Optische Netze. BKtel communications GmbH. Docsis 3.1 und deren Folgen für optische Kabelnetze und Komponenten Thomas Schacherer-

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1 Optische Netze Docsis 3.1 und deren Folgen für optische Kabelnetze und Komponenten Thomas Schacherer- BKtel communications GmbH BKtel communications GmbH Benzstraße 4 D Hückelhoven-Baal Germany page 1

2 Vorwort DOCSIS 3.1, das Allheilmittel? Nein, aber davor verschließen muss man sich auch nicht. Page 2

3 Ziele von Docsis 3.1 Erhöhung der Datenrate, Rückwärtskompatibilität, Neuausrichtung/ Ergänzung physical layer. Frequenzbelegung Erweitertes Bandspektrum Übersicht Was muss ein Kabelnetzbetreiber bei der Umstellung berücksichtigen? Konsequenzen für opt. Netze (Migration zu Docsis 3.1) Existierende verschiedene Topologien analysieren(hfc, FTTx, RFOG) Equipmentanpassung Kanalbelegungen Aussteuerung & Pegelungen Alternativen zu Docsis 3.1 Konsequenzen für opt. Komponenten Sender Fiber nodes Rückwegempfänger Netzwerkmanagement Messergebnisse in existierendem Netz DS, US performance Page 3

4 Ziele Ziele von Docsis 3.1 Erhöhung der Datenrate auf MutlitGbps im Downstream ( >10Gbps?) und >1Gbps im Upstream Limits nach oben sind nicht festgelegt Rückwärtskompatibilität Zwingend notwendig, zur schrittweisen Migration existierender Netze (multi use) Gleichzeitiger Nutzung SC- QAM (single carrier QAM) und OFDM /A (orthogonal frequency division multiplexing/ multi access) Docsis 3.1 CM sind interoperabel mit 3.0 Page 4

5 Ziele von Docsis 3.1 Neuausrichtung/ Ergänzung physical layer Einführung von OFDM im DS und OFDMA im US (robustes, bandeffektives multi carrier System) - DS: OFDM channel: MHz ( max 7600 sub carrier 25kHz, bzw subcarrier 50kHz) - US: OFDMA channel 96MHz (max 3840 sub carrier 25kHz, bzw sub carrier 50kHz) Individuelle Modulation der sub carrier. Ein- Ausschalten individueller sub carrier um Verbotszonen zu schaffen (u.a.unterdrückung störanfälliger Frequenzen, oder TV Nutzung) Interoperabilität zu SC- QAM (Docsis 2.0/ 3.0) Ziele _ Page 5

6 Frequenzbelegung Ziele Änderungen im Bandsplit gemäß CM-SP-PHYv3.1-I US obere Freq/ MHz DS obere Freq/ MHz tbd > 204 Erste Implementierungsphase: US 85MHz und DS 1002/1218MHz unter Beibehaltung der TV Kanäle Bandsplitnutztung je nach Trafic Derzeit typisch: DS MHz (laut Standardisierung) Page 6

7 Was ist zu berücksichtigen? Analyse existierender Topologien: HFC/ FTTx Struktur Grad der Segmentierung / Clusterverkleinerung möglich? Grad des Faserausbaus (Faser tiefer Ausbau möglich?) Verwendete optische Komponenten (Kompatibilitätsprüfung) Koaxiales Verteilnetz (Kompatibilitätsprüfung) Kanalbelegungen (Koexistenzen CATV, Docsis, Radio/UKW) Page 7

8 Was ist zu berücksichtigen? HFC /FTTx Struktur: Grad der Segmentierung / Clusterverkleinerung möglich? Kleine Cluster -> individuelle NC = hohe Bandbreite auch mit Docsis 3.0 Grad des Faserausbaus (Faser tiefer Ausbau möglich?) Fasertiefer Ausbau oft RFoG = hohe Bandbreite auch mit Docsis 3.0 Verwendete optische Komponenten (Kompatibilitätsprüfung) Sender ( erweitertes Spektrum >1,2GHz), Retourempfänger ( erweitertes Spektrum >200MHz) Fiber nodes (Diplex Filter tauschbar? Neue Geräte?) Entscheidend sind die Kosten! Page 8

9 Was ist zu berücksichtigen? HFC/ FTTx Struktur: Koaxiales Verteilnetz (Kompatibilitätsprüfung) Koaxverstärker auf Bandsplitt ausgelegt? Koaxkabel und Hausverteilung für >1,2GHz tauglich? (Umbau?) Kanalbelegungen (Koexistenzen CATV, Docsis, Radio/UKW) Welche Kanalbelegung wird in Zukunft gebraucht? Welche Bedeutung hat Radio/UKW im Kabelnetz ( Beachte Bandsplitt 85/ 107/ >200MHz ( Derzeit beabsichtigt kein Kabelnetzbetreiber UKW herauszunehmen). Entscheidend sind die Kosten & Kundenzufriedenheit! Page 9

10 Was ist zu berücksichtigen? Aussteuerung & Netzpegelung: Sender: Hoher Dynamikbereich muss gewährleistet sein; hohe Kanallast Pegelabsenkung QAM bleibt weitgehend erhalten Kanalbelegung > 862MHz nur QAM / OFDM Hohe Kanallast führt zu niedrigeren Ausgangspegeln am FN -> kompensieren. Einführung neuer Bandsplits: Bisher 68/85MHz Diplexfilter Marktnachfrage nach 85/110MHz (ohne UKW außerhalb EU) Nachfrage anderer Splits selten. Entscheidend sind die Kosten! Page 10

11 Was ist zu berücksichtigen? Konsequenzen bei Netzumbau auf DOCSIS 3.1 Einführung neuer Bandsplits Clusterweise Umstellung auf Multi Carrier System (vorallem bei Green field) Evtl. Ersetzung / Neuanschaffungen von Sendern, Fiber Nodes und Rückwegempfänger, sofern nicht bereits Docsis 3.1 tauglich. - Investment notwendig!! Alternativen zu Docsis 3.1 / Migration Faserreiche Netze wie FTTx, RFoG Kleine Cluster (10-50Tln/ Node) Individuelle NC pro Cluster Migration zu Docsis 3.1 meist nach erfolgter Segmentierung Entscheidend sind die Kosten! Page 11

12 Was ist zu berücksichtigen? Ergebnis: DOCSIS 3.1 entfaltet seine Mächtigkeit erst mit fasertiefem Ausbau. Großes koaxiales Verteilnetz = großer Invest (vs. Segmentierung) TV Kanäle belegen OFDM Carrier (reduziert max. mögliche Bandbreite -> DOCSIS 3.1 zielt auf all IP) Entscheidend sind die Kosten! Page 12

13 Konsequenzen für opt. Komponenten Sender: Hohe Aussteuerbarkeit (clipping mitigation -> verbessertes MER Erweitertes Freq. Spektrum ( MHz optional MHz) Gemeinsame BC /NC Übertragung Möglichkeit getrennter optische Übertragung von BC /NC (separate Regelung) Längenfenster: 0 20km oder 20 35km mit range extender (dir mod.) Page 13

14 Konsequenzen für opt. Komponenten Rückwegempfänger: Erweitertes Freq. Spektrum (5 200MHz) Low noise current receiver typ <2,5pA Hz Geringer Eingangspegel möglich Vom opt. Eingangspegel unabhängiger Ausgangspegel (AGC) Page 14

15 Konsequenzen für opt. Komponenten Fiber Node: XON46 Downstream: MHz Upstream: 5 85MHz Low noise current receiver typ <4pA Hz CWDM Rückwegvarianten Page 15

16 Konsequenzen für opt. Komponenten Management Remote Fiber Node management via RMTS Kosteneffektives 2 Wege FSK System Cablewatch Server USB Im Falle RFoG mit OBI detection Folgeversion mit OBI avoidance IP network Eth NEC-E (ECE) RS485 RMTS TX Opt. RX Ethernet controler (N)ECE Terminal / browser Für alle zentralen opt. Komonenten Zentralüberwachung auch für RMTS Page 16

17 Konsequenzen für opt. Komponenten Management Cablewatch OBI view OBI measurement, logging OBI Analys sucht Paare gleicher US Wellenlänge Remote Fiber Node Page 17

18 Konsequenzen für opt. Komponenten Management Cablewatch OBI reports Graphische Übersicht OBI Analyseergebnis OBI Avoidance tool (next release) Page 18

19 Konsequenzen für optische Netze Optimale Zielerreichung (Migration) durch: Segmentierung / Clusterverkleinerung Faser tiefer Ausbau Einführung neuer Bandsplit Clusterweise Umstellung auf Multi Carrier System (vorallem bei Green field) Evtl. Ersetzung / Neuanschaffung von Sendern, Fiber Nodes und Rückwegempfänger, sofern nicht bereits Docsis 3.1 tauglich. Investment!! Page 19

20 Messergebnisse Requirement SNR Perfomance gemäß DOCSIS 3.1 (Physical Layer Specification CM-SP-PHYv3.1-I ) DOCSIS QAM 512QAM 1k-QAM 2k-QAM 4k-QAM SNR 27.0 db 30.5 db 34.0 db 37.5 db 41.5 db Network Upgrade auf DOCSIS 3.1 mit 2k-QAM (4k-QAM für zukünftige Anwendungen) Page 20

21 Messergebnisse QAM Modulator Performance Typ. single-carrier modulator performance: MER= 48dB Typ. multi-carrier performance: MER MOD = 44dB Coaxial Network Performance Typical line amplifier performance: MER RF-AMP = 53dB (?) Consider 4 amplifiers in cascade: MER COAX = 47dB (?) Optical Network Performance Requirement Performance addition rule with 0.5dB safety margin: MER MOD MER OPT MER COAX 37.5dB +0.5dB Requirement: MER OPT 40dB Page 21

22 Messergebnisse Beispiel : gemessen mit BOTB Transmitter Messergebnisse bei MHz und (112x QAM) Last Transmitter, Opt. Amplifier, Fiber, 0dBm to Opt. Receiver Transmitter setup: adjusted fiber length! 20km Performance: MER OPT 43dB 30km Performance: MER OPT 41dB Extrapolierte Ergebnisse bei MHz (120x QAM) Mit erhöhter Last, höherer Faserdispersion führen zu ähnlichen Werten. Page 22

23 Messergebnisse MER Performance gemäß DOCSIS 3.0 (Physical Layer Specification CM-SP-PHYv3.0-I ) DOCSIS 3.1 N-QAM MER db MER Performance eines analogen Optischen Links Angenommene modem performance: 44dB Angenommene network ingress noise: 34dB Gemessene optische link performance (cooled laser): 38dB Use 36dB for worst-case (uncooled laser) calculation Total MER: 44dB 35dB 36dB = 31.6dB Gesamt- MER performance und (B)OR4160 sind bereits DOCSIS3.1 compliant Page 23

24 DOCSIS 3.1 Page 24

25 Zusammenfassung DOCSIS 3.1 & optische Netze: Existierende opt. Netze sind oft teilkompatibel (somit einfacher aufrüstbar) Fasertiefer Ausbau erhöht die Flexibilität und Bandbreite (kurze Koaxlängen), auch ohne Docsis 3.1 Alternativen zu Docsis 3.1 sind meist kostengünstiger zu realisieren! (stark von installierter Topologie abhängig) Teilumstellung auf Docsis 3.1 im Neubau sinnvoll, aber derzeit nicht notwendig. Page 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Das ist kein Sehtest, sondern das 16k QAM Constellation Map Page 26

27 Vielen herzlichendank an einen lieben Menschen mit dem weltbesten Geburtstagsdatum für seine immerwährende Mühe, vorallem bei schwierigen Themen und unruhigem Fahrwasser. Page 27