Das weltweite Datenaufkommen im Internet verdoppelt sich etwa alle drei Jahre. Um diesem Bedarf nachzukommen, setzen Betreiber von Fernsehkabelnetzen den Übertragungsstandard Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) für die Internetübertragung in Hybrid-Fiber-Coax-(HFC)-Netzen ein. Die 2013 eingeführte Version DOCSIS 3.1 ermöglicht dank einer im Vergleich zu den Vorversionen überarbeiteten Bitübertragungsschicht (englisch Physical Layer) Datenraten im Gigabit-pro-Sekunde-Bereich. Dieser Physical Layer besteht aus dem Modulationsverfahren Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) mit großen Quadrature-Amplitude-Modulation-(QAM)-Symbolen sowie Low-Density-Parity-Check-(LDPC)-Codes für den Fehlerschutz.
Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie die spektrale Effizienz bei der Datenübertragung in HFC-Netzen gegenüber DOCSIS 3.1 weiter verbessert werden kann. Dazu wird mithilfe der eigens entwickelten Simulationsumgebung PHYSIM der Physical Layer des DOCSIS-3.1-Downstreams in verschiedenen HFC-Kanälen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Abstand zwischen der spektralen Effizienz von DOCSIS 3.1 und der theoretischen Shannon-Grenze in vielen Kanälen mehr als 6 dB beträgt.
Ein verbesserter Physical Layer sollte eine leistungsfähigere Bit-Interleaved-Coded-Modulation-(BICM)-Kette verwenden, den Einfluss des Cyclic Prefix reduzieren und die Synchronisation erleichtern. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden zwei unterschiedliche Verbesserungsvorschläge erarbeitet. Der Optimierungsansatz A1 nimmt leichte Modifikationen am Physical Layer von DOCSIS 3.1 vor. Der Optimierungsansatz A2 erfordert größere Modifikationen am Physical Layer. Beide Verfahren verringern den Abstand zur Shannon-Grenze im Vergleich zu DOCSIS 3.1 um mehrere dB.
Aktualisiert: 2021-07-08
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Dieses Lehrbuch stellt die Grundlagen von modernen Teilgebieten der Informationstechnik anwendungsorientiert dar. Es vermittelt strukturiertes Wissen zu: ISDN-Zugangsnetz - Intelligente Netze - Protokolle - Internet -TCP/IP - Zugriffsverfahren - Verkehrs- und Bedientheorie. Ein deutlicher informationstechnischer Akzent wird durch die Darstellung des Themas vom Physical Layer gesetzt. Damit ermöglicht es dem Leser einen zeitsparenden Zugang zu anwendungsübergreifendem Fachwissen.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Die Steigerung der spektralen Effizienz aktueller Broadcast-Übertragungssysteme wie DVB-T2 ist wegen des bereits geringen Abstands von der Shannon-Kapazität nur noch in begrenztem Umfang möglich. Gegenstand der Arbeit ist die Identifikation verbleibender Ansätze zur Optimierung der Robustheit und Effizienz der Datenübertragung in terrestrischen Broadcast-Netzen und die Analyse des Potentials der identifizierten Ansätze. Die Optimierung ungleichmäßiger Konstellationen, als erster Ansatz, ermöglicht signifikante Gewinne im Vergleich zu den bisher verwendeten gleichmäßigen QAM-Konstellationen. Bei der Verwendung sehr großer Modulationsgrößen kann der Abstand der BICM-Kapazität der Konstellationen von der Shannon-Kapazität bis auf 0,036 b/s/Hz reduziert werden. Als zweiter untersuchter Ansatz ermöglicht Redundancy on Demand die Unterstützung terrestrischer Broadcast-Übertragungssysteme unter widrigen Empfangsbedingungen, wie dem Indoor-Empfang, durch einen zusätzlichen Übertragungswegs. Verschiedene Algorithmen zur optimalen Nutzung des unterstützenden Übertragungsweges werden ausführlich analysiert und am Beispiel von DVB-T2 ein leistungsfähiges Gesamtsystem vorgeschlagen, das für bestimmte Parameterkombinationen sehr nah am informationstheoretischen Optimum arbeitet. Neben der Optimierung der BICM-Kette ist eine Erhöhung der effektiv nutzbaren spektralen Effizienz von Broadcast-Übertragung durch die Reduktion nicht zur Nutzdatenübertragung beitragender Signalanteile möglich, und wird als dritter Ansatz untersucht. Am Beispiel der Signalisierungsdaten von DVB-T2 auf dem Physical Layer wird der resultierende Overhead diskutiert, und eine optimierte Signalisierungsstruktur vorgeschlagen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Aktualisiert: 2023-04-04
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