HFC技术介绍

一、HFC最成熟的技术
0000混合光纤/同轴网（HFC）是从传统有线电视网发展而来的。

传统的有线电视网多为同轴电缆系统或微波电缆系统，只能传输几十套电视节目。

随着社会经济的发展，人们对信息需求的不断增加，传统的有线电视网络已经难以满足需求。

20世纪90年代初，随着光传输技术的成熟与发展，人们开始考虑在有线电视系统中采用光传输，这种采用了光传输的有线电视网就是混合光纤/同轴网（Hybrid Fiber Coax，HFC），它具有频带宽、容量大的优点。

0000随着HFC的推广，人们开始思考如何充分地利用其优点。

1993年初，Bellcore提出了在HFC上同时传输分配式广播信息、交互式电信信息、模拟信息以及数字信息，实现"全业务"接入。

该方案的提出促进了有线电视经营者和电信经营者在经营方面的相互渗透。

一时间，无论是有线电视经营者还是电信经营者都把目光投向了HFC，把它作为宽带接入的优选方案。

但是，在其后的试验中，无论是有线电视公司的电缆电话业务还是电信公司的有线电视业务都相继以失败告终。

就在人们打算放弃HFC时，Internet的迅速发展使HFC重新得到重视，这就是在HFC上利用电缆调制解调器（Cable Modem，CM）技术提供高速上网业务。

未来趋势
00 0HFC上传输IP数据业务的成本投资主要在于同轴电缆的双向改造上。

在国外，CMTS 的成本大约在每户50～100美元;馈线部分大约是2000美元/英里，每户的成本则依赖于每英里覆盖的家庭数和其中的用户比例；引入线的成本大约75美元/用户。

但在国内，同轴电缆双向改造的费用还不算很高.
0000由于在HFC上传输IP数据的业务主要面向普通家庭用户，因此服务的价格倍受关注。

目前在美国，CM的安装费用为100美元，如果采用租用形式，月租费加使用费为30～50美元。

由于标准方面的问题，CM仍未走上零售渠道，有线电视运营商必须先购买CM然后再租借给用户，这给运营商增加了很大的资金压力。

000 在我国，由于同轴电缆入户率很高，因此充分利用该资源开展Internet接入服务是有线电视运营商的发展方向。

如果同轴电缆的双向改造费用能够为用户所接受，并且该项业务的价格用户可以承受，那么利用电缆调制解调技术在HFC上传送IP数据业务将会迅速发展起来，成为Internet接入的一个强有力的竞争者。

二、HFC 技术
0000HFC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。

0000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。

000 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。

HFC网络双向通信技术探讨
一、概述
000有线电视网络原是为提供电视广播业务而设计的，随着光纤技术的应用，混合光纤／同轴电缆网络（HFC）结构的出现，不仅使电视传输质量有了较大的改善，网络的可靠性和稳定性有了明显的提高，使HFC网络具备了提供其它数字多功能业务的基础，而且HFC网络直接将无线数字带宽送入家庭。

因此，目前HFC网络正逐渐成为宽带通信的一个新的选择。

目前，国内外正在全力发展的HFC网络数字新业务主要有以下三类：
*基于HFC网络的高速数据通信系统
*数字电视新业务和数字机顶盒（Set-top box）
*HFC网络高级数字新业务如多媒体业务系统
0000目前，国际上有多个标准化组织或机构正在进行以上各个方面的标准化工作。

HFC网络的高速数据通信系统方面有IEEE802.14WG和美国的CabLabs管理的DOCSIS（Data Over Cable Services Interface Specification）项目等；数字电视新业务方面有美国的ATSC和欧洲的DVB等；数字机顶盒（Set-topbox）方面有美国的CabLabs管理的Open Cable项目等；HFC网络高级数字新业务如多媒体业务系统方面有美国的CabLabs管理的PacketCable项目等。

0000HFC网络双向通信技术是各类数字新业务的基础。

本文将以DOCSIS标准为基础探讨HFC网络双向通信的若干主要技术。

二、HFC网络特点及其对双向通信的影响
0000HFC网络是典型的"树枝"型网络。

在一个树枝型网络中进行双向通信，其下行信道（从树根到各树枝）是一个广播信道，在同一树枝型网络中的用户可以接收到相同的数字信息，这种方式是为广播业务而优化设计的，但从通信业务角度来说，这就存在一个数据安全性问题。

其上行信道（从各树枝到树根）是一个汇聚型信道，从同一树枝型网络中的各个用户发出的信号最后都汇聚在同一树根处（前端），因此，在上行信道中从各个用户及网络中耦合进来的各种干扰和噪声都将汇聚在前端，这即是所谓的"噪声漏斗效应"。

上行信道是个典型的共享信道，不同用户之间可能存在接入冲突。

同时，在同一树枝型网络中的各个用户到前端（树根）的距离是不同的，因此，其传输时延是不同的，这将产生时间同步问题，在同一时刻从不同用户发出的信号到达前端时在时间上可能会发生重叠。

因此，要在HFC网络中进行有效双向通信，必须能适应以上所述的HFC网络特点：
*克服上行信道中的"噪声漏斗效应"
*解决上行信道用户接入过程中存在的冲突
*解决由不同位置用户的传输时延差引起的时间同步问题
*解决数据安全性问题
0000要在HFC网络中提供各类数字新业务，对网络本身也提出了更高的要求，这主要包括两个方面，网络可靠性和供电问题。

象传统的电话业务，其电源是直接由电信局提供的，不受用户端的供电状况的影响，其网络失效时间小于53分钟／年，或说网络的可用性在99.99％以上。

1111有人专门对HFC网络的可靠性问题作了研究。

认为通过合理的设计、安装调试、运行维护、频谱分配和监控，可以将网络的失效时间控制在53分钟／年以内。

同时指出，失效
时间中的75％是由HFC网络本身（除电缆数据调制器CM和相应的前端控制单元CMTS 以外的网络设备）引起的。

HFC网络中影响可靠性的因素主要有：
★下行光发射机和光接收机
★上行光发射机和光接收机
★光缆和连接头
★所有RF有源设备（放大器等）
★同轴电缆和连接头
★同轴电缆分支、分配器等
★供电设备
1111 HFC网络中的无源设备可以在设计选型和安装调试进加以控制，对其中的有源设备则除此以外，从运行维护角度来说，还需采取措施对设备进行监控，使运行维护人员能及时了解其工作状态，及时消除故障隐患。

因此，建立HFC网络的网管系统，对网络中的所有有源设备和网络信号进行监控是提高HFC网络系统可靠性的一种有效的解决办法。

111 要提供象传统电话这样的业务，用户端附属设备CPE的供电是一个非常关键的问题。

HFC网络的用户CPE有几种可选择的供电方式：
◆一是采用220V市电（供电局）直接供电方式。

这种方式用户CPE的电源由用户住宅的市电供给。

当用户住宅停电时，CPE也将停止工作。

显然，这种方式不能满足HFC网络通信的要求。

◆对上述方法的改进是市电供电和蓄电池供电相结合的方法。

这种方法CPE在正常情况下由市电供电，CPE的蓄电池处于浮充电状态。

当用户住宅停电时，则自动切换到蓄电池供电。

蓄电池供电能力要保证CPE能连续进行通信若干小时。

这种方法能基本满足通信业务的要求。

其缺点是要增加用户CPE的成本、体积和重量。

◆第三种方法是采用集中供电方式，即用户CPE的通信部分由网络通过同轴电缆芯线供电。

集中供电方式可以满足通信业务的要求，是HFC网络较为理想的供电方式。

但集中供电方式受供电器和电缆的供电能力的限制。

因为对一般网络情况分析较为繁琐，我们这里采取简化方式来分析一下集中供电的供电能力问题。

设所选同轴电缆的回路电阻为R0Ω／km，所有用户到集中供电器的距离相等，均为S（km），用户CPE通信部分的工作电压为VCPE，工作电流为ICPE，用户数为N，则集中供电器的输出电压应满足：
所以：
例：对SYKY-75-12藕芯电缆，R0=11Ω／km，取S=1km，ICPE=0.1A，VCPE=12V，集中供电器输出电压V=90V，则：
1111只有约24个用户可供。

而上述所取参数中，用户CPE的功率已是取得很低了，只有3.6W，集中供电器的供电电压V=90V已是比较高的了，但所供用户仍是很有限的。

从式（2）可以看出，N与用户CPE和集中供电器之间的距离成反比。

因此，要提高集中供电器的供电能力，不宜采取远距离集中供电方式。

如取S=0.1km，则按照上述参数有N＝239。

当S=0.1时取V＝60V，VCPE=24V，ICPE=0.5A时，仍有N=65.4，可以供一栋楼房的用户CPE。

从上面的简化分析可以看出，HFC网络直接从光电节点通过同轴电缆向用户供电是难以做到的。

而将集中供电器放置在用户住宅楼外，一个集中供电器供一栋楼房的用户CPE是切实可行的。

显然，从式（2）可以看出，提高集中供电能力的另一个方面是要尽可能降低CPE通信部分
的功耗。

◆第四种供电方法是采用所谓的"双重连接的引入线"，它指的是在同一条护套中把一对铜线和一根同轴电缆组合在一起，通过那对铜线向用户CPE供电。

这种方法供电能力强，灵活性大。

但是网络建设费用要增加，特别是现存网络的升级费用昂贵。

◆一种比较切实可行的集中方法是将上述第三、四两种方法结合起来，即集中供电器设置在用户住宅楼外，由集中供电器向用户CPE通过同轴电缆供电。

而集中供电器则由光电节点通过专用电源线（或双重连接的电缆线）供电。

这样，相当于要建立一个与同轴电缆支干线平行的供电网络。

1111总上所述，在HFC网络中引入通信业务后，用户CPE比较可行的两种供电方式是蓄电池浮充电法和集中供电器位于用户住宅楼外的集中供电方式。

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