Kuinka HFC-lähetyslaitteiden komponentit toimivat yhdessä kaapeliverkossa?

Mikä on HFC-verkko ja miksi siirtolaitteilla on merkitystä?

Hybrid Fiber-Coaxial (HFC) on verkkoarkkitehtuuri, johon kaapelioperaattorit maailmanlaajuisesti luottavat tarjotakseen laajakaistainternet-, kaapelitelevisio- ja puhepalveluita koteihin ja yrityksille. Arkkitehtuuria kutsutaan "hybridiksi", koska se yhdistää kaksi erillistä kaapelityyppiä: optisen kuidun pääkeskuksesta lähijakelupisteisiin, joita kutsutaan solmuiksi, ja koaksiaalikaapelin viimeiselle segmentille, joka yhdistää nämä solmut tilaajien tiloihin. Tämän suunnittelun avulla operaattorit voivat hyödyntää kuitujen valtavaa kaistanleveyskapasiteettia säilyttäen samalla nykyisen koaksiaalisen infrastruktuurin, joka tavoittaa lähes kaikki palvelut palvelualueilla.

HFC-verkon siirtolaitteisto tekee paljon muutakin kuin vain kuljettaa signaaleja pisteestä A pisteeseen B. Se vahvistaa, jakaa, tasoittaa ja ehdollistaa sekä alavirran (pääasemasta tilaajalle) että vastavirtaan (tilaajasta headend) signaaleja, samalla kun se hallitsee kohinan kertymistä, signaalin vääristymistä ja taajuusvastetta useiden kilometrien yli. Tämän laitteen valinta ja oikea konfigurointi erottaa luotettavan, suuren kapasiteetin verkon verkosta, jota vaivaavat palveluvalitukset ja kalliit kuorma-autojen rullat.

Headend: Mistä HFC-signaalin synty alkaa

Headend on kaiken alavirran sisällön aloituspiste ja kaiken ylävirran datan päätepiste. Perinteisessä HFC-arkkitehtuurissa headend sisältää laitteet, jotka moduloivat videokanavat RF-kantoaaltoille, yhdistävät laajakaistaisen IP-liikenteen CMTS-laitteiston (Cable Modem Termination System) kautta ja muuntaa nämä yhdistetyt RF-signaalit optisiksi signaaleiksi lähetettäväksi kuitujen kautta. Fyysinen headend-rakennus sisältää myös optisia lähettimiä, reuna-QAM-modulaattoreita, verkonhallintapalvelimia ja yhteyden ylävirran Internet-siirtopalvelujen tarjoajiin.

Nykyaikaisemmissa Distributed Access Architecture (DAA) -asennuksissa – kuten Remote PHY tai Remote MACPHY – osa keskuskaistan prosessoinnista, joka aiemmin esiintyi pääpäässä, työnnetään itse solmulle. Tämä vähentää dramaattisesti analogisen kuidun jänneväliä, parantaa ylävirran kohinatehoa ja helpottaa palveluryhmien jakamista pienempiin kokoihin. Sen ymmärtäminen, toimiiko verkkosi perinteisellä HFC:llä vai DAA-muunnelmalla, vaikuttaa suoraan siihen, mikä alavirran siirtolaitteisto on sopiva.

Optiset lähettimet ja vastaanottimet: kuiturunko

HFC-verkon kuitusegmentti perustuu analogisiin tai digitaalisiin optisiin lähetyslaitteisiin RF-moduloitujen signaalien kuljettamiseksi keskuspään ja optisen solmun välillä. Analogiset optiset lähettimet käyttävät suoraan moduloituja tai ulkoisesti moduloituja laserdiodeja – jotka toimivat tyypillisesti 1310 nm:n tai 1550 nm:n aallonpituuksilla – komposiittisen RF-signaalin muuntamiseen moduloiduksi valosignaaliksi. Valikolla 1310 ja 1550 nm:n välillä on käytännön seurauksia: 1550 nm:n lähettimet voivat hyödyntää erbium-seostettuja kuituvahvistimia (EDFA:ita) pidemmän ulottuvuuden sovelluksissa, kun taas 1310 nm on parempi lyhyemmille, pienemmän häviön etäisyyksille, joissa EDFA:n vahvistusta ei tarvita.

Optisen lähettimen tärkeimmät tekniset tiedot

• Optinen lähtöteho: Tyypillisesti 6-17 dBm analogisille lähettimille; suurempi lähtö tukee enemmän optisia jakoja ennen kuin signaali saavuttaa solmun.
• Leikkeen vääristymä (CTB/CSO): Composite Triple Beat ja Composite Second Order -säröjen on oltava selvästi järjestelmän raja-arvojen alapuolella – yleensä parempia kuin –65 dBc – RF-kanavien häiriöiden välttämiseksi.
• Suhteellinen voimakkuuskohina (RIN): Laser RIN rajoittaa suoraan kantoaalto-kohinasuhdetta optisessa linkissä; etsi RIN-arvot -165 dB/Hz tai alhaisempia laadukkaissa lähettimissä.
• Moduloinnin kaistanleveys: On tuettava koko käytössä olevaa alavirran taajuutta – nykyiset DOCSIS 3.1 -verkot voivat kattaa 54 MHz - 1218 MHz, mikä vaatii lähettimiä, jotka on mitoitettu koko spektrin tai laajennetun spektrin toimintaan.

Solmussa optiset vastaanottimet (joskus integroituina itse solmuun) muuntaa optisen signaalin takaisin RF-signaaliksi jaettavaksi koaksiaalikaapelin kautta. Vastaanottimen herkkyys ja dynaaminen alue määräävät, kuinka paljon optista häviötä linkki sietää, mikä puolestaan ​​​​saa kuinka monta kuitujakoa on mahdollista lähettimen ja solmun välillä.

Kuitusolmut: HFC-verkon jakelukeskus

Optinen solmu on HFC-verkon kuidun ja koaksiaaliosan välinen liitos. Siinä on optinen vastaanotin (ja ylävirran optinen lähetin), RF-vahvistusasteet ja passiivinen jakamis- ja yhdistämispiiri, joka reitittää signaalit useille koaksiaalisille haaroille, jotka palvelevat eri maantieteellisiä alueita. Solmun "palveluryhmä" on sen koaksiaalilähtöjen kautta kulkevien kotien lukumäärä – perinteiset solmut voivat palvella 500:aa tai useampaa kotia, kun taas nykyaikaiset solmujen jakamisstrategiat vähentävät tämän 125:een tai jopa harvempaan kotiin palveluryhmää kohden parantaakseen tilaajakohtaisen kaistanleveyden saatavuutta.

Monet nykyaikaiset solmut on suunniteltu "solmu 0" -konfiguraatioiksi, mikä tarkoittaa, että solmun lähdön ja tilaajan kodin välillä ei tarvita RF-vahvistimia. Tämä on saavutettavissa sijoittamalla solmut syvemmälle lähiöihin lyhyemmillä koaksiaalisilla ajoilla, mikä eliminoi vahvistinketjuihin kertyvät kohina- ja särösarjat. Node 0 -arkkitehtuurit ovat edellytys joillekin DOCSIS 3.1 full-duplex (FDX) -kokoonpanoille ja usean gigabitin symmetristen nopeuksien saavuttamiselle DOCSIS 4.0 -spesifikaatioiden mukaisesti.

RF-vahvistimet: Koaksiaalisen ulottuvuuden laajentaminen

Jos koaksiaalikaapelin jännevälit sitä vaativat, RF-jakeluvahvistimet ja linjanjatkajat lisäävät signaalitasoa kompensoidakseen kaapelin vaimennusta ja passiivisten laitteiden häviöitä. Nämä vahvistimet ovat perinteisten HFC-verkkojen ulkopuolisen laitoksen työhevosia, ja ne ovat kriittisiä riittävän signaalitason ylläpitämisessä tilaajien katkeamispisteissä.

Jakeluvahvistimet

Jakovahvistimet (kutsutaan myös runkovahvistimiksi vanhemmissa arkkitehtuureissa) asennetaan väliajoin pitkin pääkoaksiaalisyöttökaapeleita. Nykyaikaiset jakeluvahvistimet toimivat koko spektrillä 5 MHz:stä 1 GHz:iin tai korkeammalla, ja ne tukevat samanaikaisesti sekä alavirran että ylävirran signaalipolkuja. Ne sisältävät tyypillisesti automaattisen vahvistuksen säädön (AGC) ja automaattisen kaltevuuden säätöpiirin (ASC), jotka säätävät vahvistusta ja taajuusvastetta kompensoimaan lämpötilaan liittyviä kaapelin vaimennusmuutoksia pitkin päivää ja eri vuodenaikoina.

Linjanpidennykset ja napautusvahvistimet

Linjajatkeet ovat pienemmän tehon vahvistimia, joita käytetään signaalin työntämiseen syvemmälle naapurustossa ja jotka palvelevat lyhyempiä haarakaapeleita, jotka syöttävät tilaajien väliottoja. Kosketusvahvistimet ovat vielä pienempiä, usein integroituja moniporttisiin kosketuslaitteisiin tai asennettu niiden lähelle, jotka yhdistävät kodit syöttökaapeliin. Oikea kaskadisuunnittelu – sarjassa olevien vahvistimien määrän rajoittaminen solmun ja tilaajan välillä – on olennaista kohinan kertymisen hallinnassa, koska jokainen kaskadin vahvistin lisää lämpökohinaa, joka yhdistetään ketjun läpi.

Passiiviset komponentit: halkaisijat, hanat ja liittimet

Passiiviset komponentit eivät vaadi tehoa, mutta niillä on yhtä tärkeä rooli signaalin jakelussa. Jokainen signaalin jakaminen aiheuttaa lisäyshäviön – kaksisuuntainen jakaja lisää noin 3,5 dB häviötä, nelisuuntainen jakaja noin 7 dB – mikä on kompensoitava vahvistimen vahvistuksella muualla verkossa. Huolellinen passiivinen komponenttien valinta ja sijoittelu vaikuttaa suoraan siihen, kuinka monta vahvistinta tarvitaan ja mihin ne on sijoitettava.

Diplex-suodattimet ansaitsevat erityistä huomiota, koska verkot päivitetään Extended Spectrum DOCSIS- tai DOCSIS 4.0 -käyttöjärjestelmään. Perinteiset dipleksisuodattimet jakavat taajuudella 42 MHz tai 65 MHz erottaen ylä- ja alavirran kaistat. Nykyaikaiset verkot vaativat keskijakoisia (85/204 MHz raja) tai korkeajakoisia (204/258 MHz) diplex-suodattimia, jotta ne voivat vastata laajempaan ylävirran spektriin, jota tarvitaan usean gigabitin ylävirran kapasiteettiin. Koko laitoksen ulkopuolisen vahvistinverkon dipleksisuodattimien päivittäminen on yksi HFC-verkon kehityksen työvoimavaltaisimmista – mutta vaikuttavimmista – vaiheista.

CMTS ja PHY-etälaitteet: Tietokerroksen hallinta

Cable Modem Termination System (CMTS) on laite, joka katkaisee DOCSIS-protokollayhteydet tilaajakaapelimodeemeista. Perinteisessä HFC-arkkitehtuurissa CMTS sijaitsee headendissä ja käsittelee sekä MAC-kerroksen (tilaajayhteyksien hallinta, QoS-käytännöt ja kaistanleveyden allokointi) että PHY-kerroksen (moduloi ja demoduloi DOCSIS-signaaleja). Ciscon, Casa Systemsin ja CommScopen kaltaisten toimittajien suuritiheyksiset CMTS-rungot voivat päätellä kymmeniä tuhansia kaapelimodeemeja koteloa kohden redundantteilla komponenteilla ja hot-swap-linjakorteilla operaattoritason saatavuutta varten.

Remote PHY Devices (RPD:t) edustaa CMTS:n kehitystä DAA-arkkitehtuureissa. PHY-etäkäytössä PHY-kerroksen toiminnot siirretään headend-CMTS:stä RPD:hen, joka sijaitsee optisen solmun kanssa tai on integroitu siihen. Headend säilyttää vain CMTS MAC -kerroksen (kutsutaan nyt ccap-coreksi). Signaalit ccap-ytimen ja RPD:n välillä kulkevat digitaalisesti kuidun yli käyttämällä CableLabs R-PHY -liitäntästandardia. Tämä lähestymistapa vähentää dramaattisesti analogisten kuitujen jänneväliä, parantaa ylävirran kohinan suorituskykyä ja sijoittaa verkon tulevia DOCSIS 4.0 -ominaisuuksia varten, mukaan lukien FDX- ja OFDMA-upstream-kanavat.

HFC-lähetyslaitteiden valitseminen: Käytännön kriteerit

Oikean HFC-siirtolaitteiston valitseminen edellyttää nykyisten suorituskykytarpeiden ja tulevien päivityspolkujen tasapainottamista. Verkot, jotka eivät suunnittele lähiajan DOCSIS 4.0 -päivityksiä, voivat asettaa etusijalle kustannustehokkaat perinteiset vahvistimet ja solmut, kun taas viiden vuoden sisällä usean gigabitin palveluja tavoittelevien operaattoreiden tulisi alusta alkaen valita laitteet, jotka on suunniteltu erityisesti korkean jaon tai täyden spektrin toimintaan.

• Taajuustuki: Varmista, että vahvistimet, solmut ja passiivit on mitoitettu tavoitteellesi ylävirran jaetulle taajuudelle – keskijako (85 MHz), korkea split (204 MHz) tai laajennettu ylävirta (396 MHz FDX). Yhteensopimattomien spektrilaitteiden sekoittaminen kaskadissa kumoaa päivityksen tarkoituksen.
• Virran yhteensopivuus: Laitoksen ulkopuoliset HFC-laitteet saavat virran koaksiaalikaapelin kautta käyttämällä 60 tai 90 VAC tehonsyöttölaitteita. Varmista ennen käyttöönottoa, että uudet vahvistimet ovat yhteensopivia olemassa olevien virtalähteiden jännitteiden ja kaapelin tehokapasiteetin kanssa.
• Etähallinta: Nykyaikaiset vahvistimet ja solmut tukevat yhä enemmän SNMP- tai DOCSIS-pohjaista etävalvontaa, jolloin käyttäjät voivat havaita vahvistuksen poikkeaman, laserin heikkenemisen tai tehoviat lähettämättä teknikkoja kentälle.
• Ympäristöluokitukset: Kaikkien ulkovarusteiden on täytettävä asianmukaiset tunkeutumissuojausluokitukset (yleensä IP67 tai parempi) ja toimittava koko palvelualueen lämpötila-alueella – aavikon helteestä talven kylmään.
• Myyjän ekosysteemi: Yhteensopivuus keskuspään CMTS-laitteiston, solmujen ja eri valmistajien RPD:iden välillä on parantunut CableLabs-määritysten myötä, mutta yhteentoimivuuden testaus laboratorioympäristössä ennen laajaa käyttöönottoa on edelleen paras käytäntö.

Lopulta HFC-siirtolaitteet investointeja tulisi arvioida osana yhtenäistä verkon kehityssuunnitelmaa yksittäisten komponenttien ostojen sijaan. Solmu, joka tukee Remote PHY:ta tänään, myös sijoittaa verkkosi DOCSIS 4.0:lle huomenna, mikä tekee siitä huomattavasti paremman sijoituksen kuin perinteinen analoginen solmu, vaikka ennakkokustannukset olisivat korkeammat.