频率选择电缆反射器的制作方法

专利名称：频率选择电缆反射器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，并且尤其涉及电缆电视系统。
背景技术：
当前的电缆电视(TV)系统向用户提供许多服务，如电视节目编排(网 络和本地的)、按次付费节目编排和因特网访问。电缆电视系统的一个例子是 一种具有750MHz (百万赫兹)或750MHz以上带宽容量、用于向它们的用户 输送这些服务的、基于混合光纤/同轴电缆的网络。该带宽容量典型地在下行 信道和上行信道之间分配。下行信道不仅向每个用户传输电视节目编排，而且 传输下行因特网数据通信；而上行信道从每个用户传输上行因特网数据通信。

发明内容
上述将电缆电视带宽分配到下行信道和上行信道中不能高效地支持对等 通信，因为终端之间传送的任何数据都必须通过电缆头端器。因此，根据本发
明原理， 一种供系统之用的设备包括第一端口，用于连接到电缆网络的一部
分，以便接收上行信号，该上行信号具有包括第一频带的频谱；以及反射器， 用于通过第一端口向后下行地反射所接收的上行信号；其中第一频带不同于网 络控制器为双向通信所使用的那些频带。在本发明说明性实施例中，供网络之用的装置是反射器。说明性地，该网 络是电缆网络，且控制器是该电缆网络的头端器。该反射器包括带通滤波器， 用于对所接收的上行信号进行滤波，以提供输出信号进行下行传输，其中该输
出信号的频谱包括第一频带；其中第一频带不同于电缆网络的头端器为双向通 信(例如因特网通信)所使用的那些频带。
在本发明另一说明性实施例中，该反射器包括带阻滤波器，用于向后下行 地反射所接收的上行信号。
在本发明另一说明性实施例中，供网络之用的装置是电缆调制解调器，该 电缆调制解调器包括端口，用于连接到电缆系统；以及连接到该端口的至少 一个调制解调器，用于(a)通过第一对频带与双向网络进行通信，以及(b)通过 不同于第一对频带的另一频带与电缆系统的至少另一个终端通信。


图1示出了根据本发明原理的说明性电缆系统；
图2示出了根据本发明原理的说明性频谱；
图3-5示出了根据本发明原理的反射器装置的说明性实施例；
图6示出了根据本发明原理的另一说明性电缆系统；
图7示出了根据本发明原理的反射器装置的另一说明性实施例；
图8示出了根据本发明原理的另一说明性电缆系统；
图9和IO示出了根据本发明原理的反射器装置的其它说明性实施例；
图11示出了根据本发明原理的对等(peer-to peer)通信；以及
图12示出了根据本发明原理的电缆调制解调器的说明性实施例。
具体实施例方式
附图中所示的除本发明概念以外的元件是众所周知的，并且将不详细描 述。而且，假定熟悉地面、卫星和电缆环境下的电视广播和接收器，并且在此 不详细描述。例如，除本发明概念以外，假定熟悉当前提议的电视标准建议，
如美国国家电视系统委员会制式(NTSC)、相位交替行制式(PAL)、顺序传 送彩色与记忆制式(SECAM)、高级电视系统委员会制式(ATSC)和ITU-T J.83 "用于电缆分配的电视、声音和数据服务的数字多路编程系统"。同样，除本 发明概念外，假定熟悉卫星转发器，电缆头端器，机顶盒，下行链路信号和传 输概念如8电平残留边带(8-VSB),正交调幅(QAM)，带外控制信道和接收 器组件如射频(RE)前端，或接收器部件如低噪声降频器、调谐器和解调器。 类似地，用于产生传输位流的格式化和编码方法(如运动图像专家组(MPEG)2 系统标准(ISO/IEC 13818-1))是众所周知的，并且在此不进行描述。还应该注 意，可以利用常规的、因而将不在此描述的编程技术，来实施本发明概念。最 后，附图中相似的数字代表相似的元件。而且，如在此使用的，术语"终端" 包括但不限于站点、个人计算机、服务器、机顶盒、电缆调制解调器等。
现在转到图1，图1示出了根据本发明原理的说明性电缆系统100。说明 性地，电缆系统100是混合光纤同轴电缆(HFC)系统。为简便起见，在此不 描述光纤部分。应该注意，虽然在同轴电缆的环境下描述本发明概念，但是本 发明概念并非受限于此，而是可以扩展到光纤信号处理。如站点120-1至120-6 所表示的多个站点通过树型分支电缆网络连接到公共头端器105。在本发明概 念的环境下，头端器是网络控制器的例子。每个站点都和电缆用户关联。每个 站点都包括，例如用于接收视频编排的机顶盒，以及用于和双向网络如因特网 进行双向数据通信的电缆调制解调器。头端器105是一种基于存储有程序的处理器的系统，并且包括至少一个具有关联存储器的处理器(例如微处理器)， 以及连接到电缆网络的发送器和接收器(为简便起见，没有示出这些元件)。
暂时忽略元件200，电缆网络包括具有多个分接头110-1、 110-2至110-N的主 同轴电缆106。这些分接头的每一个为对应的馈电电缆服务。例如，分接头110-1 为馈电电缆111-1服务。每条馈电电缆又经由分接头和引入电缆(dr叩)为一个 或多个站点服务。例如，馈电电缆111-1经由分接头115-1和引入电缆116-1 为站点120-1服务。为了进行该描述，假定头端器105可以经由带外信令信道
(图1中未示出)来访问和控制电缆网络100的装置，如分接头和引入电缆等。 除本发明概念以外，利用带外信令信道来访问和控制电缆网络特殊部分中的装 置是周知的。例如，基于频移键控(FSK)的带外控制信道可用于访问和控制 电缆网络中的装置。一种这样的系统是可从Blonder Tongue Laboratories公司获 得的可访问多分接头控制系统。
在电缆系统100中，头端器105与各站点之间的通信既发生在上行方向， 也发生在下行方向。上行方向朝向头端器105，如箭头101的方向所表示，下 行方向朝向站点，如箭头102的方向所表示。根据本发明原理，电缆系统100 包括不必通过头端器105就使能电缆系统100的终端之间的对等通信的装置。 在图1中通过频率选择反射器(FSR)装置200进一步说明了这点，FSR装置 200说明性地位于馈电电缆111-1的起始处。然而，本发明概念不限于此，而 是可以将包括反射器功能的装置置于电缆网络任何部分中。暂时转到图2，根 据本发明原理，向现有电缆频谱增加了许多通信频带。典型地，电缆系统经由 上行频带11和下行频带12提供服务。这些服务包括因特网通信和电视节目编 排。然而，为了使能对等通信，现在增加附加频带。这些对等频带不同于因特
网通信电缆系统所使用的频带。说明性地，图2示出了位于上行频带11和下行频带12之间的三个对等频带。然而，本发明概念不限于此，而是可以使用 或多或少的频带，并且频带在频谱中的位置可以变化。还应该注意，图2不是 按比例的，并且频带之间可能需要过渡区。如图2所示，三个对等频带是B0、 Bl禾B B2。
现在转到图1， FSR装置200通过如虚线箭头31所表示的上行对等频带 (例如图2的B0)，从离开馈电电缆111-1的终端(例如站点120-1)接收通 信。FSR装置200将该对等频带(例如图2的B0)中的上行信号向后下行地 反射给离开馈电电缆111-1的其它用户，如虚线箭头32所示。
现在转到图3，图3示出了FSR装置200的说明性实施例。FSR装置200 包括定向耦合器205和带通滤波器215。来自引入电缆201的上行信号经由定 向耦合器205接收，并被提供给带通滤波器215。带通滤波器215具有与图2 所示的上行对等频带对应的一个或多个通带。换句话说，带通滤波器215阻塞 这些频率范围(如上行频带11和下行频带12的任何频率分量)以外的信号。 输出信号216经由定向耦合器被耦合回到引入电缆201，以便向后下行传输， 供例如站点120-2接收。因而，FSR装置200作为用于滤波器215通带频率的 反射器。应该注意，可以将FSR装置200配置成平移(translate)电缆网络的一 个或多个特殊对等频带。例如，可以将FSR装置200配置成只使用图2的对 等频带BO。优选地，通过上述带外控制信道(图3中未示出)来执行该配置。
现在转到图4，图4示出了 RSR装置200的另一说明性实施例。该装置 200被标记为200'。除了添加了放大器220以外，FSR装置200'类似于图3的 FSR装置。如有必要，提供放大器220，以便校正由于滤波器损耗引起的增益， 并使传输的信号与电缆系统中的其它信道的幅度匹配。放大器220提供下行信 号221，下行信号221经由定向耦合器205被耦合回到引入电缆201，以便向后下行传输，供例如站点120-2接收。
向前移到图5，图5示出了FSR装置200的另一说明性实施例。该装置被 标记为200"。 FSR装置200"代表使用阻抗控制技术的说明性无源反射器。FSR 装置200〃包括带阻滤波器225和电阻器230。在该例子中，FSR装置200"是一 种在除期望反射频率(例如对等频带BO)以外的所有频率处都与传输线阻抗 匹配的电路。FSR装置200"看上去象开路或短路。例如，在输出具有终端负载 (由电阻器230表示)的带阻滤波器(225)将造成带阻频率范围内的反射， 因为在通带中滤波器225与传输线阻抗匹配，并且在阻带中滤波器225阻抗不 匹配造成了反射。
如上所述，电缆系统可以具有一个或多个位于电缆网络的一个或多个部分 中、且支持反射器功能的装置。说明性地，图l示出了连接到馈电电缆的反射 器装置。图6示出了反射器装置的另一说明性位置和类型。除了为馈电电缆 111-1服务的FSR装置300以外，图6中的元件类似于图1中的元件。如可以 看到的，所有上行和下行通信都通过FSR装置300。图7示出了FSR装置300 的说明性实施例。
FSR装置300包括开关315、 320和325，上/下带阻(BS)滤波器310， 网络控制接口 305，分离器330以及FSR装置200。除了图3的定向耦合器205 连接到如图7所示的路径204以外，该FSR装置200和图3 (或图4、图5) 的FSR装置200相同。网络控制接口 305允许电缆网络中(例如位于头端器 105中)的系统控制处理器(未示出)具有以下能力配置反射器，例如反射 器是接通还是断幵，建立频率(例如对等频带要使用的频率)和/或增益设置 (如果有的话)。说明性地，在该实施例中，网络控制接口 305控制是否为馈 电电缆111-1使能反射器功能。尤其是，网络控制接口 305对上述带外信令信道(由信号304表示)作出响应，以便通过开关315、 320和325来使能或禁 止FSR装置300中的反射器功能，开关315、 320和325是由网络控制接口 305 通过控制信号306 (以点线形式示出)控制的。在这点上，修改带外信令信道， 以包括与特定装置中反射器功能的使能或禁止相关的预定义命令。当反射器功 能被禁止时，这样配置开关315和320，以致经由路径331从馈电电缆111-1 接收的所有上行信号，都经由分离器330传递到主同轴电缆106。同样，经由 路径316从主同轴电缆106接收的所有下行信号，都经由分离器330传递到馈 电电缆111-1。另外，开关315使FSR装置200从网络断开。然而，当反射器 功能被使能时，经由路径331从馈电电缆111-1接收的所有上行信号，也经由 开关325被提供给FSR装置200。如上所述，FSR装置200用于反射一个或多 个对等频带，以便通过馈电电缆111-1向后下行传输。此外，当反射器被使能 时，上/下BS滤波器310现在被接入，以便进一步对上行和下行通信进行滤波。 BS滤波器310具有这样的阻带，这些阻带与FSR装置200和位于路径331更 下游的其它FSR装置所使用的对等频带相对应。例如，如果FSR装置200被 配置成只使用图2的对等频带BO，则上/下BS滤波器310具有与对等频带BO 对应的阻带，以防止对馈电电缆111-1上使用频带BO的对等传输产生任何千 扰。
图8示出了根据本发明原理的电缆系统的另一说明性实施例。除包括反射 器功能的分接头400以外，图8类似于图6。图9更详细地示出了分接头400。 如可从图9看到的，分接头400包括图3 (或图4、图5)的FSR装置200， 该FSR装置200经由定向耦合器240连接到馈电电缆111-1。因而，根据本发 明原理，分接头400用于在电缆系统中提供反射器功能。
图10示出了根据本发明原理的分接头400的另一说明性实施例。该分接头400被标记为400'。如可从图10看到的，分接头400'包括图7的FSR装置 300 (上述)。
如上所述，在电缆网络中配置反射器功能，以提供局域对等连接性。图11 示出了在许多反射器装置的环境下，本发明概念对于电缆网络的说明性应用。 如早先所指出的，实际上可以将这些反射器装置中的一个或多个装置并入电缆 网络的其它装置如分接头等之中。在该例子中，假定有3个对等频带，如图2 所示。每个对等频带都和电缆网络的特定部分关联。在该例子中，电缆网络被 映射到具有许多级的通信分级结构。最高级由FSR装置405表示；第二级由 FSR装置410、 415和420表示；最后一级由FSR装置425、 430、 435、 440、 445、 450、 455、 460和465表示。每一级都指示电缆网络中的相对位置，并且 也代表连接级别。在图11中，上行方向由箭头401表示。因而，最高级(FSR 装置405)位于更上游(更接近电缆头端器)。FSR装置405的说明性位置靠 近电缆网络的光学/电子(O/E)接口。第二级(FSR装置410、 415和420)位 于更下游，例如位于为电缆网络的特定馈电电缆(或分支)服务的每个分接头 中。最后一级(FSR装置425至465)位于更下游，例如位于为电缆网络的特 定引入电缆服务的每个分接头中。最高级反射对等频带BO;第二级反射对等 频带B1，最后一级反射对等频带B2。对于该例子，假定每个FSR装置都阻塞 它被分配的对等频带的上行传输(例如利用如图7的BS滤波器310所示的带 阻滤波器)，但传递其它任何对等频带上的任何方向通信。
因而，根据本发明原理，位于FSR装置425所服务的引入电缆上的用户0 可以利用对等频带B2，与类似位置的用户一用户l和用户2通信。类似地， 如果用户0希望与用户6通信，贝U用户0可以使用对等频带Bl。最后，如果 用户0希望与用户17通信，则用户0可以使用对等频带B0。从图8可以看到，对等频带2所支持的层被重复使用9次，这允许本地服务器或高速缓存器比直 接来自头端器的通信更有效地向本地用户提供9次数据。类似，更高一层上的 对等频带Bl被重复使用3次；而对等频带B0只被使用1次。如前所述，可 以经由带外控制信道来配置和使能/禁止这些反射器装置的一个或多个。
如上所述，本发明概念允许在电缆线路(cable plant)中使用对等网络操 作。说明性地，电缆线路为对等通信保留频带，并且一个或多个具有反射器功 能的装置位于网络中。这允许网络边缘的信号源向反射器上行地发送信号，反 射器向后下行地反射信号，从而下行用户能够接收信号。如上所述，可以将该 装置配置在电缆网络的任何部分。应该注意，将反射器插入分布树的更高位置 将要求增益节点能够对所关心的频带进行双向放大。这将需要改变从反射器往 下行方向的所有分接头和放大器，并将要求谨慎地端接网络，以防止反射回路。 因而，多级反射器将需要注意系统中的放大器增益和相位特性，以确保稳定性。 理想地，将需要自动增益控制(AGC)功能来保持信号幅度一致，不管信号是 来自头端器还是来自反射的机顶盒(STB)传输。考虑到这种复杂性，可以优 选地将反射器装置的使用限制于一个较低级别，如引入电缆或分支。
如上所述，利用多个单独的频带在电缆网络中提供对等连接性。在这点上， 根据本发明原理，修改位于站点中的电缆调制解调器功能或装置，以允许对等 通信。图12示出了这种电缆调制解调器的说明性实施例。电缆调制解调器700 包括对等(P2P)调制器705、 P2P解调器710、下行解调器715和上行调制器 720。电缆调制解调器700经由引入电缆701、分离器85和路径704连接到电 缆网络。分离器85也将电缆信号702提供给位于站点的其它设备，如机顶盒 (未示出)。上行调制器720和下行解调器715的功能在本技术领域中是周知 的，它们使用户能够获得因特网服务并运行因特网应用程序(例如位于个人计算机(PC)(未示出)上的浏览器)。P2P调制器705和P2P解调器710提供上述对 等连接性，并可以被配置用于一个或多个对等频带(例如如图2所示)。可以 通过软件来确定这些设置，作为由用户通过连接到电缆调制解调器700的PC 而设置的选项。另外，PC可以存储对等网络的特定元件的地址信息，其中每 个地址都和特定的对等频带相关联。上行对等通信经由信号706被提供给P2P 调制器705， P2P调制器705在指定对等频带中提供上行信号。下行对等通信 由P2P解调器710通过信号711来提供，P2P解调器对接收的指定对等频带中 的信号进行解调。应该注意，如本技术领域所周知的电缆调制解调器700包括 定向耦合器(未示出)，以便在发送和接收路径之间提供信号隔离。如在此所 描述的，对等通信不仅包括信息接发，而且包括例如广播消息、组播等。例如， 根据本发明原理，用户可以将流内容从一个终端发送到电缆系统的一个或多个 其他终端。该内容可以是视频、音频等。此外，虽然在应用于传统电缆系统的 环境下描述了本发明概念，但是本发明概念不限于此，而是可应用于任何形式 的网络，乃至例如家庭网、校园网等。
因而，以上仅仅说明了本发明原理，因此应该理解，本领域技术人员将能 够设计出虽然未在此明确描述、但是具体实施本发明原理并且属于本发明精神 和范围内的多种替换配置。例如，虽然在分离功能元件的环境下进行了说明， 但是可以在一个或多个集成电路(IC)中实施这些功能元件。类似地，虽然被 显示为分离元件，但是可以在受存储的程序控制的处理器，如执行关联软件的 数字信号处理器(DSP)或微处理器中，实施任一元件或全部元件。例如，可 以将图12所示的分离调制器和解调器功能置于一个或多个DSP中。此外，虽 然以特殊配置进行了显示，但是可以以这些特殊配置的任何组合形式，将其中 的元件分配在不同单元中。例如，电缆调制解调器可以是个人计算机的一部分，反射器可以位于电缆网络的服务器中，等等。因此，应该理解，在不脱离如所 附权利要求定义的本发明精神和范围的情况下，可以对说明性实施例作出多种 修改，并可设计其它配置。
权利要求
1. 一种用于系统中的设备，所述设备包括第一端口，用于连接到网络的一部分，以便接收上行信号；以及反射器，用于通过所述第一端口向后下行地反射所述接收的上行信号。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述上行信号具有包括第一频带的 频谱，所述第一频带不同于所述网络的控制器为双向通信所使用的那些频带。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中所述网络是电缆网络，并且所述控制 器是所述电缆网络的头端器。
4. 根据权利要求2所述的设备，其中所述反射器包括带通滤波器，用于对所述接收的上行信号进行滤波，以提供输出信号进行 下行传输，其中所述输出信号的频谱包括所述第一频带。
5. 根据权利要求4所述的设备，进一步包括-放大器，用于放大所述输出信号以便进行下行传输。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中所述反射器包括 带阻滤波器，用于向后下行地反射所述接收的上行信号。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是用于所述网络中的分接 头的一部分。
8. 根据权利要求7所述的设备，进一步包括带阻滤波器，所述带阻滤波器连接到所述第一端口，用于滤出所述接收的上行信号中与第一频带对应的那些频率，以提供经过滤波的上行信号；以及第二端口，用于将所述经过滤波的上行信号耦合到所述网络，以便进行上 行传输。
9. 根据权利要求1所述的设备，进一步包括-网络控制接口，所述网络控制接口对控制信号作出响应，以使能或禁止所 述反射器。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述控制信号是带外控制信号。
11. 一种电缆调制解调器，包括 端口，用于连接到电缆系统；以及连接到所述端口的至少一个调制解调器，用于(a)通过第一对频带与双向 网络进行通信，以及(b)通过不同于所述第一对频带的频带与所述系统的至少 另一个终端进行通信。
12. —种用于系统装置中的方法，所述方法包括 连接到网络的一部分，以便接收上行信号；以及 通过第一端口向后下行地反射所述接收的上行信号。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述上行信号具有包括第一频带的 频谱，所述第一频带不同于所述网络的控制器为双向通信所使用的那些频带。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述网络是电缆网络，并且所述 控制器是所述电缆网络的头端器。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述反射步骤包括对所述接收的上行信号进行滤波，以提供输出信号进行下行传输，其中所 述输出信号的频谱包括所述第一频带。
16. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括 放大所述输出信号，以便进行下行传输。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中所述反射步骤包括 利用带阻滤波器向后下行地反射所述接收的上行信号。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中所述装置是用于所述网络中的分接头的一部分。
19. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括滤出所述接收的上行信号中与第一频带对应的那些频率，以便提供经过滤波的上行信号；以及将所述经过滤波的上行信号耦合到所述网络，以便进行上行传输。
20. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括 接收控制信号，以使能或禁止所述装置。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述控制信号是带外控制信号。
22. —种供电缆调制解调器之用的方法，所述方法包括-连接到电缆系统；通过第一对频带与双向网络进行通信；以及通过不同于所述第一对频带的另一频带与所述电缆系统的至少另一个终 端进行通信。
全文摘要
一种用于电缆系统中的设备，该设备包括第一端口，用于连接到电缆网络的一部分，以便接收上行信号，该上行信号具有包括第一频带的频谱；以及反射器，用于通过第一端口向后下行地反射所接收的上行信号；其中第一频带不同于电缆网络的头端器为因特网通信所使用的那些频带。
文档编号H04N7/173GK101305554SQ200680037969
公开日2008年11月12日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年10月12日
发明者保罗·戈特哈德·克努森, 库马尔·拉马斯瓦米, 马克斯·沃德·穆尔特斯波夫 申请人:汤姆逊许可公司