HFC双向数据传输系统及其在广电的应用

zjol

2003-03-5 中国通信网

原北京有线电视台台长 金国钧

一、关于HFC

HFC（光纤电缆混合网络）作为一种城域网或局域网（接入网）的结构模式，是美国AT&T公司在1993年提出的。其时，正值欧美地区、尤其是美国有线电视业实施地区性联网的发展阶段，也是我国有线电视在政府颁发的一系列管理条例推动下进入城市网的发展阶段，因而HFC网络的结构模式很快被有线电视业界所接受，直到成为目前有线电视城市或地区规模传输覆盖及用户接入的主要结构模式。据1999年统计，我国城市规模的有线电视网中，采取HFC结构组建的占80%以上（其余则采用MMDS或兼有MMDS）。也就是在当时约8000万户有线电视网中，约有6400万户是靠HFC网络覆盖、接入的，我国可谓有世界上最大的HFC网络用户规模。

HFC网络结构用于有线电视的传输和接入模式，是基于AM调制的电视信号的光纤传输技术。众所周知，该项技术试验是在1998年2月和4月分别在加拿大、美国完成的，即在一根光纤上同时长距离传输多套N制电视节目信号。而其技术上的成熟和商品化程度的提高，则是在20世纪90年代中后期，这也就到了HFC被广泛采用的实用期。从HFC对有线电视网络技术的贡献看，它既解决了电视信号长距离、高质量传输和大面积覆盖、接入的问题，缓解了当时有线电视急剧发展的燃眉之急，又奠定了有线电视网络适应今后高速、大容量数据业务传输、接入的带宽优势。它把Cable(同轴电缆）压缩到“最后一英里”范围内，仅作为用户分配系统的传输介质，从而使其成为目前或今后相当长的时期内众多用户接入系统的佼佼者。为什么HFC出自AT&T这样一个全球电信界的名门望族，但却花落有线电视业？其原因不言而喻是机遇问题，即有线电视业赶上了也抓住了此次机遇；而电信业却难以“抓住”该机遇的原因是，它背上了传统的双绞线接入网这样一个沉重的“包袱”。这个“包袱”几乎占电信网络50-60%的资产，对当时或现在仍以话务收入为主的电信运营商来说举足轻重，因而“弃之可惜”，然而面对今后高速增长的数据业务，运营商也会越来越“食之无味”，无论是“一线通（ISDN）”或是ADSL等技术的采用，都难以造就双绞线接入网的带宽优势。当然，这都是事业发展中的阶段性问题，或者是技术进步推动下的事业发展中带来的技术适应性好坏和增值效率高低的问题。

二、Data over HFC的驱动因素

Data over HFC（HFC网上传输数据业务）或Data over Cable(同轴电缆网上传输数据业务）的驱动因素，首先是市场动因。其一是上个世纪90年代中期开始的因特网的迅速发展导致多媒体数据业务的急剧增长，给网络业带来了巨大商机，最终导致对网络带宽的急切追求，HFC网络具有的宽带优势自然倍受关注；其二是广播电视数字化进程到90年代中期已进入数字视音频业务传输的解决阶段，HFC网络自应当此重任。这两个主要驱动因素的时间表，从发达国家和发达地区发布的计划表明，大致可预计在本世纪的头十年内，包括数字视音频业务在内的数据业务将成为网络的主业，即模拟业务终将让位于数字业务。从我国IT行业和广播电视的发展速度估计，似乎也不应例外。

在市场驱动下，网络业竞争势必加剧。现已存在的多元网络格局，本来就是为适应多元化的市场需求而形成的。由前景看好的数据业务市场需求，驱使网络实现视音频和数据业务的会聚（或叫融合），导致对各种网络的数字化升级改造，以拓宽其传输容量，提高其传输速率，增加其传输功能。这在本质上反映了网络业为适应数据业务急剧增长对网络带宽追求的需要，而所做的提高自身竞争力的努力。相较而言，在未来十年内（或更长些），由于经济制约而难以实现光纤到户的接入方式之前，HFC比电信网的双绞线接入网或计算机网的五类线接入系统具有明显的带宽优势。其接入带宽可做到1GHz（或更高些），按我国有线电视频谱划分的规定，采用业已成熟的QAM调制方式，下行（64QAM）可做到3Gbit/s以上，上行（16QAM）也可做到500Mbit/s以上；若再考虑到HFC网络目前已拥有的用户市场优势及其非对称的网络结构对非对称信息业务的适应性优势，则都将促使有线电视业致力于Data over HFC(或Data over Cable)技术上的开发。

三、HFC双向数据传输系统的技术标准

有线电视业致力于双向Data over HFC技术上的开发，其最重要的标志是从上世纪90年代中期开始陆续发表的一系列相关标准文件。这些标准源于实践又指导实践，于是在90年代后期在欧美地区兴起了大规模的HFC网络升级改造工程，以美国尤盛。据资料反映，目前北美地区的HFC网络改造已大体就绪，其网上的CableModem用户已逾550万，已颇具规模（约占北美地区宽带接入用户的70%）。

目前已见到的HFC双向数据传输系统的技术标准，最具权威性的是国际电联（ITU）发布的三个建议：

1998年初发布的ITU-TJ83“有线电视的电视、声音和数据分配业务的数字多节目系统”；及尔后的ITU-TJ110“提供交互电视业务的全球共同系统的基本规则”；1999年初的ITU-TJ112“交互式有线电视业务传输系统”。

国际电联发布的上述三个建议都是在欧洲、北美及日本等地区工作的基础上完成的。由于全球电视业和广播电视业都处于从模拟向数字的过渡阶段，考虑到国情不同，地区差异，因而尽管标准描述的都是Cable网上的双向数据交互系统，但三个附件描述的角度不同，规定基础不一，且三个先后发布的建议反映了一个不断扩展、衍生的过程。例如建议中纳入的欧洲标准（DVB/DAVIC1.0，1.1）是基于ATM 着重于对交互信道的描述，而纳入的美国标准（DOCSIS1.0)则是基于IP着重于对系统接口的描述；鉴于欧美地区用户市场的差异，前者侧重于机顶盒接入方式的交互方式，后者则侧重于Cable Modem接入方式的交互方式。显然，两者并不兼容。然而，时隔一年，欧标（DVB/DAVIC）已扩展到1.5版本，叫做DVB-RCC/EuroModem版本，它对通信协议作了大量补充，且强调了Cable Modem或具有Cable Modem功能的机顶盒的终端接入方式，美标（DOCSIS）亦已扩展到了1.1版本，它增加了上/下行带宽动态QoS的功能和支持VoIP的功能，并增加了兼容欧标ETS300800的所谓欧洲规范，叫做EuroDOCSIS1.1；它在上/下行频谱划分、频道带宽、信道参数等方面的规定，完全兼容欧洲标准，但又保证了它在通信协议方面的灵活性特点。由此可见，HFC双向数据业务交互系统的标准化工作发展很快，欧美标准的不断扩展，大有兼容性的趋势，但仍各具特色，究其原因，不外乎巨大市场的诱惑。

我国有线电视网络的技术规范的制订工作，近两年也进展很快。国家广电总局在1999年2月发布了GY-T106-1999《有线电视广播系统技术规范》中，把上/下行频谱作了扩展（上行5－65MHz，下行87－1000MHz），有利于HFC扩展数据业务的传输。1999年10月还由国家广电总局通过了《有线数字电视广播信道编码与调制规范》报批稿，即参照DVB-C的有线数字电视广播系统规范，有利于与我国已采用的DVB-S卫星数字电视广播系统规范的接轨，以推动有线电视网上的数字电视和数据广播。去年，国家广电总局又立项制订《HFC数字接入系统技术规范》行业标准，并于年底成立了标准起草小组。该小组至今已做了大量工作，我们已对现行的国际标准及去年刚发表的欧美扩展版本进行了研究、分析，并做了系统仿真试验。也对典型地区的电磁环境做了测试分析，并将进行数据业务的系统适应性试验。我们希望年内完成的该标准，具有统一性、兼容性、开放性及多厂家的协同性特点。所谓统一性，当然是指行业的标准统一性并使之成为我国有线电视网络升级改造的技术依据；兼容性是希望至少在系统物理层的规定上满足现已发表的上述两个标准的要求；开放性是指标准具有今后扩展、衍生及升级的可能；协调性则是支持标准实施的系统器材、设备的非专有性。

四、两个值得注意的问题

综上所述，Data over HFC(或Data over Cable)是不成问题的，且极具优势。其实，从广播电视的数字化进程看，发展到传输系统的数字化阶段，至少是在设备数字化和演播室数字化这两个阶段的技术积累基础上形成的，三个阶段历时约30年。而在有线电视网上传输数据业务的技术研究、开发亦已历时8年之久。例如DVB（数字视频广播）集团成立于1993年，DAVIC（数字音视频理事会）成立于1994年，其制定的标准DVB/DAVIC1.0发表于1995年12月，1.1版本发表于1996年3月。美国的CableLabe(有线电视实验室）在1994年11月就发表了《有线电视系统的数据传输特性》，1995年4月又发表了《双向有线电视系统特性》，而DOCSIS1.0标准正是由CableLabs在《MCNS协议》的基础上总承的，MCNS则是由美国有线电视网的主要运营商TCI、TimeWarner、 Comcast、cox、Mediaone、RogersCablesystem等共同制定并于1995年12月开始陆续发表的，其中包括接口、安全、CMTSCM等方面的1－8个规范文件。由此可见，无论是从广播电视的数字进程看，还是从有线电视网络的数据抟输标准的发展看，有线电视网络已进入了数字化的变革阶段。

值得我们注意的两个问题是对系统概念上的理解问题：

其一，是对HFC交互式业务系统中所描述的两个信道——即单向广播信道和数据交互信道的概念理解，亦即是对原广电部在传输网技术要求中提出的有线电视网络设置A/B两个平台的概念问题。显然，从现已发布的国际标准和欧美最近发表的扩展标准中不难看出，两个信道的概念或是两个平台的概念都是建立在同一HFC网或Cable网上的。它的物理底层的实现，在光路上可以是空分的，而在电缆分配系统上则采用频分和/或时分方式，即下行可采用共享媒介FDM方式，而上行则本质上是点对点的TDMA方式。换言之，在HFC网上，无论是模拟的和数字的视音频信号，还是数据业务，都可会聚在同一电缆分配系统中运行。这正是现行国际标准的贡献，且已被理论和实践所证明。因而，A/B平台的概念不能理解为在同轴电缆分配系统以外，再建一个用五类线的以太网（局域网）——来满足数据业务的传输。这种做法，无论从技术、还是从经济角度看，都是没有必要的。

其二，是终端接入设备采用数字机顶盒（STB），还是CableModem的问题。这本应是一个完全取决于用户市场的需求问题。众所周知，PC机是个性化操作的设备，而TV机则可以群体收看，亦即，鼠标或遥控器理所当然地适应于不同爱好的用户操作。应该看到，现行的HFC网络交互式业务系统国际标准中，对终端接入设备未有专有性的规定，不存在非此即彼的问题。所谓标准的多厂家协同性，就意味着将有多种型号、规格的产品来适应用户的各种需求，这对厂家来说并非难事。至于机顶盒或CableModem，抑或是两者兼而有之的终端设备的成本（或价格）问题，主要取决于网络所能提供的业务内容及其用户规模的大小。按目前的其它制造技术来看，用量越大，设备的价格也就越低。