HFC Hybric of Fiber and Coax 光纖同軸電纜混合網(wǎng)
Hybric of Fiber and Coax -- 光纖同軸電纜混合網(wǎng)
HFC是一種綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、同軸電纜和光纜技術(shù)、射頻技術(shù)、高度分布式智能形的接入網(wǎng)絡(luò)，是電信網(wǎng)和有線電視(CATV)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物是將光纖愛漸向用戶延伸的一種新型、經(jīng)濟(jì)的演進(jìn)策略。
簡介：
常稱HFC（＝Hybrid Fiber Coax）接入網(wǎng)，用以實(shí)現(xiàn)CATV、電話和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)綜合，時(shí)下廣電所稱“三網(wǎng)合一”。HFC的基本特性是以模擬信號傳輸方式為主，即HFC的主干系統(tǒng)采用調(diào)幅一副載波（AM－SCM=Amplitude Modulation－Subcarrier Modulation）光波技術(shù)傳輸多種信息。在這種系統(tǒng)中，以頻分復(fù)用FM方式為各種信息服務(wù)，頻譜通常安排如下：5－40MHZ給上行（由用戶至局端或前端）電信服務(wù)；50－500MHZ為下行CATV，可傳60－100個(gè)電視節(jié)目；550--750MHZ給數(shù)字通道，其中200路用于點(diǎn)播數(shù)字式視像，另200路為交互式業(yè)務(wù)； 750MHz－1GHZ留作“個(gè)人通信”之用。在局端低速和高速的數(shù)據(jù)信號分別采用不同的調(diào)制方式成為模擬信號，連同原本是模擬的CATV信號一起經(jīng)電／光轉(zhuǎn)換成為光波并通過光纖纜傳輸?shù)皆O(shè)在路邊或大樓的光節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過光／電轉(zhuǎn)換后進(jìn)入同軸電纜系統(tǒng)傳輸和分配信息給用戶，其中CATV信號直接仍送到用戶電視，速數(shù)據(jù)（包括話直）經(jīng)Modem解調(diào)分送給電話機(jī)和計(jì)算機(jī)，高速數(shù)字信號經(jīng)機(jī)頂盒內(nèi)高速M(fèi)odem解調(diào)恢復(fù)，然后送入解碼器解碼得到模擬視訊。上行信號在同軸網(wǎng)中以頻分復(fù)用，在主干線段是用單行的頻分復(fù)用、波分復(fù)用或雙纖等方式，送達(dá)局端。HFC的上行信道頻帶，如上述，為5－40MHz，約相當(dāng)于500個(gè)64kbit／S，但交互業(yè)務(wù)的種類和數(shù)量趨于上升勢態(tài)，該信道會發(fā)生擁塞另外，HFC還存在各用戶同軸線上匯集的噪聲，即所謂“漏斗效應(yīng)”的問題。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室華人提出了稱為 mFN－HFC技術(shù)。 mFN（=miniFiber Node），即小“光纖端”，或“小光節(jié)點(diǎn)”，采用低價(jià)格的無致冷激光二極管和PIW光電二極管，使得HFC升級投資不大。
HFC－經(jīng)濟(jì)實(shí)用的綜合數(shù)字服務(wù)寬帶網(wǎng)接入技術(shù)
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(dá)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(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、有線電視技術(shù)及多媒體技術(shù)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(luò)傳輸都提出了新的要求，希望融合CATV網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)為一體的呼聲越來越高。利用HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的寬帶綜合信息服務(wù)網(wǎng)的方案也由此而生。
2 早期CATV網(wǎng)絡(luò)
最早的電視廣播都是無線傳送，每個(gè)電視臺的每套節(jié)目都被調(diào)制在不同的頻段進(jìn)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(gè)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(luò)送到用戶。只是它可以同時(shí)傳送的頻道更多，而且節(jié)目質(zhì)量也更好；這主要是因?yàn)橛芯�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(luò)是采用同軸電纜結(jié)構(gòu)，是一種樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從有線電視臺出來后不斷分級展開，最后到達(dá)用戶，圖1是其結(jié)構(gòu)示意圖。前端負(fù)責(zé)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(shí)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(yuǎn)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(jìn)入分配網(wǎng)絡(luò)。分配網(wǎng)絡(luò)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(luò)還會隨居民分布情況的不同，分出更多的層次。
3 HFC技術(shù)
HFC即Hybrid Fiber－Coaxial的縮寫，是光纖和同軸電纜相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)。HFC通常由光纖干線、同軸電纜支線和用戶配線網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jìn)入用戶區(qū)后要完成光—電轉(zhuǎn)換。
HFC的主要特點(diǎn)是：傳輸容量大，易實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，從理論上講，一對光纖可同時(shí)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(luò)相比，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有些不同：第一，光纖干線采用星形或環(huán)狀結(jié)構(gòu)；第二，支線和配線網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜部分采用樹狀或總線式結(jié)構(gòu)；第三，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照光結(jié)點(diǎn)劃分成一個(gè)服務(wù)區(qū)；這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可滿足為用戶提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)的要求。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是高速寬帶通信時(shí)代的到來，HFC已成為現(xiàn)在和未來一段時(shí)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(jìn)行雙向?qū)拵ㄐ诺腃ATV網(wǎng)絡(luò)。
HFC網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸?shù)膸挒?50MHz～860MHz，少數(shù)達(dá)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(shù)發(fā)展用。
4 ZXHFC系統(tǒng)組成
由于HFC網(wǎng)絡(luò)的上述特征，使其成為寬帶雙向綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的首選方案，ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)就是一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)構(gòu)建在現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)上，借助HFC網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸能力為集團(tuán)和個(gè)人用戶提供各類速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，同時(shí)不影響原有的模擬有線電視傳送。ZXHFC系統(tǒng)是一個(gè)非對稱的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一套ZXHFC設(shè)備，能同時(shí)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(gè)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(shè)備主要有兩類，位于前端的設(shè)備是HFC網(wǎng)關(guān)(ZXHGW)，包括CMTS、上變頻器和以太網(wǎng)交換機(jī)；位于用戶端的設(shè)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(guān)ZXHGW
HFC網(wǎng)關(guān)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(jìn)行控制和管理。在ZXHFC寬帶接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，前端網(wǎng)絡(luò)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(wù)器或者是訪問Internet的路由器聯(lián)接起來。一個(gè)CMTS最多能夠支持上千個(gè)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(luò)接口、TDMA和系統(tǒng)控制器等幾個(gè)功能模塊。
從位于前端的路由器或者服務(wù)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(jìn)行64QAM調(diào)制以及頻率搬移，通過HFC網(wǎng)絡(luò)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(fù)用到上行通道。整個(gè)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(Net Management System,NMS)來管理，只需通過前端的PC機(jī)運(yùn)行NMS程序就可以對所有的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(luò)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(luò)數(shù)據(jù)格式并調(diào)制發(fā)送到CATV網(wǎng)絡(luò)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(shè)備通過HFC網(wǎng)進(jìn)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(jìn)的信號處理技術(shù)，能有效地利用電纜的可用帶寬。
(3)系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取決于CATV網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和需服務(wù)的用戶數(shù)量，一般情況下，系統(tǒng)包括以下三個(gè)子系統(tǒng)：位于前端的網(wǎng)絡(luò)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(gè)或多個(gè)HFC網(wǎng)關(guān)(ZXHGW)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)把HFC網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)中的用戶聯(lián)結(jié)到本地服務(wù)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(jì)算機(jī)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(gè)ZXHGW組成的系統(tǒng)如圖3所示。Internet資源、ISP服務(wù)器和VOD服務(wù)器中的信息經(jīng)快速以太網(wǎng)交換機(jī)處理，通過HFC網(wǎng)關(guān)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(jī)轉(zhuǎn)換成光信號送到HFC網(wǎng)絡(luò)的光纖傳輸網(wǎng)；在用戶端先由光節(jié)點(diǎn)機(jī)取出信號并變成電信號，再通過分配器到達(dá)用戶的電視機(jī)或經(jīng)電纜調(diào)制解調(diào)器后到達(dá)計(jì)算機(jī)。用戶的上行信號從計(jì)算機(jī)經(jīng)電纜調(diào)制解調(diào)器、光節(jié)點(diǎn)機(jī)、光傳輸網(wǎng)絡(luò)、光接收機(jī)送到服務(wù)器；另一路回傳電視信號可以實(shí)現(xiàn)可視電話、視頻會議和家庭防盜報(bào)警等功能。
5 展 望
HFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是介于全光纖網(wǎng)絡(luò)和早期CATV同軸電纜網(wǎng)絡(luò)之間的一個(gè)系統(tǒng)，它具有頻帶寬、用戶多、傳輸速率高、靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，為實(shí)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(zhǔn)這一領(lǐng)域。當(dāng)然，它的功能上還需要完善，還有因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使每個(gè)光節(jié)點(diǎn)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。
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