双向CATV网络的构建

双向CATV网络的构建

卢余庆　蓝磊

　　【摘 要】 HFC网络是传统有线电视广播走向双向化的一种很好的实现方式。下文较为详细地分析了HFC 网络的结构和演变，然后对电信和有线电视网络升级改造的方式进行了探讨。
　　【关键词】 光纤同轴电缆混合网 光纤同轴电缆混合网＋光纤到路边 电缆调制解调器

　　【Abstract】 HFC is a good method for traditional CATV broadcasting to realize two－way transmission．In this paper，the structure of HFC networks is analyzed in detail，and the upgrading of telecommunication and CATV networks are discussed．
　　【Keywords】 HFC HFC ＋ FTTC Cable Modem

1　引言

　　传统的电信网络主要提供电话服务，而有线电视网则为用户提供模拟视频服务。随着信息量的增大和信息种类的增多，以及用户对信息访问的要求不断提高，传统的信息传输形式已经不能满足需求。尽管理想的宽带接入方式是光纤到户（FTTH），但是这需要巨额费用和投资，显然不合实际。虽然目前在电信网络上使用双绞线用户接入方式能进行一些交互数据通信，但是速度太慢。采用XDSL技术能提高双绞线上的数据传输速率，但也存在费用问题。近来提出的光纤同轴混合（HFC）网络将光纤传输和有线电视同轴网络结合起来，兼顾了业务需求和现实可行性，是一种很有前途的接入方式。
　　文中先对HFC网络的结构和演变进行了分析，然后结合HFC技术实现双向综合业务的网络组成形式进行了探讨。

2　网络结构

　　早先的有线电视网络采用同轴电缆作为传输介质，用放大器来延长传输距离，是一种单向广播树型结构。近来，副载波多路复用模拟光传输技术被应用到有线电视网络中，在干线上采用光纤传输，而用户分配网络仍然使用同轴电缆。这种光电混合传输方式即所谓HFC网络，提高了图像质量，并且可以传到很远的地方，扩大了有线电视的使用范围。HFC网络采用光纤到服务区的概念，每个服务区对应一个光节点，覆盖500～2 000个用户。图1所示为单向HFC网络的结构。

图1　单向HFC网络

　　能进行交互式通信的是双向HFC网络，它是在现有CATV网络基础上改造而成的，如图2。首先，分配网络的带宽要升级到750 MHz以上（至少550 MHz）；网络中使用的信号放大器要换成双向放大器?同时光节点也应具备双向功能?另外，前端要增加一些设备用于话音和数据通信，用户端也要增加相应的接收设备。这种HFC网络利用了光纤传输的优点和有线电视同轴网络的便利，具有高速、宽带的特点，能兼容现阶段的业务，又具有很好的扩展性，可以支持未来的通信业务以及网络结构方便地升级。HFC网络是现阶段最为经济的宽带接入平台。

图2　双向HFC网络

　　整个网络可以划分为前端（如县、市中心局）、干线传输网（光纤传输）、分配网络?同轴传输?三个部分。
　　前端设置在电信或广播中心局内，需配置的设备的有交换机、路由器、副载波多路复用设备、光发射机、光接收机。交换机与PSTN公用电话网相连，用于普通电话通信。路由器与主干数据网络连接，用于双向数据通信。副载波多路复用设备对话音和数字数据进行射频调制，并与模拟电视信号混合后送到光发射机，同时，它还接收光接收机传来的上行数据信息，解调后送往交换机或路由器。光发射机和光接收机完成光－电相互转换。前端还可以根据需要配置视频服务器、加解扰设备或计费系统等。
　　光节点主要完成光－电和电－光变换。每个光节点对应一个服务区。每个服务区的大小可以根据具体情况确定，一般按500～2 000户配置。对于农村地区可以考虑每个行政村设置一个光节点，对于城镇地区，可以根据住户密集程度确定每个光节点用户数。
　　用户接口单元是双向同轴网络上的用户接入设备，每个用户接口单元可以服务一个或多个用户家庭。可以每个家庭配备一个机顶盒，机顶盒连接家里的电视、电话机和计算机等设备，并经同轴电缆与用户接口单元连接；也可以从用户接口单元处经同轴电缆向家庭送入模拟电视信号，经双绞线连接电话和计算机。

3　网络特点

　　HFC网络是在目前不可能做到光纤到户的情况下，为满足宽带业务传输而提出的一种较为经济的解决方案。它综合使用数字和模拟传输技术，考虑了网络设施投资的现实情况和未来结构升级的方便性。这种在有线电视入户网络基础上提出的HFC网络进行数字数据综合业务传输具有很多优点：

　　（1）具有广泛的用户基础。据统计，在我国有线电视用户已达5 000万左右，到2000年可能发展到8 000万。目前，几乎所有的城镇和部分农村都开通了有线电视，广大农村的HFC网络建设正加紧进行。所以，HFC网络是一种最接近用户的宽带接入方式。
　　（2）频带宽。可以满足综合业务和高速数据传输需要。同轴电缆的带宽可达1 GHz，目前建设的很多同轴网络都为750 MHz系统，除了传输模拟视频外，还有丰富的频谱资源可以利用，用于数字视频传输和双向数据通信。
　　（3）传输速率高。在HFC网络上用Cable Modem进行双向通信时，其下行速率可达30 Mbps，上行速率可达10 Mbps，比电话线调制解调器高出几百倍。
　　（4）灵活性和扩展性。HFC网络在业务上可以兼容传统的电话和模拟视频业务，同时支持Internet访问、数字视频、VOD以及其他未来的交互式业务。在结构上，HFC网络具有很强的灵活性，可以平滑地向FTTH过度或延伸。
　　（5）经济性。使用电信网络进行数据通信，比如Internet访问时，用户需要承担昂贵的费用。而有线电视网络采用月租费的方式，并且通信速率高，用户只需交纳很少的使用费就可以尽情享受交互数据通信的乐趣。
　　（6）方便性。使用用户电话线访问Internet时需先建立拨号连接，而HFC网络属于“永久性”连接，用户可以方便地使用。
　　HFC网络的这些特点使之成为现阶段用户宽带接入的理想选择。不过，在HFC网络上实现双向通信也有一些需要解决的问题，特别是对上行通道而言。因为在双向通信中划分给上行通道的频谱是5～30 MHz，而此段频率范围却极易受到短波、家用电器和其他干扰源的干扰，并且，用户端同轴分配网络采用的是树枝型结构，用户端的噪声会在前端叠加，形成所谓噪声干扰的“漏斗效应”。同时，在树枝型结构中各分支用户共享上行通道，在技术上要解决好信道争用的问题。另外，传统的有线电视属于广播型业务，在进行交互式数据通信时要注意安全性和可靠性。现在，在HFC网络上实现宽带接入的技术已经基本成熟，世界各地使用HFC网络作为双向数据通信平台的应用正在蓬勃兴起。

4　组网方式探讨

　　随着信息种类的增多，单一的电话或电视传输网已经不能适应。综合业务需要统一的宽带传输平台，传统的电信网和有线电视网都在进行改造，实现业务的相互兼容，以提供综合业务服务。虽然网络改造的方向是“三网合一”，但是每个地方都有自身的条件和特点，有的地方是在有线电视网络的基础上进行，有的地方是在电信网络的基础上进行，所以应根据不同的立足点确定不同的方案。
　　（1）有线电视网络上提供数据服务
　　有线电视网在进行广播性视频业务方面有丰富的经验，并且已建设了广泛的入户同轴网络。有线电视网络可以将现有网络进行一定的双向改造，使用Cable Modem技术，在提供模拟电视服务时为用户提供高速数据通信服务，如图3所示。

图3　HFC网络上使用Cable Modem

　　Cable Modem包括前端和用户电缆调制解调器两部分。前端对所有用户电缆调制解调器进行控制管理，如频率和带宽分配、初始化设置、远程故障查询和诊断、上行信道争用管理以及信息加密等，并与主干网络接口，具有一定的交换或路由功能。用户电缆调制解调器是用户端接入设备，具有标准以太接口，可以连接一个或多个用户，也可与局域网连接。Cable Modem能支持对上行通道的竞争和独占应用。
　　采用Cable Modem后，就可以在有线电视网络上提供双向高速数据服务。当然，这种HFC网络也能提供电话业务，这时，前端要增加数字局端设备（HDT）与PSTN连接，用户端也要增加网络接口设备（NIU）。
　　（2）电信网络上提供视频服务
　　电信网络具有强大的网络基础，已经完成了众多的基础设施建设和通信设备投入，具有丰富的电话和数据业务经验，并有着广泛的用户基础。电信网络紧跟通信技术的发展，不断采用新的设备和技术，比如SDH和ATM已经开始在电信网络中广泛使用，所以，电信网络的改造要兼顾现实的需要和未来的发展，可以考虑采用HFC＋FTTC的方式，如图4所示。

图4　HFC+FTTC

　　图4中，使用FTTC传送电话、数字视频和数据业务，而采用共缆分纤的方式使用HFC传送模拟电视信号，是由FTTC和HFC组成的重叠网络，也有人称之为SDV。网络中使用了先进的ATM交换机、SDH设备以及HDT?STB等设备，可以提供双向综合服务，是一种全业务网络（FSN）模型。数据和MPEG－2视频通过ATM交换机进行连接，电话网通过本地交换机与HDT设备相连。HDT是一种智能化的数字终端设备，具有V.5接口和网管功能，是窄带语音业务和宽带数据业务的汇聚点。ONU是光传输链路的光节点，分离出窄带话音和宽带数据信号，可以提供同轴电缆和双绞线连接。NID为用户端接口设备，具有射频调制解调功能，并能与HDT之间建立智能化的管理连接。STB是以ATM信元传输的数据和MPEG－2数字视频与用户终端之间的转换设备，具有电视接口和计算机接口。
　　这种网络形式具有一定的先进性，处于研究和试验阶段。鉴于网络结构的复杂性和需要较大的投资，可以考虑分期建设，先采用共缆分纤方式建立传输模拟电视的HFC网络，然后再去建设采用ATM方式的数字数据通道。HFC＋FTTC网络能够满足多种应用，并且可以平滑地向FTTH过渡。
　　（3）网络最终目标
　　通信网络的理想目标是FTTH，以上两种网络结构都具有很大的灵活性，可以分期建设，向FTTH平滑过渡，最后实现“三网合一”，单缆或单纤入户，用户家庭“三电合一”。

5　总结

　　尽快建立经济、实用的综合业务传输平台是信息产业发展的迫切需要。网络建设要考虑利用已有的设施，兼顾现实条件和未来的发展。光纤同轴混合传输方式具有宽带、经济的特点，可以在“三网合一”的统一平台建设中发挥重要作用。

作者单位：卢余庆　武汉邮电科学研究院 邮编： 430074
　　　　　蓝磊　武汉水利电力大学 邮编： 430072

参考文献

［1］韦乐平．接入网．北京：人民邮电出版社，1997，（7）
［2］Rang J．Bankapur et al．Switched Digital Video Access Networks． Bell labs Technical Journal?1996，pp66～77
［3］刘吉克，王国伟等．宽带接入网的选择．电信科学，1996，（5）

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