Catv线缆相同频率的时分双工数据传输的方法
【专利摘要】一种在CATV线缆系统的在相同RF频率范围内双向时分双工（TDD）数据传输的方法。将该系统的从调制解调器时钟时间同步到主调制解调器的主时钟上。主-从信号传播时间被确定并用于以最低保护时间准确地调度传输。频率范围可选择为在1GHz附近的高频CATV范围内以最大化与传统系统的向后兼容性，且该频率又可细分为多个频率。在一些实施例中，CATV线缆树可进一步划分为多个TDD区域，且由特殊用途的光纤所连接的多个本地主调制解调器可与多个本地从调制解调器进行通信。该系统可使用MAP分配方案，该MAP分配方案可根据当前或计划的从调制解调器数据需求频繁地重新分配TDD时隙和频率。
【专利说明】CATV线缆相同频率的时分双工数据传输的方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求发明人Selim Shlomo Rakib (本发明人姓名的替代形式)于2011年2 月 27 日递交的题为 “METHOD OF CATV CABLE SAME-FREQUENCY TIME DIVISION DUPLEXDATA TRANSMISSION (CATV线缆相同频率的时分双工数据传输的方法)”的美国专利申请13/035,993的优先权权益；申请13/035,993是发明人Selim Shlomo Rakib于2010年
I月 22 日递交的题为 “DISTRIBUTED CABLE MODEM TERMINATION SYSTEM (分布式线缆调制解调器终端系统)”的美国专利申请12/692，582的部分接续；该申请也是发明人SelimShlomo Rakib 于 2010 年 10 月 19 日递交的题为 “HFC CABLE SYSTEM WITH SHADOW FIBERAND COAX FIBER TERMINALS (具有影光纤和同轴光纤终端的HFC线缆系统)”的美国专利申请12/907，970的部分接续；该申请还要求发明人Selim Shlomo Rakib于2010年9月21日递交的题为“頂PROVED HYBRID FIBER CABLE SYSTEM AND METHOD (改进的混合光纤光缆系统和方法)”的美国临时申请61/385，125的优先权权益。这些申请的全部内容以引用的方式合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及有线电视和混合光纤线缆系统的总领域，尤其涉及提供扩展特性和互联网接入。
【背景技术】
[0004]有线电视(CATV)最初是在20世纪40年代后期作为一种通过同轴线缆传输电视信号至接收欠佳地区的分户的方式而引进的，多年以来已经改进并扩展以可使线缆介质能够传送越来越多不同类型的数字数据，包括数字电视数据和宽带互联网数据。
[0005]这些年来，该20世纪40和50年代时期的系统已扩展至可提供越来越多的功能。近年来，通过使用光纤，CATV系统已扩展至可对传输如下数据带来的大量负载进行处理，这些数据来自处理本地邻近地区的许多不同CATV线缆、线缆分线盒(cable head)或系统运营商。这里，通常使用光纤长距离传输数据，且将光(通常为红外光)信号随后被转换为射频(RF)信号，以用于通过许多光纤节点在CATV线缆(通常在5MHz到IGHz的频率上)上通信。这种系统通常被称为混合光纤线缆系统或HFC系统。线缆运营商将信号(如数据)注入至系统中以及从该系统中提取信号(如数据)所使用的复杂电子设备通常被称为线缆调制解调器终端系统或CMTS系统。
[0006]在典型的HFC系统中，在不同光纤节点处，光纤信号被转换回RF信号并通过各个邻近地区CATV同轴线缆运送到各个分户。光纤可在无明显的信号强度衰减的情况下远距离地运送光信号，与此不同的是，RF信号在CATV同轴线缆上随距离非常迅速衰减。这一衰减vs距离的函数随RF信号频率的增大而增大。例如，使用RG-59线缆，在IOMHz处，RF信号衰减vs距离约为1.ldB/ΙΟΟ英尺，在IOOMHz处，RF信号衰减vs距离约为3.4dB/100英尺，在400MHz处，衰减率为7.0dB/lOO英尺，且在IOOOMHz (IGHz)处，衰减率为12dB/100英尺。其他类型的同轴线缆(例如，RG-6线缆)具有较低的衰减vs距离特性，但同类的衰减问题仍存在。
[0007]因此，为了保持各种上行信号和下行信号的RF信号在邻近地区CATV同轴光缆上传输时不变，邻近地区CATV系统通常采用各种有源(有电源供电的)设备，例如，正向和反向(双向)供电的RF放大器等。目前，在使用通常具有约550MHz或850MHz的最高频率的CATV系统的情况下，这些有源设备通常每两个相隔约1000英尺。
[0008]每个有源设备可具有数个(例如，I到4个)连接到其自身的邻近地区CATV子线缆，且通常为了在数千英尺的线缆距离上保持RF功率，可将多于一个(通常I到3个)有源设备沿单段同轴线缆进行连接。这样，在邻近地区的层面上，CATV系统的同轴线缆布线图案通常具有类似“树”的结构，在该结构中，树的分支从各种有源设备中分裂出来。连接到源自光纤节点的RF信号的首个或主要CATV同轴线缆通常被称为“主干”线缆，从主干线缆中分裂出来的各个同轴线缆通常称为分支线缆，且分支线缆进而还可具有从其自身分裂出来的其他分支线缆。随着各种主干线缆和分支线缆对本地邻近地区进行覆盖，且通常位于各个有源设备之间，位于邻近地区或“主干” CATV线缆上的各种分接头、分路器和引下线(drop)将各个分户连接到CATV线缆上。为了对各种有源设备提供功率，通常CATV同轴线缆系统还运送电功率。正如预想的那样，对地役权和通行权进行谈判以确定邻近地区CATV线缆路线的过程很繁重，但这一过程已在本国不同地区持续了 50年以上，到目前为止完全确立。
[0009]目前，对于美国CATV系统，5MHz到42MHz的频率范围通常留给从各个线缆调制解调器返回到线缆设施的上行通信，且典型地在54MHz到547MHz以上的范围(通常上限扩展至865MHz及更高)内的大部分带宽留给从线缆设施到各个分户的下行通信。欧洲CATV系统遵循一略有不同的方案，其上行通信频率扩展至60MHz的范围。由于快速的信号衰减，目前很少使用超过约750MHz到865MHz的更高频率(这里，一般称为IGHz以上频率)。
[0010]在共同待决的申请12/692,582中，可找到该领域中现有技术的更多详细讨论，该申请的内容通过引用的方式合并于此。
[0011]利用各种类型的CMTS系统和光纤节点的现有技术文献包括:Liva等的美国专利7，149，223 ;Sucharczuk等的美国专利申请2007/0189770 ;以及Amit的美国专利7，197，045。
【发明内容】
[0012]现有技术CATV数据传输方案受到相对较窄的上行带宽分配范围(在美国，通常为5MHz到42MHz)的限制，对于其中各个分户(从)调制解调器试图发送上行数据至CATV线缆设施的上行传输来说尤其如此。现有技术CATV上行传输方案进一步受到低效率的数据传输方式(对各个从调制解调器仅分配有小频率范围和小时间片)的限制。所分配的这些时间片通常被其中无数据传输的大且效率低的保护时间分隔开来。因此，如许多CATV宽带线缆用户所公知的，数据传输的上行速率过去和现在一直是相对较慢的。尽管现有技术CATV系统的确为从线缆设施到各个邻近地区用户调制解调器的下行通信分配更大范围的下行频率，但对于预分配54MHz到860MHz的频谱仅供下行使用，该系统相对缺乏灵活性。
[0013]考虑到在现有技术CATV系统中的大规模投资，期望在提供与邻近地区CATV线缆树和现有的CATV系统中的扩展投资并存或向后兼容的可能性的同时，能够为客户提供增加的上行和下行带宽的方案。
[0014]本发明部分地基于下述见解:在任何给定时间点，通常仅任何给定邻近地区分户中的一些有发送大量上行数据的需求，且通常仅这些分户中的一些还有接收大量特定类型的下行数据的需求。
[0015]本发明进一步基于针对最大灵活性的见解:使用相同频率范围来发送上行数据和下行数据的灵活且动态分配的时分双工数据传输方式的使用可为有利的，这是因为在动态分配系统中，可为需要在上行方向或下行方向上交换更多数据的那些特定的调制解调器分配更多个时隙来发送所述数据。
[0016]本发明进一步基于下述见解:在保护时间(S卩，分配给特定调制解调器的时隙之间的“静默”或“停滞”时间)过长时，时分双工数据传输方式的优点减弱。
[0017]不同的从调制解调器与主调制解调器之间的时钟定时的差异需要延长保护时间的长度以适应这些差异。本发明进一步基于下述见解:为了最小化保护时间，CATV系统中的各个邻近地区或从调制解调器的内部时钟应比它们当前更严格地同步。理想地，各个从调制解调器的内部从时钟应与它们的本地主调制解调器所使用的时钟进行精确地同步。
[0018]进一步地，RF信号需要花费时间(即使在接近光速的速度)来在延伸于各个从调制解调器和本地主调制解调器之间的不同长度的CATV线缆上传播。因此，给定传播时间延迟，在完全相同的时间从位于距其主调制解调器不同距离的两个从调制解调器中发送出来的信号将在不同时间到达主调制解调器。为避免混淆，必须延长保护时间以补偿这些定时差异。因此，为了进一步最小化保护时间，从调制解调器应根据从特定的从调制解调器到特定的本地主调制解调器的信号传播时间来调整自身信号的定时。
[0019]在本发明的一些实施例中，至少对于与该特定的主调制解调器进行TDD通信的那些邻近地区从调制解调器，本地主调制解调器的时钟被指定为主时钟。主调制解调器可发送适当的定时信号至各个CATV从调制解调器上的各个CATV从时钟，从而确保将各个本地从时钟精确地调谐到与本地主调制解调器的时钟相同的时间上。为了补偿信号传播延迟和本地从调制解调器内的其他内部延迟，本地主调制解调器可参与测距过程，在该测距过程中，本地主调制解调器发送信号至各个从调制解调器中的每个从调制解调器，并确定到每个相应的从调制解调器的传播时间。从调制解调器随后得到该传播时间“d”，并将该传播时间用作修正因子，随同经其主调制解调器同步的从时钟来确保在正确的时间传输特定的TDD传输时隙。这样，例如，如果指定从调制解调器在主时间T处开始传输，则从时钟实际上可在主时间T-d处开始传输，以便在传播时间d之后，主调制解调器看到来自特定从调制解调器的信号在正确的指定时间T到达。这使得保护时间被设置为极低的最低值。
[0020]在典型的HFC CATV线缆系统中，通常有从HFC CATV线缆头或线缆设施向多个不同的邻近地区传送信号的多条光纤，每个邻近地区设置有沿该特定的邻近地区的CATV线缆树来往的RF信号。这样，每个邻近地区通常具有至少一个本地主调制解调器，该本地主调制解调器沿该特定的邻近地区的CATV线缆树发送和接收TDD信号。
[0021]有时，沿单个邻近地区的CATV线缆树可有多个本地调制解调器。例如，本发明的一些实施例可使用母案及共同待决申请12/907,970中描述的影光纤和同轴光纤终端方法，其内容以引用的方式合并于此。在这些实施例中，位于沿邻近地区CATV线缆树处的各个同轴光纤终端中的一些或所有还可作为本地主调制解调器。在这些实施例中，每个本地主调制解调器通常仅与其本地从调制解调器进行双向且相同频率的TDD通信。
[0022]一般来说，无论CATV线缆树上存在单个主调制解调器还是多个本地主调制解调器，本文所讨论的概念均适用。因此，在本说明书中，术语“本地主调制解调器”和“主调制解调器”，以及术语“本地从调制解调器”和“从调制解调器”通常可以互换的方式来使用。
[0023]在一个实施例中，本发明可以是一种在CATV线缆系统的相同RF频率范围内双向时分双工数据传输的方法。该CATV线缆系统可以是混合光纤线缆系统，在该系统中，到中心CATV线缆设施或线缆头的数据通信通常以光纤来完成，且到各个分户调制解调器(这里称为从调制解调器)的数据连接通常通过在至少一个邻近地区CATV线缆上传送的RF信号来进行，所述至少一个邻近地区CATV线缆通常具有类似树形的拓扑结构。
[0024]这里，CATV线缆系统通常包括至少一个CATV线缆树，且该至少一个CATV线缆树又具有至少一个设置有主时钟的本地主调制解调器(通常位于CATV线缆树的本地RF部分的根部，或者如果设想有多个本地主调制解调器，则其被配置在CATV线缆树上的多个位置处)。沿着每个CATV线缆树，通常有连接在沿线缆的各个位置和距离的多个从调制解调器，且每个从调制解调器配置有从时钟。
[0025]随该CATV系统，通常至少具有最近的从调制解调器和最远的从调制解调器，最近的从调制解调器通常位于沿CATV线缆距本地主调制解调器的最短路段处，这样，从该最近的从调制解调器到本地主调制解调器的信号传播时间为最小值；最远的从调制解调器通常位于沿CATV线缆距本地主调制解调器的最长路段处，这样，从该最远的从调制解调器到本地主调制解调器的信号传播时间为最大值。
[0026]通信方法通常包括:将所述多个(本地)从调制解调器的从时钟时间同步到(本地)主调制解调器的主时钟上。随后，确定该主调制解调器与多个从调制解调器中每个从调制解调器之间的信号传播时间。本发明还可确定多个从调制解调器中每个从调制解调器的当前或计划的上行数据需求和下行数据需求。这可通过使从调制解调器请求用于数据传输的时隙来完成，且/或主调制解调器可根据过去使用的模式和从调制解调器的优先级评估来分配时隙。根据本发明，(本地)主调制解调器可使用这些信号传播时间和该多个从调制解调器中每个从调制解调器的所述当前或计划的上行数据需求和下行数据需求来构建各个微时隙分配包(Min1-slot Allocation Packet，MAP)时分双工(TDD)分配方案，并将这些MAP时分双工分配方案传输至该多个从调制解调器中的每个从调制解调器。随后(本地)主调制解调器和(本地)从调制解调器可使用这些MAP时分双工分配方案来控制该(本地)主调制解调器和该多个(本地)从调制解调器之间的双向数据传输。可根据预设的调度或按照改变使用模式指令动态地改变并更新这些MAP方案。
[0027]尽管在一些实施例中，主调制解调器可被配置为仅执行本说明书中所讨论的双向TDD通信，但在其他结构中，主调制解调器还可被配置为用于额外的功能。通常，主调制解调器还可包括或至少相关联于:混合光纤线缆(HFC)光纤节点。例如，认为带宽小于860MHz的CATV线缆系统属于现有技术CATV传输，且大于860MHz的IOOMHz频谱部分(例如，900MHz到1000MHz (IGHz))分配给双向TDD数据传输。
[0028]因此，例如，本发明中所讨论的主调制解调器可为相同“方框”或设备的一部分，其除了与各个邻近地区或CATV线缆树的从调制解调器一起执行TDD传输，还处理860MHz以下的标准CATV传输。这样，该主调制解调器可为HFC光纤节点和主TDD调制解调器的结合。在其他实施例中，主调制解调器还可充当根据母案和共同待决申请12/692，582和61/385，125的教导的线缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)或D-CMRTS，该申请的内容以引用的方式合并于此。
[0029]如上述所讨论，在一些实施例中，主调制解调器可能并未用作传统意义上的标准的或增强的光纤节点，而是作为根据母案及共同待决申请12/907,970的教导的新型同轴光纤终端(CFT)来操作，上述申请的内容以引用的方式合并于此。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1示出典型的CATV线缆系统的邻近地区RF部分的倒树形拓扑结构图。
[0031]图2示出本发明的双向TDD数据传输方案的概要，其中，上行数据和下行数据在CATV线缆系统的相同频率范围内交换。
[0032]图3示出分配给主调制解调器和从调制解调器用以相同频率的上行和下行通信的不同时间以及这些上行和下行通信时段(interval)之间的相关保护时间的更为详细的示例。
[0033]图4示出如何使用测距来确定主调制解调器和各个从调制解调器之间的信号传播时间。
[0034]图5示出各个从调制解调器如何能够合并它们相应的信号传播时间以调整其相应的上行传输时间，从而确保上行数据在完全正确的时间到达主调制解调器的示例，这已将各个从调制解调器上行传输之间的最小(最低限度的)保护时间考虑在内。
[0035]图6示出在一些实施例中，为双向TDD通信指定的频率范围可进一步细分为多个频率范围，这里，可使用不同方案。
[0036]图7示出本发明的多频TDD MAP分配方案如何能够协助CATV系统处理各个通信通路(例如，CATV RF线缆)损害。
[0037]图8示出本发明的替代实施例，其中，使用之前在共同待决的申请12/907,970中讨论过的影光纤概念将主调制解调器(现成为多个本地主调制解调器)合并到同轴光纤终端设备中并令其更接近各个邻近地区分户。
【具体实施方式】
[0038]图1示出作为模型用于举例说明本发明不同实施例的一般的CATV线缆系统的图。在本说明书中，许多示例将基于混合光纤线缆CATV系统(100)，在该混合光纤线缆CATV系统(100)中，线缆设施(102)可访问各个媒体源(104)、互联网(106)等。线缆设施常使用线缆调制解调器终端系统(108)来管理至少一些数据，该线缆调制解调器终端系统(108)通常由各个刀片或模块(110)组成。线缆设施通过多条光纤(112)发送数据至位于各个邻近地区的光纤节点(FN) (114)。在光纤节点处，光信号被转换为不同的RF信号，并被注入到本地邻近地区CATV线缆树中，由该CATV线缆树随后分发下行RF信号。光纤节点(114)还将上行RF信号转换回光信号并将其发送回光缆设施。
[0039]每个CATV线缆邻近地区通常由数百个不同的分户、办公室、工业场地和有数据需求的其他场所组成。这里，这些有数据需求的场地或场所被统称为“分户”。每个分户通常具有至少一个能够读取CATV RF信号、接收数据并发送数据的调制解调器(通常称作从调制解调器)。这里，将这些从调制解调器简单地绘制为小“房屋”符号。
[0040]一般情况下，每个邻近地区利用CATV线缆树(116)进行有线连接，该CATV线缆树
(116)可由不同长度的CATV线缆组成，这些CATV线缆通常通过不同分路器、定向耦合器和滤波器(未示出)连接在一起以构成类似树状结构。通常还有各种有源部件，例如，RF放大器(未示出)，其能够用于增强RF信号(否则所述RF信号在经长距离线缆传输后会衰减)。光纤节点(I 14)将来自线缆设施和CMTS (102)、(108)的下行光信号转换为用于邻近地区CATV线缆(116)的RF信号，且还将来自邻近地区CATV线缆(116)的上行信号转换回光信号，以传输回CMTS (108)和线缆设施(102)。该特定的CATV线缆树上的各个分户的一些(假定每个具有本地调制解调器)示出为(118)、(120)和(112)。需指出，就沿CATV线缆的距离而言，分户(118)是距离光纤节点(114)最近的分户，分户(120)距离光纤节点(114)较远，而分户(122)应视为距离光纤节点(114)最远的分户。
[0041]在典型的US CATV线缆系统中，从5MHz到42MHz的RF频率范围(124)通常为从各个分户(例如，118、120、122 )中的从调制解调器到本地光纤节点(114 )进而到CMTS (108 )和线缆设施(102)的上行通信而保留。从54MHz到860MHz的RF频率范围(126)为从线缆设施(102)和CMTS (108)经由光纤节点(114)到各个分户(例如，118、120、122)的下行通信而保留。860MHz以上的频率范围目前未使用。由于RF信号沿线缆具有较高的基于距离的衰减率，因此这一较高的频率范围往往是不太理想的。因此，860MHz以上的频率范围沿邻近地区CATV线缆树(116)行进长度短得多，因而通常需要更多个有源部件(例如，RF放大器)或其他测量器(例如，申请12/907，970的影光纤和同轴光纤终端概念)以避免大量的信号损耗。
[0042]由于所述信号损耗的存在(其随频率增大逐渐恶化)，因此尽管在860MHz以上存在未分配的CATV带宽，但往往是廉价的“不动产”。约IGHz以上的频率往往会越来越不理想。因此，相对于当前分配给CATV使用的约810MHz的频率范围(B卩，?860MHz至5MHz)，针对扩展的CATV业务(例如高带宽“千兆到户”业务)的任何频率分配往往将是相对有限的。例如，由于这些高频衰减问题，未来的千兆到户CATV频率分配方案可能仅被分配约IOOMHz的带宽，例如在900MH到1000MHz (IGHz)的范围内(见图2，202)。为使得任何未来的千兆到户业务尽可能地引人注目且有用，最好应尽可能高效地使用这一相对较窄的带宽段(202)。
[0043]为说明起见，假定本说明书中的许多示例使用假设的约900MHz到1000MHz之间的新的CATV带宽分配方案(202)，且假定使用时分双工方法将该100MHz宽的新带宽分配方案分配给同时的上行和下行数据传输，其中，一些时间片随着这一新带宽分配方案被指定为用于上行传输，且一些时间片被指定为用于下行分配。这些时间指定可通过使用在CATV主调制解调器(214)和连接到由该特定的主调制解调器(214)所控制的CATV线缆树(116)不同位置上的各个从调制解调器(例如，118、120、122)之间交换的微时隙分配包(Min1-slotAllocation Packet, MAP)消息来完成。在图2示出的示例中，主调制解调器(214)还作为邻近地区的光纤节点(114)，但并不一定总是如此。
[0044]目前，微时隙分配包消息根据CATV线缆数据服务接口规范(Data Over CableService Interface Specification, DOCSIS)而使用。它们描述一种方案，在该方案中各个分户调制解调器可被分配不同的时间来传输上行数据，也可被分配不同的时间使线缆头的调制解调器可传输原本针对特定分户调制解调器的下行消息。美国专利6，643，295、6，956，865和7，748，002等等中对这种方法进行了描述，其内容以引用的方式合并于此。
[0045]通常，这种现有的CATV MAP方案往往已事先为上行和下行数据传输分配了玉厘频率。针对本发明，MAP分配方案通常会为上行和下行数据传输分配相同的频率。本发明的MAP分配方案通常还使用更短的保护时间。然而，不同的是，本发明所使用的MAP方案可被选择或选定为考虑到差异而尽可能地向后兼容于现有MAP分配方案。或者，本发明的MAP分配方案可被配置为现有MAP分配方案的逻辑扩展。作为第三种替代方法，本发明可使用完全不同或完全不兼容的MAP分配方案。
[0046]正如前面所讨论，在本发明的一些实施例中，可对多种技术进行组合以产生灵活的系统，该系统能够按需求动态地重新配置以将大量的上行和下行数据比特传输至那些当前最需要大容量数据传输的特定邻近地区分户。特别地，这种灵活性和动态重新配置可通过时分双工数据传输方案来实现，该方案动态地分配时隙至最需要上行或下行数据的那些分户调制解调器，与现有技术的关键区别在于相同的频率范围(例如，假设在900MHz到1000MHz之间的IOOMHz频谱区域)可同时用于上行和下行传输。
[0047]正如前面所讨论的，通常对于TDD传输，在正在使用TDD交换数据的不同设备之间，使用一个或多个不同类型的保护时间。这些保护时间(本质上为预计无数据传输的静默时期)有助于避免可在两个不同设备试图同时传输数据时出现的干扰。尽管对避免干扰和潜在的混乱至关重要，但这种保护时间减少了可用于传输数据的时间量。如将要讨论的，通过使用一些新的主调制解调器-从调制解调器时钟同步方案，且通过使用一些成熟的传播时间延迟测距估算方法，可将这些“必要之害”的保护时间最小化，进而为富有成效的上行和下行通信产生更多时间。
[0048]图2示出本发明所设想的频谱范围和时分双工时间分配方案的一个示例。尽管在原则上，本发明的相同频率TDD方案可使用任何CATV频率范围来保持与传统设备的向后兼容性，但使用当前未分配的频率范围(例如，900MHz到IGHz的频率范围(202)或其他频率范围)可以很方便。
[0049]在图2示出的示例中，这种CATV线缆系统可包括具有配置有主时钟的本地主调制解调器(214)(还可可选地在光纤节点(114)处或该光纤节点(114)附近工作)和多个从调制解调器(如，分户(118、120、122等)中的调制解调器)的CATV线缆树(116)。这些从调制解调器沿CATV线缆树(I 16)连接到不同位置上。在该示例中，已指定为双向(例如，上行和下行)通信分配的带宽以保持与传统系统的向后兼容性。这就保留了传统CATV上行频率(124)和下行频率(126)，且双向TDD频率在不同且更高的频率范围中。
[0050]每个从调制解调器通常配置有其自身的从时钟。需再次指出，在这一方案中，通常存在一最接近的从调制解调器，这里分户(118)中的从调制解调器最靠近主调制解调器(214)，且通常存在一最远的从调制解调器，这里分户(122)中的从调制解调器被视为最远的从调制解调器。
[0051]根据本发明，至少各个从调制解调器中控制TDD功能的从时钟时间大体同步于位于最靠近那些特定从调制解调器处的本地主调制解调器(214)。需指出，为了保持向后兼容性，各个从调制解调器还可具有其他时钟，例如，可同步于系统的其他部分(例如，CMTS(208)或线缆设施(102))的时钟，这里将不对这些其他的从“传统”时钟作进一步讨论。取而代之，所有讨论的从时钟应视为控制与本地主调制解调器的相同频率TDD通信的那些从时钟。
[0052]如上述所讨论，尽管在一些实施例中，本地主调制解调器可位于光纤节点(214)处或该光纤节点(214)附近，但这是可选的实施例。在其他实施例中，本地主调制解调器还可更靠近各个从调制解调器，且例如可为同轴光纤终端主调制解调器，在后面的图8中将对此作更为详细地讨论。
[0053]根据本发明，各个本地从调制解调器的各个从时钟时间同步于本地主调制解调器的主时钟。这可通过例如使主调制解调器以通常为每秒许多次的特定间隔(例如，以SKHz间隔)传输同步音调或同步数据序列(例如，巴克(Barker)或其他类型的同步码)来完成，这样使得各个从时钟在时间同步间隔之间漂移的机率最小。尽管现有技术的保护时间部分地由于不同通信设备上的不同时钟之间的时间同步的差异而必须变得更长，但由于本发明的极其严格的时间同步，这些保护时间可被明显地缩短。
[0054]如上述所讨论，有助于现有技术方案中次最优保护时间的另一因素为时间延迟，该时间延迟由不同设备之间的信号传播中的时间差引起。即使RF信号以光速或接近光速的速度沿CATV线缆传播，但是考虑到现代数字通信的极快的转换率，这种光速的信号传播时间还是相当大的。本方面以两种方式解决了这一问题。第一，通过确定主调制解调器(214)和多个从调制解调器(例如，位于分户118、120、122等中的从调制解调器)中的每一从调制解调器之间的信号传播时间，该信号传播时间，例如，可用于协调各个从调制解调器的上行时隙，以便各个上行信号在完全准确的时隙到达主调制解调器(116)。第二，当用在将在图7和图8中讨论到的影光纤和同轴光纤终端实施例中时，本发明还通过简单地将本地主调制解调器移至比现有技术更靠近各个卫星调制解调器来解决这些信号传播延时的主要部分，从而将保护时间缩短到最低水平，且由于进一步的保护时间最小化提高了数据传输速率。
[0055]在本说明书中，术语“最低”保护时间意思是通过下述步骤最小化的保护时间:将本地从时钟同步到其最近的本地主调制解调器上，确定各个本地从时钟与其最近的本地主调制解调器之间的信号传播时间，以及使用该信号传播时间对至少来自各个本地从调制解调器的、在独立于特定本地主调制解调器和特定本地从调制解调器之间的距离或传播时间的时刻到达该主调制解调器的上行数据包或突发包的传输时间进行调整。
[0056]如上述所讨论，本发明可通过如下操作进一步优化传输效率:确定所述多个从调制解调器的每个调制解调器的当前或计划的上行和下行数据需求，以及动态(例如，对高频率，高达每秒许多次)调整地分配时隙以在任何给定时间为最需要数据传输容量的那些调制解调器指定更多时隙。实际上，本发明可结合所有这些因素，并使用信号传播时间和多个从调制解调器的每个调制解调器的当前或计划的上行和下行数据需求来连续动态地构建在特定时刻针对系统的数据传输需求最优的MAP时分双工分配方案。例如，本地主调制解调器可将这些因素考虑进去，且高达每秒许多次地将最优的MAP时分双工分配方案(204)传输至每个不同的本地从调制解调器。因此，例如，每个从调制解调器可接收针对该从调制解调器的具体需求(根据总的系统要求和其他从调制解调器的需求进行均衡)同时在数量和可能持续时间两方面被调整的时隙。该时隙还可针对本地从调制解调器和本地主调制解调器之间的信号传播延时来调整。结合本发明的精确时间同步方法，该方案还可最小化保护时间并优化能够用于实际数据传输的时间量。[0057]图3示出本发明的上述图2 (204)所示的主调制解调器MAP时间同步的时分双工传输方案的详细示例。这里，可对从主调制解调器到一个或多个从调制解调器的上行传输(302)分配一个MAP时间片。然后第一保护时间tmaste, (304)(简称tmast)可紧随其后。可对tmastOT时间本身进行高度地时间优化，但至少在一些实施例中，tmastCT可能会受到通过沿由本地主调制解调器和由该本地主调制解调器所控制的各个从调制解调器所占据的至少一段CATV线缆的总的信号传播时间的限制。例如，tmaste可被设置为本地主调制解调器和该CATV线缆长度上最远的本地从调制解调器之间的信号传播时间的至少两倍。这样，在任何从调制解调器被分配上行传输的时隙之前，来自主调制解调器的信号将具备到达最远调制解调器的时间，且从最远的主调制解调器返回的任何信号将具备到达主调制解调器的时间。
[0058]由MAP时间片分配至各个从调制解调器的各个时隙在(306)中示出。例如，时间Tl可分配给从调制解调器1，T2可分配给从调制解调器2，等等。根据本发明的动态分配方案,Tl,Τ2…Tn的长度无需相同。此外，可将单个上行传输序列中的多个时隙分配给同一从调制解调器，且并不是所有的从调制解调器都需分配有任何给定的上行传输序列中的上行时隙。取而代之，可对具有较多的传输上行数据需求的那些从调制解调器分配较多个时隙或较长的时隙，前提是在该特定时间具有较少的传输上行数据需求的从调制解调器。
[0059]尽管分配给各个从调制解调器的用于上行传输的时隙(306)通常由不同的保护时间tslave分隔开来，但通过使用上述讨论的本发明的精确的调制解调器时间同步技术和信号传播时间调整技术，可使该tsl 保护时间最小化(极小)。这是因为由从设备之间的时钟差引起的不精确性可被最小化，以及由从任何给定从设备到主设备的信号传播时间的差引起的误差可被精确地补偿。因此，tslave可能需要不超过用于补偿不同的从电子部件处理数据、温度波动等时间上的少许变化所需的时间，且实际上可仅为分配给单个传输符号乃至传输符号的一部分的时间。通常，MAP定时是为了对多个从调制解调器(308)的一系列上行数据突发包的一部分分配上行传输时间。
[0060]系统可为来自多个从调制解调器(308)的连串的上行传输分配的总时间可以是变化的，但通常不小于从最近的从调制解调器到主调制解调器与从最远的从调制解调器到主调制解调器之间信号的时间传播差。这里，信号传播时间差T (最远)-τ (最近)将称为信号“散布(spread)”时间。
[0061]换言之，该散布时间为主调制解调器(214)和其最近的从调制解调器(118)之间以及主调制解调器(214)和其最远的从调制解调器(122)之间的信号传播时间差。在一些实施例中，MAP时分双工分配方案可以连续的上行时隙块的方式(即，类似于图3 (308)，为多个从调制解调器指定连续块进行上行传输)，为多个从调制解调器动态地分配不同的上行时隙。在这一类型的分配方案中，上行时隙(308)块末端与分配给主调制解调器到从调制解调器的下行数据的MAP时分双工时间(304)的起始端之间的上行至下行的保护时间tfflaster (这里简称为tmast) (304)可被设置为该散布时间的至少两倍。
[0062]如果将主调制解调器(214)和其最近的从调制解调器(118)之间的传播时间指定为“跨度”时间，则一般来说，MAP分配方案分配给连续的上行时隙块(308)的时间通常根据该跨度时间而改变。
[0063]图4示出测距过程的一些细节，在该测距过程中，可确定主调制解调器和各个从调制解调器之间的信号传播延时d (η)。在该过程中，主调制解调器(214)通常沿CATV线缆发送出位于频率范围(202)中的不同的本地从时钟同步信号。这些同步信号可为音调或限定的数字序列(例如，巴克码等等)。信号每秒可发送许多次(例如，每秒8000次)，且通常将从时钟时间同步信号交织在该频率(202)处的其他CATV数据传输之间。这些时钟同步信号(402，404)经由本地CATV线缆树中的不同路径传送至其相应的从调制解调器中(例如，从调制解调器1，从调制解调器2和从调制解调器“n”)。
[0064]将从调制解调器时钟同步之后，可确定各个从调制解调器和主调制解调器之间的信号传播时间。尽管，通常，一不同的“测距”脉冲或信号可用于测距确定，但在一些实施例中，时钟同步脉冲或信号也可被用作测距信号。
[0065]到从调制解调器I的信号传播时间被视为d(l)，到从调制解调器2的信号传播时间被视为d (2)，到从调制解调器“η”的信号传播时间被视为d (η)。
[0066]在测距和同步过程期间，每个从调制解调器通常以确认消息(406，408)迅速响应，且该确认消息(406，408)根据道该特定的从调制解调器的传播时间以另一延时d (I) -d(η)沿同一路径传输返回。在该简化的示例中，忽略由从调制解调器的电子器件带来的额外延时,但通常,这些电子器件的延时也被考虑在各个传播时间延时公式中。
[0067]这些延时在图(410)中示出。在图(410)中，时间轴(412)为垂直的，且示出在主调制解调器和从调制解调器1、2和“n”的时间。这里，示出时钟同步信号(402，404)从主调制解调器中发送出来的时间以及接收到从调制解调器的确认信息(408，406)的时间。可以看出，总的消耗时间(忽略各个从调制解调器内部电子器件的延迟)是从主调制解调器到特定的从调制解调器的单程信号传播时间d (1) -d (n)的两倍。
[0068]如上述所讨论，一经确定了信号传播延迟时间，则各个从调制解调器可使用延迟时间来进一步调整它们将数据传输回主调制解调器的时间，并可选地来更好地调整它们监听来自主调制解调器的数据的时间。
[0069]需指出，在一些实施例中，测距和时钟同步过程可渐进地完成。例如，一个子信道可启动粗测距过程，且随时间推进，测距和同步可逐步进行以覆盖整个频段。该渐进的测距和/或同步过程可将最初的测距过程中所需的保护时间不明确性的影响最小化。理想地，该最小化的保护时间可仅消耗有效频段/容量的很小一部分。
[0070]图5示出涉及测距和调度中所涉及的一些时间延迟考量的示例。这里，各个从时钟(从时钟1、从时钟2…从时钟“η”)可使用信号传播延迟时间d (l)、d (2)、…d (η)来调整其相应的上行传输时隙，以便来自每个从调制解调器的传输在主调制解调器所预计的适当时隙中到达该主调制解调器，并且在各个从调制解调器上行传输时隙(306)之间的保护时间tslave (308)很小(最低)。
[0071]例如，假设从调制解调器I被MAP指定为上行地传输被指定在时隙Ti (502)到达主调制解调器(214)的数据，从调制解调器2被MAP指定为上行地传输被规定在时隙Ti+1(504)到达主调制解调器(214)的数据，且从调制解调器“n”被MAP指定为上行地传输被规定在时隙Ti+n (506)到达主调制解调器(214)的数据。进而，为了补偿沿CATV线缆的信号传播延时，从调制解调器I实际上应在时间IVd⑴(508)处开始传输，从调制解调器2实际上应在时间Ti+1-d (2) (510)处开始传输，且从调制解调器“n”实际上应在时间Ti+n-d (n) (512)处开始传输。[0072]用于产生图3中的时隙(204)的MAP时分双工方案如何确定哪些上行时隙被留给哪个从调制解调器？ MAP方案如何确定主调制解调器到从调制解调器下行时隙的相对长度？这里，多个方案均可行。在一个方案中，上行调制解调器(例如，118、120、122)可确定它们的本地上行数据需求，将表示需传送的下行数据量以及该数据的紧急性(例如，实况视频可比文本文件传输具有更高的紧急性)的请求发送至主调制解调器(214)。主调制解调器(216)反过来权衡并协调各个请求(通常使用在主调制解调器216上的一个或多个处理器上运行的MAP创建软件)，并根据一个或多个算法来确定MAP分配方案。该权衡和协调可根据各个从调制解调器变化的数据需求进行优选地改变。因此，MAP时分双工方案将基于各个从调制解调器中每个从调制解调器的上行数据请求为上行传输动态地分配时隙。
[0073]图6示出可用于本发明时分双工方法的一些替代性的频谱分配方案。在一些单载波方案中，任何给定的调制解调器可使用分配给TDD传输的所有带宽(600)(图2 (202))；但由高数据传输率导致的在中心频率附近的信号扩散可使得信号扩散到所分配的带宽之夕卜，或迫使运营商使用远小于被分配的全TDD带宽(202)的带宽。这一扩散问题可通过使用滤波后的多音调调制(602)在多载波上传播数据来减小。扩散问题还可通过使用在多载波之间具有一些重叠的正交滤波的多音调调制(604)来减小。
[0074]需指出，尽管初看上去，可能误认为图6讲授现有技术的时频分方案(其中上行传输在不同于下行传输的频率处完成)，但事实并非如此。确切地说，图6讲授的是上行和下行传输通常发生在相同频率处的时分双工方案，但该相同频率实际上可为多个相同频率。
[0075]还有其他时间-频率分配方案(例如，类似CDMA的扩频方案)也是可行的，且在本发明的替代实施例中，可采用时间-CDMA方案。
[0076]除减小带宽扩散之外，多频或多音调TDD方案还具有不少其他优点。一个优点在于多音调TDD方案可具有对沿CATV线缆树(116)的各种类型的受损RF传输进行处理的卓越能力。
[0077]例如，一种“信道损害”类型为上述讨论的情况，在高频处的沿CATV线缆的每英尺RF信号衰减量大于其在低频处的衰减量。实际上，这一类型的损害通常通过使用放大器以及提高较远处调制解调器的功率来修正，但由于这是简单且容易理解的损害，因此在该示例中假定未执行这种可变功率或增益补偿方案，且这一损害将通过适当的MAP分配方案来处理。
[0078]用以修正信道损害(例如，高频衰减)的这种多频或多音TDD MAP分配方案的实用的一个示例如图7所示。在图7中，假定最远的从调制解调器(122)在最高频处(例如，IGHz)经受很大的信号衰减。因此，由于该高频衰减方案，由从调制解调器(122)发送的全频谱TDD数据包可具有稍高于期望误码率的误码率，使得本地主调制解调器的误码检测机制请求将很多数据包进行重传，导致不希望出现的效率上的损失。进一步假定在稍低的频率(例如，900MHz到950MHz )处，衰减足够低以致优选对从调制解调器(122 )使用较低频率。与此相比，更靠近主调制解调器的最近的从调制解调器(118)不具有明显的衰减问题，且可在不产生误码的情况下很容易地在最高指定频率范围处(例如，IGHz)操作。进一步假设中间距离的从调制解调器(例如，从调制解调器(120))可在所有频率范围内适当地操作。
[0079]在多频(例如，多音调)TDD方案中，MAP分配方案可以是二维的时间和频率分配方案(700)，在该方案中，将较远的从调制解调器(例如(122))优选地分配在较低频率处，且将较近的从调制解调器(例如(118))优选地分配在较高频率处，但这可在任何给定时间处根据系统的需求进行动态地改变。例如，如果从调制解调器(122)需要发送大量数据而其他从调制解调器均完全不需要发送任何数据，则所有时隙和所有频率可临时地分配给从调制解调器(122)。与此相比，对于位置距离较近的两个调制解调器(例如(118)、(120))，频率指定可能不重要，且系统会基于可用性简单地挑选开放的频率和时隙，这样该两个调制解调器可在相同频率上以不同时隙来传输。
[0080]一般来说，如果主调制解调器和从调制解调器常规地(B卩，以某个频率，通常一天至少很多次地)交换关于各个调制解调器之间的不同路径失真或信号强度损耗的信息，则该信道损害修正方案和其他信道损害修正方案通常均是有用的。
[0081]图7示出较远的从调制解调器(122)需上传和下载大量数据，而较近的从调制解调器(118)、(120)有相对较轻的数据需求的情况。对该示例中的其他调制解调器予以忽略。这里，为了满足这些需求，MAP分配方案算法可确定:为了满足较远的从调制解调器(122)的大量数据需求，应将多个低频率上行时隙(702)指定给该较远的从调制解调器(122)。与此相比，较近的从调制解调器(118)和(120)具有适度的上行数据需求，且由于它们在高频率处具有最低的信号损耗，因此它们在两个不同上行时隙(704)、(706)处被指定相同高频率。
[0082]这样，在本发明的一些实施例中，MAP时分双工分配方案由各个从调制解调器可基于时间和频率为上行传输动态地分配时隙。这里，至少在一个连续的上行时隙(308)串内，每个从调制解调器可被指定一唯一的时间和频率组合。
[0083]需指出，即使在一短时间段内，每个从调制解调器(例如，118、120、122等)可能由于随机情况而被临时指定到不同的上行频率，但是该方案仍为时分双工方案。这是因为主调制解调器(214)可继续使用(708)相同频率或所指定的TDD频率范围(202)的所有频率来进行到各个从调制解调器的下行通信。
[0084]在这种方案中，通常主调制解调器(214)或从调制解调器(118…122)或者二者均可用作确定沿其相应的CATV线缆树路径(116)到主调制解调器(214)的这种通信路径失真或信号损耗，并将这些结果传送至主调制解调器，这样，主调制解调器的MAP创建算法可在产生MAP时间和频率分配方案时，将这些结果考虑进去。
[0085]还可执行考虑沿CATV线缆树路径的信号衰减、失真、噪声或其他损害的其他方案。在替代实施例中，从调制解调器可被设计为能够根据在CATV线缆树路径上到主调制解调器的信号强度路径损耗来对其传输信号的功率进行调制。在其他替代实施例中，可对沿CATV线缆树路径到主调制解调器的信号失真的特性进行估计，且从调制解调器可对其传输的信号进行调整以补偿或抵消这些失真。
[0086]这一补偿过程通常称为“预编码”。这样，在一些实施例中，任一从调制解调器可对其传输进行预编码以补偿在相应的CATV线缆树路径上到主调制解调器的路径失真。
[0087]如上述所讨论，尽管通常可在位于邻近地区CATV线缆树(116)的RF部分根部的改进的光纤节点(114)的一部分上、通过该光纤节点(114)的一部分或作为该光纤节点(114)的一部分来实现本发明，但其他实施例也是可能的。特别地，本发明非常适于在母案及共同待决申请12/907,970的影光纤和同轴光纤终端方案中实现，其内容以引用的方式合并于此。[0088]图8示出本发明的替代实施例，在该替代实施例中，使用上述在共同待决申请12/907, 970中讨论到的影光纤概念，使主调制解调器(现成为多个主调制解调器)更靠近各个邻近地区分户。需指出，在图8中，光纤节点(814)(原来为114，这里由于潜在不同功能予以区分)可不作为主调制解调器。取而代之，现有多个本地主调制解调器，例如(800)、(802)、(804)等。
[0089]在一些实施例中，光节点(814)可至少部分地基于共同待决申请12/692，582和/或临时申请61/385，125中描述的CMRTS或DCMRTS光节点；二者的内容均以引用的方式合并于此。
[0090]图8示出通常如何能够沿用于传送邻近地区CATV线缆树(这里，被分解为主干部分(226 )和分支部分(227 ))的相同的路线(easement)、路径和管道，对“影光纤”(270 )进行路由。该影光纤可进而与同轴光纤终端(Coax Fiber Terminal, CFT) (272)相互作用，该同轴光纤终端为通常位于CATV有源设备(例如，RF放大器229)上、该CATV有源设备中或该CATV有源设备附近的设备，且该同轴光纤终端能够将沿该特定的有源设备(229)所服务的特定CATV分支线缆(227)或主干线缆(226)从各个分户(118)传输回的一些或所有上行RF信号去除掉。同轴光纤终端(272)进而能够将上行CATV RF信号和数据转换为上行光信号和数据，且通常可经由HFC系统通过修改后的光节点(814)将其传送回线缆头。
[0091]需指出，在该实施例中，尽管较低频率的传统CATV RF信号(124)和(126)可通过CATV线缆树(226 )、( 227 )传送，但通常对用于本发明TDD传输方案的高频信号(202 )更为局域化至CATV线缆的特定部分。这是因为有源设备(229)或其他设备可被设计为避免高频带(202 )传输在设备(229 )的一侧和该设备另一侧之间，从而有效地将频带(202 )的传输隔离于不同子部分(806)、(808)、(810)或CATV线缆的区域。
[0092]在本发明中，同轴光纤终端(800、802、804)充当多个本地主调制解调器，且这些本地主调制解调器仅与整个CATV树(226)和(227)上的所有从调制解调器的子集进行通信。这样，本地主调制解调器(800)与区域(806)中的本地从调制解调器进行TDD通信，本地主调制解调器(804)与区域(810)中的本地从调制解调器进行通信等。
[0093]再次，如上述所讨论，存在该位置和这些区域是因为各个有源部件(229)或其他部件可被设计为避免TDD频率或带宽(202)通过该特定的有源部件(229)。这样，有源部件(229)有效地将整个CATV树分为一系列较小的TDD区域。
[0094]根据本发明，现有技术的光节点可用于(814)，且可添加额外的设备来拦截来自影光纤网络(270)的上行数据并对其进行重新打包以沿(通常使用替代光纤或替代波长)光纤路由(112 )传输回线缆头。或者，可将光节点修改为修改后的具有附加部件的光节点(814 )以对该重新打包进行内部地处理。
[0095]在一些实施例中，在线缆头处，通常解码器装置(400)就设置在CMTS (814)之前(之前在12/907,970中描述到)，该解码器装置(400)可拦截光纤信号(112)并将其解码为可由CMTS识别的形式。例如，这种解码可用于将影光纤的线缆光纤终端(CFT)域(例如，806,808,810)信息翻译为CMTS能够处理的形式，且例如，可使得每个不同的线缆光纤终端域对于CMTS就像单独的CATV邻近地区一样。在一些实施例中，解码器装置还可对来自线缆光纤终端的上行数据信号进行重构。
[0096]在这一方案中，TDD通信的一些或所有现在影光纤(270)上传送。与此相比，至少下行CATV数据(126)和可选地传统的上行CATV数据(124)可在主RF CATV线缆(226)和(227)上传送且关于特定区域无限制。
[0097]这里，如上述所讨论，这种影光纤系统和同轴光纤终端方法与本发明相兼容；在CATV同轴(同轴)线缆中，高(接近IGHz)频率范围随距离迅速衰减。当使用同轴光纤终端时，由于本地主调制解调器和本地从调制解调器之间的路径长度变小，因此促进了本地主调制解调器(800、802、804)(其现被配置为同轴光纤终端(272))之间的通信。与此同时，可保留大部分的传统CATV线缆硬件并继续对其进行高效利用。
[0098]假定影光纤网络为无源光网络，则可使用简单的分路器(233)来分离和合并各种无源光纤。这有助于降低影光纤网络的成本，并通过切换进(以及切换出)越多越多可行的CFT设备使得影光纤网络的容量随时间逐渐提高-例如，可在系统上将“哑” CFT设备逐渐升级为更智能的上行重新打包CFT设备，升级为本发明的TDD本地主调制解调器设备(能够传送千兆到户或GTTH服务)，这些均无需对基本的本地影光纤网络本身进行大的改变。
[0099]这样，图8示出在本发明的替代形式(影光纤)中，邻近地区CATV系统如何可通过多个主调制解调器(800、802、804 )来覆盖，其中，每个主调制解调器(800、802、804 )专注于(address)位于邻近地区CATV线缆树路径的不同区域的从调制解调器。
[0100]这里，例如，第一组合线缆光纤调制解调器和本地主调制解调器(800)专注于(在频率(202)上进行TDD通信)仅位于区域(806)中的本地从调制解调器。第二组合线缆光纤调制解调器和本地主调制解调器(804)专注于位于区域(810)中的本地从调制解调器，第三组合线缆光纤调制解调器和本地主调制解调器(802)专注于位于区域(808)中的本地从调制解调器等。
[0101]或者，线缆光纤调制解调器和本地主调制解调器的结合可具有简化功能。例如，本地主调制解调器(800)、(802)、(804)可作为针对根主调制解调器(814)的高级别的从调制解调器或执行从调制解调器，并仅执行由该根主调制解调器(814)执行的时间同步和测距(信号传播时间确定)步骤的子集。作为另一替代例，本地主调制解调器(800)、(802)、(804)还可在直通模式中用于下行操作，以及仅针对传输的上行部分操作。
[0102]作为另一实施例，线缆光纤调制解调器(800)、(802)、(804)可仅具有上述的美国专利申请12/907，970 (以引用的方式合并于此)中讨论到的功能。在该实施例中，根主调制解调器(814)将继续处理时间同步和测距功能中的一些或所有功能。
[0103]作为另一实施例，时间同步和测距可发生在根主调制解调器(814)、本地主调制解调器(800)、(802)、(804)和各个分户调制解调器之间，从而产生三路的时间同步和测距过程。该三路的过程为:分别在根主调制解调器到本地主调制解调器之间、本地主调制解调器到本地分户调制解调器之间的时间同步和测距；和/或根主调制解调器到本地分户调制解调器和之间、根主调制解调器到本地从调制解调器之间的时间同步和测距。时间同步和测距的所有排列基本上可用在这一实施例中。
[0104]替代实施例
[0105]在替代实施例中，系统还可用于产生传统的DOCSIS上行信号并接收传统的DOCSIS下行信号。
【权利要求】
1.一种在CATV线缆系统的相同频率范围内的双向时分双工数据传输的方法， 所述CATV线缆系统包括:CATV线缆树，其具有配置有主时钟的根主调制解调器和连接到所述CATV线缆树的各个位置上的多个从调制解调器，每个所述从调制解调器配置有从时钟，所述多个从调制解调器沿所述CATV线缆树设置在距所述根主调制解调器的各个距离处； 所述多个从调制解调器至少包括:自所述主调制解调器起沿最短的CATV线缆树路径设置的最近从调制解调器，以及自所述主调制解调器起沿最长的CATV线缆树路径设置的最远从调制解调器； 所述方法包括: 将所述多个从调制解调器的从时钟时间同步到所述主调制解调器的主时钟上； 确定所述主调制解调器与所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器之间的信号传播时间； 确定所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的当前或计划的上行数据需求和下行数据需求； 使用所述信号传播时间和所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的所述当前或计划的上行数据需求和下行数据需求来构建MAP时分双工分配方案，并将所述MAP时分双工分配方案传输至所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器；以及 使用所述MAP时分双工分配方案来控制所述主调制解调器和所述多个从调制解调器之间的双向数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个从调制解调器通过所述MAP时分双工分配方案被分配上行时隙，且不同的上行时隙之间的保护时间为最低保护时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主调制解调器和所述最近从调制解调器之间的信号传播时间与所述主调制解调器和所述最远从调制解调器之间的信号传播时间的差为散布时间； 所述MAP时分双工分配方案基于上行时隙块来为所述多个从调制解调器动态地分配上行时隙；以及 所述上行时隙块的末端与分配给从主调制解调器到从调制解调器的下行数据的MAP时分双工时间的起始端之间的上行至下行的保护时间至少为所述散布时间的两倍。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述主调制解调器和所述最近从调制解调器之间的传播时间为跨度时间；以及 分配给所述上行时隙块的时间根据所述跨度时间而改变。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MAP时分双工分配方案基于时间和频率来为所述多个从调制解调器的上行传输动态地分配时隙；以及 通过所述分配方案被指定以用于传输的时间的每个从调制解调器被指定一唯一的时间和频率组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述频率为多个频率，并且按照由数据调制引起的所述频率的频谱扩展使得所述频率之间避免重叠的方式，将数据调制到所述频率上。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述频率为多个正交调制的频率，并且按照由数据调制引起的所述频率的频谱扩展使得所述频率之间产生部分重叠的方式，将数据调制到所述频率上，但所述重叠可由于频率调制的正交特性而得到补偿。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MAP时分双工方案基于所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的上行数据请求为上行传输动态地分配时隙。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器确定其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的相应CATV线缆树路径上的路径失真或信号强度损耗，且其中，所述主调制解调器和所述从调制解调器交换与所述路径失真或信号强度损耗有关的信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，任一所述从调制解调器将其相应的CATV线缆路径上的所述路径失真或信号强度损耗传送至所述所述主调制解调器，且所述主调制解调器使用所述路径失真或信号强度损耗来构建其MAP时分双工分配方案。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器根据其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的CATV线缆树路径上的所述信号强度损耗或路径失真对其所传输信号的功率进行调制。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器对其传输进行预编码，以补偿其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的相应CATV线缆树路径上的路径失真。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主调制解调器为使用影光纤发送和接收至少一些数据的线缆光纤终端设备；或其中，所述主调制解调器通过影光纤和线缆光纤终端设备将其信号发送至所述从调制解调器。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述频率范围为860MHz以上的频率范围，且小于860MHz的频率范围被留给其他通信模式。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述多个从调制解调器的从时钟时间同步到所述主调制解调器的主时钟上是通过使所述主调制解调器向所述多个从调制解调器发送首调或周期序列来完成的。
16.一种在CATV线缆系统的相同频率范围内双向时分双工数据传输的方法， 所述CATV线缆系统包括:CATV线缆树，其具有配置有主时钟的根主调制解调器和连接到所述CATV线缆树的各个位置上的多个从调制解调器，每个所述从调制解调器配置有从时钟，所述多个从调制解调器沿所述CATV线缆树设置在距所述根部主调制解调器的各个距离处； 所述多个从调制解调器至少包括:自所述主调制解调器起沿最短的CATV线缆树路径设置的最近从调制解调器，以及自所述主调制解调器起沿最长的CATV线缆树路径设置的最远从调制解调器； 所述方法包括: 将所述多个从调制解调器的从时钟时间同步到所述主调制解调器的主时钟上； 确定所述主调制解调器与所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器之间的信号传播时间； 确定所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的当前或计划的上行数据需求和下行数据需求； 使用所述信号传播时间和所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的所述当前或计划的上行数据需求和下行数据需求来构建MAP时分双工分配方案； 其中，所述MAP时分双工分配方案基于时间和频率为所述多个从调制解调器的上行传输动态地分配时隙； 通过所述分配方案被指定以用于传输的时间的每个从调制解调器被指定一唯一的时间和频率组合； 将所述MAP时分双工分配方案发送至所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器； 使用所述MAP时分双工分配方案来控制所述主调制解调器和所述多个从调制解调器之间的双向数据传输； 其中，所述主调制解调器和所述多个从调制解调器之间的双向数据传输包含使用一个或多个误码修正算法进行编码的数据；以及 其中，所述频率范围为860MHz以上的频率范围，且低于860MHz的频率范围被留给其他通信模式。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，每个从调制解调器通过所述MAP时分双工分配方案被分配上行时隙，且不同的上行时隙之间的保护时间为最低保护时间。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述主调制解调器和所述最近从调制解调器之间的信号传播时间与所述主调制解调器和所述最远从调制解调器之间的信号传播时间的差为散布时间； 所述MAP时分双工分配方案基于上行时隙块为所述多个从调制解调器动态地分配上行时隙；以及 所述上行时隙块的末端与分配给从主调制解调器到从调制解调器的下行数据的MAP时分双工时间的起始端之间的上行至下行的保护时间至少为所述散布时间的两倍。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述主调制解调器和所述最近从调制解调器之间的传播时间为跨度时间；以及 分配给所述上行时隙块的时间根据所述跨度时间而改变。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述频率为多个频率，并且按照由数据调制引起的所述频率的频谱扩展使得所述频率之间避免重叠的方式，将数据调制到所述频率上。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述频率为多个正交调制的频率，并且按照由数据调制引起的所述频率的频谱扩展使得所述频率之间产生部分重叠的方式，将数据调制到所述频率上，但所述重叠可由于频率调制的正交特性而得到补偿。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述MAP时分双工方案基于所述多个从调制解调器中的每个从调制解调器的上行数据请求为上行传输动态地分配时隙。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器确定其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的相应CATV线缆树路径上的路径失真或信号强度损耗；且其中，所述主调制解调器和所述从调制解调器交换与所述路径失真或信号强度损耗有关的信息。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，任一所述从调制解调器将其相应的CATV线缆路径上的所述路径失真或信号强度损耗传送至所述所述主调制解调器，且所述主调制解调器使用所述路径失真或信号强度损耗来构建其MAP时分双工分配方案。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器根据其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的CATV线缆树路径上的所述信号强度损耗或路径失真对其所传输信号的功率进行调制。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，任一所述主调制解调器或所述从调制解调器对其传输进行预编码，以补偿其在所述主调制解调器和所述从调制解调器之间的相应CATV线缆树路径上的路径失真。
27.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述多个从调制解调器的从时钟时间同步到所述主调制解调器的主时钟上是通过使所述主调制解调器向所述多个从调制解调器发送音调或周期序列来完成的。
28.根据权利要求16所述的方法，其中，所述主调制解调器为使用影光纤发送和接收至少一些数据的线缆光纤终端设备；或其中，所述主调制解调器通过影光纤和线缆光纤终端设备将其信号发送 至所述从调制解调器。
【文档编号】H04L5/14GK103477652SQ201280018472
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年2月27日 优先权日:2011年2月27日
【发明者】什洛莫·塞利姆·拉基布 申请人:什洛莫·塞利姆·拉基布