HFC网络构造技术与分析

山东广电网络济南分公司 王强元

HFC是混合同轴电缆网，通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，它传输容量大，易实现双向传输，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。

一、HFC网络结构

与传统CATV网相比，HFC网络结构上无论从物理上还是逻辑拓扑上都有重大变化。现代HFC网基本上是星形/总线结构(如下图)，由三部分组成，即馈线网、配线网和用户引入线，其结构很像电话网中的DLC(数字环路载波)，其服务区类似于电话网中的配线区，区别在于HFC网服务区内仍基本保留着传统CATV网的树形-分支型同轴电缆网(总线式)，而不是星形的双绞线铜缆网。

1.馈线网

HFC的馈线网指前端至服务区(SA)的光纤节点之间的部分，大致对应CATV网的干线段。但区别在于从前端至每一服务区的光纤节点都有一专用的直接的无源光连接，即用一根单模光纤代替了传统的粗大干线电缆和一连串几十个有源干线放大器。从结构上则相当于用星形结构代替了传统的树形-分支结构。由于服务区又称光纤服务区，因此这种结构又称光纤到服务区(FSA)。

目前，一个典型的服务区用户数为500户，将来可进一步降至125户或更少！

2.配线网

配线网指服务区光纤节点与分支点之间的部分，大至相当电话网中远端节点与分线盒之间的部分。在HFC网中，配线网部分采用与传统CATV网基本相同的同轴电缆网，很多情况常为简单的总线结构，但其覆盖范围则已大大扩展，可达5至10公里左右，因而仍须保留几个干线/桥接放大器。这一部分的好坏往往决定了整个HFC网的业务量和业务类型。

采用服务区的概念可以灵活构成与电话网类似的拓扑，从而提供低成本的双向通信业务。将一个大网分解为多个物理上独立的基本相同的子网，每个子网为相对较少的用户服务，得以简化及降低上行通道设备的成本。同时，各子网允许采用相同的频谱安排而互不影响，最大程度地利用了有限的频谱资源。服务区越小，各个用户可用的双向通信带宽越大，通信质量也越好，并可明显地减少故障率及维护工作量。

3.用户引入线

用户引入线指分支点至用户之间的线路，与传统CATV网完全相同。

二、HFC网频谱安排

HFC采用负载波频分复用方式，各种图像，数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电缆上传输，合理的频谱安排非常重要，既要考虑原有和现在的应用需求，又要考虑未来的发展。有关同轴电缆中各种信号的频谱安排尚无正式国际标准，但已有多种建议方案。下面介绍一典型建议方案：

低频端的5-30MHz共25MHz频带安排为上行通道，即所谓回传通道，近来，由于随着滤波器质量的改进和考虑点播电视的信令和监视信号及数据和电话等其他应用的需要，上行通道的频段倾向于扩展为5-42MHz，共37MHz频带。

50-1000MHz频段用于下行通道，其中50-550MHz频段用来传输现有的模拟CATV信号，每一通路的带宽6～8MHz，因而总共可以传输各种不同制式的电视信号60～80路。550-750MHz频段允许用来传输附加的模拟CATV信号或数字CATV信号，或用于传输双向交互型通信业务。假设采用64QAM调制方式和MPEG-2图像信号，则频谱效率可5bps/Hz，从而允许在一个6-8MHz的模拟通路内传输约30Mbps速率的数字信号，若扣除必须的前向纠错等辅助比特后，亦可大致相当于6-8路4Mbps速率的MPEG-2图像信号。因此这200M带宽总共至少可传输约200路VOD信号，当然也可利用这部分频带传输数据或多媒体以及电话信号。若采用QPSK调制方式，每3.5MHz带宽可传90路64Kbps速率的语音信号和128kbps的信令和控制信息，适当选取6个3.5MHz子频带单位置入6-8MHz通路即可提供540路下行电话通路！通常这200MHz频段传输混合型业务信号。将来随着数字编解码技术的近一步成熟和芯片成本的大幅度下降，550-750MHz频带可以向下扩展至450MHz乃至最终全部取代550-750MHz的模拟频段。届时这500MHz频段可能传输约500路数字广播电视信号。

高端的750-1000MHz频段已明确仅用于各种双向通信业务，其中2x50MHz频带用于个人通信业务，其他未分配的频段可以有各种应用以及应付未来可能出现的其他新业务。

实际HFC系统所用标称频带为750MHz、860MHz和1000MHz，目前用得最多的是750MHz系统。

HFC网的频谱资源十分宝贵，特别是回传通道的可用频带仅为25-37MHz，因而HFC网必须具有灵活的、易管理的频段规划，载频必须由前端完全控制并由网络运营者分配。一种解决方案是将整个回传通道频带划分为一个个较小的子频带单位，例如2MHz、3MHz或3.5MHz等，使网络运营者可以针对任何业务最有效地使用可用频谱。

三、新业务和全业务网

基于HFC网的基本结构具备了顺利引入新业务的能力，通过远端指配可以增加新通道如新电话线或其它业务而不影响现有业务，也无须派人去现场。现代住宅用户的业务范围除了电视节目外，有至少两条标准电话线，也应能提供数据传输业务及可视电话等。当然也会包括更多的新颖的服务如用户用电管理等。

由于HFC具有经济地提供双向通讯业务的能力，因而不仅对住宅用户有吸引力，而且对企事业用户也有吸引力，例如HFC可以使得Internet接入速度和成本优于普通电话线，可以提供家庭办公、远程教学、电视会议和VOD等各种双向通信业务，甚至可以提供高达40/10Mbit/s的双向数据业务和个人通信服务。

从长远来看，HFC计划提供的是所谓全业务网(FSN)，即以单个网络提供各种类型的模拟和数字通信业务，包括有线和无线、语音和数据，图像信息业务、多媒体和事物处理业务等。这种全业务网络将连接CATV网前端、传统电话交换机、其它图像和信息服务设施(如VOD服务器)、蜂窝移动交换机、个人通信交换机等等，许多信息和娱乐型业务将通过网关来提供，今天的前端将发展成为用户接入开放的宽带信息高速公路的重要网关。用户将能从多种服务器接入各种业务，共享昂贵的服务器资源，诸如VOD中心和ATM交换资源等。简而言之，这种由HFC所提供的全业务网将是一种新型的宽带业务网，为我们提供了一条通向宽带通信的道路。