什么是混合光纖同軸電纜(HFC)接入

什么是混合光纖同軸電纜(HFC)接入

HFC(Hybrid fiber coax)光纖同軸電纜混合網(wǎng)，是采用光纖和有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的寬帶接入技術(shù)。下面我們具體來討論此項(xiàng)技術(shù)。

當(dāng)有線電視網(wǎng)重建他們的分布網(wǎng)以升級(jí)他們現(xiàn)有的服務(wù)時(shí)，大部分轉(zhuǎn)向了一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通常稱之為“光纖到用戶區(qū)”，在這種體系結(jié)構(gòu)中，單根光纖用于把有線電視網(wǎng)的前端連到200-1500戶家庭的居民小區(qū)，這些光纖由前端的模擬激光發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)，并連到光纖接收器上（一般為“結(jié)點(diǎn)”），通常由電話桿或用戶區(qū)基座。這些光纖接收器的輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的用戶同軸網(wǎng)。

“光纖到用戶群”（光纖到用戶區(qū)）的體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的由電纜組成的網(wǎng)相比較，主要好處在于它消除了一系列的寬帶RF放大器，需要用來補(bǔ)償同軸干線的前端到用戶群的信號(hào)衰減，這些放大器逐步衰減系統(tǒng)的性能，并且要求很多維護(hù)。一個(gè)典型“光纖到用戶群”的衰減邊界效應(yīng)是要額外的波段來支持新的視頻服務(wù)，而現(xiàn)在已經(jīng)可以提供這些服務(wù)。在典型“光纖到用戶群”的體系結(jié)構(gòu)中，支持標(biāo)準(zhǔn)的有線電視網(wǎng)廣播節(jié)目選擇，每個(gè)從前端出去的光纖載有相同的信號(hào)或頻道。通過使用無源光纖分離器，以驅(qū)動(dòng)多路接收結(jié)點(diǎn)，它位于前端激光發(fā)射器的輸出處。

“光纖到用戶群”的有線電視網(wǎng)系統(tǒng)可利用單個(gè)輸出光纖以重用交互服務(wù)的帶寬。例如，在結(jié)點(diǎn)1的10頻道和結(jié)點(diǎn)2的是10頻道不同節(jié)目或數(shù)據(jù)，這種重用結(jié)合中等規(guī)模結(jié)點(diǎn)（一般要少于1000個(gè)通過的用戶）。從光纖的安裝上增加系統(tǒng)的可用帶寬，將在最大程度上升級(jí)有線電視網(wǎng)系統(tǒng)，以便把單個(gè)的波段分配給每個(gè)交互式服務(wù)的用戶。寬帶分布網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，把光纖用于從交換中心或前端到用戶群的遠(yuǎn)據(jù)離傳送，結(jié)合同軸電纜下載到單個(gè)用戶，就如通常所說的“混合光纖同軸電纜”。這種光纖電纜系統(tǒng)，正在由有線電視網(wǎng)和電話交換局作為通用的基礎(chǔ)設(shè)備鋪開。

對(duì)于電話交換局而言，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)電話線采用ADSL技術(shù)，能支持1.5MBIT/S到8MBIT/S的帶寬。從交換中心到家庭的距離可達(dá)到8000到15000尺（依帶寬而定）。另外，還提供一個(gè)16KBIT/S到64KBIT/S的信號(hào)通道，從家庭回到交換局。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，ADSL用于交互式視頻服務(wù)存在著問題，因?yàn)楝F(xiàn)在安裝的電話網(wǎng)質(zhì)量參差不齊，每個(gè)家庭的電視機(jī)數(shù)目一直增加，而且有距離的限制，還有昂貴的成本。然而ADSL對(duì)電話局來說，還是有吸引力的。因?yàn)樽鳛橐环N方式，可以逐步引進(jìn)視頻服務(wù)而不必進(jìn)行大量的電話網(wǎng)生級(jí)工程。隨然ADSL有利于電話公司早日提供服務(wù)，但技術(shù)限制導(dǎo)制業(yè)界認(rèn)為用戶的交互式視頻服務(wù)主要由光纖同軸接入網(wǎng)支持。很多電視網(wǎng)目前以光纖同軸網(wǎng)重建以前的電視網(wǎng)，這些網(wǎng)可以支持傳統(tǒng)的服務(wù)和新興視頻服務(wù)。除了電話業(yè)務(wù)外，大多交互式視頻服務(wù)有高度的非對(duì)稱帶寬要求，要求進(jìn)入家庭的帶寬比需要走出家庭的帶寬高多了，這是有益的。因?yàn)榇蟛糠之?dāng)前的用戶接入網(wǎng)（有線電視網(wǎng)或ADSL）有這種下游比上游寬帶容量大的不對(duì)稱特性。在光纖同軸的用戶接入網(wǎng)中，可以用640QAM或256QAM RF調(diào)制，把在50-1GHZ的下游帶寬中6MHZ（中國(guó)為8MHZ）模擬帶寬轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻道，數(shù)字頻道的數(shù)目?jī)H受電視網(wǎng)中未用帶寬的限制，并且不和當(dāng)前系統(tǒng)中現(xiàn)存的模擬服務(wù)發(fā)生相互干擾，影響。典型的數(shù)字頻道置于最高的模擬頻道的頻道之上，而且僅需要一個(gè)更低的普通電源既可運(yùn)作。在光纖同軸網(wǎng)中的每個(gè)數(shù)字頻道，一般提供一個(gè)帶糾錯(cuò)的28MBIT/S（對(duì)640QAM）或超過40MBIT/S（對(duì)256QAM）帶寬流，支持53B信源ATM。通過起始過程中的配置協(xié)議，每個(gè)機(jī)頂盒動(dòng)態(tài)分配一個(gè)特定的下游數(shù)字頻道，并給定一個(gè)特定的ATM虛擬電路路徑標(biāo)識(shí)苻，應(yīng)用在信元流中，機(jī)頂盒中的資源將分配到一個(gè)特定的虛擬電路，它有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒內(nèi)基于硬件的信元分發(fā)功能。

如圖１所示，光纖同軸網(wǎng)用傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)子頻段方式，僅保留總有效系統(tǒng)帶寬的一小部分用于上游通訊（一般是25-35MHZ的上游對(duì)700MHZ的下游）。雖然可以改變這種頻段劃分，以更改上游對(duì)下游的相對(duì)比例，但這將帶來不兼容的問題，不僅和標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而且和現(xiàn)存的用戶電字設(shè)備不兼容。例如電視，如果上游頻段由30MHZ或40MHZ改為150MHZ，就不能再直接選擇標(biāo)準(zhǔn)的“預(yù)設(shè)電纜”電視。

另外在光纖同軸網(wǎng)中，上游信號(hào)的傳輸，在傳統(tǒng)的5-30MHZ的帶寬內(nèi)有一個(gè)重大的問題，既無關(guān)信號(hào)的干擾。這個(gè)頻段載有國(guó)際短波廣播和許多別的RF無線服務(wù)，光纖同軸網(wǎng)可覆蓋很多平方公里，帶有大量的松脫或是安裝的不好的連接器，未中止的端口，還有電視屏蔽的破裂處。比方一個(gè)大天線，把這些散失的信號(hào)撿起傳回前端，附帶這來自機(jī)頂盒的信號(hào)。大量散在空中的RF干擾，使5-30MHZ的上行波段部分不可用于機(jī)頂盒的信號(hào)和交互式服務(wù)的通訊。這種干擾隨這一天中時(shí)間的變化而變化，而且隨光纖同軸電纜網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)的不同而不同。因此，上行信號(hào)的傳送策略必須是：信號(hào)足夠強(qiáng)，能夠解決這些困難或是改變環(huán)境。對(duì)于上行傳輸有兩種體系結(jié)構(gòu)選項(xiàng)，兩者都完全在5-30MHZ上行頻率段中的運(yùn)作，可以在標(biāo)準(zhǔn)的頻率段中分配。如果有所設(shè)計(jì)的話，這些選項(xiàng)可同時(shí)運(yùn)作，運(yùn)載不同的傳輸類型。

第一種是對(duì)頻道的時(shí)分復(fù)用（TDM），由很多CABLE MODEM或機(jī)頂盒共享這些頻段。在此頻段中，在一個(gè)呼叫建立或初始化階段動(dòng)態(tài)的分配時(shí)間片。每個(gè)機(jī)頂盒以總頻段容量的某單位來分配上行頻段，如8KBIT/S，時(shí)分復(fù)用頻段用QPSK（QUATERNARY PHASE SHIFT KEYING）進(jìn)行調(diào)制，大約占用1。5MHZ的RF帶寬。建立上行時(shí)間段的劃分，需要一個(gè)下行數(shù)據(jù)頻段或獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)來處理，一個(gè)雙向頻段（上行和下行）的TDM系統(tǒng)對(duì)于提供電話服務(wù)（語音和視頻），或別的光纖同軸電纜網(wǎng)的異步服務(wù)特別有吸引力。這種體系的不利之處在于它需要相對(duì)大片的空閑上行帶寬。

第二種是上行選擇使用獨(dú)立的窄帶上行頻段，頻率適合在5-30MHZ，每個(gè)機(jī)頂盒用1或2個(gè)頻段。在呼叫建立或初始化階段分配頻率，每個(gè)頻段提供16KBIT/S（信號(hào)傳送），64KBIT/S（數(shù)據(jù)，信號(hào)，或語音）或384KBIT/S（語音）帶寬，這些頻段用了很多不同的QPSK的調(diào)制技術(shù)，并帶有前向糾錯(cuò)。

每個(gè)載波上行選項(xiàng)的單個(gè)頻段很具有吸引力，但如果5-30MHZ的大部分頻段已用于別的服務(wù)目的，或是存在大量的干擾信號(hào)，那就特別有害了。這種方法大頻率靈活性和相對(duì)窄載波，使這些頻段可以置于空閑帶寬的任何小區(qū)域。為避免動(dòng)態(tài)干擾，頻率的分配也很容易改變。

電視網(wǎng)系統(tǒng)是單向的，通過電視廣播信號(hào)。典型的是450MHZ的帶寬，每個(gè)模擬頻道6MHZ（中國(guó)為8MHZ），達(dá)到70個(gè)頻道的容量。電視網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理及系統(tǒng)的可靠性相當(dāng)簡(jiǎn)單，電視網(wǎng)是專用并且是非互聯(lián)的。電視公司強(qiáng)調(diào)廣播型的網(wǎng)絡(luò)，其中準(zhǔn)VOD技術(shù)僅要求最少的交換?？梢詳?shù)字，模擬混用750MHZ的光纖到結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，以便提供更多的模擬頻道，并提供有限的隨機(jī)存取能力的電影點(diǎn)播給用戶，圖２演示了電視網(wǎng)如何移植為VOD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。

要能雙向交互通訊，應(yīng)當(dāng)有一條回向通道加進(jìn)此系統(tǒng)中，再提供數(shù)字編碼和視頻壓縮。采用640QAM（正交調(diào)制），每6MHZ的模擬頻道中可得到27MBIT/S的帶寬，采用265QAM，可得到不止40MBIT/S的帶寬。假定要傳輸3。35MBIT/S的MPEG-2電影（包括音頻，視頻和控制數(shù)據(jù)），目前的系統(tǒng)中每6MHZ的模擬頻道可提供10個(gè)MPEG-2壓縮電影流。按此升級(jí)的電視網(wǎng)，用光纖環(huán)路技術(shù)可支持200到1000個(gè)用戶，750MHZ的帶寬將按如下方式分配：1，70個(gè)6MHZ的模擬頻道，共420MHZ；2，430個(gè)數(shù)字壓縮的電影流（300MHZ/6=50，50×（8-10）=400-500）

電視網(wǎng)的視頻分發(fā)可能是廣播和VOD點(diǎn)到點(diǎn)兩種模式的混合，對(duì)廣播部分而言，機(jī)頂盒的功能很簡(jiǎn)單：VOD部分而言，機(jī)頂盒是個(gè)精致而復(fù)雜的設(shè)備，要提供視頻解壓縮和高速通訊的功能。對(duì)電視廣播網(wǎng)而言，從費(fèi)用，時(shí)間和可行性方面的考慮，安裝巨大的網(wǎng)關(guān)是一個(gè)主要的難題，用它接收從遠(yuǎn)程主干網(wǎng)來的數(shù)據(jù)，并構(gòu)造國(guó)家范圍內(nèi)的高速網(wǎng)。

HFC是一種模擬的CATV信號(hào)接入技術(shù)，可能成為電話網(wǎng)和電視網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。典型的HFC系統(tǒng)要提供一種下行路徑（頻率范圍從50-750MHZ），一個(gè)上行逆向的通道（頻率范圍從5-30MHZ）。數(shù)字傳送是通過調(diào)制解調(diào)器信息以打包的形式通過中繼載播，其中QAM作為關(guān)鍵技術(shù)之一，能在下行通道上以一個(gè)波特產(chǎn)生4個(gè)位，在上行通道中應(yīng)用正交相偏移調(diào)制，并且更穩(wěn)固些。HFC的物理結(jié)構(gòu)由網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成，定位在電視網(wǎng)的前端或電話網(wǎng)的交換中心，它能提供中繼模塊，并且是主干數(shù)字網(wǎng)（典型的是帶ATM的同步光纖網(wǎng)）的終點(diǎn)。下行通道有幀中繼信號(hào)，由調(diào)制的模擬和數(shù)字信號(hào)組成，通過模擬光纖的路由選擇到用戶群的光纖終點(diǎn)。每個(gè)前端終點(diǎn)要支持500個(gè)家庭。從光纖終端結(jié)點(diǎn)開始，同軸電纜通過星形體系結(jié)構(gòu)路由到一個(gè)支線電纜，大概要通過40戶家庭，每個(gè)都是以這種方式與家庭連接。

使用多路訪問技術(shù)，上行幀中繼傳輸使用的家庭共享有效的逆向波段，再有一段波段，載有逆向幀中繼中繼通道從用戶群結(jié)點(diǎn)回到前端或交換中心。

在客戶端設(shè)備有兩種終止方法。一種是在房屋外的結(jié)口設(shè)備，它通過幀中繼調(diào)制解調(diào)器把視頻分發(fā)給用戶，借助同軸電纜和局域網(wǎng)分發(fā)視頻數(shù)據(jù)；第二種方法，也是現(xiàn)在正在使用著的，直接把同軸電纜分發(fā)到家里，使機(jī)頂盒有幀中繼的調(diào)制解調(diào)功能。單個(gè)的家庭連接，通過動(dòng)態(tài)的分配幀中繼通道和一個(gè)打包到機(jī)頂盒目的地址而完成。電視網(wǎng)技術(shù)用一種同軸電纜系統(tǒng)的廣播來發(fā)送，傳輸多個(gè)MPEG壓縮的視頻流，它能提供高帶寬并支持?jǐn)?shù)百個(gè)通時(shí)連接，但正如前面所提，它要有個(gè)適應(yīng)層，以支持VOD所需的雙向交互式通訊。由于以下兩個(gè)原因，有線電視網(wǎng)仍然是一個(gè)有吸引力的寬帶接入網(wǎng)方案。

1.有線電視網(wǎng)的滲透率很高，有著巨大的用戶群；

2.光纖對(duì)于大范圍的鋪設(shè)而言，還是太昂貴。