В настоящей статье затрагиваются вопросы, которые могут возникнуть у операторов кабельных сетей при передаче данных через сети CATV. Традиционно такой сервис, как, например, доступ в Интернет, обеспечивался Интернет-провайдерами. Сегодня, с появлением кабельных модемов, кабельные операторы получили возможность расширить свои услуги и самим выступить в роли Интернет-провайдеров. При этом возникают определенные технические вопросы, обсуждению которых и посвящена данная статья.

Требования к CATV сетям

Двунаправленность

Это наиболее важное и первоочередное требование к сети, обслуживаемой кабельным оператором. Поначалу, когда CATV сети только появлялись, при их проектировании имелось в виду лишь однонаправленное их применение, а именно, для передачи телевизионного сигнала. Таким образом, большинство CATV сетей оказались рассчитаны на передачу информации только в одну сторону (от головной станции к абоненту). Дополнительный информационный сервис, как, например, телефония, требует возможности передачи сигнала в обе стороны (как от головной станции к абоненту, так и наоборот).

Таким образом, первое препятствие, которое кабельный оператор должен преодолеть, — это обеспечить в своей сети возможность передачи в двух направлениях. Большинство мультимедиа приложений требуют взаимодействия. Такие возможности, как доступ в Интернет, также требуют двунаправленности. Альтернативой этому требованию может служить лишь "телефонный" обратный канал, при котором абонент использует CATV сеть для прямого канала (от головной станции к абоненту) и телефонную сеть для обратной передачи (от абонента к головной станции). Хотя такое решение и жизнеспособно в настоящее время, в будущем все равно потребуются двунаправленные кабельные сети. Для таких приложений, как видеоконференции, интерактивные игры и т.п., требующих широкой полосы сигнала, единственная возможность — использовать широкополосные двунаправленные сети.

Ширина полосы обратного канала

Применяемый до настоящего времени частотный план, разработанный для сетей кабельного ТВ, предусматривал, что основное применение CATV сетей — это передача телевизионных сигналов. В результате мы имеем существенный перекос по отведенной полосе в пользу прямого канала (от ГС к абоненту) и весьма узкий диапазон обратного канала (от абонента к ГС). Таким образом, большинство существующих кабельных сетей используют диапазон 50-850 МГц для прямого канала и 5-42 МГц для обратного. Как можно видеть, доступная полоса для обратного канала существенно уже, чем для прямого. С появлением двунаправленных мультимедиа-приложений в CATV сетях требования к емкости обратного канала существенно расширились. Как следствие повысились требования к эффективности использования спектра обратного канала. Это подробно объясняется на примере (см. приложение 1).

Требования к головной станции

Обычное оборудование, устанавливаемое на головных телевизионных станциях для CATV сетей, позволяет передавать своим абонентам лишь телевизионные и радиопрограммы. Это демодуляторы и модуляторы ТВ-сигналов, конверторы и другое подобное оборудование. Для передачи данных через CATV требуется различное дополнительное оборудование и программное обеспечение, которое также устанавливается на головной станции. Его состав определяется перечнем тех услуг, которые кабельный оператор собирается предоставлять своим абонентам.

Для удобства, весь дополнительный интерактивный сервис, обеспечиваемый в кабельных сетях, можно разбить на две категории:

• асимметричный сервис;
• симметричный сервис.

Асимметричный сервис

Асимметричным интерактивным сервисом называются такие приложения, как, например, Интернет, в которых требуемая ширина полосы сигнала (или скорость передачи, что взаимосвязано) в одном направлении существенно больше, чем в обратном. Интернет является идеальным примером такого сервиса, когда поток данных от ГС к компьютеру абонента намного больше, чем от абонента к ГС. Набор оборудования головной станции для обеспечения асимметричного сервиса включает, как правило, следующие типичные модули:

1. Серверы (например, Web-серверы, Mail-серверы и т.п.).
2. Роутеры (Routers).
3. Коммутаторы (Hubs).
4. Головное устройство системы кабельных модемов, которую решит использовать оператор (головной кабельный модем, CATV Gateway).
5. Система управления (NMS — network management system).

На рис.1 представлена типичная блок-схема части головной станции, относящейся к рассматриваемым вопросам. Подробное описание асимметричной системы передачи данных приводится в приложении 2 на примере системы SpeedDemon™ фирмы Phasecom *).

Симметричный сервис

Симметричным интерактивным сервисом называются такие приложения, как, например, видеоконференции или связь между локальными компьютерными сетями по сетям кабельного ТВ. В этих случаях обычно требуется одинаковая ширина полосы в обоих направлениях. Оборудование для головной станции при этом значительно проще, чем при асимметричном сервисе. Обычно, все оборудование сводится лишь к одному компоненту — трансвертору. Приводимый ниже пример поясняет его назначение.

Как уже говорилось, весь спектр, используемый в CATV, делится на диапазон обратного канала 5-42 МГц и диапазон прямого канала 50-850 МГц. Предположим теперь, что мы имеем два модема (А и Б) в сети, которые передают какую-то информацию на какой-то частоте в диапазоне 5-42 МГц (к головной станции) и принимают на какой-то частоте в диапазоне 50-850 МГц (от ГС). Пусть модем А передает на частоте 22 МГц и принимает на частоте 500 МГц, в то время как модем Б передает на частоте 32 МГц и принимает на частоте 600 МГц. Очевидно, что сигнал, посланный модемом А на частоте 22 МГц, сможет быть воспринят модемом Б лишь на частоте 600 МГц после конвертации. Таким образом, сигнал с частотой 22 МГц должен быть конвертирован на частоту 600 МГц (и, может быть, понадобится ремодуляция, если способы модуляции в прямом и обратном каналах отличаются). Эту процедуру как раз и обеспечивает трансвертор на головной станции.

Подробное описание системы с симметричным сервисом приводится в приложении 3 на примере Broadband Bridge — симметричной системы кабельных модемов фирмы Phasecom.

Требования к ширине спектра сигнала

Согласно частотному плану, ширина полосы канала в сетях CATV составляет 7 МГц или 8 МГц в зависимости от принятого ТВ-стандарта. Эти каналы используются для передачи абонентам обычных телевизионных сигналов. Те же самые каналы используются и для передачи данных.

Асимметричный сервис

Большинство асимметричных CATV систем передачи данных используют один телевизионный канал, занимая полосу

6 МГц для трансляции в прямом направлении (к абоненту). При такой полосе асимметричные системы позволяют передавать информацию со скоростью от 10 до 30 Мбит/с. Этот поток затем распределяется между всеми пользователями, работающими в данный момент на этом канале. Индивидуальная скорость, с какой получает информацию абонент, зависит, таким образом, от количества одновременно работающих модемов.

В обратном направлении (от абонента) такие системы используют обычно полосу 2 МГц или 6 МГц, обеспечивая скорости передачи от 2,5 до 10 Мбит/с. Этот поток также распределяется между всеми пользователями, работающими в данный момент на этой частоте, и от числа которых зависит индивидуальная скорость абонента.

Более подробно это освещается в приложении 2.

Симметричный сервис

Большинство симметричных CATV систем передачи данных используют полосу шириной примерно 2 МГц для приема и передачи (т.е. в обоих направлениях!), обеспечивая при этом типичную скорость от 1,5 до 2 Мбит/с. Эта скорость справедлива для каждого пользователя (в отличие от асимметричных систем). Такие системы в основном используются для связи типа "точка-точка" между двумя пользователями. Типичные применения — связь между собой удаленных друг от друга локальных сетей для банков, офисов, школ, институтов, больниц, коммунальных служб и т.п.

Более подробно этот вопрос рассматривается в приложении 3.

Требования к конечному пользователю (абоненту)

Большинство широкополосных систем передачи данных требуют у пользователя наличие кабельного модема. Этот модем подключается к PC через сетевую карту или карту Ethernet. Соединение модема с компьютером обычно производится с помощью 10BaseT шины. Подключение модема к телевизионной сети осуществляется при помощи обычного телевизионного кабеля с F разъемом к модему.

В случае симметричной системы, где кабельный модем используется для подключения к имеющейся компьютерной сети (LAN), подключение обычно осуществляется через коммутатор (Hub). При этом также используется шина 10BaseT.

*) Действующая система SpeedDemon™, обеспечивающая подключение к Интернет через кабельную ТВ-сеть, демонстрировалась на выставке "Связь-Экспокомм98" на стенде фирмы WISI.