Radio Frequency (RF) Hybrid Fiber-Coaxial (HFC)

FEC-ошибки входящего и исходящего потоков данных и отношение сигнал-помехи (SNR) как способы контроля качества данных и пропускной способности

Введение

Для работы высокоскоростной сети передачи данных (HSD) по гибридному оптоволоконному / коаксиальному кабелю (HFC) необходим тщательный контроль качества на заводе по производству кабеля. Только в этом случае возможно гарантировать целостность данных и максимальную пропускную способность канала передачи данных. Существуют два общепринятых метода измерения операторами кабельных сетей качества передачи данных: измерение уровня ошибок в канале связи (BER) и изменение уровня ошибок в пакетах (PER).

Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) выделяет требования, чтобы каждый оператор кабельной связи поддержал для надежного переноса трафика данных IP. Важная функция DOCSIS обращается к потребности защитить данные IP против ухудшений шума радиочастот (RF). Особенностью использования функции DOCSIS для поддержки целостности данных IP на участках кабеля HFC является кодирование FEC Рида-Соломона.

По существу кодирование FEC защищает данные IP и Сообщения управления DOCSIS против ошибок символа, вызванных шумом и другими ухудшениями. Уникальной возможностью FEC является обнаружение ошибок символов и их исправление. Таким образом DOCSIS указывает, что все данные IP, которые переданы по Участку HFC, должны пройти через Кодировщика Рида-Соломона, где байты дополнительной четности добавлены к фреймам данных, чтобы гарантировать, что они - “error-protectedГ¦¦  и менее подверженный ухудшениям.

Примечание: FEC не работает очень хорошо, если ошибки созданы импульсным шумом, который создает много ошибок по очереди. Вызванные импульсным шумом ошибки устранены на нисходящем с использованием чередования, чтобы заставить ошибки казаться распространенными, какой FEC является эффективным при решении проблемы. DOCSIS 2.0 добавил, что восходящий interleaving—which помогает с этим типом восходящих (US) impairment—but, это не доступно на 1.x кабельные модемы (CM).

Несомненно кабель network’s адрес возврата или в восходящем направлении особенно уязвим для шума и отнесенных ухудшений. Такие помехи могут быть импульсными, входными, тепловыми помехами, лазерным отсечением и т.д. При использовании кодирования FEC вероятность того, что пакет будет отброшен из-за битовых ошибок, значительно возростает. Ошибки FEC на кабельном участке не являются единственной качественной мерой. Необходимо учитывать и другие переменные, например отношение "сигнал/шум" для несущей частоты (CNR).

Стандарт DOCSIS содержит рекомендованные параметры производительности как для нисходящего, так и для восходящего кабеля TV RF. В частности, Раздел 2.3.2 из спецификации интерференции радиочастоты (RFI), “Assumed восходящие Характеристики передачи Канала ВЧ, Г¦¦  сообщает это:

Отношение сигнал-помеха дополнительный вход (сумма шума, искажения, искажения общего пути и перекрестной модуляции и суммы дискретных и широкополосных входных сигналов, исключенный импульсный шум) соотношение [не будет] меньше чем 25 дБ.

Другими словами, минимальный DOCSIS рекомендовал, чтобы CNR US составил 25 дБ. В целях этого документа CNR определен как отношение уровней несущей и сигнала шума, прежде чем это достигнет микросхемы демодулятора (домен RF), как измерено анализатором спектра. С другой стороны SNR определен как отношение сигнала к шуму от терминирования кабельных модемов system’s (CMTS’s) микросхема US - получателя после того, как носитель демодулировался для предоставления чистой узкополосной передачи, отношения сигнала к шуму.

Таким образом, при просмотре считывания SNR в Cisco uBR7246 и появления такого числа как 30 дБ легко предположить, что восходящий поток появляется для соответствия или даже превышения DOCSIS, а в RF все нормально. Однако это не всегда так. DOCSIS не задает SNR, и оценка CMTS’s SNR не является той же вещью как CNR, который каждый измеряет с анализатором спектра.

Этот документ обсуждает uBR’s предполагаемый расчет для восходящего потока SNR, и также uBR’s FEC противостоит и показывает, почему эти две переменные должны постоянно оцениваться для обеспечения качества HSD в средах HFC.

Отношение сигнала к шуму

Оценка uBR’s SNR может иногда вводить в заблуждение и должна быть рассмотрена только отправная точка когда дело доходит до проверки целостности восходящего диапазона радиочастот. Чтение SNR на линейной плате MC16C uBR предоставлено микросхемой US, но чтение является не обязательно надежным показателем ухудшений “real-worldГ¦¦  RF, таких как импульсивный шум типа, отдельный вход, и т.д. Кроме того, считывание US SNR неточно. Когда CNR находится в диапазоне на 15 - 25 дБ, в средах с немногими ухудшениями на восходящем (например, импульсный шум, вход, искажение общего пути, и т.д), оценка SNR US численно отслеживает CNR меньше чем в нескольких децибелах. Это точно с аддитивным белым нормально распределенным шумом (AWGN) как единственное ухудшение; в реальных условиях, однако, может варьироваться точность этих номеров. Это зависит от природы ухудшений и лучше отражает коэффициент ошибок модуляции (MER), а не CNR.

Как получить чтения CNR и SNR

Этот раздел показывает несколько примеров того, как получить восходящую оценку SNR из Cisco uBR7200, и uBR10K (также см. Приложение). Все команды интерфейса командной строки (CLI) и выходные данные команды взяты от релиза 12.2 программного обеспечения Cisco IOS (15) BC2a, пока иначе не задано.

Обратите внимание на то, что “S cardГ¦¦  обращается к кабельной линейной карте со встроенными аппаратными возможностями спектрального анализа, тогда как “C cardГ¦¦  обращается к кабельной линейной карте без этой возможности. При определенной настройке параметров S-карта сообщает показатели CNR, а не SNR, поскольку на ней имеются встроенные аппаратные средства анализа спектра.

Совет: При сборе выходных данных команд CLI программного обеспечения Cisco IOS в целях устранения проблем или для передачи технической поддержке Cisco, не забудьте включать метку времени приглашения terminal exec, так, чтобы каждая линия выходных данных команды CLI сопровождалась меткой времени и текущей Загрузкой ЦПУ на CMTS.

Для карт S:

ubr7246# show controller cable6/0 upstream 0Load for five secs: 5%/1%; one minute: 5%; five minutes: 5%Time source is NTP, 00:17:13.552 UTC Sat Feb 7 2004 Cable6/0 Upstream 0 is up  Frequency 21.810 MHz, Channel Width 3.2 MHz, 16-QAM Symbol Rate 2.560 Msps  This upstream is mapped to physical port 0  Spectrum Group 1, Last Frequency Hop Data Error: NO(0)  MC28U CNR measurement - 38 dB

Для карт C или карт S без назначенных групп спектра:

ubr7246vxr# show controller cable3/0 upstream 0Load for five secs: 10%/1%; one minute: 7%; five minutes: 5%Time source is NTP, 00:17:13.552 UTC Sat Feb 7 2004 Cable3/0 Upstream 0 is up  Frequency 25.392 MHz, Channel Width 3.200 MHz, QPSK Symbol Rate 2.560 Msps  Spectrum Group is overridden  BroadCom SNR_estimate for good packets - 26.8480 dB  Nominal Input Power Level 0 dBmV, Tx Timing Offset 2035

Рекомендуется, чтобы вы поддержали набор уровня US в по умолчанию 0 дБмВ и использовали внешние аттенюаторы, чтобы вынудить модемы передать в более высоких уровнях, при необходимости.

ubr7246# show cable modem phyMAC Address    I/F     Sid USPwr  USSNR  Timing MicrReflec DSPwr DSSNR Mode                          (dBmV)  (dB)   Offset (dBc)     (dBmV) (dB)0002.8a8c.6462 C6/0/U0  9  46.07  35.42  2063   31        -1.05  39.05  tdma000b.06a0.7116 C6/0/U0  10 48.07  36.12  2037   46         0.05  41.00  atdma

Совет: Даже если о CNR сообщают в команде show controllers, команда phy может использоваться для создания отчетов о SNR. Это особенно полезно, потому что о SNR сообщают после того, как отмена внешнего доступа выполнена, и о CNR сообщают перед отменой внешнего доступа.

Примечание: SNR указывается для каждого модема в коде EC с результатами команды show cable modem detail.

Если remote-query настроен, команда phy также перечисляет другие атрибуты физического уровня. Эти три строки кода можно ввести для активации удаленного запроса:

snmp-server managersnmp-server community public rocable modem remote-query 3 public

Для быстрого отзыва использовалось значение 3 сек. Не рекомендуется применять его в CMTS со значительной нагрузкой. Строка по умолчанию строки имени и пароля только для чтения в большинстве модемов является общедоступной.

Примечание: Игнорируйте запись микроотражений, потому что это для DS и ограничено точностью CM vendor’s реализация.

ubr7246# show cable modem 000b.06a0.7116 cnrMAC Address    IP Address      I/F      MAC     Prim  snr/cnr                                        State   Sid   (dB)000b.06a0.7116 10.200.100.158  C6/0/U0  online  10     38

Эта команда перечисляет SNR при использовании С платы. Если используется S-карта и назначены группы спектра, выдается CNR. Команда show cable modem mac-address verbose также работает.

Как просмотреть минимальный уровень шума

S-платы позволяют также просматривать минимальный уровень шума с помощью следующей команды:

ubr7246-2# show controller cable6/0 upstream 0 spectrum ?  <5-55>              start frequency in MHz  <5000-55000>        start frequency in KHz  <5000000-55000000>  start frequency in Hz  A.B.C.D             IP address of the modem  H.H.H               MAC address of the modem

Добавление IP модема или MAC-адреса к команде показывает пакетное питание модема и ширину канала.

ubr7246-2# show controller cable6/0 upstream 0 spectrum 5 55 ?  <1-50>  resolution frequency in MHzubr7246-2# show controller cable6/0 upstream 0 spectrum 5 55 3Spect DATA(@0x61359914) for u0: 5000-55000KHz(resolution 3000KHz, sid 0:Freq(KHz) dBmV Chart5000 :    -608000 :    -23  ****************11000:    -45  *****14000:    -46  *****17000:    -5520000:    -6023000:    -6026000:    -5529000:    -18  *******************32000:    -6035000:    -6038000:    -6041000:    -5544000:    -45  *****47000:    -6050000:    -6053000:    -41  *******

Те выходные данные показывают шум под носителем и в других частотах.

В дополнение к CLI на основе SNMP Средства управления сетью, такие как Cisco Broadband Troubleshooter (CBT) могут использоваться для отображения спектра восходящего канала и других атрибутов. Кроме того, CiscoWorks может использоваться для мониторинга SNR, как сообщается кабельными линейными картами с помощью объекта docsiIfSigQSignalNoise:

DOCS-IF-MIBdocsIfSigQSignalNoise	.1.3.6.1.2.1.10.127.1.1.4.1.5	Signal/Noise ratio as perceived for this channel. 	At the CM, describes the Signal/Noise of the downstream 	channel.  At the CMTS, describes the average Signal/Noise 	of the upstream channel.

Примечание: Отдельные Чтения SNR CM только доступны на линейных платах MC28U и MC5x20S. Эти новые линейные карты включают отмену внешнего доступа, которая может улучшить производительность, но может дать вводящие в заблуждение Чтения SNR. Чтения SNR после отмены внешнего доступа; таким образом, если отмена внешнего доступа математически удаляет вход, то SNR мог сообщить намного лучше, чем фактическое отношение несущая/помеха.

Примечание: При использовании групп спектра на карте S команда show controllers случайным образом выбирает чтения CNR от всех CM на том US, который мог немного отличаться, давая появление нестабильного порта US или CNR.

Восходящие несущие в нулевом диапазоне

Использование значимости режима в анализаторе спектра является режимом нулевого диапазона. Это режим изменения во времени, в котором отображается не зависимость амплитуды от частоты, а зависимость амплитуды от времени. Этот режим очень удобен для просмотра трафика данных, пакетного по своей природе. Рисунок 1 показывает анализатор спектра в нулевом диапазоне (промежуток времени) при рассмотрении трафика восходящего направления от CM.

Показ нулевого диапазона Г¦¦  рисунка 1 на Анализаторе спектра

return_path_monitor_1.jpg

Пакеты данных могут быть замечены на рисунке 1, наряду с запросами модема и импульсным шумом. Это очень полезно для измерения средних цифровых уровней и наблюдения шума и входа, как замечено на рисунке 2.

Измерение Г¦¦  Нулевого диапазона рисунка 2 восходящего потока В цифровой форме Амплитуда Модулированной несущей

return_path_monitor_2.gif

Нулевой диапазон может также использоваться, чтобы видеть, сталкиваются ли пакеты друг с другом от плохой синхронизации или плохой изоляции разделителя головных узлов или изоляции сумматора. Пакет, предназначенный для одного входного порта CMTS, является Г¦¦leakingГ¦¦  на другой восходящий. См. Описания технологических решений и документы, перечисленные в Дополнительных сведениях