2A_02.04.2020_UiSA_Drobinski
Strona 1 z 4
Nauczyciel: Krzysztof Drobinski
Przedmiot: Urządzenia i sieci analogowe.
Klasa: 2A
Temat lekcji: Sieć telewizji kablowej CaTV – struktura HFC, elementy, pasmo.
Data lekcji: 02.04.2020
Wprowadzenie do tematu:
Instrukcje do pracy własnej:
Zadanie wykonują wszyscy uczniowie.
Praca własna: Zapoznajcie się z materiałem zawartym w notatce.
Jeżeli coś nie jest jasne, można wspomagać się raczej fachowymi portalami, np. dipol.com.pl, aval.com.pl i inne.
Fundamentalnym zakresem wiedzy, którą powinniście wynieść z tej notatki jest znajomość zakresu pojęcia i działania sieci HFC, zakresów pasm oraz elementów konstrukcyjnych sieci i ich ogólnych funkcji.
Informacja zwrotna: Proszę o … przeczytanie ze zrozumieniem.
W razie innych problemów proszę o kontakt z podanym numerem telefonicznym.
2A_02.04.2020_UiSA_Drobinski
Strona 2 z 4
1. Czym jest HFC?.
Hybrid fibre-coaxial (HFC) – angielski termin z dziedziny telekomunikacji oznaczający hybrydową sieć
wykorzystującą medium światłowodowe (fibre) i różnego rodzaju koncentryczne kable sygnałowe (coaxial cables).
W zależności od umiejscowienia w strukturze sieci są to np.typy od QR860, QR625, QR540, TX15 (magistralne, najlepsze parametry techniczne) aż do RG11 i znanego każdemu białego kabla (typu RG6, gorsze parametry, łatwość stosowania) łączącego telewizor lub modem kablowy z siecią operatora. W optycznej (fibre - światłowód) części sieci po stronie koncentratora (HUB) znajdują się urządzenia wchodzące w skład systemu optyki nadawczej, które odpowiadają za transmisję sygnałów w kierunku do węzłów optycznych (kierunek dosyłowy) oraz odbiór sygnałów w kierunku zwrotnym
Współcześnie eksploatowane sieci HFC są oparte na architekturze gwiazdy, pasywnym połączeniu optycznym pomiędzy stacją czołową a węzłem optycznym, obsługującym małe grupy abonentów (rys. 1). Sieci o takiej strukturze są bardziej niezawodne niż sieci magistralne z tuzinami wzmacniaczy kaskadowych. Zastosowanie światłowodów zmniejsza ponadto koszt utrzymania sieci poprzez eliminację elektrycznych wzmacniaczy analogowych, zwiększając jednocześnie: jakość, szybkość i zasięg transmisji.
Rys. Architektura przykładowej sieci HFC.
W sieciach HFC podstawowym modułem dla realizacji usług zarówno wąsko-, jak i szeroko-pasmowych jest stacja czołowa (HDT). Przez interfejs V5.x (docelowo VB5.x) pośredniczy ona pomiędzy węzłem usługowym (tzn. centralą telefoniczną, wyniesionym koncentratorem, serwerem usług multimedialnych) a siecią dystrybucyjną HFC.
Sygnały z HDT są przesyłane do węzłów światłowodowych (FN) łączami światłowodowymi typu punkt-punkt.
Pojedynczy węzeł (FN) obsługuje do 500 abonentów, którzy dzielą pasmo kanału zwrotnego od 5 do 65 MHz i kanału rozsiewczego od 87 do 860 MHz. Węzły światłowodowe z urządzeniami zakończenia sieci (NIU) są
połączone za pomocą kabli koncentrycznych. Urządzenia (NIU) obsługują małe grupy abonentów, w szczególnym przypadku − jednego abonenta. W urządzeniu (NIU) zostają wydzielone sygnały telefoniczne, przesłane do
odbiorników abonenta przez standardową parę przewodów miedzianych. Sygnały szerokopasmowe są przesyłane do urządzeń abonenckich przez kabel koncentryczny. Analogowe sygnały TV są kierowane bezpośrednio do odbiornika telewizyjnego. Sygnały cyfrowe interaktywnych usług multimedialnych są przesyłane poprzez dekoder (STB) cyfrowo-analogowy, tzw. set-top box.
2A_02.04.2020_UiSA_Drobinski
Strona 3 z 4
5 65 87 862 f [MHz]
pasmo zwrotne pasmo dosyłowe
downstream upstream
kanały zwrotne 0,2-6,4MHz
kanały dosyłowe 6MHz lub 8MHz
2. Sposób działania
System HFC, pracując razem z sygnałem telewizji kablowej na jednym przewodzie, korzysta z pasma od 5 MHz do 65 MHz dla cyfrowej komunikacji wyjściowej, oraz od 450 MHz do 860 MHz dla cyfrowej komunikacji wejściowej – na kanał telewizyjny przypada pasmo szerokości 6 MHz (w Polsce co 8 MHz). Pozostały zakres częstotliwości, czyli od 87 MHz do 450 MHz wykorzystywany jest m.in. przez analogowe radio (UKF: 88 – 108 MHz).
Rys. Podział pasma transmisyjnego
3. Systemy analogowej transmisji optycznej.
Aktualne trendy w budowie nowoczesnych sieci HFC sprawiają że, struktury linii magistralnych w sieciach CATV oparte na technologii koncentrycznej są stopniowo zastępowane magistralami optycznymi dających szereg korzyści operatorom:
• duży zasięg (do 40 km w technologii 1310nm oraz ponad 110 km w technologii 1550nm)
• wysoką jakość transmisji sygnałów oraz dużą stabilność parametrów systemu
• wysoką niezawodność systemu oraz odporność na czynniki zewnętrzne (np. zmiany temperaturowe, zakłócenia elektromagnetyczne itp.)
• możliwość integracji wielu rozproszonych stacji czołowych
• tworzenie struktur sieci międzymiastowych, poprzez połączenie oddalonych od siebie różnych lokalnych sieci dostępowych
• możliwości zwiększenie przepustowości sieci poprzez zastosowanie technologii DWDM oraz rozbudowę węzłów optycznych
• ograniczenie kosztów eksploatacji sieci poprzez zastąpienie magistrali koncentrycznej światłowodową i zmniejszenie ilości elementów aktywnych
Zaletą sieci kablowej opartej na modemach jest możliwość całkowitej kontroli przez administratora tego, co się dzieje w sieci z blokowaniem wszystkich, lub niektórych usług włącznie. Urządzenie, poza gniazdem sieci lokalnej i USB, może zawierać gniazdo przeznaczone do podłączenia standardowego aparatu telefonicznego. Abonent dzięki temu może otrzymać telefon stacjonarny od operatora sieci kablowej.
4. Schemat ideowy systemu telewizji kablowej z podziałem na części funkcjonalne
Dostępowy węzeł optyczny
ONU
Współosiowa sieć dystrybucyjna
Współosiowa sieć budynkowa
Gniazdo abonenckie
Urządzenia abonenckie Optyczna sieć
dystrybucyjna Stacja
czołowa
Transmisja w torze dosyłowym
Transmisja w torze zwrotnym
2A_02.04.2020_UiSA_Drobinski
Strona 4 z 4
5. Elementy konstrukcyjne – funkcje realizowane w systemie
• Stacja czołowa HDT (od ang. Host Digital Terminal) jest podstawowym modułem konstrukcyjnym sieci HFC. Jej zadaniem jest odbiór sygnałów telewizyjnych i radiowych z wielu różnych źródeł i w wielu różnych standardach oraz ich modulacja w wybranych kanałach i zsumowanie w jeden szerokopasmowy sygnał zawierający wszystkie programy.
Najogólniej rzecz biorąc pośredniczy ona pomiędzy węzłem usługowym a siecią dystrybucyjną HFC, i jako taka jest odpowiedzialna za:
− dystrybucję sygnałów telewizji analogowej,
− odbiór sygnałów danych pochodzących od węzła usługowego i przesyłanie ich w kierunku abonenta oraz
− odbiór danych z kanału zwrotnego, pochodzących od abonenta, i w zaleŜności od rodzaju usługi, skierowanie ich do odpowiedniego węzła usługowego.
• Węzeł optyczny FN (od ang. Fiber Node) łączy część światłowodową z częścią koncentryczną sieci HFC.
Przy czym, łącze światłowodowe ze stacją czołową (HDT) jest realizowane w konfiguracji punkt-punkt, zaś połączenie z abonentem ma konfigurację typu punkt-wielopunkt. W strukturze funkcjonalnej sieci HFC
odpowiedzialny jest ona za dokonywanie konwersji: sygnału optycznego na elektryczny w kierunku od HDT do abonenta oraz sygnału optycznego na elektryczny w kierunku od abonenta do stacji HDT.
W sieciach HFC każdy węzeł optyczny obsługuje niewielką grupę abonentów, dzięki temu jest praktycznie możliwe wykorzystanie udostępnianego pasma zwrotnego. Kanał zwrotny o paśmie 5 ÷ 65MHz jest tu bowiem dzielony pomiędzy abonentów podłączonych do jednego węzła światłowodowego, tzn. dla 200 do 500
abonentów.
• Urządzenie zakończenia sieci NIU (od ang. Node Intrface Unit) obsługują małe grupy abonentów, w szczególnym przypadku – jednego abonenta. Generalnie urządzenie to stanowi zakończenie sieci HFC, i jako takie jest odpowiedzialne za:
− wydzielenie sygnałów telefonicznych i kierowanie ich do urządzenia podstawowej usługi telefonicznej (np.
telefonu, faksu);
− wydzielenie cyfrowych sygnałów usług interaktywnych i kierowanie ich do odpowiednich urządzeń terminalowych, takich jak np. komputery PC;
− odbiór i dekodowanie sygnałów cyfrowych z kompresją MPEG-2; − kierowanie analogowych sygnałów TV bezpośrednio do odbiornika;
− zabezpieczanie i zarządzanie strumieniem danych, z użyciem takich mechanizmów, jak np.: ściany ogniowe (ang. FireWalls), filtrowanie pakietów, sieć prywatna VPN z szyfracją danych, obsługa grupy komputerów, dedykowane porty do podłączenia serwerów ogólnodostępnych oraz
− komunikacja z siecią lokalną Ethernet
• Dekoder cyfrowo-analogowy STB (od ang. Set-Top Box), z założenia obsługuje małą grupę abonentów, a na ogół jednego abonenta. Umożliwia korzystanie z usług multimedialnych, takich jak: wideotelefonia, wideo na żądanie, tele-gry, tele-edukacja oraz innych usług interaktywnych, a także umożliwia dostęp do zasobów sieci Internet, z użyciem zwykłego odbiornika TV, jako monitora. Składa się z przystawki telewizyjnej oraz konsoli. Jest dedykowany tam, gdzie brak jest komputera lub terminalu telefonicznego. Obecnie w większości wypadków jego rolę spełniają komputery PC.
W strukturze funkcjonalnej sieci HFC, dekoder ten jest odpowiedzialny za:
− interpretację i przekazywanie na ekran telewizyjny danych odbieranych z kanałów dosyłowych modemu kablowego;
− przekazywanie w kierunku stacji czołowej (do kanału zwrotnego) Ŝądań i zapytań wprowadzanych z konsoli oraz
− dekodowanie sygnałów cyfrowych poszczególnych usług multimedialnych.
