Часть 1
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Построение гибридной сети доступа
1.1.1 Доступ по ТфОП и сетям кабельного телевидения
Пользователи сети Интернет могут выбирать из технологий проводного широкополосного доступа либо цифровую абонентскую линию – ЦАЛ (англ. DSL – Digital Subscriber Line), либо кабельную модемную связь – КМС. Каждая из этих технологий доступа имеет свои преимущества, недостатки и свой контингент абонентов.
Доступ по ЦАЛ организуют компании телефонной сети общего пользования (ТфОП). Услуги кабельной модемной связи предоставляют операторы сетей кабельного телевидения (КТВ). В мире работает более 20 тыс. крупных компаний-операторов КТВ. Компания, предоставляющая услуги кабельного ТВ, телефонии и доступа в сеть Интернет, называется «мультисистемным оператором» – МСО (англ. MSO – Multiple Systems Operator). Общим для КМС и ассиметричной ЦАЛ является следующее.
Модемы ассиметричных ЦАЛ, работая по симметричной паре проводников, позволяют одновременно общаться с сетью Интернет и сохранить традиционные телефонные услуги. Кабельные модемы, работая по коаксиальной паре проводников, также позволяют одновременно взаимодействовать с сетью Интернет и просматривать программы ТВ. Принципиальное отличие этих двух технологий доступа состоит в следующем.
При хDSL доступе каждый из абонентов соединен с АТС индивидуальной парой проводников симметричного кабеля – топология сети «точка-точка» на рис. 1.1, а. Коаксиально-кабельная (КК) сеть, связующая абонентов сети КТВ с головной станцией (оптическим узлом, см. ниже), является более широкополосной, чем симметричный кабель, средой передачи. Однако структура сети КТВ и, соответственно, кабельной модемной связи имеет широковещательную организацию– «точка-много точек», рис. 1.1, б. Это означает, что среда передачи, а значит и доступная полоса частот, между модемом пользователя и оборудованием передачи данных, установленным на головной станции (оптического узла), используется совместно с другими абонентами КМС, расположенными в зоне действия ГС (оптического узла).
1.1.2 Гибридная волоконно-коаксиальная сеть доступа
Современные интерактивные сети КТВ являются гибридными волоконно-коаксиальными (англ. HFC – Hybrid Fiber-Coax). HFC сети обладают следующими преимуществами:
–
совмещение
оптического и коаксиального кабеля
позволяет в течение продолжительного
времени сохранять инвестиции, вложенные
в ОВ, постепенно уменьшая длины
коаксиальных участков сети;
– лучшая помехоустойчивость, и, следовательно, высокое качество передачи информации по сравнению с сетями, построенными на симметричном или коаксиальном кабеле;
– возможность наращивания (по сравнению с симметричным кабелем) пропускной способности сети и перехода на более высокоскоростные транспортные протоколы;
– расширение спектра услуг за счет цифрового, интерактивного и платного телевидения (видео), видеоконференцсвязи и др. услуг, требующих широкой полосы пропускания;
– наличие условий для построения районных (локальных), корпоративных и прочих сетей с интеграцией услуг;
– возможность централизованного управления (включая диагностику) и обслуживания абонентского оборудования также является весомым фактором;
– обеспечение приема и просмотра на экране телевизора информации из Web, а на мониторе компьютера – ТВ программ.
Сеть доступа, реализованная по технологии HFC, является современной телекоммуникационной платформой, предоставляющей абонентам пакеты теле- и радио-программ, а также ассортимент интерактивных мультимедийных услуг.
На рис. 1.2 приведен принцип организации широко- и узкополосных услуг по сети КТВ. Сеть позволяет предоставлять широкополосные (программы аналогового и цифрового ТВ и радиовещания (РВ)) и узкополосные (передача данных, телефония и др.) услуги. Рассмотрим кратко принцип работы сети, структурная схема которой приведена на рис. 1.3.
Широкополосные услуги (ТВ вещание)
Н
а
головную станцию
(ГС) поступают ТВ и РВ сигналы наземного
(НТВ) и спутникового телевидения (СТВ),
сигналы, передаваемые по радиорелейным
и кабельным линиям, например, от местной
телестудии. Принятые в диапазоне частот
48…862 МГц радиосигналы обрабатываются,
конвертируются и в передающем устройстве
(ПУ) прямого потока (ПП) преобразуются
в оптический линейный сигнал (Э/О
преобразование), который поступает в
оптическую сеть. Здесь сигнал передается
и распределяется при помощи пассивных
сетевых компонентов – оптических
волокон (ОВ) и оптических ответвителей
(ОО), после чего попадает на приемные
устройства оптических узлов.
Оптический узел (ОУ), устанавливаемый в центре микрорайона (группы многоквартирных домов), потенциально способен обслужить от 400 до 2000 абонентов. В приемном устройстве оптического узла осуществляется О/Э преобразование оптического сигнала и усиление группового радиочастотного сигнала. Этот сигнал передается по существующей коаксиально-кабельной (домовой) сети в помещения абонентов, где установлены ТВ приемники.
Узкополосные услуги (передача данных)
Для передачи данных и телефонной связи (основного цифрового канала – ОЦК) по сети КТВ на головной станции устанавливается терминальная система КМС («головной кабельный модем»), а в помещении абонента – кабельный модем и персональный компьютер.
В нисходящем направлении (ГСабонент) данные передаются при помощи квадратурной амплитудной модуляции (QAM-64, QAM-256) в полосе частот стандартного ТВ канала (8 МГц) свободного от вещания в конкретной сети. В ПрУ оптического узла (после О/Э преобразования) нисходящий поток данных по коаксиальной сети поступает на все абонентские модемы микрорайона.
Оптическийузел 4 Оптическийузел 4 ГС ПрУ1ОП
ПУ ПП ТС КМС Сеть Интернет Рисунок 1.3 –
Структурная схема гибридной
волоконно-коаксиальной сети доступа. Здесь Д
(диплексер) – пара фильтров (НЧ и ВЧ),
разделяющих ВЧ нисходящий и ВЧ восходящий
потоки
Контроллер доступа к среде передачи (см. подробности в п. 1.9.3) кабельного модема выделяет из общего потока данных только те, которые предназначаются конкретному абоненту. Все прочие данные «игнорируются».
Обратный поток (ОП) в восходящем направлении (абонентГС) передается в низкочастотной части плана частот (5…30 МГц) не занятом ТВ вещанием. Этот диапазон подвержен влиянию импульсных помех от бытовых и промышленных электроприборов, а также помех от частной, служебной и любительской радиосвязи. В такой сложной электромагнитной обстановке для передачи восходящего сигнала применяют QAM-16 или квадратурную фазовую модуляцию (англ. QPSK – Quaternary Phase-Shift Keying). Последняя обладает лучшей, чем QAM, помехоустойчивостью, но дает меньшую скорость передачи данных. Это не столь существенно, поскольку восходящий трафик менее интенсивен, чем нисходящий.
В простейшем случае для передачи сигналов обратного потока используется свободное ОВ в составе многоволоконного ОК. Для этого в помещении каждого ОУ устанавливается ПУ ОП, а в помещении ГС – ПрУ ОП (по одному на каждый ОУ). После О/Э преобразования сигнал обратного потока, обеспечивающий узкополосные услуги, подается на терминальную систему КМС, откуда данные поступают в сеть Интернет, а телефонный сигнал в ТфОП.