fbpx

מצמדים בעלי כיווניות גבוהה מבודדים נתיבי העלאה/ הורדה במערכות DOCSIS® 3.1 שפועלות בדופלקס מלא

“WeiPing Zheng, Steven Scheinkopf, Jeremy Cortez, and Brandon Kaplan/Mini-Circuits”

הרקע: הדחיפה לכיוון שירות רחב פס סימטרי בריבוי ג’יגה סיביות

העלייה המתמדת בדרישה לשירותי נתונים רחבי פס עבור צרכנים וארגונים, מניעה את המאמצים של החוקרים, המפעילים וספקי החומרה בתעשיית הכבלים, להרחיב את תקן DOCSIS 3.1, על מנת שיוכלו להציע שירות סימטרי בריבוי ג’יגה סיביות דרך הרשתות ההיברידיות של כבלים קואקסיאליים וסיב אופטיים (HFC). הגרסה הקיימת של התקן מאפשרת קיבולת הורדה (downstream) שמגיעה עד 10 ג’יגה סיביות בשנייה, אבל קיבולת ההעלאה (upstream) עדיין מוגבלת במהותה, אל מתחת ל- 1 ג’יגה סיביות בשנייה. בתקן DOCSIS 3.1 משתמשים בשידור דופלקס (דו כיווני) בחלוקת תדרים (Frequency division duplexing – FDD) על מנת לחלק את רוחב הספקטרום המוקצה (5 עד 1220 מגה הרץ) ולהפריד בין תעבורת האותות של ההעלאה לזו של ההורדה. רוחב הפס של ההעלאה, שמגיע בדרך כלל 5 עד 85 מגה הרץ, מציב מגבלות מובנות על קיבולת הנתונים של נתיב ההחזרה, ומעמיד מחסום בפני יישומים חדשים שלהם נדרשת מהירות העלאה גבוהה יותר.

התעשייה הגיבה למחסום זה, שהופיע במלוא עוצמתו, בחיפוש אחר האפשרות ליישם את התקשורת בדופלקס מלא לפי תקן DOCSIS 3.1 – יישום אשר מאפשר לתעבורת האותות של ההעלאה ושל ההורדה להשתמש באותו חלק של הספקטרום באותו זמן, ובכך להכפיל את יעילות השימוש בספקטרום. מרגע שפורשים את טכנולוגיית דופלקס מלא בתקן DOCSIS 3.1 על פני רשתות HFC שפועלות ב- 1 ג’יגה הרץ, היא יכולה בסיכומו של דבר להגיע לקיבולת של 10 ג’יגה סיביות בשנייה, הן בכיוון ההעלאה וגם בכיוון ההורדה. מאז ההכרזה של CableLabs בשנת 2016 על ההכנסה של תקן DOCSIS 3.1 בדופלקס מלא לפרוייקט בשלב מחקר ופיתוח, חברי CableLabs וספקים חשובים פתחו בשיתוף פעולה בהיקף גדול, על מנת להגדיר את המפרט ולפתח ארכיטקטורות מערכת חדשות, על מנת להגיע לביצועי תקשורת סימטרית בריבוי ג’יגה סיביות על פני רשתות רחבות פס.

האתגר: בידוד בין האותות בכיוון לפנים ובין האותות בכיוון לאחור במערכות הפועלות בתקן DOCSIS 3.1 בדופלקס מלא

מאחר שצומתי רשתות משדרים בעוצמת אות גבוהה וקולטים בהספק אות נמוך על פני אותן תדירויות, אחד האתגרים הטכנולוגיים הקיימים בעבודה במערכות DOCSIS 3.1 בדופלקס מלא הוא הנטייה של האות המשודר לזלוג אל תוך נתיב הקליטה. אם, למשל, האות בנתיב ההעלאה יזלוג אל תוך שרשרת האותות בנתיב ההורדה, הוא עלול להיות מוזן חזרה דרך מגבר אותות CATV ולגרום למכפלות של אפנון הדדי (intermodulation) ולסוגים אחרים של הפרעות. לכן למערכת יהיה צורך בחלקי מעגל שיאפשרו מעבר בקרבה רבה של אותות בכיוון לפנים ואותות בכיוון לאחור דרך צומתי רשתות עם בידוד שיספיק כדי למנוע זליגה בין הנתיבים.

על מנת לענות על בעיה זו, חברת Mini–Circuits פעלה בשותפות עם מפעילי רשתות רחבות פס ועם ספקי חומרה, על מנת לפתח מצמדים כיווניים רחבי פס ל- 75 אוהם בעלי בידוד גבוה שימנעו זליגה בין האותות המועברים בכיוון לפנים לבין האותות המועברים בכיוון לאחור, בתוך צומתי הרשתות. בכיוון לפנים, אותות ההורדה מוזרקים דרך חיבור port המצומד אל תוך הקו הראשי, לכיוון האתר של המנוי. בכיוון לאחור, אותות ההעלאה מוזרקים אל תוך הקו הראשי לעבר מערכת שידור הקצה (head end). הקושי הוא בתכנון מצמד רחב פס, שיהיה לו מספיק בידוד בין חיבור port המצומד לבין חיבורי port של הכניסות והיציאות, כדי למנוע זליגה של האות המוזרק אל תוך הנתיב שממול

דרישות המערכת כוללות תדירות פעולה של 5 עד 1218 מגה הרץ בכניסה וביציאה, טווח תדירויות בצימוד בין 40 ל- 780 מגה הרץ ובידוד אופייני (כניסה ויציאה – חיבורי port מצומדים) של 30 dB עד 35 dB או טוב יותר, עד 780 מגה הרץ. קבלת דרגה כזו של בידוד על פני טווח תדירויות כה רחב היא אתגר לא פשוט, אך אנו, בחברת Mini–Circuits, העלינו את רמת המומחיות שלנו בתכנון, בתוך החברה, לפיתוח דגם SYDC–8–122–75+, מצמד כיווני ל- 75 אוהם מסוג שנאי להתקנה משטחית שמיועד לתמוך בדרישות של מערכות DOCSIS 3.1 הפועלות בדופלקס מלא.

בנתוני הבדיקה של מצמד זה מופיעים בידוד גדול יותר מ- 40 dB עד 1000 מגה הרץ וגדול מ- 30 dB עד 1220 מגה הרץ, בגבול העליון של פס תדירויות היישום של DOCSIS 3.1. לתכנון זה יש יחס צימוד של 8.9 dB עם שטיחות (flatness) של ± 0.5 dB על פני הטווח של 5 עד 750 מגה הרץ, ושטיחות של ± 0.9 dB על פני טווח של 5 עד 1218 מגה הרץ. המצמד מספק יכולת טיפול בהספק כניסה של 1 וואט בת”ר (RF), הפסדים אופייניים של 1.4 dB בנתיב העיקרי (mainline) והפסדי החזרה אופייניים של 18 dB (כניסה/ יציאה/ צימוד). המצמד מסופק כשהוא נתון במארז פלסטי זעיר

(0.38 x 0.50 x 0.25″) ומותקן על בסיס חיווט במעגל מודפס רב שכבתי (printed wiring laminate) עם חיבורי ליפוף (wraparound termination) למען יכולת הלחמה מצוינת

“איור 2: מארז של SYDC–8–122–75+”

הבידוד יוצא הדופן שקיים על פני טווח תדירויות רחב, הצימוד השטוח והשילוב של מאפייני ביצועים אחרים הופכים את SYDC-8-122-75+ למועמד המתאים ביותר לבידוד נתיבי העלאה והורדה במערכות DOCSIS 3.1 שפועלות בדופלקס מלא.

המסקנות: פיסה אחת מתוך פאזל מורכב

התקן DOCSIS 3.1 בדופלקס מלא מציב כמה אתגרים חדשים אשר ספקי שירות בכבלים והספקים שלהם פועלים בהתמדה, על מנת להתגבר עליהם. בידוד נתיבי האותות בצומת בין הנתיב לפנים לנתיב לאחור הוא אחד האתגרים החשובים ביותר, שהם ייחודיים לתקשורת בדופלקס מלא, ונדרשת לו יכולת חדשנית כדי לפתור בעיות ברמת הרכיבים. SYDC–8–122–75+ של Mini–Circuits מאפשר לארכיטקטים של מערכות לבודד באופן יעיל את האותות בין הנתיב לפנים לנתיב לאחור שפועלים באותה תדירות, ולמנוע זליגה של אותות, שאם לא כן, הייתה מובילה לבעיות מערכתיות.

המימוש המוצלח של תקן DOCSIS 3.1 בדופלקס מלא תלוי, בסיכומו של דבר, במגוון רחב ומורכב של גורמים. Mini–Circuits גאה לתרום פיסה אחת לפתרון הפאזל הזה, ולמלא תפקיד במאמצים המשותפים של תעשיית הפס הרחב להביא לשוק קישוריות מהירה יותר.

המצמד הכיווני SYDC–8–122–75+ בעל הכיווניות הגבוהה הוא דוגמה ליכולת שלנו להגיב לדרישות מערכת מאתגרות וייחודיות ליישום עם מומחיות טכנית, גמישות וסבבי תגובה מהירים.

מקורות מידע

[1] Hamzeh, B. (2016, February 16).Full Duplex DOCSIS® 3.1 Technology: Raising the Ante with Symmetric Gigabit Service. מתוך http://www.cablelabs.com/full-duplex-docsis-3-1-technology-raising-the-ante-with-symmetric-gigabit-service/
[2] Hamzeh, B. (2016, September 20). Full Duplex DOCSIS® 3.1 Specification Effort Launches. מתוך http://www.cablelabs.com/full-duplex-docsis-3-1-specification-effort-launches
[3] Shulman, S. and Kurtz, B. (2017). Full Duplex DOCSIS® 3.1 Evolves Networks with Faster Speeds. מתוך https://www.intel.com/content/www/us/en/smart-home/connected-home/full-duplex-docsis-cable-paper.html