李杰 童明
重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院
【摘要】本文較詳細(xì)的闡述了基于HFC技術(shù)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(shí)例，說(shuō)明了基于HFC技術(shù)的寬帶接入在智能小區(qū)中的應(yīng)用。
【關(guān)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(biāo)，必然會(huì)增加整個(gè)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)布線的復(fù)雜性和難度。為此，網(wǎng)絡(luò)布線的優(yōu)化刻不容緩。隨著全球信息人進(jìn)程的加速，寬帶多媒體業(yè)務(wù)日漸成為通信網(wǎng)絡(luò)及電信運(yùn)營(yíng)商的重點(diǎn)發(fā)展方向。如何在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸包括視頻、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)等在內(nèi)的寬帶綜合多媒體信息是當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)界的一個(gè)中心議題。而實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵，在于網(wǎng)絡(luò)?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(shù)充分利用現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)資源，避免了網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)，有效地解決了網(wǎng)絡(luò)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(dá)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(wù)應(yīng)用。這些業(yè)務(wù)按其類型可分為音頻類、視頻類及數(shù)字類等，是當(dāng)前發(fā)展信息高速公路的最佳綜合業(yè)務(wù)寬帶接入網(wǎng)途徑之一。同時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)還可以提供各智能子系統(tǒng)（如三表遠(yuǎn)傳、安保等系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)布線的優(yōu)化與集成。
1 HFC簡(jiǎn)介
1.1 HFC的特點(diǎn)與頻帶劃分
HFC（Hybrid Fiber Coax）即混合光纖同軸電纜網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)雙向的共享媒質(zhì)系統(tǒng)，包括前端和光纖結(jié)點(diǎn)之間的光纖干線，以及從光纖結(jié)點(diǎn)到用戶駐地的同軸分配網(wǎng)絡(luò)。視頻信號(hào)以模擬方式在光纖上傳輸。光纖結(jié)點(diǎn)將光纖干線和同軸分配線互相連接。光纖結(jié)點(diǎn)通過(guò)同軸電纜下引線梢暈?00到500個(gè)用戶服務(wù)。這些被連接在一起的用戶共享同一根線纜，并因此同時(shí)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(luò)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(hào)質(zhì)量，提高了可靠性（放大器故障是CATV網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)中斷的主要原因）。采用這種HFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還有其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。光纖干線上不再需要放大器。光纖的噪聲干擾較小，同時(shí)其信號(hào)衰減也很小。當(dāng)確實(shí)出現(xiàn)放大器故障時(shí)，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(luò)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(hào)。
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(hào)。
〇 550MHz～860MHz用于數(shù)字信號(hào)下行（如：VOD、HDTV等）。
1.2 HFC寬帶接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能
1．傳統(tǒng)業(yè)務(wù)如：模擬廣播電視、調(diào)頻廣播等；
2．高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如：基于IP技術(shù)的高速Internet接入；
3．IP話音/IP視頻（Voice over IP/Video over IP）業(yè)務(wù)；
4．其他增值業(yè)務(wù)如：遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬專網(wǎng)（VPN）、視頻點(diǎn)播（VOD）、電視會(huì)議、遠(yuǎn)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(bào)警信息的傳遞、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)圖像的傳輸、訪客對(duì)講系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸、防盜報(bào)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(shè)備有：數(shù)據(jù)前端設(shè)備（INA）、網(wǎng)管系統(tǒng)、本地服務(wù)器、有線電視節(jié)目源。每臺(tái)INA的輸出與電視信號(hào)混合后經(jīng)光分配器可服務(wù)多個(gè)光節(jié)點(diǎn)，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)服務(wù)約300到500個(gè)用戶，可為每個(gè)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(wù)，配置HomeGateway作為安防、遠(yuǎn)程抄表及公共設(shè)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(luò)上搭建數(shù)據(jù)信息通道。
2.3 Cable Modem與光纖結(jié)點(diǎn)之間的物理拓補(bǔ)結(jié)
Cable Modem的主要功能是在線纜網(wǎng)絡(luò)上傳輸從網(wǎng)絡(luò)到用戶及從用戶到網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。圖4描述了Cable Modem和光纖結(jié)點(diǎn)之間的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(wù)量，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通�？梢灾С�300到500個(gè)家庭。在通路層上，為了接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，下行方向Cable Modem必須將接收器調(diào)諧到550到860MHz之間的一個(gè)6MHz頻帶內(nèi)。這里，假設(shè)該電纜子系統(tǒng)中有"M"個(gè)下行通路。工業(yè)界選擇QAM調(diào)制方式作為下行方向的調(diào)制技術(shù)。在上行方向，Cable Modem實(shí)現(xiàn)發(fā)送器功能，利用5MHz到65MHz之間的一個(gè)6MHz頻帶將信息傳送到前端。這里假設(shè)使用"N"個(gè)上行通路來(lái)傳送上行數(shù)據(jù)。采用突發(fā)QPSK調(diào)制技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制并放入一個(gè)6MHz信道。
3 HFC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
建立HFC寬帶接入系統(tǒng)，相當(dāng)于在整個(gè)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(fèi)少、時(shí)間短而獲得最大量的信息。網(wǎng)絡(luò)中心則相當(dāng)?quot;高速公路"出入口的收費(fèi)站及管理站，物業(yè)管理處可結(jié)合有關(guān)規(guī)章制度和小區(qū)的特點(diǎn)，開發(fā)物業(yè)管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)小區(qū)的維護(hù)和建議，為住戶提供各種信息服務(wù)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(fèi)等達(dá)到物業(yè)管理增值的目的。
1．高速Internet接入優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)的家庭上網(wǎng)主要采用普通電話線的Modem方式，即通過(guò)電信部門的PSTN接入Internet主干網(wǎng)。受PSTN交換機(jī)64kb/s話路的限制，上網(wǎng)最高速率僅達(dá)56kb/s。即使采用窄帶ISDN的2B＋D終端方式，也只能達(dá)到128kb/s。對(duì)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的支持仍不能令人滿意。而Cable Modem最高可達(dá)46Mb/s的下行速率，可以充分滿足寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需要。IP路由器位于前端。對(duì)共享媒質(zhì)結(jié)構(gòu)，前端集中所有IP業(yè)務(wù)量并將其發(fā)送到IP路由器。代理服務(wù)器或高速緩存是可選的，可以設(shè)置在前端。它們存有流行的WWW頁(yè)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(qǐng)求的Cable Modem用戶。
2．帶寬的優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)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(shù)信息傳輸距離較遠(yuǎn)，且無(wú)嚴(yán)格的傳輸距離限制。
4．利用HFC網(wǎng)資源解決安防、三表遠(yuǎn)傳等傳輸媒介問(wèn)題，節(jié)省了投資且便于施工。
4 工程實(shí)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(wàn)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(shí)施HFC寬帶接入。該工程選用美國(guó)休斯公司的產(chǎn)品CableStream。小區(qū)的前端室設(shè)在A棟的第8層。前端設(shè)備選用CableStream的電纜調(diào)制解調(diào)器前端CSH3000，該設(shè)備兼容DVB2.0和歐式MODEM1.0并基于快速IP技術(shù)高效利用帶寬，可擴(kuò)展至2個(gè)下行（110Mbps）16個(gè)上行（100Mbps），并且有數(shù)據(jù)、圖象、語(yǔ)音及外帶服務(wù)一體化的功能。該設(shè)備采用先進(jìn)的QOS管理適應(yīng)于不同的用戶和服務(wù)，其熱交換和實(shí)時(shí)下載技術(shù)使在線配置具有靈活性。終端設(shè)備選用CableStream的高速歐式電纜調(diào)制解調(diào)器CSR3000，該設(shè)備兼容歐式調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)1.0版，完全兼容DVB的MAC層標(biāo)準(zhǔn)，可現(xiàn)場(chǎng)軟件升級(jí)，通過(guò)強(qiáng)有力的軟件下載機(jī)制，以保證將來(lái)可不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)服務(wù)。該設(shè)備可連接多達(dá)12臺(tái)家庭網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)入噪聲和失真。系統(tǒng)管理采用CableStream的電纜調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)管理軟件CSM1000。該軟件支持遠(yuǎn)程管理電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的機(jī)項(xiàng)盒系統(tǒng)，通過(guò)模塊化StreamPloit體系結(jié)構(gòu)機(jī)制自動(dòng)配置系統(tǒng)、用戶類別及服務(wù)，其先進(jìn)的QOS管理導(dǎo)致商業(yè)模式靈活多樣。通過(guò)實(shí)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(jié)束語(yǔ)
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，HFC計(jì)劃提供的是所謂全業(yè)務(wù)網(wǎng)（FSN），即以單個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供各種類型的。
模擬和數(shù)字通信業(yè)務(wù)，包括有線和無(wú)線、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)、圖象信息業(yè)務(wù)、多媒體和事務(wù)處理業(yè)務(wù)等。這種全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)將連接CATV網(wǎng)的前端、傳統(tǒng)電話交換機(jī)、其他圖象和信息服務(wù)設(shè)施（如VOD服務(wù)器）、蜂窩移動(dòng)交換機(jī)、個(gè)人通信交換機(jī)等等。許多信息和娛樂(lè)型業(yè)務(wù)將通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)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(guān)。用戶將能從多種服務(wù)器接入各種業(yè)務(wù)，共享昂貴的服務(wù)資源，諸如 VOD中心和ATM交換資源等。簡(jiǎn)言之，這種由HFC所提供的全業(yè)務(wù)網(wǎng)將是一種新型的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)，為我們提供了一種實(shí)現(xiàn)寬帶通信的良好方法。
