برای ساخت یک شبکه انتقال HFC قابل اعتماد به چه تجهیزاتی نیاز دارید؟

HFC چیست و چرا تجهیزات مناسب اهمیت دارد؟

Hybrid Fibre-Coaxial (HFC) معماری شبکه ای است که توسط اپراتورهای کابلی در سراسر جهان برای ارائه اینترنت پهن باند، تلویزیون دیجیتال و خدمات صوتی به مشترکین مسکونی و تجاری استفاده می شود. برای اتصال نهایی به خانه ها و مشاغل، کابل فیبر نوری را از گره های توزیع سر تا محله با کابل کواکسیال ترکیب می کند. عملکرد کل شبکه - ظرفیت پهنای باند، کیفیت سیگنال، قابلیت اطمینان بالادست و پتانسیل ارتقا - با کیفیت و مشخصات صحیح تجهیزات انتقال در هر مرحله از آن مسیر تعیین می شود. این راهنما هر دسته تجهیزات اصلی در یک شبکه HFC را پوشش می‌دهد، پارامترهای فنی بیشتر از همه مهم هستند و چگونه می‌توان گزینه‌ها را هنگام ساخت یا ارتقاء یک سیستم ارزیابی کرد.

تجهیزات Headend: نقطه مبدا هر سیگنال

Headend مرکز مرکزی است که همه محتوا و خدمات داده از آن سرچشمه می گیرند. سیگنال‌های ویدئویی را از منابع ماهواره‌ای و زمینی دریافت می‌کند، ترافیک اینترنت را از ارائه‌دهندگان بالادستی جمع‌آوری می‌کند، محتوای دیجیتال را رمزگذاری و چندگانه می‌کند، و همه سیگنال‌ها را به شبکه توزیع فیبر نوری راه‌اندازی می‌کند. کیفیت و معماری تجهیزات headend سقف را برای هر معیار عملکرد پایین دستی تعیین می کند.

پلتفرم های CMTS و CCAP

سیستم پایان مودم کابلی (CMTS) دستگاه هدند است که ترافیک داده بین شبکه اپراتور و مودم های کابلی مشترک را مدیریت می کند. استقرارهای مدرن از معماری پلتفرم دسترسی کابل همگرا (CCAP) استفاده می کنند که عملکرد CMTS را با قابلیت های QAM لبه ویدیو در یک شاسی واحد ادغام می کند. پلتفرم‌های CCAP ردپای هدند را کاهش می‌دهند، عملیات را ساده می‌کنند و از DOCSIS 3.1 پشتیبانی می‌کنند - استاندارد فعلی که سرعت پایین‌دستی بیش از 10 گیگابیت در ثانیه و سرعت بالادستی بیش از 1 گیگابیت در ثانیه را با استفاده از پیوند کانال OFDM و OFDMA امکان‌پذیر می‌کند. هنگام ارزیابی پلتفرم‌های CCAP، پارامترهای کلیدی شامل تعداد پورت‌های پایین‌دست و بالادست، ظرفیت کانال مجاز، پشتیبانی از Full Duplex DOCSIS (FDX) برای گسترش آینده بالادستی و سازگاری با سیستم‌های مدیریت شبکه موجود شماست.

فرستنده های نوری

فرستنده های نوری سیگنال RF را از رمزگذار CCAP یا QAM به سیگنال نوری برای انتقال از فیبر تک حالته به گره های توزیع تبدیل می کنند. مشخصات بحرانی توان خروجی نوری و سطوح اعوجاج مرکب مرتبه دوم (CSO) و CTB (CTB) فرستنده است که مستقیماً بر کیفیت سیگنال در گره گیرنده تأثیر می‌گذارد. فرستنده های لیزری DFB (بازخورد توزیع شده) انتخاب استاندارد برای توزیع HFC هستند که توان خروجی بالا، نویز کم و خطی بودن عالی را ارائه می دهند. برای دهانه‌های طولانی‌تر یا شبکه‌های فیبر بزرگ‌تر، فرستنده‌های مدوله‌شده خارجی با استفاده از تعدیل‌کننده‌های الکترواپتیک عملکرد برتر را با هزینه بالاتر ارائه می‌کنند.

توزیع فیبر نوری: ستون فقرات عملکرد HFC

بخش فیبر یک شبکه HFC سیگنال‌هایی را از قسمت اصلی به گره‌های نوری منتقل می‌کند که معمولاً به خوشه‌هایی از 125 تا 500 خانه منتقل می‌شوند. طراحی کارخانه فیبر - تعداد گره‌ها، نسبت تقسیم و نوع فیبر - تعیین می‌کند که چه مقدار پهنای باند برای هر مشترک در دسترس است و به راحتی می‌توان شبکه را برای نیازهای ظرفیت آینده ارتقا داد.

کابل فیبر تک حالته

همه شبکه های توزیع HFC از فیبر تک حالته (SMF) استفاده می کنند که از انتقال کم تلفات و پهنای باند بالا مورد نیاز در فواصل از چند صد متر تا ده ها کیلومتر پشتیبانی می کند. ITU-T G.652D گسترده ترین استاندارد SMF است که برای سیگنال های HFC آنالوگ و دیجیتال مناسب است. اپراتورهایی که برای استقرار Remote PHY یا Remote MACPHY برنامه ریزی می کنند - که نقطه تبدیل دیجیتال به آنالوگ را از هد به سمت گره به بیرون هدایت می کند - باید فیبر کم پیک یا پیک آب صفر را مشخص کنند تا از سازگاری با وسیع ترین طیف طول موج های نوری اطمینان حاصل کنند. مشخصات کابل فیبر برای تأیید عبارتند از تضعیف در هر کیلومتر در 1310 نانومتر و 1550 نانومتر، پراکندگی رنگی، و درجه حفاظت فیزیکی کابل برای محیط نصب آن (هوایی، دفن مستقیم یا کانال).

تقسیم کننده های نوری و اجزای WDM

اسپلیترهای نوری غیرفعال به یک فرستنده هدند اجازه می دهد تا چندین گره را تغذیه کند و هزینه تجهیزات هدند را کاهش دهد. نسبت تقسیم - 1:2، 1:4، 1:8 - باید با بودجه توان نوری متعادل شود. هر تقسیم تقریباً 3.5 دسی بل از دست دادن وارد می کند و تلفات تجمعی باید در محدوده حساسیت گیرنده باقی بماند. اجزای تقسیم طول موج چندگانه (WDM) به چندین سیگنال نوری در طول موج‌های مختلف اجازه می‌دهند تا یک رشته فیبر واحد را به اشتراک بگذارند، که برای معماری‌های Remote PHY که در آن سیگنال‌های دیجیتال پایین‌دست و بالادست باید با پوشش RF آنالوگ قدیمی روی فیبر یکسان وجود داشته باشند، ضروری است.

گره های نوری: جایی که فیبر با کواکس برخورد می کند

گره نوری نقطه تبدیل بین فیبر و بخش کواکسیال شبکه است. سیگنال نوری را از فرستنده headend دریافت می کند، آن را به RF تبدیل می کند و آن را روی کابل توزیع کواکسیال تقویت می کند. انتخاب و قرار دادن نود یکی از مهم‌ترین تصمیم‌ها در طراحی شبکه HFC است زیرا گره منطقه سرویس‌دهی و در نتیجه پهنای باند موجود برای هر گروه مشترک را تعیین می‌کند.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب گره های نوری عبارتند از:

• محدوده فرکانس پایین دست: گره های قدیمی HFC از فرکانس های پایین دست تا 862 مگاهرتز پشتیبانی می کنند. گره‌های طیف گسترده‌ای که از 1.2 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کنند برای عملکرد DOCSIS 3.1 با طیف کامل مورد نیاز هستند، و گره‌های 1.8 گیگاهرتز در حال استقرار برای توسعه ظرفیت نسل بعدی هستند.
• محدوده فرکانس بالادست: بالادست سنتی به ۵ تا ۴۲ مگاهرتز محدود شده است. تنظیمات Mid-Split این را به 5-85 MHz گسترش می دهند، و High-Split را به 5-204 MHz گسترش می دهند. پهنای باند بالادست مستقیماً بر سرعت آپلود و ظرفیت کار از راه دور و ترافیک ویدئو کنفرانس تأثیر می گذارد.
• قابلیت تقسیم بندی گره: گره هایی که از معماری N 0 پشتیبانی می کنند (تقویت کننده های صفر در پایین دست گره) یا می توانند برای سرویس دهی به گروه های مشترک کوچکتر تقسیم بندی شوند، به اپراتورها مسیری برای افزایش ظرفیت به ازای هر مشترک بدون جایگزینی کارخانه فیبر می دهند.
• آمادگی PHY از راه دور: گره‌ها با واحدهای پردازش دیجیتال (DPU) یکپارچه از استقرار PHY از راه دور پشتیبانی می‌کنند، پردازش DOCSIS را به گره منتقل می‌کنند و زمان تأخیر را کاهش می‌دهند در حالی که فضای هدند آزاد می‌شود.

توزیع کواکسیال: تقویت کننده ها و کابل

از گره نوری، کابل کواکسیال سیگنال RF را از طریق آبشاری از تقویت کننده های توزیع به نقاط ضربه ای مشترک حمل می کند. طول این آبشار کواکسیال - که در تعداد تقویت‌کننده‌های بین گره و مشترک اندازه‌گیری می‌شود - تعیین‌کننده اصلی کیفیت سیگنال و تجمع نویز است. طراحی مدرن HFC معماری N 0 یا N 1 (بدون تقویت کننده یا یک تقویت کننده در پایین دست گره) را هدف قرار می دهد تا نویز را به حداقل برساند و ظرفیت بالادستی را به حداکثر برساند.

تقویت کننده های توزیع و توسعه دهنده خط

تقویت کننده های ترانک و توزیع، افت سیگنال ذاتی در کابل کواکسیال را جبران می کنند، که با فاصله و فرکانس افزایش می یابد. مشخصات آمپلی فایر که بیشترین اهمیت را دارد شامل سطح خروجی (معمولاً با dBmV بیان می شود)، رقم نویز (که تعیین می کند چقدر نویز به آبشار اضافه می کند) و محدوده فرکانسی که پشتیبانی می کند. برای شبکه‌هایی که به طیف گسترده ارتقا می‌یابند، تقویت‌کننده‌ها باید قادر به ارسال فرکانس‌ها به 1.2 گیگاهرتز یا بیشتر باشند. بسیاری از اپراتورها به جای اینکه منتظر بازسازی کامل شبکه باشند، تقویت‌کننده‌های قدیمی 860 مگاهرتز را با واحدهای باند پهن در طول چرخه‌های تعمیر و نگهداری معمولی جایگزین می‌کنند، که هزینه‌های سرمایه را گسترش می‌دهد و عمر شبکه را افزایش می‌دهد.

انواع و مشخصات کابل کواکسیال

توزیع HFC از کابل کواکسیال سخت با هادی های بیرونی آلومینیومی استفاده می کند که در چندین اندازه موجود است. رایج ترین اندازه ها و کاربردهای معمولی آنها در زیر خلاصه شده است.

مشترکین تجهیزات و دستگاه های داخلی را رها کنید

شبکه دراپ کابل توزیع را به محل مشترک متصل می کند. کابل‌های قطره‌ای، کابل‌های کواکسیال با قطر کمتر و انعطاف‌پذیرتر هستند - معمولاً RG-6 یا RG-11 - با یک دی الکتریک فوم برای تضعیف کمتر در فواصل کوتاه درگیر. اجزای غیرفعال در شبکه دراپ شامل تپ ها، اسپلیترها و کوپلرهای جهتی هستند که سیگنال را بین چندین مشترک تقسیم می کنند و در عین حال سطوح سیگنال قابل قبول را در هر پورت حفظ می کنند. سطوح سیگنال در مودم کابلی مشترک باید در پنجره برق دریافتی DOCSIS باشد - معمولاً بین -15 dBmV و dBmV 15 - برای سرویس داده قابل اعتماد. تپ ها بر اساس مقدار تپ تپ آنها (از دست دادن سیگنال به پورت مشترک) و تلفات آنها مشخص می شوند و انتخاب مقدار ضربه زدن مناسب برای هر موقعیت در آبشار توزیع برای متعادل کردن سطوح سیگنال در سراسر منطقه خدمات ضروری است.

انتخاب تجهیزات برای ارتقاء شبکه و ظرفیت آینده

هنگام ارزیابی تجهیزات انتقال HFC برای ساخت یا ارتقاء جدید، مهمترین اصل این است که فراتر از نیازهای فوری خود را مشخص کنید. تجهیزاتی که از طیف گسترده پایین‌دستی تا 1.2 گیگاهرتز، فرکانس‌های بالادستی با تقسیم متوسط ​​یا تقسیم بالا و معماری گره PHY از راه دور پشتیبانی می‌کنند، بدون نیاز به جایگزینی برای یک دهه یا بیشتر به شبکه خدمت خواهند کرد. تفاوت هزینه افزایشی بین یک گره 862 مگاهرتز و یک گره 1.2 گیگاهرتز نسبت به هزینه کار بازگشت برای جایگزینی آن ناچیز است. به طور مشابه، پلتفرم‌های CCAP باید در مسیر ارتقای نرم‌افزارشان برای پشتیبانی از DOCSIS 3.1 و FDX ارزیابی شوند، نه فقط ظرفیت مجاز فعلی‌شان. شبکه‌های HFC که با فضای داخلی ارتقا یافته طراحی شده‌اند - از نظر تعداد رشته‌های فیبر، قابلیت تقسیم‌بندی گره، و محدوده فرکانس تقویت‌کننده - به طور مداوم هزینه کل مالکیت کمتری نسبت به آن‌هایی که با حداقل مشخصات برای تقاضای فعلی طراحی شده‌اند، ارائه می‌کنند.