專利名稱：：多層面發(fā)送格式中物理層面上的變長脈沖串發(fā)送的制作方法本申請(qǐng)要求享有1995年10月24日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)60/006,042號(hào)的權(quán)益。本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及在多層面數(shù)據(jù)發(fā)送方案中的物理層面上的數(shù)據(jù)發(fā)送，它特別適用于在光纖和同軸電纜混合發(fā)送系統(tǒng)中上行信息的發(fā)送。作為例子，本發(fā)明適用于從用戶終端向有線電視供應(yīng)端發(fā)送關(guān)于要求通過有線電視網(wǎng)絡(luò)提供例如對(duì)英特網(wǎng)(Internet)的訪問的信息。過去，有線電視系統(tǒng)利用同軸電纜傳送從供應(yīng)端到各個(gè)訂戶終端的信號(hào)。隨著新型數(shù)字電視服務(wù)和與訂戶終端進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送的需求的出現(xiàn)，光纜能提供的增多的帶寬變得有吸引力。由于要建立一個(gè)全部用光纖傳送到各家客戶的光纖系統(tǒng)需要高費(fèi)用，所以從供應(yīng)端到各個(gè)訂戶終端全部用光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在目前來說是不現(xiàn)實(shí)的。作為一種折衷，正在實(shí)現(xiàn)的是光纖和同軸電纜混合(HFC)系統(tǒng)。在HFC系統(tǒng)中，從供應(yīng)端到各相鄰的中繼中心使用光纖。然后連接上原有的同軸電纜以接收來自光纖的信號(hào)，再把信號(hào)分配給各家各戶。由數(shù)字發(fā)送系統(tǒng)所提供的各種交互式服務(wù)需要在供應(yīng)端和各訂戶終端之間有雙向連接。提供從訂戶終端回到供應(yīng)端的返回路徑的一種方法是利用已有的電話線路。不過很明顯，如果能在向訂戶終端提供下行電視信號(hào)的同一個(gè)系統(tǒng)中，例如HFC系統(tǒng)中，提供雙向通信將是有利的。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，已有人提議在HFC系統(tǒng)上開發(fā)高魯棒性(robustness)的上行通信系統(tǒng)。例如，提議用單載頻和時(shí)分復(fù)用訪問(F/TDMA)來提供低風(fēng)險(xiǎn)、高容量的能在HFC系統(tǒng)中給出有合適特性的上行調(diào)制方法。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)際的上行通道，對(duì)系統(tǒng)操作者提供多種選擇以適應(yīng)各種不同的需求應(yīng)該是有益的。例如，在數(shù)據(jù)傳輸流量(throughput)(即帶寬效率)、出錯(cuò)率性能(即魯棒性)、和等待時(shí)間(latency)之間作出權(quán)衡折衷應(yīng)該是有益的。在提供這種靈活性時(shí)，特別有益的應(yīng)該是對(duì)在通信頻道上傳送的數(shù)據(jù)包向系統(tǒng)操作者提供頻率靈活的載波、正交相移鍵控(QPSK)和正交振幅調(diào)制(QAM)等各種調(diào)制技術(shù)之間的可選擇性、多種符號(hào)率、靈活前向誤碼控制(FEC)編碼、以及靈活的幀結(jié)構(gòu)和靈活的前綴結(jié)構(gòu)。這些可選擇性將使不同系統(tǒng)的操作者能夠找到合適的操作模式來經(jīng)濟(jì)而有效地服務(wù)于各種訂戶的需求。本發(fā)明提供一種具有上述和其他優(yōu)點(diǎn)的靈活通信方案。本發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了在多層面數(shù)據(jù)通信方案中的一個(gè)物理層面上以變長脈沖串來進(jìn)行變長或定長數(shù)據(jù)包通信的設(shè)備。每個(gè)脈沖串都含有(i)信息數(shù)據(jù)和(ii)帶有前向誤碼控制(FEC)數(shù)據(jù)的前綴。一個(gè)可編程塊處理器根據(jù)從多種可用的組群模式中選出的一種模式把信息數(shù)據(jù)組群成一些數(shù)據(jù)塊。一可編程FEC編碼器根據(jù)從多種可能的編程級(jí)別中選出的一個(gè)級(jí)別用FEC數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)塊編碼。提供一個(gè)界面用來選擇這樣一種脈沖串模式，它能利用由塊處理器所提供的某一特定的組群模式(例如由一個(gè)與該塊處理器相連接的控制器提供的)和由FEC編碼器建立的某一特定編碼級(jí)別，對(duì)含有數(shù)據(jù)塊的脈沖串達(dá)到相應(yīng)的發(fā)送帶寬效率和脈沖串發(fā)送魯棒性。此外，脈沖串模式的選擇還使得能夠選擇不同的等待時(shí)間。該設(shè)備還可以包括一個(gè)可編程調(diào)制器，用來根據(jù)多種可用的調(diào)制模式中的一種模式來調(diào)制待發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)塊。該調(diào)制器根據(jù)通過界面選出的脈沖串模式來提供各種調(diào)制模式中的某一特定模式。例如，調(diào)制模式可以在QPSK和QAM之間選擇。在一個(gè)說明性實(shí)施例中，脈沖串用具有頻率靈活性的時(shí)分頻分復(fù)用訪問(F/TDMA)在一個(gè)通信頻道上發(fā)送。每種組群模式對(duì)于由脈沖串所運(yùn)載的符號(hào)的發(fā)送都有一個(gè)特定的符號(hào)率。在一個(gè)實(shí)施例中，塊處理器把含有信息數(shù)據(jù)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)分塊成一些與PDU長度無關(guān)的單元，并根據(jù)通過界面選出的脈沖串模式提供一個(gè)選定長度的前綴。FEC編碼器把來自上述PDU的與長度無關(guān)的單元的數(shù)據(jù)編碼成由所選脈沖串模式所規(guī)定的特定數(shù)目的碼字。塊處理器能夠使得從其數(shù)據(jù)含在一個(gè)脈沖串內(nèi)的PDU所導(dǎo)出的最后一個(gè)單元短于含在該脈沖串內(nèi)的前面的各單元。與典型地尋求最大符號(hào)率的普通情況不同，組群模式中的一個(gè)或幾個(gè)模式降低符號(hào)率有可能是有益的。例如，在某些情況中，較低的符號(hào)率可以提供更有效的發(fā)送方案，例如對(duì)于恒定比特率的用戶來說，較低的符號(hào)率可使它更接近于與比特率相匹配，從而提供較小的等待時(shí)間。FEC編碼器可以是可編程的，以提供不同長度的碼字。當(dāng)FEC編碼器把數(shù)據(jù)塊編碼成兩個(gè)或多個(gè)碼字時(shí)，可以提供一個(gè)交插器來交插各字碼符號(hào)。在所說明的一個(gè)實(shí)施例中，塊處理器提供一些不同脈沖串長度的模式，其中每個(gè)模式在一個(gè)脈沖串中含有一個(gè)碼字。這些脈沖串利用至少一個(gè)折疊FEC碼和格狀編碼調(diào)制而被折疊式地編碼。折疊編碼可以是一個(gè)與一個(gè)糾錯(cuò)外碼相串接的內(nèi)碼。在串接編碼中，外碼仍可把數(shù)據(jù)分塊成多個(gè)碼字，使得能和沒有內(nèi)碼的情形一樣地進(jìn)行同樣的折衷考慮。在一個(gè)說明性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)塊包括一些異步傳遞模式(ATM)單元，塊處理器根據(jù)通過界面選出的脈沖串模式把特定數(shù)目的單元配置給每一個(gè)數(shù)據(jù)塊。附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方框圖；圖2是說明一種脈沖串長度模式的結(jié)構(gòu)的圖，其中每個(gè)TDMA脈沖串被配置一個(gè)ATM單元；圖3是說明一種脈沖串長度模式的圖，其中每個(gè)脈沖串在一個(gè)碼字中被配置兩個(gè)ATM單元；圖4是說明一種脈沖串長度模式的圖，其中每個(gè)脈沖串被配置有分配在兩個(gè)等長碼字中的4個(gè)ATM單元；以及圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一般化脈沖串長度模式的圖。本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明為希望能在魯棒性、帶寬效率、和等待時(shí)間之間作出折衷考慮的通信系統(tǒng)的靈活性提供了多種發(fā)送模式。這種通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例子是，光纖和同軸電纜混合(HFC)有線電視系統(tǒng)的多頻道上行環(huán)境。本發(fā)明適用于各種共享同一通信路徑的方案，例如利用脈沖串調(diào)制的時(shí)分復(fù)用訪問(TDMA)系統(tǒng)。這里將提及各種各樣的“長度”，包括“PDU長度”、“脈沖串長度”、和“碼字長度”。對(duì)于本公開的目的來說，PDU長度包括一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元的長度(以字節(jié)為單位)，例如異步傳遞模式(ATM)單元或MPEG包(符號(hào)MPEG—活動(dòng)圖象專家組—所采用的標(biāo)準(zhǔn))的長度。脈沖串長度定義為來自一個(gè)客戶單元的連續(xù)發(fā)送的以字節(jié)為單位的長度。脈沖串以一個(gè)前綴開始。當(dāng)一個(gè)脈沖串的全部數(shù)據(jù)都已發(fā)送完畢時(shí)，或者當(dāng)脈沖串的指定時(shí)間到時(shí)時(shí)，該發(fā)送將停止，脈沖串結(jié)束。碼字長度是下述兩個(gè)比特?cái)?shù)之和被稱之為一個(gè)碼字的信息所含的一組比特的數(shù)目以及附屬于碼字的奇偶碼比特的數(shù)目。奇偶碼比特能用來識(shí)別和校正碼字中的錯(cuò)誤。不同的碼字可以含有不同數(shù)目的PDU(或者PDU的一部分)。這樣，PDU長度和碼字長度的比值是靈活的。圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方框圖。一個(gè)數(shù)據(jù)流，例如一個(gè)ATM單元流或MPEG包流，通過端口10被輸入給一個(gè)任選的媒體訪問控制(MAC)前端部插入器12。當(dāng)某一給定的實(shí)例需要時(shí)，MAC前端部插入器將向數(shù)據(jù)流插入帶寬請(qǐng)求場(chǎng)(BRF)字節(jié)和/或流水號(hào)。ID(識(shí)別符)字節(jié)或流水號(hào)對(duì)于支持自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(ARQ)或者在高于物理層面的其他層面上的其他功能是有用的。其后，一個(gè)塊處理器14將把輸入數(shù)據(jù)組群成一些信息塊，然后這些信息塊被編碼成一些碼字。塊處理器例如能夠把各種數(shù)目的53字節(jié)的輸入ATM單元(以及插入的MAC前端部)組群成一個(gè)碼字，例如每個(gè)碼字有一個(gè)單元、2個(gè)單元、或4個(gè)半單元這樣的碼字。碼字的數(shù)據(jù)部分的長度是可改變的，使得每個(gè)碼字可以有不同數(shù)目的PDU。典型地，在一個(gè)給定的發(fā)送脈沖串中，除了其中的最后一個(gè)碼字外，其余的碼字都有相同的長度，這些碼字可以通過充填一些無意義的比特來加長，或者象在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中那樣，簡(jiǎn)單地予以截?cái)?。脈沖串的前端部分含有由一個(gè)前綴插入器22所插入的一個(gè)已知的符號(hào)序列。前綴也可以含有一個(gè)由插入器22插入訓(xùn)練序列，供訓(xùn)練接收器處的一個(gè)適應(yīng)均衡器時(shí)使用。應(yīng)該指出，訓(xùn)練序列或者也可以通過在信息數(shù)據(jù)上預(yù)先加上(prepending)一個(gè)比特流來提供。在TDMA實(shí)現(xiàn)中，前端部還將含有一個(gè)保護(hù)時(shí)間(guardtime)，如本
技術(shù)領(lǐng)域：
所熟知的，它被設(shè)置在相鄰的脈沖串之間。也如本
技術(shù)領(lǐng)域：
所熟知的，還提供了漸升時(shí)間和漸降時(shí)間。固定的前端部，例如前綴和保護(hù)時(shí)間，其所占的百分比對(duì)于含有較多數(shù)據(jù)的脈沖串要小于含有較少數(shù)據(jù)的脈沖串。因此，較長的脈沖串有較高的帶寬效率。通過提供較長的碼字(例如每個(gè)碼字中有較多的ATM單元)，可以用占總比特?cái)?shù)據(jù)較小百分比的FEC奇偶碼比特來運(yùn)載較多的數(shù)據(jù)。所以，由于較長的碼字將導(dǎo)致固定前端部只占總比特?cái)?shù)的較小百分比，較長的碼字有較高的帶寬效率。另一方面，如果當(dāng)被PDU所運(yùn)載的信息數(shù)據(jù)增加時(shí)沒有足夠地增加(即添加奇偶碼比特)前向誤碼控制(FEC)編碼的級(jí)別，則較長的碼字可能要造成較小魯棒性的信號(hào)。所以在碼字長度和FEC編碼級(jí)別之間存在著折衷問題。這種折衷是帶寬效率和魯棒性之間的折衷。為了讓通信系統(tǒng)的操作者能夠在各種情況下，例如在不同的頻道質(zhì)量、干擾大小、數(shù)據(jù)優(yōu)先性等等的情況下，使數(shù)據(jù)發(fā)送優(yōu)化，本發(fā)明的設(shè)備提供了可讓操作者選擇的各種脈沖串模式。這些脈沖串模式提供了調(diào)制類型、符號(hào)率、FEC(如后面將說明的，它可以包括格狀編碼調(diào)制(TCM)和前綴長度等的各種不同的組合。如上所述，前綴的長度由前綴插入器22確定(前綴中含有一個(gè)用來識(shí)別各個(gè)脈沖串的獨(dú)特的字，還可以含有一個(gè)用于接收器適應(yīng)均衡器的訓(xùn)練序列)。在設(shè)定符號(hào)率時(shí)，要考慮被塊處理器14配置到每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的信息數(shù)據(jù)量(例如ATM單元數(shù))，同時(shí)也要考慮其他一些有關(guān)參數(shù)，例如ATM實(shí)現(xiàn)的服務(wù)質(zhì)量。塊處理器14和前綴插入器22都根據(jù)從一個(gè)用戶界面(如供應(yīng)端控制器)15接收到的脈沖串模式控制信號(hào)來工作。如下面將詳細(xì)說明的，F(xiàn)EC編碼級(jí)別和調(diào)制類型也取決于該脈沖串模式控制信號(hào)。例如由1至64個(gè)符號(hào)構(gòu)成的靈活的可綴長度使得在原來的高保真度HFC系統(tǒng)情況下可以采用短的前綴。而在更具挑戰(zhàn)性的各種新情況中，又可以采用較長的前綴。對(duì)于有窄帶入口的頻道或者有嚴(yán)重符號(hào)間干擾(ISI)的頻道，長前綴可能是需要和有用的，它們?cè)谟糜跍p少系統(tǒng)損傷的均衡訓(xùn)練中將是有用的。較長的前綴也可能適用于某些調(diào)制技術(shù)，例如16—QAM。被指定給某個(gè)頻道的每個(gè)特定用戶(即調(diào)制器)所需的均衡信息可以存儲(chǔ)起來，以后再在指定給該用戶的時(shí)隙上予以重建。短前綴可以在某些有缺陷的情況下使用，例如幾乎不存在沖擊噪聲的情況。對(duì)于其他的有缺陷情況可能必須使用較長的前綴，這些情況包括通帶幅度和群延遲的不均勻、各種延時(shí)和功率大小的多次反射(回聲)、通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，非線性失真(它典型地主要由通信激光器引起，也會(huì)受到光學(xué)放大器的影響)、交流聲、相鄰頻道干擾、熱噪聲、窄帶入口、脈沖串噪聲、沖擊噪聲、和增益等。設(shè)置有一個(gè)隨機(jī)化器18，用來命名FEC編碼器16的碼字輸出隨機(jī)化，其方法是與一個(gè)數(shù)據(jù)分布做模2相加，其目的是對(duì)數(shù)據(jù)流中的符號(hào)和符號(hào)轉(zhuǎn)變提供均衡化的利用。FEC編碼器對(duì)來自塊處理器14的數(shù)據(jù)的編碼使用了例如Galois場(chǎng)GF(256)上的Reed-Solomon碼(即每個(gè)Reed-Solomon符號(hào)占8比特)。應(yīng)該指出，隨機(jī)化器和FEC編碼器的前后次序可以互換。每個(gè)可得到的脈沖串模式(其中一個(gè)模式由通過界面15輸入的脈沖串模控制信號(hào)確定)都使用各自特定的Reed-Solomon碼。隨著所選模式的不同，TDMA脈沖串將含有一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)碼字。對(duì)每個(gè)TDMA脈沖串得到的數(shù)據(jù)流都被加上前綴，對(duì)于接收器處的獲取和同步處理來說，這前綴是至關(guān)重要的。從FEC編碼器16輸出的一個(gè)或多個(gè)碼字在隨機(jī)化器18中被隨機(jī)化，然后在一個(gè)交插器20中被交插。雖然把交插和TDMA相結(jié)合似乎是不協(xié)調(diào)的，因?yàn)檫@有可能會(huì)使一些脈沖在通信系統(tǒng)(例如HFC)中“撞擊(pinging)”幾個(gè)微秒(對(duì)于高符號(hào)率來說這是比較長的時(shí)間)，但交插的好處仍是主要的。例如，在一個(gè)ATM實(shí)現(xiàn)中可以把幾個(gè)ATM單元捆綁成一個(gè)脈沖串(由于假定了符號(hào)率是高的，所以它仍然只有很短的時(shí)間長度)，形成多個(gè)碼字。然后這些碼字被互相交插。在接收器處，由解交插處理進(jìn)行解碼，使得因脈沖“撞擊”事件所造成的錯(cuò)誤短脈沖串被分散在幾個(gè)碼字中而不是集中在單個(gè)碼字中。其結(jié)果是得到了明顯的性能優(yōu)越性。應(yīng)該看到，只有對(duì)于一個(gè)脈沖串內(nèi)含有多于一個(gè)碼字的脈沖串模式，才會(huì)希望使用交插。下面列出了在選擇脈沖串格式時(shí)可以進(jìn)行的一些折衷考慮a)塊碼長度和碼率均可改變，以進(jìn)行魯棒性和效率的折衷；b)前綴長度可以改變，以進(jìn)行魯棒性和效率的折衰；c)捆綁PDU，以用等待時(shí)間來換得TDMA效率；d)對(duì)于短PDU，可以通過捆綁使用較長的數(shù)據(jù)塊碼字，以獲得效率和魯棒性，其代價(jià)是犧牲等待時(shí)間；以及e)對(duì)于長PDU和粗時(shí)隙邊界，可以用較短的碼字來獲得效率，其代價(jià)是犧牲魯棒性。這樣，對(duì)于有短PDU的數(shù)據(jù)塊碼(如Reed-Solomon碼)，增大碼字長度將增大脈沖串長度，從而提供了效率、魯棒性、和等待時(shí)間三者之間的折衷。對(duì)于長PDU和粗時(shí)隙邊界，較短的碼字將改善利用時(shí)隙的效率，但減小了魯棒性和效率的乘積(魯棒性×效率)?？s短最后一個(gè)碼字幾乎可以完全排除對(duì)采用長PDU、短碼字的需要。作為對(duì)數(shù)據(jù)塊編碼FEC的一個(gè)替代，可以使用折疊編碼和/或格狀編碼調(diào)制(TCM)。在本實(shí)施例中，每個(gè)脈沖串有一個(gè)碼字，但保留脈沖串長度的靈活性，使得仍可進(jìn)行上述b)和c)的折衷考慮。折疊編碼和/或TCM可以用作為一個(gè)內(nèi)碼，其相應(yīng)的外碼已如前所述，這時(shí)，除了魯棒性得到了改善(其代價(jià)是發(fā)送器和接收器要有較復(fù)雜的處理)之外，所有前述的性能折衷均仍可以進(jìn)行，沒有改變。與內(nèi)部編碼無關(guān)，外部數(shù)據(jù)塊碼的多個(gè)碼字仍可在一個(gè)脈沖串中使用。來自FEC編碼器18的數(shù)據(jù)流(不論是否進(jìn)行了交插)根據(jù)通過界面15所選出的由脈沖串模式控制信號(hào)所確定的脈沖串模式，用一個(gè)映射處理器24以QPSK或16-QAM調(diào)制映射成映射符號(hào)。也有可能提供差分編碼調(diào)制。自映射處理器24輸出的符號(hào)序列被濾波器26進(jìn)行濾波(脈沖整形)，實(shí)現(xiàn)25％的“平方根上升余弦”(Square-Root-Raised-Cosine)頻譜整形，經(jīng)過QPSK或16-QAM調(diào)制，再在預(yù)定的時(shí)間以指定的載頻在TDMA/FDMA系統(tǒng)中發(fā)送。載頻的指定是靈活的，其中心頻率可在5MHz至40MHz之間選擇(例如可以有精細(xì)的選擇步長250Hz的若干分之一)。這使得系統(tǒng)可以以一種“繞開”的方式來指定頻道，以繞開進(jìn)入到通信系統(tǒng)中的干擾特別大的頻率。圖2、3、4分別對(duì)三個(gè)示例性模式示出不同的幀格式實(shí)施例。具體地說，圖2示出的脈沖串模式采用每個(gè)TDMA脈沖串含有單個(gè)ATM單元。圖3示出的脈沖串模式采用在每個(gè)脈沖串的一個(gè)碼字中有2個(gè)ATM單元。圖4示出的例子中每個(gè)脈沖串有分設(shè)在兩個(gè)等長碼字中的4個(gè)ATM單元。應(yīng)該看到，圖2至4中所示的幀格式僅僅是一些特定例子，根據(jù)本發(fā)明還可以提供其他的幀結(jié)構(gòu)，由此來向系統(tǒng)操作者提供對(duì)不同脈沖串模式的選擇，以實(shí)現(xiàn)帶寬效率和魯棒性之間的最優(yōu)折衷方案。更一般的幀格式將在后面結(jié)合圖5討論。如圖2所示，運(yùn)載了單個(gè)ATM單元40的脈沖串含有一個(gè)保護(hù)時(shí)間30、漸升時(shí)間32和前綴34。在脈沖串末端還提供有一個(gè)漸降時(shí)間44。在前綴34和漸降44之間設(shè)置有一個(gè)碼字。該碼字包括BRF字節(jié)36、流水號(hào)38、單個(gè)ATM單元40、和FEC奇偶碼42。為了增大或降低通信的魯棒性，由FEC奇偶碼42提供的編碼級(jí)別是可以根據(jù)特定的脈沖串模式進(jìn)行調(diào)節(jié)的。圖3實(shí)施例與圖2的區(qū)別在于其碼字含有2個(gè)ATM單元50而不是單個(gè)ATM單元40。圖4實(shí)施例與圖2、圖3的區(qū)別在于在脈沖串中設(shè)置了兩個(gè)碼字52。這兩個(gè)碼字包括BRF字節(jié)和流水號(hào)，以及兩個(gè)ATM單元(減去其中的最后字節(jié))60、關(guān)于這兩個(gè)ATM單元60的FEC奇偶碼62、隨后的第二個(gè)ATM單元的最后字節(jié)加上另外兩個(gè)ATM單元64、和相關(guān)的FEC奇偶碼66。圖5示出一個(gè)一般化的實(shí)施例，其中在脈沖串內(nèi)設(shè)置有N(整數(shù))個(gè)碼字70。為了能夠使用與脈沖串中的數(shù)據(jù)長度無關(guān)的碼字大小，可以縮短脈沖串內(nèi)的最后一個(gè)碼字。在此情形下脈沖串的末端直到下一個(gè)時(shí)隙邊界之前將是空的，如圖中的72所示。N個(gè)碼字以待發(fā)送數(shù)據(jù)包的前K個(gè)字節(jié)74開始，接著是關(guān)于這K個(gè)字節(jié)的FEC奇偶碼比特76。然后是數(shù)據(jù)包的下面K個(gè)字節(jié)78，接著是相應(yīng)的FEC奇偶碼80。若有必要，則再在數(shù)據(jù)包上加上一些K個(gè)字節(jié)的長度，一直到最后K’個(gè)字節(jié)82。K’可以等于K或小于K。緊跟著K’個(gè)字節(jié)82的是相應(yīng)的FEC奇偶碼84。這樣，N個(gè)碼字70的信息字節(jié)的總長度L可表示為L＝(N-1)K+K’≤NK。由圖1設(shè)備所發(fā)送的脈沖串被調(diào)諧到適當(dāng)頻率上的接收器接收。接收器不斷地掃描在該頻率上接收到的信號(hào)，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的脈沖串。接收器中的一個(gè)解調(diào)器對(duì)出現(xiàn)在其調(diào)諧頻道上的所有探測(cè)到的數(shù)據(jù)脈沖串進(jìn)行處理。應(yīng)該指出，一般地說，時(shí)隙內(nèi)的脈沖串?dāng)?shù)據(jù)可來自不同的發(fā)送器。當(dāng)借助于調(diào)諧在前綴上的濾波而探測(cè)到數(shù)據(jù)脈沖串的存在之后，解調(diào)器將進(jìn)一步處理接收到的濾形以確定前綴的尾端和數(shù)據(jù)場(chǎng)的始端，然后將執(zhí)行精密的載波獲取，載波跟蹤將啟動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和探測(cè)。解調(diào)器將估算脈沖串相對(duì)于所提供的參考時(shí)標(biāo)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，還估算接收脈沖串的功率和信噪比。當(dāng)沒有探測(cè)到脈沖串時(shí)，解調(diào)器將估算所調(diào)諧頻道上的功率(這樣可得到該頻道上的噪聲功率估計(jì))。接收器處的進(jìn)一步處理還有對(duì)施加在該單元的數(shù)據(jù)部分上的差分編碼進(jìn)行解碼(如果在發(fā)送機(jī)處采用了差分編碼)。然后數(shù)據(jù)被傳送給一個(gè)解隨機(jī)化器，最后被傳送給一個(gè)Reed-Solomon解碼器。設(shè)置在發(fā)送器處的一個(gè)調(diào)制器28(圖1)將提供由通過界面15輸入的脈沖串模式控制信號(hào)所確定的調(diào)制類型。例如，可以提供QPSK調(diào)制，也可以提供16-QAM調(diào)制。頻帶中不同的部分可以以不同的模式工作。一般可以預(yù)期，在HFC系統(tǒng)中，位在5MHz至40MHz頻帶范圍內(nèi)的大多數(shù)頻率具有足夠小的噪聲和干擾以及足夠高的通帶保真度，能使16-QAM成功地工作。QPSK調(diào)制是為這樣一些頻帶提供的，在那里通帶失真度和/或可達(dá)到的載波噪聲比(C/N)不能支持16-QAM。QPSK的傳送流量能力比16-QAM小，但它的魯棒性較好，可以以低風(fēng)險(xiǎn)廣泛地提供極佳的服務(wù)。在本發(fā)明的靈活調(diào)制方案中提供了多種符號(hào)率。在下述一些實(shí)施例中將提供這樣一組符號(hào)率。每秒128千符號(hào)(128ksym/s)，256ksym/s，512ksym/s，每秒1.024兆符號(hào)(1.024Msym/s)，和2.056Msym/s。此外，也給出了160ksym/s、320ksym/s、640ksym/s、1.28Msym/s和2.56Msym/s這樣一組符號(hào)率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)可以采用這兩組符號(hào)率中的任意一組或兩組同時(shí)采用，也可以采用其他的組。較低的符號(hào)率將占用較少的帶寬，從而提供了“插入(fitting)”到各嚴(yán)重入口干擾之間的機(jī)會(huì)，而對(duì)于寬帶模式來說是不能工作于這種情況的。較低的符號(hào)率還提供了較小的等待時(shí)間而不會(huì)在許多低速率用戶爭(zhēng)著要服務(wù)的情況下犧牲信息流量。這例如可以用一個(gè)ATM實(shí)施例來說明，在那里可以把不經(jīng)常出現(xiàn)的多單元脈沖串分配給低速率用戶。不過，這種脈沖串分配的稀疏間隔將以等待時(shí)間為代價(jià)。不增加每個(gè)脈沖串內(nèi)的PDU數(shù)目而增加符號(hào)率將減小效率，因?yàn)檫@時(shí)部分TDMA前端部將在尺度上不匹配于符號(hào)率。反之，如果把更多的PDU捆綁在脈沖串中，則等待時(shí)間將增大。所以，低符號(hào)率可以比高符號(hào)率提供更好的帶寬效率和等待時(shí)間。此外，對(duì)于一個(gè)給定的反射情況，較低的符號(hào)率將比寬帶調(diào)制較少地受到符號(hào)間干擾的影響。最后，對(duì)于1至10微秒范圍內(nèi)的突發(fā)噪聲時(shí)期，較低的符號(hào)率將對(duì)每個(gè)突發(fā)事件有較少的符號(hào)受到影響，從而在這種情形中它將有較好的魯棒性；而較短符號(hào)持續(xù)時(shí)間的調(diào)制將有較少的(成正比地)符號(hào)受到真正沖擊噪聲的影響。在具有挑戰(zhàn)性的HFC系統(tǒng)中，符號(hào)率的靈活性將為尋找一個(gè)成功的工作模式提供許多機(jī)會(huì)。下面的一些表格給出了各種工作模式的例子。表1示出5種符號(hào)率下的QPSK工作模式，它帶有長的前綴和豐富的FEC奇偶碼，以在最嚴(yán)格的誤碼要求和最難實(shí)現(xiàn)的信噪比(SNR)要求情況下能在HFC系統(tǒng)及其內(nèi)的各頻道上的提供可靠的信息。在該表中列出了帶有1個(gè)、2個(gè)、和4個(gè)ATM單元的脈沖串格式。較大的脈沖串能達(dá)到較高的效率和/或較好的魯棒性，但其代價(jià)是較長的等待時(shí)間。表1QPSK魯棒工作模式<p>表1(續(xù))QPSK魯棒工作模式<p>表1(續(xù))QPSK魯棒工作模式表2示出16-QAM調(diào)制的高魯棒性工作模式的一些類似例子。表216QAM魯棒工作模式<p>表2(續(xù))16QAM魯棒工作模式<p>表2(續(xù))16QAM魯棒工作模式表3和表4給出較早先的HFC系統(tǒng)/頻道的QPSK和16-QAM模式的一些例子。表3和表4的例子有較短的前綴和較少的FEC奇偶碼，但相應(yīng)地也有較大的信息流量能力(即較高的帶寬效率)。表3QPSK效率工作模式表3(續(xù))QPSK效率工作模式<p>表3(續(xù))QPSK效率工作模式</tables>表416QAM效率工作模式表4(續(xù))16QAM效率工作模式<p>表4(續(xù))16QAM效率工作模式掃視這些表格中給出的數(shù)值可以看出，根據(jù)本發(fā)明提供了各種脈沖串模式之后，既可為工作于最困難的頻道提供魯棒性高的工作模式(大的前綴和許多奇偶碼)，又可提供由只占很小百分比的TDMA前端部所表征的高效率模式。事實(shí)上，這些表格示出了直到每脈沖串4個(gè)ATM單元的一些模式。然而可以看出，可以把直到20個(gè)或更多個(gè)ATM單元，或者把含有總數(shù)達(dá)幾百字節(jié)的信息的多個(gè)其他長PDU，結(jié)合到單個(gè)脈沖串中，以提供比表3和表4中給出的最低值還要小的TDMA前端部(或者高帶寬效率)。如已指出的，每個(gè)模式的幀結(jié)構(gòu)中都含有各脈沖串之間的間隔，用于濾波器對(duì)漸升/漸降的25％平方根上升余弦脈沖整形，還含有保護(hù)時(shí)間，以容許相鄰時(shí)隙上的不同的信息供應(yīng)者有一些定時(shí)誤差。在每個(gè)脈沖串內(nèi)帶有容許的保護(hù)時(shí)間之后，即使在最壞的定時(shí)情況下，一個(gè)脈沖串的最后一個(gè)符號(hào)的中心也可以與后繼脈沖串的第一個(gè)符號(hào)的中心相隔至少5個(gè)符號(hào)。保護(hù)時(shí)間容差隨符號(hào)率而改變?nèi)缦路?hào)率(ksym/s)每個(gè)脈沖串的保護(hù)時(shí)間(符號(hào)數(shù))配給的脈沖串定時(shí)誤差(微秒)1281±3.92563±5.95123±2.9102411±5.4204811±2.7作為例子，在2.04Msym/s的模式中，除了數(shù)據(jù)、奇偶、和前綴等符號(hào)外，還在脈沖串時(shí)間上加上了另外16個(gè)符號(hào)，其中11個(gè)符號(hào)用于保護(hù)時(shí)間，容許±5.5個(gè)符號(hào)的定時(shí)誤差，5個(gè)符號(hào)用來保證解調(diào)探測(cè)器處的最小間隔。如表中所列，在每個(gè)通信脈沖串中至少有一個(gè)ATM單元，還可能多于一個(gè)。除了每個(gè)ATM單元的53個(gè)字節(jié)之外，脈沖串還帶有2個(gè)附加的數(shù)據(jù)字節(jié)用于ARQ的ID(識(shí)別符)字節(jié)和用于“帶寬”請(qǐng)求的BRF字節(jié)。對(duì)每種符號(hào)率還提供了小縫隙，除了前綴符號(hào)和間隔符號(hào)以外，它還含有5個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)CRC字節(jié)。表中所示的“信息率”已考慮到了各ATM單元中的48個(gè)有效負(fù)載數(shù)據(jù)字節(jié)，并指明當(dāng)全部的時(shí)間縫隙都在一個(gè)工作于給定模式的頻道內(nèi)時(shí)，用戶將傳送多少個(gè)比特(每個(gè)ATM單元有48×8個(gè)比特)。以bps/Hz(每秒比特?cái)?shù)/赫芝)為單位的“效率”是上述信息率除以希望的最小頻道間隔，后者對(duì)每個(gè)模式為1.25×(符號(hào)率)?！癟DMA前端部”是各間隔符號(hào)和前綴符號(hào)在總脈沖串時(shí)間中所占的百分比。注意，這里每個(gè)ATM單元的5個(gè)前端字節(jié)和2個(gè)標(biāo)志字節(jié)(ID字節(jié)和BRF字節(jié))沒有被計(jì)入TDMA前端部，奇偶字節(jié)也沒有被計(jì)入。(若要把這些因素也考慮進(jìn)去，只需要把表中給出的效率值取出，并對(duì)QPSK用2規(guī)一化或者對(duì)16QAM用4規(guī)一化。這代表在連續(xù)調(diào)制和不帶FEC前端部等的符號(hào)率下能得到的總比特?cái)?shù)中，信息比特所占的百分?jǐn)?shù)；用1減去這個(gè)量就可得到關(guān)于“前端部”的總的概念。表5和表6示出符號(hào)率為160ksym/s和2.56Msym/s時(shí)的工作模式的例子。表5QPSK工作*表中給出的數(shù)目是對(duì)單個(gè)碼字而言的，但可以再添加一些具有與表中所列相同的數(shù)據(jù)長度和奇偶碼長度的碼字，以生成較長的脈沖串。表616QAM工作*表中給出的數(shù)目是對(duì)單個(gè)碼字而言的，但可以再添加一些具有與表中所列相同的數(shù)據(jù)長度和奇偶碼長度的碼字，以生成較長的脈沖串。保護(hù)時(shí)間容差隨符號(hào)率的變化如下符號(hào)率(ksym/s)每個(gè)脈沖串的保護(hù)時(shí)間(符號(hào)數(shù))分配的脈沖串定時(shí)誤差(微秒)160**3±9.43203±4.76403±2.3128011±4.32560**11±2.1**表5表6中僅示出了這兩種符號(hào)率?，F(xiàn)在應(yīng)可看到，本發(fā)明提供了一種用于高魯棒性和高效率數(shù)據(jù)通信的靈活的F/TDMA發(fā)送方案。提供了一個(gè)界面用來控制發(fā)送設(shè)備使它能給出關(guān)于下述各項(xiàng)的一種所希望的組合頻率靈活的調(diào)制、多種符號(hào)率、FEC編碼、和數(shù)據(jù)流的幀結(jié)構(gòu)。該方案使得諸如ATM單元、MPEG包之類的信息單元能夠以從數(shù)+kbps(每秒千比特)至大于目前T1電話線路能提供的信息率向每個(gè)用戶傳送，并具有可接受的誤碼率性能。還在每個(gè)頻道上提供了小時(shí)間縫隙，它們可以用來改進(jìn)媒體訪問控制(MAC)性能，或者以比ATM自身更有效的方式支持恒定比特率服務(wù)。在一個(gè)公開的特定實(shí)施例中，提供了5種符號(hào)率這樣的靈活性(從128ksym/s開始以2×的步長直到2.048Msym/s)；GF(256)上的Reed-SolomonFEC，其中糾錯(cuò)能力在0至10字節(jié)之間可選；每個(gè)脈沖串可以有一個(gè)或多個(gè)碼字；碼字長度最多可達(dá)255字節(jié)(具有可減短的靈活性)；以及可編程的前綴長度和值。所公開的脈沖串模式還包含有一個(gè)小時(shí)間縫隙，其中有可編程的數(shù)據(jù)場(chǎng)長度、前綴長度和值，還有一個(gè)不帶FEC的8比特CRC。工作在任一頻道上時(shí)最好使用一種小縫隙格式和僅僅一種脈沖串格式。根據(jù)本發(fā)明，即使對(duì)某一給定的符號(hào)率也提供了對(duì)各種脈沖串格式的選擇性，這使得能在信息流量(效率)、誤碼率性能(物理層面上的魯棒性)和等待時(shí)間之間作出折衷選擇。再加上符號(hào)率、QPSK或16-QAM調(diào)制、和頻率等的靈活性，系統(tǒng)的用戶，例如有線電視操作者，將能夠?qū)λ龅降母鞣N各樣情況尋找到一組令人滿意的工作模式。雖然本發(fā)明是結(jié)合各個(gè)所公開的實(shí)施例來說明的，但應(yīng)該看到，在不偏離權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明范疇的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例做出各種調(diào)整和修改。權(quán)利要求1.用于在多層面數(shù)據(jù)通信方案中的物理層面上進(jìn)行變長脈沖串方式的數(shù)據(jù)包通信的設(shè)備，每個(gè)脈沖串都包含有(i)信息數(shù)據(jù)和(ii)包括前面誤碼控制(FEC)數(shù)據(jù)的前端部，上述設(shè)備包括一個(gè)可編程塊處理器，用于根據(jù)從多種可用的組群模式中選出的一種模式把上述信息數(shù)據(jù)組群成一些數(shù)據(jù)塊；一個(gè)可編程FEC編碼器，用于根據(jù)從多個(gè)可能的編碼級(jí)別中選出的一個(gè)級(jí)別用上述FEC數(shù)據(jù)對(duì)上述數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，以及一個(gè)界面，它用于選擇一種脈沖串模式，該模式采用由上述塊處理器所提供的特定組群模式和由上述FEC編碼器所建立的特定編碼級(jí)別，以對(duì)含有上述數(shù)據(jù)塊的脈沖串達(dá)到相應(yīng)的發(fā)送帶寬效率和脈沖串發(fā)送魯棒性。2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，它還包括一個(gè)可編程調(diào)制器，用于根據(jù)從多種可用的調(diào)制模式中選出的一種模式對(duì)要發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)塊進(jìn)行調(diào)制，上述調(diào)制器根據(jù)通過上述界面所選出的脈沖串模式給出上述各調(diào)制模式中的某一特定模式。3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中上述各調(diào)制模式包括QPSK和QAM。4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中上述脈沖串采用帶有頻率靈活性的時(shí)分和頻分復(fù)用訪問(F/TDMA)在一個(gè)通信頻道上發(fā)送。5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每種上述組群模式都與發(fā)送上述脈沖串所運(yùn)載的符號(hào)的某一特定符號(hào)率相關(guān)聯(lián)。6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中上述塊處理器把一些含有上述信息數(shù)據(jù)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)分塊成一些與PDU長度無關(guān)的單元，并根據(jù)通過上述界面選出的脈沖串模式提供一個(gè)具有選定長度的前綴；并且上述FEC編碼器把來自上述各單元的數(shù)據(jù)編碼成一些由所選脈沖串模式所規(guī)定的碼字。7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中上述FEC編碼器是可編程的，從而可提供有不同長度的碼字。8.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，它還包括一個(gè)交插器，用來凡是當(dāng)上述FEC編碼器把上述數(shù)據(jù)塊編碼成2個(gè)或多個(gè)碼字的時(shí)候?qū)Υa字符號(hào)進(jìn)行交插。9.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，它還包括一個(gè)可編程調(diào)制器，用于根據(jù)多種可用的調(diào)制模式中的一種模式對(duì)要發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)塊進(jìn)行調(diào)制，上述調(diào)制器根據(jù)通過上述界面選出的脈沖串模式來提供上述各調(diào)制模式中的某一特定模式。10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中上述調(diào)制模式包括QPSK和QAM。11.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中上述塊處理器允許從其數(shù)據(jù)含在一個(gè)脈沖串內(nèi)的PDU所導(dǎo)出的最后一個(gè)單元比含在該脈沖串內(nèi)的前面各個(gè)單元短。12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中上述數(shù)據(jù)塊包括一些異步傳遞模式(ATM)單元，并且上述塊處理器根據(jù)通過上述界面所選出的脈沖串模式向每個(gè)數(shù)據(jù)塊配置特定數(shù)目的上述單元。13.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其中上述塊處理器根據(jù)通過上述界面所選出的脈沖串模式給每個(gè)數(shù)據(jù)塊配置1個(gè)、2個(gè)、或4個(gè)單元。14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中上述脈沖串模式還被選擇得能對(duì)含有上述數(shù)據(jù)塊的脈沖串達(dá)到一個(gè)相應(yīng)的等待時(shí)間。15.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中上述塊處理器提供一些變脈沖串長度的模式，每個(gè)模式中每一脈沖串有一個(gè)碼字；并且利用折疊FEC碼和格狀編碼調(diào)制中的至少一種方式，上述脈沖串被進(jìn)行折疊編碼。16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中上述折疊編碼的形式是一個(gè)與一個(gè)糾錯(cuò)外碼相連接的內(nèi)碼。17.一種用于在多層面數(shù)據(jù)通信方案中的一個(gè)物理層面上進(jìn)行變長脈沖串方式的數(shù)據(jù)包通信的方法，每個(gè)脈沖串都含有(i)信息數(shù)據(jù)和(ii)含有前向誤碼控制(FEC)數(shù)據(jù)的前端部，該方法包括以下步驟。提供多種不同的脈沖串模式，每種模式規(guī)定一種信息數(shù)據(jù)組群模式和一種FEC編碼級(jí)別；從上述各脈沖串模式中選出一種模式；根據(jù)由所選脈沖串模式所規(guī)定的組群模式，把上述信息數(shù)據(jù)組群成一些數(shù)據(jù)塊；以及根據(jù)由所選脈沖串模式所規(guī)定的編碼級(jí)別，用上述FEC數(shù)據(jù)對(duì)上述數(shù)據(jù)塊編碼；其中上述脈沖串模式被選擇得能對(duì)含有上述數(shù)據(jù)塊的脈沖串達(dá)到相應(yīng)的發(fā)送帶寬效率和脈沖串發(fā)送魯棒性。18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中上述脈沖串模式還被選擇得能對(duì)含有上述數(shù)據(jù)塊的脈沖串達(dá)到相應(yīng)的等待時(shí)間。19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中上述各種不同的脈沖串模式提供了在帶寬效率、脈沖串發(fā)送魯棒性、和等待時(shí)間這三者中的至少兩者之間的折衷選擇。20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中上述的折衷至少包括下列各種情況之一(a)通過改變數(shù)據(jù)塊碼長和碼率進(jìn)行魯棒性和效率之間的折衷；(b)通過改變前綴長度進(jìn)行魯棒性和效率之間的折衷；(c)通過捆綁一些協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)進(jìn)行等待時(shí)間和效率之間的折衷；(d)通過對(duì)短PDU加長和捆綁一些碼字進(jìn)行效率和魯棒性之間的折衷，其代價(jià)是犧牲等待時(shí)間；以及(e)通過對(duì)長PDU和粗時(shí)隙邊界縮短碼字進(jìn)行效率和魯棒性之間的折衷。全文摘要提供了用于在多層面數(shù)據(jù)通信方案中的一個(gè)物理層面上進(jìn)行變長脈沖串方式的數(shù)據(jù)包通信的設(shè)備。每個(gè)脈沖串都含有信息數(shù)據(jù)(40,50,60,64,74,78,82)和前端部(30,32,34,36,38,42,44,62,66,76,80,84)。前端部含有前向誤碼控制(FEC)數(shù)據(jù)(42,62,66,76,80,84)。提供了各種不同的脈沖串模式(圖2,3,4,5)以能夠進(jìn)行帶寬效率和數(shù)據(jù)發(fā)送魯棒性之間的折衷選擇。各種脈沖串模式提供了調(diào)制方式(例如QPSK和16－QAM)、符號(hào)率、FEC編碼級(jí)別、幀結(jié)構(gòu)和前綴結(jié)構(gòu)的各種不同的組合。該設(shè)備特別適用于在光纖和同軸電纜混合有線電視系統(tǒng)中的上行通信。文檔編號(hào)H04L12/28GK1203013SQ96198638公開日1998年12月23日申請(qǐng)日期1996年10月23日優(yōu)先權(quán)日1995年10月24日發(fā)明者托馬斯·J·科爾茨,史蒂文·E·安德森,維克托·T·霍申請(qǐng)人:通用儀器公司