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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognose von Komponentenausfällen in Breitbandnetzwerkgeräten, insbesondere in Verstärkern und Netzwerkknoten, sowie ein mit dem Verfahren verknüpftes Gerät.
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Hintergrund der Erfindung
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Moderne Kabelgesellschaften beliefern ihre Kunden mit hochwertigen digitalen Video- und Audiodiensten. In einigen Haushalten ist mehr als ein Fernseher über einen Splitter an einen einzigen eingehenden Kabelfernsehzugang angeschlossen. Je mehr das eingehende Signal gesplittet und umgeleitet wird, desto mehr leidet die Gesamtgeschwindigkeit und -qualität. Das Bild kann körnig oder grießig werden oder verschwommene, geisterhafte Bilder können auftreten.
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Um sicherzustellen, dass die Signalqualität ausreichend ist, werden CATV-Verstärker in Form von Außenkomponenten verwendet, um ein stärkeres Signal zu erhalten und die Signalstärke des CATV-Signals zu erhöhen. Dies führt zu einer besseren Qualität des Empfangsbildes am Fernseher und verbessert Schnelligkeit und Verlässlichkeit des Signals. CATV-Verstärker werden nunmehr generell genutzt, um sowohl analoges/digitales Kabelfernsehen, als auch Triple-Play-Dienste wie Internet, Video-on-Demand und Telephonie bereitzustellen.
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Der Verstärker verstärkt nur die Signalstärke und sollte aber nicht zu zusätzlichem Signalrauschen führen. Der Verstärker minimiert auch einen möglichen Signalverlust, der entsteht, wenn der Außenverstärker und die Wandsteckdose im Haus des Verbrauchers weiter voneinander entfernt angebracht sind. Der Verstärker kann auch den Ausgleich im Frequenzbereich verbessern. Manche Außenverstärker bieten eine bidirektionale Signalverstärkung. Diese wird genutzt, um Informationen (Daten) an die Kabelgesellschaft zurückzusenden. Beispielsweise wird der Rückkanal für Internet oder Video-on-Demand genutzt.
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Der CATV-Außenverstärker ist in einem Außenschrank untergebracht. Für gewöhnlich ist der Verstärker nur dann zugänglich, wenn ein Techniker zur Wartung des Verstärkers an den Standort des Außenschranks gerufen wird. Allerdings sind immer mehr Außenverstärker ferngesteuert konfigurierbar. Dadurch können zwar mehrere Aspekte der Konfigurierung des Außenverstärkers durch Fernwartung realisiert werden, beispielsweise gesteuert durch den Kabelanbieter von einer Kabelkopfstelle aus, es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten mit der integrierten Stromversorgung des Verstärkers. Bei solchen Stromversorgungen ist eine Verwendung von Elektrolytkondensatoren vorgesehen. Diese Kondensatoren haben eine niedrige „Mean Time between Failures (MTBF)” (Mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen) im Vergleich zu anderen Komponenten in dem CATV-Verstärker. Aus diesem Grund neigen sie früher als andere, in dem Verstärker und seiner Stromversorgung verwendeten Komponenten zu Betriebsausfällen. Wenn einer der Kondensatoren in der Stromversorgung ausfällt, fällt auch die Stromversorgung aus, der Außenverstärker und damit auch die Netzwerkverbindung funktionieren nicht mehr, so dass der Teilnehmer das Angebot nicht mehr nutzen kann. Die meisten Serviceanfragen für Verstärker erfolgen aufgrund einer defekten Stromversorgung oder aufgrund von Schäden verursacht durch Blitzschlag.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist ein Verfahren zur Prognose von Komponentenausfällen in Breitbandnetzwerkgeräten, wie beispielsweise Verstärker oder Knoten vorgesehen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- (i) Überwachen von AC-Restwelligkeitsspannungswerten an einer Gleichspannungsstromversorgung, die einem CATV-Verstärker oder -knoten zugeordnet ist;
- (ii) Vergleichen von Restwelligkeitsspannungswerten mit einem Sollwert, um festzustellen, ob die Restwelligkeitsspannungswerte zulässig sind oder nicht;
- (iii) Erzeugen eines Alarms, wenn der Sollwert überschritten wird; und
- (iv) Senden des Alarms an ein Remote-Computergerät.
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Durch Überwachung des Wertes der AC-Restwelligkeitsspannung können Erhöhungen in der Restwelligkeitsspannung im Laufe der Zeit als Anzeichen für einen bevorstehenden Komponentenausfall beispielsweise bei Kondensatoren innerhalb der Stromversorgung erkannt werden, so dass die physische Anwesenheit eines Technikers am Standort des Nutzers nicht erforderlich ist. Sobald die AC-Restwelligkeitsspannung einen festgelegten Wert übersteigt, der jedoch für die Geräteleistung noch zulässig ist, wird ein Alarmsignal an ein Remote-Computergerät gesendet, wodurch sichergestellt wird, dass Wartung und Austausch von Komponenten vor deren Ausfall erfolgen kann. Dieser Servicealarm verhindert, dass der Nutzer eine durch Komponentenausfälle hervorgerufene Signalstörung hinnehmen muss und sorgt dafür, dass Komponentenausfälle prognostiziert werden können, bevor der Nutzer Netzwerkprobleme zu beklagen hat.
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Um die Genauigkeit der Überwachung zu verbessern, kann ferner im Rahmen der Überwachung die AC-Restwelligkeitsspannung vorzugsweise um ein Zehnfaches verstärkt und das verstärkte Spannungssignal weitergeleitet werden an eine Verarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen Analog-Digital-Wandler, einen Mikrocontroller, einen programmierbaren Logikchip oder dergleichen zum Vergleich mit dem Soll-Wert. Durch die vollzogene Verstärkung und nachfolgende Umwandlung in ein digitales Signal können kritische Veränderungen in der Restwelligkeitsspannung noch genauer erfasst werden.
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Das Verfahren kann ferner eine Wiederholung des Vergleichsschritts beinhalten, um zu überprüfen, ob der Sollwert überschritten wurde, bevor der Alarm erzeugt wird. Dadurch wird die Genauigkeit der Alarmgenerierung verbessert und Fehlalarme vermieden, da wann immer der Sollwert überschritten wird, der Wert der Restwelligkeitsspannung mindestens nochmals, üblicherweise mehrmals überprüft wird, bevor der Alarm ausgelöst wird.
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Der Alarm kann unter Verwendung einer SNMP-Trap-Meldung („Simple Network Management Protocol”, Einfaches Netzwerkverwaltungsprotokoll) oder dergleichen automatisch an das Remote-Computergerät übermittelt werden. Alternativ kann der Alarm in Antwort auf eine Anforderung des Remote-Computergeräts gesendet werden. Wenn somit die Vorrichtung über einen ausreichend langen Zeitraum installiert ist, so dass eine erhöhte Wahrscheinlichkeit besteht, dass Komponentenausfälle auftreten, beispielsweise ein Jahr nach der Installation, könnte das Remote-Computergerät mit der Vorrichtung kommunizieren, beispielsweise zur regelmäßigen Abfrage der Verarbeitungsvorrichtung, um festzustellen, ob ein Alarm ausgelöst wurde. Oftmals liegen mehrere Monate zwischen der Erzeugung eines Alarms und dem tatsächlichen Komponentenausfall, so dass durch die periodische Abfrage kein Nachteil entsteht. Sobald das defekte Bauteil ersetzt wurde, kann die Überwachung für einen angemessenen Zeitraum deaktiviert werden.
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Ein für eine Restwelligkeitsspannung zulässiger Sollwert kann in einer Verarbeitungsvorrichtung wie beispielsweise einem Mikroprozessor aufgezeichnet werden. Dabei werden die überwachten Werte der Restwelligkeitsspannung mit dem Sollwert verglichen und ein Alarm wird ausgelöst, sobald der überwachte Wert den Soll- oder Grenzwert übersteigt.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, den Alarm an ein Remote-Computergerät unter Verwendung eines bestehenden CATV-Übertragungswegs zu übermitteln. Dies kann beispielsweise durch Verwendung von Docsis.3.x als eine Zwei-Wege-Kommunikationsplattform erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet ebenfalls eine Detektionsvorrichtung oder ein Detektionsgerät umfassend eine Überwachungsvorrichtung, wie beispielsweise eine elektrische Schaltung, zur Überwachung des Restwelligkeitsspannungswertes an einer Gleichspannungsstromversorgung verbunden mit einem CATV-Verstärker oder -knoten, eine Alarmvorrichtung zur Erzeugung eines Servicealarms in Abhängigkeit von dem überwachten Wert der Restwelligkeitsspannung und eine Kommunikationsvorrichtung zur Remote-Kommunikation mit einem Computergerät, das zur Überwachung der Erzeugung von Servicealarmsignalen verwendet wird.
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Vorzugsweise umfasst das Detektionsgerät ferner eine Verstärkungsvorrichtung zur Verstärkung des AC-Restwelligkeitsspannungswertes und eine Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Analog-Digital-Wandler, zur Umwandlung des verstärkten Signals in ein digitales Signal und zum Vergleich des digitalen Signals mit dem Soll- oder Grenzwert, gemäß welchem die Funktion des Geräts noch akzeptabel ist.
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Der Alarm wird vorzugsweise in Form eines elektrischen Signals oder eines Datensignals erzeugt, so dass eine Übertragung über eine bestehende Breitbandkommunikationsstruktur erfolgt.
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Die Erfindung wird im Folgenden exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt eine grafische Darstellung des externen Standorts des Verstärkers in einem CATV-Netzwerk;
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2 zeigt eine bildliche Darstellung einer Restwelligkeitsspannung an einer Stromversorgung;
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer in der vorliegenden Erfindung benutzten Vorrichtung;
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4 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt eine Schaltung zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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6 zeigt eine alternative Schaltung zu der in 5 gezeigten.
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Beschreibung
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In einem CATV-Netzwerk für Kabelfernsehen und Breitbandkommunikation überträgt und empfängt eine Kopfstation 10, wie in 1 gezeigt, Signale von den Wohnhäusern 12, 12' der Nutzer. Während viele verschiedene Varianten für die bidirektionale Übermittlung von Signalen zwischen Anbieter und Nutzer verwendet werden können, wird das Originalsignal mehrmals gesplittet, um eine Vielzahl von Nutzern zu versorgen, üblicherweise unter Einbeziehung eines Hub-Standorts 14, des Netzknotenpunkts 16 mit integrierter Stromversorgung 22', und eines Verteilerpunkts 18. Um eine gleichbleibende Signalqualität sicherzustellen, werden externe Verstärker entlang der Kabelstrecken eingesetzt, siehe beispielsweise Verstärker 20 mit integrierter Stromversorgung 22.
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Außenverstärker verfügen über eine eigene Stromversorgung, üblicherweise unter Verwendung von Elektrolytkondensatoren. Diese Kondensatoren haben eine niedrige „Mean Time between Failures (MTBF)” (Mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen) im Vergleich zu anderen Komponenten in dem CATV-Verstärker und der internen Stromversorgung. Die meisten Verstärkerausfälle erfolgen aufgrund von Schäden durch Blitzschlag oder durch Ausfall der Kondensatoren innerhalb der Stromversorgung.
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Eine Restwelligkeit ist immer vorhanden, auch in einer korrekt funktionierenden Stromversorgung, die AC-Restwelligkeit ist jedoch gering. 2 veranschaulicht die Restwelligkeitsspannung einer integrierten Stromversorgung, wie sie beispielsweise zur Versorgung des Netzknotenpunkts 16 oder des Verstärkers 20 genutzt wird, wenn diese effektiv arbeiten. Eine kleine Restwelligkeitsspannung von ungefähr 10 mV liegt an dem Gleichspannungsausgang vor. Im Laufe des Alterungsprozesses von Kondensatoren in der Stromversorgung, erhöht sich die Restwelligkeit, bis der Grad der Restwelligkeit nicht mehr akzeptabel ist und somit ein kompletter Ausfall der Stromversorgung verursacht wird oder Probleme in der Stromversorgung entstehen, so dass ein von der Stromversorgung angetriebenes Gerät, wie beispielsweise der Verstärker, nicht mehr korrekt funktioniert. Sobald die Stromversorgung ausfällt, wird das Nutzersignal unterbrochen. Es ist vorteilhaft, einen Ausfall in der Stromversorgung prognostizieren zu können, so dass eine Wartung erfolgen kann, bevor ein Stromausfall auftritt. In der vorliegenden Erfindung wird dies durch Überwachung der AC-Restwelligkeitsspannung in der integrierten Gleichspannungsstromversorgung erreicht.
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Ein Spitzenwertdetektor wird verwendet, um die AC-Restwelligkeitsspannung der integrierten Stromversorgung 22 zu überwachen. Wenn die Restwelligkeit ein zulässiges Niveau überschreitet, wird ein Alarm erzeugt und an den Kabelnetzwerkbetreiber übermittelt, so dass ein Wartungstermin angesetzt werden kann, bevor ein Ausfall auftritt.
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Die normale Restwelligkeit hängt von der verwendeten Stromversorgung und der damit verbundenen Spannung ab. Für die Stromversorgung eines Außenverstärkers ist jedoch eine Restwelligkeit von unter 10 mV noch in einem akzeptablen Rahmen. Sobald die Restwelligkeit ein für die jeweilige Stromversorgung zulässiges Niveau übersteigt, wird ein Alarmsignal erzeugt.
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Ein Verstärker 20, der das erfindungsgemäße Verfahren anwendet, ist schematisch in 3 gezeigt. Das Verstärkergehäuse 24 enthält die Verstärkerschaltung 26, welche von der Stromversorgung 28 versorgt wird, die wiederum über eine externe Stromquelle 29 versorgt wird. Dies wird durch Verwendung einer externen Verbindung oder eines Koaxialkabels mit geeigneter Wechselstromspannung erreicht. Zu verstärkende Signale werden durch einen HF-Eingangsport 30 eingespeist und verstärkte HF-Signale verlassen die Ausgangsports 32 zur weiteren Übermittlung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Restwelligkeitsdetektorschaltung 34 mit dem DC-Spannungsausgang 35 der Stromversorgung 28 verbunden, um AC-Restwelligkeitsspannung zu detektieren. Ein Mikroprozessor 36 überwacht und bewertet die Messungen der Schaltung 34 und generiert, wenn notwendig, einen Alarm 38. Es können Tonsignale oder visuelle Signale generiert werden, wobei ein Alarm üblicherweise über Ethernet oder Docsis 3.x unter Verwendung des Mikroprozessors 36 übermittelt wird, um eine Alarmmeldung zu erzeugen.
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Die Schaltung 34 überwacht ununterbrochen die Restwelligkeitsspannung und verstärkt diese, üblicherweise um einen Faktor 10. Die analoge Ausgangsspannung der Schaltung 34 wird von einem Analog-Digital-Wandler, der in Verbindung mit dem Mikroprozessor 36 steht, in eine Digitalspannung oder ADC-Spannung umgewandelt. Ein festgelegter Wert für eine zulässige Spannungswelligkeit ist im digitalen Kern des Mikroprozessors 36 gespeichert, basierend auf einer Fenstermethode. Der ADC-Spannungswert wird von dem Mikroprozessor dahingehend bewertet, ob der ADC-Spannungswert unter die zulässigen Parameter fällt oder nicht. Wenn der ADC-Wert den festgelegten Wert mehrmals innerhalb einer Reihe von aufeinanderfolgenden Messungen übersteigt, wird ein Alarmsignal generiert, gemäß welchem der Verstärker in Kürze Wartung benötigt. Wenn somit die Ausgangsspannung der analogen Schaltung 34 höher ausfällt als der im Mikroprozessor 36 programmierte Grenzwert, generiert der Mikroprozessor 36 eine Alarmmeldung.
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Das detaillierte Verfahren zur Überwachung der Restwelligkeitsspannung und Übermittlung des Alarmsignals an einen Remote-Computerserver wird in Form eines Flussdiagramms in 4 gezeigt.
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Bei 50 wird die Restwelligkeitsspannung gemessen, indem die AC-Restwelligkeitsspannung an der Gleichspannungsstromversorgung des CATV-Verstärkers/-knotens unter Verwendung eines Restwelligkeitsdetektors oder eines Spitzenwertdetektors umgewandelt wird.
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Die Restwelligkeitsspannung wird um einen Faktor 10 vervielfacht, siehe 52, so dass eine erhöhte Spannung zur weiteren Überprüfung entsteht und an einen Mikroprozessor 36 weitergegeben wird, um eine ADC-Spannung zum Vergleich mit dem Sollwert oder dem noch zulässigen Grenzwert zu generieren.
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Bei 54, wird die ADC-Spannung durch den Mikroprozessor 36 evaluiert, um festzustellen, ob sie höher ist als der vorher festgelegt zulässige Grenzwert oder Sollwert.
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Solange die ADC-Spannung unter dem zulässigen Grenzwert bleibt, wird der Alarm nicht erzeugt und bleibt aktiv.
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Wenn die ADC-Spannung den Sollwert übersteigt, wird Entscheidungspfad 56 eingeschlagen und die ADC-Spannung wird durch eine Reihe von Wiederholungsmessungen überprüft, deren Anzahl durch einen Wiederholungszähler festgelegt und schrittweise mit jeder Wiederholungsmessung erhöht wird, siehe 58. Wenn eine gewisse Anzahl von aufeinanderfolgenden Wiederholungsmessungen einen Wert ergeben, der höher ist als der zulässige Grenzwert, wird entweder Pfad 62 oder 62' eingeschlagen und ein Alarm erzeugt.
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Wenn an einem Punkt festgestellt wird, dass der zulässige Grenzwert nicht überschritten wurde, siehe Kasten 54, wird der Wiederholungszähler auf Null gesetzt, siehe Kasten 64.
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Durch Verstärkung oder Vervielfältigung der Restwelligkeitsspannung um einen Faktor 10 bevor eine ADC-Spannung erreicht wird, wird die Genauigkeit der Feststellung, ob der zulässige Grenzwert noch im zulässigen Bereich ist oder nicht, verbessert. Durch die Vornahme einer gewissen Anzahl von Wiederholungsmessungen, welche ebenfalls eine Überschreitung des zulässigen Grenzwerts ergeben müssen, kann sichergestellt werden, dass kein Fehlalarm ausgelöst wird.
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4 zeigt zwei Optionen zur Erzeugung eines Alarmsignals, einerseits durch periodische Abfrage entlang Pfad 62 oder durch automatische Benachrichtigung über einen Alarm entlang Pfad 62'. Pfad 62 erzeugt einen Alarm, der entlang eines Zweiwege-Kommunikationspfades über eine Docsis-Transponder-Abfragebasis 70 an einen Mastercomputer 80 übermittelt werden kann. Bei dieser Option startet der Mastercomputer periodisch Abfragen an den Verstärker oder Knotenpunkt, um den Alarmstatus zu erfahren. Der Alarm wird nur infolge einer Abfrage registriert.
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Wenn Pfad 62 gewählt und ein intermittierendes, abfrage-basiertes Überwachungssystem ausgewählt wird, wird generell jeder Verstärker oder Knotenpunkt innerhalb eines festgelegten Zeitraums überprüft, wobei jeder Verstärker oder Knotenpunkt nur ein Signal an den Mastercomputer sendet, wenn der Mastercomputer dies anfordert. Bei dieser Option wird der Alarm nicht automatisch an den Computer gesendet.
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Pfad 62' steht für eine einseitige Kommunikationsoption, bei der die Feststellung, dass der Grenzwert bei einer Anzahl von Wiederholungsmessungen überschritten wurde, dafür sorgt, dass eine Alarmmeldung innerhalb des Mikroprozessors 36 aktiviert wird. Unter Verwendung eines Messaging-Protokolls, wie beispielsweise einer SNMP-Trap-Meldung, wird der Alarm an einen Remoteserver oder Remotecomputergerät 94 übermittelt, so dass der Kabelnetzbetreiber darauf aufmerksam wird und weitere Maßnahmen ergreifen kann. Bei Pfad 62' wird der Alarm direkt vom Remotecomputer empfangen, nachdem er generiert wurde.
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Das Verfahren nutzt die Infrastruktur des Netzwerkes selbst, um einen Alarm an den Remoteserver zu übermitteln. Docsis 3.x kann verwendet werden, um den Transport von Datensignalen durch das Netzwerk zur CATV-Anlage in einer Zwei-Wege-Richtung zu ermöglichen.
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Durch die Überwachung und Messung der Restwelligkeitsspannung, den Vergleich mit einer zulässigen Restwelligkeitsspannung und die Erzeugung eines Alarmsignals, wenn die Restwelligkeitsspannung durchgehend über der zulässigen Restwelligkeitsspannung liegt, schlägt die vorliegende Erfindung einen Weg vor, einen Wert aus der Ferne zu überwachen, der dazu dient, jeden Ausfall in der Stromversorgung des Verstärkers oder des Knotenpunktes, besonders in den Kondensatoren innerhalb der Stromversorgung, zu identifizieren.
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Das Verfahren ermöglicht es, einen zu erwartenden Komponentenausfall zu detektieren, bevor eine verminderte Signalqualität oder Signalunterbrechung beim Verbraucher auftritt. Techniker sind so in der Lage, Verstärker oder Knotenpunkte zu ersetzen oder zu reparieren, sobald sie die Nachricht erhalten haben, dass die Restwelligkeitsspannung den für das jeweilige Gerät zulässigen Restwelligkeitsgrenzwert überschritten hat. Dadurch kann auch der CATV-Anbieter vorab informiert werden, dass die Stromversorgung in Verbindung mit dem Verstärker oder Knotenpunkt voraussichtlich bald Probleme bereiten wird.
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Beispiele von Schaltungen zur Erfassung und Überwachung von Restwelligkeitsspannung werden in den 5 und 6 gezeigt. Dabei wird die in 5 gezeigte Schaltung verwendet, wo Strom über eine positive Stromleitung und eine negative Bezugsleitung (Masseleitung) zur Verfügung gestellt wird. Die Schaltung in 6 wird verwendet, wenn nur eine positive Spannung verwendet wird. Wo nur eine positive Spannung verwendet wird, ist die Ausgangsspannung vorgespannt auf der Spannung, die auf der positiven Seite des sich im Betrieb befindlichen Verstärkers zur Verfügung gestellt wird.
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In 5 wird Kondensator 50 verwendet, um einen kapazitiven Eingang zu schaffen, wobei die Schaltung Verstärkerfunktion hat, um die Restwelligkeitsspannung mindestens um den Faktor 10 zu verstärken. Dioden 52, 54, die zwischen einem Eingang 56 und einem Ausgang 58 des operativen Verstärkers 60 verbunden sind, schaffen einen idealen Gleichrichter mit den Widerständen 61, 61', 61'', die zur Modifizierung der elektrischen Eigenschaften der Gesamtschaltung dienen. Die eingespeiste Restwelligkeit am Eingang 62 lädt schnell den Ausgangskondensator 64 und gibt eine analoge Spannung an Ausgang 66, die digital verarbeitet wird durch eine Analog-Digital-Umwandlungsschaltung, üblicherweise innerhalb des Mikroprozessors 36. Die digitale Spannung wird im Mikroprozessor 34 im Hinblick auf zulässige Spannungswerte überprüft und für den Fall, dass der Wert der digitalen Spannung größer als vom Mikroprozessor 36 erlaubt ausfällt, wird ein Alarm ausgelöst.
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Durch den Einbau einer Restwelligkeitsdetektion in der Stromversorgung kann eine Verschlechterung der Signalstärke aus der Ferne überwacht und erfasst werden, wodurch ein planmäßiger Austausch von Bauteilen wie beispielsweise Kondensatoren ermöglicht wird, solange die Stromversorgung noch funktioniert und bevor ein Ausfall auftritt. Die Restwelligkeitsmessungen haben auf das beim Verbraucher ankommende, verstärkte Signal keinen Einfluss.
