CN101299656A - 表征hfc网络中调制方案的方法及装置 - Google Patents

Abstract

分析网络的可用调制方案，以确定哪些调制方案包含过度的相位噪声或者窄带干扰。选择网络元件，并为其分配测试通道以第一调制方案和预定功率水平来测试通道以达到预定的PER。该网络元件发送测试信号，网络控制器测量所接收到的测试信号中的信噪比(SNR)。如果SNR不在处于预定PER的调制方案的估计SNR的预定容许范围内，就确定调制方案存在过度的相位噪声和窄带干扰。通过指示网络元件使用每个调制方案发送测试信号和分配每个调制方案的功率水平，测试每个可用的调制方案。可以确定合适的调制方案。

Description

表征HFC网络中调制方案的方法及装置

本申请要求2006年10月26日提交的美国临时申请US 60/863,068的权益，上述临时申请的标题为Method To Diagnose Phase NoiseAnd/Or Narrowband Interference Limitations Within An Upstream HfcPlant(诊断上行HFC设备中相位噪声和/或窄带干扰限制的方法)，在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明内容涉及表征HFC网络中的调制方案。更为具体地说，本发明涉及一种自动方法，分析HFC网络中用于相位噪声和窄带干扰的可用调制方案。

背景技术

多年来，混合光纤同轴(HFC)有线电视系统得到了广泛使用，开发了大量的网络。典型的HFC网络通常包括在HFC网络用户和IP/PSTN网络之间提供通信的数据转发器。该数据转发器通常包括电缆调制解调器终端系统(CMTS)，该CMTS包含有多个接收器，每个接收器负责处理数百个终端用户网络元件之间的通信。数据转发器一般与多个节点相连，每个节点连接至很多网络元件，如有线传输数据系统(DOCSIS)终端网络元件(例如媒体终端适配器(MTA)或者电缆调制解调器)，例如，单个节点可能连接数百个调制解调器。很多情况下，数个节点可以服务一座城镇的某一特定区域。

典型的HFC网络使用光纤来进行数据转发器和节点之间的通信，并使用同轴电缆用于节点和终端用户之间的通信。通过光纤的下行光通信通常在节点处被转换成RF通信以通过同轴电缆传输。与之相反地，来自用户的上行(或者返回路径)RF通信被经由同轴光缆来提供，一般在节点处将其转换为光通信以通过光纤传输。返回路径光链路(HFC网络中的光元件，例如发射激光器，光接收器，和光纤)与HFC网络的性能有关。更具体地，光元件与CMTS接收的来自用户的信号质量有关，并且可能会导致信号失真或者信号质量下降。

RF信号一般采用经过调制的RF信号的形式。多个不同复杂程度的调制方案同时存在。然而，相位噪声或者窄带干扰可能会阻止HFC网络有效地使用其中一些调制方案。特别地，相位噪声和/或窄带干扰常常会限制通过上行HFC设备发送的调制复杂程度。相位噪声在DOCSIS终端设备(MTA或者电缆调制解调器)和CMTS之间的调制和解调的过程中产生。这种噪声一般和上行HFC设备中已有的噪声结合并潜在地降低上行HFC设备中已有的噪声。失真一般由返回路径中的非线性激活元件引起。失真会产生很多窄带寄生信号，而这些寄生信号会干扰CMTS和DOCSIS终端设备所使用的频率。准确地诊断相位噪声和/或窄带干扰问题需要技术人员或者工程师同一时间处于HFC设备内的多个位置，从而在可疑的DOCSIS终端设备位置处同时注入测试信号并在数据转发器处以专门的测试器材，如矢量信号分析仪进行性能的评估。此诊断过程存在的问题是该过程是手动的，耗时的和昂贵的。

发明内容

本发明介绍了一种自动的方法，结合在数据转发器处通过CMTS设备所作的测量，确定诸如相位噪声和/或窄带干扰的损伤是否会显著地降低上行设备的性能，该方法不需要在HFC设备的远程位置运转。另外，该方法确定关于上行HFC设备的性能所支持的最大调制复杂度。

依照本发明的原理，表征网络调制方案的装置包括：控制器，被设定用于指示网络元件在第一调制方案和第一功率下以测试频率发送测试信号；接收器，被设定用于接收来自网络元件的测试信号；和均衡器，其测量测试信号的信噪比，其中该控制器确定信噪比是否在估计的信噪比的预定范围之内，而当信噪比不在估计信噪比的预定范围之内时，控制器确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

控制器可以指示网络元件在其他可用的调制方案下重复地发送测试信号，并确定哪些调制方案提供的信噪比在估计信噪比的预定范围之内。控制器还可以指示网络元件调整测试信号的发射功率以对应于每个其他调制方案的预定分组差错率。控制器可以产生一系列最优调制方案供网络使用。

依照本发明的原理，表征网络调制方案的方法包括以下步骤：选择网络元件以在第一调制方案和第一功率下以测试频率传输测试信号；接收来自该网络元件的测试信号；测量测试信号的信噪比；确定该信噪比是否在估计的信噪比的预定范围内；和当该信噪比不在估计信噪比的预定范围内时，确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

依照本发明的原理，一种计算机可读介质可携带用于计算机执行表征网络调制方案的方法的指令，该方法包括以下步骤：选择网络元件以在第一调制方案和第一功率下以测试频率传输测试信号；接收来自该网络元件的测试信号；测量测试信号的信噪比；确定该信噪比是否在估计的信噪比的预定范围内；和当信噪比不在估计信噪比的预定范围内时，确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

本发明使技术人员或者工程师能够远程地表征调制方案，所述调制方案可用于在中心位置，例如数据转发器，没有显著的相位噪声或者窄带干扰的网络，例如通过使用Motorola BSR64000，而不必使用如矢量信号分析仪的外部测试设备，也不必在电缆设备内的多个位置配备技术人员。本发明也避免了对激活服务的影响。同时并通过准许对相位噪声和窄带干扰进行定期监控，使有线电视运营商能够为未来的服务制定计划，并安排所需的维护。通过使用现有的终端设备(特别是DOCSIS终端设备，如MTA和电缆调制解调器)以及数据转发器设备(特别是DOCSIS CMTS)，可以进行所有的测量。

对可用的或者最优的网络调制方案的准确认识将会使运营商更加有效地利用他们的网络的可用资源，例如用最不复杂的调制方案添加附加网络元件以优化网络部分，以便那些网络部分可以使用更复杂的调制方案。运营商也可以将本发明用于识别和修复引入相位噪声或者窄带干扰的网络元件，以便提高信号质量和网络速度。

附图说明

以下附图旨在说明本发明的原理。

图1所示为根据本发明原理的示范性网络。

图2所示为根据本发明原理的示范性CMTS结构。

图3所示为可与本发明的示范性CMTS通信的示范性接收器。

图4所示为可与本发明的示范性CMTS通信的网络元件的示范性结构。

图5所示为符合本发明原理的示范性方法。

具体实施方式

本发明介绍了一种自动方法，结合在数据转发器处通过CMTS设备所作的测量，确定诸如相位噪声和/或窄带干扰的损伤是否会显著地降低上行设备的性能，另外，本方法确定了关于上行HFC设备性能所支持的最大调制复杂度。该方法优选地仅使用DOCSIS终端设备，结合通过DOCSIS CMTS设备在数据转发器所作的测量，而不需要在设备内的远程位置运转测量或者专门的测试仪器。

网络中应优选地有可用的足够的裕量，以允许增加两个DOCSIS通道。关于确定网络中可用功率裕量的方法在2006年10月20日提交的律师案卷号为BCS04121，标题为METHOD AND APPARATUS FORDETERMINING THE TOTAL POWER MARGIN AVAILABLE FOR ANHFC NETWORK(确定HFC网络可用总功率裕量的方法和装置)的共同转让内容中有所描述，转让的US序列号11/551,014，在此整体引入作为参考。

优选地，激活返回路径在运营商希望按照公共光节点将网络元件相关(分组)时提供服务。而且，本测试挑选测试频率位置是基于避免激活数据服务的二阶互调干扰进行的。我们假定有足够的裕量可用，那么三阶产品对于激活服务来说并不构成问题。

图1所示为一示范性网络，其中多个终端网络元件8(例如电缆调制解调器，机顶盒，装有机顶盒的电视机，或者任何其他诸如HFC网络的网络中的网络元件)通过节点12和一个或多个分接头(未示出)连接到位于数据转发器14中的电缆调制解调器终端系统(CMTS)10。在示范性装置中，数据转发器14还包括通过光纤向多个节点12提供光通信的光收发器16。CMTS 10连接IP或者PSTN网络6。本领域的技术人员知道，可以有多个节点12与数据转发器连接，且数据转发器可包含多个CMTS单元，每个CMTS单元又可包含多个接收器(如8个接收器)，每个接收器与多个(如100个)网络元件8通信。CMTS10还可以包含被不连续地配置给网络元件8，而是可以被选择性地配置给网络元件8的备用接收器。该备用接收器的使用在2005年6月30日提交的共同转让专利申请11/171,066中描述，标题为AtuomatedMonitoring of a Network(网络的自动监控)，在此整体引入作为参考。

图2示出了示范性的CMTS 10的逻辑结构，以便于对本发明的理解。如图2所示，CMTS 10包括处理单元100，该处理单元可以访问RAM 106和ROM 104，还可以控制CMTS 10的工作和由网络元件8发送至CMTS 10的RF通信信号。处理单元100优选地包括从ROM 104或者RAM 106接收诸如指令和数据信息的微处理器102。该处理单元100优选地连接到如CRT或者LCD显示器的显示器108，其显示例如是否正在进行站点维护或者接收器是否需要负载平衡的状态信息。输入键盘110也连接到处理单元100，且其使操作者能够向处理器100提供指令，处理要求和/或数据。

RF收发器(发送器/接收器)单元3优选地包括多个发送器4和接收器2，从而通过光收发器16、节点12和多个网络分接头(未显示)，提供与多个网络元件8的双向通信。本领域的技术人员熟知，CMTS 10可包括多个RF接收器2，例如8个RF接收器和备用RF接收器。每个RF接收器2可支持超过100个网络元件。RF接收器2，例如Broadcom3140接收器(接收器)，优选地将收到的RF信号提供给解调器单元118和均衡器108，该均衡器108用于获取均衡值、和突发调制误差率(MER)测量值、分组差错率(PER)和误码率(BER)。该均衡器优选地为多分接头线性均衡器(如24分接头的线性均衡器)，也可以是前馈均衡器(FFE)。该均衡器108可被整个地包含在RF接收器2中，也可作为独立的设备。每个接收器2的通信特性会被储存在ROM 104或者RAM 106上，或者也可从外部资源，例如数据转发器14提供。该ROM 104或者RAM 106也可以携带用于微处理器102的指令。

RF收发器单元3还包括调制器119，其接收来自均衡器单元108的下行信号，进行调制，并将经过调制的信号提供给RF发送器4。优选地，调制器119和解调器118可以实施各种复杂程度的调制方案。例如，一些可按复杂程度使用的DOCSIS2.0调制方案是：16QAM，32QAM，64 QAM，128 QAM。在优选的实施中，微处理器102向网络元件提供如通信期间使用哪种调制方案的指令。

图3示出了一组接收器201的逻辑设置，以便于对本发明的理解。如图3所示，备用接收器204以非侵入的方式分接入每个主接收器端口220(例如R0-R7)。如图所示，CMTS接收器端口220可能是以Amphenol连接器的形式，提供其以允许电缆，如同轴电缆(未示出)和主接收器2连接。接收器2通过端口212向CMTS 10提供数据信号，备用接收器204通过端口214向CMTS 10提供数据信号。

备用接收器204优选地通过信号线路222分接入主接收器端口220的信号线路221，且分接头优选地位于来自接收器端口220的电缆信号进入接收器2之处，以便所连接的主接收器2和备用接收器204均能接收到相同的信号。本领域的技术人员熟知，每个主接收器2(如接收器R0-R7)根据不同的通信特性，如不同频率(RF频带)和通信协议的通信来接收信号。备用接收器204优选地可被调谐到每个主接收器2的RF频带。优选地，备用接收器204一次只和一个主接收器2连接(成为矩阵)。

当有线电视运营商开始测试操作时，他们可以自己选择任何注册过的网络元件或者由CMTS 10替他们来选择网络元件。一旦选定网络元件，它将被移至(调谐至特定频率)备用接收器处，测试数据将被发送给它，结果将被测量。一旦测试测量完成，该网络元件又被移回(指示以返回到主接收器频率)最初的主接收器。这整个过程中优选地未撤销网络元件在网络上的注册，以避免中断客户的服务或者其他任何由主接收器向客户提供的服务。

图4所示为示范性网络元件8，如电缆调制解调器。该网络元件8优选地包含处理器302，该处理器302可与RAM 306和ROM 304通信，以及控制网络元件的一般运行，包括网络元件根据CMTS 10的指令发送的通信的预均衡参数和前同步长度。网络元件8还包括收发器(包括发送器和接收器)，其提供和CMTS 10的双向RF通信。网络元件8包括解调器316，用于解调由RF接收器313接收的信号；还包括均衡器单元315，用于均衡接收自CMTS 10的通信。网络元件8还包括调制器320，其依照CMTS指令网络元件所使用的调制方案调制上行发送至CMTS的信号。网络元件8还包括衰减器311，其由微处理器302控制，用于衰减信号以便在所需的功率水平内从RF发送器301发送。本领域的技术人员熟知，网络元件8的元件只是出于讨论方便才被分别阐述，在实际中可结合各种不同的元件。

在优选的实施中，本发明使用DOCSIS网络元件，如电缆调制解调器，来产生测试信号。因此，测试信号会采用上行DOCSIS的可用带宽之一，如200kHz，400kHz，800kHz，1600kHz，3200kHz，6400kHz。一个优选的实施可以在双工器衰减显著的高频带边沿使用较窄的800kHz带宽，因为较窄的带宽使返回路径所需的原始频谱的数量最小化，而且很多调制解调器在400和200kHz宽时会出问题。在可用的频谱允许的情况下，可以使用较宽的带宽，以便在测量结果中得到更好的结果。

图5所示为，例如，在光节点上自动确定网络中光链路的动态范围的示范性方法。如图5的步骤S0所示，网络元件NE被选用，测试通道也被选用。优选地，该网络元件目前处于空闲状态，具有足够的能力将其发射功率调升(15)dB，并且可被CMTS远程控制，以根据命令移至新的频率和改变其发射功率水平。同样优选地，测试通道为网络中的激活通道。在优选的实施中，将使用目前处于激活通道频率的附加逻辑通道。

如图5的步骤S2所示，选定的网络元件NE被设定为最不复杂的调制方案，如16QAM。在步骤S4，NE发射功率水平也被按照目标PER设定一目标值。在步骤S6中测量测试通道中的SNR水平和PER水平，以提供基准测量。SNR水平可以由本领域的技术人员所掌握的很多技术手段来指示，包括由数据转发器中均衡器108的均衡器分接头指示的PER，BER的测量。

如步骤S8所示，指示网络元件依照步骤S2和S4指示的调制和功率水平来发送测试信号。在步骤S10中再次测量测试信号的SNR。在步骤S12中，确定测试信号的设定的PER的SNR是否用于测试信号的目标PER的SNR估计值的预定容许范围之内。本领域的技术人员熟知，PER对SNR的预期值可以从历史经验中获得或者从理论上用各种技术手段来确定。如果SNR不在PER和调制方案的估计SNR的容许范围之内，则步骤S12的结果为No，那么确定噪声和/或干扰存在于测试通道中，这些值将在步骤S14登记。在步骤S14中，SNR对BER(PER)的测量值和理论值的差异被用于量化相位噪声和/或非线性影响。如图所示，该方法确定是否有更多的调制方案可用于步骤S16中的测试。如果SNR在PER和调制方案的估计SNR的容许范围之内，则步骤S12的结果为Yes，则本方法确定是否有更多的调制方案可用于步骤S16中的测试。

如果有更多的调制方案可用于测试，则步骤S16的结果为Yes，调制的复杂度在步骤S20增加。例如，一些可按复杂程度的顺序使用的DOCSIS2.0调制方案是：16QAM，32QAM，64QAM和128QAM。在步骤S22，选定网络元件的发射功率水平也被调整为提供选定的调制方案所需的PER。该方法回到步骤S8，其中以新的调制方案和新的功率水平发送测试信号，并测量SNR(步骤S10)。在步骤S12，SNR测量值再次被评估处于估计SNR的容许范围之内，则该方法继续重复直至对所有的调制方案做出评价。

依照图5所示的方法，每个可用的调制方案都经过测试以确定调制过的通道上是否存在过度的干扰或者相位噪声。可以通过增加调制复杂度和发射功率以实现目标PER来确定测试通道能够达到的最大调制复杂度。相位噪声和/或窄带干扰(三阶失真)构成主要的上行损伤被加以评估。将从步骤S14记录的值中导出避免噪声和/或干扰的优选可用的调制方案数据库。

CMTS备用接收器可用于测量功率以避免影响提供给客户的服务。可选地，通过“离线”或者调整正常服务所导致的影响，可使用另一个接收器进行测量。

图5所示的方法可在硬连线设备，固件或者处理器运行的软件中实现。CMTS优选地包括用于软件或者固件实施的处理单元。图5所示的每一种方法均可被包含在可由微处理器102读取的计算机可读介质上。计算机可读介质可以是能够携带指令以由微处理器执行的任何媒体，包括CD盘、DVD盘、磁盘或者光盘、磁带，基于硅的移动式或不可移动式存储器，分组的或非分组的有线或者无线传输信号。

本发明使技术人员或者工程师能够远程地表征调制方案，这些调制方案可用于在中心位置，例如数据转发器没有相位噪声或者窄带干扰不大的网络，例如通过使用Motorola BSR64000，而无需使用如矢量信号分析仪的外部测试设备，且无需在电缆设备内的各个位置配备技术人员。本发明也避免了对激活服务的影响。同时通过准许对相位噪声和窄带干扰进行定期监控，使有线电视运营商能够为未来的服务制定计划，并使运营商能够安排所需的维护。通过使用现有的终端设备(特别是DOCSIS终端设备如MTA和电缆调制解调器)以及数据转发器设备(特别是DOCSIS CMTS)，所有的测量都可以进行。

对可用的或者优选的网络调制方案的准确认识将会使运营商更加有效地利用其网络的可用资源，例如用最不复杂的调制方案，通过增加附加网络元件来改进网络部分，以便那些网络部分可以使用更复杂的调制方案。运营商也可以将本发明用于识别和修复引入相位噪声或者窄带干扰的网络元件，以便提高信号质量和网络速度。

Claims (20)

1.一种表征网络调制方案的装置，包括：

控制器，被设定用于指示网络元件在第一调制方案和第一功率下以测试频率发送测试信号；

接收器，被设定用于接收来自网络元件的测试信号；以及

均衡器，其测量测试信号的信噪比，

其中，该控制器确定信噪比是否在估计信噪比的预定范围之内，而当信噪比不在估计信噪比的预定范围之内时，控制器确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，该控制器进一步被设定用于指示网络元件在其他可用的调制方案下重复地发送测试信号，并确定哪些调制方案提供的信噪比是在估计信噪比的预定范围之内的。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，该控制器进一步被设定用于指示网络元件调整测试信号的发射功率以对应于每个其他调制方案的预定分组差错率。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，该控制器产生一系列最优调制方案供网络使用。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，该接收器是未被指派处理网络元件之间的通信、由此多个调制方案得以表征且不中断网络元件和有线调制解调器终端系统之间的通信的接收器。

6.一种表征网络调制方案的方法，包括以下步骤：

选择网络元件以在第一调制方案和第一功率下以测试频率发送测试信号；

接收来自网络元件的测试信号；

测量测试信号的信噪比；

确定信噪比是否在估计信噪比的预定范围内，而且

当信噪比不在估计信噪比的预定范围内时，确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤：

指示网络元件改变调制方案，在其他可用的调制方案下发送测试信号；并且

确定哪些调制方案提供的信噪比在估计信噪比的预定范围之内。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括指示网络元件调整测试信号的发射功率以对应于每个调制方案的预定分组差错率的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括产生一系列最优调制方案供网络使用的步骤。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，接收测试信号的步骤包括以未被指派处理网络元件之间通信的接收器接收测试信号，由此多个调制方案得以表征，且不中断网络元件和有线调制解调器终端系统之间的通信。

11.一种计算机可读介质，其携带计算机执行表征网络调制方案的方法的指令，该方法包括以下步骤：

选择网络元件以在第一调制方案和第一功率下以测试频率发送测试信号；

接收来自网络元件的测试信号；

测量测试信号的信噪比；

确定信噪比是否在估计信噪比的预定范围内，而且

当信噪比不在估计信噪比的预定范围内时，确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述方法进一步包括执行以下步骤：

指示网络元件改变调制方案，和在其他可用的调制方案下发送测试信号；并且

确定哪些调制方案提供的信噪比是在估计信噪比的预定范围之内的。

13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述方法进一步包括执行以下步骤：指示网络元件调整测试信号的发射功率以对应于每个调制方案的预定分组差错率。

14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中，所述方法进一步包括产生一系列最优调制方案供网络使用的步骤。

15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，接收测试信号的步骤包括以未被指派处理网络元件之间通信的接收器接收测试信号，由此多个调制方案得以表征，且不中断网络元件和有线调制解调器终端系统之间的通信。

16.一种网络，包括：

控制器，被设定用于指示网络元件在第一调制方案和第一功率下以测试频率发送测试信号；

接收器，被设定用于接收来自网络元件的测试信号；以及

均衡器，其测量测试信号的信噪比，

其中，该控制器确定信噪比是否在估计信噪比的预定范围之内，而当信噪比不在估计信噪比的预定范围之内时，控制器确定调制方案存在过度的频带内干扰或者相位噪声。

17.根据权利要求16所述的网络，其中，该控制器进一步被设定用于指示网络元件在其他可用的调制方案下重复地发送测试信号，并确定哪些调制方案提供的信噪比是在估计信噪比的预定范围之内的。

18.根据权利要求17所述的网络，其中，该控制器进一步被设定用于指示网络元件调整测试信号的发射功率以对应于每个其他调制方案的预定分组差错率。

19.根据权利要求18所述的网络，其中，该控制器产生一系列最优调制方案供网络使用。

20.根据权利要求16的网络，其中，该接收器是未被指派处理网络元件之间的通信、由此多个调制方案得以表征且不中断网络元件和有线调制解调器终端系统之间的通信的接收器。

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