نظام الألياف المحورية الهجينة HFC

يدل “HFC” على مصطلح صناعة الاتصالات السلكيةواللاسلكية لشبكة النطاق العريض “broadband network” التي تجمع بين الألياف البصرية والكابل متحد المحور، كما تم استخدامه بشكل شائع على مستوى العالم من قبل مشغلي تلفاز الكابل منذ أوائل التسعينيات.

ما هي الألياف المحورية الهجينة HFC

الألياف المحورية الهجينة “HFC”: هي شبكة اتصالات ذات نطاق عريض تجمع بين الألياف الضوئية والكابلات المحورية.

يتم استعمال الألياف المحورية الهجينة لتوصيل الفيديو والمهاتفة والمهاتفة الصوتية والبيانات والخدمات التفاعلية الأخرى عبر الكابلات المحورية والألياف البصرية، كما يتم استعمال الألياف المحورية الهجينة “HFC” عالمياً من خلال مستخدمي الكابلات.

• “HFC” هي اختصار لـ “Hybrid fiber coaxial”.

أساسيات الألياف المحورية الهجينة HFC

تصف الألياف المحورية الهجينة “HFC” بنية تقديم الخدمة المستخدمة من قبل مشغلي الكابلات ومشغلي الأنظمة المتعددة “MSO”، كما تتضمن البنية مزيجاً من كابلات الألياف الضوئية والكابلات المحورية لتوزيع الفيديو والبيانات والمحتوى الصوتي من أو إلى الرأس والمشتركين، وعادةً يتم نقل الإشارات من الواجهة الأمامية عبر محور وإلى داخل الميل الأخير عبر كابل الألياف البصرية.

وعلى سبيل المثال بالنسبة لمنطقة خدمة تتراوح من “64 منزلاً” إلى “1000 منزل”، ينتهي كابل الألياف الضوئية في عقدة “HFC”، وفي هذه المرحلة يتم تحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة تردد لاسلكي “RF” ويتم نقلها عبر كابل محوري إلى منازل أو أعمال المشتركين.

تمتد شبكة الألياف الضوئية من موقع مشغل الكابلات إلى الموقع المحوري في الحي وأخيراً إلى عقدة الألياف البصرية التي تخدم في أي مكان من “25 منزل” إلى “2000 منزل”، وعادةً ما تتضمن الواجهة الأمامية على أطباق الأقمار الصناعية لاستلام إشارات الفيديو البعيدة بالإضافة إلى أجهزة توجيه ضم “IP”، كما تضم بعض العناوين أيضاً معدات هاتفية لتقديم خدمات الاتصالات إلى المجتمع.

وستتلقى الرأس إشارة الفيديو وتضيف إليها القنوات العامة والتعليمية أو الحكومية وتقوم بتشفير وتعديل وتحويل الترددات اللاسلكية، ومجتمعة في إشارة كهربائية واحدة وإدخالها في جهاز إرسال بصري واسع النطاق، كما يعمل جهاز الإرسال البصري هذا بتحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة متغيرة بصرياً في اتجاه التيار يتم نقلها إلى العقد، كما تربط كابلات الألياف الضوئية الرأس بالعقد الضوئية في طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة أو نجمة أو في بعض الحالات في طوبولوجيا حلقة محمية.

تتضمن عقدة الألياف الضوئية على مستقبل بصري واسع النطاق يحول الإشارة المعدلة بصرياً القادمة من الطرف الأمامي إلى إشارة كهربائية تذهب إلى المنازل، وإشارة المصب عبارة عن إشارة معدلة للتردد اللاسلكي تبدأ عادةً عند “50 ميجاهرتز” وتتراوح من “550 ميجاهرتز” إلى “1000 ميجاهرتز” في الطرف العلوي، كما تتضمن عقدة الألياف الضوئية أيضاً على جهاز إرسال مسار عكسي أو رجوع يرسل الاتصالات من المنزل إلى الرأس، وهذه الإشارة العكسية تُعتبر تردد “RF” ومعدل يكون من “5 ميجاهرتز” إلى “42 ميجاهرتز”.

يتيح الجزء البصري من الشبكة قدراً كبيراً من المرونة، حيث إذا لم يتوفر هناك العديد من كابلات الألياف الضوئية في العقدة، فيمكن استخدام مضاعفة تقسيم الطول الموجي لدمج إشارات ضوئية متعددة على نفس الألياف، كما تُستعمل المرشحات الضوئية لدمج وعزل الأطوال الموجية الضوئية على الألياف المفردة، وعلى سبيل المثال يمكن أن تكون إشارة المصب على طول موجة عند “1550 نانومتر” ويمكن أن تكون إشارة العودة على طول موجة عند “1310 نانومتر”.

• “MSO” هي اختصار لـ “multiple-system operator”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

مبدأ عمل الألياف المحورية الهجينة HFC

تنتشر شبكة الألياف الضوئية من الطرف الأساسي لمشغل الكابلات إلى نهايات الرأس ثم إلى موقع المحور المجاور وعقد الألياف الضوئية، والتي تخدم ما يقرب من “25 منزل” إلى “2000 منزل” كما تتكون الأطراف الرئيسية الرئيسية من أطباق الأقمار الصناعية؛ لاستقبال إشارات الفيديو البعيدة وموجهات تجميع “IP“.

قد تحتوي النهايات الرئيسية أيضاً على معدات هاتفية توفر خدمة اتصالات للمجتمعات، كما يستقبل محور المنطقة إشارات الفيديو من الطرف الرئيسي، ويضيفها إلى القنوات التلفزيونية الكابلية العامة والتعليمية والحكومية كما هو مطلوب من قبل سلطات الامتياز.

كما يتم تشفير الخدمات المختلفة وتشكيلها وترقيتها على حاملات الترددات الراديوية ودمجها في إشارات كهربائية مفردة وإدراجها في جهاز إرسال بصري واسع النطاق، كما يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة معدلة بصرياً في اتجاه التيار والتي يتم إرسالها إلى العقد، كما تربط كابلات الألياف الضوئية طرف الرأس بالعقد الضوئية في طبولوجيا متعددة.

يُعتبر الكابل المحوري الذي يدخل إلى منازل المشتركين كابلاً مرناً أي إسقاطاً صغيراً يتم توصيله مباشرة بمودم الكابل أو جهاز فك التشفير أو أي معدات أخرى للمستهلكين، وإشارة التردد اللاسلكي الموجودة على الكابل المحوري قوية بما يكفي للسماح بتقسيم الإشارات في اتجاهات مختلفة داخل المنزل، وفي بعض الأحيان يكون عدد الأجهزة المنفصلة في المنزل كبيراً جداً لدرجة أنّ التضخيم قد يكون مطلوباً.

وفي هذه الحالة يتم استخدام “AMPS” إسقاط، وفي كثير من الأحيان يتم الجمع بين المقسمات ومكبر الصوت لتقليل عدد التوصيلات، كما يُشير مصطلح “HFC” أيضاً إلى الطريقة التي يتم بها نقل الإشارات عبر الشبكة، حيث تستخدم جميع شبكات “HFC” تعدد الإرسال بتقسيم التردد لحزم المحتوى في فتحات الطيف في مصنع الكابلات.

ويشار عادةً إلى الطيف في هذه الحالة على أنّه نطاقات التردد التي تحمل المحتوى “- 52 ميجاهرتز” إلى “1004 ميجا هرتز” للأمام أي من الرأس إلى المشترك، و”5 ميجاهرتز ” – “42 ميجاهرتز” للعكس أي المشترك إلى العنوان، وفي جميع أنحاء العالم تختلف توزيعات الطيف والترددات المنقسمة والمصب والمصدر هما مصطلحان يستخدمان أيضاً لوصف هذه النطاقات على التوالي.

الإشارات التي تنشأ في الرأس والتي يجب نقلها إلى المشترك هي إمّا تماثلية أو معدلة بمخطط يسمى تعديل اتساع التربيع “QAM“، كما يتم إنشاء إشارات “QAM” عن طريق أخذ تمثيل رقمي للإشارة الأصلية وسواء كانت إشارة صوت أو فيديو تمثيلية، وتحويلها عن طريق أخذ العينات وتعديل الناقل، وإشارة “QAM” الناتجة هي إشارة تناظرية عالية السعة، والتي تتطلب عناية في الحفاظ على مستوى عالٍ من نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SNR”.

يتناقض هذا مع الإشارة الضوئية الرقمية كما هو مستخدم في “GEPON” أو شبكات بصرية سلبية جيجابت “GPON” والتي تكون متطلبات “SNR” المكافئة لها أبسط بكثير، كما تتم إدارة المعيار الذي يحكم النقل “QAM” بواسطة “Cable Labs”، وهي مؤسسة بحث وتطوير غير هادفة للربح تمولها الصناعة وتسمى مواصفات واجهة خدمة البيانات عبر الكابل “DOCSIS”.

وحالياً “DOCSIS 3.0” هو الأكثر انتشاراً، كما يعمل الإصدار الأحدث “DOCSIS 3.1” على تحسين معدلات التعديل ومعدلات نقل البيانات بشكل كبير للمشتركين، كما يوسع المصب إلى “1200 ميجاهرتز” وما بعده والمصدر إلى “85 ميجاهرتز” وما بعده.

• “AMPS” هي اختصار لـ “Advanced Mobile Phone Service”.

• “GPON” هي اختصار لـ “Gigabit Passive Optical Network”.

• “QAM” هي اختصار لـ “quadrature amplitude modulation”.

• “GEPON” هي اختصار لـ “Gigabit Ethernet Passive Optical Network”.

• “SNR” هي اختصار لـ “signal-to-noise ratio”.

• “DOCSIS” هي اختصار لـ “Data Over Cable Service Interface Specification”.