Концепция построения ЕСАД

М. Е. Белкин

Опубликована в журнале "Электросвязь", 1998, №1, с.8-15

(Все рисунки можно найти в вышеуказанном журнале или у автора)

Описывается новый экономичный способ построения местных сетей электросвязи с совместным использованием волоконно-оптических и коаксиальных линий передачи, с помощью которых обеспечивается одновременная доставка абонентам любых видов услуг. Рассматриваются принципы построения, структура и основные требования к оборудованию линейного и группового трактов. Предлагается частотный план дуплексной передачи на несущих цифровых каналов, который полностью совместим с действующим в РФ стандартным частотным планом вещательного телевидения. С учетом недостатков существующего плана предложен частотный план для будущих сетей с увеличенной полосой передачи в обратном направлении. Отмечается, что получившая наибольшее распространение за рубежом схема сети с установкой у абонента специальной приставки является оптимальной при обслуживании абонентов, живущих в отдельных домах. В условиях же многоквартирных домов более экономичным является вариант с разделением видов услуг и выносом функций обработки сигналов из квартир абонентов в единственный на дом пункт домового ввода. Проводится технико-экономическое сравнение с другими существующими системами абонентского доступа.

Современное состояние. В концепции развития связи РФ [1] намечен эволюционный переход структуры сетей всех уровней от аналоговой через аналого-цифровую к полностью цифровой. Нет сомнений, что в конце концов вся информация будет доставляться абоненту в цифровом виде. Вопрос - в сроке, когда этот путь станет целесообразным и экономически эффективным. Дело в том, что в отличие, например, от транспортной, в состав местной сети входит звено, тип которого (в данном случае: аналоговый или цифровой) полностью определяется потребителем. Речь идет об абонентском терминале (АТ), т.е. в основном о телефонном аппарате (ТА), телевизионном приемнике (ПТВ), приемнике звукового вещания (ПЗВ) или абонентском компьютере (АК). И если с последним все понятно, поскольку он цифровой, то остальные АТ на сегодняшний день повсеместно являются аналоговыми, и на обновление (замену) этого огромного парка потребуется значительный период времени.

В частности в РФ, согласно [1] парк АТ в сфере телефонной связи составляет 26 млн. со средней плотностью на 100 человек 17 ТА, в сфере проводного звукового вещания - 47 млн. с плотностью 30 ПЗВ и в сфере телевизионного вещания - уже 60 млн. с плотностью 40 ПТВ. Причем, если первые два вида услуг в мире уже существуют в цифровом варианте с серийно выпускаемыми АТ (например, система цифрового звукового вещания Эврика-147/DAB [2] , а также цифровые телефонные системы распределенной структуры: система 1000S12 фирмы Alcatel, система МD110 фирмы Ericson, система С-32 ЦНИИС, система СПРС ОАО “ЦКБ-связь” и др.), то цифровое вещательное телевидение пока находится на уровне выставочных образцов ведущих мировых фирм-производителей аппаратуры.

Разумеется, что пройдут десятилетия и сменятся несколько поколений техники, прежде чем отечественным и зарубежным операторам местных сетей связи удастся убедить всех своих абонентов в целесообразности замены аналоговых АТ на цифровые. Для наглядной иллюстрации данного утверждения отметим, что через 25 лет после начала в стране регулярного цветного ТВ вещания парк черно-белых телевизоров согласно [1] составлял 50%, хотя речь идет всего лишь о замене на совместимый аналоговый АТ.

В переходный период местные сети связи должны иметь структуру и использовать системы передачи, совместимые и с новыми цифровыми, и с традиционными аналоговыми АТ. Основной проблемой в данном случае является доставка в цифровой форме десятков телевизионных каналов, поскольку, как известно, полоса, занимаемая ТВ сигналом, более чем на три порядка шире по сравнению с телефонным. Понимая это, различные производители средств связи, стремясь создать привлекательную с точки зрения операторов местной связи платформу на основе цифровых систем передачи (ЦСП), которые не нужно будет заменять в будущем при переходе абонентов на цифровые АТ, предлагают промежуточные варианты, когда телевизионные сигналы по линиям абонентского доступа передаются в цифровой форме и снова преобразуются в аналоговую на входе АТ. Например, фирмой General Instrument предложена концепция Headend-to-Home [3] , когда в каждом доме доставленные в цифровой форме ТВ каналы декодируются и поступают на входы стандартных аналоговых ВЧ модуляторов с АМ-ОБП, после чего распределяются в домовой ТВ сети. То есть вместо одной головной станции (ГС) на район предлагается установить по ГС в каждом доме. Согласно еще одной концепции под названием Diamant [4] каждый принятый ГС аналоговый ТВ сигнал в видео или радиодиапазоне (до 450МГц) переносится на ПЧ (39,85 МГц), кодируется с частотой дискретизации 28 МГц, и затем все оцифрованные ТВ каналы вновь уплотняются по частоте, образуя на выходе “цифровой частотно-мультиплексированный сигнал”. Таким образом при 12-разрядном кодировании аналоговых ТВ радиосигналов требуемая скорость передачи уменьшается по данным разработчиков с 10,8 Гбит/с до примерно 1,2 Гбит/с. Вышеописанный сигнал в цифровом виде распределяется по волоконно-оптической сети, преобразуется на абонентской стороне на выходе приемного оптоэлектронного модуля в аналоговую форму с помощью быстродействующего ЦАП и доставляется абонентам традиционным способом по коаксиальной сети.

В связи с вышеизложенным думается, что мнение авторов концепции [ 1] о том, что после 2000 года все вновь устанавливаемое оборудование местных сетей будет цифровым, отражает мировые тенденции начала 90-х годов, поскольку в последнем десятилетии 20-го века в области электросвязи произошли два значительных события, на которых стоит остановиться более подробно.

Цифровое вещательное телевидение. Первое - разработка в общемировом масштабе нормативной базы и аппаратуры для цифрового представления телевизионного видеосигнала. При этом появилась возможность создания единого всемирного стандарта цветного ТВ вещания вместо 30 действующих на сегодняшний день (10 стандартов вещательного телевидения и три системы цветового кодирования [ 5] ). Принятая в настоящее время рекомендация ITU-R BT.601 устанавливает правила раздельной дискретизации, квантования и кодирования так называемого компонентного видеосигнала, т.е. сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов. В документе рекомендуется, чтобы частоты дискретизации яркостной и цветоразностных компонент находились в соотношении 4:2:2 по сравнению с базовой, что и дало обычно используемое название стандарта. При таких значениях частот можно практически без искажений преобразовать в цифровую форму сигнал яркости в полосе до 5,75 МГц и цветоразностные сигналы в полосе до 2,75 МГц [ 6,7] . Согласно стандарту 4:2:2 в активной части кадра содержится 720х576 отсчетов яркостной компоненты видеосигнала и по 360х576 отсчетов цветоразностных компонент, что удовлетворяет требованиям всех действующих стандартов вещательного телевидения. Полная скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала при длине кодового слова 10 бит составляе�