光纤同轴电缆混合网（HFC）技术详解

　　HFC(Hybrid fiber coax)光纤同轴电缆混合网，是采用光纤和有线电视网络传输数据的宽带接入技术。下面我们具体来讨论此项技术。

　　当有线电视网重建他们的分布网以升级他们现有的服务时，大部分转向了一种新的网络体系结构，通常称之为“光纤到用户区”，在这种体系结构中，单根光纤用于把有线电视网的前端连到200-1500户家庭的居民小区，这些光纤由前端的模拟激光发射机驱动，并连到光纤接收器上（一般为“结点”），通常由电话杆或用户区基座。这些光纤接收器的输出驱动一个标准的用户同轴网。

　　“光纤到用户群”（光纤到用户区）的体系结构与传统的由电缆组成的网相比较，主要好处在于它消除了一系列的宽带RF放大器，需要用来补偿同轴干线的前端到用户群的信号衰减，这些放大器逐步衰减系统的性能，并且要求很多维护。一个典型“光纤到用户群”的衰减边界效应是要额外的波段来支持新的视频服务，而现在已经可以提供这些服务。在典型“光纤到用户群”的体系结构中，支持标准的有线电视网广播节目选择，每个从前端出去的光纤载有相同的信号或频道。通过使用无源光纤分离器，以驱动多路接收结点，它位于前端激光发射器的输出处。

　　“光纤到用户群”的有线电视网系统可利用单个输出光纤以重用交互服务的带宽。例如，在结点1的10频道和结点2的是10频道不同节目或数据，这种重用结合中等规模结点（一般要少于1000个通过的用户）。从光纤的安装上增加系统的可用带宽，将在最大程度上升级有线电视网系统，以便把单个的波段分配给每个交互式服务的用户。宽带分布网体系结构，把光纤用于从交换中心或前端到用户群的远据离传送，结合同轴电缆下载到单个用户，就如通常所说的“混合光纤同轴电缆”。这种光纤电缆系统，正在由有线电视网和电话交换局作为通用的基础设备铺开。

　　对于电话交换局而言，现有的标准电话线采用ADSL技术，能支持1.5MBIT/S到8MBIT/S的带宽。从交换中心到家庭的距离可达到8000到15000尺（依带宽而定）。另外，还提供一个16KBIT/S到64KBIT/S的信号通道，从家庭回到交换局。但从长远看，ADSL用于交互式视频服务存在着问题，因为现在安装的电话网质量参差不齐，每个家庭的电视机数目一直增加，而且有距离的限制，还有昂贵的成本。然而ADSL对电话局来说，还是有吸引力的。因为作为一种方式，可以逐步引进视频服务而不必进行大量的电话网生级工程。随然ADSL有利于电话公司早日提供服务，但技术限制导制业界认为用户的交互式视频服务主要由光纤同轴接入网支持。

　　很多电视网目前以光纤同轴网重建以前的电视网，这些网可以支持传统的服务和新兴视频服务。除了电话业务外，大多交互式视频服务有高度的非对称带宽要求，要求进入家庭的带宽比需要走出家庭的带宽高多了，这是有益的。因为大部分当前的用户接入网（有线电视网或ADSL）有这种下游比上游宽带容量大的不对称特性。在光纤同轴的用户接入网中，可以用640QAM或256QAM RF调制，把在50-1GHZ的下游带宽中6MHZ（中国为8MHZ）模拟带宽转换成数字频道，数字频道的数目仅受电视网中未用带宽的限制，并且不和当前系统中现存的模拟服务发生相互干扰，影响。典型的数字频道置于最高的模拟频道的频道之上，而且仅需要一个更低的普通电源既可运作。

　　在光纤同轴网中的每个数字频道，一般提供一个带纠错的28MBIT/S（对640QAM）或超过40MBIT/S（对256QAM）带宽流，支持53B信源ATM。通过起始过程中的配置协议，每个机顶盒动态分配一个特定的下游数字频道，并给定一个特定的ATM虚拟电路路径标识苻，应用在信元流中，机顶盒中的资源将分配到一个特定的虚拟电路，它有利于实现机顶盒内基于硬件的信元分发功能。

　　如图１所示，光纤同轴网用传统的有线电视网子频段方式，仅保留总有效系统带宽的一小部分用于上游通讯（一般是25-35MHZ的上游对700MHZ的下游）。虽然可以改变这种频段划分，以更改上游对下游的相对比例，但这将带来不兼容的问题，不仅和标准网络设备，而且和现存的用户电字设备不兼容。例如电视，如果上游频段由30MHZ或40MHZ改为150MHZ，就不能再直接选择标准的“预设电缆”电视。

　　另外在光纤同轴网中，上游信号的传输，在传统的5-30MHZ的带宽内有一个重大的问题，既无关信号的干扰。这个频段载有国际短波广播和许多别的RF无线服务，光纤同轴网可覆盖很多平方公里，带有大量的松脱或是安装的不好的连接器，未中止的端口，还有电视屏蔽的破裂处。比方一个大天线，把这些散失的信号捡起传回前端，附带这来自机顶盒的信号。大量散在空中的RF干扰，使5-30MHZ的上行波段部分不可用于机顶盒的信号和交互式服务的通讯。这种干扰随这一天中时间的变化而变化，而且随光纤同轴电缆网中结点的不同而不同。因此，上行信号的传送策略必须是：信号足够强，能够解决这些困难或是改变环境。对于上行传输有两种体系结构选项，两者都完全在5-30MHZ上行频率段中的运作，可以在标准的频率段中分配。如果有所设计的话，这些选项可同时运作，运载不同的传输类型。

　　第一种是对频道的时分复用（TDM），由很多CABLE MODEM或机顶盒共享这些频段。在此频段中，在一个呼叫建立或初始化阶段动态的分配时间片。每个机顶盒以总频段容量的某单位来分配上行频段，如8KBIT/S，时分复用频段用QPSK（QUATERNARY PHASE SHIFT KEYING）进行调制，大约占用1。5MHZ的RF带宽。建立上行时间段的划分，需要一个下行数据频段或独立的时钟信号来处理，一个双向频段（上行和下行）的TDM系统对于提供电话服务（语音和视频），或别的光纤同轴电缆网的异步服务特别有吸引力。这种体系的不利之处在于它需要相对大片的空闲上行带宽。

　　第二种是上行选择使用独立的窄带上行频段，频率适合在5-30MHZ，每个机顶盒用1或2个频段。在呼叫建立或初始化阶段分配频率，每个频段提供16KBIT/S（信号传送），64KBIT/S（数据，信号，或语音）或384KBIT/S（语音）带宽，这些频段用了很多不同的QPSK的调制技术，并带有前向纠错。

　　每个载波上行选项的单个频段很具有吸引力，但如果5-30MHZ的大部分频段已用于别的服务目的，或是存在大量的干扰信号，那就特别有害了。这种方法大频率灵活性和相对窄载波，使这些频段可以置于空闲带宽的任何小区域。为避免动态干扰，频率的分配也很容易改变。

　　电视网系统是单向的，通过电视广播信号。典型的是450MHZ的带宽，每个模拟频道6MHZ（中国为8MHZ），达到70个频道的容量。电视网的网络管理及系统的可靠性相当简单，电视网是专用并且是非互联的。电视公司强调广播型的网络，其中准VOD技术仅要求最少的交换。可以数字，模拟混用750MHZ的光纤到结点的系统，以便提供更多的模拟频道，并提供有限的随机存取能力的电影点播给用户，图２演示了电视网如何移植为VOD系统的网络。

　　要能双向交互通讯，应当有一条回向通道加进此系统中，再提供数字编码和视频压缩。采用640QAM（正交调制），每6MHZ的模拟频道中可得到27MBIT/S的带宽，采用265QAM，可得到不止40MBIT/S的带宽。假定要传输3。35MBIT/S的MPEG-2电影（包括音频，视频和控制数据），目前的系统中每6MHZ的模拟频道可提供10个MPEG-2压缩电影流。按此升级的电视网，用光纤环路技术可支持200到1000个用户，750MHZ的带宽将按如下方式分配：1，70个6MHZ的模拟频道，共420MHZ；2，430个数字压缩的电影流（300MHZ/6=50，50×（8-10）=400-500）

　　电视网的视频分发可能是广播和VOD点到点两种模式的混合，对广播部分而言，机顶盒的功能很简单：VOD部分而言，机顶盒是个精致而复杂的设备，要提供视频解压缩和高速通讯的功能。对电视广播网而言，从费用，时间和可行性方面的考虑，安装巨大的网关是一个主要的难题，用它接收从远程主干网来的数据，并构造国家范围内的高速网。

　　HFC是一种模拟的CATV信号接入技术，可能成为电话网和电视网的标准。典型的HFC系统要提供一种下行路径（频率范围从50-750MHZ），一个上行逆向的通道（频率范围从5-30MHZ）。数字传送是通过调制解调器信息以打包的形式通过中继载播，其中QAM作为关键技术之一，能在下行通道上以一个波特产生4个位，在上行通道中应用正交相偏移调制，并且更稳固些。

　　HFC的物理结构由网关设备组成，定位在电视网的前端或电话网的交换中心，它能提供中继模块，并且是主干数字网（典型的是带ATM的同步光纤网）的终点。下行通道有帧中继信号，由调制的模拟和数字信号组成，通过模拟光纤的路由选择到用户群的光纤终点。每个前端终点要支持500个家庭。从光纤终端结点开始，同轴电缆通过星形体系结构路由到一个支线电缆，大概要通过40户家庭，每个都是以这种方式与家庭连接。

　　使用多路访问技术，上行帧中继传输使用的家庭共享有效的逆向波段，再有一段波段，载有逆向帧中继中继通道从用户群结点回到前端或交换中心。

　　在客户端设备有两种终止方法。一种是在房屋外的结口设备，它通过帧中继调制解调器把视频分发给用户，借助同轴电缆和局域网分发视频数据；第二种方法，也是现在正在使用着的，直接把同轴电缆分发到家里，使机顶盒有帧中继的调制解调功能。单个的家庭连接，通过动态的分配帧中继通道和一个打包到机顶盒目的地址而完成。电视网技术用一种同轴电缆系统的广播来发送，传输多个MPEG压缩的视频流，它能提供高带宽并支持数百个通时连接，但正如前面所提，它要有个适应层，以支持VOD所需的双向交互式通讯。由于以下两个原因，有线电视网仍然是一个有吸引力的宽带接入网方案。

　　1，有线电视网的渗透率很高，有着巨大的用户群；

　　2，光纤对于大范围的铺设而言，还是太昂贵。