Digital Video Broadcasting – Cable 2

Nach DVB-S2 für Satelliten- und DVB-T2 für die terrestrische Übertragung befindet sich derzeit ein Kabelübertragungs-Standard der 2. Generation, DVB-C2, in Vorbereitung. Der Abschluss ist für Anfang 2009 geplant. Hauptmotivation für die Entwicklung von DVB-C2 ist der zunehmende Bandbreitenbedarf aufgrund der wachsenden Zahl von HDTV-Programmen und interaktiven Breitbanddiensten wie Video on Demand.

Mit DVB-C2 (Digital Video Broadcasting- Cable 2) soll eine um mindestens 30 Prozent höhere Bandbreite, als dies heute mit DVB-C (256 QAM, Quadrature Amplitude Modulation) möglich ist, in bereits bestehenden Kabelnetzen erreicht werden. Hierzu wird der ebenfalls schon bei DVB-S2 und DVB-T2 verwendete LDPC-Fehlerschutz (Low Density Parity Check Code) vorgesehen, welcher maßgeblich die oben genannte Kapazitätssteigerung ermöglicht. Damit ist auch eine Erweiterung auf 1.024 QAM und 4.096 QAM, wie derzeit vorgesehen, realisierbar. Als Modulationsverfahren werden dabei augenblicklich zwei konkurrierende Verfahren untersucht:

Erstens, Single-Carrier-QAM, wie bei DVB-C, erweitert um 1.024/4.096 QAM Dieses Verfahren hat tendenziell Vorteile hinsichtlich der erforderlichen Signal-Qualitätsanforderungen an Kopfstelle und Settop-Boxen – die vor allem das Phasenrauschen betreffen sowie des erforderlichen Realisierungsaufwandes für diese Komponenten.

Zweitens, Multi-Carrier-OFDM/QAM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), vergleichbar mit DVB-T, erweitert um 256/1.024/4.096 QAM. Dieses Verfahren hat folgende Vorteile:

• Bei der Übertragungskapazität (siehe nebenstehende Tabelle): Die derzeitige Erkenntnis ist, dass mit OFDM die Forderung nach 30 Prozent höherer Übertragungskapazität am besten zu erreichen sein wird. Dies liegt daran, dass bei OFDM die Übertragungskapazität (Datendurchsatz in Bit/Hz) mit höherer Kanalbandbreite noch zunimmt, was bei Single-Carrier-QAM aufgrund Cos-Roll-Off-Filterung nicht der Fall ist (siehe Abbildung 1a). So gewinnt man beispielsweise bei 32-MHz-Kanalbandbreite elf Prozent Übertragungskapazität gegenüber DVB-C, was auch aus der Tabelle hervorgeht. Dabei wird bei Verwendung von höheren Kanalbandbreiten eine teilweise (bei Mischbelegung mit DVB-C und Pal) oder künftig komplette Deregulierung des bestehenden Kanalrasters in Betracht gezogen (siehe Abbildung 2).
• Bei der Flexibilität: Mit OFDM bleibt auch bei hohen Kanalbandbreiten der Einsatz von Settop-Boxen mit Tunern herkömmlicher Bandbreite wie etwa 8 MHz weiterhin möglich. Dies wird  urch Segmentierung des OFDM-Kanals in Gruppen mit jeweils geringerer Anzahl von OFDM-Trägern (siehe Abbildung 1a) erreicht. So kann zum Beispiel ein 32-MHz-OFDM-Kanal in vier Segmente zu jeweils 8-MHz-Bandbreite unterteilt werden. Weiterhin erlaubt diese Variabilität eine wesentlich effizientere Nutzung etwa vorhandener Frequenzlücken zwischen DVB-C- oder Pal-Kanälen.
• Bei Qualitätsanforderungen ans Kabelnetz:
  Als Beispiel sei hier der Störpegel gegenüber sicherheitsrelevanten Funkdiensten – wie etwa BOS oder Flugfunk – genannt. Bei OFDM kann man dem Frequenzbereich des betroffenen Funkdienstes die OFDM-Träger einfach abschalten (siehe Abbildung 1b).

Aufgrund der Relevanz der oben genannten Vor- und Nachteile wird derzeit OFDM als Modulationsverfahren für DVB-C2 favorisiert. Die endgültige Entscheidung für das Modulationsverfahren wird jedoch auf Basis von Simulationsergebnissen mit geeigneten Kanalmodellen für Kabelnetze getroffen. Zu diesem Thema wird auch mit dem EU-Forschungsprojekt „ReDeSign“, dessen Ziel eine Optimierung und Erneuerung der HFC-Technologie (Hybrid Fiber Coax) ist, zusammengearbeitet.

Effizienz bei IP, variable Kodierung und Modulation

Für DVB-C2 soll neben dem Fehlerschutz auch das Daten-Interface mit dem bei DVB-S2 und DVB-T2 identisch sein (Family of Standards Approach). Damit kann jedes beliebige Datenformat (MPEG-2TS, IP, kontinuierliche Datenströme) verarbeitet werden, wohingegen DVB-C an das MPEG2-Transportstrom-Format gebunden ist (siehe Abbildung 2). Dadurch wird auch der Overhead für die IP-Übertragung bei DVB-C2 um zirka zehn Prozent reduziert. Zusätzlich können optional mehrere Datenströme parallel verarbeitet (Multiple Input Streams) und mit unterschiedlichen Modulations-Parametern Code-Raten und Frame-Längen innerhalb eines Kabelkanals übertragen werden (Variable Coding and Modulation; VCM). Sind etwa für einen VOD-Service aufgrund der höheren Signal-Qualitätsanforderungen 1.024 QAM erforderlich, könnte ein schneller Daten- Download-Service ähnlicher Datenraten über dasselbe Kabelnetz mit 4.096 QAM übertragen werden.

Fazit und Ausblick

Die Abbildung 2 zeigt die Gesamtübersicht der DVB-C2-Signalaufbereitung. Durch Einsatz effizienter Verfahren für Modulation und Kodierung sowie diensteabhängiger Kodierung und Modulation lässt sich für bestehende Kabelnetze der mögliche Gewinn an Übertragungskapazität weit über die geforderten 30 Prozent hinaus steigern. Dies kommt der zunehmenden Vielzahl an Diensten mit unterschiedlichsten QoS-Anforderungen (Quality of Service) optimal entgegen. Weiterhin könnten sich die höheren Anforderungen an die Endgeräte – speziell an die Settop-Boxen – durch erwartete Fortschritte besonders bei den Tuner-Chips zu akzeptablen Kosten erfüllen. Aufgrund des zu erwartenden längerfristigen Parallelbetriebs mit DVB-C in vielen Kabelnetzen sollten DVB-C2-taugliche Settop-Boxen auch weiterhin DVB-C unterstützen, was aufgrund der diesbezüglichen Erfahrungen mit DVB-S2 auch durchaus möglich sein wird. Mit allen oben genannten Randbedingungen wird DVB-C2 attraktive Perspektiven für bestehende Kabelnetze bieten. (AW)

Autor:

Michael Heisenberg ist Senior Manager New Technologies im Bereich Research & Development bei Kathrein.