專利名稱：一種用連接到頭端解調(diào)器的抽樣射頻字改進數(shù)字通信信號返回路徑性能的系統(tǒng)的制作方法
相關申請的交叉引用本發(fā)明涉及題目為“使用數(shù)字轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)腍FC返回路徑系統(tǒng)”的共同轉(zhuǎn)讓未決申請，于2000年4月21日提交并轉(zhuǎn)讓，序列號為09/556,731，在此引用作為參考。本發(fā)明還涉及2000年6月2日提交的美國臨時申請60/208,748，在此結合并整個作為參考。
發(fā)明的領域本發(fā)明一般涉及有線電視同軸混合光纖(CATV HFC)返回路徑系統(tǒng)，特別涉及，使用連接到頭端的解調(diào)器的抽樣RF字以改進數(shù)字通信信號的返回路徑性能的系統(tǒng)。
本發(fā)明背景HFC系統(tǒng)的現(xiàn)有的技術返回路徑CATV頭端和集線器(hub)設備利用了線性光檢測，隨后在某些特別設計的接收機終止前進行放大和處理，所述接收機的特別設計是在那個特定的電纜設備實現(xiàn)回程通信特定的。在交叉的多重應用中，使用反方向中存在的帶寬，能夠存在多重的、同步的、不同的返回路徑通信信號。對于北美的傳統(tǒng)HFC，這個帶寬是5-40兆赫。對付通過返回路徑光纖傳輸?shù)逆溄有盘柕某Ｒ?guī)方法是，處理模擬信號，以便到達在節(jié)點后盡可能接近地復制原始產(chǎn)生的波形。通過規(guī)范激光、接收機和RF系統(tǒng)保證獲得足夠性能，以確保信號不退化到成功通信必需的一定量之外。但是，存在很多設計和實施問題，其使得這個方法困難和不經(jīng)濟，它們包括模擬激光規(guī)范，激光二階響應特性，光鏈路長度約束，昂貴的測試和規(guī)范-強化的模擬頭端設備，模擬參數(shù)的校準和維護，對業(yè)務量敏感的設備的質(zhì)量和現(xiàn)有設備的附加信號損壞。所有這些因素造成開發(fā)高性能的模擬設備的整個的高昂的費用問題。
這些問題以前一直存在于不斷的改進模擬激光器和返回路徑接收機性能、較高的功率的激光和HFC的結構改進的工作中。但是，上述的每個問題仍然存在。
因此，本發(fā)明針對該問題開發(fā)一種用于數(shù)字通信信號的返回路徑系統(tǒng)，其使用連接到頭端解調(diào)器的抽樣的RF字接口，以提供費用較低的設備設計，在相同或低成本下能夠獲得較高性能的設備，具有復靈活的有效的接口和通信業(yè)務的多路復用。
發(fā)明概述本發(fā)明通過使用連接到頭端解調(diào)器的抽樣RF字接口，以改進數(shù)字通信信號的返回路徑性能，即，將數(shù)字返回路徑傳遞的抽樣中含有的信息內(nèi)容直接傳遞到，準備直接連接的適當實現(xiàn)的應用接收機，從而消除了典型的D/A轉(zhuǎn)換步驟并且消除了可能由此引起的信號損壞。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在有線電視系統(tǒng)中，還原完全表示為1和0的返回路徑信號的方法包括下列步驟(1)接收帶有適當?shù)耐叫畔⒌臄?shù)字式字的串行流，以識別在字之間的邊界，并還原位本身的定時；(2)解串數(shù)字式字的串行流和同步信息；(3)在需要數(shù)字連接到應用接收機時，處理解串的數(shù)字式字；和(4)向應用接收機傳遞處理的并行數(shù)字式字。
本發(fā)明另一個實施例提供一種在使用基帶串行光傳送的同軸混合光纖有線電視系統(tǒng)中的用于還原數(shù)字式字的返回路徑信號的系統(tǒng)，其中從光纖的光學節(jié)點到頭端/集線器的返回路徑信號通過將其整個編碼而表示為1和0。所述系統(tǒng)包括數(shù)字回程接收機，和任意數(shù)目的應用接收機。系統(tǒng)的數(shù)字回程接收機包括光學接收機，它從光纖接收光學1和0的串行流，并將光學數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號；解串器，它將數(shù)字式字和同步信息的串行流解串；數(shù)字濾波器，它處理解串的數(shù)字式字，以數(shù)字連接到應用接收機；以及包括接口，它將處理的并行數(shù)字式字連接和發(fā)送到應用接收機中的至少一個。
在每個實施例中，數(shù)字濾波器或處理步驟消除了數(shù)字式字的前端模擬階段，向應用接收機的解調(diào)器的數(shù)字接收機部分直接提供到數(shù)據(jù)總線的數(shù)字式字接口，并且用等同的數(shù)字功能代替前端模擬階段的功能。
可以在CATV頭端或集線器實現(xiàn)所述系統(tǒng)和/或方法。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如果數(shù)字接收機的數(shù)據(jù)總線字長小于并行字的長度，則數(shù)字濾波器或數(shù)字處理步驟截取最不重要的位，以接口到至少一個應用接收機。另外，如果數(shù)字接收機的字長度超過傳輸鏈路的長度，則并行字用零填充。
最后，可以使用邏輯變換(logical translation)設備作為應用接收機和發(fā)送鏈路之間的接口，或是作為應用接收機的一部分。一種現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmble Gate Array(FPGA))可以作為該設備使用。
附圖的簡要說明以下結合附圖所作的詳細說明將使得本發(fā)明的上述和其他目的和特征及優(yōu)點更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有直接數(shù)字切換到頭端接收機的數(shù)字返回路徑傳送系統(tǒng)的基本元件圖。
詳細說明在圖1的簡化方框圖中給出了使用連接到頭端解調(diào)器的抽樣RF字接口，用于改進數(shù)字通信信號的返回路徑性能的系統(tǒng)基本元件和方法。
基本上，CATV頭端或集線器的反向路徑能夠持續(xù)來自多重的，來自用戶家里的多個不同的傳輸源的通信。本發(fā)明首先依靠可用的高級的返回路徑設備。這樣的系統(tǒng)從節(jié)點開始，采用完全與上述方法不同的方法傳送信息。如上述在交叉參考引用的相關申請分別公開的所述先進的方法是從返回路徑上的用戶抽樣到達節(jié)點的模擬波形。隨后，將抽樣數(shù)字化編碼，以便從發(fā)射機到頭端/集線器的鏈路能夠由數(shù)字光學發(fā)射機和接收機構成。因此，其系統(tǒng)中傳送的信息成為位串。
在先前說明的公開中概述了數(shù)字回程方法的多個優(yōu)點。這個公開是最重要的是在節(jié)點模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D)后實際消除信號的損壞?，F(xiàn)在要求光學系統(tǒng)僅是起可靠的二進制的作用，再現(xiàn)兩個模擬值之一。就數(shù)字來說，這些值是“0”和“1”，并且用兩個不同的光能級(level)表示。這個方法應用到HFC的光學鏈路，消除或在很大程度上緩解了。由相關的激光發(fā)射機、光纖非線性、光接收機和RF放大器引起的相關的信號損壞問題。
如在相應的申請中所述的，在節(jié)點光發(fā)射機接收數(shù)字式字的串行流，并向光接收機傳輸這個數(shù)字式字。在RF-光轉(zhuǎn)換點上的所有位流的實現(xiàn)，立即導入標準化的傳送的理想方程式中，并簡化了網(wǎng)絡構成，加速了研究，并用它將令人滿意的水平的經(jīng)過驗證的可靠的技術引入到HFC基礎設施中。另外，因為距離的優(yōu)點，使得能夠使用無源設備或完全移掉集線器的中繼設備。
但是，在節(jié)點外消除信號的損壞在沒有信號損壞之下，依靠在頭端還原傳送的數(shù)字式字的能力。下面參照圖1說明進行這種操作的系統(tǒng)和方法，即，在HFC返回路徑通信鏈路和終端設備接收機之間提供數(shù)字式字的接口。
在前面提到的公開中，說明了幾個優(yōu)點。但是，在那個情況下數(shù)字光學系統(tǒng)進行的處理是使用數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)復制寬帶模擬輸出信號為結束。從仍實施模擬接收機技術的傳統(tǒng)系統(tǒng)的觀點，這個方法是有價值的。但是，對于諸如電纜調(diào)制解調(diào)器等的先進的返回路徑傳輸，最好是接口到解調(diào)設備的。
所提出的與頭端終端設備連接的方法利用了，在應用特定的集成電路(ASIC)、超大規(guī)模集成電路(VISI)和數(shù)字信號處理的各種研究的優(yōu)點?，F(xiàn)代的調(diào)制解調(diào)器技術結合了數(shù)字接收機技術-芯片上的接收機-在單一數(shù)字集成電路上或芯片組內(nèi)，實現(xiàn)多種復用同步(manycomplex synchronization)、均衡(equalization)和檢測功能。這些功能能夠數(shù)字地進行，因為典型的現(xiàn)代通信接收機將調(diào)諧到有興趣的信道、將它濾波，然后在周期的增量上抽樣濾波的波形。
如上述就節(jié)點的工作活動所述的，通過抽樣表示的信息能夠在接收機的其余部分中隨后轉(zhuǎn)換成用于數(shù)字處理的位。這是通過數(shù)字表示的具有N個位字的每個模擬抽樣進行的。在此，N是在A/D轉(zhuǎn)換器中的分辨率(resolution)的位數(shù)(如8、10、12)。目前，在設計通信應用的VLSI電路中已有很大的進展，并且高速設計的接收機正利用這些優(yōu)點?，F(xiàn)在HFC系統(tǒng)也能夠利用這些處理的優(yōu)點，以致(by)消除具有數(shù)字接收機的應用解調(diào)器的D/A轉(zhuǎn)換步驟。除掉這個步驟，并且直接接口到具有可用的數(shù)字式字的數(shù)字接收機，提供能夠消除信號損壞的一種機構，并且能夠?qū)⒃陬^端(或集線器)的模擬設備的結構簡化成數(shù)字網(wǎng)絡的總線和插卡裝置。
參見圖1，它清楚地示出一個完全的數(shù)字返回路徑系統(tǒng)。本領域內(nèi)的技術人員應理解，雖然就圖1說明的技術是設置在圖的“頭端”部分，但是，根據(jù)使用中的整個HFC的結構，它也能夠放置在集線器位置。在數(shù)字回程系統(tǒng)中的D/A轉(zhuǎn)換器的功能是重構在節(jié)點上存在的寬帶5-40兆赫輸入。隨后，在傳統(tǒng)返回路徑接收機(RPR)設備上處理返回路徑信號時，處理這個RF信號。即，在連接到還原信息的應用接收機前，它被分離、放大、衰減等。但是，包括D/A本身的模擬處理造成信號退化，傳送的信息的可能的損耗或損壞，以及復雜的電平設定問題。對于諸如電纜調(diào)制解調(diào)器之類的先進的接收機來說，RF信號被下變頻到在接收機前端中的中頻或基帶頻率。然后，使用在接收機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器抽樣該信號并再轉(zhuǎn)換成信息還原的數(shù)字信號。由于附加傳遞不希望的信號損壞的中間向模擬的轉(zhuǎn)換，使得這個完整的頭端處理-D/A轉(zhuǎn)換、放大、分離、調(diào)諧、A/D轉(zhuǎn)換-被不必要地復雜化了。
但是，根據(jù)高速數(shù)字處理的近來的研究進展，使得不再需要以前總是用常規(guī)的返回路徑RF輸入連接到接收機。因此，數(shù)字返回路徑系統(tǒng)傳送的抽樣中含有的信息內(nèi)容能夠直接傳送到準備好數(shù)字接口的適當配置的應用接收機。在圖1中，通過將數(shù)字回程接收機擴大標記為“數(shù)字處理”的附加功能元件，在圖1中的方框“頭端”中示出這一點。具體地，在圖1中，在光纖接收機10上接收光鏈路上傳送的數(shù)字式字的串行流。串行到并行的轉(zhuǎn)換器(SERDES)或解串器20將數(shù)字式字的串行流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)字式字，并將所述并行字傳送到數(shù)字處理方框30?！皵?shù)字處理”實際上指的是，完成在表示模擬抽樣的數(shù)據(jù)字和應用接收機之間必須存在的，包括實際濾波功能的，各功能所需的每個處理階段。這個方法要求所述數(shù)字回程接收機消除前端模擬階段；向數(shù)字解調(diào)器100的數(shù)字接收機部分的數(shù)據(jù)總線(或緩沖器)提供數(shù)字式字的接口；和在需要時，用等同的數(shù)字功能代替前端模擬階段的功能。
應注意，參照(3)，前端功能的一個重要項目是調(diào)節(jié)模擬信號電平，以正確驅(qū)動接收機的A/D轉(zhuǎn)換器。應理解，這個關鍵的功能項已不再需要。另外，數(shù)字接收機已經(jīng)在數(shù)字部分內(nèi)實現(xiàn)同步的最后的細調(diào)諧階段。因此，基帶的最后轉(zhuǎn)換已經(jīng)是數(shù)字功能，并且數(shù)字調(diào)諧器的技術已獲得很好的發(fā)展。因此，數(shù)字前端的核心功能是數(shù)字濾波和同步功能的擴充。
本領域內(nèi)的技術人員應理解，正確地實現(xiàn)數(shù)字切換的重要考慮是在數(shù)字傳送機制和應用接收機之間的“接口定義”。這個接口由表示有效信息的N個位并行字和在兩個子系統(tǒng)(數(shù)字回程和數(shù)字接收機)之間通信所需的適當信號交換組成。另外，所述接口包括在每側的必要的時鐘信號同步。再有，返回路徑的數(shù)字傳送方法實現(xiàn)從節(jié)點到頭端或集線器的串行基帶傳輸。所述串行流是位和字同步的，并且在輸出上出現(xiàn)數(shù)字表示在節(jié)點取的原始抽樣的并行字。
取決于數(shù)字回程的具體實施，所述并行字的大小能夠變化。為裝置傳送抽樣的信息的數(shù)字接收機的數(shù)據(jù)總線一般是固定字長大小的。有可能這個總線字長的大小小于存在的并行字長。此時，從傳送系統(tǒng)截斷最不重要的位(LSB)，并接口到應用接收機。在這個處理中存在信息丟失，但是，因為它是在所述數(shù)字接收機IC中所設定的限制，所以它是在任何情況都會損失的信息。
另外，如果數(shù)字接收機本身的字尺寸超過傳輸鏈路的，那么通過在附加的位中用零填充，以切換并行字。在這個拓撲結構中，必須評估較低分辨率的效果。但是，這是典型情況，技術上通常是確保傳輸鏈路超過調(diào)制解調(diào)器的性能參數(shù)，以最小程度地損壞傳輸信號。
接口的另一重要事項是確保通信成功或有效的所說的“語言”或協(xié)議。應用接收機一般地具有特定的規(guī)范，特別是在接收機設計內(nèi)的數(shù)字部分帶有模擬和數(shù)字功能。這樣的接收機能夠通過邏輯變換(translation)設備被連接，如用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，它處理從傳送鏈路來的通過它的數(shù)據(jù)字，并將它們格式化使得適合接收機數(shù)據(jù)總線?？梢杂肍PGA實現(xiàn)數(shù)字處理(本領域內(nèi)的技術人員應理解，F(xiàn)PGA可以是數(shù)字返回路徑接收機的部分，如下所述，單獨的FPGA也可以是應用接收機的部分，但是一般來說不是這樣)。某些特征的接收機可以不具有可訪問的數(shù)據(jù)總線，或完全是模擬接收機，在此情況，有必要重構帶D/A的數(shù)字回程。但是，先進的接收機具有較多充分定義的結構接口，通過通常使用現(xiàn)有技術或通過委托開發(fā)實現(xiàn)，以確保標準化。此時，這個實現(xiàn)包括，在先進的接收機電路開發(fā)時，設計到接收機數(shù)據(jù)總線的接入，并且實現(xiàn)在接收機本身上的門陣列或變換裝置，以向接收機傳遞數(shù)字回程字序列。
在現(xiàn)代的接收機開發(fā)中，能夠?qū)⒅苯訑?shù)字接口定義馬上應用到新的設計，因為現(xiàn)有技術包括，在與傳送鏈路和接收機數(shù)據(jù)總線之間需要的接口類型相一致的高速數(shù)據(jù)接收機內(nèi)處理。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，對接收機功能可訪問性上的約束，會要求開發(fā)允許訪問數(shù)字功能的另外的接口設備。最終，一些傳統(tǒng)系統(tǒng)和特別是所有模擬接收機，如不完全重新設計，將不具有上述優(yōu)勢。在這樣的情況中，D/A輸出方法會是最適合的。但是，在大多數(shù)這樣的情況，這樣的接收機設計將在極簡單的調(diào)制功能上操作，并且數(shù)字化的實施能夠快速開發(fā)和部署。也有這樣的情況，這些較簡單的接收機將遇到從數(shù)字接口取得的最少性能效益，因為就這些典型的的調(diào)制方案來說，重構的附加的模擬損壞對于鏈路性能無關緊要。
本發(fā)明用連接到頭端解調(diào)器的抽樣RF字接口的數(shù)字通信信號系統(tǒng)和方法的短期效益是明顯的在應用處理強化中極大的靈活性；能夠靈活地連接CATV頭端終端設備等。但是，在數(shù)年中會收到最大效益，因為返回路徑向所有位的轉(zhuǎn)換開放了與處理，傳輸，多路復用，和終端設備接口相關的很多連網(wǎng)的可能性。
雖然特定地說明和描述了各種實施例，但是應當理解，通過上述教導，本發(fā)明將包括各種修改和變化，而且在所附的權利要求的范圍內(nèi)而不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種在有線電視系統(tǒng)中還原完全表示為一和零的返回路徑信號的方法，包括下列步驟接收帶有適當?shù)耐叫畔⒌臄?shù)字式字的串行流，識別在字之間的邊界，并還原位本身的定時；解串數(shù)字式字的串行流和同步信息；處理解串的數(shù)字式字，以數(shù)字式地接口到應用接收機；和向應用接收機傳遞處理的并行數(shù)字式字。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述處理步驟包括下列步驟消除數(shù)字式字的前端模擬階段；直接向應用接收機的解調(diào)器的數(shù)字接收機部分的數(shù)據(jù)總線提供數(shù)字式字的接口；和用等同的數(shù)字功能代替前端模擬階段的功能。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述方法在CATV的頭端實現(xiàn)。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述方法在CATV的集線器實現(xiàn)。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中應用接收機包括帶有數(shù)字接收機的數(shù)字解調(diào)器。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中如果數(shù)字接收機的數(shù)據(jù)總線字長小于并行字長，則數(shù)字濾波器截斷最不重要的位以連接到應用接收機。
7.根據(jù)權利要求5的方法，其中如果數(shù)字接收機的字的尺寸超過傳輸鏈路的尺寸，則用零填充并行字。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中邏輯變換設備連接在應用接收機和傳送鏈路之間。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述的邏輯變換設備是應用接收機的部分。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其中所述的邏輯變換設備是現(xiàn)場可編程門陣列。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中在解串步驟解串數(shù)字式字的串行流和同步信息后，所述現(xiàn)場可編程門陣列處理數(shù)據(jù)字，并且格式化應用接收機的數(shù)據(jù)總線的所述數(shù)據(jù)。
12.一種還原數(shù)字式字的返回路徑信號的系統(tǒng)，其使用在基帶串行光傳送的同軸混合光纖有線電視系統(tǒng)中，其中從光纖的光學節(jié)點到頭端/集線器的返回路徑信號通過整個編碼被表示為一和零，所述系統(tǒng)包括數(shù)字回程接收機和多個應用接收機，該系統(tǒng)的數(shù)字返回接收機包括轉(zhuǎn)換/接收裝置，它從光纖接收光學一和零的串行流，并將光學數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號；解串裝置，它將數(shù)字式字和同步信息的串行流解串；數(shù)字處理裝置，它處理解串的數(shù)字式字，以數(shù)字式接合到應用接收機；和接口裝置，它將處理的并行數(shù)字式字連接和發(fā)送到多個應用接收機的至少一個。
13.根據(jù)權利要求12的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字處理裝置包括消除數(shù)字式字的前端模擬階段的裝置；向應用接收機的解調(diào)器的數(shù)字接收機部分的數(shù)據(jù)總線直接提供數(shù)字式字接口的裝置；用等同數(shù)字功能代替前端模擬階段功能的裝置。
14.根據(jù)權利要求12的系統(tǒng)，，其中所述系統(tǒng)在CATV的頭端實現(xiàn)。
15.根據(jù)權利要求12的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在CATV的集線器實現(xiàn)。
16.根據(jù)權利要求12的方法，其中至少一個應用接收機包括帶有數(shù)字接收機的數(shù)字解調(diào)器。
17.根據(jù)權利要求16的系統(tǒng)，其中如果數(shù)字接收機的數(shù)據(jù)總線字長小于并行字長，則數(shù)字濾波器截斷最不重要的位數(shù)，以連接到至少一個應用接收機。
18.根據(jù)權利要求16的系統(tǒng)，其中如果數(shù)字接收機的字的大小超過傳輸鏈路的大小，則用零填充并行字。
19.根據(jù)權利要求12的系統(tǒng)，其中邏輯變換裝置連接在至少一個應用接收機和傳送鏈路之間。
20.根據(jù)權利要求19的系統(tǒng)，其中所述的邏輯變換裝置是應用接收機的部分。
21.根據(jù)權利要求20的系統(tǒng)，其中所述的邏輯變換裝置是現(xiàn)場可編程門陣列。
22.根據(jù)權利要求21的系統(tǒng)，其中在解串裝置解串數(shù)字式字和同步信息的串行流后，所述現(xiàn)場可編程門陣列處理數(shù)據(jù)字，并且格式化應用接收機的數(shù)據(jù)總線的所述數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種使用連接到頭端解調(diào)器的抽樣RF字的數(shù)字通信信號的HFC返回路徑系統(tǒng)，它提供在等同或較低費用下的較高性能設備，和較靈活和有效連接和業(yè)務多路復用。從光纖節(jié)點到頭端/集線器的返回路徑信號表示成一和零，在頭端/集線器的數(shù)字接收機包括光接收機，它用于接收光學一和零的串行流，并將光學數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號；解串裝置，它將數(shù)字式字和同步信息的串行流解串成并行數(shù)字式字；數(shù)字濾波器，它處理解串的數(shù)字式字并數(shù)字式接合到應用接收機；以及數(shù)字接口，用于將處理的并行數(shù)字式字連接和發(fā)送到應用接收機。
文檔編號H04N7/22GK1894969SQ01810606
公開日2007年1月10日 申請日期2001年6月1日 優(yōu)先權日2001年6月1日
發(fā)明者羅伯特L·霍瓦爾德, 埃里克C·梅茨 申請人:通用儀表公司