Mitä laitteita tarvitset luotettavan HFC-siirtoverkon rakentamiseen?

Mikä on HFC ja miksi oikealla laitteella on väliä

Hybrid Fibre-Coaxial (HFC) on verkkoarkkitehtuuri, jota kaapelioperaattorit käyttävät maailmanlaajuisesti tarjotakseen laajakaistainternet-, digitaalitelevisio- ja puhepalveluita yksityisille ja kaupallisille tilaajille. Se yhdistää kuituoptisen kaapelin keskuspäästä lähijakelusolmuihin koaksiaalikaapelilla lopulliseen liitäntään koteihin ja yrityksiin. Koko verkon suorituskyky – kaistanleveyskapasiteetti, signaalin laatu, ylävirran luotettavuus ja päivityspotentiaali – määräytyvät lähetyslaitteiston laadun ja oikean spesifikaation mukaan polun jokaisessa vaiheessa. Tämä opas kattaa kaikki HFC-verkon tärkeimmät laitekategoriat, tärkeimmät tekniset parametrit ja kuinka arvioida vaihtoehtoja järjestelmää rakennettaessa tai päivitettäessä.

Headend-laitteet: Jokaisen signaalin lähtöpiste

Headend on keskusyksikkö, josta kaikki sisältö- ja datapalvelut tulevat. Se vastaanottaa videosignaaleja satelliitti- ja maanpäällisistä lähteistä, kokoaa Internet-liikenteen ylävirran palveluntarjoajilta, koodaa ja multipleksoi digitaalista sisältöä ja lähettää kaikki signaalit kuituoptiseen jakeluverkkoon. Headend-laitteiden laatu ja arkkitehtuuri asettavat katon jokaiselle loppupään suorituskykymittarille.

CMTS- ja CCAP-alustat

Cable Modem Termination System (CMTS) on päälaite, joka hallitsee dataliikennettä operaattorin verkon ja tilaajien kaapelimodeemien välillä. Nykyaikaiset asennukset käyttävät Converged Cable Access Platform (CCAP) -arkkitehtuuria, joka integroi CMTS-toiminnon videoreunan QAM-ominaisuuksilla yhdeksi koteloksi. CCAP-alustat vähentävät headend-jalanjälkeä, yksinkertaistavat toimintaa ja tukevat DOCSIS 3.1 -standardia – nykyistä standardia, joka mahdollistaa yli 10 Gbps:n alavirran nopeudet ja 1 Gbps:n ylävirran nopeudet OFDM- ja OFDMA-kanavaliitoksen avulla. CCAP-alustoja arvioitaessa keskeisiä parametreja ovat loppu- ja ylävirran porttien määrä, lisensoitu kanavakapasiteetti, Full Duplex DOCSIS (FDX) -tuki tulevaa ylävirran laajennusta varten ja yhteensopivuus olemassa olevien verkonhallintajärjestelmien kanssa.

Optiset lähettimet

Optiset lähettimet muuntaa RF-signaalin CCAP- tai QAM-kooderista optiseksi signaaliksi lähetettäväksi yksimuotokuidun kautta jakelusolmuihin. Kriittinen määritys on optinen lähtöteho ja lähettimen Composite Second Order (CSO) ja Composite Triple Beat (CTB) -särötasot, jotka vaikuttavat suoraan signaalin laatuun vastaanottavassa solmussa. DFB (Distributed Feedback) -laserlähettimet ovat vakiovalinta HFC-jakeluun, ja ne tarjoavat suuren lähtötehon, alhaisen melun ja erinomaisen lineaarisuuden. Pidemmillä jänteillä tai suurempia kuituverkkoja varten sähköoptisia modulaattoreita käyttävät ulkoisesti moduloidut lähettimet tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn korkeammalla hinnalla.

Kuituoptinen jakelu: HFC-suorituskyvyn selkäranka

HFC-verkon kuituosa kuljettaa signaaleja keskuspäästä optisiin solmuihin, jotka palvelevat tyypillisesti 125–500 ohitetun kodin klustereita. Kuitulaitoksen suunnittelu – solmujen määrä, jakosuhde ja kuitutyyppi – määrää, kuinka paljon kaistanleveyttä tilaajaa kohti on käytettävissä ja kuinka helposti verkkoa voidaan päivittää tulevia kapasiteettivaatimuksia varten.

Yksimuotoinen kuitukaapeli

Kaikissa HFC-jakeluverkoissa käytetään yksimuotokuitua (SMF), joka tukee pienihäviöistä, suuren kaistanleveyden siirtoa muutaman sadan metrin ja kymmenien kilometrien etäisyyksillä. ITU-T G.652D on laajimmin käytetty SMF-standardi, joka sopii sekä analogisille että digitaalisille HFC-signaaleille. Operaattoreiden, jotka suunnittelevat Remote PHY- tai Remote MACPHY -käyttöönottoa – jotka työntävät digitaali-analogia-muunnospisteen pääkeskuksesta ulos solmuun – määrittävät matalan vedenhuipun tai nollavesihuipun kuitu varmistaakseen yhteensopivuuden laajimman optisten aallonpituuksien kanssa. Varmennettavia kuitukaapelin teknisiä tietoja ovat vaimennus kilometriä kohti aallonpituudella 1310 ja 1550 nm, kromaattinen dispersio ja kaapelin fyysinen suojausluokitus sen asennusympäristössä (antenni, suora hautaus tai kanava).

Optiset jakajat ja WDM-komponentit

Passiiviset optiset jakajat mahdollistavat yhden headend-lähettimen syöttämisen useisiin solmuihin, mikä vähentää headend-laitteiden kustannuksia. Jakosuhteen — 1:2, 1:4, 1:8 — on oltava tasapainossa optisen tehon budjettiin nähden; jokainen jako aiheuttaa noin 3,5 dB lisäyshäviön, ja kumulatiivisen häviön on pysyttävä vastaanottimen herkkyysalueella. Wavelength Division Multiplexing (WDM) -komponentit mahdollistavat useiden eri aallonpituuksilla olevien optisten signaalien jakamisen yhdelle kuitunauhalle, mikä on välttämätöntä Remote PHY -arkkitehtuureille, joissa digitaalisten alavirran ja ylävirran signaalien on oltava rinnakkain samassa kuidussa olevan analogisen RF-peittokerroksen kanssa.

Optiset solmut: Missä kuitu kohtaa koaksiaalin

Optinen solmu on muunnospiste verkon kuidun ja koaksiaaliosan välillä. Se vastaanottaa optisen signaalin headend-lähettimestä, muuntaa sen takaisin RF:ksi ja vahvistaa sen koaksiaaliseen jakelukaapeliin. Solmun valinta ja sijoittelu ovat yksi tärkeimmistä päätöksistä HFC-verkon suunnittelussa, koska solmu määrittää palvelualueen – ja siten tilaajaryhmäkohtaisen kaistanleveyden.

Tärkeimmät tekniset tiedot, jotka on arvioitava optisia solmuja valittaessa:

• Alavirran taajuusalue: Vanhat HFC-solmut tukevat alavirran taajuuksia 862 MHz:iin asti. Laajennetun spektrin solmut, jotka tukevat 1,2 GHz:n taajuutta, tarvitaan DOCSIS 3.1:n täyden spektrin toimintaan, ja 1,8 GHz:n solmut ovat tulossa käyttöön seuraavan sukupolven kapasiteetin laajentamiseksi.
• Ylävirran taajuusalue: Perinteinen ylävirtaan on rajoitettu 5–42 MHz:iin. Keskijakoiset konfiguraatiot laajentavat tämän 5–85 MHz:iin ja high split 5–204 MHz:iin. Ylävirran kaistanleveys vaikuttaa suoraan latausnopeuksiin ja etätyö- ja videoneuvotteluliikenteen kapasiteettiin.
• Solmun segmentointimahdollisuus: Solmut, jotka tukevat N 0 -arkkitehtuuria (nolla vahvistinta solmun jälkeen) tai jotka voidaan segmentoida palvelemaan pienempiä tilaajaryhmiä, antavat operaattoreille mahdollisuuden lisätä tilaajakohtaista kapasiteettia ilman kuitulaitosta vaihtamatta.
• PHY etävalmius: Solmut, joissa on integroidut digitaaliset prosessointiyksiköt (DPU) tukevat PHY:n etäkäyttöönottoa, siirtävät DOCSIS-käsittelyn solmuun ja vähentävät latenssia ja vapauttavat samalla tilaa.

Koaksiaalinen jakelu: vahvistimet ja kaapeli

Optisesta solmusta koaksiaalikaapeli kuljettaa RF-signaalin jakeluvahvistimien sarjan kautta tilaajien väliottopisteisiin. Tämän koaksiaalisen kaskadin pituus - mitattuna solmun ja tilaajan välisten vahvistimien lukumääränä - on signaalin laadun ja kohinan kertymisen päätekijä. Nykyaikainen HFC-suunnittelu tähtää N 0 tai N 1 -arkkitehtuuriin (ei vahvistimia tai yksi vahvistin solmun jälkeen) kohinan minimoimiseksi ja ylävirran kapasiteetin maksimoimiseksi.

Jakelu- ja linjanpidennysvahvistimet

Runko- ja jakeluvahvistimet kompensoivat koaksiaalikaapelille ominaista signaalihäviötä, joka kasvaa sekä etäisyyden että taajuuden mukaan. Tärkeimmät vahvistimen tekniset tiedot sisältävät lähtötaso (yleensä ilmaistuna dBmV), kohinaluku (joka määrittää, kuinka paljon kohinaa vahvistin lisää kaskadiin) ja sen tukema taajuusalue. Jos verkot päivitetään laajennettuun spektriin, vahvistimien on kyettävä välittämään taajuudet 1,2 GHz:iin tai sitä pidemmälle. Monet operaattorit vaihtavat vanhoja 860 MHz:n vahvistimia laajakaistayksiköihin rutiinihuoltojaksojen aikana sen sijaan, että odottaisivat täyttä verkon uusimista, mikä hajauttaa pääomakustannuksia ja pidentää verkon käyttöikää.

Koaksiaalikaapelityypit ja tekniset tiedot

HFC-jakelussa käytetään kovalinjaista koaksiaalikaapelia, jossa on alumiiniset ulkojohtimet, saatavana useita kokoja. Yleisimmät koot ja niiden tyypilliset sovellukset on esitetty alla.

Tilaajan pudotuslaitteet ja kodin laitteet

Pudotusverkko yhdistää jakelukaapelin tilaajatiloihin. Pudotuskaapelit ovat halkaisijaltaan pienempiä, joustavampia koaksiaalikaapeleita - tyypillisesti RG-6 tai RG-11 - joissa on vaahtoeriste, joka vähentää vaimennusta lyhyillä etäisyyksillä. Pudotusverkon passiiviset komponentit sisältävät väliottoja, jakajia ja suuntakytkimiä, jotka jakavat signaalin useiden tilaajien kesken säilyttäen samalla hyväksyttävät signaalitasot kussakin portissa. Tilaajan kaapelimodeemin signaalitasojen tulee olla DOCSIS:n määrittämän vastaanottotehoikkunan sisällä – tyypillisesti välillä -15 dBmV ja 15 dBmV, jotta datapalvelu on luotettava. Väliotot määritellään niiden väliottohäviön arvon (signaalihäviö tilaajaporttiin) ja niiden läpimenohäviön perusteella, ja oikean välioton arvon valitseminen kullekin jakelukaskadin kohdalle on välttämätöntä signaalitasojen tasapainottamiseksi palvelualueella.

Laitteiden valitseminen verkkopäivityksiä ja tulevaa kapasiteettia varten

Arvioitaessa HFC-siirtolaitteet uudessa rakennuksessa tai päivityksessä tärkein periaate on määrittää välittömiä vaatimuksiasi pidemmälle. Laitteet, jotka tukevat laajennettua alavirran taajuutta 1,2 GHz:iin, keskijakoisia tai korkeajakoisia ylävirran taajuuksia ja Remote PHY -solmuarkkitehtuuria, palvelevat verkkoa vähintään vuosikymmenen ajan ilman vaihtoa. Lisäkustannusero 862 MHz solmun ja 1,2 GHz solmun välillä on pieni suhteessa sen vaihtamiseen palaamisen työvoimakustannuksiin. Vastaavasti CCAP-alustoja tulisi arvioida niiden ohjelmistopäivityspolun perusteella DOCSIS 3.1- ja FDX-tukea varten, ei vain niiden nykyistä lisensoitua kapasiteettia. HFC-verkot, joissa on sisäänrakennettu päivitysvaratila – kuitujen määrä, solmujen segmentointimahdollisuus ja vahvistimen taajuusalue – tarjoavat jatkuvasti alhaisemmat kokonaiskustannukset kuin ne, jotka on suunniteltu nykyisen kysynnän vähimmäisvaatimuksiin.