CN103731212A - 一种用于光纤传输系统的交换和路由协议 - Google Patents

Abstract

一种用于光纤传输系统的交换和路由协议。用于在光纤上传输多个模拟和/或数字信号的系统可包括一个或多个用于调制数字信号的主调制解调器和/或调制视频信号的RF插入器。来自调制解调器/RF插入器的RF信号被上变频，导致在单个亚倍频程内频带是分离的并且是非重叠的。然后，亚倍频程信号被变换为光信号并导向到光纤的一端。在光纤的下行端处，在光纤接收器处接收到的光信号被变换为RF信号。然后，RF信号被滤波、下变频并导向所选择的同轴分配单元。从同轴分配单元，RF信号被解调，例如在从调制解调器处，以恢复初始的模拟和/或数字信号。

Description

一种用于光纤传输系统的交换和路由协议

本申请是于2012年8月4日申请的申请序号为13/585,653的部分继续申请案，上述申请号的申请现正在审核中。申请序号13/585,653的内容通过引用被包含在此。

技术领域

本发明一般涉及用于传送数字和/或模拟信号的光学系统和方法。更具体地，本发明涉及用于在相对长的光纤上以亚倍频程传输，同时传送多个不同的模拟和/或数字信号的系统和方法。本发明具体用于，但不专用于，将多个不同的数字和/或模拟信号合并在单个亚倍频程射频(RF)信号上，用于后续转换为被配置为在光纤上进行光传输的光束的系统和方法。

背景技术

对于通信系统，点对点连接是其中信息在两个节点或端点之间进行传输的连接。另一方面，点对多点连接是点节点和中心节点之间的连接，其中中心节点也连接到一个或多个周边节点。

现代，存在使用点对点和点对多点连接在相对长的距离上传送包括视频、语音和数据信息的信号的需要。就这一点而言，光纤可被用于在相对长的距离上传送信号，该方式和铜线或同轴电缆相比，具有相对低的信号失真或衰减。

跨光纤传送数字信息的一种方式是使用调制解调器在模拟信号(如RF信号)上编码数字信号。接下来，使用诸如激光二极管的光发射器，RF信号可被转换为光束信号，然后被导向到光纤的一端。这个过程中，多个光信号可同时被发送。典型地，为适应传送大容量的信息，具有多倍频程带宽，相对大带宽的RF信号在该光纤上被转换和发送。针对这些多倍频程带宽光传输，在光传送距离大约1km或更远处，由光纤色散导致的复合二阶失真可导致显著的信号衰减。

限制相关的复合二阶失真的一种解决方式是使用具有亚倍频程带宽的RF信号。例如，美国专利申请序号12/980,008，标题为“利用亚倍频程传送的无源光网络”的专利申请，该专利申请由和本发明同样的受让人所有，并且该专利申请通过引用被包含在此，其公开了当射频载波从亚倍频程带宽中选择时，在无源光网络中，在所发送的光信号中不想要的二阶失真可被显著地减少。进一步，通过对在亚倍频程带宽中传输的信号进行上变频，在多波长光传输中的频率干扰可被避免。

鉴于上文，本发明的一个目标是提供一种在大于1km距离的单个光纤上光传送多个信号的系统和方法。本发明的另外一个目标是提供一种在点对点或点对多点通信连接上在光传送包括视频信号的数字信号和模拟信号期间，减少复合二阶失真的副作用的系统和方法。本发明的另一个目标是在点对点网络或点对多点网络中控制在上行设备和下行设备之间的信号传输容量，以防止在网络点处信号的冲突，否则其可能导致系统的过载。但是，本发明的另外一个目标是提供一种用于光纤传输系统的交换和路由协议，其是易于使用、相对容易生产、并且相对经济的。

发明内容

根据本发明，在光纤上传送多个数字和/或模拟信号(即，“n”个信号)的系统包括一个或多个用于调制在各自RF载波信号上的一个或多个数字信号的调制解调器。此外，该系统可包括一个或多个RF插入器，该RF插入器接收信号，诸如模拟或数字视频信号，并且输出相应的RF信号。例如，RF插入器在生成RF信号时可执行调制功能，诸如正交幅度调制(QAM)或正交相移键控(QPSK)。

这导致在“n”个RF信号中，典型地，每个RF信号具有基本上相同的初始载频带(F₀)。该系统也包含多个上变频器，其具有用于每个RF信号的上变频器。

功能上，每个上变频器操作在各自的RF信号上以输出具有包含频率大于(F₀)的频带的RF信号。例如，第一个上变频器操作在第一个RF信号上以输出包含频率(F₁)的频带，第二个上变频器操作在第二个RF信号上以输出包含频率(F₂)频带，以此类推，第n个上变频器操作在第n个RF信号上以输出包含频率(F_n)频带。更进一步，对本发明来说，每一个频带可包括调制信号的两个边带(即，双边带(DSB))或仅仅单边带(SSB)。例如，使用合适的滤波器或单边带(SSB)混频器可产生单边带信号。

对于本系统，由“n”个上变频器(某些情况下的滤波器)输出的“n”个频带在单个亚倍频程内是分离的并且是非重叠的。因此，由上变频器输出的所有频率在频谱f_L和f_H之间，其中2f_L-f_H>0。然后，由上变频器输出的频带使用RF合并器合并，所合并的信号导向光发射器。在光发射器处，合并的RF信号被转换为例如具有波长(λ₁)的光信号，其被导向到光纤的一端。

在更多的结构细节上，每个上变频器包括局部振荡器和混频器。为了产生上文描述的分离的频带，每个上变频器的局部振荡器输出独特的频率，F_LO，1，F_LO，2...F_LO，n。例如，第一个上变频器的混频器混频具有F_LO，1的第一个RF信号以输出包含(F₁)的频带，第二个上变频器的混频器混频具有F_LO，2的第二个RF信号以输出包含(F₂)的频带，以此类推。

对于本发明，系统进一步包括光接收器，该光接收器在光信号通过光纤传播后将光信号转换为RF信号。从光接收器，RF信号被导向RF分离器，该RF分离器将RF信号分离为信号碎片并将每个信号碎片导向到相应的电路路径。反过来，每个电路路径包含一个带通滤波器和下变频器。带通滤波器移除亚倍频程之外的频率以来减少，并且在某些情况下，消除由光发射器生成的和在光信号沿着光纤传输过程期间引入的二阶失真。进一步，带通滤波器可被用于为后续的下变频仅通过期望的频率。

功能上，每个下变频器操作在各自的来自分离器的RF信号碎片上，并输出RF信号，该RF信号具有在其上编码的发送的数字/模拟信号中的一个。典型地，由下变频器输出的所有RF信号具有共同的频率，诸如(F₀)。例如，第一个下变频器操作在第一个RF信号碎片上以在频率(F₀)处输出RF信号，该RF信号利用第一个数字信号被调制，第二个下变频器操作在第二个RF信号碎片上以在频率(F₀)处输出RF信号，该RF信号利用第二个数字信号被调制，以此类推。从下变频器生成的每个RF信号可被发送给各自的调制器来解调模拟RF信号，并且输出所发送的数字或模拟信号。恢复的数字/模拟信号在一个或多个网络上发送到它们各自的目的地址。

在可替换的实施例中，每个下变频器可包括诸如调谐电路和局部振荡器的电路来恢复利用一个初始数字信号调制的一个频带。例如，第一个下变频器恢复利用第一个数字信号调制的第一个频带，第二个下变频器恢复利用第二个数字信号调制的第二个频带等等。对于这种恢复，每个下变频器需要关于局部振荡器的频率和相位信息LO₁，LO₂，...LO_n用于在光纤的发送侧上变频初始的RF信号。特别的，每个下变频器需要该信息来驱动它的局部振荡器。例如，在恢复编码第一个数字信号的第一个RF信号期间，第一个下变频器需要关于相应的上变频器局部振荡器信息LO₁的信息以驱动它的局部振荡器LO₁′。

为了上文描述的目的，产生参考频率F_LO-REF的参考局部振荡器LO_REF可连接到每一个局部振荡器LO_1...n，并用于在上变频器中生成局部振荡器信号。利用这些连接，包括频率和相位信息的参考局部振荡器和上变频器局部振荡器之间的相对信息可通过光纤发送。本发明认为参考局部振荡器的输出可用遥测信号发送，该遥测信号为操作使用提供了所需的额外的系统信息。在接收侧，参考局部振荡器信号和遥测信号可被用于在信号恢复期间生成下变频器的局部振荡器信号。

上文虽然为了清晰已描述了沿着光纤在第一个方向(即，正向)传输数字信号，但是可以认识到这里描述的结构可提供在光纤的每侧以在同一个光纤的正向和反向两个方向同时提供数字/模拟信号的传输。例如，具有波长(λ₁)的光信号可在正向传输，而具有波长(λ₂)的光信号可同时在反向传输。本领域的技术人员也可理解正向和反向传输(如，λ₁和λ2)都可使用多个波长，这些波长可被组合起来以增加每个方向的总的传输容量。

根据本发明的优选实施例，系统设有通过光纤光缆增加消息业务流的能力。对于该系统，上行设备和下行信息之间的信号传输的容量可以是时间控制的和/或频率控制的。此外，按照本发明设想，该系统可被用于点对点网络或点对多点网络。

本发明的时间控制可通过在光纤的上行端处通过调制解调器包含时分复用(TDM)能力来实现。特别地，TDM能力被提供来建立用于数据传输的堆栈协议从而防止来自在光纤的上行端处的一个或多个下行设备的信号的冲突，否则这将导致系统过载。进一步，本发明的频率控制可通过包含频分复用(FDM)能力来实现。这也可以用在光纤上行端处的调制解调器和/或RF插入器来实现。

更特别地，FDM能力被提供以适应上行调制解调器或RF插入器本身的数据传输能力，并能够使信号传输到不同频率上的不同下行设备。

结构上，系统包括至少一个，但典型是多个，所谓的“主调制解调器”。每个主调制解调器位于光纤的上行端并连接到系统用于与预定的下行组件进行通信。在这种组合下，FDM方案为各自的信号建立了不同的信号频率来保持信号的完整性。在FDM方案中不同的频率也可用于路由信号到具体指定的目的地址的目的。然后，每个主调制解调器使用其TDM能力将数据信号排列到TDM协议用于在光纤上进行后续传输。

根据TDM协议，每个主调制解调器为消息传输建立起自己的序列。进一步，作为TDM协议的一部分，主调制解调器也将为其队列中的消息施加特定的传输时间要求。如下所述，TDM协议特殊的配置和其特定的传输时间要求将依靠于和主调制解调器连接的下行组件的业务能力。

本发明系统中的下行组件是同轴分配单元以及所谓的“从调制解调器”。这些组件都通过光纤电缆指定地和特定的主调制解调器进行连接。因此。对下行传输，根据光纤下行端处数据信号的目的地址，信号首先被路由到特定的主调制解调器，然后到预定的同轴分配单元。从同轴分配单元，信号被发送到预定的“从调制解调器”。在从调制解调器处，每个信号的频率被调整来满足在FDM方案中由主调制解调器施加的任何要求，诸如识别目的地址。然后每个信号进一步从“从调制解调器”发送到在目的地址处的特定的下行设备。

在本发明的操作中，数据(即，数字消息)从上行设备路由到光纤上行端处的主调制解调器。此外，诸如视频信号的信号，通过光纤上行端处的RF插入器从上行设备接收。特别地，根据数据的目的地址将选择特定的主调制解调器来使用。记住，每个主调制解调器将与特定的下行组件连接。

在接收数据/视频后，主调制解调器/RF插入器根据FDM方案分配频率，在某些情况下，建立TDM协议。特别地，采用FDM方案来避免在主调制解调器/RF插入器处的进入信号和导向预期目的地址信号的数据阻塞。进一步，TDM协议被配置为适应系统现有的业务容量要求。如上文所述，TDM协议适应同轴分配单元和在目的地址处服务下行设备的“从调制解调器”。如本发明所设想，TDM协议的配置将包括为数据施加特定的传输时间要求。在这种情况下，一旦TDM协议已被配置，在光缆上按照TDM协议发送数据。更特别的是，从每个主调制解调器和RF插入器的输出可被上变频并与其他调制解调器的输出合并以生成合并的亚倍频程信号(如上文所述)。然后，合并的亚倍频程信号被导向光发射器，其变换合并的亚倍频程信号为光信号，并将光信号导向到光纤的一端。

在光缆的下行端处，接收到的光信号在光接收器处被转换为RF信号。然后RF信号被分离、滤波和下变频(如上文所述)，然后路由到选择的同轴分配单元。如上文所述，对接收数据的特定的同轴分配单元的选择是基于信号(数据)的目的地址确定的。然后，同轴分配单元将信号(数据或视频)路由到“从调制解调器”以进一步传输到目的地址处的下行设备。

从下行设备到上行设备的上行传输将使用和上文描述的用于下行传输的基本一样的路由。在此不考虑上行传输是否是回复或新的消息。然而不论何种情况，进行上行传输之前，从调制解调器必须首先从主调制解调器接收能进行传输的许可。这需要从调制解调器发送请求信号到主调制解调器来请求和FDM方案保持一致的指令和在其TDM协议中的位置。当根据时间可用性和适应上行传输的传输延迟已配置了TDM协议并且已建立了与FDM方案的兼容时，通过主调制解调器通知从调制解调器可以发送上行传输。然后，下行设备可发送上行流到上行设备。

附图说明

本发明的新颖特性以及发明本身，包括其结构和操作都可通过附图和结合相应的说明被更好地理解，其中类似的附图标记表示类似的部件，并且其中：

图1是示出根据本发明的传输系统的概述的示意图。

图2是详细示出图1中使用单边带信号的发送器和接收器的示意图。

图3是频率槽，其图示了多个信号上变频为在单个亚倍频程内彼此分离并且互不重叠的频带。

图4是示出图1所示系统使用单边带信号或双边带信号的发送器和接收器的另一个实施例的示意图。

图5是可用于在同一个光纤在正向和反向同时传送数字信号的本发明的系统和方法的示意图；以及

图6是根据本发明的传输系统的另一个实施例的概述的示意图。

具体实施方式

初始参考图1，其示出了传送数字信号的系统，通常被指定为10。如图所示，系统10包括一个可操作连接的数据交换和路由单元12，以接收多个数字数据流(其中，数据流14a，14b被标识了)和基于数据流14a，b中的地址信息将接收到的数据流14a，b路由到合适的调制解调器16a-c。对于系统10，数据流14a，b可包括，例如，具有带有有源和目的信息的头部的分组，音频和视频信号或计算机信号，诸如计算机文件或指令和/或通信网络中来自其他节点的数字信号。

继续使用图1，如图所示，每个调制解调器16a-c接收和操作各自的路由来的数据流18a-c并输出各自的具有载波的RF信号20a-c，该RF信号通过一个路由来的数据流18a-c进行调制。典型地，由调制解调器16a-c输出的每个RF信号具有在大约10MHz到1GHz的频率范围。对于系统10，每个调制解调器16a-c的载波频率可不同或，如图所示，每个调制解调器16a-c的载波频率(F₀)可以是一样的。

从调制解调器16a-c，RF信号20a-c由发送器22处理和变换，该发送器22输出光信号到光纤24。发送器22的结构和操作细节在图2中有更详细的描述。继续使用图1，可看到接收器26处理和变换来自光纤24的光信号并输出多个RF信号28a-c。接收器26的结构和操作细节在图2中有更详细的描述。典型地，由接收器26输出的每个RF信号28a-c具有在大约10MHz到1GHz范围的频率。对于系统10，RF信号28a-c的载波频率可不同或，如图所示，每个RF信号28a-c的载波频率(F₀)可以是一样的。

对于图1中的系统10，RF信号28a-c可被选择地路由到一个或多个网络。例如，这些网络可包括无源光网络(PON)，以太网同轴(EOC)网络和点对点网络。在美国专利申请序号13/045,250，标题为“用于光传送的亚倍频程RF堆积和用于分发的反堆积”，于2011年3月10日申请的专利申请中包括这些类型网络的示意图的细节被提供，其所有的内容通过引用被包含在此。

参照图2，发送器22和接收器26的细节和操作可被更好的理解。如图所示，发送器22包括多个上变频器30a-c，其中每个上变频器30a-c操作各自的RF信号20a-c来输出RF信号32a-c，该RF信号32a-c具有包含比进入的RF信号20a-c的频率(例如(F₀))更高的频率的频带。更特别地是，如跨图2和图3参考所示，第一个上变频器30a操作在第一个RF信号20a上来输出包含频率(F₁)的频带，第二个上变频器30b操作在第二个RF信号20b上来输出包含频率(F₂)的频带，以此类推，第n个上变频器30c操作在第n个RF信号20c上来输出包含频率(F_n)的频带。

如下进一步细化，对于如图2所示的本发明的实施例，由各自的上变频器30a-c输出的每个频带优选地是单边带信号。具体地，使用合适的滤波器或在相关领域已知的用于产生单边带信号的任何其他合适的方法可产生单边带信号(或者高边或者低边)。

跨图2和图3参照，可看到RF信号20a-c通过上变频器30a-c被上变频到各自的频带34a-c，这些频带在单个亚倍频程内分离并互不重叠。因此，由上变频器30a-c输出的所有频率在频谱f_L和f_H之间，其中2f_L-f_H>0。例如，频带可从大约1000MHz频率开始，具有带宽大约为100MHz，频带之间距离4MHz。在某些例子中，可以使用的频率范围大约3GHz及以上。在某些例子中，在亚倍频程带宽上进行光纤传输可减少多达80％或更多的二阶失真。

为了完成上面描述的上变频，如图2所示，每个上变频器30a-c包含局部震荡器36a-c和混频器，混频器混频进入RF信号20a-c与局部振荡器36a-c的输出。对于发送器22，每个局部振荡器36a-c输出独特的频率，并且因此，每个上变频器30a-c输出独特的频带34a-c，该频带不和其他的频带34a-c重叠并在单个亚倍频程内与其他的频带34a-c分离，如图3所示。

如图2所示，具有各自的从上变频器30a-c输出的频带34a-c(参见图3)的RF信号32a-c被输入到RF合并器38，该合并器将RF信号32a-c合并为合并信号40，该合并信号被输出到连接到光发送器42的公共导体上。在光发送器42处，合并的信号40被变换为光信号(例如，其具有波长(λ₁))，其被导向到光纤24的一端上。例如，光发送器42可包括激光二极管，并且光纤24可具有超过大约1km的长度。

继续图2，可看到接收器26包括光接收器44，该光接收器可操作地连接到光纤24来接收由光发送器42发送的光信号。例如，光接收器44可包括光电二极管。如图2进一步所示，光接收器44将来自光纤24的光信号变换为RF信号46，该RF信号被导向RF分离器48。在RF分离器48处，RF信号46被分离为信号碎片50a-c，该信号碎片位于各自的电路通路，该电路通路包含各自的带通滤波器52a-c和各自的下变频器54a-c。对于系统，带通滤波器52a-c移除亚倍频程(即，在f_L和f_H之间的频谱)之外的频率来减少，并且在某些情况下，消除在沿着光纤24传输光信号期间生成的二阶失真。在某些情况下，下变频器54a-c中的调谐电路可用作对一些或所有带外频率(即，亚倍频程之外的频率)进行滤波。

继续参照图2，每个下变频器54a-c操作各自的来自RF分离器48的RF信号碎片50a-c并输出RF信号28a-c，在该RF信号28a-c上编码有一个传送的数字信号。典型地，由下变频器输出的所有RF信号28a-c具有公共的频率，诸如(F₀)。例如，第一个下变频器54a操作在第一个RF信号碎片50a上以在频率(F₀)处输出RF信号28a，该RF信号28a利用第一个数字信号进行调制，第二个下变频器54b操作在第二个RF信号碎片50b上以在频率(F₀)处输出RF信号28b，该RF信号28b利用第二个数字信号进行调制，以及第n个下变频器54c操作在第n个RF信号碎片50c上以在频率(F₀)处输出RF信号28c，该RF信号28c利用第n个数字信号进行调制。对于接收器26，每个下变频器54a-c可包括一个电路，诸如调谐电路，其被调谐来选择一个频带34a-c(见图3)，并可包括局部振荡器56a-c，其产生与所选择的频带34a-c混频的局部振荡器输出。每个下变频器54a-c的输出为利用一个初始的数字信号进行调制的RF信号28a-c。来自下变频器54a-c的每个RF信号28a-c可被发送给一个各自的调制解调器器(没显示)以解调模拟RF信号，并且输出所传送的数字信号。然后恢复的数字信号在一个或多个网络上传送到它们各自的目的地址。

图4示出了具有发送器22′的另一个实施例，该发送器包含多个上变频器30a′-c′，其中每个上变频器30a′-c′操作各自的RF信号20a′-c′来输出RF信号32a′-c′，该信号32a′-c′具有包含比进入的RF信号20a′-c′的频率(例如(F₀))更高的频率的频带。对本实施例，由各自的上变频器30a′-c′输出的每个频带可包括调制信号的两个边带(即，双边带(DSB))，残留边带(VSB)信号或仅包括单边带(SSB)。如上文图2所示的实施例，对于本实施例，由上变频器30a′-c′将RF信号20a′-c′上变频为各自的频带34a-c(参见图3)，这些频带在单个亚倍频程里是分离的并且是非重叠的。为此目的，每个上变频器30a′-c′包含局部振荡器36a′-c′和混频器。如图所示，产生参考频率F_LO-REF的参考局部振荡器58连接到每个局部振荡器36a′-c′，并且参考局部振荡器58用于在上变频器30a′-c′中生成局部振荡信号。然后，各自的混频器混频局部振荡器36a′-c′的输出和各自的进入RF信号20a′-c′来产生上变频器30a′-c′的输出。

利用局部振荡器36a′-c′和参考局部振荡器58之间的连接，包括频率和/或相位信息的在参考局部振荡器58和上变频器局部振荡器36a′-c′之间的相对信息可被参考局部振荡器58使用位于局部振荡器36a′-c′中的锁相环电路控制。来自参考局部振荡器58的输出和遥测信号60可在具有来自上变频器30a′-c′的频带的RF合并器38′处合并，并通过光纤24′经由光发送器42′被发送。

继续图4，可看到接收器26′包括光接收器44′，其可操作地连接到光纤24′来接收由光发送器42′发送的光信号，并将光信号转换为RF信号以及将RF信号导向RF分离器48′。在RF分离器48′处，RF信号被分离为信号碎片50a′-e′。如图所示，信号碎片50a′-c′位于各自的电路通路，该电路通路包括各自的带通滤波器52a′-c′和各自的下变频器54a′-c′。对于本系统，带通滤波器54a′-e′移除亚倍频程(即，在f_L与f_H之间的频谱)之外的频率以减少，并且在某些情况下，消除由光发送器42′生成的和在沿光纤24′光信号的传输期间引入的二阶失真。在某些情况下，下变频器54a′-c′中的调谐电路可用作对一些或所有带外频率(即，亚倍频程之外的频率)进行过滤。

进一步如图4所示，信号碎片50d′位于各自的电路通路，该电路通路包括各自的带通滤波器52d′和参考局部振荡器恢复单元64，该参考局部振荡器恢复单元恢复参考局部振荡器信号。例如，参考局部振荡器恢复单元64可包括锁相环电路系统组件，诸如相位检测器和电压控制震荡器(VCO)。如图所示，信号碎片50e′位于各自的电路通路，该电路通路包括各自的通带滤波器52e′和遥测信号恢复单元66，该遥测信号恢复单元恢复遥测信号。如图所示，参考局部振荡器恢复单元64和遥测信号恢复单元66连接到通信控制单元68和每个下变频器54a′-c′的局部振荡器56a′-c′。利用这种方案，使用恢复的参考局部振荡信号(即，在参考局部振荡器信号和相应的上变频器局部振荡器之间的相对的相位和/或频率)可生成合适的局部振荡器56a′-c′信号。利用来自局部振荡器56a′-c′的合适的信号，每个各自的下变频器54a′-c′在来自RF分离器48′的各自的RF信号碎片50a′-c′上操作并输出RF信号28a′-c′，其具有在该RF信号28a′-c′上编码的一个发送的数字信号。

图5示出了在此描述的结构可被提供在光纤24″的每边以在同一个光纤24′在正向和反向提供同时的数字信号传输。如图所示，发送器22a(可参考上文描述的发送器22或22′)被定位于在正向发送具有波长(λ₁)的光信号，按顺序通过波分复用器70a、光纤24″和波分复用器70b，用于由接收器26a(可参考上文描述的接收器26或26′)接收。也如图所示，发送器22b(可参考上文描述的发送器22或22′)被定位于在反向发送具有波长(λ₂)的光信号，按顺序通过波分复用器70b、光纤24″和波分复用器70a，用于由接收器26b(可参考上文描述的接收器26或26′)接收。可理解发送器22a的某些组件可被共享、与接收器26b的某些组件集成或共置。也可理解在正向和/或反向可插入更多的波长来增加总的数字传输容量。

如上文所示，此处描述的系统可被用于跨光纤传送频带，该光纤可包括调制信号的两个边带(即，双边带(DSB))，残留边带(VSB)信号或仅包括单边带(SSB)。在某些例子中，更希望使用单边带信号，因为它们与DSB相比使用更少的传输带宽，消除图像问题(如下)以及潜在地减少削减效应。此外，当使用单边带信号时，在传输期间局部振荡器(即，载波频率)中的变化仅有最小的负面影响。另一方面，当使用双边带信号时，可能导致图像折回来的问题，其出现在DSB信号的下变频期间的恢复中。除非在DSB信号中频率和相位都精确恢复了，否则会导致对消(即，引入失真)。图4所示的实施例通过建立局部振荡器参考LO_REF提供了一种解决方法，该局部振荡器参考LO_REF可用于在系统发送端处生成局部振荡信号LO_N.。然后，LO_REF和LO_N都在光纤上发送到系统的接收端，其中LO_REF用于为下变频恢复LO_N′。当使用单边带信号时，使用LO_REF的方法也可用于改善信号恢复。

现在，参照图6示出了另一个更普遍、用于传送模拟和/或数字信号的系统的实施例，其通常被指定为10′。如图所示，系统10′包括数据交换和路由单元12′，其可操作地被连接来接收多个数字数据流(这些数据流被标识为14a′-c′)并且基于数据流14a′-c′中的地址信息将接收到的数据流14a′-c′路由到合适的调制解调器16a′，b′。尽管示出了两个调制解调器16a′，b′，但是可以理解在系统10′中可以使用多于两个调制解调器以及仅仅一个调制解调器16a′或16b′。对于系统10′，数据流14a′-c′可包括，例如，包括具有源和目的信息的头部的分组，诸如包括计算机文件或指令和/或来自通信网络中其他节点的数字信号的计算机信号。

继续如图6所示，每个调制解调器16a′，b′接收和操作一个或多个各自的路由的数据流18a′-d′，并且输出各自的RF信号20a″，b″，该信号具有由一个或多个路由的数字数据流18a′-d′调制的载波。典型地，由调制解调器16a′，b′输出的每个RF信号具有在大约10MHz到1GHz范围中的频率。

继续参照图6，可看到RF插入器71接收诸如视频信号的信号73，并输出相应的RF信号20c″。例如，输入到RF插入器的信号73可以是模拟视频信号、数字视频信号或本领域所知的任何类型的模拟信号。此外，信号73可包括监视信号和/或遥测信号。进一步，对于系统10′，RF插入器71可执行调制功能来生成RF信号20c″，诸如正交幅度调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)或本领域所知的任何其他合适的调制技术。对于系统10′，RF插入器71生成与调制解调器16a′，b′的输出(即，信号20a″，b″)兼容的RF信号20c″，使得RF信号20a″-c″在发送器22″中一起被处理，如下所述。

图6示出，来自调制解调器16a′，b′的RF信号20a″-b″和来自RF插入器71的RF信号20c″被发送器22″(可参照上文所描述的发送器22(见图2)或发送器22′(见图4))共同地处理和变换。发送器22然后输出光信号到光纤24a。接收器26″(可参照上文所描述的接收器26(图2)或接收器26′(图4))处理和变换来自光纤24a的光信号并输出多个RF信号28a″-c″。从接收器26″，RF信号28a″-c″被各自的同轴分配单元72a-c接收，该同轴分配单元基于每个RF信号28a″-c″的目的地址将每个RF信号28a″-c″导向调制解调器74a-i。调制解调器74a-i可包括一个或多个恢复初始数据信号14a′-c′的RF信号至数字信号调制解调器，和/或一个或多个恢复初始信号73(该初始信号73可以例如是模拟视频信号)的RF信号至模拟信号调制解调器。

对于本发明，示出的系统10′可设有用于增加数据信号14a′-c′流通过光纤24a的能力。具体地，对于系统10′，一个或多个调制解调器16a′，b′可以是所谓的主调制解调器以及一个或多个调制解调器74a-i可以是所谓的从调制解调器。因此，对于系统10′，一个、一些或所有的调制解调器16a′，b′可以是主调制解调器。相应地，一个、一些或所有的调制解调器16a′，b′可以是标准(非主)调制解调器。进一步，一个、一些或所有的调制解调器74a-i可以是从调制解调器，并且一个、一些或所有的调制解调器74a-i可是标准(非从)调制解调器。

对于所示的配置，由主调制解调器16a′，b′控制从调制解调器74a-i。典型地，如图所示，主调制解调器16a′，b′控制多于一个从调制解调器74a-i，并在其控制下将数据流14a′-14c′路由到从调制解调器74a-i。例如，系统10′可被配置，使得主调制解调器16b′控制从调制解调器74d-f。当诸如具有目的地址并由从调制解调器74e服务的数字信号14c′的数字信号到达数据交换和路由单元12′时，数据信号14c′被路由到控制从调制解调器74e的主调制解调器16b′。例如，离开主调制解调器16b′的信号20b″的频率或一些其他信号参数可被控制使得信号20b″可到达目标从调制解调器74e。此外，每个RF插入器可控制一个或多个从调制解调器74a-i。

在上文所描述的架构内，上行设备和下行设备之间的信号传输容量可以是时间控制的和/或频率控制的。此外，按照本发明设想，系统10′可被用于点对点网络或点对多点网络。更详细地。一个、一些或所有的调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71可包括时分复用(TDM)的能力。特别地，TDM能力被提供为数据传输建立堆栈协议以防止信号的冲突，否则这将可能导致系统10′的过载。除了TDM能力以外，或作为TDM的替换，一个、一些或所有的调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71可包括频分复用(FDM)的能力。更具体地，FDM能力被提供以适应调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71的数据传输能力，并能够将信号在不同的频率上传输到不同下行设备。在这种组合下，FDM方案为各自的信号建立了不同的信号频率来保持信号的完整性。为了路由信号到指定的目的地址的目的，在FDM方案中也可使用不同的频率。然后，每个调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71使用其TDM能力将数据信号排列到TDM协议里用于随后在光纤24a上进行传输。

根据TDM协议，每个调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71建立用于消息传输的自己的队列。进一步，作为TDM协议的一部分，调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71也将为其队列中的消息施加特定的传输时间要求。TDM协议特殊的配置和其特定的传输时间要求将依靠于和特定的调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71(诸如同轴分配单元72a-c和/或一个或多个从调制解调器74a-i)连接的下行组件的业务能力。在从调制解调器74a-i处，每个信号的频率被调整来满足在FDM方案中由调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71施加的任何要求，诸如识别目的地址。然后每个信号进一步从从调制解调器74a-i发送到在目的地址处指定的下行设备。

在系统10′的操作中，数据流14a′-c′从数据交换和路由单元12′处的上行设备路由到特定的调制解调器16a′，b′。具体地，根据数据流14a′-c′的目的地址将选择要使用的特定的调制解调器16a′，b′。记住，每个主调制解调器16a′，b′将与诸如同轴电缆分配单元72a-c和一个或多个从调制解调器74a-i的特定的下行组件连接。

在接收数据流14a′-c′或信号73后，主调制解调器16a′，b′或RF插入器71根据FDM方案分派频率并且建立TDM协议。特别是，采用FDM方案来避免来自在调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71处进入信号的数据阻塞，并将信号导向预期的目的地址。进一步，TDM协议被配置成适应系统10′现有的业务容量要求。如上文所述，TDM协议适应同轴分配单元72a-c和服务于在目的地址处的下行设备的从调制解调器74a-i。对于系统10′，TDM协议的配置将包括为数据流14a′-c′和/或信号73施加特定的传输时间要求。一旦TDM协议已被配置，数据流14a′-c′和/或信号73随后与TDM协议保持一致在光纤24a上被发送。更特别的是，在发送器22″中，从调制解调器16a′，b′和/或RF插入器71输出的RF信号20a″-c″可被向上变频并混合来生成合并的亚倍频程信号(如上文所述)。同样在发送器22″中，合并的亚倍频程信号导向光发送器，其变换合并的亚倍频程信号为光信号，并将光信号导向光纤24a的一端。

在光纤24a的下行端处，接收到的光信号在接收器26″处被转换为RF信号。在接收器26″处，然后接收到的RF信号被分离、滤波和下变频(如上文所述)，然后路由到所选择的同轴分配单元72a-c。如上文所述，接收数据的特定的同轴分配单元72a-c的选择是基于数据流14a′-c′或信号73的目的地址确定的。然后，同轴分配单元72a-c将数据流14a′-c′和/或信号73路由到合适的调制解调器74a-i用于进一步传输到目的地址处的下行设备。

从下行设备到上行设备的上行传输将使用和上文描述的下行传输基本一样的路由。在此不考虑上行传输是否是回复或新的消息。然而不论何种情况，进行上行传输之前，从调制解调器74a-i必须首先从主调制解调器16a′，b′接收能进行传输的许可。这需要从调制解调器74a-i发送请求信号到主调制解调器16a′，b′来请求和FDM方案保持一致的指令和在其TDM协议中的位置。当根据时间可用性和适应上行传输的传输延迟已配置了TDM协议，并且已经建立了与FDM方案一致的TDM协议时，由主调制解调器16a′-c′通知从调制解调器74a-i将发送上行传输。然后，下行设备可进行到上行设备的上行传输。

然而，此处所示和详细披露的光纤传输系统的特定的交换和路由协议完全能够实现目标和提供前面所述优势，应该理解本发明优选实施例只是举例示例性的，并且除了在所附权利要求中所描述的之外，不意欲限制此处所示的构建或设计细节。

Claims (23)

1.一种用于传输多个数字数据信号的系统，所述系统包括：

至少一个RF插入器，所述至少一个RF插入器接收视频信号并输出RF信号；

上变频器系统，所述上变频器系统操作RF插入器下行的至少一个RF信号以输出具有在单个亚倍频程内的频率带宽的RF信号；

光发射器，所述光发射器将所述上变频器系统下行的单个亚倍频程RF信号变换为光信号并将所述光信号导向光纤；

所述光纤的下行光接收器，所述下行光接收器将所述光信号变换为RF信号；以及

下变频器系统，所述下变频器系统接收所述光接收器下行的RF信号并输出其上编码有所述视频信号的RF信号。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括输出采用至少一个数字信号进行调制的信号的至少一个调制解调器、和接收所述下变频器系统下行的其上编码有至少一个数字信号的RF信号并输出至少一个数字信号的调制解调器，。

3.如权利要求2所述的系统，其中，输出采用至少一个数字信号进行调制的信号的所述至少一个调制解调器是至少一个主调制解调器，以及接收具有至少一个数字信号的的RF信号的所述调制解调器是从调制解调器。

4.如权利要求3所述的系统，其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出编码了至少两个输入数字信号的频分复用(FDM)信号。

5.如权利要求3所述的系统，其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出编码了至少两个输入数字信号的时分复用(TDM)信号。

6.如权利要求3所述的系统，其中，所述主调制解调器确立TDM协议，所述TDM协议被配置为适应在所述从调制解调器上的当前的业务容量要求。

7.如权利要求3所述的系统，其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出编码了至少两个输入数字信号的频分复用(FDM)信号，所述频分复用(FDM)信号还被时分复用(TDM)。

8.如权利要求3所述的系统，进一步包括同轴分配单元，所述同轴分配单元接收所述下变频器系统下行的其上编码有至少一个数字信号的RF信号，并且其中，所述从调制解调器接收所述同轴分配单元下行的其上编码有至少一个数字信号的RF信号。

9.如权利要求1所述的系统，进一步包括同轴分配单元，所述同轴分配单元接收所述下变频器系统下行的其上编码有至少一个数字信号的RF信号，并且其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出确立TDM协议的时分复用(TDM)信号，所述TDM协议被配置为适应在所述同轴分配单元上的当前的业务容量要求。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述上变频器系统包括多个上变频器和RF合并器，每个上变频器输出各自的频带；所述频带在单个亚倍频程内是彼此分离的并且是彼此非重叠的，并且其中，所述RF合并器从所述频带产生合并的RF信号。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述下变频器系统包括多个下变频器和从所传输的RF信号产生信号碎片的RF分离器；并且其中，每个下变频器从所述分离器接收下行信号碎片并输出其上编码有所述视频信号的RF信号。

12.如权利要求1所述的系统，其中，所述RF插入器使用正交幅度调制(QAM)将所述视频信号调制在载波信号上。

13.如权利要求1所述的系统，其中，所述视频信号从包括模拟视频信号和数字视频信号的视频信号组中进行选择。

14.如权利要求1所述的系统，其中，通过所述RF插入器与所述视频信号一起接收监视信号。

15.如权利要求1所述的系统，其中，通过所述RF插入器与所述视频信号一起接收遥测信号。

16.一种用于将多个数字数据信号传输到光纤的设备，所述设备包括：

至少一个主调制解调器，所述至少一个主调制解调器接收多个数字信号输入并输出编码了至少两个输入数字信号的复用RF信号；

上变频器系统，所述上变频器系统操作主调制解调器下行的至少一个RF信号以输出具有在单个亚倍频程内的频率带宽的RF信号；以及

光发射器，所述光发射器将所述上变频器系统下行的单个亚倍频程RF信号转换为输入到光纤的光信号。

17.如权利要求16所述的设备，其中，编码了至少两个输入数字信号的所述复用信号从包括频分复用(FDM)信号、时分复用(TDM)信号以及既频分复用(FDM)又时分复用(TDM)的信号组成的信号组中进行选择。

18.如权利要求16所述的设备，其中，所述上变频器系统包括多个上变频器和RF合并器，每个上变频器输出各自的频带；所述频带在单个亚倍频程内是彼此分离的并且是彼此非重叠的，并且其中，所述RF合并器从所述频带产生合并的RF信号。

19.如权利要求16所述的设备，进一步包括接收视频信号并输出RF信号的至少一个RF插入器，并且其中，所述上变频器系统操作RF插入器下行的至少一个RF信号来输出具有在单个亚倍频程内的频率带宽的RF信号。

20.一种用于传输多个数字数据信号的方法，所述方法包括步骤：

从至少一个主调制解调器输出采用至少一个数字信号进行调制的RF信号；

上变频主调制解调器下行的至少一个RF信号来输出具有在单个亚倍频程内的频率带宽的RF信号；

将单个亚倍频程RF信号变换为光信号并将所述光信号导向光纤；

将光信号变换为所述光纤下行的RF信号；

下变频RF信号并输出其上编码有至少一个数字信号的RF信号；

在从调制解调器处接收其上编码有至少一个数字信号的RF信号；以及

从所述从调制解调器输出至少一个数字信号。

21.如权利要求20所述的方法，其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出编码了至少两个输入数字信号的频分复用(FDM)信号。

22.如权利要求20所述的方法，其中，主调制解调器接收多个输入数字信号并输出编码了至少两个输入数字信号的时分复用(TDM)信号。

23.如权利要求20所述的方法，进一步包括在同轴分配单元处接收其上编码有至少一个数字信号的RF信号的步骤，并且其中，所述从调制解调器接收所述同轴分配单元下行的其上编码有至少一个数字信号的RF信号。

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