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(qū)的寬帶接入方式，并以重慶某小區(qū)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(qū)中的應用。
【關鍵詞】智能小區(qū) 寬帶接入 HFC
智能小區(qū)，智能住宅作為人們追求的目標，必然會增加整個小區(qū)網(wǎng)絡布線的復雜性和難度。為此，網(wǎng)絡布線的優(yōu)化刻不容緩。隨著全球信息人進程的加速，寬帶多媒體業(yè)務日漸成為通信網(wǎng)絡及電信運營商的重點發(fā)展方向。如何在同一網(wǎng)絡中傳輸包括視頻、語音和數(shù)據(jù)等在內(nèi)的寬帶綜合多媒體信息是當前通信網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)界的一個中心議題。而實現(xiàn)寬帶多媒體業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P鍵，在于網(wǎng)絡?quot;最后一公里"，即從多媒體骨干網(wǎng)到每家每戶的寬帶接入網(wǎng)。
基于HFC的寬帶接入技術充分利用現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡資源，避免了網(wǎng)絡的重復建設，有效地解決了網(wǎng)絡布線的困難，降低了小區(qū)整體投資的成本。有線電視網(wǎng)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(jié)目外，還有充分的帶寬資源可提供各種業(yè)務應用。這些業(yè)務按其類型可分為音頻類、視頻類及數(shù)字類等，是當前發(fā)展信息高速公路的最佳綜合業(yè)務寬帶接入網(wǎng)途徑之一。同時，該網(wǎng)絡還可以提供各智能子系統(tǒng)（如三表遠傳、安保等系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)整個小區(qū)網(wǎng)絡布線的優(yōu)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(wǎng)。該網(wǎng)絡是一個雙向的共享媒質系統(tǒng)，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(wǎng)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(tǒng)的樹形和分支形電纜網(wǎng)絡相比，HFC大大減少了前端和住戶之間的放大器數(shù)目，因此改善了信號質量，提高了可靠性（放大器故障是CATV網(wǎng)絡上業(yè)務中斷的主要原因）。采用這種HFC拓撲結構還有其他幾個優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)有線電視網(wǎng)大多是300MHz、450MHz或550MHz系統(tǒng)。HFC采用860MHz的同軸網(wǎng)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(jù)GY/T106－1999的最新規(guī)定，HFC的頻帶劃分如下：
〇 5MHz～65MHz用于上行傳送模擬、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)及控制信號。
〇 550MHz～860MHz用于數(shù)字信號下行（如：VOD、HDTV等）。
1.2 HFC寬帶接入網(wǎng)絡系統(tǒng)的業(yè)務功能
1．傳統(tǒng)業(yè)務如：模擬廣播電視、調頻廣播等；
2．高速數(shù)據(jù)業(yè)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(yè)務；
4．其他增值業(yè)務如：遠程教學、遠程醫(yī)療、虛擬專網(wǎng)（VPN）、視頻點播（VOD）、電視會議、遠程辦公、數(shù)字電視、提供小區(qū)內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)圖像的傳輸、訪客對講系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸、防盜報警信息的傳輸.
2 HFC組網(wǎng)方案
2.1 系統(tǒng)框架
HFC的系統(tǒng)框架如圖2，管理中心配置設備有：數(shù)據(jù)前端設備（INA）、網(wǎng)管系統(tǒng)、本地服務器、有線電視節(jié)目源。每臺INA的輸出與電視信號混合后經(jīng)光分配器可服務多個光節(jié)點，每個光節(jié)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(tǒng)框架
用戶端系統(tǒng)示意圖如圖3，在用戶端，配置Cable Modem為用戶提供高速數(shù)據(jù)服務，配置HomeGateway作為安防、遠程抄表及公共設備監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集終端；以Cable Modem作為IP的數(shù)據(jù)傳輸終端，在HFC寬帶通信網(wǎng)絡上搭建數(shù)據(jù)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(wǎng)絡上傳輸從網(wǎng)絡到用戶及從用戶到網(wǎng)絡的高速數(shù)字數(shù)據(jù)。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(wǎng)上Cable Modem的數(shù)目。根據(jù)業(yè)務量，該拓撲結構通�？梢灾С�300到500個家庭。在通路層上，為了接收數(shù)字數(shù)據(jù)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(nèi)。這里，假設該電纜子系統(tǒng)中有"M"個下行通路。工業(yè)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(xiàn)發(fā)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(shù)據(jù)。采用突發(fā)QPSK調制技術對數(shù)據(jù)進行調制并放入一個6MHz信道。
3 HFC系統(tǒng)的優(yōu)勢
建立HFC寬帶接入系統(tǒng)，相當于在整個居住小區(qū)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(wǎng)絡中心則相當?quot;高速公路"出入口的收費站及管理站，物業(yè)管理處可結合有關規(guī)章制度和小區(qū)的特點，開發(fā)物業(yè)管理系統(tǒng)，通過對小區(qū)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(huán)境，收取必要的管理費等達到物業(yè)管理增值的目的。
1．高速Internet接入優(yōu)勢，國內(nèi)的家庭上網(wǎng)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(wǎng)。受PSTN交換機64kb/s話路的限制，上網(wǎng)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(yè)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(yè)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(yè)務量并將其發(fā)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(fā)送給請求的Cable Modem用戶。
2．帶寬的優(yōu)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(wǎng)資源解決安防、三表遠傳等傳輸媒介問題，節(jié)省了投資且便于施工。
4 工程實例
重慶某智能小區(qū)的HFC寬帶接入工程位于重慶渝中區(qū)。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(qū)的信息高速公路并為了節(jié)省投資和便于施工管理，決定在該小區(qū)內(nèi)實施HFC寬帶接入。該工程選用美國休斯公司的產(chǎn)品CableStream。小區(qū)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(shù)據(jù)、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(xiàn)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(yè)務服務。該設備可連接多達12臺家庭網(wǎng)絡PC，具有集成的IP路由功能，其優(yōu)化開發(fā)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(tǒng)管理采用CableStream的電纜調制解調器的網(wǎng)絡管理軟件CSM1000。該軟件支持遠程管理電纜調制解調器系統(tǒng)的機項盒系統(tǒng)，通過模塊化StreamPloit體系結構機制自動配置系統(tǒng)、用戶類別及服務，其先進的QOS管理導致商業(yè)模式靈活多樣。通過實施HFC寬帶接人滿足了小區(qū)的智能化要求并節(jié)省了投資。
5 結束語
從長遠來看，HFC計劃提供的是所謂全業(yè)務網(wǎng)（FSN），即以單個網(wǎng)絡提供各種類型的。
模擬和數(shù)字通信業(yè)務，包括有線和無線、語音和數(shù)據(jù)、圖象信息業(yè)務、多媒體和事務處理業(yè)務等。這種全業(yè)務網(wǎng)絡將連接CATV網(wǎng)的前端、傳統(tǒng)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(yè)務將通過網(wǎng)關來提供，今天的前端將發(fā)展成為用戶接入開放的帶寬信息高速公路的重要網(wǎng)關。用戶將能從多種服務器接入各種業(yè)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(yè)務網(wǎng)將是一種新型的寬帶業(yè)務網(wǎng)，為我們提供了一種實現(xiàn)寬帶通信的良好方法。
