CM的发射电平，从而达到提高回传信噪比。

通过指示灯发现、定位及处理

对于上述故障发现、定位及处理，我们一方面可以摘取CMTS记录的一些CM的电平参数，同时也可以通过CM前面板指示灯的状态来判断故障。

指示灯的排列及所包含意思

CM前面板有五个状态指示灯（编号为1至5号），从上往下依次是：（1号）电源（PWR）指示灯；（2号）接收（RECEIVE）指示灯；（3号）发送(SEND)指示灯；（4号）在线(CABLE)指示；（5号）与PC机相连（PC）指示灯。这些灯的状态与CM初始化过程紧密关联的，如CM上电后，1号指示灯亮；CM完成下行同步后，2号指示灯常亮；CM完成测距后，3号指示灯常；CM完成注册后，4号指示灯。5号指示灯常亮表示CM与PC机连接完好，闪烁表示CM与PC机有流量交换。

如何通过指示灯判断故障

 在CM初始化过程中，2号指示灯始终闪烁不常亮，那么可判断下行信号存在问题，搜索不到有效同步信号；

 若2号指示灯常亮后，3号始终闪烁不常亮，则表示测距通不过，可能是上行电平问题；

 若2、3号指示灯均常亮，而4号指示灯始终终闪烁不常亮，那么故障表现为建立不了IP连接，问题可能：一是S/N太低，误码率太大；二是DHCP服务器故障；

 4号指示灯常亮后， 表示CM上线了；

 若5号指示灯没亮，表示CM与PC机没有建立连接，问题可能：一是CM网络RJ45接口坏；二是CM与PC机之间的网线故障；三是用户PC机的网卡坏、禁用、驱动丢失等。

通过上述方法，在故障发生时能迅速定位故障点及解决故障。

CM与PC机之间存在故障及处理办法

 CM 上线了，但PC机获不到IP地址

：CM与PC机网线存在问题，可通过测线器来排除及解决此问题；

：PC机的网卡禁用。启用网卡即可；

：网卡驱动丢失。通过查看网络属性，发现本地连接没有了。换网卡或重装网卡驱动；

：在本地连接属性\internet 协议属性中未选择“自动获取IP及DNS地址”；重新选择自动获取即可；

：超线程。用户更换主机。清除原IP地址，新PC主机就能重新获到IP；

：系统问题。当用户系统中毒及木马后，因系统DHCP务程序被破坏，不会向DHCP服务器发起获取IP地址请求，所以主机获取不到IP地址。须重装系统。

CM与PC机之间存在故障及处理办法

 PC主机获取到了IP地址，但网速极慢。丢包严重或时延大

：上行信噪比偏低，通过调试提高信噪比；

：用户PC机中病毒，病毒清除后恢复正常；

：网卡工作性能下降，通过更改网卡工作模式来提高网卡性能。如将网卡工作模式指定为10M。

：用户PC机的系统或软件问题。系统上软件装得太多、防病毒软件或防火墙设置级别太高、系统用久了，产生的垃圾文件多等。