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E-Book

Datenübertragung im Kabelnetz

DOCSIS über Hybrid-Fibre-Coax

AutorAndres Keller
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl180 Seiten
ISBN9783540267928
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis62,99 EUR

Das Buch beschreibt die standardisierte Datenübertragung in Fernseh-Kabelnetzen. Dabei werden die funktionalen Details im Zusammenhang mit dem Kabelnetz erläutert. Basierend auf den DOCSIS Standards werden die technologischen Grundlagen im Zusammenspiel mit dem Kabelnetz (Hybrid Fibre Coax) aufgezeigt. Dieses Buch zeigt die relevanten Zusammenhänge, als eines der ersten in deutscher Sprache; trotzdem wurden viele international eingeführte englische Fachausdrücke belassen. Vorkenntnisse der Nachrichtentechnik und Mathematik sind hilfreich.



Andres Keller absolvierte sein Studium an der Hochschule für Technik in Zürich, Abschluss in Elektrotechnik, danach Tätigkeiten als Entwicklungsingenieur auf dem Gebiet der Breitbandkommunikation, im technischen Management, im internationalen Projektmanagement und für den Aufbau eines schweizweiten Glasfasernetzes für die übergeordnete und die regionale Verteilung von Daten, Radio- und Fernsehprogrammen. Heute befasst sich Herr Keller mit der Einführung von Geoinformationssystemen für die Dokumentation und Analyse von Leitungen und Anlagen sowie der Qualitätssicherung für das Hybrid-Fibre-Coax-Netz (Programm- und Datenübertragung) bei Cablecom, dem führenden Schweizer Kommunikationsnetzbetreiber. Herr Keller ist Mitglied beim IEEE und bei der SCTE.

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Leseprobe

15 Erhöhte Anforderungen an den Netzunterhalt (S. 165-166)

15.1 Störungsbehebung

Die Störungsbehebung befasst sich mit der raschen Behebung von Ausfällen. Ziel ist, den regulären Betrieb raschmöglichst wieder zu etablieren. Bei der Störungsbehebung müssen Ursachen und Massnahmen rapportiert werden. Diese Informationen werden ausgewertet und erlauben so eine Ausmerzung von Schwachstellen.

15.2 Präventiv-Unterhalt

Der präventive Unterhalt, auch Wartung genannt, hat zum Ziel, die zu erwartenden Störungen zu reduzieren und damit die Verfügbarkeit zu steigern. Dazu gehört auch die periodische Kontrolle vor Ort, um den Zugang im Störungsfall sicherzustellen. Der präventive Unterhalt erfordert ein klares Konzept, welches aus der detaillierten Störungsstatistik erarbeitet werden muss. Der zu erwartende Nutzen ist den Kosten gegenüber zu stellen.

15.3 Modifikationen
In einem Kabelnetz kann es immer wieder vorkommen, dass die Auswertung der Störungen und die Feststellungen anlässlich der präventiven Wartung Schwachstellen zeigen. Diese müssen dann analysiert und systematisch und im Rahmen des Change Managements in Wartungsfenstern (vereinbarte Blockzeit, während der das Netz abgeschaltet werden darf) angegangen werden. 15.4 Netz Upgrade Der Netz-Upgrade ist eine Investitions- und keine Unterhaltsmassnahme, weil er nicht den Status Quo sichert. Vielmehr geht es darum, einen bestimmten Teil des Netzes so anzupassen, dass weitere Resourcen nutzbar werden (z.B. grössere Bandbreite oder Rückwärtsübertragung).

15.5 Mitarbeiterschulung
Auch die Mitarbeiterschulung gehört zu den Aktivitäten, welche den Status Quo des Netzes sichern. Die zu schulenden Mitarbeiterkenntnisse verteilen sich auf folgende Bereiche: . Technisches (theoretisches und praktisches) Wissen über das Kabelnetz (Konzept, Planung, Bau, Unterhalt), . Wissen um die Zusammenhänge mit den transportierten Dienste, . Wissen über die Geografie des Kabelnetzes, . Kenntnis der Messtechnik, . Kenntnis der Abläufe.

15.6 Die Besonderheit im Zweiwegnetz

Während bei rein vorwärtsübertragenden Netzen die Überwachung und die präventiven Massnahmen noch eine untergeordnete Rolle spielten, so werden die Verhältnisse mit dem Vorhandensein eines Rückweges massiv komplexer. Im Gegensatz zum reinen Vorwärtsnetz bei dem Störungen nur am Netzende sehr lokal wirken und meist die Störungsverursacher treffen, pflanzen sich beim Hinzukommen des Rückweges die Störungen vom Netzende gegen die Kopfstation fort und legen schlimmstenfalls ganze Zellen für Dienste wie Internet oder Telefonie, lahm. Zur Entstörung, aber auch zum Präventivunterhalt gehören deshalb die permanente Überwachung des Rückweges und die erforderlichen Massnahmen zur Beseitigung des Ingress.

Damit der Ingress unter Kontrolle bleibt, ist ein Arsenal von Aktivitäten vorzuhalten: . Servicetechniker im Feld mit geeigenten Messgeräten, . Auswertung der erledigten Störungen bezüglich den Ursachen und Prüfung auf allfällig erforderliche Modifikationen am Netz oder an der Hausverteilanlage. Spektrumüberwachung mindestens an jeder Upstream Linecard, . Katalogisierung der Zellenzustände nach Ingressklassen und gezielte Massnahmen ergreifen, . Auswertung aller hilfreichen Daten aus den CMTS und aus den Modem. Für die Störungssuche müssen Methoden angewendet werden, welche ohne Unterbruch eine Diagnose erlauben. Arbeiten an intakten Netzabschnitten müssen in der Folge in ein Wartungsfenster gelegt werden. Störungen, die keine oder nur eine beschränkte Auswirkung auf den Kunden haben, sind vorzugsweise ebenfalls in ein Wartungsfenster zu legen. Selbstverständlich sind Störungen, wie Unterbrüche bei den Diensten, sofort behebbar. Wartungsfenster sind Zeiten, während denen wenig Kunden von Unterbrüchen betroffen sind und welche bekannt gemacht werden. Naturgemäss liegen solche Wartungsfenster in der Nacht.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhalt7
1 Einleitung12
1.1 Besonderheit Kabelnetz12
1.2 Begriff der Bandbreite13
1.3 Rauschen bei analoger und digitaler Übertragung14
2 Qualitätsanforderungen an das HFC-Kabelnetz16
2.1 Einführung16
2.2 Pegelrechnung16
2.2.1 Definitionen16
2.2.2 Absoluter Pegel17
2.2.3 Pegeltoleranz18
2.2.4 Pegelunterschied18
2.3 Rauschen19
2.3.1 Widerstandsrauschen19
2.3.2 Andere Arten des Rauschens20
2.4 Intermodulation CSO, CTB21
2.5 Normen und Spezifikationen21
2.5.1 Gesetz und Verordnung (Sammlung am Bsp. der Schweiz)21
2.5.2 Fremde Gesetzgebung (informativ von Bedeutung)22
2.5.3 Normen22
2.6 Elektromagnetische Verträglichkeit EMV24
2.6.1 Einstrahlung und Abstrahlung24
2.6.2 Ingress24
2.6.3 Radiowellen24
3 Technischer Aufbau des Kabelnetzes30
3.1 Technisches Konzept30
3.2 Aufbau des Kabelnetzes31
3.2.1 Glasfaserübertragung Kopfstation - Hub - Node31
3.2.2 Koaxiales Verteilnetz33
4 Analoge Modulation42
4.1 Frequenzbänder42
4.2 Amplitudenmodulation43
4.3 Spezielle Formen der Amplitudenmodulation44
4.4 Restseitenband-Modulation (Vestigial Sideband)45
4.5 Frequenzmodulation und Phasenmodulation47
5 Digitale Modulation50
5.1 Einführung50
5.1.1 Digitale Zahlendarstellung50
5.1.2 Datenrate51
5.2 Konstellationsdiagramm52
5.3 Wirkung von Störungen auf QAM53
5.4 Modulation Error Ratio MER54
5.4.1 Definition54
5.4.2 Ursachen56
5.5 Bitfehlerrate BER57
5.6 Zusammenhang MER und BER58
5.7 Umrechnung Eb/No in C/N58
6 Abriss der Informationstheorie60
6.1 Einführung60
6.2 Beispiele und Definitionen62
6.3 Zum Informationsgehalt digitaler Signale62
6.4 Informationsgehalt analoger Signale63
6.5 Codierungstheorie63
6.5.1 Definitionen und Begriffe63
6.5.2 Informationsübertragung67
6.6 Fehlerschutz71
6.6.1 Einführung71
6.6.2 Fehlererkennung72
6.6.3 Fehlerkorrektur72
7 Analoge Übertragung im Kabelnetz82
7.1 Rauschen82
7.2 Frequenzgang (lineare Verzerrungen)83
7.3 Intermodulation (nichtlineare Verzerrungen)83
7.4 Gruppenlaufzeit84
7.5 Brumm84
7.6 Reflexionen84
8 Protokolle86
8.1 Zweck von Protokollen86
8.2 Das OSI-Schichtenmodell86
8.3 Ethernet88
8.4 IP Protokoll Version IPv489
8.5 TCP Protokoll90
8.6 Internet Protokoll Architektur91
9 Unterscheidung von Netzen nach Zugriffsart94
9.1 Allgemeine Zugriffsverfahren94
9.1.1 Zeitmultiplex95
9.1.2 Frequenzmultiplex95
9.1.3 Spread Spectrum95
9.2 Spezielle Zugriffsverfahren99
9.3 Unterscheidung von Netzen nach Vermittlungsart100
9.3.1 Leitungsvermittlung100
9.3.2 Speichervermittlung101
10 Basisspezifikation für das Kabelnetz102
10.1 Frequenzbandbelegung102
10.2 DOCSIS Qualitätsanforderungen102
10.2.1 Auszug aus DOCSIS 1.1 Spezifikation102
10.2.2 Auszug aus EuroDOCSIS3 1.1 Spezifikation103
10.2.3 Zusatzanforderungen bei DOCSIS 2.0104
10.3 Definition Rauschabstand für DOCSIS im Upstream104
10.4 Spektrum-Überwachungssystem104
10.5 DOCSIS Betriebs-Geräuschabstand im Upstream105
10.6 Zielkriterien für den logischen Layer106
10.7 Weitere Entwicklung von DOCSIS107
11 DOCSIS Versionen108
11.1 Einführung108
11.2 DOCSIS 1.0108
11.3 DOCSIS 1.1109
11.4 DOCSIS 2.0109
11.4.1 Störungsunterdrückung durch Filter (ICF)110
11.4.2 Verbesserte Entzerrung für A-TDMA111
11.4.3 Verbesserte Burst-Acqusition für A-TDMA111
11.4.4 Verbesserte Fehlerkorrektur für Impulsstörungen111
11.4.5 S-CDMA111
11.5 Belegung des physischen DOCSIS Layers112
11.5.1 Varianten der DOCSIS-Kanalcodierung112
11.5.2 Übersicht DOCSIS Netz113
11.6 DOCSIS Referenz-Schema115
12 Verbindung zwischen Modem und CMTS118
12.1 Übersicht118
12.2 Erstmalige Anmeldung eines Modems beim CMTS120
12.2.1 Installation120
12.2.2 Downstream Kanalsuche120
12.2.3 Das Kabelmodem wartet auf SYNC Message120
12.2.4 Das Kabelmodem beschafft die Upstream Parameter121
12.2.5 Initial Ranging121
12.2.6 Automatische Modemeinstellung121
12.2.7 Zulassungsprozess122
12.2.8 Bandbreitenanforderung122
12.2.9 Bandbreiten-Zuweisungstabelle MAP122
12.2.10 IP-Verbindungsfähigkeit122
12.2.11 Time of Day123
12.2.12 Übertragung der Betriebsparameter123
12.2.13 Registrierung123
12.2.14 Baseline Privacy123
12.3 Einzelheiten zum Ranging126
12.3.1 Ranging-Ablauf126
12.3.2 Einstellen der Sendeleistung am Kabelmodem127
12.3.3 Contention Resolution128
12.4 Zusammenhang Ticks, Mini-Slots und Symbole128
12.5 Zugriffsverfahren im Rückweg130
12.6 Timeout Zähler131
12.7 Grenzen des Datendurchsatzes132
12.7.1 Im Downstream132
12.7.2 Im Upstream133
12.8 Aufbauen des IP-Layers134
12.9 Registrierung134
12.10 Data Link Encryption134
12.11 Quality of Service135
12.12 MAC Layer Fragmentation135
12.13 MAC Layer Concatenation135
12.14 Präambel135
12.15 Forward Error Correction136
12.15.1 Fehlerschutz im Downstream136
12.15.2 Fehlerschutz im Upstream137
12.16 Interleaving137
12.16.1 Aufgabe des Interleavings137
12.16.2 Interleaving im Downstream138
12.16.3 Interleaving im Upstream139
12.17 Scrambling139
12.18 Upstream Vergleich DOCSIS 1.x und 2.0139
12.19 Zusammenfassung der Modem Zustände140
13 Gestörte DOCSIS-Übertragung142
13.1 Ungenaue Pegelung im Vorwärtsweg142
13.2 Pegelfehler Im Downstream142
13.3 Schlechter Geräuschabstand142
13.4 Schlechtes Carrier-to-Junk-Ratio143
13.5 Headend Zusammenschaltung144
13.6 Zuviele Nodes auf einem Upstream Port145
13.7 Zuviele Kabelmodems an einem Upstream Port145
13.8 Mikroreflexionen145
13.9 Gruppenlaufzeit145
13.10 Common Path Distortion145
13.11 Laser Clipping148
13.12 Störungen durch Schwachstellen152
13.12.1 Material und Installation152
13.12.2 Planung, Material und Einstellungen152
13.12.3 Materialmängel und Alterung152
13.12.4 Äussere Ursachen für Ingress (Man Made Noise)154
14 Auswertungen aus CMTS und Kabelmodem156
14.1 Rauschabstand Downstream SNR156
14.2 Rauschabstand Upstream SNR158
14.3 Ermittlung der Codeword Error Rate CER163
14.4 Flap-List167
14.4.1 Insertions168
14.4.2 Hits and Misses168
14.4.3 Power Adjustments169
14.4.4 Auswertung169
14.4.5 Show Cable Abfrage Show cable Hop171
14.4.6 CPU Auslastung im CMTS172
14.5 Ausgewertete technische Informationen von CISCO173
15 Erhöhte Anforderungen an den Netzunterhalt176
15.1 Störungsbehebung176
15.2 Präventiv-Unterhalt176
15.3 Modifikationen176
15.4 Netz Upgrade176
15.5 Mitarbeiterschulung177
15.6 Die Besonderheit im Zweiwegnetz177
15.7 Fehlersuche durch Korrelation von Informationen178
15.8 Fehlersuche durch geografische Darstellung178
15.9 Flankierende Massnahmen180
15.9.1 Abfiltern von Liegenschaften ohne Zweiwegdienste180
15.9.2 Einsatz von Ingressblockern181
15.10 Objektive Funktionsüberwachung im DOCSIS Netz183
Literaturverzeichnis186

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