| 中文名稱 | 混合光纖同軸電纜接入網 |
| 英文名稱 | hybrid fiber/coax access network;HFC access network |
| 定 義 | 以光纖作為傳輸骨幹，採用模擬傳輸技術，以頻分復用方式傳輸模擬和數字信息的網路。光纖傳輸系統的終端節點經同軸電纜分配網連線到用戶終端。 |
| 套用學科 | 通信科技（一級學科），通信網路（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：混合光纖同軸電纜接入網
- 外文名：hybrid fiber/coax access network
- 簡稱：HFC access network，HFC接入網
- 套用學科：通信科技，通信網路
定義,基本原理,HFC系統構成,傳輸媒質,頻譜安排,雙向通信,調製與糾錯技術,關鍵技術,HFC網路的噪聲與失真,上行通道噪聲問題的解決,HFC上行信道QPSK性能分析,
定義
混合光纖同軸電纜接入網，是以光纖作為傳輸骨幹，採用模擬傳輸技術，以頻分復用方式傳輸模擬和數字信息的網路。也可以說，它是一種綜合套用模擬和數位技術、同軸電纜和光纜技術以及射頻技術的高分散式接入網路，是電信網和CATV網相結合的產物。它實際上是將現有光纖/同軸電纜混合組成的單向模擬CATV網改造為雙向網路，除了提供原有的模擬廣播電視業務外，利用頻分復用技術和專用電纜解調器實現話音、數據和互動式視頻等寬頻雙向業務的接入和套用。
基本原理
HFC系統構成
HFC系統的典型結構由饋線網、配線網和用戶引入線3部分組成。
（1）饋線網
HFC的饋線網對應CATV網路中的幹線部分，即從前端（局端）至服務區（SA）的光纖節點之間的部分。與CATV不同的是，從前端到服務區的光纖節點是用一根單模光纖代替了傳統的幹線電纜和一連串的幾十個有源幹線放大器。從結構上說則是相當於星型結構代替了傳統的樹型—分支型結構。服務區又稱光纖服務區，因此這種結構又稱為光纖到服務區（FSA）。
一個典型的服務區的用戶數為500戶，將來可進一步降至125戶甚至更少。由於取消了傳統CATV網幹線段的一系列放大器，使得由於放大器失效所影響的用戶數減少至500戶，也無需電源供給，因而HFC網可使每一用戶的年平均不可用時間減少至170分鐘，使網路可用性提高到99.97%，可以與電話網相比。此外，由於採用高質量的光纖傳輸，使得傳輸質量獲得改進，維護成本得以降低。
（2）配線網
配線網是指從服務區光纖節點至分支點之間的部分，大致相當於電話網中遠端節點與分線盒之間的部分。在HFC網中，配線網部分還是採用與傳統CATV網基本相同的同軸電纜網，而且很多情況常為簡單的匯流排結構，但其覆蓋範圍大大擴展，可達5~10km左右，因而仍需保留幾個幹線/橋接放大器。這一部分非常重要，其好壞往往決定了真箇HFC網的業務量和業務類型。
在設計配線網時採用服務區的概念可以靈活構成與電話網類似的拓撲，從而提供低成本的雙向通信業務。將這一大網分解為多個物理上獨立的基本相同的子網，每個子網為相對較少的用戶服務，可以簡化及降低行通道設備的成本。同時，各子網路允許採用相同的頻譜安排而不互相影響，最大程度的利用了有限的頻譜資源。服務區越小，各個用戶可用的雙向通信頻寬越大，通信質量越好，並可明顯的減少故障率及維護工作量。
（3）用戶引入線
用戶引入線與傳統的CATV網相同，是指從分支點至用戶之間的部分。其中分支點上的分支器是配線網和用戶引入線的分界點。分支器是信號分路器和方向耦合器結合的無源器件，功能是將配線的信號分配給每一個用戶。每隔40~50m就有一個分支器。引入線負責將分支器的信號引入到用戶，傳輸距離只有幾十米。它使用的物理媒質是軟電纜，這種電纜比較適合在用戶的住宅出處鋪設，與配線網使用的同軸電纜不同。
傳輸媒質
（1）光纖
光纖和光纜是接入網中最重要的傳輸媒質，其性能和價格在很大程度上決定了接入網的發展。HFC網採用光纖的主要原因之一是利用其低損耗特性。與同軸電纜相比，光纖將信號傳輸7-10km時信號功率損失一半，而同軸電纜將信號傳輸180m時射頻電壓信號就損失一半，因而採用光纖可以代替大部分乃至全部幹線，消除了影響信號質量和可靠性的最大隱患，幹線放大器和電源供給。HFC光纖系統中高動態範圍的光收發機和無源元器件均比同軸電纜系統貴很多，在中短期內，光纖將主要用於幹線段。光纖是一種高度透明的玻璃絲，經複雜工藝拉制而成，其全稱為光導纖維。一根光纖從橫截剖面看由三部分組成，即折射率高的芯區、折射率低的包層以及表面的塗層。
光纖剖面結構
光纖剖面結構公用電信網中的主導光纖類型為單模光纖，其主要參數有：模場直徑、截止波長、衰減率、色度及色散、彎曲損耗。常用的光纖為1310nm和1550nm波長區的單模光纖。ITU-T建議G.652規定這兩種光纖的衰減係數分別小於0.5dB/km和0.4dB/km。多數國際商用光纖在這兩個視窗的典型衰減水平都己低達0.3~0.4 dB /km和0.17~0.25dB/km。
（2）同軸電纜
電信網的接入網中占主導地位的傳輸媒質是雙絞線，其頻寬很窄，信號有輻射，對噪聲和環境很敏感，電磁場不能控制，高頻電性能很差。而同軸電纜則提供了固有的高頻寬特性，工作頻率可達1，可傳300～600m的距離。同軸電纜是封閉性導體，電磁場能量泄漏很少，不受干擾，也不干擾其它系統且也易於接續和重新配置，損耗不大。適於HFC網路的同軸電纜主要有兩類，即配線電纜和引入線電纜，引入線電纜採用在同軸電纜外護層上附加一雙絞線的複合電纜結構，可用於供電目的，為業務發展提供了較大的靈活性.
頻譜安排
FC網路是頻分復用網路，不同的業務分配不同的頻帶，各種業務之間有一隔離保護頻寬。HFC網路主要採用低頻率分割的雙向復用方式，而且與現有電視制式相兼容。
HFC頻譜資源分配
HFC頻譜資源分配世紀HFC系統所用標稱頻帶為750MHz，860MHz和1000MHz，使用最多的時750MHz系統。低頻端的5~42MHz安排為上行信道，主要用來傳送電話，非廣播業務等；45~750MHz均用於下行信道；582~750MHz頻段主要用來傳輸VOD、電話及數據業務；高頻端750~1000MHz頻段已明確僅用於各種雙向通信業務，如個人通信業務。
雙向通信
HFC網路回傳通道的可用頻帶僅為37MHz，因而必須具有靈活的、易管理的頻率規劃，載頻必須完全由前端控制並由網路運營者分配。一種解決方案是將整個回傳通道頻帶劃分為一個個較小的子頻帶單位，例如2MHz、3MHz或3．5MHz等，使網路運營者可以針對任何業務最有效地使用可用頻譜。同時採用動態頻率分配方式，使小塊電話業務可以靈活地放置在最有利的地方，多個2MHz可以結合起來置入6～8MHz通路內。
對於回傳通道，由於沒有通路分配標準，採用接需分配頻寬的方式最適合於動態分配頻寬，避免受噪聲和其它業務的影響。在空閒狀態，用戶接口單元不占用回傳通道頻寬，僅在呼叫狀態下才從回傳通道頻帶中分配一小段頻寬。
為了傳輸電話和雙向通信業務，前端必須有一個與現有電話網交換機接口的網關，有時稱為局用數字終端(HDT)。這是一個智慧型網路設備，可通過一次群接口與交換機相連。趨勢是採用開放的綜合接口，如V.5接口，可以消去至配線架並具有網管功能。用戶則需要一用戶接口單元，稱為網路接口單元(NIU)。NIU有微處理器、存儲器和控制邏輯，是一個智慧型的射頻數據機。它不僅允許用戶接入網路．而且可以建立為HDT的信令和通道，處理呼叫甚至監視本身的好壞，與HDT一起還可以進行實時指配和維護。這種以軟體為基礎的接口單元可以方便地接受網管系統的信息下載，改變功能和業務指配，具有很大的靈活性。可見在HFC上雙向通信的關鍵是增加HDT和NIU，網路的其它部分基本不變。
調製與糾錯技術
關鍵技術
HFC網路的噪聲與失真
HFC網路下行通道的傳輸特性比較理想．影響數據傳輸的是上行通道的噪聲。由於HFC網路的樹型分支拓撲結構，噪聲在上行通道中積累，使前端形成所謂的噪聲“漏斗”效應，使數據傳輸鏈路的載噪比大大降低，因此在設計建設互動式HFC網路時，解決上行通道噪聲問題是HFC網路成敗的關鍵。上行通道中的噪聲是多種因素造成的，影響HFC上行通道信號傳輸的因素主要有信號的波形失真、網路結構噪聲以及系統入侵噪聲。HFC網路的結構噪聲包括電阻、多級放大器熱噪聲、散粒噪聲以及分支器、分配器等無源器件的衰減、失配帶來的噪聲等，其中以熱噪聲為主。熱噪聲主要來源於各種有源器件，如：RF放大器、家庭里的電視機、錄像機等；其次來源於無源器件，如分支器、分配器等。100個用戶時在12-15MHZ時最大C/N也只達到40多dB。從實際測試的結果看，噪聲最大的頻率大概是在12～15MHz，因而15MHz以下的頻率用於數據傳輸時，需要採用較為可靠的數據傳輸和糾錯技術。
上行通道噪聲問題的解決
根據各類噪聲的特點，採用相應的措施以消除這些噪聲，是解決上行通道傳輸質量問題的關鍵。熱噪聲是系統本身所固有的，但可選用具有致冷等抑制熱噪聲裝置的設備，同時確保器件正確安裝，就可以大大降低其對系統的影響。對於光纖鏈路噪聲也可以採取兩點措施來降低它。(1)選用優質器材，不僅其結構噪聲小，而且禁止性能也好。例如優質的DFB雷射器相對強度噪聲（RIN）優於-155dB/Hz；(2)選擇合理的上行工作電平。工作電平選擇得好可以大大減少系統的失真現象，尤其是光發射機帶來的限幅失真。
FC網路上行通道噪聲頻譜
FC網路上行通道噪聲頻譜在上行通道設備選用、安裝合理的情況下，影響系統上行通道傳輸質量的原因主要是侵入噪聲的干擾，這些噪聲具有隨機性、不規則，對數據通信影響很大，有時達到不能正常工作的程度，因而必須採取措施，予以消除。可通過以下兩個方面：（1）增加光節點數；（2）增加用戶分配系統的禁止，衰減侵入噪聲；同時應該注意以下幾項：（1）電纜彎曲，電纜彎曲對禁止效率影響很大，標準禁止型電纜彎曲後禁止效率降低29dB：三層禁止型電纜彎曲後禁止效率降低33dB：四層禁止型電纜彎曲後禁止效率降低36dB。(2)孔徑泄漏和縫隙泄漏，孔徑泄漏常常是電纜禁止的決定因素。同軸電纜禁止層中電流沿外導體流動，禁止的一個開口將引起信號泄漏，或外部信號侵入。（3）分支器不用的插孔要用75歐電阻終接，才能禁止良好，如果不終接，禁止效率下降35dB。(4)用戶盒要用鋁鋅合金壓鑄，禁止效率在90dB以上。
HFC上行信道QPSK性能分析
HFC的特殊問題是上行信道干擾與噪聲嚴重，存在著衝擊干擾和窄帶連續波干擾。在這樣的環境中數字數據機的性能肯定與純高斯的噪聲背景下性能不同，如果只考慮高斯白噪聲條件下數字數據機的性能，或者只討論衝擊干擾對數據機的影響，即衝擊干擾環境下的最佳接收，或者只考慮衝擊與高斯噪聲聯合作用的影響，都不符合HFC上行信道的實際情況。針對HFC上行信道中侵入干擾與噪聲的性質，為QPSK相干解調器提出一個完整的統計模型，其中包括泊松衝擊干擾，又包括多個幅度、相位隨機，頻率分布離散的窄帶連續波干擾及高斯噪聲。用傅立葉一貝塞耳級數展開的一維簡化式，建立QPSK相干解調符號差錯機率的廣義傅立葉級數逼近算法。
乾解調接收機模型
乾解調接收機模型