什么是HFC? 经济实用的综合数字服务宽带网接入技术

什么是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。