通过有线电视系统的返回路径发送数据的系统和方法

专利名称：通过有线电视系统的返回路径发送数据的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及通过主要为电视和数据信号下行传输而设计的网络进行上行数据通信，更具体地说，本发明涉及一种系统和方法，用于将一个或一个以上的模拟信号转换成数字信号，通过光媒体发送这些信号，然后正确地重新生成所述一个或一个以上的模拟信号。
背景技术：
基本CATV系统体系结构.最初采用有线电视系统(CATV)是为了使偏远处的社区能够在山顶上放置接收机，然后使用同轴电缆和放大器把接收信号分配到信号接收差的城镇。这些早期的系统把信号从天线带到“前端”，然后从此点把信号分配出去。由于目的是在整个社区分配电视频道，因此系统被设计为单向的，且不具有从用户向前端回传信息的能力。
随着时间的过去，人们意识到通过添加一些新部件，可以使基本系统设备双向操作。双向CATV多年来用于将一些本地生成的视频节目传送到前端，在前端可以将其上变频为与普通电视频道兼容的载频。
当前CATV系统的定义把从前端到用户的正常广播方向称为“前向路径”，把从用户回到前端的方向称为“返回路径”。Donald Raskin和Dean Stoneback所著题为“混合光纤闭路电视网络的返回系统”(Return Systems for Hybrid Fiber Coax Cable TV Networks)的书中对现有的返回路径技术有较全面的论述，通过引用将该书作为背景信息结合在此。
另外一项革新在过去10年中遍及整个CATV业。这便是引入了通过单模光纤操作的模拟光纤发射机和接收机。这些光纤链路用于结束多数CATV系统的原树状分支体系结构，并用标记为混合光纤/同轴(HFCHybrid Fiber/Coax)的体系结构将其取代。在这种方法中，光纤将系统的前端连接到邻域节点，随后用同轴电缆将信号从邻域节点分配到小范围地理区域中的各个家庭、企业等。返回路径光纤一般与前向路径光纤处在同一电缆，因此，返回信号可以具有与前向路径相同的优点。
HFC有几个优点。至少对部分信号传输路径使用光纤可使所产生的系统不仅可靠而且改善了信号质量。与常规树状分支同轴系统相比，混合系统中的故障灾难性通常较小，这是因为多数故障只影响单个子树或邻域。
CATV返回路径可将数据信号从各个家庭、企业及其它用户位置传送回前端，并因而使因特网业务流入和流出家中的数据率比普通电话调制解调器可能达到的数据率高得多，因此，它们在过去几年内变得更为重要。这些所谓基于电缆调制解调器的系统的速度一般在1Mbps或更高，而与基于电话的数据传输相关的速率(rate)为28.8Kbps到56Kbps。基于CATV的因特网访问一般是按月计费，而不是按使用时间计费，因而使人们可以一周七天，一天24小时连接到因特网。
随着这些先进服务的出现，使用为从城镇会议点发送视频信号(使用前向路径)而设计的物理CATC设备为即使不是成千上万，也是数以百计的用户同时提供高速因特网访问(同时使用前向和返回路径)，也带来了许多问题。这些问题通常与返回路径链路有关，下面将进行详细描述。
集合(aggregation)问题.经济上，CATC返回路径技术存在的主要问题是需要集合返回路径信号，这表示许多用户传来的信号被相加为一个组合信号。该组合信号随后由前端的设备进行处理。由于将返回路径信号从其多频射频(RF)格式处理成适用于因特网的数字分组时，要求使用称为CMTS(电缆调制解调器端接系统)的昂贵装置，因此返回信号被相加。此设备只处理一个或甚至几个返回信号，就现在而言过于昂贵，价格不合理。通过集合许多用户的返回信号，CMTS的高成本分摊到足够多的用户，以使他们使用在经济上可行。
集合的重要性也在于它允许有效地使用光纤。多数HFC系统仅为每个邻域提供少量的光纤，因此这些系统并不具有足够的光纤为每个返回信号提供单独的光纤。集合使得大量的返回信号可放置在单个光纤上发送，有效地使用了现有的光纤设备。
在只是通过从各个用户的返回信号中组合不同RF电平信号来进行集合时，集合使得系统的信噪比(SNR)降低。必须保持SNR高于某一级，以便前端接收的RF信号能可靠处理成无差错的数字数据。
进入(ingress)问题.称为“进入”的问题经常由于许多RF信号的集合而变得更严重。术语“进入”是指噪声注入返回路径信号。一般注入CATV系统的返回路径中的噪声信号具有不可预测的频率和强度。在前向路径中，所有信号源于前端，并且此单个位置受到控制，因而能受到有效管理以使噪声注入最小。另一方面，返回路径具有多个输入点(一般每个家庭或企业有一个或多个输入点)，并且返回路径的操作方式是将某个地理区域的所有输入集合到单个同轴电缆。例如，假设系统具有一百个用户接到单条同轴电缆。99个用户可能正通过其电缆调制解调器提交有效的因特网业务(即，返回路径信号)，有关噪声为低水平，而一个用户有配线错误，使得与业余无线电发射机或电视或个人计算机有关的噪声接入返回路径。这便是进入，它可造成其它99个操作正确的用户损失数据。
相加或集合过程也关系到进入。因此不一定是任何单个进入点引起系统故障，而可能是几个不同的用户为部分噪声的来源，使得系统信噪比(SNR)降低。
链路降级问题.模拟光纤返回路径链路受另一问题影响。链路由于距离和连接器问题而降级。这是由于连接器和接头接口的缺陷而造成的反射和光纤中随距离而造成的反向散射。连接器和接头问题可以使激光相对强度噪声(RIN)降级，并且所有这些现象，包括反向散射，会使到达接收机的光沿光纤传播了不同的距离，因而一些到达光对于发送RF信号可能失相。在任何情况下，链路的SNR随距离增长而降级，正如“混合光纤闭路电视网络的返回系统”一文所述。链路降级会由于与返回路径链路传播的室外环境有关的温度大幅变化而发生，也会由于例如在杆顶安装设备期间，安装员粗糙地处理返回路径链路设备而发生。
先有技术模拟返回路径链路

图1是使用常规模拟返回路径光纤链路的先有技术有线电视系统100的框图。图1中的系统总体符合1999工业标准，且易于受上述的进入和链路降级问题的影响。系统的每个子树包括同轴电缆106，同轴电缆106接到用户用于因特网访问的电缆调制解调器108。同轴电缆106也接到与此处所述不相关的机顶盒和其它设备。每个子树102的同轴电缆106接到至少一条前向路径光纤110和至少一条返回路径光纤112。其它的光纤(未显示)可用于电视节目的前向路径传输。模拟光电收发信机114提供把同轴电缆106接到光纤110、112的数据路径。
具有有关信号电平的RF输入信号被提交到光电收发信机114的发射机部分，发射机又根据信号电平如何设定来放达或衰减信号电平。随后，输入信号由激光二极管122进行调幅，并转换成调幅光信号。法布里-珀罗(FB)和分布反馈(DFB)激光用于此应用。DFB激光与光隔离器结合使用，提高了FP激光的信噪比，但要付出相当大的成本。优选DFB激光，这是由于在集合多个返回信号时，改善的SNR使系统具有更佳的性能。
激光二极管122的激光输出光被耦合到传送信号给光接收机130的单模光纤(即，返回路径光纤112)，而该接收机一般位于前端系统132。光接收机130把调幅光信号转换回RF信号。有时，提供有手动输出幅度调整机制，以调整光接收机产生的输出的信号电平。前端132中的电缆调制解调器终接系统(CMTS)134接收并解调恢复的RF信号，以恢复用户发送的返回路径数据信号。
先有技术数字返回路径链路图2和3描绘了先有技术返回路径链路的发射机150和接收机170。发射机150使用模数转换器(ADC)152，把从同轴电缆106接收的RF信号数字化。ADC 152在接收机抽样时钟153的每个周期生成十比特抽样值，而抽样时钟由本地低噪声时钟发生器156生成。ADC 152的输出由并串变换器154转换成串行数据流。并串转换器154使用标准8B/10B映射(即比特值平衡映射)对数据进行编码，这增加百分之二十五的发送数据量。此编码不限于抽样值的10比特约束，而是受限于每组八个抽样的约束(80比特)，这8个抽样使用100比特编码。
抽样时钟以100MHz运行时，并串转换器154的输出部分由125MHz符号时钟驱动，并以1.25Gbps的速率向光纤发射机158、159输出数据比特。光纤发射机158、159将1和0电比特转换成1和0光比特，并且这些光比特随后通过光纤160发送。光纤发射机包括激光二极管驱动器158和激光二极管159。
光纤160接收端的接收机170包括光纤接收机172、174，它们接收通过光纤160发送的1和0光比特，并将光比特转换成对应的1和0电比特。此串行比特流被传送到串并转换器电路178。时钟恢复电路176从输入数据恢复1.25GHz比特时钟，并也生成与恢复的1.25GHz比特时钟同步的100MHz时钟。
恢复的1.25GHz比特时钟由串并转换器178用于接收数据中计时，并且100MHz时钟用于驱动数模转换器180，该转换器将十比特数据值转换成前端系统的节点182上的模拟电压信号。结果，在前端系统节点182上重新生成同轴电缆106的RF信号。
诸如图2和3所示的先有技术返回路径链路系统在发射机为A/D抽样时钟使用了低噪声振荡器。同一振荡器也用作为通信链路生成相干符号时钟的合成器的参考。接收机170恢复符号时钟。
通信路径在接收机抽样时钟中引入时间抖动。接收机的时钟恢复电路必须快速反应，以维护对接收数据的锁定。接收机的时钟恢复电路对噪声也迅速响应，为生成恢复的抽样时钟的合成器(在时钟恢复电路176)产生有噪参考。由于恢复的抽样时钟与恢复的符号(比特)时钟之间固定的同步关系，恢复的符号时钟中的抖动在恢复的抽样时钟中也存在。
先有技术返回路径链路系统的另一缺陷是光纤链路的使用效率不高。特别是如上所述，每个先有技术返回路径链路仅从一个RF数据信道发送数据流。
发明概述本发明提供一种新的返回路径装置和返回路径信号传输方法，避免或大大减少了当前在返回路径链路中存在的集合、进入和/或链路降级有关的问题。另外，本发明的返回路径装置通过从一个以上RF数据信道发送数据，提供了对光纤链路的有效使用。
具体地说，本发明是用于利用有线电视网络中的电缆调制解调器把数据从用户发送到前端系统的一种返回路径链路。由一组用户发送的数据最初作为模拟RF信号耦合到一条或多条同轴电缆。一个或多个模数转换器(ADC)把模拟信号转换成数字信号。模数转换器以低噪声振荡器生成的第一抽样时钟速率运行。发射机信号处理逻辑把ADC产生的数字信号转换成数字编码数据帧的序列。随后，激光发射机以第二时钟速率把数据帧与控制信号一起发送到光纤的一端。
在光纤另一端的接收机接收数据帧与控制信号。连接到接收机的时钟恢复电路恢复接收的数据帧，并也恢复第一时钟信号，该信号具有基本等于第二时钟速率的时钟速率。接收机信号处理逻辑把接收的数据帧转换成恢复数据，并把该恢复数据存储在缓冲器中。缓冲器具有有关的电路，用于确定缓冲器的充满度(fullness)是大于还是小于阈值级(threshold 1evel)，诸如半满。依据此信息，调整精确率控制振荡器的信号速率。精确率控制振荡器生成的第二时钟信号具有基本等于第一抽样时钟速率的时钟速率。数模转换器以第二时钟信号设置的速率运行，把存储器中存储的恢复数据转换成一个或多个恢复模拟信号。
附图简述结合图形，通过下面的详细说明书和后附权利要求书，将更容易理解本发明的其它目的和特性，附图中图1是先有技术模拟返回路径链路系统的框图；图2和图3分别是先有技术数字返回路径链路系统的发射机和接收机的框图；图4是系统优选实施例中数字返回路径链路系统的双RF信道发射机的框图；图5是系统优选实施例中数字返回路径链路系统的双RF信道发射机中发射机信号处理逻辑的框图；图6A、6B和6C是描述在数据帧之间插入辅助数据的三种模式的图解；图7是系统优选实施例中数字返回路径链路系统的单RF信道发射机的框图；图8是系统优选实施例中数字返回路径链路系统的单RF信道发射机中发射机信号处理逻辑的框图；图9是系统优选实施例中数字返回路径系统的接收机的框图；图9A是图9所示接收机一部分的替代实施例的框图；图10是系统优选实施例中数字返回路径链路系统的接收机中接收机信号处理逻辑的框图；图11是图9和图10的接收机中分用器的状态图；图12是用于同步有线电视网络中多个子树的返回路径发射机抽样时钟的系统的框图；图13是返回路径集线器的框图；图14是多个子树返回链路发射机以菊花链形式连接的CATV数字返回路径链路系统的框图；图15描绘由每个子树返回链路发射机通过返回链路光纤所发送的数据的数据结构的示例；图16是图14中所示系统的子树返回链路发射机之一的框图；图17是图16的子树返回链路发射机的接收机和分用器的框图；图18是图17的分用器中所用的菊花链接收机分用器实施例的一部分的框图；图19是图18的分用器中数字数据(以太网)ID状态机的状态图；图20是图16中所示子树返回链路发射机的引出/加入电路、复用器和发射机实施例的框图；图21是用于在CATV前端系统把RF数据流和一组非RF数据流分开的集线器的框图；图22是用于把命令发送到有线电视网络的多个子树的返回路径发射机的系统的框图；以及图23是图17的分用器的替代实施例的框图，该分用器具有用于接收命令的附加电路，所述命令诸如有前端处理器发送的、嵌入在从CATV系统的前端接收的数据流中的命令。
图24是图8所示信号处理电路的替代实施例，具有用于使非RF数据流与表示接收模拟RF数据信号的数字化RF数据流交错的附加电路。
图25示出使用再抽样器重新生成RF信号的接收机。
优选实施例说明返回路径双RF信号发射机参照图4，所示为本发明的数字返回路径链路的双RF信道发射机200的优选实施例。具体地说，发射机200最好配置为从两条单独的同轴电缆106-1、106-2接收两个射频(RF)信号。各RF信号由可变增益放大器203-1、203-2处理，并由一对模数转换器(ADC)202-1、202-2数字化。如下面将更详细描述的一样，在本发明的一些实施例中，每个可变增益放大器203的增益通过从系统前端接收的命令控制。这些命令由控制逻辑电路227(见图5)接收，该电路使用命令来设置放大器203的增益，并设置发射机200其它部件的模式。
读者可以理解，在本文中出现的所有时钟速率、数据结构等均为本发明某些特定实施例中所用的值。视实施例的性能要求及其它因素而定，时钟速率、数据结构等可能随本发明的实施例的不同而变化。
返回路径发射机200还包括生成100MHz抽样时钟信号213的抽样时钟振荡器212。振荡器212最好直接位于ADC 202-1、202-2之一或两者旁。抽样时钟振荡器212用于使输入的RF信号数字化，抖动很小。需要注意确保抽样时钟信号不为任何其它逻辑所操纵，因为任何这样的逻辑可能会增加抽样时钟信号213中的抖动。
下面将描述单RF信道形式的发射机200。另外，可以修改本发明的优选实施例以接收和处理两个以上RF信号。下面将描述一个此类实施例，此处称为相加器实施例或菊花链实施例。
在优选实施例中，每个ADC 202-1、202-2是模拟装置的十二比特模数转换器，有一伏的差分输入范围，由100MHz抽样时钟计时。最好是仅使用ADC 202-1、202-2十二比特输出中的十比特。当然，使用的特定ADC和使用的数据比特数将随本发明的实施例不同而不同。ADC 202-1、202-2的输出随后经过信号处理逻辑电路204，再引入并串-串并转换器(SERDES)206(例如，Texas Instruments公司的TLK-2500)。
信号处理逻辑电路204处理接收的RF信号并输出数据帧的序列。在优选实施例中，每个数据帧包含80比特的RF数据；然而每帧数据比特的数量是个设计选择问题，因而在替代实施例中可能会不同。信号处理逻辑电路204也生成要插入数据帧之间的辅助数据字，并生成帧控制信号，指出当前生成的输出是数据帧的一部分还是辅助数据流的一部分。随后，信号处理逻辑电路204的输出由SERDES 206进行并串处理，SERDES 206也执行8b/10b数据转换，以便产生比特平衡数据流。SERDES 206的输出随后由数字发射机208、209作为数字调制光信号沿光纤210向下发送。
符号时钟214生成的128MHz符号时钟信号通过SERDES电路206倍增，以产生2.56Gbps时钟信号，该信号用于串行地对从SERDES电路206到激光二极管驱动器208的比特进行计时。
参照图5，所示是信号处理逻辑电路204的优选实施例，该逻辑电路用于图4所示的发射机200中。提供的一对锁存器220-1、220-2来接收ADC 202-1、202-2(见图4)来的两个数字化射频(RF)模拟信号。这两个数据信号在下文称为第一和第二数据流。从ADC 202-1来的第一数据流由第一锁存器220-1接收，从ADC 202-2来的第二数据流由第二锁存器220-2接收。第一数据流在经缓冲并转换成预定大小的帧(例如80比特)后，称为帧A数据，而第二数据流在经缓冲和成帧后，称为帧B数据。
在优选实施例中，通过使用单音发生器和加法器电路225-1、225-2，在流经锁存器的数字化数据流之上加一组“单音信号”，使该数据流颤动。在一个实施例中，单音发生器和加法器电路225生成频率为100KHz、200KHz、300KHz、400KHz和500KHz的五个单音信号，并将低振幅形式的这些单音信号加到RF数据流。把单音信号加到RF数据流的原因是防止接收机中的数模转换形成杂散噪声而响应不含数据或几乎不含数据的RF数据流。通过把单音信号加到RF数据，而单音信号的频率适当低于包含数据的频带，此杂散噪声的生成得以大大减少，一般减少约6dB。在优选实施例中，包含数据的频带一般在5MHz到45MHz或5MHz到65MHz。
一对数据输入复用器(MUX)221-1、221-2用于进一步处理锁存数据。每个数据输入复用器221-1、221-2配置为把ADC来的十比特数据流转换成16比特数据流。最好是每个复用器221把8个10比特输入数据字转换成一起形成一个数据帧的5个16比特输出数据字。
每个数据输入复用器221-1、221-2也接收测试信号发生器224生成的一组测试数据(最好是数字化正弦信号)。测试数据用于测试发射机。数据输入复用器221-1、221-2根据控制逻辑电路227生成的选择(模式)信号，选择性地输出数字化RF数据流或测试数据。数据输入复用器221-、221-2也配置为生成帧结束(EOF)标志信号，以表示每个80比特数据帧的结束。更具体地说，数据输入复用器221-1、221-2为数据输入复用器221-1、221-2输出的每个16比特字输出1比特EOF标志。对于每个数据帧除最后16比特字外的其它所有16比特字，EOF标志等于诸如0的第一值，而对于最后的16比特字，EOF标志等于诸如1的第二值。
随后，数据输入复用器221-1、221-2来的16比特数据字被转发到一对数据存储器装置223-1、223-2。具体地说，自第一数据流生成的数据字从第一数据输入复用器221-1转发到数据第一存储装置223-1，而自第二数据流生成的数据字从第二数据输入复用器221-2转发到第二数据存储装置223-2。除16比特数据字外，第一存储装置223-1也为每个字存储EOF标志。另外，第一数据流的数据字的EOF标志可以存储在单独的FIFO存储装置中。
存储器装置223-1和223-2两者均使用100MHz抽样时钟存储接收的数据字。然而，数据仅在100MHz抽样时钟的每8个时钟周期的5个周期写入存储器装置223，这是因为数据已由数据输入复用器221从10比特字重新格式化为16比特字。从存储器装置223读取是使用128MHz符号时钟执行的。数据存储器装置223-1、223-2是先入先出(FIFO)存储器装置，最好使用一个或多个双端口RAM实施。存储器装置223的数据读写由控制逻辑电路227控制，是利用状态机逻辑实施的。
注意，以128MHz从存储器装置223和229读取16比特字会使数据以2.048Gbps的速率发送到SERDES 206。在SERDES将每个16比特字转换成20比特字后，结果数据率为2.56Gbps。
信号处理逻辑204还包括一组传感器226，用于监视发射机200的温度、电源电压或其它电压及其它参数。传感器生成的值由处理器228读取，该处理器也包括内部存储器装置230，以存储发射机标识信息，诸如发射机200的系列号、型号、软件和硬件修正、制造日期等。处理器定期将传感器生成的值作为发射机标识信息发送到FIFO存储器装置229，这些信息在此统称为维护数据。在优选实施例中，每40ms把维护数据转发到存储器装置229一次。
信号处理逻辑204的控制逻辑电路227配置为生成各个存储器装置的读写地址。对于数据存储器装置223-1、223-2，控制逻辑电路在100MHz抽样时钟的每8个周期的5个周期生成写地址，并以128MHz生成读地址。控制逻辑电路227在从第一和第二存储器装置223之间交替读取数据，交替进行着从一个存储器装置读取一个数据帧(即5个16比特字)以及从另一个存储器装置读取一个数据帧。此外，在符合某些准则时，控制逻辑电路227从第三存储器装置229读取维护数据(即，发送维护数据给复用器231)。
从存储器装置223读取数据的速率比数据存储到两个存储器装置223的组合速率更快，这样，可以在数据帧之间插入来自第三存储器装置的辅助数据而不会“落后”于正存储到两个存储器装置223中的第一和第二数据流。存储器装置229中无维护数据时，或更具体地说，在尚无完整的一组维护数据可供传输时，有时在帧之间会插入填充字(最好是空闲字)。
辅助数据字要插入数据帧之间时，生成读取地址的控制逻辑电路227内的计数器会停止，从而使得数据存储器装置223-1、223-2保持输出相同的数据字。控制逻辑227也生成SERDES控制信号，设置SERDES 206(图4)操作的模式。具体地说，控制逻辑电路227指示SERDES(A)执行数据字16b到20b的转换，或(B)输出空闲字，或(C)输出载波字(carrier word)。
控制逻辑电路227和复用器231配置为监视RF数据存储器装置223-1和维护数据存储器229的充满度级(fullness level)，在存储器装置223-1的充满度级超出预定阈值级时，以第一模式输出RF数据存储器装置223-1、223-2中存储的数据，并在RF数据存储器装置223-1的充满度级低于预定阈值级时，以第二交错模式输出RF数据存储器装置223-1、223-2中存储的数据及存储器装置229中存储的维护(即，非RF)数据。
图6A-6C说明了用于在数据帧之间插入辅助数据字的三种不同模式。在这些图中，时间从左流径到右。这表示左侧的数据帧在时间上比右侧的数据帧更早输出。因此，每个序列从A数据帧开始。此处，A数据帧是从第一数据流生成的数据帧，而B数据帧是从第二数据流生成的数据帧。
参照图6A，在第一模式中，无辅助数据流插入数据帧之间，从而产生A和B数据帧的序列。换而言之，第一数据流来的(五个字的)数据帧后是第二数据流来的数据帧，其后又是第一数据流来的下一数据帧，等等。在数据存储器装置223-1、223-2中存储的数据量大于预定阈值充满度级时，控制逻辑电路227以此模式运行，这要求尽快地读出存储的数据。
更具体地说，每次控制逻辑电路227生成的写地址循环回到其起始值(例如，0)时，控制逻辑电路227生成的读地址便会与某一预定值相比较，诸如与存储器设备中间的读地址值相比较，并且依据该比较生成“充满度”信号。在写地址(也称为写指针)是处于其起始值，而读地址是处于中间值时，存储器装置为半满。在读地址小于中间值时，存储器装置低于半满，且充满充信号设为第一值(例如，“假”)；在读地址大于或等于中间值时，存储器装置至少为半满，且充满度值设为第二值(例如，“真”)。充满度信号的值保持不变，直至写地址再循环回到其起始值，此时重新评估充满度信号。在控制逻辑电路生成的充满度信号等于第二值(真)时，发射机以图6A所示模式运行，仅发送RF数据帧，而无辅助数据。然而，由于数据发送率大于数据接收率，在优选实施例中约大于2.5％，因此，充满度值将常等于第一值，表明可以将空闲字或辅助数据插入输出数据流。
参照图6B，在第二模式期间，四个空闲字作为辅助数据插入B帧与A帧之间。更具体地说，第二数据流来的数据帧后是四个空闲字，再之后是第一数据流来的数据帧。而其后又是第二数据流来的数据帧，等等。在存储器装置中存储的数据量低于阈值充满度级(即充满度信号的值为“假”)，但存储器装置229中无维护数据可供发送时，控制逻辑电路227在此模式运行。只要输出A帧的最后一个字，控制逻辑电路227就通过其接收的EOF成帧比特与输出数据帧的边界同步。通过使用EOF成帧比特、当前充满度值及表示存储器装置229是否有可供发送的维护数据的信号，在充满度值表示存储器装置低于阈值充满度级，且存储器装置229中没有可供发送的维护数据时，控制逻辑将在下一B帧结束后插入四个空闲字。
参照图6C，在第三模式期间，在B帧与A帧之间插入四个字。具体地说，形成辅助数据的四个字包括一个空闲字、一个载波字和两个维护数据字。载波字用于表示是发送了两个维护数据字而不是最后两个空闲字。在存储器装置中存储的RF数据量低于阈值级，且存储器装置229中有维护数据可供发送时，控制逻辑电路227在此模式运行。例如，如果要发送的维护数据量是100个字，则每次确定存储器装置223低于阈值级时，将发送此数据的大约24个字。在十二个相继B帧的每个帧后，发送这24个维护数据，一次两个字，之后将重新评估存储器装置223的充满度。在系统中使用每秒千兆位数据率，且仅每40ms生成一个新的维护数据包(占用大约100Kbps的带宽，包括空闲和载波开销字及8b/10b编码开销)时，维护数据仅占用辅助数据“信道”中可用的60Mbps带宽的很小的一部分。(在辅助数据信道60Mbps带宽中，50％由空闲和载波标记用于表示信道中存在数据，剩余带宽的20％由8b/10b编码占用，从而产生大约24Mbps的真正原始辅助数据带宽。与优选实施例中维护数据传输所用的40Kbps原数据率相比，这24Mbps的可用带宽是非常大的。)参照图5，从第一和第二数据流生成的数据帧与维护数据一起发送到数据输出复用器231。数据输出复用器231的运行由控制逻辑电路227控制。总之(正如下面将更详细描述的一样)，数据输出复用器231以上面结合图6A-6C所述的三种模式之一运行。
另外，控制逻辑电路227把控制信号发送到SERDES 206(图4)以控制数据存储器装置223-1、223-2来的数据和空闲字的传输。
如上所述，数据输出复用器231的输出是准备用于并串/串并转换器(SERDES)电路206，一个具有十六比特宽输入的链路并串转换器芯片。每个十六比特字由SERDES电路206转换成十二比特符号。在发射机200中仅使用SERDES电路206的并串转换器功能，而串并转换器功能在接收机250中使用。SERDES电路206将所有可能的8比特符号映射成十比特符号，这些十比特符号相对于1和0比特是“平衡”的，且为精确的时钟和数据恢复提供了足够的数据转换。此外，SERDES电路206一次映射两个8比特字，因此一次将十六比特的数据转换成二十比特符号。这种称为链路编码或8B/10B编码的映射将百分之二十五的开销添加到发送的数据流。因此，如果以2.00Gbps的速率将数据提交到链路，则链路必须以至少2.5Gbps的速率发送数据。在优选实施例中，光链路以2.56Gbps的速率运行。额外的带宽由链路用于传输辅助数据。并串转换器电路206来的串行数据送入光纤发射机208、209，由发射机将1和0电比特转换成1和0光比特。此光纤发射机包括激光二极管驱动器208和激光二极管209。此装置调制激光209生成的光，也使其在温度和电源电压变化下保持稳定。
返回路径单RF信号发射机图7和图8示出单RF数据信道RF信号发射机200-1×。由于此形式RF信号发射机的运行几乎与上面参照图4、图5和图6所述的返回路径双RF信号发射机的运行相同，下面将仅描述此发射机200-1×与双信道发射机200不同的方面。
首先，单RF数据信道发射机200-1×当然仅使用一个输入放大器203、ADC 202、数据锁存器220和单音加法器225。由于单信道发射机200-1×仅具有一个RF数据信道，原始数据率为1.0Gbps，所以符号时钟(符号时钟发生器214-1×产生的)可使用低至64MHz的速率，是双信道发射机符号时钟的速度的一半。在一个实施例中，单信道发射机200-1×使用80MHz的符号时钟速率，因为那是可与优选SERDES 206电路一起时可使用的最小时钟速率。为方便起见，将以64MHz符号时钟描述单信道发射机，但要理解高于64MHz的时钟速率将一样可以适当工作。
参照图8，控制逻辑电路227-1×使用稍微与双信道形式中不同的A帧EOF信号。具体地说，如果数据存储器装置充满度信号已被评估为“假”，表示存储器装置223低于充满度的阈值级，且在维护数据存储器229中有维护数据可供传输，则在A帧后插入空闲字、信道和维护数据字的ICMM序列，以便使维护数据与A帧数据交错。如果维护数据存储器229中无维护数据可供传输，且充满度信号为“假”，则四个空闲字插在A帧后。在充满度信号为“真”时，A帧无需空闲字或维护数据的中断而发送。
返回路径接收机在链路接收端的接收机250接收数字调制光，通过准备数据并随后将数据传送到一对数模(D/A)转换器270-1、270-2的一系列数字信号处理电路处理该光。数模转换器270-1、270-2的输出是“重新生成的RF信号”，分别与同轴电缆是106-1、106-2上的RF信号的频域和时域特征两者密切匹配。双信道形式的接收机250将先被描述，随后，将按双信道与单信道形式接收机之间的差异来描述单信道形式的接收机。
参照图9和图10，光纤210接收端的接收机250包括光纤接收机252、254，光纤接收机把通过光纤210发送的1和0光比特改变成适当的1和0电比特。此串行比特流送入并串/串并转换器(SERDES)电路256(例如TLK-2500)的串并转换器电路258。SERDES电路256也包括从输入数据恢复2.56GHz比特时钟和128MHz符号时钟的时钟恢复电路260。串并转换器258使用标准或专有10b/8b或20b/16b解码，把接收的数据从二十比特字转换成十六比特数据字。随后，使用恢复的符号时钟，对进入接收机信号处理逻辑电路262的十六比特数据字进行计时。除解码的数据值外，串并转换器258还生成一组标志信号。标志信号表示当前符号是数据字、空闲字还是载波字。维护数据字由信号处理逻辑262标识为在空闲字和载波字后的两个数据字。
接收机信号处理逻辑262在优选实施例中使用现场可编程门阵列(FPGA)和QuickLogic公司的QL4016来实施，包括在双信道形式接收机中的一对接收机数据存储器装置280-1、280-2和在单信道形式中的一个此类数据存储器装置。存储器装置280-1、280-2最好是由一个或多个异步双端口的RAM(随机存取存储器)实施的FIFO存储缓冲器。
参照图10和图11，接收机的信号处理单元262包括从串并转换器258接收串并转换数据和标志信号的分用器279。分用器279配置为将A帧来的数据字发送到存储器装置280-1，将B帧来的数据字发送到存储器装置280-2，并且把维护数据发送到用于维护数据的存储器装置281。从数据字到空闲字的每次转换被用于将分用器中的状态机复位为起始(空闲1)状态，这又使复用器279可准确为每个RF数据字生成帧结束比特。空闲字和载波字不写入任何存储器装置。分用器279也配置为生成适当的允写信号、传输错误比特和帧结束信号。传输错误比特和帧结束比特为每个数据字而生成，并转发到存储器装置280以便与数据字一起存储。在替代实施例中，每个数据字的传输错误比特和帧结束比特可以存储在并行存储器装置中。
图11示出接收机分用器279的简化状态图。此图示出了主要状态，但未示出所有错误状态，且还将诸如各个数据字状态的某些状态组组合在一起。因此，维护数据状态处理两个数据字到维护数据存储器装置281的存储。更重要的是，帧A状态处理五个数据字的序列，将四个数据字存储到存储器装置280-1，使EOF设为0，并将最后的数据字存储到存储器装置280-1，使EOF设为1。帧B状态类似地处理五个数据字的序列，将四个数据字存储到存储器装置280-2，使EOF设为0，并将最后的数据字存储到存储器装置280-2，使EOF设为1。从数据字到空闲字的每次转换使状态机复位回空闲1状态，而无论状态机的当前状态如何(即，这不仅是在帧B状态中发生)。因此，如果接收机不与发射机同步，例如，存在传输错误，使接收机不知道它在发送的数据序列中的位置，则数据字到空闲字的转换可用于使分用器复位回适当定义的状态。
再次参照图10，接收机控制逻辑电路283为位于接收机信号处理单元262中的各个存储器装置生成读写地址。相对于数据存储器装置280-1、280-2，控制逻辑电路283按128MHz生成写地址(用于将16比特字写入存储器装置280-1、280-2和281)并按100MHz生成读地址(用于并行从存储器装置280-1和280-2每个装置中读出16比特数据字)。然而，仅在100MHz抽样时钟的每8个时钟周期中的5个周期从存储器装置280-1和280-2读出数据，因此，100MHz抽样时钟的每8个周期一次从每个存储器装置280传送一个80比特数据帧。
时钟速度(clock speed)调整电路284通过监视读写地址，确定数据存储器装置280-1、280-2中是否存储了过多的数据量。具体地说，每次控制逻辑283生成的写地址绕回起始值时，通过把当前读地址与预定阈值相比较来确定存储器装置280的充满度。在读地址表示存储器装置280的充满度高于阈值充满度级(例如，一半)时，时钟速度调整电路284便调整时钟调整信号266以降低存储器读时钟速率(额定速率为100MHz)，并且在存储器装置280处于或高于阈值充满度级时，时钟速度调整电路284便调整时钟调整信号266，以提高存储器读时钟速率。时钟速度调整电路284最好在每次写地址绕回起始值时做出确定，随后相应地调整时钟调整信号266。
100MHz VCXO(压控晶体振荡器)264用于生成抽样时钟信号265，也称为读时钟，该信号锁定为发射机200的100MHz抽样时钟213。VCXO 263被调谐为具有100MHz的中心频率，并最好按正负百万分之100更改其频率(即从低的99.99MHz频率到高的100.01MHz频率)，来响应时钟调整信号266。
如果接收机250中的抽样时钟256的速率快于发射机200中的抽样时钟213的速率，则接收机存储器装置280-1、280-2将低于半满，开始是间歇性地，随后是始终如一地。在时钟速度调整电路284确定存储器装置280-1、280-2低于半满(或一般地说，低于充满度的阈值级)时，时钟调整信号266被调整并施加到VCXO 264的速度调整引线，以使其100MHz时钟速率放慢一点。VCXO 264生成的抽样时钟265的速率被调整，直至其大致与发射机200的抽样时钟213平衡。
但接收机250和发射机200的抽样时钟265、212之间从来不会出现真正的平衡，时钟速度调整电路284的时钟跟踪电路允许返回路径链路系统动态实现在链路发送与接收端之间的全频跟踪和锁定。
VCXO 264逸出本地晶体以生成接收机的抽样时钟265，使用VCXO 264可在仍允许使用校正电压以加快或放慢抽样时钟的同时，允许生成抖动很低的抽样时钟。
接收机信号处理逻辑262还包括监视接收机250的温度、电压和其它参数的传感器286。处理器282包括内部存储器装置288，以存储接收机250的系列号、型号、软件和硬件修正、制造日期等。处理器282定期在存储器装置281中存储接收机维护数据，包括从传感器286接收的传感器数据和处理器的内部存储器288中存储的接收机标识数据。这样，存储器281存储了发射机维护数据包和接收机维护数据包两者。控制逻辑电路283配置为从存储器装置281中读出存储的发射机和接收机两者的维护数据，并通过诸如RS-232接口的通信接口287，将它们串行发送到接收机250的主控制器或主机。接收维护数据的装置可以存储和/或分析维护数据以确定发射机和接收机是否在正常运行。
接收机信号处理逻辑262也包括一对解块(deblocking)复用器285-1、285-2。解块复用器配置为接收从存储器装置280-1、280-2读出的数据及有关控制信号。解块复用器285-1、285-2配置为将每80比特数据帧从一组5个16比特字转换成8个10比特字；此数据格式转换在此称为解块功能。另外，只要解块功能不同步，解块复用器285-1、285-2便使用帧结束标志信号复位解块功能。这为接收机250提供了基本的错误恢复过程。任何解块错误将在收到下一帧结束时自动纠正。如果由于任何原因，解块电路与数据流“不同步”，则该电路在一个80比特帧长度(5个16比特字)内自动恢复；例如，在收到不属于当前数据流的第5个16比特字的EOF信号时，解块复用器285会丢弃当前帧中的数据，然后通过把来自存储器装置280的下一数据字视为下一数据帧的第一个16比特字，重新启动其处理。
此外，如果从存储器装置280-1、280-2读出的数据字设有传输错误比特，则解块复用器285-1、285-2用从存储器装置280-1、280-2中读出的上一有效值替代错误的接收值。多数情况下，这将与错误发送的真实数据相同或接近。这使得接收机250有机会从数据流以数字方式滤出单个传输错误。
解块复用器285-1、285-2也可在测试模式运行，发送由测试发生器电路289生成的测试数据，替代来自存储器装置280-1、280-2的RF抽样数据。
除以下所述外，单信道形式的返回路径接收机基本上与图9与图10中所示相同。仅需要一个存储器装置280和一个解块复用器285。因此，分用器279仅将接收的RF数据发送到一个存储器装置280，且维护数据发送到存储器装置281。另外，单信道接收机的抽样时钟运行在64MHz，而不是128MHz。
有关CATV数字返回路径时钟生成和管理的论述如上所述，数字CATV返回路径系统要求A/D和D/A抽样时钟在相同的频率，具有很小的抖动。此外，在先有技术系统中，A/D时钟的频率必须通过通信链路与抽样数据一起传输，以重建信号。任一抽样时钟中的抖动会使恢复的模拟信号中产生噪声。
在本发明中，在图4所示的发射机200，低噪声振荡器212用于生成抽样时钟，该时钟用于对从A/D转换器202到FIFO缓冲器223-1、223-2的数据进行计时。单独的振荡器214用于生成发射机的符号时钟。为使符号时钟发生器214的频率独立于抽样时钟速率，通过通信链路的传输率必须高于A/D转换器202-1、202-2生成的数据率。发射机的信号处理逻辑204在FIFO缓冲器223-1、223-2中具有足够的数据时，通过光纤210发送FIFO缓冲器223-1、223-2的数据，否则，通过光纤210发送的数据会填充有其它字符。
接收机250从通信链路210接收数据，并恢复符号时钟信号274。接收机250识别哪些接收符号是数据，哪些是填充字符。利用符号时钟信号274，作为RF数据抽样的数据符号被放置在接收FIFO缓冲器280-1、280-2(图10)中。RF数据抽样从FIFO缓冲器280-1、280-2以抽样时钟速率发送到D/A转换器270-1、270-2。由D/A转换器270-1、270-2产生的重新生成的RF信号由CMTS(电缆调制解调器终接系统)134处理，以确定那些RF信号中编码的用户始发消息。视CMTS 134的配置而定，两个重新生成的RF信号可被相加到CMTS134的一个输入端口，或两个重新生成的RF信号可引入CMTS 134的不同输入端口。
在图9A所示的替代实施例中，FIFO缓冲器280-1和280-2中的数字RF数据抽样由相加器267进行算术相加，且结果和以抽样时钟速率发送到单个D/A转换器270。D/A转换器270生成模拟的、重新生成的RF信号，该信号等于从两个子树中抽样的两个RF信号的和。另一个角度来说，模拟信号包括重新生成形式的相互重叠的第一和第二RF信号。重新生成的RF信号被发送到CMTS134处理。
抽样时钟265由VCXO 264生成。VCXO 264的频率在小范围内慢慢调整，以使从FIFO缓冲器280-1、280-2取得的数据的速率与数据放入FIFO缓冲器280-1、280-2的速率一样。VCXO264频率控制的实现是依据FIFO缓冲器280-1、280-2中的数据量。如果FIFO缓冲器280-1、280-2超过半满(或任何其它适当的阈值级)，则VCXO264的频率增加，加快取出数据。如果FIFO缓冲器280-1、280-2低于半满，则VCXO 264的频率降低，减慢取出数据。
相应地，本发明的接收机抽样时钟时间抖动低于图2和图3中所示先有技术系统的，这是因为接收机的抽样时钟不受与符号时钟恢复有关的噪声影响。
更具体地说，在先有技术系统中，从链路的发射机端150(图2)的倍增时钟所得到的恢复时钟一般将具有超过比特单元时间10-20％的抖动。在链路速率为1.25Gbps(具有800ps的比特单元时间)时，接收的抽样时钟具有100ps或更多的抖动并不少见。在具有该抖动级的抽样时钟用于对接收机的D/A转换器进行计时，恢复的RF信号的保真度将无法超出理想的8比特A/D和D/A转换系统的保真度。
然而，CATV系统的返回链路通常要求接近于满10比特数据，以便匹配基于传统模拟的激光返回路径链路的性能。本发明的频率锁定方法，包括接收机250中VCXO的使用，允许为5到50MHz之间的信号生成具有20-30ps抖动级的接收机抽样时钟。
使用按照本发明的数字返回路径有许多优点。例如，返回路径链路可以很长而不伤及性能，这是因为数字链路性能通常不随链路距离而变化。可以设计数字光纤链路，使得实际上具有使链路“无错误”运行的足够SNR。低于10-15的链路错误率并不难得。因此，从距离长为1米到长达30公里或更长的光纤，返回路径链路系统并不显示性能下降。
链路性能通常不随差的接头、连接器、装置温度或正常电压偏移而变化。另外，可以测量具有这些变化的链路特性，但是即使具有这些变化，且虽然它们影响模拟测量，但SNR通常可以保持在仍可实现无错误数字性能的范围内。因此，本发明的返回路径RF链路在部件变化的情况下以常量SNR运行。
此外，由于数字返回路径显现出与在“理想条件”下的模拟返回路径类似的性能，因此数字返回路径能够提供对进入更强的抗扰性，因为一般分配给诸如长度、接头和温度变化的链路降级的界限现在可以分配用于处理进入，使得系统可以忽略一般可能造成返回路径链路系统削波的进入而运行。
组合多子树的返回路径数据图12和图13描述了本发明的一个实施例，其中通过光纤210接收来自两个或更多子树300的返回路径数据流，使用时分复用(TDM)将它们组合在集线器330，然后通过光纤360发送。系统的每个子树的发射机与上述相同，但在此实施例中，发射机的抽样时钟(用于对ADC 202进行计时)由单独的低噪声、精确VCXO(压控晶体振荡器)212-A生成。此外，为使来自各个子树的数据流易于组合，所有子树中VCXO 212-A的时钟速率由包含在每个子树的发射机中的振荡器锁定逻辑308的导频音控制。注意，虽然所有VCXO212-A的速率被强制为相同的值，但这些时钟的相位并不(也无需)一致。
在示例性实施例中，导频音是以大约40％的预定目标抽样时钟速率运行的时钟。例如，在目标抽样时钟速率是100MHz时，导频音可以是40MHz时钟信号。每个子树300的振荡器锁定逻辑308接收本地生成的抽样时钟，并生成校正电压以确保抽样时钟速率精确等于导频时钟速率的2.5倍。通过对每一个的脉冲进行计数，并生成施加给VCXO的适当校正电压(使用脉宽调制和低通滤波)，实现VCXO 212-A对导频音的锁定。在其它实施例中，可以使用其它抽样时钟速率、导频音时钟速率及抽样对导频时钟速率的比率。
图12示出把导频音分配到CATV系统的子树的装置。在前端系统310，前向链路信号由电视信号馈送312、数字信号馈送314(如因特网服务提供商为使用浏览器的用户查看而提供的数据)和导频音发生器316。发生器316产生的导频音最好是正弦信号，由前端发射机318添加到通过CATV系统的前向路径发送的电视信号和其它信号。在每个子树300，陷波滤波器304用于分开前向路径上的导频音和其它信号，放大器306用于把提取的正弦导频音转换成导频时钟信号。子树的发射机的振荡器锁定逻辑308接收导频时钟信号，其操作在上面已述。
如图13所示，返回路径发射机装置，在此称为集线器330，通过光纤210接收来自两个或更多子树的数据。集线器330包括数字接收机332，用于把每个子树来的信号转换成电存储或缓冲的数据帧，随后把数据帧转发到时分复用器或波分复用器334。集线器330也可以接收来自另一服务或来源314的数据。例如，另一来源314可以是生成测试模式以便前端系统检测数据传输错误的系统。
复用器334中的信号处理逻辑最好包括存储每个子树来的数据的单独的FIFO缓冲器及存储来自其它源314数据的FIFO。在每个帧传输期间的开始，所有子树的FIFO缓冲器将始终具有相同的充满度级。只要子树的FIFO缓冲器超过半满，来自每个子树FIFO的数据的帧便会通过返回路径链路发送。使用时分复用时，组合数据信号使用单个激光二极管驱动器336和激光二极管338发送。使用波分复用时，使用多个激光二极管驱动器和激光二极管。
只要子树的FIFO缓冲器低于半满，另一服务314的FIFO来的数据的一个或多个帧便通过返回路径链路发送，且如果另一服务314的FIFO中的数据不足，则分配给另一服务的帧被填上填充符号。可用于另一服务314来的数据的带宽取决于集线器的输出传输率与藕合到集线器的子树来的数据流的组合输入数据率之间的差异。
在此实施例中，所有子树返回路径发射机基本具有相同的抽样时钟速率。这使得在整个系统的中间点收集返回路径信号时，系统可获得返回路径信号间的相干性，这又允许低成本的返回路径信号集合。
在TDM实施中，其中子树的抽样时钟不受导频音控制，因而在一定程度上与其它时钟有所不同，必要时，复用器334的信号处理逻辑在输入数据流中加入和引出填充字符，对接收的数据流的时钟速率与集线器的符号传输时钟的时钟速率之间的差异进行补偿。当每个数据流中填充字符占用的带宽超出最坏情况，造成集线器的输出符号时钟与输入数据流的时钟速率之间时钟速率不匹配时，使用时分复用将不会丢失数据。例如，对于下一数据帧传输，某一特定子树的FIFO缓冲器包含的数据不足，但其它子树的RF数据FIFO缓冲器却包含足够数据时，复用器334的信号处理逻辑可插入填充符号在该特定子树的数据帧。
如上所示，集线器可以使用波分复用器(WDM)。在一个实施例中，WDM是粗波分复用器，通过两个或更多相应光波长发送两个或更多数据流。使用“粗”波分复用是指两个光信号的光波长彼此至少相隔10nm(且最好是至少相隔20nm)。在优选实施例中，每个光纤360通过1310nm传送第一2.56Gbps数据流，而通过1550nm传送第二2.56Gbps数据流。
使用图4、图7和图13所示的节点和集线器子系统进行的返回路径数据流集合使得数字返回流可以从支流构建，然后再在前端分解。另外，使用上述的VCXO和FIFO方法，仍可以在前端为每个单独的返回恢复其主A/D时钟。
业务集合的第二方法在先有技术系统中，一般使用模拟RF组合技术来集合返回路径，但这使得链路噪声增加而信号却未增加。如上所述，使用时分复用的数字集合允许通过单条光纤同步传输多个数据流而不会使信号降级。
所有返回路径时钟同步为单一基准频率允许多个流的更简单的数字集合，这是因为每个流来的数据与其它流相干。例如，通过简单的数据相加，可以组合两个返回路径数据流。这与执行RF组合是一样，但它不需要使信号从数字域块回到模拟。这种组合方法可在两个或更多子树相遇的节点执行，在CATV系统中诸如集线器的中间点执行，也可以在前端系统的CMTS处理信号前在前端执行。任何情况下，方法是相同的，并且以数字方式执行此功能的能力表示在信号完整性方面，不会出现超出理论论据上可能发生的额外损失(即正常的信噪降级)。因为有可能设计CATV系统使用的数字返回具有通过模拟光纤方法无法获得的SRN级，因此，有可能以没有错误的信号开始，使得可以执行重要级的数字组合。这使系统可实现其它目的，如降低成本和更改系统负荷下的信号准备。
注意，图2和图3所示的返回链路系统要求在发射机和接收机两者中有合成器，而本发明仅在接收机中使用合成器，因而降低了成本，并提高了返回路径链路的可靠性。
使用相加RF发射机和大带宽非RF数据信道的菊花链形式的返回链路系统由于已对本发明几个实施例进行详细说明，现在将介绍“菊花链”实施例及菊花链实施例的多个替代实施例。只要菊花链实施例使用了功能与前面实施例相同的部件，在菊花链实施例的简图和解释中，这些部件会标记有相同的标号，此外，对此类部件的功能和操作的解释，将仅限于理解其在菊花链实施例的功能和操作所需的程度。
图14示出CATV数字返回路径链路系统400，其中多个子树返回链路发射机402连接成菊花链形式，此外，除了为RF数据提供数字返回路径链路外，还提供一组大带宽数字信道。更具体地说，在所示的实施例中，通过“相加RF发射机”402来服务多达CATV系统的八个子树的返回链路，但在其它实施例中，子树RF发射机的数量可能更多或更少。每个相加RF发射机402从前一节点接收数据流及从本地子树接收RF数据信号。相加RF发射机402将接收数据流中的RF数据与本地子树J的RF数据(其中J是标识本地子树的指标(index))，将结果数据流转换成光数字信号，并通过光纤404-J把结果光数字信号转发到系统的下一节点。菊花链中的第一相加RF发射机402通过光纤404-0(或通过主光纤和电缆前向路径)从系统前端的一组路由器406接收数据流。此数据流将在下面被更详细描述。菊花链中的最后相加RF发射机402将其输出数据流发送到系统前端的集线器408。
通过相加多个子树的RF数据，RF信号相互重叠，并且结果数据流表示这些RF信号的和(也称为叠加)。
除发送RF数据到前端系统外，每个相加RF发射机402也接收，转发和路由选择一组大带宽数据信道。在示例性实施例中，每个相加RF发射机402有单独的100MHz数据信道，例如，实施为以太网信道。每个RF发射机接收的数据流包括每个子树的100MHz数据信道。RF发射机在其数据信道中将数据路由选择到本地节点的路由器或其它装置(未示出)，并同时将一个数据流插入此数据信道。这样，本地节点的信道中的接收数据“引出”到本地总线上，且本地节点提供的数据“加入”到信道。在多数实施例中，预计每个子树的非RF数据流将是具有至少5Mbps数据率的全双工数据信道。另一方面，非RF数据流可实施为半双工数据信道，仅在从每个子树到前端系统的返回路径方向上传送数据。
每个子树返回链路发射机402的补充数据信道可以例如是全双工10Mbps或100Mbps以太网信道，并且到返回链路发射机402的连接可以由光纤、电缆或无线连接形成。
带宽分配和数据流结构在图14所示系统的优选实施例中，通过光纤404发送的数据流以大约2.56Gbps发送，且带宽分配如下1.20Gbps用于发送作为组合的相加信号的所有子树的RF数据；800Mbps用于八个100Mbps以太网数据信道，每个信道用于八个子树节点中的一个节点；RF数据和以太网数据流被组合和8b/10b编码，产生2.5Gbps的组合数据流；及高达24Mbps的维护数据信道(包括编码和开销比特为60Mbps)用于把维护数据从RF发射机发送到前端系统。
在一个实施例中，24Mbps维护数据信道也用于从前端系统(或从RF发射机与前端系统之间的中间集线器)把命令发送到RF发射机。可由前端系统(或集线器)发送到任一指定RF发射机的命令的示例包括通过维护数据信道从其子树发送RF数据抽样的命令；停止从其本地子树发送RF数据的命令(如由于该子树过多的进入)；及增加或降低其RF输入放大器增益的命令。
图15描绘由任一子树返回链路发射机402通过返回链路光纤404发送的数据的数据结构。发射机生成的数据流包括16比特数据字的序列，其第一部分表示RF数据抽样，第二部分是数据信道之一来的非RF数据。在优选实施例中，每个数据字的12比特表示一个RF数据抽样，4个比特是数据信道来的非RF数据。数据信道的数量为N(如八)时，数据包含在每个数据字中的数据信道以循环形式旋转，使每个数据信道平等共享16比特数据字信道的4比特数据子信道。换而言之，非RF数据信道是时分复用的，以便占用16比特数据字信道的4比特数据子信道。
如图15所示，使用标准或专有的8b/10b或16b/20b转换，每个16比特数据字转换成比特平衡的20比特字。此外，如本文前面实施例中所述一样，在维护数据可用于产生通过系统的光纤404发送的数据流完整时，20比特编码数据字填充有空闲字和此类维护数据。
通过前向路径(下行)光纤404-0发送的数据流具有与图1 5所示相同的格式。然而，每个数据字中的RF数据均设置为诸如零的固定值，或设置为传送由单音加法器225生成的、前面所述类型的一个或更多低振幅抖动“音”(参见图5及有关说明)。此外，通过前向路径404-0发送的数据流一般不含任何维护数据，因而RF数据字将用空闲字填充。然而，如前面所示，在一些实施例中，RF数据字填充有空闲字和命令数据两者。例如，通过发送两个载波字，后面跟两个命令数据字，可以在数据帧之间发送命令数据。命令数据字在累积时表示一个或多个命令。每个命令包括目的地部分和命令部分，目的地部分标识哪个或哪些RF发射机是命令的目的地，命令部分指定要采取的行动或在标识的RF发射机中要设置的模式。
在图14所示的返回链路系统的优选实施例中，每个数据帧包含16个数据字。每个数据帧的第一数据字包含第一非RF数据信道的数据，且每个数据帧的最后数据字包含最后一个非RF数据信道的数据。通过使用上述用于1×和2×返回链路发射机的相同方法，空闲字、维护数据和命令被插入到数据帧之间。从空闲字到数据字的每个转换表示数据帧的开始，且此转换用于使每个相加返回链路发射机402与从前一节点接收的数据流同步。
可以理解图15只提供了如何分配光纤带宽及如何构建发送的数据流的一个示例。本领域的技术人员将明白，基本上有无限种可用在RF与非RF数据之间分配这样的带宽的方式，且基本上也具有无限种构建所述数据流的方式。本发明的许多方面独立于任何特定的带宽分配和数据流结构。
菊花链/相加子树返回路径发射机图16示出子树相加发射机402的框图。如前面实施例中所述，RF发射机402包括可变增益放大器203和模数转换器202，可变增益放大器203用于调节接收RF信号的信号电平，模数转换器202用于以抽样时钟确定的速率对模拟RF信号进行抽样。在此实施例中，使用了ADC 202生成的完整十二比特。如前面所述，单音加法器225可选地用于将一组低振幅抖动音加到RF数据信号。
发射机402也通过接收机424从前一节点接收数字数据流。此数据流与本地子树来的RF数据并行被接收。接收的数据流包括来自系统的零个、一个或更多其它子树的数字化RF数据。接收的数据流包括来自N个(如八个)非RF数据信道的数据和来自维护数据信道的维护数据。接收的数据流中各个数据信道由分用器426识别和分配。分用器426也从接收的数据流恢复抽样时钟，并且该抽样时钟用于驱动ADC 202，以便以与从前一节点接收的数据流的数据率同步的速率从本地树生成RF数据。
分用器426的一个输出是RF数据流，包含优选实施例中的十二比特RF数据抽样。此RF数据流通过相加器430与本地树的RF数据相加，以在节点432生成相加RF数据信号。
分用器426的另一输出是非RF数据流，包含N个(如八个)时分复用的数据流。N个数据流中仅一个数据流属于一特定本地子树，并且引出/加入电路434用于从非RF数据流的一个TDM时隙抽取非RF数据流，并将新的非RF数据流插入非RF数据流的同一TDM时隙。
分用器426还有一个输出是未在图16中示出的，它是包含在接收的数据流中的维护数据流(如果有)。在另一实施例中，分用器426的另一输出是图16未示出的，它是包含在接收的数据流中的命令数据流。分用器426的这些方面将在下面结合其它图形来描述。
如前面实施例中所述，RF发射机402可包括一组传感器226，用于监视发射机402的温度、电压和其它参数。传感器生成的值由处理器420读取，该处理器也包括内部存储器装置230，用于存储诸如发射机402的系列号、型号、软件和硬件修正、制造日期等的发射机标识信息。处理器定期将传感器生成的值作为发射机标识信息发送到FIFO存储器装置229(见图20)，这些信息在此统称为维护数据。在优选实施例中，每40ms把维护数据转发到存储器装置229一次。
另外，RF发射机402最好包括RF数据抽样器422，用于把本地子树来的RF数据的抽样流插入维护数据流。在一个实施例中，RF数据抽样器422由前端系统发送的命令激活。在另一实施例中，处理器420设计为定期激活RF数据抽样器422，如每分钟一次。RF数据抽样器422在激活后，与处理器402一起，从本地子树生成足够数量的RF数据的抽样，以使得接收该抽样RF数据(通过维护数据流)的计算机或其它装置可对该数据执行傅立叶分析，例如确定本地子树中是否存在过多进入。
图17示出图16的子树返回链路发射机的接收机424与分用器426的优选实施例。接收机424包括光纤接收机252、254，串并转换器电路258和如上参照图9所述一样运行的时钟恢复电路260。菊花链接收机分用器450接收串并转换器电路258恢复的数据和标志，并标识和分用该数据，以临时存储在用作FIFO的存储器装置452中。12比特RF数据值及每个接收RF数据字的EOF标志和传输错误标志存储在存储器452-1；4比特非RF数据值与1比特本地内容选择标志存储在存储器452-2；且接收数据流中的维护数据存储在存储器452-3。
分用器426包括生成抽样时钟的VCXO(压控晶体振荡器)264和以如上参照图10所述的相同方式运行的时钟速度调整电路284。控制逻辑电路454运行方式类似与图10的控制逻辑电路283，但它现在在一个存储器452-1中存储所有RF数据，并将一组非RF数据信道来的非RF存储在另一存储器452-2中。另外，控制逻辑电路454生成控制菊花链相加RF发射机402中各种电路操作的一组模式信号，并也可生成可变增益放大器203的增益设置。
图18示出图17的菊花链接收机分用器450部分，该部分生成在图17、图18和图20中标记为“Eth Sel”的1比特本地内容选择标志。如图所示，恢复的数据和标志通过“接线逻辑”(即路由选择数据和标志总线的各个比特线)进行组合和分离，以形成14比特“数据+传输错误+EOF”总线460和4比特“以太网数据”总线461。
信道ID状态机466跟踪当前正在处理哪个非RF数据信道。如图19所示，只要在接收的数据流中有空闲字到数据字的转换，状态机便被初始化，以便把循环TDM时隙计数器生成的值设为初始值(如1)。一旦状态机被初始化，每次菊花链接收机分用器450接收新的RF数据字时，状态机便会自动增加循环TDM时隙计数器。另外，如图18和图19所示，只要循环TDM时隙计数器生成的值与本地节点的信道ID的ID或指标匹配，“Eth Sel”信号便被设为第一值(如1)，否则设为相对的值(如0)。Eth数据和Eth Sel一起形成5比特信道标记的数据信号462。
本领域的技术人员明白，子树返回链路发射机可有多种方式标记和识别非RF数据信道的TDM时隙，并且这些方法中有许多(如果不是全部)与本发明的结构和操作相一致。
图20示出图16所示子树返回链路发射机402的引出/加入电路434、复用器436和发射机438。在Eth Sel信号被允许时(例如，设置为“1”)，引出/加入电路434将Eth数据总线上的数据通过锁存器470发送到入境本地以太网信道，并且在Eth Sel信号被允许时，也把从出境本地以太网信道接收的数据通过复用器471插入非RF数据流。在Eth Sel信号未被允许时的时隙期间，复用器471忽略非RF数据流而不做更改。
图16的复用器436在使用控制逻辑电路472的优选实施例中实施，以控制RF数据和非RF数据写入存储器装置474-1。控制电路472也把本地生成的维护数据写入存储器装置229。此外，控制电路472以前面为图10的控制逻辑电路283所述方式类似的方式，控制从存储器装置474-1、452-3(前面节点来的维护数据)和229(本地生成的维护数据)读取数据的过程。具体地说，只要存储器474的充满度超出阈值级，存储器474中的数据字便被读出以通过数据输出复用器476传输。存储器474的充满度未超出阈值级时，如果维护数据存储器452-3或229不包含一组可供传输的维护数据，则一组四个空闲字被插入数据帧之间。存储器474的充满度未超出阈值级，且维护数据存储器452-3或229包含一组可供传输的维护数据，则空闲字、载波字及随后两个维护数据字会通过复用器476，在存储器474来的数据帧之间发送。一旦开始了维护数据存储器452-3或229来的一组维护数据的传输，该存储器中的维护数据传输就在数据帧之间的可用时隙期间(即，在存储器474的充满度未超出阈值级时)继续，直至完整的维护数据组已发出。
包括并串转换器206、激光二极管驱动器208和激光209的发射机438如前面结合图7所述一样运行。
前端系统中集线器408的一个实施例在图21中示出。集线器包括接收机424和分用器478，接收机424用于从系统中最后的子树返回链路发射机接收返回链路数据流，分用器478用于把RF数据流、非RF数据流和维护数据彼此分开。接收机424在图17中示出，并以与子树返回链路发射机中的接收机424相同的方式运行。分用器478把RF数据流路由选择到前端的CMTS 134，把非RF数据流路由选择到一组收发信机479，每个收发信机与一个对应的路由器406(例如，以太网路由器)交换数据，并把维护数据路由选择到前端的处理器482进行分析。每个收发信机479发送一个非RF数据流到对应的路由器，并从该路由器接收非RF数据流。路由器406可以是常规的数据网络路由器，诸如10Mbps或100Mbps的以太网路由器。电缆解制解调器终接系统(CMTS)134接收表示多个不同子树RF信号的相加的抽样的RF数据流，并由此重建在每个子树RF信号中编码的数字消息。由于CMTS 134产品已多年在许多有线电视系统中用于处理返回路径信号，因此其结构和操作在此不做描述。
发送命令下行到子树返回链路发射机在本发明的一些实施例中，命令由前端系统或由中间的集线器发送以便控制子树返回链路发射机的操作。子树返回链路发射机的前端控制需要可能适用于上述所有实施例。例如，前端系统发送的命令由控制逻辑电路227(见图5)接收，该电路使用命令来设置放大器203的增益，及设置发射机200其它部件的模式。
图22示出的系统用于通过有线电视网络的主前向链路发送命令给多个子树的返回路径发射机。在此实施例中，前端系统480包括处理器482，该处理器一般是计算机，它通过前端发射机318把命令数据分组注入主前向链路。命令与电视信号和数据馈送一起由系统中每个子树的前向路径接收机302接收。命令分组最好以系统中其它信号未使用的载频发送，且因此陷波滤波器484用于提取命令分组，放大器486用于把提取的信号转换成子树返回链路发射机的控制逻辑电路454可接收和解释的数据信号。
图23示出图17的分用器的替代实施例，该分用器具有接收命令的附加电路，所述命令诸如有由前端处理器发送、嵌入在从CATV系统前端接收的数据流中的命令。在此实施例中，24Mbps维护数据信道用于通过图14所示的下行以太网信道404-0，从前端系统(或从RF发射机与前端系统之间的中间集线器)发送命令到RF发射机。可由前端系统(或集线器)发送到任何指定RF发射机的命令的示例包括从其子树经维护数据信道发送RF数据抽样的命令；停止从其本地子树发送RF数据的命令(如由于该子树中过多的进入)；及增加或降低其RF输入放大器增益的命令。最好通过发送两个载波字，后面跟两个命令数据字，在数据帧之间发送命令数据。命令数据字在累积时表示一个或多个命令。每个命令包括目的地部分和命令部分，目的地部分标识哪个或哪些发射机是命令的目的地，命令部分指定要采取的行动或在标识的RF发射机中要设置的模式。目的地部分可以实施为标识特定节点的指标值，或实施为标识一个或多个节点为命令目的地的位图。命令部分可以使用常规的“操作码+操作数”格式或任何其它适当的格式来实施。
分用器500包括接收机分用器502，接收机分用器502识别嵌入在维护数据流中的命令，并把它们存储在存储器装置506中。如果命令仅发至已接收它的子树返回链路发射机，则命令由分用器500中的控制逻辑电路504来处理，且不转发到下一子树节点。如果命令不是发至接收它的子树返回链路发射机，或也发到其它子树返回链路发射机，则命令会通过图20所示的数据输出复用器476转发到下一子树节点。
自动增益控制和进入检测与控制在上述任一实施例中，包括了把命令从前端系统发送到子树返回链路发射机的能力，前端系统可以按如下方式优化每个子树返回链路发射机的输入放大器增益设置。首先，前端系统监视子树来的RF数据信号。在2×和1×返回链路发射机中，每个子树来的RF数据信号在前端作为不同信号接收，因此，前端的处理器可以分析RF数据信号中的能级。在菊花链实施例中，可指示每个子树返回链路发射机把RF数据抽样通过维护数据信道发送到前端。
在一个实施例中，多个阈值级被定义并随后被用于确定如何为每个子树返回链路发射机调整RF输入放大器203(图4)的增益。发现某个子树的RF数据信号中的能级低于第一阈值时，发送命令给该子树返回链路发射机以把输入放大器增益调高，例如调高6dB，以便增加RF数据信号的功率。这具有改善子树的信噪比的效果，却无需修改系统中任一设备。发现某个子树的RF数据信号中的能级高于表示数据削波可能发生的第二阈值时，发送命令到该子树返回链路发射机以调低RF输入放大器的增益，例如，调低3dB或6dB，以便降低RF数据信号的功率并避免数据削波。最好为每个子树返回链路标识符提供有可把输入放大器增益设置在至少三个不同增益级别的能力，最好是五个不同增益级别，以响应前端系统发送的命令。
除监视RF功率外，在优选实施例中，前端系统中的处理器被配置为对从每个子树接收的RF数据定期执行傅立叶分析，并自动检测进入问题。检测到进入问题时，通知系统操作员。系统操作员可以通过前端系统发送命令到子树返回链路发射机，以停止发送RF数据到前端或调整RF输入放大器增益以便减轻进入问题的影响。另一方面，如果前端系统中的处理器检测到的进入问题太严重，则在通知发送到系统操作员的同时，停止发送RF数据到前端的命令或调整RF输入放大器增益的命令可自动发送到具有进入问题的子树的返回链路发射机。
替代实施例通过修改诸如数据率、比特长度、其它数据结构等的不同参数，及通过组合上述各个实施例的特性，可以获得本发明的许多替代实施例。例如，“菊花链”实施例的非RF数据信道特性(见图14-20)可在1×和2×子树发射机实施例中使用。如图24所示，图8的信号处理电路补充有其它电路，用于使非RF数据流与表示接收的模拟RF数据信号的数字化RF数据流交错。具体地说，前向链路上的非RF数据流由以太网数据接收机520提取并传送到收发信机522。收发信机522把入境非RF数据流转发到本地数据信道。本地数据信道来的出境数据被转发到存储器装置524进行缓冲。控制逻辑电路526和数据输出复用器528组合RF和非RF数据，例如以类似于图15所示的方式进行，并随后为在返回链路上的传输而使组合的数据与维护数据交错。另一方面，RF和非RF数据可在交错的不同数据帧中，与维护数据一起，在返回链路上发送。
图25示出接收机540的替代实施例，诸如前端系统的接收机，接收机使用的DAC时钟发生器542与发射机的抽样时钟不同步，且DAC时钟发生器的时钟速率不根据RF数据缓冲器544的充满度调谐。如前面关于接收机的其它实施例所述一样，数据和标志从入境数字光信号中恢复，且接收机分用器546将RF数据流存储在缓冲器544中。控制逻辑电路548生成用于将RF数据存储在存储器544中的写地址，同时也生成将RF数据读出存储器544的读地址。控制逻辑电路548也依据当前的读写地址来生成存储器深度信号(memorydepth signal)。
再抽样器552通过类似于上述解块电路的解块电路550从存储器544接收RF抽样。再抽样器552的目的是依据一组接收的RF数据值生成内插值，该值代表在对应于下一DAC时钟周期的时间点上原RF信号/抽样RF信号的值。内插值送至DAC 553，这会生成重新生成的RF信号。DAC时钟的速率与发射机中的抽样时钟的不同。时钟速率的差异可能很小，如DAC时钟设为近似于抽样时钟，但并不完全与抽样时钟一样，或者差异可能大，如DAC时钟速率设为比发射机的抽样时钟更高的速率，如两倍于抽样速率的速率。再抽样器552根据规则发生器554生成的“规则”执行数据内插，所述“规则”可表示为一组内插系数。规则发生器554又根据环路滤波器556生成的环路滤波器信号，随时间的过去而更新规则，其中环路滤波器556过滤存储器深度信号与预定充满度级(由加法器558产生)之间的差异。再抽样规则在每个DAC时钟周期被更新。环路滤波器556、规则发生器554和再抽样器552在数字域执行实际上是抽样时钟与发射机的同步操作，但实际上却不调整DAC时钟的时钟速率。接收机的此实施例的一个重要特性是精确地重新生成具有极低抖动的RF信号，这是因为本地DAC时钟不受光纤数字信号接收机(图25未示出)恢复的时钟中的抖动的影响。此外，因为DAC时钟无需精确调谐到发射机抽样速率，所以DAC时钟发生器542可以是比其它接收机实施例中使用的VCXO更便宜的振荡器部件。
注意，在实施本发明的系统中，可以使用此处所述优选实施例中所用之外的其它许多特定频率值。同样地，可以使用此处所述之外的其它数据格式，其它电路配置及其它SERDES电路。
虽然描述的优选实施例使用以太网数据信道，但在其它实施例中，与RF数据信道一起传送的数据信道可以是ATM、SONET、光纤信道或其它类型的数据信道。
虽然参照几个特定实施例描述了本发明，但说明只是为了说明本发明，而不应视为限制本发明。在不脱离后附权利要求书定义的本发明真正精神和范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种修改。
权利要求
1.一种返回路径发射机，它与生成要传送到前端系统的模拟RF数据信号的本地系统一起使用，所述返回路径发射机包括抽样时钟发生器，用于生成抽样时钟；RF信号接收机，它连接到所述抽样时钟发生器，用于接收所述模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第一数据流；补充信道电路，用于提供第二数据流；复用器，它连接到所述RF信号接收机和所述补充信道电路，以接收所述第一数据流和第二数据流并输出组合数据流；以及光发射机，用于将所述组合数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输。
2.如权利要求1所述的返回路径发射机，其特征在于包括第一存储器装置，它被配置为缓冲所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为缓冲所述第二数据流；输出时钟发生器，用于生成具有有关输出频率的输出时钟；其中所述抽样时钟具有有关抽样率；所述第二数据流由所述补充信道电路以低于所述抽样率的速率生成；所述复用器被配置为监视所述第一存储器装置的充满度级，在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一存储器装置中存储的数据和所述第二存储器装置中存储的数据。
3.如权利要求1所述的返回路径发射机，其特征在于包括端口，用于从所述返回路径发射机外的源接收第三数据流，所述第三数据流具有至少5Mbps的数据率；以及合并电路，用于将所述第一和第三数据流合并成合并数据流；其中所述复用器连接到所述合并电路和所述补充信道电路，以接收所述合并数据流和第二数据流，并输出所述组合数据流。
4.如权利要求3所述的返回路径发射机，其特征在于包括第一存储器，用于缓冲所述合并数据流；第二存储器装置，它被配置为缓冲所述第二数据流；以及输出时钟发生器，用于生成具有有关输出频率的输出时钟；其中所述抽样时钟具有有关抽样率频率；所述第二数据流由所述补充信道电路以低于所述抽样率频率的速率生成；所述复用器被配置为监视所述第一存储器装置的充满度级，在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一存储器装置中存储的数据和所述第二存储器装置中存储的数据。
5.如权利要求3所述的返回路径发射机，其特征在于所述补充信道电路包括至少一个用于测量从包含温度和电源电压的组中选择的运行参数的传感器。
6.如权利要求3所述的返回路径发射机，其特征在于所述补充信道电路包括用于对所述第一数据流来的数据进行抽样以生成一组抽样RF数据的RF数据抽样器和用于把所述抽样RF数据包括在所述第二数据流中的电路。
7.一种返回路径发射机，它与生成要传送到前端系统的第一和第二相应模拟RF数据信号的第一和第二本地系统一起使用，所述返回路径发射机包括抽样时钟发生器，用于生成抽样时钟；第一和第二RF信号接收机，它连接到所述抽样时钟发生器，用于接收所述第一和第二相应模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第一和第二数据流；补充信道电路，用于提供第三数据流；复用器，它连接到所述RF信号接收机和所述补充信道电路，以接收所述第一、第二和第三数据流并输出组合数据流；以及光发射机，用于将所述组合数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输。
8.如权利要求7所述的返回路径发射机，其特征在于包括第一存储器装置，它被配置为缓冲所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为缓冲所述第二数据流；第三存储器装置，它被配置为缓冲所述第三数据流；输出时钟发生器，用于生成具有有关输出频率的输出时钟；其中所述抽样时钟具有有关抽样率频率；所述第三数据流由所述补充信道电路以低于所述抽样率频率的速率生成；所述复用器被配置为监视所述第一存储器装置的充满度级，在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一和第二存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一和第二存储器装置中存储的数据和所述第三存储器装置中存储的数据。
9.如权利要求7所述的返回路径发射机，其特征在于所述补充信道电路生成表示所述返回路径发射机的运行状态的维护数据。
10.一种返回路径发射机，它与生成要传送到前端系统的第一和第二相应模拟RF数据信号的第一和第二本地系统一起使用，所述返回路径发射机包括抽样时钟发生器，用于生成抽样时钟；第一和第二RF信号接收机，它连接到所述抽样时钟发生器，用于接收所述第一和第二相应模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第一和第二数据流；数据端口，用于从所述返回路径发射机外的数字数据源接收第三数据流，所述第三数据流具有至少5Mbps的数据率；以及复用器，它连接到所述RF信号接收机和所述数据端口，以接收所述第一、第二和第三数据流并输出组合数据流；以及光发射机，用于将所述组合数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输。
11.一种返回路径发射机，它与生成要传送到前端系统的模拟RF数据信号的本地系统一起使用，所述返回路径发射机包括光信号接收机，它被配置为接收数字光信号并由此生成第一数字化RF数据和抽样时钟；RF信号接收机，它连接到所述光信号接收机，用于接收所述模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第二数字化RF数据流；相加电路，用于以算术方式把所述第一和第二数字化RF数据流相加，以便生成第三数字化RF数据流；以及光发射机，用于把输出数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输，所述输出数据流包括所述第三数字化RF数据流。
12.如权利要求11所述的返回路径发射机，其特征在于所述光信号接收机被配置为把所述接收的数字光信号中的数据分用成第一数字化RF数据流和第一非RF数据流；以及所述返回路径发射机包括数据端口，用于从所述返回路径发射机外的数字数据源接收第二非RF数据流，所述第二非RF数据流具有至少5Mbps的数据率；全双工引出和加入电路，用于提取所述第一非RF数据流的一部分并将所述第一非RF数据流的所述提取部分替换为所述第二非RF数据流以生成第三非RF数据流；复用器，它连接到所述相加电路和所述全双工引出和加入电路，以接收所述第三数字化RF数据流和所述第三非RF数据流并输出组合数据流；以及由所述光发射机转换的所述输出数据流包括所述组合数据流。
13.一种对表示在本地系统生成的模拟RF信号的数据进行发送的方法，它包括以下步骤生成具有有关抽样率的抽样时钟；接收所述模拟RF信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的抽样率的数字化RF数据抽样的第一数据流；提供第二数据流，其中第二数据流是以低于所述抽样率的速率被提供的；组合所述第一数据流和第二数据流以生成组合数据流；以及将所述组合数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于包括以下步骤生成表示所述返回路径发射机的操作状态的维护数据，并把所述维护数据包括在所述第二数据流中。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于包括以下步骤从所述返回路径发射机外的源接收第三数据流，所述第三数据流具有至少5Mbps的数据率；以及将所述第一和第三数据流合并成合并数据流；其中所述组合包括将所述合并数据流与第二数据流组合以生成所述组合数据流。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于包括在第一存储器装置缓冲所述合并数据流；在第二存储器装置缓冲所述第二数据流；生成具有有关输出频率的输出时钟；监视所述第一存储器装置的充满度级；以及在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一存储器装置中存储的数据和所述第二存储器装置中存储的数据。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于包括以下步骤在第一存储器装置缓冲所述第一数据流；在第二存储器装置缓冲所述第二数据流；生成具有有关输出频率的输出时钟；监视所述第一存储器装置的充满度级；以及在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一存储器装置中存储的数据和所述第二存储器装置中存储的数据。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于包括以下步骤对所述第一数据流来的数据进行抽样以生成一组抽样RF数据，并把所述抽样RF数据包括在所述第二数据流中。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述第二数据流被间歇地提供；以及把填充字插入所述组合数据流，以便保持所述组合数据流为固定数据率。
20.一种对表示在第一和第二本地系统生成第一和第二模拟RF信号的数据进行发送的方法，包括以下步骤生成具有有关抽样率的抽样时钟；接收所述第一和第二模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的抽样率的数字化RF数据抽样的第一和第二数据流；提供第三数据流；组合所述第一、第二和第三数据流以生成组合数据流；以及把所述组合数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于包括以下步骤在第一存储器装置缓冲所述第一数据流；在第二存储器装置缓冲所述第二数据流；在第三存储器装置缓冲所述第三数据流；生成具有有关输出频率的输出时钟；监视所述第一存储器装置的充满度级；以及在所述第一存储器装置的充满度级大于预定阈值级时，以第一模式输出所述第一和第二存储器装置中存储的数据，而在所述第一存储器装置的充满度级小于所述预定阈值级时，以第二交错模式输出所述第一和第二存储器装置中存储的数据和所述第三存储器装置中存储的数据。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述提供包括从所述返回路径发射机外的数字数据源接收所述第三数据流，所述第三数据流具有至少5Mbps的数据率。
23.一种对表示在本地系统生成的模拟RF信号的数据进行发送的方法，它包括以下步骤接收数字光信号并由此生成第一数字化RF数据流和具有有关抽样率的抽样时钟；接收所述模拟RF数据信号并将其转换成所述抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第二数字化RF数据流；以算术方式把所述第一和第二数字化RF数据流相加，以便生成第三数字化RF数据流；以及将输出数据流转换成串行化光数据信号以通过光纤传输，所述输出数据流包括所述第三数字化RF数据流。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于包括以下步骤把所述接收数字光信号中的数据分用成第一数字化RF数据流和第一非RF数据流；以及从所述返回路径发射机外的数字数据源接收第二非RF数据流，所述第二非RF数据流具有至少5Mbps的数据率；提取所述第一非RF数据流的一部分，并把所述第一非RF数据流的所述提取部分替换为所述第二非RF数据流，以便生成第三非RF数据流；以及组合所述第三数字化RF数据流和所述第三非RF数据流，并生成组合数据流；其中所述输出数据流包括所述组合数据流。
25.一种光信号接收机，它包括信号接收机，用于接收数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟；存储器装置，它被配置为以对应于所述第一时钟速率的速率存储所述数据流；时钟发生器，用于生成具有有关第二时钟速率的第二时钟，其中所述时钟发生器被配置为根据时钟控制信号来调整所述第二时钟速率；逻辑单元，用于以对应于所述第二时钟速率的速率从所述存储器装置读取数据并生成表示所述存储器装置是否高于预定阈值充满度级的充满度信号；以及时钟速度调整电路，它被配置为根据所述充满度信号来生成所述时钟控制信号。
26.一种光信号接收机，它包括信号接收机，用于接收数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括具有有关第一数据率的第一数据流和具有与所述第一数据率不同的有关第二数据率的第二数据流，所述第一数据流包括数据帧的序列，每个数据帧表示RF信号的抽样的序列；第一存储器装置，它被配置为存储所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为存储所述第二数据流；分用器，用于接收所述数字数据流，检测所述第一数据流中所述数据帧的边界并在所述第一存储器装置中存储所述数据帧，识别包括所述第二数据流的所述数字数据流中的数据并在所述第二存储器装置中存储所述第二数据流；时钟发生器，用于生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；逻辑电路，用于以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的所述数据帧的序列表示的所述RF信号的抽样的序列；以及数模转换器，用于把所述抽样时钟速率的所述重新生成的抽样的序列转换成包括重新生成形式的所述RF信号的模拟信号。
27.如权利要求26所述的接收机，其特征在于所述逻辑电路被配置为生成充满度信号，其中所述充满度信号指出所述第一存储器装置是否大于预定阈值充满度级；所述时钟发生器被配置为根据时钟控制信号来调整所述抽样时钟速率；以及所述接收机包括被配置为根据所述充满度信号生成所述时钟控制信号的时钟速度调整电路。
28.如权利要求27所述的接收机，其特征在于所述逻辑电路被配置为从所述第二存储器装置读取数据，并将从所述第二存储器装置读取的所述数据发送到数字数据装置。
29.一种光信号接收机，它包括信号接收机，用于接收数字输入信号，并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括第一、第二和第三数据流，所述第一数据流包括第一数据帧的第一序列，每个第一数据帧表示第一RF信号的抽样的序列，所述第二数据流包括第二数据帧的第二序列，每个第二数据帧表示第二RF信号的抽样的序列；第一存储器装置，它被配置为存储所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为存储所述第二数据流；第三存储器装置，它被配置为存储所述第三数据流；分用器，用于接收所述数字数据流，检测所述第一数据流中所述第一数据帧的边界和所述第二数据流中所述第二数据帧的边界，并在所述第一存储器装置中存储所述第一数据帧，在所述第二存储器装置中存储所述第二数据帧，识别包括所述第三数据流的所述数字数据流中的数据并在所述第三存储器装置中存储所述第三数据流；时钟发生器，用于生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；逻辑电路，用于以对应于所述抽样时钟速率的速率同时从所述第一和第二存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的第一数据帧的所述序列表示的所述第一RF信号的所述抽样的序列和由包括所述第二数据流的第二数据帧的所述序列表示的所述第二RF信号的所述抽样的序列；以及第一数模转换器，用于把所述抽样时钟速率的所述第一RF信号的所述重新生成的抽样的序列转换成包括重新生成形式的所述第一RF信号的模拟信号；以及第二数模转换器，用于把所述抽样时钟速率的所述第二RF信号的所述重新生成的抽样的序列转换成包括重新生成形式的所述第二RF信号的模拟信号。
30.一种光信号接收机，它包括信号接收机，用于接收数字输入信号，并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括具有有关第一数据率的第一数据流和具有与所述第一数据率不同的有关第二数据率的第二数据流，所述第一数据流包括数据帧的序列，每个数据帧表示多个RF信号的相加抽样的序列，每个相加抽样包括多个不同RF信号的抽样的数学和；第一存储器装置，它被配置为存储所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为存储所述第二数据流；分用器，用于接收所述数字数据流，检测所述第一数据流中所述数据帧的边界并在所述第一存储器装置中存储所述数据帧，识别包括所述第二数据流的所述数字数据流中的数据并在所述第二存储器装置中存储所述第二数据流；时钟发生器，用于生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；逻辑电路，用于以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的数据帧的所述序列表示的所述多个RF信号的所述相加抽样的序列；以及数模转换器，用于把所述抽样时钟速率的所述重新生成的抽样的序列转换成包括重新生成形式的彼此叠加的所述多个RF信号的模拟信号。
31.如权利要求30所述的接收机，其特征在于还包括电缆调制解调器终接系统(CMTS)，所述CMTS连接到所述数模转换器以接收所述模拟信号并由此重建所述多个RF信号的中每个RF信号中编码的数字消息。
32.一种光信号接收机，它包括信号接收机，用于接收数字输入信号，并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括第一和第二数据流，所述第一数据流包括第一数据帧的第一序列，每个第一数据帧表示第一RF信号的抽样的序列，所述第二数据流包括第二数据帧的第二序列，每个第二数据帧表示第二RF信号的抽样的序列；第一存储器装置，它被配置为存储所述第一数据流；第二存储器装置，它被配置为存储所述第二数据流；分用器，用于接收所述数字数据流，检测所述第一数据流中所述第一数据帧的边界和所述第二数据流中所述第二数据帧的边界，并在所述第一存储器装置中存储所述第一数据帧，而在所述第二存储器装置中存储所述第二数据帧；时钟发生器，用于生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；用于同时以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一和第二存储器装置读取数据并相加从所述第一和第二存储器读取的所述数据以生成相加数据流信号的电路；以及数模转换器，用于把所述相加数据流转换成模拟信号，所述模拟信号包括重新生成形式的相互叠加的所述第一和第二RF信号。
33.一种接收数字输入信号的方法，包括以下步骤接收所述数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟；以对应于所述第一时钟速率的速率在存储器装置中存储所述数据流；生成具有有关第二时钟速率的第二时钟，并根据时钟控制信号调整所述第二时钟速率；以对应于所述第二时钟速率的速率从所述存储器装置读取数据；生成充满度信号，所述充满度信号指出所述存储器装置是否大于预定阈值充满度级；以及根据所述充满度信号生成所述时钟控制信号。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于利用压控振荡器生成所述第二时钟，并且所述时钟控制信号是电压信号。
35.一种接收数字输入信号的方法，包括以下步骤接收数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括具有有关第一数据率的第一数据流和具有与所述第一数据率不同的有关第二数据率的第二数据流，所述第一数据流包括数据帧的序列，每个数据帧表示RF信号的抽样的序列；检测所述第一数据流中所述数据帧的边界并在第一存储器装置中存储所述数据帧，识别包括所述第二数据流的所述数字数据流中的数据，并在第二存储器装置中存储所述第二数据流；生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的数据帧的所述序列表示的所述RF信号的所述抽样的序列；以及把所述抽样时钟速率的所述重新生成的抽样的序列转换成包括重新生成形式的所述RF信号的模拟信号。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于包括以下步骤生成充满度信号，所述充满度信号指出所述第一存储器装置是否大于预定阈值充满度级；根据所述充满度信号生成时钟控制信号；以及根据所述时钟控制信号来调整所述抽样时钟速率。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于包括以下步骤从所述第二存储器装置读取数据并把从所述第二存储器装置读取的所述数据发送到数字数据装置。
38.一种接收数字输入信号的方法，包括以下步骤接收所述数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括第一、第二和第三数据流，所述第一数据流包括第一数据帧的第一序列，每个第一数据帧表示第一RF信号的抽样的序列，所述第二数据流包括第二数据帧的第二序列，每个第二数据帧表示第二RF信号的抽样的序列；检测所述第一数据流中所述第一数据帧的边界和所述第二数据流中所述第二数据帧的边界，并在第一存储器装置中存储所述第一数据帧，以及在第二存储器装置中存储所述第二数据帧，并识别包括所述第三数据流的所述数字数据流中的数据以及在第三存储器装置中存储所述第三数据流；生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；同时以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一和第二存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的第一数据帧的所述序列表示的所述第一RF信号的所述抽样的序列，和由包括所述第二数据流的第二数据帧的所述序列表示的所述第二RF信号的所述抽样的序列；把所述抽样时钟速率的所述第一RF信号的抽样的所述重新生成的序列转换成包括重新生成形式的所述第一RF信号的模拟信号；以及把所述抽样时钟速率的所述第二RF信号的抽样的所述重新生成的序列转换成包括重新生成形式的所述第二RF信号的模拟信号。
39.一种接收数字输入信号的方法，包括以下步骤接收数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括具有有关第一数据率的第一数据流和具有与所述第一数据率不同的有关第二数据率的第二数据流，所述第一数据流包括数据帧的序列，每个数据帧表示多个RF信号的相加抽样的序列，每个相加抽样包括多个不同RF信号的抽样的数学和；检测所述第一数据流中所述第一数据帧的边界并在第一存储器装置中存储所述数据帧，识别包括所述第二数据流的所述数字数据流中的数据并在第二存储器装置中存储所述第二数据流；生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一存储器装置读取数据，以便重新生成由包括所述第一数据流的数据帧的所述序列表示的所述多个RF信号的相加抽样的所述序列；以及把所述抽样时钟速率的抽样的所述重新生成的序列转换成模拟信号，所述模拟信号包括重新生成形式的相互叠加的所述多个RF信号。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于还包括以下步骤用电缆调制解调器终接系统(CMTS)处理所述模拟信号，以便由此重建所述多个RF信号中的每个RF信号中的编码的数字消息。
41.一种接收数字输入信号的方法，包括以下步骤接收数字输入信号并由此恢复数字数据流和具有有关第一时钟速率的有关第一时钟，所述数字数据流包括第一和第二数据流，所述第一数据流包括第一数据帧的第一序列，每个第一数据帧表示第一RF信号的抽样的序列，所述第二数据流包括第二数据帧的第二序列，每个第二数据帧表示第二RF信号的抽样的序列；检测所述第一数据流中所述第一数据帧的边界和所述第二数据流中所述第二数据帧的边界，并在所述第一存储器装置中存储所述第一数据帧，而在所述第二存储器装置中存储所述第二数据帧；生成具有有关抽样时钟速率的本地抽样时钟；同时以对应于所述抽样时钟速率的速率从所述第一和第二存储器装置读取数据，并相加从所述第一和第二存储器读取的所述数据，以便生成相加数据流信号；以及将所述相加数据流转换成模拟信号，其中所述模拟信号包括重新生成形式的相互叠加的所述第一和第二RF信号。
全文摘要
一种光信号返回路径系统包括发射机(200)和RF信号接收机(202－1)，其中发射机具有用于生成抽样时钟(213)的抽样时钟发生器(212)，RF信号接收机用于接收模拟RF数据信号，并将其转换成在抽样时钟所确定的速率的数字化RF数据抽样的第一数据流(数据1)。补充信道电路(202－2)提供第二数据流(数据2)。复用器(204)接收并组合第一数据流(数据1)和第二数据流(数据2)，而光发射机(206)把组合的数据流转换成串行化光数据信号，用于通过光纤(210)传输。第二数据流可包含反映发射机操作状态的维护数据。
文档编号H04N7/173GK1433639SQ00818896
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月13日 优先权日1999年12月13日
发明者F·H·莱文森, G·F·萨格, A·M·劳森, W·A·莫斯特尔特 申请人:菲尼萨公司