HFC接入技术优化方法与应用

HFC接入网是指传输介质采用光纤和同轴电缆混合组成的接入网。有线电视由最初的共用天线系统，经过闭路电视系统阶段，再到今天的全新的光纤同轴电缆混合（HFC）网络系统，经过近30年的发展历程。HFC结构的有线电视网能够直接把750MHz甚至1GHz的带宽送入用户家中，提供了开展多种业务的频道资源。实践证明了HFC网络是在当今的经济技术环境下，能够为有线电视用户提供更好传输质量和更高可靠性的传输手段。

光缆网起到高速连接的作用，电缆网起到方便和价格低廉的高速连接的作用，两者的有机结合，构成了有线电视网的基础。数字压缩技术和高效数字调制技术在HFC网上的应用，又大大拓展了有线电视网络的频道容量和多功能服务的能力。由于在一个常规模拟电视频道中可以传输8～10套数字压缩的标准电视节目，所以有线电视网络具备了开展300～400套数字电视节目和开展诸如视频点播（VOD）类高级视频业务的能力。同时采用其他先进技术还可以实现在有线电视网络中传数据、语音和接入Internet服务。

另外，由于有线电视网络在HFC传输体制的基础上支持数字通信和计算机通信等多种先进的传输体制，使得有线电视网络可以在开展有线广播和有线电视节目的基础上，提供诸如视频点播、音乐点播、远程教育、远程医疗、家庭办公、网上商场、网上证券交易、高速Internet接入、会议电视、物业管理等多种类型的宽带多媒体业务的前景。其中高速Internet接入、远程教育、数据广播等业务已经到了大规模商用的阶段。

HFC接入技术可以统一提供CATV、语音、数据及其他一些交互业务，它在5～50MHz频段通过正交相移键控（QPSK）和时分多址（TDMA）等技术提供上行非广播数据通信业务，在50～550MHz频段采用残留边带调制（VSB）技术提供普通广播电视业务，在550～750MHz频段采用QAM和TDMA等技术提供下行数据通信业务，如数字电视和视频点播（VOD）等，750MHz以上频段暂时保留以后使用。终端用户要想通过HFC接入，需要安装一个用户接口盒（UIB），它可以提供3种连接：使用CATV同轴电线连接到机顶盒（STB），然后连接到用户电视机；使用双绞线连接到用户电话机；通过Cable Modem连接到用户计算机。

1.HFC接入实现的两种方案

在HFC接入技术中，目前有两种实施方案。第一种方案是基于单向的HFC系统。此时用户端的接入设备仅仅能够用于接收来自系统前端的数据信号，回传信道是通过基于拨号的电话线的模拟调制解调器来提供的。这种方案的最大优势在于它只需要少量的投资（因为原来的有线电视网的结构不需要升级）。当上行业务量非常有限时，这显然是一种非常有效而且经济的解决方案。另外一个优势在于有线电视传输系统出现故障时，可以提供一个基于模拟调制解调器的备份解决方案；第二种方案则是基于双向的HFC网络。也就是说，上行和下行业务都使用有线电视的网络（光纤和同轴电缆）进行传输。这种方案的优势在于可以提供足够的上行带宽，从而保证交互式业务的顺利开展。当然，采取这种方案必须对原有的有线电视网络进行升级改造，转变为双向网。

2.HFC宽带接入的关键技术

（1）上行信道中的噪声和干扰。目前双向HFC网面临的一个关键问题是上行信道中的噪声和干扰的积累。由于HFC网络的树形拓扑结构，致使上行信道产生噪声与干扰有汇聚积累效应，一般称之为漏斗效应。该问题目前最佳的解决方案就是控制同一个光节点下用户终端的数目，一般控制在500户左右。另外，在目前的很多系统前端设备CMTS中，都开始提供上行噪声的控制功能。加强有线电视链路的屏蔽性能也会改善整个系统的抗噪声性能。

（2）网络接口。接入网只有完成与交换网和用户内终端单元的连接，才能构成完整的多媒体宽带交互网。交换网、接入网与用户内终端单元的网络接口必须要有统一的协议，必须符合HFC非对称和资源共享的特性（即不同于传统电信网如ADSL那样的点对点连接的网络特性）。目前我国部分省市试用的是IP over ATM解决方案，这一方案的原理是：将HFC看成模拟的ATM，由前端服务器和户内终端单元发出的信号在被转换成ATM信元之前，首先打成IP包再经PPP协议支持安全性，再通过AAL适配到ATM。(www.xing528.com)

（3）网络控制与管理。由于现行的绝大多数有线电视分配网是简单而相对静止的，所以有线电视网的网络管理几乎没有也没有必要。而HFC宽带网是一个多技术、多协议、多信息交错融合的复杂网络，为保证该网络的正常运行就必须建立一个严密的控制管理系统。这个控制管理系统其实就是一个智能的网中网，具备复用、拥塞控制、交叉连接和管理功能。

（4）线缆调制解调器（Cable Modem）。HFC双向宽带网除传输模拟信号外，还要传输数字、数据信号，这就需要调制解调器。因为它调制或解调的是同轴铜缆上的信号，所以被称为线缆调制解调器（Cable Modem）它通常有两个接口，一个接HFC端口，一个接计算机。利用Cable Modem接入Internet可以实现10～40Mbit/s的带宽，下载速度可以轻松超过100kbit/s，有时甚至可以高达300kbit/s，用它可以非常舒心地享受宽带多媒体业务，而且Cable Modem可以绑定独立的IP地址。

Cable Modem的主要功能是将数字信号调制到射频，以及将射频信号中的数字信息解调出来。除此之外，Cable Modem还提供标准的以太网接口，部分地完成网桥、路由器、网卡和集线器的功能，因此，要比传统的Modem（调制解调器）复杂得多。

Cable Modem与传统的Modem在原理上都是将数据进行调制后在电缆的一个频率范围内传输，接收时进行解调，不同之处在于前者是通过CATV的某个传输频带进行调制解调的，而后者的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通信介质。Cable Mo-dem属于共享介质系统，其他空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。Cable Modem提供双向信道：从计算机终端到网络方向称为上行信道，从网络到计算机终端方向称为下行信道。

上行信道的带宽一般在200kbit/s～2Mbit/s，最高可达10Mbit/s。上行信道采用的载波频率范围在5～40MHz，由于这一频段易受家用电器噪声的干扰，信道环境较差，一般采用较可行的QPSK调制方式。

下行信道的带宽一般在3～10Mbit/s之间，但理论上最高传输速率可达36Mbit/s。下行信道采用的载波频率范围在42～750MHz之间，一般将数字信号调制到一个6MHz的电视载波上，典型的调制方式有QPSK和64QAM等，前者可提供10Mbit/s带宽，后者可提供36Mbit/s带宽。

Cable Modem本身不单纯是调制解调器，它集Modem、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身。它无需拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Cable Modem提供一个标准的10Base-T以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。目前Cable Modem还没有统一的国际标准，认同比较高的两个标准是MCNS标准和IEEE 802.14标准。