HFC網絡常識 1.1 HFC網絡的概念和發展 1.1.1 HFC網絡的發展
HFC網絡是從有線電視網絡發展而成，在有線電視出現時，網絡規模較小，稱作共用天線系統，網絡線路一般由純粹的同軸電纜組成。後來網絡規模擴大，由于信号在電纜中得損耗較大，一般要每隔200-300m得距離上加入放大器中繼，由于在加入放大器得同時也引入了噪聲，經過多級放大器後，信号的載噪比下降到使使用者的收視品質不能接受，是以靠純粹的同軸電纜不能将信号送得太遠，後來随着光纖技術的成熟，光纖被引入到有線電視網絡，光纖具有損耗小、不受電磁幹擾、傳輸帶寬寬等優點。
有線電視網絡上原承載的業務一般隻有電視和調頻廣播，這些業務都是單向的，隻有從局端（前端）向使用者的信号，而沒有從使用者到前端的信号，使用者處于被動接受的位置。随着資料通信的發展，以及對承載網絡的資料傳輸速率要求越來越高，人們自然想到了有線電視網絡，因為有線電視網絡在我國已進入了千千萬萬的使用者家中，具有廣泛的接入基礎，而且網絡具有很高的帶寬能力，十分有利于開展高速資料接入。但原HFC網絡是單向結構，也就是說信号隻能從局端向使用者廣播，使用者不能向局端發送信号，無法實作互動式業務，是以HFC網絡需要進行改造，使之具有雙向通信能力。目前我國許多地區的HFC網絡已開始進行了網絡雙向改造并實作了寬帶的資料接入。
1.1.2 HFC網絡的概念
HFC是Hybird Fiber Coax的縮寫，意思是混合的光纖同軸網，指的就是有線電視網絡。光纖同軸混合網是這樣一個網絡：在局端有前端裝置進行有線電視信号處理，把信号調制到指定的載波上，主幹線路使用光纖或低損耗同軸電纜傳輸載波信号，在使用者小區使用同軸配置設定網絡配置設定下行載波信号。以上的定義還隻是單向業務的HFC網絡，如果要在HFC網絡上承載資料業務，網絡還必須具有反向轉送能力。目前我們所指的HFC網絡都是承載雙向業務的網絡。
按流向，HFC網絡上存在上行和下行兩種信号，下行信号指有線電視載波或CMTS（頭端）發送的資料載波，以廣播的形式從前端傳輸到各使用者家中。上行信号指CM發送的資料載波，是點對點的形式從使用者回傳到局端。下行信号也叫正向信号，上行信号也叫反向信号。
1.2 HFC網絡的網絡結構
圖1-1 HFC網絡結構
1.2.2前端
原先對前端的定義是進行電視信号處理的機房，在前端，裝置完成有線電視信号的處理，從各種信号源（天線、地面衛星接收站、錄象機、攝象機等）解調出視訊和音頻信号，然後将音/視訊信号調制在某個特定的載波上，這個過程稱為頻道處理。被調制的載波占用8MHz的帶寬，載波頻率有國家标準規定，一路電視信号就是一個頻道。在前端多個這樣的不同頻率的載波被混合，混合的目的是為了将各信号在同一個網絡中複用（頻分複用）。
開展資料業務後，前端裝置中又加入了資料通信裝置，如路由器、交換機等。
1.2.3 幹線正向信号（有線電視信号載波和下行的資料載波）在前端混合後送往各小區，如果小區離前端的距離很近，直接用同軸電纜就可以傳送，在主幹線路上的同軸電纜線路叫作幹線。幹線一般采用低損耗電纜，但一般300m左右的距離就需要加入放大器。
如果小區離前端較遠，如5-30Km，這樣的距離傳送就需要采用光傳輸系統。請注意這裡所講的光傳輸系統不是指PDH或SDH，而是模拟的光傳輸系統，模拟光傳輸系統相對于數字傳輸系統，要求光端機有較高的發射或接受功率，以保證長距離傳輸後仍能使信号具有較高的載噪比。光傳輸系統的作用是将射頻信号（RF）調制到光信号上，在光纜上實作遠距離傳輸，在遠端光節點上從光信号中還原出RF信号。光傳輸系統中的光發射機一般放置在前端機房，光接收機放置在小區。對于傳輸距離特别遠的線路，可以線上路中加中繼，将光放大後在續傳。
有些HFC網絡為了節約資金，在光傳輸系統或主幹線下還使用支幹線傳輸，支幹線用的同軸電纜一般較主幹線同軸電纜稍小，損耗稍大，但成本要低。
反向信号（上行的資料載波信号）的傳輸路徑與正向信号相反。各使用者的上行資料載波信号在遠端光節點上彙聚後，調制到反向光發射機，從遠端光節點傳送到前端機房，在前端機房從反向光接收機還原出RF信号，送入CMTS。
正向信号和反向信号一般采用采用空分的形式在不同的光纖上傳送。
反向光發射機與正向接收機可以構置在同一個機殼中，稱之為光站。
光傳輸系統結構如圖1-2。
使用者配置設定網不僅完成正向信号的配置設定，還完成反向信号的彙聚。
正向信号從前端通過幹線（光傳輸系統或同軸電纜）傳送到小區後，需要進行配置設定，以便小區中各使用者都能以合适的接收功率收看電視，從幹線末端放大器或光接收機到使用者終端盒的網絡就是使用者配置設定網，使用者配置設定網就是一個由分支配置設定起串接起來的一個網絡。如圖1-3。
圖1-3 使用者配置設定網絡
各使用者的上行資料信号在CM中被調制，上行資料載波信号沿着正向信号相反的路徑彙聚到光站上。分支配置設定器的輸出輸入端口具有互易性，對正向信号起分支配置設定的作用，對反向信号起混合彙聚的作用。盡管上行資料載波信号從使用者端到光站的線路與下行載波信号從光站到使用者的線路相同，但由于下行信号工作在高端頻率，上行信号工作在低端頻率，在同軸電纜上的損耗不同而使兩者在同樣的線路上損耗不一緻。
1.3 HFC頻譜 1.3.1 頻譜規劃有線電視的頻譜規劃如下：
圖1-4 HFC頻譜規劃
| 上行頻段 （Upstream data） | 模拟和數字電視訊段 （Analog TV & Digital TV ) | 下行頻段 (Downstream data) | |
| 美标 | 5-42MHz | 50-550Mhz 模拟電視 550-750 Mhz 數字電視 | 750-860Mhz |
| 歐标 | 5-65MHz | 87-550Mhz 模拟電視 |
表1-1 HFC頻譜規劃表
我國采用的标準接近euroDOCSIS，但目前網上CMTS裝置有許多裝置是采用DOCSIS标準。
1.3.2 模拟電視和數字電視訊段在原來的有線電視網絡上開展的業務隻有電視，國家标準規定了各頻道的頻率劃分，如：
| 頻道代号 | 頻率範圍（MHz） | 圖象載波頻率（MHz） | 伴音載波頻率（MHz） |
| DS-1 | 48.5-56.5 | 49.75 | 56.25 |
| … | |||
| Z-21 | 327-335 | 328.25 | 334.75 |
不同的電視信号被調制在不同頻道的載波上，這些載波混合後以廣播的形式送到各家各戶。
1.3.3 下行頻段資料下行載波頻率規定在750MHz以上，但實際上資料也可以被調制在電視訊段的空閑頻道上。
下行RF信号頻譜（部分）如圖1-2。圖中頻譜由2個模拟的電視信号頻道和一個資料載波組成。每個模拟頻道占8MHz帶寬。蘭色是資料載波，占6MHz帶寬（DOCSIS标準為6MHz，euroDOCSIS标準為8MHz）。一般下行資料載波的電平要求比模拟電視的圖象載波電平低10dB左右。
圖1-5 頻道頻譜
1.3.4 上行頻段目前在HFC網絡上逐漸開展起來的資料業務是互動式業務，不但有從前端送往使用者的下行信号，還有從使用者上傳的上行信号。CM的上行資料載波頻率在CMTS上設定，上行載波頻率的選擇不固定，在5--42/65MHz的頻段内，各HFC網絡可任選一個固有噪聲小、突發噪聲少的頻帶作為上行載波。但一般選擇在20MHz以上，因為20MHz以下一般噪聲較大。觀察上行頻段噪聲情況可以使用頻譜分析儀。
按照DOCSIS标準，上行載波的頻率帶寬有5種：200KHz、400KHz、800KHz、1600KHz、3200 KHz，可根據噪聲和速率要求選擇，頻率帶寬越寬，速率會越大。
上行頻率、帶寬、接收功率等參數就決定了CMTS的一個上行通道，CMTS定時下發這些上行通道的參數，某個CM（CABLE MODEM）注冊後根據配置檔案上的設定選擇上行通道。同時使用該通道可以有多個CM，上行通路在時間上被分割成許多段，每個CM根據設定的服務級别分占這些時間段，時間段占的越多上行帶寬越寬。同一通道中不同CM的上行信号是時分複用。
1.4 資料信号的調制上行RF信号是從千家萬戶的終端回傳，是從多點彙聚到一點，存在噪聲累積的問題。根據一些測試結果，大部分的噪聲來自使用者家中的電器，其次線路上由于電纜和接頭屏蔽不良，也會引入外界噪聲，裝置本身也會産生噪聲。如果線路設計或或改造不好，回傳噪聲過大，可能使CMTS不能從噪聲中分辨出信号，或者解調出的信号錯誤較大，引起大誤碼甚至根本不能解調信号。
由于上、下行通道的特性不一樣，上、下行資料信号的調制方式也不一樣。下行通道有載噪比高、下行資料量大的特點，下行資料需要采用較高頻譜使用率的調制方式，而抗幹擾能力不強調，一般下行資料信号采用256QAM或64QAM的調制方法；而上行通道由于存在漏鬥效應，前端噪聲累積嚴重，要求上行資料信号采用抗幹擾能力強的的調制方式，一般采用16QAM或QPSK，這兩種調制方式頻率利用律較低，資料速率小。
上、下行資料載波信号采用了不同的調制方式、不同的載波帶寬，因而上下行信号的資料傳輸速率也是不同的。一個6MHz帶寬的下行資料載波采用256QAM的調制方式，其資料傳輸速率可達40Mb/s；而一個3.2MHz帶寬的上行資料載波采用16QAM的調制方式隻有約10Mb/s的資料速率。這種非對稱的資料傳輸速率與上網、點播等業務是相适用的。
1.5 網絡中常見器件 1.5.1 放大器放大器的作用是将RF信号進行放大，幹線使用的放大器品質較好，固有噪聲小，輸出功率較小，延長放大器置于網絡末端，輸出功率較大，但品質較幹放稍差。正向放大器的增益一般在28dB左右，有2-3級放大電路，而反向放大器一般隻有1級放大電路，增益較小。這與上下行信号在電纜上的損耗相适用。正向放大器和反向放大器可以分别放置線上路上，但多數情況下兩者都裝置在同一個鋁殼中，共用電源，在輸入輸出口用雙工器進行信号分割。放大器置于同軸電纜線路上，它的供電一般采用60V交流電源供電，電源從節點上引入，與RF信号共纜傳輸。
在同軸電纜上信号随頻率變化損耗也變化，頻率越高，損耗越大。在放大器内一般還有均衡電路，對高低頻信号進行均衡，使到達某個節點的信号從頻率到高段都相等。均衡的原理就是加大低頻信号的損耗，以彌補信号在電纜上的差異。
1.5.2 衰減器衰減器的作用與放大器相反，它是将信号進行衰減。HFC工程中存在多種形式的衰減器，我們一般使用衰減棒，衰減棒的規格有6dB、8 dB、10 dB、16 dB等。如圖：
圖1-1 衰減器
1.5.3 分支配置設定器分支配置設定器是定向藕合器，是将信号進行功率配置設定的器件，将一路信号分成多路信号。按照輸出功率異同，分為配置設定器和分支器。如果輸出信号相等，稱為配置設定器，常見的配置設定器有二配置設定器、三配置設定器、四配置設定器等。如果輸出信号功率不相等，稱為分支器，常見的分支器有一分支器、二分支器、三分支器、四分支器等，分支端口分别是1、2、3、4個，分支器輸出端口除了分支端口外一般還有一個主輸出端口。分支端口的輸出功率相對輸入端口的損耗常見的有8dB、10dB、12dB、14dB、16dB、18dB、20dB等，主輸出端口的輸出功率較大，插入損耗一般隻有1-5dB，即主輸出端口的輸出信号比輸入端口信号小1-5dB。
圖1-2 二配置設定器
1.5.4 混合器将分支配置設定器反過來用，即将輸入端口變成輸出端口，将輸出端口作輸入端口使用，分支配置設定器就成了混合器，混合器的作用是将多路信号合成一路。無論正向使用還是反向使用分支配置設定器（或者說混合器）輸入輸出端口間的損耗是相同的。
在雙向HFC網絡中，分支器、配置設定器同時有正向信号和反向信号通過，很難講它是分支配置設定器還是混合器，也沒有必要區分。隻要記住分支配置設定器以下2個特點，我們就能很熟練地使用它:
1、 互易性：分支配置設定器的輸入和輸出端口具有互易性，即信号從輸出端口流向輸入端口的損耗與信号從輸入端口流向輸出端口相同。
2、輸出端口之間隔離：即信号不能從一個輸出端口流向另一個輸出端口，信号隻能在輸入和輸出之間傳送。
1.5.5 F連接配接頭在HFC網絡中，電纜與裝置或器件的連接配接一般采用F連接配接頭，F連接配接頭是旋插型的連接配接頭，網上使用的有公制和英制兩中形式，公制的母頭隻能和公制的工頭很好地連接配接，英制的母頭隻能和英制的工頭很好連接配接。根據電纜的大小，接頭也有不同的型号，線纜是母頭，器件和裝置是公頭。在工程上電纜接頭一般現場制作。