เครือข่ายผสมไฟเบอร์โคแอคเชียล

เครือข่ายผสมไฟเบอร์โคแอคเชียล () เป็นศัพท์ด้านอุตสาหกรรมการสื่อสารโทรคมนาคมสำหรับเครือข่ายบรอดแบนด์ที่ใช้สื่อกลางในการขนส่งข้อมูลทั้งใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลโคแอกเชียล มันถูกนำมาใช้โดยผู้ประกอบการโทรทัศน์บอกรับเป็นสมาชิกหรือที่เรียกว่าเคเบิลทีวีทั่วโลกมาตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 1990
รายละเอียด

เทคโนโลยีการสื่อสารแบบนี้จะใช้ใยแก้วนำแสงและสายโคแอคเชียลในระยะหรือช่วงการส่งเนื้อหาบรอดแบนด์ในเครือข่ายที่แตกต่างกัน เนื้อหาบรอดแบนด์ดังกล่าวได้แก่ภาพ, เสียง และข้อมูล วิธีการก็คือ ใยแก้วนำแสงจะถูกติดตั้งในช่วงแรกที่อยู่ในระยะไกลจากต้นทางที่ติดตั้ง 'headend' ไปยังโหนดแสง (หรือบางเครือข่ายเรียกว่า AM node) ที่ใกล้บริเวณที่อยู่อาศัยของผู้ใช้ เอาต์พุตของโหนดแสงจะเป็นสัญญาณ RF จึงใช้สายโคแอคเชียลติดตั้งเข้าในที่อยู่อาศัยของผู้ใช้ 

เครือข่ายใยแก้วนำแสงที่ต่อออกมาจาก headend หลักผู้ประกอบการเคเบิล บางครั้งจะต่อไปที่ headends ส่วนภูมิภาค จากนั้นจะออกไปยัง hubsite ของเครือข่ายใกล้เคียงและในที่สุดก็ไปยังโหนดแสงซึ่งทำหน้าที่ให้บริการทุก ๆ 25 ถึง 2000 หลังคาเรือน headend หลักมักจะมีจานดาวเทียมสำหรับรับสัญญาณวิดีโอจากสถานีที่อยู่ห่างไกลออกไปเช่นเดียวกับเราเตอร์ที่รวบรวมข้อมูล IP บาง headends หลักจะมีอุปกรณ์โทรศัพท์พื้นฐานสำหรับการให้บริการโทรคมนาคมให้กับชุมชนอีกด้วย

headend หรือฮับระดับภูมิภาคหรือระดับพื้นที่จะได้รับสัญญาณวิดีโอจาก headend หลักและเพิ่มสัญญาณวิดีโอเข้าไปในช่องสถานีของประชาชนเพื่อการศึกษาและรัฐบาล (public, educational, and government access, PEG) ตามที่กำหนดโดยหน่วยงานแฟรนไชส์​​ท้องถิ่นหรือใส่โฆษณาประชาสัมพันธ์ที่กำหนดเป้​​าหมายจะนำเสนอไปยังท้องถิ่นนั้น สัญญาณต่าง ๆ ที่ head end ภูมิภาคได้รับจะถูกเข้ารหัส, มอดูเลตและเปลี่ยนให้เป็นคลื่นความถี่วิทยุ (RF) รวมไปบนสัญญาณไฟฟ้าเดียวแล้วแปรงไปเป็นสัญญาณแสงส่งเข้าไปในเครื่องส่งสัญญาณแสงบรอดแบนด์เพื่อส่งไปให้บริการในท้องถิ่นนั้น

เครื่องส่งสัญญาณแสงนี้จะส่งสัญญาณแสงไปที่โหนดแสงที่อยู่ไกลออกไปด้วยสายเคเบิลใยแก้วนำแสง การเชื่อมโยงอาจเป็นแบบจุดต่อจุดหรือแบบโทโปโลยีรูปดาว ข้อดีของการใช้ใยแก้วนำแสงก็คือความน่าเชื่อถือของสัญญาณสูงและส่งได้ในระยะทางที่ไกลมากนั่นเอง

โหนดแสง

โหนดแสงมีตัวรับแสงบรอดแบนด์ซึ่งจะแปลงสัญญาณแสงให้กลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าคลื่น RF อย่างเดิม ปัจจุบัน สัญญาณ RF มักจะเริ่มต้นที่ 50 MHz และช่วง 550-1000 MHz ที่ปลายด้านบน โหนดแสงยังมีเส้นทางส่งสัญญาณย้อนกลับหรือ return path เพื่อส่งสัญญาณการสื่อสารจากบ้านกลับไป headend สัญญาณดังกล่าวจำเป็นสำหรับการสื่อสารข้อมูลกับระบบอินเทอร์เน็ต 
ส่วนออปติคอลของเครือข่ายที่ออกจาก head end มีความยืดหยุ่นเป็นจำนวนมาก สัญญาณแสงดาวน์สตรีมที่วิ่งในใยแก้วจะใช้ความยาวคลื่นเดียวอาจจะเป็น 1310 นาโนเมตร จะถูกแบ่งออกเป็นหลายเส้นทางด้วยอุปกรณ์แยกแสงที่เรียกว่า splitter เพื่อกระจายสัญญาณที่มีข้อมูเดียวกันบนความยาวคลื่นเดียวกันไปยังบริเวณใกล้เคียง ไปยังโหนดแสง ที่จะแปรงสัญญาณแสงกลับไปเป็นสัญญาณ RF ก่อนจ่ายให้ผู้ใช้ปลายทางต่อไป สำหรับสัญญาณขากลับ สัญญาณจากผู้ใช้แต่ละรายจะต้องไม่เหมือนกันเพื่อจะบ่งชี้อย่างเฉพาะเจาะจงของบัญชีผู้ใช้ที่ต่างกัน ซึ่งต้องใช้ใยแก้วนำแสงจำนวนมากและไม่มีทางเป็นไปได้ที่จะมีสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจำนวนมากพอไปสำหรับแต่ละผู้ใช้กลับยัง head end ผู้ใช้แต่ละรายจึงถูกกำหนดให้ส่งกลับด้วยความยาวคลื่นที่ต่างกัน และอุปกรณ์ที่เรียกว่า wavelength division multiplex จะถูกนำมาใช้ในการรวมสัญญาณแสงหลายความยาวคลื่นใส่ลงในเส้นใยแก้วเส้น(core)เดียวกัน ตัวกรองแสงจะถูกใช้ในการรวมและแยกความยาวคลื่นแสงดังกล่าว ตัวอย่างเช่นสัญญาณจาก head end อาจเป็นความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตรและสัญญาณการกลับมาอาจเป็นความยาวคลื่น 155x นาโนเมตรเป็นต้น

การเชื่อมต่อสุดท้ายไปยังบ้านผู้ใช้

จากโหนดแสง เครือข่ายสายโคแอคเชียลจะที่เชื่อมต่อบ้าน 25 ถึง 2000 หลัง (ปกติ 500) ด้วยการ config แบบ ต้นไม้และสาขา เครื่องขยายสัญญาณ RF จะทำการชดเชยความแรงของสัญญาณที่ถูกลดทอนหรือสูญเสียไปเนื่องจากการแยกสัญญาณเข้าแต่ละบ้านหรือที่เรียกว่าการ "tapping"

สาย coaxial เส้นใหญ่เป็นกำจะถูกเชื่อมโยงเข้าที่โหนดแสง และฟอร์มตัวเป็นแบ็คโบนของเครือข่ายสายโคแอคเชียลที่ที่สายการกระจาย (หรือ drop wire) ที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกเชื่อมต่อออกไปจากจุดกระจายสายที่เรียกว่า tap สาย coaxial เส้นใหญ่ยังติดตั้งแหล่งจ่ายไฟ AC ซึ่งจะถูกจ่ายเข้าไปในสายเคเบิลด้วยแรงดัน 60 หรือ 90 V พลังงานไฟฟ้าที่ถูกจ่ายเพิ่มไปในสายเคเบิลก็เพื่อจ่ายให้กับอุปกรณ์ขยายสัญญาณ RF ที่กระจายอยู่ในเครือข่ายโคแอคเชียลนั่นเอง

จากสาย coaxial เส้นใหญ่, สายกระจาย coaxial เส้นเล็ก (หรือ drop wire) จะถูกเชื่อมต่อจากอุปกรณ์ขยายสัญญาณเพื่อขนส่งสัญญาณ RF และไฟ AC ไปตามถนนแต่ละเส้นทาง ถ้าจำเป็น, line extenders ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขยายสัญญาณขนาดเล็ก จะขยายสัญญาณพลังให้อยู่ในระดับที่เครื่องรับโทรทัศน์สามารถรับได้ สายการกระจาย (หรือ drop wire) ก็จะ "tap" ออกจากตัวขยายนี้เพื่อต่อเข้าบ้านของลูกค้าแต่ละหลัง

tap เหล่านี้จะจ่ายสัญญาณแต่จะบล็อกไฟ AC เว้นแต่จะมีอุปกรณ์โทรศัพท์ที่ต้องการพลังงานแบ็คอัพที่น่าเชื่อถือจากระบบไฟฟ้าในสายโคแอค tap จะถูกต่อเข้ากับสายกระจายโคแอคขนาดเล็กด้วยหัวต่อที่มีสกรูเชื่อมต่อมาตรฐานที่เรียกว่า "F" คอนเน็กเตอร์

สายกระจายจะถูกเชื่อมต่อไปยังบ้านที่สายดินจะบล็อกเพื่อป้องกันระบบในบ้านจากแรงดันไฟฟ้าจรจัด ขึ้นอยู่กับการออกแบบเครือข่าย สัญญาณนั้นจะสามารถผ่านตัวแยกไปยังทีวีได้หลาย ๆ เครื่อง ถ้าใช้ตัวแยกมากเกินไปเพื่อเชื่อมต่อทีวีหลาย ๆ ตัว ระดับสัญญาณจะลดลงและคุณภาพของภาพในช่องทีวีแอนะล็อกจะลดลง จึงอาจจำเป็นต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณที่เรียกว่าเครื่องขยาย "สายกระจาย" หรือ เครื่องขยาย "ในบ้าน"

การขนส่งทางเครือข่าย HFC

โดยใช้ frequency division multiplexing, HFC อาจขนส่งความหลากหลายของบริการรวมทั้งแบบโทรทัศน์ระบบแอนะล็อก, โทรทัศน์ระบบดิจิทัล (SDTV หรือ HDTV), วีดิทัศน์ตามคำขอ, โทรศัพท์และข้อมูลความเร็วสูง บริการบนระบบเหล่านี้ถูกขนส่งด้วยสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ (RF) ในคลื่นความถี่  5 MHz ถึง 1000 MHz 

เครือข่าย HFC สามารถดำเนินการได้สองทิศทาง หมายความว่าสัญญาณจะเดินทางในสองทิศทางในเครือข่ายเดียวกันจากสำนักงาน headend หรือ ฮับไปที่บ้านและจากที่บ้านไปยังสำนักงาน headend หรือ ฮับ สัญญาณไปข้างหน้าหรือดาวน์สตรีม เป็นการนำข้อมูลจากสำนักงาน headend หรือ ฮับไปที่บ้านเช่นข้อมูลเนื้อหาวิดีโอ, เสียงและอินเทอร์เน็ต

เส้นทางกลับหรืออัพสตีมนำข้อมูลจากที่บ้านไปยังสำนักงาน headend หรือ ฮับ เช่นสัญญาณควบคุมการสั่งซื้อภาพยนตร์อินเทอร์เน็ตหรือข้อมูลเพื่อส่งอีเมล เส้นทางไปข้างหน้าและเส้นทางกลับจะดำเนินการจริงผ่านคู่สายเดียวกันในทั้งสองทิศทางระหว่าง head end กับที่บ้าน

เพื่อป้องกันการรบกวนของสัญญาณคลื่น, ความถี่จะแบ่งออกเป็นสองส่วน ในประเทศที่มีประเพณีที่ใช้) NTSC ระบบ M, จะใช้ส่วนที่เป็น 52-1000 MHz สำหรับสัญญาณไปข้างหน้าและ 5-42 MHz สำหรับสัญญาณกลับ ประเทศอื่น ๆ ใช้ความถี่ขนาดแตกต่างกัน แต่มีความคล้ายคลึงกันในการที่มีแบนด์วิดธ์มากขึ้นสำหรับการสื่อสารไปข้างหน้ากว่าการสื่อสารขากลับ

โดยทั่วไแล้ว เนื่องจากเนื้อหาวิดีโอเท่านั้นที่ถูกส่งไปที่บ้าน เครือข่าย HFC จึงเป็นโครงสร้างที่ไม่สมมาตร: นั่นคือการขนส่งเนื่อหาในทิศทางหนึ่งจะมีความจุมากกว่าอีกทิศทางหนึ่ง เส้นทางกลับเดิมใช้เฉพาะสำหรับการควบคุมสัญญาณบางอย่างเช่นสั่งภาพยนตร์เป็นต้นซึ่งต้องใช้แบนด์วิดธ์น้อยมาก เมื่อมีบริการเพิ่มขึ้นในเครือข่าย HFC เช่นการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตและโทรศัพท์, เส้นทางกลับนี้จะถูกนำมาใช้มากขึ้น

ผู้ประกอบการหลายระบบ

ผู้ประกอบการหลายระบบ (Multi-system operators, MSOs) ได้พัฒนาวิธีการในการส่งบริการต่าง ๆ บนสัญญาณ RF ขนส่งบนใยแก้วนำแสงและสายโคแอคทองแดง วิธีการเดิมที่จะส่งวิดีโอผ่านเครือข่าย HFC และยังคงเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการมอดูเลชันของช่องทีวีอนาล็อกมาตรฐานซึ่งคล้ายกับวิธีการที่ใช้สำหรับการส่งออกอากาศแบบ over-the-air ดูระบบการออกอากาศโทรทัศน์สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

ช่องทีวีแอนะล็อกจะใช้ความถี่กว้าง 6 MHz ในระบบ NTSC, หรือความถี่กว้าง 8 MHz ในระบบ PAL หรือระบบ SECAM  แต่ละช่องอยู่ที่จุดกึ่งกลางของความถี่คลื่นพาหะที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้มีการรบกวนกับช่องหรือฮาโมนิคที่อยู่ติดกัน เพื่อให้สามารถดูช่องสัญญาณในระบบดิจิทัล, อุปกรณ์ที่บ้านหรือในสถานที่ของลูกค้า (customer-premises equipment, CPE) เช่น โทรทัศน์ดิจิทัล, คอมพิวเตอร์หรือ set-top box จะต้องแปลงสัญญาณ RF ให้เป็นสัญญาณที่เข้ากันได้กับอุปกรณ์แสดงผลเช่นโทรทัศน์แอนะล็อกหรือจอคอมพิวเตอร์ การสื่อสารของรัฐบาลกลางสหรัฐ (FCC) ได้ตัดสินว่าผู้บริโภคสามารถได้รับบัตรเคเบิลจาก MSO ท้องถิ่นของพวกเขาเพื่ออนุญาตให้สามารถดูช่องดิจิทัลได้

โดยการใช้เทคนิคการบีบอัดดิจิทัล, ช่องทีวีหลายมาตรฐาน(NTSC, PAL) และช่องทีวีความละเอียดสูงสามารถถูกขนส่งด้วยความถี่ของคลื่นพาหะที่ความถี่ 6 หรือ 8 MHz ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความจุในช่องทางการขนส่งของเครือข่าย HFC ถึง 10 เท่าหรือมากกว่าเมื่อเทียบกับเครือข่ายแบบแอนะล็อกทั้งหมด พึงสังเกตว่าจูนเนอร์แบบดิจิทัล (เช่นกล่องทีวี set-top box) จะไม่จำเป็นสำหรับมาตรฐานช่องทีวีแอนะล็อกเนื่องจากโทรทัศน์ส่วนใหญ่ได้ติดตั้งจูนเนอร์แบบแอนะล็อกซึ่งสามารถถอดรหัสสัญญาณ เว้นแต่บางส่วนของ scrambling ถูกนำมาใช้

เทคโนโลยีเครือข่ายที่เป็นคู่แข่ง

Digital subscriber line (DSL) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้โดยบริษัทโทรศัพท์แบบดั้งเดิมในการส่งมอบบริการที่ก้าวหน้า (ข้อมูลความเร็วสูงและวิดีโอในบางครั้ง) บนคู่สายโทรศัพท์ทองแดงตีเกรียว ซึ่งมักจะมีขีดความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่ต่ำกว่าเครือข่าย HFC และความเร็วข้อมูลมีข้อจำกัด โดยความยาวและคุณภาพของสายโทรศัพท์

โทรทัศน์ดาวเทียมเป็นคู่แข่งที่สำคัญกับเครือข่าย HFC ในการให้บริการวิดีโอออกอากาศ  ระบบดาวเทียมปฏิสัมพันธ์มีความสามารถในการแข่งขันน้อยในสภาพแวดล้อมของเมืองขนาดใหญ่อันเนื่องมาจากรอบการเดินทางของข้อมูลที่ล่าช้าของระบบ แต่เป็นที่น่าสนใจในพื้นที่ชนบทและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ที่โครงสร้างพื้นฐานมีไม่เพียงพอหรือไม่มีอยู่เลย 

คล้ายกับ HFC, เทคโนโลยี fiber in the loop (FITL) ถูกใช้โดยผู้ให้บริการโทรศัพท์ในท้องถิ่นเพื่อให้บริการแบบก้าวหน้าให้กับลูกค้าโทรศัพท์ผ่านทางสายเคเบิลท้องถิ่นของบริการโทรศัพท์ธรรมดา (POTS)

ในยุค 2000 บริษัทโทรคมนาคมเริ่มการใช้งานที่สำคัญของใยแก้วนำแสงเช่น fiber to the x, (FTTX) เช่นโซลูชั่นเครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟ ที่จะส่งมอบข้อมูล วิดีโอและเสียงที่จะแข่งขันกับผู้ประกอบการด้วยเคเบิลเหล่านี้ เครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟอาจจะแพงกว่าในการติดตั้ง แต่เครือข่ายดังกล่าวสามารถให้ความจุแบนด์วิดธ์ขนาดใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการให้บริการข้อมูลและให้ความน่าเชื่อถือมากกว่าเพราะใช้ใยแก้วยำแสงเป็นสื่อกลางการขนส่ง

 ดูเพิ่ม 

Broadcast television system
เคเบิลโมเด็ม
DOCSIS
FTTLA
Radio frequency (RF)
Quadrature amplitude modulation
MPEG-2
เครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟ
วีดิทัศน์ตามคำขอ

อ้างอิง

หมวดหมู่:บรอดแบนด์
หมวดหมู่:การสื่อสารผ่านทางระบบใยแก้วนำแสง
หมวดหมู่:เคเบิลระบบดิจิทัล