交互式通信装置和系统的制作方法

专利名称：交互式通信装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信。更特别地，本发明涉及提供有线电视网 络上的基础设施设备之间通信的装置和方法。
背景技术：
我们正处在信息时代。通过多种不同的通信系统访问大量信息 正在改变着人们工作、自我娱乐以及相互交流的方式。例如，作为1996电信改革法案会议(Congress in 1996 Telecommunication Reform Act)所导致的增加的电信竟争的结果，传统有线电视节目提供商已 经发展为用于家庭和商业的高级视频、语音和数据服务的全服务提 供商。现在，很多竟争中的有线公司提供了通过单个宽带网络递送 所有上述服务的线缆系统。带宽是通信介质传送和接收数据能力的度量，随着不断增长的 数据传送需求，它正在变得越发重要。例如，家庭电影点播、视频 电话会议以及家庭和办公室中的交互视频的应用都需要高数据传送 率。诸如有线电视网络和"光纤到户"(FTTP)网络的宽带通信系 统以及多重服务运营商(MSO) —般使用与光纤系统耦合的有限带 宽的同轴线缆的组合来传送和接收数据。通过诸如有限带宽的线缆 和其它支持基础设施的介质来传送通信信号的传统方法必须使用例 如位于该介质的常规传导范围内的频率和振幅的参数对通信信号进 行调制。为了提高传统"宽带，，系统中的带宽，已经开发了很多昂 贵和复杂的方案。这些方案中的一些使用复杂的交换或信号时间共 享设置。这些方法中的每一个都昂贵且复杂。例如，目前的宽带有线电视"前端"架构需要相当数量的基础设施硬件。所使用的系统硬件元件由于相对严格和有限的特性可能 使效率受损，特别是在有线电视系统的前端，其一般包括例如专用 调制器、信号组合器、复用器和放大器的组件的多个机架。然而， 增强、升级和维护这些组件以及位于现场的其它组件是昂贵的，因 为这些动作常常包括物理的移除以及用更昂贵的的单元来替换这些 硬件组件，这需要硬件和劳务的投入。而且，维护和升级需要不期 望出现的对客户不可用信道或系统周期。此外，这些硬件组件需要 相当数量的功率和物理空间。目前的宽带系统中的另一个缺陷在于，宽带提供商在前端"下 游"的远程位置适时放置和替换已经发生故障或正在发生故障的组 件或监视器并检验系统功能性的能力有限。这样的组件例如包括光 纤光收发器和用于在宽带网络内的各点提升信号强度的场放大器。 目前的过程需要技师来执行优化系统性能和降低组件故障可能性的 周期性预防维护，这需要技师来到每个组件的所在地，以便物理地 进行检查、测试并在需要的时候替换组件。尽管昂贵和耗时，但定 期的组件检查和替换是仍然比从系统停转中恢复要期望。因此，需要改进宽带架构、带宽管理、前端信号处理以及现场 维护过程的装置、系统和方法。


在附图中，以示例而非限制的方式示出了在此教导的本发明的各种实施方式，其中图1示出了包括前端的传统线缆或混合光纤同轴通信系统拓朴；图2示出了一般在图1所示的传统线缆或混合光纤同轴通信系 统的前端执行的信号处理；图3示出了包括高速模数(ADC)和数模(DAC)组件的本发 明的一种实施方式；图4示出了包括使用一个或多个处理单元以用于数字信号合成 的主处理模块的本发明的 一 种实施方式；图5示出了基于数字信号处理组件的用于数字信号合成的处理 单元的一种实施方式；图6示出了使用緩冲波形查询表的数字信号合成处理单元的一 种实施方式；图7示出了使用多个緩沖波形查询表的数字信号合成处理单元 的又一种实施方式；图8示出了不同的通信方法； 图9示出了两个超宽带冲击；图10示出了本发明的一种实施方式，其中，将超宽带(UWB) 通信信号注入线缆或混合光纤同轴电视信道频谱；图11示出了状态请求和响应消息协议处理流；图12示出了自主状态响应消息协议处理流；图13示出了本发明的一种实施方式，其中，设备内置传感器将 系统性能测量提供给线缆或混合光纤同轴前端；图14示出了在传统线缆信道内容和UWB内容之间的功率水平 优化划分；图15示出了本发明一种实施方式中的UWB系统组件的一般功 能；以及图16示出了目前美国联邦通信委员会(Federal Communication Commission )所规定的针对UWB设备的发射限制。可以认识到， 一些或全部附图是用于说明目的的示意性表示， 并且无需描述所示元件实际的相对大小和位置。提供附图的目的是 说明本发明的一种或多种实施方式，应当清楚地理解，附图不是用 来限制权利要求的范围或含义。
具体实施方式
在以下段落中，将参考附图以示例的方式详细描述本发明。尽 管本发明可以具有多种不同形式的实施方式，但附图所示和将要在 此详细描述的都是特定的实施方式，应当理解，本开应被认为是本发明原理的示例，并且无意将本发明限制为所示和所描述的特定 实施方式。换言之，在整个说明书中，应当将所示实施方式和示例 视为范例，而不是对本发明的限制。省略了对公知的组件、方法和/ 或处理技术的描述，以免不必要地使本发明不清楚。这里使用的"本 发明，，是指在此描述的发明的任一实施方式以及任何等价实施方式。 此外，本文中对"本发明，，各种特征的参考不表示所要求的所有实 施方式或方法必须包括所参考的特征。本发明提供了用于与有线电视网络、"光纤到户"(FTTP)网络、多重服务运营商(MSO)或其它类型的宽带系统上发现的远程设备进行通信的装置和方法。本发明获取表征设备状态的信息以及 与系统中的通信参数有关的信息。此外，可以获取可能导致预防性 维护的信息，由此在未排除系统故障的情况下使其最小化。例如多 重服务运营商的系统中的远程设备可以将信息提供给线缆前端，以 使其能够改变、优化和/或修改信号传送特性。在一种实施方式中，本发明提供了用于与组装到宽带分发基础 设施或网络中的组件进行通信的装置和方法。这种实施方式获取表 征组件状态的信息，由此支持对组件的标识，以用于预防性维护和 自动校准过程。在这种实施方式中，远程基础设施组件还可以将信 息提供给宽带前端，以用于对一个或多个通信信道来优化信号传送 特性。在又一种实施方式中，宽带前端传送器和远程宽带基础设施组件能够传送超宽带(UWB)信号，其被优化为在下行流或上行流方 向通过宽带基础设施。在一种实施方式中，本发明涉及用于应用在宽带通信系统的下 行流和上行流中产生和接收模拟和数字通信的可通过软件定义的无 线技术的方法。在另一种实施方式中，可以使用数模转换器(DAC) 来数字化合成通信信号以用于传送，并且可以使用模数转换器 (ADC)接收下行流和上行流通信信号。在又一种实施方式中，线缆前端传送器和远程有线电视系统设备能够传送超宽带(UWB)信号，其可以占用用以传送电视和其它 通信信号的一些或全部无线频率。一般地，诸如传统有线电视提供商、社区天线电视提供商、社 区接入电视提供商、有线电视提供商、混合光纤同轴电视提供商、互联网服务提供商，IPTV提供商、"光纤到户"(FTTP)提供商、 多重服务运营商(MSO)或电视、音频、声音和/或互联网数据的任 何其他提供商的宽带提供商 一 般地在中心台接收来自陆地线缆、空 中广播和/或来自接收通信卫星信号的一个或多个天线的广播信号。 对广播信号进行处理、组合，接着通常通过同轴线缆和/或光纤光缆 将广播信号从中心台分发到位于商业或居住区的节点。从上面的列表中可以推断，传统宽带网络目前是使用若干不同 的拓朴和配置而布设的。目前最常见的配置包括同轴线缆以及使用光纤光缆和同轴线缆二者的混合光纤同轴系统(HFCS)。这些系统 可以使用模拟信号和数字信号二者。只使用模拟信号的系统的进一 步特征在于它们使用已建立的NTSC/PAL (国家电浮见标准委员会/逐 行倒相)调制，其需要4吏用6 MHz或8 MHz间隔的频率载波。参考图1,示出了传统的混合光纤同轴系统(HFCS)或网络。 可以理解，HFCS网络可以是多重服务运营商系统的一部分，并且特 定的架构组件可以随着网络的不同而变化。HFCS使用组合模拟-数 字拓朴，其使用了同轴介质45 (模拟)和光纤介质55 (数字)二者。 根据ANSI/EIA-542-1997标准所规定的频率分配，其通常将模拟信 道设置为从2到78,使用从55 MHz到547 MHz的频率在6 MHz分 配中对每个模拟信道进行调制。当使用HFCS时，数字信道通常是 从79到136,并占用533 MHz到865 MHz的频率范围。在一些扩展 HFCS系统中，信道分配可以高达信道158或997MHz。目前的频率 上限是1千兆赫，因为例如放大器和电视调谐器的网络组件无法在 该频率之上进行操作。目前的ANSI/EIA-542-1997标准只定义和分 配信道到997 MHz。然而，实际的电线或线缆介质一般能够携带上 至3 GHz及以上的频率。如图1所示，在^t拟线缆和HFCS系统中，包含视频、音频、互联网和/或其它数据的卫星下行链路在天线10处被接收，并在路由 器20处进入线缆公司的"前端"25。包括光纤光缆12所接收的数 据在内的附加视频和/或其它数据流15 (非卫星接收的)可以向路由 器20馈送数据。从卫星下行链路流或其他数据流15中提取各个视 频和其它数据流(NTSC, MEPG，或任何其它所-使用的协议)，并 将其路由至信道调制器30A-N,每个信道调制器针对单独的电视信 道。可选地，将从卫星天线IO处接收的射频(RF)内容和其它数据 流15基本上直接提供给信道调制器30。在两种情况中，由每个信道 调制器30执行的初始任务是拒绝来自输入宽带RF信号的、处于 分配给特定信道调制器30的特定输出线缆信道之外的频率内容。在 输入信道滤波之后，将所接收的信道内容从输入信道载波频率转换 至输出线缆信道的载波频率。接着，将来自每个信道调制器30的输 出发送至组合器40并组合为一个宽带RP信号。这时，对包含组合 信道的合成宽带RF信号进行放大，并通过同轴线缆45或光纤光缆 55将其发送给有线电视客户。宽带RF信号可以通过场放大器70放 大，并最终由客户或例如机顶盒的其他最终用户设备80或其它设备 接收。现在参考图2,示出了图1中所示的线缆前端25的一些组件。 一般地，前端25包括一个或多个路由器20、信道调制器30以及组 合器40,并且在HFCS中还包括光纤光调制器50。可以理解，线缆 前端25同样可以包括其它组件。路由器20将可以同时包含卫星下 行链路流或其它数据流15或其中之一的数据流转发至带通滤波器 (BPF) 105。 BPF 105被构造为拒绝不属于分配给特定信道调制器 30的输出线缆信道的频率内容。接着，将特定的信道信号与本地振 荡器(LO) 115产生的载波进行混频，这是通过混频器110将该特 定的信道信号与中间频率(IF)进行混频。该混频步骤将信道信号 转换为IF频率上的信号。通常在电视信号处理中执行该步骤，以允 许单个电路设计适应很多不同的输入和输出信道频率。通过将任意输入信道频率上的信道信号转换到标准IF,可以通过被设计为在IF 上而不是在多个可能信道频率上进行操作的电路来执行后续处理。再次参考图2, —旦将信道信号转换到了 IF,继而使其通过第二 BPF 120,以消除IF频带之外的无关信号功率。对于北美(也即， NTSC)实现，IF通常在41 MHz和47MHz之间。在这个示例中， 继而分离图片、或视频和声音、或音频载波。图片信号占用大约从 41.75 MHz到46.5 MHz的频语，并且音频位于41.25 MHz载波上。 相应地，将信号提供给视频BPF 130和音频BPF 135。视频BPF 130 滤波音频内容的图片信号，并且音频BPF 135滤波图片内容的音频 信号。接着，在组合器140处，将两个经过滤波的信号流重新组合 为以IF为中心的单一信号。第二本地振荡器(LO) 150产生载波信 号，并且第二混频器145将组合信号乘以该载波信号。第二混频器 145将信号内容置于期待频率上以用于传送。接着，组合器40对信 道调制器30的输出和来自其它信道调制器的类似输出进行组合，以 产生合成信号525。有线电视前端25中使用的路由器20、信道调制器30和组合器 40通常是主要使用模拟电路的离散硬件组件。可以理解，在一些情 况下，模拟组件将比其对应的数字组件具有更高的功率要求。此外， 每个信道调制器30对单个信道进行调制，因此，可以说每个线缆前 端25中需要数百个调制器30，以适应大多数有线电视网络上可用的 数百个信道。而且，需要数量可观的物理空间来放置一行一行的包 含信道调制器和关联组件的机架。线缆前端25对于线缆运营商来说 意味着相当大的投资。现在参考图3,其示出了根据本发明的一种实施方式而构造的可 通过软件定义的前端(SDHE)75。 SDHE75的一个应用支持多个信 道调制器30A-N和组合器40的替换。SDHE 75的一个特征是执行直 接的数字信号合成，其等价于RF组合器40的输出处给出的合成信 号525。亦即，SDHE75提供合成的、宽带输出有线电视信号的直接 数字合成。如图3所示，在一种实施方式中，高速模数转换器(ADC)180接收来自卫星天线10的模拟内容和/或其它数据流15。可以在应 用本发明之前对来自卫星天线10的内容进行预处理。可以从任意数目的其它源处提供附加内容。本发明的一个特征是ADC 180将具有 对模拟输入信号进行充分"过采样"的能力。这是因为尼奎斯特(Nyquist)采样定理认为，能够准确分解信号的最小采样频率是信 号最高频率内容的两倍。在可选实施方式中，为了提供更为强健的 频率分辨率，可以使用"4倍过采样"。将数字数据传递到可编程数字处理模块200,其中数字数据或者 来自数字源，或者是随后经过模数转换器180转换的包含采样内容 的结果数字数据流l卯。数字处理模块200可以执行例如信道分离、 滤波、输入-输出信道转换和信道重新组合的任务。数字处理模块200 的输出包括组合宽带信号的采样版本，其中该组合宽带信号包含现 在重新分配给有线电视信道的输入线缆信道。而且，处理才莫块200 所产生的数字数据流表示图1中组合器40所产生的合成信号525的 数字化等价信号。如图3所示，将经过采样的合成信号传递至高速 DAC 210以用于转换，得到合成信号525。将合成信号从DAC 210 传递到同轴线缆45和/或在通过光纤光缆55分发之前传递到光纤光 调制器50。如图4所示，其示出了数字处理模块200的一种实施方式。将 输入数字数据流190传递至 一 个或多个处理单元202A-D 。可以理解， 尽管图4描绘的本发明的这种实施方式使用了 4个处理单元 202A-D,但是本发明不受限于该数目的处理单元202。每个处理单 元202的输出可以包括通过数字数据流190接收的一个或多个输入 信号，每个输入信号根据特定的线缆服务提供商所使用的输入-输出 信道映射而调制到输出线缆信道载波。将每个处理单元202A-D的输 出203A-D传递至数字组合器205，其按照与图1所示的组合器40 类似的方式对输出求和。数字组合器205的输出是经过采样的合成 宽带线缆信号，将其传递至高速DAC 210。 DAC210将经过釆样的 宽带信号转换为与其等价的模拟信号，它表示图1中所示的模拟组合器40的输出处所产生的宽带信号的数字化合成的等价信号。SDHE 75的一个特征是，通过将先前由多个模拟组件执行的功能替换为单 一的可重新编程的数字装置，从而降低了前端25的成本、复杂性和 功耗。这极大地降低了前端25的成本。本发明的一个特征是，可以在初始安装之后对数字处理单元202 上安装的软件或逻辑进行修改或替换。由此提供了充分的功能灵活 性，因为可以在无需对硬件进行高成本的修改或替换的情况下实现 处理单元202所要求的任何新计算需求。因此，容易地实现了管理 包括高清电视(HDTV)在内的新的和不同的视频、音频和数据格式 的能力，以及实现了重新定义信道分配和载波频率的能力。随着视 频压缩和解压方法不断改进和发展，可以通过简单地对适当的处理 单元202进行重新编程而在线缆前端25处实现这些新方法。还希望 的是，当需要处理瞬态或周期性处理任务时，并且当为了维护而可 能关闭前端25时，可以在包括安装期间、"正在执行"(系统在操 作中时)在内的任意时间对处理单元202重新编程。在本发明的一 种实施方式中，处理单元202还可以像实时控制机构一样进行操作， 用以将各种信号传送参数维持在期望的容限之内。可以根据反馈信 息来控制有线电视信道信号传送功率，例如用以将频率分配、载波 噪声比和其它参数维持在优化水平上，其中反馈信息来自诸如放大 器、分路器和光纤接收器的中间线缆网络设备，以及诸如机顶盒和 可以从机顶盒馈送的无线设备的最终用户设备。期望这些无线设备可以包括例如BLUETOOTH (蓝牙)设备或 WPAN超宽带设备的无线个人区域网络(WPAN)设备、例如WI-FI 设备或WLAN超宽带设备的无线局域网(WLAN)设备、以及例如 WI-MAX设备的无线城域网(WMAN)设备。(BLUETOOTH是特 拉华州的Bluetooth SIG公司的注册商标)本发明的另一种实施方式希望图4中所示的每个处理单元202 可以包括被公知为"数字信号处理器，，(DSP)的专门用于数字信号 处理的专门化微处理器。可以通过各种方法在安装之后和操作过程中对DSP重新编程。对于本发明的这种实施方式，DSP的任务可以 包括将输入数字波形调制到 一 个或多个特定的信道频率。其它任务可以包括在处理之前解压某些数据，例如可能已经使用MPEG-2、 MPEG-4、 JPEG 2000或其它压缩方法压缩的视频，或是将数据从一 种存储或传送格式转化为其它格式。例如可以通过将DSP构造为从 存储器中读取参数值来实现对各种信道信号传送参数的实时控制。 由此，可以通过提供独立的控制处理以将新参数复制到适当的存储 器位置，而根据需要更新信号功率、振幅和滤波特性，其中DSP从 所述存储器位置处读取并随后实现新参数。如图4所示，将来自使 用DSP的处理单元202的数字化流路由至组合器205，并将所得的 合成信号传递至高速DAC 210。在本发明的又一种实施方式中，每个处理单元202可以包括一 个或多个现场可编程门阵列(FPGA) 。 FPGA是一般在制造之后可 重新编程的逻辑设备。有很多种FPGA,其中若干种能够在系统内 (in-system )(也即，安装有新的/经过修改的软件)被重新编程。 这些例如包括基于静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程 只读存储器(EEPROM)、以及闪速擦除EPROM (闪存)技术的 FPGA。在本发明的另一种实施方式中，每个处理单元202包括一个 或多个专用状态机。通过将新的处理参数写到可存取存储器来支持 F P G A和专用状态机的功能可重新编程性。再次参考图4，以下是应用本发明这个方面的一种方法。在这种 实施方式中，输入信号190包括频分复用信号。可以理解，其它类 型的信号可以包括输入信号190。在可编程数字处理才莫块200所包含 的多个处理单元202 (示出了 4个)之间分配数字化的、频分复用的 输入信号190的带宽。作为示例而非限制，输入信号190可以具有 大约lGHz的带宽，在四个处理单元202之间划分如下0-240 MHz 划分给第一单元202A， 240-480 MHz划分给第二单元202B, 480-720 MHz划分给第三单元202C,并且720-960 MHz划分给第四单元 202D。期望划分可以包括快速傅立叶变换输出的计算。为了此示例的目的，以4 GHz对1 GHz输入信号进行过采样。可以理解，也可 以使用需要较低过采样的其它采样方法。图5示出了处理单元202的一种实施方式。这种实施方式包括-输入级215、 DSP 270以及输出级275。可以理解，这些组件的设置 可以与所示不同，例如，l餘出《及275可以位于不同于处理单元202 的组件上。在输入级215中，将输入信号190传递通过数字BPF 220。 数字BPF 220被构造为拒绝已分配的输入带宽划分之外的频率。例如，在上述频率划分"i殳置中，第二处理单元202B拒绝240-480 MHz范围之外的频率。接下来，数字混频器230接收经过滤波的信 号，将信号"下变频，，至0-240 MHz的基带频率范围。数字混频器 230完成该下变频是通过将来自数字BPF 220的经过滤波的数字输 出序列乘以240 MHz处的存储的数字载波序列235 、在0 MHz和480 MHz处创建信号副本。接着，将所得信号传递通过低通滤波器(LPF ) 250，以拒绝240 MHz以上的频率内容，只保留基带的低频副本。由 于经过下变频的信号保留了应用于原始1 GHz信号的4 GHz采样， 因此现在可以对其进行抽取或"下采样，，。然而，不再需要4 GHz 的采样率来准确地分解经过滤波的240-480 MHz划分、现在被下变 频至0-240 MHz范围的频率内容。相应地，可以通过抽样器260对 信号进行下采样。接着，将所得数字信号从输入级215传递至DSP 270,由此结束输入级的处理。可以理解，下采样所获得的一个优点 在于相当程度地减小了施加在DSP 270上的工作负载，需要DSP 270 处理数据的速率是从ADC 180到达输入级215的原始信号的四分之如图5所示，可以将DSP 270构造为对接收自输入级215的下 采样数字数据执行很多任务。这些任务可以包括但不限于，分离图 片和音频信号滤波、信号功率调节以及数据重格式化。例如可以通 过在存储器320中存储数字滤波器抽头(tap)权重来实现任务灵活 性，其中，独立控制器330可以将更新的权重值写入存储器320以 用于DSP 270访问。可以通过将独立控制器330构造为周期性地将DSP 270可以读取和使用的更新的信号功率参数写入存储器来进行 实时功率调节。在一种实施方式中，DSP 270包含多个低通滤波器274A-N,多 个BPF 274A-N中的每个被构造为拒绝某输入信道频率范围之外的 频率内容。在给出的示例中，在传递给DSP 270的0-240 MHz基带 信号中将有40个6 MHz信道。这将导致40个低通滤波器274，每 一个被构造为通过一个信道。可以理解，可以通过有限沖击响应 (FIR)滤波器数字化地实现BPF,并且FIR滤波器基本上由其使用 的滤波器抽头数目以及分配给抽头的滤波器权重来定义。本发明的 一个特征是，滤波器权重可以是通过软件定义的，其允许重配置。 可以通过由控制器330修改多个BPF 274A-N中任何一个所访问的存 储器320中的滤波器抽头权重的集合来完成该重定义。当接到指示 时，控制器330可以将新的或更新后的滤波器抽头权重复制到存储 器320中的指定位置，并可以由此实现多个BPF 274A-N中任意一个 的配置改变。处理单元202的输出级275产生包含一个或多个信道的合成信 号203。在当前示例中，存在从40个处理模块276A-N接收的40个 输入信道。每个处理模块276A-N可以执行一个或多个功能，例如信 号滤波、信号振幅调节、信号功率调节和数据重格式化，以及其它。 每个处理模块276A-N的输出包括具有6 MHz带宽的数字流，其代 表单个输入线缆信道的经过处理的内容。在线缆前端25处执行的主要任务之一是根据线缆服务提供商所 使用的输入-输出信道映射将每个输入线缆信道上的内容转换到某输 出线缆信道。输出级275完成该任务是通过首先由插值器280A-N 将多个处理模块276A-N所产生的每个每信道数字流插值到载波频 率上。接着，由载波混频器290A-N将每个经过处理的流乘以适当载 波的离散采样。这些离散采样可被存储为数字载波序列300A-N。每 个离散载波序列都可以是载波序列300A-N中的任意一个，其可以从 存储器320处被访问，而不是由模拟电路硬编码或创建的。在任意时刻，控制器330可以将代表不同的信道上变频的数字载波序列复制到例如载波混频器290B所访问的普通存储器320中的存储位置。 这种实施方式的一个特征是可以实时修改输入-输出信道映射，提供 目前的模拟系统无法提供的操作灵活性。接着，由载波混频器290A-N将每个经过处理的流乘以适当载波 的离散采样。在上变频至适当的频带后，处理组合器310对多个经 过类似处理的信号进行组合。整体结果是输出203,其代表了每个处 理器单元202A-D所提供的输出信道内容的频分复用。如图4所示， 在数字组合器205中组合来自所有处理单元202A-D的输出203,并 且将所得合成信号传递至高速DAC 210。在本发明的又一种实施方式中，处理单元202A-D可以包括一个 或多个这样的设备，其将緩冲波形的列表或查询表(LUT)用作下 列方式的替代操作通过数据流190从ADC 180接收到的数字数据。 这种实施方式的一个特征是，其降低了从计算波形到匹配和复制来 自存储器中存储位置的输出波形的计算复杂性。本发明的这种实施ADC和DAC组件。参考图6,示出了输出级275的可选实施方式。将来自处理器 276A-N的输出传递至緩冲输出级315。在一种实施方式中， 一个緩 沖输出级315可以接收来自每个处理器276A-N的所有输出，或者可 选地， 一个或多个緩沖输出级315可以接收来自相应处理器276A-N 的输出。如图6所示，可以将来自处理器276A-N的输出路由至划分 器340，以将其划分为例如"词"或"符号"的离散数据块。 一般地， 符号是表达其它事物的事物。例如，可以1'吏用特定的电压电平来表 示"1"或"0",或者可以使用没有电压来表示'T，或"0"。可 以理解，任何二进制数字(0或1 )可以由符号表示，并且符号本身 可以是正电压或负电压、没有电压或其它类型的表示。例如，将从划分器340输出的符号写入符号寄存器350。关联逻 辑360继而可以执行输入符号与存储在存储缓冲器中的数据符号"字典"370A-N之间的匹配关联。波形缓冲器380包含数字化波形 380A-N的集合，其中每个波形380A-N与緩沖数据符号370A-N相 关联。将緩沖波形与緩冲数据符号相关联代替了上文结合图5所述 的DSP产生的输出波形的计算。本发明的这方面的一个特征是通过 从存储器获取波形而不是通过计算波形实现速度提高。 一旦输入符 号和緩沖数据符号370A-N之间的匹配成功完成，便访问与緩沖数据 符号370A-N相对应的所存储的数字波形380A-N并将其传递至输出 203。可选地，可以在数据划分器340中划分数据符号，并继而将数 据符号与从波形緩沖器380中获得的一个或多个相应的緩沖波形相 关联。在这种实施方式中，符号寄存器350和关联逻辑360被去除， 或者合并到数据划分器340中。緩冲数字波形与被调制为包含输入符号所提供信息的模拟波形 的采样版本等价。当被传送到有线电视网络或其它类型的网络上时， 该波形将输入符号所包含的信息传达给最终用户设备80,如图1所 示。经过调制的波形的数字副本位于波形緩冲器380A-N中，可以根 据输入符号在波形緩沖器380A-N中对其进行寻址或"查询"。调制 波形的每个数字副本包含一组数字值。从波形緩冲器380A-N中复制 该数字值并将其传递至输出203。在将每个新的输入符号提供给緩冲 输出级315时，匹配适当的数字化波形并将其传递至输出203。接着， 将包括一个或多个线缆信道内容的所得输出203传递至数字组合器 205,该输出在此与处理单元202A-D所产生的其它有线电视信道内 容组合，如图4所示。接着将组合信号传递至高速DAC 210，其产 生RF有线电纟见1'言号。在本发明的一种实施方式中，緩冲波形380A-N可以包括来自多 种不同通信方法的波形。例如，緩沖波形380A-N可以包括不同传送 频率处正交频分复用(OFDM)信号的离散采样。可选地，緩沖波形 380A-N可以包括不同传送频率处QAM调制波形的离散采样。期望 事实上可以通过存储和使用适当的緩沖波形380A-N来产生任何通信波形。图7示出了本发明的又一种实施方式，其示出了多緩冲输出级375。这种实施方式包括多个緩冲波形表382A-D。可以理解，示出4 个表是为了清晰起见，但可以使用多于4个的缓沖波形表。这种实 施方式的一个特征是，其允许每个缓冲波形表382A-D包含不同的数 字波形集合。例如，表382A可以包含被调制到任意线缆信道X的 输出波形，表382B可以包括用于任意线缆信道Y的波形，并且表 382C可以包含用于任意线缆信道Z的波形。控制器330指示逻辑切换器384从多个緩冲波形表382A-D中的 一个访问期待的波形。例如，如果期待用于线缆信道Y的输出，则 指示逻辑切换器384将存储在数据符号"字典"370A-N中的緩沖数 据符号与緩沖波形表3 82A - D的 一 个中所存储的适当波形相关联。类似于图6中所示的缓沖输出级315，多緩冲输出级375接收来 自 一个或多个处理器276A-N的数字数据。该数据由数据划分器340 接收，其中该划分器340将数据划分为包含输入符号的数据块。所 得输入符号被写入符号寄存器350并在此被关联逻辑360访问，关 联逻辑360对输入符号与数据符号"字典"或表370A-N中所緩冲的 数据符号进行匹配。 一旦在输入符号和数据符号表370A-N中緩冲的 数据符号之间完成匹配，则访问由逻辑切换器384所选择的适当的 緩冲波形表382A-D,并检索所存储的对应于数据符号表370A-N中 所匹配的数据符号的数字波形。接着将所检索的数字波形传递至输 出203。緩冲波形表380A-N和多个緩冲波形表382A-D中所存储的数字 波形都与被调制为包含输入符号所4是供信息的模拟波形的采样版本 等价。使用采用了本发明这种实施方式中提供的緩冲波形的查询表 方法，输出203实际上可以包括任意类型的通信波形。除了在线缆前端提供线缆信道信号的数字合成之外，本发明的 另 一 方面还提供了使用用于线缆前端和用于组装到有线电视基础设 施的远程设备的超宽带(UWB)技术的通信能力。19现在参考图l和图10，在混合光纤同轴系统(HFCS)中，组合 宽带信号通过光纤光调制器50离开前端25，光纤光调制器50通过 光纤光缆55传输光学信号以分发到现场，例如住宅街道或商业区。 位于前端25下游的接入节点85接收来自光纤的光学信号，将其转 换为RF信号并在同轴线缆45上重传送RF信号。可以在接入节点 85中找到的组件包括光纤解调器60、滤波器(未示出)、场放大器 70、以及RF传送器(未示出)。同轴线缆45将信号分发至客户的 最终用户设备80,例如电视机、机顶盒、线缆调制解调器以及诸如 无线个人区域网络设备、无线局域网设备和无线城域网设备的其它 设备。在接入节点85处，从光纤光缆55中提取宽带信号并将其传 送至与各个家庭、住宅、商家、大学和其它客户相连接的同轴线缆45。在HFCS中，通常使用可以位于电话线^T、地下或地面的多个 接入节点85以实现对多个客户的支持。然而，由于信号在接入节点 85处被不断分路，这削弱了信号质量，由此削弱了视频、音频和其 它数据的质量。通常位于有线电视信道79和更高信道的数字信道与一般位于信 道2到78的模拟信道根本不同。模拟信道包括经过模拟调制的载波。 数字信道使用正交幅度调制(QAM)进行了数字化调制。QAM 16 每个信号传送4比特，QAM 32、 64和256每个符号分别传送5、 6 和8比特。HFCS网络通常使用高达QAM 256的QAM级别，以支 持将要在单个6 MHz信道分配中传送的多个独立的、基本同时的 MPEG纟见频流。在客户位置，同轴线缆与最终用户设备80连接，最终用户设备 80通常包括与电视、电话或计算机连接的设备。最终用户设备80 接收并解调传送视频、音频、互联网或其它数据的RF信号。尽管电 视可以直接接收模拟信号，但是一般需要机顶盒来接收数字编码信道。使用同轴线缆4 5的通信系统受制于与距离有关的信号丟失、信 号干扰、环境噪声以及寄生噪声所导致的性能限制。这些限制影响可用的系统带宽、距离和系统的数据携带能力，因为导体(即，光纤光缆和同轴线缆)中的热噪声基准(noise floor)和信号干扰压制了所传送的信号。而且，网络中的噪声极大地限制了可用的网络带 宽。克服这个限制的传统方法是在传送器处提升功率(即，增加信 号电压)，从而在接收器处提升信号相对于噪声的电压电平。在传 送器处提升功率有助于使接收器能够从期待信号中分离噪声。然而， 信号传送功率通常受限于特定的最大电平，这使得同轴线缆系统的 整体性能仍然极大地受限于系统中的固有噪声。使已建立的线缆网络的可用带宽最大化，并同时与通过网络传 送的传统数据信号共存，这代表了利用已有线缆网络基础设施来支 持更多功能性和附加服务递送的机会。已经提出了若干方法和技术， 但是它们一般需要替换已有的网络组件，因此是高代价的。然而，可以通过使用超宽带(UWB)通信方法来实现例外的带宽增加，并 由此实现HFCS以及其它网络功能性和能力的增加。下面讨论的本发明的实施方式使用超宽带通信技术。参考图8 和图9，沖击类型的超宽带(UWB)通信使用例如以纳秒或皮秒间 隔发射的离散电磁能量脉冲(一般持续几十皮秒到几纳秒)。出于 这个原因，经常将这种类型的超宽带称作"沖击无线电"。亦即， 与传统载波通信技术相比，可以在无需对正弦波或正弦曲线载波调 制的情况下传送UWB脉冲。这种类型的UWB—般既不需要分配频 率也不需要功率》文大。图8中示出了传统载波通信技术的示例。IEEE 802.lla是无线局 域网(LAN)协议，它以5 GHz中心频率传送正弦射频信号，其中 约有5 MHz的无线频率扩展。如此处所定义，载波是为了携带信息 而由无线传送器发射的特定频率和振幅的电磁波。802.11协议是载 波通信技术的示例。载波包含具有持续时间范围可以从秒到分钟的 特定窄射频(5 MHz)的基本连续的正弦曲线波形。相反，如示出了两个典型UWB脉沖的图9所示，超宽带(UWB) 脉沖可以具有2.0 GHz的中心频率，具有大约4 GHz的频率扩展。图9示出，UWB冲击的时间越短，其频谱的扩展越宽。这是因为带宽与脉冲持续时间成反比。600皮秒的UWB脉冲可以具有大约1.8 GHz的中心频率，具有大约1.6 GHz的频率扩展，300皮秒的UWB 脉冲可以具有大约3 GHz的中心频率，具有大约3.3 GHz的频率扩 展。因此，如图8所示，UWB脉冲一般不在特定的频率上进行操作， 而是在宽阔的频率范围上操作。例如可以使用外差法对图9所示的 任一脉冲进行频移，以具有本质上相同的、但是以任意期待频率为 中心的带宽。并且因为UWB脉冲的扩展跨过非常宽阔的频率范围， 所以UWB通信系统支持非常高数据率的通信，例如每秒数百兆比 特、每秒千兆比特或更高。已经提出了若干不同的超宽带(UWB)通信方法。对于美国的 无线UWB通信来说，所有这些方法必须满足联邦通信委员会(FCC) 在其2002年4月22日发布的报告与命令(ET Docket 98-153 )中最 近建立的限制。目前，FCC允许有限的UWB通信，但由于布设了 UWB系统并获得了这种新技术的其它经验，所以FCC可能修改其 目前的限制并允许UWB通信技术的扩大使用。FCC 4月22日报告与命令要求UWB脉冲或信号占用的带宽大 于20%频宽比(fractional bandwidth )或500兆赫中较小的一个。频 宽比被定义为2乘以高和低10 dB截止频率的差除以高和低10 dB 截止频率的和。具体地，频宽比公式是其中/^是高10dB截止频率，并且力是低10dB截止频率。可以将频宽比不同地声明为信号所占用的信号中心频率的百分 比。例如，具有10 MHz中心频率和2 MHz带宽(即，从9MHz到 U MHz)的信号具有20%频宽比。也即，中心频率/>=仏+力)/2。图16示出了 4月22日报告与命令所要求的用于室内系统的超 宽带发射限制。报告与命令将UWB通信限制为3.1 GHz和10.6 GHz 之间的频i普，企图的发射不能超过-41.3 dBm/MHz。报告与命令还建 立了用于手持UWB系统、汽车雷达系统、医学成像系统、监视系统、频宽比=2穿墙成像系统、探地雷达以及其它UWB系统的发射限制。可以理解， 在此描述的发明可以在室内和/或室外使用，可以是固定和/或移动 的，并且可以使用用于通信信道的无线或有线介质。一般地，在无线通信情况下，可以通过相对较低的功率密度(毫瓦每兆赫)传送多个UWB脉沖。然而，位于美国之外的可选UWB 通信系统可以通过较高的功率密度进行传送。例如，可以在30dBm 到-50 dBm之间传送UWB脉冲。然而， 一般地，通过很多有线介质传送的UWB脉沖不会干扰无 线射频传送。因此，通过有线介质传送的UWB脉冲的功率(以单一 频率采样)范围可以从大约+30 dBm到大约-140 dBm。 FCC的4月 22日报告与命令不适用于通过有线介质的通信。国际电子电气工程师协会(IEEE)所辖的通信标准委员会正在 考虑多个符合FCC所建立限制的超宽带(UWB)无线通信方法。一 种UWB方法可以传送占用7.5 GHz FCC分配(从3.1 GHz到10.6 GHz)中500 MHz带宽的UWB脉冲。在这种通信方法的一种实施 方式中，UWB脉冲具有大约2纳秒的持续时间，其对应于大约500 MHz带宽。可以改变UWB脉冲的中心频率，以将其置于7.5 GHz 分配中的任何期待位置。在这种通信方法的另一种实施方式中，对 并行数据执行快速傅立叶逆变换(IFFT)以产生122个载波，每个 载波大约4.125 MHz宽。在这种也称为正交频分复用(OFDM)的实 施方式中，所得UWB脉冲或信号大约为506 MHz宽，并具有大约 242纳秒的持续时间。它符合FCC针对UWB通信的身见则，因为它 是很多相对窄带载波的聚合而不是因为每个脉冲的持续时间。IEEE标准委员会评估的另一种UWB通信方法包括传送占用大 于500 MHz频谦的离散UWB脉冲。例如，在这种通信方法的一种 实施方式中，UWB脉冲持续时间可以从2纳秒到大约133皮秒，前 者占用约500 MHz带宽，后者占用约7.5 GHz带宽。亦即，单个UWB 脉沖可以基本上占用用于通信的整个分配的全部(从3.1 GHz到10.6 GHz)。IEEE标准委员会评估的又一种UWB通信方法包括传送持续时 间大约0.7纳秒或更小并且码片率约为1.4千兆脉冲每秒的脉冲序 列。使用直接序列调制技术对脉沖进行调制，将该脉冲称为 DS-UWB。期望在两个频带中的操作， 一个频带以4 GHz附近为中 心并具有1.4 GHz宽的信号，而第二频带以8 GHz附近为中心并具 有2.8 GHz宽的UWB信号。操作可以在任一或两个UWB频带中发 生。期望数据率在大约28兆比特/秒到1320兆比特/秒之间。再 一 种U WB通信方法包括传送经过调制的连续载波，其中传送 信号占用的频率占用所需的20%频宽比以上。在这种方法中，可以 在创建频带占用的时间周期中对连续载波进行调制。例如，如果使 用具有750皮秒的数据时间周期的二进制相移键控(BPSK )对4 GHz 载波进行调制，则所得信号可以占用4GHz中心频率周围的1.3 GHz 带宽。在这个示例中，频宽比约为32.5%。可以将该信号视为符合上 述FCC标准的UWB。由此，上面描述了四种不同的超宽带(UWB)通信方法。可以 理解，上述任何UWB方法或其它将^皮开发的UWB方法都可以使用 本发明。UWB的一个特征是，它可以通过一般在信号所占用的整个带宽 上均匀扩展的功率i普密度来传送信号。如上所述，尽管也可以使用 其它调制方法，但HFCS线缆信道通常使用AM或QAM调制。由于 UWB非常扩散的功率镨密度，HFCS线缆信道频率处的UWB信号 的功率充分低于HFCS系统所检测到的最小功率。因此，UWB信号 不会干扰原始AM或QAM数据信号的解调和恢复。UWB技术由此 在不干扰载波信号的情况下利用动态信道范围来传送数据。而且， 由于UWB技术可能的高数据率，将UWB信号注入有线电^L网的前 端25的输出RF流将向系统基本增加更大的信息带宽，而不会干扰 已有的传统线缆信道内容。除了如上所述的在线缆前端25处提供线缆信道信号的数字合成 之外，本发明的又一实施方式还提供了使用用于线缆前端和用于组装到有线电视基础设施的远程设备的超宽带(UWB)技术的通信能 力。本发明的这个方面提供了支持线缆前端25和诸如光纤光调制器50或解调器60、场放大器70、接入节点85和最终用户设备80的远 程有线电视系统组件之间通信的方法。现在参考图10,本发明的又一种实施方式提供包括使用UWB 技术的"上行流"信道和传统通信方法在内的全双工通信方案。该 上行流信道的一个特征是，其支持从有线电视基础设施组件(例如 光纤光调制器50、最终用户设备80、以及包含解调器60、场放大器 70和分割器(未示出)的接入节点85)到线缆前端25的通信。可 以在下行流信道上^f吏用UWB或传统方法来类似地实现来自线缆前 端25和有线电视基础设施组件的相应的"下行流"通信。如图10所示，最终用户设备80和可以包括滤波器、RF传送器 (未示出)、光纤光调制器50、解调器60和场放大器70的接入节 点设备85可以执行若干功能，例如响应于来自线缆前端25的状 态查询；在多个时刻提供自主状态报告；以及在发生例外、错误、 超过容限情况或故障时提供自主状态报告。此外，当接收到来自接 入节点设备85的超出容限消息时，前端25可以设置警示条件。如 图IO所示，接入节点85可以包括一些、全部或附加的未示出的设 备。例如，在前端25之中或附近需要光纤光调制器50,以接收信道信号并将其调制到用以分发信道信号的光纤光缆上。在接入节点处， 光纤光解调器60解调信道信号，并将其传送至同轴线缆。然而，可 能需要将"上行流，，信号发送至前端25。因此，接入节点还可以包 括光纤光调制器50,其调制"上行流"信号并将其通过光纤光缆发 送至前端25。很多有线电视接入节点设备85需要周期性的维护检查，这通常 是通过技师来到组件的所在地进行监控、测试并执行物理检查来实 现的。而且，很多功能性接入节点设备85被替换，这是降低故障以 及由此导致的网络不可用的可能性的程序。本发明的在线缆前端25 和接入节点设备85之间通信状态信息的方面支持更为有效和具有成本效益的维护过程。例如，可以在来自接入节点设备85的报告指明错误或故障模式时替换接入节点设备85，而不是根据固定的维护计划要求预防性替换。本发明的这方面的一个特征是，每个接入节点设备85可以包括单独或特定的地址或标识符，其允许单独地标识和 /或控制每个接入设备85。本发明的一个特征包括实时网络参数优化。例如，来自接入节 点设备85和/或最终用户设备80的状态报告可以包含环境和网络性 能测量，其例如包括每个信道的信号强度。在那种情况中，线缆前 端25可以调节信道的信号传送功率，乂人而4艮据指定的上限和下限来 最大化载波-噪声比(CNR),还有可能同时优化位于信道内容范围 之下、并且扩展仍然低于有线电视导体的热噪声级别的动态区域范 围。由此，可以根据从接入节点设备85和/或最终用户设备80反馈 的信号功率测量实时地调节和优化动态范围的上限和下限。这个能 力维持网络中用于信号传送、改进了网络性能的最优条件。在一种 实施方式中，可以优化这些以及其它网络参数以用于UWB通信。而 且，可以将与 一个或多个接入节点设备85有关的状态信息传送至前 端25。例如，状态信息可以包括接入节点设备85的温度、功耗、饱 和情况、功率响应以及其它感兴趣信息。如图IO所示，提供了通信信道90，其支持从接入节点设备85 到线缆前端25的"上行流"通信以及从线缆前端25到接入节点设 备85和/或最终用户设备80的"下行流"通信。在本发明的一种实 施方式中，如图11所示，线缆前端25的处理模块200在步骤400 中通过通信信道卯将状态请求消息向下分派至接入节点设备85和/ 或最终用户设备80。接入节点设备85和/或最终用户设备80继而制 定状态响应信息并通过通信信道90将该响应消息向上分派至前端 25处的处理单元200。处理模块200进行测试，以在步骤405中确 定是否接收到了响应。如果已经接收到了响应，则在步骤410中处 理网络状态信息，并在步骤415中确定是否需要响应动作。如果不 需要响应动作，则处理返回第一步骤400以分派新的状态请求消息。然而，如果需要动作，则在返回第一步骤以分派新的状态请求400之前，在步骤420中在前端25处执行动作。步骤420中执行的动作 可以包括登记维护或组件健康信息、将任意接入节点设备85和/ 或任何最终用户设备80的健康或健康缺失通知给维护人员、将信息 向下分派至任意接入节点设备85和/或最终用户设备80、以及根据 状态报告中所包括的信息实现控制响应。可以理解，完成分派状态 请求消息的步骤400可以是在逐个的基础上分派给单独接入节点设 备85和/或单独最终用户设备80，或是"广播"至网络上多于一个 的设备。在本发明的一种方法中，接入节点设备85和/或最终用户设备 80自主地将状态消息分派给线缆前端25处的处理模块200,消除了 处理模块200分派状态请求的需要。如图12所示，在步骤440中， 处理模块200接收来自网络上所有或一些接入节点设备85和/或最终 用户设备80的状态报告。在步骤445中，执行检查以确定是否已经 实际接收到了来自感兴趣设备的任何状态消息。如果没有状态报告 被确定为缺失，则在步骤450中评估所接收的状态报告。如果状态 报告被确定为缺失，则可以在步骤446中登记没有报告的接入节点 设备85和/或最终用户设备80的标识符或地址。在步骤447中执行 测试以确定是否需要处理模块200在前端25处执行动作。如果需要， 则在步骤448中执行该动作。可以在步骤448中执行的步骤包括但 不限于登记接入节点设备85和/或最终用户设备80健康信息的维 护；将接入节点设备85和/或最终用户设备80健康指示通知给维护 人员；将信息向下分派至接入节点设备85和/或最终用户设备80; 以及根据来自接入节点设备85和/或最终用户设备80的状态报告中 所包括的信息来实现控制响应。如果不需要动作，则在步骤450评 估所接收的健康报告。在步骤455中执行测试，以确定是否需要由 处理模块200在前端执行任何动作以响应于步骤450的状态报告评 估。如果不需要动作，则处理返回接收状态才艮告的初始步骤440。如 果需要一个或多个动作，则在处理返回接收状态报告的初始步骤440之前，在步骤456中执行那些操作。执行的动作可以包括登记接 入节点设备85和/或最终用户设备80健康信息的维护；将接入节点 设备85和/或最终用户设备80健康指示通知维护人员；将信息向下 分派至接入节点设备85和/或最终用户设备80;根据来自接入节点 设备85和/或最终用户设备80的状态报告中所包括的信息来实现控 制响应；以及在前端25设置警示条件。
本发明的一种实施方式提供了一种用于根据由接入节点设备85 和/或最终用户设备80所通信的信息来控制线缆系统或来自线缆前 端25的网络性能参数的方法。参考图13，例如光纤光调制器50和 解调器60、场放大器70的有线电视系统接入节点设备85和最终用 户设备80可以包括传感器460或功能上等价的传感器460,其能够 测量一个或多个环境或线缆系统性能参数。可以将从传感器460获 得的信息通信至前端25。例如，场放大器70上的传感器460可以测 量各种信道上的高和/或低线缆信号功率水平。由此，通过通信信道 90将这些功率水平的测量通信至线缆前端25可以支持前端25处的 校正调节以修整(tailor)信号，使得信号传送功率水平处于在场放 大器70处测量的期望容限之内。
本发明的 一个特征是，其允许对有线电视架构中的带宽和信号 功率情况进行管理。如图14所示，用于传统的相对窄带通信的传送 功率需求通常被限制在由指定的最大信号功率水平470和最小信号 功率水平480限定的较高范围485中。较低范围495限定为较高范 围485之下且热噪声功率水平490之上。较低范围495通常不用于 传统信道通信，但是对于UWB通信信号是有用的。来自接入节点设 备85和/或最终用户设备80的实时反馈将支持前端25处的控制机 制，用以将信号功率水平维持在针对特定频率的优化范围内。
本发明的另一种实施方式支持将要通过线缆网络传送的超宽带 (UWB)通信信号。如图15所示，线缆前端25产生传统的通过线 缆网络传送的射频(RF)信号。尽管线缆网络通常包括多个接入节 点设备85和最终用户设备80组件，图15中示出了单个代表性设备87。例如，该单个代表性设备87可以包括光纤光调制器50以及解 调器60、场放大器70和最终用户设备80。
如上所述，RF信号通常是从卫星天线IO和本地源15传递至线 缆前端25。根据本发明的一种实施方式，接着将RF信号传递至ADC 180,其产生数字化的等价信号。将数字化信号传送至处理模块200 以用于一般处理，如上所述，这通常包括信号调整步骤并转换至适 当的输出线缆信道。将数字合成线缆信号从处理模块200传递至 DAC210,以转换为RF信号。
根据本发明的实施方式，处理模块200执行的任务还包括制定 包含用于线缆网络上一个或多个设备87的信息的消息。处理模块 200对该消息进行编码并将其^^由至UWB调制器500,其将编码消 息转换为UWB信号。UWB求和器212以不干扰传统信号接收的方 式将UWB信号和DAC 210产生的信号进行组合。可选地，可以在 DAC 210将UWB数据转换为模拟信号之前将其与经过传统调制的 数据组合。接着，可以通过线缆网络传送UWB波形。在远程设备 87处，接收线缆信号并将其传递至UWB解调器510。 UWB解调器 510对UWB信号进行解调以恢复UWB信号所传达的编码消息。才妻 下来，将编码消息传递至UWB处理模块530,其对消息进行解码并 处理信息。UWB处理模块530可以继而制定所接收消息的响应。除 了来自解调器510的编码消息之外，UWB处理模块530还可以接收 来自本地传感器设备460的环境和网络参数测量。例如，根据本发 明的一个实施方式，传感器设备460测量接收到的信道信号功率水 平。UWB处理模块530将响应信息和传感器测量(如果有)编码到 响应消息中并将其传递至UWB调制器500。 *接着，UWB组合器212 将经过调制的UWB波形与其它上行流信号(如果有)进行组合。在 前端25,将信号路由至UWB解调器510。解调器510对信号进行解 调以恢复来自设备87的编码消息。接着将编码消息传递至前端25 处理才莫块200，以解码消息并处理信息。
在这种通信方案下，UWB信息被"广播，，到线缆网络上，因而产生了潜在的问题。也即，在没有校正动作的情况下，网络上的任 何设备潜在地都有可能接收和处理不是发往它的消息，包括那些该 设备本身已经发送给一个或多个其它设备的消息。在本发明的一种 实施方式中，该问题的解决是通过以下来解决的将指明消息所"发 往"的设备的唯一设备标识(ID)或地址以及指明消息所"源自"
的设备的其它ID编码到每个所传送的消息中。然后每个设备可以拒 绝不包含其ID作为目的地地址的任何消息。参考图15,前端25处 理模块200和UWB处理模块530因而不对它们自己传送的UWB消 息或不是发往它们的消息进行响应。
再次参考图15，其示出了本发明的其它方法。线缆前端25可以 通过线缆网络向接入节点设备85和/或最终用户设备80查询各种类 型的状态信息。在这种方法中，线缆前端25处的处理模块200对状 态请求进行编码，接着，将编码消息发送至UWB调制器500,并发 送至组合器212，该消息在此与线缆信道流组合并传送到线缆网络 上。线缆网络设备87继而接收RF线缆信道流。UWB解调器510 对UWB信号进行解调，将编码消息传递至UWB处理模块530以用 于解码。UWB处理模块530处理包含在请求中的信息，并根据需要 制定状态响应。还可以将从传感器460接收到的信息结合到响应中。 在本发明的 一 种实施方式中，传感器信息可以包括信道功率水平测 量。接着，UWB处理模块530对状态响应进行编码。接下来将状态 响应发送至UWB调制器500，并在组合器212中将其与其它上行流 信号(如果有)进行组合以用于上行流传送。
在前端25,将信号的副本路由至UWB解调器510。将由UWB 解调器510恢复的编码状态响应传递至处理才莫块200。处理模块200 执行任务以确定线缆网络设备87的状态，并且在本发明的一种实施 方式中，分析状态响应中所包括的信道功率水平测量。因而可以使 用针对一个或多个信道的功率水平测量来确定实际的信道功率水平 是否在指定的容限之内。参考图14，最大功率水平470和最小功率 水平480限定了用于传统信道内容的最优操作范围，或者说较高范围485。这同时确保了较低功率范围495可用于UWB通信。
在本发明的一种实施方式中，UWB数据流的信号能量在可以从 大约50MHz到大约870MHz、 1 GHz或更高的范围内变化的带宽中 扩展。参考图14,这确保了在任意频率给出的信号能量明显低于已 有的传统RF线缆载波信号的较高功率范围485、并且在线缆导体的 热噪声基准490之上。
例如，如果特定信道上的功率水平没有超过较低界限480，则如 上所述，处理模块可以响应地在信号的数字合成过程中将功率水平 调节到优化水平。可选地，前端25可以设置警示，将超出容限情况 通知给线缆设施人员。因此，可以通过本发明这种实施所公开的方 法提供对通信信道功率水平的实时分析。
可以理解，图15中所示的UWB调制器500和UWB解调器510 可以包括若干组件中的一些或全部，包括控制器、数字信号处理 器、模拟编码器/解码器、 一个或多个用于数据访问管理的设备、以 及相关联的线缆设备(cabling)和电子设备。控制器可以包括误差 控制和数据压缩功能。模拟编码器/解码器可以包括模数转换功能和 数模转换功能。数据访问管理设备可以包括用于与例如电话线路和
同轴线缆的有线介质接口连接的各种接口功能。此外，这些设备可 以使用UWB之外的通信技术以用于通信状态和其它类型的信息。相 应地，本发明不限于将消息传输到前端25以及从前端25传输到线 缆网络设备87的RF通信的类型。
因此，已看到，提供了用于数字化合成有线电视信道数据、传 送和接收来自远程网络设备的状态报告、以及通过有线电视网络传 送和接收UWB信号的装置和方法。本领域技术人员将会理解，可以
说明书中给出上述实施方式是为了说明而非限制目的。说明书和附 图不企图限制本发明文件的排他范围。应当指出，本描述中所讨论 的特定实施方式的各种等价实施方式也可以将本发明付诸实践。换 言之，尽管本发明是结合特定实施方式描述的，但显然，根据上述
31描述，很多可选项、修改、置换和变化对于本领域普通技术人员来 说将变得显而易见。相应地，本发明意在包括落入所附权利要求范 围内的所有这些可选项、修改和变化。事实上，展现出与一个或多 个上述示例性实施方式有差异的产品、过程或方法并不表示该产品 或过程在所附权利要求的范围(文字上的范围和/或其它法律认可的 范围)之外。
权利要求
1.一种电视网络，包括收发器，被构造为传送多个电视信号；多个用户设备，被构造为接收来自所述收发器的所述多个电视信号；接入设备，位于所述收发器与所述多个用户设备之间，所述接入设备被构造为接收和传送状态信息。
2. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述电视网络选自 包括下列项的组混合光纤同轴网络、有线电视网络、社区接入电 一见网络、社区天线电视网络、多重系统运营商以及多重服务运营商。
3. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述收发器包括电 一见网乡各前端。
4. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述多个用户设备 选自包括下列项的组机顶盒、电视、监视器、计算机、超宽带通 信设备、无线局域网设备、无线个人区域网络设备以及无线城域网 络设备。
5. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述接入设备选自 包括下列项的组分路器、光纤解调器、滤波器、场放大器、射频 发射器以及光纤调制器。
6. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述接入设备包括 唯一地址。
7. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述状态信息选自 包括下列项的组信号功率水平、接入设备温度；接入设备功耗、 接入设备饱和情况；以及接入设备频率响应。
8. 根据权利要求1所述的电视网络，其中，所述收发器、所述 多个用户设备和所述接入设备通过有线介质进行通信，其中所述有 线介质选自包括下列项的组光纤光缆、光纤带缆、单模光纤光缆、 多模光纤光缆、同轴线缆、双绞线以及非屏蔽双绞线。
9. 根据权利要求1所述的电视网络，其中 所述收发器被构造为传送多个超宽带信号；以及所述多个用户设备被构造为接收来自所述收发器的所述超宽带 信号。
10. —种通过电视网络进行通信的方法，所述方法包括以下步骤提供收发器、多个用户设备以及位于所述收发器和所述多个用 户设备之间的接入设备；从所述收发器向所述接入设备传送消息；以及 在所述收发器接收来自所述接入设备的响应消息。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述接入设备包括唯 一地址。
12. 根据权利要求IO所述的方法，还包括以下步骤 从所述接入设备向所述收发器周期性地传送状态消息。
13. 根据权利要求IO所述的方法，还包括以下步骤在接收到来自所述接入设备的所述响应消息之后，在所述收发 器处改变通信参数。
14. 根据权利要求IO所述的方法，还包括以下步骤在接收到来自所述收发器的所述消息之后，在所述接入设备处 改变通信参数。
15. 根据权利要求IO所述的方法，还包括以下步骤 在接收到来自所述接入设备的所述响应消息之后，在所述收发器处产生警示消息。
16. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述响应消息包括选 自包括下列项的组的信息信号功率水平、接入设备温度；接入设 备功耗、接入设备饱和情况；以及接入设备频率响应。
17. 根据权利要求10所述的方法，其中，从所述收发器向所述 接入设备传送所述消息的步骤包括使用超宽带信号来传送所述消 息。
18. —种通过电视网络进行通信的方法，包括 用于提供收发器、多个用户设备以及位于所述收发器和所述多 个用户设备之间的接入设备的装置；用于从所述收发器向所述接入设备传送消息的装置；以及用于在所述收发器处接收来自所述接入设备的响应消息的装
全文摘要
提供了用于与宽带网络上发现的远程设备通信的装置和方法。本发明的一种实施方式获取表征宽带网络上的设备状态的信息，并且还可以获取与网络中的通信参数有关的信息。而且，还可以获取可能导致预防性维护的信息，从而在不能消除系统故障的情况下使其最小化。例如，多重服务运营商的系统中的远程设备可以将信息提供给线缆前端，以使其能够改变、优化和/或修改信号传送特性。提供本摘要的唯一目的是遵循摘要要求规则，使读者能够很快确定在此包含的公开主题。应当清楚地理解，提交本摘要不是用来解释或限制权利要求的范围和含义。
文档编号H04J3/00GK101253717SQ200680032202
公开日2008年8月27日 申请日期2006年7月17日 优先权日2005年7月20日
发明者J·桑托夫 申请人:脉冲互联有限公司