專利名稱：分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)及部件同步操作的方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及線纜調制解調器通信系統(tǒng)。
背景技術：
現有的線纜調制解調器通信系統(tǒng)包括線纜調制解調器終端系統(tǒng)(CMTS)、被服務的線纜調制解調器(CM)和線纜調制解調器網絡基礎設施(也就是將這些設備通信地連接起來的光纖同軸電纜混合媒介)。所述線纜調制解調器終端系統(tǒng)通過從該終端系統(tǒng)到線纜調制解調器的下行數據傳輸和從線纜調制解調器到該終端系統(tǒng)的上行數據傳輸來為線纜調制解調器提供數據通信服務。電纜傳輸數據業(yè)務的接口規(guī)范(DOCSIS)主要規(guī)范了線纜調制解調器通信系統(tǒng)中信號的發(fā)送和接收。不同的形式下，DOCSIS支持時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)操作。測距和記錄操作被執(zhí)行來管理線纜調制解調器終端系統(tǒng)(CMTS)和線纜調制解調器(CM)之間通信的定時。
線纜調制解調器通信系統(tǒng)的結構在不斷發(fā)展。所述線纜調制解調器通信系統(tǒng)結構的一種發(fā)展包括使線纜調制解調器終端系統(tǒng)分布在通過分組數據網絡相互連接的不同設備間。線纜調制解調器通信系統(tǒng)的操作需要分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件的同步。因分組數據網絡引入嚴重的抖動，在不增加額外的等待時間的情況下，要使用分組數據網絡來滿足線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步的精確要求可能是不切實際的。因而，要滿足全部系統(tǒng)需求，需要使分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種操作裝置和方法，將在下述的


具體實施方式
和權利要求書中進行進一步的描述。根據下述結合附圖對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點是顯而易見的。
根據本發(fā)明的一個方面，提出一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述方法包括如下步驟在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘，所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器均通信連接。
優(yōu)選地，所述測距操作由前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器一起為之提供數據服務的多個線纜調制解調器所支持。
優(yōu)選地，所述測距操作由一專用的時鐘同步線纜調制解調器支持所支持。
優(yōu)選地，所述在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步包括響應穿過分組數據網絡接收到的所述前端的定時信息，激活與所述下行發(fā)送器集線器結合的控制回路。
優(yōu)選地，所述在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步包括以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率從所述前端發(fā)送數據包給所述下行發(fā)送器集線器；由所述下行發(fā)送器集線器生成空數據幀以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器下溢。
優(yōu)選地，所述試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率是基于所述前端時鐘的時鐘規(guī)范(clock specification)和所述下行發(fā)送器集線器時鐘的時鐘規(guī)范產生的。
優(yōu)選地，所述同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘包括所述上行接收器集線器調節(jié)其自身的時鐘，使之符合所述下行發(fā)送器集線器的時鐘。
優(yōu)選地，所述同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘包括基于接收來自上行接收器集線器的調整信息，所述下行發(fā)送器集線器調整其自身的時鐘，使之符合所述上行接收器集線器的時鐘。
根據本發(fā)明的一個方面，提出一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述方法包括如下步驟調整從前端到下行發(fā)送器集線器的分組數據流以試圖避免下行發(fā)送器集線器內緩沖器的上溢(overflow)和下溢(underflow)，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘，所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器均通信連接。
優(yōu)選地，所述測距操作由前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器一起為之提供數據服務的多個線纜調制解調器所支持。
優(yōu)選地，所述測距操作由一專用的時鐘同步線纜調制解調器支持所支持。
優(yōu)選地，所述調整從前端到下行發(fā)送器集線器的分組數據流，以試圖避免下行發(fā)送器集線器內緩沖器的上溢和下溢包括響應穿過分組數據網絡接收到的所述前端的定時信息，激活與所述下行發(fā)送器集線器結合的控制回路。
優(yōu)選地，所述方法進一步包括通過所述下行發(fā)送器集線器生成并發(fā)送空數據幀來阻止所述下行發(fā)送器集線器內緩沖器的下溢。
優(yōu)選地，所述同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘包括所述上行接收器集線器調節(jié)其自身的時鐘，使之符合所述下行發(fā)送器集線器的時鐘。
優(yōu)選地，所述同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘包括基于接收來自上行接收器集線器的調整信息，所述下行發(fā)送器集線器調整其自身的時鐘，使之符合所述上行接收器集線器的時鐘。
根據本發(fā)明的一個方面，提出一種分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，包括下行發(fā)送器集線器；上行接收器集線器；前端，通過分組數據網絡與所述下行發(fā)送器集線器和所述上行接收器集線器通信連接；其中，所述前端和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以在其間建立分組數據流同步；其中，所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以通過使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步所述上行接收器集線器時鐘和所述下行發(fā)送器集線器時鐘，其中所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器通信連接。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括多個可操作的線纜調制解調器，以支持測距操作并從所述前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器接收數據服務。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括專用的時鐘同步線纜調制解調器，可操作地支持所述測距操作。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括一與所述下行發(fā)送器集線器結合的控制回路，響應穿過分組數據網絡接收到的前端定時信息，以在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步。
優(yōu)選地，所述在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步包括所述前端以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率可操作地將數據包發(fā)送給所述下行發(fā)送器集線器；所述下行發(fā)送器集線器可操作地生成空數據幀以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器下溢。
優(yōu)選地，所述試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率是基于所述前端時鐘的時鐘規(guī)范和所述下行發(fā)送器集線器時鐘的時鐘規(guī)范產生的。
優(yōu)選地，所述上行接收器集線器通過調節(jié)其自身的時鐘使之符合所述下行發(fā)送器集線器的時鐘，可操作地使其時鐘與所述下行發(fā)送器集線器的時鐘同步。
優(yōu)選地，所述下行發(fā)送器集線器基于接收來自上行接收器集線器的調整信息，調整其自身的時鐘使之符合所述上行接收器集線器的時鐘，可操作地使其自身時鐘與所述上行接收器集線器的時鐘同步。
根據本發(fā)明的一個方面，提出一種分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，包括下行發(fā)送器集線器；上行接收器集線器；前端，通過分組數據網絡與所述下行發(fā)送器集線器和所述上行接收器集線器通信連接；其中，所述前端是可操的，以調節(jié)從其自身到所述下行發(fā)送器集線器的下行數據流以試圖避免所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢；其中，所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以通過使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步所述上行接收器集線器時鐘和所述下行發(fā)送器集線器時鐘，其中所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器通信連接。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括多個可操作的線纜調制解調器，以支持測距操作并從所述前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器接收數據服務。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括專用的時鐘同步線纜調制解調器，可操作地支持所述測距操作。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進一步包括一與所述下行發(fā)送器集線器結合的控制回路，響應穿過分組數據網絡接收到的前端定時信息，可操作地調節(jié)從前端到下行發(fā)送器集線器的下行數據流。
優(yōu)選地，所述前端以基于所述前端時鐘的時鐘規(guī)范和所述下行發(fā)送器集線器時鐘的時鐘規(guī)范產生的速率發(fā)送數據給所述下行發(fā)送器集線器。
優(yōu)選地，所述上行接收器集線器通過調節(jié)其自身的時鐘使之符合所述下行發(fā)送器集線器的時鐘，可操作地使其時鐘與所述下行發(fā)送器集線器的時鐘同步。
優(yōu)選地，所述下行發(fā)送器集線器基于接收來自上行接收器集線器的調整信息，調整其自身的時鐘使之符合所述上行接收器集線器的時鐘，可操作地使其自身時鐘與所述上行接收器集線器的時鐘同步。
根據本發(fā)明的一個方面，提出一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述部件包括前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器，所述方法包括如下步驟在所述前端和所述下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；所述下行發(fā)送器集線器發(fā)送下行碼分多址訪問信息給多個其所服務的線纜調制解調器；所述上行接收器集線器接收來自多個其所服務的線纜調制解調器的碼分多址訪問信息；所述上行接收器集線器確定接收自多個其所服務的線纜調制解調器的上行信息中字符隊列(alignment of symbols)的漂移量，所述漂移量與所述上行接收器集線器的時基有關；所述上行接收器集線器基于所述漂移量調節(jié)上行接收器集線器的時鐘，以便所述上行信息時鐘與所述下行發(fā)送器集線器的時鐘完全同步。
優(yōu)選地，所述在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步包括響應穿過分組數據網絡接收到的所述前端的定時信息，激活與所述下行發(fā)送器集線器結合的控制回路。
優(yōu)選地，所述在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步包括以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率從所述前端發(fā)送數據包給所述下行發(fā)送器集線器；由所述下行發(fā)送器集線器生成空數據幀以試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器下溢。
優(yōu)選地，所述試圖阻止所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢的速率是基于所述前端時鐘的時鐘規(guī)范和所述下行發(fā)送器集線器時鐘的時鐘規(guī)范產生的。

圖1是具有分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)前端部件的線纜調制解調器通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2是根據本發(fā)明由通過分組交換網絡相互連接的分布式CMTS部件構成的線纜調制解調器通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖3是根據本發(fā)明一個實施例的操作流程圖；圖4是本發(fā)明第一個實施例中同步下行發(fā)送器集線器時鐘與上行接收器集線器時鐘的流程圖；圖5是本發(fā)明一個實施例中在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步的方框圖；圖6是本發(fā)明另一實施例中在前端和上行接收器集線器之間建立分組數據流同步的另一實施例的流程圖；圖7是根據本發(fā)明另一個實施例的同步CMTS部件的操作流程圖。
具體實施例方式
圖1是具有分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)(CMTS)前端部件的線纜調制解調器通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。如圖1所示，分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)(CMTS)包括前端102和分布式集線器108。每個分布式集線器108服務對應的電纜傳輸數據系統(tǒng)接口規(guī)范(DOCSIS)物理層(PHY)域104和106。每個DOCSIS物理層域104和106服務多個線纜調制解調器(CM)110。前端102通過媒介114與集線器108連接。前端102通過集線器108和媒介114傳送數據給線纜調制解調器(CM)110以及從線纜調制解調器(CM)110接收數據。
物理層域104和106內發(fā)送同步是必需的。當支持TDMA操作時，每個DOCSIS物理層域內的猝發(fā)串(burst)傳送(上行和下行兩者)必須在精確的時間(100納秒級)發(fā)送以避免沖突。當在DOCSIS 2.0S-CDMA模式下操作時，定時更嚴格，因為需要同步到字符級。這樣便需要更苛刻的1納秒級的同步。為了滿足這種定時要求，前端102將維持參考時鐘，如在10.24MHz進行操作。然后集線器108能通過連接114將其時鐘鎖定為前端102的參考時鐘。然后每個線纜調制解調器(CM)110鎖定其時鐘為下行字符時鐘，所述下行字符時鐘與10.24MHz的參考時鐘同步。然后利用測距操作將CM110的時鐘偏移量調節(jié)在1納秒內。一旦測距后畢，由于系統(tǒng)的閉環(huán)同步特征，線纜調制解調器(CM)110不會再產生時間上的漂移。但是，考慮到線纜調制解調器網絡基礎設施傳播延遲的改變(如因溫度、氣流和其他因素的變化引起)，對每個線纜調制解調器(CM)110每30秒鐘重復一次測距，或者更頻繁。通過這一同步的實現，整個DOCSIS物理層域104和/或106實現同步。
當連接114不支持與前端102的參考時鐘的同步時，不能執(zhí)行上述操作，根據本發(fā)明的操作便解決了這個問題。一般來說，對從前端下行流向每個集線器的分組數據進行管理以避免發(fā)送緩沖器上溢(overflow)或下溢(underflow)。進一步的，集線器108的不同部件的時鐘通過測距操作同步，這樣DOCSIS物理層域104和106內部的沖突得以避免?？蛇x擇地，當支持S-CDMA操作時，使用字符隨時間定時漂移來同步集線器108的時鐘。
圖2是根據本發(fā)明具有通過分組數據網絡202相互連接的分布式CMTS部件構造的線纜調制解調器通信系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。分布式CMTS包括前端102和集線器108，集線器108包括下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216。所述前端102、下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216通過分組數據網絡202彼此相互連接。所述分組數據網絡202可以是以太網或其它類型的分組數據網絡。所述集線器108的下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216可位于不同的設備內。但是在其他實施例中所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216也可位于同一個設備內。
所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216與線纜調制解調器網絡基礎設施210連接。線纜調制解調器(CM)110也與線纜調制解調器網絡基礎設施210連接。所述線纜調制解調器網絡基礎設施210可以是光纖同軸混合線纜調制解調器網絡210或已知的其他類型的線纜調制解調器網絡基礎設施。所述分布式CMTS通過所述線纜調制解調器網絡基礎設施210在數據網絡112和線纜調制解調器(CM)110之間提供數據通信服務。
某些實施例中，所述分布式CMTS按照DOCSIS規(guī)范進行操作。如上所述，DOCSIS MAC使用TDMA、FDMA和/或S-CDMA來為跨越線纜調制解調器網絡基礎設施210的線纜調制解調器(CM)110提供數據通信服務。這樣，根據這些規(guī)范，對分組數據流而言，前端102希望與下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216充分同步。所述下行發(fā)送器集線器214包括時鐘(時基)206。所述上行接收器集線器216包括時鐘(時基)208。所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216對應的時鐘(時基)206和208應當充分同步以滿足DOCSIS規(guī)范的定時要求。因而，根據本發(fā)明，分布式CMTS部件的時鐘206和208是充分同步的，從而符合了DOCSIS標準的定時要求。當涉及下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216內維持系統(tǒng)時間或其他參考時間的機制時，術語“時鐘(clock)”和“時基(timingbase)”在此文中可相互交換使用。
所述分組數據網絡202因其固有的抖動信號，其分配精確定時信息的能力有限。所述前端102可包括時鐘(時基)204。在如圖2所示的分布式CMTS結構中維持系統(tǒng)時間的一種可能性是使用時間戳將定時信息從所述前端102通過分組數據網絡202傳遞給所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216。所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216平滑所述分組數據網絡202產生的抖動信號，并從時間戳中恢復時基時鐘，一般采用濾波器來平滑所述時間戳。為了考慮圖2中的結構是否能夠支持這些操作，假設以下主要參數來進行分析1、分組數據網絡202支持千兆位以太網操作。
2、千兆位以太網連接的抖動＝1毫秒3、為了符合總體預算500納秒的要求，平滑后，時間戳抖動＝100納秒。
4、時間戳信息以每秒100的速率發(fā)送。
必要的平滑比率為1ms/100ns＝1×104。假設每個時間戳上有獨立的抖動，平均需要N＝1×108個時間戳來實現1×104的平滑。這要求平滑時間常數為1×108秒/100＝1×106秒，或11.6天，這是不切實際的。為了使用所述分組數據網絡202分配定時信息，所述分組數據網絡必須將抖動限制在大約17微秒，這一點當前是不可行的。
因此，本發(fā)明采用另一個技術方案同步所述分布式CMTS的各部件。根據本發(fā)明的第一個方面，從前端102流向下行發(fā)送器集線器214的分組數據流被充分同步以避免所述下行發(fā)送器集線器214的發(fā)送緩沖器上溢或下溢。這些操作將結合圖6進行描述。另一方面，使用在下行發(fā)送器集線器內的受來自前端102發(fā)送的時間戳激發(fā)的控制回路(control loop)，使從前端102流向下行發(fā)送器集線器214的分組數據流充分同步。這些操作將結合圖5給出進一步的描述。
為了完成所述分布式CMTS部件的同步，所述下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216對應的時鐘206以及208被充分同步。使用本發(fā)明的第一種技術，該同步通過使用至少一個線纜調制解調器支持的測距操作來實現，所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與上行接收器集線器和下行發(fā)送器集線器均通信連接。這些操作將結合圖3和圖4給出進一步的描述。另一種將上行接收器集線器216的時鐘208與下行發(fā)送器集線器214的時鐘206同步的技術包括在支持S-CDMA操作的情況下，基于上行接收器集線器216接收的字符隊列(alignment of symbols)的改變檢測時鐘偏移。這一技術將結合圖7給出進一步的描述。
圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的操作流程圖。所述操作從對前端102、下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216(步驟302)進行初始化開始。然后，在前端102和下行發(fā)送器集線器214之間建立分組流同步(步驟304)。執(zhí)行分組流同步的技術將結合圖5和圖6給出進一步的描述，這些操作將作為調節(jié)從前端102到下行發(fā)送器集線器214的分組數據流而在本文中作進一步的描述。
然后，操作繼續(xù)，同步下行發(fā)送器集線器214的時鐘206和上行接收器集線器216的時鐘208(步驟306)。根據本發(fā)明，同步上行接收器集線器216的時鐘208與下行發(fā)送器集線器214的時鐘206可通過使用至少一個線纜調制解調器110支持的測距操作來實現，所述至少一個線纜調制解調器110通過線纜調制解調器網絡基礎設施210與所述上行接收器集線器216以及下行發(fā)送器集線器214連接。
根據步驟306的一個實施例，所述測距操作被多個線纜調制解調器110支持，所述前端102、下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216均為所述線纜調制解調器110提供數據服務。正常情況下，對每個線纜調制解調器110的測距大約每15秒鐘進行一次，因此每秒進行幾十次到幾百次的到達時間測試。另一實施例中，用專門的時鐘同步線纜調制解調器來支持所述測距操作?？梢砸愿咚俾蕦ｉT的時鐘同步線纜調制解調器進行測距，可能是每秒10到100次。平滑處理后(在具有較慢的時間常量的控制回路內，即一秒或幾秒)，這些附加的距離測試使得對下行發(fā)送器集線器214的時鐘206和上行接收器集線器216的時鐘208之間的定時漂移的估算有較高的可信度。然而，由于已假設線纜基礎設施的延遲不會很快改變，時鐘頻率也不會改變，除非因為明顯的、故意的改變加上固有的時鐘漂移，通過結合相當多次測距來獲得足夠精確和可信的定時估算是不必要的。當然，可采用正常測距信息和一個或多個專門的時鐘同步線纜調制解調器的測試兩種方式，將這些實施例結合。在這兩種情況下，測距操作被用來同步下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216各自對應的時鐘206和208。同樣的，數據猝發(fā)串除了用于測距猝發(fā)串(ranging burst)外，還用于收集額外信息；若數據猝發(fā)串提前到達或延遲到達接收器集線器，這表示一種趨勢，意味著參考時鐘有頻率偏移，所述偏移隨后被修整掉。
按照DOCSIS規(guī)范的一個或多個方面，圖3所示的操作繼續(xù)為線纜調制解調器提供服務(步驟308)。步驟308繼續(xù)，直到確定是否需要調整下行發(fā)送器集線器214的時鐘206和/或上行接收器集線器216的時鐘208(步驟310)。當需要調整下行發(fā)送器集線器214和上行接收器集線器216各自對應的時鐘206和208時，操作回到步驟306。否則，繼續(xù)進行步驟312，確定是否需要調整前端102與下行發(fā)送器集線器214的分組數據流同步。如果需要，則操作從步驟312回到步驟304；如果不需要，則操作從步驟312回到步驟308繼續(xù)服務線纜調制解調器。
讀者很容易得知，圖3所示的操作可以不同于圖3中的順序進行。對下行發(fā)送器集線器214和前端102各自對應的時鐘206和204的同步可在前端102與下行發(fā)送器集線器214的分組流同步期間發(fā)生，和/或在所述線纜調制解調器被服務期間發(fā)生。一般情況下，維持分組流同步以及時鐘同步是正在進行的，并可在任何時間執(zhí)行。
圖4是本發(fā)明第一實施例中同步下行發(fā)送器集線器與上行接收器集線器時鐘(圖3中步驟306)的流程圖。首先從下行發(fā)送器集線器214發(fā)送測距猝發(fā)串到專用時鐘同步線纜調制解調器(CM)或一個或多個線纜調制解調器(CM)(步驟402)。然后所述專用時鐘同步線纜調制解調器或一個或多個線纜調制解調器接收來自下行發(fā)送器集線器214的測距猝發(fā)串，處理該測距猝發(fā)串，并將其發(fā)送給上行接收器集線器216(步驟404)。接著所述上行接收器集線器216接收所述測距猝發(fā)串并對之進行分析，以估算其時鐘208與下行發(fā)送器集線器214的時鐘206之間的時鐘頻率差(步驟406)。隨著時間的過去，將顯示出時鐘漂移，如此，對上行接收器集線器216時鐘208或下行發(fā)送器集線器214時鐘206的調整可以定期執(zhí)行、不定期執(zhí)行或者當漂移量超出閾值時執(zhí)行。因而，必要時，所述上行接收器集線器216調整其時鐘208，或者指示下行發(fā)送器集線器214調整其時鐘206(步驟408)。
圖5是本發(fā)明一個實施例中在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步的方框圖。圖5中所示為前端102、前端102的時鐘204、下行發(fā)送器集線器214、下行發(fā)送器集線器214的時鐘206以及分組數據網絡202。根據圖3步驟304所示的實施例，一個控制回路502被用來在前端102和下行發(fā)送器集線器214之間建立分組數據流同步。在該實施例中，所述控制回路502與下行發(fā)送器集線器214結合，對穿過分組數據網絡202接收到的前端102時鐘204的定時信息(時間戳)做出響應。控制回路為已知技術，除與本發(fā)明相關的內容外，在此不進行進一步的描述。由于分組數據網絡202具有抖動現象，所述控制回路502被用來為某些支持的操作進行下行發(fā)送器集線器時鐘206與前端時鐘204的在時間上適當精確度的同步，如TDMA操作需要100納秒。對于某些操作來說，控制回路502所引入的反應時間過長。此外，鎖定所述控制回路502的時間對于某些操作來說也過長。因此，當控制回路502不足以同步所有情況下的前端時鐘204與下行發(fā)送器集線器時鐘206時，所述控制回路502一般足以建立前端102與下行發(fā)送器集線器214之間的分組數據流同步。
通過使用所述控制回路502，前端102將時間戳(TS)與分組數據一起傳輸。如圖所示，這些時間戳沿著信道504從時鐘(時基)204傳送至時鐘(時基)206。所述時間戳表示前端102的時鐘(時基)204的瞬時值，所述時基由時鐘204驅動。所述下行發(fā)送器集線器214的控制回路502將接收時的TS值與所述下行發(fā)送器集線器214自身的時鐘(時基)206進行比較。所述下行發(fā)送器集線器214的時鐘(時基)206可被初始化為第一TS收到時的第一TS值，隨后，通過將隨后的時間戳與所述時基206進行比較，在前端102的時鐘(時基)204的封閉環(huán)中操作。然后對收到的時間戳與時基206之間的比較結果進行濾波和調整，以獲得期望的環(huán)路性能特性。一般所述濾波器為低通濾波器，可以是有限脈沖響應(FIR)濾波器，也可以是無限脈沖響應(IIR)濾波器。所述濾波器與積分器類似，但是為了確保環(huán)路的穩(wěn)定性，所述濾波器與純粹的積分器(另一種零點和極點)稍微有些不同。對濾波結果的比例調整，即乘以常數，可控制回路的增益。所述環(huán)路可設計為高增益即快速響應，或低增益即緩慢響應。所述環(huán)路還可以設計為可變增益，即可變的響應，以便使用高增益快速鎖定前端102的時鐘204的頻率，一旦鎖定全部或部分實現后，便可實現所述下行發(fā)送器集線器214時鐘頻率的極小變化。增益設置值可以是任何多個。環(huán)路設計、增益設置、鎖定檢測等在鎖相環(huán)路設計中都是已知技術。
圖6是本發(fā)明另一個實施例中在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步的流程圖。圖6中所示的操作對應于圖3中的步驟304和步驟308。首先，基于所述前端102以及所述下行發(fā)送器集線器214的時鐘頻率規(guī)范，確定能防止下行發(fā)送器集線器214的發(fā)送緩沖器上溢的最大分組數據流速率(步驟602)。步驟602中的操作一般按照設計的程序來實現，并將在隨后執(zhí)行。然后，所述前端102將分組數據以不超出所述分組流速率的速率從前端發(fā)送出去(步驟604)。所述下行發(fā)送器集線器214接收所述分組數據，由所述分組數據組成數據幀，并按照例如DOCSIS規(guī)范將所述數據幀發(fā)送給線纜調制解調器110。某些情況下，若下行發(fā)送器集線器214發(fā)送分組數據的速率高于其從前端102接收的分組數據的傳送速率，則所述下行發(fā)送器集線器214的發(fā)送緩沖器將發(fā)生下溢。因此，步驟606中，所述下行發(fā)送器集線器214確定下行發(fā)送器集線器214的發(fā)送緩沖器是否已發(fā)生下溢，或者是否將要發(fā)生下溢，即所述發(fā)送緩沖器變空或接近空時。如果下行發(fā)送器集線器的緩沖器變空，或者將要變空時，所述下行發(fā)送器集線器發(fā)送一個或多個空的數據幀來消除下溢(步驟608)，即直到所述發(fā)送緩沖器內有足夠的數據以使數據傳送恢復。但是，在所述前端102與所述下行發(fā)送器集線器214基于分組流充分同步的正常操作期間，當所述前端以步驟602確定的最大速率發(fā)送數據時，所述下行發(fā)送器集線器214組成帶有分組數據的數據幀并將之發(fā)送給其所服務的線纜調制解調器，不用插入空的數據幀(步驟610)。在所述前端102與所述下行發(fā)送器集線器214基于分組流充分同步的正常操作期間，當所述前端以小于步驟602確定的最大速率發(fā)送數據時，所述下行發(fā)送器集線器214組成帶有分組數據的數據幀并將之發(fā)送給其所服務的線纜調制解調器，并插入適當的能夠阻止或消除下溢的空數據幀(步驟608)。
所述前端102需要的數據速率與所述下行發(fā)送器集線器214的數據速率之間的關系，以及空數據包的使用在多種解決方案中有不同的設計。假定網絡延遲(前端102與下行發(fā)送器集線器214之間)限制在一已知的上限內，所述前端102的數據速率可能幾乎等于所述下行發(fā)送器集線器214的數據速率，兩者之間所需要的偏差由前端102和下行發(fā)送器集線器214之間的時鐘比率最大差所確定。例如，如果每個數據塊最壞具有百萬分之五(5ppm)的公差，那么總的最壞差值是百萬分之十(10ppm)，這種情況下所述前端102應將其帶寬需求限制為額定發(fā)送器集線器214數據速率的1-10ppm＝0.9999，覆蓋了前端102位于最大頻率以及下行發(fā)送器集線器214位于最小頻率的情況。假設數據速率為38Mbps，一個空數據幀由188字節(jié)(1504bit)的數據包組成，所述下行發(fā)送器集線器214將以10ppm*38Mbps/1504bit/數據包的速率插入空數據幀，約為每秒0.25個數據幀，或者大約每四秒一個空數據幀。當然，所述速率依賴于前端和集線器的實際相對頻率，并非獨立于該關系。前端102以最小指定頻率操作且發(fā)送器集線器214以最大指定頻率操作的情況下，插入空數據幀的速率加倍，大約是每秒0.5個數據包。
所述下行發(fā)送器集線器214由多種方法可確定插入空數據幀的時間。在一種方法中，所述下行發(fā)送器集線器214接收來自前端102的數據包，組成數據幀，并盡可能快的發(fā)送出去。只要所述發(fā)送器集線器214的輸入緩沖器內沒有足夠的數據以形成完全的數據幀，其發(fā)送空數據幀。在這種設計中，數據通過接收緩沖器的延遲趨向于零。當網絡延遲從一個相對較長的延遲改變?yōu)橐粋€相對較短的延遲時，所述數據通過接收緩沖器的延遲增大。只要下行發(fā)送器集線器214的數據速率大于前端102的數據速率，則所述下行發(fā)送器集線器214將以比數據進入緩沖器更快的速度從所述緩沖器內移除數據，這樣經過長時間后所述緩沖器的充滿度趨于零。
如果有多類數據，其中某些數據需要較短的延遲或更加可預知的延遲，該數據可按照指定的分類從前端102發(fā)送到下行發(fā)送器集線器214。所述下行發(fā)送器集線器214可按照數據類型分類將數據傳送列出優(yōu)先次序，如發(fā)送較低優(yōu)先次序的數據前先發(fā)送其緩沖器內具有較高優(yōu)先次序的數據。這樣便能最小化所述緩沖器對具有較高延遲感應的數據產生的額外延遲。
圖7是根據本發(fā)明的另一個實施例同步CMTS部件的操作流程圖。所述操作首先對前端102、下行發(fā)送器集線器214以及上行接收器集線器216(步驟702)進行初始化操作。然后，在前端102和下行發(fā)送器集線器214之間建立分組數據流同步(步驟704)。執(zhí)行分組流同步的方法已結合圖5和圖6進行了描述。所述操作可進一步包括調節(jié)從前端102流向下行發(fā)送器集線器214的分組數據。
然后，所述下行發(fā)送器集線器將下行碼分多址訪問(CDMA)信息發(fā)送給多個服務的線纜調制解調器110(步驟706)，例如下行數據傳送。接著，所述上行接收器集線器216接收來自所述多個服務的線纜調制解調器110的上行CDMA信息(步驟708)。然后，所述上行接收器集線器確定接收自多個服務的線纜調制解調器的上行信息中字符隊列的漂移量，所述漂移量與所述上行接收器集線器的時基有關(步驟710)。然后使用該測量的字符隊列的漂移量調節(jié)上行接收器時鐘的頻率(步驟712)。接著步驟714中確定是否需要對前端102與下行發(fā)送器集線器214之間的分組流同步進行調整。如果需要調整，則操作從步驟714回到步驟704；如果不需要調整，則從步驟714跳至步驟706，繼續(xù)線纜調制解調器的服務。讀者可很容易知道，圖7中的操作還可以不同于圖7中所示的各種順序來執(zhí)行。維持同步，包括分組流同步和時鐘同步，一般一直在進行中，并可在任何時候執(zhí)行。
根據上述結合附圖對本發(fā)明的詳細介紹，其他各種對本發(fā)明的修改和變化將是顯而易見的。同樣顯而易見，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，這些修改和變化均是可實現。
相關申請的交叉引用本申請與2005年1月6日提交的申請?zhí)枮?1/031,568的美國實用新型申請有關。本申請要求以下專利申請的優(yōu)先權并全部作為本申請的引用文件申請?zhí)枮?0/609,663的美國臨時專利申請，申請日為2004年9月14日；申請?zhí)枮?0/629,781的美國臨時專利申請，申請日為2004年11月20日；申請?zhí)枮?0/635,531的美國臨時專利申請，申請日為2004年12月11日。
權利要求
1.一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述方法包括如下步驟在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組流同步，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘，所述至少一個線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器均通信連接。
2.如權利要求1所述的用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，其特征在于，所述測距操作由前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器一起為之提供數據服務的多個線纜調制解調器所支持。
3.如權利要求1所述的用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，其特征在于，所述測距操作由專用的時鐘同步線纜調制解調器所支持。
4.一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述方法包括如下步驟調整從前端到下行發(fā)送器集線器的分組數據流以力圖避免下行發(fā)送器集線器內緩沖器的上溢和下溢，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘，所述至少一個線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器均通信連接。
5.一種分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，包括下行發(fā)送器集線器；上行接收器集線器；通過分組數據網絡與所述下行發(fā)送器集線器和所述上行接收器集線器通信連接的前端；其中，所述前端和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以在其間建立分組數據流同步；其中，所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以通過使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步所述上行接收器集線器時鐘和所述下行發(fā)送器集線器時鐘，其中所述至少一個線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器通信連接。
6.如權利要求5所述的分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括多個線纜調制解調器，所述多個線纜調制解調器是可操作的，以支持測距操作并可從所述前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器接收數據服務。
7.如權利要求5所述的分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括可操作的專用的時鐘同步線纜調制解調器以支持所述測距操作。
8.如權利要求5所述的分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進一步包括控制回路，與所述下行發(fā)送器集線器結合，響應穿過分組數據網絡接收到的前端定時信息，以在前端和下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步。
9.一種分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)，包括下行發(fā)送器集線器；上行接收器集線器；通過分組數據網絡與所述下行發(fā)送器集線器和所述上行接收器集線器通信連接的前端；其中，所述前端是可操作的，以調節(jié)從其自身到所述下行發(fā)送器集線器的下行數據流，力圖避免所述下行發(fā)送器集線器的緩沖器上溢；其中，所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器是可操作的，以通過使用由至少一個線纜調制解調器支持的測距操作同步所述上行接收器集線器時鐘和所述下行發(fā)送器集線器時鐘，其中所述至少一個線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和所述下行發(fā)送器集線器通信連接。
10.一種用于分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)部件同步操作的方法，所述部件包括前端、下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器，所述方法包括如下步驟在所述前端和所述下行發(fā)送器集線器之間建立分組數據流同步，其中所述下行發(fā)送器集線器通過分組數據網絡與所述前端通信連接；所述下行發(fā)送器集線器發(fā)送下行碼分多址信息給多個其所服務的線纜調制解調器；所述上行接收器集線器接收來自多個其所服務的線纜調制解調器的上行碼分多址信息；所述上行接收器集線器確定接收自多個其所服務的線纜調制解調器的上行信息中字符隊列的漂移量，所述漂移量與所述上行接收器集線器的時基有關；所述上行接收器集線器基于所述漂移量調節(jié)上行接收器集線器的時鐘，從而使所述上行信息時鐘與所述下行發(fā)送器集線器的時鐘完全同步。
全文摘要
本發(fā)明的分布式線纜調制解調器終端系統(tǒng)包括下行發(fā)送器集線器，上行接收器集線器以及通過分組數據網絡與所述下行發(fā)送器集線器和上行接收器集線器均通信連接的前端。所述前端和下行發(fā)送器集線器是可操作的，以使下行發(fā)送器集線器時鐘與前端時鐘同步。進一步的，所述上行接收器集線器和下行發(fā)送器集線器是可操作的，以使上行接收器集線器時鐘與下行發(fā)送器集線器時鐘同步。所述上行接收器集線器與下行發(fā)送器集線器之間的時鐘同步通過使用至少一個線纜調制解調器所支持的測距操作來實現，所述線纜調制解調器通過線纜調制解調器網絡基礎設施與所述上行接收器集線器和下行發(fā)送器集線器均通信連接。
文檔編號H04J3/06GK1819510SQ20051009931
公開日2006年8月16日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2004年9月14日
發(fā)明者布魯斯·J·柯里文, 亞歷山大·G·馬克尼斯, 托馬斯·J·科爾茲, 理查德·S·普羅丹 申請人:美國博通公司