混合全数字光纤到catv电缆的系统和方法

混合全数字光纤到catv电缆的系统和方法
【专利摘要】在产生先进的HFC CATV电缆系统的同时缓解向后兼容性的负担。通过将RF QAM调制器从电缆头端移动到服务于邻域CATV电缆的各个光导纤维结点处并且将数据作为IP数据包在光导纤维上从电缆头IP主干发送到各个结点，系统改进了CATV数据携带能力。为了较高的向后兼容性，系统将传统RF波形数字化，或者将传统QAM波形解调为QAM符号，还在光导纤维上将这些数字化的传统RF波形和QAM符号作为IP数据包进行传送，并且随后根据需要重建为原始波形。系统因此能够容易地对传统NTSC、FM、QPSK波形进行处理并且对到达或来自多个结点的传统QAM波形进行部分(QAM符号级别)的压缩而不需要附加的光导纤维波长。系统可以使用非标准上行/下行CATV频率分路、滤波器组接收器以及FPGA/DSP/ASIC方法。
【专利说明】混合全数字光纤到CATV电缆的系统和方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求发明人Shlomo Selim Rakib于2012年11月12日递交的标题为“HYBRID ALL DIGITAL FIBER TO CATV CABLE SYSTEM AND METHOD (混合全数字光纤到 CATV电缆的系统及方法)”的美国专利申请13/674936的优先权并且为该申请的延续；本申请还要求发明人Shlomo Selim Rakib于2012年7月22日递交的标题为“DISTRIBUTED CALBEMODEM TERMINAT1N SYSTEM WITH SOFTWARE RECONFIGUABLE MAC AND PHY CAPABILITY (具有软件可重配置MAC和PHY能力的分布式电缆调制解调器终端系统)”的美国专利申请13/555170的优先权；本申请还要求发明人Shlomo Selim Rakib于2012年5月23日递交的标题为 “EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZAT1N METHODS FOR CATV DOCSIS CHANNELS ANDOTHER APPLICAT1NS (用于CATV DOCSIS信道和其他应用的有效带宽利用方法)”的美国专利申请13/478461的优先权；本发明还要求发明人Shlomo Selim Rakib于2012年4月10日递交的标题为 “EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZAT1N METHODS FOR CATV DOCSIS CHANNELSAND OTHER APPLICAT1NS (用于CATV DOCSIS信道和其他应用的有效带宽利用方法)”的美国临时申请61/622132的优先权；本申请还要求发明人Shlomo Selim Rakib于2012年2月20 日递交的标题为 “METHODS OF ADAPTIVE CANCELLING AND SECONDARY COMMUNICAT1NSCHANNELS FOR EXTENDED CAPABILITY HFC CABLE SYSTEMS (自适应取消方法和用于扩展能力HFC电缆系统的次级通信信道)”的美国专利申请13/400415的优先权；这些申请的内容通过引用的方式合并在本申请中。

【背景技术】
[0003]最初在20世纪40年代末期作为通过同轴电缆将电视信号传送到接受较弱的地区中的家庭的方式被提出的电缆电视(CATV，Cable Televis1n)已经经过了多年的改进以及扩展以使得电缆介质能够对数量不断增长的包括数字电视以及宽带互联网数据的不同类型的数字数据进行输送。
[0004]多年来，该20世纪40年代和50年代的系统已经经过扩展以提供越来越多的功能。近年来，已经通过使用光导纤维以对传送数据的载荷进行处理来扩展CATV系统，该数据来自处理本地邻域的不同CATV电缆以及电缆头或系统的运营商。在此，通常使用光导纤维对数据进行远距离传送，并且光(通常为红外光)信号随后被许多本地光导纤维结点变换为射频(RF)信号从而通过CATV电缆(通常在5MHz至IGHz频率)进行传递。这样的系统通常被称为混合光纤电缆系统，或HFC系统。有线电视运营商用以向系统中注入信号(例如，数据)以及从系统中提取信号(例如，数据)的复杂电子设备通常被称为电缆调制解调器终端系统或CMTS系统。
[0005]本领域的现有技术的更加详细的说明能够在共同申请12/695582中找到，该申请的内容通过引用合并在本申请中。
[0006]使用各种类型的CMTS系统和光纤结点的现有技术成果，包括Liva等人的美国专利7149223 ；Sucharczuk等人的美国专利申请2007/0189770 ；Sawyer等人的美国专利申请 2003/0066087 ;以及 Amit 的美国专利 7197045。


【发明内容】

[0007]随着用户对于日益增长的下载和上传带宽总量的需求的增加，HFC技术的进一步改进和提高是很有必要的。
[0008]本发明在某种程度上基于以下认识:为了对HFC技术进行进一步提高，背离现有技术方案对HFC网络的CATV部分上的上行和下行数据进行分配，以及背离现有技术方案对HFC系统的光纤部分上的上行和下行数据进行分配是有用的。
[0009]为了达到系统性能的重大改进，在一些实施例中，实现用于HFC网络的光导纤维部分上的数据传输的新方案并且实现用于HFC网络的CATV部分上的数据传输的新方案是有用的。
[0010]当前HFC系统的光导纤维波长的光纤部分所使用的光波形通常只是被用于在CATV电缆上传送RF信号的相同波形的频移版本。尽管这些RF到光以及光到RF的波形复制方法具有简单的优点，但是由于诸如拉曼散射之类的各种光导纤维信号传播效应，这样的RF到光的频移CATV波形对于可用光导纤维频谱的使用没有效率。这是因为各种光导纤维效应使得各个波形变得模糊或者失真易导致相邻光导纤维波长之间的串扰，并且完全没有对CATV波形进行优化以解决这些效应。通过转移到替代类型的波形，例如被用于传送吉字节以太网(GigE)信号的波形(通常使用诸如二进制相移键控(BPSK)或者正交相移键控(QPSK)调制之类的更加抗失真的波形)，可以在光导纤维上发送高得多的数据量。单位波长的数据传输率能够更高，并且不同的波长能够更加靠近地进行间隔排列。
[0011]与此同时，在HFC网络的射频(RF)侧，CATV频谱也未被无有效率地使用。可用的5MHz至大约IGHz CATV频率中的多数目前填充有QAM频道，在大多数情况下，QAM频道携带的下行数据(此时)实际上并未被连接到电缆上的各个住户所使用。另一个问题是，只有仅CATV频谱的一个极小范围(通常为5-42MHZ)被分配用于上行数据。该相对较窄的频率范围必须携带用于整个CATV邻域的上行数据。这导致对带宽或者能够可从各个住户处上传的数据量产生的极大的限制。因此，传统的CATV系统是非对称的，具有远高于上行数据速率的下行数据速率。
[0012]本发明提出新的HFC系统和方法以携带高得多的上行和下行数据量。在HFC系统的光纤部分，本发明提出使用能够远距离携带高得多的数据量的非CATV兼容波形(例如，GigE而不是QAM波形)。在HFC系统的电缆部分，本发明提出改进的系统和方法，该改进的系统和方法更加有效率地使用CATV电缆的有限的5MHz至1-GHz带宽。
[0013]本发明在某种程度上通过使用智能光导纤维结点来运行，并且本发明在某种程度上是在先前共同未决美国专利申请12/692582以及之前说明的其它共同未决专利申请中所讨论的CMRTS光导纤维结点的进一步扩展。
[0014]在一些实施例中，本发明可以是以运行在混合光纤CATV电缆(HFC)网络中的数字光导纤维结点为基础的系统和方法。这样的系统通常包括电缆头端，该电缆头端通常与诸如互联网或其它高速数字网络之类的IP主干网进行IP通信。这些HFC网络通常还包括一个或更多个与头端通信的光导纤维，以及至少一个且通常为很多的数字光导纤维结点(DOFN, digital optical fiber node)。
[0015]这些数字光导纤维结点与之前在各个共同未决的申请中说明的电缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)以及数字电缆调制解调器远程终端系统(D-CMRTS)具有相同的元件，这些共同未决的申请例如美国母专利申请12/692582、61/385125、12/907970、13/346709、13/478461以及13/555170，这些申请的内容通过引用而合并到本申请中。因此，这些数字光导纤维结点(DOFN)将作为D-CMRTS单元在本发明的替代方式中被频繁地讨论。
[0016]为了形成HFC系统，这些各个DOFN或D-CMRTS单元被连接(S卩，以RF通信的方式)到各个CATV电缆(例如，能够进行RF传输的同轴电缆)上，并且被连接到至少一个CATV电缆装置上，CATV电缆装置为各种电缆调制解调器、机顶盒、数字电视、计算机等。
[0017]按照早先发明中所描述的，尽管发明人的早先的D-CMRTS单元从一开始被设计为具有很高的能力以向CATV系统提供附加数据处理能力(例如，高于并超出目前的DOCSIS
3.0标准)，然而一个具有挑战性的问题是，如何在具有大量传统设备的环境中提供良好运行能力的同时提供更多的功能。
[0018]本方法的独特方面是，在提供高级功能并且通常完全放弃在光导纤维上使用光学版本的标准QAM、NTSC、FM波形的同时，本申请所公开的改进的DOFN或D-CMRTS单元仍然具有很高的与传统设备共同运行的能力。
[0019]在此，所公开的系统被设计具有很高的能力以运行在数字光导纤维域中(例如，使用诸如GigE之类的光导纤维数字传输协议)，同时仍然提供诸如模拟NTSC电视频道、FM音频频道、QPSK频道、QAM频道等携带各种类型的传统模拟CATV RF波形的CATV RF信号。本发明具有的附加优点是，因为数字数据传输协议能够轻易容易地从许多替代性的地址携带数据包以及将数据包携带到许多替代性的地址，所以本发明的方法能够在不使用例如大量的替代性的光导纤维波长的情况下运行。相比之下，在现有技术中的方法之下，需要使用大量的替代性的光导纤维波长以容纳可来源于许多不同类型的传统光导纤维结点的许多不同类型的模拟传统CATV波形。
[0020]根据本发明，这样的改进能够通过例如使用高速模数转换器将传统CATV模拟波形转换为数字形式和/或通过QAM波形调制为潜在的QAM符号来完成。该方法具有的优点是，在不需要系统知道波形的潜在数据内容的情况下，这些波形随后能被变换为数字数据包(IP数据包)。
[0021]有关QAM符号方法的进一步讨论，可以参见共同未决申请13/478461，“EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZAT1N METHODS FOR CATV DOCSIS CHANNELS AND OTHERAPPLICAT1NS (用于CATV DOCSIS信道和其他应用的有效带宽利用方法)”，该申请的内容以引用合并在本申请中。
[0022]数字化波形数据随后能够作为IP数据包使用诸如GigE之类的数字光导纤维数据传输格式在HFC光导纤维上进行输送。
[0023]更加特别地，任何类型的CATV传统下行RF波形(例如，NTSC、FM、QPSK)和/或诸如各种QAM波形之类的更多的标准CATV下行RF波形能够使用高速模数转换器或其它的对这些传统下行RF波形进行采样和数字化的方法来进行数字化，因而产生传统下行RF波形的数字样本。该数字数据随后能够被转换为IP数据包并在光导纤维上进行发送。替代性地并且更有效率地，在更多的标准RF QAM波形将在被下行传送的情况下，可以对这些使用各种潜在QAM符号所构造的复杂RF QAM波形进行解调并且确定出潜在QAM符号。这些解调的QAM符号随后还能够被转换为各个数据包并且在HFC光导纤维或光纤上光学地下行传送。
[0024]一旦作为IP数据包的形式，到达或来自各个装置的这些IP数据包就可使用诸如廉价交换机之类的低成本设备则能够被用于容易地对到达或来自各个装置的这些IP数据包进行分类和输送。
[0025]为了重构这些各个传统CATV RF波形，在数字光导纤维结点或D-CMRTS单元处，各个RF数字重建装置可以被配置为接收下行RF波形的数字样本(数字样本被数字地在光导纤维上下行传送)，并且将这些数字波形样本重建到一个或更多个本质上重新产生原始RF波形的下行数字重建RF波形频道中。
[0026]替代性地或附加地，在数字光导纤维结点或D-CMRTS单元处，还可存在一个或更多重调制器装置，该重调制器装置被配置为接收在光导纤维上传送的下行数字QAM符号，以及将这些QAM符号重调制为一个或更多下行QAM符号，再次产生在本质上重新产生原始RF QAM频道的重调制RF QAM波形和频道。
[0027]为了提供更加高等级的服务(例如提供更高的CATV数据携带能力以及提供超过目前DOCSIS 3.0标准的功能)，数字光导纤维结点或D-CMRTS单元通常还包含一个或更多诸如QAM调制器之类的IP到QAM转换装置。这些QAM调制器可以被配置为接收在光导纤维上传送的下行数字IP数据包，并且将这些数字IP数据包调制为一个或更多个基于下行IP的RF QAM频道。这些基于下行IP的RF QAM频道可以是广播QAM频道、窄播QAM频道、点播QAM频道等等。
[0028]通常根据本发明，数字光导纤维结点或D-CMRTS单元使用两个或更多个上述选项，并因此使用RF合路器装置并且随后在CATV电缆上将这些各个RF频道下行传送到各个CATV电缆装置，该RF合路器装置被配置为将这些数字地重建的RF频道、QAM符号重调制RFQAM频道以及这些基于IP的RF QAM频道中的任意频道进行合路。

【专利附图】

【附图说明】
[0029]图1示出了目前被分配用于典型CATV电缆的携带有传统模拟电视FDM频道、QAM数字电视频道以及各种类型的DOCSIS数据的各个频率和数据频道的总体视图。
[0030]图2示出了被分配给现有技术的光导纤维波分复用方案(150)和高密度波分复用(DffDM)方案(160)的各个波长的总体视图。尽管本发明可以使用DWDM方法，但是本发明并不需要DWDM方法并且在一定程度上降低对DWDM方法的需求，因为本发明能够使用例如GigE光数据包(170)将更多类型的数字数据匹配到单波长上。
[0031]图3示出了现有技术中HFC系统如何将数据从电缆头传送到为不同邻域提供服务的不同光导纤维结点处。
[0032]图4对现有技术中的HFC系统与本发明的改进数字传输方法之间在下行数据传输中的差别进行对比，现有技术中的HFC系统使用根据传统CATV波形(例如，许多QAM波形)的1310nm光导纤维红外模拟信号。相比于现有技术，因为本发明能够使用各种数据包数字地传送全部CATV数据，所以更高效的数据率和优秀的IP数据包寻址能力允许在相同波形上发送更多的不同类型的数据。本发明通过提供各个转换器保留了向后兼容性，转换器在传统波形与IP数据包之间向后或向前转换。
[0033]图5示出了工作在下行模式中的本发明的总体视图，显示了改进的“智能”D-CMRTS光纤结点如何能够为用户下行输送更高有效量的定制数据。
[0034]图6示出了本发明如何还可以将从标准(美国)5_42MHz上行频率范围分离的CATV上行/下行频率重新分配到交替的并且通常更宽的上行频率范围。这有助于系统将远远更多的上行数据从本地邻域传送到电缆头。
[0035]图7示出了显示D-CMRTS光纤结点如何工作的一个实施例的更加详细的视图。
[0036]图8示出了 D-CMRTS光纤结点的CMRTS部分如何工作的附加细节。CMRTS部分提供了系统的许多更闻功能。
[0037]图9示出了虚拟机架(VS)管理器和配置数据库可如何对各个D-CMRTS光纤结点以及可选地HFC网络系统中的其它活动结点和交换机当中的大多数或者全部功能进行控制。
[0038]图10示出了住宅网关(1100)，该住宅网关(1100)还能够在具有为上行数据分配的扩展频率(例如，5-547MHZ或替代的上行频率范围)的CATV电缆系统与被设计用于的标准5-42MHZ上行频率范围的住宅设备之间进行转换。

【具体实施方式】
[0039]命名法:在本说明书中，术语“传统信号”通常被用于描述各种旧的标准CATV RF信号，例如，NTSC(电视)信号、FM广播信号、机顶盒信号等。然而应当理解，本发明的方法实际上使用任何类型的RF信号进行操作。因此，尽管被用于通过提醒读者本发明的方法尤其适用于处理各种CATV传统RF波形来提高可读性，然而传统信号这个术语并不用于进行限定。
[0040]如之前所述，现有技术中以一个或更多个CATV模拟调制的光波长的形式将HFC数据沿着光导纤维进行传送是没有效率的。也就是说，现有技术中的方法限制了能够发送的数据的量。这是因为当模拟波形被转换到光波长时，被用于在CATV电缆上传送RF信号的模拟波形无效率地工作。由于包括拉曼散射在内的各种效应以及其它非线性光导纤维效应，当过多的模拟调制光波长被彼此过于靠近(依照波长差)地置于光导纤维上时，不同波长之间的串扰有可能将(通常由许多QAM调制波形组成的)复杂CATV RF模拟信号退化至串扰导致该信号无用的点上。
[0041]因此，为了当在光导纤维上携带CATV调制模拟信号时防止CATV调制模拟信号的退化，波长必须被伸展到更宽。因此，由于串扰效应，光导纤维可能只能够传送几个(例如，8个)未被有效地调制CATV信号，该信号各自每秒钟传送大约6吉比特的数据。
[0042]相比之下，如果使用更高效数字地调制的信号(例如，GigE数据格式)，相同的光导纤维分支能够传送远远更多波长(例如，80)的信号，并且每个波长则可以传送远远更多的数据，例如，每秒钟传送10至100吉比特的数据。
[0043]共同未决申请12/692582提出了生成在该申请中被称为电缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)装置的一种新型光导纤维结点的优点，CMRTS基本上将现有技术电缆调制解调器终端系统(CMTS)中的许多功能(比如生成QAM信号)从中央电缆头向下推送到为邻域CATV电缆提供服务的许多分布式光导纤维结点处。因此，根据申请12/692582，非CATV符合信号通过一携带有被更有效率的数字以太网协议调制的光(例如，GigE信号)的光导纤维可以被发送到中央电缆头或者从中央电缆头发送到各个远程CMRTS光导纤维结点。CMRTS光导纤维结点随后将这些非CATV符合信号转换为CATV符合RF信号，例如，多个不同的RF QAM调制信号和/或其它类型的信号。
[0044]本发明进一步建立在该概念上，并且进一步提出通过降低或抛弃附加的向后兼容性要求而获得的优点，该向后兼容性要求例如传统RF波形(例如，QAM波形)被沿着HFC光导纤维传送的同时保留基本的波形特征(例如要求光QAM波形与RF QAM波形相同)的要求。
[0045]其它与纯粹的向后兼容性的背离也可以被减少。例如，根据本发明，现有技术中的CATV上行要求，即上行数据必须作为5-42MHZ范围中若干2MHz宽的QAM频道进行携带，可被丢弃以支持使得更大量的上行数据被传送的替代性的上行方案。也就是说，5-42MHZ范围可以被扩展到更高频率范围，例如被扩展到5-547MHZ范围，这使得上行数据能够被更高速率地传送，但是当然会消减下行数据的传输速率。
[0046]然而，即使上行带宽问题在HFC系统的CATV电缆侧得到了解决，但是如果根据现有技术的方案(例如，以基本不变的形式在光导纤维上挤压(shove)模拟信号)使用光导纤维，那么光导纤维目前限制了速率。也就是说，如果使得大量的具有自己的CATV电缆分支的不同邻域能够开始传送远远更多的上行数据，除非在HFC网络的光纤部分上发送数据的方法有所改变，否则在光纤级将很快出现瓶颈。这是因为现有技术中处理上行数据的HFC方法通常仅仅将模拟RF调制的CATV上行波形简单地转换为等同调制的光导纤维红外光波形，并且随后在光导纤维上传送回该数据。尽管这样的转换过程能够使用廉价转换器容易地完成，然而如之前所述，该方案具有的缺点是并没有针对光导纤维进行优化。考虑对来自多个邻域的上行数据进行集中的问题。尽管来自每个邻域的CATV RF数据都可以被转换为稍微不同的红外频率，被置于光导纤维上，该光导纤维被合路并且复合多波长信号在该光导纤维上被上行发送，但是低效率的CATV RF调制方案意味着每个波长仅携带相对较少量的数据。进一步地，因为串扰效应，与能够被集中的数据对应的不同邻域的数量同样被限制。因此，由于现有技术的低效率，光导纤维携带上行数据的潜在巨大能力很快变得有限。
[0047]然而，通过对HFC系统完全向后兼容在光导纤维上无低效率地携带传统模拟RF波形方面是完全向后兼容的这个要求进行降低，能够通过在光导纤维上传送数据之前将上行数据重新封装为更有效率的调制格式来处理本发明中生成的远远更高的上行带宽量，该更有效率的调制格式例如数字(GigE)调制格式。因此，根据本发明，更少量的诸如GigE数据包之类的更高数据密度并且被更有效率地调制的光导纤维优化信号可以被发送。这克服了现有技术中光导纤维调制方案的低效率，并且有助于消除光导纤维上行传输瓶颈。
[0048]如同共同未决申请12/692582，本发明在某种程度上依赖于完全不同的CMTS设计，其中，CMTS PHY部分中的QAM调制器(被用于最终提供用于将RF数据信号发送到给定独立电缆的波形)通常不位于中央电缆头处，而是被划分并推送到HFC网络的远程光导纤维结点处。也就是说，相比于现有技术中QAM调制器位于中央CMTS单元上的主要(集中化，例如电缆头)CMTS线路卡的PHY单元中的设计，在本发明中，QAM调制器的一些或者全部都位于远程或分布式CMRTS光导纤维结点的PHY部分。
[0049]替代性地，因为要求对于传统设备更强的兼容性，QAM调制器中的至少一些或诸如NTSC电视、RF广播、机顶盒QPSK信号之类的其它RF信号发生器能够仍然保留在头端。然而在该实施例中，使用传统头端设备输出的传统RF波形通常在光传输之前被数字化。该数字化能够使用包括高频模数采样或通过例如对各个QAM波形进行解调在内的各种手段完成，从而对用于生成QAM波形的潜在QAM符号进行确定并且数字地发送结果。在光导纤维结点处，这些RF波形则能够例如通过数模转换和RF调制或通过数字地发送QAM符号以控制一个或更多RF QAM调制器来重新生成。
[0050]然而通常情况下，简单地以标准IP数据包类型的数字数据形式将数据发送到各个光导纤维结点是有用的。光导纤维结点能够检验数据包，确定哪些数据包对应于哪些信号，并且例如随后根据需要使用适当的数据包来对(例如，针对广播QAM信号、窄播QAM信号、DOCSIS QAM信号等的)位于RF QAM调制器的各个光导纤维进行驱动。
[0051]在在先申请12/692582中，这些具有本地QAM调制器的高级光导纤维结点被称为电缆调制解调器远程终端系统(CMRTS)单元。在此，为了更好地强调本发明使用数字波分复用(例如，使用诸如 lGigE、10GigE、EP0N、BP0N、GP0N、10GP0N、S0NET、光纤频道、FSAN 等等的替代数据传输格式)来正常工作，本发明的功能更强的CMRTS单元在此被表示为D-CMRTS单元，其中D可以被用于象征D-CMRTS单元对传统信号的数字编码/解码方法。
[0052]为了更好地强调HFC系统的头端处的功能改变，头端处的更强能力的电缆调制解调器终端系统(CMTS)通常被称为D-CMTS单元，其中D再次被用于象征D-CMTS单元的数字编码能力。
[0053]如同之前在12/692582中公开的CMRTS单元，本申请所公开的D-CMRTS单元通常也位于HFC系统的光纤部分与HFC系统的电缆部分之间的最终网络光纤结点(FN)处。
[0054]在12/692582中所述的CMTS系统中，一些QAM调制器位于头端处的中央化CMTSPHY部分中，同时一些QAM调制器位于远程CMRTS单元中。CMTS QAM调制器被用于使用RFCATV(例如，QAM)调制的红外光信号在光导纤维上发送数据，例如，电缆TV频道的标准化数据包以及通常可能由许多邻域请求的的基础等级的DOCSIS服务。这有助于维持对于现有技术中的HFC系统的向后兼容性。
[0055]尽管在本发明中，为了集中于本发明的能够为用户提供更大量的上行和下行数据的方面，并未对该类型的向后兼容性的过多细节进行说明。然而，在一些实施例中，本发明的方法还可以利用12/692582的这些向后兼容的方面。例如，一些QAM调制器可以根据需要继续以诸如1310nm之类特定的传统波长在光导纤维上发送CATV调制(例如，QAM)波形，并且这些CATV调制波形能够在光导纤维结点处通过简单的光电(0/E)换能器被转换回QAMRF信号。
[0056]换句话说，全数字发明都不会失效，因为标准CATV波形被置于光导纤维上(例如，以不同的波长而不是本发明所使用的波长)。可以考虑到例如混合邻域系统，其中，本发明的全数字方法被用于一些使用光导纤维以第一组光波长供应的邻域，并且被用于使用相同光导纤维供应但是以第二组光导纤维波长工作的其它邻域中的传统设备功能。
[0057]在一个优选实施例中，为了维持向后兼容性，(在光导纤维上从头端到光导纤维结点的下行传输或者从光导纤维结点到头端的上行传输过程中)诸如QAM波形、NTSC电视波形、QPSK波形之类的各种传统头端波形能够使用各种方法被数字化以用于传输，并且随后在光导纤维传输之后被重建。如之前所述，这些数字化方法能够从强力一直到更加复杂的方法，强力即就是在奈奎斯特频率(例如，潜在波形的最高频率的2倍)附近的高速模数采样，更复杂的方法例如对各种QAM波形进行解调以提取用以首先生成波形的潜在QAM符号。
[0058]通常，强力，也就是高频模数采样方法可能更加适合于传统NTSC、FM或QPSK波形(频道)。相比之下，QAM解调方法可能更加适合于传送各种SD或HD数字电视的QAM频道、DOCSIS QAM频道等等。
[0059]然而通常情况下，数字地发送IP数据包是更加具有效率的(即使得每秒所需的比特率最小化)，该IP数据包例如包含有诸如广播QAM频道、窄播QAM频道、DOCSIS频道以及其它类型的频道的各种各样的数据的IP数据包。因此，当不需要传统用途时，本申请所述的方法通常倾向于选择使用一使用数据包(例如，GigE格式)将数据传送到光导纤维结点的方法，并且光导纤维结点转而取得这些IP数据包并且将IP数据包转换为需要用于在CATV电缆上传输的各种QAM波形或类似波形。
[0060]因此，本发明的一些实施例可以选择在任何电缆头中不具有QAM调制器并且通过光导纤维发送纯粹非CATV兼容波形(例如，数字IP数据包)。这些系统可以依赖于远程D-CMRTS单元以生成系统中的全部下行QAM信号。
[0061]因此，在一个实施例中，本发明是用于对混合光纤电缆(HFC)网络的数据携带能力进行增强的方法，该HFC具有电缆头、光导纤维网络、多个光导纤维结点、多个连接到多个光导纤维结点(D-CMRTS单元)上的独立CATV电缆以及被连接至独立CATV电缆中的每个的多个独立电缆调制解调器，每个调制解调器具有不同的数据要求。
[0062]该方法可以通过使用在一个或更多个波长下运行的至少一个光导纤维来工作以将第一组下行数据从电缆头输送到光导纤维结点。第一组下行数据可以以数字格式被传送，该数字格式不能够通过简单的光到RF转换器而被直接被注入到独立CATV电缆中。
[0063]在此，通常大量的数据可能被传送以使得如果全部第一组下行数据都被转换为RFQAM波形，那么该数据的带宽将超出系统中单独CATV电缆中任何一个的可用带宽。为了避免该问题，通常仅该第一组下行数据的选择的部分在这些光导纤维结点处被转换为下行RFQAM波形。
[0064]对于(具有自身光导纤维结点和CATV电缆的)任何给定CATV电缆邻域，光导纤维下行数据的被选择部分可能不同。在光导纤维结点处，数据包将被选择，并且这些被选择的数据包被转换为下行RFQAM波形，该下行RF QAM波形转而将被注入到独立CATV电缆中。
[0065]在此，主要限制是，对于每个独立CATV电缆，下行RF QAM波形应当被选择以使得所选择的下行RF QAM波形的总量不超过独立CATV电缆的可用带宽。
[0066]在一个优选实施例中，本发明的D-CMRTS单元通常被设计为高度软件可配置的，以使得D-CMRTS单元运行其远程或分布式QAM调制器以发送下行数据的能力，以及D-CMRTS单元运行各个RF数据包处理器的能力都能够使用远程软件进行重配置，各个RF数据包处理器从各个电缆调制解调器接收调制的上行数据的多个RF突发，对突发进行解调，将该上行数据数字化并重新组装为数据包以及对将该数据重新上行回传。这样的方法能够大大简化分布式D-CMRTS网络的管理和配置。
[0067]作为一个简化的示例，为了将标准化TV频道集和其它服务供给到三个邻域中的三个电缆上，头端设备在其PHY单元中可能具有QAM调制器(参见图7中的614)，该QAM调制器被设置为通过处于光波长的多个QAM信号来驱动光导纤维。
[0068]如果需要向后兼容性，则头端可以具有转换器单元(399)，转换器单元(399)对来自传统头端的QAM、FM、QPSK调制器和其它RF调制器(614)的输出进行截获拦截，并且相对地暴力强力的方法(高速模数转换器、QAM调制为QAM符号)对将该输出进行数字化。来自这些转换器的数字输出随后能够沿着光导纤维(218)连通连同其它数字流量(例如，来自GigE PHY调制器620) —起被传送到光导纤维结点。
[0069]在一些邻域中，简单的“非智能(dumb) ”转换器和“非智能”光导纤维结点能够同传统头端设备(614)取得该数字数据，并且通过诸如数模转换￠00)、使用QAM符号进行的QAM解调(603)之类的各种简单方法将数字数据转换回QAM、FM和QPSK信号。这些“非智能”转换器和光导纤维结点随后能够将这些重建的RF信号注入到那些配备有“非智能”转换器和光导纤维结点的邻域CATV电缆(226)中。
[0070]如果不需要向后兼容性，在一些实施例中，电缆头端可能不具有QAM调制器(或者其CATV PHY单元614中的诸如RF和QPSK调制器之类的其它调制器)，并且沿着网络(218)的光纤部分到达各个D-CMRTS噶光导纤维结点的全部信号可被数字地调制为GigE或其它格式。对于向后兼容性选项的更多详细说明请参考12/692582。
[0071]在本说明书中的诸如图7的一些示例示出了混合工作模式，其中，一些邻域中的一些传统“非智能”转换器和光导纤维结点与其它邻域中的更多高级D-CMRTS光导纤维结点结合工作。其它示例示出了不再需要对于非智能光导纤维结点的向后兼容性的纯粹GigE模式。
[0072]因为D-CMRTS单元通常将光导纤维和各种数字以太网(GigE)协议作为其主要通信手段进行使用，该GigE光纤数据要求通过远程D-CMRTS单元(304)中的部件(例如，600、603)进行转换、格式变换以及QAM调制。D-CMRTS单元中的QAM调制器随后提供射频(RF)QAM信号，该RF QAM信号能够被注入到电缆中并且被附接在各个电缆上的电缆调制解调器识别。
[0073]如之前所述，在本地D-CMRTS光导纤维结点处生成CATV RF数据中的一些或全部的最大优点之一是使用诸如各种数字GigE数据传输方案之类的调制方案的光导纤维能够携带大量数据，这些调制方案针对光导纤维介质的信号传输特性可被优化。也就是说，通过消除对用于在CATV电缆上发送RF数据的信号波形(通常为QAM波形)的直接且简单的来回转换的需求，光导纤维信号在单位波长中携带更多的数据，而且使得附近光导纤维波长处的更大量的信号能够以最小的干涉进行发送。
[0074]如同在先公开12/692582，本发明在某种程度上依赖于以下观察:在当前级别的稀疏间隔尺寸(其中多个邻域由相同的CATV QAM信号提供服务)，对于来自为多个邻域提供服务的多个电缆的IP点播数据的总需求可能容易地使有限的CATV带宽饱和。也就是说，当某些定制不存在时，因为数据不符合CATV电缆而无法被全部发送到每个人。然而，在更精细级别的间隔尺寸上(其中每个邻域可以具有自己的定制CATV信号)，针对独立邻域的IP点播数据更加有可能适合于每个邻域的CATV电缆的有限带宽。
[0075]该技巧因而通过挑出并选择待传递到每个邻域的标准QAM与QAM IP/点播信号的混合来避免使每个邻域的特定CATV电缆带宽过载。然而，如同在先公开12/692582，本发明的对邻域特定CATV频道与数据服务的可能不断改变的混合进行传递的方案产生了一些更加复杂的网络管理问题。在此，可以使用之前针对12/692582所述的计算机控制系统。
[0076]计算机控制系统可以例如对为各个邻域提供服务的各个电缆上的可用带宽进行管理。当被用于向后兼容第一选项模式中时，传送的“标准” QAM频道(如果存在)可以被有线电视运行商提前固定，并且这些频道可以保持相对稳定。当被用于更差的向后兼容以及更高的性能模式中时，计算机化系统可以对由任何给定的中央D-CMRT线路卡传送的“标准”QAM频道(如果存在)以及由远程D-CMRTS单元传送的用户定制或“优质”IP/点播QAM频道进行改变。
[0077]在CATV术语中，电缆头处的各个CMTS系统通常被称为“机架”或“CMTS机架”。尽管本发明将CMTS单元的功能从电缆头分配到可能被分布于贯穿整个网络的广布的光导纤维结点上的D-CMRTS单元处，然而从网络管理角度来看，在一些实施例中，其它网络设备和软件继续与此网络分布式D-CMTS单元通信更加简单，就像仍然是单一电缆头CMTS (500) 一样。因此，在一个实施例中，管理网络分布式CMTS的该计算机控制系统和软件也被称为“虚拟机架”硬件和软件，因为计算机控制系统可以对包括在分布式CMTS系统运行中的复杂配置问题进行管理以及随后在需要时使该复杂性屏蔽于系统的其余部分。因此，电缆头系统的剩余部分不需要被重新设计以处理分布式CMTS功能，而是可以继续像现有技术的CMTS一样对本发明的分布式CMTS进行处理。
[0078]因此，在一些实施例中，虚拟机架硬件/软件系统可以例如将以下各项作为输入:多个邻域上的对于基本TV频道和基本DOCSIS服务的用户需求，单独邻域中对于高级或优质点播TV或优质DOCSIS IP服务(IP点播)的用户需求以及可在电缆上携带的未限制数量的QAM总频道。
[0079]在第一选项中，虚拟机架系统简单地使用由有线电视运行商提供的无论哪个空白QAM频道进行工作，并且工作以在此整体限制内对到达用户的数据进行优化。
[0080]在第二选项中，为了发送更多的数据，虚拟机架系统可以有效得多。虚拟机架系统可以例如指挥头端线路卡的PHY单元(614)中的QAM调制器来停止在QAM频道(频率)上发送信号，以空出此QAM频道(频率)以用于邻域特定QAM频道(频率)。对于本发明，该过程通常走向极端，并且中央头端可能不发送任何传统QAM信号。这空出了最大数量的QAM频道以用于随后的邻域特定优化。
[0081]在第三选项中，虚拟机架系统可以命令D-CMRTS单元对其邻域CATV频谱或调制方案进行重新分配以使得更多的上行数据能够被传送。例如，D-CMRTS单元可以与各个被有CATV电缆连接的住宅网关(参见图10)共同工作以将更大数量的CATV带宽分配给上行数据。
[0082]在任一选项中，虚拟机架系统可以命令头端GigE PHY(620)单元使用诸如GigE波形之类的光导纤维优化数字数据携带波形将邻域特定(IP/点播)数据发送到那些邻域。虚拟机架系统随后命令为目标邻域提供服务的光纤结点上的远程D-CMRTS采用此IP/点播数据、使用本地CMRTS装置(604)对数据进行解码和QAM调制、以及使用目前空白QAM频道(频率)将此目前RF调制QAM数据注入到用于该特定邻域的电缆上。
[0083]虚拟机架系统还能够命令为不同邻域提供服务的不同光纤结点上的远程D-CMRTS单元来采用来自大量上行GigE数据的用于此邻域的IP/点播数据，对此数据进行解码和QAM调制，以及同样将此目前RF调制的QAM数据注入到用于该邻域的电缆上。
[0084]注意到通过本方法，即使邻域可能选择性地(为了向后兼容性)从头端接收一些公共传统QAM频道和数据，然而整体CATV QAM频道可以不相同。不如说，至少对于IP/点播数据来说，相同的QAM频道(频率)目前携带用于两个不同邻域的不同数据。
[0085]通过使用这些系统和方法，各个电缆和QAM频道的有效数据携带能力得到增大。然而，与此同时，如果中央化计算机系统(虚拟机架)被正确配置，则交换配置的大部分复杂性能够被选择为对于上相(电缆头)和下行(电缆调制解调器)系统不可见，因此能够具有与现有HFC设备的良好的向后兼容性。
[0086]如同12/692582，在一些实施例中，系统可以基本上独立于电缆头处的传统CMTS或D-CMTS单元工作，并且基本上通过在电缆头处添加最少的新设备来补充现有技术中传统设备的功能。
[0087]在此，电缆头处的该新设备可以包括对传统QAM、FM、QPSK波形进行转换以用于数字输出的各种数字转换器(399)。其它设备可以包括介质等级2/3交换机￠29)、虚拟机架管理熊(622、630)、以及适合的MAC和PHY装置以沿着光导纤维发送和接收数据。传统电缆设备CMTS因此(根据需要)继续像之前一样工作，只有一个例外，即有线电视运营商应当提供相当数量的空CATV频道从而为本发明所提供的新的CATV频道提供空间。换句话说，如果有线电视运营商使得各个CATV电缆被传统QAM频道所饱和，则没有足够的CATV带宽以用于提供很多其它频道。
[0088]在一些实施例中，系统的某些部分可以被嵌入到高级D-CMTS (数字电缆调制解调器终端系统)头(500)中，该高级CMTS头至少具有第一数据包交换机、第一 MAC (MediaAccess Control,介质访问控制)以及第一PHY(Physical Layer,物理层)，第一MAC和第一PHY可选地能够将数据作为至少多个第一数字编码模拟QAM波形(第一光信号)从层2-3交换机接收并且发送到第一光导纤维的第一端。
[0089]在一些实施例中，该第一 PHY(614)和MAC(612)可以被省略，并且作为替代的D-CMTS 头反而可以仅使用第二 MAC (618)和第二 PHY (620)，第二 MAC (618)和第二 PHY (620)能够从层2-3交换机接收数据并发送到光导纤维。
[0090]如之前所述，尽管在优选实施例中，全部的HFC光导纤维信号都以数字格式进行发送，然而系统仍能够工作在更强向后兼容模式中。在此，诸如标准的HFC 1310nm波长之类的向后兼容的波长可以被保留用于现有技术中的模拟调制光导纤维信号(例如，QAM波形)，该信号随后可以使用转换器单元被数字化以用于光导纤维传输。本发明的数字信号随后工作在不同波长上，并且第二头端PHY可以使用该替代光波长对来自IP主干的数据进行接收和发送。
[0091]使用类似的数字协议(例如，诸如GigE之类的各种IP数字协议)来发送传统(数字化模拟调制光导纤维信号)数据和高级数据通常很方便。这是因为相同交换机可以被用于对传统信号和高级功能信号进行处理。这是因为当全部数据流使用相同类型的数字协议时，如之前一样简单交换机能够被用于发送相关数据包到相关信宿，并且一旦数据包到达其预期的信宿就使用适合的设备对这些数据包进行处理。
[0092]如之前所述，尽管可以根据需要使用许多光导纤维波长来发送和接收数据，然而本发明能够降低使用多个光导纤维波长的必要性，并转而降低成本。
[0093]如果需要向后兼容性，D-CMRTS光纤结点可以选择性地包含外置的“非智能”数字的光到RF(射频)转换装置(参见图6中的401)，该转换装置将现有技术调制光信号的数字化版本转换为第一组RF信号集，该现有技术调制光信号在光纤的第一端处使用CMTSPHY (614)作为QAM波形进行发送，使用转换器(399)进行数字化，在光导纤维上以数字方式被数字地发送，以及随后被重建为原始波形的副本。根据电RF到数字光导纤维转换的方向的不同，这些转换装置通常被称为0-D/A-E转换器或A-E/0-D转换器(即，光学-数字到模拟-电子转换器或者模拟-电子到光学-数字转换器)。然而，该功能通常被包含在D-CMRTS 结点(例如，600、601、603 和 605)中。
[0094]在替代并且通常更加昂贵(但是更高性能)的D_CMRTS(300)、(304)单元被设计为工作在多个不同光波长处的实施例中，该单元可以包含一个或更多波长分路装置，例如作为单元的内部交换机(560)的一部分的Brag滤波器、棱镜、光栅以及类似物，以根据需要对各个光导纤维波长进行分离和组合。在一些实施例中，这些波长分路器可以是工作在软件控制下的可调谐波长分路器。尽管在本发明的范围内，这样的实施例可能由于额外设备的成本而有点过于昂贵。因此，这样的多个波长实施例通常被用于极高(例如，点播)数据输送情况中。
[0095]D-CMRTS可以具有至少一个(并且通常为多个，例如多达160个或更多的)CATVRF信号发生器，例如，QAM调制器装置。这些装置将能够将数字编码的光导纤维数据的所选择部分检测并编码为各个类型的RF CATV波形。该装置的交换机(560)例如可被用于挑选出数字采样传统RF信号，并且将这些信号发送到数字-光学到模拟-电学(RF)转换器(600)，因而产生原始传统RF信号的副本。交换机还可以被用于挑选出包含有潜在QAM符号的调制传统QAM信号(波形)，并且将这些QAM符号发送到QAM调制器(603)，因而使用另一方法产生原始传统RF QAM符号的副本。交换机还可以被用于对来自连接到头端的IP主干的IP数据包进行处理，并且将IP数据包发送到合适的QAM调制器(例如，边缘QAM调制器607或604)。后者对于各种点播视频和DOCSIS应用特别有用。
[0096]该QAM调制器可以是CMRTS PHY单元的一部分，并且D-CMRTS经常可以具有对应的MAC和数据包交换能力，以及可选的控制器(例如，微处理器和相关软件)以选择数字调制光信号(以及必要的话，波长)中的各个部分并且根据需要控制数据包交换、MAC以及MHY (包括 D-CMRTS QAM 调制器)。
[0097]D-CMRTS通常还包括至少一个软件可控交换机，该软件可控交换机能够被远程定向以选择数字编码光信号中的至少一些并且引导所述至少一个D-CMRTS QAM调制器装置将所选光传送数字信号编码为所选择频率处的各个RF QAM波形(远程地生成的QAM信号)。该软件可控交换机通常是可选处理器或控制器的一部分或者由可选处理器或控制器控制。
[0098]D-CMRTS还可以包含至少一个远程软件可控RF数据包处理器，该处理器能够对至少一个电缆调制解调器产生的CATV RF-上行信号所携带的上行数据进行检测、并且对所述上行数据进行数字重封装以及将所述上行数据作为第三上行数字光导纤维信号进行重新传送。
[0099]软件可控交换机和/或软件可控RF数据包处理器可选地能够使用软件来进行远程配置以实现标准DOCSIS上行和下行功能的至少一个子集。例如，在上行侧，DOCSIS上行时分多址(TDMA)和 DOCSIS 同步码分多址(SCDMA, Synchronous Code Divis1n MultipleAccess)功能中的一个或更多可以被实现。在下行侧，诸如16级、32级、64级、128级和256级QAM调制模式之类的DOCSIS QAM调制模式可以被实现。根据所需要的D-CMRTS的功能级别的不同，D-CMRTS在光纤结点处可以产生携带数字广播视频、数字点播视频、数字高清晰度(HD)电视、声音数据以及DOCSIS (数据)频道的QAM频道。
[0100]如之前在12/692582中所述，CMRTS单元被公开为能够实现尚未正式作为DOCSIS规范一部分的附加功能(即，非DOCSIS功能)，例如来自各种新型非DOCSIS标准机顶盒网关的上行信号，这些附加功能也可以使用D-CMRTS来实现。
[0101]在此，对该非标准功能中的一些进行更加详细地说明。D-CMRTS单元同能可能能够实现尚未正式作为DOCSIS规范中的一部分的附加功能，S卩非DOCSIS功能。该附加功能能够包括对增加的来自各种新型非DOCSIS标准机顶盒网关的上行数据量进行处理的能力。在另一个示例中，D-CMRTS单元可能能够更加智能地根据各个住宅中更加高级的机顶盒所生成的数据内容需求消息来分配下行QAM频道。也就是说，如果住宅需要访问特定的视频频道，例如，住宅的机顶盒发送命令到本地D-CMRTS单元以请求该频道。该频道可能已经能够用于D-CMRTS单元，因为D-CMRTS可访问来自光导纤维连接的大量数据流，但是为了保留稀有的CATV带宽，本地D-CMRTS单元仅根据请求为该数据分配CATV QAM频道。D-CMRTS单元可能还能够具有许多其它功能。
[0102]如另一示例，CATV电缆的一个持久性问题是，RF信号的信号衰减特性随着频率以及电缆分支的特定特性进行变化。较低频率频道的消减不同于较高频率频道。使用目前的全部频率处的全部QAM频道都在电缆头产生的“一体适用”方案，在全部QAM频道除频率外进行相同调制的情况下很难输出标准CATV信号。先比之下，因为D-CMRTS单元可能生成在本地生成一些或全部QAM频道，所以有可能使用各种软件可调节参数对各个RF QAM波形进行频谱改造以针对邻域的CATV电缆的频率特性上的衰减进行调整。因此，相比于现有技术中较低频率或者叫噶频率频道中的一些通常具有更多噪声的方法，现在又可能保证在不考虑频道频率的情况下全部频道具有低噪声。
[0103]因此，在比之前在12/692582中所述的更大程度上，本发明提出了通过能够提供优于其它竞争者的领先服务使得有线电视提供商能够区别于其他对手的方法。在此示例中，D-CMRTS能够被视为对DOCSIS功能的超集或者完全不同的功能集进行处理，因为D-CMRTS能够被用于将HFC系统的功能扩展到标准DOCSIS功能之外。
[0104]在此，术语“超集”被用于表示附加HW^fDOCSIS)功能。因此，例如，如果具有足够的向后兼容性以执行DOCSIS功能的全集或者DOCSIS功能的子集的D-CMRTS还可实现附加的非标准DOCSIS功能，则该D-CMRTS可被描述为实现DOCSIS “超集”。附加的非标准DOCSIS功能(非DOCSIS功能)的其它实施例包括对各种形式的数字视频进行传送，例如，标准数字视频、高清晰度HD数字视频以及根据需要的各种形式的数字视频。
[0105]各种D-CMRTS装置通常具有软件可控交换机和软件可控RF数据包处理器，并且通常包含有自己的微处理器或微控制器以及存储器(例如，闪存、ROM、RAM或其它存储装置)以包含操作交换机和处理器所需的软件，对从虚拟机架管理器发送的命令数据包进行解释，以及将数据包传送到虚拟机架管理器。
[0106]为了更大的灵活性，各种D-CMRTS装置可以使用用于各个MAC和PHY单元的各种软件可重配置现场可编程门阵列(FPGA)装置以及数字信号处理器(DSP)装置进行构建，如共同未决申请 13/555170，“DISTRIBUTED CABLE MODEM TERMINAT1N SYSTEM WITHSOFTWARE RECONFIGUABLE MAC AND PHY CAPABILITY (具有软件可重配置 MAC 和 PHY 能力的分布式电缆调制解调器终端系统)”中详细所述，该申请中的内容以参考方式包含在本申请中。这些FPGA和DSP单元可以是软件可重配置的，以能够使用各种类型的QAM和其它调制方案的传送器和接收器，例如，滤波器组传送器和滤波器组接收器。这些可以使用哈里斯(Harris)等人(“Digital Receivers and Transmitters Using Polyphase Filter Banksfor Wireless Communicat1ns (用于无线通信的使用多相滤波器组的数字接收器和发送器)，，，IEEE Transact1ns on Microwave Theory and Techniques (IEEE 微波理论和技术会报)，51(4)，1395-1412页，2003)的方法来进行构建。还可以使用其它替代方法。
[0107]D-CMRTS单元通常还具有RF合路器装置或者至少附加在合路器装置(例如，双工装置或者复用装置)上，该合路器装置将全部各种RF QAM信号与其它CATV信号进行合路以产生合路RF信号，该RF信号适合于注入到连接在至少一个电缆调制解调器上的CATV电缆中。双工或复用装置还可以作为频率分路器或可调频率分路器以管理一些频率范围，例如，用于上行功能的5-42MHZ以及用于下行功能的其它频率范围，例如，54-870MHZ。这些频率范围可以在软件控制下根据需要进行调整。
[0108]可替代地，该复用装置可以在实际的D-CMRTS单元之外；然而D-CMRTS单元通常依赖于用于功能的内部或者外部合路器(例如，双工或复用装置)。
[0109]如之前所述，该系统通常还具有运行对系统功能的多个方面进行控制的软件(例如，虚拟机架软件)的集中式计算机系统或者计算机处理器。如之前所述，因为现有技术中(功能不分散的)CMTS单元通常被称为“机架”，所以对本发明的分散D-CMTS-D-CMRTS单元的功能进行控制的计算机软件可替代地被称为“虚拟机架”。该“虚拟机架软件”理想地以易于管理并且优势理想地对电缆头透明的方式对分散D-CMTS-D-CMRTS系统高得多的复杂型进行管理，以使得电缆头中的其它设备对本发明的分散D-CMTS-D-CMRTS系统的更加复杂的数据分布特征进行处理，犹如该系统像现有技术中的更简单的CMTS系统一样运行。
[0110]尤其是，计算机处理器和“虚拟机架”软件的一个重要功能是对至少数字光信号和远程产生的QAM信号进行选择和控制。正如所要说明的那样，这些信号的管理方式极大地增加了可用于电缆系统用户的IP点播数据量。
[0111]图1示出了分配给现有技术中的CATV系统(100)的各个频率和数据频道的整体示意图。代表性地，诸如5-42MHZ的低频被分配以用于将数据从独立电缆调制解调器“上行”传送回到电缆头(102)。代表性地，使用时间共享的TDMA(Time Divis1n MultipleAccess，时分多址)方式来传送上行数据，在此方式中，在大约2MHz宽的QAM频道上为独立电缆调制解调器分配一定时间以传送数据。从大约54MHz开始直到大约547MHz的空间被分配给在大约6HMz宽的FDM频道上传送的传统模拟电视频道(104)。在更高频率处，频率(空间、带宽)被分配给在大约6MHz宽的QAM频道上传送的数字电视(106)，并且之上的空间被分配给DOCSIS服务(108)，DOCSIS服务可以传送声音、点播视频、IP和其他信息并且同样通常为一系列的6MHz宽的QAM频道。在大约IGHz以上，尽管将来的服务可能进一步扩展到该范围，但是该电缆带宽过去和现在很少被使用。
[0112]更高频率的电缆带宽和频道的使用对于本发明是无关紧要的。如果可用，本发明可以使用这些带宽和频道。如果不可用，本发明对现有的电缆频率和带宽进行处理。
[0113]现有技术中的CATV电缆因此具有最多大约100-200个下行QAM频道的有限带宽，以及非常有限的上行带宽。当该带宽被用于为大量不同的用户提供大量不同的定制类型的数据时，该带宽很宽就被耗尽。由于上行带宽的极端限制，上行带宽迅速变为限制性的。
[0114]示出了现有技术中的CATV频谱分配如何被更加简化地描述的示图如下(110)、(120)所示。该图示被用于各个图中以更加清晰地示出本发明的CATV频谱分配方面中的一些，以及示出本发明有时如何背离现有技术中的CATV频谱分配。
[0115]“上行”区段(112)是全部现有技术中的CATV上行频道的抽象，包括目前使用的5-42MHZ范围中的上行频道。“视频”区段(114)是对以下频道的抽象:几乎废弃的现有技术中的模拟TV FDM频道，以及标准“数字视频”频道，以及一旦模拟频道被逐步淘汰则会被很快重新利用的模拟带宽进行占用的数字视频频道。区段(114)还代表其它的标准数字广播和FM频道，并且通常可以代表任何标准化的下行频道集，这些标准化的下行频道集通常不会在不同的用户和邻域集之间进行定制。
[0116]“D0C1”频道(116)(根据使用模式的不同)可以是目前或者未来DOCSIS频道的全集或者子集。如在本说明书中通用的那样，DOCl通常代表DOCSIS服务的基本集，该基本集被提供用于在更高性能的IP/点播或者D0C2频道(118)出现故障的情况下供邻域备用。DOCl QAM频道通常被选择从而不耗尽CATV电缆的全部带宽，以使得一些剩余QAM频道可用于邻域定制D0C2频道。“IP/点播或者D0C2”频道(118)本质上(根据使用模式的不同)是CATV电缆上剩余可用的下行带宽，并且通常被保留以用于传送邻域特定数据(IP/点播数据)，该邻域特定数据(IP/点播数据)通常由不同的通信介质(例如，第二光纤或第二波长并且通常使用非QAM协议)从电缆头输送到独立邻域。
[0117]注意到当讨论现有技术中的使用时，通过光导纤维发送到一组邻域的DOCl(Iie)和IP/点播(118)频道的总和决不能超过(或者至少未曾超过以避免干扰)CATV电缆的有效带宽(即CATV电缆的携带能力以及电缆调制解调器检测电缆RF信号的能力)。
[0118]与之相比，当叙述本发明时，尽管DOCl (116)和IP/点播(118)频道的总和绝不会超过以每个邻域计的CATV电缆的有效带宽，通过光导纤维发送到一组邻域的DOCl (116)和IP/点播(118)频道的总和会经常超过以一组邻域计的CATV电缆的有效带宽。
[0119]如果使用光学方法(即，光纤)来传送相同的CATV频谱以使得相同的波形使用相同的频率间隔但仅仅是转移到光波长来传送，则该频谱被指定为(120)，但是各个波形则保持相同的术语以减少混淆。
[0120]在许多实施例中，本发明有意地背离现有技术中的CATV频谱分配方案。特别地，如之后所述，可以充分地增大为上行数据保留的带宽的量。这可以通过例如背离为上行数据保留的传统4-42MHZ范围并且为上行数据分配更多的CATV RF频率来实现。
[0121]相比于在本发明的一些实施例中可选地使用的高密度波分复用(DWDM)方法，图2示出了为现有技术中的光导纤维波分复用方案分配的各个波长的总体视图。在此，目前使用的光导纤维波长(150)包括通常被用于对诸如各个QAM频道之类的各个CATV RF频道进行传送的1310nm O波段波长(152)，各个CATV RF频道大体根据相同的CATV RF波形但在根据方案(120)的光波长处被调制。通常以C波段中大约1550nm(154)传送补充数据，因为根据非优化CATV波形对波形进行调制，所以通常在必须使用相对较大的波长间隔相互分离并且单位波长携带次优化数据量的光波长和波形上传送补充数据。
[0122]相比之下，如果根据诸如基于IP的GigE格式之类的相同数字格式来传送全部数据，那么以下各项将变得相对简单:对任何类型的数据关于数据类型和数据目的地进行标记，以相同光波长(170)将数据转存在光导纤维数字流中，并且随后在光导纤维的另一端提取数字数据，根据数据类型和目的地进行分类，并且发送到适当的接受者。该全数字方法因此能够具有超过DWDM方法的优点，因为生产光调制器(例如，光导纤维激光器)以及解调器、波长分路器等等的DWDM成本能够被缩减。
[0123]尽管凭借全部数据通常在光导纤维上被数字地发送这一事实，本发明不要求使用高密度波分复用(DWDM)方法，然而对这样的DWDM方法进行简要检测是有用的，因为DWDM方法使得本发明的全数字方法的优点更加明显。
[0124]在(160)中示出了高密度波分复用(DWDM)概念。其内容以引用方式合并在本申请中的母案临时申请61/385125和61/511395提出，向后兼容的传统信号可以使用例如传统O波段模拟信号以模拟方式进行传送，并且附加的频道和服务可以使用更加高效的调制数据信号(例如各种光导纤维GigE协议中的一个协议)以多个波长进行传送，该多个波长例如一系列密集的波长162。这些临时申请还提出，由于相比于更加现代的传送数据的数字方法，现有技术中的QAM、NTSC、FM波形等当被用于光导纤维上时是相对没有效率(以单位带宽计的数据比特)的这一事实，所提供的数字信号传输方法的使用引起了数据传输速率的差别。
[0125]特别地，鉴于先前的QAM、NTSC、FM波形方法可以例如通过使用CATV兼容QAM、NTSC、FM波形(154)而被用于传送4个C波段的波长，每个波长携带大约每秒6吉比特的数据，通过切换到数字方法，使用更加有效率的光导纤维信号调制方法有可能获得更高的数据速率，例如高达80个C波段数据的波长(162)，每个波长携带每秒10-100吉比特的数据。
[0126]本发明因此依赖于该早期见解，并且以进一步的见解为基础，该进一步见解为，通过对全部光导纤维流量进行完全数字化(例如，去除传统模拟波形光导纤维流量)，尽可能进行智能压缩(例如，使用QAM符号解调方法)并变为全部数字的，则以比特每秒计，使用更少的光波长可传送远远更多的数据，因此节省了处理额外光波长所需要的额外设备的成本。
[0127]然而，注意到当需要非常高的数据传输率(比特每秒)时，本发明仍可能使用DWDM方法。然而，在本发明中，全数字光导纤维传输的使用是优选实施例，并且DWDM方法的使用是尽管可以但是并不要求以实践本发明的可选要素。
[0128]为了帮助显示切换到全数字光导纤维输送格式如何即便在单一光导纤维波长上也能够帮助传送更多数据，经常使用简化的数字传输图形(170)或(306)。注意到传统的O波段模拟调制光信号(152)或C波段光信号(154)仅能够携带最多大约每秒6吉比特(Gbit/s)，而由于模拟格式的低效率有效比特率远小于此。相比之下，更加有效率的数字格式能够以相同的波长传送10吉比特每秒或者更多，并且在此，有效比特率非常接近于理论比特率。净效果是，通过切换到全数字模式，光导纤维上的相同波长现在能够传送远比之前更多的数据。
[0129]图3示出了现有技术中HFC系统(200)如何将数据从电缆头(201)传送到为不同邻域(206)提供服务的不同光导纤维结点(204)处。每个邻域通常由几百个不同的房屋、公寓、办公室或者商店(208)(在此统一称为“房屋”)组成，每个房屋配备有自己的电缆调制解调器(未示出)。为了简单起见，在此仅示出HFC系统的下行部分。
[0130]电缆头通常被连接到IP主干(212)和/或从一组源得到标准化媒体内容(210)(比如标准的各种模拟和数字视频频道)，并且还得到更多的独立化数据(212)，例如点播视频、来自包括因特网的IP主干的IP、以及其它来自其它源的独立化数据。该数据被编译至Ij CTMS机架(214)处的大量不同QAM(当前还可以是FDM)调制的CATV广播频道中。此处也被示为(214)的CMTS机架经常具有大量不同的刀片状线路卡(216)。该线路卡通过光导纤维(218)将信号发送到不同的区域(邻域组)。
[0131]注意到FDM调制的CATV宽带信号是(用于老旧类型模拟电视的)NTSC模拟信号甚至是QAM信号，尽管QAM信号携带数字编码信号，但是其自身仍然是模拟信号。由于历史原因，在下行方向上，FDM/NTSC和QAM波形(信号)两者在美国通常都具有大约6MHz的带宽。
[0132]为了对此进行显示，如之前图1中所述，即使是在携带数字信息时，FDM/NTSC和QAM信号也被示为具有中心波长和带宽以强调该信号本质上的模拟性质。这些模拟信号可以由光导纤维来携带，并且使用非常简单并且廉价的设备被转换为RF信号以用于网络的CATV电缆部分。
[0133]如之前所述，典型的HFC网络实际上具有更加复杂的拓扑。多个光导纤维通常为多个邻域提供服务，而不是将一个光导纤维从CTMS发送到每个不同的邻域。为此，来自CTMS侧光导纤维的信号至少通常(使用光导纤维分路器(220))被分路为多个不同的子光导纤维(222)，并且每个子光纤依次将信号携带到不同的光导纤维结点(光纤结点，FN)(204)处。在此，HFC网络的相当复杂的环形拓扑将被简化并且改为使用光纤分路器表示。
[0134]在光纤结点(FN) (204)处，光信号被转换为CATV射频(RF)信号并且通过CATV电缆(226)被发送到每个邻域的独立房屋(208)处的独立电缆调制解调器处。代表性地，每个邻域由25至几百个房屋组成，这些房屋由连接到本地光纤结点(204)上的CATV电缆(226)提供服务。
[0135]因为CATV电缆(226)被连接到邻域(206)中的全部房屋(208)上，如果邻域中的一个房屋中的电缆调制解调器想要请求定制的点播视频或者IP，则附接于该特定CATV电缆上的邻域中的全部房屋实际上都会接收到该定制信号。尽管仅仅与请求房屋(未示出)相关联的电缆调制解调器会实际对所请求信号的进行收听和解码，然而应当注意的是，如果邻域中的每个独立房屋在同一时间同时请求一组自己的定制的点播视频或者IP，则CATV电缆的有限带宽将迅速地达到饱和。因此，能够被传送到每个房屋的定制数据量存在上限，超过该上限时必须限制带宽和/或必须拒绝额外的定制数据请求。
[0136]尽管电缆头(202)处的CMTS机架(214)的不同的刀片或者线路卡(216)能够将不同的定制IP/点播频道发送到不同的邻域组，由于连接到相同的光线分路器上的全部独立邻域会得到相同的定制IP/点播信号，所以该过程的间隔尺寸并不是最优的。考虑到CATV电缆的有限带宽，如果全部邻域得到相同的信号，则能够被发送到每个独立邻域的数据量在必要时必须得到限制以避免超过总共的可用带宽。
[0137]图4对现有技术中的HFC系统与本发明的改进数字传输方法之间在下行数据传输中的差别进行对比，现有技术中的HFC系统使用携带有模拟CATV调制的1310nm波长信号的光导纤维来运行，本发明的改进数字方法使用数字(以太网)调制信号来运行。
[0138]在现有技术中的系统中，光导纤维(222)与CATV电缆(226)之间通过典型的现有技术中光纤结点(204)而发生的转换过程被显示出来，并且与本发明的改进D-CMRTS光纤结点(300)的转换过程进行对比。为了简单起见，在此仅示出该过程的下行部分。
[0139]在现有技术中的转换过程中(上部)，光导纤维(222)携带标准化视频信号以及(包含数字信息的)模拟QAM信号以用于数字电视以及(能够携带点播视频或IP数据的)DOCSIS 用途。
[0140]现有技术中的“非智能”光纤结点(204)简单地将光导纤维的光FDM或者QAM模拟信号转换为RFFDM或QAM信号并且将这些信号传递到CATV电缆(226)。因此，如果例如存在连接到该不同光纤结点上的四个不同的CATV电缆，则所有CATV电缆都会得到相同的定制IP/点播信号，并且非常低效率地依次将该信号传送到并未请求该定制信号的可能的数千个非目标住户处。
[0141]相比之下，通过使用本发明的改进“智能”D-CMRTS光纤结点(300)，任何传统的标准化信号(例如，标准化视频频道)和(用于向后兼容性的)D0CSIS QAM频道的全集或子集首先被数字化并且被光导纤维以数字格式传送。该数字格式使得容易添加附加的(非传统)数据(例如，点播视频、DOCSIS超集服务)并且在被用于传送任何传统CATV数据的相同光导纤维波长上传送该附加数据。
[0142]如果传统数据在光导纤维上被传送，则传统数据可选地携带传统CATV频谱的数字编码版本，该数字编码版本在D-CMRTS单元处能够被重建(320)为模拟格式成为RF QAM波形以及其它波形，这些波形可以可选地被注入CATV电缆(120)以用于备用或传统操作。
[0143]为了强调光导纤维经常通过非CATV兼容或者QAM信号携带的方法来携带数据这一事实，由D-CMRTS光纤所携带的信号被示为一系列的线(306)以象征数据传输的替代性数字(例如GigE)方法正在被使用这一事实。在此，每条线(306)代表到达不同的结点地址或者不同结点频道或CATV波形的不同类型的数据流，这些数据流中的一些最终被转换为QAM信号并且被发送到特定邻域。
[0144]在本发明的改进D-CMRTS光导纤维(300)处，光纤结点的CMRTS单元确定(或者至少选择)由各个光导纤维数字数据包(307、308、310、312)所携带的哪个定制数据集被用于该特定D-CMRTS和邻域，并且从光纤中检索该信息。该信息随后被QAM调制并且转换为适当的RF频率，安置在合适的空白IP/点播QAM CATV电缆频道(314)、(316)、(318)上，并且随后通过CATV电缆被发送到请求该特定数据的邻域。在该邻域处，来自请求该数据的房屋的特定电缆调制解调器可收听该QAM频道并且提取数据，同时同样附接在该电缆上的其它电缆调制解调器将忽略该QAM频道以及/或者忽略该数据。
[0145]正如所看到的，携带各种类型数据的数字数据包(306)能够被选择并且根据需要以各种混合和匹配组合(316)、(318)被置于CATV电缆上。在此例如，(316)上的一个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(310)，两个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(312)，并且一个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(308)。相比之下，对于(318)，两个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(310)，一个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(308)，并且一个RF QAM频道来自光导纤维数据包类型(312)。相比之下，(314)示出了来自以传统模式工作的邻域的CATV频道，在该模式中的全部频道来自光导纤维数据包，光导纤维数据包来自于数字采样或者解调(320)的传统RF信号(120)，传统RF信号按原来样子以数字格式简单地被输送并且随后在D-CMRTS光纤结点(300)处或者替代性地使用更简单的光数字到RF模拟转换器类型的光导纤维结点被重建(320)回原始波形。
[0146]正如将要简短叙述的，该方法允许更加精细的间隔尺寸以及相应更高的定制数据的传输速率。
[0147]如之前所述，根据本发明，CATV电缆处的上行数据传输瓶颈还可以通过上行CATV带宽重分配方案(参见图10中的(390))而被打破。在此，被分配到上行数据传输的CATVRF频谱量例如可以被增大，例如，从原始的5-42MHZ范围被增大到例如5_574MHz或者其它更大的上限值。
[0148]图5示出了工作在下行模式中的本发明的一个实施例的概括图。在此，在该实施例中，改进“智能”D-CMRTS光纤结点(300)能够对更大的有效定制用户数据量进行输送。在此，这些改进“智能”D-CMRTS光纤结点(300)在一些实施例中可以与电缆头处可选的改进D-CMTS机架以及改进D-CMTS线路卡共同工作(参见图7中的500)。
[0149]在该实施例中，在头端(202)处产生的诸如QAM波形(120)之类的任何传统CATVRF波形可以使用转换器单元(399)进行数字化并且被注入光导纤维(301)。该转换器单元(399)可以通过例如被配置为从头端接收下行RF波形和下行QAM频道中的至少一个，对下行RF波形进行采样和数字化(例如，使用简单的高速模数转换)和/或将下行QAM频道解调为QAM符号，从而产生下行数字QAM符号来工作。在该实施例中，转换器(399)随后将数字化传统数据数字编码为诸如GigE数据包之类的适合的光导纤维数字输送格式并且随后将这些数据包与其它数据一起注入光导纤维(301)。
[0150]在之前图3中所示的现有技术中的系统示例中，来自电缆头处的现有技术中的CMTS单元(214)的光导纤维(218)通过光线分路器((220)被分路为三个子光导纤维(全部三个都携带相同数据)(222)，并且这些子光导纤维随后被路由到三个不同的邻域。因为来自光线分路器的全部光导纤维会携带相同的数据，包括定制数据在内的全部数据被低效率地发送到全部三个邻域，尽管只有一个邻域的一个房屋可能实际请求了该定制数据。
[0151]因此，现有技术中的CATV系统的有限携带能力(带宽)很快变得饱和。
[0152]相比之下，通过使用具有改进D-CMTS线路卡的改进头端D-CMTS机架(500)以及本发明的数字传输方法，能够即使在使用相同数量的现有技术中的光导纤维波长的同时发送更大数量的下行数据。再一次地，关键概念是使用被更加有效地调制的光导纤维数字数据输送协议，例如，更高数据能力的GigE调制协议(304)。
[0153]在去往各个邻域的过程中或者在各个邻域处，光导纤维电缆和/或CATV数据信号可以可选地通过数字交换机(220D)。在此，本发明对于全部数字传输方法的使用提供了胜过之前提出的DWDM方法的优点。
[0154]在DWDM方法下，到达不同光导纤维结点或者多个光导纤维结点装置的数据可以在不同波长处被传送，从而要求交换机(220)是可以例如包含诸如软件可控Brag滤波器之类更加昂贵的光学装置在内的智能光纤分路器，该光学装置工作以分出各个光导纤维波长并且根据需要将这些光导纤维波长转移到不同邻域。
[0155]相比之下，通过使用数字输送方法，数字交换机(220D)能够是相对低廉的多端口交换机，该多端口交换机工作以根据数字数据包头等将各个数字数据包引导至各自的信宿。
[0156]为此，各个DOFN或D-CMRTS单元通常具有处理器、存储器以及至少一个地址(例如，特定结点地址和/或一个或更多的诸如结点群地址之类的替代地址，当需要将相同信号发送多个结点时，结点群地址很有用。DOFN或D-CMRTS单元通常被配置为对被送往各自地址的下行数字数据进行处理。
[0157]在此，同样地，在光导纤维上传送的IP数据包(例如，下行RF波形的数字样本、下行数字QAM符号、或下行数字IP数据)通常具有特定的(例如，独立结点或结点组)数字光导纤维结点地址。
[0158]在一些实施例中，数字交换机(220D)可以是安装在头端或者安装在头端与各个数字光导纤维结点(D-CMRTS单元)之间的某处的多端口交换机。该交换机(220D)因此能够被配置为读取特定的数字光导纤维结点或D-CMRTS地址；以及将下行RF波形的各个数字样本、下行数字QAM符号或下行数字IP数据中的任意一个引导至与其特定的数字光导纤维结点地址对应的特定数字光导纤维结点，而不管该光导纤维结点地址为独立结点地址或者特定的结点地址群。
[0159]在此，全数字方法的使用还有助于降低各个D-CMRTS的成本。然而在先前的DWDM方案下，各个D-CMRTS单元自身可能已经通过使用更加昂贵的波长分路器(比如软件可控Brag滤波器)从多个光导纤维波长中提取了数据，数字数据包的使用使得这样的波长分路器的使用变得可选。在目前的全数字方案下，各个D-CMRTS单元基本上能够从整体数字数据包流(306、307、308、310、312)中捡取并选择各个D-CMRTS单元可能需要的GigE格式化数据，提取该数据，对各个数据类型进行重建、重新调制或QAM调制，并且随后输出可以是最初在不同数字数据流(307、308、310、312)上携带的数据的复合数据的CATV RF信号(通常又是QAM频道)。
[0160]该“混合与匹配”过程使用(316)和(318)中所示的各个黑色抛物线、虚线抛物线以及点线抛物线表示，各个抛物线表示将要通过D-CMRTS光纤结点I和D-CMRTS光纤结点2输出到邻域I和邻域2中的CATV RF调制数据。在此例如，如之前一样，邻域I上的下行CATV数据(226)、(316)被示为黑色抛物线(最初从光纤数字数据包310中得到的数据)的混合，虚线抛物线(最初从光纤数字数据包308中得到的数据)的混合，以及黑色点线抛物线(最初从光纤数字数据包312中得到的数据)的混合。注意到针对邻域2的数据的混合(318)不同于邻域I。然而邻域I仅从光纤数字数据包(310)取得很少量的数据(黑色抛物线)以及从光纤数字数据包(312)取得较大量的数据(两个黑色点线抛物线)，在此，用于邻域2的D-CMRTS单元(300)从光纤数字数据包(310)中选择更多的数据(两个黑色抛物线)以及从光纤数字数据包(310)中选择更少的数据(一个黑色点线抛物线)。
[0161]还注意到D-CMRTS单元具有对用于在CATV电缆上传送该数据的频率进行决定的自由。在此，D-CMRTS单元在附接在CATV电缆上的各个住户装置上行发送的命令和/或从电缆头端发送的命令的基础上确定将什么数据放置在邻域CATV电缆上。如之前所述，D-CMRTS光导纤维结点通常被软件控制。
[0162]由于该软件可控，对大量光导纤维频道上携带的巨大数量的GigE格式化数据进行组合并且重新封装的邻域特定(或至少邻域区域特定)能力、系统的下行能力现在能够远高于现有技术中的HFC系统。
[0163]还注意到一些向后兼容性在必要时能够得到保留。在此，例如，光纤数字数据包(307)仍能够被用于数字地传送诸如QAM信号之类的传统CATV RF信号。这能够通过以下方式得以实现:使得转换器(399)拦截传统信号，使用相对“非智能”的模拟RF到数字光学单元或者通过对QAM波形进行解调来数字化传统信号，提取QAM符号，以及随后以数字格式传送QAM符号。
[0164]这些数字化传统信号能够继续被发送到“非智能”光导纤维结点“204”，并且数字光数据(例如，通过光学-数字到模拟-RF单元或者通过将数字QAM符号馈送到本地QAM调制器中)而被重建。两个操作能够使用光导纤维结点处的最小的板载智能部件来完成，因此为“非智能”标签。该“非智能”光导纤维
[0165]在图5中，本发明的改进“智能"D-CMRTS光纤结点(300)为邻域I和2提供服务。相比之下，邻域3仅由“非智能”光纤结点(204)提供服务。
[0166]图6示出了本发明运行以上行发送数据的一个实施例。如之前所述，在CATV电缆处，由于之前所述(却是可选的)为上行数据分配更多CATV带宽的方法(例如，使用频谱重分配)，多得多的上行数据能够被发送。因为频谱重分配更加容易绘制，所以在此通过用于邻域I和2的被标为“上行数据”的两个黑色点线或虚线抛物线来表示将要沿着CATV电缆进行传送的该更大的上行数据量，从而示出了更大量的上行频谱。相比之下，能够使用现有技术中的方法传送的更少的上行数据量通过用于邻域3的被标为“上行数据”的一个黑色抛物线来表示。在此例如，邻域3可能使用为上行数据分配5-42MHZ的标准美国CATV上行划分，而邻域I和2使用诸如为CATV上行数据分配5-85MHZ的替代方案。在此例如，RF复用器或双工(606)能够被切换到替代模式，该替代模式背离目前的5-42MHZ上行和54_870MHz下行标准，并且实际上分配5-85MHZ范围给上行并例如分配92-870MHZ范围给下行。
[0167]如之前所述，如果更大的上行数据量使用相同的低效率(对于光导纤维)CATV信号调制方案(同样通常为QAM调制)沿着光导纤维系统被简单地向回传送，则光导纤维自身很快变为速率限制的瓶颈。为了避免该问题，根据本发明，D-CMRTS结点可以提取该上行数据，并且将上行数据重新封装为更加有效率(对于光导纤维)调制的GigE格式对该上行数据重新封装。附加地或替代性地，根据本发明，数字交换机(220D)或智能光纤合路器
(220)自身可以获取由连接各个邻域的光导纤维(222)所发送的上行数据，以及提取该上行数据并且以更加有效率(对于光导纤维)调制的GigE格式对上行数据重新封装。
[0168]尽管上行内容的大部分包括相对标准的QAM波形，然而至少一些传统CATV系统还能够提供各种不寻常的上行RF波形，例如，来自各种较老的机顶盒等的各种QPSK频道等。然而，试图对每个以及所有可能的上行波形进行解析以得到内容是非常繁重的。为了避免该负担，在此仅仅对所见到的波形进行数字化的更加通用的方法可能是有用的。
[0169]因此，为了能够对可能的丰富多样的可能RF CATV波形进行数字化并且可选地进行上行输送，与此同时可能的话试图保留光导纤维带宽，在一些实施例中，数字光导纤维结点(D-CMRTS单元)附加地具有以下中至少一个:
[0170]1:RF数字转换器装置，配置为接收在CATV电缆上传送的上行RF波形，并且使用例如高速模数转换器对这些上行RF波形进行数字化，以及产生数字编码的上行RF频道数据。
[0171]2:因为许多上行RF信号都是QAM波形，为了光导纤维带宽效率，通常仍需要具有RF解调器装置，该RF解调器装置被配置为接收在CATV电缆上传送的上行RF QAM频道，并且对RF QAM频道进行解调以及产生最初被用于建立各种上行QAM波形的上行数字QAM符号。
[0172]3:附加地，为了获得高性能，通常还需要具有QAM到IP转换装置，该QAM到IP转换装置被配置为接收在CATV电缆由上行QAM RF频道传送的上行数字IP数据包，并且提取所述上行数字IP数据包，从而产生上行数字IP数据包。
[0173]一旦该数字数据被产生，数字光导纤维结点或D-CMRTS单元通常还具有数字数据到光转换器装置，该数字数据到光转换器装置被配置为对这些数字编码的上行RF频道数据、上行数字QAM符号和上行数字IP数据包中的任意项进行合路，并且在光导纤维上数字地上行传送该数据、符号和数据包。
[0174]更加具体地，注意到在一些实施例中，D-CMRTS单元自身可以使用诸如RF-模拟到光学-数字转换器或QAM解调器之类相对简单的数字化方法对上行CATV RF信号进行提取、数字化并且以诸如GigE之类的光纤数字格式将其发送回头端。另外在此，通过简单地给数据包一个合适的标签或者标头，集合来自许多D-CMRTS单元的数据并且将这些数据在相同的光导纤维频道上(根据需要)全部上行向回发送则会相对简单，较之替代性方法，再次增加了上行数据处理能力以及节约了成本。
[0175]因此在图6中，来自邻域I的大量上行数据(400，黑色点线抛物线)以及来自邻域2的大量上行数据(402，黑色虚线抛物线)在替代性方案中最初能够使用D-CMRTS光纤结点I和D-CMRTS光纤结点2(300)以各个不同的光导纤维波长沿着光导纤维(222)被上行发送以避免干涉。
[0176]然而，因为根据本发明，D-CMRTS单元可能已经将该上行数据重新封装或者重新调制为更加有效率的光导纤维传输GigE格式，所以来自不同邻域的该数据实际上可以通过相同的光导纤维波长被向回发送(如果需要该选项，这是因为更加便宜)。
[0177]注意到尽管本发明专注于本发明的全数字光导纤维传输方面，然而该专注并不排除沿着光导纤维(222)同时还可以存在模拟光导纤维传输的事实。
[0178]考虑针对邻域3的情况。在一些方案中，D-CMRTS单元或者现有技术中的非智能光纤结点(204)可能已经简单地或者相对被动地将上行CATV RF波形从RF转变为诸如红外光信号之类的光信号，并且随后将“按照原来样子”调制的上行数据重新传送。
[0179]尽管该选项并不是排斥性的，然而在一个优选实施例中，非智能光导纤维结点
(204)可以被仅将上行CATV RF信号进行数字化(例如，使用诸如601或605的模块)的非智能数字转换器光导纤维结点所代替，并且根据标准光导纤维数字格式在光导纤维(222)上上行传送该数字数据。如另一实施例，现有技术中的光导纤维结点(204)可以被保留，但是数字结点转换器单元(401)可以被置于适当位置以在数字格式和用于传统非智能光导纤维结点(204)的传统模拟格式之间来回转换光导纤维信号。在此，在一些实施例中，该结点转换器单元(401)基本上可以完成与之前在专利临时申请61/385125和61/511395中所述的以前的交换机(220)相同类型的数据重新封装和重新调制功能，该专利临时申请的内容通过引用而合并到本申请中。
[0180]在本发明中，交换机(220)实际上作为多端口数字数据交换机(220D)进行工作，该多端口数字数据交换机(220D)可以根据需要工作在一个波长或者多个波长处，并且数据提取、数字化或重建功能以及模拟格式到数字数据包的重新打包功能实际上可被移动到诸如转换器(399)和(401)之类的其它装置。
[0181]例如，在该方案中，已经通过D-CMRTS单元(200)将来自邻域I的上行数据(黑色点线抛物线)以及来自邻域2的上行数据(黑色虚线抛物线)数字化并重新封装为各个数字数据包。
[0182]在没有这样的数字转换的情况下，两个上行数据源最初可能已经通过各个D-CMRTS单元在不同光波长上被发送。但是因为该数据现在已经在D-CMRTS单元处被重新封装，来自两个邻域的数据目前能够以相同的波长沿着光导纤维(301)被上行携带在光导纤维数字数据流(308)和(312)上。
[0183]图7示出了 D-CMRTS光纤结点(300)、转换器(399)和在具有改进D-CMTS线路卡的电缆头处的改进数字电缆调制解调器终端系统(D-CMTS) (500)如何运行的更加详细的视图。
[0184]为了简单起见，在此同样主要示出系统的下行部分。通常情况下，D-CMRTS单元具有板载数字数据交换机(560)(使用光导纤维数字数据包或光导纤维数字数据包的电气版本进行工作)，该板载数字数据交换机(560)被用于将各个光导纤维数据包引导至以及引导出其在D-CMRTS内的正确的信宿装置(例如，600、601、603、604、605、607)。
[0185]尽管不要求使用多个光波长进行工作的能力，但是在需要使用多个光导纤维波长进行工作的替代性实施例中，交换机(560)则可以选择性地还包括诸如一个或更多Brag滤波器或其它装置之类的光导纤维波长分路器以分出各个波长。这些光导纤维波长分路器可选择性地是“智能”或可调谐滤波器，该滤波器可以在微处理器和软件控制下选择不同的波长。使用该分路器选择的不同波长随后被发送到诸如CMRTS单元(604)之类的各个子系统，该子系统能够提取数字数据，重新封装数字数据，并且生成用于CATV电缆的CATV QAM信号和/或其它RF信号。
[0186]为了向后兼容性，D-CMRTS光纤结点(300)、(304)还可以具有一个或更多简单的光学-数字到模拟-RF(0-D/A-RF)转换器￠00)以对任何数字化的传统下行光导纤维数据进行转换，，该数字化的传统下行光导纤维数据可以包含各个CATV NTSC、FM、QPSK的模数采样版本或者甚至是从数字数据包重新回到各自的模拟RF波形的QAM波形。根据实施例的不同，(0-D/A-RF)转换器可以直接对下行光数据进行作用，或者替代性地对下行光数据信号的电等价信号进行作用。
[0187]D-CMRTS光纤结点可以附加地包含这些单元(601)的反向上行版本。这些上行单元采用从CATV电缆中选择的上行RF信号，例如，机顶盒QPSK频道或根据需要甚至是DOCSIS上行频道，完成模数转换，放入到数据包中，以及选择性地转换为上行光数据包或者允许诸如交换机(560)之类的稍后阶段的装置转换为上行光数据包以发送回头端。
[0188]同样为了向后兼容性，D-CMRTS光纤结点(300)、(304)还可以具有一个或更多QAM重调制器装置￠03)以从下行光数据包中取得解调QAM符号，以及将这些解调QAM符号转换回携带有相同数据负载的RF QAM波形，并且随后通过双工或RF解调器(606)在CATV系统上下行发送。再次根据实施例的不同，这些QAM重调制器装置可以直接对光数据进行作用，或者替代性地对光数据信号的电等价信号进行作用。
[0189]这些QAM重调制器装置可以附加地包含这些单元的反向上行RF QAM解调器版本(605)。这些上行QAM解调器单元可以根据需要从CATV电缆取得诸如各个传统DOCSIS上行QAM频道之类的选择的上行QAM RF信号，对RF QAM波形进行解调以对生成波形的潜在QAM符号进行提取，将这些解调的上行QAM符号放入数据包中，并且选择性地将这些QAM符号转换为上行QAM符号光数据包，或者允许诸如交换机(560)之类的稍后阶段装置将这些QAM符号转换为上行QAM符号光数据包以发送回头端。
[0190]D-CMRTS单元可以附加地包括一个或更多个光数据包(例如，光IP数据包)到RFQAM波形转换器(607)。这些IP到QAM转换器有助于例如对来自头端的传统广播QAM频道进行转换，传统广播QAM频道在头端被解调并且被封装为光数据包以用于光导纤维上的更加紧凑(例如，更低的带宽需求)的输送，该输送比如果可能的话将整个传统头端模拟QAM频道波形转换为等效的光QAM波形的传输更为紧凑。在一些实施例中(未示出)，D-CMRTS单元还可以包含这些单元的反向版本，这些反向版本取得并调制上行QAM RF数据，将上行QAM符号重新封装为IP数据包以用于光上行传输。
[0191]根据之前在图4中所述的方案，D-CMRTS光纤结点(304)还包含一个或更多个CMRTS单元￠04)，该CMRTS单元(604)从光导纤维(222)选择至少一些GigE格式化数据(310)、(310)、(307)，对该数据进行QAM调制，并且将该数据发送到CATV电缆(226)。在一些实施例中，D-CMRTS单元(304)的CMRTS(604)部分通常起到之前在共同未决的申请12/692582中所述的作用，该申请的内容以引用方式合并在本申请中。
[0192]应当注意的是，该混合和匹配系统在头端(202)处会对D-CMTS单元造成相当大的配置和管理问题。如之前在母申请12/692582中还有在本说明书中所述，该复杂性可通过被称为“虚拟机架”的计算机化网络管理系统和软件来进行解决。
[0193]在改进“虚拟机架”系统的一个实施例中，D-CMTS机架和改进D-CMTS线路卡可以选择性地被配置为具有数据包处理器(610)以及MAC(612)和PHY(614)装置或者功能以传送标准CATV模拟、QAM、NTSC、QPSK和DOCSIS模拟信号，其中，可以使用转换器(399)对信号进行数字化并且将信号作为一系列传统光IP数据包(307)在光导纤维上输送。
[0194]相同的CMTS机架和线路卡还可以被配置为具有数据包处理器(616)、MAC(618)以及(620)功能以将作为GigE格式化数据的该数据中的一些或全部当做一个或者更多光导纤维波长上的各个数字光IP数据流(例如，308、310、312)。
[0195]因此，用于(308、310、312)的MAC(618)和PHY(620)能够与被用于针对传统信号(307)的光导纤维IP数据包的MAC(612) PHY(614)不同。
[0196]由改进线路卡传送和接收的信号的精确混合根据被下行连(南端)接到线路卡上的光纤结点种类的不同而发生变化。
[0197]例如，如果全部的光纤结点都是现有技术中的“非智能”光纤结点(204)，则D-CMTS线路卡仅可以传送传统数字化光IP数据包(307)，并且在通过转换器(399)之后该特定D-CMTS线路卡的功能与容现有技术中的CATV DOCSIS设备和光纤结点可以是向后兼容的。
[0198]也就是说，仅仅通过强力模数转换、数字光传输以及数模转换，和/或强力QAM到QAM符号的调制、数字光传输以及QAM符号重新调制为QAM波形的方法，光导纤维传统IP数据流(307)可以传送DOCSIS频道的全集。
[0199]相比之下，如果全部的光纤结点都是“智能”改进D-CMRTS光纤结点(300)，则改进头端D-CMTS和CMTRS线路卡可以通过跳过传统模式而只使用一个或更多波长通过非传统光IP数据包(308、310、312)以诸如GigE格式之类的光数字输送协议发送全部数据来选择使到达各个住户的全部或者几乎全部数据达到最大，并且将数据留给随后对重新格式化并且转换为CATV RF的调制方案诸如QAM调制进行操作的D-CMRTS单元(300)、(304)。
[0200]该方案因此允许最大的定制数据量被发送到电缆的特定分支上的房屋中。
[0201]在使用“非智能”光纤结点(204)和“智能” CMRTS光纤结点(300)(如之前图5中所示)的混合的混合模式HFC系统中，通过使用数字转换器(399)、光结点转换器(401)和传统光导纤维数字IP数据包数据流(307)来继续为邻域3提供适当的服务，改进的D-CMTS和D-CMTS线路卡理想地可以选择工作在传统以及GigE两个模式下，从而传送标准视频频道(114)和D0CSIS(116)信息到(由“非智能”光纤结点提供服务的)邻域3并且从该邻域3接收标准视频频道(114)和D0CSIS(116)信息。
[0202]如之前所述，为了对复杂性进行管理，改进的头端D-CMTS和D-CMTS线路卡的功能以及通常D-CMRTS光纤结点(300)的功能可以通过使用附加的“虚拟机架”网络管理计算机、控制器和软件进行扩展。
[0203]在一个实施例中，统一的网络管理系统(例如，以示例给出的由Tail-f公司提供的ConfD管理系统)被添加到改进的D-CMTS和线路卡中以使网络和D-CMTS硬件以及虚拟化层一致，提供操作系统服务，管理中间设备并且配置系统已使用合适的联网协议。在该实施例中，全部或者至少许多的网络配置数据被存储在D-CMTS管理器中的数据库上并且网络的配置由进程控制，在该进程中，管理软件(ConfD)使用应用程序通过IPC (Inter-Process Communicat1n,进程间通信)(套接字)进行通信，该应用程序对改进的D-CMTS和D-CMRTS单元上的各个数据包处理器、MAC和PHY装置的功能进行控制。
[0204]在此，计算机或处理器以及相关的软件存储器(622)被示为借助于位于改进的D-CMTS主干和线路卡(500)中的各个其它控制器(624)、(626)对改进的D-CMTS单元的运行进行直接控制。该“虚拟机架管理器”(622)与本地控制器处理器(624)、(626)之间的通信被示为虚线(628)。虚拟机架管理器还可以对级别2/3交换机(629)和/或其它将改进的D-CMTS单元连接到介质内容(210)、IP主干“云”(212)以及由电缆头(202)提供的其它服务上的装置的运行进行控制。
[0205]虚拟机架管理器通常还可以通过与控制器和嵌入到D-CMRTS光纤结点(未示出)内的应用软件进行通信来对各个“智能"D-CMRTS光纤结点(300)进行管理。考虑到D-CMRTS光纤结点(300)与虚拟机架管理器(622)以及改进D-CMTS (500)(通常位于电缆头处并且与各个结点(300)相距数公里或者更远)之间的典型的长距离，D-CMRTS光纤结点(300)到虚拟机架管理器(622)的通信通常通由过光导纤维传达的各个信号和信号协议来完成。在一个优选实施例中使用了基于套接字的进程间通信(IPC)协议。
[0206]这使得D-CMTS机架的配置以及实际上的整个网络能够被快速配置以符合本发明产生的不断改变的网络模式。将该网络配置以及各个网络装置的特性存储在配置数据库(630)和配置数据库存储器装置(未示出)中常常非常方便。
[0207]图8示出了 D-CMRTS光纤结点的电缆调制解调器远程终端系统CMRTS(604)部分的更多细节。在更高或者至少替代的抽象水平上，D-CMRTS光纤结点的CMRTS部分通常可以包括至少一个具有MAC和PHY单元的第一组QAM-RF数据包处理器(700)，第一组QAM-RF数据包处理器(700)从GigE格式化数据中选择需要的光IP下行数据并且将下行光IP数据包数据转换为多个射频(RF)QAM波形(频道)并且将该数据(702)下行输出到本地CATV电缆。
[0208]该CMRTS单元(604)还可以选择性地包括对由连接到本地CATV电缆上的电缆调制解调器所发送的上行RF信号(数据)(706)进行读取的第二组RF上行数据包处理器(704)。注意到这些数据包处理器(704)可以包括能够识别上行数据的MAC和PHY单元。因此，如果使用根据方案(390)的非常宽的上行带宽来发送上行数据，那么MAC和PHY单元将识别出该上行数据。MAC和PHY单元随后将该上行数据转换为合适的光IP以太网数据包，或者适合于将该电缆调制解调器数据上行传送回电缆头处的改进D-CMTS(500)的其它数字光数据通信协议。
[0209]数据包处理器(700)、(704)以及诸如0-D/A-RF 或 RF-A/D-0 转换器(600)、(601)，QAM重调制器和解调器￠03) “605)，CMRTS单元(604)等装置的运行可以通过虚拟机架管理器(622)借助于适合的控制器(通常为微处理器)和本地应用软件(Apps)进行远程控制，控制器和本地应用软件通常借助于诸如之前所述的套接字协议之类的专门的通信协议对来自光导纤维(222)的数据进行拦截以及接收和发送命令。
[0210]在对QAM-RF数据包处理器(700)和可选的RF-上行数据包处理器(704)中的PHY单元的更多细节进行公开的更深水平上，CMRTS单元(604)通常包括MAC和PHY单元和数据交换机(710)、至少一个控制器(通常为微处理器和相关软件并且未示出)和各种QAM调制器(712)，该QAM调制器(712)取得GigE数据并且转换、QAM调制以及根据需要对该数据进行频移以适应有限的CATV RF带宽。为此，CMRTS单元可以使用可控时钟发生器(714)以对QAM频道的频率和时间进行控制，并且使用可变增益放大器(VGA，variable gainamplifier)单元(716)、(718)以帮助该单元的PHY部分来管理模拟进程将信号在CMRTS单元(300)与电缆RF信号之间来回转换。
[0211]与之前一样，虚拟机架管理器(622)可以通过本地(嵌入式)控制器(常为微处理器)和相关应用软件使用到达和来自虚拟机架软件的命令对MAC和PHY单元以及数据交换机(710)开关以及用于控制QAM调制器(712)和模数(A/D)单元(720)的开关进行控制。和之前一样，这些命令通常通过与通常用于传送其它数据的光导纤维路径相同的光导纤维路径进行发送，并且还可以使用基于套接字的进程间通信(IPC)协议。
[0212]如以前一样，为了向后兼容性，用于处理上行数据的返回过程能够选择性地由RF-A/D-0转换器(601)和/或QAM解调器(605)来实现，以在除数字化、数据包转换和光转换过程之外本质上没有修改地将上行信号数字化并且向回发送。
[0213]通常情况下，使用最适合于对本发明的各种上行数据的调制方法进行拦截的设备对上行数据进行检测，例如，对更宽带宽上行数据等进行拦截和解码的合适设备。
[0214]在该方案中，为了简单起见，假设这些方法使用高速DSP或者软件控制的接收器来实施，高速DSP或软件控制的接收器能够放大各个信号，对信号进行数字化，并且随后根据合适的算法进行解码；当然，也可以使用其它方法。依照美国专利申请13/555170，也可以使用诸如ASIC、FPGA、DSP等的其它硬件，该专利申请的内容以引用方式合并在本申请中。
[0215]在一个实施例中，可变增益放大器(VGA)单元(718)将来自本地邻域CATV电缆的输入上行RF信号转换为一个信号，该转换后信号随后使用A/D转换器和时钟发生器进行数字化，使用MAC和PHY单元(710)分析并重新封装为GigE或其它光导纤维优化信号，并且随后通过各种光导纤维分路器/合路器单元(710)沿着光导纤维上行发送。该过程可以使用来自虚拟机架软件的命令进行控制。
[0216]图9示出了虚拟机架管理器(622)和配置数据库￠30)(之前在图7中示出)可如何对多个D-CMRTS光纤结点(300)、改进D-CMTS (500)和D-CMTS线路卡(502)以及可选地HFC网络系统中的其它活动结点和交换机当中的大多数或者全部功能进行控制。
[0217]在此示例中，虚拟机架管理器软件(622)被示为作为范围更广的D-CMTS管理器软件包(800)的模块来运行；然而，虚拟机架管理器软件(622)还可以作为独立包来运行。D-CMTS管理器软件(800)通常以网络配置管理软件(802)为基础，该D-CMTS管理器软件(800)通常运行在一个或更多个位于电缆头或者其它方便地点的计算机处理器上。这样的网络配置软件(802)(也被常为运营支撑系统(OSS, Operat1nal Support System)软件)例如可以是以瑞典斯德哥尔摩(Stockholm Sweden)(国际地点)以及弗吉尼亚州朗德山(Round Hill Virginia)(美国地点)的Tail-f系统公司生产的ConfD网络管理软件为基础的软件。
[0218]在此实施例中，诸如ConfD之类的软件的使用是非常有用的，因为该类型的网络管理软件还提供了大量的便利并且通用的接口以允许用户与网络进行交互并且随后对网络配置进行控制。这些接口可以包括NETC0NF管理代理、SNMP代理、命令行界面(CLI，Command Line Interface)、互联网(Web)接口、以及其它需要的代理/接口。
[0219]可以被用于对各个D-CMTS线路卡(500)和D-CMRTS光纤结点(300)的状态进行控制的虚拟CMTS机架软件通常与在网络配置软件(802)的控制下运行的网络配置数据库(630)进行交互。虚拟D-CMTS机架软件依次将命令发出到大部分或者全部的虚拟远程D-CMRTS光纤结点处，并且对电缆头处的D-CMTS(500)的运行以及需要时对其它装置的运行进行控制。如之前所述，用于实现该控制的一个优选方式是借助于基于套接字的进程内通信(IPC)协议和数据包(804)，其可通过与用于发送其它数据的光导纤维线路相同光导纤维线路进行发送。在此情况下，例如，在远程D-CMRTS光纤结点(300)的多个远程数据包处理器(700)、(704)中运行各种类型的应用软件(Apps)的控制器能够对来自虚拟机架管理器￠22)的合适的命令进行监听，并且相应地调整D-CMRTS数据包处理器(700)、(704)的运行。这些D-CMRTS光纤结点还能够使用相同的协议将它们的状态传送回虚拟机架管理器。
[0220]虚拟机架管理器系统的装置配置数据库(630)通常具有多个数据字段，这些数据字段包括含有网络中各个D-CMRTS单元的识别代码和/或地址的字段(D-CMRTS标识符字段)。数据库通常还具有与连接到各个D-CMRTS单元上的各个电缆调制解调器的状态有关的信息，这些信息包括电缆调制解调器识别数据(电缆调制解调器识别数据字段)以及与这些各个电缆调制解调器相关联的各个用户的特权。例如，一个用户可以拥有访问大范围服务的特权以及大带宽的上传和下载数据的特权，而其它用户可能具有受限的对不同的服务集的访问并且更加受限的上传和下载数据特权。其它能够实现的功能包括事件记录，认证、授权和计费(AAA, Authenticat1n, Authorizat1n and Accounting)支持，版本扩展的DOCSIS 管理信息库(MIB, Management Informat1n Base)功能等。
[0221]通常在数据库中的其它字段通常包括与用户识别字段(用户特权字段)、可用的扩展DOCSIS频道、可用的IP地址、用于对各个D-CMRTS软件可控交换机进行远程配置的指令、用于对各个D-CMRTS软件可控RF数据包处理器进行远程配置的指令相关的信息。
[0222]虚拟机架管理器和配置数据库，以及系统的其它部件，通常被运行在具有至少一个微处理器以及诸如MAC和PHY之类的标准硬件和软件的计算机系统上，该标准硬件和软件使得虚拟机架管理器能够(通常通过IPC协议)将数据包发送到网络上的各个远程D-CMRTS单元或者接收来自网络上的各个远程D-CMRTS单元的数据。
[0223]OSS软件(802)能够将分配给各个用户的特权、证书和加密密钥告知虚拟机架管理器软件。OSS还能够对与分配给各个频道的频率和带宽有关的策略和分配限制进行设定。OSS还能够当检测到新的调制解调器时对来自虚拟机架管理器的询问进行响应。OSS进一步能够取得由虚拟机架管理器收集的统计数据，例如，传送和接收的数据包、数据大小，并且将该信息用于记账和网络管理的目的。
[0224]有关OSS功能的进一步信息，以及可在用于本发明的OSS软件中实现的功能的更多不例可在 Misra, “OSS for Telecom Networks: An Introduct1n to NetworkManagement”，Springer (2004) (Misra, “用于电信网路的OSS:网络管理入门”，斯普林格，2004) —文中找到。
[0225]例如，该系统如何工作、如何对新的电缆调制解调器被第一次连接到系统上的情况进行考虑。电缆调制解调器可以发送上行信号(226)到D-CMRTS (604)。D-CMRTS (604)中的RF-上行(RF-up)数据包处理器(704)转而对与电缆调制解调器识别号有关的信息、以及其他相关参数进行收集，将数据重新封装为数字格式，并且将数据上行发送回光纤GigE链接(302)上的虚拟机架管理器系统处。虚拟机架管理器系统(622)在装置配置数据库(630)中查找电缆调制解调器识别数据，并且对与所述电缆调制解调器识别数据相关的用户特权进行确认，并且根据用户特权字段、可用扩展DOCSIS频道以及可用IP地址的值的不同借助于对特定电缆调制解调器进行控制的IPC协议(804)将数据包发送到D-CMRTS (700)单元。虚拟机架管理器还可以对任何住宅网关装置的功能进行控制。
[0226]这些数据包与应用(例如，Appl、Appn)进行交互并且对D-CMRTS单元(700)上的软件可控交换机进行配置，以对QAM-RF数据包处理器(700)上的软件可控交换机以及电缆调制解调器可用IP地址或TDD-FDD网关地址进行配置，从而在第一可用DOCSIS频道上将下行数据传送到电缆调制解调器。数据包还对软件可控RF数据包处理器(704)进行配置以从电缆调制解调器接收第二可用DOCSIS上行频道上的上行数据以及IP地址，并且将上行数据作为第三上行数据光导纤维信号(302)进行重新传送。
[0227]虚拟机架管理器(622)通常通过代理动态主机配置协议(DHCP，Dynamic HostConfigurat1n Protocol)服务或者其它方法对用于电缆调制解调器和可选的网关装置的IP地址进行处理。
[0228]能够允许住宅CATV设备与使用CATV电缆工作在上行频率的扩展范围中的替代性类型的住宅网关也是可能的，该住宅CATV设备被设计用于需要5-42MHZ上行频率范围的标准DOCSIS CATV协议。该网关设备被设计为“欺骗”住宅CATV设备以使住宅CATV设备认为其被连接到能够携带标准5-42MHZ上行数据的标准CATV电缆上，但是该标准CATV电缆是相对畅通的——也就是说，5-42MHZ频谱的相对较大的部分是能够使用的。实际上，网关设备随后可以将住宅5-42MHZ上行数据(例如，QAM频道)的频率转移到替代频率(例如，将20MHz上行QAM频道转换为例如100MHz QAM频道)以用于CATV电缆上的传输，或者替代性地将上行QAM频道转换为扩展频谱信号。在上述任何一种情况下，转换的上行信号随后在CATV电缆上被上行发送到D-CMRTS光导纤维结点或者根据情况发送到其它光纤结点。该数据随后被转换为光导纤维数据并且根据情况被发送到电缆头。
[0229]对于这样的可调整的上行/下行频率范围而言有用的自适应取消方法在共同未决申请 13/400415，“METHODS OF ADAPTIVE CANCELLING AND SECONDARY COMMUNICAT1NSCHANNELS FOR EXTENDED CAPABILITY HFC CABLE SYSTEMS (自适应取消方法和用于扩展能力HFC电缆系统的次级通信信道)”中被提出，该申请的内容以引用方式合并在本发明中。
[0230]图10示出了替代类型的住宅网关(1100)，该住宅网关(1100)能够在具有为上行数据分配的扩展频率(例如，5-547MHZ或替代的上行频率范围)的CATV电缆系统与被设计用于上行频率的标准5-42MHZ范围的住宅设备之间进行转换。
[0231]在此，CATV电缆(226)携带具有比标准有限CATV 5_42MHz上行带宽远远更大的上行MHz带宽的扩展范围频率的上行数据(390)。然而问题在于，在住宅内部，诸如机顶盒、电缆调制解调器之类的CATV设备可能是仅能够在标准5-42MHZ带宽上发送上行数据的传统CATV设备。在该示例中，为房屋提供服务的网关(1100)可以是扩展FDD上行网关，扩展FDD上行网关包含将住宅CATV设备上行信号频移到用于在CATV电缆(226)上重新传输的替代频率所必需的设备。因此，例如，通过在更宽的5-547MHZ范围内重分配并传送标准5-42MHZ上行数据，并且欺骗每个住宅以使其认为该住宅能够自由访问只有之前十分之一负荷的5-42Mhz上行频率范围，邻域的上行数据能力可以扩展到大约10倍。
[0232]如之前所述，替代类型的网关同样是可能的。在共同未决的申请13/035993，“METHOD OF CATV CABLE SAME-FREQUENCY TIME DIVIS1N DUPLEX DATATRANSMISS1N (CATV电缆同频率时分复用数据传输方法)”中对这样的替代性方法进行了说明，该申请的内容以引用方式合并在本申请中。
[0233]本发明的其它替代性实施例同样是可能的。在这些替代性实施例中，CMRTS或D-CMRTS单元能够具有多个输出，例如，多个CATV电缆输出、或甚至CATV或同轴电缆输出与诸如数据输出(例如，GigE或其它数据输出)、电话输出之类的其它输出类型的混合。
[0234]其它应用:本发明还可以被用于替代性HFC配置，例如，被用于共同未决申请13/346709，“HFC CABLE SYSTEM WITH WIDEBAND COMMUNICAT1NS PATHWAY AND COAXDOMAIN NODES (具有宽带通信路径和同轴域结点的HFC电缆系统)”以及12/907970，“HFCCABLE SYSTEM WITH SHADOW FIBER AND COAX FIBER TERMINALS (具有暗影光纤和同轴光纤端的HFC电缆系统)”中，以上申请的内容以引用方式合并在本申请中。
【权利要求】
1.一种用于混合光纤电缆(HFC)网络的数字光导纤维结点系统，所述系统包括电缆头端; 所述电缆头端与IP主干之间IP连通，并且与至少一个数字光导纤维结点(DOFN)之间光导纤维连通； 所述至少一个数字光导纤维结点与连接有至少一个CATV电缆装置的CATV电缆之间RF连通； 所述系统包括: 至少一个数字光导纤维结点，所述数字光导纤维结点包括以下装置中的至少一个装置: A:RF数字重建装置，被配置为对在光导纤维上被数字地下行传送的下行RF波形的数字样本进行接收，并且将这些数字样本重建为一个或更多个下行数字重建的RF频道； B =RF重调制器装置，被配置为对在所述光导纤维上传送的下行数字QAM符号进行接收，并且将这些QAM符号重新调制为一个或更多个下行QAM符号重调制的RF QAM频道； C =IP到QAM转换装置，被配置为对在所述光导纤维上传送的下行数字IP数据包进行接收，并且将这些数字IP数据包调制为一个或更多个基于下行IP的RF QAM频道；以及RF合路器装置，被配置为对所述数字重建的RF频道、所述QAM符号重调制的RF QAM频道以及所述基于IP的RF QAM频道中的任意频道进行合路，并且在所述CATV电缆上下行传送所述频道。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述RF波形包括模拟NTSC电视频道或FM音频频道或QPSK频道，所述RF QAM频道包括标准清晰度或高清晰度数字电视频道，所述基于IP的RF QAM频道包括DOCSIS频道、边缘QAM频道、视频点播频道以及IP数据流。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字光导纤维结点是多个数字光导纤维结占.其中，所述多个数字光导纤维结点各自进一步包括处理器、存储器以及被存储在所述处理器或存储器中的地址，并且所述多个数字光导纤维结点被配置为对被引导至其各自地址的下行数字数据进行处理； 其中，所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项具有特定的数字光导纤维结点地址； 其中，所述系统进一步包括被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述多个数字光导纤维结点之间的多端口交换机； 其中，所述交换机被配置为读取所述特定的数字光导纤维结点地址；以及将所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项引导至与所述特定的数字光导纤维结点地址对应的特定的数字光导纤维结点。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统附加地包括被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述光导纤维之间的至少一个下行转换器装置； 所述下行转换器装置被配置为从所述头端接收下行RF波形和下行QAM频道中的至少一项; 所述下行转换器装置被进一步配置为完成以下各项中的至少一项:对所述下行RF波形进行采样和数字化从而产生下行RF波形的数字样本，和/或将所述下行QAM频道解调为QAM符号从而产生下行数字QAM符号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字光导纤维结点附加地包括以下装置中的至少一个装置: D =RF数字转换器装置，被配置为对在所述CATV电缆上传送的上行RF波形进行接收，以及数字化所述上行RF波形，从而产生数字编码的上行RF频道数据； E =RF解调器装置，被配置为对在所述CATV电缆上传送的上行RF QAM频道进行接收，以及解调所述RF QAM频道，从而产生上行数字QAM符号； F =QAM到IP转换装置，被配置为对在所述CATV电缆上通过上行QAM RF频道传送的上行数字IP数据包进行接收，并且提取所述上行数字IP数据包，从而产生上行数字IP数据包；以及 数字数据到光转换器装置，被配置为对所述数字编码的上行RF频道数据、所述上行数字QAM符号和所述上行数字IP数据包中的任意项进行合路，以及在所述光导纤维上数字地上行传送所述数据、符号和数据包。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述CATV电缆和所述数字光导纤维结点被进一步配置为使得可变频率能够截止在指定用于上行传输的RF频率与指定用于下行传输的RF频率之间。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述数字光导纤维结点被进一步配置有至少一个滤波器组，并且其中，所述上行RF波形的数字化通过子带分解来完成。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统附加地包括被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述光导纤维之间的至少一个上行转换器装置； 所述上行转换器装置被配置为从所述光导纤维接收以下各项中的至少一项:数字编码的上行RF频道数据、上行数字QAM符号或上行数字IP数据包； 所述上行转换器装置被进一步配置为完成以下各项中的至少一项:将所述数字编码的RF频道数据转换回上行RF波形，和/或将所述上行数字QAM符号重建为上行RF QAM频道，和/或将所述数字IP数据包调制为RF QAM频道或RF边缘QAM频道。
9.一种用于混合光纤电缆(HFC)网络的数字光导纤维结点系统，所述系统包括电缆头端; 所述电缆头端与IP主干之间IP连通，并且与至少一个数字光导纤维结点(DOFN)之间光导纤维连通； 所述至少一个数字光导纤维结点与连接有至少一个CATV电缆装置的CATV电缆之间RF连通； 所述系统包括: 至少一个数字光导纤维结点，所述数字光导纤维结点包括以下装置中的至少一个装置: A:RF数字重建装置，被配置为对在光导纤维上被数字地下行传送的下行RF波形的数字样本进行接收，并且将这些数字样本重建为一个或更多个下行数字重建的RF频道； B =RF重调制器装置，被配置为对在所述光导纤维上传送的下行数字QAM符号进行接收，并且将这些QAM符号重新调制为一个或更多个下行QAM符号重调制的RF QAM频道； C =IP到QAM转换装置，被配置为对在所述光导纤维上传送的下行数字IP数据包进行接收，并且将这些数字IP数据包调制为一个或更多个基于下行IP的RF QAM频道；以及RF合路器装置，被配置为对所述数字重建的RF频道、所述QAM符号重调制的RF QAM频道以及所述基于IP的RF QAM频道中的任意频道进行合路，并且在所述CATV电缆上下行传送所述频道； 其中，所述数字光导纤维结点附加地包括以下装置中的至少一个装置: D:RF数字转换器装置，被配置为对在所述CATV电缆上传送的上行RF波形进行接收，以及数字化所述上行RF波形，从而产生数字编码的上行RF频道数据； E =RF解调器装置，被配置为对在所述CATV电缆上传送的上行RF QAM频道进行接收，以及解调所述RF QAM频道，从而产生上行数字QAM符号； F =QAM到IP转换装置，被配置为对在所述CATV电缆上通过上行QAM RF频道传送的上行数字IP数据包进行接收，并且提取所述上行数字IP数据包，从而产生上行数字IP数据包；以及 数字数据到光转换器装置，被配置为对所述数字编码的上行RF频道数据、所述上行数字QAM符号和所述上行数字IP数据包中的任意项进行合路，以及在所述光导纤维上数字地上行传送所述数据、符号和数据包； 其中，所述数字光导纤维结点是多个数字光导纤维结点； 其中，所述多个数字光导纤维结点各自进一步包括处理器、存储器以及被存储在所述处理器或存储器中的地址，并且所述多个数字光导纤维结点被配置为对被引导至其各自地址的下行数字数据进行处理； 其中，所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项具有特定的数字光导纤维结点地址； 其中，所述系统进一步包括被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述多个数字光导纤维结点之间的多端口交换机； 其中，所述交换机被配置为读取所述特定的数字光导纤维结点地址；以及将所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项引导至与所述特定的数字光导纤维结点地址对应的特定的数字光导纤维结点。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CATV电缆和所述数字光导纤维结点被进一步配置为使得可变频率能够截止在指定用于上行传输的RF频率与指定用于下行传输的RF频率之间。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述数字光导纤维结点被进一步配置有至少一个滤波器组，并且其中，所述上行RF波形的数字化通过子带分解来完成。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统附加地包括被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述光导纤维之间的至少一个下行转换器装置和上行转换器装置； 所述下行转换器装置被配置为从所述头端接收下行RF波形和下行QAM频道中的至少一项; 所述下行转换器装置被进一步配置为完成以下各项中的至少一项:对所述下行RF波形进行采样和数字化从而产生下行RF波形的数字样本，和/或将所述下行QAM频道解调为QAM符号从而产生下行数字QAM符号； 所述上行转换器装置被配置为从所述光导纤维接收以下各项中的至少一项:数字编码的上行RF频道数据、上行数字QAM符号或上行数字IP数据包； 所述上行转换器装置被进一步配置为完成以下各项中的至少一项:将所述数字编码的RF频道数据转换回上行RF波形，和/或将所述上行数字QAM符号重建为上行RF QAM频道，和/或将所述数字IP数据包调制为RF QAM频道或RF边缘QAM频道。
13.—种在混合光纤电缆(HFC)网络上传送数据的方法，所述方法包括: 获得电缆头端，所述电缆头端与IP主干之间IP连通，并且与至少一个数字光导纤维结点(DOFN)之间光导纤维连通； 其中，所述至少一个数字光导纤维结点与连接有至少一个CATV电缆装置的CATV电缆之间RF连通； 使用所述光导纤维将数据从所述头端数字地下行传送到所述数字光导纤维结点，其中，所述数据包括以下各项中的至少一项:从数字采样的RF波形得到的数字数据、从解调QAM频道得到的QAM符号或从所述IP主干得到的数字IP数据包； 在所述数字光导纤维结点处，通过以下方式中的至少一种方式来重建下行RF频道并且将所述下行RF频道注入到所述CATV电缆中: A:使用所述来自数字采样的RF波形的数字数据来重建所述RF波形，从而产生数字重建的RF频道； B:使用所述从解调QAM频道得到的QAM符号来重调制所述QAM频道，从而产生QAM符号重调制的RF QAM频道； C:使用所述从所述IP主干得到的数字IP数据包来产生基于IP的RF QAM频道；以及，在所述CATV电缆上下行传送以下频道中的至少一个频道:所述数字重建的RF频道、所述QAM符号重调制的RF QAM频道或所述基于IP的RF QAM频道。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述下行RF波形包括模拟NTSC电视频道或FM音频频道或QPSK频道，所述RF QAM频道包括标准清晰度或高清晰度数字电视频道，以及所述基于IP的RFQAM频道包括DOCSIS频道、边缘QAM频道、视频点播频道以及IP数据流。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述数字光导纤维结点是多个数字光导纤维结点，每个数字光导纤维结点具有自己唯一的地址； 其中，所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项具有特定的数字光导纤维结点地址； 进一步地，使用被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述多个数字光导纤维结点之间的多端口交换机来读取所述特定的数字光导纤维结点地址；以及将所述下行RF波形的数字样本、所述下行数字QAM符号或所述下行数字IP数据中的任意项引导至与所述特定的数字光导纤维结点地址对应的特定的数字光导纤维结点。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步使用被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述光导纤维之间的至少一个转换器装置来从所述头端接收下行RF波形和下行QAM频道中的至少一项；以及 对所述下行RF波形进行采样和数字化，从而产生下行RF波形的数字样本； 和/或将所述下行QAM频道解调为QAM符号，从而产生下行数字QAM符号。
17.根据权利要求13所述的方法，通过进一步使用所述数字光导纤维结点来执行以下步骤中的至少一个步骤从而使用所述光导纤维将数据从所述数字光导纤维结点进一步数字地上行传送到所述头端: C:对在所述CATV电缆上被传送到所述数字光导纤维结点处的上行RF波形进行接收，并且数字化所述上行RF波形，从而产生数字编码的上行RF频道数据； D:对在所述CATV电缆上被传送到所述数字光导纤维结点处的上行RF QAM频道进行接收，并且解调所述RF QAM频道，从而产生上行数字QAM符号； E:对在所述CATV电缆上通过上行QAM RF频道被发送到所述数字光导纤维结点处的上行数字IP数据包进行接收，并且提取所述上行数字IP数据包，从而产生上行数字IP数据包；以及 对所述数字编码的上行RF频道数据、所述上行数字QAM符号和所述上行数字IP数据包中的任意项进行合路，以及以光学方式在所述光导纤维上数字地上行传送所述数据、符号和数据包。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述CATV电缆和所述数字光导纤维结点被进一步配置为使得可变频率能够截止在指定用于上行传输的RF频率与指定用于下行传输的RF频率之间。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步使用所述数字光导纤维结点中的至少一个滤波器组将所述上行RF波形分解为多个子带，并且其中，所述数字化使用所述多个子带中的至少一些子带来完成。
20.根据权利要求17所述的方法，进一步使用被布置在所述头端处或者被布置在所述头端与所述光导纤维之间的至少一个上行转换器装置从所述光导纤维接收以下各项中的至少一项:所述数字编码的上行RF频道数据、所述上行数字QAM符号或所述上行数字IP数据包；以及 使用所述上行转换器装置完成以下各项中的至少一项:将所述数字编码的RF频道数据转换回上行RF波形，和/或将所述上行数字QAM符号重建为上行RF QAM频道，和/或将所述数字IP数据包调制为RF QAM频道或RF边缘QAM频道。
【文档编号】H04B10/2575GK104247305SQ201380020958
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2012年2月20日
【发明者】什洛莫·塞利姆·拉基布 申请人:加速有限公司