DVB-C2: Starke Basis für Kabel 2.0

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1 DVB-C2: Starke Basis für Kabel 2.0 Lorenz Glatz, CTO KDG Christoph Schaaf, Neue Technologien KDG Symposium der Dt. TV-Plattform, Berlin, 27. Oktober 2011

2 Inhalt Kabel 2.0, Herausforderung für Kabelnetzbetreiber DVB-C2, Vorstellung des neuen Standards DVB-C2 Einführungsszenarien Zusammenfassung Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 2

3 Digitale Technologien sind oft Motor für exponentielles Wachstum Entwicklung der Übertragungstechnik über Telefonleitungen V.22bis Anzahl aktiver Bildpunkte bei TV-Systemen SDTV: Bildpunkte HDTV: Bildpunkte 4k HDTV: Bildpunkte UHDTV: Bildpunkte Quelle: MUSE-Projekt 300 Mittlere Internet-Bitrate pro Kunde in kbit/s VPRT: TV-Konsum erreicht 2010 ein Allzeithoch von im Schnitt 223 Minuten täglich. Das sind rund elf Minuten mehr als 2009 (212 Minuten) und 16 Minuten mehr als 2008 (207 Minuten) /08 12/09 12/10 Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 3

4 Zum Glück gibt es auch digitale Technologien, die Motor für höhere Effizienz sind Bit-rate (Mbit/s) MPEG-2 Video-Encodierung mit variabler Bitrate ermöglicht einen statistischen Multiplexgewinn von bis zu 30% Mittlere Datenrate zur HDTV-Übertragung Langfristiger Trend MPEG-4 HEVC Nach MPEG-2 und MPEG4 (H.264) wird zur Zeit an der nächsten Generation der Videokompression gearbeitet: High Efficiency Video Coding (HEVC) HEVC soll die Effizienz nochmals um einen Faktor 2 verbessern Erforderliche Bitrate (%) Zahl der Programme Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 4

5 Kundenindividuelle Downstream Bitraten: Entwicklung und Trendabschätzung Kabel Deutschland Standard-Produkt Kabel Deutschland Highend-Produkt Mittlere Internet Bitrate (auf Basis Cisco-Studie) Bitrate in Mbit/s ,1 Denkbare zukünftige Entwicklung Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 5

6 International ist ein Trend zu All-IP beim Signaltransport im Kabel zu verzeichnen All-IP im Kabel ist für Broadband & Broadcast 8 DVB-C2 für DVB-Broadcast und beginnend für TVoverIP und Internet 6 Downstream Kapazität (Gbit/s) DVB-C2 DOCSIS DVB-C2 4 DVB-C DVB-C DVB-C DOCSIS2/3 Analog-TV DOCSIS3.0 Analog-TV DOCSIS DVB-C x 202x Zeit Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 6

7 DVB-C2: Meilensteine des DVB Projekts Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Study Mission Commercial Requirements Call for Technologies Development of Specification ETSI Standardisation Software Validation & Verification DVB-C2 modulator Consumer-Type DVB-C2 demodulator CPE Development Field Trial Approval of the standard First hardware demo First launch planned Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 7

8 DVB-C2: Effizienz und Flexibilität kombiniert Erweiterung der unterstützten Protokolle: Von TS zu Multi-TS und GSE Variable und Adaptive Kodierung und Modulation: programmbezogene QoS State of the Art Fehlerschutz: LDPC kombiniert mit BCH Code COFDM Modulationsverfahren (4k in 8 MHz Bandbreite) Modulationsverfahren von 16-QAM bis 4096-QAM Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel 2.0 8

9 DVB-C2 Modulator Blockdiagramm DVB-C2: ist nicht mehr an das traditionelle Frequenzraster gebunden Ein DVB-C2 Modulator verfügt i.a. über mehrere Eingänge DVB-C2 unterstützt DVB-TS, jegliche paketierte oder auch unstrukturierte Protokolle DVB-C2 verfügt über eine 2-layer Multiplexing Struktur: PLP and Data Slice DVB-X2 Familiy Approach : Gemeinsamkeiten mit DVB-T2 ermöglichen die Implementierung von kombinierten DVB-C2/ DVB-T2 Chips TS 1 Input Sync FEC PLP Header QAM Mapper Pilots Max 256 PLPs (Physical Layer Pipes) TS 2 Input Sync TS n Input Sync Common PLP Sync FEC FEC FEC PLP Header PLP Header PLP Header QAM Mapper QAM Mapper QAM Mapper Data Slice 1 2D Interl.: Time + Frequency Frame Builder OFDM Generator Max 256 Data Slices Processing of Data Slice m Top layer (L1) Signaling Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel FEC

10 Excellente Performance von DVB-C2 Performance nah an der theoretischen Grenze (Shannon Limit) Fein abgestufte Lösungen für die Kabelnetze jeglicher Bauart Headroom für optimierte HFC Kabelnetze DVB-C2 wäre zukünftig ggf. sogar zu noch höheren Konstellationen erweiterbar Anpassung der Modulationsparameter auf frame by frame möglich Adaptive Einstellung der Modulations- und Codierungsparameter möglich O ve rall S p ectra l E fficiency [bit/s/h z] Theoretical Limit 16QAM 64QAM 256QAM 1024QAM 4096QAM DVB-C 16QAM DVB-C 64QAM DVB-C 256QAM Required Signal-to-Noise Ratio [db] Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

11 Der Kabelnetzbetreiber hat die Wahl Höhere Signalrobustheit: 7 db Höhere spektrale Effizienz. 32 % Gewinn für optimierte HFC Kabelnetze: bis zu 63,5 % O ve rall S p ectra l E fficiency [bit/s/h z] Theoretical Limit 16QAM 64QAM 256QAM 1024QAM 4096QAM DVB-C 16QAM DVB-C 64QAM DVB-C 256QAM Required Signal-to-Noise Ratio [db] Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

12 System Aspekte: Möglichkeiten zur Optimierung der Frequenznutzung Es gibt zahlreiche Möglichkeiten DVB-C2 im existierenden Frequenzraster einzuführen 1. Übertragung im traditionellen Frequenzraster Frequenz 2. Kombination von mehr als 1 traditionellen Kabelkanal, z.b. 2 Kanäle (16 MHz) Frequenz 3. Optimierte Frequenznutzung, das bisergie Kanalraster wird eigentlich überflüssig Frequenz Analog TV QAM/DOCSIS DVB-C2 Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

13 DVB-C2: Der Weg von einer Spezifikation zur Implementierung ín Consumer-Chips Software Implementierung von DVB-C2 in der TM-C2 Verification & Validation Task Force Start eines Entwicklungsprojekts für einen DVB-C2 Demodulator FPGA (2010, Sony) September 2010: Weltweit erste 4096-QAM Übertragung in einem voll belegten Kabelnetz (KDG Berlin) Sony startet den finalen Chip Design Prozess April 2011: Erste Samples des Demodulator Chips sind verfügbar Mai 2011: Der erste Prototype idtv wird auf der ANGACable in Köln präsentiert September 2011: IFA-TECWATCH, IBC: Präsentation VOD als attraktive Migrationsmöglichkeit für DVB-C2 Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

14 Erste 4096-QAM Übertragung im voll belegten Berliner Kabelnetz, Sept QAM: 64 horizontale x 64 vertikale Konstellationspunke Ermöglicht höchste Spektrumseffizienz: 12 bit/s / Hz (brutto) 10,8 bit/s / Hz (netto) Erfordert hohen Signal / Rausch Abstand: >32 db Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

15 Integration of DVB-C2 in die Kabel Deutschland VOD Architektur Video Server Content Ingest VOD Backoffice Content Management Transaction Server Resource Management KDG CDN (Backbone) EdgeQAM DVB-C2 EdgeQAM DVB-C CMTS KD RF Network Cable modem Ein Kunde geht zum KDG VOD Portal VOD Katalogdaten werden über IP gesendet TV Der Kunde entscheidet sich für Film Der Transaction Server startet eine VOD Session Der Ressource Manager legt Kabelkanal/Modulation fest: DVB-C2 oder DVB-C, abhängig von Endgerät des Kunden Der VOD Server startet das Ausspielen des Films Der Transaction Server folgt den Befehlen des Kunden: Pause, schnelles Vorspulen, schnelles Rückspulen,. Der Transaction Server schließt schließlich die Session Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

16 DVB-C2 Migration für HDTV Neue HDTV Produkte sind ein günstige Gelegenheit zur Einführung von DVB-C2 für europäische Kabelnetzbetreiber Heute ermöglicht (50 Mbit/s) den Transport von 4 HDTV Programmen (H.264 Encoding) Ein Modulator mit 9/10 FEC und 32 MHz Bandbreite (330 Mbit/s) könnte 32 HDTV Progr. (H.264 Encoding, vergleichbare Bildqualität) übertragen Vorteile dieser Lösung: 1. ca. 63% höhere Spektrumseffizienz 2: ca. 20% höherer Gewinn beim statistischen Multiplexen In Kombination ergibt sich ein 100% Effizienzgewinn d.h. die Zahl der HD-Angebote kann verdoppelt werden Diese Anwendung erfordert keine speziellen Endgeräte, sondern funktioniert in Standard DVB-C2 kompatiblen Empfängern mit einer festen 8 MHz Receiverbandbreite statmuxgain (%) number of services Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

17 Wachsendes Interesse von Netzbetreibern an der Integration von DVB-C2 in Euro-DOCSIS Euro-DOCSIS basiert zur Zeit auf dem DVB-C Modulationsverfahren Kabelmodems mit DVB-C2/DVB-C Funktionalitäten würden auch für IP-basierte Euro-DOCSIS Dienste eine substanzielle Steigerung der Effizienz ermöglichen Wie bei VOD, liefern Euro-DOCSIS-Signale kundenindividuelle Dienste, d.h. auch hier ist möglich in einem Kabelnetz jederzeit mit der DVB-C2 Migration zu beginnen und DVB-C and DVB-C2 kompatible Modems zur gleichen Zeit zu nutzen Das Euro-DOCSIS Provisionierungssystem würde den Typ der Modems der Kunden erfassen und sicherstellen, dass die IP-Pakete jedes einzelnen Kunden im geeigneten Modulationsverfahren (DVB-C oder DVB-C2) gesendet werden DOCSIS 3.x (DVB-C2) DOCSIS 3.0 (DVB-C) Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

18 Um immer höhere Bitraten anbieten zu können werden große Pipes in Kabelnetzen benötigt Systemkonfiguration Bandbreite Payload Kapazität Gesamt Payload Kapazität Gewinn in Bezug auf DOCSIS 3.0 VirginMedia Feldversuch: EuroDOCSIS x 8 MHz 32 x 50.7 MBit/s Mbit/s - Option 1: DVB-C2 basic (DVB-C2@1024-QAM) 32 x 8 MHz 32 x 66.3 Mbit/s Mbit/s 31 % (+520 Mbit/s) Option 2: DVB-C2 optimiert (DVB-C2@4096-QAM) 256 MHz Mbit/s Mbit/s 64 % (+1.07 Gbit/s) DVB-C2 ermöglich die Bündelung von Kanälen (Pipes) schon auf der Ebene der Modulation Pipes bis zu einer Größe von 4.5 Gbit/s sind bei DVB-C2 möglich Die Integration von DVB-C2 in das Euro- DOCSIS-System stellt keine substanzielle technische Herausforderung dar Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

19 Zusammenfassung: DVB-C2, Effizienz mit Flexibilität kombiniert DVB-C2 erfüllt die angestrebten Effizienzgewinne und bietet Headroom für eine nochmalige Effizienzsteigerung bei optimierten HFC-Netzen Verschiedene Chip Hersteller haben Projekte zur DVB-C2 Implementierung sender- und empfangsseitig gestartet Erste Prototypegeräte wurden der Öffentlichkeit präsentiert Eine sorgfältige Validierung des Standards wurde erfolgreich durchgeführt VOD hat sich als attraktive Möglichkeit für den Start der Migration von DVB-C zu DVB-C2 herausgestellt Netzbetreiber möchten DVB-C2 auch bei EuroDOCSIS nutzen können Erste kommerzielle Produkte (Modulatoren und Endgeräte) and erste Anwendungen in Kabelnetzen von DVB-C2 werden im ersten Halbjahr von 2012 erwartet: DVB-C2 gets off the ground Kabel Deutschland: Symposium Deutsche TV-Plattform, : DVB-C2 Starke Basis für Kabel

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Symposium der Dt. TV-Plattform, Berlin, 27. Oktober 2011