隨著電信業(yè)務(wù)的不斷拓展和通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷變化，廣大用戶對網(wǎng)絡(luò)速度的要求越來越高，從而促使各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如非對稱用戶環(huán)路(ADSL)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到用戶大樓(FTTB)、光纖到用戶(FTTH)、光纖／同軸電纜混合方式(HFC)和無線接入等。由于我國擁有世界第一大有線電視網(wǎng)，因此，基于有線電視網(wǎng)的HFC接入技術(shù)在我國具有典型的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景，并逐漸引起業(yè)內(nèi)人士越來越多的關(guān)注。
HFC的原理及特點
我國目前有線電視網(wǎng)絡(luò)用戶已達(dá)8000多萬，并正在以每年500萬戶的速度增長。由于同軸電纜可提供較寬的工作頻帶和良好的信號傳輸質(zhì)量，所以，基于現(xiàn)有有線電視網(wǎng)設(shè)施的HFC接入網(wǎng)技術(shù)越來越引起人們的重視。HFC接入網(wǎng)是以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)、射頻技術(shù)及高度分布式智能技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。通過對現(xiàn)有有線電視網(wǎng)進(jìn)行雙向化改造，使得有線電視網(wǎng)除了可提供豐富、良好的電視節(jié)目之外，還可提供電話、Internet接入、高速數(shù)據(jù)傳輸和多媒體等業(yè)務(wù)。
在HFC網(wǎng)絡(luò)中，有線電視臺的前端設(shè)備通過路由器與數(shù)據(jù)網(wǎng)相連，并通過局用數(shù)據(jù)端機(jī)與公用電話網(wǎng)（PSTN）相連。有線電視臺的電視信號、公用電話網(wǎng)的話音信號和數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信號送入合路器形成混合信號后，由這里通過光纜線路送至各個小區(qū)節(jié)點，再經(jīng)過同軸分配網(wǎng)絡(luò)送至用戶本地綜合服務(wù)單元，并分別將信號送到電視機(jī)和電話。數(shù)據(jù)信號經(jīng)服務(wù)單元內(nèi)的CableModem，送到各種用戶終端（通常為PC）。如果是多個用戶共享一個CableModem，則需在本地的CableModem中添加一個以太網(wǎng)集線器；如果是通過一個LAN與CableModem相連，則需在CableModem和LAN之間接一個路由器。反向鏈路則由用戶本地服務(wù)單元的CableModem將用戶終端發(fā)出的信號調(diào)制復(fù)接送入反向信道，并由前端設(shè)備解調(diào)后送往網(wǎng)絡(luò)。其中反向信道可以采用電話撥號的形式，也可利用經(jīng)過改造的HFC網(wǎng)絡(luò)的反向鏈路。
和其他網(wǎng)絡(luò)相比，HFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有高速率接入、不占用電話線路、無需撥號專線連接的優(yōu)勢，但要實現(xiàn)HFC網(wǎng)絡(luò)，必須對現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)進(jìn)行雙向化和數(shù)字化的改造。這將引入同步、信令和網(wǎng)管等難點，其中反向信道的噪聲抑制是主要的技術(shù)難題。
HFC中的CableModem
1.工作原理
CableModem是利用HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速訪問的一個重要的通信設(shè)備，圖2表示了CableModem的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由圖可知，CableModem的結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)的Modem更為復(fù)雜。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括雙工濾波器、調(diào)制解調(diào)器、去交織／FEC模塊、FEC／交織模塊、數(shù)據(jù)成幀電路、MAC處理器、數(shù)據(jù)編碼電路和微處理器。同時，在CableModem中還有一些擴(kuò)展口，用于插入一些新的功能模塊以支持多種應(yīng)用。例如，用于工程和野外應(yīng)用的維護(hù)模塊、用于單項網(wǎng)絡(luò)操作的電話恢復(fù)模塊，以及支持二路電話線的二路電話模塊。利用現(xiàn)有模塊和擴(kuò)展模塊CableModem，不僅可以對Internet進(jìn)行高速訪問，還可以提供音頻、視頻、訪問CD-ROM服務(wù)器以及其他服務(wù)。
2.工作過程
啟動后，CableModem掃描所有下行頻率，尋找可識別的標(biāo)準(zhǔn)控制信息包。這些信息包中含有來自線纜終端服務(wù)器為新連入的CableModem發(fā)送的下行廣播信息，其中有一條命令指定上行發(fā)送頻率。CableModem取得它的上行頻率后開始測距，通過測距判定它和前端的距離。這是實現(xiàn)同步的定時信息以及控制發(fā)射功率所需要的。所有MAC協(xié)議擁有一個系統(tǒng)級時鐘，以便CableModem知道何時發(fā)送信息。CableModem測距的操作是發(fā)送一個短信息給前端，然后測量發(fā)送與接收信息的間隔。測距后，CableModem準(zhǔn)備接受一個IP地址和其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。CableModem根據(jù)動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）分得地址資源。當(dāng)用戶申請地址資源時，CableModem在反向通道上發(fā)出一個特殊的廣播信息包——DHCP請求。前端路由器收到DHCP請求后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給一個它知道的DHCP地址服務(wù)器，服務(wù)器向路由器發(fā)回一個IP地址。路由器把地址記錄下來并通知用戶。經(jīng)過測距，確定上下行頻率及分配IP地址后，CableModem就可以訪問網(wǎng)絡(luò)了。
3.內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸
通過內(nèi)部的雙工濾波器接收來自ＨＦＣ網(wǎng)絡(luò)的射頻信號，將其送至解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)，HFC網(wǎng)絡(luò)的下行信號所采用的調(diào)制方式主要是64QAM或256QAM方式，用戶端CableModem的解調(diào)電路通常兼容這兩種方式。信號經(jīng)解調(diào)后再由去交織／FEC模塊進(jìn)行去交織和糾錯處理，送至成幀模塊成幀，最后通過網(wǎng)路接口卡到達(dá)用戶終端。在上行鏈路中，先由MAC模塊中的訪問協(xié)議對用戶的訪問請求進(jìn)行處理，當(dāng)前端允許訪問后，PC產(chǎn)生上行數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）把它們送給線纜調(diào)制器。在線纜解調(diào)器中，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，再經(jīng)交織／FEC模塊處理，送入調(diào)制模塊進(jìn)行調(diào)制（上行鏈路通常采用對噪聲抑制能力較好的QPSK或S-CDMA調(diào)制方式），已調(diào)信號通過雙工濾波器送至網(wǎng)絡(luò)端。
4.關(guān)鍵技術(shù)問題
●反向通道噪聲抑制技術(shù)
在HFC網(wǎng)絡(luò)中，上下行通道的頻帶劃分為：上行采用5～42MHz的頻帶，下行采用50MHz以上的頻帶。對于反向通道來說，5～42MHz頻帶是具有良好衰減特性的低頻部分。但由于其他的服務(wù)也采用這一頻帶，導(dǎo)入噪聲就成為一個嚴(yán)重的問題。噪聲來源主要是戶內(nèi)隔離較差的電器和共用通路失真。
抑制反向噪聲一直是困惑CableModem廠商的難題。現(xiàn)有的方法分為網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)兩部分。首先，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，在地區(qū)內(nèi)的每個接頭附近都裝上全阻濾波器。濾波器禁止所有用戶反向傳送信息。當(dāng)用戶要求雙向服務(wù)時，移去全阻濾波器并為用戶安裝一個低通濾波器，以限制反向通道，這樣就可以阻塞高頻分量。在用戶端，抑制技術(shù)主要體現(xiàn)在CableModem的上行鏈路所采用的調(diào)制技術(shù)。為了抑制反向鏈路噪聲，各廠家通常在QPSK、S-CDMA和跳頻技術(shù)中選擇一項作為反向鏈路的調(diào)制方式。但QPSK調(diào)制將限制上行傳輸速率，而S-CDMA和跳頻技術(shù)的設(shè)備復(fù)雜，所需費用太高。
●幀結(jié)構(gòu)
最后一英里幀結(jié)構(gòu)是指用戶與前端的封裝協(xié)議，侯選方案主要有ATM、MPEG-2和IP。從安全的角度考慮，ATM是首選方案，但其設(shè)備成本較高，而且要求線路為全光纖；IP包雖通用性較好，但數(shù)據(jù)傳輸又存在不可靠性；MPEG-2符合電視信號的規(guī)范，但對用戶的設(shè)備要求高。由于各標(biāo)準(zhǔn)化組織意見不統(tǒng)一，各廠家在成幀電路的設(shè)計上分歧較大。
●擴(kuò)容技術(shù)
由于HFC網(wǎng)絡(luò)是一共享資源，當(dāng)用戶增多及每個用戶使用量增加時，必須避免出現(xiàn)擁塞。為此，必須采用相應(yīng)的技術(shù)擴(kuò)容。目前主要的技術(shù)為：每個前向信道配多個反向信道；使用額外的前向信道，類似移動通信采取微區(qū)和微微區(qū)的方法將光纖進(jìn)一步向小區(qū)延伸，形成更小的服務(wù)區(qū)。
前景展望
雖然還有許多技術(shù)難題需要解決，但與現(xiàn)在已開發(fā)的寬帶接入技術(shù)相比，基于CableModem技術(shù)的接入方法顯現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢，這就決定了該技術(shù)必將有著良好的發(fā)展前景。當(dāng)前，已經(jīng)有不少廠商看到了這一點，如3Com、AT&T、COM21、Motorola等20多家廠商已經(jīng)在生產(chǎn)CableModem。Dataquest預(yù)計今年會有80萬個CableModem出售給那些率先使用此技術(shù)的公司。現(xiàn)在美國已經(jīng)有一些公司在提供CableModem訪問服務(wù)，如Telecommunications和Coxcommunications等。我國雖然起步晚，但發(fā)展較快，深圳、上海以及北方的很多城市都開通了實驗網(wǎng)。筆者相信，隨著標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和Internet接口帶寬問題的解決，基于CableModem技術(shù)的HFC網(wǎng)絡(luò)必將成為第三代互聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式和實現(xiàn)三網(wǎng)合一的重要方法之一。
