基于混合光纖同軸三網(wǎng)合一的理論淺析

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、電視網(wǎng)三大行業(yè)都在尋找更大的市場(chǎng)空間，三網(wǎng)合一是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。如何進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)，合在什么網(wǎng)絡(luò)，本文從中國(guó)覆蓋率最高的網(wǎng)絡(luò)—有線(xiàn)電視的HFC網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，基于Cable Modem技術(shù)分析了實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：混合光纖同軸網(wǎng)；電纜調(diào)制解調(diào)器；有線(xiàn)電視網(wǎng)；服務(wù)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)24-1159-01

The Combination of Three Networks based on HFC

SONG Dan-ru1，SUN Li-xin2

(1.Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110036，China; 2.Shenyang Institute of Aeronautical Engineering Shenyang 110034，China)

Abstract:With the rapid development of information technique，the telecom net，computer net and television are seeking the much wider market space，the integration of the telecom net and the internet and the television net is the inevitable tendency of the development of internet.Then，how to conduct this technique and in what kind of internet，the essay proceed from HFC net of the cable television whose coverage rate is the highest in china，on the basis of Cable Modem，the theory and the realizing plan of the integration of the three nets are put forward.

Key words:HFC(Hybrid Fiber-Coax);Cable Modem;CATV;QoS(Quality of Service)

1 HFC簡(jiǎn)介

HFC是Hybrid Fiber-Coax(混合光纖同軸)的縮寫(xiě)。我們知道，最初的有線(xiàn)電視網(wǎng)無(wú)論是傳輸干線(xiàn)還是用戶(hù)分配網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸介質(zhì)都是同軸電纜，所以HFC最初的含義是指采用光纖傳輸系統(tǒng)代替全同軸有線(xiàn)電視網(wǎng)(CATV網(wǎng))的干線(xiàn)傳輸部分，而用戶(hù)分配網(wǎng)絡(luò)仍然保留同軸電纜結(jié)構(gòu)，以便為用戶(hù)提供更多、更高質(zhì)量的電視節(jié)目。由于 CATV網(wǎng)絡(luò)在改造后使用的傳輸介質(zhì)既有光纖又有同軸電纜，為了區(qū)別早期的全同軸的有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)，人們將這種新型的有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為HFC網(wǎng)。

隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是高速寬帶通信時(shí)代的到來(lái)，由于 HFC具有現(xiàn)有其它網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的帶寬優(yōu)勢(shì)而成為現(xiàn)在和未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)寬帶接入的最佳選擇之一，所以 HFC又常常被賦予新的含義，現(xiàn)在HFC被人們用來(lái)特指利用混合光纖同軸進(jìn)行寬帶數(shù)字通信的CATV網(wǎng)絡(luò)。

2 HFC接入的優(yōu)勢(shì)

HFC網(wǎng)絡(luò)是最先成熟和進(jìn)入市場(chǎng)的寬帶接入技術(shù)之一。就寬帶數(shù)據(jù)傳輸而言， HFC網(wǎng)絡(luò)具有很大的多功能開(kāi)發(fā)潛質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)在和將來(lái)的寬帶業(yè)務(wù)最經(jīng)濟(jì)可行的接入網(wǎng)方案之一，其巨大的帶寬和相對(duì)經(jīng)濟(jì)性使其對(duì)有線(xiàn)電視公司和新成立的電信公司及其他網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商具有很大的吸引力。總的來(lái)說(shuō)， HFC接入具有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 能提供窄帶、寬帶數(shù)字業(yè)務(wù)及模擬、數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。

2) 比ADSL和無(wú)源光纖網(wǎng)(PON)經(jīng)濟(jì)。

3) 為全數(shù)字網(wǎng)提供了一個(gè)易于升級(jí)的通道。

4) 可以用于LAN互聯(lián)，形成覆蓋范圍較大的城域網(wǎng)。

3 HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)CATV 網(wǎng)相比，HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上無(wú)論從物理上還是邏輯拓?fù)渖隙加兄卮笞兓，F(xiàn)代HFC網(wǎng)基本上是星形／總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，由三部分組成，即饋線(xiàn)網(wǎng)、配線(xiàn)網(wǎng)和用戶(hù)引入線(xiàn)，其結(jié)構(gòu)很像電話(huà)網(wǎng)中的DLC(數(shù)字環(huán)路載波)，其服務(wù)區(qū)類(lèi)似于電話(huà)網(wǎng)中的配線(xiàn)區(qū)，區(qū)別在于HFC網(wǎng)服務(wù)區(qū)內(nèi)仍基本保留著傳統(tǒng)CATV網(wǎng)的樹(shù)形-分支型同軸電纜網(wǎng)(總線(xiàn)式)，而不是星形的雙絞線(xiàn)銅纜網(wǎng)。

1) 饋線(xiàn)網(wǎng)

HFC的饋線(xiàn)網(wǎng)指前端至服務(wù)區(qū)(SA)的光纖節(jié)點(diǎn)之間的部分，大致對(duì)應(yīng)CATV網(wǎng)的干線(xiàn)段。但區(qū)別在于從前端至每一服務(wù)區(qū)的光纖節(jié)點(diǎn)都有一專(zhuān)用的直接的無(wú)源光連接，即用一根單模光纖代替了傳統(tǒng)的粗大干線(xiàn)電纜和一連串幾十個(gè)有源干線(xiàn)放大器。從結(jié)構(gòu)上則相當(dāng)于用星形結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的樹(shù)形—分支結(jié)構(gòu)。由于服務(wù)區(qū)又稱(chēng)光纖服務(wù)區(qū)，因此這種結(jié)構(gòu)又稱(chēng)光纖到服務(wù)區(qū)(FSA)。

2) 配線(xiàn)網(wǎng)

配線(xiàn)網(wǎng)指服務(wù)區(qū)光纖節(jié)點(diǎn)與分支點(diǎn)之間的部分，大致相當(dāng)電話(huà)網(wǎng)中遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)與分線(xiàn)盒之間的部分。在HFC網(wǎng)中，配線(xiàn)網(wǎng)部分采用與傳統(tǒng)CATV網(wǎng)基本相同的同軸電纜網(wǎng)，很多情況常為簡(jiǎn)單的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，但其覆差范圍則已大大擴(kuò)展，可達(dá)5至lO公里左右，因而仍須保留幾個(gè)干線(xiàn)／橋接放大器。這一部分的好壞往往決定了整個(gè)HFC網(wǎng)的業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)類(lèi)型。

3) 用戶(hù)引入線(xiàn)

用戶(hù)引入線(xiàn)指分支點(diǎn)至用戶(hù)之間的線(xiàn)路，與傳統(tǒng)CATV網(wǎng)完全相同。

4 Cable Modem技術(shù)

HFC網(wǎng)絡(luò)一般采用 Cable Modem技術(shù)進(jìn)行數(shù)字傳輸。Cable Modem一般被稱(chēng)為電纜調(diào)制解調(diào)器或線(xiàn)纜調(diào)制解調(diào)器，是近幾年隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)大而發(fā)展起來(lái)的，主要用于有線(xiàn)電視網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸。 Cable Modem的工作原理與電話(huà)線(xiàn)Modem的原理相同，都是先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在一個(gè)頻率范圍內(nèi)傳輸，而接收時(shí)則進(jìn)行解調(diào)。與普通Modem不同的是，經(jīng)過(guò)Cable Modem調(diào)制的信號(hào)是在有線(xiàn)電視系統(tǒng)一個(gè)頻道中傳輸?shù)模瑐鬏數(shù)膸挶容^寬。

5 HFC的噪聲抑制

HFC的噪聲抑制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)雙向高速數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于HFC網(wǎng)絡(luò)中的噪聲(特別是上行信道中的噪聲)比較大，對(duì)數(shù)據(jù)通信的速率有直接的影響。HFC網(wǎng)絡(luò)上行通道的噪聲來(lái)源主要有；接收機(jī)和放大器的熱噪聲、光纖鏈路噪聲、侵入噪聲和匯集噪聲。其中影響最大的是侵入噪聲和匯集噪聲。侵入噪聲包括脈沖噪聲和窄帶噪聲。脈沖噪聲主要是從用戶(hù)的家用電器(如電視機(jī)、電吹風(fēng)、空調(diào)等)引發(fā)的電氣干擾和沖擊干擾等。窄帶噪聲干擾源主要是短波無(wú)線(xiàn)電等帶來(lái)的干擾。匯集噪聲是因?yàn)镠FC網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且上行通道為多個(gè)用戶(hù)共享，這樣，信號(hào)在上行通道中回傳時(shí)，所有的噪聲有匯聚加強(qiáng)的效應(yīng)，形成所謂的\"漏斗效應(yīng)\"。這些躁聲極大地影響了上行通道的通信質(zhì)量。

為了解決HFC網(wǎng)絡(luò)中上行信道的噪聲問(wèn)題，目前主要從以下幾個(gè)方面考慮：

第一提高線(xiàn)路質(zhì)量。首先，要選用屏蔽性能優(yōu)良的同軸電纜，以消除從空間耦合進(jìn)電纜的各種噪聲干擾，比如用戶(hù)電纜可以采用具有三、四層屏蔽的物理發(fā)泡電纜；其次，選用接頭性能良好、無(wú)電磁泄漏的電纜連接頭，接頭應(yīng)在5MHz-10MHz的范圍內(nèi)提供80dB或更好的屏蔽衰減；分配器、分支器和其它無(wú)源器件在5MHz-10MHz的帶寬范圍內(nèi)應(yīng)該能提供110dB的電磁干擾屏蔽。此外，對(duì)于尚無(wú)反向業(yè)務(wù)的用戶(hù)和支路應(yīng)在分支分配器中用濾波器進(jìn)行封閉，防止干擾噪聲通過(guò)這些空的接頭進(jìn)入有線(xiàn)電視系統(tǒng)。當(dāng)然，在經(jīng)濟(jì)情況許可的條件下，還可以減小每個(gè)光節(jié)點(diǎn)的用戶(hù)覆蓋數(shù)目，將光節(jié)點(diǎn)盡量推向用戶(hù)，同軸分配網(wǎng)盡量使用無(wú)源放大的網(wǎng)絡(luò)，從而減小外界侵入干擾和放大器引入噪聲，使匯聚到光節(jié)點(diǎn)的噪聲減少。

第二采用糾錯(cuò)和均衡技術(shù)。采用糾錯(cuò)技術(shù)可以在保持?jǐn)?shù)據(jù)誤碼率不升高的情況下，允許信號(hào)的載噪比有所降低。Cable Modem技術(shù)一般采用前向糾錯(cuò)技術(shù)有效地消除如發(fā)動(dòng)機(jī)和開(kāi)、關(guān)電源引起的沖擊噪聲，并采用對(duì)噪聲干擾承受力強(qiáng)的多址接入技術(shù)復(fù)用上行通道，這樣可以在Mbit/s的速率下獲得5dB的編碼增益。更為重要的是： Cable Modem使用了功率、距離調(diào)整技術(shù)。利用功率、距離調(diào)整技術(shù)可以使任意一個(gè)用戶(hù)發(fā)送的信號(hào)不僅頻率一樣，而且在到達(dá)前端時(shí)信號(hào)的強(qiáng)度也一樣，確保了所有用戶(hù)電平的歸一性，從而極大地提高了局端接收機(jī)濾除噪聲、準(zhǔn)確接收信號(hào)的能力。

第三采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)。考慮到HFC上行通道的信道質(zhì)量不是太高，為了提高抗干擾能力，DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在上行通道中采用四相相移鍵控(4QPSK)調(diào)制解調(diào)技術(shù)。由于在制定該標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候更多地考慮了用戶(hù)端設(shè)備的性能價(jià)格比，而不是單純的提高抗誤碼的能力，所以該技術(shù)對(duì)雜聲的抗干擾能力也不是很強(qiáng)，它要求上行通道的載躁比為22db—25db，此時(shí)信道的誤碼率可以小于10-8。非DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的 CableModem采用的調(diào)制技術(shù)通常還有正交頻分復(fù)用(OFDM和同步碼分多址(S—CDMA)。

基于Cable Modem技術(shù)，在HFC網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一，解決了將寬帶業(yè)務(wù)引入家庭的瓶頸問(wèn)題，提供電視、電話(huà)和互聯(lián)網(wǎng)的訪(fǎng)問(wèn)功能可以說(shuō)是只是其中的幾種業(yè)務(wù)，未來(lái)的應(yīng)用還有很多，還有持于我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>