信頼性の高い HFC 伝送ネットワークを構築するにはどのような機器が必要ですか?

HFC とは何か、そしてなぜ適切な機器が重要なのか

ハイブリッド ファイバー同軸 (HFC) は、ブロードバンド インターネット、デジタル テレビ、および音声サービスを住宅および商業加入者に提供するために世界中のケーブル事業者によって使用されているネットワーク アーキテクチャです。ヘッドエンドから近隣の配信ノードまでの光ファイバー ケーブルと、家庭や企業への最終接続用の同軸ケーブルを組み合わせます。ネットワーク全体のパフォーマンス (帯域幅容量、信号品質、アップストリームの信頼性、アップグレードの可能性) は、そのパスの各段階における伝送機器の品質と正しい仕様によって決まります。このガイドでは、HFC ネットワークの各主要な機器カテゴリ、最も重要な技術パラメータ、およびシステムの構築またはアップグレード時のオプションの評価方法について説明します。

ヘッドエンド機器: あらゆる信号の発信点

ヘッドエンドは、すべてのコンテンツおよびデータ サービスの発信元となる中心的な施設です。衛星および地上波ソースからビデオ信号を受信し、上流プロバイダーからのインターネット トラフィックを集約し、デジタル コンテンツをエンコードして多重化し、すべての信号を光ファイバー配信ネットワークに送り出します。ヘッドエンド機器の品質とアーキテクチャによって、ダウンストリームのあらゆるパフォーマンス指標の上限が決まります。

CMTS および CCAP プラットフォーム

Cable Modem Termination System（CMTS）は、オペレータのネットワークと加入者のケーブル モデム間のデータ トラフィックを管理するヘッドエンド デバイスです。最新の導入では、CMTS 機能とビデオ エッジ QAM 機能を単一のシャーシに統合する Converged Cable Access Platform（CCAP）アーキテクチャが使用されています。 CCAP プラットフォームは、ヘッドエンドの設置面積を削減し、運用を簡素化し、DOCSIS 3.1 をサポートします。DOCSIS 3.1 は、OFDM および OFDMA チャネル ボンディングを使用して、10 Gbps を超えるダウンストリーム速度と 1 Gbps を超えるアップストリーム速度を可能にする現在の標準です。 CCAP プラットフォームを評価する場合、重要なパラメータには、ダウンストリームおよびアップストリーム ポートの数、ライセンスされたチャネル容量、将来のアップストリーム拡張のための全二重 DOCSIS (FDX) のサポート、および既存のネットワーク管理システムとの互換性が含まれます。

光送信機

光トランスミッタは、CCAP または QAM エンコーダからの RF 信号を光信号に変換し、シングルモード ファイバを介して配信ノードに送信します。重要な仕様は、光出力パワーと送信機の複合二次 (CSO) および複合三拍子 (CTB) 歪みレベルであり、これらは受信ノードでの信号品質に直接影響します。 DFB (分布帰還) レーザー トランスミッタは、HFC 分布の標準的な選択肢であり、高出力、低ノイズ、優れた直線性を提供します。より長いスパンまたは大規模なファイバー ネットワークの場合、電気光学変調器を使用した外部変調トランスミッターは、より高いコストで優れたパフォーマンスを提供します。

光ファイバー配線: HFC パフォーマンスの根幹

HFC ネットワークのファイバー部分は、ヘッドエンドから、通常 125 ～ 500 のホームが通過するクラスターにサービスを提供する光ノードまで信号を伝送します。ファイバー プラントの設計 (ノード数、分割比、ファイバー タイプ) によって、加入者ごとに利用できる帯域幅の量と、将来の容量需要に合わせてネットワークをアップグレードするのがどれだけ簡単かが決まります。

シングルモードファイバーケーブル

すべての HFC 分配ネットワークはシングルモード ファイバー (SMF) を使用しており、数百メートルから数十キロメートルの距離にわたって必要とされる低損失、高帯域幅の伝送をサポートします。 ITU-T G.652D は最も広く導入されている SMF 標準であり、アナログとデジタルの両方の HFC 信号に適しています。リモート PHY またはリモート MACPHY の導入を計画している事業者は、デジタルからアナログへの変換ポイントをヘッドエンドからノードに押し出しますが、最も広範囲の光波長との互換性を確保するために、低ウォーターピークまたはゼロウォーターピークのファイバーを指定する必要があります。検証するファイバー ケーブルの仕様には、1310 nm および 1550 nm での 1 キロメートルあたりの減衰、波長分散、設置環境 (空中、直接埋設、またはダクト) に対するケーブルの物理的保護定格が含まれます。

光スプリッターとWDMコンポーネント

パッシブ光スプリッターを使用すると、単一のヘッドエンド トランスミッターで複数のノードに信号を送信できるため、ヘッドエンド機器のコストが削減されます。分割比 — 1:2、1:4、1:8 — は、光パワー バジェットとのバランスを取る必要があります。各分割では約 3.5 dB の挿入損失が発生し、累積損失は受信機の感度範囲内に収まらなければなりません。波長分割多重 (WDM) コンポーネントを使用すると、異なる波長の複数の光信号が単一のファイバ ストランドを共有できるようになります。これは、デジタル ダウンストリーム信号とアップストリーム信号が同じファイバ上で従来のアナログ RF オーバーレイと共存する必要があるリモート PHY アーキテクチャにとって不可欠です。

光ノード: ファイバーと同軸が出会う場所

光ノードは、ネットワークのファイバー部分と同軸部分の間の変換ポイントです。ヘッドエンド送信機から光信号を受信し、それを RF に変換して、同軸分配ケーブル上で増幅します。ノードの選択と配置は、HFC ネットワーク設計において最も重要な決定事項の 1 つです。これは、ノードがサービス エリア、つまり加入者グループごとに利用可能な帯域幅を定義するためです。

光ノードを選択する際に評価すべき主な仕様は次のとおりです。

• ダウンストリーム周波数範囲: レガシー HFC ノードは、862 MHz までのダウンストリーム周波数をサポートします。 DOCSIS 3.1 のフルスペクトル動作には 1.2 GHz をサポートする拡張スペクトル ノードが必要であり、次世代の容量拡張のために 1.8 GHz ノードの導入が始まっています。
• アップストリーム周波数範囲: 従来のアップストリームは 5 ～ 42 MHz に制限されています。ミッドスプリット構成ではこれが 5 ～ 85 MHz まで拡張され、ハイスプリット構成では 5 ～ 204 MHz まで拡張されます。アップストリームの帯域幅は、アップロード速度と、リモート作業やビデオ会議のトラフィックの容量に直接影響します。
• ノードのセグメント化機能: N 0 アーキテクチャ (ノードの下流にアンプがゼロ) をサポートするノード、または小規模な加入者グループにサービスを提供するためにセグメント化できるノードにより、通信事業者はファイバ プラントを交換せずに加入者あたりの容量を増やすことができます。
• リモート PHY の準備: デジタル プロセッシング ユニット (DPU) が統合されたノードは、リモート PHY 導入をサポートし、DOCSIS 処理をノードに移動し、ヘッドエンド スペースを解放しながら遅延を削減します。

同軸分配器: アンプとケーブル

光ノードから、同軸ケーブルは、分配増幅器のカスケードを介して加入者のタップ ポイントまで RF 信号を伝送します。この同軸カスケードの長さは、ノードと加入者間の増幅器の数で測定され、信号品質とノイズ蓄積の主な決定要因となります。最新の HFC 設計は、ノイズを最小限に抑え、上流の容量を最大化するために、N 0 または N 1 アーキテクチャ (ノードの下流にアンプがないか、アンプが 1 つある) をターゲットとしています。

分配およびラインエクステンダーアンプ

トランクアンプと分配アンプは、距離と周波数の両方で増加する同軸ケーブル固有の信号損失を補償します。最も重要なアンプの仕様には、出力レベル (通常は dBmV で表されます)、雑音指数 (アンプがカスケードに加えるノイズの量を決定します)、およびサポートする周波数範囲が含まれます。ネットワークを拡張スペクトルにアップグレードする場合、アンプは 1.2 GHz 以上の周波数を通過できる必要があります。多くの通信事業者は、ネットワークの完全な再構築を待つのではなく、定期的なメンテナンス サイクル中に従来の 860 MHz アンプを広帯域ユニットに置き換えています。これにより、設備投資が分散され、ネットワーク寿命が延長されます。

同軸ケーブルの種類と仕様

HFC 配電では、アルミニウムの外部導体を備えた硬線同軸ケーブルを使用しており、いくつかのサイズが用意されています。最も一般的なサイズとその一般的な用途を以下にまとめます。

加入者ドロップ機器および家庭内デバイス

ドロップ ネットワークは、分配ケーブルを加入者構内に接続します。ドロップ ケーブルは、直径が小さく、より柔軟な同軸ケーブル (通常は RG-6 または RG-11) で、短距離での減衰を抑えるために発泡誘電体が使用されています。ドロップ ネットワークの受動コンポーネントには、タップ、スプリッタ、および方向性結合器が含まれます。これらは、各ポートで許容可能な信号レベルを維持しながら、複数の加入者間で信号を分割します。信頼性の高いデータ サービスを実現するには、加入者のケーブル モデムの信号レベルが DOCSIS 指定の受信パワー ウィンドウ (通常は -15 dBmV ～ 15 dBmV) 内に収まる必要があります。タップはタップ損失値（加入者ポートへの信号損失）とスルー損失によって指定され、配信カスケード内の各位置に適切なタップ値を選択することは、サービスエリア全体で信号レベルのバランスをとるために不可欠です。

ネットワークのアップグレードと将来の容量のための機器の選択

評価する場合 HFC伝送装置 新しいビルドまたはアップグレードの場合、最も重要な原則は、当面の要件を超えて指定することです。 1.2 GHz までの拡張ダウンストリーム スペクトル、ミッド スプリットまたはハイ スプリット アップストリーム周波数、およびリモート PHY ノード アーキテクチャをサポートする機器は、交換することなく 10 年以上ネットワークにサービスを提供します。 862 MHz ノードと 1.2 GHz ノードの増分コストの差は、返品して交換する人件費と比較すると小さいです。同様に、CCAP プラットフォームは、現在のライセンス容量だけでなく、DOCSIS 3.1 および FDX サポートのソフトウェア アップグレード パスでも評価される必要があります。ファイバーのストランド数、ノードのセグメント化機能、アンプの周波数範囲などにアップグレードのヘッドルームを組み込んで設計された HFC ネットワークは、現在の需要に合わせて最小限の仕様で設計されたものよりも一貫して総所有コストを低く抑えます。