分布式线缆调制解调器终端系统及部件同步操作的方法

专利名称：分布式线缆调制解调器终端系统及部件同步操作的方法
技术领域：
本发明总的涉及通信系统，尤其涉及线缆调制解调器通信系统。
背景技术：
现有的线缆调制解调器通信系统包括线缆调制解调器终端系统(CMTS)、被服务的线缆调制解调器(CM)和线缆调制解调器网络基础设施(也就是将这些设备通信地连接起来的光纤同轴电缆混合媒介)。所述线缆调制解调器终端系统通过从该终端系统到线缆调制解调器的下行数据传输和从线缆调制解调器到该终端系统的上行数据传输来为线缆调制解调器提供数据通信服务。电缆传输数据业务的接口规范(DOCSIS)主要规范了线缆调制解调器通信系统中信号的发送和接收。不同的形式下，DOCSIS支持时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)操作。测距和记录操作被执行来管理线缆调制解调器终端系统(CMTS)和线缆调制解调器(CM)之间通信的定时。
线缆调制解调器通信系统的结构在不断发展。所述线缆调制解调器通信系统结构的一种发展包括使线缆调制解调器终端系统分布在通过分组数据网络相互连接的不同设备间。线缆调制解调器通信系统的操作需要分布式线缆调制解调器终端系统部件的同步。因分组数据网络引入严重的抖动，在不增加额外的等待时间的情况下，要使用分组数据网络来满足线缆调制解调器终端系统部件同步的精确要求可能是不切实际的。因而，要满足全部系统需求，需要使分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作。

发明内容
本发明提出一种操作装置和方法，将在下述的


具体实施方式
和权利要求书中进行进一步的描述。根据下述结合附图对本发明的描述，本发明的其他的特征和优点是显而易见的。
根据本发明的一个方面，提出一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述方法包括如下步骤在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟，所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器均通信连接。
优选地，所述测距操作由前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器一起为之提供数据服务的多个线缆调制解调器所支持。
优选地，所述测距操作由一专用的时钟同步线缆调制解调器支持所支持。
优选地，所述在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步包括响应穿过分组数据网络接收到的所述前端的定时信息，激活与所述下行发送器集线器结合的控制回路。
优选地，所述在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步包括以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率从所述前端发送数据包给所述下行发送器集线器；由所述下行发送器集线器生成空数据帧以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器下溢。
优选地，所述试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率是基于所述前端时钟的时钟规范(clock specification)和所述下行发送器集线器时钟的时钟规范产生的。
优选地，所述同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟包括所述上行接收器集线器调节其自身的时钟，使之符合所述下行发送器集线器的时钟。
优选地，所述同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟包括基于接收来自上行接收器集线器的调整信息，所述下行发送器集线器调整其自身的时钟，使之符合所述上行接收器集线器的时钟。
根据本发明的一个方面，提出一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述方法包括如下步骤调整从前端到下行发送器集线器的分组数据流以试图避免下行发送器集线器内缓冲器的上溢(overflow)和下溢(underflow)，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟，所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器均通信连接。
优选地，所述测距操作由前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器一起为之提供数据服务的多个线缆调制解调器所支持。
优选地，所述测距操作由一专用的时钟同步线缆调制解调器支持所支持。
优选地，所述调整从前端到下行发送器集线器的分组数据流，以试图避免下行发送器集线器内缓冲器的上溢和下溢包括响应穿过分组数据网络接收到的所述前端的定时信息，激活与所述下行发送器集线器结合的控制回路。
优选地，所述方法进一步包括通过所述下行发送器集线器生成并发送空数据帧来阻止所述下行发送器集线器内缓冲器的下溢。
优选地，所述同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟包括所述上行接收器集线器调节其自身的时钟，使之符合所述下行发送器集线器的时钟。
优选地，所述同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟包括基于接收来自上行接收器集线器的调整信息，所述下行发送器集线器调整其自身的时钟，使之符合所述上行接收器集线器的时钟。
根据本发明的一个方面，提出一种分布式线缆调制解调器终端系统，包括下行发送器集线器；上行接收器集线器；前端，通过分组数据网络与所述下行发送器集线器和所述上行接收器集线器通信连接；其中，所述前端和所述下行发送器集线器是可操作的，以在其间建立分组数据流同步；其中，所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器是可操作的，以通过使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步所述上行接收器集线器时钟和所述下行发送器集线器时钟，其中所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器通信连接。
优选地，所述系统进一步包括多个可操作的线缆调制解调器，以支持测距操作并从所述前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器接收数据服务。
优选地，所述系统进一步包括专用的时钟同步线缆调制解调器，可操作地支持所述测距操作。
优选地，所述系统进一步包括一与所述下行发送器集线器结合的控制回路，响应穿过分组数据网络接收到的前端定时信息，以在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步。
优选地，所述在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步包括所述前端以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率可操作地将数据包发送给所述下行发送器集线器；所述下行发送器集线器可操作地生成空数据帧以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器下溢。
优选地，所述试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率是基于所述前端时钟的时钟规范和所述下行发送器集线器时钟的时钟规范产生的。
优选地，所述上行接收器集线器通过调节其自身的时钟使之符合所述下行发送器集线器的时钟，可操作地使其时钟与所述下行发送器集线器的时钟同步。
优选地，所述下行发送器集线器基于接收来自上行接收器集线器的调整信息，调整其自身的时钟使之符合所述上行接收器集线器的时钟，可操作地使其自身时钟与所述上行接收器集线器的时钟同步。
根据本发明的一个方面，提出一种分布式线缆调制解调器终端系统，包括下行发送器集线器；上行接收器集线器；前端，通过分组数据网络与所述下行发送器集线器和所述上行接收器集线器通信连接；其中，所述前端是可操的，以调节从其自身到所述下行发送器集线器的下行数据流以试图避免所述下行发送器集线器的缓冲器上溢；其中，所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器是可操作的，以通过使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步所述上行接收器集线器时钟和所述下行发送器集线器时钟，其中所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器通信连接。
优选地，所述系统进一步包括多个可操作的线缆调制解调器，以支持测距操作并从所述前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器接收数据服务。
优选地，所述系统进一步包括专用的时钟同步线缆调制解调器，可操作地支持所述测距操作。
优选地，所述系统进一步包括一与所述下行发送器集线器结合的控制回路，响应穿过分组数据网络接收到的前端定时信息，可操作地调节从前端到下行发送器集线器的下行数据流。
优选地，所述前端以基于所述前端时钟的时钟规范和所述下行发送器集线器时钟的时钟规范产生的速率发送数据给所述下行发送器集线器。
优选地，所述上行接收器集线器通过调节其自身的时钟使之符合所述下行发送器集线器的时钟，可操作地使其时钟与所述下行发送器集线器的时钟同步。
优选地，所述下行发送器集线器基于接收来自上行接收器集线器的调整信息，调整其自身的时钟使之符合所述上行接收器集线器的时钟，可操作地使其自身时钟与所述上行接收器集线器的时钟同步。
根据本发明的一个方面，提出一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述部件包括前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器，所述方法包括如下步骤在所述前端和所述下行发送器集线器之间建立分组数据流同步，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；所述下行发送器集线器发送下行码分多址访问信息给多个其所服务的线缆调制解调器；所述上行接收器集线器接收来自多个其所服务的线缆调制解调器的码分多址访问信息；所述上行接收器集线器确定接收自多个其所服务的线缆调制解调器的上行信息中字符队列(alignment of symbols)的漂移量，所述漂移量与所述上行接收器集线器的时基有关；所述上行接收器集线器基于所述漂移量调节上行接收器集线器的时钟，以便所述上行信息时钟与所述下行发送器集线器的时钟完全同步。
优选地，所述在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步包括响应穿过分组数据网络接收到的所述前端的定时信息，激活与所述下行发送器集线器结合的控制回路。
优选地，所述在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步包括以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率从所述前端发送数据包给所述下行发送器集线器；由所述下行发送器集线器生成空数据帧以试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器下溢。
优选地，所述试图阻止所述下行发送器集线器的缓冲器上溢的速率是基于所述前端时钟的时钟规范和所述下行发送器集线器时钟的时钟规范产生的。

图1是具有分布式线缆调制解调器终端系统前端部件的线缆调制解调器通信系统的系统示意图；图2是根据本发明由通过分组交换网络相互连接的分布式CMTS部件构成的线缆调制解调器通信系统的系统示意图；图3是根据本发明一个实施例的操作流程图；图4是本发明第一个实施例中同步下行发送器集线器时钟与上行接收器集线器时钟的流程图；图5是本发明一个实施例中在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步的方框图；图6是本发明另一实施例中在前端和上行接收器集线器之间建立分组数据流同步的另一实施例的流程图；图7是根据本发明另一个实施例的同步CMTS部件的操作流程图。
具体实施例方式
图1是具有分布式线缆调制解调器终端系统(CMTS)前端部件的线缆调制解调器通信系统的系统示意图。如图1所示，分布式线缆调制解调器终端系统(CMTS)包括前端102和分布式集线器108。每个分布式集线器108服务对应的电缆传输数据系统接口规范(DOCSIS)物理层(PHY)域104和106。每个DOCSIS物理层域104和106服务多个线缆调制解调器(CM)110。前端102通过媒介114与集线器108连接。前端102通过集线器108和媒介114传送数据给线缆调制解调器(CM)110以及从线缆调制解调器(CM)110接收数据。
物理层域104和106内发送同步是必需的。当支持TDMA操作时，每个DOCSIS物理层域内的猝发串(burst)传送(上行和下行两者)必须在精确的时间(100纳秒级)发送以避免冲突。当在DOCSIS 2.0S-CDMA模式下操作时，定时更严格，因为需要同步到字符级。这样便需要更苛刻的1纳秒级的同步。为了满足这种定时要求，前端102将维持参考时钟，如在10.24MHz进行操作。然后集线器108能通过连接114将其时钟锁定为前端102的参考时钟。然后每个线缆调制解调器(CM)110锁定其时钟为下行字符时钟，所述下行字符时钟与10.24MHz的参考时钟同步。然后利用测距操作将CM110的时钟偏移量调节在1纳秒内。一旦测距后毕，由于系统的闭环同步特征，线缆调制解调器(CM)110不会再产生时间上的漂移。但是，考虑到线缆调制解调器网络基础设施传播延迟的改变(如因温度、气流和其他因素的变化引起)，对每个线缆调制解调器(CM)110每30秒钟重复一次测距，或者更频繁。通过这一同步的实现，整个DOCSIS物理层域104和/或106实现同步。
当连接114不支持与前端102的参考时钟的同步时，不能执行上述操作，根据本发明的操作便解决了这个问题。一般来说，对从前端下行流向每个集线器的分组数据进行管理以避免发送缓冲器上溢(overflow)或下溢(underflow)。进一步的，集线器108的不同部件的时钟通过测距操作同步，这样DOCSIS物理层域104和106内部的冲突得以避免。可选择地，当支持S-CDMA操作时，使用字符随时间定时漂移来同步集线器108的时钟。
图2是根据本发明具有通过分组数据网络202相互连接的分布式CMTS部件构造的线缆调制解调器通信系统的系统示意图。分布式CMTS包括前端102和集线器108，集线器108包括下行发送器集线器214和上行接收器集线器216。所述前端102、下行发送器集线器214和上行接收器集线器216通过分组数据网络202彼此相互连接。所述分组数据网络202可以是以太网或其它类型的分组数据网络。所述集线器108的下行发送器集线器214和上行接收器集线器216可位于不同的设备内。但是在其他实施例中所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216也可位于同一个设备内。
所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216与线缆调制解调器网络基础设施210连接。线缆调制解调器(CM)110也与线缆调制解调器网络基础设施210连接。所述线缆调制解调器网络基础设施210可以是光纤同轴混合线缆调制解调器网络210或已知的其他类型的线缆调制解调器网络基础设施。所述分布式CMTS通过所述线缆调制解调器网络基础设施210在数据网络112和线缆调制解调器(CM)110之间提供数据通信服务。
某些实施例中，所述分布式CMTS按照DOCSIS规范进行操作。如上所述，DOCSIS MAC使用TDMA、FDMA和/或S-CDMA来为跨越线缆调制解调器网络基础设施210的线缆调制解调器(CM)110提供数据通信服务。这样，根据这些规范，对分组数据流而言，前端102希望与下行发送器集线器214和上行接收器集线器216充分同步。所述下行发送器集线器214包括时钟(时基)206。所述上行接收器集线器216包括时钟(时基)208。所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216对应的时钟(时基)206和208应当充分同步以满足DOCSIS规范的定时要求。因而，根据本发明，分布式CMTS部件的时钟206和208是充分同步的，从而符合了DOCSIS标准的定时要求。当涉及下行发送器集线器214和上行接收器集线器216内维持系统时间或其他参考时间的机制时，术语“时钟(clock)”和“时基(timingbase)”在此文中可相互交换使用。
所述分组数据网络202因其固有的抖动信号，其分配精确定时信息的能力有限。所述前端102可包括时钟(时基)204。在如图2所示的分布式CMTS结构中维持系统时间的一种可能性是使用时间戳将定时信息从所述前端102通过分组数据网络202传递给所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216。所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216平滑所述分组数据网络202产生的抖动信号，并从时间戳中恢复时基时钟，一般采用滤波器来平滑所述时间戳。为了考虑图2中的结构是否能够支持这些操作，假设以下主要参数来进行分析1、分组数据网络202支持千兆位以太网操作。
2、千兆位以太网连接的抖动＝1毫秒3、为了符合总体预算500纳秒的要求，平滑后，时间戳抖动＝100纳秒。
4、时间戳信息以每秒100的速率发送。
必要的平滑比率为1ms/100ns＝1×104。假设每个时间戳上有独立的抖动，平均需要N＝1×108个时间戳来实现1×104的平滑。这要求平滑时间常数为1×108秒/100＝1×106秒，或11.6天，这是不切实际的。为了使用所述分组数据网络202分配定时信息，所述分组数据网络必须将抖动限制在大约17微秒，这一点当前是不可行的。
因此，本发明采用另一个技术方案同步所述分布式CMTS的各部件。根据本发明的第一个方面，从前端102流向下行发送器集线器214的分组数据流被充分同步以避免所述下行发送器集线器214的发送缓冲器上溢或下溢。这些操作将结合图6进行描述。另一方面，使用在下行发送器集线器内的受来自前端102发送的时间戳激发的控制回路(control loop)，使从前端102流向下行发送器集线器214的分组数据流充分同步。这些操作将结合图5给出进一步的描述。
为了完成所述分布式CMTS部件的同步，所述下行发送器集线器214和上行接收器集线器216对应的时钟206以及208被充分同步。使用本发明的第一种技术，该同步通过使用至少一个线缆调制解调器支持的测距操作来实现，所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与上行接收器集线器和下行发送器集线器均通信连接。这些操作将结合图3和图4给出进一步的描述。另一种将上行接收器集线器216的时钟208与下行发送器集线器214的时钟206同步的技术包括在支持S-CDMA操作的情况下，基于上行接收器集线器216接收的字符队列(alignment of symbols)的改变检测时钟偏移。这一技术将结合图7给出进一步的描述。
图3是根据本发明的一个实施例的操作流程图。所述操作从对前端102、下行发送器集线器214和上行接收器集线器216(步骤302)进行初始化开始。然后，在前端102和下行发送器集线器214之间建立分组流同步(步骤304)。执行分组流同步的技术将结合图5和图6给出进一步的描述，这些操作将作为调节从前端102到下行发送器集线器214的分组数据流而在本文中作进一步的描述。
然后，操作继续，同步下行发送器集线器214的时钟206和上行接收器集线器216的时钟208(步骤306)。根据本发明，同步上行接收器集线器216的时钟208与下行发送器集线器214的时钟206可通过使用至少一个线缆调制解调器110支持的测距操作来实现，所述至少一个线缆调制解调器110通过线缆调制解调器网络基础设施210与所述上行接收器集线器216以及下行发送器集线器214连接。
根据步骤306的一个实施例，所述测距操作被多个线缆调制解调器110支持，所述前端102、下行发送器集线器214和上行接收器集线器216均为所述线缆调制解调器110提供数据服务。正常情况下，对每个线缆调制解调器110的测距大约每15秒钟进行一次，因此每秒进行几十次到几百次的到达时间测试。另一实施例中，用专门的时钟同步线缆调制解调器来支持所述测距操作。可以以高速率对专门的时钟同步线缆调制解调器进行测距，可能是每秒10到100次。平滑处理后(在具有较慢的时间常量的控制回路内，即一秒或几秒)，这些附加的距离测试使得对下行发送器集线器214的时钟206和上行接收器集线器216的时钟208之间的定时漂移的估算有较高的可信度。然而，由于已假设线缆基础设施的延迟不会很快改变，时钟频率也不会改变，除非因为明显的、故意的改变加上固有的时钟漂移，通过结合相当多次测距来获得足够精确和可信的定时估算是不必要的。当然，可采用正常测距信息和一个或多个专门的时钟同步线缆调制解调器的测试两种方式，将这些实施例结合。在这两种情况下，测距操作被用来同步下行发送器集线器214和上行接收器集线器216各自对应的时钟206和208。同样的，数据猝发串除了用于测距猝发串(ranging burst)外，还用于收集额外信息；若数据猝发串提前到达或延迟到达接收器集线器，这表示一种趋势，意味着参考时钟有频率偏移，所述偏移随后被修整掉。
按照DOCSIS规范的一个或多个方面，图3所示的操作继续为线缆调制解调器提供服务(步骤308)。步骤308继续，直到确定是否需要调整下行发送器集线器214的时钟206和/或上行接收器集线器216的时钟208(步骤310)。当需要调整下行发送器集线器214和上行接收器集线器216各自对应的时钟206和208时，操作回到步骤306。否则，继续进行步骤312，确定是否需要调整前端102与下行发送器集线器214的分组数据流同步。如果需要，则操作从步骤312回到步骤304；如果不需要，则操作从步骤312回到步骤308继续服务线缆调制解调器。
读者很容易得知，图3所示的操作可以不同于图3中的顺序进行。对下行发送器集线器214和前端102各自对应的时钟206和204的同步可在前端102与下行发送器集线器214的分组流同步期间发生，和/或在所述线缆调制解调器被服务期间发生。一般情况下，维持分组流同步以及时钟同步是正在进行的，并可在任何时间执行。
图4是本发明第一实施例中同步下行发送器集线器与上行接收器集线器时钟(图3中步骤306)的流程图。首先从下行发送器集线器214发送测距猝发串到专用时钟同步线缆调制解调器(CM)或一个或多个线缆调制解调器(CM)(步骤402)。然后所述专用时钟同步线缆调制解调器或一个或多个线缆调制解调器接收来自下行发送器集线器214的测距猝发串，处理该测距猝发串，并将其发送给上行接收器集线器216(步骤404)。接着所述上行接收器集线器216接收所述测距猝发串并对之进行分析，以估算其时钟208与下行发送器集线器214的时钟206之间的时钟频率差(步骤406)。随着时间的过去，将显示出时钟漂移，如此，对上行接收器集线器216时钟208或下行发送器集线器214时钟206的调整可以定期执行、不定期执行或者当漂移量超出阈值时执行。因而，必要时，所述上行接收器集线器216调整其时钟208，或者指示下行发送器集线器214调整其时钟206(步骤408)。
图5是本发明一个实施例中在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步的方框图。图5中所示为前端102、前端102的时钟204、下行发送器集线器214、下行发送器集线器214的时钟206以及分组数据网络202。根据图3步骤304所示的实施例，一个控制回路502被用来在前端102和下行发送器集线器214之间建立分组数据流同步。在该实施例中，所述控制回路502与下行发送器集线器214结合，对穿过分组数据网络202接收到的前端102时钟204的定时信息(时间戳)做出响应。控制回路为已知技术，除与本发明相关的内容外，在此不进行进一步的描述。由于分组数据网络202具有抖动现象，所述控制回路502被用来为某些支持的操作进行下行发送器集线器时钟206与前端时钟204的在时间上适当精确度的同步，如TDMA操作需要100纳秒。对于某些操作来说，控制回路502所引入的反应时间过长。此外，锁定所述控制回路502的时间对于某些操作来说也过长。因此，当控制回路502不足以同步所有情况下的前端时钟204与下行发送器集线器时钟206时，所述控制回路502一般足以建立前端102与下行发送器集线器214之间的分组数据流同步。
通过使用所述控制回路502，前端102将时间戳(TS)与分组数据一起传输。如图所示，这些时间戳沿着信道504从时钟(时基)204传送至时钟(时基)206。所述时间戳表示前端102的时钟(时基)204的瞬时值，所述时基由时钟204驱动。所述下行发送器集线器214的控制回路502将接收时的TS值与所述下行发送器集线器214自身的时钟(时基)206进行比较。所述下行发送器集线器214的时钟(时基)206可被初始化为第一TS收到时的第一TS值，随后，通过将随后的时间戳与所述时基206进行比较，在前端102的时钟(时基)204的封闭环中操作。然后对收到的时间戳与时基206之间的比较结果进行滤波和调整，以获得期望的环路性能特性。一般所述滤波器为低通滤波器，可以是有限脉冲响应(FIR)滤波器，也可以是无限脉冲响应(IIR)滤波器。所述滤波器与积分器类似，但是为了确保环路的稳定性，所述滤波器与纯粹的积分器(另一种零点和极点)稍微有些不同。对滤波结果的比例调整，即乘以常数，可控制回路的增益。所述环路可设计为高增益即快速响应，或低增益即缓慢响应。所述环路还可以设计为可变增益，即可变的响应，以便使用高增益快速锁定前端102的时钟204的频率，一旦锁定全部或部分实现后，便可实现所述下行发送器集线器214时钟频率的极小变化。增益设置值可以是任何多个。环路设计、增益设置、锁定检测等在锁相环路设计中都是已知技术。
图6是本发明另一个实施例中在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步的流程图。图6中所示的操作对应于图3中的步骤304和步骤308。首先，基于所述前端102以及所述下行发送器集线器214的时钟频率规范，确定能防止下行发送器集线器214的发送缓冲器上溢的最大分组数据流速率(步骤602)。步骤602中的操作一般按照设计的程序来实现，并将在随后执行。然后，所述前端102将分组数据以不超出所述分组流速率的速率从前端发送出去(步骤604)。所述下行发送器集线器214接收所述分组数据，由所述分组数据组成数据帧，并按照例如DOCSIS规范将所述数据帧发送给线缆调制解调器110。某些情况下，若下行发送器集线器214发送分组数据的速率高于其从前端102接收的分组数据的传送速率，则所述下行发送器集线器214的发送缓冲器将发生下溢。因此，步骤606中，所述下行发送器集线器214确定下行发送器集线器214的发送缓冲器是否已发生下溢，或者是否将要发生下溢，即所述发送缓冲器变空或接近空时。如果下行发送器集线器的缓冲器变空，或者将要变空时，所述下行发送器集线器发送一个或多个空的数据帧来消除下溢(步骤608)，即直到所述发送缓冲器内有足够的数据以使数据传送恢复。但是，在所述前端102与所述下行发送器集线器214基于分组流充分同步的正常操作期间，当所述前端以步骤602确定的最大速率发送数据时，所述下行发送器集线器214组成带有分组数据的数据帧并将之发送给其所服务的线缆调制解调器，不用插入空的数据帧(步骤610)。在所述前端102与所述下行发送器集线器214基于分组流充分同步的正常操作期间，当所述前端以小于步骤602确定的最大速率发送数据时，所述下行发送器集线器214组成带有分组数据的数据帧并将之发送给其所服务的线缆调制解调器，并插入适当的能够阻止或消除下溢的空数据帧(步骤608)。
所述前端102需要的数据速率与所述下行发送器集线器214的数据速率之间的关系，以及空数据包的使用在多种解决方案中有不同的设计。假定网络延迟(前端102与下行发送器集线器214之间)限制在一已知的上限内，所述前端102的数据速率可能几乎等于所述下行发送器集线器214的数据速率，两者之间所需要的偏差由前端102和下行发送器集线器214之间的时钟比率最大差所确定。例如，如果每个数据块最坏具有百万分之五(5ppm)的公差，那么总的最坏差值是百万分之十(10ppm)，这种情况下所述前端102应将其带宽需求限制为额定发送器集线器214数据速率的1-10ppm＝0.9999，覆盖了前端102位于最大频率以及下行发送器集线器214位于最小频率的情况。假设数据速率为38Mbps，一个空数据帧由188字节(1504bit)的数据包组成，所述下行发送器集线器214将以10ppm*38Mbps/1504bit/数据包的速率插入空数据帧，约为每秒0.25个数据帧，或者大约每四秒一个空数据帧。当然，所述速率依赖于前端和集线器的实际相对频率，并非独立于该关系。前端102以最小指定频率操作且发送器集线器214以最大指定频率操作的情况下，插入空数据帧的速率加倍，大约是每秒0.5个数据包。
所述下行发送器集线器214由多种方法可确定插入空数据帧的时间。在一种方法中，所述下行发送器集线器214接收来自前端102的数据包，组成数据帧，并尽可能快的发送出去。只要所述发送器集线器214的输入缓冲器内没有足够的数据以形成完全的数据帧，其发送空数据帧。在这种设计中，数据通过接收缓冲器的延迟趋向于零。当网络延迟从一个相对较长的延迟改变为一个相对较短的延迟时，所述数据通过接收缓冲器的延迟增大。只要下行发送器集线器214的数据速率大于前端102的数据速率，则所述下行发送器集线器214将以比数据进入缓冲器更快的速度从所述缓冲器内移除数据，这样经过长时间后所述缓冲器的充满度趋于零。
如果有多类数据，其中某些数据需要较短的延迟或更加可预知的延迟，该数据可按照指定的分类从前端102发送到下行发送器集线器214。所述下行发送器集线器214可按照数据类型分类将数据传送列出优先次序，如发送较低优先次序的数据前先发送其缓冲器内具有较高优先次序的数据。这样便能最小化所述缓冲器对具有较高延迟感应的数据产生的额外延迟。
图7是根据本发明的另一个实施例同步CMTS部件的操作流程图。所述操作首先对前端102、下行发送器集线器214以及上行接收器集线器216(步骤702)进行初始化操作。然后，在前端102和下行发送器集线器214之间建立分组数据流同步(步骤704)。执行分组流同步的方法已结合图5和图6进行了描述。所述操作可进一步包括调节从前端102流向下行发送器集线器214的分组数据。
然后，所述下行发送器集线器将下行码分多址访问(CDMA)信息发送给多个服务的线缆调制解调器110(步骤706)，例如下行数据传送。接着，所述上行接收器集线器216接收来自所述多个服务的线缆调制解调器110的上行CDMA信息(步骤708)。然后，所述上行接收器集线器确定接收自多个服务的线缆调制解调器的上行信息中字符队列的漂移量，所述漂移量与所述上行接收器集线器的时基有关(步骤710)。然后使用该测量的字符队列的漂移量调节上行接收器时钟的频率(步骤712)。接着步骤714中确定是否需要对前端102与下行发送器集线器214之间的分组流同步进行调整。如果需要调整，则操作从步骤714回到步骤704；如果不需要调整，则从步骤714跳至步骤706，继续线缆调制解调器的服务。读者可很容易知道，图7中的操作还可以不同于图7中所示的各种顺序来执行。维持同步，包括分组流同步和时钟同步，一般一直在进行中，并可在任何时候执行。
根据上述结合附图对本发明的详细介绍，其他各种对本发明的修改和变化将是显而易见的。同样显而易见，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，这些修改和变化均是可实现。
相关申请的交叉引用本申请与2005年1月6日提交的申请号为11/031,568的美国实用新型申请有关。本申请要求以下专利申请的优先权并全部作为本申请的引用文件申请号为60/609,663的美国临时专利申请，申请日为2004年9月14日；申请号为60/629,781的美国临时专利申请，申请日为2004年11月20日；申请号为60/635,531的美国临时专利申请，申请日为2004年12月11日。
权利要求
1.一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述方法包括如下步骤在前端和下行发送器集线器之间建立分组流同步，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟，所述至少一个线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器均通信连接。
2.如权利要求1所述的用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，其特征在于，所述测距操作由前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器一起为之提供数据服务的多个线缆调制解调器所支持。
3.如权利要求1所述的用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，其特征在于，所述测距操作由专用的时钟同步线缆调制解调器所支持。
4.一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述方法包括如下步骤调整从前端到下行发送器集线器的分组数据流以力图避免下行发送器集线器内缓冲器的上溢和下溢，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟，所述至少一个线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器均通信连接。
5.一种分布式线缆调制解调器终端系统，包括下行发送器集线器；上行接收器集线器；通过分组数据网络与所述下行发送器集线器和所述上行接收器集线器通信连接的前端；其中，所述前端和所述下行发送器集线器是可操作的，以在其间建立分组数据流同步；其中，所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器是可操作的，以通过使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步所述上行接收器集线器时钟和所述下行发送器集线器时钟，其中所述至少一个线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器通信连接。
6.如权利要求5所述的分布式线缆调制解调器终端系统，其特征在于，所述系统进一步包括多个线缆调制解调器，所述多个线缆调制解调器是可操作的，以支持测距操作并可从所述前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器接收数据服务。
7.如权利要求5所述的分布式线缆调制解调器终端系统，其特征在于，所述系统进一步包括可操作的专用的时钟同步线缆调制解调器以支持所述测距操作。
8.如权利要求5所述的分布式线缆调制解调器终端系统，其特征在于，所述系统进一步包括控制回路，与所述下行发送器集线器结合，响应穿过分组数据网络接收到的前端定时信息，以在前端和下行发送器集线器之间建立分组数据流同步。
9.一种分布式线缆调制解调器终端系统，包括下行发送器集线器；上行接收器集线器；通过分组数据网络与所述下行发送器集线器和所述上行接收器集线器通信连接的前端；其中，所述前端是可操作的，以调节从其自身到所述下行发送器集线器的下行数据流，力图避免所述下行发送器集线器的缓冲器上溢；其中，所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器是可操作的，以通过使用由至少一个线缆调制解调器支持的测距操作同步所述上行接收器集线器时钟和所述下行发送器集线器时钟，其中所述至少一个线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和所述下行发送器集线器通信连接。
10.一种用于分布式线缆调制解调器终端系统部件同步操作的方法，所述部件包括前端、下行发送器集线器和上行接收器集线器，所述方法包括如下步骤在所述前端和所述下行发送器集线器之间建立分组数据流同步，其中所述下行发送器集线器通过分组数据网络与所述前端通信连接；所述下行发送器集线器发送下行码分多址信息给多个其所服务的线缆调制解调器；所述上行接收器集线器接收来自多个其所服务的线缆调制解调器的上行码分多址信息；所述上行接收器集线器确定接收自多个其所服务的线缆调制解调器的上行信息中字符队列的漂移量，所述漂移量与所述上行接收器集线器的时基有关；所述上行接收器集线器基于所述漂移量调节上行接收器集线器的时钟，从而使所述上行信息时钟与所述下行发送器集线器的时钟完全同步。
全文摘要
本发明的分布式线缆调制解调器终端系统包括下行发送器集线器，上行接收器集线器以及通过分组数据网络与所述下行发送器集线器和上行接收器集线器均通信连接的前端。所述前端和下行发送器集线器是可操作的，以使下行发送器集线器时钟与前端时钟同步。进一步的，所述上行接收器集线器和下行发送器集线器是可操作的，以使上行接收器集线器时钟与下行发送器集线器时钟同步。所述上行接收器集线器与下行发送器集线器之间的时钟同步通过使用至少一个线缆调制解调器所支持的测距操作来实现，所述线缆调制解调器通过线缆调制解调器网络基础设施与所述上行接收器集线器和下行发送器集线器均通信连接。
文档编号H04J3/06GK1819510SQ20051009931
公开日2006年8月16日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月14日
发明者布鲁斯·J·柯里文, 亚历山大·G·马克尼斯, 托马斯·J·科尔兹, 理查德·S·普罗丹 申请人:美国博通公司