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Für die vorliegende Anmeldung wird der Nutzen der am 24. März 2006 eingereichten, vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/785,646 mit dem Titel ”Total Power Margin Test” beansprucht, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Bestimmung der für ein HFC-Netzwerk verfügbaren Gesamtleistungsspanne. Genauer betrifft die vorliegende Offenbarung einen automatisierten Ansatz zur Bewertung der auf Netzwerkvorrichtungen verfügbaren Leistungsspanne.
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Hintergrund der Erfindung
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Koaxialkabelfernsehsysteme werden seit vielen Jahren verbreitet verwendet, und es wurden ausgedehnte Netzwerke entwickelt. Die umfangreichen und komplexen Netzwerke sind für Kabelbetreiber häufig schwer zu verwalten und zu überwachen. Ein typisches Kabelnetz umfasst im Allgemeinen eine Kopfstelle, das normalerweise mit mehreren Knoten verbunden ist, die einem Kabelmodemendsystem (CMTS, cable modem termination system) Inhalte liefern, das mehrere Empfänger umfasst, von denen jeder mit mehreren Modems zahlreicher Teilnehmer verbunden ist, wobei ein einzelner Empfänger beispielsweise mit hunderten von Modems verbunden sein kann. In vielen Fällen können einige Knoten einen bestimmten Bereich einer Stadt oder Großstadt bedienen.
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In der Rückleitung eines HFC-Netzwerks vorhandene HF-Vorrichtungen begrenzen die Anzahl der Dienste, die angeboten werden können, und die Anzahl der Teilnehmer, die versorgt werden können. Dies bedeutet, dass der dynamische Bereich dieser HF-Vorrichtungen den Umfang der Leistung begrenzt, die durch sie hindurchgeleitet werden kann. Sowohl die Rückleitungsverstärker als auch die optischen Empfänger sind häufig die primäre Ursache dieser Einschränkungen, wobei der optische Empfänger normalerweise die schwächste Verbindung darstellt. Sowohl aktive Datendienste als auch das Ingress-Rauschen verbrauchen etwas von dem dynamischen Bereich dieser HF-Vorrichtungen. Dadurch existiert eine endliche Begrenzung der Anzahl der zusätzlichen Dienste, die in ein aktives Netzwerk aufgenommen werden können.
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Da sowohl die Herstellung als auch der Hersteller dieser Vorrichtung sowie der bei der Einrichtung vorliegende Ingress (eine elektromagnetische Störung) veränderlich sind, muss der Betreiber jeden Knoten der Einrichtung für die verfügbare Leistungsspanne einzeln kennzeichnen, um zu bestimmen, ob zusätzliche Dienste genutzt werden können, und, wenn dies der Fall ist, die Menge der zusätzlichen Dienste festzustellen. Eine derartige Kennzeichnung ermöglicht dem Betreiber auch, zu verstehen, wann eine keine Erträge erzeugende Leistung (d. h. Ingress) ein dominanter Faktor in der Einrichtung ist, und garantiert die Versorgung. Typischerweise erfordert die Charakterisierung derartiger Leistungsspannen einer vorgeschalteten optischen Verbindung die gleichzeitige Anwesenheit eines Technikers oder Ingenieurs mit speziellen Prüfgeräten, wie einem Vektorsignalanalysegerät und Signalgeneratoren, an mehreren Orten innerhalb der HFC-Einrichtung. Dieser manuelle Diagnoseprozess ist arbeitsintensiv, zeitraubend und aufwendig.
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Die
US 2005/0 183 130 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Signalstärke, wobei ein Leistungspegel von Signalen in dem Netzwerk gemessen wird.
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Die
US 5 606 725 A beschreibt ein HFC-Netzwerk, wobei eine Sendeleistung eines Modems erhöht wird, wenn das Modem eine hohe Fehlerrate erkennt, und die Sendeleistung des Modem reduziert wird, wenn das Modem eine geringe Fehlerrate wahrnimmt.
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Die
US 7 246 386 B1 beschreibt ein System zum Überprüfen eines kabelgestützten Netzwerks, wobei Testsignale von angeschlossenen Modems auf verschiedenen Frequenzen übertragen werden.
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Die
US 8 116 253 B2 beschreibt ein drahtloses Kommunikationssystem bei dem basierend auf einem Leistungspegel eine Leistungspegelanpassung erfolgt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung erläutert einen automatisierten Prozess zur Charakterisierung der verfügbaren Gesamtleistungsspanne unter Verwendung von Endgeräten (wie MTAs oder Kabelmodems) in Verbindung mit über eine CMTS-Vorrichtung an der Kopfstelle vorgenommenen Messungen und erfordert keine Rollwagen zu entfernten Stellen innerhalb der Einrichtung.
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Gemäß den Prinzipien der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Messen eines Netzwerks folgendes: einen Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er gleichzeitig Übertragungen von einem ersten Netzwerkelement mit einer ersten Frequenz f1 und ein Prüfsignal von einem Prüfnetzwerkelement mit einer Prüffrequenz ft empfängt, wobei das Prüfsignal von dem Prüfnetzwerkelement Prüfdaten enthält; eine Fehlerüberwachungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Fehlerrate des Prüfsignals mit der Frequenz ft misst, um eine gemessene Fehlerrate zu liefern; und eine Leistungsüberwachungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Energie in im Netzwerk empfangenen Kommunikationssignalen misst.
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Die Vorrichtung kann ferner einen Mikroprozessor umfassen, der so konfiguriert ist, dass er bestimmt, ob die gemessene Fehlerrate eine vorgegebene Fehlerrate übersteigt.
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Wenn die gemessene Fehlerrate bei der Vorrichtung die vorgegebene Fehlerrate übersteigt, wird auf der Grundlage der der gemessenen Fehlerrate zugeordneten gemessenen Leistung eine Leistungsspanne bestimmt werden.
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Bei der Vorrichtung kann die Leistungsspanne auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Basisleistungspegel in dem Netzwerk und der zu dem Zeitpunkt, zu dem die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate übersteigt, gemessenen Leistung bestimmt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Empfänger so konfiguriert sein, dass er zur gleichen Zeit wie die erste Frequenz f1 und die Prüffrequenz ft Übertragungen von einem zweiten Netzwerkelement mit einer zweiten Frequenz f2 empfängt.
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Bei der Vorrichtung kann der Mikroprozessor so konfiguriert sein, dass er ein Netzwerkelement als erstes Netzwerkelement, ein weiteres Netzwerkelement als zweites Netzwerkelement und ein drittes Netzwerkelement als Prüfnetzwerkelement auswählt und das erste Netzwerkelement, das zweite Netzwerkelement und das Prüfnetzwerkelement anweist, jeweils auf der ersten Frequenz f1, der zweiten Frequenz f2 und der Prüffrequenz ft zu senden, so dass der Empfänger gleichzeitig Übertragungen von dem ersten Netzwerkelement, dem zweiten Netzwerkelement und dem Prüfnetzwerkelement empfängt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die erste Frequenz f1 und die zweite Frequenz f2 so ausgewählt werden, dass eine Wechselwirkung zwischen f1 und f2 keine Intermodulationsstörungen in der Prüffrequenz ft in einem Übertragungslaser im Netzwerk erzeugt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Mikroprozessor zumindest entweder das erste Netzwerkelement oder das zweite Netzwerkelement anweisen, einen Übertragungsleistungspegel zu erhöhen, wenn die gemessene Fehlerrate eine vorgegebene Fehlerrate nicht übersteigt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Leistungsspanne in einem Netzwerk kann die folgenden Schritte umfassen: die Auswahl eines ersten Netzwerkelements zum Senden eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz f1 und eines Prüfnetzwerkelements zum Senden eines Prüfsignals mit einer Prüffrequenz ft; das Anweisen des ersten Netzwerkelements, ein Signal mit der ersten Frequenz zu senden, das zur gleichen Zeit wie das Prüfsignal mit der Prüffrequenz empfangen werden soll; das Messen einer Fehlerrate des Prüfsignals und das Bestimmen, ob die gemessene Fehlerrate eine vorgegebene Fehlerrate übersteigt; das Messen eines Leistungspegels von Signalen auf dem Netzwerk, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate übersteigt; und das Bestimmen einer Leistungsspanne in dem Netzwerk auf der Grundlage des gemessenen Leistungspegels.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner den Schritt einer Erhöhung eines Übertragungsleistungspegels des ersten Netzwerkelements umfassen, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate nicht übersteigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Schritte der Auswahl eines zweiten Netzwerkelements zum Liefern von Übertragungen mit einer zweiten Frequenz f2 und der Anweisung des zweiten Netzwerkelements umfassen, ein zweites Signal mit der zweiten Frequenz zu senden, das zur gleichen Zeit wie das erste Signal mit der ersten Frequenz f1 und das Prüfsignal mit der Prüffrequenz empfangen werden soll.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die erste Frequenz f1 und die zweite Frequenz f2 so ausgewählt werden, dass eine Wechselwirkung zwischen f1 und f2 keine Intermodulationsstörungen in der Prüffrequenz ft in einem Übertragungslaser im Netzwerk erzeugt.
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Das Verfahren kann ferner den Schritt einer Erhöhung eines Übertragungsleistungspegels zumindest entweder des ersten Netzwerkelements oder des zweiten Netzwerkelements umfassen, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate nicht überschreitet.
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Ein erfindungsgemäßes computerlesbares Medium kann Anweisungen für einen Computer enthalten, ein Verfahren zur Bestimmung einer Leistungsspanne in einem Netzwerk auszuführen; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfassen kann: die Auswahl eines ersten Netzwerkelements zum Senden eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz f1 und eines Prüfnetzwerkelements zum Senden eines Prüfsignals mit einer Prüffrequenz ft; das Anweisen des ersten Netzwerkelements, ein Signal mit der ersten Frequenz zu senden, das zur gleichen Zeit wie das Prüfsignal mit der Prüffrequenz empfangen werden soll; das Messen einer Fehlerrate des Prüfsignals und das Bestimmen, ob die gemessene Fehlerrate eine vorgegebene Fehlerrate übersteigt; das Messen eines Leistungspegels von Signalen im Netzwerk, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate übersteigt; und das Bestimmen einer Leistungsspanne in dem Netzwerk auf der Grundlage des gemessenen Leistungspegels.
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Bei einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium können die Anweisungen ferner Anweisungen umfassen, einen Schritt zur Erhöhung eines Übertragungsleistungspegels des ersten Netzwerkelements auszuführen, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate nicht übersteigt.
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Bei einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium können die Anweisungen ferner Anweisungen umfassen, einen Schritt zur Auswahl eines zweiten Netzwerkelements zum Liefern von Übertragungen mit einer zweiten Frequenz f2 und zum Anweisen des zweiten Netzwerkelements auszuführen, ein zweites Signal mit der zweiten Frequenz zu senden, das zur gleichen Zeit wie das erste Signal mit der ersten Frequenz f1 und das Prüfsignal mit der Prüffrequenz empfangen werden soll.
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Bei einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium können die erste Frequenz f1 und die zweite Frequenz f2 so ausgewählt werden, dass eine Wechselwirkung zwischen f1 und f2 keine Intermodulationsstörungen in der Prüffrequenz ft in einem Übertragungslaser im Netzwerk erzeugt.
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Bei einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium können die Anweisungen ferner Anweisungen umfassen, einen Schritt zur Erhöhung eines Übertragungsleistungspegels zumindest entweder des ersten Netzwerkelements oder des zweiten Netzwerkelement auszuführen, wenn die gemessene Fehlerrate die vorgegebene Fehlerrate nicht übersteigt.
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Für Fachleute ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Techniken einem Betreiber die Bestimmung einer verfügbaren Leistungsspanne in einem Netzwerk ohne die Notwendigkeit einer entfernten Platzierung von Prüfgeräten in der Kabelanlage ermöglichen. Zudem erfordert die in der Erfindung offenbarte Technik keine Entsendung eines Bedieners oder Technikers an entfernte Stellen in dem HFC-Netzwerk. Sämtliche Messungen können durch die Verwendung der vorhandenen Anschlussvorrichtungen (insbesondere der DOCSIS-Anschlussvorrichtungen, wie MTAs und Kabelmodems) sowie Einrichtungen an der Kopfstelle (insbesondere ein DOCSIS CMTS) erfolgen. Eine genaue Kenntnis der verfügbaren Leistungsspanne ermöglicht einem Unternehmen eine effektivere Nutzung der verfügbaren Ressourcen seines Netzwerks, beispielsweise durch Hinzufügen zusätzlicher Netzwerkelemente in Abschnitten des Netzwerks mit einer großen Leistungsspanne und durch Versetzen von Netzwerkelementen aus Abschnitten mit einer geringen Leistungsspanne zur Verbesserung der Signalqualität und der Netzwerkgeschwindigkeit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die folgenden Zeichnungen dienen der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung.
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1 zeigt ein beispielhaftes Netzwerk gemäß den Prinzipien der Erfindung.
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2 zeigt eine beispielhafte CMTS-Architektur gemäß den Prinzipien der Erfindung.
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3 zeigt eine beispielhafte Architektur eines Netzwerkelements, das mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen CMTS kommunizieren kann.
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4 zeigt eine beispielhafte Architektur einer Kopfstelle, die ein beispielhaftes erfindungsgemäßes CMTS umfassen kann.
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5 zeigt einen beispielhaften Prozess gemäß den Prinzipien der Erfindung.
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6 zeigt einen Schwellenwert für die Intermodulationswirkung bezogen auf einen Störpegel.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Durch die vorliegende Offenbarung werden eine Leistungsspektrumscharakterisierung und die Identifikation verfügbarer vorgeschalteter Frequenzbereiche geschaffen, die eine Kommunikation unterstützen würden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine automatische Bestimmung, wie viel HF-Leistung in einem Netzwerk zur Aufnahme zusätzlicher Dienste zur Verfügung steht, sowie der Ingress-Leistung, bevor eine vorgegebene Soft Failure auftritt. Eine Soft Failure ist eine Verschlechterung der Signalqualität, die das Auftreten von Vorverzerrungsfehlern verursacht, die jedoch innerhalb der verfügbaren Grenzen einer Fehlerkorrektur liegen, wobei die Absicht darin besteht, dass keine merkliche Beeinträchtigung der Live-Dienste in einem Netzwerk eintritt. Die Prüfung gemäß der Erfindung umfasst im Allgemeinen eine Demodulation eines spezifizierten Test-QAM-Trägers und eine Messung seiner Signalqualität zur Bestimmung der Auswirkungen einer Belastung des Netzwerks.
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Gemäß der im Zusammenhang mit der Erfindung beschriebenen Methodik werden zwei DOCSIS-Anschlussvorrichtungen (Kabelmodems oder MTAs) angewiesen, gleichzeitig zu senden, und die Auswirkungen, zum Beispiel das mittlere Fehlerverhältnis (MER, mean error ratio), die Bitfehlerrate (BER, bit error rate) und die Paketfehlerrate (PER, packet error rate), auf einen dritten Kommunikationskanal gemessen. Anschließend wird die Leistung für die beiden DOCSIS-Anschlussvorrichtungen erhöht, bis Auswirkungen auf den Kommunikationskanal erfasst werden. Dies bedeutet, dass die Auswirkungen einer Erhöhung der Leistung in der Rückleitung des Kabelnetzes an einem aktiven Kommunikationssignal überwacht und die insgesamt hinzugefügte Leistung protokolliert werden, wenn die Leistung beginnt, die Leistung des Kommunikationskanals zu beeinträchtigen. Der in der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen beschriebene Ansatz macht es erforderlich, dass die drei DOCSIS-Anschlussvorrichtungen auf dem gleichen optischen Knoten angeordnet sind. Eine Methodik zur Isolation von Vorrichtungen, die sich auf dem gleichen optischen Knoten befindet, ist in einer am 5. September 2006 eingereichten, allgemein zugeordneten Offenbarung mit der anwaltlichen Prozesslistennr. BCSO4122, dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR GROUPING TERMINAL NETWORK DEVICES und der US-Seriennr. 11/470,034 ausgeführt. Die Leistungsspannenprüfung sollte vorzugsweise nicht in Verbindung mit anderen Veränderungen in dem Netzwerk, wie einer Veränderung der optischen Leitwege, einem Umschalten der Ingress-Pegel oder einer beliebigen anderen Routine oder einem beliebigen anderen Ereignis erfolgen, bei dem die Wahrscheinlichkeit besteht, das eine Instabilität der HF-Pegel verursacht wird.
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Vorzugsweise sollte in dem Netzwerk auch ein adäquater Spielraum zur Verfügung stehen, um die Aufnahme von zwei DOCSIS-Kanälen zu ermöglichen. Dieser Spielraum kann bestimmt werden, indem zunächst über eine FFT-Messung die Gesamtleistung der aktuellen vorgeschalteten Belastung geschätzt, anschließend ein Prüfkanal auf dem gleichen Pegel wie der Kabelmodemkanal hinzugefügt und die FFT erneut ausgeführt werden. Beträgt die Erhöhung der Leistung bei kombinierter Belastung des Kabelmodems und des Prüfkanals weniger als 3 dB, funktioniert das System nach wie vor in einem linearen Bereich und die zusätzliche Leistung von dem Prüfkanal ist akzeptabel. Anderenfalls kann die optische Verbindung übersteuert werden. Die Spielraumprüfung sollte durch Hinzunehmen des zweiten Prüfsignals wiederholt werden. Die FFT sollte bei der zweiten Überprüfung auch ausgeführt werden, während beide Prüfsignale gleichzeitig gesendet werden.
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Vorzugsweise stellt eine aktive Rückleitung Dienste bereit, während der Bediener Netzwerkelemente nach gemeinsamen optischen Knoten zuzuordnen (zu gruppieren) wünscht. Auch bei dieser Prüfung werden Prüffrequenzpositionen basierend auf einer Vermeidung einer Störbeeinflussung durch Intermodulationen zweiter Ordnung bei aktiven Datendiensten ausgewählt. Es wird davon ausgegangen, dass ein ausreichender Spielraum zur Verfügung steht, so dass Produkte dritter Ordnung kein Problem für die aktiven Dienste darstellen. Ebenso werden bei dem Ansatz vorzugsweise DOCSIS-Kabelmodems zur Erzeugung von Prüfsignalen verwendet. Daher weisen die Prüfsignale eine der verfügbaren DOCSIS-Bandbreiten auf (200 kHz, 400 kHz, 800 kHz, 1600 kHz, 3200 kHz, 6400 kHz). Vorzugsweise wird für die Prüfung die Bandbreite von 800 kHz verwendet, da schmale Bandbreiten die Größe des in der Rückleitung benötigten sauberen Spektrums minimieren und viele Modems mit den Bandbreiten von 400 und 200 kHz Probleme haben.
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1 zeigt ein beispielhaftes Netzwerk, bei dem mehrere Abschlussnetzwerkelemente 8 (beispielsweise Kabelmodems, Digitalempfänger, mit Digitalempfängern ausgestattete Fernsehgeräte oder jedes andere Element eines Netzwerks, wie eines HFC-Netzwerks) über Knoten 12 und ein oder mehrere (nicht dargestellte) Taps mit einem an einer Kopfstelle 14 angeordneten CMTS (cable modem termination system, Kabelmodemabschlusssystem) 10 verbunden sind. Bei einer beispielhaften Anordnung umfasst die Kopfstelle 14 auch einen optischen Sender/Empfänger 16, der über eine optische Faser optische Übertragungen an die mehreren Knoten 12 liefert. Das CMTS 10 ist mit einem IP- oder PSTN-Netzwerk 6 verbunden. Für Fachleute ist ersichtlich, dass mehrere Knoten 12 mit einer Kopfstelle verbunden sein können und dass eine Kopfstelle mehrere CMTS-Einheiten umfassen kann, die jeweils mehrere Empfänger (beispielsweise acht Empfänger) umfassen, von denen jeder mit mehreren (beispielsweise hunderten) Netzwerkelementen 8 kommuniziert. Das CMTS 10 kann auch einen Reserveempfänger umfassen, der nicht durchgehend für Netzwerkelemente 8 konfiguriert ist, sondern selektiv für Netzwerkelemente 8 konfiguriert werden kann. Die Verwendung eines Reserveempfängers ist in der am 30. Juni 2005 eingereichten, allgemein übertragenen Patentanmeldung 11/171066 mit dem Titel Automated Monitoring of a Network beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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2 zeigt eine logische Architektur eines beispielhaften CMTS 10. Wie in 2 dargestellt, kann das CMTS 10 eine Verarbeitungseinheit 100 enthalten, die auf einen RAM 106 und einen ROM 104 zugreifen und die Funktion des CMTS 10 und der von den Netzwerkelementen 8 an das CMTS zu sendenden HF-Kommunikationssignale steuern kann. Die Verarbeitungseinheit 100 umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor 102, der Informationen, wie Anweisungen und Daten, von einem ROM 104 oder einem RAM 106 empfangen kann. Die Verarbeitungseinheit 100 ist vorzugsweise mit einer Anzeige 108, wie einer CRT- oder LCD-Anzeige, verbunden, die Statusinformationen anzeigen kann, beispielsweise ob eine Stationswartung (SM, station maintenance) ausgeführt wird oder ein nicht angemeldeter Empfänger zum Lastausgleich berechtigt ist. Ebenso kann ein Eingabetastenfeld 110 mit der Verarbeitungseinheit 100 verbunden sein und einem Bediener das Versorgen des Prozessors 100 mit Anweisungen, Verarbeitungsanforderungen und/oder Daten ermöglichen.
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Ein HF-Sender/Empfänger (Sender und Empfänger) 20 bietet vorzugsweise eine bidirektionale Kommunikation mit mehreren Netzwerkelementen 8 über optische Sender/Empfänger 16, Knoten 12 und mehrere (nicht dargestellte) Netzwerk-Taps. Für Fachleute ist ersichtlich, dass das CMTS 10 mehrere HF-Sender/Empfänger, beispielsweise acht HF-Sender/Empfänger und einen Reserve-HF-Sender/Empfänger umfassen kann. Jeder HF-Sender/Empfänger kann über 100 Netzwerkelemente unterstützen. Der HF-Sender/Empfänger 20, beispielsweise ein Broadcom 3140 Empfänger (Sender/Empfänger), wird vorzugsweise zum Erhalt von Entzerrerwerten sowie von Messungen des mittleren Fehlerverhältnisses (MER) von Datenschüben, einer Paketfehlerrate (PER) und einer Bitfehlerrate (BER) verwendet. HF-Sender/Empfänger 20 können auch ein FFT-Modul 308 zur Unterstützung von Leistungsmessungen umfassen. Die Kommunikationskennlinien jedes Empfängers 20 können in einem ROM 104 oder RAM 106 gespeichert oder von einer externen Quelle, wie einer Kopfstelle 14, geliefert werden. Der RAM 104 und/oder ROM 106 kann auch Anweisungen für den Mikroprozessor 102 enthalten.
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3 zeigt ein beispielhaftes Netzwerkelement 8, wie ein Kabelmodem. Das Netzwerkelement 8 umfasst vorzugsweise einen Prozessor 202, der mit einem RAM 206 und einem ROM 204 kommunizieren kann und den allgemeinen Betrieb des Netzwerkelements steuert, einschließlich der Vorentzerrungsparameter und der Längen der Einleitungen von vom Netzwerkelement entsprechend Anweisungen von dem CMTS 10 gesendeten Übertragungen. Das Netzwerkelement 8 umfasst auch einen Sender/Empfänger (der einen Sender und einen Sender und einen Empfänger umfasst), der eine bidirektionale HF-Kommunikation mit dem CMTS 10 ermöglicht. Das Netzwerkelement 8 kann auch eine Entzerrereinheit umfassen, die die Kommunikation mit dem CMTS 10 entzerren kann. Das Netzwerkelement 8 kann auch einen Dämpfer 220 umfassen, der von dem Mikroprozessor derart gesteuert werden kann, dass er die zu sendenden Signale so dämpft, dass sie innerhalb eines gewünschten Leistungspegels liegen. Für Fachleute ist ersichtlich, dass die Komponenten des Netzwerkelements 8 nur zur Besprechungszwecken getrennt dargestellt wurden und dass verschiedene Bauteile in der Praxis kombiniert werden können.
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4 zeigt weiterhin Einzelheiten einer beispielhaften Kopfstelle 14. Die Kopfstelle 14 umfasst vorzugsweise einen optischen Sender/Empfänger 16, der vorzugsweise einen optischen Empfänger 316 aufweist, der so konfiguriert ist, dass er über eine optische Faser optische Signale von den Knoten 12 empfängt. Mehrere Lasersender 312 liefern über eine optische Faser nachgeschaltete optische Übertragungen an die Knoten 12. Ein Lasersender kann mit der Kommunikation mit einem einzigen Knoten betraut sein. Ein FFT-Modul (FFT: fast Fourier transform, schnelle Fourier-Transformation) 308, wie ein Broadcom 3140 Receiver FFT, identifiziert Frequenzen in den empfangenen optischen Signalen und liefert der Leistungsüberwachungseinheit 310 die gewünschten Frequenzen. Das FFT unterstützt vorzugsweise unterschiedliche Fenster und Abtastlängen (256, 512, 1024, 2048) mit einem Ausgang mit einer Frequenz von 0–81,92 MHz. Die Mindestauflösung ergibt sich aus einer maximalen Fensterlänge von 2048 Abtastung und bringt eine FFT-Zellenauflösung von 80 kHz hervor. Die CPU 30 umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor 301, der mit dem RAM 306 und dem ROM 304 zusammenarbeitet, den Betrieb der Kopfstelleneinheit steuert und vorzugsweise das in 5 dargestellte Verfahren implementiert.
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Beim Empfang eines nachgeschalteten Kommunikationssignals von einem Netzwerkelement über das CMTS 10 liefert die CPU 30 vorzugsweise Anweisungen zur Modulation eines der Lasersender 312, um das Kommunikationssignal an die Knoten 12 zu senden. Die optischen Empfänger 316 sind vorzugsweise so konfiguriert, dass sie das von den Knoten 12 gesendete optische Signal überwachen, beispielsweise durch Empfangen eines Teils des Signals. Der optische Empfänger 316 übermittelt den überwachten Teil vorzugsweise an das FFT-Module 308, von dem Intermodulationen bestimmt werden können, und an eine Leistungsüberwachungseinheit 310, von der der Leistungspegel auf einer spezifischen Frequenz (wie der Prüffrequenz) oder die Gesamtleistung des Signals gemessen werden können.
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Ein beispielhafter Prozess zur automatischen Bestimmung der in dem System an einem optischen Knoten zur Verfügung stehenden Leistungsspanne ist in 5 dargestellt. Wie in 5 in einem Schritt S0 dargestellt, werden in dem Prozess drei Netzwerkelemente NE1, NE2 und NE3 zur Verwendung durch zwei Netzwerkelemente ausgewählt. Vorzugsweise sind die drei Modems mit dem gleichen HFC-Knoten und Rückleitungslaser verbunden und gerade ungenutzt, verfügen über eine ausreichende Kapazität zur Erhöhung ihrer Sendeleistung um 15 dB und können von dem CMTS ferngesteuert werden, um sich auf Befehl zu neuen Frequenzen zu bewegen und um ihren Übertragungsleistungspegel zu verändern. Ebenso wird bei einer bevorzugten Implementierung eines der ausgewählten Netzwerkelemente zum Liefern eines modulierten Signals, wie eines 16 QAM, 2,56 Msym/s Signals, verwendet, das als das ”Prüfsignal” für die Leistungsspannenprüfung verwendet wird. Die beiden anderen Netzwerkelemente werden angewiesen, auf einem Kanal zu senden, der das Prüfsignal beeinträchtigt, beispielsweise auf 800 kHz QPSK Kanälen, deren Leistung ausreichend erhöht wird, um die Auslastung (Komprimierung) der HF-Vorrichtungen (höchstwahrscheinlich des Rückleitungslasersenders) in dem System zu veranlassen.
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Idealerweise sollen zwei Frequenzen gefunden werden, mit denen die Netzwerkelemente NE1 und NE2 senden können und die keine Intermodulation zweiter Ordnung bei einer dritten Frequenz erzeugen, die dem Netzwerkelement NE3 zugewiesen werden kann. Jede der drei Frequenzen liegt vorzugsweise innerhalb des Spektrums von 5–42 MHz. Die möglichen Frequenzen können mittels zahlreicher Techniken identifiziert werden, beispielsweise durch die empirische Bestimmung nutzbarer Frequenzbereiche für eine QPSK-Übertragung (QPSK: quadrature Phase shift keying, Quadraturphasenumtastung, auch als 4-QAM bezeichnet) mittels eines Untersuchungsprozesses. Die Kommunikationsfrequenzen (f1 und f2) werden vorzugsweise so ausgewählt, dass fl +/– f2 nicht auf f3 fällt und sowohl f1 als auch f2 und f3 zwischen 5 und 42 MHz liegen. Die drei Frequenzen werden vorzugsweise auch so ausgewählt, dass die Produkte zweiter Ordnung dieser Frequenzen soweit möglich nicht auf den gewünschten Verkehr in dem Netzwerk fallen. Vorzugsweise können die Frequenzen f1 und f2 als vorgeschaltete DOCSIS-Kanäle mit vorgeschalteten CMTS-Standardempfangspegeln aktiviert werden, ohne anderen aktiven Diensten einen signifikanten Schaden zuzufügen.
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Wie in 5 dargestellt, wird in einem Schritt S2 die Leistung des Frequenzbands von beispielsweise 5–42 MHz gemessen. Diese Messung liefert eine Bezugs-Grundlinienleistung des Frequenzbands, wie in 6 dargestellt. Bei einer bevorzugten Implementierung kann diese Messung als schrittweise Leistungsmessung des relevanten Bands (5–42) MHz ausgeführt und unter mindestens zehnfacher Abbildung der Amplitude bezogen auf die Frequenz bei Abbildung der belegten Frequenzbänder und der Periodizität der Kanäle in dem Netzwerk aufgezeichnet werden. Ebenso kann anhand der gemessenen Daten eine mathematische Schätzung der gesamten HF-Leistung des Netzwerks bezogen auf die Leistung einzelner Kanäle vorgenommen werden.
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Wie in 5 dargestellt, wird das Netzwerkelement 3 in einem Schritt S4 der Frequenz f3 zugeordnet, die als die Prüffrequenz F(t) verwendet wird, und die Grundfehlerraten, wie MER, PER und BER werden gemessen. Die Fehlerrate im CMTS kann durch Messen von MER, PER und BER gemessen werden, beispielsweise unter Verwendung eines im CMTS vorgesehenen (nicht dargestellten) Entzerrers. Die Gesamtleistung kann im CMTS gemessen werden, beispielsweise durch Messen der an einem FFT-Modul 308 und einem Leistungsüberwachungsmodul 301 empfangenen HF-Leistung. Alternativ kann die Leistung anhand der Einstellungen eines Dämpfers 220 des Netzwerkelements 8 bestimmt werden.
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Wie in 5 in einem Schritt S6 dargestellt, sind dem Netzwerkelement 1 die Frequenz f1 und dem Netzwerkelement 2 die Frequenz f2 zugewiesen. Die Netzwerkelemente 1 und 2 werden angewiesen, jeweils gleichzeitig mit einem vorgegebenen Leistungspegel PL1 und PL2 zu senden, während das Netzwerkelement 3 das modulierte Prüfsignal sendet (Schritt S8). Die Fehlerrate des modulierten Prüfsignals von dem Netzwerkelement 8 wird gemessen, und die Gesamtleistung des Frequenzspektrums, beispielsweise 5–42 MHz, wird erneut gemessen. Die Fehlerrate kann durch Messen von MER, PER und BER im CMTS gemessen werden, beispielsweise unter Verwendung eines im CMTS vorgesehenen (nicht dargestellten) Entzerrers. Die Gesamtleistung kann im CMTS gemessen werden, beispielsweise durch Messen der am FFT-Modul 308 und am Leistungsüberwachungsmodul 301 empfangenen HF-Leistung. Alternativ kann die Leistung anhand der Einstellungen des Dämpfers 220 des Netzwerkelements 3 bestimmt werden.
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Bei PL1 und PL2 kann es sich um den gleichen Leistungspegel handeln, der einem Pegel L entsprechen kann, der als Nennleistungspegel zugewiesen wurde. In diesem Schritt werden die Netzwerkelemente 1 und 2 vorzugsweise angewiesen, zu genau der gleichen Zeit einen Stationswartungsschub (SM-Schub) auszuführen. Für Fachleute ist ersichtlich, dass dies durch Abgleichen der Minizeitfenster in den MAPS für die beiden vorgeschalteten Kanäle erfolgen kann, die den Netzwerkelementen A und B zugeordnet sind. Für Fachleute ist auch ersichtlich, dass die MAP- oder MAPS-Daten eine Auflistung von Zeitfenstern liefern, die unterschiedlichen Netzwerkelementen bestimmte Zeitintervalle zuordnet, in denen sie Daten an das CMTS senden dürfen. Aus der Perspektive einer CMTS-Software sollte dies kein kompliziertes Problem darstellen, da die IM-Sendeintervalle bereits über SÄMTLICHE Kanäle einer einzelnen Spektrengruppe abgestimmt sind. Der FFT-Prozessor sollte auch so konfiguriert sein, dass er auf der Grundlage des MAP-Minizeitfensterintervalls Abtastungen auslöst, wenn die beiden SM-Schübe der Netzwerkelemente abgestimmt werden. Die kombinierte Leistung (Pc) und die Leistung von f3 (Pf3) werden gemessen, wie in einem Schritt S10 dargestellt. Es kann wünschenswert sein, die Schritte S8 und S10 mehrfach auszuführen, um die Möglichkeit auszuschließen, dass genau zum gleichen Zeitpunkt wie die SM-Schübe ein simultaner Ingress auftritt.
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Der Reserve-CMTS-Empfänger kann zur Vornahme der Fehlerrate- und Leistungsmessungen verwendet werden, um eine Beeinträchtigung der Teilnehmern angebotenen Dienste zu vermeiden. Alternativ kann zur Vornahme der Messungen ein weiterer Empfänger verwendet werden, indem er ”Offline” genommen wird oder indem eine Berichtigung hinsichtlich der durch den normalen Dienst verursachten Beeinträchtigung vorgenommen wird.
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Wenn das gleichzeitige Senden den Leistungspegel in der FFT-Zelle bei der Prüffrequenz (f3) nicht so erhöht hat, dass er das Prüfsignal erheblich beeinträchtigt (Schritt S12: NEIN), wird in einem Schritt S18 der Leistungspegel des Netzwerkelements 1 oder 2 oder beider erhöht, und der Prozess gemäß Schritt S8 und den folgenden Schritten wird wiederholt. Wenn das Prüfsignal von dem Netzwerkelement 3 beeinträchtigt ist (JA im Schritt S12), werden in einem Schritt S14 die Zusatzleistung und die Leistungsspanne berechnet und in einem Schritt S16 protokolliert.
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MER, PER und/oder BER werden bei jeder schrittweisen Erhöhung des Leistungspegels gemessen, und die Signale werden bis zu einer Verschlechterung der MER und, noch wesentlicher, bis zur Feststellung einer erheblichen Erhöhung der PER erhöht. Der Grund für die Beeinträchtigung ist eine Auslastung (Komprimierung) der HF-Vorrichtungen (am wahrscheinlichsten des Rückleitungslasersender) des Systems durch die von den Übertragungen der Netzwerkelemente 1 und 2 erzeugte Leistung.
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Die in 5 dargestellten Prozesse können mittels fest verdrahteter Vorrichtungen, Firmware oder Software implementiert werden, die auf einem Prozessor läuft. Vorzugsweise ist eine Verarbeitungseinheit für eine Software- oder Firmwareimplementierung in dem CMTS enthalten. Jeder der in 5 dargestellten Prozesse kann sich auf einem computerlesbaren Medium befinden, das von einem Mikroprozessor 301 gelesen werden kann. Ein computerlesbares Medium kann jedes Medium sein, das zur Aufzeichnung von Anweisungen geeignet ist, die von einem Mikroprozessor ausgeführt werden sollen, einschließlich einer CD, einer DVD, einer magnetischen oder optischen Platte, eines Bands, eines abnehmbaren oder nicht abnehmbaren Speichers auf Siliciumbasis oder über Kabel oder drahtlos übertragener Signale in Paketform oder nicht in Paketform.
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Die Erfindung ermöglicht dem Techniker oder Ingenieur beispielsweise unter Verwendung des Motorola BSR64000 eine rasche Ferncharakterisierung einer vorgeschalteten Gesamtleistungsspanne von einer zentralen Stelle, wie der Kopfstelle, ohne eine Beeinträchtigung der aktiven Dienste anstelle der Notwendigkeit der Verwendung externer Prüfgeräte, wie der Vektorsignalanalysevorrichtung, und der Entsendung von Technikern an verschiedene Stellen der Kabelanlage. Sie ermöglicht dem MSO auch die Planung künftiger Angebote und die Einteilung erforderlicher Wartungsarbeiten, indem sie ihm/ihr eine periodische Überwachung der Leistungsspanne ermöglicht. Sämtliche Messungen können unter Verwendung der vorhandenen Abschlussvorrichtungen (insbesondere der DOCSIS-Abschlussvorrichtungen, wie der MTAs und Kabelmodems) sowie der Ausstattung der Kopfstelle (insbesondere eines DOCSIS CMTS) erfolgen.
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Für Fachleute ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Techniken einem Betreiber die Bestimmung der in einem Netzwerk zur Verfügung stehenden Leistungsspanne ohne die Notwendigkeit einer entfernten Platzierung von Prüfinstrumenten in der Kabelanlage ermöglichen. Zudem erfordert die durch die Erfindung offenbarte Technik keine Entsendung eines Bedieners oder Technikers an entfernte Stellen des HFC-Netzwerks. Sämtliche Messungen können unter Verwendung der vorhandenen Abschlussvorrichtungen (insbesondere der DOCSIS-Abschlussvorrichtungen, wie der MTAs und Kabelmodems) sowie der Ausstattung der Kopfstelle (insbesondere eines DOCSIS CMTS) erfolgen. Eine genaue Kenntnis der verfügbaren Leistungsspanne ermöglicht einem Unternehmen die effizientere Nutzung der verfügbaren Ressourcen seines Netzwerks, beispielsweise durch das Hinzufügen zusätzlicher Netzwerkelemente in Abschnitten des Netzwerks mit einer großen Leistungsspanne und eine Verlegung von Netzwerkelementen weg von Abschnitten mit einer geringen Leistungsspanne zur Verbesserung der Signalqualität und der Geschwindigkeit des Netzwerks.
