Dwukierunkowa transmisja sygnałów w sieciach CA-TV, zbudowanych na pojedynczym torze (kablu) koncentrycznym, jest możliwa tylko przez utworzenie wydzielonego częstotliwościowo toru pochodnego. Zakres częstotliwości wydzielonego toru, zwanego torem zwrotnym, jest określony przez wykorzystywany rozkład (raster) kanałów TV w kierunku dosyłowym - do abonenta. Zakresy pasma toru zwrotnego wynoszą najczęściej: 5-30 MHz, 5-42 MHz, 5-55 MHz lub 5-65 MHz, przy czym dwa ostatnie zakresy są stosowane w sieciach pozbawionych czterech dolnych kanałów TV (w Polsce nie transmituje się pięciu najniższych kanałów). Przykładowe wykorzystanie pasm częstotliwości w obu kierunkach przesyłania pokazano na rysunku 3.

Tor zwrotny, obejmujący dolny zakres pasma częstotliwości przenoszonych w sieciach CATV, stwarza środowisku transmisyjnemu modemów kablowych odmienne problemy niż kierunek dosyłowy. W kierunku od węzła dostępu sieci (stacji czołowej) do abonentów sygnały są transmitowane na zasadzie rozgłoszeniowej (broadcast), co znaczy, że każdy z sygnałów emitowanych z węzła dociera bezwarunkowo do wszystkich końcówek abonenckich, zasilając każdą z istniejących, czynnych gałęzi struktury sieciowej.

Sygnały generowane przez kablowe modemy abonenckie mogą być wysyłane do węzła dostępu (stacji czołowej) sieci na indywidualnych częstotliwościach nośnych (kanałach) ustalonych w paśmie toru zwrotnego przez stację węzłową lub na kilku wspólnych częstotliwościach przydzielonych dynamicznie w celu uniknięcia kolizji.

W drzewiastych strukturach fizycznych sieci kablowej TV sygnały od poszczególnych modemów są przenoszone niezależnymi drogami tylko na krótkich odcinkach przyłączy abonenckich, po czym spływają do wspólnych torów kablowych wyposażonych w elementy dystrybucyjne (odgałęźniki, wzmacniacze), mające własności kierunkowe. Dzięki tym własnościom sygnały wysyłane w kierunku węzła dostępu przenikają do sąsiadujących przyłączy abonenckich tylko w znikomym stopniu - stłumione o 35-40 dB (lub więcej) w stosunku do poziomu wyjściowego.

Problemem występującym w rozległych sieciach CATV jest kumulowanie się zakłóceń, pochodzących od przemysłowych i radiowych źródeł zewnętrznych, wnikających (noise ingress) do sieci już na przyłączach abonenckich i budynkowych, a dalej spływających wspólną drogą z sygnałem użytecznym do toru zwrotnego. W wyniku kumulowania zakłóceń tor zwrotny w środowisku transmisyjnym modemów kablowych wyróżnia się znaczącym i niestabilnym podłożem szumowym, co narzuca konieczność stosowania dla przesyłanego w nim sygnału odpowiednio odporniejszych na zakłócenia metod modulacji niż te, które wystarczają dla wiernej transmisji w torze do abonenta.

Typowa struktura wyposażenia transmisyjnego

Współczesny system modemów kablowych - ze względu na różnorodne topologie sieci CATV, w których może być instalowany - ma już najczęściej strukturę skalowalną zarówno w warstwie fizycznej, jak i liniowej; stosuje też zazwyczaj sprawdzone rozwiązania i protokoły w dziedzinie zarządzania siecią (rys. 4).

Elastyczność tej struktury pozwala na grupowanie wszystkich funkcji dostępowych w jednej stacji czołowej, jak również na ich podział pomiędzy węzły sieci (huby) rozmieszczone na obszarze okablowanym. Uruchamiane obecnie oraz modernizowane sieci kablowej TV wyróżniają się już bowiem zastosowaniem technologii HFC (hybrid fiber-coax), w których rola węzłów dostępu może być realizowana przez węzły dystrybucji światłowodowej rozmieszczone w terenie.

Podstawowe wyposażenie systemu modemów kablowych - instalowane w stacji czołowej lub w węźle dostępu realizującym wprowadzenie/wyprowadzenie sygnałów do/z sieci dystrybucyjnej CATV przy wykorzystaniu toru zwrotnego - zawiera zestaw modułów kontroli i zarządzania (rys. 4), moduły C/HM i CMM - kontrolujące przepływ danych między siecią a środowiskiem Internetu oraz zrządzające wykorzystaniem pasma w środowisku transmisyjnym modemów przyłączonych do sieci. Druga z wymienionych funkcji jest bardzo istotna w świetle opisanych wcześniej problemów z zakłóceniami wstępującymi nieregularnie (Ingress) do pasma toru zwrotnego.

W zależności od dostosowania systemu do nowych standardów sieci dostępowych i styków międzysieciowych w zestawie wyposażenia modemowego węzła dostępu mogą znaleźć się:

• przełącznik ATM (na rys. 4 oznaczony SW)

• koder i multiplekser MPEG-2 (MUX na rys. 4).

Niektóre systemy modemów kablowych (w tym większość wcześniejszej generacji) zawierają w centralnym zestawie wyposażenia przemiennik pasma częstotliwości (na rysunku oznaczony symbolem TRANSC - transceiver). Zadaniem tego elementu jest przeniesienie sygnałów wysyłanych przez modemy abonenckie w paśmie toru zwrotnego do pasma toru dosyłowego (przykładowe pasma podano na rys. 3). Umożliwia to bezpołączeniowe przesyłanie pakietów danych pomiędzy stacjami abonenckimi zainstalowanymi w tej samej sieci CATV. Odpowiednio do spotykanych struktur i funkcji centralnych zestawów zarządzających pracą systemu modemowego również wyposażenie abonenckich modemów kablowych może być nieco odmienne, zależnie od przeznaczenia i dostosowania do nowych standardów sieci dostępu. Uogólniony schemat blokowy modemu kablowego pokazano na rysunku 5.