Nasze rozwiązania, nasza pasja… Technologia GaN – rozwiązania przyszłości – Telekabel 09.2010

9. Konferencja Technik Szerokopasmowych firmy VECTOR
Nasze rozwiązania, nasza pasja…

DANUTA HARENDA
FOT. KRZYSZTOF OSIAK, VECTOR

– To już 22 lata aktywności VECTORA na rynku kablowym w Polsce – witał operatorów przybyłych we wrześniu br. na coroczne branżowe spotkanie Jacek Kajut – szef gdyńskiej firmy. I jak co roku było: fachowo kompetentnie i – jak przystało na kreatora własnych projektów inżynierskich i producenta urządzeń – nowocześnie i innowacyjnie. W konferencji wzięło udział 150 osób z Polski, Rosji, Litwy, Łotwy i Mołdawii.

Konferencja KTS to okazja do zapoznania się z najnowszymi technologiami kierowanymi do operatorów kablowych oraz do dyskusji nad istotnymi problemami nurtującymi środowisko branżowe. Ta konferencja to także niejako rodzaj zaproszenia do współpracy z firmą VECTOR i rodzaj przeglądu jej oferty w kontekście zjawisk, z jakimi mamy do czynienia na rynku polskim i europejskim. VECTOR od kilku lat znany jest jako dostawca systemów tv cyfrowych, a wcześniej – wszystkich elementów infrastruktury sieci i różnej wielkości systemów transmisji danych. Ostatnio także –
systemów telemetrii i sterowania. Rzec by można, działalność unikatowa, gdyż tego typu firm z własnym zapleczem produkcyjnym (ponad 100 tys. urządzeń rocznie) właściwie w Polsce nie ma.

Pierwszy z konferencyjnych dni był więc ogólnym spojrzeniem na to, co się aktualnie w branży telekomunikacyjnej dzieje, ze zwróceniem uwagi na współpracę VECTORA z kontrahentami zagranicznymi. Wiele miejsca poświęcono nowemu etapowi partnerstwa z firmą ARRIS – o szczegółach opowiadał Larry Richards – Vice President Product Management. W ramach rozwijającej się współpracy dwie firmy stworzyły kompletne portfolio rozwiązań dla sieci HFC, RFoG oraz EPON, które w pełni odpowiada na rosnące potrzeby i wyzwania europejskich operatorów w zakresie infrastruktury sieci.

Ciekawymi informacjami podzielił się z zebranymi prezes Polskiej Izby Komunikacji Elektronicznej Jerzy Straszewski. Tak szczegółowe dane dotyczące polskiej branży kablowej na tle całego rodzimego rynku telekomunikacyjnego rzadko można usłyszeć gdzie indziej. A były to m.in.:
• szacunkowa wartość polskiego rynku telekomunikacyjnego w 2010 roku – 45,60 mld zł;
• liczba abonentów telewizji cyfrowej kablowej – 980 tys. (na przełomie 2009/2010 nastąpiło jednak spowolnienie dynamiki przyrostu DTV);
• „telewizyjny” stan posiadania konkurentów CATV na rynku platform płatnych – w tym np. abonenci tv Telekomunikacji Polskiej -315 tys.;
• ranking „internetowych” liderów wśród firm CATV, gdzie pod względem nasycenia sieci takimi usługami, kolejno plasują się: SATFILM (77 proc), UPC (67 proc); Multimedia Polska (59 proc); Vectra (35 proc);
• internetowy stan posiadania branży CATV – 1,57 min abonentów (internet stacjonarny); ok. 20 tys.(internet mobilny – ASTER);
• aktualna tzw. penetracja internetu wśród firm CATV badanych przez PIKE-45 proc.

Podczas prezentacji prezes J. Straszewski wspominał o projekcie doradztwa dla operatorów komunikacji kablowej, prowadzonym przez PDCE we współpracy z UE (na razie dotyczy ponad 50 operatorów, ok. połowy zrzeszonych w PIKE). Ma on służyć m.in. przyspieszeniu cyfryzacji branży. Stąd też szacunki dotyczące liczby -zapotrzebowania środowiska CATV na set-top-boxy w najbliższych latach — ok. 100 tys. STB (oczywiście rzecz dotyczy małych i średnich przedsiębiorstw).
Najnowszą inicjatywą PIKE jest w związku z tym rozesłanie do producentów sprzętu 25 zaproszeń Izby do konkursu na uniwersalny set-top-box dla operatorów telewizji kablowej (wśród zaproszonych jest także VECTOR).

DVBC-2 na start

Sporo miejsca poświęcono na konferencji projektowi ReDeSign, który podsumowywali goście VECTORA reprezentujący firmy i instytucje zagraniczne, podobnie jak VECTOR zaangażowane w tenże projekt. O rezultatach badań z nim związanych (dotyczących status quo sieci kablowych w Europie) opowiadali w Gdyni: Bart Brusse (Contest Consultancy) i Dirk Jaeger (Technische Universiteat Braunschweig). Pierwszy z nich próbował w swym wykładzie odpowiedzieć na pytanie: co zrobić z tradycyjnymi sieciami HFC i ich przepustowością w dobie coraz większego zapotrzebowania na pasmo. A także – czy należy dążyć do jednej, wspólnej architektury sieci w sytuacji, gdy rozwiązania obecne na rynku znacznie się od siebie różnią. Kilkuletnie studium stanu branży CATV w naszej części Europy pokazało, że typowa sieć jest tu dość rozgałęziona, ma dość duże węzły światłowodowe i liczy sobie średnio ok. 1-2 tys. abonentów. Sami operatorzy pytani o ewentualne warianty sprzętowe pomocne im w prowadzeniu biznesu, odpowiadali, że liczą się rozwiązania wprowadzane stosunkowo szybko i… tanie.

O jednej z nowych technologii, która spełniałaby takie wymagania w perspektywie średnioterminowej (stworzonej w ramach projektu ReDeSign), opowiadał w Gdyni Dirk Jaeger. Chodzi o standard DVB-C2, który jest już niedaleką przyszłością, a który pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie dostępnego w sieci HFC pasma (DVB-C2 daje możliwy wzrost wydajności pasma o 35 do 60 proc. w przeliczeniu na kanał). Standard jest już gotowy, a producenci wykorzystujących go modulatorów i set-top-boxów mogą już realizować konkretne urządzenia. Komercyjny projekt wdrażania DVB-C2 ogłosił Kabel Deutschland; zainteresowani są operatorzy CATV z innych krajów.
Celem ReDeSign jest umożliwienie wprowadzenia do sieci HFC nowych „klocków”, dla stworzenia jak największej jej przepustowości. O nowej generacji urządzeń półprzewodnikowych, które powstawać będą z wykorzystaniem azotku galu opowiadał w Gdyni dyrektor rozwoju rynku HFC VECTOR, Maciej Muzalewski. Istnieją już prototypy takich urządzeń – m.in. nowej generacji wzmacniaczy BETA PRO 33G, a przeprowadzane z ich udziałem badania – case study dla różnej architektury sieci + estymacja kosztów, dowodzą co najmniej podwojenia mocy wyjściowej (w stosunku do urządzeń powstałych z wykorzystaniem arsenku galu). Ewidentne korzyści związane z użyciem azotku galu to m.in. możliwość pracy urządzeń w wyższych temperaturach przy wyższych napięciach, co w efekcie umożliwia osiągnięcie w sieci lepszych parametrów sygnału.

TV cyfrowa: mieć czy nie mieć HE?

Kolejny punkt konferencyjnego dnia pozwolił powrócić do spraw bieżących, związanych z jakże często podejmowanym obecnie przez operatorów wyborem: kupować sygnał telewizji cyfrowej czy mieć własny headend?
– Nie chcemy z tej działalności szalonych zysków; szukamy możliwości powiększenia naszej skali – przekonywał Jacek Kobierzycki, dyrektor łódzkiej firmy TOYA, która sygnał telewizji cyfrowej udostępnia odpłatnie innym operatorom już od czterech lat. Zdaniem J. Kobierzyckiego, branża CATV musi szukać własnych dróg – także dróg integracji – ponieważ stoi przed ogromnym wyzwaniem ze strony konkurentów – światowych firm multimedialnych, których oferta internetowa sprawia, że klient przestaje oglądać telewizję w systemie on-line. – Dlatego musimy poszukać rozwiązania, które np. pozwoli wdrażać usługi internetowe do STB – przekonywał panelista.

Postawienie stacji czołowej to nie jest największy problem – problemem jest stworzenie modelu biznesowego i utrzymanie stacji – dowodził Tadeusz Nowakowski z firmy Chopin z Wejherowa, która także udostępnia sygnał cyfrowy innym podmiotom. – Zwłaszcza po pierwszym roku, kiedy pojawiają się opłaty serwisowe – dodawał. Według niego – jeśli nie zawiąże się tego typu współpraca, każdy z podmiotów może próbować działać na własną rękę. Pytanie tylko – na jakim poziomie? Inne pytanie – czy będzie w stanie wynegocjować z nadawcami stawki za programming, które nie zabiją jego biznesu? Czy będzie w stanie przebrnąć przez zawiłości prawne związane z umowami dotyczącymi stu kilkudziesięciu kanałów?
W tle dyskusji o cyfryzacji sieci CATV pobrzmiewały echa „walki” operatorów z nadawcami, ale zarówno wyżej wymienieni, jak i trzeci panelista – Jan Tomków z TV Zgorzelec byli zgodni co do korzyści, jakie może przynieść współpraca operatorska. – Nie boję się współpracować z kolegami, bo mamy wspólny front – mówił J. Tomków. – Chociaż jako mały operator chcę jeszcze trochę poczekać. Zadaniem na dziś jest „cyfryzacyjna” edukacja odbiorców, którzy wciąż nie wiedzą, czym jest telewizja cyfrowa, a korzyści z odbioru nowoczesnego obrazu telewizyjnego kojarzą wyłącznie z sygnaturą HD.

Jednakże istnieje grupa małych i średnich operatorów, którzy zdecydowali się iść może trudniejszą, ale własną drogą, budując własny headend cyfrowy i oferując usługi telewizji cyfrowej na bazie własnych umów z dostawcami treści. Jako kluczowe argumenty podają pełną niezależność biznesu i kreowania usług, wysoki koszt łącz transmisji danych do przesyłu kupowanego od innych sieci sygnału i proste porównanie inwestycji – koszt rat leasingowych za system vs. koszt utrzymania łącz i opłat związanych z kupowaniem treści. Zabrakło tego głosu wśród panelistów, pojawił się dopiero w trakcie otwartej dyskusji z uczestnikami konferencji zgromadzonymi na sali.
Drugi i ostatni dzień konferencji przyniósł rozważania na „gorące” tematy techniczne. Jacek Gwizdak z działu usług i realizacji VECTORA mówił o tworzeniu systemu VoD dla operatora kablowego, z wykorzystaniem (doposażeniem) sieci HFC, poprzez rozbudowę HE m.in. o oprogramowanie pośredniczące middleware, serwer VoD oraz system Edge resorce management. Uzupełnieniem tego tematu było spojrzenie na współczesną architekturę cyfrowej stacji czołowej okiem producenta tych rozwiązań. Dirk Miiller – dyrektor zarządzający firmy BLANKOM przedstawił różne sposoby budowania cyfrowych headendów przekonując zebranych, że można wykorzystując najnowsze technologie stosunkowo łatwo i co najważniejsze przy relatywnie niewielkim koszcie inwestycyjnym wprowadzić usługi cyfrowe do własnej sieci.

Z kolei Ron Visser z firmy ARRIS zapoznał zebranych z planowanym wprowadzeniem (perspektywa 1,5 roku) na rynek nowej architektury multi medialnej urządzeń CMTS – CMAP, która umożliwi znaczące zwiększanie oferowanej abonentom przepustowości dzięki wzrostowi gęstości rozwiązań (więcej Mb/s z jednego RU) oraz redukcji kosztów liczonych per oferowany megabit. Marcin Starzyński – dyrektor rozwoju produktu w VECTORZE mówił o przyszłości różnego typu sieci, w tym sieci HFC, konkludując: cała nasza konferencja pokazuje, że świat kablowy może opierać się na tym, co ma jeszcze przez wiele, wiele lat i nie obawiać się konkurencji. Uzupełnieniem tego kierunku była prezentacja Przemysława Sadło omawiająca różne rozwiązania techniczne do budowy sieci typu PON (Passive Optical Network). Analiza możliwości technicznych rozwiązań RFoG, EPON oraz GPON dostarczyła uczestnikom konferencji wiedzy pozwalającej odpowiedzieć sobie na zadane w tytule prezentacji pytanie: Który wariant wybrać?

Technologia GaN – rozwiązania przyszłości

MACIEJ MUZALEWSKI, DYREKTOR ROZWOJU RYNKU HFC, VECTOR

Rosnące wymagania klientów, nowe usługi i technologie oraz konkurencja sprawiają, że operatorzy kablowi znajdują się pod ciągłą presją zwiększania przepływności w swoich sieciach.
Jednak ogromne koszty związane z radykalną przebudową infrastruktury stanowią o poszukiwaniu nowych rozwiązań, które zminimalizują koszty inwestycyjne (CAPEX) oraz operacyjne (OPEX).

Odpowiedzią na potrzeby operatorów było powołanie w 2008 roku projektu ReDeSign, mającego na celu rozwój technologii, które nie tylko wydłużą sprawność użytkową obecnie stosowanej architektury hybrydowych sieci światłowodowych, ale również pozwolą określić najbardziej ekonomiczne sposoby przechodzenia operatorów kablowych w kierunku bardziej przyszłościowych rozwiązań. W ramach prac ReDeSign firma VECTOR zajęła się rozwojem wzmacniacza RF, opartego na technologii GaN.

Korzyści nowej technologii GaN

Azotek galu (GaN), wykorzystywany w najnowszej generacji tranzystorów, pozwala na uzyskanie wyższej gęstości mocy wyjściowej, sprawności i szerszego pasma urządzeń, w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami wykorzystującymi arsenek galu (GaAs) i krzem (Si). Półprzewodniki w technologii GaN posiadają znacznie szersze pasmo zabronione niż konkurencyjny arsenek galu czy krzem. Pozwala to na prace z wyższymi napięciami i w wyższej temperaturze, bez degradacji parametrów. Nowa technologia charakteryzuje się większą odpornością na wyładowania elektrostatyczne oraz znacznie niższą rezystancją termiczną w odniesieniu do technologii GaAs, co wpływa na wzrost niezawodności aktywnych elementów sieci. Dodatkową zaletą technologii GaN jest wyższa sprawność – podniesienie poziomu wyjściowego nie wiąże się ze zwiększeniem poboru mocy. Wyższy poziom wejściowy, jaki się uzyskuje w urządzeniach z tą technologią, może ułatwić wykorzystywanie zaawansowanych technik modulacji (DVB-C2) oraz zwiększyć przepustowość sieci na potrzeby nowych usług multimedialnych. Korzyści wynikające z wyższego poziomu wyjściowego, energooszczędności i odporności środowiskowej świadczą, że GaN wydaje się być idealną technologią stosowaną w produkcji węzłów optycznych lub wzmacniaczy szerokopasmowych, wykorzystywanych do budowy sieci nowej generacji HFC.

Korzyści dla operatorów kablowych

Jednym z najważniejszych parametrów używanych w symulacjach jest poziom mocy sygnałów transmitowanych w sieciach HFC. Zakładając pracę wzmacniacza w liniowym obszarze charakterystyki transmisyjnej, wysoki poziom wyjściowej mocy transmitowanego sygnału daje wysoki odstęp sygnału do szumu – CINR. Wysoki CINR zaś umożliwia efektywne wykorzystanie widma, dzięki zastosowaniu wysokowydajnych technik modulacji sygnału. W rezultacie takie wzmacniacze wspierają efektywne wykorzystanie dostępnego pasma, zgodnie z DVBC-2. Te parametry zostały osiągnięte w nowym prototypie wzmacniacza firmy VECTOR. W porównaniu z poziomami wyjściowymi tradycyjnych wzmacniaczy, opartych na technologii GaAs, nowe rozwiązanie daje 3dB wyższe poziomy wyjściowe, przy zachowaniu tego samego odstępu od intermodulacji i szumu – CINR i przy nie zwiększonym poborze mocy z sieci. Ta cecha nowego wzmacniacza GaN pozwala obniżyć pobór mocy systemu, zapewniając zgodność z zaleceniem Green IT ustanowionym przez UE.

Wzmacniacz nowej generacji – BETA PRO 33G

Prototyp nowego wzmacniacza BETA PRO 33G to urządzenie z dwoma aktywnymi wyjściami, dedykowane do zastosowań jako wzmacniacz liniowy lub dystrybucyjny.
Urządzenie może być elektronicznie sterowane, co umożliwia bezprzerwową regulację parametrów pracy wzmacniacza. Dodatkowym atrybutem rozwiązania jest wbudowany BY-PASS, pozwalający na pasywny podział sygnału wewnątrz wzmacniacza za pomocą odpowiedniej wkładki konfiguracyjnej.

Bardzo wysokie poziomy wyjściowe prowadzą do wzrostu pojemności sieci dzięki łatwemu wprowadzeniu nowych sposobów modulacji (proponowanych w DVB-C2) lub alternatywnie, redukują ilość aktywnych elementów sieci, w ten sposób bezpośrednio przyczyniając się do redukcji kosztów inwestycyjnych i operacyjnych. Dzięki poszerzeniu pasma do 1 GHz wzmacniacz BETA PRO 33G pozwala na dostarczanie większej liczby kanałów (w tym kanałów HD) oraz dostarczanie większej liczby usług (w tym VoD i kanały tematyczne) bez radykalnej i kosztownej przebudowy sieci.
Regulacja urządzenia została uproszczona dzięki wbudowanemu mikrokontrolerowi, co pozwala na bezprzerwową konfigurację wzmocnienia i nachylenia charakterystyki z wykorzystaniem przenośnego terminala BHHT (Basic Hand Held Terminal).

Możliwe jest wysterowanie parametrów wzmacniacza oraz ich zapamiętanie i późniejsze wyeksportowanie w formacie csv. Ułatwia to znacznie konfiguracje urządzeń sterowanych elektronicznie oraz eliminuje błędy w raportowaniu ustawień urządzeń konfigurowanych w polu.
Wzmacniacz BETA PRO 33G można wyposażyć w dodatkowy moduł transpondera NMS, który pozwala na monitorowanie parametrów pracy, co znacząco poprawia niezawodność całego systemu. Takie rozwiązanie pozwala nie tylko obniżyć koszty, ale także zmniejszyć ilość błędów w raportach i skrócić czas na ich sporządzenie.

Ważnym elementem, wspierającym obniżanie kosztów operacyjnych, jest rozwijany w VECTOR program energooszczędności – rozwiązania firmy (także BETA PRO 33G) mają wbudowane zasilacze z PFC (Power Factor Corrector) lub pracują na najnowszych hybrydach, co pozwala uzyskać takie same poziomy mowy wyjściowej, przy niemal 15-proc. obniżeniu poziomu zużycia energii.
Zaprojektowane przez VECTOR urządzenia przetestowano w sieciach operatorów biorących udział w projekcie. Ponadto przeprowadzono symulację wykorzystania urządzeń z zaimplementowaną technologią GaN w budowanych od podstaw i już istniejących sieciach.

Zastosowane technologii GaN w projektach stosowanych w sieciach HFC pozwala zwiększyć wyjściowe poziomy z 114 do przynajmniej 116dBµV. Poniżej przedstawiono oszacowanie kosztów dla aktywnych elementów sieci w następujących przypadkach:
– Fibrę Deep i węzeł + 1 up-grade sieci
– Węzły z jednym lub dwoma aktywnymi wyjściami
– Różne architektury dla wysokiej/niskiej/średniej gęstości w budynkach i obszarach testowych
– Sieci budowane od podstaw i istniejące (up-grade)

Korzyści wynikające z zastosowania technologii GaN: Sieci budowane od podstaw (Greenfield):
– Węzeł + 1 architektura – 8 proc. do 23 proc. redukcja liczbę wzmacniaczy dystrybucyjnych
– Fibrę Deep (węzeł-i- 0) – 9 proc. do 11 proc. redukcja ilości węzłów optycznych
– Redukcja kosztów CAPEX i OPEX

Sieci już istniejące – modernizowane (Brownfield):
– Liczba aktywnych komponentów się nie zmniejsza
– Bezproblemowy up-grade do 1 GHz (wyższe wzmocnienie i poziom wyjściowy)
– 100-proc. dostępność do aktywnych urządzeń

Wdrożenie technologii arsenku galu w wyjściowych stopniach wzmacniaczy RF i węzłów optycznych daje znaczące korzyści dla przemysłu kablowego. Nowa technologia pozwala uzyskać wyższą moc oraz stabilność termiczną w porównaniu z technologią GaAs. Wyższe dostępne poziomy wyjściowe RF pozwalają na redukcję kosztów CAPEX i OPEX – do 20 proc. podczas implementacji architektur Fibrę Deep lub pogłębiania penetracji światłowodem (węzeł +1). W modernizowanych sieciach, technologia GaN wspiera pracę w paśmie 1 GHz i/lub implementację bardziej zaawansowanych modulacji w sieci.