5.4.3. Кабельные модемы
Рассмотренные модемы для телефонных каналов являются наиболее распространенными на практике, однако, им присущ ряд недостатков. Первый связан с относительно низкими скоростями передачи данных. Второй — это неудобство, вызванное занятостью телефонной линии во время передачи данных, то есть невозможность вести телефонные разговоры и одновременно обмениваться данными. Эти недостатки отсутствуют при использовании кабельных модемов, которые обеспечивают передачу данных не по телефонным линиям, а по сети кабельного телевидения.
Подключение кабельного модема осуществляется через разделитель, главная задача которого – разделение телевизионного сигнала и сигналов передачи данных. Структурная схема кабельного модема приведена на рисунке 5.18.
К разделителю (фактически, это телевизионная антенна) модем подключается через тюнер. Как правило, тюнер имеет встроенный дуплексе для приема и передачи сигналов. Принятый сигнал подается на демодулятор. Этот блок выполняет функции преобразования аналогового сигнала в цифровую форму, т. е. демодуляции КАМ-64/256, синхронизации кадров MPEG и коррекции ошибок.
Модулятор соответствующим образом модулирует сигнал для его дальнейшей передачи. Выходной сигнал проходит через усилитель для обеспечения необходимой мощности сигнала. Часто модулятор и демодулятор реализуются в виде одной микросхемы.
Блок контроля доступа к среде передачи (Media Access Control MAC) — это начальная точка для выходящего пути и конечная точка для входящего пути. Учитывая сложность применяемых алгоритмов, реализация функций MAC требует использования микропроцессоров.
После обработки в блоке MAC данные передаются на компьютер через интерфейс. Это может быть Ethernet на 10 Мбит/с, USB, PCI (в случае вмонтированного модема) и др.
Весь диапазон рабочих частот, которые передаются по коаксиальному телевизионному кабелю, разбивается на два поддиапазона. Нижняя часть, от 5 до 65 Мбит/с, предназначена для передачи данных в направления от абонента (обратное направление). Верхний поддиапазон, от 65 до 850 Мбит/с, отводится для передачи данных и телевизионных каналов в направлении к абонентам (прямое направление).
Для модуляции сигнала в прямом направлении применяются алгоритмы КАМ-64 и КАМ-256, а для модуляции в обратном направлении — квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) и КАМ-16. Квадратурная амплитудная модуляция КАМ-64 и КАМ-256 предусматривает кодирование сигнала в виде 6- и 8-битовых символов, соответственно, а квадратурная фазовая модуляция QPSK и КАМ-16 — в виде 2- и 4-битовых символов соответственно.
Таким образом, скорость передачи зависит от диапазона частот, выделенного для канала, и примененной схемы модуляции. В прямом направлении общая скорость может достигать 38 Мбит/с в случае использования КАМ-64 и 52 Мбит/с в случае использования КАМ-256. В обратном направлении аналогичная величина варьируется от 0,32 до 5,12 Мбит/с в случае использования QPSK и от 0,64 до 10,24 Мбит/с в случае КАМ-16. Скорости в обрат-ном направлении меньшие, чем в прямом. Это связано с использованием менее эффективных методов модуляции из-за больших уровней шумов в нижнем диапазоне, а также со значительно меньшей шириной выделенного канала, как правило, от 200 Кбит/с до 3,2 Мбит/с.
Тот факт, что в качестве среды передачи используется кабельная сеть, к которой подключено большое количество абонентов, приводит к возникновению некоторых принципиальных вопросов. Первый связан с тем, что с увеличением общего количества пользователей скорость в расчете на одного пользователя снижается. Второе — в видимости всех действий одного пользователя для других. То есть каждый пользователь, который имеет анализатор протоколов, может «видеть» весь трафик в пределах своей кабельной сети.