안정적인 HFC 전송 네트워크를 구축하려면 어떤 장비가 필요합니까?

HFC란 무엇이며 올바른 장비가 중요한 이유

HFC(하이브리드 광섬유 동축)는 전 세계 케이블 사업자가 광대역 인터넷, 디지털 TV 및 음성 서비스를 주거용 및 상업용 가입자에게 제공하기 위해 사용하는 네트워크 아키텍처입니다. 이는 가정과 기업에 대한 최종 연결을 위해 헤드엔드에서 인근 분배 노드까지의 광섬유 케이블을 동축 케이블과 결합합니다. 대역폭 용량, 신호 품질, 업스트림 안정성, 업그레이드 가능성 등 전체 네트워크의 성능은 해당 경로의 모든 단계에서 전송 장비의 품질과 올바른 사양에 따라 결정됩니다. 이 가이드에서는 HFC 네트워크의 각 주요 장비 범주, 가장 중요한 기술 매개변수, 시스템 구축 또는 업그레이드 시 옵션을 평가하는 방법을 다룹니다.

헤드엔드 장비: 모든 신호의 원점

헤드엔드는 모든 콘텐츠와 데이터 서비스가 시작되는 중앙 시설입니다. 위성 및 지상파 소스로부터 비디오 신호를 수신하고, 업스트림 공급자로부터 인터넷 트래픽을 집계하고, 디지털 콘텐츠를 인코딩 및 다중화하고, 모든 신호를 광섬유 분배 네트워크에 전송합니다. 헤드엔드 장비의 품질과 아키텍처는 모든 다운스트림 성능 지표의 상한선을 설정합니다.

CMTS 및 CCAP 플랫폼

CMTS(Cable Modem Termination System)는 사업자 네트워크와 가입자 케이블 모뎀 간의 데이터 트래픽을 관리하는 헤드엔드 장치입니다. 최신 배포에서는 CMTS 기능과 비디오 에지 QAM 기능을 단일 섀시에 통합하는 CCAP(Converged Cable Access Platform) 아키텍처를 사용합니다. CCAP 플랫폼은 헤드엔드 설치 공간을 줄이고 운영을 단순화하며 OFDM 및 OFDMA 채널 본딩을 사용하여 10Gbps를 초과하는 다운스트림 속도와 1Gbps를 초과하는 업스트림 속도를 지원하는 현재 표준인 DOCSIS 3.1을 지원합니다. CCAP 플랫폼을 평가할 때 주요 매개변수에는 다운스트림 및 업스트림 포트 수, 라이선스 채널 용량, 향후 업스트림 확장을 위한 전이중 DOCSIS(FDX) 지원, 기존 네트워크 관리 시스템과의 호환성이 포함됩니다.

광 송신기

광 송신기는 단일 모드 광섬유를 통해 분배 노드로 전송하기 위해 CCAP 또는 QAM 인코더의 RF 신호를 광 신호로 변환합니다. 중요한 사양은 수신 노드의 신호 품질에 직접적인 영향을 미치는 광 출력 전력과 송신기의 CSO(Composite Second Order) 및 CTB(Composite Triple Beat) 왜곡 수준입니다. DFB(분산 피드백) 레이저 송신기는 HFC 분배를 위한 표준 선택으로 높은 출력 전력, 낮은 소음 및 뛰어난 선형성을 제공합니다. 더 긴 범위나 더 큰 광섬유 네트워크의 경우 전기 광학 변조기를 사용하는 외부 변조 송신기는 더 높은 비용으로 우수한 성능을 제공합니다.

광섬유 분배: HFC 성능의 중추

HFC 네트워크의 광섬유 부분은 헤드엔드에서 일반적으로 125~500개 가정의 클러스터를 서비스하는 광 노드로 신호를 전달합니다. 광섬유 플랜트의 설계(노드 수, 분할 비율 및 광섬유 유형)는 가입자당 사용 가능한 대역폭의 양과 향후 용량 요구에 맞게 네트워크를 얼마나 쉽게 업그레이드할 수 있는지를 결정합니다.

단일 모드 광섬유 케이블

모든 HFC 분배 네트워크는 수백 미터에서 수십 킬로미터에 이르는 거리에 필요한 저손실, 고대역폭 전송을 지원하는 단일 모드 광섬유(SMF)를 사용합니다. ITU-T G.652D는 가장 널리 배포된 SMF 표준으로 아날로그 및 디지털 HFC 신호 모두에 적합합니다. 헤드엔드에서 노드까지 디지털-아날로그 변환 지점을 푸시하는 원격 PHY 또는 원격 MACPHY 배포를 계획하는 운영자는 가장 넓은 범위의 광 파장과의 호환성을 보장하기 위해 낮은 수위 피크 또는 0-수위 피크 광섬유를 지정해야 합니다. 확인할 광섬유 케이블 사양에는 1310nm 및 1550nm에서 킬로미터당 감쇠, 색 분산, 설치 환경(공중, 직접 매설 또는 덕트)에 대한 케이블의 물리적 보호 등급이 포함됩니다.

광 분배기 및 WDM 구성 요소

패시브 광 스플리터를 사용하면 단일 헤드엔드 송신기가 여러 노드에 전력을 공급할 수 있으므로 헤드엔드 장비 비용이 절감됩니다. 분할 비율(1:2, 1:4, 1:8)은 광 전력 예산과 균형을 이루어야 합니다. 각 분할은 약 3.5dB의 삽입 손실을 발생시키며, 누적 손실은 수신기의 감도 범위 내에 유지되어야 합니다. WDM(파장 분할 다중화) 구성 요소를 사용하면 서로 다른 파장의 여러 광 신호가 단일 광섬유 가닥을 공유할 수 있습니다. 이는 디지털 다운스트림 및 업스트림 신호가 동일한 광섬유의 레거시 아날로그 RF 오버레이와 공존해야 하는 원격 PHY 아키텍처에 필수적입니다.

광 노드: 광섬유와 동축이 만나는 곳

광 노드는 네트워크의 광섬유 부분과 동축 부분 사이의 변환 지점입니다. 헤드엔드 송신기로부터 광 신호를 수신하여 다시 RF로 변환하고 이를 동축 분배 케이블로 증폭합니다. 노드 선택 및 배치는 HFC 네트워크 설계에서 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 노드는 서비스 영역, 즉 가입자 그룹당 사용 가능한 대역폭을 정의하기 때문입니다.

광 노드를 선택할 때 평가할 주요 사양은 다음과 같습니다.

• 다운스트림 주파수 범위: 레거시 HFC 노드는 최대 862MHz의 다운스트림 주파수를 지원합니다. DOCSIS 3.1 전체 스펙트럼 작동에는 1.2GHz를 지원하는 확장 스펙트럼 노드가 필요하며, 차세대 용량 확장을 위해 1.8GHz 노드가 배치되기 시작했습니다.
• 업스트림 주파수 범위: 기존 업스트림은 5~42MHz로 제한됩니다. 중간 분할 구성은 이를 5~85MHz로 확장하고 높은 분할 구성은 5~204MHz로 확장합니다. 업스트림 대역폭은 업로드 속도와 원격 작업 및 화상 회의 트래픽 용량에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 노드 분할 기능: N 0 아키텍처(노드 다운스트림에 증폭기 없음)를 지원하거나 더 작은 가입자 그룹에 서비스를 제공하기 위해 분할될 수 있는 노드는 운영자에게 광케이블 플랜트를 교체하지 않고도 가입자당 용량을 늘릴 수 있는 경로를 제공합니다.
• 원격 PHY 준비: 통합 DPU(디지털 처리 장치)가 있는 노드는 원격 PHY 배포를 지원하여 DOCSIS 처리를 노드로 이동하고 대기 시간을 줄이면서 헤드엔드 공간을 확보합니다.

동축 분배: 증폭기 및 케이블

광 노드에서 동축 케이블은 분배 증폭기의 캐스케이드를 통해 가입자 탭 포인트까지 RF 신호를 전달합니다. 노드와 가입자 사이의 증폭기 수로 측정되는 이 동축 캐스케이드의 길이는 신호 품질과 잡음 축적을 결정하는 주요 요인입니다. 최신 HFC 설계는 N 0 또는 N 1 아키텍처(증폭기가 없거나 노드 다운스트림에 증폭기 1개)를 목표로 하여 잡음을 최소화하고 업스트림 용량을 최대화합니다.

분배 및 라인 확장 증폭기

트렁크 및 분배 증폭기는 거리와 주파수에 따라 증가하는 동축 케이블에 내재된 신호 손실을 보상합니다. 가장 중요한 증폭기 사양에는 출력 레벨(일반적으로 dBmV로 표시됨), 잡음 지수(증폭기가 캐스케이드에 추가하는 잡음의 양을 결정함) 및 지원하는 주파수 범위가 포함됩니다. 확장된 스펙트럼으로 업그레이드되는 네트워크의 경우 증폭기는 주파수를 1.2GHz 이상으로 전달할 수 있어야 합니다. 많은 사업자는 전체 네트워크 재구축을 기다리지 않고 일상적인 유지 관리 주기 동안 레거시 860MHz 증폭기를 광대역 장치로 교체하여 자본 지출을 분산하고 네트워크 수명을 연장하고 있습니다.

동축 케이블 유형 및 사양

HFC 분배는 다양한 크기로 제공되는 알루미늄 외부 도체가 있는 하드라인 동축 케이블을 사용합니다. 가장 일반적인 크기와 일반적인 용도는 아래에 요약되어 있습니다.

가입자 삭제 장비 및 가정용 장치

드롭 네트워크는 분배 케이블을 가입자 구내에 연결합니다. 드롭 케이블은 짧은 거리에서 더 낮은 감쇠를 위해 폼 유전체를 사용하는 더 작은 직경의 더 유연한 동축 케이블(일반적으로 RG-6 또는 RG-11)입니다. 드롭 네트워크의 수동 구성 요소에는 각 포트에서 허용 가능한 신호 레벨을 유지하면서 여러 가입자 간에 신호를 나누는 탭, 분배기 및 방향성 커플러가 포함됩니다. 안정적인 데이터 서비스를 위해서는 가입자 케이블 모뎀의 신호 레벨이 DOCSIS 지정 수신 전력 창(일반적으로 -15dBmV ~ 15dBmV 사이) 내에 있어야 합니다. 탭은 탭 손실 값(가입자 포트에 대한 신호 손실)과 통과 손실로 지정되며, 분배 캐스케이드의 각 위치에 대해 올바른 탭 값을 선택하는 것은 서비스 영역 전체에서 신호 레벨의 균형을 맞추는 데 필수적입니다.

네트워크 업그레이드 및 향후 용량을 위한 장비 선택

평가할 때 HFC 전송 장비 새로운 빌드 또는 업그레이드의 경우 가장 중요한 원칙은 즉각적인 요구 사항 이상을 지정하는 것입니다. 1.2GHz까지 확장된 다운스트림 스펙트럼, 중간 분할 또는 높은 분할 업스트림 주파수, 원격 PHY 노드 아키텍처를 지원하는 장비는 교체할 필요 없이 10년 이상 네트워크를 제공할 것입니다. 862MHz 노드와 1.2GHz 노드 사이의 증분 비용 차이는 이를 교체하기 위해 반품하는 인건비에 비해 작습니다. 마찬가지로 CCAP 플랫폼은 현재 라이선스 용량뿐만 아니라 DOCSIS 3.1 및 FDX 지원을 위한 소프트웨어 업그레이드 경로를 평가해야 합니다. 파이버 가닥 수, 노드 분할 기능 및 증폭기 주파수 범위 등 업그레이드 헤드룸이 내장되어 구성된 HFC 네트워크는 현재 수요에 대한 최소 사양으로 설계된 네트워크보다 총 소유 비용이 지속적으로 낮습니다.