專利名稱：纜線通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信領(lǐng)域并且更具體地涉及纜線通信系統(tǒng)和方法。
采用單載波調(diào)制以進行數(shù)據(jù)/電話業(yè)務(wù)的典型雙向HFC(混合光纖同軸)系統(tǒng)在前端設(shè)備處應(yīng)用用于下行/上行信號處理的單收發(fā)信機結(jié)構(gòu)。每臺單收發(fā)信機能夠提供雙向信息傳輸?shù)膯巍靶诺馈?。該信道是全雙工的，在下行(50-750MHz)及上行(5-42MHz)通路中采用帶寬的對稱部分。所采用的調(diào)制典型地是四相移相鍵控(或其變型)，四相移相鍵控(QPSK)在上行通路中存在高電平的熱噪聲和進入噪聲(ingress noise)時提供可接受的性能和效率。該信道進一步通過在下行采用TDM(時分多路復(fù)用)以及在上行采用TDMA(時分多址聯(lián)接)再分成為荷載信道。
前端設(shè)備處的纜控制單元(CCU)主控(host)大量的信道收發(fā)信機，可按要求把這些信道收發(fā)信機分配到任何上行和下行頻率對中。典型地，從共用組合(common pool)中中繼收發(fā)信機，以便為數(shù)量上要比可得到的荷載信道多得多的用戶服務(wù)。當(dāng)請求服務(wù)時，分配一個信道(時隙及相關(guān)的頻率)，而且完成服務(wù)后該信道回到組合中。
單收發(fā)信機的上行接收機提供單信道的增益、選擇和載波解調(diào)，該單信道可以調(diào)諧到上行頻帶中的任一均勻間隔的信道上。為保持連接質(zhì)量，在存在高電平的進入噪聲時執(zhí)行鏈路變換(transfer)。CCU對收發(fā)信機資源進行管理并對用戶數(shù)據(jù)與PSTN(公眾電話交換網(wǎng))往來的路由功能進行管理。
通過纜接入單元(CAU)，用戶設(shè)備和纜網(wǎng)接口，纜接入單元(CAU)接收并解調(diào)下行載波并且把用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到位于前端設(shè)備處的CCU。在TDM/TDMA系統(tǒng)中，可以把許多的CAU附加到單個載波或單個頻率對上。這樣，單個CCU收發(fā)信機可以支持許多的CAU。


圖1表示典型HFC系統(tǒng)的一部分的上行或返回路徑。通過光纖鏈路，三個業(yè)務(wù)節(jié)點和前端設(shè)備連接。CAU和系統(tǒng)的同軸電纜部分連接。前端設(shè)備處的光纖接收機的輸出全部RF射頻復(fù)合(相加)并和單組的CCU接收機連接。利用RF分離器把公用的上行信號饋送到該組中的各個CPX接收機。
因為任何接收機可以分配到三個節(jié)點中的任一節(jié)點上的任何上行信道，這種布局提供很高的接收機中繼效率。但是，由于分離器損耗增大了接收機的噪聲。而且，所有三個節(jié)點的熱噪聲和進入噪聲是復(fù)合的，并且提供到每個收發(fā)信機上，從而降低能得到的載波噪聲比(CNR)。因為在業(yè)務(wù)節(jié)點之間上行頻譜是重疊的，信道重用不可能限制系統(tǒng)的總頻譜效率。
圖2中表示一種替代的布局，圖中三個節(jié)點互相隔離并采用多個CPX接收機組以提供服務(wù)。利用饋送接收機輸入的分離器把各個節(jié)點的光纖接收機的輸出路由到一個CPX接收機組。這樣解決了和圖1相關(guān)的進入/熱噪聲復(fù)合問題，但是因為把可利用的接收機組合分割到業(yè)務(wù)節(jié)點上從而降低了接收機的中繼效率。請注意如果每個節(jié)點需求多于一個的接收機，仍需要分離器，從而增大每個接收機的噪聲量。
其它的RF分離/復(fù)合布局是可能的，但是，通常需要在接收機中繼效率、噪聲量、進入/熱噪聲復(fù)合以及復(fù)雜性/成本之間進行折衷。
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的纜線通信系統(tǒng)。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)的纜線通信系統(tǒng)。
圖3是一個方塊圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一種最佳實施方式的纜線通信系統(tǒng)。
圖4是一個方塊圖，表示用于圖3的按照本發(fā)明的纜線通信系統(tǒng)的光纖接收機。
圖5是一個方塊圖，表示按照本發(fā)明的一種最佳實施方式用于圖3中的多個分組下變頻器(block down converter)。
圖6是多相濾波器和離散傅里葉變換處理器的方塊圖。
圖7是濾波器組曲線。
圖8表示濾波器/下變頻器處理。
圖9是一個方塊圖，表示圖6中所示的按照本發(fā)明的一種最佳實施方式的多相濾波器。
圖10是一個方塊圖，表示數(shù)字矩陣接線器和多個基帶處理器。
圖3表示一種纜線通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(HFC系統(tǒng))10的方塊圖，該系統(tǒng)能提供不具有現(xiàn)有技術(shù)中的熱噪聲及進入噪聲問題的中繼效率。通過多個光纖通信鏈路20、22和24，多個業(yè)務(wù)節(jié)點(多個節(jié)點)12、14和16和纜線通信系統(tǒng)10的前端設(shè)備18連接，其中多個光纖通信鏈路的每個鏈路包括一個光纖發(fā)射機30、一條光纜34和一個光纖接收機32。多個業(yè)務(wù)節(jié)點12、14和16中的每個節(jié)點和多個用戶單元(CAU-光纜訪問單元)26耦連(coupled)。通過一條同軸電纜28，多個用戶單元26和各自的一個光纖發(fā)射機30連接。出于最佳實施方式的目的，HFC系統(tǒng)10承擔(dān)上行(從使用者到前端設(shè)備)話務(wù)。通常，第二光纖發(fā)射機、第二接收機和第二電纜(未示出)承擔(dān)下行話務(wù)。本發(fā)明涉及如何處理上行信息，因此本說明書將僅討論上行信息流。
纜線通信系統(tǒng)18的前端設(shè)備18具有多個分組下變頻器36、38和40，分別和每個業(yè)務(wù)節(jié)點12、14、16一一對應(yīng)。多個分組下變頻器36、38和40具有同時把所有的多個系統(tǒng)信道(多個信道)下變頻到基帶的能力。這里所使用的信道為一特定的載波頻率，而且一個信道通常劃分成一些時隙。一般一次通信對話僅需要單個時隙，并稱之為通信信道。如果例如存在60個信道，各個分組下變頻器36、38和40能夠把60個信道中的每個信道(載波頻率)下變頻(移動)到基帶。這樣構(gòu)成多個基帶信道。并非全部的基帶信道都將具有實際的通信對話。帶有實際的通信對話的多個基帶信道(即多個基帶信號或一個基帶信號)由一個矩陣接線器(數(shù)字矩陣接線器)42轉(zhuǎn)接到多個基帶處理要44中的一個基帶處理器上?？刂破?6把通信信道分配給各用戶單元26?？刂破?6確定多個基帶信道的那個信道具有有效信號，并且通過指針信號把該信息發(fā)送到矩陣接線器42。
可以看出，采用圖3的系統(tǒng)時圖為光纖接收機32的輸出沒有相加，從而進入及熱噪聲不復(fù)合。此外，因為分組下變頻器36、38和40可以對多個系統(tǒng)信道中的任一信道下變頻，不再必須使得用于一個業(yè)務(wù)節(jié)點12、14和16上的一個信道不用于另一個業(yè)務(wù)節(jié)點上。一旦把信號下變頻到基帶上時，信號彼此是電隔離的，可由任何基帶處理器44處理。
圖4是光纖發(fā)射機30的方塊圖。射頻(RF)接收機50和與圖3的多個用戶單元26連接的同軸電纜28耦連。RF接收機50的輸出52和一個光發(fā)射機54耦連。光發(fā)射機54的輸出56耦合進光纖34。RF接收機接收到的來自同軸電纜28的信號是以供沿著同軸線傳輸為形式的。光纖發(fā)射機30把該信號轉(zhuǎn)換成沿光纖線傳輸?shù)男问?，然后光發(fā)射機54沿光纖34發(fā)送信號。
圖5表示分組下變頻器和矩陣接線器(42)的方塊圖。多個分組下變頻器36、38和40具有和光纖接收機32的輸出耦連的輸入濾波器60。濾波后的信號(多信道)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)62數(shù)字化。A/D轉(zhuǎn)換器62的輸出是多個數(shù)字化的節(jié)點信號64。多個數(shù)字化節(jié)點信號64由多相濾波器66濾波，以形成多個濾波信號68。經(jīng)離散傅里葉變換(DFT)處理器(數(shù)字下變頻器)70，多個被濾波的信號被數(shù)字下變頻。DFT處理器70的輸出是多個基帶信道72。帶有實際通信對話的那些基帶信道72是多個由數(shù)字矩陣接線器42轉(zhuǎn)接到多個基帶處理端口74的一個端口上的基帶信號。
圖6是多相濾波器66和DFT處理器70的方塊圖。多相濾波器定義一種輸入和輸出采樣率不同的數(shù)字濾波器。采用多相濾波器可減小數(shù)字濾波器和DFT處理器所需的處理速度。數(shù)字化節(jié)點信號64通過一個延遲網(wǎng)絡(luò)78，該網(wǎng)絡(luò)例如如圖6中所示具有128個抽頭。每個抽頭由分算器80按128分之一的因子分算。分算器80的輸出耦合到多個濾波段82中的一個上。多個濾波段82的輸出由DFT處理器70處理。DFT處理器70的輸出是多個基帶信道72。圖6中表示128個基帶信道，但是并非所有的輸出都代表著纜線通信系統(tǒng)10中實際使用的信道(多個系統(tǒng)信道)。因此，并非所有的輸出72都和矩陣接線器42連接。通過采用多相濾波器66和DFT處理器70的組合，僅需單個濾波器結(jié)構(gòu)就可提供圖7中所示的基帶濾波群和對多個系統(tǒng)信道的下變頻。在數(shù)字z變換域中多相濾波器和DFT處理器的組合可用下述數(shù)學(xué)方程表示Xk(z)=Σn=0M-1(z-nEn(zM)X(z))-kn]]>其中Xk(z)為DFT處理器的一個輸出信道，M為輸入信道總數(shù)，W為DFT矩陣的元素而且W＝e-j2π/M，En(zM)為某一多相濾波器元素的響應(yīng)。在本最佳實施方式中，如圖6中所示M為128而且多相濾波器由128個濾波段82構(gòu)成。這種組合等同于圖8中所示的多個濾波/下變頻元素(element)，圖8中各多相濾波元素的組合輸出提供基帶濾波響應(yīng)，而且由復(fù)混合函數(shù)或者ejωxn的乘積(其中ωk＝2πk/M)提供信號的下變頻。
在圖9中表示多相濾波器結(jié)構(gòu)的一種具體實現(xiàn)的方塊圖。延遲網(wǎng)絡(luò)78(zM)和分算器80的功能是由整流延遲輸入102實現(xiàn)的。整流延遲輸入102的輸出端和128個濾波段82連接，每個濾波段提供響應(yīng)En(zM)，各濾波響應(yīng)的組合和提供圖7中所示的信道基帶響應(yīng)Ho。請注意圖7僅表示前64個系統(tǒng)信道。其余的64個信道是輸入采樣的混疊積并且是無用的。
圖10是數(shù)字矩陣接線器42以及相關(guān)輸入輸出的方塊圖。矩陣接線器42為各個業(yè)務(wù)節(jié)點12、14和16接收來自DFT處理器70的多個基帶信道(多個輸入)72。多個基帶信道輸出采樣的每個輸出采樣經(jīng)過高速分段并行輸入端111輸入到RAM(隨機存取存儲器)110供存儲。矩陣接線器42還接收來自控制器46的指針信號。該指針信號存儲在指針存儲器112并且指向RAM 110中表示實際通信對話的區(qū)段。代表實際通信對話的區(qū)段經(jīng)過沿著并至串轉(zhuǎn)換器113的多個輸出端傳送到多個基帶處理器44中的一個上。經(jīng)存儲掃描器114對所有的區(qū)段進行掃描并傳送給數(shù)字頻譜分析器116。數(shù)字頻譜分析器(頻譜分析器)116處理該信息以便同時確定纜線通信系統(tǒng)10中所有信道上的進入噪聲?？刂破?6在鏈路變換中利用該信息并選擇可得到的最好信道。如所示，基帶處理器44由一個平方根升余弦濾波器118和一個數(shù)字信號處理器120組成，數(shù)字信號處理器提供符號定時恢復(fù)、符號檢測及TDMA去成幀等功能。
如上所概述，本發(fā)明的最佳實施方式通過取消業(yè)務(wù)節(jié)點對前端設(shè)備的輸入的相加避免了常規(guī)HFC雙向系統(tǒng)中的復(fù)合進入噪聲的問題。本發(fā)明通過經(jīng)分組下變頻器把上行信號傳送給數(shù)字矩陣接線器保持接收機的中繼效率。接著數(shù)字矩陣接線器把上行信號路由到可得到的基帶處理器，從而提供低進入噪聲、高效率接收機中繼系統(tǒng)。
這樣，對提供中繼效率并不會在接收機處增大進入及熱噪聲的纜線通信系統(tǒng)進行了說明。盡管本發(fā)明是連同其具體的實施方式說明的，根據(jù)上述說明許多變更、修改和變型對于熟練的技術(shù)人員是明顯的。因此，意圖在附屬權(quán)利要求書中包括所有的變更、修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種纜線通信系統(tǒng)，包括多個業(yè)務(wù)節(jié)點，多個業(yè)務(wù)節(jié)點中的每個節(jié)點具有多個用戶單元；多個光纖通信鏈路，多個光纖通信鏈路的每個鏈路和多個業(yè)務(wù)節(jié)點中的一個節(jié)點連接；多個分組下變頻器，各用于多個業(yè)務(wù)節(jié)點的一個節(jié)點，多個分組下變頻器和多個光纖通信鏈路耦連；一個和多個分組下變頻器連接的矩陣接線器；以及多個和該矩陣接線器的一個輸出耦連的基帶處理器。
2.權(quán)利要求1的纜線通信系統(tǒng)，其中多個分組下變頻器的每個分組下變頻器能夠下變頻多個系統(tǒng)信道中的任何信道。
3.權(quán)利要求2的纜線通信系統(tǒng)，其中多個分組下變頻器的每個分組下變頻器能夠同時下變頻所有的多個系統(tǒng)信道。
4.權(quán)利要求1的纜線通信系統(tǒng)，其中多個分組下變頻器中的每個包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器；一個從該模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字化信號的多相濾波器；以及一個和多相濾波器的一個輸出耦連的傅里葉變換發(fā)生器。
5.權(quán)利要求1的纜線通信系統(tǒng)，其中多個用戶單元中的每個單元能夠在多個系統(tǒng)信道的每個信道上進行發(fā)送。
6.一種把多個信道解調(diào)到纜線通信系統(tǒng)中的方法，這些信道在該纜線通信系統(tǒng)中的多個業(yè)務(wù)節(jié)點的每個節(jié)點上反復(fù)，該方法包括步驟(a)為多個業(yè)務(wù)節(jié)點的每個節(jié)點接收多個信道；(b)為多個業(yè)務(wù)節(jié)點的每個節(jié)點下變頻多個信道以形成多個基帶信道；(c)確定包含在多個基帶信道上的多個基帶信號；以及(d)把多個基帶信號轉(zhuǎn)接到一個基帶處理器上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中步驟(b)進而包括步驟(b1)為多個業(yè)務(wù)節(jié)點的每個節(jié)點數(shù)字化多個信道，以形成多個數(shù)字化節(jié)點信號；(b2)對多個數(shù)字化節(jié)點信號的每個信號進行濾波，以形成多個濾波信號；以及(b3)對多個濾波信號進行數(shù)字下變頻以形成多個基帶信號。
8.權(quán)利要求7的方法，其中步驟(b2)包括對多個數(shù)字化節(jié)點信號進行多相濾波的步驟。
9.權(quán)利要求7的方法，其中步驟(b3)包括對多個濾波信號進行傅里葉處理的步驟。
10.權(quán)利要求6的方法，其中步驟(c)進而包括步驟(c1)接收指針信號，該信號指示多個基帶信道中那個信道是基帶信號。
全文摘要
一種纜線通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(10)具有若干業(yè)務(wù)節(jié)點(12、14、16)。每個業(yè)務(wù)節(jié)點(12、14、16)具有若干用戶單元(26)。通過光纖通信鏈路(20、22、24),業(yè)務(wù)節(jié)點(12、14、16)和分組下變頻器(36、38、40)連接。各分組下變頻器(36、38、40)和矩陣接線器(42)連接并且把分組下變頻器(36、38、40)的輸出轉(zhuǎn)接到多個基帶處理器(44)中的一個上。
文檔編號H04B3/00GK1169627SQ9711326
公開日1998年1月7日 申請日期1997年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月13日
發(fā)明者蒂莫西·M·伯克 申請人:摩托羅拉公司