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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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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 kann eine Vorrichtung zum Messen eines
Netzwerks folgendes umfassen: einen Empfänger, der so konfiguriert
ist, dass er gleichzeitig Übertragungen von einem ersten
Netzwerkelement mit einer ersten Frequenz f1 und ein Prüfsignal
von einem Prüf netzwerkelement 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, um eine gemessene Leistung zu liefern.
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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,
kann 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 Leistungs spanne 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-Leitung, 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, such 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.
BCS04122, 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 Band breite 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 10 kann auch eine Entzerrereinheit umfassen,
die die Kommunikation mit dem CMTS 10 entzerren kann. Das
Netzwerkelement 10 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 vor zugsweise 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 f1+/–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 zugeord net, 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 3 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 3 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 (insbe sondere
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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
in einem Netzwerk zur Verfügung stehende Leistungsspanne
wird durch Erhöhen des Übertragungsleistungspegels
ausgewählter Netzwerkelemente während des Sendens
eines Prüfsignals bestimmt. Die Qualität des Prüfsignals
wird während der nachfolgenden Erhöhungen des
Leistungspegels der ausgewählten Netzwerkelemente durch Messen
der Fehlerrate des Prüfsignals gemessen. Erreicht die Fehlerrate
des Prüfsignals einmal einen vorgegebenen Schwellenwert,
werden die Leistungspegel der Signale in dem Netzwerk bestimmt.
Die Leistungsspanne wird durch die Differenz zwischen dem Basisleistungspegel
des Netzwerks und dem Leistungspegel bestimmt, bei dem die Fehlerrate
des Prüfsignals den Schwellenwert übersteigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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