Гібридні оптико-коаксіальні мережі (hfc)

Абревіатура HFC розшифровується як Hybrid Fiber Coaxial - гібридна мережа, що складається з коаксіальних і оптоволоконних магістральних кабелів. Сьогодні це найпоширеніша кабельна мережа, що застосовується для передачі і розподілу телевізійних сигналів від приймального вузла до абонентів, включаючи одиночних споживачів і групи різного масштабу. Мережа HFC широко поширена не тільки вУкаіни, а й в усьому світі. В Європі, США та інших розвинених країнах гібридні мережі із застосуванням оптоволоконних і коаксіальних кабелів стали впроваджуватися в 90-і роки минулого століття.

Мал. Гібридні оптико-коаксіальні мережі (HFC)

На малюнку можна побачити, що сама широкосмугова транспортна магістраль мережі HFC з'єднує місцеві головні станції з центральною головною станцією по кільцю, побудованому на волоконно-оптичних кабелях. Центральна головна станція зазвичай включає до свого складу пост з прийомних ефірних антен і пост антен супутникового прийому, сигнали яких вводяться за допомогою головної станції в загальну магістраль. Тут же може розташовуватися обладнання операторів, що надають різні платні послуги. Центральна головна станція може мати транспортний оптоволоконное кільце вищого рівня, що з'єднує головні станції подібного рангу.

Місцеві головні станції розподіляють інформаційні потоки транспортної магістралі серед груп абонентів, об'єднаних в різні деревовидні структури. У подібних структурах застосовується зустрічна передача незалежних сигналів по одному оптичному кабелю - за допомогою оптичних подільників і ответвителей із загального потоку виводиться частина потужності і / або вводиться інший оптичний сигнал.

Малюнок розкриває три основні технології, за якими будується мережу HFC:

FTTC (Fiber To Carb) - оптика до групи будинків;
FTTB (Fiber To Building) - оптика до будинку (будівлі);
FTTH (Fiber To Home) - оптика до будинку.

Всі три технології наочно відображають баланс між оптичною і коаксіальної складовими гібридної мережі. У деяких випадках коаксіальний кабель може бути доповнений або замінений кручений парою. У мережах FTTC коаксіальні кабельні технології складають найбільшу частину, а оптичні - найменшу. Мережі FTTH, навпаки, містять у своїй структурі мінімум коаксіальних технологій або не містять їх зовсім. Саме така технологія найбільш повно відповідає сучасним вимогам, дозволяючи доставляти потоки інформації до абонента через фізичне середовище, що забезпечує максимально високу швидкість передачі.

Сьогодні гібридні кабельні мережі будуються на основі трьох типів кабелю, що представляють різні середовища для передачі сигналу, де кожен тип має свої переваги і недоліки:

волоконно-оптичний;
коаксіальний;
кручена пара.

Волоконно-оптичний кабель

Являє собою гнучку, прозоре середовище, що дозволяє передавати інформацію у вигляді світлових хвиль. Кожне оптичне волокно складається з серцевини і оболонки з різними показниками заломлення. Світлові хвилі поширюються по серцевині, яка виготовляється з більш щільного матеріалу. При позначенні марки волокна через косу риску вказують цифри діаметрів серцевини і оболонки. Існує два різновиди кабелю: одномодовий і багатомодовий.

Для багатомодового волокна використовують серцевину діаметром 50 і 62,5 мкм, що на порядок вище довжини передавальної хвилі. Завдяки цьому по серцевині оптичного волокна поширюється безліч електромагнітних хвиль різної модифікації, які називаються модами. Моди входять в оптичне волокно під різними кутами і, багаторазово відбиваючись від внутрішньої поверхні оболонки, проходять різний шлях до кінця волокна, витрачаючи на це різний час. Отримане розсіювання мод в часі називається дисперсією, через яку спотворюється первісна довжина імпульсів.

У одномодовом волокні (SF) діаметр серцевини складає 8. 10 мкм, що можна порівняти з довжиною передавальної світлової хвилі. У діапазонах довжин хвиль 1310 нм і 1550 нм в даному волокні поширюється тільки одна мода, що забезпечує найвищу пропускну здатність оптоволокна для даних довжин хвиль. Втрати в оптичному кабелі для хвилі 1310 нм складають 0,3. 0,4 дБ / км, для хвилі 1550 нм - 0,2. 0,25 дБ / км. Для передачі мультиплексного хвильового сигналу, що складається з декількох довжин хвиль, застосовується одномодове волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (NZDSF). Джерелом світла для передачі інформації через оптичне волокно служить світловипромінювальних діод (light emitting diode - LED) або лазер (injection laser diode - ILD).

Основні переваги волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ):

висока перешкодозахищеність, абсолютна стійкість до електромагнітних випромінювань;
високий захист від несанкціонованого підключення;
гальванічна розв'язка елементів мережі;
можливість передавати цифрові потоки зі швидкістю до 10 Гбіт / с;
можливість вводити в оптичне волокно незалежні сигнали назустріч один одному однієї довжини хвилі і кілька цифрових потоків в одному напрямку на хвилях різної довжини;
велика дальність передачі, передача сигналу на відстань до 100 км без ретрансляції;
меншу вагу і об'єм оптоволокна в порівнянні з мідним кабелем з розрахунку однаковою пропускної здатності.

висока вартість інтерфейсного обладнання;
наявність висококваліфікованого персоналу для монтажу та обслуговування оптоволоконних ліній;
потрібно додатковий захист для підвищення міцності оптоволокна.

Коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель є широко поширеною середовищем передачі даних. У коаксіальному кабелі центральний провідник (однодротяний або багатодротяний) екранується другим провідником, який може бути суцільним, плетеним або складатися з декількох шарів. Багатошаровий екран забезпечує максимальну електромагнітний захист для сигналу, що передається, яка може досягати 110. 120 дБ. Зовні кабель покритий пластиковою оболонкою. Структура кабелю утворює узгоджену середу, призначену для поширення електромагнітних хвиль в діапазоні 5. 862 МГц для мереж кабельного телебачення. Діапазон частот може бути розширений до 2150 МГц при передачі сигналів від супутникового конвертера.

Хвильовий опір кабелю становить зазвичай 75 або 50 Ом. Кабелі з опором 50 Ом застосовуються для побудови магістральних мереж, де потрібно забезпечити мінімальні втрати в кабелі. Найменші втрати забезпечуються застосуванням мідного провідника. Найбільш поширений телевізійний кабель з хвильовим опором 75 Ом: RG-59, RG-6 і магістральний кабель RG-11. На максимальне обмеження по дальності передачі телевізійних сигналів впливає величина втрат в коаксіальному кабелі, яка залежить від частоти сигналу, що передається і від діаметра центрального провідника, що впливає на масу і габарити всього кабелю. Для порівняння можна оцінити величину загасання кабелів RG-59 і RG-11. Для частоти 50 МГц загасання на 100 метрах кабелю RG-59 становить 6,7 дБ, RG-11 - 3 дБ. Для частоти 860 МГц загасання в кабелі різних марок становить 24 дБ і 13 дБ відповідно. Дані цифри показують, що для збільшення дальності передачі необхідно застосовувати більш дорогий кабель з періодичним додаванням магістральних підсилювачів з вбудованими еквалайзерами для компенсації втрат і виникає частотного перекосу.

При побудові мереж передачі даних також може використовуватися коаксіальний кабель. Для стандартів 10BASE-5 і 10BASE-2 кабель забезпечує пропускну здатність 10 Мбіт / с. Максимальна довжина сегмента для мереж стандарту 10BASE-5 становить приблизно 500 метрів, а для мереж стандарту 10BASE-2 - приблизно 180 метрів.

Переваги коаксіальних ліній:

простота і доступність монтажу та обслуговування кабельних ліній;
доступність інтерфейсного обладнання, невисока ціна;
можливість передачі по кабелю значною живильної потужності одночасно з сигналом;
поєднання узгодженої середовища та екранування одночасно.

значне загасання сигналу, залежне від довжини кабелю і частоти сигналу.

Кручена пара

CAT6 (смуга частот 250 МГц) - застосовується в мережах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet, складається з 4-х пар провідників. Швидкість передач даних до 1000 Мбіт / с.

CAT6a (смуга частот 500 МГц) - застосовується в мережах Ethernet, складається з 4-х пар провідників. Швидкість передач даних до 10 Гбіт / с.

Для маркування діаметра провідників кручений пари використовується американська система позначення калібру провідників - AWG (American Wire Gauge).

Калібр провідника, AWG

Діаметр провідника, мм

Переваги кручений пари:

простота і доступність монтажу та обслуговування кабельних ліній;
доступність інтерфейсного обладнання, невисока ціна;
висока швидкість передачі даних.

довжина ліній зв'язку не перевищує 100 метрів;
кручена пара менш захищена від впливу електромагнітних завад.

Вибір технології мережі HFC

Переваги та недоліки оптоволоконних ліній зв'язку та оптичних технологій змушують більш ретельно розглядати, продумувати і прораховувати частку оптичної складової в структурі проектованої або модернізується гібридної мережі HFC. Запланований набір послуг, рівень сервісу і необхідна смуга пропускання надають найбезпосередніший вплив на вибір технології гібридної мережі HFC.

Чим вище швидкість доступу і чим більше набір послуг, тим ближче до абонентського терміналу повинна підходити оптика. У подібних випадках слід віддавати перевагу технології FTTH. Якщо ж пріоритетом є збереження наявної інфраструктури і устаткування, найкращим вибором буде технологія FTTB. Різниця між варіантами FTTC і FTTB відносно невелика, але при цьому експлуатаційні витрати мережі FTTB нижче, а пропускна здатність вище.

Архітектура FTTB буде домінувати у новозведених будинках і у великих операторів зв'язку, а технологія FTTH найбільше буде затребувана в новому малоповерховому будівництві. В першу чергу це пов'язано з істотно більш високою вартістю її реалізації в порівнянні з вартістю мережі FTTC / FTTB. Для технології FTTH додатково слід враховувати наявність більшого запасу по смузі пропускання як в прямому, так і в зворотному каналі через максимального наближення оптичного волокна до абонентського терміналу.