一種用連接到頭端解調器的抽樣射頻字改進數字通信信號返迴路徑性能的系統的製作方法
2023-05-25 05:34:46
專利名稱：一種用連接到頭端解調器的抽樣射頻字改進數字通信信號返迴路徑性能的系統的製作方法
相關申請的交叉引用本發明涉及題目為「使用數字轉換和傳輸的HFC返迴路徑系統」的共同轉讓未決申請，於2000年4月21日提交並轉讓，序列號為09/556,731，在此引用作為參考。本發明還涉及2000年6月2日提交的美國臨時申請60/208,748，在此結合併整個作為參考。
發明的領域本發明一般涉及有線電視同軸混合光纖(CATV HFC)返迴路徑系統，特別涉及，使用連接到頭端的解調器的抽樣RF字以改進數字通信信號的返迴路徑性能的系統。
本發明背景HFC系統的現有的技術返迴路徑CATV頭端和集線器(hub)設備利用了線性光檢測，隨後在某些特別設計的接收機終止前進行放大和處理，所述接收機的特別設計是在那個特定的電纜設備實現回程通信特定的。在交叉的多重應用中，使用反方向中存在的帶寬，能夠存在多重的、同步的、不同的返迴路徑通信信號。對於北美的傳統HFC，這個帶寬是5-40兆赫。對付通過返迴路徑光纖傳輸的連結信號的常規方法是，處理模擬信號，以便到達在節點後儘可能接近地複製原始產生的波形。通過規範雷射、接收機和RF系統保證獲得足夠性能，以確保信號不退化到成功通信必需的一定量之外。但是，存在很多設計和實施問題，其使得這個方法困難和不經濟，它們包括模擬雷射規範，雷射二階響應特性，光鏈路長度約束，昂貴的測試和規範-強化的模擬頭端設備，模擬參數的校準和維護，對業務量敏感的設備的質量和現有設備的附加信號損壞。所有這些因素造成開發高性能的模擬設備的整個的高昂的費用問題。
這些問題以前一直存在於不斷的改進模擬雷射器和返迴路徑接收機性能、較高的功率的雷射和HFC的結構改進的工作中。但是，上述的每個問題仍然存在。
因此，本發明針對該問題開發一種用於數字通信信號的返迴路徑系統，其使用連接到頭端解調器的抽樣的RF字接口，以提供費用較低的設備設計，在相同或低成本下能夠獲得較高性能的設備，具有復靈活的有效的接口和通信業務的多路復用。
發明概述本發明通過使用連接到頭端解調器的抽樣RF字接口，以改進數字通信信號的返迴路徑性能，即，將數字返迴路徑傳遞的抽樣中含有的信息內容直接傳遞到，準備直接連接的適當實現的應用接收機，從而消除了典型的D/A轉換步驟並且消除了可能由此引起的信號損壞。
根據本發明的一個實施例，在有線電視系統中，還原完全表示為1和0的返迴路徑信號的方法包括下列步驟(1)接收帶有適當的同步信息的數字式字的串行流，以識別在字之間的邊界，並還原位本身的定時；(2)解串數字式字的串行流和同步信息；(3)在需要數字連接到應用接收機時，處理解串的數字式字；和(4)向應用接收機傳遞處理的並行數字式字。
本發明另一個實施例提供一種在使用基帶串行光傳送的同軸混合光纖有線電視系統中的用於還原數字式字的返迴路徑信號的系統，其中從光纖的光學節點到頭端/集線器的返迴路徑信號通過將其整個編碼而表示為1和0。所述系統包括數字回程接收機，和任意數目的應用接收機。系統的數字回程接收機包括光學接收機，它從光纖接收光學1和0的串行流，並將光學數位訊號轉換成電數位訊號；解串器，它將數字式字和同步信息的串行流解串；數字濾波器，它處理解串的數字式字，以數字連接到應用接收機；以及包括接口，它將處理的並行數字式字連接和發送到應用接收機中的至少一個。
在每個實施例中，數字濾波器或處理步驟消除了數字式字的前端模擬階段，向應用接收機的解調器的數字接收機部分直接提供到數據總線的數字式字接口，並且用等同的數字功能代替前端模擬階段的功能。
可以在CATV頭端或集線器實現所述系統和/或方法。
在本發明的優選實施例中，如果數字接收機的數據總線字長小於並行字的長度，則數字濾波器或數字處理步驟截取最不重要的位，以接口到至少一個應用接收機。另外，如果數字接收機的字長度超過傳輸鏈路的長度，則並行字用零填充。
最後，可以使用邏輯變換(logical translation)設備作為應用接收機和發送鏈路之間的接口，或是作為應用接收機的一部分。一種現場可編程門陣列(Field Programmble Gate Array(FPGA))可以作為該設備使用。
附圖的簡要說明以下結合附圖所作的詳細說明將使得本發明的上述和其他目的和特徵及優點更加清楚。
圖1是根據本發明的具有直接數字切換到頭端接收機的數字返迴路徑傳送系統的基本元件圖。
詳細說明在圖1的簡化方框圖中給出了使用連接到頭端解調器的抽樣RF字接口，用於改進數字通信信號的返迴路徑性能的系統基本元件和方法。
基本上，CATV頭端或集線器的反向路徑能夠持續來自多重的，來自用戶家裡的多個不同的傳輸源的通信。本發明首先依靠可用的高級的返迴路徑設備。這樣的系統從節點開始，採用完全與上述方法不同的方法傳送信息。如上述在交叉參考引用的相關申請分別公開的所述先進的方法是從返迴路徑上的用戶抽樣到達節點的模擬波形。隨後，將抽樣數位化編碼，以便從發射機到頭端/集線器的鏈路能夠由數字光學發射機和接收機構成。因此，其系統中傳送的信息成為位串。
在先前說明的公開中概述了數字回程方法的多個優點。這個公開是最重要的是在節點模擬-數字轉換(A/D)後實際消除信號的損壞。現在要求光學系統僅是起可靠的二進位的作用，再現兩個模擬值之一。就數字來說，這些值是「0」和「1」，並且用兩個不同的光能級(level)表示。這個方法應用到HFC的光學鏈路，消除或在很大程度上緩解了。由相關的雷射發射機、光纖非線性、光接收機和RF放大器引起的相關的信號損壞問題。
如在相應的申請中所述的，在節點光發射機接收數字式字的串行流，並向光接收機傳輸這個數字式字。在RF-光轉換點上的所有位流的實現，立即導入標準化的傳送的理想方程式中，並簡化了網絡構成，加速了研究，並用它將令人滿意的水平的經過驗證的可靠的技術引入到HFC基礎設施中。另外，因為距離的優點，使得能夠使用無源設備或完全移掉集線器的中繼設備。
但是，在節點外消除信號的損壞在沒有信號損壞之下，依靠在頭端還原傳送的數字式字的能力。下面參照圖1說明進行這種操作的系統和方法，即，在HFC返迴路徑通信鏈路和終端設備接收機之間提供數字式字的接口。
在前面提到的公開中，說明了幾個優點。但是，在那個情況下數字光學系統進行的處理是使用數字-模擬轉換器(D/A)複製寬帶模擬輸出信號為結束。從仍實施模擬接收機技術的傳統系統的觀點，這個方法是有價值的。但是，對於諸如電纜數據機等的先進的返迴路徑傳輸，最好是接口到解調設備的。
所提出的與頭端終端設備連接的方法利用了，在應用特定的集成電路(ASIC)、超大規模集成電路(VISI)和數位訊號處理的各種研究的優點。現代的數據機技術結合了數字接收機技術-晶片上的接收機-在單一數字集成電路上或晶片組內，實現多種復用同步(manycomplex synchronization)、均衡(equalization)和檢測功能。這些功能能夠數字地進行，因為典型的現代通信接收機將調諧到有興趣的信道、將它濾波，然後在周期的增量上抽樣濾波的波形。
如上述就節點的工作活動所述的，通過抽樣表示的信息能夠在接收機的其餘部分中隨後轉換成用於數字處理的位。這是通過數字表示的具有N個位字的每個模擬抽樣進行的。在此，N是在A/D轉換器中的解析度(resolution)的位數(如8、10、12)。目前，在設計通信應用的VLSI電路中已有很大的進展，並且高速設計的接收機正利用這些優點。現在HFC系統也能夠利用這些處理的優點，以致(by)消除具有數字接收機的應用解調器的D/A轉換步驟。除掉這個步驟，並且直接接口到具有可用的數字式字的數字接收機，提供能夠消除信號損壞的一種機構，並且能夠將在頭端(或集線器)的模擬設備的結構簡化成數字網絡的總線和插卡裝置。
參見圖1，它清楚地示出一個完全的數字返迴路徑系統。本領域內的技術人員應理解，雖然就圖1說明的技術是設置在圖的「頭端」部分，但是，根據使用中的整個HFC的結構，它也能夠放置在集線器位置。在數字回程系統中的D/A轉換器的功能是重構在節點上存在的寬帶5-40兆赫輸入。隨後，在傳統返迴路徑接收機(RPR)設備上處理返迴路徑信號時，處理這個RF信號。即，在連接到還原信息的應用接收機前，它被分離、放大、衰減等。但是，包括D/A本身的模擬處理造成信號退化，傳送的信息的可能的損耗或損壞，以及複雜的電平設定問題。對於諸如電纜數據機之類的先進的接收機來說，RF信號被下變頻到在接收機前端中的中頻或基帶頻率。然後，使用在接收機內的A/D轉換器抽樣該信號並再轉換成信息還原的數位訊號。由於附加傳遞不希望的信號損壞的中間向模擬的轉換，使得這個完整的頭端處理-D/A轉換、放大、分離、調諧、A/D轉換-被不必要地複雜化了。
但是，根據高速數字處理的近來的研究進展，使得不再需要以前總是用常規的返迴路徑RF輸入連接到接收機。因此，數字返迴路徑系統傳送的抽樣中含有的信息內容能夠直接傳送到準備好數字接口的適當配置的應用接收機。在圖1中，通過將數字回程接收機擴大標記為「數字處理」的附加功能元件，在圖1中的方框「頭端」中示出這一點。具體地，在圖1中，在光纖接收機10上接收光鏈路上傳送的數字式字的串行流。串行到並行的轉換器(SERDES)或解串器20將數字式字的串行流轉換成並行數字式字，並將所述並行字傳送到數字處理方框30。「數字處理」實際上指的是，完成在表示模擬抽樣的數據字和應用接收機之間必須存在的，包括實際濾波功能的，各功能所需的每個處理階段。這個方法要求所述數字回程接收機消除前端模擬階段；向數字解調器100的數字接收機部分的數據總線(或緩衝器)提供數字式字的接口；和在需要時，用等同的數字功能代替前端模擬階段的功能。
應注意，參照(3)，前端功能的一個重要項目是調節模擬信號電平，以正確驅動接收機的A/D轉換器。應理解，這個關鍵的功能項已不再需要。另外，數字接收機已經在數字部分內實現同步的最後的細調諧階段。因此，基帶的最後轉換已經是數字功能，並且數字調諧器的技術已獲得很好的發展。因此，數字前端的核心功能是數字濾波和同步功能的擴充。
本領域內的技術人員應理解，正確地實現數字切換的重要考慮是在數字傳送機制和應用接收機之間的「接口定義」。這個接口由表示有效信息的N個位並行字和在兩個子系統(數字回程和數字接收機)之間通信所需的適當信號交換組成。另外，所述接口包括在每側的必要的時鐘信號同步。再有，返迴路徑的數字傳送方法實現從節點到頭端或集線器的串行基帶傳輸。所述串行流是位和字同步的，並且在輸出上出現數字表示在節點取的原始抽樣的並行字。
取決於數字回程的具體實施，所述並行字的大小能夠變化。為裝置傳送抽樣的信息的數字接收機的數據總線一般是固定字長大小的。有可能這個總線字長的大小小於存在的並行字長。此時，從傳送系統截斷最不重要的位(LSB)，並接口到應用接收機。在這個處理中存在信息丟失，但是，因為它是在所述數字接收機IC中所設定的限制，所以它是在任何情況都會損失的信息。
另外，如果數字接收機本身的字尺寸超過傳輸鏈路的，那麼通過在附加的位中用零填充，以切換並行字。在這個拓撲結構中，必須評估較低解析度的效果。但是，這是典型情況，技術上通常是確保傳輸鏈路超過數據機的性能參數，以最小程度地損壞傳輸信號。
接口的另一重要事項是確保通信成功或有效的所說的「語言」或協議。應用接收機一般地具有特定的規範，特別是在接收機設計內的數字部分帶有模擬和數字功能。這樣的接收機能夠通過邏輯變換(translation)設備被連接，如用現場可編程門陣列(FPGA)，它處理從傳送鏈路來的通過它的數據字，並將它們格式化使得適合接收機數據總線。可以用FPGA實現數字處理(本領域內的技術人員應理解，FPGA可以是數字返迴路徑接收機的部分，如下所述，單獨的FPGA也可以是應用接收機的部分，但是一般來說不是這樣)。某些特徵的接收機可以不具有可訪問的數據總線，或完全是模擬接收機，在此情況，有必要重構帶D/A的數字回程。但是，先進的接收機具有較多充分定義的結構接口，通過通常使用現有技術或通過委託開發實現，以確保標準化。此時，這個實現包括，在先進的接收機電路開發時，設計到接收機數據總線的接入，並且實現在接收機本身上的門陣列或變換裝置，以向接收機傳遞數字回程字序列。
在現代的接收機開發中，能夠將直接數字接口定義馬上應用到新的設計，因為現有技術包括，在與傳送鏈路和接收機數據總線之間需要的接口類型相一致的高速數據接收機內處理。在傳統系統中，對接收機功能可訪問性上的約束，會要求開發允許訪問數字功能的另外的接口設備。最終，一些傳統系統和特別是所有模擬接收機，如不完全重新設計，將不具有上述優勢。在這樣的情況中，D/A輸出方法會是最適合的。但是，在大多數這樣的情況，這樣的接收機設計將在極簡單的調製功能上操作，並且數位化的實施能夠快速開發和部署。也有這樣的情況，這些較簡單的接收機將遇到從數字接口取得的最少性能效益，因為就這些典型的的調製方案來說，重構的附加的模擬損壞對於鏈路性能無關緊要。
本發明用連接到頭端解調器的抽樣RF字接口的數字通信信號系統和方法的短期效益是明顯的在應用處理強化中極大的靈活性；能夠靈活地連接CATV頭端終端設備等。但是，在數年中會收到最大效益，因為返迴路徑向所有位的轉換開放了與處理，傳輸，多路復用，和終端設備接口相關的很多連網的可能性。
雖然特定地說明和描述了各種實施例，但是應當理解，通過上述教導，本發明將包括各種修改和變化，而且在所附的權利要求的範圍內而不會偏離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種在有線電視系統中還原完全表示為一和零的返迴路徑信號的方法，包括下列步驟接收帶有適當的同步信息的數字式字的串行流，識別在字之間的邊界，並還原位本身的定時；解串數字式字的串行流和同步信息；處理解串的數字式字，以數字式地接口到應用接收機；和向應用接收機傳遞處理的並行數字式字。
2.根據權利要求1的方法，其中所述處理步驟包括下列步驟消除數字式字的前端模擬階段；直接向應用接收機的解調器的數字接收機部分的數據總線提供數字式字的接口；和用等同的數字功能代替前端模擬階段的功能。
3.根據權利要求1的方法，其中所述方法在CATV的頭端實現。
4.根據權利要求1的方法，其中所述方法在CATV的集線器實現。
5.根據權利要求1的方法，其中應用接收機包括帶有數字接收機的數字解調器。
6.根據權利要求5的方法，其中如果數字接收機的數據總線字長小於並行字長，則數字濾波器截斷最不重要的位以連接到應用接收機。
7.根據權利要求5的方法，其中如果數字接收機的字的尺寸超過傳輸鏈路的尺寸，則用零填充並行字。
8.根據權利要求1的方法，其中邏輯變換設備連接在應用接收機和傳送鏈路之間。
9.根據權利要求8的方法，其中所述的邏輯變換設備是應用接收機的部分。
10.根據權利要求9的方法，其中所述的邏輯變換設備是現場可編程門陣列。
11.根據權利要求10的方法，其中在解串步驟解串數字式字的串行流和同步信息後，所述現場可編程門陣列處理數據字，並且格式化應用接收機的數據總線的所述數據。
12.一種還原數字式字的返迴路徑信號的系統，其使用在基帶串行光傳送的同軸混合光纖有線電視系統中，其中從光纖的光學節點到頭端/集線器的返迴路徑信號通過整個編碼被表示為一和零，所述系統包括數字回程接收機和多個應用接收機，該系統的數字返回接收機包括轉換/接收裝置，它從光纖接收光學一和零的串行流，並將光學數位訊號轉換成電數位訊號；解串裝置，它將數字式字和同步信息的串行流解串；數字處理裝置，它處理解串的數字式字，以數字式接合到應用接收機；和接口裝置，它將處理的並行數字式字連接和發送到多個應用接收機的至少一個。
13.根據權利要求12的系統，其中所述數字處理裝置包括消除數字式字的前端模擬階段的裝置；向應用接收機的解調器的數字接收機部分的數據總線直接提供數字式字接口的裝置；用等同數字功能代替前端模擬階段功能的裝置。
14.根據權利要求12的系統，，其中所述系統在CATV的頭端實現。
15.根據權利要求12的系統，其中所述系統在CATV的集線器實現。
16.根據權利要求12的方法，其中至少一個應用接收機包括帶有數字接收機的數字解調器。
17.根據權利要求16的系統，其中如果數字接收機的數據總線字長小於並行字長，則數字濾波器截斷最不重要的位數，以連接到至少一個應用接收機。
18.根據權利要求16的系統，其中如果數字接收機的字的大小超過傳輸鏈路的大小，則用零填充並行字。
19.根據權利要求12的系統，其中邏輯變換裝置連接在至少一個應用接收機和傳送鏈路之間。
20.根據權利要求19的系統，其中所述的邏輯變換裝置是應用接收機的部分。
21.根據權利要求20的系統，其中所述的邏輯變換裝置是現場可編程門陣列。
22.根據權利要求21的系統，其中在解串裝置解串數字式字和同步信息的串行流後，所述現場可編程門陣列處理數據字，並且格式化應用接收機的數據總線的所述數據。
全文摘要
一種使用連接到頭端解調器的抽樣RF字的數字通信信號的HFC返迴路徑系統，它提供在等同或較低費用下的較高性能設備，和較靈活和有效連接和業務多路復用。從光纖節點到頭端/集線器的返迴路徑信號表示成一和零，在頭端/集線器的數字接收機包括光接收機，它用於接收光學一和零的串行流，並將光學數位訊號轉換成電數位訊號；解串裝置，它將數字式字和同步信息的串行流解串成並行數字式字；數字濾波器，它處理解串的數字式字並數字式接合到應用接收機；以及數字接口，用於將處理的並行數字式字連接和發送到應用接收機。
文檔編號H04N7/22GK1894969SQ01810606
公開日2007年1月10日 申請日期2001年6月1日 優先權日2001年6月1日
發明者羅伯特L·霍瓦爾德, 埃裡克C·梅茨 申請人:通用儀表公司