什么是HFC

HFC－經濟實用的綜合數字服務寬帶網接入技術

1 概 述

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

2 早期CATV網絡

最早的電視廣播都是無線傳送，每個電視臺的每套節目都被調制在不同的頻段進行發射，以避免干擾；隨著電視臺的增加和節目數量的增多，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目頻道，便產生了有線電視網。有線電視網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目調制在不同的頻段，再經過有線電視網絡送到用戶。只是它可以同時傳送的頻道更多，而且節目質量也更 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衰減較少。

早期有線電視網絡是采用同軸電纜結構，是一種樹型結構網絡，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 自衛星傳送的電視信號、無線廣播的電視信號及經微波傳送的電視信號。其主要功能是收集、調制及傳送出電視節目，同時具有控制功能。主干網利用干線放大器的 接力放大，可以傳輸較遠的距離。到居民較集中的地區，使用分配器從主干網分出信號進入分配網絡。分配網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絡。HFC通常由光纖干線、同軸電纜支線和用戶配線網絡三部分組成，從有線電視臺出來 的節目信號先變成光信號在干線上傳輸；到用戶區域后把光信號轉換成電信號，經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—光轉換，進入用戶區后要完成光—電轉換。

HFC的主要特點是：傳輸容量大，易實現雙向傳輸，從理論上講，一對光纖可同時傳送150萬路電話或2000套電視節目；頻率特性好，在有線電視 傳輸帶寬內無需均衡；傳輸損耗小，可延長有線電視的傳輸距離，25公里內無需中繼放大；光纖間不會有串音現象，不怕電磁干擾，能確保信號的傳輸質量。同傳 統的 CATV網絡相比，其網絡拓撲結構也有些不同：第一，光纖干線采用星形或環狀結構；第二，支線和配線網絡的同軸電纜部分采用樹狀或總線式結構；第三，整個 網絡按照光結點劃分成一個服務區；這種網絡結構可滿足為用戶提供多種業務服務的要求。隨著數字通信技術的發展，特別是高速寬帶通信時代的到來，HFC已成 為現在和未來一段時期內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寬帶通信的CATV網絡。

HFC網絡能夠傳輸的帶寬為750MHz～860MHz，少數達到1GHz。根據原郵電部1996年意見，其中5～42/65MHz頻段為上行信 號占用， 50MHz～550MHz頻段用來傳輸傳統的模擬電視節目和立體聲廣播，650MHz～750MHz頻段傳送數字電視節目、VOD等，750MHz以后的 頻段留著以后技術發展用。

4 ZXHFC系統組成

由于HFC網絡的上述特征，使其成為寬帶雙向綜合信息傳輸網絡的首選方案，ZXHFC寬帶接入系統就是一個應用實例。ZXHFC寬帶接入系統構建 在現有的 HFC網絡上，借助HFC網絡的雙向傳輸能力為集團和個人用戶提供各類速率的數據傳輸服務，同時不影響原有的模擬有線電視傳送。ZXHFC系統是一個非對 稱的數據傳輸系統，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的數據傳輸率，每個上行 通道在2MHz的模擬帶寬上提供2.56Mbps的數據傳輸率。該系統對于高速接入Internet是非常理想的。

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

(1)HFC網關ZXHGW

HFC網關位于局端，完成上、下行數據的轉發，并對所有線纜調制解調器進行控制和管理。在ZXHFC寬帶接入系統結構中，前端網絡控制器叫作 CMTS(線纜調制解調器終端系統)，用來將用戶的線纜調制解調器和前端的服務器或者是訪問Internet的路由器聯接起來。一個CMTS最多能夠支持 上千個線纜調制解調器。CMTS系統包括調制器、解調器、上變頻器、網絡接口、TDMA和系統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往下行通道的數據，先經過協議轉換，然后再進行64QAM調制以及頻率搬移，通過HFC網絡發送到用戶端。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。從用戶線纜調制解調器發往上行通道的數據采用QPSK方式調制，并用TDMA 方式復用到上行通道。整個系統通過網絡管理系統(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參數進行設定和控制。

(2)線纜調制解調器(Cable Modem,CM)

線纜調制解調器用在用戶端，它接收CATV網絡上的數據，并將其轉換為以太網數據格式通過以太網接口傳送給用戶PC；用戶發送的以太網格式的數據 經線纜調制解調器轉換為CATV網絡數據格式并調制發送到CATV網絡上。家用線纜調制解調器包括QAM解調器、QPSK調制器、TDMA控制器和 10Base－ T以太網接口等功能模塊。

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

(3)系統組網結構

系統結構取決于CATV網絡的結構和需服務的用戶數量，一般情況下，系統包括以下三個子系統：位于前端的網絡管理系統，用來控制系統中所有的 ZXHGW和 CM；位于前端或分前端上的一個或多個HFC網關(ZXHGW)，每個網關把HFC網絡服務區中的用戶聯結到本地服務器和訪問Internet的路由器 上；用戶端的電纜調制解調器(CM)，將用戶計算機接入HFC網，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的HUB上。

由一個ZXHGW組成的系統如圖3所示。Internet資源、ISP服務器和VOD服務器中的信息經快速以太網交換機處理，通過HFC網關 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光發射機轉換成光信號送到HFC網絡的光纖傳輸網；在用戶端先由光節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電纜調制解調器后到達計算機。用戶的上行信號從計算機經電纜調制解調器、光節點機、光傳輸網絡、光接收機送到服 務器；另一路回傳電視信號可以實現可視電話、視頻會議和家庭防盜報警等功能。

5 展 望

HFC網絡系統是介于全光纖網絡和早期CATV同軸電纜網絡之間的一個系統，它具有頻帶寬、用戶多、傳輸速率高、靈活性和擴展性強及經濟實用的特 點，為實現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，還有因網絡結構使每個光節點的用戶數不宜太多 (300～500戶)的不足。總之，要大范圍普及這種系統還有大量工作要做。