Кабельная сеть

Кабельное телевидение первоначально внедрялось для доставки программ близле­жащих телевизионных станций в районы со слабым или отсутствующим приемом. Та­ким образом кабельное телевидение служило абонентам в качестве однонаправлен­ного (одностороннего) механизма распространения видеоинформации, в котором те­левизионное вещание передавалось абоненту в нисходящем направлении от точки распространения (CATV video distribution point), называемой также головным узлом (headend). Сеть кабельного вещания, которую часто называют кабельной сетью, обыч­но содержала разветвленную металлическую (алюминиевую или медную) кабельную систему с усилителями, расположенными во всей сети с целью увеличения мощности сигнала. По более крупному, коаксиальному кабелю, который называется магистраль­ным кабелем (trunk cable), сигнал транспортировался на большие расстояния, где за­тем распределялся по более тонким кабелям, которые иногда называются экспресс-кабелями (express cables). Усилители установлены как на магистральных, так и на экс­пресс-кабелях. На территории абонента нить тонкого кабеля, которая называется фи­дером (feeder), или ответвительным кабелем (drop cable), соединяет магистральный кабель с оборудованием клиента (Customer Premises Equipment — CPE). На рис. 13.1 представлена традиционная разветвленная структура коаксиальной сети с ответви-тельными, экспресс- и фидерными кабелями.

Для абонентов, находящихся на значительных расстояниях от головного узла, ис­пользование металлической разветвленной конструкции может вызвать необходимость применения множества усилителей между абонентом и головным узлом. Усилители старых конструкций часто выпускались как устройства однонаправленного действия, поскольку конструкция самой сети CATV была однонаправленной.

Хотя полностью металлические коаксиальные сети все еще можно найти в некото­рых районах, ограниченность коаксиальных сетей и большие достижения аналоговой волоконной оптики усовершенствовали общую конструкцию кабельной сети.

Одним из ограничений коаксиальных кабельных сетей является ослабление сигна­ла. Сигналы, проходящие по металлическому кабелю, нуждаются в сравнительно час­том усилении, особенно это касается высокочастотных сигналов. Технологии кабель­ных модемов по определению предполагают использование модуляции и демодуляции аналогового сигнала, и при последовательном многократном усилении аналогового сигнала часто возникают проблемы с его качеством. Частотное усиление аналогового сигнала не только усиливает транспортируемый сигнал, но и все связанные с ним шумы и помехи, что снижает качество сигнала. Сигнал можно усилить ограниченное количество раз до того, как его качество станет неприемлемым. В современных сетях количество последовательных усилителей, которые называются усилительными каска­дами (amplifier cascades), ограничено. Хотя в старых конструкциях сетей использова­лось по 20 или даже 80 усилителей в каскаде, в более новых конструкциях обычно имеется от пяти до семи усилителей для оптимизации качества сигнала и повышения надежности. Подобные ограничения усилителей, свойственные металлическим коак­сиальным сетям CATV, ограничивают расстояние от абонента к головному кабельно­му узлу, а также общий размер кабельной сети.

Дополнительные проблемы усиления в кабельной сети связаны с основными путями дифференциального ослабления частот во время прохождения сигнала по сети. Более высокие частоты ослабевают быстрее, чем более низкие, что приводит к эффекту прова­ла (slope) мощности сигнала. Для смягчения эффекта дифференциального ослабления усилители часто устанавливают совместно с эквалайзерами. Эквалайзеры настроены на частотный отклик, соответствующий кабельному пролету, который предшествует усили­телю. В ситуациях, когда усилитель используется совместно с эквалайзером, последний генерирует выравнивающий сигнал для компенсирования дифференциального ослабле­ния. Хотя усилители и эквалайзеры поддерживают уровни сигналов на всех частотах, одним из последствий дифференциального ослабления является то, что более высокие частоты требуют большего или более частого усиления, чем остальные. В результате на более высоких частотах возникает смешанный шум, искажения и помехи.

В настоящее время CATV-сеть включает в себя сегменты, состоящие как из воло­конно-оптических кабелей, так и из коаксиальных кабельных систем. CATV-сеть спо­собна обслуживать миллионы абонентов во многих географических областях. Телеви­зионные программы передаются MSO-операторам посредством кабелей, систем теле­вещания, а также через спутниковые каналы. Для обеспечения усиления как восходящих, так и нисходящих сигналов старые однонаправленные усилители заме­нены двусторонними, а общее число усилителей в каскадах сокращается. Для того чтобы создать связь на основе медных проводов с использованием волоконной опти­ки, в современной кабельной сети волоконно-оптический кабель комбинируется с ко­аксиальным.

^ Комбинированная оптокоаксиальная сеть (HFC)

Первые сети с использованием волоконно-оптической узловой технологии появи­лись в 1990 году. В настоящее время сети кабельного телевидения строятся исключи­тельно с использованием HFC-конструкций (HFC, или Hybrid Fiber-Coaxial — ком­бинированная оптокоаксиальная сеть, также называемая гибридной), а более старые сети модифицируются для приобретения преимуществ HFC-сетей. В результате боль­шинство сетей кабельного телевидения в настоящее время основываются на волокон­но-оптической узловой структуре, однако они также включают в себя элементы более старых коаксиальных сетей. Конструкция HFC-сети уменьшает количество проблем, связанных с усилением и ослаблением сигнала, а также проблем, характерных для всех коаксиальных сетей. Кабельные HFC-сети могут без необходимости усиления сигнала расширяться в значительно большем масштабе, чем коаксиальные. Поскольку сигнал проходит через волоконно-оптический кабель, физическое расстояние между головным узлом и абонентом может быть более ста километров, т.е. гораздо больше, чем в сети, основанной на коаксиальном кабеле.

В связи с появлением HFC-топологии старый магистральный кабель был пере­именован в экспресс-кабель. На рис. 13.2 приведена обычная конструкция HFC-сети с удаленным оптическим узлом (fiber node), подключенным к экспресс-кабелю, рас­пределительным (distribution cables) и фидерным кабелям. Экспресс-кабель обычно проходит между усилительными каскадами и не имеет непосредственно подключен­ных абонентских домов.

Сеть HFC представляет собой иерархическую сетевую конструкцию. В состав каж­дого головного узла входят пары волоконно-оптических приемников-передатчиков, подключенных волоконно-оптическим кабелем к удаленному оптическому узлу. В удаленном оптическом узле полученные нисходящие оптические сигналы преобра­зуются в электрические, а затем направляются в подключенный к узлу коаксиальный кабель. Аналогично, когда удаленный оптический узел получает через коаксиальный кабель восходящие электрические сигналы, он преобразовывает их в оптические, а за­тем направляет в подсоединенный волоконно-оптический кабель. Удаленный воло­конно-оптический узел подключен к приемному и передающему лазерам головного узла посредством волоконно-оптического кабеля, а к абонентскому оборудованию — через коаксиальный кабель. Оптические узлы также выполняют фильтрацию частот восходящего потока, которые выходят за пределы установленного диапазона (обычно частоты в диапазоне от 5 до 45 МГц не фильтруются, хотя этот диапазон может изме­няться в зависимости от типа кабельной сети).

Оптический узел обслуживает установленное число домов или потенциальных або­нентов. Поскольку количество потенциальных абонентов в определенной географиче­ской области изменяется нечасто, оптические узлы могут проектироваться с учетом определенного количества потенциальных абонентов (называется также количеством обслуживаемых домов (households passed — ННР)).

В процессе сегментации сети (plant segmentation) кабельные операторы постепенно модернизируют свои сети и сокращают число абонентов на одном оптическом узле. По­скольку кабельная сеть является в основном совместно используемой передающей сре­дой, сегментация сети позволяет кабельному оператору с большей надежностью предос­тавлять абонентам определенные услуги. Т.к. восходящие и нисходящие сигналы изоли­руются на узловой основе, каждый оптический узел может рассматриваться как небольшая кабельная сеть. Это означает, что кабельный оператор может предоставить отдельным узлам различные телевизионные каналы или другие услуги. Сегментация се­ти — одна из наиболее важных методик управления количеством кабельных модемов, которые осуществляют передачу в одном совместно используемом сегменте кабельной сети. Для сегментации трафика кабельный оператор может также использовать допол­нительные частоты, технологию, которая называется мультиплексированием с частот­ным разделением каналов (frequency-division multiplexing — FDM). Оператор сравнивает затраты на дополнительные спектры частот с капитальными вложениями в дальнейшую сегментацию сети и обычно выбирает более дешевую альтернативу.

Дата добавления: 2015-07-13