nentów u¿ytkuj¹cych wspólny kana³ jest

przypadkowa, a szybkoϾ transmisji obser-

wowana przez u¿ytkownika zale¿y od aktu-

alnego ruchu w sieci. Pod³¹czenie wiêc zbyt

wielu abonentów do jednego kana³u trans-

misji musi spowodowaæ zatkanie ³¹czy.

Modem nadawcy wysy³a dane w etherneto-

wej strukturze pakietów. Przez kana³ zwrot-

ny kabla koncentrycznego pakiety te do-

chodz¹ do wêz³a optycznego (ON), gdzie po

zamianie na sygna³ optyczny przez laser

(NAD) s¹ przesy³ane do koncentratora

(HUB) w³óknem œwiat³owodowym oddziel-

nym dla kana³u zwrotnego. Tam po zamia-

nie na postaæ elektryczn¹ przez odbiornik

œwiat³owodowy (ODB), sygna³y danych z po-

szczególnych wêz³ów optycznych zostaj¹

zsumowane i po powtórnej zmianie posta-

ci przes³ane œwiat³owodem do Centrum

Transmisji Danych (CTD). Po odebraniu

przez optyczne odbiorniki kana³u zwrotne-

go, sygna³y z poszczególnych koncentrato-

rów s¹ sumowane i doprowadzane do wejœæ

translatorów czêstotliwoœci (TR). Transla-

tory poddaj¹ zmodulowany sygna³ cyfrowy,

przychodz¹cy z kana³u zwrotnego, prze-

mianie czêstotliwoœci ”w górê”, w przydzie-

lony im podzakres pasma dystrybucyjne-

go i przesy³aj¹ je œwiat³owodem do Stacji

Czo³owej (HE). W Stacji Czo³owej odbiornik

optyczny zamienia je na sygna³ elektryczny

misji 10 Mbit/s, mo¿na utworzyæ 10 kana³ów

transmisji o pasmie po 6 MHz ka¿dy. Daje

to ³¹czn¹ przepustowoœæ 100 Mbit/s. Rze-

czywista przepustowoϾ jest jednak

mniejsza z powodu zak³óceñ wystêpuj¹-

cych na niektórych czêstotliwoœciach ka-

na³u zwrotnego, które w zwi¹zku z tym trze-

ba opuszczaæ. W segmencie optycznym

sieci istnieje mo¿liwoœæ multipleksowania

pasm kana³u zwrotnego _ KZ, co zapewnia,

z chwil¹ wyst¹pienia takiej potrzeby, zwie-

lokrotnienie przepustowoœci ca³ej sieci.

Zasady transmisji danych

Przyk³adowy przebieg transmisji danych

w sieci CATV jest przedstawiony na rys. 1.

Komputery abonentów s¹ pod³¹czone do

modemu ”kablowego” przez kartê siecio-

w¹. W modemie s¹ programowane takie

parametry jak: poziom mocy wyjœciowej,

czêstotliwoœci nadawcza i odbiorcza mo-

demu oraz zasiêg sieci. Mo¿liwa jest te¿

zmiana wewnêtrznego adresu IP modemu,

a tak¿e ustawienie pewnych zabezpieczeñ

i ograniczeñ (np. blokada zmiany parame-

trów przez abonenta, przypisanie mode-

mowi konkretnego numeru karty sieciowej,

ignorowanie niektórych protoko³ów siecio-

wych i inne).

Kolejnoœæ dostêpu poszczególnych abo-

r

TECHNIKA

RTV

10

Ogólne informacje

o sieciach CATV

z kana³em zwrotnym

podano w nrze 5/2002

ReAV. Sieci wspó³czesnej

TV kablowej s¹

wykorzystywane

nie tylko do przenoszenia

dŸwiêku i obrazu. Za ich

poœrednictwem

przesy³ane s¹ równie¿

ró¿nego rodzaju dane.

W Polsce, w paœmie

czêstotliwoœci

u¿ywanych przez

telewizjê kablow¹,

do transmisji danych

wykorzystuje siê zakres

5

÷÷

65 MHz.

J

e¿eli kana³ zwrotny zajmuje pasmo

60 MHz, to przyk³adowo przy za-

stosowaniu do transmisji danych

modemów symetrycznych (o tej sa-

mej szybkoœci w obu kierunkach), z modu-

lacj¹ QPSK _ zapewniaj¹c¹ szybkoœæ trans-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2002

MULTIMEDIA W SIECIACH TELEWIZJI KABLOWEJ

TRANSMISJA DANYCH W SIECI CATV

KIERUNEK PRZESY£ANIA PAKIETÓW

PAKIET TRAFIAJ¥CY W ”PRÓ¯NIʔ

Rys. 1. Transmisja danych w sieci CATV

NAD _ nadajnik, ODB _ odbiornik,

CTD _ Centrum Transmisji Danych,

HUB _ wêze³, ON _ wêze³ optyczny (optical

node), E/O _ elektr./optycz.,

O/E _ optycz./elektr.

TV

11

danych, który po zsumowaniu ze zmodulo-

wanymi sygna³ami telewizyjnymi wysy³any

jest w sieæ HFC. Tak wiêc, choæ nadawane

pakiety docieraj¹ do wszystkich ga³êzi sie-

ci, to dziêki zawartemu w strukturze tych pa-

kietów adresowi sieciowemu, przeznaczo-

ne dla niego dane odbiera wy³¹cznie w³aœci-

wy modem.

Jak wynika z rys. 1, mamy tu do czynienia

z kilkoma równoleg³ymi podsieciami,

z których ka¿da zajmuje przydzielony jej

kana³ o szerokoœci 6 MHz i ma przepusto-

woœæ 10 Mbit/s. Mo¿na powiedzieæ, ¿e w ten

sposób tworzymy rozleg³¹ sieæ LAN, w ra-

mach której mog¹ wymieniaæ dane np. kom-

putery rozproszonej terytorialnie instytucji.

Gdybyœmy jednak chcieli zapewniæ ³¹cz-

noœæ miêdzy dowolnymi modemami w sie-

ci, a wiêc tak¿e takimi, które wykorzystuj¹

ró¿ne zakresy czêstotliwoœci, konieczne by-

³oby zastosowanie routera pod³¹czonego,

poprzez zestaw modemów, do translato-

rów czêstotliwoœci w centrum transmisji.

Mo¿liwe s¹ oczywiœcie obydwa rozwi¹zania

w jednej sieci, na przewidzianych do tego

podzakresach kana³u zwrotnego i dystrybu-

cyjnego.

Internet w sieciach CATV

Je¿eli translator czêstotliwoœci pod³¹czymy

przez modem i router brzegowy do provide-

ra internetowego, mo¿emy wy¿ej opisan¹

sieæ transmisji danych wykorzystaæ do za-

pewnienia abonentom dostêpu do Interne-

tu. Pierwsze tego typu rozwi¹zania stosowa-

no ju¿ w Polsce kilka lat temu. Poniewa¿

produkowane wówczas kablowe modemy

szerokopasmowe by³y drogie (oko³o 800

USD), instalowano je w piwnicach _ jako

wspólne dla ca³ego budynku. Abonenci

pod³¹czani byli do modemu przez budynko-

w¹ sieæ LAN, opart¹ na skrêtce i koncentra-

torach ethernetowych.

Sieci ze wspólnym modemem i dziœ maj¹

szereg zalet, zw³aszcza tê, ¿e kana³ zwrot-

ny nie musi byæ doprowadzany do samego

abonenta, lecz tylko do budynku. Wzmac-

niacz budynkowy nie musi mieæ wk³adki

kana³u zwrotnego, dziêki czemu niejako mi-

mochodem uzyskujemy odciêcie kana³u

zwrotnego od oko³o 80% zak³óceñ powsta-

j¹cych w budynkach i mieszkaniach abonen-

tów. W zwi¹zku z tym do œwiadczenia us³ug

internetowych mo¿na wykorzystaæ sieci

o znacznie gorszych parametrach. W re-

zultacie uzyskujemy powa¿n¹ redukcjê ko-

sztów udostêpniania Internetu. Rozwi¹zanie

to ma jednak doœæ istotn¹ wadê: brak bez-

poœredniego dostêpu abonenta do kana³u

zwrotnego utrudni w przysz³oœci wdro¿e-

nie telewizji interaktywnej.

Z chwil¹ opracowania jednolitego standar-

du modemów kablowych, tzw. DOCSIS

(Data Over Cable Service Interface Speci-

fication) i jego europejskiej wersji EURO-

DOCSIS (tablica) koszty modemów znacz-

nie spad³y i wynosz¹ obecnie poni¿ej 200

USD, a przewiduje siê dalszy ich spadek.

Zatem czynnik kosztów modemów, jako

kryterium wyboru rozwi¹zania ze wspólnym

modemem, jakkolwiek dalej doϾ istotny,

uleg³ ograniczeniu. Tak wiêc obecnie mo-

dem kablowy zwykle jest instalowany bez-

poœrednio przy komputerze. Zatem kana³

zwrotny musi byæ doprowadzony bezpo-

œrednio do mieszkania abonenta, gdzie za-

instalowany jest modem. Stosowane obe-

cnie modemy wykorzystuj¹ niesymetryczn¹

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2002

Parametry

DOCSIS

EURODOCSIS

Kana³ zwrotny

Zakres czêstotliwoœci (MHz)

5

÷

42

5

÷

65

Rodzaje modulacji

QPSK, 16 QAM

QPSK, 16 QAM

SzerokoϾ pasma (MHz)

0,2 0,4 0,8 1,6 3,2

0,2 0,4 0,8 1,6 3,2

PrzepustowoϾ przy mod. QPSK

0,3 0,6 1,2 2,3 4,6

0,3 0,6 1,2 2,3 4,6

(Mbit/s)

PrzepustowoϾ przy mod. 16 QAM

0,6 1,2 2,3 4,5 9,0

0,6 1,2 2,3 4,5 9,0

(Mbit/s)

C/N min. (dB)

25

25

C/I min. (dB)

25

25

CSO min (dBc)

_50

_50

P wy sygna³u cyfrowego (dBmV) +8 do +58 (QPSK) +55 (16QAM) +8 do +58 (QPSK) +55 (16QAM)

Kana³ dystrybucyjny

Zakres czêstotliwoœci (MHz)

50

÷

750

85

÷

870

SzerokoϾ pasma (MHz)

6

8

Rodzaje modulacji

64 QAM, 256 QAM

64 QAM, 256 QAM

PrzepustowoϾ (Mbit/s)

27 (64 QAM) 38 (256 QAM)

38 (64 QAM) 52 (256 QAM)

C/N min. (dB)

30 (64 QAM) 35 (256 QAM)

30 (64 QAM) 35 (256 QAM)

C/I min. (dB)

35

35

CSO, CTB min (dBc)

_50

_50

P we sygna³u cyfrowego (dBmV)

_15 do +15

_15 do +15

Parametry transmisji wg specyfikacji DOCSIS i EURODOCSIS

Rys. 2. Dostêp do Internetu z wykorzystaniem modemów DOCSIS

Stacja czo³owa (HE)

Wêze³

optyczny

szybkoœæ transmisji, poniewa¿ zgodnie ze

specyfik¹ ruchu w Internecie, znacznie wiêk-

szy jest strumieñ danych przychodz¹cych do

komputera ni¿ wychodz¹cych. Oczywiœcie

komputer musi mieæ zainstalowan¹ kartê

sieciow¹. Modem abonenta przez sieæ HFC

komunikuje siê z zainstalowanym w odpo-

wiednim wêŸle sieci CMTS-em (Central Mo-

dem Termination System). CMTS ³¹czy ob-

s³ugiwan¹ przez siebie sieæ HFC ze œro-

dowiskiem Internemu przez router brzego-

wy (rys. 2). Do typowego CMTSa mo¿na

pod³¹czyæ do kilku tysiêcy abonentów, za-

pewniaj¹c szybkoœæ transmisji do modemu

oko³o 128 kb/s przy wspó³czynniku kon-

centracji ruchu 0,1. Standard DOCSIS

umo¿liwia zró¿nicowanie dostêpnej dla po-

szczególnych abonentów szybkoœci trans-

misji, a bêd¹ca na ukoñczeniu wersja stan-

dardu DOCSIS 1.1 zapewnia wprowadzenie

tzw. QoS (Quality of Service), dziêki czemu

mo¿na zagwarantowaæ abonentowi mini-

maln¹, dostêpn¹ w ka¿dych warunkach,

szybkoϾ transmisji.

We wspó³pracy z CMTS-em modemy DO-

CSIS mog¹ byæ automatycznie uruchamia-

ne i ustawiane. W uproszczeniu, proces

ten przebiega nastêpuj¹co: z chwil¹ zainsta-

lowania modemu u abonenta, modem prze-

szukuje ca³e pasmo dystrybucyjne w celu

odnalezienia kana³u transmisji nadawanej

z CMTS-a. Po nawi¹zaniu jednostronnej

transmisji, modem otrzymuje z CMTS-a in-

formacjê o czêstotliwoœci kana³u zwrotnego,

na któr¹ ma siê ustawiæ w celu nawi¹zania

dwustronnej transmisji. Nastêpnie rozpo-

czyna siê proces doboru poziomu sygna³u

nadawania, zaczynaj¹c od najmniejszych

wartoœci. Trwa to do momentu uzgodnienia

optymalnego poziomu. Kiedy dwustronna

transmisja jest ju¿ nawi¹zana, modem ¿¹-

da od zainstalowanego w stacji czo³owej

serwera DHCP (Dynamic Host Configuration

Protocol) przydzia³u adresu IP. Nastêpnie

modem ¿¹da od serwera TFTP (Trivial File

Transfer Protocol) przes³ania pliku konfigu-

racyjnego do ustalenia szeregu innych pa-

rametrów wspó³pracy modem _ CMTS. Na

koniec pod³¹czony do modemu komputer

¿¹da od serwera DHCP przydzia³u adresu

IP i po jego otrzymaniu ma ju¿ dostêp do In-

ternetu.

Najnowsze rozwi¹zania w zakresie dostar-

czania us³ug internetowych zmierzaj¹ do

decentralizacji rozmieszczenia routerów

(przybli¿enia do abonentów), przez ich in-

stalacjê w wêz³ach sieci ni¿szego rzêdu,

np. w OTNach. W ten sposób, proporcjonal-

nie do iloœci OTNów, mo¿na zmniejszyæ

problemy zwi¹zane z zajêtoœci¹ pasma

w kanale zwrotnym, a tak¿e zmniejszyæ za-

potrzebowanie na budowê traktów œwiat³o-

wodowych. W konsekwencji d¹¿y siê tak¿e

do zmniejszenia iloœci potencjalnych abo-

nentów (HP) pod³¹czonych do poszczegól-

nych wêz³ów optycznych. Dziêki temu uzy-

skujemy poprawê parametrów transmisyj-

nych w kanale zwrotnym.

W rozbudowanych strukturach (np. Aster

City Cable w Warszawie) stosowana jest

tak¿e przedstawiona na rys. 3 integracja

sieci HFC z sieci¹ SDH, przez któr¹ prze-

sy³aæ mo¿na strumienie danych miêdzy ro-

uterami zainstalowanymi w poszczególnych

wêz³ach sieci. Routery te po³¹czone s¹

z sieci¹ SDH przez Add-Drop multiplekse-

ry. Od strony sieci CATV ka¿da z czterech

kart HFC obs³uguje oko³o 1000 abonen-

tów. W celu unikniêcia kumulacji zak³óceñ

w kanale zwrotnym ka¿da karta ma szeœæ

wejœæ. Zatem mo¿na bezpoœrednio pod³¹-

czyæ do routera 24 wêz³y optyczne, choæ

w razie potrzeby, przez sumowanie, mo¿e-

my zwiêkszyæ ich iloœæ. Takie rozwi¹zania

zapewnia oszczêdnoœæ pasma kana³u

zwrotnego, poniewa¿ wszystkie wejœcia, ja-

ko niezale¿ne, mog¹ wykorzystywaæ to sa-

mo pasmo czêstotliwoœci. Tak¿e parametry

tak zorganizowanej sieci (C/N, C/I, bitowa

stopa b³êdów BER), ze wzglêdu na brak

sumowania du¿ej iloœci kana³ów zwrotnych

s¹ znacznie lepsze, co ma wp³yw na rzeczy-

wist¹ szybkoœæ i niezawodnoœæ transmisji.

Dalsze zwiêkszanie szybkoœci transmisji

oraz liczby abonentów wymaga ju¿ zwielo-

krotnienia liczby routerów w OTN.

n

Andrzej Janczewski,

Krzysztof Zaborowski

r

TECHNIKA

RTV

12

Rys. 3. Dostêp do Internetu w sieci SDM

Stacja czo³owa

ROZSTRZYGNIÊCIE

ROZSTRZYGNIÊCIE

KONKURSU

KONKURSU

Zakoñczy³ siê konkurs og³oszony w nr 2/2002 ReAV przez firmê Gamma i nasz¹ redakcjê.

Za nades³ane propozycje zastosowania mikrokontrolerów analogowych PIC16C78X firmy Microchip Technology

nagrody otrzymuj¹: Adam Siewiera z Poznania i Krzysztof Rogala z Warszawy.

Nagrody wyœlemy poczt¹. S¹ nimi systemy uruchomieniowe do procesorów PIC16F87x typu ”Experiments Flash Kit”.

GAMMA