Technologia S-CDMA

Jak zaznaczono wcześniej, jednym z największych wyzwań przemysłu CATV jest impulsowy szum w paśmie 5-50 MHz, używanym do transmisji przez kanał zwrotny. Szum i interferencje mogą pochodzić z wielu źródeł, których czasami nie potrafimy kontrolować. Przykładowo, szum od urządzeń elektronicznych jest nieunikniony i tworzy poważne błędy w transmisji kanału zwrotnego. Równie istotnym problemem jest łączenie się różnych źródeł szumu. Istnieje wiele technik minimalizacji efektów szumu w sieci kablowej:

• segmentacja sieci - liczba domów w każdym węźle sieci kablowej może zostać zredukowana;
• zarządzanie ruchem - ograniczanie określonego typu ruchu w przypadku angażowaniu całego pasma dla upstream przez jeden typ aplikacji;
• konserwacja sieci - monitorowanie szumów w poszczególnych węzłach sieci i dostosowywanie infrastruktury w celu zapobiegania źródłom zakłóceń;
• inżynieria sieci - prawidłowe użycie częstotliwości dla kanałów zwrotnych, filtracja sieci.

Technologia spread-spectrum DSSS pierwotnie była stworzona w celu redukcji wpływu szumów oraz zwiększenia bezpieczeństwa transmisji. Zasada działania opiera się na rozpraszaniu sygnału na szerokie pasmo częstotliwości. Przy zastosowaniu CDMA (Code Division Multiple Access) technika spread-spectrum może być użyta dla wielu strumieni transmitowanych jednocześnie. CDMA używa sygnału z wielu źródeł tak, że znane częstotliwości radiowe mogą być dzielone przez wielu równocześnie pracujących użytkowników. Każde źródło danych jest rozpraszane przy użyciu specyficznego kodu (sekwencji chip). W systemie CMTS poszczególne źródła danych są odseparowywane od siebie.

W przypadku DOCSIS 2.0 jest stosowana technika Synchronous CDMA (S-CDMA). Jest ona synchroniczną formą direct-sequence, protokołu dostępu spread-spectrum (DSSS). S-CDMA zakłada, że każda transmisja dzieląca kanał częstotliwości RF (Radio Frequency) musi być synchronizowana. Przy użyciu S-CDMA wiele modemów może transmitować w tym samym czasie. Wszystkie dane wysyłane z modemów są synchronizowane i wykorzystują kody ortogonalne do rozpraszania informacji. Przez pojedynczy kanał zwrotny możemy jednocześnie transmitować 128 symboli przy użyciu 128 kodów rozpraszających. Synchronizacji dokonuje się przy użyciu zegara, zlokalizowanego w CMTS i nazwanego Upstream Timebase.

S-CDMA definiuje ramkę (zob. rys.) jako tablicę składającą się z minislotów, zależnych od zestawu kodów oraz interwału rozpraszania (czas pomiędzy rozpraszaniem kolejnych symboli).

W stosunku do wcześniejszych wersji technologii transmisji w kanale zwrotnym S-CDMA zakłada wykorzystanie wysokich modulacji oraz zwiększenie liczby przesyłanych symboli. Inną znaczącą cechą wprowadzoną w modulacji S-CDMA DOCSIS 2.0 jest wprowadzenie korekcji błędów FEC dla warstwy fizycznej. Pozwala to zredukować wpływ szumu białego AWGN. S-CDMA aktualnie używa techniki multipleksacji FDMA/TDMA/S-CDMA. Umożliwia to jednoczesną transmisję modemów pracujących w różnych standardach w obrębie danego CMTS.

TDMA i S-CDMA w jednej domenie MAC

Technologie warstwy fizycznej S-CDMA i A-TDMA zwiększają wydajność i niezawodność transmisji "w górę", pozwalając usługodawcom na wprowadzenie nowych usług. Takimi usługami mogą być wideokonferencje, telefonia internetowa (VoIP), sieci peer-to-peer oraz gry online. Konieczne staje się jednak zapewnienie wstecznej kompatybilności.

A-TDMA ewoluowała z warstwy fizycznej DOCSIS 1.x, która jest oparta na TDMA. S-CDMA posiada parametr umożliwiający włączenie wstecznej kompatybilności z TDMA. Obydwie technologie mogą egzystować w jednej domenie MAC.

Architektura systemu DOCSIS 2.0

Do transmisji w kanale zwrotnym niezbędny jest nadajnik w postaci modemu kablowego oraz odbiornik CMTS. Modem kablowy tworzy sygnał RF, który jest przesyłany przez sieć kablową. Warto wymienić elementy, które zostały dodatkowo wprowadzone do budowy modemu kablowego pracującego w standardzie DOCSIS 2.0:

• udoskonalony dekoder kodu Reed-Solomon;
• zaawansowany framer S-CDMA;
• S-CDMA spreader;
• poprawiony mapper symboli;
• korektor transmisji.

CMTS pełni funkcję pośrednika pomiędzy siecią RF (Radio Frequency) oraz siecią IP, przesyłając dane do szkieletowych routerów IP. Ogromną zaletą systemów CMTS pracujących w standardzie DOCSIS 2.0 jest implementacja kolejek oraz podział dostępnego pasma w zależności od różnorodnych czynników. Zarządzanie pasmem umożliwia sterowanie poziomem usług transmisji w systemach TDMA, A-TDMA oraz S-CDMA.

Wsteczna kompatybilność z DOCSIS 1.X

DOCSIS 2.0 nie wymaga rozbudowy infrastruktury kablowej. Może współpracować ze sprzętem kablowym pracującym w standardzie DOCSIS 1.0 lub DOCSIS 1.1. Aby zapewnić kompatybilność pomiędzy różnymi wersjami sprzętu, CMTS w standardzie DOCSIS 2.0 rozpoznaje modemy DOCSIS 1.x i pozwala im współpracować z CMTS przygotowanym dla standardu sieci DOCSIS 2.0. I odwrotnie, modemy DOCSIS 2.0 będą rejestrowały się i odpowiadały jak modemy DOCSIS 1.x, gdy przyłączą się do CMTS pracującego w standardzie DOCSIS 1.x. Pozwala to operatorom na wdrożenie modemów gotowych do pracy w DOCSIS 2.0 już teraz i niezależne zaktualizowanie CMTS do nowego standardu w przyszłości.

Kanał zwrotny w nowej specyfikacji 2.0 działa jednocześnie z modemami działającymi w dowolnej kombinacji trybu TDMA, A-TDMA czy S-CDMA. Olbrzymią zaletą jest jednak możliwość pracy modemów w standardzie DOCSIS 2.0 w tej samej sieci RF, w której pracuje DOCSIS 1.x (koegzystencja), co pozwoli operatorom na elastyczność przechodzenia na sprzęt DOCSIS 2.0.

Zalety wdrożenia kontrolera CMTS w standardzie DOCSIS 2.0 będą zauważalne natychmiast, nawet jeżeli system będzie mieszanką modemów DOCSIS 1.x oraz 2.0. Dla przykładu, ogólna przepustowość systemu zostanie zwiększona, ponieważ transmisja od użytkowników DOCSIS 2.0 będzie zajmowała mniej czasu w kanale zwrotnym niż taka sama transmisja od użytkownika używającego modemu DOCSIS 1.x. Prowadzi to do zwiększenia dostępnej przepustowości dla transmisji DOCSIS 1.x.

Podsumowanie

Jeżeli sieć kablowa ma nadal być atrakcyjna dla użytkowników, należy udoskonalić dostępną technologię w dwukierunkowym przesyle danych. Zestaw standardów DOCSIS 2.0 wprowadza nowe możliwości w zakresie przepustowości i niezawodności.

W początkowym etapie DOCSIS 2.0 wymaga niewielkich zmian w istniejącej infrastrukturze. Kanał dosyłowy praktycznie się nie zmienia. Zmiany w kanale zwrotnym stwarzają możliwość użycia wyższych modulacji (32/62/128QAM), większej szerokości kanału (6,4 MHz) oraz korekcji błędów FEC. Zaoferowanie większej przepustowości oraz odporności na zakłócenia, przy współistnieniu wcześniejszej specyfikacji DOCSIS w sieci, stwarza możliwość bardzo atrakcyjnej migracji z punktu widzenia operatora. DOCSIS 2.0 wspiera efektywniej nowe symetryczne usługi, takie jak VoIP oraz sieci peer-to-peer. To wszystko pozwala na mocne wkroczenie operatorów z nowymi usługami dla domowych użytkowników.

Standard DOCSIS 2.0 jest tym, czego potrzebuje dostawca usług dla uzyskania efektu wydajnej i niezawodnej sieci. Obecnie większość operatorów sieciowych zdaje sobie sprawę ze skali zjawisk powodujących wzrost generowanego ruchu. Użycie sprzętu DOCSIS 2.0 zaspokaja wymagania użytkowników, a jednocześnie stwarza mocne podstawy dla wdrożenia nowych, krytycznych usług transmisji danych.