2. Технологии кабельного телевидения

Сети кабельного телевидения получили широкое распространение в США. Именно там появилась идея интерактивного ТВ, то есть телевещания с обратной связью или обратным каналом. Дело в том, что коаксиальный кабель, так же как общая шина, пропускает электромагнитные волны в обоих направлениях одинаково хорошо. Если разделить весь спектр полосы пропускания кабеля на прямые и обратные каналы, то потребуется модернизация лишь активного оборудования, то есть магистральных усилителей и кабельных модемов, преобразующих абонентский трафик передачи данных в соответствующий канал вещания от абонента к центральной станции кабельного телевидения и обратно.

Спецификация IEEE 802.3b определяла требования к компонентам вычислительной сети, которая была построена по принципу CSMA/CD и использовала в качестве среды передачи данных телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Использование алгоритма частотного уплотнения в спецификации 10 Broad 36 обеспечивает передачу информационного сигнала со скоростью 10 Мбит/с. При этом узлы сети могут быть разнесены на значительно большее расстояние (максимальная длина сегмента 1800 м, максимальный размер сети из конца в конец 3600 м), чем в обычном Ethernet.

Применение технологии 10 Broad 36 обеспечивало ощутимые преимущества за счет использования существующих коммуникаций и увеличения дальности информационного взаимодействия с широкой полосой пропускания.

С появлением и широким внедрением оптоволоконных сетевых инфраструктур эти преимущества были нивелированы.

Кабельные модемы обеспечивают высокоскоростной доступ к Internet по сетям кабельного телевидения (рис. 1.2). Применение подобных модемов ориентировано прежде всего на домашних пользователей, поскольку в большинстве жилых кварталов уже проложены кабельные коммуникации.

Рисунок 1.2 – Схема организации кабельного ШПД

Существует два типа кабельных модемов, сильно отличающихся друг от друга. Первый – это HFC-модемы для гибридных сетей (Hybrid Fiber-Coax). Такие сети состоят из волоконно-оптических и коаксиальных участков кабельной инфраструктуры. HFC-модемы обеспечивают двухстороннюю связь на HFC-линиях. Второй – модемы старого типа с односторонней связью, работающие на традиционных коаксиальных телевизионных линиях и установленные у более чем 50 млн. абонентов в США. Пропускная способность типичных HFC-модемов составляет:

• от 3 до 30 Мбит/с (при приеме);

• от 128 Кбит/с до 10 Мбит/с (при отправке данных).

Как правило, при приеме это значение составляет порядка 4 Мбит/с.

Поскольку в пакет услуг, предоставляемых местными кабельными компаниями, как правило, входит поставка модема, особых проблем относительно их совместимости фактически не возникает. Однако в ближайшие несколько лет этот вопрос может встать более остро, вследствие возможного приобретения и применения кабельных модемов других моделей; поэтому сейчас ведутся разработки унифицированного стандарта.

Распространению подобных систем доступа в России мешает неразвитость инфраструктуры кабельных сетей и практически полное отсутствие в них поддержки каналов обратной передачи.

Пропускная способность сети КТВ определяется пропускной способностью ее элементов, как активных, так и пассивных, и, прежде всего, средой доставки, то есть кабельной инфраструктурой. Современный коаксиальный кабель имеет полосу пропускания порядка 1 ГГц. В России принята телевизионная частотная сетка с выделением полосы 8 МГц на каждый телевизионный канал. Под традиционное аналоговое телевидение отводятся частоты в диапазоне 50...550 МГц. Спектр от 550 до 862 МГц может использоваться для передачи мультимедиа-трафика мультисервисных сетей (видео и речевая телефония, видео по расписанию VNOD и видео по требованию VOD, широкополосный доступ в Интернет).

Каждый ТВ-канал соответствует примерно информационному потоку в 10 Мбит/с, что соизмеримо со скоростями LAN. Поэтому, установка на центральной станции КТВ-шлюза в сеть передачи данных для доступа к xSP позволяет говорить о возможности предоставления услуг широкополосного доступа.

Однако, ресурс кабельной инфраструктуры существенно меньше любого устройства ADSL-доступа по медным проводам, потолок пропускной способности которого по каждому порту достигает 8 Мбит/с, а число портов в каждом из узлов варьируется от 120 (что все равно больше 80 каналов) до нескольких тысяч.

В случае сети КТВ число подобных портов не превосходит 80 на всю сеть. Однако, Internet-трафик не нуждается в столь высоких скоростях и потребность в доступе к Internet ресурсам вполне удовлетворяется на скоростях от 32 до 128 Кбит/с, что позволяет более рачительно использовать полосу пропускания и обслужить большее число абонентов.

С точки зрения мультисервисности сеть КТВ технически позволяет предложить любую услугу широкополосного доступа, но в силу ограниченности ресурса довольно ограниченному кругу лиц.

Мировая практика показывает, что мультисервисность обычно привносится в сети КТВ операторами уже имеющими развитую инфраструктуру, а не строящими сети КТВ с «нуля». Мультисервисность сети, с помощью других технологий, может быть реализована значительно дешевле. При этом услуги, предоставляемые в сетях КТВ, терминируются с помощью телеприставок (Set Top Box), аналогичных спутниковому ресиверу или видеомагнитофону, но включаемых в сети передачи данных по вито-парному соединению.

Можно обозначить основные технологии кабельного телевидения.

DOCSIS 1.0. Создан для сетей КТВ США. Он определяет физический и MAC-уровни, уровень управления для кабельных модемов и головных станций, принципы обеспечения сетевой безопасности и качества обслуживания. Для организации восходящего канала используется диапазон 5 – 42 МГц. Метод доступа к восходящему каналу – TDMA, методы модуляции – QPSK и QAM16, скорость передачи – до 1 Мбит/с. Для защиты информации используется стандарт цифрового шифрования DES с длиной ключа 40 бит. Модель обеспечения качества обслуживания основана на классах обслуживания QoS. Нисходящий канал с полосой частот 6 МГц с полосой частот 6 МГц (Рек. ITU-T J.83.B) может быть организован в диапазоне частот 88 – 860 МГц. Методы модуляции в нисходящем канале – QAM64 и QAM256, скорости передачи соответственно 30,34 и 42,88 Мбит/с.

DOCSIS 1.1. Создан в 1999 г. Скорость передачи в восходящем канале увеличена до 5 Мбит/с, улучшена эффективность использования пропускной способности восходящего канала за счет введения механизмов фрагментации пакетов и подавления заголовков, повышена сетевая безопасность благодаря введению аутентификации кабельных модемов.

DOCSIS 2.0. Опубликован в 2002 г. Пропускная способность восходящего канала увеличена до 30.72 Мбит/с при ширине полосы частот до 6.4 МГц. В качестве метода доступа к обратному каналу используются варианты TDMA – Advanced TDMA (A-TDMA) или Synchronous CDMA (S-CDMA). В восходящем канале дополнительно используются методы модуляции QAM8, QAM32, QAM64, а также QAM128 с решетчатым кодированием (trellis-coded – TCM).

Euro-DOCSIS. Эта спецификация представляет собой вариант американского стандарта DOCSIS, адаптированный к европейским кабельным сетям. Для организации восходящего канала выделен диапазон 5 – 65 МГц, для нисходящего канала – 108 – 862 МГц. Полоса частот в нисходящем канале – 8 Мгц (Рек. ITU-T J.83-A). Методы модуляции в нисходящем канале – QAM64 и QAM256, скорости передачи соответственно около 37 и 52 Мбит/с.

Рек. J.112. В 1998 г. версия DOCSIS 1.0 была принята ITU-T в качестве международного стандарта J.112. Расширения этого стандарта изложены в опубликованных позднее приложениях A, B и C.