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광동축 혼합망

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목차

1. 개요

광동축 혼합망(HFC)은 케이블 TV 사업자들이 잡음 문제와 대역폭 제한을 해결하기 위해 광섬유와 동축 케이블을 혼합하여 구축한 통신망이다. 1990년대 미국에서 정보고속도로 구축 계획 발표와 통신법 개정으로 광대역 인터넷 서비스가 시작되면서 등장했다. HFC망은 헤드엔드에서 광 노드까지는 광섬유를, 광 노드에서 각 가정까지는 동축 케이블을 사용하여 비용을 절감하면서도 고품질의 통신 서비스를 제공한다. 이 기술은 아날로그 및 디지털 TV, 인터넷, 전화 등 다양한 서비스를 주파수 분할 다중화(FDM) 방식으로 전송하며, 최근에는 원격 PHY, 분산 액세스 아키텍처(DAA) 등의 기술 발전을 통해 네트워크 성능을 향상시키고 있다. HFC는 디지털 가입자 회선(DSL), 위성 텔레비전, FTTH/FTTP 등과 경쟁하며 통신 시장에서 중요한 역할을 하고 있다.

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광동축 혼합망

2. 등장 배경

1993년 3월 미국에서 정보고속도로를 국가적 사업으로 추진하겠다는 백서를 발표한 이래로 각 국가에서는 초고속 통신망 구축에 힘을 쏟기 시작했다.[1] 1996년 2월 미국에서는 통신법을 개정해 기존 케이블 TV사업자도 통신 서비스를 할 수 있게 되면서 케이블 TV 사업자들은 이 망을 통해 광대역 인터넷 서비스를 시작했다.[1]

원래 CATV국에서는 낙뢰나 도로 공사 등으로 발생하는 노이즈를 동축 케이블이 획득함으로써 발생하는 잡음 대책이 오랜 세월 문제였다. 특히 각 가정에서 헤드엔드로 향하는 상향 신호에서는 말단의 케이블에 실린 잡음이 간선에 집약됨으로써 발생하는 「합류 잡음」이 신호 품질 저하의 큰 요인이었다.[2] 또한 동축 케이블망에서는 고주파 대역에서의 신호 감쇠가 심해지기 때문에 RF 신호의 전송 대역을 넓히는 것이 어려웠고, BS·CS 방송 등의 시작에 따른 채널 수 증가에 대응하는 것이 어려웠다.[2] 이에 반해 광섬유는 케이블 내의 신호는 기본적으로 외적 요인에 의한 노이즈의 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 전송 대역의 확대도 용이하다는 장점이 있다.[2]

그러나 CATV망을 완전히 FTTH화하게 되면 막대한 설비 투자가 드는 것은 물론, 각 가정으로의 광섬유 케이블 인입의 기술적 난이도가 (동축 케이블에 비해) 비교적 높다는 점, 기존에 한 개의 간선이 여러 겹으로 분기되어 최소 수백 세대에 영상을 보내는 구성(1:n 구성)이었던 망의 토폴로지를, 헤드엔드와 각 가정을 원칙적으로 1:1, 수동 광 가입자망을 채택하더라도 1:20~30 정도로 연결하는 구성으로 변경해야 하는 점 등으로 인해, 이미 동축 케이블로 영업을 하고 있는 CATV국에게는 기술적인 장벽이 높다.[3]

그래서 간선을 광 케이블화함으로써 합류 잡음 문제의 저감 및 전송 대역의 확대를 실현하면서, 라스트 마일은 동축 케이블 구성을 유지함으로써 설비 투자의 억제·망 구성의 유지를 도모한 것이 HFC이다.[4]

3. HFC망의 구조

HFC망은 케이블 사업자의 헤드엔드에서 시작하여 광섬유를 통해 지역 허브, 광 노드(Optical Node)를 거쳐 동축 케이블로 각 가정에 연결되는 구조를 가진다.

광섬유 네트워크는 헤드엔드에서 광 노드까지 연결된다. 경우에 따라 지역 헤드엔드나 인접 허브를 거치기도 한다. 헤드엔드에는 위성 안테나, IP 집성 라우터 등이 설치되며, 전화 장비가 포함되기도 한다.

헤드엔드에서 나온 광 신호는 광 노드에서 전기 신호로 변환되어 동축 케이블을 통해 각 가정으로 전달된다. 하나의 광 노드는 25~2,000 가구 정도를 담당하며, 보통 300~500 가구가 일반적이다. 신호 손실을 줄이기 위해 동축 케이블 구간은 가능한 짧게 유지된다.

각 가정이나 건물에는 광-전기 컨버터(V-ONU)가 설치되어 건물 내에서는 동축 케이블로 신호를 분배하는 FTTH 방식도 사용된다.

3. 1. 헤드엔드 (Headend)

광섬유 네트워크는 케이블 사업자의 주 헤드엔드에서 시작하여 때로는 지역 헤드엔드로 확장된 다음, 인근 지역의 허브 사이트, 마지막으로 일반적으로 25~2000 가구에 서비스를 제공하는 광-동축 케이블 노드로 연결된다.[6] 주 헤드엔드에는 먼 거리의 비디오 신호를 수신하기 위한 위성 안테나와 IP 집성 라우터가 일반적으로 설치되어 있다. 일부 주 헤드엔드에는 지역 사회에 통신 서비스를 제공하기 위한 전화 장비(예: 자동 전화 교환기)도 있으며, 광동축 혼합망에서는 PacketCable을 사용하여 전화 서비스를 제공한다.

지역 또는 구역 헤드엔드/허브는 주 헤드엔드에서 비디오 신호를 수신하여[6] 지역 프랜차이즈 당국에서 요구하는 공공, 교육 및 정부 접근 (PEG) 케이블 TV 채널을 추가하거나, 통합 CMTS(작동에 필요한 모든 부분을 포함) 또는 인터넷과 비디오를 모두 제공하는 CCAP에서 인터넷과 함께 지역에 어필할 수 있는 타겟 광고를 삽입한다.

별도의 엣지 QAM을 사용하여 디지털 비디오 소스에서 동축 케이블 네트워크에서 전송하기에 적합한 QAM 변조 비디오를 제공할 수 있다.[7][8] 엣지 QAM은 또한 비디오 대신 인터넷 데이터를 제공하기 위해 모듈식 CMTS 아키텍처에서 CMTS에 연결될 수 있다.[9][10] CCAP는 데이터만 제공하고 비디오에 사용되는 엣지 QAM과 별도의 장치인 기존의 통합 CMTS를 대체하는 것을 목표로 한다.[11]

비디오는 NTSC, MPEG-2, DVB-C 또는 QAM 표준과 같은 표준에 따라 인코딩될 수 있으며, 데이터는 DOCSIS에 따라 인코딩될 수 있다. 아날로그 비디오는 스크램블될 수 있으며,[12] 신호는 QAM 변조기를 포함한 아날로그 또는 디지털 비디오 변조기[13] 또는 모듈식 CMTS가 사용되는지 여부에 따라, 데이터를 위한 CMTS에서[14][15][16], 또는 비디오 및 데이터를 위한 CCAP에서, 비디오 및/또는 데이터를 위해 엣지 QAM을 사용하여 변조될 수 있으며, 이 장비의 RF 반송파로 업컨버전된다.

CMTS, CCAP, 엣지 QAM 및 QAM 변조기의 다양한 서비스는 스플리터 및 결합기와 같은 헤드엔드 RF 관리 모듈을 사용하여 단일 RF 전기 신호로 결합되며,[17][18][19] 결과 신호는 광대역 광 전송기로 삽입된다. 이는 실제로는 Arris CH3000, Scientific Atlanta Prisma 또는 Cisco Prisma II와 같은 "광학 플랫폼" 또는 헤드엔드 플랫폼의 전송기 모듈이다.[20][21] 이러한 플랫폼은 여러 송수신기를 호스팅하며, 후자는 케이블 인터넷에 사용될 수 있으며 광섬유에서 광 신호의 도달 범위를 확장하기 위해 에르븀 도핑 광섬유 증폭기(EDFA)를 호스팅할 수도 있다.[22][23] 각 송수신기는 하나의 광 노드에 서비스를 제공한다.[24]

이 광 전송기는 RF 전기 신호를 다운스트림 광 변조 신호로 변환하여 노드로 전송한다. 광섬유 케이블은 헤드엔드 또는 허브를 점대점 또는 스타 토폴로지로 광 노드에 연결하거나,[25] 경우에 따라 보호된 링 토폴로지로 연결한다. 각 노드는 자체 전용 광섬유를 통해 연결될 수 있으며,[26] 따라서 외부 플랜트에 설치된 광섬유 케이블은 수십에서 수백 또는 수천 가닥의 광섬유를 가질 수 있으며, 극단적인 예로는 6912가닥의 광섬유가 있다.[28]

3. 2. 광 전송 구간

헤드엔드와 광 노드 사이는 광섬유 케이블로 연결된다.[25] 광 전송기는 RF 전기 신호를 광 신호로 변환하여 광섬유 케이블을 통해 광 노드로 전송한다.[20][21]

WDM 기술을 사용하여 여러 광 신호를 하나의 광섬유에 결합할 수 있다.[29] 예를 들어, 다운스트림 신호는 1550 nm의 파장에 있을 수 있고, 리턴 신호는 1310 nm의 파장에 있을 수 있다.[29][30] 광학 필터는 이러한 광학 파장을 단일 광섬유에 결합하고 분리하는 데 사용된다.

광 증폭기(EDFA)를 사용하여 광 신호의 도달 거리를 확장할 수 있다.[22][23]

3. 3. 광 노드 (Optical Node)

광섬유 노드는 헤드엔드 또는 허브에서 전송되는 다운스트림 광 변조 신호를 전기 신호로 변환하는 광대역 광 수신기를 갖추고 있다. 다운스트림 신호는 일반적으로 50 MHz에서 시작하여 상한선에서 550~1000 MHz 범위를 갖는 RF 변조 신호이다. 광섬유 노드는 또한 고객으로부터 헤드엔드로 통신을 다시 전송하는 역방향 또는 리턴 경로 송신기를 포함한다. 북미에서는 이 역방향 신호가 5~42 MHz의 변조된 RF인 반면, 다른 지역에서는 5~65 MHz의 범위를 갖는다.[29][30] 이 전기 신호는 동축 케이블을 통해 출력되어 동축 간선을 형성한다.

하나의 셀에서 25~2,000 가구 정도가 커버되며, 300~500 가구 정도가 표준이다. 신호를 배포하는 작은 셀마다 광대역 광 수신기(Broadband optical receiver)가 광 신호를 전기 신호로 변환하여 각 가정에 동일한 신호를 분배한다.

네트워크의 광학 부분은 많은 유연성을 제공한다. 노드에 많은 광섬유 케이블이 없는 경우, 파장 분할 다중화를 사용하여 여러 광 신호를 동일한 섬유에 결합할 수 있다. 광학 필터는 광학 파장을 단일 섬유에 결합하고 분리하는 데 사용된다. 예를 들어, 다운스트림 신호는 1550 nm의 파장에 있을 수 있고, 리턴 신호는 1310 nm의 파장에 있을 수 있다.[29][30]

3. 4. 동축 케이블 구간

광 노드에서 각 가정까지는 동축 케이블로 연결된다.[31][32][33] 동축 케이블은 광 노드[34][35]에 연결되어 소규모 배선 케이블을 연결하는 동축 백본(backbone)을 형성한다. 간선 증폭기(Trunk Amplifier)는 케이블 감쇠 및 동축 케이블 분기 또는 "탭핑"으로 인한 전기 신호의 수동적 손실을 극복하기 위해 간선에 간격을 두고 사용되는 RF 증폭기이다.[31][32][33]

주 간선 케이블에서 더 작은 배선 케이블이 브릿지라고 하는 주 간선 증폭기 중 하나의 포트에 연결되어 개별 거리에 RF 신호와 AC 전원을 전달한다. 일반적으로 주 간선 증폭기에는 두 개의 출력 포트가 있는데, 하나는 주 간선용이고 다른 하나는 브릿저로 사용된다. 여러 개의 배선 케이블을 주 간선에 연결하기 위해 더 많은 용량이 필요한 경우 여러 개의 출력 포트가 있는 배선 증폭기(시스템 증폭기라고도 함)를 브릿저 포트에서 연결할 수 있다. 또는, 브릿저 포트에서 나오는 배선 케이블에 하나의 출력 포트만 있는 소규모 배선 증폭기인 라인 익스텐더(Line Extender)를 연결하여 배선 케이블에서 신호를 증폭[37]하여 TV가 수용할 수 있는 수준으로 TV 신호의 전력을 유지할 수 있다.

그런 다음 배선 라인을 "탭"하여 개별 가입자 연결을 고객의 집에 연결하는 데 사용된다.[38] 이 RF 탭은 RF 신호를 전달하고 동축 전원 시스템에서 제공하는 백업 전원 신뢰성이 필요한 전화 장치가 없는 한 AC 전원을 차단한다.[39]

탭(Tap)은 F 커넥터라고 하는 표준 나사형 커넥터를 사용하여 소형 동축 드롭(drop)에 연결된다.

4. 대한민국 HFC망

대한민국에서 HFC망은 대부분 케이블 TV와 광대역 인터넷 서비스 제공에 사용된다.[1] SK브로드밴드와 LG유플러스는 HFC망을 이용하여 인터넷 서비스를 제공하는 대표적인 후발 사업자이다.[1] 지역 케이블 방송 사업자들은 HFC망을 통해 케이블 TV 서비스와 자체 인터넷 서비스를 제공하며, IPTV 서비스도 함께 제공한다.[1]

5. HFC망의 진화

케이블 TV 사업자들은 신호 품질을 개선하고 대역폭을 확장하기 위해 지속적으로 광동축 혼합망(HFC)망을 발전시켜왔다.

1970년대부터 2000년대까지 HFC망의 대역폭은 지속적으로 증가했다. (216 MHz → 300 MHz → 400 MHz → 550/600/750 MHz → 870 MHz) 디지털 대역폭 요구 증가에 따라 1 GHz 이상으로 확장되었다.

디지털 전송 어댑터(DTA)를 사용하여 아날로그 채널 대신 디지털 채널을 전송하거나, 스위치드 디지털 비디오(SDV) 기술을 도입하였다.[6][7][8][9][10][11]

GaAs (갈륨비소) 및 GaN (질화 갈륨) 트랜지스터와 같은 고성능 부품을 도입하여 성능을 개선했다.

최근에는 서비스 그룹 축소 (n+0 아키텍처)를 통해 가입자당 대역폭을 늘리는 방향으로 발전하고 있다. 이는 더 많은 가입자에게 고속 인터넷 서비스를 제공할 수 있게 해준다. 또한, 1.8 GHz, 3 GHz 등 더 높은 주파수 대역 사용이 연구되고 있으며, 이를 통해 전송 용량을 더욱 확장할 수 있을 것으로 기대된다.

업스트림 주파수 범위 확장도 제안되고 있다. 중간 분할, 높은 분할, 초고 분할 등의 방식을 통해 업스트림 속도를 향상시키는 것이 목표이다.

전이중(FDX) DOCSIS 기술은 업스트림과 다운스트림 신호가 동시에 동일한 주파수 범위를 사용할 수 있도록 하여, 주파수 효율성을 극대화한다. 이는 양방향 통신 속도를 획기적으로 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

궁극적으로는 FTTP(Fiber to the Premises)로의 전환이 진행 중이다. 이는 광섬유를 각 가정까지 연결하여, 가장 높은 수준의 성능과 안정성을 제공하는 방식이다.[28]

5. 1. 초기 발전

케이블 TV 서비스를 위해 처음 등장한 것은 동축 케이블을 사용하는 망이었다. 1993년 3월, 미국에서 정보고속도로를 국가적 사업으로 추진하겠다는 백서를 발표한 이후, 각 국가에서는 초고속 통신망 구축에 힘을 쏟기 시작했다. 1996년 2월, 미국에서는 통신법을 개정하여 기존 케이블 TV 사업자도 통신 서비스를 할 수 있게 되면서, 이들은 광동축 혼합망(HFC)을 통해 광대역 인터넷 서비스를 시작했다.

원래 CATV(Community Antenna Television, 공동시청안테나)국에서는 낙뢰나 도로 공사 등으로 인해 발생하는 노이즈가 동축 케이블에 유입되는 문제가 오랫동안 있었다. 특히 각 가정에서 헤드엔드(Headend, 방송 신호 송출 시스템)로 향하는 상향 신호에서는, 말단의 케이블에 실린 잡음이 간선에 모여 발생하는 '합류 잡음'이 신호 품질 저하의 큰 요인이었다. 또한, 동축 케이블망에서는 고주파 대역에서의 신호 감쇠가 심해 RF(Radio Frequency, 무선 주파수) 신호의 전송 대역을 넓히는 것이 어려웠고, BS(Broadcasting Satellite, 방송 위성)·CS(Communications Satellite, 통신 위성) 방송 등의 시작에 따른 채널 수 증가에 대응하기 어려웠다.

반면, 광섬유는 케이블 내의 신호가 기본적으로 외부 요인에 의한 노이즈의 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 전송 대역 확대도 용이하다는 장점이 있었다. 그러나 CATV 망을 완전히 FTTH(Fiber To The Home, 댁내 광케이블)화하면 막대한 설비 투자가 필요하고, 각 가정으로의 광섬유 케이블 인입의 기술적 난이도가 (동축 케이블에 비해) 비교적 높다는 문제가 있었다. 또한, 기존에 한 개의 간선이 여러 갈래로 분기되어 최소 수백 세대에 영상을 보내는 구성(1:n 구성)이었던 망의 토폴로지를, 헤드엔드와 각 가정을 원칙적으로 1:1로 연결하거나, 수동 광 가입자망을 채택하더라도 1:20~30 정도로 연결하는 구성으로 변경해야 하는 점 등, 이미 동축 케이블로 영업을 하고 있는 CATV국에게는 기술적인 장벽이 높았다.

그래서 간선을 광케이블로 교체하여 합류 잡음 문제 감소 및 전송 대역 확대를 실현하면서, 라스트 마일은 동축 케이블 구성을 유지하여 설비 투자를 줄이고 망 구성을 유지하는 방식인 HFC가 등장했다.

5. 2. 대역폭 확장

1970년대부터 2000년대까지 HFC망의 대역폭은 지속적으로 증가했다. (216 MHz → 300 MHz → 400 MHz → 550/600/750 MHz → 870 MHz) 디지털 대역폭 요구 증가에 따라 1 GHz 이상으로 확장되었다.

5. 3. 디지털 전환

디지털 전송 어댑터(DTA)를 사용하여 아날로그 채널 대신 디지털 채널을 전송하거나, 스위치드 디지털 비디오(SDV) 기술을 도입하였다.[6][7][8][9][10][11]

5. 4. 고성능 부품 도입

GaAs (갈륨비소) 및 GaN (질화 갈륨) 트랜지스터와 같은 고성능 부품을 도입하여 성능을 개선했다.

5. 5. 원격 PHY (Remote PHY)

원격 PHY (Remote PHY)는 기존의 CMTS/CCAP 기능을 광 노드로 분산하여 네트워크 효율성을 높이는 기술이다.
핵심 기능:

  • CMTS/CCAP 기능 분산: 기존에는 헤드엔드에 집중되었던 CMTS/CCAP의 기능을 광 노드로 분산한다.
  • 디지털 신호 사용: 아날로그 신호 대신 디지털 신호를 사용하여 대역폭을 확장하고 신호 품질을 개선한다.

장점:

  • 대역폭 확장: 디지털 신호 전송을 통해 더 넓은 대역폭을 제공하여 고속 인터넷 서비스를 가능하게 한다.
  • 신호 품질 개선: 디지털 신호는 아날로그 신호보다 잡음에 강하여 더 깨끗한 신호를 제공한다.
  • 유지 보수 비용 절감: 헤드엔드 장비의 복잡성이 줄어들어 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

5. 6. 분산 액세스 아키텍처 (DAA)

분산 액세스 아키텍처(DAA)는 원격 PHY와 원격 MACPHY를 포괄하는 개념으로, 중앙 집중식 장비를 축소하고 용량 확장을 용이하게 한다.[6][7][8][9][10][11]

5. 7. 가상 CCAP/CMTS (vCCAP/vCMTS)

vCCAP/vCMTS는 소프트웨어 기반으로 CMTS/CCAP 기능을 구현하여 유연성과 확장성을 제공한다.

5. 8. 추가적인 발전

광동축 혼합망(HFC) 기술은 지속적으로 발전해왔다. 초기에는 주로 간선망을 광케이블로 교체하여 잡음 문제를 줄이고 전송 대역을 넓히는 데 초점을 맞췄다.

최근에는 서비스 그룹 축소 (n+0 아키텍처)를 통해 가입자당 대역폭을 늘리는 방향으로 발전하고 있다. 이는 더 많은 가입자에게 고속 인터넷 서비스를 제공할 수 있게 해준다. 또한, 1.8 GHz, 3 GHz 등 더 높은 주파수 대역 사용이 연구되고 있으며, 이를 통해 전송 용량을 더욱 확장할 수 있을 것으로 기대된다.

업스트림 주파수 범위 확장도 제안되고 있다. 중간 분할, 높은 분할, 초고 분할 등의 방식을 통해 업스트림 속도를 향상시키는 것이 목표이다.

전이중(FDX) DOCSIS 기술은 업스트림과 다운스트림 신호가 동시에 동일한 주파수 범위를 사용할 수 있도록 하여, 주파수 효율성을 극대화한다. 이는 양방향 통신 속도를 획기적으로 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

궁극적으로는 FTTP(Fiber to the Premises)로의 전환이 진행 중이다. 이는 광섬유를 각 가정까지 연결하여, 가장 높은 수준의 성능과 안정성을 제공하는 방식이다.[28]

6. HFC망을 통한 전송 기술

주파수 분할 다중화를 사용하여, HFC 네트워크는 아날로그 TV, 디지털 TV(SDTV 또는 HDTV), 주문형 비디오, 전화 및 인터넷 트래픽을 포함한 다양한 서비스를 전송할 수 있다.[1] 이러한 시스템의 서비스는 5 MHz에서 1000 MHz 주파수 대역의 RF 신호로 전송된다.

HFC 네트워크를 통해 비디오를 전송하는 주된 방식은 표준 아날로그 TV 채널의 변조 방식인데, 이는 공중파 방송 전송에 사용되는 방식과 유사하다. 하나의 아날로그 TV 채널은 NTSC 기반 시스템에서는 6MHz 폭의 주파수 대역을, PAL 또는 SECAM 기반 시스템에서는 8MHz 폭의 주파수 대역을 차지한다. 각 채널은 인접 채널 또는 고조파 채널과의 간섭이 없도록 특정 주파수 반송파를 중심으로 한다.

디지털 변조 채널을 시청하려면 가정이나 고객 구내 장비(CPE)(예: 디지털 텔레비전, 컴퓨터 또는 셋톱 박스)가 RF 신호를 아날로그 텔레비전 또는 컴퓨터 모니터와 같은 디스플레이 장치와 호환되는 신호로 변환해야 한다.

디지털 비디오 압축 기술을 사용하면 여러 개의 표준 및 고화질 TV 채널을 6 또는 8MHz 주파수 반송파 하나로 전송할 수 있으므로, HFC 네트워크의 채널 수용량이 아날로그 네트워크에 비해 10배 이상 증가한다.

6. 1. 양방향 통신

HFC망은 양방향 통신을 지원하여, 헤드엔드에서 가정으로 향하는 다운스트림 신호와 가정에서 헤드엔드로 향하는 업스트림 신호를 모두 처리한다.[1] 초기 HFC 네트워크는 주로 다운스트림 전송에 초점을 맞추었으나, 인터넷 접속과 같은 양방향 서비스가 증가하면서 업스트림 경로의 활용도가 높아졌다.[103]

HFC 네트워크에서 신호는 양방향으로 전송된다. 즉, 헤드엔드/허브 사무실에서 가정으로, 그리고 가정에서 헤드엔드/허브 사무실로 정보가 전달된다. 순방향 경로 또는 다운스트림 신호는 비디오 콘텐츠, 음성 및 인터넷 트래픽과 같이 헤드엔드/허브 사무실에서 가정으로 정보를 전달한다. 반환 경로 또는 업스트림 신호는 영화 주문을 위한 제어 신호 또는 인터넷 업스트림 트래픽과 같이 가정에서 헤드엔드/허브 사무실로 정보를 전달한다. 순방향 경로와 반환 경로는 광 노드와 가정 사이의 동일한 동축 케이블을 통해 양방향으로 전송된다.[103]

신호 간섭을 방지하기 위해 주파수 대역은 두 섹션으로 나뉜다. NTSC 시스템 M을 사용해온 국가에서는 순방향 경로 신호에 52–1000 MHz, 반환 경로 신호에 5–42 MHz가 사용된다.[98] 다른 국가에서는 다른 대역 크기를 사용하지만, 다운스트림 통신보다 업스트림 통신에 더 많은 대역폭이 할당된다.

과거에는 비디오 콘텐츠가 주로 가정으로만 전송되었기 때문에 HFC 네트워크는 비대칭적으로 구성되었다. 즉, 다운스트림 방향이 업스트림 방향보다 훨씬 더 많은 데이터 전송 용량을 가졌다. 반환 경로는 초기에는 영화 주문 등을 위한 제어 신호 전송에만 사용되어 대역폭 요구량이 매우 적었다. 그러나 인터넷 접속 및 전화와 같은 서비스가 추가되면서 업스트림 경로의 활용도가 증가하고 있다.

6. 2. 주파수 대역 분할

신호 간섭을 방지하기 위해 주파수 대역은 두 섹션으로 나뉜다. NTSC 시스템 M을 사용하는 국가에서는 순방향 경로 신호(헤드엔드/허브에서 가정으로)의 경우 52–1000 MHz, 반환 경로 신호(가정에서 헤드엔드/허브로)의 경우 5–42 MHz가 사용된다.[98] 다른 국가에서는 다른 대역 크기를 사용하지만, 다운스트림 통신보다 업스트림 통신에 더 많은 대역폭이 할당된다는 점에서는 유사하다.

7. 경쟁 기술과의 비교

디지털 가입자 회선(DSL)은 기존 전화 회선을 이용해 고속 데이터 서비스를 제공하지만, HFC 네트워크보다 전송 용량이 낮고 회선 품질에 따라 속도 제한이 있을 수 있다. 위성 텔레비전은 방송 서비스에서는 HFC와 경쟁하지만, 양방향 통신에서는 긴 왕복 지연 시간 때문에 도시 지역에서는 불리하다. 다만, 농촌 지역에서는 유용하다. 루프 내 광섬유(FITL) 기술은 전화 회사가 기존 전화망을 통해 고급 서비스를 제공하는 데 사용된다.

2000년대에 통신사들은 케이블 사업자와 경쟁하기 위해 x까지의 광섬유(FTTX) 같은 수동 광 네트워크 솔루션을 구축하기 시작했다. 이러한 솔루션은 구축 비용이 비싸지만, 특히 데이터 서비스에서 대용량 대역폭을 제공한다.

원래 CATV국에서는 낙뢰나 도로 공사 등으로 발생하는 노이즈를 동축 케이블이 획득함으로써 발생하는 잡음 대책이 오랜 세월 문제였다. 특히 각 가정에서 헤드엔드로 향하는 상향 신호에서는 말단의 케이블에 실린 잡음이 간선에 집약됨으로써 발생하는 「합류 잡음」이 신호 품질 저하의 큰 요인이었다. 또한 동축 케이블망에서는 고주파 대역에서의 신호 감쇠가 심해지기 때문에 RF 신호의 전송 대역을 넓히는 것이 어려웠고, BS·CS 방송 등의 시작에 따른 채널 수 증가에 대응하는 것이 어려웠다. 이에 반해 광섬유는 케이블 내의 신호는 기본적으로 외적 요인에 의한 노이즈의 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 전송 대역의 확대도 용이하다는 장점이 있다.

HFC는 간선을 광 케이블로 교체하여 잡음 문제를 줄이고 전송 대역을 넓히면서, 라스트 마일은 동축 케이블을 유지하여 설비 투자를 줄이고 망 구성을 유지하는 방식이다.

7. 1. DSL (Digital Subscriber Line)

디지털 가입자 회선(DSL)은 기존 전화 회사의 꼬인 쌍 구리 전화선을 통해 고속 데이터 및 때로는 비디오와 같은 고급 서비스를 제공하는 데 사용되는 기술이다. DSL은 일반적으로 광동축 혼합망(HFC) 네트워크보다 데이터 전송 용량이 낮으며, 데이터 속도는 회선 길이와 품질에 따라 제한될 수 있다.[103]

7. 2. 위성 텔레비전

위성 텔레비전은 방송 비디오 서비스를 제공하는 데 있어 HFC 네트워크와 경쟁한다. 그러나 쌍방향 위성 시스템은 왕복 지연 시간이 길어 도시 환경에서는 경쟁력이 떨어진다. 하지만 농촌 지역이나 지상 인프라가 부족하거나 아예 구축되지 않은 환경에서는 유용하다.[103]

7. 3. FTTH/FTTP (Fiber to the Home/Premises)

FTTH/FTTP는 광섬유를 가정까지 연결하는 기술로, HFC보다 높은 대역폭을 제공하지만 구축 비용이 높다. 통신사들은 FTTH/FTTP를 통해 케이블 사업자와 경쟁하고 있다. 2000년대에 통신 회사는 비디오, 데이터 및 음성을 제공하기 위해 x까지의 광섬유(FTTX)와 같은 수동 광 네트워크 솔루션을 대규모로 구축하기 시작했는데, 이러한 솔루션은 구축 비용이 많이 들 수 있지만 특히 데이터 서비스의 경우 대용량 대역폭을 제공할 수 있다.[103]

그러나 CATV망을 완전히 FTTH화하면 막대한 설비 투자가 필요하며, 각 가정으로의 광섬유 케이블 인입의 기술적 난이도가 (동축 케이블에 비해) 비교적 높다는 점, 기존의 망 구성 (토폴로지)을 변경해야 하는 점 등 기술적인 장벽이 높다.[1]

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[106] 뉴스 最新IT用語解説(33) HFC - マイコミジャーナル https://news.mynavi.[...]


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