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HFC HFC－经济实用的综合数字服务宽带网接入技术 1 概 述 有线电视网目前在全世界已有超过9.4亿的用户，我国有线电视网自90年代初发展至今，全国覆盖面已达50％，电视家庭用户数有8000多万，成为世界上第一大有线电视网。随着计算机技术、通信技术、网络技术、有线电视技术及多媒体技术的飞速发展，尤其在Internet的推动下，用户对信息交换和网络传输都提出了新的要求，希望融合CATV网络、计算机网络和电信网为一体的呼声越来越高。利用HFC网络结构，建立一种经济实用的宽带综合信息服务网的方案也由此而生。 2 早期CATV网络 最早的电视广播都是无线传送，每个电视台的每套节目都被调制在不同的频段进行发射，以避免干扰；随着电视台的增加和节目数量的增多，频带拥挤的矛盾越来越突出。为保证各个电视频道间互不干扰，而且能尽可能多地给用户提供节目频道，便产生了有线电视网。有线电视网在传输电视信号的功能方面与无线电视广播类似，有线电视信号的传输也是通过把不同频道的节目调制在不同的频段，再经过有线电视网络送到用户。只是它可以同时传送的频道更多，而且节目质量也更好；这主要是因为有线传输隔绝了与周围电磁信号的辐射干扰，而且可以保证在较大频带范围内衰减较少。 早期有线电视网络是采用同轴电缆结构，是一种树型结构网络，从有线电视台出来后不断分级展开，最后到达用户，图1是其结构示意图。前端负责收集来自卫星传送的电视信号、无线广播的电视信号及经微波传送的电视信号。其主要功能是收集、调制及传送出电视节目，同时具有控制功能。主干网利用干线放大器的接力放大，可以传输较远的距离。到居民较集中的地区，使用分配器从主干网分出信号进入分配网络。分配网络再将信号用延长放大器(Line Extender)放大，最后从分支器送到用户。而且，这种树型网络还会随居民分布情况的不同，分出更多的层次。 3 HFC技术 HFC即Hybrid Fiber－Coaxial的缩写，是光纤和同轴电缆相结合的混合网络。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。 HFC的主要特点是：传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。同传统的CATV网络相比，其网络拓扑结构也有些不同：第一，光纤干线采用星形或环状结构；第二，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构；第三，整个网络按照光结点划分成一个服务区；这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。随着数字通信技术的发展，特别是高速宽带通信时代的到来，HFC已成为现在和未来一段时期内宽带接入的最佳选择，因而HFC又被赋予新的含义，特指利用混合光纤同轴来进行双向宽带通信的CATV网络。 HFC网络能够传输的带宽为750MHz～860MHz，少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见，其中5～42/65MHz频段为上行信号占用，50MHz～550MHz频段用来传输传统的模拟电视节目和立体声广播，650MHz～750MHz频段传送数字电视节目、VOD等，750MHz以后的频段留着以后技术发展用。 4 ZXHFC系统组成 由于HFC网络的上述特征，使其成为宽带双向综合信息传输网络的首选方案，ZXHFC宽带接入系统就是一个应用实例。ZXHFC宽带接入系统构建在现有的HFC网络上，借助HFC网络的双向传输能力为集团和个人用户提供各类速率的数据传输服务，同时不影响原有的模拟有线电视传送。ZXHFC系统是一个非对称的数据传输系统，一套ZXHFC设备，能同时支持一路下行通道和五路上行通道。下行通道在6MHz的模拟带宽上提供30Mbps的数据传输率，每个上行通道在2MHz的模拟带宽上提供2.56Mbps的数据传输率。该系统对于高速接入Internet是非常理想的。 ZXHFC宽带接入系统的设备主要有两类，位于前端的设备是HFC网关(ZXHGW)，包括CMTS、上变频器和以太网交换机；位于用户端的设备是线缆调制解调器，共有两种型号的线缆调制解调器，外置式的ZXCME和内置式的ZXCMP。其中： (1)HFC网关ZXHGW HFC网关位于局端，完成上、下行数据的转发，并对所有线缆调制解调器进行控制和管理。在ZXHFC宽带接入系统结构中，前端网络控制器叫作CMTS(线缆调制解调器终端系统)，用来将用户的线缆调制解调器和前端的服务器或者是访问Internet的路由器联接起来。一个CMTS最多能够支持上千个线缆调制解调器。CMTS系统包括调制器、解调器、上变频器、网络接口、TDMA和系统控制器等几个功能模块。 从位于前端的路由器或者服务器发往下行通道的数据，先经过协议转换，然后再进行64QAM调制以及频率搬移，通过HFC网络发送到用户端。上变频器用来将CMTS输出的43.75MHz中频搬移到50～860MHz的射频范围内。从用户线缆调制解调器发往上行通道的数据采用QPSK方式调制，并用TDMA方式复用到上行通道。整个系统通过网络管理系统(Net Management System,NMS)来管理，只需通过前端的PC机运行NMS程序就可以对所有的系统参数进行设定和控制。 (2)线缆调制解调器(Cable Modem,CM) 线缆调制解调器用在用户端，它接收CATV网络上的数据，并将其转换为以太网数据格式通过以太网接口传送给用户PC；用户发送的以太网格式的数据经线缆调制解调器转换为CATV网络数据格式并调制发送到CATV网络上。家用线缆调制解调器包括QAM解调器、QPSK调制器、TDMA控制器和10Base－T以太网接口等功能模块。 线缆调制解调器是双通道的线缆调制解调器，接收从下行通道来的数据，并通过上行通道发送数据。下行通道数据峰值传输速率10Mbps，上行通道数据峰值速率2.56Mbps。线缆调制解调器将PC接入HFC网，使PC能与前端设备通过HFC网进行全双工的数字通信；而且，线缆调制解调器采用了先进的信号处理技术，能有效地利用电缆的可用带宽。 (3)系统组网结构 系统结构取决于CATV网络的结构和需服务的用户数量，一般情况下，系统包括以下三个子系统：位于前端的网络管理系统，用来控制系统中所有的ZXHGW和CM；位于前端或分前端上的一个或多个HFC网关(ZXHGW)，每个网关把HFC网络服务区中的用户联结到本地服务器和访问Internet的路由器上；用户端的电缆调制解调器(CM)，将用户计算机接入HFC网，提供PC与ZXHGW的双向通信，CM也有桥接功能，可以连接到本地以太网的HUB上。 由一个ZXHGW组成的系统如图3所示。Internet资源、ISP服务器和VOD服务器中的信息经快速以太网交换机处理，通过HFC网关ZXHGW送到混合器和模拟电视信号一起处理，分别在自己的频段经光发射机转换成光信号送到HFC网络的光纤传输网；在用户端先由光节点机取出信号并变成电信号，再通过分配器到达用户的电视机或经电缆调制解调器后到达计算机。用户的上行信号从计算机经电缆调制解调器、光节点机、光传输网络、光接收机送到服务器；另一路回传电视信号可以实现可视电话、视频会议和家庭防盗报警等功能。 5 展 望 HFC网络系统是介于全光纤网络和早期CATV同轴电缆网络之间的一个系统，它具有频带宽、用户多、传输速率高、灵活性和扩展性强及经济实用的特点，为实现宽带综合信息双向传输提供了可能，许多厂商都在瞄准这一领域。当然，它的功能上还需要完善，还有因网络结构使每个光节点的用户数不宜太多(300～500户)的不足。总之，要大范围普及这种系统还有大量工作要做。 HFC（混合光纤同轴电缆网）是一种发展前景广阔的通信技术，电信服务商现在对HFC表现出浓厚的兴趣。对有些电信服务供应商来说，采用HFC技术向居民住宅和小型商务机构提供融合了数据和视频服务的综合服务具有相当大的诱惑力。与此同时，HFC还为网络营造企业提供了众多的发展机会。但是，这一技术目前还存在一些设计缺陷，网络的建设和部署成本也比较昂贵。 概述 1996年美国通过的电信法案是持续至今的、改变电信运营管制体系这一历史潮流的重要标志之一，尽管偏之于一隅，但是该法案本身确实也是对业已发生的电信体制变革运动的承认。在这一潮流的推动之下，市场和技术快速地合流，在市场、技术和正在变更的电信管理制度的联合冲击中，加在服务运营商和网络营造商身上的压力是巨大的。 对企业通信用户来说，他们迫切需要电信运营商在小城市之类的局部地区能投入更大的力量。同时，整个新兴市场--家庭办公、Internet和万维网（World Wide Web）等等都在无一例外地创造着巨大的家庭需求，这些新业务需求在某些场合下甚至超过了几年前企业全部需求的总和。 市场的剧烈变动在几乎每一种情况下都成为企业激烈争夺的战场。商业、技术、教育和娱乐等诸多行业之间的壁垒都飞速地消失得无影无踪。Web的横空出世和随后进入所有人的生活就是这一剧烈变化的明显实例。对网络服务供应商来说，他们唯一能确定的就是用户的需求还会持续地不断增长下去。 增长中的市场必定会产生竞争。电信领域在数十亿上百亿美元市场的诱惑之下，其竞争将会趋于白热化。虽然没有任何东西可以确定下来，但把钱压在网络融合这个主题上总是错不了的，今天各成一统的服务：语音、视频和数据最终都会融合成单一的综合服务。 HFC的希望所在 HFC既是一种灵活的接入系统同时也是一种优良的传输系统，HFC把铜缆和光缆搭配起来，同时提供两种物理媒质所具有的优秀特性。HFC在向新兴宽带应用提供带宽需求的同时却比FTTC（光纤到路边）或者SDV（交换式数字视频）等解决方案便宜多了，HFC可同时支持模拟和数字传输，在大多数情况下，HFC可以同现有的设备和设施合并。 HFC支持现有的、新兴的全部传输技术，其中包括ATM、帧中继、SONET和SMDS（交换式多兆位数据服务）。一旦HFC部署到位，它可以很方便地被运营商扩展以满足日益增长的服务需求以及支持新型服务。总之，在目前和可预见的未来，HFC都是一种理想的、全方位的、信号分派类型的服务媒质。 HFC具备强大的功能和高度的灵活性，这些特性已经使之成为有线电视（CATV）和电信服务供应商的首选技术。由于HFC结构和现有有线电视网络结构相似，所以有线电视网络公司对HFC特别青睐，他们非常希望这一利器可以帮助他们在未来多种服务竞争局面下获得现有的电信服务供应商似的地位 |
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