Лекция. Технологии сетей кабельного телевидения
Цель лекции: изучение студентами технологии сетей кабельного телевидения.
Содержание:
- основные понятия сетей кабельного телевидения;
- гибридные оптико-коаксиальные сети;
- реализация сетей кабельного телевидения на FTTB.
Основные понятия сетей кабельного телевидения
Кабельное телевидение (Cable television - сокращённое название от Community Antenna Television, CATV - телевидение с общей антенной) - модель телевизионного вещания (а также иногда и FM-радиовещания), в которой телесигнал распространяется посредством высокочастотных сигналов, передаваемых через проложенный к потребителю кабель [2, 9, 10]. Кабельное телевидение противопоставляется эфирному и спутниковому телевидению.
Долгое время основой кабельных телесетей являлся коаксиальный кабель. Успешное развитие технологий оптической передачи данных привело к внедрению оптического волокна в сети кабельного телевидения в виде так называемых гибридных, или волоконно-коаксиальных сетей (Hybrid Fiber Coaxial - HFC), в которых сочетаются коаксиальные и волоконно-оптические кабели.
Современная сеть кабельного телевидения включает головную станцию, магистральные каналы связи, субмагистральные линии и домовые распределительные сети.
Преимущества кабельного телевидения перед эфирным:
- более высокое качество сигнала;
- высокая помехозащищённость;
- отсутствие проблем с передачей сигнала в городах с плотной многоэтажной застройкой;
- возможность расширения предоставляемых абоненту услуг и количества каналов.
Традиционно аналоговая технология кабельного телевидения успешно осваивает цифровые способы передачи данных как в прямом направлении к клиентам (DVB-С), так и двусторонние интерактивные (DVB+IP, DOCSIS).
Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) - стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю. Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с.
Существует несколько версий спецификации DOCSIS:
- DOCSIS 1.0;
- DOCSIS 1.1;
- DOCSIS 2.0;
- DOCSIS 3.0;
- EuroDOCSIS.
EuroDOCSIS регламентирует принятое для Европы распределение частот прямого и обратного канала, оговаривает работу c полосой 8 МГц.
Стандарт DOCSIS 1.1 дополнительно предусматривает наличие специальных механизмов, улучшающих поддержку IP-телефонии, уменьшающих задержки при передаче речи (например, механизмы фрагментации и сборки больших пакетов, организации виртуальных каналов и задания приоритетов).
DOCSIS имеет прямую поддержку IP протокола с нефиксированной длиной пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATM Cell transport для передачи IP пакетов (то есть IP пакет сначала переводится в формат ATM, который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный процесс) (см. таблицу 9.1).
Таблица 9.1 - Максимальная скорость синхронизации (Максимальная используемая скорость)
| Version | DOCSIS | EuroDOCSIS | ||
| Прямой канал (Down) | Обратный канал (Up) | Прямой канал (Down) | Обратный канал (Up) | |
| 1.x | 42,88 (38) Мбит/с | 10,24 (9) Мбит/с | 55,62 (50) Мбит/с | 10,24 (9) Мбит/с |
| 2.0 | 42,88 (38) Мбит/с | 30,72 (27) Мбит/с | 55,62 (50) Мбит/с | 30,72 (27) Мбит/с |
| 3.0 4channel | +171,52 (+152) Мбит/с | +122,88 (+108) Мбит/с | +222,48 (+200) Мбит/с | +122,88 (+108) Мбит/с |
| 3.0 8channel | +343,04 (+304) Мбит/с | +122,88 (+108) Мбит/с | +444,96 (+400) Мбит/с | +122,88 (+108) Мбит/с |
Передача данных «сверху вниз» - к пользователю, или в Downstream-канале - выполняется передающим устройством головного оборудования, называемым CMTS - Cable Modem Termination System. Иначе говоря, вся полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент принимают данные, поэтому доступная в каждый момент времени полоса для конкретного пользователя может «плавать» в очень широких пределах. Передача информации «снизу вверх» (в Upstream-канале) может выполняться кабельным модемом, который отвечает техническим требованиям, предъявляемым предприятием, или сертифицирован на соответствие стандарту DOCSIS, а в качестве протокола доступа реализована процедура МДВР (многостанционный доступ с временным разделением каналов) или МДКР (многостанционный доступ с кодовым разделением каналов). До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале - не более 10 Мбит/с. Это обусловлено невозможностью выделения всех тайм-слотов на одно абонентское устройство.
Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа. Объединяются до 16 прямых и 8 обратных. Также в DOCSIS 3.0 появилась поддержка multicast, шифрования AES и др.
Гибридные оптико-коаксиальные сети.
Гибридные оптико-коаксиальные сети (HFC – Hybrid Fiber Coax) строятся по трем основным технологиям, часто именуются классическими сетями (см. рисунок 9.1) [2, 9, 10]. По HFC сетям передают как аналоговые, так и цифровые сигналы. При построении систем кабельного телевидения (СКТ) в подавляющем большинстве используют HFC сети, они обладают максимальной потенциальной широкополосностью из всех видов существующих сетей как на магистральных участках, так и на участках абонентского доступа. HFC сети в настоящее время находят все большее и большее распространение благодаря широкополосности, мультимедийности, простоте формирования контента, возможности формирования равенства информационных потоков в обоих направлениях, доступа ко всем абонентам, высокой надежности и простоте обслуживания.
Рисунок 9.1 – Технологии сетей кабельного телевидения
В сетях HFC транспортная сеть строится на оптическом волокне или арендуется, она связывает между собой головную и узловые станции, топология зависит от количества узловых станция.
По оптическим магистралям и субмагистралям сигнал подается от узловой головной станции к оптическим узлам. От них строится коаксиальная распределительная сеть, использующая кабель большого диаметра и имеющая малые потери (не хуже 0,07 дБ/100 м). Общая протяженность такого кабеля может составить не более трех километров, так как при изменении температуры затухание сигналов в коаксиальном кабеле может измениться настолько, что сеть кабельного телевидения окажется неработоспособной.
Реализация сетей кабельного телевидения на FTTB
FTTB (Fiber To The Building) – оптика до здания. Под такой технологией понимают относительно глубокое проникновение оптики до абонента, т.е. работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100…250 абонентов (например, 9…12-ти этажный дом на 4…6 подъездов). При этом после ОУ каскадно включается обычно не более одного коаксиального усилителя (см. рисунок 9.2) [9, 10].
Рисунок 9.2 – Сеть кабельного телевидения на FTTB
В волоконно-оптическом кабеле, проходящем до оптического узла здания, используется, как минимум, три активных волокна. По паре волокон обеспечивается канал связи сети с иерархией Ethernet 10/100/1000. К абоненту прокладывается витая пара длиной до 200 метров на интерфейсы 10 Base-T или 100 Base-TX. При подключении индивидуальных абонентов лучше полностью отказаться от мультиплексоров, а все каналы сделать дуплексными. Использование коммутаторов позволит организовать иерархию по скоростям, ввести тарификацию абонентов при их подключении к 10 Base-T или 100 Base-TX, а также использовать более скоростные каналы на магистральных участках сети.
По одному волокну можно передавать широковещательный телевизионный сигнал на домовой оптический приемник, усилитель линейный прием этого сигнала в электрический и передачу его в коаксиальный кабель в полосе частот порядка 1 ГГц. При замене HFC на FTTB домовой усилитель удаляется, а пассивный фрагмент коаксиального кабеля полосой 300 МГц с цифровым трафиком в стандарте MPEG-2 выше 1 МГц сохраняется. Обратного канала в такой сети нет. В отличие от традиционного построения HFC сетей, где после оптического узла устанавливают несколько последовательных коаксиальных усилителей, в FTTB сети интермодуляционные искажения создают только оптические приемо-передающие устройства. Для системы управления используется интерактивный канал Ethernet.