Статьи за: 2015 год2014 год2013 год

Кабельные сети с глубоким проникновением оптики (строить ли оптику до дома?). Авторы: Колпаков И. А., Песков С. Н.

	Дата публикации: 5 октября 2006г.		В настоящей статье изложены основные аспекты построения HFC сетей с точки зрения глубины проникновения оптики. Основное внимание уделено технологии FTTH (оптика до дома), получающей все большее распространение в последнее время.
	Статья была опубликована в журнале "Кабельщик" №8 2006г.

См. по теме:
Технология FTTH
Технология FTTC
Технология FTTB
Технология EttH

Большинству читателей хорошо известно, что HFC сети (Hybrid Fider Coax - гибридная оптико-коаксиальная сеть) строятся по технологии FTTC (Fiber To The Carb), FTTB (Fiber To The Building) или FTTH (Fiber To The Home), аббревиатуры которых часто звучат в литературе и не нуждаются в комментариях (см. рис.1).

Рис. 1 Структурная схема сетей FTTH, FTTC, FTTB, HFC

Особенности технологиий FTTH

Под FTTH (оптика до дома) понимаются сети, в которых оптический узел (или оптический приемник) является последним активным элементом. Выход оптического узла (ОУ) непосредственно (т.е. без дополнительных усилителей) связан с телевизором или абонентским терминалом, например STB (Set-Top-Box). Очевидно, что при технологии FTTH используется большее число ОУ в сравнении с технологией FTTB и, особенно, FTTС. Рассмотрим основные особенности FTTH в сравнении с другими технологиями (FTTС и FTTВ).

Более высокая надежность технологии FTTH. Действительно, все мультисервисные сети передачи данных и телевидения (МСС) построенные только с использованием оптических активных компонентов, как правило, обладают очень высокой надежностью. Важен и тот факт, что отпадает необходимость в использовании дистанционного (т.е. по коаксиальному кабелю) питания, которое часто доставляет много хлопот кабельным операторам. Более того, если предусмотреть резервные оптические волокна (ОВ) в волоконно-оптическом кабеле (ВОК), появляется возможность реализации ручного и/или автоматического резервирования как по направлениям (кольцевое резервирование), так и по жилам с минимальными затратами.

Простота переконфигурации сети FTTH за счет установки в основных узлах распределения оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордов по соответствующим направлениям (с помощью пигтейлов). Напомним также нашим читателям, что если их МСС выполнена на оборудовании серии AC от Teleste (Финляндия), то в любой из усилителей достаточно будет доустановить приемный оптический модуль без смены режимов работы самих усилителей.

Простота построения параллельных сетей FTTH является одним из важнейших достоинств. Ведь ВОЛС представляет собой идеальную многоканальную (на физическом уровне) транспортную сеть с великолепными особенностями: сверхширокополосность, помехозащищенность от всех видов электромагнитных наводок, малые погонные потери, низкая чувствительность к температурным воздействиям, высокая защита от несанкционированного подключения и др. Наиболее часто в таких сетях услуги передачи данных (включая доступ в Internet) реализуются с использованием Ethernet технологии, как наиболее универсальной и скоростной.

Возможность отказа от реверсного канала в традиционных HFC сетях. Такая возможность появляется при наличии параллельных Ethernet сетей, которые изначально являются двунаправленными. Кстати, реализация услуг передачи данных в МСС на базе параллельных Ethernet сетей позволяет добиться дополнительной экономии за счет использования экономичных ОУ без передатчиков реверсного направления, например, ORX-422 или ORX-101 производства “Макротел”, Россия.

Значительное снижение шумов ингрессии в реверсном канале при условии достаточности приемников реверсного направления (Upstream). По грубой оценке можно считать, что реализуемое отношение несущая/шум C/N_H, формируемое при технологии FTTH с числом абонентов N_H, больше аналогичного C/N_C, реализуемого при FTTС с числом абонентов N_C на величину:

(1)

Здесь n – число каналов в реверсном направлении, отличающихся по частоте.

Так, для n = 3, N_C = 800 и N_H = 100, различие составляет 13,8 dB, что позволяет смело перейти на более высокий формат модуляции (например, с QPSK на 16 QAM или даже 64 QAM) и реализовать значительно более высокие скорости информационных потоков (в нашем случае в два раза) при прочих равных условиях.

Более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream - приемников, устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Иными словами, если при FTTС технологии наращивание числа upstream - приемников не имело практического смысла в силу значительной величины C/N_C, то при FTTH технологии имеет явный смысл наращивания таких приемников. Более того, такие приемники могут уже работать как при смешанной оптической технологии на одной частоте, так и при классической архитектуре (upstream - приемник на кластер или сегмент) на нескольких частотах.

Простота реализации новых цифровых технологий, накладываемых на уже существующие FTTH сети. Классическим примером может служить новая перспективная технология EttH (Ethernet to the Home), разработанная компанией Teleste (Финляндия) и получающая все большее и большее распространение по всему миру. На рис. 2А представлен фрагмент решения под названием Ethernet over Coaxial (EoC), которое обеспечивает доставку кадров Ethernet по коаксиальному телевизионному кабелю домовых распределительных сетей. Решение EoC не требует прокладки дополнительного кабеля, например UTP, и обеспечивает доступ к Ethernet сети на абонентской розетке, подключенной к коаксиальному кабелю оператора КТВ. Кстати, технология EttH от компании Teleste, позволяет и операторам FTTC сетей обойтись без прокладки ВОЛС до дома при строительстве Ethernet сетей. На рис. 2Б представлена схема решения Virtual Fiber («виртуальное волокно»), обеспечивающая доставку Ethernet (100Мбит/с) по существующим сетям кабельного телевидения. Более того «виртуальное волокно» может работать в сетях КТВ параллельно с Docsis.

Рис.2А. FTTH. Ethernet через коаксиальные телевизионные сети (EoC)

Рис.2Б. FTTH. «Виртуальное волокно» от компании Teleste

Высокая энергетическая загрузка в части реализуемых значений по CSO / CTB (интермодуляционные искажения второго и третьего порядков) и C/N.

Действительно, структурно любую МСС в общем случае можно условно разделить на функциональные зоны, отличающиеся физическими особенностями, а также спецификой расчета и построения (рис.3). При этом некоторые из функциональных зон могут отсутствовать (например, вторичная ВОЛС, вторичная головная станция – ВГС или цифровая транспортная магистраль).

Рис. 3

При проведении системных расчетов на каждую из функциональных зон формируются (рассчитываются) собственные технические требования – C/N_i; CSO_i; CTB_i (см. рис.3), через значения которых находятся конечные реализуемые значения:

(2)

(3)

(4)

При этом требования к любой из функциональных зон в первую очередь формируются исходя из экономической целесообразности с учетом топологических особенностей и структурного построения МСС. Так, например, для FTTС технологии на каждый магистральный усилитель обычно приходится до 4…8 домовых усилителей. Следовательно, большая часть финансовых затрат на коаксиальные кластера будет складываться из стоимости домовых усилителей. В силу этого, именно на них целесообразно перенести максимальную энергетическую загрузку МСС (с целью их минимизации, т.к. при повышенном выходном уровне усилитель способен будет обслуживать большее число абонентов). Точно также обстоит дело и с технологией FTTH, в которой основные финансовые затраты будут определяться уже стоимостью ОУ.

Построение FTTH

Высокая энергетическая загрузка ВОЛС подразумевает под собой выполнение трех основных условий:

Напомним читателям, что всякое снижение входной оптической мощности Р_вх на 1 dB вызывает такое же понижение C/N, например, с 51…54 dB до 43…48 dB (см. табл.1).

Более того, увеличение m приводит и к увеличению уровня выходного сигнала ОУ (рис.6).

Приведем пример. Оптический узел AC500 (Teleste) при работе совместно с передатчиком DVO 902 обладает: CTB = 66 dB, CSO = 62 dB, C/N = 53 dB при Р_вх = 0 dBm и m = 4%. При увеличении же m до 9,8%, значения при Р_вх= -7 dBm и U_вых = 116 dBμV составят: CTB = 54,6 dB, CSO = 55,8 dB, C/N = 46,2 dB. Разумеется, что все расчеты должны выполняться только с использованием специализированных программ, т.к. искажения связаны со множеством факторов и взаимосвязаны в системе (передатчик и приемник).

Таким образом, с учетом того факта, что ОУ в FTTH работают на предельно низких входных оптических мощностях (уровень выходного сигнала снижается на 2 dB при каждом снижении входной мощности на 1 dB, см. рис.7), можно дать рекомендацию о выборе ОУ с максимально возможным коэффициентом усиления (т.е. способности обеспечить максимально возможный выходной уровень при минимальной входной мощности). Другие же параметры (например, неравномерность АЧХ) являются незначимыми.

В целях минимизации финансовых затрат, не следует также использовать ОУ со встроенной системой автоматической регулировки усиления (АРУ) в силу того, что сам ВОК обладает весьма высокой температурной стабильностью, а активные устройства (передатчик и ОУ), как правило, устанавливаются в помещении. Таким образом, уровень сигнала на абонентской розетке будет изменяться чуть более (обычно не превышает 1 dB) самого изменения входного сигнала (например, с выхода головной станции). Значительно важнее правильно выбрать топологическое место установки ОУ с учетом последующей абонентской кабельной разводки.

Следует также добавить, что в качестве ОУ для технологий FTTВ удобно сочетание дешевого малогабаритного оптического приемника (например, ORX-101 от компании “Макротел”, Москва по цене в 70$) и традиционного домового усилителя. Например, если в оптическом приемнике ORX-101 снизить выходной уровень до 85 dBμV, то уровень интермодуляционных искажений (CSO / CTB) не превысит 75 dB, т.е. будет ниже порога измерительного прибора. Удачным сочетанием следует также считать и комбинацию такого оптического приемника с последующими дистанционно разнесенными экономичными домовыми усилителями с выходными уровнями порядка 100…105 dBμV (т.е. по цене не более 0…35$), например, от компании “Макротел” усилитель УД-834 по цене 32$ с выходным уровнем в 100 dBμV (42 канала). Такая комбинация эквивалентна конечному ОУ с несколькими выходами, что не только энергетически выгодно, но и позволяет телефицировать большее число абонентов при минимальной неравномерности АЧХ.

Ценовая политика

У большинства операторов бытует мнение, что МСС на базе технологий FTTH / FTTB много дороже аналогичной сети FTTC, не смотря на все ее неоспоримые достоинства. Так ли это на самом деле? Попробуем немного разобраться в этом вопросе. Строить экономические прогнозы, в общем случае, неблагодарная участь. Дело в том, что МСС могут разниться друг от друга как по техническим параметрам, возможностям, надежности, так и по специфике топологического исполнения. Более того, цены на оборудование различных производителей отличаются очень сильно. Тем не менее, попытаемся дать такое сравнение.

Предположим, что перед нами стоит задача строительства МСС на 10 000 потенциальных абонентов. Зона действия МСС - 100 строений по 80 квартир и 20 строений по 100 квартир. Максимальное проникновение по услугам: телевидение - 100%; передача данных – 15%; VoIP телефония – 10%. Затраты на антенный пост, телевизионную головную станцию, узел передачи данных и домовые распределительные сети не оцениваются, т.к. являются одинаковыми для любой архитектуры. Длина волны ВОЛС 1550нм.

Сравниваемые МСС:

• Архитектура FTTC, передача данных по стандарту DOCSIS;
• Архитектура FTTB, передача данных на базе параллельной сети MetroEthernet с поддержкой QoS (управляемые коммутаторы на уровне доступа);
• Архитектура FTTH, передача данных на базе параллельной сети MetroEthernet с поддержкой QoS.

Для сравнительного анализа сделаем первое допущение, что стоимость ВОК для FTTH / FTTB (малое число ОВ) с учетом его прокладки и инсталляции примерно равна стоимости магистрального коаксиального кабеля при прочих равных условиях. Здесь учтен также тот факт, что инсталляция коаксиальной магистрали требует еще и дополнительной установки магистральных разветвителей c дорогостоящими разъемами и, возможно, источника дистанционного питания.

Необходимо учесть и второй значимый факт. При низких входных оптических мощностях существенно снижаются требования к качеству оптического передатчика в части его относительной интенсивности шумов – RIN. Преобладающий вклад в общий шум ВОЛС вносит уже не передатчик, а сам ОУ. Так, для иллюстрации, на рис.8 представлено суммарное C/N оптической системы в зависимости от уровня входной оптической мощности ОУ AC800 (Teleste) при разных значениях RIN отвлеченного передатчика. Следовательно, для технологии FTTH и, при определенных условиях, технологии FTTB могут быть использованы наиболее дешевые оптические передатчики.

Ориентировочные затраты на активное оптическое оборудование для технологий FTTC и FTTH представлены в табл.2.

Разумеется, что цены могут и отличаться. Тем не менее, экономия в FTTH технологии заключается в возможности использования более дешевого передатчика и в отсутствии затрат на активное коаксиальное оборудование. Из табл.2 следует, что разница на активное оборудование составляет всего 12,8% в пользу технологии FTTC. Однако, если добавить стоимость монтажных и пуско-наладочных работ (инсталляция сети), то эта разница станет более ощутимой. Монтаж и тестирование ВОЛС обходится много дороже, чем простейшая разделка коаксиальных кабелей. Так, средняя цена одной оптической сварки составляет порядка 15$. С учетом накладываемых муфт и кросс-шкафов, общие затраты на оборудование и СМР для FTTH технологии окажется примерно на 20% выше затрат для FTTC.

Ориентировочные затраты на активное оптическое оборудование для технологий FTTC и FTTB представлены в табл.3. Из табл.3 видно, что стоимость архитектуры FTTB дороже FTTC всего на 3,5%. Более того, как и в табл.2, не учтена стоимость и монтажно-инсталляционных работ по ВОЛС, в результате чего разница увеличится до 10-15%. Однако напомним, что FTTB представляет собой оптическую транспортную среду проложенную до каждого здания, что обеспечивает максимальную перспективность сети с точки зрения требований «завтрашнего дня» и при наличии свободных волокон интеграцию в МСС любых технологических решений.

Что интересно, еще два года назад разница в затратах на архитектуры FTTH / FTTB и FTTC, только по транспортной среде, превышала 50%.

МСС, построенная два года назад по технологии FTTH / FTTB и обеспечивающая QoS, по затратам на оборудование отличалась в разы. Сегодняшняя ситуация стала возможна благодаря беспрецедентному снижению цен за последние два года на оборудование MetroEthernet сетей. Для примера, коммутатор 3-го уровня WS-C 3550-24 DC c 2-мя оптическими интерфейсами 1 GbE компании Cisco обходился свыше 9500$, а сейчас всего 3600$, и тенденция снижения цен сохраняется.

Свою лепту внесли и пассивные компоненты ВОЛС, как уже отмечалось, стоимость оптического кабеля практически сравнялась со стоимостью коаксиального магистрального кабеля, а в отдельных случаях (для малого числа волокон), стала существенно ниже. Да и выход на российский рынок недорогого активного оборудование для работы на длине волны 1550нм из стран тихоокеанского региона заставил западноевропейских производителей по-новому подойти к ценообразованию на свое оборудование.

Менее трех месяцев назад компания TELESTE, например, запустила в производство новые оптические усилители серии HDO, имеющие стоимостной показатель почти в 3 раза ниже предыдущих моделей.

Какие же выводы и рекомендации можно сделать из выше приведенного материала?

• Сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTC архитектурой. Разница в затратах обычно не превышает 10-30 %.
• Сети построенные по технологии FTTB близки по своим особенностям к FTTH сетям, однако несколько дешевле FTTH сетей и незначительно дороже FTTC сетей.
• Без учета стоимости дополнительного оборудования для предоставления услуг по передаче данных разница в суммарной стоимости между FTTH / B и FTTC сетями может быть сведена к нулю.
• Сети построенные по технологии FTTH за счет прокладываемой многожильной оптики допускают одновременное наложение перспективных высокоскоростных универсальных Ethernet сетей.
• Вновь стоящиеся сети целесообразно сразу строить по технологии FTTH или FTTB с возможностью осуществления последующего перехода к технологии FTTH с последующим использованием свободных волокон для организации параллельной Ethernet сети.
• Для операторов, уже эксплуатирующих HFC классическую сеть, не имеет смысла бросаться в тотальную перестройку своей сети до технологии FTTH. Есть решения, которые по своим возможностям не уступают Ethernet сетям – это технология EttH от компании TELESTE. Решение под названием Virtual fiber («виртуальное волокно»), представленное на рис.2Б, позволяет оператору HFC сети дать в каждый дом не менее 100 Мбит/с без прокладки ВОЛС до каждого дома.
• Операторам HFC сетей, которые планируют модернизацию своих сетей под технологии FTTH / FTTB, рекомендуем действовать поэтапно, подтягивать оптику ближе к абоненту, постепенно сегментируя зоны обслуживания ОУ, но при этом сразу закладывать волокна для интеграции других технологий и дальнейшего продвижения оптики до технологий FTTH / FTTB.
• Учитывая жесткие ограничения бюджета строительства, построение комбинированных FTTH сетей имеет свои особенности, в связи с чем их расчет и проектирование лучше поручать уже зарекомендовавшей себя проектной организации, особенно в области проектирования ВОЛС.

Авторы с удовольствием ответят на все вопросы по затронутой теме по тел.: +7 (495) 221-81-88 или E-mail: