คุณต้องมีอุปกรณ์อะไรบ้างในการสร้างเครือข่ายการส่งสัญญาณ HFC ที่เชื่อถือได้

HFC คืออะไรและเหตุใดอุปกรณ์ที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญ

ไฮบริดไฟเบอร์-โคแอกเซียล (HFC) เป็นสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ใช้โดยผู้ให้บริการเคเบิลทั่วโลกเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ โทรทัศน์ระบบดิจิทัล และบริการด้านเสียงแก่สมาชิกที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ โดยผสมผสานสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกจากส่วนหัวไปยังโหนดการกระจายพื้นที่ใกล้เคียงด้วยสายโคแอกเชียลสำหรับการเชื่อมต่อขั้นสุดท้ายในบ้านและธุรกิจ ประสิทธิภาพของเครือข่ายทั้งหมด — ความจุแบนด์วิธ คุณภาพสัญญาณ ความน่าเชื่อถือของอัปสตรีม และศักยภาพในการอัพเกรด — ถูกกำหนดโดยคุณภาพและข้อกำหนดที่ถูกต้องของอุปกรณ์ส่งสัญญาณในทุกขั้นตอนของเส้นทางนั้น คู่มือนี้ครอบคลุมอุปกรณ์หลักแต่ละประเภทในเครือข่าย HFC พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด และวิธีการประเมินตัวเลือกเมื่อสร้างหรืออัปเกรดระบบ

อุปกรณ์เฮดเอนด์: จุดกำเนิดของทุกสัญญาณ

ส่วนหัวคือสิ่งอำนวยความสะดวกส่วนกลางซึ่งเป็นที่มาของบริการเนื้อหาและข้อมูลทั้งหมด รับสัญญาณวิดีโอจากดาวเทียมและแหล่งภาคพื้นดิน รวบรวมการรับส่งข้อมูลอินเทอร์เน็ตจากผู้ให้บริการต้นทาง เข้ารหัสและมัลติเพล็กซ์เนื้อหาดิจิทัล และส่งสัญญาณทั้งหมดไปยังเครือข่ายการกระจายไฟเบอร์ออปติก คุณภาพและสถาปัตยกรรมของอุปกรณ์เฮดเอนด์กำหนดเพดานสำหรับตัวชี้วัดประสิทธิภาพดาวน์สตรีมทุกรายการ

แพลตฟอร์ม CMTS และ CCAP

Cable Modem Termination System (CMTS) เป็นอุปกรณ์ส่วนหัวที่จัดการการรับส่งข้อมูลระหว่างเครือข่ายของผู้ให้บริการและเคเบิลโมเด็มของผู้สมัครสมาชิก การใช้งานสมัยใหม่ใช้สถาปัตยกรรม Converged Cable Access Platform (CCAP) ซึ่งรวมฟังก์ชัน CMTS เข้ากับความสามารถ Video Edge QAM ไว้ในแชสซีเดียว แพลตฟอร์ม CCAP ลดรอยเท้าส่วนหัว ลดความซับซ้อนในการดำเนินงาน และรองรับ DOCSIS 3.1 ซึ่งเป็นมาตรฐานปัจจุบันที่ช่วยให้ความเร็วดาวน์สตรีมเกิน 10 Gbps และความเร็วอัปสตรีมเกิน 1 Gbps โดยใช้การเชื่อมต่อช่องสัญญาณ OFDM และ OFDMA เมื่อประเมินแพลตฟอร์ม CCAP พารามิเตอร์หลักจะประกอบด้วยจำนวนพอร์ตดาวน์สตรีมและอัปสตรีม ความจุของช่องสัญญาณที่ได้รับใบอนุญาต การสนับสนุน Full Duplex DOCSIS (FDX) สำหรับการขยายอัปสตรีมในอนาคต และความเข้ากันได้กับระบบการจัดการเครือข่ายที่มีอยู่ของคุณ

เครื่องส่งสัญญาณแสง

เครื่องส่งสัญญาณแบบออปติคอลแปลงสัญญาณ RF จากตัวเข้ารหัส CCAP หรือ QAM ให้เป็นสัญญาณแบบออปติคัลสำหรับการส่งสัญญาณผ่านไฟเบอร์โหมดเดี่ยวไปยังโหนดการกระจาย ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญคือกำลังเอาต์พุตแบบออปติคอลและระดับความผิดเพี้ยนของ Composite Second Order (CSO) และ Composite Triple Beat (CTB) ของเครื่องส่งสัญญาณ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของสัญญาณที่โหนดรับ เครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ DFB (Distributed Feedback) เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการกระจาย HFC ที่ให้กำลังเอาต์พุตสูง สัญญาณรบกวนต่ำ และความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยม สำหรับช่วงที่ยาวขึ้นหรือเครือข่ายไฟเบอร์ที่ใหญ่ขึ้น เครื่องส่งสัญญาณแบบมอดูเลตภายนอกโดยใช้ตัวมอดูเลเตอร์แบบอิเล็กโทรออปติกจะให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในราคาที่สูงกว่า

การกระจายไฟเบอร์ออปติก: แกนหลักของประสิทธิภาพของ HFC

ส่วนไฟเบอร์ของเครือข่าย HFC จะนำสัญญาณจากเฮดเอนด์ไปยังโหนดออปติคอลที่ให้บริการคลัสเตอร์ที่มีจำนวนบ้านเรือน 125 ถึง 500 หลังโดยทั่วไป การออกแบบโรงงานไฟเบอร์ ได้แก่ จำนวนโหนด อัตราส่วนการแยก และประเภทของไฟเบอร์ จะเป็นตัวกำหนดจำนวนแบนด์วิธที่พร้อมใช้งานต่อผู้ใช้บริการ และความสามารถในการอัปเกรดเครือข่ายเพื่อรองรับความต้องการความจุในอนาคตได้ง่ายเพียงใด

สายไฟเบอร์โหมดเดี่ยว

เครือข่ายการกระจาย HFC ทั้งหมดใช้ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว (SMF) ซึ่งรองรับการส่งข้อมูลที่มีการสูญเสียต่ำและมีแบนด์วิธสูงซึ่งต้องใช้ในระยะทางตั้งแต่ไม่กี่ร้อยเมตรไปจนถึงหลายสิบกิโลเมตร ITU-T G.652D เป็นมาตรฐาน SMF ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายที่สุด เหมาะสำหรับทั้งสัญญาณ HFC แบบอะนาล็อกและดิจิทัล ผู้ปฏิบัติงานที่วางแผนสำหรับการใช้งาน Remote PHY หรือ Remote MACPHY ซึ่งผลักดันจุดแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อกจากเฮดเอนด์ออกไปยังโหนด ควรระบุไฟเบอร์ที่มียอดน้ำต่ำหรือยอดน้ำเป็นศูนย์ เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถเข้ากันได้กับช่วงความยาวคลื่นแสงที่กว้างที่สุด ข้อมูลจำเพาะของสายไฟเบอร์ที่ต้องตรวจสอบ ได้แก่ การลดทอนต่อกิโลเมตรที่ 1310 นาโนเมตร และ 1550 นาโนเมตร การกระจายตัวของสี และระดับการป้องกันทางกายภาพของสายเคเบิลสำหรับสภาพแวดล้อมการติดตั้ง (ทางอากาศ การฝังโดยตรง หรือท่อ)

ตัวแยกแสงและส่วนประกอบ WDM

ตัวแยกแสงแบบพาสซีฟช่วยให้เครื่องส่งสัญญาณส่วนหัวเดียวสามารถป้อนหลายโหนดได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนอุปกรณ์ส่วนหัว อัตราส่วนการแยก — 1:2, 1:4, 1:8 — จะต้องสมดุลกับงบประมาณพลังงานแสง การแยกแต่ละครั้งทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกประมาณ 3.5 dB และการสูญเสียสะสมจะต้องอยู่ภายในช่วงความไวของผู้รับ ส่วนประกอบ Wavelength Division Multiplexing (WDM) อนุญาตให้สัญญาณแสงหลายสัญญาณที่ความยาวคลื่นต่างกันเพื่อแบ่งปันเส้นใยเส้นเดียว ซึ่งจำเป็นสำหรับสถาปัตยกรรม PHY ระยะไกล ซึ่งสัญญาณดาวน์สตรีมและอัปสตรีมดิจิทัลจะต้องอยู่ร่วมกับการซ้อนทับ RF อะนาล็อกแบบเดิมบนไฟเบอร์เดียวกัน

โหนดออปติคอล: โดยที่ไฟเบอร์มาบรรจบกัน

โหนดออปติคอลคือจุดแปลงระหว่างส่วนไฟเบอร์และโคแอกเซียลของเครือข่าย โดยรับสัญญาณแสงจากเครื่องส่งสัญญาณส่วนหัว แปลงกลับเป็น RF และขยายสัญญาณไปยังสายเคเบิลกระจายโคแอกเซียล การเลือกและการวางตำแหน่งโหนดถือเป็นการตัดสินใจที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดในการออกแบบเครือข่าย HFC เนื่องจากโหนดจะกำหนดพื้นที่ให้บริการ และด้วยเหตุนี้จึงมีแบนด์วิดท์ที่พร้อมใช้งานต่อกลุ่มสมาชิก

ข้อมูลจำเพาะหลักในการประเมินเมื่อเลือกโหนดออปติคัล ได้แก่:

• ช่วงความถี่ปลายน้ำ: โหนด HFC รุ่นเก่ารองรับความถี่ดาวน์สตรีมที่ 862 MHz โหนดสเปกตรัมขยายที่รองรับ 1.2 GHz จำเป็นสำหรับการทำงานเต็มสเปกตรัม DOCSIS 3.1 และโหนด 1.8 GHz กำลังเข้าสู่การใช้งานสำหรับการขยายความจุรุ่นต่อไป
• ช่วงความถี่ต้นน้ำ: อัปสตรีมแบบดั้งเดิมถูกจำกัดไว้ที่ 5–42 MHz การกำหนดค่าแบบแยกกลางจะขยายเป็น 5–85 MHz และแบบแยกสูงจะขยายเป็น 5–204 MHz แบนด์วิดธ์อัปสตรีมส่งผลโดยตรงต่อความเร็วในการอัพโหลดและความจุสำหรับการทำงานระยะไกลและการรับส่งข้อมูลการประชุมทางวิดีโอ
• ความสามารถในการแบ่งส่วนโหนด: โหนดที่รองรับสถาปัตยกรรม N 0 (เครื่องขยายสัญญาณดาวน์สตรีมของโหนดเป็นศูนย์) หรือที่สามารถแบ่งส่วนเพื่อรองรับกลุ่มผู้สมัครสมาชิกขนาดเล็ก ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานมีเส้นทางในการเพิ่มความจุต่อผู้สมัครสมาชิกโดยไม่ต้องเปลี่ยนโรงงานไฟเบอร์
• ความพร้อม PHY ระยะไกล: โหนดที่มีหน่วยประมวลผลดิจิทัล (DPU) ในตัวรองรับการปรับใช้ PHY ระยะไกล ย้ายการประมวลผล DOCSIS ไปยังโหนด และลดเวลาแฝงในขณะที่เพิ่มพื้นที่ส่วนหัว

การกระจายโคแอกเซียล: แอมพลิฟายเออร์และสายเคเบิล

จากโหนดออปติคัล สายเคเบิลโคแอกเซียลจะส่งสัญญาณ RF ผ่านทางเครื่องขยายสัญญาณแบบกระจายไปยังจุดต่อสัญญาณของผู้สมัครสมาชิก ความยาวของโคแอกเซียลคาสเคดนี้ ซึ่งวัดจากจำนวนแอมพลิฟายเออร์ระหว่างโหนดและตัวสมัครสมาชิก ถือเป็นปัจจัยหลักของคุณภาพสัญญาณและการสะสมเสียงรบกวน การออกแบบ HFC สมัยใหม่มุ่งเป้าไปที่สถาปัตยกรรม N 0 หรือ N 1 (ไม่มีเครื่องขยายสัญญาณหรือเครื่องขยายสัญญาณหนึ่งตัวที่ดาวน์สตรีมของโหนด) เพื่อลดเสียงรบกวนและเพิ่มความจุอัปสตรีมให้สูงสุด

เครื่องขยายสัญญาณการกระจายและสายขยาย

เครื่องขยายสัญญาณหลักและการกระจายเสียงจะชดเชยการสูญเสียสัญญาณที่มีอยู่ในสายโคแอกเซียล ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางและความถี่ ข้อมูลจำเพาะของแอมพลิฟายเออร์ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ ระดับเอาต์พุต (โดยทั่วไปจะแสดงเป็น dBmV) ค่าสัญญาณรบกวน (ซึ่งกำหนดว่าแอมพลิฟายเออร์จะเพิ่มสัญญาณรบกวนในคาสเคดมากน้อยเพียงใด) และช่วงความถี่ที่รองรับ สำหรับเครือข่ายที่กำลังอัปเกรดเป็นสเปกตรัมขยาย เครื่องขยายสัญญาณจะต้องสามารถส่งความถี่ไปที่ 1.2 GHz หรือสูงกว่านั้นได้ ผู้ให้บริการหลายรายกำลังเปลี่ยนเครื่องขยายสัญญาณ 860 MHz รุ่นเก่าเป็นยูนิตย่านความถี่กว้างในระหว่างรอบการบำรุงรักษาตามปกติ แทนที่จะรอการสร้างเครือข่ายใหม่ทั้งหมด ซึ่งจะกระจายรายจ่ายฝ่ายทุนและยืดอายุเครือข่าย

ประเภทและข้อมูลจำเพาะของสายโคแอกเซียล

การกระจายตัวของ HFC ใช้สายโคแอกเซียลฮาร์ดไลน์ที่มีตัวนำด้านนอกอะลูมิเนียม มีหลายขนาด ขนาดที่พบบ่อยที่สุดและการใช้งานโดยทั่วไปมีสรุปไว้ด้านล่างนี้

อุปกรณ์ฝากถอนสมาชิกและอุปกรณ์ในบ้าน

เครือข่ายดรอปเชื่อมต่อสายเคเบิลกระจายเข้ากับสถานที่ของสมาชิก สายดรอปเป็นสายโคแอกเชียลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและมีความยืดหยุ่นมากกว่า — โดยทั่วไปคือ RG-6 หรือ RG-11 — พร้อมด้วยไดอิเล็กตริกโฟมเพื่อลดทอนลงในช่วงระยะทางสั้นๆ ที่เกี่ยวข้อง ส่วนประกอบแบบพาสซีฟในเครือข่ายดรอปประกอบด้วยก๊อก ตัวแยก และตัวเชื่อมต่อทิศทาง ซึ่งแบ่งสัญญาณระหว่างสมาชิกหลายรายในขณะที่รักษาระดับสัญญาณที่ยอมรับได้ในแต่ละพอร์ต ระดับสัญญาณที่เคเบิลโมเด็มของผู้สมัครสมาชิกจะต้องอยู่ภายในหน้าต่างรับพลังงานที่ระบุโดย DOCSIS โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง -15 dBmV ถึง 15 dBmV เพื่อบริการข้อมูลที่เชื่อถือได้ การแตะจะถูกระบุโดยค่าการสูญเสียการแตะ (การสูญเสียสัญญาณไปยังพอร์ตสมาชิก) และการสูญเสียผ่าน และการเลือกค่าการแตะที่เหมาะสมสำหรับแต่ละตำแหน่งในลำดับชั้นการกระจายถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาสมดุลระดับสัญญาณทั่วพื้นที่ให้บริการ

การเลือกอุปกรณ์สำหรับการอัพเกรดเครือข่ายและความจุในอนาคต

เมื่อทำการประเมิน อุปกรณ์ส่งสัญญาณ HFC สำหรับการสร้างหรืออัปเกรดใหม่ หลักการที่สำคัญที่สุดคือการระบุให้เกินกว่าข้อกำหนดเร่งด่วนของคุณ อุปกรณ์ที่รองรับสเปกตรัมดาวน์สตรีมที่ขยายเป็น 1.2 GHz, ความถี่อัปสตรีมแบบแยกกลางหรือสูง และสถาปัตยกรรมโหนด PHY ระยะไกลจะให้บริการเครือข่ายเป็นเวลาหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่ ความแตกต่างของต้นทุนส่วนเพิ่มระหว่างโหนด 862 MHz และโหนด 1.2 GHz นั้นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับต้นทุนค่าแรงในการส่งคืนเพื่อแทนที่ ในทำนองเดียวกัน แพลตฟอร์ม CCAP ควรได้รับการประเมินบนเส้นทางการอัปเกรดซอฟต์แวร์สำหรับการรองรับ DOCSIS 3.1 และ FDX ไม่ใช่เพียงความจุที่ได้รับอนุญาตในปัจจุบันเท่านั้น เครือข่าย HFC ได้รับการออกแบบทางสถาปัตยกรรมให้มีพื้นที่ส่วนหัวในการอัพเกรดในตัว — จำนวนเส้นใยไฟเบอร์ ความสามารถในการแบ่งส่วนโหนด และช่วงความถี่ของแอมพลิฟายเออร์ — มอบต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของที่ต่ำกว่าการออกแบบตามข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับความต้องการในปัจจุบันอย่างต่อเนื่อง