专利名称：缆线通信系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及通信领域并且更具体地涉及缆线通信系统和方法。
采用单载波调制以进行数据/电话业务的典型双向HFC(混合光纤同轴)系统在前端设备处应用用于下行/上行信号处理的单收发信机结构。每台单收发信机能够提供双向信息传输的单“信道”。该信道是全双工的，在下行(50-750MHz)及上行(5-42MHz)通路中采用带宽的对称部分。所采用的调制典型地是四相移相键控(或其变型)，四相移相键控(QPSK)在上行通路中存在高电平的热噪声和进入噪声(ingress noise)时提供可接受的性能和效率。该信道进一步通过在下行采用TDM(时分多路复用)以及在上行采用TDMA(时分多址联接)再分成为荷载信道。
前端设备处的缆控制单元(CCU)主控(host)大量的信道收发信机，可按要求把这些信道收发信机分配到任何上行和下行频率对中。典型地，从共用组合(common pool)中中继收发信机，以便为数量上要比可得到的荷载信道多得多的用户服务。当请求服务时，分配一个信道(时隙及相关的频率)，而且完成服务后该信道回到组合中。
单收发信机的上行接收机提供单信道的增益、选择和载波解调，该单信道可以调谐到上行频带中的任一均匀间隔的信道上。为保持连接质量，在存在高电平的进入噪声时执行链路变换(transfer)。CCU对收发信机资源进行管理并对用户数据与PSTN(公众电话交换网)往来的路由功能进行管理。
通过缆接入单元(CAU)，用户设备和缆网接口，缆接入单元(CAU)接收并解调下行载波并且把用户数据发送到位于前端设备处的CCU。在TDM/TDMA系统中，可以把许多的CAU附加到单个载波或单个频率对上。这样，单个CCU收发信机可以支持许多的CAU。
图1表示典型HFC系统的一部分的上行或返回路径。通过光纤链路，三个业务节点和前端设备连接。CAU和系统的同轴电缆部分连接。前端设备处的光纤接收机的输出全部RF射频复合(相加)并和单组的CCU接收机连接。利用RF分离器把公用的上行信号馈送到该组中的各个CPX接收机。
因为任何接收机可以分配到三个节点中的任一节点上的任何上行信道，这种布局提供很高的接收机中继效率。但是，由于分离器损耗增大了接收机的噪声。而且，所有三个节点的热噪声和进入噪声是复合的，并且提供到每个收发信机上，从而降低能得到的载波噪声比(CNR)。因为在业务节点之间上行频谱是重叠的，信道重用不可能限制系统的总频谱效率。
图2中表示一种替代的布局，图中三个节点互相隔离并采用多个CPX接收机组以提供服务。利用馈送接收机输入的分离器把各个节点的光纤接收机的输出路由到一个CPX接收机组。这样解决了和图1相关的进入/热噪声复合问题，但是因为把可利用的接收机组合分割到业务节点上从而降低了接收机的中继效率。请注意如果每个节点需求多于一个的接收机，仍需要分离器，从而增大每个接收机的噪声量。
其它的RF分离/复合布局是可能的，但是，通常需要在接收机中继效率、噪声量、进入/热噪声复合以及复杂性/成本之间进行折衷。
图1表示现有技术的缆线通信系统。
图2表示现有技术的缆线通信系统。
图3是一个方块图，表示根据本发明的一种最佳实施方式的缆线通信系统。
图4是一个方块图，表示用于图3的按照本发明的缆线通信系统的光纤接收机。
图5是一个方块图，表示按照本发明的一种最佳实施方式用于图3中的多个分组下变频器(block down converter)。
图6是多相滤波器和离散傅里叶变换处理器的方块图。
图7是滤波器组曲线。
图8表示滤波器/下变频器处理。
图9是一个方块图，表示图6中所示的按照本发明的一种最佳实施方式的多相滤波器。
图10是一个方块图，表示数字矩阵接线器和多个基带处理器。
图3表示一种缆线通信系统体系结构(HFC系统)10的方块图，该系统能提供不具有现有技术中的热噪声及进入噪声问题的中继效率。通过多个光纤通信链路20、22和24，多个业务节点(多个节点)12、14和16和缆线通信系统10的前端设备18连接，其中多个光纤通信链路的每个链路包括一个光纤发射机30、一条光缆34和一个光纤接收机32。多个业务节点12、14和16中的每个节点和多个用户单元(CAU-光缆访问单元)26耦连(coupled)。通过一条同轴电缆28，多个用户单元26和各自的一个光纤发射机30连接。出于最佳实施方式的目的，HFC系统10承担上行(从使用者到前端设备)话务。通常，第二光纤发射机、第二接收机和第二电缆(未示出)承担下行话务。本发明涉及如何处理上行信息，因此本说明书将仅讨论上行信息流。
缆线通信系统18的前端设备18具有多个分组下变频器36、38和40，分别和每个业务节点12、14、16一一对应。多个分组下变频器36、38和40具有同时把所有的多个系统信道(多个信道)下变频到基带的能力。这里所使用的信道为一特定的载波频率，而且一个信道通常划分成一些时隙。一般一次通信对话仅需要单个时隙，并称之为通信信道。如果例如存在60个信道，各个分组下变频器36、38和40能够把60个信道中的每个信道(载波频率)下变频(移动)到基带。这样构成多个基带信道。并非全部的基带信道都将具有实际的通信对话。带有实际的通信对话的多个基带信道(即多个基带信号或一个基带信号)由一个矩阵接线器(数字矩阵接线器)42转接到多个基带处理要44中的一个基带处理器上。控制器46把通信信道分配给各用户单元26。控制器46确定多个基带信道的那个信道具有有效信号，并且通过指针信号把该信息发送到矩阵接线器42。
可以看出，采用图3的系统时图为光纤接收机32的输出没有相加，从而进入及热噪声不复合。此外，因为分组下变频器36、38和40可以对多个系统信道中的任一信道下变频，不再必须使得用于一个业务节点12、14和16上的一个信道不用于另一个业务节点上。一旦把信号下变频到基带上时，信号彼此是电隔离的，可由任何基带处理器44处理。
图4是光纤发射机30的方块图。射频(RF)接收机50和与图3的多个用户单元26连接的同轴电缆28耦连。RF接收机50的输出52和一个光发射机54耦连。光发射机54的输出56耦合进光纤34。RF接收机接收到的来自同轴电缆28的信号是以供沿着同轴线传输为形式的。光纤发射机30把该信号转换成沿光纤线传输的形式，然后光发射机54沿光纤34发送信号。
图5表示分组下变频器和矩阵接线器(42)的方块图。多个分组下变频器36、38和40具有和光纤接收机32的输出耦连的输入滤波器60。滤波后的信号(多信道)经模/数转换器(A/D)62数字化。A/D转换器62的输出是多个数字化的节点信号64。多个数字化节点信号64由多相滤波器66滤波，以形成多个滤波信号68。经离散傅里叶变换(DFT)处理器(数字下变频器)70，多个被滤波的信号被数字下变频。DFT处理器70的输出是多个基带信道72。带有实际通信对话的那些基带信道72是多个由数字矩阵接线器42转接到多个基带处理端口74的一个端口上的基带信号。
图6是多相滤波器66和DFT处理器70的方块图。多相滤波器定义一种输入和输出采样率不同的数字滤波器。采用多相滤波器可减小数字滤波器和DFT处理器所需的处理速度。数字化节点信号64通过一个延迟网络78，该网络例如如图6中所示具有128个抽头。每个抽头由分算器80按128分之一的因子分算。分算器80的输出耦合到多个滤波段82中的一个上。多个滤波段82的输出由DFT处理器70处理。DFT处理器70的输出是多个基带信道72。图6中表示128个基带信道，但是并非所有的输出都代表着缆线通信系统10中实际使用的信道(多个系统信道)。因此，并非所有的输出72都和矩阵接线器42连接。通过采用多相滤波器66和DFT处理器70的组合，仅需单个滤波器结构就可提供图7中所示的基带滤波群和对多个系统信道的下变频。在数字z变换域中多相滤波器和DFT处理器的组合可用下述数学方程表示Xk(z)=Σn=0M-1(z-nEn(zM)X(z))-kn]]>其中Xk(z)为DFT处理器的一个输出信道，M为输入信道总数，W为DFT矩阵的元素而且W＝e-j2π/M，En(zM)为某一多相滤波器元素的响应。在本最佳实施方式中，如图6中所示M为128而且多相滤波器由128个滤波段82构成。这种组合等同于图8中所示的多个滤波/下变频元素(element)，图8中各多相滤波元素的组合输出提供基带滤波响应，而且由复混合函数或者ejωxn的乘积(其中ωk＝2πk/M)提供信号的下变频。
在图9中表示多相滤波器结构的一种具体实现的方块图。延迟网络78(zM)和分算器80的功能是由整流延迟输入102实现的。整流延迟输入102的输出端和128个滤波段82连接，每个滤波段提供响应En(zM)，各滤波响应的组合和提供图7中所示的信道基带响应Ho。请注意图7仅表示前64个系统信道。其余的64个信道是输入采样的混叠积并且是无用的。
图10是数字矩阵接线器42以及相关输入输出的方块图。矩阵接线器42为各个业务节点12、14和16接收来自DFT处理器70的多个基带信道(多个输入)72。多个基带信道输出采样的每个输出采样经过高速分段并行输入端111输入到RAM(随机存取存储器)110供存储。矩阵接线器42还接收来自控制器46的指针信号。该指针信号存储在指针存储器112并且指向RAM 110中表示实际通信对话的区段。代表实际通信对话的区段经过沿着并至串转换器113的多个输出端传送到多个基带处理器44中的一个上。经存储扫描器114对所有的区段进行扫描并传送给数字频谱分析器116。数字频谱分析器(频谱分析器)116处理该信息以便同时确定缆线通信系统10中所有信道上的进入噪声。控制器46在链路变换中利用该信息并选择可得到的最好信道。如所示，基带处理器44由一个平方根升余弦滤波器118和一个数字信号处理器120组成，数字信号处理器提供符号定时恢复、符号检测及TDMA去成帧等功能。
如上所概述，本发明的最佳实施方式通过取消业务节点对前端设备的输入的相加避免了常规HFC双向系统中的复合进入噪声的问题。本发明通过经分组下变频器把上行信号传送给数字矩阵接线器保持接收机的中继效率。接着数字矩阵接线器把上行信号路由到可得到的基带处理器，从而提供低进入噪声、高效率接收机中继系统。
这样，对提供中继效率并不会在接收机处增大进入及热噪声的缆线通信系统进行了说明。尽管本发明是连同其具体的实施方式说明的，根据上述说明许多变更、修改和变型对于熟练的技术人员是明显的。因此，意图在附属权利要求书中包括所有的变更、修改和变形。
权利要求
1.一种缆线通信系统，包括多个业务节点，多个业务节点中的每个节点具有多个用户单元；多个光纤通信链路，多个光纤通信链路的每个链路和多个业务节点中的一个节点连接；多个分组下变频器，各用于多个业务节点的一个节点，多个分组下变频器和多个光纤通信链路耦连；一个和多个分组下变频器连接的矩阵接线器；以及多个和该矩阵接线器的一个输出耦连的基带处理器。
2.权利要求1的缆线通信系统，其中多个分组下变频器的每个分组下变频器能够下变频多个系统信道中的任何信道。
3.权利要求2的缆线通信系统，其中多个分组下变频器的每个分组下变频器能够同时下变频所有的多个系统信道。
4.权利要求1的缆线通信系统，其中多个分组下变频器中的每个包括一个模数转换器；一个从该模数转换器接收数字化信号的多相滤波器；以及一个和多相滤波器的一个输出耦连的傅里叶变换发生器。
5.权利要求1的缆线通信系统，其中多个用户单元中的每个单元能够在多个系统信道的每个信道上进行发送。
6.一种把多个信道解调到缆线通信系统中的方法，这些信道在该缆线通信系统中的多个业务节点的每个节点上反复，该方法包括步骤(a)为多个业务节点的每个节点接收多个信道；(b)为多个业务节点的每个节点下变频多个信道以形成多个基带信道；(c)确定包含在多个基带信道上的多个基带信号；以及(d)把多个基带信号转接到一个基带处理器上。
7.权利要求6的方法，其中步骤(b)进而包括步骤(b1)为多个业务节点的每个节点数字化多个信道，以形成多个数字化节点信号；(b2)对多个数字化节点信号的每个信号进行滤波，以形成多个滤波信号；以及(b3)对多个滤波信号进行数字下变频以形成多个基带信号。
8.权利要求7的方法，其中步骤(b2)包括对多个数字化节点信号进行多相滤波的步骤。
9.权利要求7的方法，其中步骤(b3)包括对多个滤波信号进行傅里叶处理的步骤。
10.权利要求6的方法，其中步骤(c)进而包括步骤(c1)接收指针信号，该信号指示多个基带信道中那个信道是基带信号。
全文摘要
一种缆线通信系统体系结构(10)具有若干业务节点(12、14、16)。每个业务节点(12、14、16)具有若干用户单元(26)。通过光纤通信链路(20、22、24),业务节点(12、14、16)和分组下变频器(36、38、40)连接。各分组下变频器(36、38、40)和矩阵接线器(42)连接并且把分组下变频器(36、38、40)的输出转接到多个基带处理器(44)中的一个上。
文档编号H04B3/00GK1169627SQ9711326
公开日1998年1月7日 申请日期1997年6月13日 优先权日1997年6月13日
发明者蒂莫西·M·伯克 申请人:摩托罗拉公司