Es scheint klar, dass mittelfristig alles IP-basiert sein wird: Sprache, Daten, Video und sogar mobile Kommunikation – das sogenannte „IP Quadruple Play“. Wann und wie schnell das geschehen wird, lässt sich diskutieren, doch die Auswirkungen des deutlich höheren Bandbreitenbedarfs auf aktuelle und zukünftige Netzwerke sind unbestreitbar.
IP im und bis ins Haus wird unmittelbare Folgen für eine Vielzahl neuer Dienste und Anwendungen haben.

- Voice over IP (VoIP).
- IPTV.
- Musikvertrieb.
- Festplatten-Videorekorder.
- Video-on-Demand.
- High Definition TV (HDTV).
- Interaktives Fernsehen.
- Interaktive Dienste des Anbieters.
- Interaktive Sicherheitsdienste.

Von diesen Diensten benötigt Video die meiste Bandbreite und hat den größten Einfluss darauf, wie der Kunde die Qualität des angebotenen Dienstes wahrnimmt.

IPTV
– Was ist IPTV? Für viele bedeutet die Abkürzung Hunderte von Videokanälen auf Abruf, jederzeit und überall verfügbar. IPTV (Internet Protocol Television) beschreibt ein System, bei dem ein digitaler Fernsehdienst über das Internetprotokoll und eine Zugangsinfrastruktur bereitgestellt wird, die so einfach sein kann wie ein einfacher Breitbandanschluss. Für Privatkunden wird dieser Dienst oft zusammen mit einem Video-on-Demand-Dienst angeboten und manchmal mit Breitband-Datenzugang und VoIP-Diensten kombiniert, was als „Triple Play“ bekannt ist. Diese Dienste bieten Nutzern theoretisch die volle Kontrolle über ihr Multimedia-Erlebnis. Für viele Anbieter stellt IPTV jedoch eine neue Einnahmequelle durch die Bereitstellung fortschrittlicher Multimediadienste über ein Breitbandnetz dar.
IPTV wird parallel zum Übergang vom traditionellen analogen Fernsehen zum digitalen Fernsehen und allen zugehörigen Diensten ermöglicht, die nun ebenfalls vollständig digital sind. Fortschritte bei Videokomprimierungstechniken erleichtern die Bereitstellung von Standard- und HD-Videos (Bild und Ton). Das Wachstum der Bandbreite in Verbindung mit Verbesserungen der Komprimierungstechniken ermöglicht die Bereitstellung immer mehr Inhalte für eine wachsende Zahl von xDSL- und PON-Abonnenten.
In einem so wettbewerbsintensiven Betreiberumfeld stellt sich die Frage: Wie lässt sich IPTV am besten bereitstellen? Eine pauschale Antwort gibt es nicht. Die gängigsten Technologien sind heute ADSL2+, VDSL2, passive Glasfasernetze (PON), HFC-Netze (Hybrid-Kabelnetze) und auch Kombinationen dieser Technologien. Jede hat ihre Vor- und Nachteile.
Diese Studie untersucht die Schlüsselelemente von IPTV-Diensten in passiven PON-Netzen und konzentriert sich dabei auf die folgenden vier grundlegenden Aspekte:

Technologie: Welche Technologie wird benötigt und ist sie aktuell und mittelfristig verfügbar?
Kapazität: Worin unterscheiden sich die verschiedenen PON-Netzwerktypen? Erfüllen sie die erforderlichen Serviceanforderungen?
Kosten: Wie unterscheiden sich die Kosten der verschiedenen PON-Optionen?
Wirtschaftlichkeit: Zu welchem ​​Preis sollte der Dienst angeboten werden? Welche Auswirkungen hat dies auf den Umsatz? In welchem ​​Verhältnis stehen die Kosten?
Technologie:
Wir beginnen mit einem kurzen Überblick über die Geschichte von IPTV und beschreiben einige Standards, die die kombinierte Übertragung von Video und Audio über IP regeln. DBS (Digital
Broadcast Satellite Television) wird hier nicht so ausführlich behandelt. DBS ist ein allgemeiner Begriff für die Satellitenfernsehverteilung an Privatkunden. Er umfasst sowohl analoges als auch digitales Fernsehen sowie Radioempfang und beinhaltet zusätzliche Dienste wie eingeschränkte Video-on-Demand- und interaktive Dienste. Ein DBS-Dienst ist in der Regel ein kommerzieller Dienst oder eine Gruppe kostenloser Kanäle, die von einer Satellitenposition aus empfangen werden können und auf ein bestimmtes Land ausgerichtet sind.


Typischer xDSL-Einsatz und MPEG-Standards (Moving Picture Experts Group):
tablakronetablakroneMit den aktuellen Videokomprimierungstechniken können weder symmetrische SHDSL- noch asymmetrische ADSL-Systeme die für IPTV benötigte Bandbreite bereitstellen. ADSL2+ mit 26 Mbit/s und VDSL mit 50 Mbit/s bieten zwar höhere Bandbreiten, jedoch auf Kosten einer geringeren Reichweite. Abonnenten müssen sich in der Nähe der Vermittlungsstelle befinden, da die erreichbaren Geschwindigkeiten mit zunehmender Entfernung deutlich sinken. Viele Betreiber finden die Möglichkeit, IPTV über xDSL anzubieten, attraktiv, da sie bereits über bestehende Kupfernetze verfügen und die Bereitstellung des Dienstes dadurch sehr einfach ist. Eine der größten Herausforderungen ist jedoch die Übertragung herkömmlicher Fernsehkanäle und neuer HD-Kanäle über MPEG2. Mit MPEG2 benötigen HD-Kanäle etwa 20 Mbit/s pro Kanal, im Vergleich zu 2,5 bis 3,5 Mbit/s für SD-Fernsehkanäle.
MPEG4 ist die nächste Stufe der Komprimierungstechniken und ähnelt MPEG2. Es komprimiert hauptsächlich digitale Audio- und Videodaten (AV). MPEG-4, Ende 1998 eingeführt, bezeichnet eine Gruppe von Video- und Audiocodierungsstandards.
Zu den Diensten, die mit dem MPEG-4-Standard bereitgestellt werden, gehören Webvideo (Streaming), CD-Vertrieb, Videotelefonie und Fernsehübertragung. MPEG-4 nutzt Werkzeuge von MPEG-1 und MPEG-2 und erweitert diese um neue Funktionen wie die Virtual Reality Modeling Language (VRML), die 3D-Rendering unterstützt. Weitere Merkmale von MPEG-4 sind objektorientierte Programmierung (einschließlich Audio-, Video- und VRML-Objekten), Unterstützung für extern spezifiziertes Urheberrechtsmanagement und verschiedene Interaktivitätsformen wie Video-on-Demand. Die meisten Funktionen und Möglichkeiten von MPEG-4 stehen dem Entwickler zur Verfügung, der selbst entscheidet, ob er sie implementiert. Daher ist eine vollständige Implementierung aller Funktionen des Standards unwahrscheinlich. Demgegenüber stehen im Standard enthaltene Konzepte wie „Profile“ und „Levels“, mit denen sich bestimmte Funktionen oder Funktionalitäten festlegen und in spezifischen Anwendungen einsetzen lassen.

Der neue Standard H.264,
der bereits als Teil des MPEG-4-Standards (MPEG4 Part 10) und des neuesten Fiber-Table114-2-3ITU-Videokonferenzstandards ratifiziert wurde, ist für die Spezifikationen von HD-DVD und Blu-ray (den beiden hochauflösenden DVD-Formaten) obligatorisch und auch in den neuesten Versionen der DVB- (Digital Video Broadcasters) und 3GPP-Standards (3rd Generation Partnership Project) verankert. Zahlreiche Hersteller aus den Bereichen Rundfunk, Kabelfernsehen, Videokonferenztechnik und Elektronik setzen auf H.264 als Codec für ihre neuen Produkte und Dienstleistungen. Durch die breite Akzeptanz dieses offenen Standards können Unternehmen weltweit Geräte wie Mobiltelefone, Set-Top-Boxen und DVD-Player entwickeln, die die neuen HDTV-Spezifikationen unterstützen.
Ein Bereich, in dem MPEG4 Part 10 als notwendig etabliert wurde, ist die Video- und Audiokomprimierung. Dadurch wird die Signalübertragung über verschiedene Netzwerktypen und Übertragungsmechanismen vereinfacht (Tabelle 1).

Anforderungen an mehrere Videokanäle gleichzeitig:
Untersuchungen zu den Gründen für den Bedarf an mehreren Videokanälen pro Abonnent zeigen, dass dieser Bedarf nicht mit der Anzahl der Fernsehgeräte pro Haushalt zusammenhängt. Aktuell besitzen 98,2 % der Haushalte in den USA mindestens ein Fernsehgerät, 74,3 % davon sogar zwei oder mehr (Quelle: Nielsen Media Research).
Eine weitere Statistik belegt, dass vier von fünf heute verkauften Fernsehgeräten HDTVs sind (Quelle: Harvard Research). Tabelle 2 zeigt das Wachstum der HDTV-Nutzung pro Million Haushalte (Quelle: The Yankee Group).
Fiber-Table114-2-2Ein weiterer Treiber für digitale Videostandards ist die geplante Abschaltung des analogen Fernsehens im Jahr 2010. Die Analyse der Trends bei Fernsehvertrieben legt nahe, dass die Verbreitung von digitalem Video, insbesondere von hochauflösendem Digitalvideo, im Vordergrund stehen wird.

PON-Bandbreiten und Vergleich mit MPEG:
Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die IPTV-Unterstützung, die verschiedene PON-Topologien bieten, darunter BPON (Breitband-PON) mit Geschwindigkeiten von 622/1,2 Gbit/s, GEPON (Gigabit-Ethernet-PON) mit Downstream-Geschwindigkeiten von 1,2 Gbit/s und GPON (Gigabit-PON) mit Geschwindigkeiten von 2,4 Gbit/s.
Basierend auf dem in Tabelle 3 dargestellten Zeitplan sollten Bereitstellungsstrategien Technologien wie MPEG2 und BPON nutzen und gleichzeitig einen evolutionären Weg zu Technologien wie GEPON und GPON sowie MPEG4 gewährleisten.

PON -Fähigkeiten: Ziel der Untersuchung verschiedener PON-Topologien ist es, festzustellen, ob eine bestimmte PON-Implementierung die Bandbreitenanforderungen erfüllen kann. Dies ist nicht nur für die Teilnehmerseite, sondern auch für die Vermittlungsstelle wichtig, wo Multicast-Verfahren zum Einsatz kommen müssen. Die PON-Netzwerkkapazität muss eine maximale Auslastung ohne Videoblockierung gewährleisten. Die PON-Architektur muss so ausgelegt sein, dass sie den typischen Datenverkehr bewältigt und gleichzeitig die Dienstbereitstellung bei Spitzenlasten sicherstellt. Die PON-Netzwerkkapazität bestimmt die maximale Anzahl an Videokanälen pro Teilnehmer. Die Multicast-Fähigkeit ist jedoch entscheidend für die Bereitstellung der über das PON-Netzwerk nachgefragten Videodienste.

Abbildung 114-2-1


Wie in Abbildung 2 dargestellt, beeinflussen das gleichzeitige Senden von Kanälen an verschiedene Abonnenten sowie die regelmäßige Nutzung des Video-on-Demand-Dienstes die benötigte Bandbreite der Verbindung zwischen OLT und Endabonnent. Je nach Art des verwendeten Video-on-Demand-Dienstes können Multicast- oder Unicast-Verfahren eingesetzt werden.
Fiber114-2-2Multicast ermöglicht das Senden identischer Daten von einem Netzwerkknoten an eine variable Anzahl von Endnutzern. Im Gegensatz zu Unicast und Broadcast werden bei Multicast Informationen über einen einzigen Übertragungskanal an verschiedene Nutzer übertragen. Eine typische IP-Multicast-Übertragung wird zusätzlich dadurch erschwert, dass Nutzer der Übertragungsgruppe jederzeit beitreten oder sie verlassen können. Unicast bezeichnet die Übertragung einer einzelnen Protokolldateneinheit (PDU) von einer Quelle zu einem einzelnen Ziel. Im Fall von Video-Unicast handelt es sich um die individuelle Übertragung eines Kanals an einen Endnutzer. Eine Punkt-zu-Punkt-Unicast-Übertragung erfordert das Senden einer individuellen Kopie der Nachricht an jeden Endnutzer.
Mithilfe von Multicast-Verfahren kann ein PON-Netzwerk die Bandbreite besser verteilen und effizienter zuweisen. Umgekehrt benötigt die Verbindung zwischen dem OLT und dem Backbone-Netzwerk bei einer vollständig unicast-basierten Übertragung für alle Benutzer deutlich mehr Bandbreite.

Auslegung für spezifische Dienstgeschwindigkeiten:
Fiber114-2-3Die vom PON-Netzwerk genutzte Bandbreite hängt stark vom genutzten Dienst des Endkunden ab. Nicht alle PON-Netzwerke erreichen bei 100%iger Videonutzung ihre volle Kapazität. Wie Abbildung 3 zeigt, ergeben sich je nach genutztem Dienst erhebliche Unterschiede im Bandbreitenbedarf.
Zur Berechnung der Gesamtbandbreite werden in Abbildung 3 zwei verschiedene Servicepakete angeboten: Premium-Service mit 3 Standard-Videokanälen und 2 HD-Kanälen sowie Standard-Service mit 2 Standard-Videokanälen und 1 HD-Videokanal. Die Videokanäle sind mit MPEG2 codiert, wobei die HD-Kanäle mit 19,2 Mbit/s und die Standard-Videokanäle mit 3,5 Mbit/s codiert sind.
Fiber114-2-4Abbildung 4 zeigt vier PON-Bereitstellungsgruppen (I, II, III und IV), die die gleiche Bandbreite pro Endnutzer bereitstellen. Unten ist das Verhältnis der Abonnenten pro OLT-Port dargestellt.
Die effektive PON-Kapazität gibt die Anzahl der verschiedenen Videokanäle an, die pro Endnutzer bereitgestellt werden können. Es misst die tatsächliche Netzwerkkapazität, indem es die Auswirkungen der Videokomprimierung und der Bereitstellungsgruppen kombiniert.

Kostenkomponenten
eines PON-Netzwerks:
Die Kosten für PON-Netzwerkkomponenten und -schnittstellen werden sich im Laufe der Zeit zweifellos verändern. Aktuell ist der Einsatz eines typischen BPON-Netzwerks Fiber114-2-5deutlich günstiger als der eines GEPON- oder GPON-Netzwerks, was auf die ausgereifte Technologie und die Verfügbarkeit geeigneter Chipsätze zurückzuführen ist. Im Kosten-Nutzen-Verhältnis könnte BPON jedoch Schwierigkeiten haben, die Anforderungen und die Unterstützung von Video over IP adäquat zu erfüllen. Betrachtet man die Gesamtkosten eines PON-Netzwerks, so machen die Kosten für die Vermittlungsstellenausrüstung inklusive Installation maximal 8 % der Gesamtkosten aus. Die Hardware für den Außenbereich und deren Installation verursachen hingegen 40 % der Gesamtkosten. Der letzte Teil des Netzwerks, der die Teilnehmergeräte (CPE, Customer Premises Equipment) sowie die Installation der Hausanschlüsse und der zugehörigen Ausrüstung umfasst, macht bis zu 50 % der Gesamtkosten aus.
Fiber114-2-6Die Kosten für die PON-Kopfstellenausrüstung setzen sich im Wesentlichen aus drei Komponenten zusammen: den Kosten für die Schnittstelle zu den Videoservern, den Kosten für die OLT-Endgeräte und den Kosten für die Schnittstelle zum Zugangsnetz. Studien belegen einen klaren Zusammenhang zwischen der Zugangsnetzschnittstelle und den Gesamtkosten der Lösung. Ein höheres Aufteilungsverhältnis, eine höhere Bandbreite und neuere Technologien führen zu höheren Schnittstellenkosten.
Wie bereits erwähnt, sind die Kosten für BPON aufgrund der technologischen Reife und der hohen Nutzungszahlen rapide gesunken. Für GPON wird hingegen eine deutlich stärkere und schnellere Kostenreduzierung erwartet. Dies ist auf die Unterstützung von 64 Teilnehmern pro Leitung und den Einsatz von Technologien wie MPEG4 zurückzuführen.

PON-Umsatz
Fiber114-2-7Beim Vergleich verschiedener PON-Implementierungen und -Architekturen für eine Rentabilitätsanalyse sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

1) Es handelt sich um einen Netzausbau in einem neuen Gebiet, in dem ich der einzige Anbieter sein werde und daher mit einer 100%igen Marktdurchdringung rechnen kann.
2) Ich modernisiere mein bestehendes Netzwerk, habe also bereits Sprach- und Datenkunden, und die einzigen zusätzlichen Einnahmen, die ich erwarten kann, stammen aus Videodiensten.
3) Ich baue mein Netzwerk um, um zu verhindern, dass Wettbewerber in dieses Gebiet vordringen.

Triple-Play-Dienste stellen eine wichtige Einnahmequelle dar, daher könnte eine Verzögerung des Ausbaus erhebliche Opportunitätskosten verursachen.
Abbildung 7 zeigt, dass die Investitionsausgaben für PON-Architekturen im Jahr 2005 die Einnahmen überstiegen (Quelle: Verizon, veröffentlichte Finanzergebnisse).
Fiber114-2-8Bei der Untersuchung der Marktdurchdringung neuer PON-Dienste wird davon ausgegangen, dass 40 % der Neukunden Videodienste und 64 % Hochgeschwindigkeitsinternet abonnieren werden – und zwar bis 2010. Ein Anstieg der neuen Triple-Play-Dienste um 40 % entspricht einem Umsatzanstieg von 60 % bzw. 1,8 Millionen US-Dollar pro Wohneinheit für jeweils 2.000 angeschlossene Haushalte (Quelle: Yankee Group, Prognosen für 2006–2010).


Zusammenfassung:
Mit den aktuellen Komprimierungstechniken bieten weder VDSL noch ADSL2+ die erforderliche Bandbreite für die Übertragung mehrerer IPTV-Kanäle. Bei Verwendung der MPEG2-Komprimierung benötigt ein HD-Kanal 19,2 Mbit/s, ein Standard-Fernsehkanal hingegen nur 3,5 Mbit/s. Selbst das Umschalten des Kanals per Fernbedienung zu Hause verursacht bei DSL Verzögerungen, da der übertragene Kanal gewechselt werden muss. Dies führt selbst bei VDSL zu einer Verzögerung.
Als Alternative zu xDSL bieten PON-Netzwerke deutlich höhere Bandbreiten und größere Reichweiten. Mehrere Kunden können über eine einzige Glasfaser mit optischen Splittern versorgt werden, und die Netzwerkkonfiguration ist sehr flexibel. Je nach eingesetzter PON-Netzwerkversion können die Download-Geschwindigkeiten über eine einzelne Glasfaser zwischen 622 Mbit/s und 2,488 Gbit/s liegen, mit Aufteilungsverhältnissen von 1:16 bis 1:128. Ein GPON-Netzwerk mit 2,488 Gbit/s und einem Aufteilungsverhältnis von 1:32 bietet 77,75 Mbit/s pro Kunde und ist damit ein sehr attraktives Angebot für Videodienste. Doch selbst mit GPON-Bandbreite ist die Bereitstellung von HDTV-Kanälen kompliziert, es sei denn, MPEG4 wird für die Verteilung verwendet.


Schlussfolgerungen
– Traditionelle Telefonanbieter müssen ihr Dienstleistungsangebot anpassen und sich angesichts der Konkurrenz durch Kabelnetzbetreiber deutlich stärker auf Video konzentrieren.
– Video-on-Demand (VoD) und hochauflösendes Fernsehen (HDTV) gewinnen täglich an Bedeutung, und ihr Bandbreitenbedarf macht den Aufbau einer robusten Glasfaserinfrastruktur unerlässlich.
– Die Anzahl der Fernsehgeräte pro Haushalt wird nicht mehr der entscheidende Faktor für die benötigte Bandbreite pro Nutzer sein; stattdessen werden die Anzahl der Kanäle pro Haushalt und die Anforderungen an HD-Qualität ausschlaggebend sein.
– ADSL2+ und VDSL haben zwar als Hebel für den schnellen Markteintritt mit neuen Diensten gedient, doch die Notwendigkeit, im Videobereich mit einem gleichwertigen Angebot wie Kabelnetzbetreiber konkurrieren zu können, bedeutet, dass kupferbasierte Technologien mittelfristig kaum wettbewerbsfähig sein werden.
– PON-Architekturen bieten ausreichend Bandbreite, um heute im Videobereich konkurrenzfähig zu sein, unabhängig davon, ob MPEG4 verwendet wird oder nicht.
– Die Art der angebotenen PON-Bandbreite wird durch die Leitungsgeschwindigkeit der Karten, das Split-Ratio und die verwendete Videokomprimierung bestimmt und nicht allein durch die Wahl zwischen BPON, GEPON und GPON.
Video macht einen sehr bedeutenden Anteil des potenziellen Umsatzes aus Triple- und Quadruple-Play-Diensten aus.
– Durch Untätigkeit oder Verzögerungen bei der Implementierung neuer Triple-Play-Dienste über PON-Architekturen können erhebliche Opportunitätskosten entstehen.

 

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José Luis González. Technischer Direktor ADC Krone Iberia