Datenübertragung im Kabel netz

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1 Andres Keller Datenübertragung im Kabel netz DOCSIS über Hybrid-Fibre-Coax 4y Springer

2 Inhalt 1 Einleitung Besonderheit Kabelnetz Begriff der Bandbreite Rauschen bei analoger und digitaler Übertragung 3 2 Qualitätsanforderungen an das HFC-Kabelnetz Einführung Pegelrechnung Definitionen Absoluter Pegel Pegeltoleranz Pegelunterschied Rauschen Widerstandsrauschen Andere Arten des Rauschens Intermodulation CSO, CTB Normen und Spezifikationen Gesetz und Verordnung (Sammlung am Bsp. der Schweiz) Fremde Gesetzgebung (informativ von Bedeutung) Normen Elektromagnetische Verträglichkeit EMV Einstrahlung und Abstrahlung Ingress Radiowellen 13 3 Technischer Aufbau des Kabelnetzes Technisches Konzept Aufbau des Kabelnetzes Glasfaserübertragung Kopfstation - Hub - Node Koaxiales Verteilnetz 22 4 Analoge Modulation Frequenzbänder Amplitudenmodulation Spezielle Formen der Amplitudenmodulation Restseitenband-Modulation (Vestigial Sideband) Frequenzmodulation und Phasenmodulation 36

3 VIII Inhalt 5 Digitale Modulation Einführung Digitale Zahlendarstellung Datenrate Konstellationsdiagramm Wirkung von Störungen auf QAM Modulation Error Ratio MER Definition Ursachen Bitfehlerrate BER Zusammenhang MER und BER Umrechnung Eb/N 0 in C/N 47 6 Abriss der Informationstheorie Einführung Beispiele und Definitionen Zum Informationsgehalt digitaler Signale Informationsgehalt analoger Signale Codierungstheorie Definitionen und Begriffe Informationsübertragung Fehlerschutz Einführung Fehlererkennung Fehlerkorrektur 61 7 Analoge Übertragung im Kabelnetz Rauschen Frequenzgang (lineare Verzerrungen) Intermodulation (nichtlineare Verzerrungen) Gruppenlaufzeit Brumm Reflexionen 73 8 Protokolle Zweck von Protokollen Das OSI-Schichtenmodell Ethernet IP Protokoll Version IPv TCP Protokoll Internet Protokoll Architektur 80 9 Unterscheidung von Netzen nach Zugriffsart Allgemeine Zugriffsverfahren Zeitmultiplex Frequenzmultiplex 84

4 IX Spread Spectrum Spezielle Zugriffsverfahren Unterscheidung von Netzen nach Vermittlungsart Leitungsvermittlung Speichervermittlung Basisspezifikation für das Kabelnetz Frequenzbandbelegung DOCSIS Qualitätsanforderungen Auszug aus DOCSIS 1.1 Spezifikation Auszug aus EuroDOCSIS 1.1 Spezifikation Zusatzanforderungen bei DOCSIS Definition Rauschabstand für DOCSIS im Upstream Spektrum-Überwachungssystem DOCSIS Betriebs-Geräuschabstand im Upstream Zielkriterien für den logischen Layer Weitere Entwicklung von DOCSIS DOCSIS Versionen Einführung DOCSIS DOCSIS DOCSIS Störungsunterdrückung durch Filter (ICF) Verbesserte Entzerrung für A-TDMA Verbesserte Burst-Acqusition für A-TDMA Verbesserte Fehlerkorrektur für Impulsstörungen S-CDMA Belegung des physischen DOCSIS Layers yarianten der DOCSIS-Kanalcodierung Übersicht DOCSIS Netz DOCSIS Referenz-Schema Verbindung zwischen Modem und CMTS Übersicht Erstmalige Anmeldung eines Modems beim CMTS Installation Downstream Kanalsuche Das Kabelmodem wartet auf SYNC Message Das Kabelmodem beschafft die Upstream Parameter Initial Ranging Automatische Modemeinstellung Zulassungsprozess Bandbreitenanforderung Bandbreiten-Zuweisungstabelle MAP IP-Verbindungsfähigkeit 111

5 X Inhalt Time of Day Übertragung der Betriebsparameter Registrierung Baseline Privacy Einzelheiten zum Ranging Ranging-Ablauf Einstellen der Sendeleistung am Kabelmodem Contention Resolution Zusammenhang Ticks, Mini-Slots und Symbole Zugriffsverfahren im Rückweg Timeout Zähler Grenzen des Datendurchsatzes Im Downstream Im Upstream Aufbauen des IP-Layers Registrierung Data Link Encryption Qualityof Service MAC Layer Fragmentation MAC Layer Concatenation Präambel Forward Error Correction Fehlerschutz im Downstream Fehlerschutz im Upstream Interleaving Aufgabe des Interleavings Interleaving im Downstream Interleaving im Upstream Scrambling Upstream Vergleich DOCSIS 1.x und Zusammenfassung der Modem Zustände Gestörte DOCSIS-Übertragung Ungenaue Pegelung im Vorwärtsweg Pegelfehler Im Downstream Schlechter Geräuschabstand Schlechtes Carrier-to-Junk-Ratio Headend Zusammenschaltung Zuviele Nodes auf einem Upstream Port Zuviele Kabelmodems an einem Upstream Port Mikrorefiexionen Gruppenlaufzeit Common Path Distortion Laser Clipping Störungen durch Schwachstellen Material und Installation 141

6 XI Planung, Material und Einstellungen Materialmängel und Alterung Äussere Ursachen für Ingress (Man Made Noise) Auswertungen aus CMTS und Kabelmodem Rauschabstand Downstream SNR Rauschabstand Upstream SNR Ermittlung der Codeword Error Rate CER Flap-List Insertions Hits and Misses Power Adjustments Auswertung Show Cable Abfrage Show cable Hop CPU Auslastung im CMTS Ausgewertete technische Informationen von CISCO Erhöhte Anforderungen an den Netzunterhalt Störungsbehebung Präventiv-Unterhalt Modifikationen Netz Upgrade Mitarbeiterschulung Die Besonderheit im Zweiwegnetz Fehlersuche durch Korrelation von Informationen Fehlersuche durch geografische Darstellung Flankierende Massnahmen Abfiltern von Liegenschaften ohne Zweiwegdienste Einsatz von Ingressblockern Objektive Funktionsüberwachung im DOCSIS Netz 172 Literaturverzeichnis 175