Inter-M Системы профессионального звука Системы оповещения и трансляции
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ > ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ПРИЕМ > ТЕМАТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ

Гибридные оптико-коаксиальные сети (HFC)

Аббревиатура HFC расшифровывается как Hybrid Fiber Coaxial — гибридная сеть, состоящая из коаксиальных и оптоволоконных магистральных кабелей. Сегодня это самая распространённая кабельная сеть, применяющаяся для передачи и распределения телевизионных сигналов от приёмного узла до абонентов, включая одиночных потребителей и группы различного масштаба. Сеть HFC широко распространена не только в России, но и во всём мире. В Европе, США и других развитых странах гибридные сети с применением оптоволоконных и коаксиальных кабелей стали внедряться в 90-е годы прошлого столетия.

Рис. Гибридные оптико-коаксиальные сети (HFC)

На рисунке показана структура современной гибридной сети HFC. Одна центральная головная станция соединяется волоконно-оптическими линиями связи с несколькими местными головными станциями, которые через собственные оптические узлы обслуживают локальные оптико-коаксиальные сети, охватывающие от десятков до нескольких тысяч абонентов каждая. Принцип построения подобных магистралей основывается на том, что самые широкополосные и протяжённые магистрали строятся на волоконно-оптических кабелях, а сети, приближенные к домам, как и в самих домах — на коаксиальных. Гибридные оптико-коаксиальные сети позволяют довести до абонентов телевизионные программы метровых (МВ) и дециметровых (ДМВ) диапазонов (в полосе 47...862 МГц), радиовещательные программы (в полосе 76...108 МГц), а при необходимости предоставят расширенный сервис — платное аналоговое и цифровое телевидение. Сеть может быть уплотнена сигналами передачи данных высокоскоростного интернета и телефонией. Суммарные цифровые потоки могут достигать скоростей 2,5...10 Гбит/с, что гарантирует передачу сотен цифровых телевизионных и радиовещательных программ. Важной особенностью гибридных сетей является возможность их превращения в интерактивные гибридные сети, позволяющие реализовывать комплекс интерактивных услуг. Такая трансформация возможна благодаря организации обратных каналов, для которых, согласно ГОСТ Р 52023-2003, должна отводиться полоса 5...30 МГц.

На рисунке можно увидеть, что самая широкополосная транспортная магистраль сети HFC соединяет местные головные станции с центральной головной станцией по кольцу, построенному на волоконно-оптических кабелях. Центральная головная станция обычно включает в свой состав пост из приёмных эфирных антенн и пост антенн спутникового приёма, сигналы которых вводятся с помощью головной станции в общую магистраль. Здесь же может располагаться оборудование операторов, предоставляющих различные платные услуги. Центральная головная станция может иметь транспортное оптоволоконное кольцо более высокого уровня, соединяющее головные станции подобного ранга.

Местные головные станции распределяют информационные потоки транспортной магистрали среди групп абонентов, объединённых в различные древовидные структуры. В подобных структурах применяется встречная передача независимых сигналов по одному оптическому кабелю — с помощью оптических делителей и ответвителей из общего потока выводится часть мощности и/или вводится другой оптический сигнал.

Рисунок раскрывает три основные технологии, по которым строится сеть HFC:

  • FTTC (Fiber To Carb) — оптика до группы домов;
  • FTTB (Fiber To Building) — оптика до здания (строения);
  • FTTH (Fiber To Home) — оптика до дома.

Все три технологии наглядно отражают баланс между оптической и коаксиальной составляющими гибридной сети. В некоторых случаях коаксиальный кабель может быть дополнен или заменён витой парой. В сетях FTTC коаксиальные кабельные технологии составляют наибольшую часть, а оптические — наименьшую. Сети FTTH, наоборот, содержат в своей структуре минимум коаксиальных технологий или не содержат их совсем. Именно такая технология наиболее полно соответствует современным требованиям, позволяя доставлять потоки информации к абоненту через физическую среду, обеспечивающую максимально высокую скорость передачи.

Сегодня гибридные кабельные сети строятся на основе трёх типов кабеля, представляющих разные среды для передачи сигнала, где каждый тип имеет свои преимущества и недостатки:

  • волоконно-оптический;
  • коаксиальный;
  • витая пара.

Волоконно-оптический кабель

Представляет собой гибкую, прозрачную среду, позволяющую передавать информацию в виде световых волн. Каждое оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. Световые волны распространяются по сердцевине, которая изготавливается из более плотного материала. При обозначении марки волокна через косую черту указывают цифры диаметров сердцевины и оболочки. Существует две разновидности кабеля: одномодовый и многомодовый.

Для многомодового волокна используют сердцевину диаметром 50 и 62,5 мкм, что на порядок выше длины передающей волны. Благодаря этому по сердцевине оптического волокна распространяется множество электромагнитных волн различной модификации, которые называются модами. Моды входят в оптическое волокно под разными углами и, многократно отражаясь от внутренней поверхности оболочки, проходят разный путь до конца волокна, затрачивая на это разное время. Полученное рассеяние мод во времени называется дисперсией, из-за которой искажается первоначальная длина импульсов.

В одномодовом волокне (SF) диаметр сердцевины составляет 8...10 мкм, что сравнимо с длиной передающей световой волны. В диапазонах длин волн 1310 нм и 1550 нм в данном волокне распространяется только одна мода, что обеспечивает наивысшую пропускную способность оптоволокна для данных длин волн. Потери в оптическом кабеле для волны 1310 нм составляют 0,3...0,4 дБ/км, для волны 1550 нм — 0,2...0,25 дБ/км. Для передачи мультиплексного волнового сигнала, состоящего из нескольких длин волн, применяется одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF). Источником света для передачи информации по оптическому волокну служит светоизлучающий диод (light emitting diode — LED) или лазер (injection laser diode — ILD).

Основные преимущества волоконно-оптических линий связи (ВОЛС):

  • высокая помехозащищённость, абсолютная устойчивость к электромагнитным излучениям;
  • высокая защита от несанкционированного подключения;
  • гальваническая развязка элементов сети;
  • возможность передавать цифровые потоки со скоростью до 10 Гбит/с;
  • возможность вводить в оптическое волокно независимые сигналы навстречу друг другу одной длины волны и несколько цифровых потоков в одном направлении на волнах разной длины;
  • большая дальность передачи, передача сигнала на расстояние до 100 км без ретрансляции;
  • меньший вес и объём оптоволокна по сравнению с медным кабелем из расчёта одинаковой пропускной способности.

Недостатки ВОЛС:

  • высокая стоимость интерфейсного оборудования;
  • наличие высококвалифицированного персонала для монтажа и обслуживания оптоволоконных линий;
  • требуется дополнительная защита для повышения прочности оптоволокна.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель является широко распространенной средой передачи данных. В коаксиальном кабеле центральный проводник (однопроволочный или многопроволочный) экранируется вторым проводником, который может быть сплошным, плетёным или состоять из нескольких слоёв. Многослойный экран обеспечивает максимальную электромагнитную защиту для передаваемого сигнала, которая может достигать 110...120 дБ. Снаружи кабель покрыт пластиковой оболочкой. Структура кабеля образует согласованную среду, предназначенную для распространения электромагнитных волн в диапазоне 5...862 МГц для сетей кабельного телевидения. Диапазон частот может быть расширен до 2150 МГц при передаче сигналов от спутникового конвертера.

Волновое сопротивление кабеля составляет обычно 75 или 50 Ом. Кабели с сопротивлением 50 Ом применяются для построения магистральных сетей, где требуется обеспечить минимальные потери в кабеле. Наименьшие потери обеспечиваются применением медного проводника. Наиболее распространён телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом: RG-59, RG-6 и магистральный кабель RG-11. На максимальное ограничение по дальности передачи телевизионных сигналов влияет величина потерь в коаксиальном кабеле, которая зависит от частоты передаваемого сигнала и от диаметра центрального проводника, влияющего на массу и габариты всего кабеля. Для сравнения можно оценить величину затухания кабелей RG-59 и RG-11. Для частоты 50 МГц затухание на 100 метрах кабеля RG-59 составляет 6,7 дБ, RG-11 — 3 дБ. Для частоты 860 МГц затухание в кабеле разных марок составляет 24 дБ и 13 дБ соответственно. Данные цифры показывают, что для увеличения дальности передачи необходимо применять более дорогой кабель с периодичным добавлением магистральных усилителей со встроенными эквалайзерами для компенсации потерь и возникающего частотного перекоса.

При построении сетей передачи данных также может использоваться коаксиальный кабель. Для стандартов 10BASE-5 и 10BASE-2 кабель обеспечивает пропускную способность 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента для сетей стандарта 10BASE-5 составляет приблизительно 500 метров, а для сетей стандарта 10BASE-2 — приблизительно 180 метров.

Преимущества коаксиальных линий:

  • простота и доступность монтажа и обслуживания кабельных линий;
  • доступность интерфейсного оборудования, невысокая цена;
  • возможность передачи по кабелю значительной питающей мощности одновременно с сигналом;
  • сочетание согласованной среды и экранирования одновременно.

Недостатки:

  • значительное затухание сигнала, зависимое от длины кабеля и частоты сигнала.

Витая пара

Витая пара (twisted pair) в настоящее время является самой распространённой средой передачи и представляет собой пару проводов свитых с определённым шагом. Кабель может состоять из нескольких витых пар, которые помещены в жесткую пластиковую оболочку, предохраняющую его от воздействия внешней среды и механических повреждений. Каждая витая пара, входящая в состав кабеля, представляет согласованную среду, имеющую волновое сопротивление (100 ± 25) Ом. Витая пара может поддерживать скорость передачи данных от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование — кабель из витых пар покрывается фольгой или оплеткой. Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание сигнала по причине изменения волнового сопротивления. Для гарантированного обеспечения заявленных характеристик витой пары любой категории декларируется максимальная дальность передачи до 100 метров. Ниже приведены стандартизованные категории витой пары, применяемой для передачи данных.

CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T. Скорость передачи данных до 10 или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4.

CAT5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении локальных сетей 100BASE-TX и телефонных линий. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар.

CAT5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель. Представляет собой усовершенствованную 5-ю категорию. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар. Сегодня является наиболее распространённым и доступным по цене. Применяется для построения компьютерных сетей.

CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х пар проводников. Скорость передач данных до 1000 Мбит/с.

CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4-х пар проводников. Скорость передач данных до 10 Гбит/с.

CAT7 (полоса частот до 700 МГц) — определяется стандартом ISO 11801. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель имеет общий экран и индивидуальные экраны вокруг каждой пары. Витую пару 7-й категории часто обозначают S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

Для маркировки диаметра проводников витой пары используется американская система обозначения калибра проводников — AWG (American Wire Gauge).

Калибр проводника, AWG Диаметр проводника, мм Сечение проводника, мм2
20 0,813 0,518
22 0,643 0,411
23 0,574 0,326
24 0,511 0,258
25 0,455 0,205
26 0,404 0,163

Преимущества витой пары:

  • простота и доступность монтажа и обслуживания кабельных линий;
  • доступность интерфейсного оборудования, невысокая цена;
  • высокая скорость передачи данных.

Недостатки:

  • длина линий связи не превышает 100 метров;
  • витая пара менее защищена от влияния электромагнитных помех.

Выбор технологии сети HFC

Преимущества и недостатки оптоволоконных линий связи и оптических технологий заставляют более тщательно рассматривать, продумывать и просчитывать долю оптической составляющей в структуре проектируемой или модернизируемой гибридной сети HFC. Запланированный набор услуг, уровень сервиса и необходимая полоса пропускания оказывают самое непосредственное влияние на выбор технологии гибридной сети HFC.

Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к абонентскому терминалу должна подходить оптика. В подобных случаях следует отдавать предпочтение технологии FTTH. Если же приоритетом является сохранение имеющейся инфраструктуры и оборудования, наилучшим выбором будет технология FTTB. Различие между вариантами FTTC и FTTB относительно небольшое, но при этом эксплуатационные расходы сети FTTB ниже, а пропускная способность выше.

Архитектура FTTB будет доминировать во вновь возводимых домах и у крупных операторов связи, а технология FTTH более всего будет востребована в новом малоэтажном строительстве. В первую очередь это связано с существенно более высокой стоимостью её реализации по сравнению со стоимостью сети FTTC/FTTB. Для технологии FTTH дополнительно следует учитывать наличие большего запаса по полосе пропускания как в прямом, так и в обратном канале из-за максимального приближения оптического волокна к абонентскому терминалу.

ВНИМАНИЕ! Данная статья подготовлена специалистами компании «АРСТЕЛ» и является интеллектуальной собственностью «АРСТЕЛ». Любые публикации данной статьи, а равно ссылки на нее возможны только с разрешения правообладателя.

Заметили ошибку? Сообщите нам