【IT168  网友问】家庭网络论坛网友“无敌幸运熊”问：

    我们这里现在有线电视网络也开始提供宽带上网服务了，价格还可以，我有打算上他们的网，不过不了解，他们这种网是怎么回事，据说还要用一种什么电缆调制解调器，它和ADSL猫一样吗？这种网究竟是怎么回事啊？

    【IT168  网友解答】大家都知道，目前上网的主要方式有ADSL（非对称数字电路），FTTB+LAN（光纤到楼+局域网），拨号（现在很少人用了），HFC（混合光纤同轴电缆网），PLC（电力线上网）等，后两者相对ADSL来说还用的比较少，其中电力线上网更是新兴事物还没得到广泛的推广，而广电宽带相对电力线上网来说已经得到相当的普及，在很多城市都有这种上网业务办理，比如我所在的城市，45元包月比ADSL还便宜（ADSL包月55元/1M），不过据我了解我们本地的广电宽带并非真正的CABLE-MODEM上网方式，而是利用了他们自己架设的光纤干线，采用了光纤到楼+LAN的方式，并非真正的有线同轴电缆方式。

    HFC简介

    混合光纤同轴网（HFC）是从传统有线电视网发展而来的。传统的有线电视网多为同轴电缆系统或微波电缆系统，只能传输几十套电视节目。随着社会经济的发展，人们对信息需求的不断增加，传统的有线电视网络已经难以满足需求。20世纪90年代初，随着光传输技术的成熟与发展，人们开始考虑在有线电视系统中采用光传输，这种采用了光传输的有线电视网就是混合光纤/同轴网（Hybrid Fiber Coax，HFC），它具有频带宽、容量大的优点。

    HFC网络系统结构图如下：

#$[*192521.jpg*#HFC网络系统结构图（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    由图可知，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Cable Modem，送到各种用户终端（通常为PC）

    HFC工作原理与技术介绍

    下图更详细的介绍了HFC数据通讯部分

#$[*192540.jpg*#HFC数据通讯(点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

计算机出来的数字信号经Cable Modem调制成同轴电缆可以传输的模拟信号，经房间和楼内的同轴电缆经分配器和信号放大电路到达光节点，由光节点转换成光信号在光纤干线中传输，最后到达CMTS（电缆调制解调器终端系统），再经路由器连入Internet。

    其中CMTS是线缆调制解调器终端系统的英文缩写，是一个位于有线电视网前端的设备系统，允许有线电视运营商向家庭计算机提供高速Internet接入。CMTS通过有线电视网发送和接收数字线缆调制解调器信号。它接收从用户的线缆调制解调器发来的信号，将信号转换成IP包，然后将信号按一定路由发送给ISP，连接Internet。CMTS还能将信号下行发送到用户的线缆调制解调器。线缆调制解调器之间不能互相直接通信，必须通过CMTS才能沟通。 CMTS提供的许多功能类似DSL系统中的DSLAM（数字用户线接入复用器，DSLAM通过ATM或快速以太网与ISP相连）提供的功能。

    Cable Modem工作原理介绍

    Cable Modem是利用HFC网络进行高速访问的一个重要的通信设备，下图表示了Cable Modem的内部结构。

#$[*192548.jpg*#Cable Modem的内部结构（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    由图可知，Cable Modem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Cable Modem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Cable Modem，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。

    工作过程

    当启动后，Cable Modem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（既上面介绍的CMTS）为新连入的Cable Modem发送的下行广播信息，其中有一条命令指定上行发送频率。Cable Modem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Cable Modem知道何时发送信息。Cable Modem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，Cable Modem准备接受一个IP地址和其他网络参数。Cable Modem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，Cable Modem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，Cable Modem就可以访问网络了。

    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（正交幅相调制）或256QAM方式，用户端Cable Modem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。

    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Cable Modem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Cable Modem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。

    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。 

    Cable Modem介绍

    下面让我们认识一下Cable Modem的外观，瞧，Cable Modem就是这样的：

#$[*192562.jpg*#Cable Modem（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    和ADSL-MODEM相比，从外观上看它们是不是很想象呀，和ADSL-MODEM一样在前面板也有一组表示不同含义的状态灯。

#$[*192564.jpg*#Cable Modem前面板（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    后面板也很像但是多了一个Cable射频接口，少了个RJ11接口，因为它是用来接有线电视的同轴电缆而不是ADSL那样的电话线。

#$[*192566.jpg*#Cable Modem后面板（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    USB接口用来连接计算机，Ethernet接口用来接网卡或者交换机或HUB。

    HFC与ADSL的比较

    与其他宽带网络接入方式相比起来，HFC接入有以下主要优点特点：

    ※利用现有有线电视网络，省却额外的布线成本。
    ※HFC网络信息通道资源十分丰富，并且费用低廉。
    ※HFC接入无中继距离长，覆盖半径可达80Km。
    ※HFC接入方式已被广泛大规模商用，技术标准成熟。
    ※每台CMTS可带数千用户，每用户初期投资成本较小。
    ※网络资源共享，带宽可在用户之间调度，利用率高。

    与ADSL的比较HFC有下列区别：

    1、ADSL技术有一个特点，就是它的速度（或者换一个说法是带宽）与用户和电话分局的电话线长度有关，通常所说的1Mbps，是指离电话局很近的地方可以达到的速度，如果离得远一些，速度就慢下来了。（需要注意的是，这里指的距离是指两端之间实际线长，由于道路、楼房等障碍影响，线路通常必须绕来绕去， 造成较大衰减，同时转接头过多、线径不一致也将造成阻抗不匹配、串音过大。）

    而有线电视网是一个城市内整体性覆盖的大网，由于电视用户对电视图象的要求，使得有线电视公司在网络建设上必须在每个接入点都要保证信号质量，这样 Cable Modem 接入就不存在距离的问题了。 在速度上，接入速率可高达2-10M，Cable Modem速率达34Mbps。　

    2、ADSL 有一个最大的难题就是线路间的串扰问题，使同一管道内的电话线 ADSL用户数不能超过20%，否则由于串扰加剧将导致线路瘫痪。
而 Cable Modem 技术不存在串扰问题，同时 Cable 线采用四层屏蔽，使用频段比 ADSL高，上行在 5~42MHz 频段采用 QPSK 调制方式，抗干扰性特别好，下行为 550~750MHz，信号有足够的稳定性和抗干扰性。

    3、虽然ADSL每个用户都有单独的一条线路与局端相连，但所谓的带宽独享是不可能的。由于资源有限，在局端每个用户都不得不与所有用户共享一个通道，这就造成随着用户数的增加上网速度急剧下降。 Cable Modem用户虽然也存在网络共享问题，但并不是简单的带宽均分，由于采用了频分复用与时分复用等技术，使多个用户同时接入的速度不受影响。此外还可以采用光节点前移和增加传输频道等手段保证用户带宽，如每增加一个频道就可以增加1.35G 的带宽。目前Cable Modem的接入速率可以完全满足宽带用户的需求，将来如果需要更大的带宽，可以采用多通道技术，每个用户拥有100M 带宽也是完全可能 的。因此，Cable Modem 系统拥有很好的扩容能力。

    4、 由于电视播出安全性的要求，有线电视网在网络拓扑、网络结构（光纤同轴混合）方面具有较强的安全性， 从主干网络设备的交换机到 Cable Modem 设备，全部支持 Spanning Tree 算法，因此，每个网络都可以通过多个链路构成冗余连接，确保网络系统安全。而一般的 Cable Modem具有第二层网桥功能，可以实现 IPX、NetBEUI 等协议过滤，IP 地址、MAC 地址锁定等，保证了良好的系统保密性。

    此外，目前有线电视线路在设计、施工方面都充分考虑了防雷、防雨等问题，而四层屏蔽线材的广泛采用使抗噪声、抗干扰更具备了强有利的保障。ADSL 的速度对电话线路的质量也有较高要求，由于ADSL系统楼内楼外使用的都是非屏蔽双绞线，所以抵抗天气干扰(打雷/下雨)的能力较差。由于宽带可扩展的潜力不大，ADSL不能满足今后日益增长的接入速率需求，只能成为过渡性产品，或者用于要求不高的旧社区单位用户的宽带接入改造上。

    总结：HFC在我国虽然起步教晚，但发展很快，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Cable Modem技术的接入方法显现出了较大的优势。现在已经有很多城市开通了有线通，相信，随着标准的统一和Internet接口带宽问题的解决，基于Cable Modem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。