Hybric of Fiber and Coax -- 光纤同轴电缆混合网
HFC是一种综合应用模拟和数字传输技术、同轴电缆和光缆技术、射频技术、高度分布式智能形的接入网络，是电信网和有线电视(CATV)网相结合的产物是将光纤爱渐向用户延伸的一种新型、经济的演进策略。
Hybrid fiber coaxial cable access (HFC) technology is a high-speed Internet access technology developed on the basis of existing coax cables. HFC devices will firstly be installed in neighborhood(curbside installed) to convert between optical and electrical signals, and transfer the electrical signals to homes using existing cables so that no additional wires installations needed.
简介：
常称HFC（＝Hybrid Fiber Coax）接入网，用以实现CATV、电话和数据等业务综合，时下广电所称“三网合一”。HFC的基本特性是以模拟信号传输方式为主，即HFC的主干系统采用调幅一副载波（AM－SCM=Amplitude Modulation－Subcarrier Modulation）光波技术传输多种信息。在这种系统中，以频分复用FM方式为各种信息服务，频谱通常安排如下：5－40MHZ给上行（由用户至局端或前端）电信服务；50－500MHZ为下行CATV，可传60－100个电视节目；550--750MHZ给数字通道，其中200路用于点播数字式视像，另200路为交互式业务； 750MHz－1GHZ留作“个人通信”之用。在局端低速和高速的数据信号分别采用不同的调制方式成为模拟信号，连同原本是模拟的CATV信号一起经电／光转换成为光波并通过光纤缆传输到设在路边或大楼的光节点，经过光／电转换后进入同轴电缆系统传输和分配信息给用户，其中CATV信号直接仍送到用户电视，速数据（包括话直）经Modem解调分送给电话机和计算机，高速数字信号经机顶盒内高速Modem解调恢复，然后送入解码器解码得到模拟视讯。上行信号在同轴网中以频分复用，在主干线段是用单行的频分复用、波分复用或双纤等方式，送达局端。HFC的上行信道频带，如上述，为5－40MHz，约相当于500个64kbit／S，但交互业务的种类和数量趋于上升势态，该信道会发生拥塞另外，HFC还存在各用户同轴线上汇集的噪声，即所谓“漏斗效应”的问题。美国贝尔实验室华人提出了称为 mFN－HFC技术。 mFN（=miniFiber Node），即小“光纤端”，或“小光节点”，采用低价格的无致冷激光二极管和PIW光电二极管，使得HFC升级投资不大。
HFC－经济实用的综合数字服务宽带网接入技术
1 概 述
有线电视网目前在全世界已有超过9.4亿的用户，我国有线电视网自90年代初发展至今，全国覆盖面已达50％，电视家庭用户数有8000多万，成为世界上第一大有线电视网。随着计算机技术、通信技术、网络技术、有线电视技术及多媒体技术的飞速发展，尤其在Internet的推动下，用户对信息交换和网络传输都提出了新的要求，希望融合CATV网络、计算机网络和电信网为一体的呼声越来越高。利用HFC网络结构，建立一种经济实用的宽带综合信息服务网的方案也由此而生。
2 早期CATV网络
最早的电视广播都是无线传送，每个电视台的每套节目都被调制在不同的频段进行发射，以避免干扰；随着电视台的增加和节目数量的增多，频带拥挤的矛盾越来越突出。为保证各个电视频道间互不干扰，而且能尽可能多地给用户提供节目频道，便产生了有线电视网。有线电视网在传输电视信号的功能方面与无线电视广播类似，有线电视信号的传输也是通过把不同频道的节目调制在不同的频段，再经过有线电视网络送到用户。只是它可以同时传送的频道更多，而且节目质量也更好；这主要是因为有线传输隔绝了与周围电磁信号的辐射干扰，而且可以保证在较大频带范围内衰减较少。
早期有线电视网络是采用同轴电缆结构，是一种树型结构网络，从有线电视台出来后不断分级展开，最后到达用户，图1是其结构示意图。前端负责收集来自卫星传送的电视信号、无线广播的电视信号及经微波传送的电视信号。其主要功能是收集、调制及传送出电视节目，同时具有控制功能。主干网利用干线放大器的接力放大，可以传输较远的距离。到居民较集中的地区，使用分配器从主干网分出信号进入分配网络。分配网络再将信号用延长放大器(Line Extender)放大，最后从分支器送到用户。而且，这种树型网络还会随居民分布情况的不同，分出更多的层次。
3 HFC技术
HFC即Hybrid Fiber－Coaxial的缩写，是光纤和同轴电缆相结合的混合网络。HFC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，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。
HFC的主要特点是：传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，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。同传统的CATV网络相比，其网络拓扑结构也有些不同：第一，光纤干线采用星形或环状结构；第二，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构；第三，整个网络按照光结点划分成一个服务区；这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。随着数字通信技术的发展，特别是高速宽带通信时代的到来，HFC已成为现在和未来一段时期内宽带接入的最佳选择，因而HFC又被赋予新的含义，特指利用混合光纤同轴来进行双向宽带通信的CATV网络。
HFC网络能够传输的带宽为750MHz～860MHz，少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见，其中5～42/65MHz频段为上行信号占用，50MHz～550MHz频段用来传输传统的模拟电视节目和立体声广播，650MHz～750MHz频段传送数字电视节目、VOD等，750MHz以后的频段留着以后技术发展用。
4 ZXHFC系统组成
由于HFC网络的上述特征，使其成为宽带双向综合信息传输网络的首选方案，ZXHFC宽带接入系统就是一个应用实例。ZXHFC宽带接入系统构建在现有的HFC网络上，借助HFC网络的双向传输能力为集团和个人用户提供各类速率的数据传输服务，同时不影响原有的模拟有线电视传送。ZXHFC系统是一个非对称的数据传输系统，一套ZXHFC设备，能同时支持一路下行通道和五路上行通道。下行通道在6MHz的模拟带宽上提供30Mbps的数据传输率，每个上行通道在2MHz的模拟带宽上提供2.56Mbps的数据传输率。该系统对于高速接入Internet是非常理想的。
ZXHFC宽带接入系统的设备主要有两类，位于前端的设备是HFC网关(ZXHGW)，包括CMTS、上变频器和以太网交换机；位于用户端的设备是线缆调制解调器，共有两种型号的线缆调制解调器，外置式的ZXCME和内置式的ZXCMP。其中：
(1)HFC网关ZXHGW
HFC网关位于局端，完成上、下行数据的转发，并对所有线缆调制解调器进行控制和管理。在ZXHFC宽带接入系统结构中，前端网络控制器叫作CMTS(线缆调制解调器终端系统)，用来将用户的线缆调制解调器和前端的服务器或者是访问Internet的路由器联接起来。一个CMTS最多能够支持上千个线缆调制解调器。CMTS系统包括调制器、解调器、上变频器、网络接口、TDMA和系统控制器等几个功能模块。
从位于前端的路由器或者服务器发往下行通道的数据，先经过协议转换，然后再进行64QAM调制以及频率搬移，通过HFC网络发送到用户端。上变频器用来将CMTS输出的43.75MHz中频搬移到50～860MHz的射频范围内。从用户线缆调制解调器发往上行通道的数据采用QPSK方式调制，并用TDMA方式复用到上行通道。整个系统通过网络管理系统(Net Management System,NMS)来管理，只需通过前端的PC机运行NMS程序就可以对所有的系统参数进行设定和控制。
(2)线缆调制解调器(Cable Modem,CM)
线缆调制解调器用在用户端，它接收CATV网络上的数据，并将其转换为以太网数据格式通过以太网接口传送给用户PC；用户发送的以太网格式的数据经线缆调制解调器转换为CATV网络数据格式并调制发送到CATV网络上。家用线缆调制解调器包括QAM解调器、QPSK调制器、TDMA控制器和10Base－T以太网接口等功能模块。
线缆调制解调器是双通道的线缆调制解调器，接收从下行通道来的数据，并通过上行通道发送数据。下行通道数据峰值传输速率10Mbps，上行通道数据峰值速率2.56Mbps。线缆调制解调器将PC接入HFC网，使PC能与前端设备通过HFC网进行全双工的数字通信；而且，线缆调制解调器采用了先进的信号处理技术，能有效地利用电缆的可用带宽。
(3)系统组网结构
系统结构取决于CATV网络的结构和需服务的用户数量，一般情况下，系统包括以下三个子系统：位于前端的网络管理系统，用来控制系统中所有的ZXHGW和CM；位于前端或分前端上的一个或多个HFC网关(ZXHGW)，每个网关把HFC网络服务区中的用户联结到本地服务器和访问Internet的路由器上；用户端的电缆调制解调器(CM)，将用户计算机接入HFC网，提供PC与ZXHGW的双向通信，CM也有桥接功能，可以连接到本地以太网的HUB上。
由一个ZXHGW组成的系统如图3所示。Internet资源、ISP服务器和VOD服务器中的信息经快速以太网交换机处理，通过HFC网关ZXHGW送到混合器和模拟电视信号一起处理，分别在自己的频段经光发射机转换成光信号送到HFC网络的光纤传输网；在用户端先由光节点机取出信号并变成电信号，再通过分配器到达用户的电视机或经电缆调制解调器后到达计算机。用户的上行信号从计算机经电缆调制解调器、光节点机、光传输网络、光接收机送到服务器；另一路回传电视信号可以实现可视电话、视频会议和家庭防盗报警等功能。
5 展 望
HFC网络系统是介于全光纤网络和早期CATV同轴电缆网络之间的一个系统，它具有频带宽、用户多、传输速率高、灵活性和扩展性强及经济实用的特点，为实现宽带综合信息双向传输提供了可能，许多厂商都在瞄准这一领域。当然，它的功能上还需要完善，还有因网络结构使每个光节点的用户数不宜太多(300～500户)的不足。总之，要大范围普及这种系统还有大量工作要做。