Интегрированные широкополосные сети

В последние годы в России быстро развиваются сети кабельного телевидения. Эти сети целесообразно строить на современном мировом уровне с расчетом на длительную эксплуатацию. Европейский стандарт (CENELEC) для сетей кабельного телевидения предписывает полосу 50–860 МГц для прямого канала, 5–50МГц для обратного канала, и отношение сигнал/шум у абонента не хуже 42дБ. Весьма перспективным решением является использование гибридной технологии оптика-коаксиал (везде далее HFC — Hybrid Fiber Coax, читается эйч-эф-си). Эта технология позволяет не только значительно улучшить качество передачи и увеличить пропускную способность сети, но и предоставить абонентам дополнительные интерактивные услуги: телефоны, подключение к Интернету, видео по запросу.

Сеть HFC с интеграцией услуг — гибкая телекоммуникационная платформа, предназначенная для создания широкополосных, гибридных распределительных телекоммуникационных сетей. Это модульная система, позволяющая вам начать с малой части, уже предоставляя услуги, и наращивать ее по мере необходимости как в качестве, так и в количестве, тем самым распределяя инвестиции по мере роста и получения прибыли. 
Особенно интересными и актуальными зонами для развертывания HFC являются города-миллионеры России. Острый дефицит телефонных кабелей, покрывающих районы, примитивные сети кабельного ТВ, полное отсутствие доступа в Интернет делают выгодным внедрение интегрированных решений. Тройная экономия на кабельных системах (кабели составляют основные затраты при создании городских сетей связи), замена значительной части медных кабелей на более современные оптоволоконные означает беспроигрышный вариант. 
Использование других технологий , развивающихся в мире, таких как FTTC (fiber-to-the-cub) и FTTH (fiber-to-the-home) , в большинстве случаев является для нас необоснованно резким скачком в будущее и излишним вложением средств. С другой стороны, HFC может легко мигрировать к FTTC и FTTH с максимальной утилизацией оборудования и кабельных коммуникаций, когда в этом возникнет необходимость. 
В этой статье мы опишем возможные этапы постепенного построения HFC сети и ее основные элементы. Мы основываемся на технических данных HFC-систем наиболее известных мировых производителей ADC Telecommunications, FPN, Scientific Atlanta и др.

Широкополосные сети — ТВ, телефония, данные
Гибридные оптико-коаксиальные сети (hybrid fiber-coax, HFC) — наиболее распространенные в настоящее время широкополосные сети передачи данных. Сети HFС позволяют оператору предоставлять абонентам как базовые услуги (стандартные аналоговые ТВ каналы), так и расширенный сервис — платное аналоговое и цифровое телевидение, телефоннную связь, доступ в Интернет. 
В традиционном варианте HFC оптическое волокно прокладывается до оптического распределительного узла вблизи от группы домов, а конечная разводка осуществляется с помощью коаксиальной сети. Один оптический распределительный узел рассчитан на 300-3000 абонентов. 

Спектр сигнала в сетях HFC

Телевидение
Аналоговые ТВ программы, полученные в первую очередь со спутниковой антенны, поступают в сеть HFC непосредственно или через транспортную цифровую магистраль SDH/ATM/ Gigabit Etfernet. Передача ТВ сигнала по транспортной цифровой магистрали идет в стандарте DVB ASI (asynchronous serial interface), при переходе из транспортной сети в сеть HFC ТВ сигнал декодируется и поступает к абоненту в аналоговом или цифровом (MPEG-2) виде. Для предоставления услуг платного ТВ часть каналов, как аналоговых, так и цифровых, может быть закодирована, например, с использованием системы адресного кодирования DALVI. 
Для просмотра стандартных аналоговых ТВ программ абонентам не требуется устанавливать никаких абонентских устройств. Для просмотра кодированных ТВ программ платного ТВ требуется установка декодера. 

IP-телефония и доступ в Интернет
IP-телефония — наиболее современная и экономичная технология для предоставления услуг телефонной связи. Один из распространенных вариантов организации широкополосной сети HFC с услугами IP-телефонии и доступом в Интернет на основе кабельных модемов показан на схеме ("Район 1"). 

На районной головной станции устанавливается шлюз IP-телефонии, который преобразует голосовой поток, приходящий из обычной телефонной сети, в IP-пакеты. Эти пакеты, также как и данные, поступают на порты Ethernet центра кабельных модемов. Поток данных и IP-пакетов в аналоговом виде передается по кабельной сети передачи данных до кабельного модема на стороне абонента. За счет сжатия голоса каждый телефонный разговор занимает около 8 кбит/с полосы пропускания.
Кабельный модем на стороне абонента осуществляет обратное преобразование IP-пакетов в голос. Кабельный модем имеет порт Etrhernet, к которому подключается компьютер абонента, и 2-4 телефонных порта. 

Важным условием при организации IP-телефонии является необходимость назначения разных приоритетов разным видам трафика. Трафик, несущий голосовые пакеты, должен пропускаться с наивысшим приоритетом, чтобы не возникали задержки, приводящие к существенному ухудшению качества разговора. Эта возможность (обеспечение качества обслуживания — quality of services, QoS) реализована в стандарте кабельных модемов DOCSIS 1.1.

Кабельная телефония
Альтернативным способом предоставления услуг телефонной связи является кабельная телефония (схема "Район 3"). 
Головной цифровой терминал HDT (host digital terminal) располагается в центральном или районном узле и является интерфейсом между сетью и телефонным коммутатором. 
HDT осуществляет модуляцию/демодуляцию телефонных каналов с использованием алгоритма QAM-32 и ортогонального частотного мультиплексирования (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM). В полосе спектра 6 МГц передаются 240 каналов DS0 (64 кбит/с, телефонный канал ИКМ), к одному оптическому узлу подключается до 3000 телефонных абонентов. 
Абонентские устройства (integrated service unit, ISU) выделяют и демодулируют "свои" телефонные каналы из широкополосного сигнала. Устройство HISU (home ISU) рассчитано на одну квартиру или лестничную площадку и поддерживает до четырех телефонов. 

Особенности сетей HFC
Интерактивный сервис особенно экономично разворачивается там, где уже есть хорошая оптико-коаксиальная кабельная инфраструктура. HFC позволяет постепенно перейти к полностью оптической сети, когда в этом возникнет необходимость, с максимальной утилизацией оборудования и кабельных коммуникаций. 
Следует отметить, что далеко не во всех районах России есть кабельные инфраструктуры, способные работать в полосе частот до 862 МГц. Обычно коаксиальные кабели такие же старые и такого же низкого качества, как и телефонные витые пары. В большинстве случаев при развертывании сети HFC требуется полностью заменить кабельную систему и коаксиальные усилители. 

Сети HFPC — волокно до дома
Одним из вариантов при развертывании новой сети является прокладка оптического кабеля до многоквартирного дома (схема "Район 2") — так, чтобы конечная разводка ТВ сигнала по абонентам осуществлялась с помощью пассивной (без усилителей) коаксиальной сети (hybrid fiber-passive coax, HFPC). 
По одному из оптических волокон идет ТВ сигнал. Еще по двум оптическим волокнам обеспечивается канал связи Ethernet 10/100/1000, например Fast Ethernet 100Base-FX или Gigabit Ethernet 1000Base-LX в зависимости от загруженности. До абонента идет витая пара UTP категории 5 длиной до 100 метров на интерфейсы 10Base-T или 100Base-TX. На всех электронно-оптических узлах устанавливаются исключительно коммутаторы, все каналы связи делаются дуплексными. При этом абоненты подключаются к выделенным портам коммутатора.
В таких сетях IP-пакеты с IP-шлюза поступают на коммутатор Ethernet и вместе с общим потоком данных передаются абоненту в цифровом виде. Возможность установки различных приоритетов трафика (обеспечение качества обслуживания, QoS), важная для IP-телефонии, реализована в стандарте Ethernet 802.1p/Q. Преобразование IP-пакетов в голос осуществляет специальный Ethernet-телефон абонента.
В сетях FTTH можно использовать оптические кабели с малым числом волокон. При большом числе телефонных абонентов и пользователей Интернет стоимость транспортной системы HFPC при этом оказывется не выше, чем стоимость стандартной оптико-коаксиальной сети HFC.

По материалам компании Transport Telecom, Россия