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Mediciones CATV

En el Mundo Digital

Jim Carvajal

© 2005 JDSU. All rights reserved. JDSU CONFIDENTIAL & PROPRIETARY INFORMATION 2

Headend Test

Depth of Modulation – Profundidad de

modulación

– Muy baja; perdiendo contraste, los imágenes

son muy oscuros

– Muy alta; los imágenes son brillantes y los

colores descolorados, o pálidos.

• Distorsión de audio (clic), se escucha el sync

“buzz” en el audio.

– Asegurar todos los canales tengan la misma

profundidad de modulación (87.5% - NTSC /

90% - PAL);.

Depth of Modulation

Contraste bajo

Contraste Alto


Hum

Modulación de amplitud en frecuencias bajas (<1 kHz)

de una portadora pasando un activo o pasivo

Causado por:

– Filtro fallando en la fuente

– Conexiones de soldadura mala

– Corrosión en un conector

– Ruido de impulso

FCC dice que debe ser < 3%

Hum se mide en una portadora modulada


Problema de HUM

HUM aparece como 1 barra

(50 / 60 Hz) o 2 barras (100 /

120 Hz) en el video

HUM malo

HUM Normal


“Carrier-to-Noise Ratio” definido

C/N Definición: La proporción de la

diferencia medida en amplitud de la

portadora de video y el piso de

ruido (en el ancho de banda de

video) adjunto a la portadora.

Causas que afectan el C/N total; – Ruido del sistema:

• Ruido termal

• Figura de ruido de amplificador

• Falla de amplificador

• Ingreso

– Calidad de recepción en cabecera.

Resultados pobre de C/N resulta en

imagen “lluvioso” y/o con alto “bit

error rates”.


Problemas C/N pueden aparecer dondequiera

C/N malo resulta en imagen “lluvioso”.

Causas de problemas C/N: – Niveles muy bajos de portadoras de video

– No hay suficiente ganancia del amplificador.

Herramientas para buscar problemas C/N: – Usar modo SWEEP a buscar problemas de

ganancias o perdidas

– Usar modo SCAN y /o medición de nivel para buscar problemas individuales por canal

“Lluvioso”

C/N malo

C/N Normal


Mediciones Digitales y QAM


Grafica - Cascada de TV digital

Picture Quality Vs. Impairments

Increasing Impairments ==>

Pic

ture

Qu

ality

==

>

Digital

Analog

Good

Much Better Still Great

Beginning to get

Customer

Complaints

Customer

Rebellion

Good

Until it

Crashes


Digital vs. Analógico

Potencia en portadoras digitales están repartidas

sobre el canal.

Casi toda la potencia en la portadora analógica esta

concentrado en la frecuencia del video.

Espectro de Video

Analógico

Espectro de Video

Digital o Cable Modem

Potencia de canal Potencia de canal


SPAN: 50 MHz

256QAM 64QAM


Midiendo la Portadora Digital

Potencia en 280

kHz Ancho de

Banda

Potencia en 5 MHz

Ancho de Banda


Medición de nivel potencia promedia y el

Ancho de banda

– La vista del espectro es una

herramienta excelente para ver

portadoras RF pero cuidado al medir

portadoras Digitales. El nivel de señal

depende en el ancho de banda medida

(resolution bandwidth). En RBW = 300

kHz, una señal 64QAM - 6 MHz ancho

de banda mide en la vista espectro 3 dB

muy bajo.

– El principio de Potencia Promedia toma

tajadas pequeñas de energía RF y los

suma. De eso saca la medición de nivel

en el modo “level” o “Nivel”

– Por eso es criticó identificar el canal

como digital en el plan de canal.

Medición de Nivel (digital) es Potencia Promedia

0

2

4

6

8

10

12

471

471.

547

2

472.

547

3

473.

547

4

474.

547

5

475.

547

6

476.

547

7

477.

547

8

478.

547

9

Sumando tajadas de la energía integrada total

Señal analógica y digital.

El nivel de delta debe ser 10 dB.


Asegurar de configurar el

ancho de banda correcto

Medición de Nivel digital


Definiciones

BER – (Bit Error Rate) relación entre los bits que se

recibieron con errores y el número total de bits transmitidos

FEC – (Forward Error Correction) Corrección de errores

QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Symbols - Colección de Bits

Symbol Rate - Velocidad de transmisión. Bit Rate/Numero

deBits por Symbol

I & Q - Componentes de data QAM

Constellation - Grafica de datos QAM

MER - Modulation Error Ratio


Analizador completo - QAM

SDA- seria + SDA-OPT4

SDA-OPT4B anexo A, B & C; 6 MHz espacio de canal

Cualquier medidor Stealth se puede actualizar a SDA-OPT4


C/N vs. BER vs. MER

No FEC


What Causes MER and BER to degrade? Uno de los problemas mas comunes

afectando video digital y servicio cable

modem o DOCSIS son ingresos y ruido

bajo las portadoras digitales (comentado por

muchos operadores con experiencia de servicios digital).

Causas comunes son:

– Ingreso de señales “Sobre-Aire” de canales

UHF

– Ingreso intermitente debido a transmisiones o

radios (2-way)

– CSO/CTB-intermodulacion

QAM Ingress – Ingreso bajo QAM


“Sobre-Aire” VIDEO Y AUDIO Analógico

CH 40 UHF


“Sobre-Aire” VIDEO Analógico UHF

CH 40 UHF Video


“Sobre-Aire” AUDIO Analógico

CH 40 UHF Audio


64QAM DIGITAL VIDEO


BER

Señal buena: 1 bit errado por 25

segundos, BER 10-9

Umbral para degradación visible : BER

10-6

FEC puede mejorar BER desde 10-4 a

10-10

– BER antes de (pre) FEC: errores corregible +

incorregible

– BER después de (post) FEC: errores incorregible


Ejemplo de BER

Un canal de 256QAM transmite a un symbol rate de

5M symbols por segundo

Bit rate = 8 bits por symbol X 5M symbols por

segundo =40M bits por segundo

Incidente de errores = Bit rate X BER = Errores Por

Segundo


Que Son Mediciones “Buenas” de MER/BER?

Complements of CED Magazine, Aug 2004 Wallchart “Voice and Digital Video Testing

For Digital Video:


QAM Constellation


Los puntos

muestran el

error

Ruido

Los puntos están separados mostrando ruido

alto y seguramente errores

Un error ocurre cuando un punto no aparece

donde se esperaba.

Si hay mucho ruido el medidor no podra hacer

lock tampoco


Ruido de Fase

Grafica empieza a mostrar un circulo

Causado por symbol clock jitter en el

transmisor

Un oscilador local malo también puede

causar el problema

Constelacion Ruido de Fase Ruido de Fase ampliado

Rotacion Rotacion


Compresión de Ganancia

Si los puntos de afuera están jalados al

centro mientras los del centro no están

afectados la señal tiene Compresión de

Ganancia

Es causado por Amplificadores IF y RF y

Filtros, convertidores y ecualizadores IF

Puntos

extremos

jalados hace

adentro


Coherent Interference

Si la acumulación de puntos dibuja ruedas es

un problema de coherent interference

– ingreso

A tiempos solo unos puntos están malos

– Esto normalmente es saturación del laser y

interferencia del barrido (no configurado bien)

Circular

“ruedas”


Video Digital de QAM 64


The Shape of the Cluster Indicates the type of

Impairment

Constellation with Phase

Noise


Nueva Medición – DQI!! En versión 3.2 de firmware

Digital Quality Index™ (DQI) Herramienta amigable al técnico y en tiempo real

– Captura problemas no necesariamente detectado por mediciones BER y

segundos errados • En tiempo real y no necesita tiempo de capturar datos

• Medición en tiempo real que captura problemas escindidos por esquemas de corrección de errores

– Fácilmente busca problemas intermitentes mejor que “errored Seconds” segundos errados

• Prueba 98% del stream entre 40 microsegundos permitiendo la capacidad de capturar fallas intermitentes

• Un histórico de 3 minutos (180 segundos)

– Elimina la necesidad de interpretar notación científica (i.e. 1 E-9, 1E-7) • Rango de “0” a “10”

• 10 = Calidad buena Y 0 = Calidad pobre

Herramienta en tiempo real que captura problemas intermitentes!!


Diagrama Bloque de Medición QAM

Tuner QAM

Demod

Constellation Diagram

I

Q

33.8

MER Readout Symbol

Decode

3.2 x 10-6

1.0 x 10-9

FEC BER Readout

Pre

Post

IF

RF in

FEC

Decode

Prueba rápida para capturar transientes

con la lectura actualizada varias veces por

segundo

Histórico para capturar firma del

problema

Const.

Samp-

ler

DQI

Measurement 6.7

DQI Readout

DQI Time Graph

Una prueba de stream

actual; Mejor para analizar

condiciones estables o

constantes

Requiere conocimiento

avanzado para poder entender

todo el detalle

Mejor como una indicación de

señal a ruido digital. No

responde bien a transientes

Indicación mejor a transientes

Requiere varios segundos

para capturar bits y mostrar

errores


Constellation

Cells

Error Magnitude

Probability

of Bit Error

Valor ideal

Decodificaciones actuales

Valor incorrecto, causando

un bit error

Bit E

rror

Th

reshold

DQI usa puntos cerca

al umbral para estimar

el potencial de errores

ocurriendo

Puntos sobre el

umbral de bit error

causan los bit errors

Que Mide DQI?


Constellation

Cells

Error Magnitude

Probability

of Bit Error

Bit E

rror

Thre

shold

Señal de mala calidad

con errores frecuente

de Bit errors

Mejor señal, no hay bit

errors pero cerca al

umbral

Que Mide DQI?

Valor ideal

Decodificaciones actuales

Valor incorrecto, causando

un bit error


Grafica de Los Niveles de Calidad de DQI

10.0

9.9

5.0

4.9

0.0

No hay post BER, no significante pre BER

No hay post BER, significante pre BER

Significante pre y post BER presente

5

4

3

2

1

Creciente pre BER

Creciente post BER


Equalizer Stress

Señal llegando a 0.8

usegundos antes de la

portadora esperada

Señal llagando a 2

usegundos después

de la portadora

esperada


Group Delay

La diferencia en tiempo en que llegan diferentes frecuencias

de un canal

Para señales digitales, el efecto puede llegar a una mis representación de

symbols. Entonces, un pulso de duración corta puede llegar estirado a una

duración mas larga. Este esparcimiento puede dejar energía de un pulso en

el tajado de tiempo de otros pulsos. Y esto causa el BER a degradar.

Para portadoras de bajada DOCSIS 1.0 requiere que el group delay sea

menos de 75nS.

Filtros malos normalmente causan este

problema


Plataforma DSAM a probar todos los servicios

Canales analógicos y digitales

– Nivel

– Carrier-to-Noise (en servicio)

– Análisis de Hum

– Tilt

– Mini-scan

– Full Scan

– Espectro de Bajada


Plataforma DSAM a probar todos los servicios (cont)

Análisis QAM

– Nivel de Potencia Promedia

– MER

– Pre Y Post FEC Estimado BER

– Segundos Errados Y Severamente

Segundos en Error

– Grafica Constelación

– Ingreso QAM

• Ingreso bajo la portadora

– DQI


Plataforma DSAM a probar todos los servicios (cont)

DOCSIS® – Comunicación con el CMTS

• Rango y Registracion

• Niveles de bajada y retorno

• CPE Initialization – Archivo de Configuración

– SID#

– Dirección IP

• IPs de los servidores

– Pruebas de IP • Sobre RF (DOCSIS®) O Puerto

Ethernet – Throughput

– Ping

– Perdida de paquetes

– VoIP Check

– Acceso a Internet • Usando el explorador interno

– Dirección MAC programable

– Diagnósticos al cable modem


Explicación de “VoIP Check”

La intención es de usar un canal DOCSIS® para probar la

capacidad de el punto de prueba actual poder cargar trafico

de voz

Hacer mediciones de Voz Sobre IP (VOIP) sin requerir el

usuario de provisionar el MTA

Ideal para dos tipos de clientes

– No usan PacketCable™ VoIP

• SIP

• Vonage

– No quieren provisionar el MTA



Verificación sobre DOCSIS de

servicios VOIP (no usa el MTA o

marcar una llamada actual)

Segmenta la red a dos lazos

(loops)

– 1) DSAM => CMTS (planta HFC)

– 2) DSAM => Advanced IP Server

(Red IP)

Usa paquetes RTP en vez de

mensajes ICMP (asegurando que

el CMTS no descarte los

paquetes de prueba)


VoIPCheck usa un servidor para simular alguien recibiendo la llamada

Advanced IP (AIP) Server se pone lo mas cerca posible al Media Gateway

Se le asigna el IP del AIP servidor al Medidor. Igual el puerto.

Se configura el CODEC – CODEC = conversión A/D de

voz

Y el tamaño de buffer de Jitter



Probando la Calidad de Voz

Modelos para contestar: “Se escucha Bien?”

– International Telecommunications Union (ITU) tienen modelos simple

• Subjetivo

– Mean Opinion Score (MOS)

» Un estándar universal en telecomunicaciones

• Objetivo

– Perceptual Analysis/Measurement System (PAMS) and Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ)

» No basados en problemas de red: perdida de paquetes, Jitter and Delay

» No toma en cuenta retrasos

» Requiere equipos físicos (probes)

– E-Modelo, R-Valor

» Se dirige a todos los problemas con con PAMS and PESQ en particular se enfoca al: perdida de paquetes, Jitter, and Delay

Rating MOS

5 Excellent

4 Good

3 Fair

2 Poor

1 Bad


Calidad de Voz - E-Model

E-Model R-Value

– Mas Completa y objetiva prueba

R = Ro + A – Ls – Ld – Le

• Ro: Basic SNR or circuits – handsets, environment

• A: Advantage Factor – GSM poor service, example.

• Ls: Simultaneous impairment factor – loudness, sidetone,

quantization distortion

• Ld: Talker/listener echo, Overall Delay

• Le: Equipment impairment factor – Packet loss, Jitter

Cosas de tomar acción sobre!


Que Es Delay, Packet Loss Y Jitter?

Delay

– Tiempo que se demora un paquete atravesar la red

• Punto A a Punto B

– Tiempo que se demora se muestra aquí como „X‟

– Mucho delay afecta la calidad de la llamada • Se ve esto en PSTN en llamadas internacionales (Sobre-hablar)

• Eco (Mas delay = mas potencial de eco)

– Usualmente un asunto de arquitectura (trafico/capacidad) • Largas distancias y mas routers adiciona al delay

• Muchas llamadas/descargas adiciona delay (reduce rendimiento de los

routers)

C B A D

Tiempo-X

Tiempo-X

Punto A Punto B

C B A D RED



Packet Loss

– Paquete no llego (Punto B) o llego fuera de sequencia • Diferente que en datos

– Si estaba fuera de orden, el PC reorganiza para datos

– Si perdido, solo se retransmite los datos

– Se muestra aquí como tiempo infinito – no llego

– Peor si es „bursty‟, Muchos paquetes perdidos en

secuencia

– Puede ser arquitectura o capa física

• Ingreso (especialmente el upstream)

• Router sobre capacidad (Muy lleno para aguantar mas)

C B A D

Tiempo-X

Tiempo- ∞

Punto A Punto B

C B A D RED



Jitter

– Paquetes no llegan en los mismos tiempos (es diferente al

Tiempo-X) – tiempo entre paquetes es diferente • Diferente que en datos

– No se nota en datos. No importa como le llega el dato con que le llegue.

C B A D

Tiempo-X

Punto A Punto B

C B A D

Mas lento que X

Mas rápido que X Mas lento que X

C B A D RED


Jitter – un Problema?

Causa dos problemas

– Calidad de voz • Parte es rápido, parte es normal, parte es lento

– Puede resultar en perdidas de paquetes - Packet Loss • Puede pisar paquetes si unos son lentos y los consecutivos son rapidos.

– Puede ser arquitectura, capacidad o capa física

• Routers mandan paquetes en intervalos variantes

• Paquetes toman diferentes rutas al destino

C A D B

Mas lento que X

Mas rápido que X

Tiempo-X

Mas lento que X


Jitter – Solución?

Jitter Buffer – Adiciona un sitio para almacenar la data, después se

manda una velocidad constante • Si paquetes llegan rápido – se reduce la velocidad

• Si paquetes son lentos – hay tiempo para compensar

• Similar a Windows

Media Player

Tiempo-X Punto B

Mas lento que X

Mas rápido que X Mas lento que X

C A D B C A D B

Jitter Buffer

Delay -Y

Barra de Buffer


Jitter Buffer – problema resuelto?

Si Y No – Se arregla el jitter (que no es muy extremo), pero

adicionamos delay: Y (tamaño del buffer) • Si paquetes llegan rápido – se reduce la velocidad

• Si paquetes son lentos – hay tiempo para compensar

C A D B

C B A D C B A D

Tiempo-X

Tiempo-X

Delay -Y


Jitter Buffer – El Pro Y Contra

Muy Grande – Mucho delay

Muy Pequeño – Hay jitter

– Hay packet loss

Ideal – Dynamic Jitter Buffer

• Se puede setiar esta opcion y el sistema monitorea y optimiza el jitter buffer


Presupuesto de Errores Segmentados

Criterio de

Prueba

Medicion Objetivo Final Empieza ver

degradación en

calidad de llamada

Delay (1-way) < 100 ms > 150 ms

Jitter < 10 ms > 15 ms

Packet Loss < 1% > 2%

R-Value > 70 < 58

MOS > 3.6 < 3

MER 30dB(64), 33dB (256) 25dB(64), 28dB(256)

PRE-FEC BER 1.00E-09 1.00E-07

Rx - Level -5~+5 dBmV <-10dBmV or >+10dBmV

Tx - Level 35 ~45 dBmV < 30dBmV or >50dBmV

MER 32dB(64), 35dB (256) 28 dB(64), 31dB(256)

PRE-FEC BER 1.00E-09 1.00E-07

Freq Response < 4dB > 5dB

Upstream SNR >35dB <25dB

CMTS Loading <50% >80%

Prueba de Servicio

RF en el Hogar

RF en el Nodo

CMTS


Barrer (Sweep) su planta – Sweepless Sweep

• Método rápido de chequear la integridad de su planta externa

• No necesita equipo en cabecera

• Usa solo los canales activos para medir

– SDA Sweep de Bajada y Reversa (Forward & Reverse Sweep)

• Sweep verdadero y con referencia, no interfiere con servicios analógicos o digitales

• Usa equipos en cabecera (SDA 5500 y 5510)

Busca fallas en el Cableado – FDR modo de locación (Requiere el

LST-1700)

En adición a probar servicios, el DSAM puede…


Buscando Ingresos en el retorno

SDA-5000 Y 4040D

DSAM-2500 y arriba


Reverse

application

H

L

Ingress !?!?!

Buscando ingreso en el retorno puede ser dificil

Without FAST scanning of all test points/nodes, the tech. must examine each leg until he can

match headend and field.


Reverse application

H

L

NODE 3

Ingress?!?!

System Sweep Receiver Model 3SR

LEVEL TILT SCAN SWEEP

C/N HUM MOD SPECT

FILE

AUTO

SETUP

FREQ

CHAN

ENTER

FCN CLEAR

help

status

alpha

light

abc def ghi

jkl mno pqr

stu vwx yz

space +/-

1 2 3

4 5 6

7 8 9

0 x

.

Pero usando la vista FieldView lo facilita !

PathTrak: Identifica ingreso en el nodo.

– El técnico sale al nodo y empieza aislar el problema


Field View

Ver la lista de los

nodos

trasmitiendo

desde la

cabecera

Ver el retorno

entrando a

cabecera

localmente en la

misma pantalla


Field View

Un clic cambia

entre cabecera

(remoto) y de

campo (local)

El trazo

resaltado

muestra el que

esta activo


SDA-5000/4040 Field View

Tiene un pre

amplificador y un

filtro de banda baja

< 50 MHz

Pre amplificador

aumenta el rango

dinamico

localmente, el filtro

de banda baja

elimina

interferencia de la

bajada


Field View screen shots


DSAM-2500 Field View

Similar al

medidor de SDA

Tiene que

cambiar a

Upstream

Spectrum mode

para ver local

Portadora CW

puede generarse

y medir

simultaneamente


Puede mostrarle lo que esta

ocurriendo en sus cabeceras o

Hubs

– DSAM puede mostrar mediciones

del RSAM para comparar el

rendimiento de cabecera/hub al

campo usando el explorador del

DSAM

– Técnicos inmediatamente pueden

verificar si el problema es de

cabecera o de campo

Y También puede…


El DSAM

La familia DSAM es…

– Medidor de potencia…

– Analizador de QAM…

– Medidor de DOCSIS® Y IP …

– Analizador de VoIP y

segmentador de problema IP…

– Analizador de espectro

portable…

– Medidor de barridos…

– Y Mas…

Todo en un equipo!

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