KATHREIN Seminar. Interaktive Breitbandnetze HFC

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1 KATHREIN Seminar Interaktive Breitbandnetze HFC 1

2 Inhaltsverzeichnis Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Frequenzbandbelegung / Interaktiver-Netze Cenelec-Raster UFOplus Kopfstellentechnik/ Planungsdaten Aufbereitung von analogen und digitalen Signalen Ausgangspegel und C/N-Wert einer Kopfstelle Optische Übertragung Physikalische Grundlagen 1310 / 1550 nm-technik Optische Verteilnetzstruktur (Redundant) Vor- /Rückwegübertragung Optische Systeme (Sender, Empfänger) Optischer Verteilpunkt Koaxiale Übertragung Schnittstellen-Bedingungen, BK-450/ BK- 860 MHz 2

3 City-Netze in HFC-Struktur Gf. Gf-Vr Gf. Koax Vr Koaxkabel Drop Kabel Glasfaser Fernspeiseverbindung 3

4 Inhaltsverzeichnis Koaxiale Übertragung Betriebsparameter-Festlegung von Verstärkern Berechnungsformeln für Kaskaden Kaskadenschaltung Kenndaten am Gebäude-Übergabe-Punkt KOM 2 CATV Element Management System Status-Monitoring System Abschluss-Diskussion 4

5 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Breitband-Kommunikations-Technik 5

6 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Bestehende Netzwerke Koaxialnetzwerke in Baumstruktur Bandbreiten von 300/450/606 MHz Kaskadierte Verstärker (bis zu 70!!) Keine Rückwegnutzung, nur Broadcast Nur Verbreitung von analogen Programmen Signalqualität Keine Überwachung 6

7 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Lösung: Hybrid-Fibre-Coax Optische Übertragungen Kurze koaxiale Verteilnetze Rückwegübertragung Sternstruktur Breitbandtechnologie (862 MHz) Beste Signalqualität Digitale Dienste Redundanz Netzüberwachung / Status monitoring 7

8 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Vorteile Höhere Qualität auf dem "Informations-Highway Mehr Service im Netz Interaktives TV Internet access Daten Service Kabel Telefonie 8

9 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax meint: Optische Übertragungssysteme Kurze Koaxverteilnetze Reduzierte Anzahl von aktiven Komponenten Verbesserte Zuverlässigkeit Netzüberwachung / Status monitoring 9

10 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Neue Dienste: Mehr Profit für Kabelnetzbetreiber 10

11 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax meint: Geringere Betriebskosten 11

12 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax-Struktur Verteil Center (ODP) Optische Nodes (ONU) Optische Sendestelle (OLT) Koaxiales Verteilnetz Optisches Zuführungsnetz Optisches Verteilnetz 12

13 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax-Struktur Optisches Zuführungsnetz Kopfstelle Optische Sendestelle (OLT) 1550 oder 1310 nm Verteil-Center (ODP) Versorgungsbereich bis 100 km 13

14 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax-Struktur Optisches Verteilnetz Verteil-Center (ODP) Optische Verteilung 1550 oder 1310 nm Optische Nodes (ONU) Versorgungsradius abhängig vom optischen Verteilfaktor 14

15 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen Hybrid-Fibre-Coax-Struktur Koaxiales Verteilnetz Optischer Node (ONU) Verteilnetzverstärker Abzweiger, Multi-Abzweiger, Verteiler Hausanschluss-Verstärker Modemsteckdosen 15

16 Analyse bestehender Netzwerke/ Vorteile von HFC- Strukturen b 2.2 c 2.2 d 3 4 BKVtSt übkvrst bbkvrst ÜP AD MUX QPSK mod QPSK demod QAM mod PAL mod Koax-Struktur ÜP e e o o e e HFC-Struktur neu 16

17 Frequenzbandbelegung / Interaktiver Netze Bandbelegung interaktiver Kabelnetze Downstream: Vorwärtsbereich zum Teilnehmer KOM Band 1 UKW USB, BIII, OSB, ESB, BIV/V TV+Audio Verteildienste (analog+digital) Datendienste 862 Datendienste f(mhz) Upstream: Rückwegbereich vom Teilnehmer KOM = Netzüberwachung/ Telemetriesignale 17

18 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das modulare Aufbereitungssystem für analoge und digitale TV- und Radioprogramme 18

19 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten UFOplus Größtmögliche Flexibilität Kleinster Platzbedarf Vormontierte Einheiten Durch TGZ 10 einfache 19 -Montage Einfach zu erweitern Keine Verbindungskabel (Bus) Nachbarkanaltauglich Frei programmierbar Fernsteuerbar durch USW 10 Schaltbarer Eingangsverteiler H/V LNB-Versorgung schaltbar 19

20 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten UFOplus TV-Aufbereitungen DVB-Transmodulator QPSK-QAM DVB-Transcoder QPSK-PAL Analoge Sat-TV-Aufbereitung Ton-Aufbereitungen Sat-Ton-Aufbereitung Wegener/ADR Bereichsverstärker UKW-Umsetzer 20

21 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das System UFOplus im 19 -Gestell Hohe Packungsdichte je Gestell Front- und rückseitig montierbar Kompletter Aufbau mit Einmessung, Programmierung (optional) 21

22 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das System 19 -Montage Baugruppenträger TGZ 10 Variable Bestückung: - 2* Netzteile/Steuerung und 6* Kanalzüge oder -12* Kanalzüge Bus -Verbindungsleitungen zwischen den Ebenen einfach aufsteckbar 22

23 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das System Grundeinheit UFG 600 Netzteil/Steuerung und Sammelfeld für 6 Kanalzüge 23

24 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das System Erweiterungseinheit UFG 602 Komplett mit Netzteil und Ausgangssammelfeld 24

25 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Das System Eingangsverteiler UFS 166 Ausgangssammelfeld UFS 206/216 Eingangsverteiler UFS fach mit 2 Durchschleifausgängen Polarisation H/V wahlweise schaltbar Ausgangssammelfeld 6-fach Sammelfeld aktiv/passiv UFS 206/216 Durchschleifeingang zum Kaskadieren 25

26 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Die Komponenten DVB-Aufbereitung VHF/UHF DVB-Transmodulator DVB-Transmodulator TP DVB-Transcoder QPSK-QAM QPSK-QAM QPSK-PAL 26

27 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Die Komponenten TV Aufbereitung analog Sat-TV-Kanalzug mono Sat-TV-Kanalzug stereo TV-Umsetzer TV-Umsetzer TV-Umsetzer TV-Umsetzer MHz MHz B I-VHF VHF-VHF UHF-VHF UHF-UHF 27

28 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Die Komponenten Ton Aufbereitung analog/digital UKW Bereichsverstärker UKW UKW Modulator NF-UKW UKW Umsetzer UKW-UKW (UKW-MPX-UKW) Sat-Tonaufbereitung Sat-UKW (ADR und Wegener) 28

29 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten Gerät TV-Aufbereitung analog TV-Aufbereitung digital Ton Aufbereitung TV-Umsetzer max. Betriebspegel 95 dbuv 85 dbuv 95 dbuv 95 dbuv Einstellbereich der Betriebspegel pro Kanal - 10 db Eingangspegel dbuv dbuv Zulässige Umgebungstemperatur C Abmessungen 260x145x28 260x124x28 260x115x28 260x115x28 Sat-TV-Kanalzüge sind auch in Norm D, Norm I und Norm K erhältlich Gerät Sammelfeld UFS 216 Frequenzbereich MHz 6 Eingänge Dämpfung 14 db 1 Durchschleifeingang 4 db Durchschleifdämpfung 29

30 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten CNR am LNC-Ausgang für Astra/ECS- Empfang Spiegel- LNC G/T CNR CNR CNR größe Rauschmaß Hamburg Kassel München 0,9 m 1,0 18,1 17,5 17,7 17,9 0,9 m 1,2 17,5 16,9 17,1 17,3 1,2 m 1,0 21,3 20,7 20,9 21,0 1,2 m 1,2 20,6 20,0 20,2 20,5 1,8 m 1,0 24,5 24,0 24,1 24,4 1,8 m 1,2 23,8 23,3 23,4 23,7 2,2 m 1,0 26,5 26,0 26,1 26,4 2,2 m 1,2 25,8 25,3 25,5 25,7 für ECS 13 /EIRP 49 dbw sind ca. 4,3 db vom angegebenen CNR Wert abzuziehen für ECS 13 /EIRP 47 dbw sind ca. 6,2 db vom angegebenen CNR Wert abzuziehen 30

31 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten SNR am Ausgang der UFOplus-Aufbereitung ASTRA G = 32 db CNR Eingang SNR Ausgang CNR Eingang SNR Ausgang 17,0 48,4 10,0 47,5 17,5 48,8 10,5 47,9 18,0 49,2 11,0 48,4 18,5 49,6 11,5 48,8 19,0 50,0 12,0 49,2 19,5 50,4 12,5 49,6 20,0 50,8 13,0 50,0 20,5 51,2 13,5 50,4 21,0 51,5 14,0 50,8 21,5 51,9 14,4 51,2 22,0 52,2 15,0 51,5 22,5 52,6 15,5 51,9 23,0 52,9 16,0 52,2 23,5 53,2 16,5 52,6 24,0 53,5 17,0 52,9 24,5 53,7 17,5 53,2 25,0 54,0 18,0 53,5 25,5 54,2 18,5 53,7 26,0 54,5 19,0 54,0 26,5 54,7 19,5 54,2 ECS G = 38 db Die Angaben sind typische Werte 31

32 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten Ausgangssammelfeld TV TN Pa UFO dbuv D UFS db UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 D EBC 02 3,8 db EBC 02 EBC 02 EBC 04 Vu VOS... je nach Typ VOS... VOS... UFO 210 UKW Verstärker D EBC 04 7,4 db Betrachtung Sammelfeld, z.b. mit VOS 135/P: Pa, UFO plus :=95 dbµv Pein, VOS = 73,2 dbµv bei v=35 db folgt: Paus, VOS = 108,2 dbµv CNRVOS = 108, = 65,2 db Am Ausgang stehen an: P = 100,8 dbµv CNRSammelfeld = 62,2 db EBC 04 Gesamtsystembetrachtung: Annahme: ASTRA-Empfang in München mit CAS 018, 1,0 db Rauschmaß CNRLNC = 24,4 db SNRAusgang UFO plus = 53,7 db SNRSammelfeld = 63,7 db damit ergibt sich: P = 100,8 dbµv CNRAusgang = 53,3 db 32

33 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten Ausgangssammelfeld TV TN Pa UFO dbuv D UFS db UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 UFS 216 D EBC 02 3,8 db EBC 02 EBC 02 EBC 04 Vu VOS... je nach Typ VOS... VOS... UFO 210 UKW Verstärker D EBC 04 7,4 db EBC 04 33

34 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systemdaten Ausgangssammelfeld Betrachtung Sammelfeld, z.b. mit VOS 135/P: Pa, UFOplus :=95 dbµv Pein, VOS = 73,2 dbµv bei v=35 db folgt: Paus, VOS = 108,2 dbµv CNRVOS = 108, = 65,2 db Am Ausgang stehen an: P = 100,8 dbµv CNR Sammelfeld = 62,2 db Gesamtsystembetrachtung: Annahme: ASTRA-Empfang in München mit CAS 018, 1,0 db Rauschmaß CNRLNC = 24,4 db SNRAusgang UFOplus = 53,7 db SNRSammelfeld = 63,7 db damit ergibt sich: P = 100,8 dbµv CNR Ausgang = 53,3 db 34

35 UFOplus Kopfstellentechnik / Planungsdaten Systembetrachtung Rauschabstand CNR (10lg. Addition) am HÜP Kopfstelle UFOplus Optischer Optischer Ring Ring Koax-Netz Koax-Netz 4* 4* VGF VGF ,3dB + 54dB + 56dB = 49,5dB Kopfstelle A-Technik Optischer Optischer Ring Ring Koax-Netz Koax-Netz 4*VGF 4*VGF ,8dB + 54dB + 56dB = 50,4dB 35

36 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen 36

37 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Wellenlängenbereiche elektromagnetischer Strahlung Frequenz Kosmische- Strahlung Gamma- Strahlung UV- Strahlung Röntgen- sichtbare Mikrowellen Fernsehen UKW KW Strahlung Strahlung Radar Hz IR- Strahlung Radio-Strahlung Wellenlänge m 37

38 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Brechung und Totalreflexion an optischen Grenzflächen β Brechungsindex n2 < n1 Brechungsindex n1 α α α 0 < α < Grenzwinkel φ Grenzwinkel φ < α < 90 38

39 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Herstellungsverfahren von Glasfasern (PCVD-Prozess) SiCl 4 GeCl 4 Mikrowellengenerator Plasma Heizofen Quarzrohr reinstes Glas O 2 Gasversorgung Steuerung Pumpe 39

40 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Glasfasertypen Stufenindex-Faser E I A I 200 µm 100 µm t t Gradientenindex-Faser E I A I 125 µm 50 µm t t Einmoden-Faser E I A I 125 µm 10 µm t t 40

41 Optische Übertragung Physikalisch Grundlagen Dämpfungskurve einer Glasfaser db/km 5 sichtbarer Bereich ca nm Fenster 2. Fenster 3. Fenster 850 nm 1310 nm 1550 nm Wellenlänge 41

42 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Fasertyp für HFC Anwendungen/ Monomode- Faser Faserkern besteht aus reinstem Glas Fasermantel verunreinigt durch Dotierung mit Fremdatomen Typische Dämpfungswerte für eine Ortsfaser 0,4 db/km Typische Dämpfungswerte für eine Fernfaser 0,35 db/km E I A I 125 µm 10 µm t t 42

43 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Verbindung von Glasfasern durch das Spleißverfahren Spleißdämpfung 0,1dB Schmelzlinse Spleißen mit Lichtbogen (verschmelzen der beiden Faserkerne) Mantel Mantel Faserkerne 43

44 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Optische Koppler Anwendung Signalverteilung Koppler mit Teilerspiegel Übersprechkoppler/ Schmelzkoppler 3 Faser Faser Strahlteiler Faser 3 44

45 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen/ Dämpfungswerte optischer Koppler Koppelverhältnis 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:8 1:16 1:19 1:32 Gesamt-Dämpfung bei Spezifikation für 1310 oder 1550 nm [db] 3,50 5,50 7,00 8,10 9,00 10,50 14,00 14,90 17,50 Rückflussdämpfung [db] > 55 45

46 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Konvertierung eines elektrischen Signals in ein optisches Strahlungsleistung abhängig vom Arbeitspunkt der Laserdiode Modulationsgrad in % abhängig vom Ansteuerpegel des Treiberverstärkers Modulationsgrad geht unmittelbar in den CNR-Wert ein Treiber Verstärker Optischer Sender 1310 nm oder 1550 nm Input: Elektrisches Signal in dbµv Output: Emittierte Strahlungsleistung in dbm 46

47 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Konvertierung eines optischen Signals in ein elektrisches mit einer Photodiode (Pin-Diode) Signalausgangsdaten für den CNR abhängig von Laserrauschen+ Quantenrauschen (Faser) + Rauschanteil opt. Empfänger (Berechnung durch log. Addition) CSO- und CTB-Werte ebenfalls durch Berechnung mit Hilfe der log. Addition 1310 nm oder 1550 nm Optischer Empfänger Verstärker Input:Strahlungsleistung in dbm Output: Elektrisches Signal in dbµv 47

48 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Punkt-zu-Punkt-Verbindung eines optischen Systems Optischer-Sender Monomodefaser Optischer-Empfänger Laser-Diode Koppel-Optik Photodiode 48

49 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Impulsverlauf bei Monomodefasern Optischer Sender Monomode Faser Optischer Empfänger E I A I t Eingangs-Impuls t Ausgangs-Impuls 49

50 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Verbindungselemente einer optischen Punkt zu Punkt- Übertragunsstrecke Optischer Sender e o Monomode-Faser Optischer Empfänger o e Ersatzschaltbild Ersatzschaltbild opt.stecker SC/APC oder E2000 je nach System Spleiß opt.stecker SC/APC oder E2000 je nach System 50

51 Optische Übertragung Physikalische Grundlagen Optisches Budget / Optische Dämfpung Empfohlene Planungsreserve 1-2dB Zusätzlich wird pro km Faser 0,1dB Spleißdämpfung berücksichtigt. Optischer Sender Optischer Empfänger e 0,1dB 0,1dB o o 0,25dB 0,25dB e Pout (dbm) 2 x a Stecker (db) 2 x a Spleiß (db) a Faser (db/km) = Pin (dbm) Optisches Budget (dbm) = Pout (dbm) Pmin (dbm) 2(a Spleiß (db) + a Stecker (db) ) 51

52 Optische Übertragung 1310 und 1550 nm -Technik 52

53 Optische Übertragung 1310 und 1550 nm -Technik HFC-Netzstruktur Verteil Center (ODP) Optische Nodes (ONU) Optische Sendestelle (OLT) Koaxiales Verteilnetz Optisches Zuführungsnetz Optisches Verteilnetz 53

54 Optische Übertragung Produktspektrum 1550 nm Sender und Verstärker 1310 nm Sender 1310 / 1550 nm Empfänger Fiber Nodes 1310/1550 nm Rückwegkomponenten 54

55 Optische Übertragung 1550 nm Technik Vorteile Geringstmögliche Faserdämpfung längere Distanzen überbrückbar hoher Splittingfaktor bis 1:64 Optische Verstärker Existierendes DenseWDM Unterschied zur 1310 nm-technologie Hohe Leistungsdichten Nichtlinearität des Kernmaterials SBS (Stimulated Brillouin Scattering) SPM (Self Phase Modulation) Faserdispersion 55

56 Optische Übertragung Faser-Effekte bei 1550 nm SBS (Stimulated Brillouin Scattering) Akustische Wellen führen zu Rückstreuung des Signals Beeinträchtigung Abhilfe CNR und CSO In HLT 78xx Sender integriert SBS suppression (patentiert) SPM (Self Phase Modulation): Phasenverschiebung durch LWL-Nichtlinearitäten (Brechungsindexänderung) Beeinträchtigung Abhilfe CSO (und CTB) Reduzierte opt. Eingangsleistung in die Faser (<17 dbm) Dispersion: FM noise geht über in AM noise Beeinträchtigung Abhilfe CNR Verwendung von Dispersion Shifted Fibers (DSF) 56

57 Optische Übertragung 1550 nm Sender HLT 78xx Extern modulierter optischer Sender Optische Ausgangsleistungen von 6 / 9 / 11 / 16 dbm Zwei optische Ausgänge mit 180 Phasenversatz 3 HE Integrierte SBS Unterdrückung (patentiert) 57

58 Optische Übertragung CNR 1550 nm link (ohne EDFA) HLT 7806 HLR3800 CNR [db] CENELEC 42 Kanäle 80 PAL Kanäle Optische Eingangsleistung [dbm] 58

59 Optische Übertragung 1550 nm Optischer Verstärker HOA 70xx EDFA Ausgangsleistungen: 14/ 17 / 20 / 23 / 26 / 31 dbm Optische Eingangsleistung : > -10 dbm Rauschzahl: < 5 db (bei 0 dbm Eingangsleistung) Kein CSO und CTB Beitrag 59

60 Optische Übertragung CNR Performance EDFA HOA 7014 CNR [db] CENELEC 42 Kanäle 80 PAL Kanäle Optische Eingangsleistung [dbm] 60

61 Optische Übertragung Vorwärtsempfänger HRM 38xx 19" Träger, 3HE 5 Module pro Träger Optische Eingangsleistung: dbm Ausgangspegel (0 dbm, 3,7 %: >101 dbµv) Ausgangspegelregelung 61

62 Optische Übertragung Link Extender HLE 3800 Push-Pull-Prinzip Verwendet komplementäre Senderausgänge Kombination beider Pfade nach den optischen Empfängern Korrelierte Träger addieren sich spannungsmäßig (6 db), unkorrelierte Störbeiträge leistungsmäßig (3 db) Verbesserung C/N: 3 db bzw. ca. 5 db bei hohen Frequenzen (Auslöschung phase noise) Verbesserung CSO: 5 db bzw. ca. 15 db bei hohen Frequenzen 62

63 Optische Übertragung 1550 nm Optischer Link HRM 3800 HLT 7811 E O O O E E HLE 3800 Link Extender 50 km CNR: CSO: CTB: 57 db 72 dbc 68 dbc CENELEC 42 Kanäle Ohne link extender HLE 3800 reduzieren sich CNR und CSO um ca. 5 db 63

64 Optische Übertragung 1550 nm Optischer Link HLT E O 180 HOA 7017 HRM 3811 O E O E HLE 3800 Link Extender 80 km CNR: CSO: CTB: 56 db 67 dbc 69 dbc CENELEC 42 Kanäle Ohne link extender HLE 3800 reduzieren sich CNR und CSO um ca. 5 db 64

65 Optische Übertragung 1550 nm Optischer Link HOA 7014 HOA 7014 HOA 7014 HLT E O 180 HRM 3811 O E O E HLE 3800 Link Extender 140 km CNR: CSO: CTB: 53 db 67 dbc 69 dbc CENELEC 42 Kanäle Ohne link extender HLE 3800 reduzieren sich CNR und CSO um ca. 5 db 65

66 Optische Übertragung 1310 nm Sender PWL 48xx 862 MHz Direkt modulierter DFB Laser 2, dbm optischer Ausgangspegel Pre-distortion zur Linerarisierung Computergesteuerte Temperaturkompensation Modulartechnik im 19 -Träger PWL II: schmale Bauform für extrem hohe Packungsdichte Verschiedene Leistungsklassen 66

67 Optische Übertragung Optischer Kompaktempfänger ORA 820/ MHz 1310 und 1550 nm Plug-and-play Technik Nachrüstbar für redundanten Vor-/Rückweg mit Steckmodulen Steckmodul für Netzüberwachung KOM Steckbare Pilotregelung Steckbare Diplexfilter Schnittstellenmodul kundenspezifisch Varianten mit Streckenausgang und 2 Hochpegelausgängen bzw. 2 Hochpegelausgängen Extrem niedrige Intermodulation Sehr hohe Ausgangspegel 67

68 Optische Übertragung Optische Kompaktempfänger Bestückungsübersicht 68

69 Optische Übertragung Optischer Link mit ORA nm PWL 48xx O E E O O E max. 30km CNR: 56 db CSO: 61 dbc CTB: 65 dbc CENELEC 42 Kanäle Trunkausgang 69

70 Optische Übertragung Rückwegkomponenten Rückwegsender (19"-Plattform) RPT 2005/2008 Einsteckkarte Ungekühlter DFB-Laser 0 dbm optische Ausgangsleistung MHz Bandbreite Rückwegempfänger RPR MHz Bandbreite Doppelempfänger mit integriertem Umschalter Ausgangspegel ( 10 dbm, 16 % OMI): 100 dbµv 70

71 Optische Übertragung Planungsbeispiel 1550 nm Lösung 1:4 3,8 km :2,3 db ORA 820 HLT 7811 e o +11 dbm +11 dbm 8 km:3,1 db -7,2 db -1,6 dbm o e ONU 2 * 99 dbµv 75,5 dbµv bei 2,8 % 16,4 km :5,5 db HOA :24 6,6 km :3,6 db ORA 820 o e +5,5 dbm +17 dbm -2,6 dbm -16 db ONU 2 * 99 dbµv 71

72 Optische Übertragung Planungsbeispiel 1310 nm Lösung PWL 4812T 1:4 3,8 km : 2,6 db ORA dbµv bei 3 % e o +11,5 dbm 8 km : 4,3 db -7,2 db -2,6 dbm o e ONU 2 * 99 dbµv 1:2 4* PWL 4812T e PWL 4809T 16,4 km: 8 db 1:4 o 1:6 6,6 km : 4,1 db ORA dbµv bei 3 % e o +9 dbm +1 dbm o e -7,2 db e e o o +11,5 dbm -9 db -1,6 dbm o e ONU 2 * 99 dbµv e o 72

73 Optische Übertragung Planungsbeispiel Rückweg RPT :4 2* RPR ,8 km :2,6 db OSR 50 1:2 RPR 2210 e o -4,3 dbm 8 km:4,3 db 0 dbm o e a = 7,4 db 10 log 4 = 6 db e o -2,6 dbm 0 dbm o e ONU 2 * 79 dbµv e o -8 dbm RPT 2005 v=15db 1:24 12* RPR ,6 km:4,1 db OSR 50 16,4 km:/8 db 0 dbm o e a = 16,5 db 10 log 24 = 13,8 db e o -4,1 dbm 0 dbm o e ONU 2 * 79 dbµv 73

74 Koaxiale Übertragung VGF 90 VGF81 74

75 Koaxiale Übertragung Schnittstellen-Bedingungen, BK 450 MHz/BK 860 MHz CENELEC- Vorschrift EN (BK-860 Mhz) Deutsche Telekom BK- 450 MHz Netzabschnitt: 2.2.c 2.2.d bbkvrst NE3 GÜP. NE4 Empf.-Ger. Empf.-Ger. Anschluß Anschluß CTBA/ db * 57 CSOA/ db , * 57 CNR/ db ,5 49, ,5* 44 BK-450 Belegung mit 36 TV-Kanälen und 30 UKW- Programmen Cenelec Belegung bis 862 MHz mit 42 TV- Kanälen. ( Als Planungsdaten gelten hier die Angaben am Empfangs- Geräteanschluß "Grenzwerte"). * (Diese Werte ergeben sich bei Modulation der TV- Kanäle) 75

76 Koaxiale Übertragung Schnittstellenbedingungen/Störabstandsbetrachtung Vorläufige Grenzdaten nach EN Voraussetzung alle TV- Kanäle pegelgleich, alle anderen Signale abgesenkt (gilt ab 12 TV- Kanäle). Digitale QAM- Signale werden um 10 db abgesenkt gegenüber analogen TV- Trägern. Für die Planung gilt: 6 QAM-Träger sind wie ein analoger TV- Kanal zu betrachten. Je mehr Träger einen Verstärker durchlaufen, desto mehr Störprodukte werden in diesem erzeugt. Die physikalisch bedingte Überlagerung der Störprodukte (je nach Kanalraster) auf Nutzsignale können Bild- Tonstörungen bis zur Singnalauslöschung zur Folge haben. Es muss daher bei der Austeuerbarkeit von Verstärkern darauf geachtet werden, dass derartige Anhäufungen von Störträgern unterdrückt werden. 76

77 Koaxiale Übertragung Schnittstellenbedingungen/Störabstandsbetrachtung Nach CENELEC- Kanalraster (42 TV-Kanäle) werden die Grenzdaten für die Unterdrückung bis zur Sichtbarkeitsgrenze wie folgt festgelegt. CSOA: Störprodukte 2.Ordnung (composite second order) Auswertung der Störpegel bei fi-fj, fj-fi, fj-fi für alle Kombinationen von i und j.sichtbarkeit unterhalb von 57dB. (Pegelabstandsverhältnis 1:1) CTBA: Störprodukte 3.Ordnung (composite- triple- beat) Auswertung der Störpegel bei fi+fj-fk, 2xfi-fj, 2xfj-fi, fi-fj+fk usw. Sichtbarkeit unterhalb von 57dB. (Pegelabstandsverhältnis 1:2) CXMA: Kreuzmodulationsstörer (composite cross modulation). Bewertung bei fton +/-15kHz Sichtbarkeit unterhalb von 42dB. (Pegelabstandsverhältnis 1:2) CNR: Trägerrauschabstand (carier noise ratio). Sichtbarkeit unterhalb von 44dB. (Pegelabstandsverhältnis 1:1) SNR: Signalrauschabstand (signal noise ratio). Sichtbarkeit unterhalb von 45,5 db. SNR=CNR+Gmod., Gmod.=Modulationsgewinn bei AM-RSB = 1,5dB Video-bewertet. 77

78 Koaxiale Übertragung Schnittstellenbedingungen/Störabstandsbetrachtung Pegelabstandsverhältnis/ Scherendiagramm Für die Störprodukte CMXA, CTBA, (KMA) gilt: 1 db Pegelabsenkung des Betriebspegels erhöht den Störabstand dieser Größen um 2 db, für die Störgrössen CSOA, (IMA2O.) um 1dB. Für den Trägerrauschabstand CNR bedeutet 1 db Pegelabsenkug eine Verschlechterung des CNR um 1dB. Erläuterung: Werden Verstärker kaskadiert, so entstehen in jedem Störprodukte der oben angegebenen Größen (in Abhängigkeit des verwendeten Kanalrasters). Es lässt sich leicht erklären: Werden mehrere Verstärker hintereinandergeschaltet, so steigen auch die Störträgerpegel. 78

79 Koaxiale Übertragung Pegelabstandsverhältnis/ Scherendiagramm Dies bedeutet immer größere Pegelabsenkung, um entgegenzuwirken. Der Rauschabstand verschechtert sich aber immer mehr. Ein Scherendiagramm stellt die Beziehung zwischen dem Mindest- und Maximal-Ausganspegel graphisch dar. Im Schittpunkt der beiden Werte liegt nun der optimale Betriebspegel und zeigt wieviel Verstärker vom gleichen Typ und unter gleichen Betriebsbedingungen hintereinander geschaltet werden können. Die logarithmische Addition der einzelnen Störgrössen gibt letztendlich Aufschluss, ob eine Kaskadenschaltung funktioniert. Dieser Rechengang wird auch für die Zusammenfassung von Schnittstellenparametern oder bei Kaskadenschaltungen angewendet. Es soll nun schrittweise ein Scherendiagramm für den Verstärkertyp VGFxx entwickelt werden. Nach Festlegung des optimalen- Betriebspegels werden die neuen Betriebsdaten ermittelt, danach mathematisch die Störabstände CTBA, CSOA und der Trägerrauschabstand CNR der gesamten Kaskade berrechnet. Eine grobe Abschätzung des Ergebnisses kann mit Hilfe der beiden Diagramme für gleiche oder unterschiedliche Bertriebsbedingungen ebenfalls erfolgen. 79

80 Koaxiale Übertragung Hinweis: Ein Scherendiagramm gibt Aufschluss über den optimalen Betriebspegel und die Kaskadenlänge, wie viele Verstärker hintereinander geschaltet werden können, ohne die Sichtbarkeitsgrenze zu unterschreiten. 80

81 Koaxiale Übertragung Betriebsparameterfestlegung: Verstärker VGFxx Technische Daten : VGFxx Ausgangspegel: Nach CENELEC- Raster-42 Kanäle 114 dbµv bei 60 db CSOA 111 dbµv bei 60 db CTBA Verstärkung v=34 db Rauschmaß 8 db Planungsvorgaben: nach EN bis Sichtbarkeitsgrenze CNR 44,5 db, CTBA 57 db, CSOA 57 db 81

82 Koaxiale Übertragung Betriebsparameterfestlegung: Verstärker VGFxx Mindestausgangspegel Pmin.= CNR + v + ar + 2dBµV = 49 db + 34 db + 8 db + 2 dbµv = 93 dbµv Damit ist der Mindest-Ausgangspegel eines Verstärkers festgelegt. CNR gefordeter Rauschabstand für Pmin. v Verstärkung des Verstärkers ar Rauschmaß des Verstärkers 2dBµV entspricht der Rauschspannung, die bei 5 MHz Viedeobandbreite an einem Wellenwiderstand von Z=75 Ohm entsteht. 82

83 Koaxiale Übertragung Entwicklung eines Scherendiagrammes für VGFxx Nachdem der Mindest- Betriebspegel (Pmin.) errechnet wurde und der Maximal-Ausgangspegel für 60 db CSOA (114 dbµv) und 60 db CTBA (111 dbµv) aus dem Datenblatt für einen Verstärker vorliegt, wird eine neue Berechnung für eine Kaskade von 2 Verstärkern duchgeführt. Hier wird die Formel 10xlg(n) angewendet, für n (Anzahl der Verstärker) wird der Zahlenwert 2 eingesetzt. Nach der Logarithmenrechnung wird das db beigefügt PCNR. neu = Pmin. + 10xlg(n); der Logarithmus von 2 zur Basis 10 beträgt 0,3 93 dbµv + 10 x 0,3 x db 93 dbµv + 3 db 96dBµV 83

84 Koaxiale Übertragung Entwicklung eines Scherendiagrammes für VGFxx PCSOA neu = PCSOA - 15xlg(n) n=2 114 dbµv - 15 x 0,3 x db 114 dbµv - 4,5dB 109,5 dbµv PCTBA neu = PCTBA - 18xlg(n) n=2 111 dbµv - ((18 x 0,3) :2) x db 111 dbµv - 2,7dB 108,3 dbµv Hinweis: Bei Verstärker in Kaskade sind für die maximale/ minimale Aussteuerrung die errechneten Werte für jeden einzelnen Verstärker einzuhalten. 84

85 Koaxiale Übertragung Entwicklung eines Scherendiagramms für VGFxx Die errechneten Daten beziehen sich auf 2 Verstärker, nun kann ein Scherendiagramm wie folgt entwickelt werden. Ein graphisches Raster, mit der Einteilung Ordinate (dekadisch), Abszisse (logarithmisch) wird auf der Ordinate mit dbµv bemaßt. Auf der Abszisse wird die Anzahl der Verstärker eingetragen, beginnend mit 1 (da logarithmisch). Als nächstes werden die Betriebsdaten eines Verstärkers auf der Ordinate 1 makiert (114 dbµv bei 60dB CSOA, 111 dbµv bei 60 db CTBA und 93 dbµv bei 49d B CNR. Danach werden die neu errechnten Pegelwerte auf Ordinate 2 eingetragen. Die zugehörigen Punkte von CSOA, CTBA und CNR werden nun mit einer Geraden verbunden, wobei der Schnittpunkt mit der CNR- Kurve eine Schere ergibt. Wird dieser Schnittpunkt auf die Ordinate 1 projeziert, so ist der optimale Betriebspegel für die Kaskade bestimmt. Eine Projektion des Schnittpunktes auf die Abszisse ergibt die maximale Anzahl kaskadierbarer Verstärker dieses Typs. 85

86 Koaxiale Übertragung Scherendiagramm für Verstärker VGFxx Ordinate (Pegelwert in dbµv) optimaler Betriebspegel dbµv CSOA CTBA CNR Abszisse (Anzahl der Verstärker) Pegelwerte (1 Verstärker) (errechnete Werte für 2 Verstärker) 86

87 Koaxiale Übertragung Berechnung von Verstärkerkaskaden Logaritmische Additionsformeln Gleiche Parameter Ungleiche Parameter CXMA = 20xlgn* CTBA = 18xlgn* KMA = 17xlgn* CSOA = 15xlgn* IMA.2 = 10xlgn* C/N = 10xlgn* n* = Anzahl gleicher Größen CXMA = 20xlg(1+10^(-d*/20)) CTBA = 18xlg(1+10^(-d*/18)) KMA = 17xlg(1+10^(-d*/17)) CSOA = 15xlg(1+10^(-d*/15)) IMA.2 = 10xlg(1+10^(-d*/10)) C/N = 10xlg(1+10^(-d*/10)) -d* = Differenzbetrag von zwei definierten Größen. Pegel-Störabstandsverhältnis der Größen CXMA,CTBA und KMA 1:2. CSOA, IMA-2O und C/N 1:1 87

88 Koaxiale Übertragung Diagramm 1: Gleiche Parameter db 40 ABZUZIEHENDER- BETRAG / db CXMA CTBA KMA CSOA C/N / IMA 2. O ANZAHL SCHNITTSTELLEN 88

89 Koaxiale Übertragung Diagramm 2: Ungleiche Parameter db 40 CXMA 36 CTBA KMA 24 CSOA C/N IMA 2.O. 8 4 STÖRABSTANDS- DIFFERENZ 0 0, ABZUZIEHENDER- BETRAG / db 89

90 Koaxiale Übertragung Kaskadenschaltung 4x VGFxx Aus dem Scherendiagramm wird abgelesen, dass insgesamt 8 Verstärker mit einem optimalen Betriebspegel von ~ 100dBµV kaskadiert werden können. Für eine Berechnung von 4 Verstärker in Kaskade sind die Betriebsparameter neu zu ermitteln. VGF 80/P bei 100 dbµv Ausgangspegel CNR neu = 100 dbµv - v - ar - 2 dbµv = 100 dbµv - 34 db - 8 db - 2 dbµv = 56 db CSOA neu = (114 dbµv dbµv) x db (P.Av. 1:1) = 74 db CTBA neu = (111 dbµv dbµv) x db (P.Av. 1:2) = 82 db 90

91 Koaxiale Übertragung Kaskadenschaltung 4 x VGFxx Diese neuen Betriebsdaten gelten nun für jeden einzelnen Verstärker. Mit Hilfe der logarithmischen Addition wird das gesamte Störabstandsverhalten von CSOA, CTBA und der Trägerrauschabstand CNR ermittelt. Der anschließende Vergleich mit den CENELEC- Vorgaben sagt aus, ob die Kaskadenschaltung ohne Störeinflüsse funktioniert. 1.) CNR gesamt. (Addition mit 10lg (n) für n = 2 gilt -3 db 56 db 56 db 56 db 56 db -3 db -3 db 53 db 53 db -3 db CNR gesamt = 50 db 91

92 Koaxiale Übertragung Kaskadenschaltung 4x VGFxx 2.) CSOA gesamt. Addition mit 15 lg(n) für n = 2 gilt -4,5 db 74 db 74 db 74 db 74 db -4,5 db -4,5 db 69,5dB 69,5 db -4,5 db CSOA gesamt 65 db 92

93 Koaxiale Übertragung Kaskadenschaltung 4x VGFxx 3.) CTBA gesamt. Addition mit 18 lg(n) für n = 2 gilt -5,4 db 82 db 82 db 82 db 82 db -5,4 db -5,4 db 76,6 db 76,6 db -5,4 db CTBA gesamt 71,2 db Ein Vergleich mit den CENELEC- VORGABEN sagt aus, daß die Betriebsparameter über der Sichtbarkeitsgrenze liegen. 93

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