Fibra-coaxial híbrida - Hybrid fiber-coaxial
Fibra coaxial híbrida ( HFC ) é um termo do setor de telecomunicações para uma rede de banda larga que combina fibra óptica e cabo coaxial . Ele tem sido comumente empregado globalmente por operadoras de televisão a cabo desde o início dos anos 1990.
Em um sistema de cabo coaxial de fibra híbrido, os canais de televisão são enviados da instalação de distribuição do sistema de cabo, o headend , para as comunidades locais por meio de linhas de assinantes de fibra óptica . Na comunidade local, uma caixa chamada de nó óptico converte o sinal de um feixe de luz em radiofrequência (RF) e o envia por linhas de cabos coaxiais para distribuição às residências dos assinantes. As linhas troncais de fibra ótica fornecem largura de banda adequada para permitir expansão futura e novos serviços com uso intensivo de largura de banda, como acesso à Internet por meio de DOCSIS .
Descrição
A rede de fibra óptica se estende do headend principal das operadoras de cabo , às vezes para headends regionais, e para o hubsite de um bairro e, finalmente, para um nó de cabo coaxial que atende de 25 a 2.000 residências. Um headend master geralmente terá antenas parabólicas para recepção de sinais de vídeo distantes, bem como roteadores de agregação de IP . Alguns headends principais também hospedam equipamentos de telefonia (como centrais telefônicas automáticas ) para fornecer serviços de telecomunicações à comunidade.
Um headend / hub regional ou de área receberá o sinal de vídeo do headend master e adicionará a ele os canais de TV a cabo públicos, educacionais e de acesso governamental (PEG) , conforme exigido pelas autoridades locais de franquia, ou inserirá publicidade direcionada que atrairia um público local área. Os vários serviços são codificados, modulados e convertidos em portadoras de RF , combinados em um único sinal elétrico e inseridos em um transmissor óptico de banda larga.
Este transmissor óptico converte o sinal elétrico em um sinal modulado opticamente a jusante que é enviado aos nós. Os cabos de fibra ótica conectam o headend ou hub aos nós óticos em uma topologia ponto a ponto ou em estrela ou, em alguns casos, em uma topologia em anel protegido .
Nós de fibra ótica
Um nó de fibra óptica tem um receptor óptico de banda larga, que converte o sinal modulado opticamente downstream vindo do headend ou hub em um sinal elétrico que vai para as residências. A partir de 2015, o sinal downstream é um sinal RF modulado que normalmente começa em 50 MHz e varia de 550-1000 MHz na extremidade superior. O nó de fibra óptica também contém um transmissor de caminho reverso ou de retorno que envia a comunicação da casa de volta para o headend. Na América do Norte, esse sinal reverso é uma RF modulada variando de 5 a 42 MHz, enquanto em outras partes do mundo, a faixa é de 5 a 65 MHz. O acoplador óptico combinado com o receptor óptico forma um nó. Esse sinal elétrico é então enviado por meio de um cabo coaxial para formar um tronco coaxial.
A parte óptica da rede oferece uma grande flexibilidade. Se não houver muitos cabos de fibra óptica para o nó, a multiplexação por divisão de comprimento de onda pode ser usada para combinar vários sinais ópticos na mesma fibra. Filtros óticos são usados para combinar e dividir comprimentos de onda óticos em uma única fibra. Por exemplo, o sinal a jusante pode estar em um comprimento de onda de 1490 nm e o sinal de retorno pode estar em um comprimento de onda de 1310 nm.
Conexão final com os clientes
A porção do tronco coaxial da rede conecta 25–2000 lares (500 é o típico) em uma configuração de árvore e ramificação fora do nó. Os amplificadores de RF são usados em intervalos para superar a atenuação do cabo e as perdas passivas dos sinais elétricos causados pela divisão ou "toque" do cabo coaxial.
Cabos coaxiais de tronco são conectados ao nó óptico e formam um backbone coaxial ao qual cabos de distribuição menores se conectam. Os cabos troncalizados também carregam energia CA, que é adicionada à linha do cabo geralmente a 60 ou 90 V por uma fonte de alimentação (com uma bateria de chumbo-ácido dentro) e um insersor de energia. A energia é adicionada à linha do cabo para que os nós ópticos, o tronco e os amplificadores de distribuição não precisem de uma fonte de energia externa individual. A fonte de alimentação pode ter um medidor de energia próximo a ela, dependendo dos regulamentos da empresa de energia local. Cabos troncos podem ter amplificadores troncos.
Dos cabos troncais, cabos de distribuição menores são conectados a uma porta do amplificador troncal para transportar o sinal de RF e a alimentação CA pelas ruas individuais. Se necessário, extensores de linha, que são amplificadores de distribuição menores, aumentam os sinais para manter a potência do sinal de televisão em um nível que a TV possa aceitar. A linha de distribuição é então "conectada" e usada para conectar os pontos individuais às residências dos clientes.
Esses taps transmitem o sinal de RF e bloqueiam a alimentação CA, a menos que haja dispositivos de telefonia que precisem da confiabilidade de alimentação de reserva fornecida pelo sistema de alimentação coaxial. A torneira termina em uma pequena gota coaxial usando um conector do tipo parafuso padrão conhecido como um conector F .
A queda é então conectada à casa onde um bloco de aterramento protege o sistema de tensões parasitas. Dependendo do projeto da rede, o sinal pode então ser passado por um divisor para várias TVs ou para vários decodificadores (caixas de cabo) que podem então ser conectados a uma TV. Se muitos divisores forem usados para conectar várias TVs, os níveis de sinal diminuirão e a qualidade da imagem em canais analógicos diminuirá. O sinal nas TVs além desses divisores perderá qualidade e exigirá o uso de um amplificador de "queda" ou "casa" para restaurar o sinal.
Transporte pela rede HFC
Usando multiplexação por divisão de frequência , uma rede HFC pode transportar uma variedade de serviços, incluindo TV analógica, TV digital ( SDTV ou HDTV ), vídeo sob demanda , telefonia e tráfego de Internet. Os serviços nesses sistemas são transmitidos por sinais de RF na faixa de frequência de 5 MHz a 1000 MHz.
A rede HFC é normalmente operada bidirecionalmente, o que significa que os sinais são transportados em ambas as direções na mesma rede, da central / escritório central para a casa e da casa para a central / central. Os sinais de encaminhamento ou downstream transportam informações do escritório central / central para a residência, como conteúdo de vídeo, voz e tráfego da Internet. As primeiras redes HFC e as redes HFC muito antigas sem atualização são sistemas unilaterais. Equipamentos para sistemas unilaterais podem usar POTS ou redes de rádio para se comunicar com o headend.
Os sinais de caminho de retorno ou upstream transportam informações da casa para o headend / hub office, como sinais de controle para solicitar um filme ou tráfego upstream da Internet. O caminho de ida e o caminho de retorno são transportados pelo mesmo cabo coaxial em ambas as direções entre o nó óptico e a casa.
Para evitar a interferência de sinais, a banda de frequência é dividida em duas seções. Em países que tradicionalmente usam o NTSC System M , as seções são de 52 a 1000 MHz para sinais de caminho de ida e de 5 a 42 MHz para sinais de caminho de retorno. Outros países usam tamanhos de banda diferentes, mas são semelhantes porque há muito mais largura de banda para comunicação downstream do que upstream.
Tradicionalmente, como o conteúdo de vídeo era enviado apenas para casa, a rede HFC foi estruturada para ser assimétrica : uma direção tem muito mais capacidade de transporte de dados do que a outra. O caminho de retorno foi originalmente usado apenas para alguns sinais de controle para solicitar filmes, etc., que exigiam muito pouca largura de banda. Como serviços adicionais foram adicionados à rede HFC, como acesso à Internet e telefonia, o caminho de retorno está sendo mais utilizado.
Operadores de vários sistemas
Operadores de vários sistemas (MSOs) desenvolveram métodos de envio de vários serviços por sinais de RF em cabos de fibra óptica e coaxial de cobre. O método original para transportar vídeo pela rede HFC e, ainda o método mais amplamente usado, é por modulação de canais de TV analógica padrão, que é semelhante ao método usado para transmissão de transmissão over-the-air.
Um canal de TV analógico ocupa uma banda de freqüência de 6 MHz em sistemas baseados em NTSC , ou uma banda de freqüência de 8 MHz em sistemas PAL ou SECAM. Cada canal é centralizado em uma portadora de frequência específica para que não haja interferência com canais adjacentes ou harmônicos. Para ser capaz de visualizar um canal modulado digitalmente, casa ou equipamento nas instalações do cliente (CPE), por exemplo, televisores digitais, computadores ou decodificadores , são necessários para converter os sinais de RF em sinais que são compatíveis com dispositivos de exibição, como televisores analógicos ou monitores de computador. A US Federal Communication Commission (FCC) determinou que os consumidores podem obter uma placa de cabo de seu MSO local para autorizar a exibição de canais digitais.
Usando técnicas de compressão de vídeo digital, vários canais de TV padrão e de alta definição podem ser transportados em uma portadora de frequência de 6 ou 8 MHz, aumentando assim a capacidade de transporte de canal da rede HFC em 10 vezes ou mais em comparação com uma rede totalmente analógica.
Comparação com tecnologias de rede concorrentes
A linha de assinante digital (DSL) é uma tecnologia usada por companhias telefônicas tradicionais para fornecer serviços avançados (dados de alta velocidade e às vezes vídeo) em fios telefônicos de cobre de par trançado. Ele normalmente tem capacidade de transporte de dados menor do que as redes HFC e as velocidades de dados podem ser limitadas por alcance pelo comprimento e pela qualidade da linha.
A televisão por satélite compete muito bem com as redes HFC no fornecimento de serviços de transmissão de vídeo. Os sistemas de satélite interativos são menos competitivos em ambientes urbanos por causa de seus grandes tempos de atraso de ida e volta , mas são atraentes em áreas rurais e outros ambientes com infraestrutura terrestre insuficiente ou nenhuma implantada.
De forma análoga ao HFC, a tecnologia de fibra no loop (FITL) é usada pelas operadoras de centrais telefônicas locais para fornecer serviços avançados aos clientes de telefonia através do loop local do serviço telefônico comum (POTS) .
Na década de 2000, as empresas de telecomunicações iniciaram implantações significativas de fibra ao x (FTTX), como soluções de rede óptica passiva para fornecer vídeo, dados e voz para competir com operadoras de cabo. Sua implantação pode ser cara, mas podem fornecer grande capacidade de largura de banda, especialmente para serviços de dados.