В перспективе грядет доминирование цифровых систем передачи информации над аналоговыми. Однако в ближайшие годы наиболее выгодными с точки зрения цена-эффективность останутся решения смешанного типа, использующие как цифровую, так и аналоговую передачу данных. В телевизионных кабельных системах сегодня преобладает медный коаксиальный кабель, очевидными достоинства которого являются большая полоса пропускания при аналоговой передаче телевизионных каналов и относительно низкая стоимость оконечного оборудования. И хотя медный кабель постепенно сдает свои позиции, уступая дорогу волоконно-оптическому, за каждой средой связи остается своя область применения, а это означает дальнейшее сосуществование этих двух сред.
Несмотря на то, что никто не возьмется сказать, какие потребности в сетевых ресурсах будут у абонентов, строящиеся сети обязаны удовлетворить этим потребностям при минимальных затратах. Узкая полоса пропускания и широкая полоса, однонаправленный поток и полнодуплексный, широковещательное телевидение и интерактивное видео, телефония и видеотелефония — все эти черты создают сложный выбор между сегодняшними службами и службами завтрашнего дня. На стремительно развивающемся рынке телекоммуникаций опасно принимать поспешные решения, а также задерживаться, дожидаясь появления какой- нибудь более универсальной технологии. Однако главная трудность в том, что с технологической точки зрения на данный момент существует великое множество стандартов для видеотрансляций, телефонии, сетей передачи данных, а технология АТМ все еще остается очень дорогой, чтобы реально конкурировать и вытеснять традиционные сетевые решения, тем более в сетях абонентского доступа.
В данной главе дан обзор общих вопросов построения современных широкополосных абонентских сетей, охватывающих жилые зоны кварталов, районов города или сельской местности. На сегодняшний день для решения подобных задач разработано несколько концепций, учитывающих потребительские характеристики и платежеспособность абонентов. Практически все они используют в той или иной степени волоконно-оптические линии связи, которые значительно увеличивают пропускную способность и позволяют внедрять новые широко-полосные службы. Наибольшее распространение получили три концепции: гибридная волоконно-коаксиальная сеть (HFC), концепция "волокно в уличный монтажный шкаф" (FTTC) и концепция "волокно в квартиру" (FTTH).
По прогнозам экспертов, к концу 1998 года объем продаж волоконно-оптических компонентов для широкополосных абонентских сетей составит 2/3 от полного объема продаж, который, как ожидается, выйдет на уровень 12 млрд. долл.; а концу 2003 года соотношение еще больше увеличится и составит уже 3/4 при полном объеме продаж 30 млрд. долл. [1].
9.1. Концепции развития абонентских сетей
Одним из факторов, подчеркивающих эпоху телекоммуникационных революций, в которой мы живем, является непрерывный рост объемов передаваемой информации. Причем не предвидится уменьшение темпов роста по крайней мере в ближайшие 5-10 лет. Из табл. 9.1 видно, как стремительно возрастает полоса пропускания по мере появления новых и новых медиаприложений. Это обязывает новые абонентские сети, строящиеся сегодня, иметь запас по наращиванию, т.е. достаточно большую полосу пропускания каналов. Поэтому, независимо от того, планируется ли строить сеть с нуля, или выполнять ее наращивание, необходимо учитывать еще и дальнейшие наращивания сети.
Было бы ошибкой представлять современную абонентскую сеть, как некую закостенелую структуру. Скорее это — непрерывно развивающийся организм. Сеть может строиться с нуля (например, при обустройстве новой жилой зоны), либо наращиваться (т.е. добавляются новые службы, например интерактивное телевидение, закрытые частные каналы кабельного телевидения и т.д.). Каким наилучшим образом строить абонентскую сеть или производить ее наращивание зависит от множества факторов, среди которых: концентрация абонентов в жилой зоне, приоритетность в соответствующих услугах, степень их распределения среди абонентов, наличие спутникового и эфирного телевещания, состояние существующей кабельной системы, объем необходимых капиталовложений и др.
Основными видами телекоммуникационного сервиса, доступного в настоящее время, являются:
• телефония аналоговая, (менее массовые в России цифровая, ISDN);
• телевидение широковещательное (эфирное), кабельное. Более редкие реализации:
• непосредственный прием передач от спутника;
• использование существующего телефонного канала для подключения домашнего ПК к сети Internet (электронная почта, низкоскоростной доступ к банкам информации).
Стремительно развивающийся процесс информатизации общества говорит о том, что как приведенные более редкие службы, так и новые службы, которые практически не развиты сегодня, в скорой перспективе найдут массового потребителя. Перечислим основные телекоммуникационные службы завтрашнего дня:
• традиционная телефония (аналоговая и цифровая);
• традиционное широковещательное (эфирное), кабельное и спутниковое телевидение;
• цифровое кабельное телевидение (с использованием алгоритмов сжатия MPEG-2, MPEG-3);
• интерактивное телевидение и "закрытые™ видеоканалы;
• подключение к сети Internet по скоростным каналам, минуя телефонную сеть (видео- конференции, быстрый доступ к банкам данных и т.д.).
Традиционная информационная абонентская сеть
На рис. 9.1 показана общая схема построения традиционной абонентской сети. Головная телевизионная станция принимает телевизионные спутниковые и эфирные каналы, а также каналы от локальной студии кабельного телевидения, выполняет их частотное мультиплексирование и направляет комбинированный широкополосный спектральный сигнал по магистральному коаксиальному кабелю (trunk соах) — такой поток телевизионных передач от головного узла к абонентам принято называть нисходящим потоком. От магистрального кабеля на узлах ответвления — ответаителях (tap) — могут отделяться один или несколько ответвленных коаксиальных кабелей — коаксиальных ветвей (feeder соах) — при этом ответвитель может содержать встроенный распределительный усилитель. Дальнейшее ответвление кабель испытывает, приходя в абонентский ответвитель, от которого непосредственно в квартиры абонентов следуют спадающие коаксиальные кабели (drop соах). Медные телефонные многопарные кабели прокладываются от районной АТС до уличных телефонных шкафов, установленных в жилых зонах, в каждом из которых происходит кроссирование витых пар кабеля от АТС и кабелей от абонентов. Итак, во-первых, в такой сети абоненты обеспечиваются возможностью приема телевизионных каналов. Во- вторых, абоненты обеспечиваются телефонным сервисом, который в отличие от телевидения является двунаправленным.
Хотя традиционные абонентские сети будут заменяться новыми сетями, например HFC, они все еще обеспечивают очень большую инсталляционную базу. Максимальное расстояние от головного узла до самого удаленного абонента составляет 10-1 5 км. Максимальное число каскадов усилителей — 35, максимальное число абонентов, которые могут быть подключены к одному магистральному коаксиальному кабелю, — 125000.
Основной недостаток данной сети — это ограниченные возможности для реализации двунаправленных служб (видеотелефонии, видеоконференций и т.д.). Полоса пропускания витой пары, длина которой может достигать нескольких километров, очень низкая. Приемле- мой может быть скорость 33,6 кбит/с. Большие скорости — 56 кбит/с (новый внедряемый стандарт V.90), и 128 кбит/с для сетей ISDN (BRI) — будут доступны значительно меньшему проценту абонентов в силу двух причин: с одной стороны, из-за низкой пропускной способности витых пар, с другой стороны, из-за высокой цены, которую нужно платить за ISDN подключение.
Отдельные организации могут использовать существующие витые пары для подключения к узлу Internet провайдера по модемной связи на основе технологии HDSL. Но это скорее решает частную проблему.
Гибридная волоконно-коаксиальная сеть
Гибридная волоконно-коаксиальная сеть НРС (ИуЬпб ЛЬет/соах) строится на основе коаксиальной и волоконно-оптической кабельных систем и использует лучшие черты каждой из них (рис. 9.2). Сеть HFC менее дорогая по сравнению с сетью, в которой волокно идет непосредственно в каждый дом (концепция FTTH) — только средние и крупные предприятия могут позволить себе доведение волокна непосредственно до офиса. В то же время сеть НЕС предоставляет значительно больше услуг, чем традиционные чисто коаксиальные телевизионные сети. К таким услугам относятся: видеосервис, телефония, интерактивные службы, службы передачи данных и др. [2].
Назначение волокна в сетях HFC во многом то же, что и в телефонных сетях, где на основе ВОК строятся более протяженные магистральные линии связи между районными и гoродскими АТС. В сетях HFC максимальная длина ВОК может доходить до 80 км. В типовой конфигурации монтируемые в стойку оптические лазерные передатчики (преимущественно на основе DFB лазеров) в центральном офисе или головном узле преобразовывают широкополосные радиочастотные сигналы в эквивалентные аналоговые оптические сигналы, которые следуют по ВОК до соответствующих оптических распределительных узлов ODN (optical distribution node). Оптический сигнал, приходя в ODN, вновь преобразовывается в электрический и далее следует по коаксиальным ветвям от конечных абонентов до абонентских ответвителей. Максимальное число усилителей в коаксиальной ветви варьируется от 4 до 10 в зависимости от архитектуры производителя. Максимальное число абонентов в расчете на один магистральный ВОК составляет от 500 до 3000.
Принципиальным отличием таких сетей от традиционных коаксиальных абонентских кабельных сетей (наряду с тем, что добавлен волоконно-оптический тракт) является двунаправленный транспорт, то есть появляется поток от абонентов к головному узлу — восходящий поток.
Концепция "волокно в монтажный шкаф"
Концепция "волокно в монтажный шкаф" FTTC (fiber to the curb) обеспечивает один из простейших и менее дорогих способов наращивания сети и предоставления новых служб абонентам (рис. 9.3). В FTTC волоконно-оптический кабель из центрального узла (районной ATC, или узла оператора услуг связи) приходит в монтажный шкаф (curb). Монтажный шкаф, который оснащается электронным распределительным оборудованием, может быть как уличного исполнения (тогда он должен отапливаться и, по возможности, быть герметичным), так и исполнения для установки внутри помещений. От шкафа к абонентам идут витые пары. В отличие от телефонных пар, эти витые пары имеют лучшие технические характеристики и значительно меньшую длину (до 100 м), что обеспечивает им значительно выше пропускную способность (до 100 Мбит/с и более). Поэтому открывается возможность новым интерактивным услугам, среди которых: Internet, видеоконференции, прием сжатых видеопередач в формате MPEG-2/MPEG-3 и т.д.
В этой концепции сохранена существующая коаксиальная кабельная система, посредством которой абоненты получают аналоговые телевизионные каналы.
Концепция "волокно в квартиру"
На сегодняшний день концепция "волокно в квартиру" FTTH (fiber to the home) безусловно является самой дорогой. Успех в ее развитии во многом зависит от того, как сильно будут снижаться стоимость волоконно-оптических компонентов, в особенности лазерных передатчиков, а также расценки на инсталляцию таких кабельных систем. Наиболее сильно концепция FTTH прорабатывается в Японии [1], хотя и там она занимает третье место после HFC и FTTC.
В этой концепции волокно от головного узла следует непосредственно в квартиру абонента (рис. 9.4). На пути могут устанавливаться пассивные оптические распределительные кроссы, которые "дробят™ многожильные ВОК в кабели с меньшим числом волокон, в частности, двужильные.
Сеть HFC предполагает установку взаимосогласованного оборудования на головном узле (НС, headend controller, головной контроллер), на оптическом распределительном узле (0DN) и на абонентской стороне (ISU, integrated вегасе unit, абонентское устройство). В настоящее время идет разработка стандарта IEEE 802.14, определяющего методы доступа к сетям кабельного телевидения — МАС уровень (в особенности это касается сетей HFC), а также регламентирующего спецификации физического уровня, систему сигнализации и протоколы взаимодействия с локальными и глобальными сетями передачи данных [5]. Несмотря на то, что стандартизация пока еще не завершена, многие компании, специализирующиеся в сфере производства телекоммуникационного сетевого оборудования, уже несколько лет поставляют большой перечень оборудования, имея крупные контракты с операторами услуг связи на развертывание сетей HFC. Наиболее продвинутые решения предоставляют компании: ADC Tele- communications, Motorola, Nortel, NTT, Scientific Atlanta, Warner Cable [4, 5]. Отсутствие единого стандарта не противоречит строительству HFC сетей. Во-первых, они обеспечивают универсальные транспортные решения, жестко привязываясь к выработанному частотному плану для нисходящих и восходящих потоков в соответствии со стандартами сеток широковецтельного телевидения. Во-вторых, заложены возможности по наращиванию сети, в частности, использование диапазона верхней части спектра до 1 ГГц.
Спецификации физического уровня стандарта 802.14
Спецификации физического уровня 802.14 поддерживают ассиметричную двунаправленную передачу сигналов по сети HFC. Сеть HFC допускает для нисходящих потоков соединения типа "точка-множество точек" с обобщенной топологией доступа разветвленного дерева, а для восходящих потоков соединения типа "множество точек-точка" — с топологией шинного доступа.
Передача нисходящего потока формируется контроллером НС и является широковещау тельной, т.е. обязательной для приема всеми абонентскими устройствами. Передачи восходящего потока формируются устройствами ISU на абонентской стороне и достигают НС пе общей распределенной коаксиальной среде.
Одна из важных задач, которая решается в рамках стандарта 802.14 — это поддержка протоколом МАС различных типов трафика. В отличие от многих других стандартов сетей, сеть HFC должна поддерживать три главные службы [1, 6]:
• постоянная битовая скорость (CBR);
• переменная битовая скорость (VBR);
• доступная битовая скорость (ABR).
Эти службы имеют несколько различных атрибутов, в частности, допустимые задержки, "взрывной" характер трафика. Одни приложения асимметричны по природе, например телевизионные трансляции. Другие приложения, наоборот, строго должны быть симметричными: голосовая связь, видеотелефония. Все эти требования учитывались при создании наиболее оптимального протокола.
Частотное распределение потоков
Общая схема частотного распределения потоков показана на рис. 9.5. Как видно, пер- воначально предполагается использовать область частот от 5 до 862 МГц, а в перспективе и область от 862 МГц до1 ГГц. Под традиционное аналоговое телевидение отводятся частоты от 50 до 550 МГц. В России принята телевизионная частотная сетка с выделением полосы 8 МГц на каждый телевизионный канал. Спектр от 550 до 862 МГц может использоваться для пере- дачи цифровых широковещательных телевизионных передач, передаваемых в формате MPEG-2/MPEG-З, для организации видео и обычной телефонии, а также для трансляции за- крытых каналов "видео по требованию™ VOD (video on demand) и интерактивного видео.
Распределение восходящих потоков
Несущие частоты f, должны удовлетворять условию:
R, R, 1',.„+(1+а) — ' <(f, =п (40кГц)) < f — (1+а).
где выравнивающий фактор (roll-off factor) а = 0,25, n — целое, R, — символьная скорость передачи на несущей частоте, а f,Д й f определяются из табл. 9.2.
Некоторые предприятия по производству коаксиального кабеля намереваются стандар- тизировать для восходящего цифрового потока еще две расширенные зоны "mid-split" и "high-split" с частотными окнами от 5 до 108 МГц и от 5 до 174 МГц соответственно.
Частотное распределение для восходящих потоков должно быть приписано контроллеру головного узла, с учетом того, что спектральная полоса на канал зависит от используемой скорости передачи символов. При этом минимальный размер спектральной полосы на канал должен быть равен (1+а) В, Условие исключения перекрытия двух соседних каналов с не сущими частотами Г„и Г„(1;, > fД ) и соответствующими символьными скоростями R„и К„записывается как:
На практике выбор частотного размещения каналов зависит от ряда факторов (как, например, избежание перекрытий при доступе, вводимая и теряемая мощность) и не регламентируется стандартом 802.14.
Распределение нисходящих потоков
Окно, в котором допускается размещение нисходящих цифровых потоков, различается для трех регионов (табл. 9.3). Большой размер окна не означает, что можно свободно использовать любой участок спектра. Необходимо учитывать, что в этот же спектральный диапазон попадают аналоговые телевизионный каналы, частотное размещение которых строго определено телекоммуникационным законодательством государства.
Физические особенности восходящих и нисходящих потоков
Использование модуляционных схем на основе квадратурной амплитудной модуляции QAM- 64 и QAM-256 позволяет передавать нисходящие цифровые каналы со скоростью 30-40 Мбит/с, что возможно благодаря низкому уровню шума. Обратный восходящий цифровой поток использует более помехоустойчивые модуляции QAM-16 и/или квадратурно-фазовую модуляцию QPSK, так как, будучи размещенным в низкочастотной части спектра, сильней подвержен влиянию шума. QPSK позволяет передавать потоки полосой до 2-10 Мбит/с. Почему же восходящий поток размещается в нижней части спектра (5-45 МГц)? Прежде всего, это связанно с асимметричностью нисходящего и восходящего потоков. Для увеличения общей (суммарной в обоих направлениях) пропускной способности, меньший по величине поток следует размещать в области спектра с большей избыточностью кода.
Как следствие, размещение восходящего потока в нижней части спектра позволяет использовать в коаксиальных ветвях не только двунаправленные усилители, но и усилители с обратным каналом, которые в прямом направлении усиливают сигнал, а в обратном пропускают его без изменения. Поскольку затухание сигнала в коаксиальном кабеле значительно меньше в низкочастотной области спектра, то это позволяет сигналу от абонента дойти до приемника на ODN без промежуточного усиления при сохранении необходимой мощности на приеме.
Три типа физического уровня РНУ для нисходящих потоков А, В и С поддерживаются стандартом 802.14 (табл. 9.4). Тип С идентичен типу А за главным исключением, что тип А использует канал размером 8 МГц (PAL SECAM), а тип С — 6 МГц (NTSC). Основное отличие типов А и С от В состоит в методе кодирования.
Подводя итог вышеизложенному, сформулируем основные принципы, на которых строятся HFC сети, и тенденции их дальнейшего развития.
• Гибридная система: волоконно-оптический кабель плюс коаксиальный кабель и витая пара. Заложен постепенный переход к инфраструктуре FTTH с развитием технологической и экономической базы.
• Гибридная передача информации: аналоговая и цифровая. Допускается постепенный переход к использованию только цифровой передачи.
• Широкополосные асимметричные потоки: поток от головной станции к абоненту значительно превышает обратный. Допускается постепенная миграция к более симметричному трафику, когда возрастает объем восходящих потоков, в частности использование высокочастотной части спектра до 1 ГГц для двунаправленного сервиса.
• Распределенная архитектура сети: сетевые устройства устанавливаются на головной станции, с распределительным узлом на абонентской стороне. Возможно постепенное выравнивание интеллектуальности между элементами сети.
• Интегрированные потоки информации, охватывающие почти все ее типы: голос, видео, данные различных форматов. Стандартом IEEE 802.14 предусматривается переход к универсальному транспорту информации на основе технологии АТМ.
• Интеллектуальное централизованное управление сетью, мониторинг, тестирование, распределенный доступ к управлению. Допускается перераспределение информационных потоков с дифференциацией потоков для организации услуг и потоков управления элементами сети.
• Живучесть: "гнездовая™ структура с резервированием кабельной части сети и основного оборудования. Автоматическое переконфигурирование в случае аварии. Распределенные комплексные системы питания.
Как видно из перечисленных характеристик, сети HFC являются гибридом во всех смыслах: "оптика — медь"; "цифры — аналог™; "широкий диапазон — узкий диапазон"; "распределенность — централизация"; "универсальность данных — специальные протоколы". Таким образом, сеть HFC дает возможность постепенному переходу от традиционных абонентских сетей к более перспективным сетям, максимально используя существующую кабельную инфраструктуру и телекоммуникационное оборудование.
9.3. Платформа доступа Homeworx
Рассмотрение многих инженерных решений, технических характеристик легче проводить
на основе конкретного оборудования. Это позволяет лучше понять все достоинства и недостатки сети HFC. Далее рассмотрена платформа доступа Homeworx™ фирмы ADC Telecommunications, [4].
Предоставляемые услуги
Основные виды услуг, предоставляемые платформой Homeworx, приведены в табл. 9.5.
Основные элементы архитектуры
Элементы архитектуры Homeworx охватывают все этапы доведения информационных каналов от головной станции через оптические распределительные узлы до абонентов:
1. Оборудование головной станции и центрального узла:
Оптические передатчики, приемники и трансиверы. Комбайнеры, модуляторы, шифраторы, мультиплексоры. Головной цифровой терминал (HDT). Элементы системы контроля и управления. Системы широкополосной беспроводной связи. Устройства пассивной оптики.
2. Оптические распределительные узлы (ODN):
Оптические узлы. Системы питания, оптические усилители, шкафы для размещения оборудования.
3. Оборудование, устанавливаемое на стороне абонента и непосредственно у абонента: Устройства интегрированного сервиса для выделения цифровых каналов с преобразованием интерфейсов (ISU, модемы, мосты, маршрутизаторы, устройства преобразования форматов данных). Яе1-iоp-UAlt — для видеосервиса. Приемо-передающие устройства мобильной связи.
4. Волоконно-оптическая и коаксиальная кабельная системы:
Оптические передатчики. Устанавливаются на головной станции и преобразуют высоко- частотный электрический сигнал в оптический с аналоговой модуляцией в диапазоне 50-750 (862) МГц. Передача осуществляется на длинах волн 1,3 мкм или 1,55 мкм с мощностью выходного сигнала более 10 дБм. Намечен выпуск экономичных передатчиков, основанных на использовании мощного лазера с постоянным излучением и внешним модулятором. При использовании длины волны 1,55 мкм возможно применение оптических усилителей. Модульное устройство HWX™ (рис. 9.6 а) позволяет подключить до восьми передающих модулей. С учетом возможности пассивного разветвления оптических сигналов, число удаленных оптических распределительных узлов, подключенных к одному шасси HWX, может быть еще больше.
Оптические и темники. Устанавливаются на головной станции. Имеются приемники с шириной полосы 50-750 (862) МГц, которые используются для межстудийной передачи основной полосы и четырехканальные приемники оптического сигнала в диапазоне 5-42 МГц для приема обратных каналов.
Имеют модульную структуру и предназначены для приема- передачи в диапазонах интерактивного сервиса. Узел, обеспечивающий подключение к районной или городской АТС, а также доступ в Internet, может не совпадать с головным узлом студии кабельного телевидения. В этом случае необходимо использовать трансиверы. Трансиверы позволяют разделить оборудование для интерактивного сервиса (телефонии, приема передачи данных, интерактивного видео) и оборудование широковещательного аналогового телевизионного сервиса. "Телефонные" волокна должны проходить от центрального узла к каждому оптическому узлу. Телефонная часть сети HFC должна иметь полный горячий резерв, в то время как составляющая оборудования кабельного Т\/ предъявляет меньшие требования по надежности. Кроме того, оптический сигнал, несущий телевизионные каналы, может расщепляться пассивными оптическими разветвителями в различных местах волоконно-оптической кабельной системы для снижения стоимости этой части проекта.
Головной иифоовой терминал (HDT). Устанавливается в центральном узле и служит для сопряжения сети Homeworx с цифровым коммутатором. HDT поддерживает до 28 каналов Т1 или до 24 каналов Е1. При этом обеспечивается совместимость со стандартами сигнализации TR-008 или TR-303 (Северная Америка) или CAS или V.5 (Европа). HDT выполняет цифровые кросс-переключения полных каналов DSO (64К) при использовании безблокировочного модуля обмена тайм-слотами (Т$Т) и разграничивает локально-коммутируемые каналы от нелокально-коммутируемых или некоммутируемых. Он также может поддерживать услуги ISDN.
Оптический асп е епительный зел DN является промежуточным распределительным узлом, в котором сопрягаются один или несколько ВОК, идущие в головной офис или к другим ODN, а также коаксиальные ветви, идущие к абонентам. ODN обеспечивает доведение до абонентов телефонии, видео и/или других видов сервиса. ODN может конфигурироваться как концентратор обратных каналов, когда восходящие потоки от четырех коаксиальных cerментов будут мультиплексироваться и передаваться в
один оптический обратный сигнал. Питание узла локальное или дистанционное по коаксиальной кабельной системе. ODN выполняется в виде герметичного модуля, внутри которого сосредоточено электронное оборудование для приема/передачи сигналов, идущих по ВОК и коаксиальным кабелям (рис. 9.6 б). Отме- тим, что в случае локального источник питания, ODN сам может запитывать по коаксиальным ветвям удаленное оборудование на абонентской стороне, в частности, различные контрольные датчики, которые будут продолжать работать даже при отключении питания у абонента. Такая возможность полностью исключена в концепции FTTH.
Телевизионное абонентское устройство STU (set too unit) устанавливается у абонента и выполняет декодирование цифровых потоков видеоданных (MPEG-2/3) в реальном времени.
Устройство STU осуществляет декомпрессию в соответствии с инструкциями, содержащимися как часть цифрового потока. Кодер-модулятор может поддерживать разные скорости и типы потоков данных, как видео так и не видео. Это позволяет обеспечить не только видео- трансляции для абонента, но и передачу определенных файлов данных. Инструкции о доступе формируются в кодере и передаются на все каналы, однако только тот STU адрес, который указан в инструкции, может декодировать данные, содержащиеся в приходящих пакетах.
Необходимая битовая скорость передачи любой определенной части сжатого материала зависит от способа, которым это сжатие производилось (табл. 9.1). Стандарт компрессии MPEG-2 позволяет вести передачу со скоростью от 1,5 Мбит/с (низкий уровень компьютерного видео) до 60 Мбит/с (HDTV) при скорости не более 15 Мбит/с, приемлемой для NTSC, PAL и SECAM. Требуемая битовая скорость определятся в момент запроса абонента при вы- боре конкретного типа видео-приложения.
Устройство доступа для мобильных услуг, В зависимости от требований заказчиков и топологии сети возможен любой из ниже перечисленных вариантов использования HFC для мобильных услуг.
• Драйвер для удаленной антенны мобильной сети (RAD); подключается непосредственно к коаксиальному кабелю.
• Микросота с оптоволоконным подключением. Устанавливается рядом с оптическим узлом.
• Микробазовая станция сотовой связи. Использует каналы Е1 (Т1), предоставляемые сетью HFC.
Кабельные модемы лпя пеоеаачи ванных. Отдельные устройства или модули в ISU (см. ниже). Обеспечивая передачу данных со скоростью от 64К (RS232) до 512К (вплоть до возможности предоставления интерфейса Ethernet 10Base-T), кабельные модемы хорошо подходят для организации доступа к сети Internet.
Однопользовательское устройство интегоаиии услуг (Hoгe ISUI, Предназначено для выделения телефонных каналов, каналов данных и подключения телевизора. Устанавливается в резиденции пользователя с доступом для обслуживания и является точкой разделения пользовательской сети и сети HFC. Базовая модель обеспечивает одну или две телефонные линии с возможностью удаленного включения, выключения доступа и видеосервис. Это устройство позволяет оператору связи следить за предоставлением пользователю услуг телефонии и CATV без выезда на место (дистанционный мониторинг и управление с головного узла). Имеется дополнительный слот, в который может быть установлен или модем Ethernet, или модуль ISDN, или дополнительно до двух телефонных линий.
Многопользовательское устройство интегоаиии услуг (MISU). Используется для подключения абонентов при их высокой территориальной концентрации (в многоэтажных домах, на предприятиях и т. п.) и предоставляет через HFC следующие виды услуг: телефонию, подключение местных телефонов-автоматов, Ehernet /Internet (до 512 кбит/с), Е1 транспорт, ISDN BRI, каналы E&M, аварийную сигнализацию.
MISU имеет различные варианты исполнения от 12 до 96 телефонных линий и модульную структуру, причем все порты между HISU и различными MISU — взаимозаменяемые. MISU может устанавливаться в колодец, на подвесной кабель, в стойку, в распределительный шкаф и т. д. Питание локальное или дистанционное по коаксиальной сети.
Система контроля и управления сосредоточена в головном узле и обеспечивает полный контроль и управление всеми элементами сети Homeworx. Имеющаяся в настоящее время система управления обеспечивает интерфейс управления к одиночному элементу или ко всем компонентам уровня управления элементами сети (сервер EML). Дистанционная диагностика и контроль, предотвращение ошибок, локализация повреждений необходимы для нормального функционирования телекоммуникационной магистрали. Одним из элементов системы управления является узел сетевого мониторинга и управления (NMCS), который собирает и обрабатывает сигналы аварии и сигналы статус-индикаторов из центрального офиса, оптического распределительного узла коаксиальных усилителей и ISU. В частности, сервер EML может быть установлен отдельно для системы управления телефонией и для учета времени телефонных переговоров.
Структура потоков и транспортные характеристики Homeworx
Восходящие потоки (от абонента к центральному офису) передаются в полосе 5-42 МГц. Под нисходящие потоки (от центрального офиса к абоненту) отведена полоса частот 50-750 (862) МГц. Полоса 750-1ГГц зарезервирована под будущий двунаправленный широкополосный сервис (видеотелефония и др.).
Для передачи телефонных каналов применяется технология OFDM (orthogonal frequency
division multiplexing), позволяющая получить эффективную плотность передачи 4,2 бита символьного потока на один герц. Передача каналов осуществляется в окне 6 МГц, в котором располагается 480 поднесущих (тонов). Система коррекции сигнала обеспечивает малый коэффициент ошибок (BER= 10 9 ) при скорости передачи 2 Мбит/с. В полосе 6 МГц размещается 240 каналов DSO (64 кбит/с). Для восходящих телефонных каналов отводится поле,".а шириной 18 МГц (12-30 МГц ), поэтому максимальное число восходящих телефонных каналов в одном коаксиальном сегменте равно 720 (Зх240).
Полоса частот 5-12 МГц является служебной и предназначена для осуществления мониторинга сети, передачи информации статус-контроля и управления удаленными элементами сети.
Полоса 54-550 МГц отводится под нисходящие аналоговые телевизионные каналы. В этой полосе размещается 60 каналов системы PAL, SECAM или 110 каналов NTSC. Полоса частот 625-750 МГц отводится под нисходящие телефонные потоки, при этом канальная емкость нисходящего потока в четыре раза больше, чем восходящего (2880 каналов DSO 64 кбит/с). При доминировании видеосервиса полоса частот 550-750 МГц может использоваться для передачи 400 цифровых видеоканалов, сжатых по алгоритму MPEG-2,MPEG-З до 3 Мбит/с, с использова- нием алгоритмов модуляции VSB-16 или QAM-256.
Почему используется технология OFDM? Помехи при передаче цифровых сигналов бывают двух видов. Узкозонные помехи (как подразумевает название) проявляются в окрестностях определенной частоты, и оказывают длительное влияние. Импульсные (широкозонные) помехи, напротив, имеет широкую спектральную зону, но небольшое время действия. Основной причиной узкозонных помех служат широковещательные сигналы, например сигнал любительского радио. Такая помеха может также появляться непреднамеренно от электромагнитных излучений со стороны работающих электронных устройств. Хотя теоретически HFC и защищена от такого рода сигналов, любой полезный сигнал, распространяясь в коаксиальном кабеле, может испытывать интерференцию с этим шумовым фоном. Импульсный шум, приводящий к широкозонным помехам, может появляться от эпизодически появляющихся наводок, например, вследствие электромагнитного сигнала, возникающего в момент зажигания при запуске двигателя или при включении определенных электрических приборов.
Восходящий поток в сети HFC сильней подвержен влиянию шумов по сравнению с нисходящим. При этом главным источником шума являются узкозонные помехи.
Способность сигнала противостоять влиянию шумов во многом зависит от используемой модуляционной техники. Как отмечалось ранее, для восходящего потока обычно используется техника временного мультиплексирования TDM с модуляциями QPSK или QAM-16 высокой степени избыточности. Так, большое число сигналов емкостью DSO помещается на один радиочастотный (RF) носитель. Узкозонная помеха, появившаяся в любой части носителя, может привести к повреждению всех сигналов на носителе. Это создает серьезные проблемы при использовании мультиплексирования TDM, поскольку узкозонные помехи большой амплитуды могут создаваться довольно часто.
Один из основных способов борьбы против узкозонной помехи — смещение частоты носителя и соответственно всего RF блока сигнала в другую спектральную область, где помеха не сказывается. К сожалению, это требует резервирования в точности такой же области, как и размер RF блока. Резервирование таких больших областей может серьезно уменьшить и без того уже ограниченную полную емкость восходящего канала.
Системы частотного мультиплексирования FDM (в частности, OFDM) используют другой подход. Каждый из каналов DSO помещается на свой индивидуальный RF носитель, рис. 9.7. Индивидуальные RF несущие продолжают подвергаться влиянию узкозонных помех, но реально одна такая помеха, которая ранее блокировала десятки каналов DSO (когда был один носитель при TDM/QPSK), теперь может влиять только на один DSO канал, не затрагивая остальные каналы. Таким образом, необходимо дополнительно зарезервировать только небольшой спектральный сегмент, в который при возникновении помех будут смещаться те каналы DSO, на несущей частоте которых возникает помеха. В результате значительно увеличивается эффективность использования предоставленной полосы в восходящем потоке.
Система спектрального смещения.
Обычно в ODN осуществляется частотное мультиплексирование восходящих потоков о четырех коаксиальных ветвей и дальнейшее преобразование в выходной оптический сигнал модулируемый в области спектра 5-42 МГц. Это накладывает ограничение на предоставляе мые абонентам спектральные окна в восходящем потоке; абоненты, независимо от того, под ключены они к одной коаксиальной ветви или к разным, не могут использовать одну и ту же несущую частоту.
В силу дуплексной связи по ВОК, восходящий поток от ODN к головному цифровому терминалу может использовать ту же область спектра, что и нисходящий поток (подобное не допустимо по отношению к коаксиальному кабелю). Этот факт позволяет в четыре раза увеличить полную пропускную способность восходящего потока в расчете на один ODN посредством спектрального смещения принимаемых потоков от трех из четырех ветвей (рис. 9.8). Радиочастотные сигналы, принимаемые ODN в диапазоне от 5 до 42 МГц от ветвей 2, 3 и 4, перед частотным мультиплексированием испытывают смещение в более высокую область спектра, в результате чего происходит спектральное уплотнение в диапазоне от 5 до 200 МГц. Поскольку головной цифровой терминал рассчитан на работу с восходящими потоками от 5 до 42 МГц, выполняется обратное спектральное смещение и распараллеливание потоков в центральном офисе. Использование системы спектрального смещения позволяет предоставлять на каждую коаксиальную ветвь весь спектральный план от 5 до 42 МГц.
Cценарии развертывания платформы nomeworx
Модульная архитектура платформы дает возможность строить сети различного уровня сложности. Построение сети можно начинать с небольшого количества абонентов и использовать только один вид сервиса (например, только телевещание). Платформа позволяет плавно наращивать количество абонентов и поэтапно вводить новые виды сервиса, по мере роста числа абонентов и их потребностей.
Строительство сети, в зависимости от приоритета в развитии того или иного сервиса, может развертываться по трем основным сценариям: обеспечение видеосервиса; обеспечение телефонии; обеспечение видеосервиса и телефонии одновременно.
Только видеосервис. Установка платформы Homeworx состоит из следующих этапов:
• прокладка одномодового волоконно-оптического кабеля и строительство распределительной коаксиальной кабельной сети (можно использовать существующие коммуникации, например, распределительную коаксиальную сеть местной студии кабельного телевидения;
• установка оборудования платформы Homeworx в головном узле: головного контроллера и оптических передатчиков (один передатчик может обслуживать несколько ODN npu использовании ответвителей);
• установка оборудования на оптических распределительных узлах (оптических приемного телефонного и восходящего передающего модулей);
установка оборудования на абонентской стороне (требуется установление абонентского телевизионного устройства STU, если планируется прием платных, кодированных телевизионных каналов);
• подключение к центрам кабельного и общественного телевидения;
• ввод системы в эксплуатацию.
При монтаже волоконно-оптической линии связи необходимо принимать во внимание фактор надежности. Целесообразно прокладывать ВОК с большим числом волокон (от 16 и выше). На всех узлах предусмотрена многоуровневая система повышения надежности: это- дублирование источников питания, дублирование приемопередающего оборудования, дублирование оптических и коаксиальных линий связи, различные системы контроля функционирования оборудования с множеством температурных и других датчиков.
Допускается использование абонентами обратного восходящего канала в интерактивном режиме для уведомления операторов CATV/ о своих намерениях по просмотру передач.
Т лыс теле ония. Когда требуется в первую очередь организовать телефонную инфраструктуру района, платформа Homeworx также предоставляет гибкое и экономное решение. В этом случае требуется следующее основное оборудование. В главный офис устанавливается головной цифровой терминал HDT и оптические трансиверы, в квартиру абонента — абонентское интегральное устройство ISU, а в QDN тоже самое оборудование, что и в предыдущем случае. HDT обеспечивает подключение к городской телефонной сети, информационным сетям общего пользования (Internet).
Виаеосеовис и телеФония. Комбинированная телефонно-телевизионная платформа Homeworx может быть реализована как результат наращивания одного из двух выше обсужденных вариантов. Особенностью построения смешанной платформы является то, что объединение узкозонной телефонной и широкозонной телевизионной служб происходит безболезненно. Дистанционные системы не заменяются во время наращивания. Все это создает гибкость в конфигурировании как с технической, так и с экономической точек зрения.
Общая схема развернутой сети Homeworx показана на рис. 9.9.
9.4. Межстудийный телевизионный обмен и система DV6000
Система DV6000 производства компании ADC Telecommunications предназначена для организации передачи оцифрованных телевизионных каналов между телестудиями, а также операторами кабельного телевидения в процессе распределения видеосигналов высокого качества по головным станциям. Сети на основе DV6000 могут охватывать сотни километров с возможностью выделения, добавления и пропускания каналов (функция DAP, drop/add/pass) на промежуточных узлах. Максимальное расстояние безретрансляционного участка составляет 120 км. Кроме композитных видеосигналов, система позволяет передавать цифровые видеоканалы (стандарт D1, 270 Мбит/с), MPEG, цифровые потоки телефонии (Е1, E3), а также данных (удаленный мост Ethernet). Внешний вид шасси показан на рис. 9.10. Основные технические характеристики системы DV6000 приведены в табл. 9.6.
Система DV6000 точно оцифровывает каждый сигнал, используя несжатый формат. Разрешающая способность кодирования (10 или 8 бит) по каждому видеоканалу может выбираться независимо. DV6000 полностью модульная система, поддерживающая разнообразные сетевые конфигурации и различные видеоформаты.
Источник питания, оптический передатчик, оптический приемник могут быть продублированы для обеспечения резервирования, гарантирующего непрерывность передачи при отказе модуля или повреждении линии. Предусмотрен дистанционный контроль состояния системы. Система DV6000 входит в семейство продуктов DV. В это семейство также входят еще две системы: двунаправленная система DV6010 и одноканальная система DV6300. При передаче используется техника временного мультиплексирования TDM, причем до 16 телевизионных каналов может одновременно передаваться по одному волокну на одной длине волны с суммарной скоростью передачи около 2,4 Гбит/с. Оборудование позволяет осуществить дополнительно волновое мультиплексирование WDM, в результате которого по одному волокну передаются сразу четыре длины волны в окне 1550 нм, т.е. достигается пропускная способность до 64 телевизионных каналов.
Система DV6000 получила широкое распространение в США, Германии, Англии. В России ее используют Российское телевидение, ТСН, Метроком, Комкор, Лукойл.
Схема простейшего подключения системы DV6000 показана на
рис. 9.11 а. Передающее устройство (MUX) генерирует сигнал clock, по которому
синхронизируется приемное устройство (DEMUX), так что прием осуществляется в
синхронном режиме. Допускается подключение нескольких последовательных
устройств (рис. 9.11 б). При этом все промежуточные устройства (DAP) могут
выполнять функцию ввода/вывода каналов. На рис. 9.11 в) показана схема
подключения четырех устройств (одного MUX и трех DAP), при которой создается
резервирование на случай повреждения одного из участков сети. В этой схеме
дополнительно ис- пользуются три оптических переключателя типа 2х1, работающих
согласованно с устройствами DAP, и два пассивных оптических разветвителя. В
нормальном режиме работы все переключатели установлены в нижнее состояние, в
соответствии с рис. 9.11. в). Если DAP не получает сигнал нужного качества, он
устанавливает прикрепленный переключатель в альтернативное состояние. 
