随着电信业务的不断拓展和通信网结构的不断变化，广大用户对网络速度的要求越来越高，从而促使各种各样的接入网技术不断涌现，如非对称用户环路(ADSL)、光纤到路边(FTTC)、光纤到用户大楼(FTTB)、光纤到用户(FTTH)、光纤／同轴电缆混合方式(HFC)和无线接入等。由于我国拥有世界第一大有线电视网，因此，基于有线电视网的HFC接入技术在我国具有典型的现实意义和广阔的发展前景，并逐渐引起业内人士越来越多的关注。
HFC的原理及特点
我国目前有线电视网络用户已达8000多万，并正在以每年500万户的速度增长。由于同轴电缆可提供较宽的工作频带和良好的信号传输质量，所以，基于现有有线电视网设施的HFC接入网技术越来越引起人们的重视。HFC接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。通过对现有有线电视网进行双向化改造，使得有线电视网除了可提供丰富、良好的电视节目之外，还可提供电话、Internet接入、高速数据传输和多媒体等业务。
一种典型的光纤和同轴电缆混合网络系统的结构如图１所示。
由图1可知，在HFC网络中，有线电视台的前端设备通过路由器与数据网相连，并通过局用数据端机与公用电话网（PSTN）相连。有线电视台的电视信号、公用电话网的话音信号和数据网的数据信号送入合路器形成混合信号后，由这里通过光缆线路送至各个小区节点，再经过同轴分配网络送至用户本地综合服务单元，并分别将信号送到电视机和电话。数据信号经服务单元内的CableModem，送到各种用户终端（通常为PC）。如果是多个用户共享一个CableModem，则需在本地的CableModem中添加一个以太网集线器；如果是通过一个LAN与CableModem相连，则需在CableModem和LAN之间接一个路由器。反向链路则由用户本地服务单元的CableModem将用户终端发出的信号调制复接送入反向信道，并由前端设备解调后送往网络。其中反向信道可以采用电话拨号的形式，也可利用经过改造的HFC网络的反向链路。
和其他网络相比，HFC网络系统具有高速率接入、不占用电话线路、无需拨号专线连接的优势，但要实现HFC网络，必须对现有的有线电视网进行双向化和数字化的改造。这将引入同步、信令和网管等难点，其中反向信道的噪声抑制是主要的技术难题。
HFC中的CableModem
1.工作原理
CableModem是利用HFC网络进行高速访问的一个重要的通信设备，图2表示了CableModem的内部结构。由图可知，CableModem的结构要比传统的Modem更为复杂。它的内部结构主要包括双工滤波器、调制解调器、去交织／FEC模块、FEC／交织模块、数据成帧电路、MAC处理器、数据编码电路和微处理器。同时，在CableModem中还有一些扩展口，用于插入一些新的功能模块以支持多种应用。例如，用于工程和野外应用的维护模块、用于单项网络操作的电话恢复模块，以及支持二路电话线的二路电话模块。利用现有模块和扩展模块CableModem，不仅可以对Internet进行高速访问，还可以提供音频、视频、访问CD-ROM服务器以及其他服务。
2.工作过程
启动后，CableModem扫描所有下行频率，寻找可识别的标准控制信息包。这些信息包中含有来自线缆终端服务器为新连入的CableModem发送的下行广播信息，其中有一条命令指定上行发送频率。CableModem取得它的上行频率后开始测距，通过测距判定它和前端的距离。这是实现同步的定时信息以及控制发射功率所需要的。所有MAC协议拥有一个系统级时钟，以便CableModem知道何时发送信息。CableModem测距的操作是发送一个短信息给前端，然后测量发送与接收信息的间隔。测距后，CableModem准备接受一个IP地址和其他网络参数。CableModem根据动态主机配置协议（DHCP）分得地址资源。当用户申请地址资源时，CableModem在反向通道上发出一个特殊的广播信息包——DHCP请求。前端路由器收到DHCP请求后，将其转发给一个它知道的DHCP地址服务器，服务器向路由器发回一个IP地址。路由器把地址记录下来并通知用户。经过测距，确定上下行频率及分配IP地址后，CableModem就可以访问网络了。
3.内部的数据传输
通过内部的双工滤波器接收来自ＨＦＣ网络的射频信号，将其送至解调模块进行解调，HFC网络的下行信号所采用的调制方式主要是64QAM或256QAM方式，用户端CableModem的解调电路通常兼容这两种方式。信号经解调后再由去交织／FEC模块进行去交织和纠错处理，送至成帧模块成帧，最后通过网路接口卡到达用户终端。在上行链路中，先由MAC模块中的访问协议对用户的访问请求进行处理，当前端允许访问后，PC产生上行数据，并通过网络接口卡（NIC）把它们送给线缆调制器。在线缆解调器中，先对数据进行编码，再经交织／FEC模块处理，送入调制模块进行调制（上行链路通常采用对噪声抑制能力较好的QPSK或S-CDMA调制方式），已调信号通过双工滤波器送至网络端。
4.关键技术问题
●反向通道噪声抑制技术
在HFC网络中，上下行通道的频带划分为：上行采用5～42MHz的频带，下行采用50MHz以上的频带。对于反向通道来说，5～42MHz频带是具有良好衰减特性的低频部分。但由于其他的服务也采用这一频带，导入噪声就成为一个严重的问题。噪声来源主要是户内隔离较差的电器和共用通路失真。
抑制反向噪声一直是困惑CableModem厂商的难题。现有的方法分为网络侧和用户侧两部分。首先，在网络侧，在地区内的每个接头附近都装上全阻滤波器。滤波器禁止所有用户反向传送信息。当用户要求双向服务时，移去全阻滤波器并为用户安装一个低通滤波器，以限制反向通道，这样就可以阻塞高频分量。在用户端，抑制技术主要体现在CableModem的上行链路所采用的调制技术。为了抑制反向链路噪声，各厂家通常在QPSK、S-CDMA和跳频技术中选择一项作为反向链路的调制方式。但QPSK调制将限制上行传输速率，而S-CDMA和跳频技术的设备复杂，所需费用太高。
●帧结构
最后一英里帧结构是指用户与前端的封装协议，侯选方案主要有ATM、MPEG-2和IP。从安全的角度考虑，ATM是首选方案，但其设备成本较高，而且要求线路为全光纤；IP包虽通用性较好，但数据传输又存在不可靠性；MPEG-2符合电视信号的规范，但对用户的设备要求高。由于各标准化组织意见不统一，各厂家在成帧电路的设计上分歧较大。
●扩容技术
由于HFC网络是一共享资源，当用户增多及每个用户使用量增加时，必须避免出现拥塞。为此，必须采用相应的技术扩容。目前主要的技术为：每个前向信道配多个反向信道；使用额外的前向信道，类似移动通信采取微区和微微区的方法将光纤进一步向小区延伸，形成更小的服务区。
前景展望
虽然还有许多技术难题需要解决，但与现在已开发的宽带接入技术相比，基于CableModem技术的接入方法显现出了较大的优势，这就决定了该技术必将有着良好的发展前景。当前，已经有不少厂商看到了这一点，如3Com、AT&T、COM21、Motorola等20多家厂商已经在生产CableModem。Dataquest预计今年会有80万个CableModem出售给那些率先使用此技术的公司。现在美国已经有一些公司在提供CableModem访问服务，如Telecommunications和Coxcommunications等。我国虽然起步晚，但发展较快，深圳、上海以及北方的很多城市都开通了实验网。笔者相信，随着标准的统一和Internet接口带宽问题的解决，基于CableModem技术的HFC网络必将成为第三代互联网的主要接入方式和实现三网合一的重要方法之一。
----《通信世界》
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