What is Signal Leakage?

In der Theorie sind Kabelnetze geschlossene Systeme, die von allen eventuell vorhandenen Funksignalen (Off-Air-Signale) abgeschirmt sind. Dadurch ist es möglich, für die Kabel- und Funksignale die gleichen Frequenzen wie für AM-/FM-Radio, Telemedizin, Schnurlos-Telefone, CB-Funk, die Luftfahrtkommunikation,  Mobiltelefone und viele anderen zu nutzen.

In der Praxis sind die Kabelnetze jedoch nicht vollkommen abgeschirmt. Daher ist es möglich, dass Signale entweichen, also abgestrahlt werden (Egress) und die bei den gleichen Frequenzen übertragenen Funksignale stören. Umgekehrt können Funksignale in das Kabelnetz einstrahlen (Ingress) und die Kabelsignale stören.

Die in den Standards für Signalverluste festgelegten Grenzwerte orientieren sich an der öffentlichen Sicherheit. Daher werden seit den 1970er-Jahren Signalverluste im Luftfahrt-Frequenzband von 108–137 MHz überwacht. Moderne Flugsicherungssysteme sind auf HF-Funksignale angewiesen. Daher ist jede Abstrahlung in diesen Frequenzbereich, die die zulässigen Grenzwerte überschreitet, zu unterbinden.

Angesichts der heute weit verbreiteten Mobilfunkkommunikation können Abstrahlungen von Kabelnetzen auch die Datenübertragung bei Long Term Evolution LTE-Frequenzen sowie bei den höheren UHF-Frequenzen stören. Die Mobilfunknetzbetreiber zahlen für die ausschließliche Nutzung ihrer Frequenzbänder sehr hohe Lizenzgebühren, um ihren Kunden die gewünschten Mobilfunkdienste zur Verfügung zu stellen. In Deutschland ist die Bundesnetzagentur berechtigt, Unternehmen, die in diesen reservierten Frequenzbändern Störsignale erzeugen, mit Geldstrafen zu belegen. Natürlich können auch die LTE-Signale der Mobilfunknetzbetreiber das Kabelnetz stören, wenn die Schirmung der HFC-Installation Defekte aufweist. Das heißt, dass die ursprünglich zum Schutz der öffentlichen Sicherheit eingeführten Standards heute den zusätzlichen Vorteil bieten, dass sie ein verbessertes Kundenerlebnis ermöglichen und Dienstunterbrechungen weitestgehend verhindern.

Doch können Signalverluste aus Kabelnetzen nicht nur Funksignale stören, sondern sie zeigen auch Schwachstellen in der Abschirmung an, die vielfältige andere Auswirkungen haben und die Erlebnisqualität (QoE) der Kabelnetzkunden mindern können. Obgleich die Systeme zum Suchen und Beheben von Signalverlusten in HFC-Netzen ursprünglich eingeführt wurden, um die Anforderungen der Standards einzuhalten, haben Netzbetreiber weltweit erkannt, wie wichtig es ist, dass mittels regelmäßiger Störstrahlungsmessungen Defekte im Netz erkannt und behoben werden.

Die Herausforderungen, die beim Testen auf Signalverluste bestehen, lassen sich am besten am Beispiel von Undichtheiten in Wasserleitungen erklären. In beiden Fällen spielen beschädigte Verbindungsstellen, alternde Teile und nicht korrekt abgeschlossene Leitungen eine wichtige Rolle. Im Unterschied zu Wasser sind Signalverluste in TV-Kabeln jedoch nicht sichtbar, sodass es schwieriger ist, die defekte Stelle zu lokalisieren. Daher ist es auch möglich, dass eine Leckstelle an einem Kabel eine weitere Abstrahlung an einem anderen Ort überdeckt. Auch treten Signalverluste zuweilen sporadisch auf, d.h. wenn man das Kabel etwas biegt oder verschiebt, verschwindet das Leck wieder und wird unauffindbar. Auch können Metallgegenstände die Leckmesstechnik stören.

Da die Messgeräte ursprünglich für die in der Luftfahrt genutzten VHF-Frequenzen entwickelt wurden, sind die Vorgehensweisen und Geräte, die sich in diesem Bereich bewährt haben, nicht unbedingt geeignet, um Abstrahlungen bei höheren Frequenzen oder rauschähnliche QAM-Signale zu lokalisieren. Die sich rasant verändernde Technologie und der zunehmende Funkverkehr erfordern vielseitige Tester, qualifizierte Techniker und effiziente Prozesse, die den heutigen Anforderungen gerecht werden.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, herauszufinden, welche der erkannten Signalverluste aus dem eigenen Kabelnetz und welche aus fremden Quellen stammen. Um diese Unterscheidung vornehmen zu können, speisen Lecksuchsysteme eine HF-Signalkennung („Tag“) in das Kabelnetz ein, die dann von den Überwachungsgeräten im Feld erkannt wird. Immer wenn der Feldtester diesen Tag empfängt, stammt das erkannte Signal mit Sicherheit aus dem überwachten System und nicht aus einer benachbarten Anlage des Mitbewerbers oder aus einer anderen Quelle in der Umgebung.

Während die Geräte und die Technologie sich seit den ersten Abstrahlungsmessungen für die Luftfahrt-Frequenzbänder deutlich verändert haben, sind die grundlegenden Voraussetzungen für eine präzise Signalverlustmessung doch gleich geblieben. Als erstes ist hier die Kalibrierung der Leckmesstechnik zu nennen, um eine hohe Messgenauigkeit im Feld und beim Kunden zu gewährleisten.

Routine-Überwachung

Die Standards verlangen, dass alle Kabelnetzbetreiber jedes Kabelleck, dass in drei Metern Entfernung den Wert von 17 µV/m übersteigt, identifizieren und beheben sowie entsprechende Wartungsunterlagen führen. Zusätzlich ist einmal pro Jahr der kumulative Leckage-Index (CLI) zu ermitteln.

Der CLI wurde 1985 eingeführt, um die Luftfahrtkommunikation zu schützen und bezeichnet den gesamten (kumulierten) Signalverlust des Systems in dem betreffenden Zeitraum. Er kann entweder vom Boden aus mithilfe von Messfahrten und Aufzeichnung aller Leckstellen oder mit Spezialflugzeugen, die die Abstrahlungen in einer Flughöhe von 450 Metern messen, ermittelt werden.

Tests am Leitungsnetz werden für gewöhnlich mit systematischen Messfahrten durchgeführt, bei denen die gefundenen Leckstellen mit GPS auf eine Karte eingezeichnet werden. Bei Leckstellen von mehr als 20 µV/m sind die vorgegebenen Richtlinien zum Messen und Beheben von Kabellecks zu befolgen. Im Idealfall kann die gleiche Messtechnik, die für die Messfahrt verwendet wird, auch genutzt werden, um das betreffende Gebiet zu Fuß abzugehen und die Störquellen zu finden und zu reparieren. Die Messtechnik muss unbedingt sowohl niedrige als auch hohe Frequenzen erkennen, da die meisten Leckstellen frequenzspezifisch sind und nur an einem Ende des Spektrums auftreten. Eine wichtige Komponente der Leckmesstechnik ist die zentrale Nachbearbeitung der im Feldeinsatz gewonnenen Leckdaten, um redundante Abstrahlungen aus zu schließen und die korrekten Koordinaten (Längen- und Breitengrad) der Störquelle angeben zu können.

Obwohl von den Standards gefordert, sollte jeder Betreiber sein Kabelnetz auch ohne die behördlichen Vorgaben auf Leckstellen überwachen, um die Sicherheit und den einwandfreien Betrieb seines Netzes zu gewährleisten. Zudem kann die Überwachung von Signalverlusten mit Messfahrten die mithilfe von Nutzerdaten erfassten Trends ergänzen, sodass ein umfassenderes Bild der Gesamtabstrahlung des Systems entsteht. Im Idealfall werden die Ergebnisse der Messfahrten mit den Daten der proaktiven Netzwerkwartung (PNM) korreliert, um die Problemstellen aufzufinden, die Anzahl der betroffenen Teilnehmer zu bestimmen und die exakte Lokalisierung und Reparatur zu beschleunigen.

Für die Suche von Leckstellen in Wohnungen mit den gleichen Verfahren, die auch für das externe Leitungsnetz angewendet werden, ist eine hochempfindliche Messtechnik unverzichtbar, da die Signalpegel in der Wohnung niedriger sind insbesondere wenn digitale Dienste genutzt werden. Aufgrund der niedrigeren Signalpegel ist es auch weniger wahrscheinlich, dass Funksignale außerhalb der Wohnung gestört werden. Jedoch sind Leckmessungen in Wohnungen aus einem anderen Grund unerlässlich. Wie bereits erwähnt, ermöglichen die gleichen Schwachstellen in der Schirmung, die zu Abstrahlungen führen, auch das Eindringen von Störsignalen. Bis zu 95 % dieser Einstrahlungen in Kabelnetze stammen aus Wohnungen und deren Anschlussstellen. Kabelnetzbetreiber, die dafür sorgen, dass die Wohnungen/Anschlüsse zuverlässig abgeschirmt sind, profitieren also von einer gestiegenen Dienstgüte und sinkenden OPEX.

Druckprüfung mit HL-Transmitter

Leckmessgeräte, die potenzielle Störeinstrahlungen/-abstrahlungen erkennen, auch wenn die Störquelle aktuell nicht aktiv ist, sind unverzichtbar, um eine hohe Qualität des Nutzererlebnisses zu gewährleisten. Bei den weiter oben bereits zum Vergleich herangezogenen Wasserleitungen besteht ein Testverfahren zum Lokalisieren von aktuellen und potenziellen Undichtheiten darin, das System mit Überdruck zu beaufschlagen. Dieser höhere Druck erlaubt, kleinere Schwachstellen zu erkennen, die beim normalen Betriebsdruck übersehen würden.

Das gleiche Konzept kann auch zum Lokalisieren von Signalverlusten in Heimnetzen genutzt werden. Mit dem Seeker HL ist es in Verbindung mit einem OneExpert (ONX) oder einem DSP möglich, am Hausübergabepunkt oder Abzweiger leistungsstarke Testsignale mit +60 dBmV in das System einzuspeisen. Durch diesen „elektronischen Überdruck“ lassen sich Schwachstellen im Heimnetz, die durch defekte Komponenten oder andere Qualitätsmängel bedingt sind, leichter erkennen.

Der Leckage-Detektor Seeker D Lite stellt eine branchenweit führende Empfindlichkeit von 0,1 µV/m zur Verfügung und hilft den Installateuren und Servicetechnikern, die Ursache für Signalverluste zu lokalisieren und zu beheben. Er besitzt eine integrierte Antenne, die auch die schwächsten Störquellen in der Wohnung erkennt. Der Seeker D Lite überprüft die Schirmung des Heimkabelnetzes und weist nach, dass keine Sendesignale von Mobilfunkgeräten in das Kabelnetz eindringen können.

OneCheck-Test mit dem OneExpert

Die Automatisierung und Vereinfachung der Testabläufe bieten zahlreiche Vorteile, da sie zu einer effizienteren und konsistenteren Zertifizierung und Fehlerbehebung von Leckagen in Hausnetzen führt. Der Signalanalysator OneExpert (ONX) CATV führt einen OneCheck-Test aus, der die Daten einer automatischen Testfolge erfasst und speichert sowie die Ergebnisse in einer übersichtlichen Dashboard-Anzeige darstellt. Auch die oben beschriebenen Druckprüfungen können in diese Testfolge aufgenommen werden.