什么是HFC

HFC－經(jīng)濟實用的綜合數(shù)字服務寬帶網(wǎng)接入技術

1 概 述

有線電視網(wǎng)目前在全世界已有超過9.4億的用戶，我國有線電視網(wǎng)自90年代初發(fā)展至今，全國覆蓋面已達50％，電視家庭用戶數(shù)有8000多萬，成 為世界上第一大有線電視網(wǎng)。隨著計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術、有線電視技術及多媒體技術的飛速發(fā)展，尤其在Internet的推動下，用戶對信息交換 和網(wǎng)絡傳輸都提出了新的要求，希望融合CATV網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡和電信網(wǎng)為一體的呼聲越來越高。利用HFC網(wǎng)絡結構，建立一種經(jīng)濟實用的寬帶綜合信息服務 網(wǎng)的方案也由此而生。

2 早期CATV網(wǎng)絡

最早的電視廣播都是無線傳送，每個電視臺的每套節(jié)目都被調(diào)制在不同的頻段進行發(fā)射，以避免干擾；隨著電視臺的增加和節(jié)目數(shù)量的增多，頻帶擁擠的矛 盾越來越突出。為保證各個電視頻道間互不干擾，而且能盡可能多地給用戶提供節(jié)目頻道，便產(chǎn)生了有線電視網(wǎng)。有線電視網(wǎng)在傳輸電視信號的功能方面與無線電視 廣播類似，有線電視信號的傳輸也是通過把不同頻道的節(jié)目調(diào)制在不同的頻段，再經(jīng)過有線電視網(wǎng)絡送到用戶。只是它可以同時傳送的頻道更多，而且節(jié)目質(zhì)量也更 好；這主要是因為有線傳輸隔絕了與周圍電磁信號的輻射干擾，而且可以保證在較大頻帶范圍內(nèi)衰減較少。

早期有線電視網(wǎng)絡是采用同軸電纜結構，是一種樹型結構網(wǎng)絡，從有線電視臺出來后不斷分級展開，最后到達用戶，圖1是其結構示意圖。前端負責收集來 自衛(wèi)星傳送的電視信號、無線廣播的電視信號及經(jīng)微波傳送的電視信號。其主要功能是收集、調(diào)制及傳送出電視節(jié)目，同時具有控制功能。主干網(wǎng)利用干線放大器的 接力放大，可以傳輸較遠的距離。到居民較集中的地區(qū)，使用分配器從主干網(wǎng)分出信號進入分配網(wǎng)絡。分配網(wǎng)絡再將信號用延長放大器(Line Extender)放大，最后從分支器送到用戶。而且，這種樹型網(wǎng)絡還會隨居民分布情況的不同，分出更多的層次。

3 HFC技術

HFC即Hybrid Fiber－Coaxial的縮寫，是光纖和同軸電纜相結合的混合網(wǎng)絡。HFC通常由光纖干線、同軸電纜支線和用戶配線網(wǎng)絡三部分組成，從有線電視臺出來 的節(jié)目信號先變成光信號在干線上傳輸；到用戶區(qū)域后把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)分配器分配后通過同軸電纜送到用戶。它與早期CATV同軸電纜網(wǎng)絡的不同之處 主要在于，在干線上用光纖傳輸光信號，在前端需完成電—光轉(zhuǎn)換，進入用戶區(qū)后要完成光—電轉(zhuǎn)換。

HFC的主要特點是：傳輸容量大，易實現(xiàn)雙向傳輸，從理論上講，一對光纖可同時傳送150萬路電話或2000套電視節(jié)目；頻率特性好，在有線電視 傳輸帶寬內(nèi)無需均衡；傳輸損耗小，可延長有線電視的傳輸距離，25公里內(nèi)無需中繼放大；光纖間不會有串音現(xiàn)象，不怕電磁干擾，能確保信號的傳輸質(zhì)量。同傳 統(tǒng)的 CATV網(wǎng)絡相比，其網(wǎng)絡拓撲結構也有些不同：第一，光纖干線采用星形或環(huán)狀結構；第二，支線和配線網(wǎng)絡的同軸電纜部分采用樹狀或總線式結構；第三，整個 網(wǎng)絡按照光結點劃分成一個服務區(qū)；這種網(wǎng)絡結構可滿足為用戶提供多種業(yè)務服務的要求。隨著數(shù)字通信技術的發(fā)展，特別是高速寬帶通信時代的到來，HFC已成 為現(xiàn)在和未來一段時期內(nèi)寬帶接入的最佳選擇，因而HFC又被賦予新的含義，特指利用混合光纖同軸來進行雙向?qū)拵ㄐ诺腃ATV網(wǎng)絡。

HFC網(wǎng)絡能夠傳輸?shù)膸挒?50MHz～860MHz，少數(shù)達到1GHz。根據(jù)原郵電部1996年意見，其中5～42/65MHz頻段為上行信 號占用， 50MHz～550MHz頻段用來傳輸傳統(tǒng)的模擬電視節(jié)目和立體聲廣播，650MHz～750MHz頻段傳送數(shù)字電視節(jié)目、VOD等，750MHz以后的 頻段留著以后技術發(fā)展用。

4 ZXHFC系統(tǒng)組成

由于HFC網(wǎng)絡的上述特征，使其成為寬帶雙向綜合信息傳輸網(wǎng)絡的首選方案，ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)就是一個應用實例。ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)構建 在現(xiàn)有的 HFC網(wǎng)絡上，借助HFC網(wǎng)絡的雙向傳輸能力為集團和個人用戶提供各類速率的數(shù)據(jù)傳輸服務，同時不影響原有的模擬有線電視傳送。ZXHFC系統(tǒng)是一個非對 稱的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一套ZXHFC設備，能同時支持一路下行通道和五路上行通道。下行通道在6MHz的模擬帶寬上提供30Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率，每個上行 通道在2MHz的模擬帶寬上提供2.56Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。該系統(tǒng)對于高速接入Internet是非常理想的。

ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)的設備主要有兩類，位于前端的設備是HFC網(wǎng)關(ZXHGW)，包括CMTS、上變頻器和以太網(wǎng)交換機；位于用戶端的設備是線纜調(diào)制解調(diào)器，共有兩種型號的線纜調(diào)制解調(diào)器，外置式的ZXCME和內(nèi)置式的ZXCMP。其中：

(1)HFC網(wǎng)關ZXHGW

HFC網(wǎng)關位于局端，完成上、下行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，并對所有線纜調(diào)制解調(diào)器進行控制和管理。在ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)結構中，前端網(wǎng)絡控制器叫作 CMTS(線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng))，用來將用戶的線纜調(diào)制解調(diào)器和前端的服務器或者是訪問Internet的路由器聯(lián)接起來。一個CMTS最多能夠支持 上千個線纜調(diào)制解調(diào)器。CMTS系統(tǒng)包括調(diào)制器、解調(diào)器、上變頻器、網(wǎng)絡接口、TDMA和系統(tǒng)控制器等幾個功能模塊。

從位于前端的路由器或者服務器發(fā)往下行通道的數(shù)據(jù)，先經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換，然后再進行64QAM調(diào)制以及頻率搬移，通過HFC網(wǎng)絡發(fā)送到用戶端。上變頻 器用來將 CMTS輸出的43.75MHz中頻搬移到50～860MHz的射頻范圍內(nèi)。從用戶線纜調(diào)制解調(diào)器發(fā)往上行通道的數(shù)據(jù)采用QPSK方式調(diào)制，并用TDMA 方式復用到上行通道。整個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(Net Management System,NMS)來管理，只需通過前端的PC機運行NMS程序就可以對所有的系統(tǒng)參數(shù)進行設定和控制。

(2)線纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem,CM)

線纜調(diào)制解調(diào)器用在用戶端，它接收CATV網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式通過以太網(wǎng)接口傳送給用戶PC；用戶發(fā)送的以太網(wǎng)格式的數(shù)據(jù) 經(jīng)線纜調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換為CATV網(wǎng)絡數(shù)據(jù)格式并調(diào)制發(fā)送到CATV網(wǎng)絡上。家用線纜調(diào)制解調(diào)器包括QAM解調(diào)器、QPSK調(diào)制器、TDMA控制器和 10Base－ T以太網(wǎng)接口等功能模塊。

線纜調(diào)制解調(diào)器是雙通道的線纜調(diào)制解調(diào)器，接收從下行通道來的數(shù)據(jù)，并通過上行通道發(fā)送數(shù)據(jù)。下行通道數(shù)據(jù)峰值傳輸速率10Mbps，上行通道數(shù) 據(jù)峰值速率2.56Mbps。線纜調(diào)制解調(diào)器將PC接入HFC網(wǎng)，使PC能與前端設備通過HFC網(wǎng)進行全雙工的數(shù)字通信；而且，線纜調(diào)制解調(diào)器采用了先進 的信號處理技術，能有效地利用電纜的可用帶寬。

(3)系統(tǒng)組網(wǎng)結構

系統(tǒng)結構取決于CATV網(wǎng)絡的結構和需服務的用戶數(shù)量，一般情況下，系統(tǒng)包括以下三個子系統(tǒng)：位于前端的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，用來控制系統(tǒng)中所有的 ZXHGW和 CM；位于前端或分前端上的一個或多個HFC網(wǎng)關(ZXHGW)，每個網(wǎng)關把HFC網(wǎng)絡服務區(qū)中的用戶聯(lián)結到本地服務器和訪問Internet的路由器 上；用戶端的電纜調(diào)制解調(diào)器(CM)，將用戶計算機接入HFC網(wǎng)，提供PC與ZXHGW的雙向通信，CM也有橋接功能，可以連接到本地以太網(wǎng)的HUB上。

由一個ZXHGW組成的系統(tǒng)如圖3所示。Internet資源、ISP服務器和VOD服務器中的信息經(jīng)快速以太網(wǎng)交換機處理，通過HFC網(wǎng)關 ZXHGW送到混合器和模擬電視信號一起處理，分別在自己的頻段經(jīng)光發(fā)射機轉(zhuǎn)換成光信號送到HFC網(wǎng)絡的光纖傳輸網(wǎng)；在用戶端先由光節(jié)點機取出信號并變成 電信號，再通過分配器到達用戶的電視機或經(jīng)電纜調(diào)制解調(diào)器后到達計算機。用戶的上行信號從計算機經(jīng)電纜調(diào)制解調(diào)器、光節(jié)點機、光傳輸網(wǎng)絡、光接收機送到服 務器；另一路回傳電視信號可以實現(xiàn)可視電話、視頻會議和家庭防盜報警等功能。

5 展 望

HFC網(wǎng)絡系統(tǒng)是介于全光纖網(wǎng)絡和早期CATV同軸電纜網(wǎng)絡之間的一個系統(tǒng)，它具有頻帶寬、用戶多、傳輸速率高、靈活性和擴展性強及經(jīng)濟實用的特 點，為實現(xiàn)寬帶綜合信息雙向傳輸提供了可能，許多廠商都在瞄準這一領域。當然，它的功能上還需要完善，還有因網(wǎng)絡結構使每個光節(jié)點的用戶數(shù)不宜太多 (300～500戶)的不足。總之，要大范圍普及這種系統(tǒng)還有大量工作要做。