將hfccatv模擬光纖傳輸變換為數字光纖傳輸的方法

2023-05-20 23:29:26 5

將hfc catv模擬光纖傳輸變換為數字光纖傳輸的方法
【專利摘要】一種將傳統HFC CATV電纜系統轉換為改進的HFC CATV系統的方法，所述傳統HFC CATV電纜系統使用諸如被轉換為對應的光QAM波形的RF QAM波形之類的模擬RF波形的光學對應物在系統的光導纖維部分上傳送數據，所述改進的HFC CATV系統使用諸如乙太網幀和其它的光導纖維優化數字輸送協議之類的光導纖維優化協議在光導纖維上傳送數據。根據該方法，傳統HFC CATV系統的大多數方面可以得到保留，然而在CATV頭端，光導纖維傳送器系統被改進的系統所取代，該改進的系統從傳統波形中提取潛在符號，將這些符號封裝為光導纖維優化數據包並且下行傳送。傳統光導纖維結點被改進的結點所取代，該改進的光導纖維結點能夠接收數據包並且將符號重調製為適合於注入到系統的CATV電纜中的RF波形。
【專利說明】將HFC CATV模擬光纖傳輸變換為數字光纖傳輸的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求發明人Shlomo Selim Rakib於2013年I月31日遞交的標題為「METHOD OF TRANSFORMING HFC CATV ANALOG FIBER TRANSMISSION TO DIGITAL FIBERTRANSMISSION(將HFC CATV模擬光纖傳輸變換為數字光纖傳輸的方法）」的美國專利申請13/756302的優先權並且為該申請的延續；本申請還要求發明人Shlomo SelimRakib於 2012 年 11 月 12 日遞交的標題為 「HYBRIDALL DIGITAL FIBER TO CATV CABLE SYSTEMAND METHOD (混合全數字光纖到CATV電纜系統及方法）」的美國專利申請13/674936的優先權；本申請還要求發明人Shlomo Selim Rakib於2012年7月22日遞交的標題為「DISTRIBUTED CALBE MODEM TERMINATION SYSTEM WITH SOFTWARE RECONFIGUABLE MACAND PHY CAPABILITY (具有軟體可重配置MAC和PHY能力的分布式電纜數據機終端系統）」的美國專利申請13/555170的優先權；本申請還要求發明人Shlomo Selim Rakib於2012 年 5 月 23 日遞交的標題為 「EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZATION METHODS FOR CATVDOCSIS CHANNELS AND OTHER APPLICATIONS (用於 CATV DOCSIS 信道和其他應用的有效帶寬利用方法）」的美國專利申請13/478461的優先權；本發明還要求發明人Shlomo SelimRakib 於 2012 年 4 月 10 日遞交的標題為 「EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZATION METHODSFOR CATV DOCSIS CHANNELS AND OTHER APPLICATIONS(用於CATV DOCSIS信道和其他應用的有效帶寬利用方法）」的美國臨時申請61/622132的優先權；本申請還要求發明人ShlomoSelim Rakib 於 2012 年 2 月 20 日遞交的標題為 「METHODS OF ADAPTIVE CANCELLING ANDSECONDARY COMMUNICATIONS CHANNELS FOR EXTENDED CAPABILITY HFC CABLE SYSTEMS(自適應取消方法和用於擴展能力HFC電纜系統的次級通信信道）」的美國專利申請13/400415的優先權；這些申請的內容通過引用的方式合併在本申請中。

【背景技術】
[0003]最初在20世紀40年代末期作為通過同軸電纜將電視信號傳送到接受較弱的地區中的家庭的方式被提出的電纜電視（CATV，Cable Television)已經經過了多年的改進以及擴展以使得電纜介質能夠對數量不斷增長的包括數位電視以及寬帶網際網路數據的不同類型的數字數據進行輸送。
[0004]多年來，該20世紀40年代和50年代的系統已經經過擴展以提供越來越多的功能。近年來，已經通過使用光導纖維以對傳送數據的載荷進行處理來擴展CATV系統，該數據來自處理本地鄰域的不同CATV電纜以及電纜頭或系統的運營商。在此，通常使用光導纖維對數據進行遠距離傳送，並且光（通常為紅外光）信號隨後被許多本地光導纖維結點變換為射頻（RF)信號從而通過CATV電纜（通常在5MHz至IGHz頻率）進行傳遞。這樣的系統通常被稱為混合光纖電纜系統，或HFC系統。有線電視運營商用以向系統中注入信號（例如，數據）以及從系統中提取信號（例如，數據）的複雜電子設備通常被稱為電纜數據機終端系統或CMTS系統。
[0005]本領域的現有技術的更加詳細的討論能夠在美國專利8311412中找到，該申請的內容通過引用合併在本申請中。
[0006]使用各種類型的CMTS系統和光纖結點的現有技術成果包括Liva等人的美國專利7149223 ;Sucharczuk等人的美國專利申請2007/0189770 ；Sawyer等人的美國專利申請2003/0066087 ;以及 Amit 的美國專利 7197045。


【發明內容】

[0007]隨著用戶對於日益增長的下載和上傳帶寬總量的需求的增加，HFC技術的進一步改進和提高是很有必要的。
[0008]本發明在某種程度上基於以下認識：為了對HFC技術進行進一步提高，背離現有技術方案對HFC網絡的CATV部分上的上行和下行數據進行分配，以及背離現有技術方案對HFC系統的光纖部分上的上行和下行數據進行分配是有用的。
[0009]當前HFC系統的光導纖維波長的光纖部分所使用的光波形通常只是被用於在CATV電纜上傳送RF信號的相同波形的頻移版本。儘管這些RF到光以及光到RF的波形複製方法具有簡單的優點，但是由於諸如拉曼散射之類的各種光導纖維信號傳播效應，這樣的RF到光的頻移CATV波形對於可用光導纖維頻譜的使用沒有效率。這是由於這些各種光導纖維效應使得各個波形變得模糊或者失真，從而導致相鄰光導纖維波長之間的串擾，並且根本沒有對基本CATV波形的光學版本進行優化以解決這些效應。
[0010]本發明在一定程度上基於以下方面：通過轉移到替代類型的波形，例如被用於傳送吉字節乙太網（GigE)信號的波形（通常使用諸如二進位相移鍵控（BPSK)或者正交相移鍵控（QPSK)調製之類的更加抗失真的波形），可以在光導纖維上發送高得多的數據量。單位波長的數據傳輸率能夠更高，並且不同的波長能夠更加靠近地進行間隔排列。諸如更低的噪聲水平和更低的功耗之類的其它有益效果也可以得到實現。
[0011]應當注意到從傳統HFC系統轉移到更加先進的系統的負荷，傳統HFC系統通過基本上在光導纖維上發送標準CATV RF波形的光學對應物（例如，QAM波形的光學版本）來工作，更加先進的系統使用替代性類型的波形工作。多年以來，在傳統HFC系統基礎建設中支出了數百萬美金或者更多，並且對各種管理該傳統基礎建設的軟體系統進行巨大投資。要在一夜之間廢除這一巨大投資是不現實的。
[0012]本發明在一定程度上還基於以下方面：減少向基於下一代數字光導纖維結點的HFC系統過渡的成本，至少初步保留了很大部分的傳統HFC系統同時還提供了數字光導纖維傳輸的有益效果的這些技術方案是更可取的。特別地，「插入式」頭端技術方案具有這方面的有益效果，「插入式」頭端技術方案通過在頭端處生成各種RF波形來使得傳統HFC頭端系統能夠繼續工作，但是隨後將這些RF波形進行有效解調或數位化以用於光導纖維傳輸。這些「插入式」頭端技術方案與「插入式」光導纖維結點技術方案共同工作，「插入式」光導纖維結點技術方案隨後還能夠將數字光導纖維結點有效調製或者數模轉換回到適合於注入到鄰域CATV電纜中的各種RF波形。這樣的「插入式」技術方案例如能夠使寫入新的管理軟體的負荷最小化，因為儘管當然為此需要一些硬體，然而解調或數位化RF波形的過程從軟體的角度來看相對簡單。甚至在數字光導纖維傳輸之前或之後壓縮或解壓縮該數據的過程也相對簡單。類似地，儘管同樣需要一些新的光導纖維結點硬體，獲取光傳送調製數據或數位化數據以及轉而使用該數據來調製光導纖維結點處的各個CATV RF傳送器（或數模轉換器）的過程從軟體的角度來看也並不複雜。對於HFC系統的運營商而言，向數字光導纖維傳輸的過渡至少在最初能夠是幾乎完全透明的。運營商能夠使用傳統軟體和系統來繼續運行頭端，還獲得數字光導纖維數據傳輸的有益效果。
[0013]一個附加的優點是，一旦下一代數字光導纖維結點（DOFN)處於合適位置，則HFC系統運營商隨後獲得進行附加的頭端改進的自由。特別地，根據對於HFC系統運營商而言合理的時間表，生成頭端RF波形的傳統設備能夠逐漸被淘汰，並且頭端設備最終被僅僅將數字數據傳送到各個CATV數字光導纖維結點處的設備所取代。本發明因此提供了一種溫和道路，即允許按照逐步的系列步驟（至少在根據需要仍然依賴於RF波形的實際的鄰域CATV電纜之前）將傳統HFC系統升級為更加有效率並且更加靈活的全數字系統。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖I示出了目前被分配用於典型CATV電纜的攜帶有傳統模擬電視FDM頻道、QAM數位電視頻道以及各種類型的DOCSIS數據的各個頻率和數據頻道的總體視圖。
[0015]圖2示出了被分配給現有技術的光導纖維波分復用方案（150)和高密度波分復用(DffDM)方案（160)的各個波長的總體視圖。儘管本發明可以使用DWDM方法，但是本發明並不需要DWDM方法並且在一定程度上降低對DWDM方法的需求，因為本發明能夠使用例如GigE光數據包（170)將更多類型的數字數據匹配到單波長上。
[0016]圖3示出了現有技術中HFC系統如何將數據從電纜頭傳送到為不同鄰域提供服務的不同光導纖維結點處。
[0017]圖4A示出了通過使用數字解調器和重調製器取代系統各端的模擬調製器和解調器可如何將本發明用於對基於傳統模擬光導纖維的HFC CATV電纜系統進行升級的示意圖。
[0018]圖4B示出了可如何將本發明用於對基於傳統模擬光導纖維的HFC CATV電纜系統進行升級的更加詳細的示意圖，該系統對由多個視頻QAM頻道和諸如DOCSIS IP數據之類的IP數據所組成的混合數據進行傳送。在此，傳統QAM頻道可以被解調為該傳統QAM頻道的潛在QAM星座符號。該QAM符號數據能夠與傳統IP數據一起被封裝到各個數字光數據包中並且以更加有效率的形式在光導纖維上傳送。在光導纖維結點處，數據包可被解析，並且通過使用QAM星座符號進行重調製來重新生成QAM頻道以驅動各個光導纖維結點QAMRF傳送器。數據還可以根據需要被適當壓縮和解壓縮以進一步改進數據傳輸的效率和速度。IP數據還能夠被從光數據包中提取出來並且被用於提供到基於光導纖維結點的CMTS系統。
[0019]圖4C更加詳細示出了可如何將本發明用於對基於傳統模擬光導纖維的HFC CATV電纜系統進行升級，該系統對由多個傳統視頻QAM頻道、諸如傳統NTSC視頻頻道之類的其它模擬RF頻道以及諸如DOCSIS IP數據之類的傳統IP數據所組成的混合數據進行傳送。在此，傳統QAM頻道可以被解調為該傳統QAM頻道的潛在QAM星座符號。其它RF視頻頻道可以根據需要通過數位化和選擇性壓縮來處理。該QAM符號數據、數位化RF頻道數據和傳統IP數據能夠被封裝到各個數字光數據包中並且在光導纖維上傳送。在DOFN光導纖維結點處，數據包可被解析，並且通過使用QAM星座符號進行重調製來重新生成QAM頻道以驅動各個光導纖維結點QAM RF傳送器，並且將數位化模擬RF頻道選擇性地解壓縮並提供到一包括有數模轉換器以重新生成模擬RF頻道的電氣系統中。如之前一樣，三種類型的RF波形隨後能夠被合路並且被注入到鄰域CATV電纜系統中。
[0020]圖4D對現有技術中的HFC系統與本發明的改進數字傳輸方法之間在下行數據傳輸方面的差別進行對比，現有技術中的HFC系統使用根據傳統CATV波形（例如，許多QAM波形）的1310nm光導纖維紅外模擬信號進行操作。相比於現有技術，因為本發明能夠使用各種數據包以數字形式傳送全部CATV數據，所以更高效的數據速率和優秀的IP數據包尋址能力使得能夠在相同波長上發送更多的不同類型的數據。本發明通過提供各個轉換器以在傳統波形與IP數據包之間向後或向前轉換而保留了向後兼容性。
[0021]圖5示出了工作在下行模式中的本發明的總體視圖，顯示了改進的「智能」D-CMRTS光纖結點如何能夠為用戶下行輸送更高有效量的定製數據。
[0022]圖6示出了本發明如何還可以將從標準（美國）5_42MHz上行頻率範圍分離的CATV上行/下行頻率重新分配到交替的並且通常更寬的上行頻率範圍。這有助於系統將遠遠更多的上行數據從本地鄰域傳送到電纜頭。
[0023]圖7示出了顯示D-CMRTS光纖結點如何工作的一個實施例的更加詳細的視圖。
[0024]圖8示出了 D-CMRTS光纖結點的CMRTS部分如何工作的附加細節。CMRTS部分提供了系統的許多更聞功能。
[0025]圖9示出了虛擬架管理器和配置資料庫可如何對各個D-CMRTS光纖結點以及可選地HFC網絡系統中的其它活動結點和交換機當中的大多數或者全部功能進行控制。
[0026]圖10示出了住宅網關（1100)，該住宅網關（1100)還能夠在具有為上行數據分配的擴展頻率（例如，5-547MHZ或替代的上行頻率範圍）的CATV電纜系統與被設計用於標準5-42MHZ上行頻率範圍的住宅設備之間進行轉換。

【具體實施方式】
[0027]命名法：在本說明書中，當與RF波形有關時，術語「傳統信號」通常被用於描述各種舊的標準CATV RF信號，例如NTSC(電視）信號、FM廣播信號、機頂盒信號等。然而應當理解，本發明的方法實際上使用任何類型的RF信號進行操作。因此，儘管被用於通過提醒讀者本發明的方法尤其適用於處理各種CATV傳統RF波形來提高可讀性，然而傳統信號這個術語並不用於進行限定。
[0028]當與光導纖維傳輸方法有關時，傳統信號通常指的是現有技術中的方法，該方法在保留RF波形的本質特性（例如，形狀）的同時僅僅將諸如QAMRF波形之類的RF波形變換為光波形。
[0029]繼續討論：
[0030]儘管本說明書更加關注HFC系統的光導纖維部分，應當注意到隨著系統的光導纖維部分被升級，CATV系統的CATV電纜部分中的進一步升級也是可能的。出於完整性的原因，以及為了提供這些改進中有多少能夠被結合以遞增地產生非常先進的HFC系統的總體視圖，還將對各個CATV電纜系統的升級進行描述。
[0031]如在該系列專利申請中先前的說明書中所討論的那樣，在HFC網絡的射頻（RF)側，CATV頻譜也未被有效率地使用。可用的5MHz至大約IGHz CATV頻率中的多數目前填充有QAM頻道，在大多數情況下，QAM頻道攜帶的下行數據（此時）實際上並未被連接到電纜上的各個住戶所使用。另一個問題是，僅CATV頻譜的一個極小範圍（通常為5-42MHZ)被分配用於上行數據。該相對較窄的頻率範圍必須攜帶用於整個CATV鄰域的上行數據。這對帶寬或者可從各個住戶處上傳的數據量產生極大的限制。因此，傳統的CATV系統是非對稱的，具有遠高於上行數據速率的下行數據速率。
[0032]因此，本發明或者一系列發明提出新的HFC系統和方法以攜帶高得多的上行和下行數據量。在HFC系統的光纖部分，本發明提出使用能夠遠距離攜帶高得多的數據量的非CATV兼容波形（例如，GigE而不是QAM波形）。在HFC系統的電纜部分，在該系列中的其它發明提出改進的系統和方法，該改進的系統和方法更加有效率地使用CATV電纜的有限的5MHz至I-GHz帶寬。
[0033]本發明在某種程度上通過使用智能光導纖維結點來運行，並且本發明在某種程度上是在先前共同未決美國專利申請中所討論的CMRTS光導纖維結點的進一步擴展。
[0034]在一些實施例中，本發明可以是以運行在混合光纖CATV電纜（HFC)網絡中的數字光導纖維結點為基礎的系統和方法。這樣的系統通常包括電纜頭端，該電纜頭端通常與諸如網際網路或其它高速數字網絡之類的IP主幹網進行IP通信。這些HFC網絡通常還包括一個或更多各與頭端通信的光導纖維，以及至少一個且通常為很多的數字光導纖維結點(DOFN, digital optical fiber node)。
[0035]這些數字光導纖維結點與之前在各個共同未決的申請中描述的電纜數據機遠程終端系統（CMRTS)以及數字電纜數據機遠程終端系統（D-CMRTS)具有相同的元件，這些共同未決的申請例如美國母專利申請12/692582、61/385125、12/907970、13/346709、13/478461以及13/555170和13/674936，這些申請的內容通過引用而合併到本申請中。因此，這些數字光導纖維結點（DOFN)將作為D-CMRTS單元在本發明的替代方式中被頻繁地討論。
[0036]為了形成HFC系統，這些各個DOFN或D-CMRTS單元被連接（S卩，以RF通信的方式)到各個CATV電纜（例如，能夠進行RF傳輸的同軸電纜)上，並且被連接到至少一個CATV電纜裝置上，CATV電纜裝置為各種電纜數據機、機頂盒、數位電視、計算機等。
[0037]按照早先發明中所描述的，儘管發明人的早先的D-CMRTS單元從一開始被設計為具有很高的能力以向CATV系統提供附加數據處理能力（例如，高於並超出目前的DOCSIS3. O標準），然而一個具有挑戰性的問題是，如何在具有大量傳統設備的環境中提供良好運行能力的同時提供更多的功能。
[0038]本方法的獨特方面是，在提供高級功能並且通常完全放棄在光導纖維上使用光學版本的標準QAM、NTSC、FM波形的同時，本申請所公開的改進的DOFN或D-CMRTS單元仍然具有很高的與傳統設備共同運行的能力。
[0039]在此，所公開的系統被設計具有很高的能力以運行在數字光導纖維域中（例如，使用諸如GigE之類的光導纖維數字傳輸協議），同時仍然提供諸如模擬NTSC電視頻道、FM音頻頻道、QPSK頻道、QAM頻道等攜帶各種類型的傳統模擬CATV RF波形的CATV RF信號。本發明具有的附加優點是，因為數字數據傳輸協議能夠容易地從許多替代性的地址攜帶數據包以及將數據包攜帶到許多替代性的地址，所以本發明的方法能夠在不使用例如大量的替代性的光導纖維波長的情況下運行。相比之下，在現有技術中的方法之下，需要使用大量的替代性的光導纖維波長以容納可來源於許多不同類型的傳統光導纖維結點的許多不同類型的模擬傳統CATV波形。
[0040]根據本發明，這樣的改進能夠通過例如使用高速模數轉換器將傳統CATV模擬波形轉換為數字形式和/或通過QAM波形調製為潛在的QAM符號來完成。該方法具有的優點是，在不需要系統知道波形的潛在數據內容的情況下，這些波形隨後能被變換為數字數據包（IP數據包）。
[0041]有關QAM符號方法的進一步討論，可以參見共同未決申請13/478461，「EFFICIENT BANDWIDTH UTILIZATION METHODS FOR CATV DOCSIS CHANNELS AND OTHERAPPLICATIONS(用於CATV DOCSIS信道和其他應用的有效帶寬利用方法）」，該申請的內容以引用方式合併在本申請中。
[0042]數位化波形數據隨後能夠作為IP數據包使用諸如GigE之類的數字光導纖維數據傳輸格式在HFC光導纖維上進行輸送。
[0043]更加特別地，任何類型的CATV傳統下行RF波形（例如，NTSC、FM、QPSK)和/或諸如各種QAM波形之類的更多的標準CATV下行RF波形能夠使用高速模數轉換器或其它的對這些傳統下行RF波形進行採樣和數位化的方法來進行數位化，從而產生傳統下行RF波形的數字樣本。該數字數據隨後能夠被轉換為IP數據包並在光導纖維上進行發送。替代性地並且更有效率地，在更多的標準RF QAM波形在被下行傳送的情況下，可以對這些使用各種潛在QAM符號所構造的複雜RF QAM波形進行解調並且確定出潛在QAM符號。這些解調的QAM符號隨後還能夠被轉換為各個數據包並且在HFC光導纖維或光纖上光學地下行傳送。
[0044]一旦作為只要處於IP數據包的形式，到達或來自各個裝置的這些IP數據包就可使用諸如廉價交換機之類的低成本設備則能夠被用於容易地對到達或來自各個裝置的這些IP數據包進行分類和輸送。
[0045]為了重構這些各個傳統CATV RF波形，在數字光導纖維結點或D-CMRTS單元處，各個RF數字重建裝置可以被配置為接收下行RF波形的數字樣本（數字樣本被數字地在光導纖維上下行傳送），並且將這些數字波形樣本重建到一個或更多個本質上重新產生原始RF波形的下行數字重建RF波形頻道中。
[0046]替代性地或附加地，在數字光導纖維結點或D-CMRTS單元處，還可存在一個或更多個重調製器裝置，該重調製器裝置被配置為接收在光導纖維上傳送的下行數字QAM符號，以及將這些QAM符號重調製為一個或更多個下行QAM符號，再次產生在本質上重新產生原始RF QAM頻道的重調製RF QAM波形和頻道。
[0047]為了提供更加高等級的服務（例如提供更高的CATV數據攜帶能力以及提供超過目前DOCSIS 3. O標準的功能），數字光導纖維結點或D-CMRTS單元通常還包含一個或更多個諸如QAM調製器之類的IP到QAM轉換裝置。這些QAM調製器可以被配置為接收在光導纖維上傳送的下行數字IP數據包，並且將這些數字IP數據包調製為一個或更多個基於下行IP的RF QAM頻道。這些基於下行IP的RF QAM頻道可以是廣播QAM頻道、窄播QAM頻道、點播QAM頻道等等。
[0048]通常根據本發明，數字光導纖維結點或D-CMRTS單元使用兩個或更多個上述選項，並因此使用RF合路器裝置並且隨後在CATV電纜上將這些各個RF頻道下行傳送到各個CATV電纜裝置，該RF合路器裝置被配置為將這些數字地重建的RF頻道、QAM符號重調製RFQAM頻道以及這些基於IP的RF QAM頻道中的任意頻道進行合路。
[0049]在一個實施例中，本發明可進一步為將傳統HFC CATV電纜系統轉換為改進的HFCCATV系統的方法，所述傳統HFC CATV電纜系統使用諸如被轉換為對應的光QAM波形的RFQAM波形之類的模擬RF波形的光學對應物在系統的光導纖維部分上傳送數據，所述改進的HFC CATV系統使用諸如乙太網幀和其它的光導纖維優化數字輸送協議之類的光導纖維優化協議來在光導纖維上傳送數據。根據該方法，傳統HFC CATV系統的大多數方面可以得到保留，然而在CATV頭端，光導纖維傳送器系統被改進的系統所取代，該改進的系統從傳統波形中提取潛在符號，將這些符號封裝為光導纖維優化數據包並且下行傳送。傳統光導纖維結點被改進的光導纖維結點所取代，該改進的光導纖維結點能夠接收數據包並且將符號重調製為適合於注入到系統的CATV電纜中的RF波形。
[0050]光導纖維數據傳輸方法：
[0051]如之前所述，現有技術中以一個或更多個CATV模擬調製的光波長的形式將HFC數據沿著光導纖維進行傳送是沒有效率的。也就是說，現有技術中的方法限制了能夠發送的數據的量。這是因為當模擬波形被轉換到光波長時，被用於在CATV電纜上傳送RF信號的模擬波形無效率地工作。由於包括拉曼散射在內的各種效應以及其它非線性光導纖維效應，當過多的模擬調製光波長被一起過於靠近（依照波長差）地置於光導纖維上時，不同波長之間的串擾有可能將（通常由許多QAM調製波形組成的）複雜CATVRF模擬信號退化至串擾導致該信號無用的點上。
[0052]因此，為了當在光導纖維上攜帶CATV調製模擬信號時防止CATV調製模擬信號的退化，波長必須被伸展到更寬。因此，由於串擾效應，光導纖維可能只能夠傳送幾個（例如，8個）未被有效地調製CATV信號，該信號各自每秒鐘傳送大約6吉比特的數據。
[0053]相比之下，如果使用更高效數字地調製的信號（例如，GigE數據格式），相同的光導纖維分支能夠傳送遠遠更多波長（例如，80)的信號，並且每個波長則可以傳送遠遠更多的數據，例如，每秒鐘傳送10至100吉比特的數據。
[0054]申請12/692582，在此（美國專利8311412)提出了生成在該申請中被稱為電纜數據機遠程終端系統（CMRTS)裝置的一種新型光導纖維結點的優點，CMRTS基本上將現有技術電纜數據機終端系統（CMTS)中的許多功能（比如生成QAM信號）從中央電纜頭向下推送到為鄰域CATV電纜提供服務的許多分布式光導纖維結點處。因此，根據申請12/692582，非CATV符合信號通過一攜帶有被更有效率的數字乙太網協議調製的光（例如，GigE信號）的光導纖維可以被發送到中央電纜頭或者從中央電纜頭髮送到各個遠程CMRTS光導纖維結點。CMRTS光導纖維結點隨後將這些非CATV符合信號轉換為CATV符合RF信號，例如，多個不同的RF QAM調製信號和/或其它類型的信號。
[0055]曾經為12/692582的部分繼續申請（CIP)的母申請及共同未決申請13/674936進一步建立在該概念上，並且進一步提出通過降低或丟棄附加的向後兼容性要求而獲得的優點，該向後兼容性要求例如傳統RF波形（例如，QAM波形）被沿著HFC光導纖維傳送的同時保留基本的波形特徵（例如要求光QAM波形與RFQAM波形相同）的要求。
[0056]其它與純粹的向後兼容性的背離也可以被減少。例如，根據本發明，現有技術中的CATV上行要求，即上行數據必須作為5-42MHZ範圍中若干2MHz寬的QAM頻道進行攜帶，可被丟棄以支持使得更大量的上行數據被傳送的替代性的上行方案。也就是說，5-42MHZ範圍可以被擴展到更高頻率範圍，例如被擴展到5-547MHZ範圍，這使得上行數據能夠被更高速率地傳送，但是當然會消減下行數據的傳輸速率。
[0057]然而，即使上行帶寬問題在HFC系統的CATV電纜側得到了解決，但是如果根據現有技術的方案（例如，以基本不變的形式在光導纖維上擠壓（shove)模擬信號）使用光導纖維，那麼光導纖維目前限制了速率。也就是說，如果使得大量的具有自己的CATV電纜分支的不同鄰域能夠開始傳送遠遠更多的上行數據，除非在HFC網絡的光纖部分上發送數據的方法有所改變，否則在光纖階段將很快出現瓶頸。這是因為現有技術中處理上行數據的HFC方法通常僅僅將模擬RF調製的CATV上行波形簡單地轉換為等同調製的光導纖維紅外光波形，並且隨後在光導纖維上返回該數據。儘管這樣的轉換過程能夠使用廉價轉換器容易地完成，然而如之前所述，該方案具有的缺點是並沒有針對光導纖維進行優化。考慮對來自多個鄰域的上行數據進行集中的問題。儘管來自每個鄰域的CATV RF數據都可以被轉換為稍微不同的紅外頻率，被置於光導纖維上，該光導纖維被合路並且複合多波長信號在該光導纖維上被上行發送，但是低效率的CATV RF調製方案意味著每個波長僅攜帶相對較少量的數據。進一步地，因為串擾效應，與能夠被集中的數據對應的不同鄰域的數量同樣被限制。因此，由於現有技術的低效率，光導纖維攜帶上行數據的潛在巨大能力很快變得有限。
[0058]然而，通過對HFC系統在光導纖維上低效率地攜帶傳統模擬RF波形方面是完全向後兼容的這個要求進行降低，能夠通過在光導纖維上傳送數據之前將上行數據重新封裝為更有效率的調製格式來處理本發明中生成的遠遠更高的上行帶寬量，該更有效率的調製格式例如數字（GigE)調製格式。因此,根據本發明，更少量的諸如GigE數據包之類的更高數據密度並且被更有效率地調製的光導纖維優化信號可以被發送。這克服了現有技術中光導纖維調製方案的低效率，並且有助於消除光導纖維上行傳輸瓶頸。
[0059]如同專利申請12/692582和13/674936，本發明在某種程度上依賴於完全不同的CMTS設計，其中，CMTS PHY部分中的QAM調製器（被用於最終提供用於將RF數據信號發送到給定獨立電纜的波形）通常不位於中央電纜頭處，而是被劃分並推送到HFC網絡的遠程光導纖維結點處。也就是說，相比於現有技術中QAM調製器位於中央CMTS單元上的主要(集中化，例如電纜頭)CMTS線路卡的PHY單元中的設計，在本發明中，某些或全部QAM調製器都位於遠程或分布式CMRTS光導纖維結點的PHY部分。
[0060]作為一個不太有利的實施例，並且當要求對於傳統設備具有更強的兼容性時，母申請13/674936提出，QAM調製器中的至少一些或諸如NTSC電視、RF廣播、機頂盒QPSK信號等的其它RF信號的發生器能夠仍然保留在頭端。
[0061 ] 在此，在本說明書中的優選實施例中，由傳統頭端設備輸出的全部傳統RF波形通常在光傳輸之前被數位化。該數位化能夠通過包括高頻模數採樣或通過例如對各個QAM或OFDM波形進行解調在內的各種手段來完成，從而確定出用於生成QAM或OFDM波形的潛在QAM或OFDM符號並且數字地發送結果。在光導纖維結點處，這些RF波形則能夠例如通過數模轉換和RF調製或使用數字地發送的QAM或OFDM符號以控制一個或更多個RF QAM或OFDM調製器來重新生成。
[0062]因此，這對於以標準IP數據包類型的數字數據的形式將數據下行傳送到各個光導纖維結點以及以數字形式接收上行數據通常是有用的。光導纖維結點能夠檢驗數據包，確定哪些數據包對應於哪些信號，並且例如隨後根據需要使用適當的數據包來對（例如，針對廣播QAM信號、窄播QAM信號、DOCSIS QAM信號等的）位於RF QAM調製器的各個光導纖維進行驅動。
[0063]在在先申請12/692582中，這些具有本地QAM調製器的高級光導纖維結點被稱為電纜數據機遠程終端系統（CMRTS)單元。在該系列的其它申請中，為了更好地強調這些單元的一些實施例可以使用數字波分復用（例如，使用諸如lGigE、10GigE、ΕΡΟΝ、ΒΡ0Ν、GP0N、10GP0N、SONET、光纖頻道、FSAN等等的交替數據傳輸格式）來正常工作，本發明的CMRTS單元的替代性實施例被表示為D-CMRTS單元，其中D可以被用於象徵D-CMRTS單元對傳統信號的數字編碼/解碼方法。在本申請中，因為在此也提出了替代性的數字光導纖維數據傳輸方法，在某種程度上，作為數字光導纖維結點或DOFN術語的替代，該先前使用的D-CMRTS術語將被保留。然而注意到，在該說明書中提出的特定DOFN結點在權利要求書中被適當地限定，並且在該說明書中被反覆提到的先前使用的D-CMRTS並非用於限定，儘管先前使用的D-CMRTS對於幫助限定各種有用的替代性DOFN實施例很有用。
[0064]為了更好地強調HFC系統的頭端處的功能改變，頭端處的更強能力的電纜數據機終端系統（CMTS)通常被稱為D-CMTS單元，其中D再次被用於象徵D-CMTS單元的數字編碼能力。這些單元的輸出通常被用於驅動一個或更多個頭端光導纖維雷射器（例如，光傳送器）。這些光導纖維雷射傳送器以及相關的電子設備通常被稱為傳統光導纖維傳送器系統。
[0065]如同之前在12/692582中公開的CMRTS單元，本申請所公開的D-CMRTS/D0FN單元通常也位於HFC系統的光纖部分與HFC系統的電纜部分之間的最終網絡光纖結點（FN)處。
[0066]在12/692582中所述的CMTS系統中，一些QAM調製器位於頭端處的中央化CMTSPHY部分中，同時一些QAM調製器位於遠程CMRTS單元中。CMTS QAM調製器被用於使用RFCATV(例如，QAM)調製的紅外光信號在光導纖維上發送數據，例如，電纜TV頻道的標準化數據包以及通常可能由許多鄰域請求的的基礎等級的DOCSIS服務。這有助於維持對於現有技術中的HFC系統的向後兼容性。
[0067]在本發明中，為了集中於本發明的能夠為用戶提供更大量的上行和下行數據的方面，該類型的向後兼容性是次優選的。在優選實施例中，在光導纖維上傳輸的全部數據將根據光導纖維優化格式而不是傳統RF波形的簡單光學版本進行數字編碼。
[0068]在此，由於需要維持向後兼容性，(在光導纖維上從頭端到光導纖維結點的下行傳輸或者從光導纖維結點到頭端的上行傳輸過程中）諸如QAM波形、NTSC電視波形、QPSK波形等的各種傳統頭端波形能夠使用各種方法被數位化以用於傳輸，並且隨後在光導纖維傳輸之後被重建。如之前所述，這些數位化方法能夠從強力一直到更加複雜的方法，強力即就是在奈奎斯特頻率（例如，潛在波形的最高頻率的2倍）附近的高速模數採樣，更複雜的方法例如對各種QAM或OFDM波形進行解調以提取用以首先生成RF波形的潛在QAM或OFDM符號。
[0069]通常，強力，也就是高頻模數採樣方法可能更加適合於傳統NTSC、FM或QPSK波形(頻道）。相比之下，QAM或OFDM解調方法可能更加適合於傳送各種SD或HD數位電視的QAM頻道、DOCSIS QAM或OFDM頻道等等。
[0070]因此，本發明的一些實施例可以選擇在任何電纜頭中不具有QAM調製器並且通過光導纖維發送純粹非CATV兼容波形（例如，數字IP數據包）。這些系統可以依賴於遠程D-CMRTS/D0FN單元以生成系統中的全部下行QAM信號。
[0071]因此，在一個實施例中，本發明是用於對混合光纖電纜（HFC)網絡的數據攜帶能力進行增強的方法，該HFC具有電纜頭、光導纖維網絡、多個光導纖維結點、多個連接到多個光導纖維結點（D-CMRTS單元）上的獨立CATV電纜以及被連接至獨立CATV電纜中的每個的多個獨立電纜數據機，每個數據機具有不同的數據要求。
[0072]該方法可以通過使用在一個或更多個波長下運行的至少一個光導纖維來工作以將第一組下行數據從電纜頭輸送到光導纖維結點。第一組下行數據可以以數字格式被傳送，該數字格式不能夠通過簡單的光到RF轉換器而被直接注入到獨立CATV電纜中。
[0073]在此，通常大量的數據可能被傳送以使得如果全部第一組下行數據都被轉換為RFQAM波形，那麼該數據的帶寬將超出系統中單獨CATV電纜中任何一個的可用帶寬。為了避免該問題，通常僅該第一組下行數據的選擇的部分在這些光導纖維結點處被轉換為下行RFQAM波形。
[0074]對於（具有自身光導纖維結點和CATV電纜的)任何給定CATV電纜鄰域，光導纖維下行數據的被選擇部分可能不同。在光導纖維結點處，數據包將被選擇，並且這些被選擇的數據包被轉換為下行RF QAM波形，該下行RF QAM波形轉而將被注入到獨立CATV電纜中。
[0075]在此，主要限制是，對於每個獨立CATV電纜，下行RF QAM波形應當被選擇以使得所選擇的下行RF QAM波形的總量不超過獨立CATV電纜的可用帶寬。
[0076]在一個優選實施例中，本發明的D-CMRTS/D0FN單元通常被設計為高度軟體可配置的，以使得D-CMRTS/D0FN單元運行其遠程或分布式QAM調製器以發送下行數據的能力以及D-CMRTS/D0FN單元運行各個RF數據包處理器的能力都能夠使用遠程軟體進行重配置，各個RF數據包處理器從各個電纜數據機接收調製的上行數據的多個RF突發，對突發進行解調，將該上行數據數位化並重新組裝為數據包以及對將該數據重新上行回傳。這樣的方法能夠大大簡化分布式D-CMRTS/D0FN網絡的管理和配置。
[0077]作為一個簡化的示例，為了將標準化TV頻道集和其它服務供給到三個鄰域中的三個電纜上，傳統頭端設備在其PHY單元中可能具有QAM調製器（參見圖7中的614)，該QAM調製器被設置為通過處於光波長的多個QAM信號來驅動光導纖維。
[0078]為了在維持高水平的向後兼容性的同時轉換到全部數字光導纖維傳輸，頭端可以具有數字轉換器單元（399)，在替代性實施例中其偶爾被稱為數字光導纖維傳送器系統，數字轉換器單元（399)能夠對來自傳統頭端QAM、FM、QPSK調製器和其它RF調製器（614)的輸出進行攔截，並且通過相對非智能的方法（高速模數轉換器、QAM或OFDM波形解調到QAM或OFDM符號）將該輸出數位化。來自這些轉換器的數字輸出隨後能夠被封裝到諸如GigE數據包之類的合適的數字數據包中，並且沿著光導纖維（218)連同其它（例如，來自GigEPHY調製器620)的數字流量一起被傳送到光導纖維結點。
[0079]在一些鄰域中，簡單的「非智能（dumb) 」轉換器和「非智能」光導纖維結點能夠從傳統頭端設備（614)取得該數字數據，並且通過諸如數模轉換￠00)、使用QAM符號進行的QAM解調（603)之類的各種簡單方法將數字數據轉換回QAM、FM和QPSK信號。這些「非智能」轉換器和光導纖維結點隨後能夠將這些重建的RF信號注入到那些配備有「非智能」轉換器和光導纖維結點的鄰域CATV電纜（226)中。
[0080]在一些實施例中，電纜頭端可能不具有QAM調製器（或者其CATV PHY單元614中的諸如RF和QPSK調製器之類的其它調製器），並且沿著網絡（218)的光纖部分到達各個D-CMRTS/D0FN光導纖維結點的全部信號可被數字地調製為GigE或其它格式。
[0081]本說明書中的一些示例比如圖7示出了混合工作模式，其中，一些鄰域中的一些傳統「非智能」轉換器和光導纖維結點與其它鄰域中的更多高級D-CMRTS光導纖維結點結合工作。其它示例示出了不再需要對於非智能光導纖維結點的向後兼容性的純粹GigE模式。本發明的一個優點是：
[0082]因為D-CMRTS單元通常將光導纖維和各種數字乙太網（GigE)協議作為其主要通信手段進行使用，該GigE光纖數據要求通過遠程D-CMRTS單元（304)中的部件（例如，600、603)進行轉換、格式變換以及QAM調製。D-CMRTS單元中的QAM調製器隨後提供射頻（RF)QAM信號，該RF QAM信號能夠被注入到電纜中並且被附接在各個電纜上的電纜數據機識別。
[0083]如之前所述，在本地D-CMRTS光導纖維結點處生成CATV RF數據中的一些或全部的最大優點之一是使用諸如各種數字GigE數據傳輸方案之類的調製方案的光導纖維能夠攜帶大量數據，這些調製方案針對光導纖維介質的信號傳輸特性可被優化。也就是說，通過消除對用於在CATV電纜上發送RF數據的信號波形（通常為QAM波形）的直接且簡單的來迴轉換的需求，光導纖維信號不但在單位波長中攜帶更多的數據，而且使得附近光導纖維波長處的更大量的信號能夠以最小的幹涉進行發送。
[0084]如同在先公開12/692582，本發明在某種程度上依賴於以下觀察：在當前級別的稀疏間隔尺寸（其中多個鄰域由相同的CATV QAM信號提供服務），對於來自服務多個鄰域的多個電纜的IP點播需求數據的總需求可能容易地使有限的CATV帶寬飽和。也就是說，當某種定製不存在時，因為數據不符合CATV電纜而無法被全部發送到每個人。然而，在更精細級別的間隔尺寸上（其中每個鄰域可以具有自己的定製CATV信號），針對獨立鄰域的IP點播需求數據更加有可能適合於每個鄰域的CATV電纜的有限帶寬。
[0085]該技巧因而通過挑出並選擇待傳遞到每個鄰域的標準QAM與QAM IP/點播信號的混合來避免使每個鄰域的特定CATV電纜帶寬過載。
[0086]軟體控制方法：
[0087]如之前所述，本發明系統和方法的一個很大的優點是，該系統和方法允許有線電視運營商大量保留傳統HFC控制軟體的使用，至少在最初階段得到保留，對全數字光導纖維數據傳輸方案的升級對於有線電視運營商以及各個CATV用戶住戶在很大程度上都是軟體透明的。
[0088]然而，因為至少在全數字光導纖維傳輸方案的最初轉換之後本發明還允許根據需要實現更加先進的功能，所以還會對這些更加先進（非透明）的軟體控制方法進行說明。
[0089]對於更加先進的功能，採用針對通過引用而合併到本申請中的12/692582所先前討論的計算機控制系統中的一些是有用的。
[0090]更加先進（S卩，非傳統）的計算機控制系統可以例如對為各個鄰域提供服務的各個電纜上的可用帶寬進行管理。當被用於更差的向後兼容以及更高的性能模式中時，例如之後在本說明書中討論的階段3升級步驟，計算機化系統可以對由任何給定的中央D-CMRT線路卡傳送的「標準」 QAM頻道（如果存在)以及由遠程D-CMRTS/D0FN單元傳送的用戶定製或「優質」 IP/點播QAM或邊緣QAM頻道進行改變。
[0091]在CATV術語中，電纜頭處的各個CMTS系統通常被稱為「架」或「CMTS架」。在一些實施例中，本發明可以進一步將CMTS單元的功能從電纜頭分配到D-CMRTS/D0FN單元，D-CMRTS/DOFN單元可以被分配到遍布整個網絡的廣為分布的光導纖維結點處。
[0092]從網絡管理的角度來說，在需要使用傳統控制軟體的兩種情況中，以及在需要更加先進的控制軟體的情況中，通常更為簡單的是其它網絡設備和軟體繼續與該網絡分布式D-CMRTS/D0FN單元通信好似網絡分布式D-CMRTS/D0FN單元仍然是單一的電纜頭CMTS (500)。因此，在一個實施例中，管理網絡分布式CMTS的該計算機控制系統和軟體也被稱為「虛擬架」硬體和軟體，因為計算機控制系統可以對包括在分布式CMTS系統運行中的複雜配置問題進行管理以及隨後在需要時使該複雜性屏蔽於系統的其餘部分。因此，電纜頭系統的剩餘部分不需要被重新設計以處理分布式CMTS功能，而是可以繼續處理本發明的分布式CMTS就像處理現有技術的非分布式CMTS —樣。
[0093]因此，在一些實施例中，虛擬架硬體/軟體系統可以例如將以下各項作為輸入:多個鄰域上對於基本TV頻道和基本DOCSIS服務的用戶需求，單獨鄰域中對於高級或優質點播TV或優質DOCSIS IP服務(IP點播)的用戶需求以及可在電纜上攜帶的未限制數量的QAM總頻道。
[0094]在第一選項中，虛擬架系統簡單地使用由有線電視運行商提供的無論哪個空白QAM頻道進行工作，並且工作以在此整體限制內對到達用戶的數據進行優化。
[0095]在第二選項中，為了發送更多的數據，虛擬架系統可以有效得多。虛擬架系統可以例如指導頭端線路卡的PHY單元(614)中的QAM調製器來停止在QAM頻道(頻率)上發送信號，以空出此QAM頻道(頻率)以用於鄰域特定QAM頻道(頻率)。對於本發明，該過程通常走向極端，並且中央頭端可能不發送任何傳統QAM信號。這空出了最大數量的QAM頻道以用於隨後的鄰域特定優化。
[0096]在第三選項中，虛擬架系統可以命令D-CMRTS/D0FN單元對其鄰域CATV頻譜或調製方案進行重新分配以使得更多的上行數據能夠被傳送。例如，D-CMRTS單元可以與各個被CATV電纜連接的住宅網關(參見圖10)共同工作以將更大數量的CATV帶寬分配給上行數據。
[0097]在任一選項中，虛擬架系統可以命令頭端GigE PHY￠20)單元使用諸如GigE波形之類的光導纖維優化數字數據攜帶波形將鄰域特定(IP/點播)數據發送到那些鄰域。虛擬架系統隨後命令為目標鄰域提供服務的光纖結點上的遠程D-CMRTS採用此IP/點播數據、使用本地CMRTS裝置(604)對數據進行解碼和QAM調製、以及使用目前空白QAM頻道(頻率)將此目前RF調製QAM數據注入到用於該特定鄰域的電纜上。
[0098]虛擬架系統還能夠命令為不同鄰域提供服務的不同光纖結點上的遠程D-CMRTS單元來採用來自大量上行GigE數據的用於此鄰域的IP/點播數據，對此數據進行解碼和QAM調製，以及同樣將此目前RF調製的QAM數據注入到用於該鄰域的電纜上。
[0099]注意到通過本方法，即使鄰域可能選擇性地(為了向後兼容性)從頭端接收一些公共傳統QAM頻道和數據，然而整體CATVQAM頻道可以不相同。不如說，至少對於IP/點播數據來說，相同的QAM頻道(頻率)目前攜帶用於兩個不同鄰域的不同數據。
[0100]通過使用這些系統和方法，各個電纜和QAM頻道的有效數據攜帶能力得到增大。然而，與此同時，如果中央化計算機系統(虛擬架)被正確配置，則該更加先進的交換配置的大部分複雜性仍能夠被選擇為對於上相(電纜頭)和下行(電纜數據機)系統不可見，因此能夠具有與現有HFC設備的良好的向後兼容性。
[0101]對傳統信號進行解調/數位化所需的設備:
[0102]如同以引用方式合併在本申請中的12/692582、13/675936以及其它討論，在一些實施例中，系統可以基本上獨立於電纜頭處的傳統CMTS或D-CMTS單元工作，並且基本上通過在電纜頭處添加最少的新設備來補充現有技術中傳統設備的功能。
[0103]在此，電纜頭處的該新設備可以包括對傳統QAM、FM、QPSK波形進行轉換以用於數字輸出的各種數字轉換器(399)。該實施例中的單元(399)還應當被認為具有足夠的板載計算能力以提取該數據，接著將數據封裝為諸如各種乙太網數據包之類合適的數字光導纖維輸送格式，以及還提供光導纖維光源(例如，一個或更多的光到纖維雷射傳送器)以傳送數字光導纖維信號。
[0104]對於更加先進的功能(例如，階段3的功能)，其它光學設備可以包括介質等級2/3交換機(629)、虛擬架管理系統(622、630)、以及適合的MAC和PHY裝置以沿著光導纖維發送和接收數據。
[0105]在一些實施例中，為了方便將DOFN從階段I向階段2、階段3能力以及更高升級的過程，如同其內容以引用方式合併在本申請中的母專利申請13/555170的教示，使用軟體可配置組件(例如，使用FPGA和DSP部件)對於實現DOFN很有用。在這些實施例中，HFC系統運營商僅需要在光導纖維上發送合適的配置軟體到例如階段1D0FN以將DOFN重新配置為階段2能力，而不需要指派員工到現場進行人工DOFN升級。
[0106]對於更加先進的功能，在一些實施例中，系統的各個部分可以被嵌入到高級D-CMTS (數字電纜數據機終端系統)頭(500)中，該高級CMTS頭至少具有第一數據包交換機、第一 MAC (Media Access Control,介質訪問控制)以及第一 PHY (Physical Layer,物理層)，第一 MAC和第一 PHY可選地能夠將數據作為多個第一數字編碼模擬QAM波形(第一光信號)從層2-3交換機接收數據並發送到光導纖維。
[0107]在其它實施例中，該第一 PHY(614)和第一 MAC(612)可以被省略，並且作為替代的D-CMTS頭實際上可以僅使用第二 MAC(618)和第二 PHY(620)，第二 MAC(618)和第二PHY(620)能夠將來自層2-3交換機的數據接收並發送到光導纖維。
[0108]如之前所述，儘管在優選實施例中，全部的HFC光導纖維信號都以數字格式進行發送，然而系統仍能夠工作在更強向後兼容模式中。在此，諸如標準的HFC 1310nm波長之類的向後兼容的波長可以被保留用於現有技術中的模擬調製光導纖維信號(例如，QAM波形)，該信號隨後可以使用轉換器單元被數位化以用於光導纖維傳輸。本發明的數位訊號隨後工作在不同波長上，並且第二頭端PHY可以使用該替代光波長對來自IP主幹的數據進行接收和發送。
[0109]使用類似的數字協議(例如，諸如GigE之類的各種IP數字協議)來發送傳統(數位化模擬調製光導纖維信號)數據和高級數據通常很方便。這是因為相同交換機可以被用於對傳統信號和高級功能信號進行處理。這是因為當全部數據流使用相同類型的數字協議時，如之前一樣簡單交換機能夠被用於發送相關數據包到相關信宿，並且一旦數據包到達其預期的信宿就使用適合的設備對這些數據包進行處理。
[0110]如之前所述，儘管在一些實施例中，可以根據需要使用許多光導纖維波長來發送和接收數據，然而本發明的數字光導纖維傳輸技術能夠降低使用多個光導纖維波長的必要性，並轉而降低成本。
[0111]為了幫助提高傳統HFC的向後兼容性，D-CMRTS/D0FN光纖結點可以選擇性地包含一個或更多外置的「非智能」數字的光到RF(射頻)轉換裝置(參見圖6中的401)，該轉換裝置將現有技術調製光信號的數位化版本轉換為第一模擬光信號集或RF信號集，該現有技術調製光信號在光纖的第一端處使用CMTS PHY (614)作為QAM波形進行發送，使用轉換器(399)進行數位化，在光導纖維上數字地發送，以及隨後被重建為原始波形的副本。根據電RF到數字光導纖維轉換的方向的不同，這些轉換裝置通常被稱為0-D/A-E轉換器或A-E/O-D轉換器(即，光學-數字到模擬-電子轉換器或者模擬-電子到光學-數字轉換器)。然而，該功能通常被包含在D-CMRTS/D0FN結點(例如，600、601、603和605)中。
[0112]在替代並且通常更加昂貴(但是更高性能)的D-CMRTS/D0FN(300)、(304)單元被設計為工作在多個不同光波長處的實施例中，該單元可以包含一個或更多波長分路裝置，例如作為單元的內部交換機(560)的一部分的Brag濾波器、稜鏡、光柵以及類似物，以根據需要對各個光導纖維波長進行分離和組合。在一些實施例中，這些波長分路器可以是工作在軟體控制下的可調諧波長分路器。儘管在本發明的範圍內，這樣的實施例可能由於額外設備的成本而有點過於昂貴。因此，這樣的多個波長實施例通常被用於極高(例如，點播)數據輸送情況中。
[0113]D-CMRTS可以具有至少一個(並且通常為多個，例如多達160個或更多的)CATV RF信號發生器，例如，QAM或OFDM調製器裝置。這些裝置將能夠將數字編碼的光導纖維數據(例如，潛在的QAM或OFDM符號數據)的所選擇部分檢測並編碼為各個類型的RF CATV波形。該裝置的交換機(560)例如可被用於挑選出數字採樣傳統RF信號，並且將這些信號發送到數字-光學到模擬-電學(RF)轉換器￠00)，因而產生原始傳統RF信號的副本。交換機還可以被用於挑選出包含有潛在QAM符號的調製傳統QAM信號(波形)，並且將這些QAM符號發送到QAM調製器(603)，因而使用另一方法產生原始傳統RF QAM符號的副本。交換機還可以被用於對來自連接到頭端的IP主幹的IP數據包進行處理，並且將IP數據包發送到合適的QAM調製器(例如，邊緣QAM調製器607或604)。後者對於各種點播視頻和DOCSIS應用特別有用。
[0114]該QAM或OFDM調製器可以是CMRTS/DOFN PHY單元的一部分，並且在CMRTS/D0FN的至少更加先進的實施例經常可以具有對應的MAC和數據包交換能力，以及可選的控制器(例如，微處理器和相關軟體)以選擇數字調製光信號(以及必要的話，波長)中的各個部分並且根據需要控制數據包交換、MAC以及MHY (包括D-CMRTS QAM調製器)。
[0115]D-CMRTS/D0FN的更加先進的實施例通常還包括至少一個軟體可控交換機，該軟體可控交換機能夠被遠程定向以選擇數字編碼光信號中的至少一些並且引導所述至少一個D-CMRTS QAM調製器裝置將所選光傳送數位訊號編碼為所選擇頻率處的各個RF QAM波形(遠程地生成的QAM信號)。該軟體可控交換機通常是可選處理器或控制器的一部分或者由可選處理器或控制器控制。
[0116]D-CMRTS/D0FN還可以包含至少一個遠程軟體可控RF數據包處理器，該處理器能夠對至少一個電纜數據機產生的CATV RF-上行信號所攜帶的上行數據進行檢測、並且對所述上行數據進行數字重封裝以及將所述上行數據作為第三上行數字光導纖維信號進行重新傳送。
[0117]軟體可控交換機和/或軟體可控RF數據包處理器可選地能夠使用軟體來進行遠程配置以實現標準DOCSIS上行和下行功能的至少一個子集。例如，在上行側，DOCSIS上行時分多址(TDMA)和 DOCSIS 同步碼分多址(SCDMA, Synchronous Code Divis1n MultipleAccess)功能中的一個或更多可以被實現。在下行側，諸如16級、32級、64級、128級和256級QAM調製模式之類的DOCSIS QAM調製模式可以被實現。根據所需要的D-CMRTS的功能級別的不同，D-CMRTS在光纖結點處可以產生攜帶數字廣播視頻、數字點播視頻、數字高清晰度(HD)電視、聲音數據以及DOCSIS (數據)頻道的QAM頻道。
[0118]如之前在12/692582、13/674936以及別處所述，CMRTS/D0FN單元的至少一些實施例被公開為能夠實現尚未正式作為DOCSIS規範一部分的附加功能(即，非DOCSIS功能)，例如來自各種新型非DOCSIS標準機頂盒網關的上行信號，這些附加功能也可以使用D-CMRTS/D0FN 來實現。
[0119]在此，對該選擇性非標準功能中的一些進行更加詳細地說明。D-CMRTS/D0FN單元的更加先進的版本被配置為實現尚未正式作為DOCSIS規範中的一部分的附加功能，即非DOCSIS功能。該附加功能能夠包括對增加的來自各種新型非DOCSIS標準機頂盒網關的上行數據量進行處理的能力。在另一個示例中，更加先進的D-CMRTS/D0FN單元可能能夠更加智能地根據各個住宅中更加高級的機頂盒所生成的數據內容需求消息來分配下行QAM頻道。也就是說，如果住宅需要訪問特定的視頻頻道，例如，住宅的機頂盒發送命令到本地D-CMRTS/D0FN單元以請求該頻道。該頻道可能已經能夠用於D-CMRTS/D0FN單元，因為D-CMRTS/D0FN可訪問來自光導纖維連接的大量數據流，但是為了保留稀有的CATV帶寬，本地D-CMRTS單元僅根據請求為該數據分配CATV QAM頻道。D-CMRTS/D0FN單元的其它實施例可能還能夠具有許多其它功能。
[0120]如另一示例，CATV電纜的一個持久性問題是，RF信號的信號衰減特性隨著頻率以及電纜分支的特定特性進行變化。較低頻率頻道的消減不同於較高頻率頻道。使用目前的全部頻率處的全部QAM頻道都在電纜頭產生的「一體適用」方案，在全部QAM頻道除頻率外進行相同調製的情況下很難輸出標準CATV信號。先比之下，因為D-CMRTS/D0FN單元可能生成在本地生成一些或全部RF頻道(例如，QAM頻道)，所以有可能使用各種軟體可調節參數對各個RF QAM波形進行頻譜改造以針對鄰域的CATV電纜的頻率特性上的衰減進行調整。因此，相比於現有技術中較低頻率或者較高頻率頻道中的一些通常具有更多噪聲的方法，現在又可能保證在不考慮頻道頻率的情況下全部頻道具有低噪聲。
[0121]因此，本發明提出了通過能夠提供優於其他競爭者的領先服務使得有線電視運營商能夠根據需要在一系列的系統升級上逐漸區別於其他對手。能夠提供各種等級的D-CMRTS/D0FN，從被設計用於傳統HFC系統的近乎透明的升級的簡單單元到能夠對DOCSIS功能的超集或完整的不同功能集進行處理的更加先進的D-CMRTS/D0FN單元，因為D-CMRTS/D0FN單元能夠被用於將HFC系統的功能擴展為遠超過標準DOCSIS功能。
[0122]在此，術語「超集」被用於表示附加(非標準DOCSIS)功能。因此，例如，如果具有足夠的向後兼容性以執行DOCSIS功能的全集或者DOCSIS功能的子集的D-CMRTS/D0FN還可實現附加的非標準DOCSIS功能，則該D-CMRTS/D0FN可被描述為實現DOCSIS「超集」。附加的非標準DOCSIS功能(非DOCSIS功能)的其它實施例包括對各種形式的數字視頻進行傳送，例如，標準數字視頻、高清晰度HD數字視頻以及根據需要的各種形式的數字視頻。
[0123]各種D-CMRTS/D0FN裝置通常具有軟體可控交換機和軟體可控RF數據包處理器，並且通常包含有自己的微處理器或微控制器以及存儲器(例如，快閃記憶體、ROM、RAM或其它存儲裝置)以包含操作交換機和處理器所需的軟體，對從虛擬架管理器發送的命令數據包進行解釋，以及將數據包傳送到虛擬架管理器。
[0124]為了更大的靈活性，各種D-CMRTS/D0FN裝置可以使用用於各個MAC和PHY單元的各種軟體可重配置現場可編程門陣列(FPGA)裝置以及數位訊號處理器(DSP)裝置進行構建，如共同未決申請 13/555170，「DISTRIBUTED CABLE MODEM TERMINAT1N SYSTEM WITHSOFTWARE RECONFIGUABLE MAC AND PHY CAPABILITY (具有軟體可重配置 MAC 和 PHY 能力的分布式電纜數據機終端系統)」中詳細所述，該申請中的內容以參考方式包含在本申請中。這些FPGA和DSP單元可以是軟體可重配置的，以能夠使用各種類型的QAM和其它調製方案的傳送器和接收器，例如，濾波器組傳送器和濾波器組接收器。這些可以使用哈裡斯(Harris)等人(「Digital Receivers and Transmitters Using Polyphase Filter Banksfor Wireless Communicat1ns (用於無線通信的使用多相濾波器組的數字接收器和發送器)」，IEEE Transact1ns on Microwave Theory and Techniques (IEEE 微波理論和技術會報)，51 (4) ,1395-1412頁，2003)的方法來進行構建。還可以使用其它替代方法。
[0125]D-CMRTS/D0FN單元通常還具有RF合路器裝置或者至少附加在合路器裝置(例如，雙工裝置或者復用裝置)上，該合路器裝置將全部各種RFQAM信號與其它CATV信號進行合路以產生合路RF信號，該RF信號適合於注入到連接在至少一個電纜數據機上的CATV電纜中。雙工或復用裝置還可以作為頻率分路器或可調頻率分路器以管理一些頻率範圍，例如，用於上行功能的5-42MHZ以及用於下行功能的其它頻率範圍，例如，54-870MHZ。這些頻率範圍可以在軟體控制下根據需要進行調整。
[0126]可替代地，該復用裝置可以在實際的D-CMRTS/D0FN單元之外；然而D-CMRTS單元通常依賴於用於功能的內部或者外部合路器(例如，雙工或復用裝置)。
[0127]如之前所述，儘管傳統HFC軟體的使用是本發明的一個巨大優點，然而當需要更加先進的功能時，也能夠實現更加先進的功能。為此，本發明的更加先進的版本通常可以附加地具有中央化計算機系統或計算機處理器來運行對本發明的功能的許多方面進行控制的軟體(例如，虛擬架軟體)。如之前所述，因為現有技術中功能不分散的CMTS單元通常被稱為「架」，所以對本發明的更加先進的分散D-CMRTS/D0FN單元的功能進行控制的計算機軟體可替代地被稱為「虛擬架」。該「虛擬架軟體」理想地以易於管理並且優勢理想地對電纜頭透明的方式對分散D-CMRTS/D0FN系統高得多的複雜型進行管理，以使得電纜頭中的其它設備對本發明的分散D-CMTS-D-CMRTS系統的更加複雜的數據分布特徵進行處理，猶如該系統像現有技術中的更簡單的CMTS系統一樣運行。
[0128]對於更加先進的功能，計算機處理器和「虛擬架」軟體的一個重要功能是至少對數字光信號和遠程產生的QAM信號或OFDM信號進行選擇和控制。正如所要說明的那樣，這些信號的管理方式能夠極大地增加可用於電纜系統用戶的IP點播數據量。
[0129]圖1示出了分配給現有技術中的CATV系統(100)的各個頻率和數據頻道的整體示意圖。代表性地，諸如5-42MHZ的低頻被分配以用於將數據從獨立電纜數據機「上行」傳送回到電纜頭(102)。代表性地，使用時間共享的TDMA(Time Divis1n MultipleAccess，時分多址)方式來傳送上行數據，在此方式中，在大約2MHz寬的QAM頻道上為獨立電纜數據機分配一定時間以傳送數據。從大約54MHz開始直到大約547MHz的空間被分配給在大約6HMz寬的FDM頻道上傳送的傳統模擬電視頻道(104)。在更高頻率處，頻率(空間、帶寬)被分配給在大約6MHz寬的QAM頻道上傳送的數位電視(106)，並且之上的空間被分配給DOCSIS服務(108)，DOCSIS服務可以傳送聲音、點播視頻、IP和其他信息並且同樣通常為一系列的6MHz寬的QAM頻道。在大約IGHz以上，儘管將來的服務可能進一步擴展到該範圍，但是該電纜帶寬過去和現在很少被使用。
[0130]更高頻率的電纜帶寬和頻道的使用對於本發明是無關緊要的。如果可用，本發明可以使用這些帶寬和頻道。如果不可用，本發明對現有的電纜頻率和帶寬進行處理。
[0131]現有技術中的CATV電纜因此具有最多大約100-200個下行QAM頻道的有限帶寬，以及非常有限的上行帶寬。當該帶寬被用於為大量不同的用戶提供大量不同的定製類型的數據時，該帶寬很快就被耗盡。由於上行帶寬的極端限制，上行帶寬迅速變為限制性的。
[0132]示出了現有技術中的CATV頻譜分配如何被更加簡化地描述的示圖如下(110)、
(120)所示。該圖示被用於各個圖中以更加清晰地示出本發明的CATV頻譜分配方面中的一些，以及示出本發明有時如何背離現有技術中的CATV頻譜分配。
[0133]「上行」區段(112)是全部現有技術中的CATV上行頻道的抽象，包括目前使用的5-42MHZ範圍中的上行頻道。「視頻」區段(114)是對以下頻道的抽象:幾乎廢棄的現有技術中的模擬TV FDM頻道，以及標準「數字視頻」頻道，以及一旦模擬頻道被逐步淘汰則會被很快重新利用的模擬帶寬進行佔用的數字視頻頻道。區段(114)還代表其它的標準數字廣播和FM頻道，並且通常可以代表任何標準化的下行頻道集，這些標準化的下行頻道集通常不會在不同的用戶和鄰域集之間進行定製。
[0134]「D0C1」頻道(116)(根據使用模式的不同)可以是目前或者未來DOCSIS頻道的全集或者子集。如在本說明書中通用的那樣，DOCl通常代表DOCSIS服務的基本集，該基本集被提供用於在更高性能的IP/點播或者D0C2頻道(118)出現故障的情況下供鄰域備用。DOCIQAM頻道通常被選擇從而不耗盡CATV電纜的全部帶寬，以使得一些剩餘QAM頻道可用於鄰域定製D0C2頻道。「IP/點播或者D0C2」頻道(118)本質上(根據使用模式的不同)是CATV電纜上剩餘可用的下行帶寬，並且通常被保留以用於傳送鄰域特定數據(IP/點播數據)，該鄰域特定數據(IP/點播數據)通常由不同的通信介質(例如，第二光纖或第二波長並且通常使用非QAM協議)從電纜頭輸送到獨立鄰域。
[0135]注意到當討論現有技術中的使用時，通過光導纖維發送到一組鄰域的DOCl(Iie)和IP/點播(118)頻道的總和決不能超過(或者至少未曾超過以避免幹擾)CATV電纜的有效帶寬(即CATV電纜的攜帶能力以及電纜數據機檢測電纜RF信號的能力)。
[0136]與之相比，當敘述本發明時，儘管D0C1(116)和IP/點播(118)RF波形或信號的總和絕不會超過以每個鄰域計的CATV電纜的有效帶寬，通過光導纖維發送到一組鄰域的DOCl (116)和IP/點播(118)頻道的總和會經常超過以一組鄰域計的CATV電纜的有效帶寬。
[0137]如果使用光學方法(即，光纖)來傳送相同的CATV頻譜以使得相同的波形使用相同的頻率間隔但僅僅是轉移到光波長來傳送，則該頻譜被指定為(120)，但是各個波形則保持相同的術語以減少混淆。
[0138]在一些實施例中，本發明有意地背離現有技術中的CATV頻譜分配方案。特別地，如之後所述，可以充分地增大為上行數據保留的帶寬的量。這可以通過例如背離為上行數據保留的傳統4-42MHz範圍並且為上行數據分配更多的CATV RF頻率來實現。
[0139]相比於在本發明的一些實施例中可選地使用的高密度波分復用(DWDM)方法，圖2示出了為現有技術中的光導纖維波分復用方案分配的各個波長的總體視圖。在此，目前使用的光導纖維波長(150)包括通常被用於對諸如各個QAM頻道之類的各個CATV RF頻道進行傳送的1310nm O波段波長(152)，各個CATVRF頻道大體根據相同的CATVRF波形但在根據方案(120)的光波長處被調製。通常以C波段中的大約1550nm(154)傳送補充數據，因為根據非優化CATV波形對波形進行調製，所以通常在必須使用相對較大的波長間隔相互分離並且單位波長攜帶次優化數據量的光波長和波形上傳送補充數據。
[0140]相比之下，如果根據諸如基於IP的GigE格式之類的相同數字格式來傳送全部數據，那麼以下各項將變得相對簡單:對任何類型的數據關於數據類型和數據目的地進行標記，以相同光波長(170)將數據轉存在光導纖維數字流中，並且隨後在光導纖維的另一端提取數字數據，根據數據類型和目的地進行分類，並且發送到適當的接受者。該全數字方法因此能夠具有超過DWDM方法的大量優點，因為生產光調製器(例如，光導纖維雷射器)以及解調器、波長分路器等等的DWDM成本能夠被縮減。
[0141]儘管憑藉全部數據通常在光導纖維上數字地被發送這一事實，本發明不要求使用高密度波分復用(DWDM)方法，然而對這樣的DWDM方法進行簡要檢測是有用的，因為DWDM方法使得本發明的全數字方法的優點更加明顯。
[0142]高密度波分復用(DWDM)概念在(160)中示出，並且藉助於共同未決申請13/555170以及臨時申請61/385125和61/511395進行更加詳細地說明，這些申請的內容以引用方式合併在本申請中。這些申請提出，向後兼容的傳統信號可以使用例如傳統O波段模擬信號以模擬方式進行傳送，並且附加的頻道和服務可以使用更加高效的調製數據信號(例如各種光導纖維GigE協議中的一個協議)以多個波長進行傳送，該多個波長例如一系列密集的波長162。這些臨時申請還提出，由於相比於更加現代的傳送數據的數字方法，現有技術中的QAM、NTSC、FM波形等當被用於光導纖維上時是相對沒有效率(以單位帶寬計的數據比特)的這一事實，現代的傳送數據的數字方法所提供的數位訊號傳輸方法的使用引起了數據傳輸速率的差別。
[0143]特別地，鑑於先前的QAM、NTSC、FM波形方法可以例如通過使用CATV兼容QAM、NTSC、FM波形(154)而被用於傳送4個C波段的波長，每個波長攜帶大約每秒6吉比特的數據，通過切換到數字方法，使用更加有效率的光導纖維信號調製方法有可能獲得更高的數據速率，例如高達80個C波段數據的波長(162)，每個波長攜帶每秒10-100吉比特的數據。
[0144]本發明因此依賴於該早期見解，並且以進一步的見解為基礎，該進一步見解為，通過對全部光導纖維流量進行完全數位化(例如，去除傳統模擬波形光導纖維流量)，儘可能進行智能壓縮(例如，使用QAM符號解調方法)並變為全部數字的，則以比特每秒計使用更少的光波長可傳送遠遠更多的數據，因此節省了處理額外光波長所需要的額外設備的成本。
[0145]然而，注意到當需要非常高的數據傳輸率(比特每秒)時，本發明仍可能使用DWDM方法。然而，在本發明中，全數字光導纖維傳輸的使用是優選實施例，並且DWDM方法的使用是儘管可以但是並不要求以實踐本發明的可選要素。
[0146]為了幫助顯示切換到全數字光導纖維輸送格式如何即便在單一光導纖維波長上也能夠幫助傳送更多數據，經常使用簡化的數字傳輸圖形(170)或(306)。注意到傳統的O波段模擬調製光信號(152)或C波段光信號(154)僅能夠攜帶最多大約每秒6吉比特(Gbit/s)，而由於模擬格式的低效率有效比特率遠小於此。相比之下，更加有效率的數字格式能夠以相同的波長傳送10、40、100、1000或更多的吉比特每秒或者更多，並且在此，有效比特率非常接近於理論比特率。淨效果是，通過切換到全數字模式，光導纖維上的相同波長現在能夠傳送遠比之前更多的數據。
[0147]圖3示出了現有技術中HFC系統(200)如何將數據從電纜頭(201)傳送到為不同鄰域(206)提供服務的不同光導纖維結點(204)處。每個鄰域通常由幾百個不同的房屋、公寓、辦公室或者商店(208)(在此統一稱為「房屋」)組成，每個房屋配備有自己的電纜數據機(未示出)。為了簡單起見，在此僅示出HFC系統的下行部分。
[0148]電纜頭通常被連接到IP主幹(212)和/或從一組源得到標準化媒體內容(210)(比如標準的各種模擬和數字視頻頻道)，並且還得到更多的獨立化數據(212)，例如點播視頻、來自包括網際網路的IP主幹的IP、以及其它來自其它源的獨立化數據。該數據被編譯到(214)處的大量不同QAM(當前還可以是FDM)調製的CATV廣播頻道中。此處也被示為(214)的CMTS架經常具有大量不同的刀片狀線路卡(216)。各種QAM頻道和IP數據被合路並且通過光導纖維(218)傳送到不同區域(鄰域組)。
[0149]注意到FDM調製的CATV寬帶信號是(用於老舊類型模擬電視的)NTSC模擬信號甚至是QAM信號，儘管QAM信號攜帶數字編碼信號，但是其自身仍然是模擬信號。由於歷史原因，在下行方向上，FDM/NTSC和QAM波形(信號)兩者在美國通常都具有大約6MHz的帶寬。
[0150]為了對此進行顯示，如之前圖1中所述，即使是在攜帶數字信息時，FDM/NTSC和QAM信號也被示為具有中心波長和帶寬以強調該信號本質上的模擬性質。這些模擬信號可以由光導纖維來攜帶，並且使用非常簡單並且廉價的設備被轉換為RF信號以用於網絡的CATV電纜部分。
[0151]如之前所述，典型的HFC網絡實際上具有更加複雜的拓撲。多個光導纖維通常為多個鄰域提供服務，而不是將一個光導纖維從CTMS發送到每個不同的鄰域。為此，來自CTMS側光導纖維的信號至少通常(使用光導纖維分路器(220))被分路為多個不同的子光導纖維(222)，並且每個子光纖依次將信號攜帶到不同的光導纖維結點(光纖結點，FN)
(204)處。在此，HFC網絡的相當複雜的環形拓撲將被簡化並且改為使用光纖分路器表示。
[0152]在光纖結點(FN) (204)處，光信號被轉換為CATV射頻(RF)信號並且通過CATV電纜(226)被發送到每個鄰域的獨立房屋(208)處的獨立電纜數據機處。代表性地，每個鄰域由25至幾百個房屋組成，這些房屋由連接到本地光纖結點(204)上的CATV電纜(226)提供服務。
[0153]因為CATV電纜(226)被連接到鄰域(206)中的全部房屋(208)上，如果鄰域中的一個房屋中的電纜數據機想要請求定製的點播視頻或者IP，則附接於該特定CATV電纜上的鄰域中的全部房屋實際上都會接收到該定製信號。儘管僅僅與請求房屋(未示出)相關聯的電纜數據機會實際對所請求的信號進行收聽和解碼，然而應當注意的是，如果鄰域中的每個獨立房屋在同一時間同時請求一組自己的定製的點播視頻或者IP，則CATV電纜的有限帶寬將迅速地達到飽和。因此，能夠被傳送到每個房屋的定製數據量存在上限，超過該上限時必須限制帶寬和/或必須拒絕額外的定製數據請求。
[0154]儘管電纜頭(202)處的CMTS架(214)的不同的刀片或者線路卡(216)能夠將不同的定製IP/點播頻道發送到不同的鄰域組，由於連接到相同的光線分路器上的全部獨立鄰域會得到相同的定製IP/點播信號，所以該過程的間隔尺寸並不是最優的。考慮到CATV電纜的有限帶寬，如果全部鄰域得到相同的信號，則能夠被發送到每個獨立鄰域的數據量在必要時必須得到限制以避免超過總共的可用帶寬。
[0155]圖4A示出了本發明如何通過將系統的各端的模擬調製器(201)和解調器(300)替代為數字解調器(399)和重調製器(300)來對傳統的基於模擬光導纖維(222)的HFCCATV電纜系統進行升級，其中，重調製器通常作為各種QAM調製器(712)等被嵌入在DOFN (300)中。DOFN被連接到光導纖維(222)的一側，並且鄰域CATV電纜系統(226)被連接到另一側。鄰域CATV系統如之前一樣依次連接到各個住戶(208)，並且還可以包含各種有源裝置(290)，比如放大器以對RF信號進行增壓等。CATV系統的頭端(202)在此被抽象為生成諸如QAM信號(106)之類的下行RF波形/信號的裝置。
[0156]圖4B示出了如何將本發明用於對基於模擬光導纖維的HFC CATV電纜系統進行升級的更加詳細的示意圖，該系統對由多個視頻QAM頻道(106)和諸如DOCSIS IP數據之類的IP數據(108)所組成的混合數據進行傳送。在此，傳統QAM頻道(106)可以通過轉換器裝置(399)解調為該傳統QAM頻道的潛在QAM星座符號。該QAM符號數據能夠通過轉換器裝置(399)與傳統IP數據(108) —起被封裝到各個數字光數據包中並且以更加有效率的數字形式在光導纖維(222)上傳送。在光導纖維結點(300a)處，能夠對數據包進行解析，並且通過使用QAM星座符號或OFDM符號進行重調製來重新生成QAM或其它RF頻道以驅動各個光導纖維結點QAM RF調製器/傳送器，例如(712)。IP數據還能夠被從光數據包中提取出來並且被用於提供到基於光導纖維結點的CMTS系統。
[0157]在此背景下，「封裝」意味著將來自相關輸入端的數據位、字節或者其它位向格式，連同合適的數據頭、校驗和、信源信息、信宿信息以及其它合適的控制信息一起封裝到諸如乙太網數據包或幀之類的數據包中。因此，使用QAM波形作為示例，數據為QAM星座符號，通常作為乙太網幀/數據包載荷的一部分。除標準乙太網幀結構數據以外，該載荷數據附加地包含與QAM符號在QAM波形中的相對位置或時間、QAM波形的信源(例如，頻道)、信宿頻道有關的信息，以及甚至是有助於對CATV電纜中的失真進行校正所需的QAM波形強度、QAM波形預失真、回波消除等信息，如同其內容以引用方式合併在本申請中的共同未決專利申請13/400415和13/478461。一旦數據包被接收，QAM符號數據或者其它數據就可被提取，並且系統隨後使用信源信息、信宿信息和其它合適的控制信息來正確使用QAM符號數據以按照最適合於隨時使用的方式準確地重建合適的QAM波形或其它類型的波形。
[0158]因此，本發明的一個重要應用是提供一種對傳統混合光纖電纜(傳統HFC)系統進行升級的方法，將之前配置為使用模擬光QAM波形在光導纖維上下行傳送數據的傳統HFC系統升級為被配置為使用數字光學傳輸方法在光導纖維上下行傳送數據的數字HFC系統。在此，如之前所述，傳統HFC系統通常包括頭端和傳統光導纖維傳送器系統，頭端被配置為產生下行RF QAM波形，傳統光導纖維傳送器系統被配置為將RF QAM波形轉換為下行模擬光QAM波形以下行傳送到至少一個傳統光導纖維結點。傳統HFC系統通常還包括至少一個傳統光導纖維結點，傳統光導纖維結點被配置為接收下行模擬光QAM波形、將模擬光QAM波形轉換為RF QAM波形，以及將這些RF QAM波形在至少一組鄰域CATV電纜上下行傳送。
[0159]為了升級該系統，通常附接在CATV PHY(614)與光導纖維電纜(218)之間的傳統光導纖維傳送器系統(201)能夠被替換為數字光導纖維傳送器系統(399)，數字光導纖維傳送器系統(399)被配置為通過解調QAM波形將至少一個下行QAM頻道作為多個QAM星座符號在光導纖維上傳送，對將QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或者其它數字傳輸格式幀中的QAM星座符號進行提取，以及在光導纖維上數字地傳送該多個乙太網幀或者數字傳輸格式幀。
[0160]轉換通常還需要將至少一個傳統光導纖維結點(204)替換為數字光導纖維結點(DOFN) (300)，DOFN(300)被配置為接收該多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀，提取這些下行QAM星座符號，以及使用這些下行視頻QAM星座符號來調製至少一個DOFN QAM調製器，從而產生下行QAM RF信號。
[0161 ] 在此，下行QAM頻道通常包括視頻QAM頻道、視頻邊緣QAM頻道或IP-QAM頻道。
[0162]在一些情況下，如其它地方更加詳細說明的，下行數據可以進一步包括諸如國家電視系統委員會(NTSC, Nat1nal Televis1n System Committee)之類的傳統RF波形或者諸如正交頻分復用(OFDM)RF頻道之類的更加先進的DOCSIS 3_1波形。在這些情況中，系統可以進一步例如通過以下方式對這些非QAM信號進行處理:
[0163]1:在頭端對NTSC或OFDM RF頻道進行數字採樣，產生多個數位化波形數據，將該數位化波形數據封裝在包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個數位化波形數據中，以及在光導纖維(222)上將包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的該多個數位化波形數據數字地下行傳輸。在此，在DOFN(300)處，系統可以接收包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的該多個數位化波形數據，提取該多個數位化波形數據，以及使用該多個數位化波形數據來驅動至少一個數模轉換器，從而產生轉而能夠被注入到鄰域CATV電纜(226)中的下行NTSC或OFDMRF頻道。
[0164]在下行數據可以由更加先進的(例如，DOCSIS 3-1)正交頻分復用(OFDM)RF頻道組成的情況下，這些OFDM RF信道可以通過以下方式被數字地傳送:在頭端(399)處解調OFDM RF頻道，將該多個OFDM符號封裝在攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個OFDM符號中，以及在光導纖維(222)上將攜帶乙太網幀或其它數字傳輸幀的這些OFDM符號數字地下行傳送。
[0165]在此情況下，DOFN(300)能夠被配置為接收攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的該多個OFDM符號，提取該多個OFDM符號，以及使用該多個OFDM符號來驅動至少一個OFDMRF調製器，從而產生下行OFDM RF頻道，並且還將這些OFDM RF頻道注入本地鄰域CATV電纜系統(226)。
[0166]以此方式，上行傳輸方法通常與上述下行方法一致。在此例如，當需要上行傳輸RFQAM頻道數據波形或者任何上行RF頻道數據波形時，對於上行RF QAM數據攜帶波形的情況，DOFN (300)或(300a)可以被配置為接收上行RF QAM頻道波形，將這些上行RF QAM頻道波形解調為多個上行QAM星座符號，以及將該多個上行QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中。D0FN(300)、(300a)隨後可使用光導纖維(222)將該多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到頭端(399)處。與上行RF OFDM頻道數據類似，DOFN (300)、(300a)能夠被配置為接收上行RF OFDM頻道數據波形，以及將RF OFDM頻道波形解調為多個上行OFDM符號。DOFN隨後能夠將該多個上行OFDM符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中並且如之前所述在光導纖維(222)上上行傳送。
[0167]作為另一替代性實施例，在上行數據為其它類型的RF波形(或者需要QAM以及OFDM上行波形)的情況下，DOFN能夠被配置為接收上行RF頻道數據波形，以及對這些RF頻道數據波形進行數字採樣以產生多個數位化波形數據。然後如之前一樣，DOFN能夠將該數位化波形數據封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸幀中，以及如之前一樣在光纖(222)上上行傳送到頭端。
[0168]從光導纖維HFC CATV系統上傳統模擬信號到光導纖維HFC CATV系統上更加先進的數位訊號的轉移過程能夠在各個階段或者進展中進行。在最簡單的升級階段或進展中，在此稱之為階段1，任何現有技術中的DOCSIS和CMTS同能能夠被保持原樣，並且僅僅在光導纖維上從頭端下行發送到各個光導纖維結點的視頻QAM波形需要被解調為QAM星座符號，封裝或打包為諸如各種乙太網數據包之類的合適的數字光數據包，以及下行發送到DOFN光導纖維結點，DOFN光導纖維結點轉而能夠從數字光導纖維數據包中提取各個QAM星座符號。這些DOFN光纖結點隨後能夠將這些QAM星座符號與各個DOFN QAM調製器一起用於重建作為RF QAM波形的原始頭端QAM波形，以及隨後在本地鄰域CATV電纜上將這些波形下行發送。
[0169]在優選的升級階段或進展中，在此被稱為階段2，來自各個視頻QAM頻道的解調QAM星座符號和各個IP數據(例如，來源於頭端CMTS單元的DOCSIS IP數據)能夠被封裝或者打包到合適的數字光數據包中，並且在光導纖維上被下行發送。DOFN優選地還被配置為使用數字協議在光導纖維上返回任何上行數據。
[0170]在再後來的升級階段或進展中，在此稱為階段3，電纜頭端不再需要被配置為生成QAM RF波形。電纜頭端反而能夠被更進一步簡化，並且能夠例如將視頻數據直接解譯為諸如QAM符號數據之類的數字數據，而不再需要頭端QAM調製器。電纜頭端反而能夠基本上為「全IP」或者全數字的。本申請中所述方法的一個優點在於，實現升級的階段I或階段2所需的DOFN還能夠被用於階段3升級，因此使得升級過程能夠根據預算和用戶需求的不同進行到各種進展步驟。
[0171]從模擬光導纖維系統升級到數字光導纖維系統具有很多優點。除了說明書中的其它部分所述的優點以外，還存在其它優點。
[0172]與需要高線性部件和信號傳輸方法並且在每個信號合路步驟處都會產生模擬信號的本底噪聲的模擬傳輸(其通常也需要放大步驟)相比，數字方法通常更優秀:
[0173]1:數位訊號傳輸方法通常能夠避免能夠對信號造成破壞的諸如串擾之類非線性偽像。
[0174]2:數字方法通常以較低的本底噪聲操作。
[0175]3:數字方法通常產生具有改善的信噪比的更高電平信號。
[0176]特別是對於被用於傳送或者驅動光導纖維信號的雷射器有限制的光導纖維方法，需要雷射器不會被過載。因此為了避免過載，以較低強度驅動各個模擬波形，並因此在諸如對光信號進行接收和解調之類的各個後續步驟處需要進一步放大，但是放大反而更進一步增加了本底噪聲。相比之下，針對光導纖維所優化的各個數位訊號協議能夠避免這些效應。
[0177]因此，通過轉換為在光導纖維上使用數位訊號傳輸協議，系統的整體功率需求還能夠得到降低。光導纖維雷射器不需要工作在很高的線性模式中，並因此能夠被偏置一個很小的電流量，從而減少傳送器的功率使用。進一步地，對於功率放大器的需求也被降低，通常每個放大器增加大約10-12瓦特的功率使用。因此，除本說明書的其它部分所討論的更高的數據吞吐量和更強的靈活性這些優點之外，還存在較低的功率使用以及較低的噪聲電平(即，更少的由噪聲引起的的數位訊號破壞)這些優點。
[0178]各種光導纖維數字輸送協議可以被用於實現這樣的數字的光導纖維傳輸目的。在一些實施例中，於從各種IEEE 802.3高速乙太網協議集中選擇協議是很有用的，IEEE802.3 高速乙太網協議集例如 IEEE 802.3ba、IEEE 802.3bm、IEEE 802.3bg、IEEE 803.3z等等。在此，根據所使用的傳統光導纖維的不同，還可以使用更遠距離能力的單模光導纖維(SMF，single-mode fiber)方法或者其它方法，單模光導纖維方法例如40GBase_LR4、100GBase_LR4、或 100Gbase_ER4、lOOOBase-X、1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-LX10、1000Base-EX、1000Base-ZX、1000Base-BX10。如果將在沒有實質升級的情況下使用傳統模擬光導纖維，則使用與模擬光導纖維所使用的波長(比如通常使用的1310納米傳統O波段波長兼容的數字協議(例如1000Base-LX、1000Base-LX10或100Base-EX)可能是更可取的，。如果優選地使用諸如C波段波長(例如，1550納米波長)的替代性波長，則諸如100Base-ZX之類的替代性協議的使用可能是更可取的。還可以使用諸如1000Base_BX10之類的許多其它協議。
[0179]圖4C更加詳細示出了如何將本發明用於對基於傳統模擬光導纖維的HFC CATV電纜系統進行升級，該系統對由多個傳統視頻QAM頻道、諸如傳統NTSC視頻頻道之類的其它模擬RF頻道以及諸如DOCSIS IP數據之類的傳統IP數據所組成的混合數據進行傳送。在此，一些部件進一步使用被用於圖7的術語來識別，並且此時將圖4C與圖7進行對比可能會有用，因為這兩幅圖高度關聯。
[0180]在此，如之前一樣，傳統視頻QAM頻道(106)可以通過使用轉換器單元(在此為399b)中的解調器裝置被解調為潛在的QAM星座符號。其它RF視頻頻道(104)根據需要可以使用轉換器單元(399)中的合適的模數轉換器電路通過數位化和選擇性的壓縮來處理。OFDM RF頻道根據需要還可以使用合適的解調器或數字轉換器(未示出)進行處理。該QAM符號數據、數位化RF頻道數據和傳統IP數據能夠可被封裝到各個數字光數據包中並且在光導纖維(222)上傳送。在DOFN光導纖維結點(在此示為300b以及304)處，可對數據包進行解析(560)，並且通過使用QAM星座符號重新生成或重新調製QAM頻道以驅動各個光導纖維結點QAM RF調製器/傳送器(603)。通過將數位化模擬RF頻道提供到包括有重新生成模擬RF頻道的數模轉換器(600)的電氣系統中以重建數位化模擬RF頻道(可選擇性地被解壓縮)。使用DOFN的CMTS/CMRTS單元對IP數據信號進行選擇並且將其轉換為合適的CATV波形。如之前一樣，三種類型的RF波形隨後能夠被合路(606)並且被注入到鄰域CATV電纜系統(226)中。
[0181]圖4D對現有技術中的HFC系統與本發明的改進數字方法之間下行數據傳輸的差別進行對比，現有技術中的HFC系統使用攜帶有經模擬CATV調製的1310nm波長信號的光導纖維來運行，本發明的改進數字方法使用數字(乙太網)調製的信號或者其它光導纖維優化的數位訊號格式。
[0182]在現有技術中的系統中，光導纖維(222)與CATV電纜(226)之間通過典型的現有技術中光纖結點(204)而發生的轉換過程被顯示出來，並且與本發明的改進D-CMRTS光纖結點(300)的轉換過程進行對比。為了簡單起見，在此僅示出該過程的下行部分。
[0183]在現有技術中的轉換過程中(上部)，光導纖維(222)攜帶標準化視頻信號以及(包含有數字信息的)模擬QAM信號以用於數位電視以及(能夠攜帶點播視頻或IP數據的)DOCSIS用途。
[0184]現有技術中的「非智能」光纖結點(204)簡單地將光導纖維的光FDM或者QAM模擬信號轉換為RF FDM或QAM信號並且將這些信號傳遞到CATV電纜(226)。因此，如果例如存在連接到該不同光纖結點上的四個不同的CATV電纜，則所有CATV電纜都會得到相同的定製IP/點播信號，並且非常低效率地依次將該信號傳送到並未請求該定製信號的可能的數千個非目標住戶處。
[0185]相比之下，通過使用本發明的改進「智能」D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)，任何傳統的標準化信號(例如，標準化視頻頻道)和(用於向後兼容性的)D0CSIS QAM頻道的全集或子集首先被數位化並且被光導纖維以數字格式傳送。該數字格式使得容易添加附加的(非傳統)數據(例如，點播視頻、DOCSIS超集服務)並且在被用於傳送任何傳統CATV數據的相同光導纖維波長上傳送該附加數據。
[0186]如果傳統數據在光導纖維上被傳送，則傳統數據可選地攜帶傳統CATV頻譜的數字編碼版本，該數字編碼版本在D-CMRTS單元處能夠被重建(320)為模擬格式成為RF QAM波形以及其它波形，這些波形可以可選地被注入CATV電纜(120)以用於備用或傳統操作。
[0187]為了強調光導纖維經常通過非CATV兼容或者QAM信號攜帶的方法來攜帶數據這一事實，由D-CMRTS光纖所攜帶的信號被示為一系列的線(306)以象徵數據傳輸的替代性數字(例如GigE)方法正在被使用這一事實。在此，每條線(306)代表到達不同的結點地址或者不同結點頻道或CATV波形的不同類型的數據流，這些數據流中的一些最終被轉換為QAM信號並且被發送到特定鄰域。
[0188]在本發明的改進D-CMRTS/D0FN光導纖維(300)處，在更加先進的實施例中，光纖結點的CMRTS單元可以附加地確定(或者至少選擇)由各個光導纖維數字數據包(307、308,310,312)所攜帶的哪個定製數據集被用於該特定D-CMRTS和鄰域，並且從光纖中檢索該信息。該信息隨後被QAM調製並且轉換為適當的RF頻率，安置在合適的空白IP/點播QAM CATV電纜頻道(314)、(316)、(318)上，並且隨後通過CATV電纜被發送到請求該特定數據的鄰域。在該鄰域處，來自請求該數據的房屋的特定電纜數據機可收聽該QAM頻道並且提取數據，同時同樣附接加在該電纜上的其它電纜數據機將忽略該QAM頻道以及/或者忽略該數據。
[0189]正如所看到的，攜帶各種類型數據的數字數據包(306)能夠被選擇並且根據需要以各種混合和匹配組合(316)、(318)被置於CATV電纜上。在此例如，(316)上的一個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(310)，兩個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(312)，並且一個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(308)。相比之下，對於(318)，兩個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(310)，一個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(308)，並且一個RF QAM頻道來自光導纖維數據包類型(312)。相比之下，(314)示出了來自以傳統模式工作的鄰域的CATV頻道，在該模式中的全部頻道來自光導纖維數據包，光導纖維數據包來自於數字採樣或者解調(320)的傳統RF信號(120)，傳統RF信號按原來樣子以數字格式簡單地被輸送並且隨後在D-CMRTS光纖結點(300)處或者替代性地使用更簡單的光數字到RF模擬轉換器類型的光導纖維結點被重建(320)回原始波形。
[0190]正如將要簡短敘述的，該方法允許更加精細的間隔尺寸以及相應更高的定製數據的傳輸速率。
[0191]如之前所述，在更加先進的實施例中，CATV電纜處的上行數據傳輸瓶頸還可以通過上行CATV帶寬重分配方案(參見圖10中的(390))而被打破。在此，被分配到上行數據傳輸的CATV RF頻譜量例如可以被增大，例如，從原始的5-42MHZ範圍被增大到例如5_574MHz或者其它更大的上限值。
[0192]圖5示出了工作在下行模式中的本發明的一個實施例的概括圖。在此，在該實施例中，改進「智能"D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)能夠對更大的有效定製用戶數據量進行輸送。在此，這些改進「智能"D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)在一些實施例中可以與電纜頭處可選的改進D-CMTS架以及改進D-CMTS線路卡共同工作(參見圖7中的500)。
[0193]在該實施例中，在頭端(202)處產生的諸如QAM波形(120)之類的任何傳統CATVRF波形可以使用轉換器單元(399)進行數位化並且被注入光導纖維(301)。該轉換器單元(399)可以通過例如被配置為從頭端接收下行RF波形和下行QAM頻道中的至少一個，對下行RF波形進行採樣和數位化(例如，使用簡單的高速模數轉換)和/或將下行QAM頻道解調為QAM符號，從而產生下行數字QAM符號來工作。在該實施例中，轉換器(399)隨後將數位化傳統數據數字編碼為諸如GigE數據包之類的適合的光導纖維數字輸送格式並且隨後將這些數據包與其它數據一起注入光導纖維(301)。
[0194]在之前圖3中所示的現有技術中的系統示例中，來自電纜頭處的現有技術中的CMTS單元(214)的光導纖維(218)通過光線分路器((220)被分路為三個子光導纖維(全部三個都攜帶相同數據)(222)，並且這些子光導纖維隨後被路由到三個不同的鄰域。因為來自光線分路器的全部光導纖維會攜帶相同的數據，包括定製數據在內的全部數據被低效率地發送到全部三個鄰域，儘管只有一個鄰域的一個房屋可能實際請求了該定製數據。
[0195]因此，現有技術中的CATV系統的有限攜帶能力(帶寬)很快變得飽和。
[0196]相比之下，通過使用具有改進D-CMTS線路卡的改進頭端D-CMTS架(500)以及本發明的數字傳輸方法，能夠即使在使用相同數量的現有技術中的光導纖維波長的同時發送更大數量的下行數據。再一次地，關鍵概念是使用被更加有效地調製的光導纖維數字數據輸送協議，例如，更高數據能力的GigE調製協議(304)。
[0197]在去往各個鄰域的過程中或者在各個鄰域處，光導纖維電纜和/或CATV數據信號可以可選地通過數字交換機(220D)。在此，本發明對於全部數字傳輸方法的使用提供了勝過之前提出的DWDM方法的優點。
[0198]在DWDM方法下，到達不同光導纖維結點或者多個光導纖維結點裝置的數據可以在不同波長處被傳送，從而要求交換機(220)是可以例如包含諸如軟體可控Brag濾波器之類更加昂貴的光學裝置在內的智能光纖分路器，該光學裝置工作以分出各個光導纖維波長並且根據需要將這些光導纖維波長轉移到不同鄰域。
[0199]相比之下，通過使用數字輸送方法，數字交換機(220D)能夠是相對低廉的多埠交換機，該多埠交換機工作以根據數字數據包頭等將各個數字數據包引導至各自的信宿。
[0200]為此，各個DOFN或D-CMRTS單元通常具有處理器、存儲器以及至少一個地址(例如，特定結點地址和/或一個或更多的諸如結點群地址之類的替代地址，當需要將相同信號發送多個結點時，結點群地址很有用)。DOFN或D-CMRTS單元通常被配置為對被送往各自地址的下行數字數據進行處理。
[0201]在此，同樣地，在光導纖維上傳送的IP數據包(例如，下行RF波形的數字樣本、下行數字QAM符號、或下行數字IP數據)通常具有特定的(例如，獨立結點或結點組)數字光導纖維結點地址。
[0202]在一些實施例中，數字交換機(220D)可以是安裝在頭端或者安裝在頭端與各個數字光導纖維結點(D-CMRTS單元)之間的某處的多埠交換機。該交換機(220D)因此能夠被配置為讀取特定的數字光導纖維結點或D-CMRTS地址；以及將下行RF波形的各個數字樣本、下行數字QAM符號或下行數字IP數據中的任意一個引導至與其特定的數字光導纖維結點地址對應的特定數字光導纖維結點，而不管該光導纖維結點地址為獨立結點地址或者特定的結點地址群。
[0203]在此，全數字方法的使用還有助於降低各個D-CMRTS/D0FN的成本。然而在先前的DWDM方案下，各個D-CMRTS單元自身可能已經通過使用更加昂貴的波長分路器(比如軟體可控Brag濾波器)從多個光導纖維波長中提取了數據，數字數據包的使用使得這樣的波長分路器的使用變得可選。在目前的全數字方案下，各個D-CMRTS單元基本上能夠從整體數字數據包流(306、307、308、310、312)中撿取並選擇各個D-CMRTS單元可能需要的GigE格式化數據，提取該數據，對各個數據類型進行重建、重新調製或QAM調製，並且隨後輸出可以是最初在不同數字數據流(307、308、310、312)上攜帶的數據的複合數據的CATV RF信號(通常又是QAM頻道)。
[0204]該「混合與匹配」過程使用(316)和(318)中所示的各個黑色拋物線、虛線拋物線以及點線拋物線表示，各個拋物線表示將要通過D-CMRTS光纖結點I和D-CMRTS光纖結點2輸出到鄰域I和鄰域2中的CATV RF調製數據。在此例如，如之前一樣，鄰域I上的下行CATV數據(226)、(316)被示為黑色拋物線(最初從光纖數字數據包310中得到的數據)的混合，虛線拋物線(最初從光纖數字數據包308中得到的數據)的混合，以及黑色點線拋物線(最初從光纖數字數據包312中得到的數據)的混合。注意到針對鄰域2的數據的混合(318)不同於鄰域I。然而鄰域I僅從光纖數字數據包(310)取得很少量的數據(黑色拋物線)以及從光纖數字數據包(312)取得較大量的數據(兩個黑色點線拋物線)，在此，用於鄰域2的D-CMRTS/D0FN單元(300)從光纖數字數據包(310)中選擇更多的數據(兩個黑色拋物線)以及從光纖數字數據包(310)中選擇更少的數據(一個黑色點線拋物線)。
[0205]還注意到D-CMRTS/D0FN單元具有對用於在CATV電纜上傳送該數據的頻率進行決定的自由。在此，D-CMRTS/D0FN單元在附接在CATV電纜上的各個住戶裝置上行發送的命令和/或從電纜頭端發送的命令的基礎上確定將什麼數據放置在鄰域CATV電纜上。如之前所述在更加先進的實施例中，D-CMRTS/D0FN光導纖維結點通常被軟體控制。
[0206]在更加先進的實施例中，由於該軟體可控，對大量光導纖維頻道上攜帶的巨大數量的GigE格式化數據進行組合併且重新封裝的鄰域特定(或至少鄰域區域特定)能力、系統的下行能力現在能夠遠高於現有技術中的HFC系統。
[0207]還注意到一些向後兼容性在必要時能夠得到保留。在此，例如，光纖數字數據包(307)仍能夠被用於數字地傳送諸如QAM信號之類的傳統CATV RF信號。這能夠通過以下方式得以實現:使得轉換器(399)攔截傳統信號，使用相對「簡單」的模擬-RF到數字光學單元或者通過對QAM波形進行解調來數位化傳統信號，提取QAM符號，以及隨後以數字格式傳送QAM符號。
[0208]這些數位化傳統信號能夠繼續被發送到「非智能」或「傳統」光導纖維結點「204」，並且數字光數據(例如，通過光學-數字到模擬-RF單元或者通過將數字QAM符號饋送到本地QAM調製器中)而被重建。兩個操作能夠使用光導纖維結點處的最小的板載智能部件來完成，因此為「非智能」標籤。該「非智能」光導纖維
[0209]在圖5中，本發明的改進「智能"D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)為鄰域I和2提供服務。相比之下，鄰域3僅由「非智能」傳統光纖結點(204)提供服務。該傳統光纖結點可以通過簡單地將模擬光導纖維波形轉換為對應的RF波形來工作。
[0210]圖6示出了本發明運行以上行發送數據的一個實施例。如之前所述，在CATV電纜處，由於之前所述(卻是可選的)為上行數據分配更多CATV帶寬的方法(例如，使用頻譜重分配)，多得多的上行數據能夠被發送。因為頻譜重分配更加容易繪製，所以在此通過用於鄰域I和2的被標為「上行數據」的兩個黑色點線或虛線拋物線來表示將要沿著CATV電纜進行傳送的該更大的上行數據量，從而示出了更大量的上行頻譜。相比之下，能夠使用現有技術中的方法傳送的更少的上行數據量通過用於鄰域3的被標為「上行數據」的一個黑色拋物線來表示。在此例如，鄰域3可能使用為上行數據分配5-42MHZ的標準美國CATV上行劃分，而鄰域I和2使用諸如為CATV上行數據分配5-85MHZ的替代方案。在此例如，可具有對各個RF信號進行合路、分路或者雙工復用功能的RF處理器(606)能夠被切換到替代模式，該替代模式背離目前的5-42MHZ上行和54-870MHZ下行標準，並且實際上分配5_85MHz範圍給上行並例如分配92-870MHZ範圍給下行。
[0211]如之前所述，如果更大的上行數據量使用相同的低效率(對於光導纖維)CATV信號調製方案(同樣通常為QAM調製)沿著光導纖維系統被簡單地向回傳送，則光導纖維自身很快變為速率限制的瓶頸。為了避免該問題，根據本發明，D-CMRTS/D0FN結點可以提取該上行數據，並且將上行數據重新封裝為更加有效率(對於光導纖維)調製的GigE格式。附加地或替代性地，根據本發明，數字交換機(220D)或智能光纖合路器(220)自身可以獲取由連接各個鄰域的光導纖維(222)所發送的上行數據，以及提取該上行數據並且以更加有效率(對於光導纖維)調製的GigE格式對上行數據重新封裝。
[0212]儘管上行內容的大部分包括相對標準的QAM波形，然而至少一些傳統CATV系統還能夠提供各種不尋常的上行RF波形(例如來自各種較老的機頂盒等的各種QPSK頻道)、OFDM波形(例如，用於D0CSIS3.1的OFDM波形)等。然而，試圖對每個以及所有可能的上行波形進行解析以得到內容是非常繁重的。為了避免該負擔，在此僅僅對所見到的波形進行數位化的更加通用的方法可能是有用的。
[0213]因此，為了能夠對可能的豐富多樣的可能RF CATV波形進行數位化並且可選地進行上行輸送，與此同時可能的話試圖保留光導纖維帶寬，在一些實施例中，數字光導纖維結點(D-CMRTS單元)附加地具有以下中至少一個:
[0214]I:RF數字轉換器裝置，配置為接收在CATV電纜上傳送的上行RF波形，並且使用例如高速模數轉換器對這些上行RF波形進行數位化，以及產生數字編碼的上行RF頻道數據。
[0215]2:因為許多上行RF信號都是QAM波形，為了光導纖維帶寬效率，通常仍需要具有RF解調器裝置，該RF解調器裝置被配置為接收在CATV電纜上傳送的上行RF QAM頻道，並且對RF QAM頻道進行解調以及產生最初被用於建立各種上行QAM波形的上行數字QAM符號。根據需要還能夠對OFDM波形進行同樣操作。
[0216]3:附加地，為了獲得高性能，通常還需要具有QAM到IP轉換裝置，該QAM到IP轉換裝置被配置為接收在CATV電纜由上行QAM RF頻道傳送的上行數字IP數據包，並且提取所述上行數字IP數據包，從而產生上行數字IP數據包。根據需要還能夠對OFDM波形進行同樣操作。
[0217]一旦該數字數據被產生，數字光導纖維結點或D-CMRTS/D0FN單元通常還具有數字數據到光轉換器裝置，該數字數據到光轉換器裝置被配置為對這些數字編碼的上行RF頻道數據、上行數字QAM符號和上行數字IP數據包中的任意項進行合路，並且在光導纖維上數字地上行傳送該數據、符號和數據包。
[0218]更加具體地，注意到在一些實施例中，D-CMRTS/D0FN單元自身可以使用諸如RF-模擬到光學-數字轉換器或QAM解調器之類相對簡單的數位化方法對上行CATV RF信號進行提取、數位化並且以諸如GigE之類的光纖數字格式將其發送回頭端。另外在此，通過簡單地給數據包一個合適的標籤或者標頭，集合來自許多D-CMRTS單元的數據並且將這些數據在相同的光導纖維頻道上(根據需要)全部上行向回發送則會相對簡單，較之替代性方法，再次增加了上行數據處理能力以及節約了成本。
[0219]因此在圖6中，來自鄰域I的大量上行數據(400，黑色點線拋物線)以及來自鄰域2的大量上行數據(402，黑色虛線拋物線)在替代性方案中最初能夠使用D-CMRTS光纖結點I和D-CMRTS光纖結點2(300)以各個不同的光導纖維波長沿著光導纖維(222)被上行發送以避免幹涉。
[0220]然而，因為根據本發明，D-CMRTS/D0FN單元可能已經將該上行數據重新封裝或者重新調製為更加有效率的光導纖維傳輸GigE格式，所以來自不同鄰域的該數據實際上可以通過使用相同的光導纖維波長被向回發送(如果需要該選項，這是因為更加便宜)。
[0221]注意到儘管本發明專注於本發明的全數字光導纖維傳輸方面，然而該專注並不排除沿著光導纖維(222)同時還可以存在模擬光導纖維傳輸的事實。
[0222]考慮針對鄰域3的情況。在一些方案中，D-CMRTS單元或者現有技術中的非智能光纖結點(204)可能已經簡單地或者相對被動地將上行CATV RF波形從RF轉變為諸如紅外光信號之類的光信號，並且隨後將「按照原來樣子」調製的上行數據重新傳送。
[0223]儘管該選項並不是排斥性的，然而在一個優選實施例中，非智能光導纖維結點
(204)可以被僅將上行CATV RF信號進行數位化(例如，使用諸如601或605的模塊)的非智能數字轉換器光導纖維結點所代替，並且根據標準光導纖維數字格式在光導纖維(222)上上行傳送該數字數據。如另一實施例，現有技術中的光導纖維結點(204)可以被保留，但是數字結點轉換器單元(401)可被置於適當位置以在數字光格式和用於傳統非智能光導纖維結點(204)的傳統模擬格式之間來迴轉換光導纖維信號。在此，在一些實施例中，該結點轉換器單元(401)基本上可以完成與之前在專利臨時申請61/385125和61/511395中所述的以前的交換機(220)相同類型的數據重新封裝和重新調製功能，該專利臨時申請的內容通過引用而合併到本申請中。替代性地，傳統光導纖維結點(204)可通過另一個傳統光導纖維(403)路徑保持與頭端保持連接，並且保留有傳統能力的頭端(202)在升級過程中能夠為剩餘的傳統光導纖維結點(204)充分地提供服務。
[0224]在本發明中，交換機(220)實際上作為多埠數字數據交換機(220D)進行工作，該多埠數字數據交換機(220D)可以根據需要工作在一個波長或者多個波長處，並且數據提取、數位化或重建功能以及模擬格式到數字數據包的重新打包功能實際上可被移動到諸如轉換器(399)和(401)之類的其它裝置。
[0225]例如，在該方案中，已經通過D-CMRTS/D0FN單元(200)將來自鄰域I的上行數據(黑色點線拋物線)以及來自鄰域2的上行數據(黑色虛線拋物線)數位化並重新封裝為各個數字數據包。
[0226]在沒有這樣的數字轉換的情況下，兩個上行數據源最初可能已經通過各個D-CMRTS單元在不同光波長上被發送。但是因為該數據現在已經在D-CMRTS單元處被重新封裝，來自兩個鄰域的數據目前能夠以相同的波長沿著光導纖維(301)被上行攜帶在光導纖維數字數據流(308)和(312)上。
[0227]圖7示出了 D-CMRTS光纖結點(300)、轉換器(399)和在具有改進D-CMTS線路卡的電纜頭處的改進數字電纜數據機終端系統(D-CMTS) (500)如何運行的更加詳細的視圖。
[0228]為了簡單起見，在此同樣主要示出系統的下行部分。通常情況下，D-CMRTS/D0FN單元會具有板載數字數據交換機(560)(使用光導纖維數字數據包或光導纖維數字數據包的電氣版本進行工作)，該板載數字數據交換機(560)被用於將各個光導纖維數據包引導至以及引導出其在D-CMRTS/D0FN內的正確的信宿裝置(例如600、601、603、604、605、607)。
[0229]儘管不要求使用多個光波長進行工作的能力，但是在需要使用多個光導纖維波長進行工作的替代性實施例中，交換機(560)則可以選擇性地還包括諸如一個或更多個Brag濾波器或其它裝置之類的光導纖維波長分路器以分出各個波長。這些光導纖維波長分路器可選擇性地是「智能」或可調諧濾波器，該濾波器可以在微處理器和軟體控制下選擇不同的波長。使用該分路器選擇的不同波長隨後被發送到諸如CMRTS單元(604)之類的各個子系統，該子系統能夠提取數字數據，重新封裝數字數據，並且生成用於CATV電纜的CATV QAM信號和/或其它RF信號。
[0230]為了向後兼容性，D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)、(304)還可以具有一個或更多簡單的光學-數字到模擬-RF(0-D/A-RF)轉換器￠00)以對任何數位化的傳統下行光導纖維數據進行轉換，該數位化的傳統下行光導纖維數據可以包含各個CATV NTSC、FM、QPSK的模數採樣版本或者甚至是從數字數據包重新回到各自的模擬RF波形的QAM波形。根據實施例的不同，(0-D/A-RF)轉換器可以直接對下行光數據進行作用，或者替代性地對下行光數據信號的電等價信號進行作用。
[0231]D-CMRTS/D0FN光纖結點可以附加地包含這些單元(601)的反向上行版本。這些上行單元採用從CATV電纜中選擇的上行RF信號，例如，機頂盒QPSK頻道或根據需要甚至是DOCSIS上行頻道，完成模數轉換，放入到數據包中，以及選擇性地轉換為上行光數據包或者允許諸如交換機(560)之類的稍後階段的裝置轉換為上行光數據包以發送回頭端。
[0232]同樣為了向後兼容性，D-CMRTS/DOFN光纖結點(300)、(304)還可以具有一個或更多個QAM重調製器裝置(603)以從下行光數據包中取得解調QAM符號，以及將這些解調QAM符號轉換回攜帶有相同數據負載的RF QAM波形，並且隨後通過RF合路器/分路器/雙工器(606)在CATV系統上下行發送。再次根據實施例的不同，這些QAM重調製器裝置可以直接對光數據進行作用，或者替代性地對光數據信號的電等價信號進行作用。
[0233]這些QAM重調製器裝置可以附加地包含這些單元的反向上行RF QAM解調器版本(605)。這些上行QAM解調器單元可以根據需要從CATV電纜取得諸如各個傳統DOCSIS上行QAM頻道之類的選擇的上行QAM RF信號，對RF QAM波形進行解調以對生成波形的潛在QAM符號進行提取，將這些解調的上行QAM符號放入數據包中，並且選擇性地將這些QAM符號轉換為上行QAM符號光數據包，或者允許諸如交換機(560)之類的稍後階段裝置將這些QAM符號轉換為上行QAM符號光數據包以發送回頭端。
[0234]D-CMRTS單元可以附加地包括一個或更多個光數據包(例如，光IP數據包)到RFQAM波形轉換器(607)。這些IP到QAM轉換器有助於例如對來自頭端的傳統廣播QAM頻道進行轉換，傳統廣播QAM頻道在頭端被解調並且被封裝為光數據包以用於光導纖維上的更加緊湊(例如，更低的帶寬需求)的輸送，該輸送比如果可能的話將整個傳統頭端模擬QAM頻道波形轉換為等效的光QAM波形的傳輸更為緊湊。在一些實施例中(未示出)，D-CMRTS單元還可以包含這些單元的反向版本，這些反向版本取得並調製上行QAM RF數據，將上行QAM符號重新封裝為IP數據包以用於光上行傳輸。
[0235]D-CMRTS/DOFN光纖結點(304)還可以包含一個或更多個CMRTS單元(604)，依照之前在圖4D中討論的方案，該CMRTS單元(604)可以從光導纖維(222)選擇至少一些GigE格式化數據(310)、(310)、(307)，對該數據進行QAM調製，並且將該數據發送到CATV電纜
(226)在一些實施例中，D-CMRTS單元(304)的CMRTS(604)部分通常起到之前在共同未決的申請12/692582中所述的作用，該申請的內容以引用方式合併在本申請中。
[0236]再一次地，儘管系統的一個關鍵優點在於，至少在初始升級階段中，可使得系統對傳統HFC軟體是幾乎完全透明的(即，能夠通過傳統HFC軟體運行)，但是應當注意的是，需要進一步的軟體升級來提供附加功能。在此，這樣的升級後混合和匹配系統在頭端(202)處會對D-CMTS單元造成相當大的配置和管理問題。如之前在母申請12/692582中還有在本說明書中所述，該複雜性可通過被稱為「虛擬架」的計算機化網絡管理系統和軟體來進行解決。
[0237]在改進「虛擬架」系統的一個實施例中，D-CMTS架和改進D-CMTS線路卡可以選擇性地被配置為具有數據包處理器￠10)以及MAC(612)和PHY^14)裝置或者功能以傳送標準CATV模擬、QAM、NTSC、QPSK和DOCSIS模擬信號，其中，可以使用轉換器(399)對信號進行數位化並且將信號作為一系列傳統光IP數據包(307)在光導纖維上輸送。
[0238]相同的CMTS架和線路卡還可以被配置為具有數據包處理器(616)、MAC(618)以及(620)功能以將作為GigE格式化數據的該數據中的一些或全部當做一個或者更多光導纖維波長上的各個數字光IP數據流(例如，308、310、312)。
[0239]因此，用於(308、310、312)的MAC(618)和PHY(620)能夠與被用於針對傳統信號(307)的光導纖維IP數據包的MAC(612) PHY(614)不同。
[0240]由改進線路卡傳送和接收的信號的精確混合根據被下行(南端)連接到線路卡上的光纖結點種類的不同而發生變化。
[0241 ] 例如，如果全部的光纖結點都是現有技術中的「非智能」光纖結點(204)，則D-CMTS線路卡僅可以傳送傳統數位化光IP數據包(307)，並且在通過轉換器(399)之後該特定D-CMTS線路卡的功能與現有技術中的CATVD0CSIS設備和光纖結點可以是向後兼容的。
[0242]也就是說，僅僅通過強力模數轉換、數字光學傳輸以及數模轉換，和/或強力QAM到QAM符號的調製、數字光學傳輸以及QAM符號重新調製為QAM波形的方法，光導纖維傳統IP數據流(307)可以傳送DOCSIS頻道的全集。
[0243]相比之下，如果全部的光纖結點都是「智能」改進D-CMRTS光纖結點(300)，則改進頭端D-CMTS/D0FN和CMTRS線路卡可以通過跳過傳統模式而只使用一個或更多個波長通過非傳統光IP數據包(308、310、312)以諸如GigE格式之類的光數字輸送協議發送全部數據來選擇使到達各個住戶的全部或者幾乎全部數據達到最大，並且將數據留給隨後對重新格式化並且轉換為CATVRF的調製方案諸如QAM調製進行操作的D-CMRTS單元(300)、(304)。
[0244]該方案因此允許最大的定製數據量被發送到電纜的特定分支上的房屋中。
[0245]在使用「非智能」光纖結點(204)和「智能」CMRTS光纖結點(300)(如之前圖5中所示)的混合的混合模式HFC系統中，通過使用數字轉換器(399)、光結點轉換器(401)和傳統光導纖維數字IP數據包數據流(307)來繼續為鄰域3提供適當的服務，改進的D-CMTS和D-CMTS線路卡理想地可以選擇工作在傳統以及GigE兩個模式下，從而傳送標準視頻頻道(114)和D0CSIS(116)信息到(由「非智能」光纖結點提供服務的)鄰域3並且從該鄰域3接收標準視頻頻道(114)和D0CSIS(116)信息。
[0246]如之前所述，為了對複雜性進行管理，改進的頭端D-CMTS和D-CMTS線路卡的功能以及通常D-CMRTS光纖結點(300)的功能可以通過使用附加的「虛擬架」網絡管理計算機、控制器和軟體進行擴展。
[0247]在一個實施例中，統一的網絡管理系統(例如，以示例給出的由Tail-f公司提供的ConfD管理系統)被添加到改進的D-CMTS和線路卡中以使網絡和D-CMTS硬體以及虛擬化層一致，提供作業系統服務，管理中間設備並且配置系統使用合適的聯網協議。在該實施例中，全部或者至少許多的網絡配置數據被存儲在D-CMTS管理器中的資料庫上並且網絡的配置由進程控制，在該進程中，管理軟體(ConfD)使用應用程式通過IPC(Inter-ProcessCommunicat1n,進程間通信)(套接字)進行通信，該應用程式對改進的D-CMTS和D-CMRTS/DOFN單元上的各個數據包處理器、MAC和PHY裝置的功能進行控制。
[0248]在此，計算機或處理器以及相關的軟體存儲器(622)被示為藉助於位於改進的D-CMTS主幹和線路卡(500)中的各個其它控制器(624)、(626)對改進的D-CMTS單元的運行進行直接控制。該「虛擬架管理器」(622)與本地控制器處理器￠24)、(626)之間的通信被示為虛線(628)。虛擬架管理器還可以對級別2/3交換機(629)和/或其它將改進的D-CMTS單元連接到介質內容(210)、IP主幹「雲」(212)以及由電纜頭(202)提供的其它服務上的裝置的運行進行控制。
[0249]虛擬架管理器通常還可以通過與控制器和嵌入到D-CMRTS/DOFN光纖結點(未示出)內的應用軟體進行通信來對各個「智能」D-CMRTSD0FN光纖結點(300)進行管理。考慮到D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)與虛擬架管理器(622)以及改進D-CMTS (500)(通常位於電纜頭處並且與各個結點(300)相距數公裡或者更遠)之間的典型的長距離，D-CMRTS/DOFN光纖結點(300)到虛擬架管理器(622)的通信通常通過由光導纖維傳達的各個信號和信號協議來完成。在一個優選實施例中使用了基於套接字的進程間通信(IPC)協議。
[0250]這使得D-CMTS架的配置以及實際上的整個網絡能夠被快速配置以符合本發明產生的不斷改變的網絡模式。將該網絡配置以及各個網絡裝置的特性存儲在配置資料庫(630)和配置資料庫存儲器裝置(未示出)中常常非常方便。
[0251 ] 圖8示出了 D-CMRTS/DOFN光纖結點的電纜數據機遠程終端系統CMRTS (604)部分的更多細節。在更高或者至少替代的抽象水平上，D-CMRTS/DOFN光纖結點的至少CMRTS部分，以及通常在DOFN裝置中的完整電路，典型地可以至少包括具有MAC和PHY單元的第一組QAM-RF數據包處理器(700)，第一組QAM-RF數據包處理器(700)從GigE格式化數據中選擇需要的光IP下行數據並且將下行光IP數據包數據轉換為多個射頻(RF) QAM波形(頻道)並且將該數據(702)下行輸出到本地CATV電纜。
[0252]該CMRTS單元(604)還可以選擇性地包括對由連接到本地CATV電纜上的電纜數據機所發送的上行RF信號(數據)(706)進行讀取的第二組RF上行數據包處理器(704)。注意到這些數據包處理器(704)可以包括能夠識別上行數據的MAC和PHY單元。因此，如果使用根據方案(390)的異常寬的上行帶寬來發送上行數據，那麼MAC和PHY單元將識別出該上行數據。MAC和PHY單元隨後將該上行數據轉換為合適的光IP乙太網數據包，或者適合於將該電纜數據機數據上行傳送回電纜頭處的改進D-CMTS(500)的其它數字光數據通信協議。
[0253]D0FN,以及數據包處理器(700)、(704)以及諸如0-D/A-RF或RF-A/D-0轉換器(600)、(601)，QAM重調製器和解調器(603)、(605)，CMRTS單元(604)等裝置的運行可以通過虛擬架管理器(622)藉助於適合的控制器(通常為微處理器)和本地應用軟體(Apps)進行遠程控制，控制器和本地應用軟體通常藉助於諸如之前所述的套接字協議之類的專門的通信協議對來自光導纖維(222)的數據進行攔截以及接收和發送命令。
[0254]在對QAM-RF數據包處理器(700)和可選的RF-上行數據包處理器(704)中的PHY單元的更多細節進行公開的更深水平上，DOFN的CMRTS單元(604)通常包括MAC和PHY單元和數據交換機(710)、至少一個控制器(通常為微處理器和相關軟體並且未示出)和各種QAM調製器(712)，該QAM調製器(712)取得GigE數據並且轉換、QAM調製以及根據需要對該數據進行頻移以適應有限的CATV RF帶寬。為此，DOFN的CMRTS單元可以使用可控時鐘發生器(714)以對QAM頻道的頻率和時間進行控制，並且使用可變增益放大器(VGA，variable gain amplifier)單元(716)、(718)以幫助該單元的PHY部分來管理模擬進程將信號在CMRTS/D0FN單元(300)與電纜RF信號之間來迴轉換。
[0255]各種網絡時間協議可以被用於對頭端單元、DOFN和其它HFC網絡組件進行同步。在一些實施例中，這對於使用IEEE-1588?標準來對各個網絡實時時鐘進行同步可能是有用的，然而也可以使用諸如網絡時間協議、RFC 1305 (NTP)、基於衛星的全球定位系統(GPS)、TTPJP SERC0S(IEC 61491)之類的其它協議。
[0256]與之前一樣，虛擬架管理器(622)可以通過本地(嵌入式)控制器(常為微處理器)和相關應用軟體使用到達和來自虛擬架軟體的命令來對MAC和PHY單元以及數據交換機(710)開關以及用於控制QAM調製器(712)和模數(A/D)單元(720)的開關進行控制。和之前一樣，這些命令通常通過與通常用於傳送其它數據的光導纖維路徑相同的光導纖維路徑進行發送，並且還可以使用基於套接字的進程間通信(IPC)協議。
[0257]如以前一樣，為了向後兼容性，用於處理上行數據的返回過程能夠選擇性地由RF-A/D-0轉換器(601)和/或QAM解調器(605)來實現，以在除數位化、數據包轉換和光轉換過程之外本質上沒有修改地將上行信號數位化並且向回發送。
[0258]通常情況下，使用最適合於對本發明的各種上行數據的調製方法進行攔截的設備對上行數據進行檢測，例如，對更寬帶寬上行數據等進行攔截和解碼的合適設備。
[0259]在該方案中，為了簡單起見，假設這些方法使用高速DSP或者軟體控制的接收器來實施，高速DSP或軟體控制的接收器能夠放大各個信號，對信號進行數位化，並且隨後根據合適的算法進行解碼；當然，也可以使用其它方法。依照美國專利申請13/555170，也可以使用諸如ASIC、FPGA、DSP等的其它硬體，該專利申請的內容以引用方式合併在本申請中。
[0260]在一個實施例中，可變增益放大器(VGA)單元(718)將來自本地鄰域CATV電纜的輸入上行RF信號轉換為一個信號，該轉換後信號隨後使用A/D轉換器和時鐘發生器進行數位化，使用MAC和PHY單元(710)分析並重新封裝為GigE或其它光導纖維優化信號，並且隨後通過各種光導纖維分路器/合路器單元(710)沿著光導纖維上行發送。該過程可以使用來自虛擬架軟體的命令進行控制。
[0261]圖9示出了虛擬架管理器(622)和配置資料庫￠30)(之前在圖7中示出)可如何對多個D-CMRTS/DOFN光纖結點(300)、改進D-CMTS (500)和D-CMTS線路卡(502)以及可選地HFC網絡系統中的其它活動結點和交換機當中的大多數或者全部功能進行控制。
[0262]在此示例中，虛擬架管理器軟體(622)被示為作為範圍更廣的D-CMTS管理器軟體包(800)的模塊來運行；然而，虛擬架管理器軟體(622)還可以作為獨立包來運行。D-CMTS管理器軟體(800)通常以網絡配置管理軟體(802)為基礎，該D-CMTS管理器軟體(800)通常運行在一個或更多個位於電纜頭或者其它方便地點的計算機處理器上。這樣的網絡配置軟體(802)(也被常為運營支撐系統(OSS, Operat1nal Support System)軟體)例如可以是以瑞典斯德哥爾摩(Stockholm Sweden)(國際地點)以及維吉尼亞州朗德山(RoundHill Virginia)(美國地點)的Tail-f系統公司生產的ConfD網絡管理軟體為基礎的軟體。
[0263]在此實施例中，諸如ConfD之類的軟體的使用是非常有用的，因為該類型的網絡管理軟體還提供了大量的便利並且通用的接口以允許用戶與網絡進行交互並且隨後對網絡配置進行控制。這些接口可以包括NETC0NF管理代理、SNMP代理、命令行界面(CLI，Command Line Interface)、網際網路(Web)接口、以及其它需要的代理/接口。
[0264]可以被用於對各個D-CMTS線路卡(500)和D-CMRTS/D0FN光纖結點(300)的狀態進行控制的虛擬CMTS架軟體通常與在網絡配置軟體(802)的控制下運行的網絡配置資料庫(630)進行交互。虛擬D-CMTS架軟體依次將命令發出到大部分或者全部的虛擬遠程D-CMRTS/D0FN光纖結點處，並且對電纜頭處的D-CMTS (500)的運行以及需要時對其它裝置的運行進行控制。如之前所述，用於實現該控制的一個優選方式是藉助於基於套接字的進程內通信(IPC)協議和數據包(804)，其可通過與用於發送其它數據的光導纖維線路相同光導纖維線路進行發送。在此情況下，例如，在遠程D-CMRTS光纖結點(300)的多個遠程數據包處理器(700)、(704)中運行各種類型的應用軟體(Apps)的控制器能夠對來自虛擬架管理器(622)的合適的命令進行監聽，並且相應地調整D-CMRTS數據包處理器(700)、(704)的運行。這些D-CMRTS光纖結點還能夠使用相同的協議將它們的狀態傳送回虛擬架管理器。
[0265]虛擬架管理器系統的裝置配置資料庫(630)通常具有多個數據欄位，這些數據欄位包括含有網絡中各個D-CMRTS單元的識別代碼和/或地址的欄位(D-CMRTS標識符欄位)。資料庫通常還具有與連接到各個D-CMRTS單元上的各個電纜數據機的狀態有關的信息，這些信息包括電纜數據機識別數據(電纜數據機識別數據欄位)以及與這些各個電纜數據機相關聯的各個用戶的特權。例如，一個用戶可以擁有訪問大範圍服務的特權以及大帶寬的上傳和下載數據的特權，而其它用戶可能具有受限的對不同的服務集的訪問並且更加受限的上傳和下載數據特權。其它能夠實現的功能包括事件記錄，認證、授權和計費(AAA,Authenticat1n,Authorizat1n and Accounting)支持，版本擴展的DOCSIS 管理信息庫(MIB, Management Informat1n Base)功能等。
[0266]通常在資料庫中的其它欄位通常包括與用戶識別欄位(用戶特權欄位)、可用的擴展DOCSIS頻道、可用的IP位址、用於對各個D-CMRTS軟體可控交換機進行遠程配置的指令、用於對各個D-CMRTS/D0FN軟體可控RF數據包處理器進行遠程配置的指令相關的信息。
[0267]虛擬架管理器和配置資料庫，以及系統的其它部件，通常被運行在具有至少一個微處理器以及諸如MAC和PHY之類的標準硬體和軟體的計算機系統上，該標準硬體和軟體使得虛擬架管理器能夠(通常通過IPC協議)將數據包發送到網絡上的各個遠程D-CMRTS/DOFN單元或者接收來自網絡上的各個遠程D-CMRTS/D0FN單元的數據。
[0268]OSS軟體(802)能夠將分配給各個用戶的特權、證書和加密密鑰告知虛擬架管理器軟體。OSS還能夠對與分配給各個頻道的頻率和帶寬有關的策略和分配限制進行設定。OSS還能夠當檢測到新的數據機時對來自虛擬架管理器的詢問進行響應。OSS進一步能夠取得由虛擬架管理器收集的統計數據，例如，傳送和接收的數據包、數據大小，並且將該信息用於記帳和網絡管理的目的。
[0269]有關OSS功能的進一步信息，以及可在用於本發明的OSS軟體中實現的功能的更多不例可在 Misra, 「OSS for Telecom Networks:An Introduct1n to NetworkManagement」，Springer (2004) (Misra, 「用於電信網路的OSS:網絡管理入門」，斯普林格，2004) —文中找到。
[0270]例如，該系統如何工作、如何對新的電纜數據機被第一次連接到系統上的情況進行考慮。電纜數據機可以發送上行信號(226)到D-CMRTS (604)。D-CMRTS (604)中的RF-上行(RF-up)數據包處理器(704)轉而對與電纜數據機識別號有關的信息、以及其他相關參數進行收集，將數據重新封裝為數字格式，並且將數據上行發送回光纖GigE連結(302)上的虛擬架管理器系統處。虛擬架管理器系統(622)在裝置配置資料庫(630)中查找電纜數據機識別數據，並且對與所述電纜數據機識別數據相關的用戶特權進行確認，並且根據用戶特權欄位、可用擴展DOCSIS頻道以及可用IP位址的值的不同藉助於對特定電纜數據機進行控制的IPC協議(804)將數據包發送到D-CMRTS (700)單元。虛擬架管理器還可以對任何住宅網關裝置的功能進行控制。
[0271]這些數據包與應用(例如，Appl、Appn)進行交互並且對D-CMRTS單元(700)上的軟體可控交換機進行配置，以對QAM-RF數據包處理器(700)上的軟體可控交換機以及電纜數據機可用IP位址或TDD-FDD網關地址進行配置，從而在第一可用DOCSIS頻道上將下行數據傳送到電纜數據機。數據包還對軟體可控RF數據包處理器(704)進行配置以從電纜數據機接收第二可用DOCSIS上行頻道上的上行數據以及接收IP位址，並且將上行數據作為第三上行數據光導纖維信號(302)進行重新傳送。
[0272]虛擬架管理器(622)通常通過代理動態主機配置協議(DHCP，Dynamic HostConfigurat1n Protocol)服務或者其它方法對用於電纜數據機和可選的網關裝置的IP位址進行處理。
[0273]能夠允許住宅CATV設備使用CATV電纜工作在上行頻率的擴展範圍中的替代性類型的住宅網關也是可能的，該住宅CATV設備被設計用於需要5-42MHZ上行頻率範圍的標準DOCSIS CATV協議。該網關設備被設計為「欺騙」住宅CATV設備以使住宅CATV設備認為其被連接到能夠攜帶標準5-42MHZ上行數據的標準CATV電纜上，但是該標準CATV電纜是相對暢通的——也就是說，5-42MHZ頻譜的相對較大的部分是能夠使用的。實際上，網關設備隨後可以將住宅5-42MHZ上行數據(例如，QAM頻道)的頻率轉移到替代頻率(例如，將20MHz上行QAM頻道轉換為例如100MHz QAM頻道)以用於CATV電纜上的傳輸，或者替代性地將上行QAM頻道轉換為擴展頻譜信號。在上述任何一種情況下，轉換的上行信號隨後在CATV電纜上被上行發送到D-CMRTS光導纖維結點或者根據情況發送到其它光纖結點。該數據隨後被轉換為光導纖維數據並且根據情況被發送到電纜頭。
[0274]對於這樣的可調整的上行/下行頻率範圍而言有用的自適應取消方法在共同未決申請 13/400415，「METHODS OF ADAPTIVE CANCELLING AND SECONDARY COMMUNICAT1NSCHANNELS FOR EXTENDED CAPABILITY HFC CABLE SYSTEMS (自適應取消方法和用於擴展能力HFC電纜系統的次級通信信道)」中被提出，該申請的內容以引用方式合併在本發明中。
[0275]圖10示出了替代類型的住宅網關(1100)，該住宅網關(1100)能夠在具有為上行數據分配的擴展頻率(例如，5-547MHZ或替代的上行頻率範圍)的CATV電纜系統與被設計用於上行頻率的標準5-42MHZ範圍的住宅設備之間進行轉換。
[0276]在此，CATV電纜(226)攜帶具有比標準有限CATV 5_42MHz上行帶寬遠遠更大的上行MHz帶寬的擴展範圍頻率的上行數據(390)。然而問題在於，在住宅內部，諸如機頂盒、電纜數據機之類的CATV設備可能是僅能夠在標準5-42MHZ帶寬上發送上行數據的傳統CATV設備。在該示例中，為房屋提供服務的網關(1100)可以是擴展FDD上行網關，擴展FDD上行網關包含將住宅CATV設備上行信號頻移到用於在CATV電纜(226)上重新傳輸的替代頻率所必需的設備。因此，例如，通過在更寬的5-547MHZ範圍內重分配並傳送標準5-42MHZ上行數據，並且欺騙每個住宅以使其認為該住宅能夠自由訪問只有之前十分之一負荷的5-42Mhz上行頻率範圍，鄰域的上行數據能力可以擴展到大約10倍。
[0277]如之前所述，替代類型的網關同樣是可能的。在申請13/555170中對這樣的替代性方法進行討論，該申請是申請 13/035993，「METH0D OF CATV CABLE SAME-FREQUENCY TIMEDIVIS1N DUPLEX DATATRANSMISS1N(CATV電纜同頻率時分復用數據傳輸方法)」的CIP以及現在的美國專利8365237，這些申請的內容以引用方式合併在本申請中。
[0278]本發明的其它替代性實施例同樣是可能的。在這些替代性實施例中，CMRTS或D-CMRTS/D0FN單元能夠具有多個輸出，例如，多個CATV電纜輸出、或甚至CATV或同軸電纜輸出與諸如數據輸出(例如，GigE或其它數據輸出)、電話輸出之類的其它輸出類型的混口 O
[0279]其它應用:本發明還可以被用於替代性HFC配置，例如，被用於共同未決申請13/346709，「HFC CABLE SYSTEM WITH WIDEBAND COMMUNICAT1NS PATHWAY AND COAXDOMAIN NODES (具有寬帶通信路徑和同軸域結點的HFC電纜系統)」以及12/907970，「HFCCABLE SYSTEM WITH SHADOW FIBERAND COAX FIBER TERMINALS (具有暗影光纖和同軸光纖端的HFC電纜系統)」中，以上申請的內容以引用方式合併在本申請中。
【權利要求】
1.一種在混合光纖電纜(HFC)網絡的至少光導纖維部分上數字地傳送下行數據的方法，所述HFC網絡包括至少一個頭端和被連接到至少一組鄰域CATV電纜上的至少一個數字光導纖維結點(DOFN)，並且其中，所述數據包括下行QAM頻道，所述方法包括: 通過將QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中來在所述光導纖維上將至少一個下行QAM頻道作為多個所述QAM星座符號加以傳送，並且在所述光導纖維上數字地傳送所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀； 使用所述DOFN來接收所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀，提取所述下行QAM星座符號，並且使用所述下行視頻QAM星座符號來調製至少一個DOFN QAM調製器，從而產生下行QAM RF信號；以及 在所述至少一組鄰域CATV電纜上進一步下行傳送所述DOFN生成的下行QAM調製RF信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述QAM頻道包括視頻QAM頻道、視頻邊緣QAM頻道或IP-QAM頻道。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述下行數據進一步包括國家電視系統委員會(NTSC)或正交頻分復用(OFDM)RF頻道，並且通過以下方式在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 在所述頭端對所述NTSC或OFDM RF頻道進行數字採樣，產生多個數位化波形數據，將所述數位化波形數據封裝在包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個數位化波形數據中，以及在所述光導纖維上數字地下行傳送包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據； 使用所述DOFN來接收包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據，提取所述多個數位化波形數據，並且使用所述多個數位化波形數據來驅動至少一個數模轉換器，從而產生下行NTSC或OFDM RF頻道；以及 在所述至少一組鄰域CATV電纜上進一步下行傳送所述DOFN生成的NTSC或OFDM RF信號。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述下行數據進一步包括正交頻分復用(OFDM)RF頻道並且通過以下方式在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 在所述頭端對所述OFDM RF頻道進行解調，產生多個OFDM符號，將所述多個OFDM符號封裝在攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個OFDM符號中，以及在所述光導纖維上數字地下行傳送攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號； 使用所述DOFN來接收攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號，提取所述多個OFDM符號，並且使用所述多個OFDM符號來驅動至少一個OFDM RF調製器，從而產生下行OFDM RF頻道；以及 在所述至少一組鄰域CATV電纜上進一步下行傳送所述DOFN產生的OFDM RF信號。
5.根據權利要求1所述的方法，被進一步用於通過以下方式在所述光導纖維上數字地傳送來源於至少一個電纜數據機或者其它被鄰域CATV電纜連接的裝置的上行RF QAM頻道數據: 在所述DOFN處，接收所述上行RF QAM頻道數據，並且將所述至少一個上行RF QAM頻道解調為多個上行QAM星座符號； 將所述多個上行QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中；以及使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭立而。
6.根據權利要求1所述的方法，被進一步用於通過以下方式在所述光導纖維上數字地傳送來源於至少一個電纜數據機或者其它被鄰域CATV電纜連接的裝置的上行RFOFDM頻道數據: 在所述DOFN處，接收所述上行RF OFDM頻道數據，並且將所述至少一個上行RF OFDM頻道解調為多個上行OFDM符號； 將所述多個上行OFDM符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中；以及使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭立而。
7.根據權利要求1所述的方法，被進一步用於數字地傳送上行RF頻道數據，以及通過以下方式在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 在所述DOFN處，接收所述上行RF頻道數據，對所述RF頻道數據進行數字採樣以產生多個數位化波形數據； 將所述數位化波形數據封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸幀中；以及 使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸幀數字地上行傳送到所述頭端。
8.根據權利要求1所述的方法，用於對先前被配置為使用模擬光QAM波形在所述光導纖維上下行傳送數據的傳統混合光纖電纜(傳統HFC)系統進行升級，所述傳統HFC系統包括: 頭端，被配置為產生下行RF QAM波形； 傳統光導纖維傳送器系統，被配置為將所述RFQAM波形轉換為下行模擬光QAM波形；其中，所述光導纖維被配置為將所述模擬光QAM波形下行傳送到至少一個傳統光導纖維結點； 其中，所述至少一個傳統光導纖維結點被配置為接收所述下行模擬光QAM波形、將所述模擬光QAM波形轉換為RF QAM波形，以及在至少一組鄰域CATV電纜上下行傳送所述RFQAM波形； 所述方法進一步包括: 使用至少一個DOFN來代替所述至少一個傳統光導纖維結點； 使用被配置為將所述下行RF QAM波形解調為多個QAM星座符號的解調器和數字光導纖維傳送器系統來代替所述傳統光導纖維傳送器系統； 所述數字光導纖維傳送器被進一步配置為使用數字光傳輸方法在所述光導纖維上將至少一個下行RFQAM頻道作為被封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中的多個QAM星座符號進行傳送。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述下行RFQAM頻道包括視頻QAM頻道、視頻邊緣QAM頻道或IP-QAM頻道。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，所述下行數據進一步包括國家電視系統委員會(NTSC)或正交頻分復用(OFDM) RF頻道； 其中，所述數字光導纖維傳送器系統被進一步配置為:在所述頭端對所述NTSC或OFDMRF頻道進行數字採樣從而產生多個數位化波形數據，將所述數位化波形數據封裝在包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個數位化波形數據中，以及使用數字光格式在所述光導纖維上將包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據數字地下行傳送到所述DOFN ； 其中，所述DOFN被進一步配置為對包含有乙太網幀和其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據進行接收，提取所述多個數位化波形數據，並且使用所述多個數位化波形數據來驅動至少一個數模轉換器，從而產生用於下行注入到所述鄰域CATV電纜中的下行NTSC 或 OFDM RF 頻道。
11.根據權利要求8所述的方法，其中，所述下行數據進一步包括正交頻分復用(OFDM)RF頻道； 其中，所述數字光導纖維傳送器系統被進一步配置為:在所述頭端對所述OFDM RF頻道進行解調，產生多個OFDM符號，將所述多個OFDM符號封裝在攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個OFDM符號中，以及使用數字光格式在所述光導纖維上將攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號數字地傳送到所述DOFN ； 其中，所述DOFN被進一步配置為對攜帶有乙太網幀和其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號進行接收，提取所述多個OFDM符號，並且使用所述多個OFDM符號來驅動至少一個OFDM調製器，從產生用於下行注入到所述鄰域CATV電纜中的下行OFDM RF頻道。
12.根據權利要求8所述的方法，被進一步用於將所述傳統HFC系統升級從而還在所述光導纖維上數字地傳送來源於至少一組電纜數據機或其它被鄰域CATV電纜連接的裝置的上行RF QAM頻道數據， 其中，所述DOFN被進一步配置為從所述鄰域CATV電纜接收至少一個上行RF QAM頻道，將所述至少一個上行RF QAM頻道解調為多個上行QAM星座符號，將所述多個上行QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中，並且使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭端。
13.根據權利要求8所述的方法，被進一步用於將所述傳統HFC系統升級從而還在所述光導纖維上數字地傳送來源於至少一組電纜數據機或其它被鄰域CATV電纜連接的裝置的上行RF OFDM頻道數據， 其中，所述DOFN被進一步配置為從所述鄰域CATV電纜接收至少一個上行RF OFDM頻道，將所述至少一個上行RF OFDM頻道解調為多個上行OFDM符號，將所述多個上行OFDM符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中，並且使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭端。
14.根據權利要求2所述的方法，被進一步用於數字地傳送上行RF頻道數據，以及通過以下方式在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 在所述DOFN處，接收所述上行RF頻道數據，對所述RF頻道數據進行數字採樣以產生多個數位化波形數據； 將所述數位化波形數據封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸幀中；以及 使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸幀數字地上行傳送到所述頭端。
15.一種將傳統混合光纖電纜(傳統HFC)系統升級為數字HFC系統的方法，所述傳統HFC系統先前被配置為使用模擬光QAM波形在光導纖維上下行傳送數據，所述數字HFC系統被配置為使用數字光傳輸方法在所述光導纖維上下行傳送數據。 其中，所述傳統HFC系統包括: 頭端，被配置為產生下行RF QAM波形； 傳統光導纖維傳送器系統，被配置為將所述RFQAM波形轉換為下行模擬光QAM波形； 其中，所述光導纖維被配置為將所述模擬光QAM波形下行傳送到至少一個傳統光導纖維結點； 其中，所述至少一個傳統光導纖維結點被配置為接收所述下行模擬光QAM波形、將所述模擬光QAM波形轉換為RF QAM波形，以及在至少一組鄰域CATV電纜上下行傳送所述RFQAM波形； 所述方法包括: 提供解調器以將下行RF QAM波形解調為多個QAM星座符號； 使用數字光導纖維傳送器系統代替所述傳統光導纖維傳送器系統，所述數字光導纖維傳送器系統被配置為通過將QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中來在所述光導纖維上將至少一個下行QAM頻道作為所述多個QAM星座符號加以傳送，並且在所述光導纖維上數字地傳送所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀； 使用數字光導纖維結點(DOFN)代替所述至少一個傳統光導纖維結點，所述DOFN被配置為接收所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀，提取所述下行QAM星座符號，以及使用所述下行視頻QAM星座符號來調製至少一個DOFN QAM調製器，從而產生下行QAM RF信號。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述QAM頻道包括視頻QAM頻道、視頻邊緣QAM頻道或IP-QAM頻道。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，所述下行數據進一步包括國家電視系統委員會(NTSC)或正交頻分復用(OFDM) RF頻道，並且通過以下方式之一在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 1:在所述頭端對所述NTSC或OFDM RF頻道進行數字採樣，產生多個數位化波形數據，將所述數位化波形數據封裝在包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個數位化波形數據中，以及在所述光導纖維上數字地下行傳送包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據； 使用所述DOFN來接收包含有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個數位化波形數據，提取所述多個數位化波形數據，並且使用所述多個數位化波形數據來驅動至少一個數模轉換器，從而產生下行NTSC或OFDM RF頻道；以及 在所述至少一組鄰域CATV電纜上進一步下行傳送所述DOFN生成的NTSC或OFDM RF信號；或者 2:當所述下行數據進一步包括正交頻分復用(OFDM)RF頻道時，通過以下方式在所述光導纖維上進一步數字地傳送所述數據: 在所述頭端對所述OFDM RF頻道進行解調，產生多個OFDM符號，將所述多個OFDM符號封裝在攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的多個OFDM符號中，以及在所述光導纖維上數字地下行傳送攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號； 使用所述DOFN來接收攜帶有乙太網幀或其它數字傳輸幀的所述多個OFDM符號，提取所述多個OFDM符號，並且使用所述多個OFDM符號來驅動至少一個OFDM RF調製器，從而產生下行OFDM RF頻道；以及 在所述至少一組鄰域CATV電纜上進一步下行傳送所述DOFN產生的OFDM RF信號。
18.根據權利要求15所述的方法，被進一步用於通過以下方式之一在所述光導纖維上數字地傳送來源於至少一個電纜數據機或者其它被鄰域CATV電纜連接的裝置的上行RF QAM頻道數據、RFOFDM頻道數據或者任何上行RF頻道數據: 1:在所述DOFN處，接收所述上行RF QAM頻道數據，並且將所述至少一個上行RF QAM頻道解調為多個上行QAM星座符號； 將所述多個上行QAM星座符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中；以及 使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭端；或者 2:在所述DOFN處，接收所述上行RF OFDM頻道數據，並且將所述至少一個上行RF OFDM頻道解調為多個上行OFDM符號； 將所述多個上行OFDM符號封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀中；以及 使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸格式幀數字地上行傳送到所述頭端；或者 3:在所述DOFN處，接收所述上行RF頻道數據，對所述RF頻道數據進行數字採樣以產生多個數位化波形數據； 將所述數位化波形數據封裝在多個乙太網幀或其它數字傳輸幀中；以及 使用所述光導纖維將所述多個乙太網幀或其它數字傳輸幀數字地上行傳送到所述頭端。
19.根據權利要求18所述的方法，進一步在數字光導纖維傳輸之前對數字採樣或者解調的數據中的任意數據進行壓縮，以及在數字光導纖維傳輸之後對經壓縮的數字採樣或者解調的數據中的任意數據進行解壓縮。
20.根據權利要求15所述的方法，其中，在使用數字光導纖維結點(DOFN)代替所述至少一個傳統光導纖維結點之後，進一步使用替代性頭端來代替被配置為產生下行RF QAM波形的所述頭端，所述替代性頭端被配置為直接產生視頻QAM星座符號而不需要利用解調器來將RF QAM波形解調為多個QAM星座符號。
【文檔編號】H04B10/2575GK104303434SQ201380020979
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年2月20日 優先權日:2012年2月20日
【發明者】什洛莫·塞利姆·拉基布 申請人:加速有限公司