Jeszenői Péter: Korszerű optikai előfizető hálózatok Modern optical access system solutions (IJ, 2011/6. (47.), 211-221. o.)

A távközlésben kezdeti időktől eltekintve, hozzávetőlegesen húsz évvel ezelőttig a telefónia uralma volt a jellemző. Az adatjelek továbbítása a továbbított forgalom töredékét tette csak ki. Az internet robbanásszerű fejlődése, a munkahelyi adminisztrációba belépő informatikai rendszerek hozták magukkal az igényt, hogy munkahelyeket, otthonokat nagy sávszélességű adatvonalakkal össze kell kapcsolni. Az otthoni ügyfelek világhálóra történő csatlakoztatására kézenfekvő megoldás a telefonközpontok köré épített rézhálózat alkalmazása. Az alapvetően hangtovábbításra tervezett réz érpárak szélessávú kihasználása a számos, akár forradalmi újításnak is nevezhető, technikai megoldás ellenére a hálózat legszűkebb keresztmetszetét jelentik. E szűk keresztmetszet nyomása alól - vezetékes területen - a fényvezető szálak alkalmazásával lehet kibújni. Ebben a tanulmányban áttekintést adunk az előfizetői hálózatokról és részletesebben ismertetjük, hogy a fényvezetős technika milyen szerepet tölt, tölthet be az előfizető hálózatokban.

1. Hozzáférési hálózati megoldások

1.1. Hagyományos réz érpáron működő rendszerek

A hagyományos telefonközpontok köré épített réz érpárokkal kialakított előfizetői, vagy más szóval hozzáférési hálózat, legfeljebb 5-6 kilométer sugarú körben képes jó minőségű telefonszolgáltatás nyújtására. Az elmúlt évtizedekben kiépült kábelhálózat szinte mindenhol jelen van, és igen jelentős értéket képvisel. A 0,4…0,5 mm átmérőjű rézvezetékből álló, polietilén szigetelésű kábelek kialakításuk révén, kiváló átviteli tulajdonságokkal bírnak a hangfrekvenciás sávban. Az alapvetően hangfrekvenciás átvitelre tervezett kábeleken ötletes modulációs technikák, visszhang kioltás, különböző zajcsökkentési és kompenzálási eljárások segítségével a rézkábel minőségétől, és az áthidalandó távolságtól függően a különböző xDSL technikák akár 80 Mbit/s-os hozzáférési sebességet is kínálnak. A nyújtható sávszélesség a távolság függvényében azonban drasztikusan csökken. A központokból 5-6 kilométerre lévő előfizetőknek szélessávú szolgáltatás gyakorlatilag már nem nyújtható. További korlátozást jelent, hogy szélessávú szolgáltatások nyújtására a kábelek kapacitásának csak 50…65% használható fel. Nagyobb kihasználtság esetén, a kábelen üzemelő rendszerek egymásra hatásai (áthallások) olyan mértékűek, hogy drasztikusan csökkentik, végső soron lehetetlenné teszik a szélessávú kapcsolatok létrehozását. A probléma megoldásához azokat az aktív eszközöket, amelyek eredetileg a központokban voltak elhelyezve, közelebb kell vinni az előfizetőkhöz, így csökkentve a rézhurkok hosszát. Az előfizetői multiplexerek utcai kabinetekben, esetleg föld alatt történő elhelyezése jelentős többletkiadást okoz a hálózat üzemeltetőjének. A kvázi kültéri elhelyezés miatt a hőmérséklet ingadozásnak jól ellenálló berendezésekre van szükség, és tápellátást is kell biztosítani. Nagyobb előfizető számot kiszolgáló berendezések esetén a kabinetek klimatizálására is szükség van. Önmagában a klimatizálás is jelentős többlet energia felhasználással jár, ráadásul a berendezések rendszeres karbantartást igényelnek. Az központokból utcai kabinetekben elhelyezett berendezésekig a forgalomtovábbítást fényvezetős hálózattal lehet csak biztosítani. Az 1. ábrán egy összehasonlítás látható, hogy a különböző technológiákkal milyen letöltési sebességek érhetők a távolság függvényében. Látható, hogy optika esetében a távolság korlát valahol már a diagramon kívül esik. Optika esetében az ábrázolt 95 Mbit/s nem a lehetőségek felső határát jelenti, inkább csak illusztráció.

1.2. Hibrid fényvezetős-koax rendszerek (HFC)

A hozzáférési hálózatokban jelentős potenciált képviselnek a kábel TV hálózatok. Ezek hibrid struktúrák. Az optikai és koaxiális kábelekből, erősítőkből felépített rendszeren az egyes TV csatornák helyén digitális jeltovábbítás is lehetséges. Több csatorna összefogásával szélessávú internetkapcsolat hozható létre. Az EuroDocsis szabványokban leírt megoldásokkal a rézérpáras megoldásokhoz képest kissé költséghatékonyabban valósítható meg szélessávú hozzáférés. Az nyújtható sávszélességet érzékenyen befolyásolja a hálózat minősége. A hálózatban található - gyakran kültéri - csatlakozók, egyéb hálózatelemek meghibásodásai állandó odafigyelést igényelnek az üzemeltető személyzet részéről. A hálózatban növekvő sávszélesség igényeket folyamatosan monitorozni kell, hogy szükség esetén ún. szegmentálással, bővítéssel elejét lehessen venni a forgalmi torlódásoknak.

1. ábra: Elérhető bitsebességek lefelé irányban

1.3. Rádiós megoldások

A közelmúltban hatalmas fejlődésen mentek keresztül a különféle rádiós elérési megoldások is, amelyek viszonylag nagy kapacitásukkal, mobilitást biztosító lehetőségükkel egyre nagyobb népszerűségnek örvendenek. A rendelkezésre álló korlátos erőforrások (értsd: frekvenciák), a zavartatás, interferenciák miatt a rádiós összekötetések is jelentős technikai nehézséggel kell, hogy szembe nézzenek. A mobilhálózatokon jelenleg alkalmazott ún. harmadik generációs rendszerek megfelelő sávszélességet képesek biztosítani általános internetezési szokások kielégítésére. A 3G összefoglaló elnevezés, több új megoldást és szabványt takar. A 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) rendszer kifejezetten mobil adat- és hangtovábbításra optimalizált. A hazai szolgáltatóktól is ismert 3G/HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) protokoll az UMTS hálózat egy fejlődési fázisának tekinthető. A HSDPA elméletileg 14,4 Mbit/s elérését képes biztosítani letöltés irányban. Meg kell azonban jegyezni, hogy alkalmazások számára ennek a sávszélességnek mintegy a fele érhető el. A hálózat relatív nagy késleltetése néhány erre érzékeny alkalmazást (pl. online gaming) negatívan érint. A negyedik generációsnak tekintett, és bevezetési fázisban lévő LTE (Long Term Evolution) rendszer még nagyobb sávszélességet, és a jelenleginél lényegesen kisebb hálózati késleltetést fog biztosítani. A nagyobb sávszélességet új megoldású antenna rendszerek, a mindenkori környezeti viszonyokhoz rendkívül gyorsan alkalmazkodni képes modulációs eljárások használatával éri el a rendszer. E téren komoly versenyfutás tapasztalható az egyes gyártók és a hálózatukba a rendszert bevezetni szándékozó szolgáltatók között. A versenyfutás igazi győztesei a felhasználó lesznek. Nagyobb területi lefedettségekről azért még korai álmodozni, hiszen a 3G rendszerek kiépítettsége sem érte még el a kívánt mértéket.

1.4. Fényvezetős rendszerek

A sávszélesség-éhes alkalmazások egyre feljebb tolódó kapacitásigényei rézérpárral, koax kábelek alkalmazásával, vagy akár 3G mobilmegoldással az előbb-utóbb jelentkező fizikai korlátok miatt nem szolgálhatók ki. Napjaink leg sávszélesség igényesebb alkalmazása a TV jelátvitel. Jó minőségű HD nyalábok továbbítása legalább 8 Mbit/s sávszélességet foglal le. De a szárnyait bontogató 3D tévézés ennek a sávszélességnek a többszörösét fogja felemészteni. Jelenlegi ismereteink szerint az üvegszál az egyetlen olyan hordozó közeg, amely hosszútávon képes szinte korlátlan sávszélesség biztosítására. A fényvezetős rendszerek a gerinchálózatokban már régóta egyeduralkodók. A fényvezetők több-hullámhosszas (WDM - Wavelength Division Multiplexing) kihasználásával már ma is Terabit/sec közeli sávszélesség érhető el egyetlen szálpáron. A fényvezető kábelek és az aktív berendezések drasztikus árcsökkenése lehetővé tette, hogy a hozzáférési hálózatokban is teret hódítson az optikai átvitel.