Autor: Dipl. ing. Berislav Ralašić

 

Vežite se, polijećemo:

                 DOCSIS 3.0 i DVB-C2 u kabelskim mrežama

Općenito

DVB-C i IP

DVB-C je standard obrade digitalnog signala u oblik za prijenos kabelom. To je koaksijalni ili optički vod. Standard propisuje modulaciju nosioca i frekvencijski pojas. Uz ostale parametre spomenimo da je u DVB-C mreži primijenjena QAM (kvadratna ampl. modulacija), a najčešće su to HFC (Hibrid Fiber koaxial) mreže. Tzv. „Zadnja milja“ je koaksijalni kabel do korisničkog sučelja. U DVB-C postojećem standardu prenosi se do 4 programa SDTV (razina PAL-a) kompresijom MPEG-4, a prenose se u frekvencijskom pojasu 8 MHz u UHF kanalima. Sa MPEG-2 kompresijom broj programa je manji. Ovim standardom se služi B-net. Telekom je uveo IP (internetski protokol), a u nas je nazvan „TV Max“ sistem. DVB-C omogućuje samo distribuciju programa u „Down“ smjeru-operater prema korisniku. Korisnik odabire željeni program (iz analogne ili digitalne ponude). Broj ponuđenih programa je ograničen, u jednom kanalu na pr. 4 do 6 programa i automatskim ulaskom u neki od UHF kanala. Recipročna veza, korisnik-operator tzv. „Up“ smjer nije moguća.

U IP-u upravo je „Up“ smjer omogućen zbog kojeg je i odabran u TV Max-u taj protokol, pa je stavljeno korisniku usluge na volju izbor programa na zahtjev iz široke ponude. Nakon izbora veza je uspostavljena: operator-samo jedan korisnik, to je tzv. VOD (video on demand). Operator u sistemu IP prema adresi korisnika upućuje izabrani program nakon javljanja korisnika i uspostavljanja veze (tzv. Peer to Peer). Veza u mreži može biti optikom FttH (Fiber to the Home), HFC ili linkom bežično, a dostup do korisničkog modema može biti i preko telefonske parice preko ADSL-a (asimetrična digitalna pretplatnička linija). Od multipleksnog sučelja DSLAM do ADSL-a je duljina ograničena, najviše do 3 km. DSLAM (Digital Subsciber Line Acces Multipleks) je sabirnica mnogo parica pojedinih korisnika, a na primarnoj strani ulazi multipleks IP protokola sa adresama korisnika, u obliku bajta sa raznim sadržajem bita. IP (protokol interneta) propisuje oblik paketa digitalnog signala, njegovo zaglavlje (Header) i određeni broj bajta paketa sa sadržajem poruke (TV, ostali podaci) iza njega. De multipleks (DSLAM) razdvaja protoke po njihovim adresama i upućuje ih na pojedine parice.

IP koji je još u primjeni pod oznakom IPV4 zamijenjen je sa IPV6 protokolom. IPV4 imao je 32 bitne adrese, dok je u IPV6 adresa definirana sa 128 bita, i na taj način povećan je broj mogućih adresa na 2 exp 128 (2¹²⁸) što je približno 3,4×10³⁶ (3,4x10exp36) adresa. U TV Max-u ostaje kako vidimo mnogo neiskorištenih adresa.

Težnja za što većim brzinama protoka i poboljšanju ostalih parametara kvalitete prijenosa podataka sa pojeftinjenjem za operatora i korisnika dovodi stalno do novih tehnologija, kao na pr. DOCSIS standard, DVB-C2, a razvojem mreža, HFC prema FttH.

 

1. Osnovni pojmovi

Međunarodna organizacija za donošenje preporuka i ratificiranje telekomunikacijskih standarda ITU 1997. godine objavila je ratificiranje standarda za telekomunikacije u kabelskoj mreži DOCSIS-Dana Over Cabel Interface Specification. Taj standard sadržava uvođenje novih sučelja u kabelskoj mreži uz daljnju primjenu postojeće infrastrukture tako da predstavlja dopunu kojom se osigurava povećana brzina protoka podataka čiji je nosilac digitalni signal. Brzina protoka mjeri se u bitima u sekudi bps, kbps, Mbps, Gbps.

Prva verzija DOCSIS-a 1.0 dopunjavana je, godine 2001. objavljena je verzija 2.0, a 2006. verzija 3.0. Od verzije 1.1 kojom je uveden protokol VoIP (Voice Over Internet) pa do 3.0 povećane su brzine protoka podataka do protokola IPv6 (internetski protokol). IP omogućava vezu i u smjeru od korisnika prema serveru tzv. „Up“ smjer uz „Down“ smjer prijenosa podataka od servera prema korisniku. Samo „Down“ je u DVB-C standardu.

Sve tri verzije DOCSIS-a su kompatibilne tako da je u slučaju sučelja koja pogon po verziji 2.0, a u sklopovlju je sučelje po verziji 1.0, brzina protoka je smanjena do razine boja odgovara verziji 1.0.

2. Modulacija

Digitalnim signalom modulira se nosilac tako da RF signal u analognom obliku sa određenim frekvencijskim pojasom prolazi mrežom na pr. HFC (Hibrid Fiber-koaxial). Frekvencija nosioca je veća od maksimalne brzine protoka (20 MHz do 1 GHz). Najbolje iskorištenje karakteristika ograničenja pojasa i granične frekvencije dobiva se modulacionim QAM (kvadraturna amplitudna modulacija) postupkom. Moduliraju se dva nosioca iste frekvencije u međusobnom pomaku 90 stupnjeva. O broju faznih pomaka sa simbolima od 0 do 360 stupnjeva radi se u sistemma od 16, 64 i 256 QAM modusa. Modus 16 QAM naziva se i QPSK (Quadratur Phase Shift Keying).

Primjenjuju se razni modusi u „Down“ i „Up“ smjeru. U „Down“ smjeru radi se u UHF području sa širinom kanala 8 MHz (68 do 860 MHz UHF band). U „Up“ smjeru u području 5 do 65 MHz.

 

3. Arhitektura u DOCSIS-u

Dvije su osnovne komponente sučelja sa hardverom i softverom koje su dodane u postojeću mrežu. Prva je uz krajnji stupanj (terminal), sučelje za predaju multipleksiranog protoka podataka u mrežu HFC i nosi naziv CMTS (Cable Modem Termination System), a ulazi su na pr. iz Wan-a (Wide Area Network). Ako se radi sa IPv6 protokolom onda se protok usmjerava do korisničkog modema adresom. Druga komponenta je CM (kabelski modem) na strani korisnika koji konvertira „Down“ protok u TV i ostale razine protoka i obrnuto u „Up“ protok, i u HFC-u prolazi po drugoj niti optike.

 

4. Posebne primjene

Mnogi operatori u kabelskom sistemu u kojem je već vrlo rasprostranjen DOCSIS koriste njegovu primjenu za nadzor korisničkog modema. Daljnje proširenje na bazi DOCSIS tehnologije je kombinirani modem DOCSIS sa prikazom parametara korisničkog modema na laptopu servisera. Sa ovim načinom a i mogućeg uključenja i isključenja korisnika u mrežu serviser ne treba prekidati vezu, a može i upravljati sa razinom jačine signala i ostalih parametara što pojeftinjuje troškove operatoru, a pojednostavljuje rješenje problema oko smetnji u „posljednjoj milji“ na strani korisnika. Ovaj nadzor i upravljanje od kraja do kraja veze u mreži pogotovo će doći do izražaja u FttH mrežama (Fiber to the Home).

 

5. DVB-C2 i DOCSIS

U posljednjim godinama porastao je zahtjev za sofisticiranim multimedijskim primjenama. Širokopojasni Internet traži uvijek veće brzine protoka do 100 Mbps i više, a isto i HDTV.

Nakon 1994. godine sistem prijenosa DVB-C nadopunjen je u svrhu većih brzina protoka standardima DVB-C2 i DOCSIS.

DVB-C2 radi sa drugim sistemom modulacije, a to je OFDM (ortogonalno generirani podnosioci) čime je poboljšana spektralna efikasnost koja se izražava sa bitima prema širini pojasa (bit/Hz). Kapacitet u „Down“ smjeru je povećan od 30 do 60% ovisno o kakvoći mreže, zatim odnos signal šum SNR, bolje je iskorištenje spektra kao i poboljšanje ostalih parametara. Modus kvadraturne modulacije mapiranja je QAM 16 do 4096.

Daljnji razvoj sastoji se u primjeni DOCSIS modema sa DVB-C2 i kombinacijom OFDM-a i QAM modusa. Modulacijski modus primijenjen u DVB-C (16 do 256 QAM), povećan je do 4096 QAM u DVB-C2, SNR do 22 dB smanjen prema 30 dB u DVB-C. Pojas frekvencija u kanalu 8 MHz/DVB-C sa 256 QAM omogućava brzinu protoka 50 Mbps, a u DVB-C2 sa 4096 QAM i do 80 Mbps. Povećanjem pojasa po kanalu povećava se stupanj efikasnosti modulacije od 0,95 sa porastom širine pojasa u DVB-C2, dok u DVB-C povećana širina pojasa ne povećava stupanj efikasnosti modulacije.

Povećanjem broja podnosioca u OFDM-u na 4096 povisuje se razina signala DVB-C protoka. To treba uzeti u obzir radi smetnji inter modulacije u mreži sa analognim i digitalnim postojećim signalom.

Konačno ratificiranjem DVB-C2 standarda i od strane ETSI-a (europska organizacija za standarde) 2009. godine uz već prihvaćene dopune u sistemima HFC DOCSIS-a očekuje se znatno veća angažiranost operatora u svojim mrežama.

Tehničke karakteristike DVB-C2 u pojasu kanala od 8 MHz:

• udaljenost podnosilaca (ortogonalnog odnosa) 2,232 Hz
• broj podnosioca u OFDM u osnovnom bloku sa nadzornim blokom 200 KHz (Guard Band) 3.408
• produkt 3.408×2,232=7,61 MHz je najmanji frekvencijski pojas DVB-C2 signala u kablovskom sistemu sa već određenim širinama po kanalu od 8 MHz
• DVB-C2 sa DOCSIS-om u „Down“ smjeru omogućava brzine protoka do 1 Gbps
• u budućnosti iskorištenjem čitavog RF spektra i do 2,4 Gbps

 

Dodatne novosti i aktualnosti možete pronaći na stranicama www.docsis.org