李杰 童明
重慶大學電氣工程學院
【摘要】本文較詳細的闡述了基于HFC技術的智能小區的寬帶接入方式，并以重慶某小區HFC寬帶接入實例，說明了基于HFC技術的寬帶接入在智能小區中的應用。
【關鍵詞】智能小區 寬帶接入 HFC
智能小區，智能住宅作為人們追求的目標，必然會增加整個小區網絡布線的復雜性和難度。為此，網絡布線的優化刻不容緩。隨著全球信息人進程的加速，寬帶多媒體業務日漸成為通信網絡及電信運營商的重點發展方向。如何在同一網絡中傳輸包括視頻、語音和數據等在內的寬帶綜合多媒體信息是當前通信網絡產業界的一個中心議題。而實現寬帶多媒體業務數據傳輸的關鍵，在于網絡?quot;最后一公里"，即從多媒體骨干網到每家每戶的寬帶接入網。
基于HFC的寬帶接入技術充分利用現有的HFC網絡資源，避免了網絡的重復建設，有效地解決了網絡布線的困難，降低了小區整體投資的成本。有線電視網具有高達860MHz的帶寬及雙向傳輸能力，除使用CATV傳送大量電視節目外，還有充分的帶寬資源可提供各種業務應用。這些業務按其類型可分為音頻類、視頻類及數字類等，是當前發展信息高速公路的最佳綜合業務寬帶接入網途徑之一。同時，該網絡還可以提供各智能子系統（如三表遠傳、安保等系統）的數據通道實現整個小區網絡布線的優化與集成。
1 HFC簡介
1.1 HFC的特點與頻帶劃分
HFC（Hybrid Fiber Coax）即混合光纖同軸電纜網。該網絡是一個雙向的共享媒質系統，包括前端和光纖結點之間的光纖干線，以及從光纖結點到用戶駐地的同軸分配網絡。視頻信號以模擬方式在光纖上傳輸。光纖結點將光纖干線和同軸分配線互相連接。光纖結點通過同軸電纜下引線梢暈?00到500個用戶服務。這些被連接在一起的用戶共享同一根線纜，并因此同時共享它的可用容量和帶寬。與傳統的樹形和分支形電纜網絡相比，HFC大大減少了前端和住戶之間的放大器數目，因此改善了信號質量，提高了可靠性（放大器故障是CATV網絡上業務中斷的主要原因）。采用這種HFC拓撲結構還有其他幾個優點。光纖干線上不再需要放大器。光纖的噪聲干擾較小，同時其信號衰減也很小。當確實出現放大器故障時，只影響很少的用戶，故障定位也比較容易。
目前，傳統有線電視網大多是300MHz、450MHz或550MHz系統。HFC采用860MHz的同軸網絡它既要支持廣播信息的傳輸，又須支持雙向信息的傳輸。根據GY/T106－1999的最新規定，HFC的頻帶劃分如下：
〇 5MHz～65MHz用于上行傳送模擬、數據及控制信號。
〇 87MHz～108MHz用于FM廣播。
〇 108MHz～550MHz用于下行傳送模擬、數據及控制信號。
〇 550MHz～860MHz用于數字信號下行（如：VOD、HDTV等）。
1.2 HFC寬帶接入網絡系統的業務功能
1．傳統業務如：模擬廣播電視、調頻廣播等；
2．高速數據業務如：基于IP技術的高速Internet接入；
3．IP話音/IP視頻（Voice over IP/Video over IP）業務；
4．其他增值業務如：遠程教學、遠程醫療、虛擬專網（VPN）、視頻點播（VOD）、電視會議、遠程辦公、數字電視、提供小區內綜合信息資源的共享通道、周界報警信息的傳遞、閉路電視監控系統圖像的傳輸、訪客對講系統聯網信息的傳輸、防盜報警信息的傳輸.
2 HFC組網方案
2.1 系統框架
HFC的系統框架如圖2，管理中心配置設備有：數據前端設備（INA）、網管系統、本地服務器、有線電視節目源。每臺INA的輸出與電視信號混合后經光分配器可服務多個光節點，每個光節點服務約300到500個用戶，可為每個用戶提供足夠的帶寬。
2.2 用戶端系統框架
用戶端系統示意圖如圖3，在用戶端，配置Cable Modem為用戶提供高速數據服務，配置HomeGateway作為安防、遠程抄表及公共設備監控的數據采集終端；以Cable Modem作為IP的數據傳輸終端，在HFC寬帶通信網絡上搭建數據信息通道。
2.3 Cable Modem與光纖結點之間的物理拓補結
Cable Modem的主要功能是在線纜網絡上傳輸從網絡到用戶及從用戶到網絡的高速數字數據。圖4描述了Cable Modem和光纖結點之間的物理拓撲結構和接口。這里"X"表示連接到該子網上Cable Modem的數目。根據業務量，該拓撲結構通常可以支持300到500個家庭。在通路層上，為了接收數字數據信號，下行方向Cable Modem必須將接收器調諧到550到860MHz之間的一個6MHz頻帶內。這里，假設該電纜子系統中有"M"個下行通路。工業界選擇QAM調制方式作為下行方向的調制技術。在上行方向，Cable Modem實現發送器功能，利用5MHz到65MHz之間的一個6MHz頻帶將信息傳送到前端。這里假設使用"N"個上行通路來傳送上行數據。采用突發QPSK調制技術對數據進行調制并放入一個6MHz信道。
3 HFC系統的優勢
建立HFC寬帶接入系統，相當于在整個居住小區建立了信息"高速公路"，住戶可在"高速公路"上馳騁，花費少、時間短而獲得最大量的信息。網絡中心則相當?quot;高速公路"出入口的收費站及管理站，物業管理處可結合有關規章制度和小區的特點，開發物業管理系統，通過對小區的維護和建議，為住戶提供各種信息服務和管理，為各種不同類型的住房提供所需的居住、生活環境，收取必要的管理費等達到物業管理增值的目的。
1．高速Internet接入優勢，國內的家庭上網主要采用普通電話線的Modem方式，即通過電信部門的PSTN接入Internet主干網。受PSTN交換機64kb/s話路的限制，上網最高速率僅達56kb/s。即使采用窄帶ISDN的2B＋D終端方式，也只能達到128kb/s。對寬帶多媒體業務的支持仍不能令人滿意。而Cable Modem最高可達46Mb/s的下行速率，可以充分滿足寬帶多媒體業務的需要。IP路由器位于前端。對共享媒質結構，前端集中所有IP業務量并將其發送到IP路由器。代理服務器或高速緩存是可選的，可以設置在前端。它們存有流行的WWW頁面和文本的拷貝。這些拷貝可以按要求以快捷的速度發送給請求的Cable Modem用戶。
2．帶寬的優勢，一般可達到500戶共享40M的帶寬，可保證用戶的高速接入。
3．利用HFC技術信息傳輸距離較遠，且無嚴格的傳輸距離限制。
4．利用HFC網資源解決安防、三表遠傳等傳輸媒介問題，節省了投資且便于施工。
4 工程實例
重慶某智能小區的HFC寬帶接入工程位于重慶渝中區。一期建筑面積為8萬m2，為兩棟29層高的商住樓。為了搭建小區的信息高速公路并為了節省投資和便于施工管理，決定在該小區內實施HFC寬帶接入。該工程選用美國休斯公司的產品CableStream。小區的前端室設在A棟的第8層。前端設備選用CableStream的電纜調制解調器前端CSH3000，該設備兼容DVB2.0和歐式MODEM1.0并基于快速IP技術高效利用帶寬，可擴展至2個下行（110Mbps）16個上行（100Mbps），并且有數據、圖象、語音及外帶服務一體化的功能。該設備采用先進的QOS管理適應于不同的用戶和服務，其熱交換和實時下載技術使在線配置具有靈活性。終端設備選用CableStream的高速歐式電纜調制解調器CSR3000，該設備兼容歐式調制解調器標準1.0版，完全兼容DVB的MAC層標準，可現場軟件升級，通過強有力的軟件下載機制，以保證將來可不斷加強業務服務。該設備可連接多達12臺家庭網絡PC，具有集成的IP路由功能，其優化開發的歐式射頻接口，保證最大效率利用頻譜和最小化導入噪聲和失真。系統管理采用CableStream的電纜調制解調器的網絡管理軟件CSM1000。該軟件支持遠程管理電纜調制解調器系統的機項盒系統，通過模塊化StreamPloit體系結構機制自動配置系統、用戶類別及服務，其先進的QOS管理導致商業模式靈活多樣。通過實施HFC寬帶接人滿足了小區的智能化要求并節省了投資。
5 結束語
從長遠來看，HFC計劃提供的是所謂全業務網（FSN），即以單個網絡提供各種類型的。
模擬和數字通信業務，包括有線和無線、語音和數據、圖象信息業務、多媒體和事務處理業務等。這種全業務網絡將連接CATV網的前端、傳統電話交換機、其他圖象和信息服務設施（如VOD服務器）、蜂窩移動交換機、個人通信交換機等等。許多信息和娛樂型業務將通過網關來提供，今天的前端將發展成為用戶接入開放的帶寬信息高速公路的重要網關。用戶將能從多種服務器接入各種業務，共享昂貴的服務資源，諸如 VOD中心和ATM交換資源等。簡言之，這種由HFC所提供的全業務網將是一種新型的寬帶業務網，為我們提供了一種實現寬帶通信的良好方法。
