三网合一_的原理与实现

本文基于Cable Modem 技术，在HFC 网络中实现三网合一，结合实例从其基本概念、传输方式、工作原理等作了较详细地介绍。解决了将宽带业务引入家庭的瓶颈问题，提供电视、电话和互联网的访问功能。提出的CATV 网络改造系统结构方式，有很大的适用价值和广阔的发展前景。

三网合一 CATV HFC DOCSIS CMTS Cable Modem

随着信息技术的飞速发展，人们的生活方式及工作方式都发生了很大变化，越来越需要多样化的服务。电信网、计算机网、有线电视网三大行业都在寻找更大的市场空间，正趋向于相互渗透和相互融合。因此，三网合一是网络发展的必然趋势。所谓“三网合一”即是把现有的传统电信网（PSTN ），计算机网络以及有线电视网络相互融合，逐渐形成一个统一的网络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包括数据、话音和图像在内的所有业务的通信。

“三网合一”已成为国际化的大趋势，形成这种趋势是有多种原因的，简单的说，从内部来看技术逐渐成熟，从外部来看业务需求多样化。

技术的发展是“三网合一”最主要的推动力量。网络技术正逐渐趋向一致，逐渐向IP 协议汇聚已成为下一步发展的主导趋势，特别是以IP 技术、光通信技术和数字技术、接入网技术、软件技术等主要领域的重大技术进展为“三网合一”

近年来，由于计算机的广泛普及和应用，数据业务增长迅猛，用户的需求已逐步向数据、图形、图像、视频等多媒体方向发展，数据网络、话音网络和视频网络相融合的趋势已越来越明显。但它们都是为某种专业业务而设计的，其传输速率和特性各不相同，这些网络往往不能再适应其他用途。一 国内三大网络状况对比

如表1所示。

二 基于有线电视网络的三网合一

当前“三网合一”的主要难点是接入网问题（最后一公里问题），接入网是指从用户端到局端机房或网络节点的所有设备，包括网络终端、网络单元、分配单元，线路终端及传输媒介等。现阶段，接入网技术主要有HFC （光纤同轴混合网）和基于双绞线的XDSL （数字用户环路）技术。现基于有线电视的HFC 网络，采用Cable Modem 技术提出三网合一的实现方案。

HFC 本身是一个CATV 网络，视频信号可以直接进入用户的电视机，采用新的数字调制技术和数字压缩技术，可以向用户提供数字电视和HDTV 。同时，话音和高速的数据可

武汉理工大学 梅 锋 郭庆平

与传输

以调制到不同的频段上传送，来提供电话和数据业务。这样HFC 支持全部现存的和发展的窄带和宽带业务，成为所谓的全业务宽带网络。而且，HFC 可以简单地过渡到FTTH 网络，为光纤用户环路的建设提供了一种循序渐进的手段。

1. 数据语音融合

（1）数据传输的实现

在Cable Modem 技术中，采用了双向非对称技术，在频

谱中分配90到860MHz 间的一个频段作为下行的数据信道。对一个 6MHz 的模拟带宽，通过64QAM 或256QAM 数字调制，传输速率能达到27Mbps 或36Mbps 。同时在频谱中分配5MHz 到50MHz 中的一个频段作为上行回传。采用QPSK 或16QAM 调制，对200Khz 到3.2MHz 的模拟带宽调制后，可获得0.3Mbps 到10Mbps 的速率。通过上行和下行数据信道形成数据传输的回路 。系统遵照国际标准MCNS （多媒体有线电视网络系统）的规定，通信协议采用TCP/IP 。

（2）话音传输的实现

目前，要提供话音业务必须与PSTN 互通。实现互通的方法有两种。一是从Internet 通过IP Phone 网关来与公网相连。二是从HFC 的局端系统CMTS 通过IP Phone 网关走向公网。

2. 案例分析（阐明工作原理）

让我们结合图3来看一个实际网络改造项目。它是一个典型的有线电视综合业务网，该网综合了模拟和数字电视、电话和数字信号传输，可为用户提供模拟和数字电视、视频点播（VOD ）、电话、计算机宽带网接入等多功能业务服务。

图1 数据流图

图2 语音流图

（1）频段划分

CATV 网最大特点和优点就在于光纤和电缆传输，带宽可达1GHz ，这是传输多媒体信息的关键之一。

（2）结构剖析

为了更清楚地阐述其系统结构，将它分为以下三个部分：头端机房区、网络链路区、终端用户区。同时，为了标

图3 实物图

侧合成一股线传向光发射机。第一股线是由C A T V 前端设备发出，其中包括很多个频道的电视节目，当然也包括视频服务器发出的VOD 信号；第二股线是由PSTN 网经过呼叫代理机或信令网管、交换机和CMTS 来到合成器前；第三股线是由Internet 经过路由器、交换机和CMTS 来到合成器前。此处的交换机很关键，它连接了两种不同网络来的信息，同时连接了诸如：网管服务器、CMTS 管理机、TOD 服务器、TFTP 服务器、DHCP 服务器等支撑设备。然后在上行方向，分路器右侧

是多股线，从左侧出来后主要分

成两股线，分别到CMTS 和视频服务器，这里其实是下行的逆过程。

b. 网络链路区

HFC 在干线传输中采用光缆作为媒介，应用载波复用技术，将多路CATV 信号调制到一路光信号上。在头端机房中，从信号合成器出来后由光发射机发出，通过光纤传输，送到光节点设备，光节点设备是HFC 接入系统的关键部分，它包括一个下行信号光接收机和一个反向上行信号光发射机。光节点设备接收到机房送来的下行光信号，进行光电转换并通过本身的射频放大部分，将这种电信号放大后，送往射频双向放大器，然后电信号经同轴电缆传给各用户；在上行方面，光节点

表3 数据传输标准

图4 机房链路图图5 网络链路图

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c. 终端用户区

在终端用户区，大家可以看到电缆进入楼栋并入户后，经过分支分配器，分成了两股分支，一股可以直接连接电视机；另一股连接CM ，接着由CM 再分成两个股，一股连接电脑或交换机；另一股连接电话机。从而实现三类设备通讯链路的融合。

综上所述，HFC 不仅仅是用光纤取代了同轴电缆，而且引进了一种新的拓朴结构、节点结构。这种节点结构把原来电缆网络的用户分成许多个500户左右的独立小区，每一小区设一光纤节点（光电转换器），由一根光纤连到源端。每个用户通过同轴电缆与光纤节点相连接。当一条线路有故障时受影响的用户比原来的要少，增加了可靠性的传输带宽。一条线路上用户数的减少，也降低了上行通道的累加噪声，同时这种结构使它很容易向各个小区提供交换服务。在电缆网端需要配置上行通道放大器。带通滤波器，保证只有5MHz~42MHz 信号能进入上行通道。HFC 在它的源端增加交换功能（如ATM 交换机或交换网络）。在用户端设备（如PC 机或机顶盒）也增加交换功能。这样带有交换功能的HFC 就能向用户提供双向交换服务。

6 用户端链路图

图7 四网合一用户链路图

目前很多服务都受制于网络速度而得不到广泛应用。甚至WWW （World Wide Web 万维网，字面意思“世界范围的网络”）得了一个无奈的外号：“World Wide Wait ”（世界范围的等待）。一字之差，却反映出人们的无奈、需要和期待。于是，人们开始不断竞相研究各种高效的宽带接入技术。

现在三网合一的方式已经在国内大部分地区普及，我们足以相信四网合一、五网合一也为期不远了。

参考文献

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