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Die neue Technik hinter DOCSIS 3.1



DOCSIS 3.1 bringt eine Reihe neuer Technologien mit sich, die den Kern dieses leistungsfähigen CATV-Standards bilden. Wir möchten diese Innovationen und einige der neuen Begriffe nachfolgend genauer darstellen.

DOCSIS 3.1 ANALYSER IM ÜBERBLICK

Erweitertes Frequenzband bei DOCSIS 3.1

DOCSIS 3.1 erweitert das Vorwärtsband (Upstream) bis 192 MHz und das Rückkanalband (Downstream) bis 1,2 GHz, optional bis zu 1,8 GHz. So wird die Netzwerkkapazität deutlich erhöht.

OFDM modulation

Neben der “klassischen” SC-QAM Modulation gibt es in DOCSIS 3.1 Systemen auch neue, besonders breite OFDM Kanäle sowohl im Upstream- wie auch im Downstreambereich. Jeder Kanal besteht hier aus tausenden (2K, 4K oder 8K) schmalbandigen Unterträgern, so schmal und eng nebeneinander dass sie auf den ersten Blick wie ein einziger Träger wirken. Diese Übertragungstechnik wird bereits in anderen Standards wie DVB-T/T2 oder C2 eingesetzt .

• Anzahl der Unterträger: 1900 (2K Modus für Upstream), 3800 (4K Modus für Upstream oder Downstream), 7600 (8K mode für Downstream).
• Abstand zwischen Unterträgern in 6 MHz Kanälen: 25 kHz (4K Modus für Upstream, 8K Modus für Downstream) oder 50 kHz (2K Modus für Upstream, 4K Modus für Downstream).

Ausschlussbänder: Gesicherte Kompatibilität mit DOCSIS Vorgängerversionen

Ausschlussbänder sind Unterträgerbereiche, die innerhalb eines Kanals deaktiviert werden. Dafür gibt es zwei Gründe: zum einen sichert es die Rückwärtskompatibilität mit DOCSIS-Kanälen in vorherigen Versionen, die im gleichen Frequenzbereich übertragen werden können. Andererseits kann man spezifische Bänder vermeiden, da sie stark mit Rauschen oder Störungen belastet sind.

DOCSIS 3.1 ANALYSER IM ÜBERBLICK

TDMA (Time Division Multiple Access)

Das TDMA-Verfahren wurde bereits in früheren DOCSIS Versionen eingesetzt, um HF-Upstreamkanäle verschiedenen Kabelmodems zuzuordnen. Sie nutzten dabei den Kanal in speziell festgelegten Zeitfenstern (daher der Begriff “Time Division”). DOCSIS 3.1 Upstreams verwenden weiterhin dieses Verfahren, jedoch werden hier zusätzlich eine Reihe von Unterträgern während des Zeitfensters für jedes einzelne Kabelmodem festgelegt.

DOCSIS 3.1 enthält spezielle Unterträger mit Daten, die nicht für den Nutzer bestimmt sind:

• PLC Träger (Physical Layer Link Channel): für Signalling, Kommunikationssteuerung und Netzwerkmanagement.
• CP Träger (Continual Pilot): zur Synchronisation.
• SP Träger (Scattered Pilot): zur Kanalschätzung.

Modulationsprofile

Ein Profil beschreibt eine Reihe von Parametern (Modulationsreihenfolge, FEC, Einleitung, Guard Interval, Pilotmuster, usw.), die für die Übertragung zwischen dem Kabelmodem und der Kopfstelle verwendet werden. Im Upstream kommen möglicherweise andere Modulationsprofile zum Einsatz.

DOCSIS 3.1 ANALYSER IM ÜBERBLICK

Codewords

Mehrere DOCSIS-Frames (Pakete) werden nacheinander in Codewörter eingebettet, im Prinzip handelt es sich dabei um größere Frames. Die Codewörter werden einem gemeinsamen Profil zugeordnet, so dass bei der Übertragung bestimmter Codewörter das die gleichen Modulationsparameter verwendet werden. Jedes Codewort wird in mehreren physischen Unerträgern übertragen.

Die NCP (Next Codewort Pointer – Markierung für das nächste Codewort) sind spezielle Codewörter, die den Beginn eines neuen Codeworts im Unterträger markieren. Mit diesen Markierungen kann der Empfänger die Daten abrufen und zuordnen.

Neue Modulationsarten

Die Verwendung von QAM-Modulationen höherer Ordnung ermöglicht eine effektivere Nutzung des Spektrums.

Erweiterte FEC (Vorwärts-Fehlerkorrektur)

Eine Verbesserung in DOCSIS 3.1 sind zwei neue FEC (Forward Error Correction – Vorwärts-Fehlerkorrektur) Algorithmen, womit Fehler in der Übertragung besser erkannt und beseitigt werden können.

• LDPC (Low Density Parity Check): Leistungsfähiger Fehlerschutz, stoppt automatisch sobald alle Fehler korrigiert sind oder keine Fehler mehr korrigiert werden können.
• BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem): Dieser Algorithmus dient als “zweite Chance” für Fehler, die vom LDPC nicht korrigiert werden konnten.

In DOCSIS 3.1 Kanälen wird überwiegend die Anzahl der korrigierbaren oder nicht korrigierbaren Codewort-Fehler als Qualitätskriterium herangezogen, anstelle der Pre- und Post-BER wie in früheren Standards.

DOCSIS 3.1 ANALYSER IM ÜBERBLICK

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