摘要：以broadcom公司生产的cable modem专用芯片bcm3345为基础，开发了一种基于docsis1.1的高性能cable modem产品实现方案，同时给出了该方案硬软件的具体实现方法，并设计搭建了相应的调试平台。该方案采用cmos tuner设计，相比以前同类设计，结构更简单，成本也大大降低。

关键词：电缆调制解调器 宽带接入网 混合光纤同轴电缆网络 媒体接入控制

现场通信网络的光纤化、数字化不断发展与成熟，其主干网基本实现了光纤宽带化和数字化，容量有了新的突破，已能够满足当前多媒体信息传输的宽带、实时、高速的要求。然而，因为技术和成本的原因、为广大用户提供接入服务的接入网，大部分却还处于传统的铜缆双绞线接入方式，远远不能满足人们对日益增长的internet业务的需求。因此，寻找一种可以的宽带接入网就成为当前网络研究中的一个热点问题。混合光纤同轴（hfc）网络作为目前唯一的宽带入户网络，其真正的宽带介质和独特的网络结构，具有不可替代的优势。

1 hfc接入网

1.1 hfc网络介绍

混合光纤同轴网（hfc）的概念最初由贝尔实验室提出。它的基本特征是在目前有线电视网的基础上，以模拟传输方式综合接入应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、网络技术等多种业务信息。hfc网具有速度快、收费低廉、永久连接、覆盖范围广等优势，且能同时支持目前的模拟和数字服务，可以平滑过渡到今后的光纤到户和全数字化服务。它是光纤逐步推向用户的一种新的发展策略。

hfc网络主要采用cable modem技术来实现数据传输。一个cable modem系统由局端的中心设备cmts（cable modem terminal system即cable modem终端系统）和用户端的cm（cable modem）两部分设备组成，构成了一个网络桥接设备，主要用来实现以太网与hfc网络在媒体访问控制（mac）层的桥接以及ip网络层的路由功能。其他的一些管理功能（如频谱管理，软件下载等）则加载到ip上。

1.2 hfc网络协议标准

为了约束hfc网中数据传输设备的研制，从而保证由不同的厂商所开发的数据传输设备的一致性、兼容性、开放性以及通用性，cable modem的研制与开发必须遵循一定的国际标准。当前hfc网的国际标准主要包括ieee802.14、docsis、davic等。其中docsis规范相对来说比较完善，实现起来较为灵活，已经成为hfc领域应用最广泛的国际标准。目前国际上大部分cm以及前端设备cmts的研制工作都是基于docsis规范的。本文所讨论的cable modem的开发工作就是在docsis1.1规范的基础上所展开的。

docsis标准由mcns组织制定。对cable modem的各种接口、操作方式及网络管理、安全控制等方面给出了详细的规定。与ieee802.14不同，mcns从市场的角度出发，充分考虑如何做到最小的投资和最短的产品周期，在mac层协议规范上采用了基于ip的可变长度分组包方案，为用户提供ip透明的数据传输。并可同时与atm兼容，从而使网络的灵活性大大提高。

2 cable modem的实现方案分析

2.1 cable modem协议堆栈

电缆调制解调器（cm）作为hfc网中用户端的终端设备，其主要作用除了调制解调外，还在用户和hfc网络端之间起信息传递的桥梁作用。cm接收并处理hfc网前端设备cmts发送过来的各种数据以及管理信息，并将相应的数据信息传送给与此cm相关连接的用户应用设备cpe（customer premises equipment），同时负责将cpe中的信息转化为hfc网络中的帧格式传送到前端。图1中说明了cm的协议堆栈[1～2]。

由图1可以看出，cm对于hfc网中所传递的数据的处理工作大部分都是在ip层以下进行的，而对于ip包中所包含的具体内容则一般不做处理。左右两部分的接口协议，分别对应了与hfc网的协议（docsis1.1）以及与cpe相连网络的协议（ieee802.3以太网协议）。通过cm的桥接功能使得两部分协议之间可以进行相互转换。

在与hfc网相连接的一侧，物理层的协议分为处理上行信道物理层信号的协议模块upstream cable pmd（physical media dependent）和处理下行信道物理层中信号的协议模块ds tc layer(downstream transmission convergence sub-layer)、cable pmd两大部分。其中upstream cable pmd的主要功能是对mac层所传来的mac信息进行信道编码和调制，转化为中频信号，送入hfc网的上