CN104041014B - 具有宽带通信路径和同轴电缆域节点的hfc电缆系统 - Google Patents

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Abstract

一种通过添加高于1GHz的宽带RF信号能力并且将至少部分诸如放大器之类的CATV有源器件替换为新型的同轴电缆域节点(CDN)器件来扩展混合光纤电缆(HFC)网络的数据携带容量的系统和方法，所述CDN器件将HFC网络的CATV电缆部分分割为一系列更小的域。CDN通常从5‑865MHz中对RF信号滤波，同时放大超过1GHz的RF信号并且允许该信号通过。因为CDN对来自每个域的5‑42MHz上行信号进行截取并且将其转换为1GHz以上信号，所以上行能力得到增强。因为CDN能够使用更加有效率的编码的1GHz以上数字信号并进行QAM调制，并且在本地注入到每个域当中而不产生域之间的干扰，所以下行能力也得到增强。所述系统将数据管理和下行数据从头端推送到CDN，同时创造了更大的吞吐量。

Description

具有宽带通信路径和同轴电缆域节点的HFC电缆系统
相关申请的交叉参照
本国际申请声明2012年1月9日递交的发明人为Shlomo Selim Rakib的美国专利申请13/346,709“HFC CABLE SYSTEM WITH WIDEBAND COMMUNICATIONS PATHWAY AND COAXDOMAIN NODES(具有宽带通信路径和同轴电缆域节点的HFC电缆系统)”的优先权。
技术领域
本发明涉及有线电视和混合光纤电缆系统的常见领域，尤其涉及提供扩展功能以及网络接入。
背景技术
有线电视(CATV)最早诞生于20世纪40年代末，其作为借助同轴电缆将电视信号发送到接收不佳地区的房屋中的一种方式，很多年来得到了改良以及扩展以使得电缆介质能够传输数量不断增加的包括数字电子以及宽带网络数据在内的不同类型的数字数据。
多年以来，这个20世纪40、50年代的系统已经得到了扩展以提供越来越多的功能。最近，光导纤维的使用已经对CATV系统进行了扩展，以便对大量的来自许多不同CATV光导纤维的数据的发送载荷进行处理，这些不同的CATV光导纤维对本地邻域、以及系统的电缆终端或者运营商进行处理。在此经常使用光导纤维发送数据到很长的距离，并且随后由本地光导纤维节点将光信号(通常为红外光)转换为用于在CATV电缆上通信的射频(RF)信号(通常在5MHz到大约865MHz频率范围内)。这样的系统通常被称为混合光纤电缆系统或者HFC系统。电缆运营商用于向系统注入信号(例如，数据)以及从系统提取信号(例如，数据)的复杂电子设备通常被称为电缆调制解调器终端系统或者CMTS系统。
在典型的HFC系统中的各个光导纤维节点处，光导纤维信号被重新转换为RF信号并且随后被各个邻域CATV同轴电缆传送到各个家庭中。与传远距离送光信号而不会造成明显的信号强度衰减的光纤不同，RF信号随着在CATV同轴电缆上距离的增加而迅速衰减。随着RF信号的频率增大，随距离的衰减也增大。例如，使用RG-59电缆，在10MHz下RF信号随着距离的衰减为大约1.1dB/100英尺，在100MHz下信号随着距离的衰减为大约3.4dB/100英尺，在400MHz下衰减率为7.0dB/100英尺，以及在1000MHz(1GHz)下衰减率为12dB/100英尺。诸如RG-6电缆之类的其它同轴电缆具有随距离增加的更小的衰减特性，但是依旧存在同样类型的衰减问题。
因此，为了对在邻域CATV同轴电缆上传播的各种上行和下行信号的RF信号进行维持，邻域CATV系统通常使用各种诸如向前及向后(双向)RF放大器以及其它类似的有源器件。目前，在使用最大频率为大约550或者850MHz的CATV系统的情况下，这些有源器件通常间距为1000英尺。
每个有源器件都能够具有多根(例如，1至4根)与之连接的邻域CATV子电缆，并且通常为了维持几千英尺的电缆距离上的RF功率，沿着单一同轴电缆连接有多个(例如，1至3个)有源器件。结果，邻域级的CATV系统的同轴电缆铺设图通常具有“树”状结构，其中CATV同轴电缆树的分支从不同的有源器件处延伸出去。连接到来源于光导纤维节点的RF信号上的第一或者主CATV同轴电缆通常被称为“主干”电缆，而从主干电缆分出的各个同轴电缆通常被称为分支电缆，并且分支电缆自身还具有从它们自身分出的分支电缆。因为各个主干和分支电缆覆盖了本地邻域并且通常位于各个有源器件之间，邻域或者CATV电缆上的各个分接头、分路器以及分离器将各个家庭连接到CATV电缆上。为了向各个有源器件提供电力，CATV同轴电缆通常还会输送电力。正如所期望的那样，磋商地役权以及铺设邻域CATV电缆的程序是繁冗的，然而这一程序已经在国家的各个地方延续了超过50年并且现在已经建立完好。
目前，在美国的CATV系统中，5-42MHz频率范围被保留以用于从各个电缆调制解调器返回到电缆设备/电缆头端的上行通信，而且大部分带宽被保留以用于从电缆设备到各个家庭的下行通信，所述大部分带宽通常为54MHz至547MHz以上范围(通常其上限扩展到865MHz甚至更高)。欧洲CATV系统则遵循稍微不同的方案，其中，上行通信频率上延至65MHz范围，而且下行通信频率通常在88至约865MHz的范围内。通常情况下，介于42-54MHz(美国)和65-88MHz(欧洲)之间的中间频率并未被使用，因为在这一范围内进行滤波切换。因为信号的快速衰减，大约750至865MHz以上的更高频率(本申请中普遍指1GHz以上的频率或者宽带频率)目前并未被使用。
在同时提交的申请12/692,582以及12/907,970中能够找到本领域中现有技术的更加详细的说明，这两份申请的内容作为本申请的参考。
具有不同类型的CMTS系统和光纤节点的现有技术工作包括：Liva等人的美国专利7,149,223、Sucharczuk等人的美国专利申请2007/0189770以及Amit的美国专利7,197,045。
尽管到目前为止，大约1GHz以上的CATV波谱基本上并未使用，以色列特拉维夫的Xtend Networks有限责任公司以及其它公司(例如，Javelin Innovations股份有限公司)在利用这些宽带波谱的各种方法上已经取得了一些成果。由美国专利7,138,886、7,209,497、7,616,890、7,748,023、7,904,932、7,933,772以及7,927,739所例示的现有技术工作都关注于与1GHz以下频谱之间的频率转换以及用以处理1GHz以上频谱的适合的分接头与放大器相关的问题，但是通常倾向于将此更高的频率范围视为目前CATV数据通信业务的简单扩展来处理高于1GHz的CATV波谱。
发明内容
本发明的发明点在某种程度上取决于，尽管高于1GHz的CATV频率确实表现出当前未开发的CATV数据传输可能，然而在充分背离过去的CATV数据通信实践中能够对这些1GHz频率更加有效率地利用。
本发明的发明点在某种程度上还取决于，高于1GHz的CATV RF频谱可以被视为其独立的通信路径，该通信路径能够借助于与低于1GHz的CATV RF频谱的惯例或传统惯例具有很大不同的方式进行管理。
数据最初以不同的射频(RF)正交幅度调制(QAM)信道的形式经由CATV电缆进行发送。CATV产业中的现有技术实行通常能够在电缆头端产生这些QAM信道，作为QAM调制的光信号经由光导纤维进行发送到连接到本地CATV电缆上的不同的光导纤维节点处，在本地CATV电缆中数据借助于不同的RF波形发送，所述光导纤维能够发送巨大数量的数据。如上所述，这些本地CATV电缆反之通常被安置在树状网络中，所述树状网络具有不同的电缆分支，所述不同的电缆分支最终都连接到各个用户CATV电缆所连接的分布于各个邻域中的诸如电缆调制解调器、机顶盒(STB)、以太网终端以及类似的通信设备上。
从数据携带的角度出发，光导纤维电缆能够被视为巨大的(例如，具有很高容量的)数据管线，该数据管线在各个光导纤维节点处分为CATV电缆上RF信号所携带的各个很小的数据通道(例如，具有远小的数据携带能力)。
尽管通过提供1-2或者1-3GHz带宽范围内可能的额外数据携带能力来扩展现有技术中0-1GHz范围的CATV电缆频率能够理所当然地将本地CATV电缆的数据携带能力提高2-3倍，但是当使用了现有技术的携带数据的方法时，净效果并没有过度理想。即就是，光导纤维数据管将终止于两根甚至三根小型数据通道处，而不是终止于各个单一小型数据通道处。
因此，一个重要的发明点为，除非针对扩展的1-2或者2-3GHz范围的高频CATV信号采用大体上不同的CATV数据管理方案，否则不会得到很显著的提高。即就是，CATV组件的从大概0-1GHz范围到大概所扩展的0-2或者0-3GHz+范围的任何改进升级都不会如此巨大，甚至可能不会取得应得的效果。相对于光导纤维数据管线的巨大的数据携带能力，数据通道依旧很小。
本发明的发明点还取决于，由本地CATV电缆系统的小型数据通道连接到巨大光导纤维数据管上的各个独立用户(由本地通信设备表示)通常不需要使用过多的光导纤维数据管携带能力。更甚者，本地CATV所连接的用户所需要的是从巨大光导纤维数据管中快速拾取并选择感兴趣的数据部分的能力。如果各个用户能够快速获得数据选择的个性化窄播版本，那么他们的数据选择可以充分配合本地CATV电缆的小型数据通道。类似地，尽管当本地用户可能偶然地需要快速上载巨大数量的数据，然而他们依然需要使用巨大光导纤维数据管线的大部分的数据携带能力。更甚者，如果不同的本地CATV用户能够克服现有技术的CATV电缆受限的上行能力这一瓶颈，那么他们的上行需求也很可能在可预见的未来得到满足。
本发明的发明点在某种程度上还取决于，需要离开过去的实践，该过去的实践将光导纤维和CATV信号数据管理和信号转换过程的大部分降低到电缆头端。而根据本发明，可通过将更多的系统数据管理和信号转换能力设置成离终端用户更近来获得改进的性能，实际上在商业上尽可能地靠近终端用户。因此，本发明继续在先发明12/907,970和12、692,582的工作，这两个在先发明也给出了将更多的系统数据管理和信号转换能力设置成离终端用户更近的教示。
本发明的发明点在某种程度上还取决于，高于1GHz的CATV频率代表了实现这一改进的下行推送式数据管理信号和转换能力的巨大可能性。因此，举例来说，诸如电缆调制解调器、STB或者以太网终端之类的本地用户通信设备在要求额外的上行或者下行数据信道的同时可以向新类型的CATV有源器件(在此称为“电缆域节点”)发起诸如更多的数据携带能力之类的额外服务的请求。电缆域节点(CDN)能够将此额外服务的请求转播到本地电缆光纤节点处，并且本地电缆光纤节点则能够接入到巨大光导纤维数据管线上。本地电缆光纤节点能够使用1GHz以上频率范围发送数据到光导纤维上并且接收来自光导纤维的数据，并且将该数据转播到沿CATV电缆分布的本地电缆域节点处。
在某些实施例中，此额外服务能够使用更加有效率的数字协议(例如，使用不同的以太网协议)在1GHz以上(高于1GHz)频率范围之内在各个电缆域节点之间或者电缆域节点域本地光导纤维节点之间发送，并且随后转换为各个RF QAM信号或者从各个RF QAM信号进行转换以发送到本地CATV用户处。依据要求的实现方式，这些RF QAM信号能够在标准0-1GHz范围内，在宽带1-2、1-3或1-3+GHz范围内，又或者在标准范围和宽带范围两者之内。
在某些实施例中，尤其是当需要很高的向后兼容性的时候是很有用的，与其它应用一样，将本发明的同轴电缆域节点配置为对部分或者全部低于1GHz的CATV信号进行抑制或者滤波是很有用的，同时继续允许高于1GHz的全部信号通过。此类型的实施例中具有将拥有多个同轴电缆域节点的CATV电缆延伸分离为单独的域，所述单独的域位于每个同轴电缆域节点之间的同轴电缆中。在每个同轴电缆域之内，低于1GHz的CATV信号能够继续在同轴电缆连接的家庭之间自由流动，但是这些低于1GHz的CATV信号无法自由地通过同轴电缆域接合点到达下一组同轴电缆域节点所界定的同轴电缆处。相对地，同轴电缆域节点可以配置为允许高于1GHz的CATV RF信号自由流动到跨越多个同轴电缆域节点的CATV电缆上。
因此，在某些实施例中，本发明可以是扩展了混合光新电缆(HFC)网络的数据携带能力的系统和方法，所述系统和方法增加了高于1GHz的宽带RF信号能力，并且用新型的同轴电缆域节点(CDN)设备来取代诸如放大器之类的至少部分CATV有源器件，所述CDN设备HFC网络的CATV电缆部分分割为一系列更小的域。CDN通常从5-865MHz中对RF信号进行滤波和终止，同时对高于1GHz的RF信号进行放大和转播或者允许其通过。
通过使用本方案，即使是使用传统通信设备，系统的上行能力也能得到极大的增强(例如，在量级程度甚至更多)，因为CDN能够从每个域中截取5-42MHz上行信号并且转换为1GHz以上信号，因而缓和上行数据拥堵和竞争。下行能力也得到了极大的增强，因为CDN能够采用有效率地编码的1GHz以上数字数据，对该数字数据进行QAM调制，并且根据需要由本地通信设备在本地注入到每个单独的同轴电缆域中，并且不需要担心域之间出现不必要的干扰。本发明还提出了数据管理，以及从电缆头端到各个电缆域节点处的下行，创建了更多的上行和下行吞吐量。
附图说明
图1所示为当前分配给典型CATV电缆系统的不同频率和数据信道的总体图，所述典型CATV电缆系统携带传统模拟电视FDM信道、QAM数字电视信道、各种类型的有线电缆数据服务接口规范(Data Over Cable Service Interface Specification，DOCSIS)以及1GHz以上的宽带频率。
图2所示为分配给与可选的密集型波分复用(DWDM)方法相比，现有技术中光导纤维波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)方案的不同波长的总体图，在本发明的某些实施例中宽带(1GHz以上)通信路径可能会使用DWDM方法来携带上行或下行数据。
图3所示为现有技术的HFC系统将数据从电缆设备或电缆头发送到不同的光导纤维节点处的简化版本，每个光导纤维节点都连接到CATV同轴电缆的主干和分支的类似结构上。同轴电缆通常包含诸如RF放大器在内的多个有源器件，这些有源器件之间通常以一千英尺的间隔放置以对信号衰减进行校正；
图4所示为当使用与现有技术的邻域CATV电缆树和分支同轴电缆的时本发明的“宽带通信路径”如何工作。根据本发明，此宽带通信路径与新型的“同轴电缆域节点(CoaxDomain Node，CDN)”进行交互。这些CDN设备通常会替代现有技术中诸如放大器之类的CATV有源器件。CDN设备可以去除沿着由特定CDN设备所服务的特定CATV分支电缆或主干电缆从各个家庭返回的部分或者全部5-42MHz上行RF信号。此后，CDN设备能够将上行CATV RF信号和数据转换为上行1GHz以上频率的信号和数据，并且将转换后的信号和数据发送回光导纤维节点并随之发回到电缆头，由此缓解邻域CATV电缆上的上行阻塞。
图5A所示为体现了同轴电缆域节点的不同实施例，以及为这些类型的设备服务的光导纤维节点的框图。
图5B所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)的第二可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端进行交互的方案。
图5C所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)的第三可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端进行交互的可选方案。
图5D所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)的第四可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端进行交互的可选方案。
图6所示为本发明的某些实施例中微时隙分配包(Mini-slot AllocationPacket，MAP)数据可以被用于对上行信号所编码的数字数据进行分析和提取的概括图。随后，沿着1GHz以上宽带通信路径以及在光导纤维节点之后沿着HFC光导纤维，上行数字数据可以通过使用更加有效率的数字协议(例如，GigE协议)被送回电缆头以及电缆头上的CMTS处。当位于光纤节点处时，此上行数据或者以不同于下行光导纤维信号的波长被送回，又或者可选地沿着不同的光导纤维被送回。在预期的电缆头CMTS端，相同的MAP数据可以与数字数据一同使用来重建原始上行CATV RF信号，并且重建的信号反而被注入到传统CMTS中。
图7所示为一种宽带通信路径与同轴电缆域节点寻址方案。在此，每个同轴电缆域节点或者某些实施例中相关的同轴电缆域节点组被分配到不同的域中，并且由各自的同轴电缆域节点所服务的诸如电缆调制解调器和其他设备之类的通信设备能够被相应的电缆设备或电缆头CMTS所寻址。在一简单方案中，处在每个同轴电缆域节点中的家庭通信设备可以被当做仅仅是小型独立邻域由CMTS进行操作，从而将实际中大型的CATV同轴电缆邻域分割为多个虚拟的小型邻域。这一方案有助于保留对传统CMTS以及CMTS系统的向后兼容性。
图8所示为同轴电缆域节点可以对各个同轴电缆域之间的频率和载荷进行分配的方案。
图9所示为同轴电缆域节点对各个同轴电缆域之间的频率和有效载荷进行分配的一种方案的细节。应当注意，因为在此方案中不同的域在下行频率范围(例如，5-42MHz或者5-88MHz)之内被相互孤立，即使这些域位于沿着相同的邻域CATV电缆的不同位置上，这些频率和时间片在不同的域之间也不必一致。
图10所示为电缆头端在合适的路由器的帮助下在IP空间中采用不同的数据形式(例如，模拟视频、数字视频、点播视频、以及由电缆头端的CMTS所产生的其它信号)，将数据调制为模拟光信号，添加不同类型的(数字格式的)窄播载荷，对这些窄播载荷进行多路复用，并且作为不同的光信号经过光导纤维发送到不同的光导纤维节点处的方案。
图11所示为电缆头端在合适的路由器的帮助下在IP空间中采用不同的数据形式(例如，模拟视频、数字视频、点播视频、以及由电缆头端的CMTS所产生的其它信号)，将数据调制为模拟光信号，添加不同类型的(数字格式的)窄播载荷，对这些窄播载荷进行多路复用，并且作为不同的光信号经过光导纤维发送到不同的光导纤维节点处的方案。在此可选方案中，能够使用目前未使用的光导纤维(例如，暗光纤)来传送窄播信号。
具体实施方式
在一实施例中，本发明可以是用于增强混合光纤电缆(HFC)网络的数据传输能力的系统和方法，所述HFC网络具有电缆头端、至少一根光导纤维、至少一个光导纤维节点，所述光导纤维节点终接在至少一根CATV同轴电缆上(CATV电缆)。此CATV电缆通常连接到多根其它分支CATV电缆上，从而形成CATV树以及分支网络。通常，诸如机顶盒、电缆调制解调器、以太网终端之类的大量不同类型的通信设备将从不同的地方连接到此CATV树和分支网络上。
尽管标准的(例如，现有技术的光导纤维节点)或者略微改进的现有技术的光导纤维节点通常可以用于本发明，然而在一优选实施例中，光导纤维节点自身具有一些独特的性能(例如，能够工作在下述的不同的同轴电缆域节点功能中)。
本发明凭借在不同的CATV电缆路径上传送非标准的1GHz及以上的CATV的RF信号，以及5-865MHz之间的常用CATV RF信号。不幸的是，现有技术的标准CATV同轴电缆经常加入了诸如滤波器、放大器、分接头之类的会抑制1GHz以上的RF信号的器件。因此，本发明的系统或方法的第一步在于创建以由大约1GHz或者更高的RF频率进行传送的双向宽带通信路径为基础的同轴电缆，该双向宽带通信路径介于CATV光导纤维节点之间以及连接到多根同轴电缆域节点上并且介于多根同轴电缆域节点之间，同轴电缆域节点分布在CATV树和分支网络上。这通常能够通过使用具有良好的1GHz以上频率传输特性的同轴电缆，并且使用能够传导小于1GHz的低频以及高于1GHz的高频RF信号的滤波器、放大器以及分接头来实现。例如，通过先期将不符合1GHz以上的滤波器、放大器和分接头置换为符合1GHz以上的滤波器、放大器和分接头，能够对传统CATV电缆系统进行升级以确保至少能够对本发明所要求的1GHz以上信号进行处理。
进一步地，根据本发明，在分布在CATV树和分支网络上的各个交汇点处放置了一种新型的有源器件(本申请中称为同轴电缆域节点)。在以下描述中将对这些同轴电缆域节点(CDN)进行更加详细的说明。简单地说，同轴电缆域节点使得接近于1GHz或者更高频率的CATV RF信号相对自由地通过(例如，转播、增强、或者具有将要说明的改进的延迟和增强)。然而，同轴电缆域节点通常配置为截取或者终止诸如大约5MHz到865MHz(现有技术的CATVRF信号名义上的上限)范围内的上行和下行信号之类的大多数或者全部的现有技术中的CATV RF信号，本申请中所描述的为近似1GHz或者更低频率的CATV RF信号。
尽管初看上去同轴电缆域节点类似于现有技术的用于5-865的CATV通信设备(例如，连接到具有周期性同轴电缆域节点的CATV电缆上的机顶盒或电缆调制解调器)，而因此完全无法发送或接收到达或来自CATV电缆的电缆头或者光导纤维节点的任何信号，但是这并不是实际情况，因为本发明主要是将一些产生并接收电缆头端的特性的一些RF信号推送到独立的同轴电缆域节点级别上。这是因为各个同轴电缆域节点被设计为能够与其自身的被连接到通信设备一组本地CATV电缆在本地域指定基础上进行通信。
为了简单起见，在此认为“域”为CATV同轴电缆的延伸，两端都终止于两个同轴电缆域节点、光导纤维节点和同轴电缆域节点、或者同轴电缆域节点和RF终端端盖处。缺少了同轴电缆域节点的有源辅助，因而将此域中的CATV同轴电缆在大约5-865MHz范围内孤立于CATV同轴电缆的其它部分，但是1GHz以上的RF信号依然能够通过此域(按照需要由同轴电缆域节点进行有源辅助或修改)。
同轴电缆域节点(CDN)通过实现不同的RF信号修改处理来工作。尤其是，CDN从各个通信设备中截取本地上行CATV RF信号，各个通信设备连接到由特定CDN进行服务的域(同轴电缆的延伸)上。如上所述，这些本地上行CATV RF信号通常具有接近于1GHz或者更低(通常在美国是5-42MHz，欧洲是5-54MHz)的频率。CDN终止至少一部分(或者全部)这些本地上行CATV RF信号，并且如上所述同时终止部分或者全部的标准CATV上行信道(例如，美国为65至约865MHz，欧洲为88至大约865MHz)。为了简单起见，在此假设全部诸如5-865MHz之类的小于1GHz的信号通常被阻塞，但是当然在不超出本发明的范围的前提下，各个阶式滤波器、有源器件以及类似设备能够设计用于允许CDN对小于1GHz的特定中频进行传输或者转播。
CDN截取本地上行信号，将其重新调制并且重新格式化到1GHz以上频率范围，然后允许本地上传信道从一个域传递到另一个域，并且继续传输到光导纤维节点且最终到电缆头处。
随后将在说明书中对CDN通过将这些本地上行CATV RF信号(或者可选地，从这些CATV RF信号中或得到部分或者全部数据)调制到接近1GHz或者更高的RF频率的方法进行说明。
通过此程序，本发明的系统和方法能够使用宽带(1GHz以上)能力的CATV电缆网络将上行数据作为频率迁移(以及重新封装)版本的本地上行CATV RF信号自身传回到光导纤维节点以及头端上(例如，回程传输)。可选地，来自于这些本地上行CATV RF信号的重点数据能够被提取、重新封装并且频率迁移。由任一种机制，系统使用1GHz以上RF信号将上行数据传送回光导纤维节点处。反之，光导纤维节点能够利用不同波长的光导纤维将上行信号发送回头端(将对此进行讨论)。
各个同轴电缆域节点还能够产生用于各个(以及孤立的RF)电缆通信设备(例如，传统5-865MHz电缆通信设备)。(应当注意，更加复杂的下一代电缆通信设备可以直接达到1GHz以上频率)。为此，同轴电缆域节点能够选择性地对传输到宽带通信路径的1GHz以上宽带RF信号所携带的数据进行提取，将此数据调制为大约1GHz或者更低(通常使用现有技术中美国的54-865MHz范围或者欧洲的88-865MHz范围内的CATV信道)的下行CATV RF信号，并且将此域的特定下行数据发送到特定域(CATV电缆的延伸)的连接有CATV电缆的通信设备处。
此方法因而能够向后兼容现有技术的CATV系统，同时还提供许多额外功能。尤其是，本发明的方法能够对诸如DOCSISI、DVB、Aloha以及其它的非DOCSIS信号之类的上行CATV信号进行处理。实际上，不必非要将上行频率限制在现有技术5-42MHz(美国)或者5-54MHz(欧洲)的范围。当所需要的向后兼容性更加弱的时候，能够以这种方式对直到1GHz的上行信号进行截取并回程传输。
正如在下文中将要详细说明的，同轴电缆域节点可通过各种方法来处理上行RF信号。一种方法为对至少一些上行CATV RF信号进行简单采样和数字化，例如在要被采样的特定上行RF信号的最高频率两倍的频率处通过奈奎斯特采样方法来进行采样和数字化。然后该数字化的数据可被用于对更高频率(1GHz以上)RF信号进行调制，该更高频率RF信号随后将被相对自由地传输回所述光纤节点和头端。
可替换地，如前所述，可以使用更加复杂的方式。例如，上行RF信号所携带的重点数据能够在本地(例如，在同轴电缆域节点处)被提取，并且之后重新封装为更加简明或者致密的1GHz以上RF信号以随后用于回程传输到光纤节点和头端，而不是简单的对全部CATV上行RF信号进行采样。然而为了实现此方式，同轴电缆域节点将能够在本地读取并且截取上行数据，并且为此需要同轴电缆域节点能够实现通常由MAP数据所提供的各个CATV数据编码和解码方案。
作为更加复杂的方法的一个实例，对上行CATV RF信号进行数字化能够通过获得(通常来自于电缆头端)用于至少部分所述的上行CATV RF信号的MAP数据并且通过使用这些MAP数据来解调并提取至少部分上行数字信息来实现。一旦完成，所提取的上行数据能够被重新格式化为可选格式(并且通常具有更高的带宽利用率)以用于将1GHz以上频率RF信号发送回光纤节点，以及从光纤节点发送回电缆头端。
使用这一类型的MAP解码方法的一个优点是，本方法能够由现有技术CATV系统和传统头端装置使用并熟悉。因此该方法能够与传统头端装置普遍兼容，因为数据一旦在头端被接收，则MAP数据则能够相应地用于在电缆头处将上行信号所携带的原始数据信息重新调制或者重新加工为重建的上行CATV RF信号。这会产生重建的上行CATV RF信号。这些重建的CATV RF信号随后被注入到传统CMTS或者升级后的CMTS中。
因为本申请中所述的1GHz以上宽带通信路径是崭新的，所以不需要迫使其通信协议符合传统CATV通信协议。原则上会使用大量不同的1GHz以上RF通信方法。例如，按照同轴电缆域节点的设计，根据时分双工(Time Division Duplex，TDD)方案、频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)方案或者没有时分或者频分双工的全双向双工方案。也可以采用其它的方案。
因为本发明的方法有可能携带远比现有技术方法中更多的上行和下行通信量，在某些实施例中，一旦这些通信量到达各个光导纤维节点处，那么能够使用额外的光导纤维波长来携带此额外的上行或者下行数据通信量。例如，则能够以第一波长将下行数据经由光导纤维从所述电缆头端发送到光导纤维节点处，并且以一波长或者更多的替代(第二、第三)波长经由光导纤维将上行数据从光导纤维节点发送到头端。
为了在小于1GHz的频率上下行发送数据，由于同轴电缆域节点通常终止这些来自电缆的前一段的信号，因此同轴电缆域节点必须配置为在本地对这样的信号(例如，用于美国的65-865MHz信号，用于欧洲的88-865MHz信号)进行调制和发送。尽管原则上说可以使用任何RF调制方案，然而从CATV产业中QAM调制方法的广泛使用以及传统QAM能力的电缆设备的大量投资的角度出发，在一优选实施例中各个同轴电缆域节点配备有至少一个(并且通常为多个)用于将下行数据发送到各个通信设备的QAM调制器。
特别地，在一优选实施例中，至少一些(并且通常为全部)不同的同轴电缆域节点包括至少一个QAM调制器设备，该QAM调制器设备能够在域指定基础上将1GHz以上下行宽带通信路径数据的被选择部分编码为不同的RF QAM波形(通常位于65/88至大约865MHz范围内)。这些QAM调制器与配置用语1GHz以上宽带信号的适当部分进行选择以进行发送的设备共同工作，将下行宽带通信路径数据的至少被选择部分调制为大约1GHz频率或者更低的下行CATV RF信号。
尽管原则上说，各个同轴电缆域节点可以是不断执行相同操作的功能固定的“哑巴”设备，同轴电缆域节点(以及相关联的CDN-光纤节点)将配置为智能设备，该智能设备能够有区别地在1GHz以上宽带通信路径上添加并提取数据，并能够根据从诸如电缆头、本地通信设备或者甚至是其它同轴电缆域节点之类的远程位置所发出的各个命令来在不同的频率上进行发送以及接收。为此，同轴电缆域节点通常配置有至少一微处理器/微控制器、合适的软件以及适当能力以截取命令(通常在1GHz以上RF频率范围内传送，或者当命令来自于本地通信设备时在更低的频率上)。
各个同轴电缆域节点通常包括至少一QAM调制器设备，此QAM调制器设备能够将数字编码的宽带通信路径数据的选择部分编码为大约1GHz频率或者更低的RF QAM波形。同轴电缆域节点通常还具有至少一软件可控开关，此软件可控开关能够被远程控制从而在域可寻址基础上对所述数字编码的宽带通信路径数据进行选择。开工能够控制QAM调制器设备以将所选择的数字编码的甚高频率(1GHz以上)CATV RF通信数据编码为大约1GHz频率或者更低的RF QAM波形。
同轴电缆域节点通常还具有至少一远程软件可控RF分组处理器，该RF分组处理器能够对每个域之内的本地通信设备所产生的大约1GHz频率或更低(通常在5-42/54MHz频率范围内)的CATV RF上行信号波形所携带的上行数据进行探测。此RF分组处理器能够配置为(根据需要以不同的格式)对此上行数据重新数字封装并且以1GHz以上RF信号的形式沿着宽带通信路径重新发送该上行数据。
如上所述，在理想的情况下，该至少一软件可控开关和/或所述软件可控RF分组处理器可以设计用于由软件进行远程配置以在域指定基础上配置或者重新配置该QAM重广播数据所使用的频率。
图1所示为当前分配给CATV(100)的不同频率和数据信道的总体图。典型地，诸如美国的5-42MHz或者欧洲的5-65MHz的低频被分配用于将数据从各个电缆调制解调器“上行”发送回电缆头或者电缆设备(102)处。上行数据使用时间共享的时分多址(TimeDivision Multiple Access，TDMA)方式发送，在此方式中，MAP数据被发送到单个电缆调制解调器上，该电缆调制解调器在大约2MHz宽QAM信道上分频特定次数以发送数据。从大约54MHz直至约547MHz的空间先前被分配用于在大约6MHz宽FDM信道上进行发送的传统模拟视频信道(104)。在其上的频率处，频率(空间、带宽)目前被分配用于在大约6MHz宽QAM信道(106)上的数字电视发送；并且之上的空间目前被分配用于DOCSIS服务(108)，同样通常为一系列6MHz宽QAM信道，该DOCSIS服务可以发送声音、点播视频、IP以及其它信息。
如上所述，本发明的宽带通信路径通常使用当前很少被使用的高于约1GHz的电缆带宽(109)。
因此，CATV电缆(至少低于约850至865MHz)具有至多大约100至200个QAM信道的有限带宽。当该带宽被用于将大量不同自定义类型的数据提供给大量不同用户的时候，该带宽很快就会被占满。
以下所示(110)，(120)为在简化示意图中对CATV频谱分配进行说明的图示。“上行”区段(112)是全部上行信道的抽象，包括当前使用的在5-42MHz范围中的上行通道，以及当前和将来使用的更高频率的上行DOCSIS信道。“视频”区段(114)是目前已经淘汰的模拟TV FDM信道、标准“数字视频”信道以及预计的数字视频信道的抽象，所述预计的数字视频信道占用了模拟信道淘汰后所获得的模拟带宽。区段(114)还代表了其它标准数字广播和FM信道，同时一般而言可以代表任何标准化后的下行信道的集合，该下行信道集合通常在不同的用户和邻域之间进行自定义。
“DOC1”信道(116)(根据不同的使用模式)可以是目前DOCSIS信道的全集或者子集。如上所述，宽带通信路径(118)位于诸如高于1GHz范围内之类的更高频范围中，在此频率范围中可以使用宽带通信路径网络以及不同的同轴电缆域节点设备来提供不同的新的千兆字节到户(Gigabyte to the home，GTTH)服务。
图2所示为分配用于现有技术的光导纤维波分复用方案以及根据本发明的某些实施例中的不同的宽带通信路径上行和下行数据的不同光波长的总体图。在此，光导纤维将被用于将信息从电缆头端携带到电缆光纤节点处。根据本发明，信息在电缆光纤节点之后作为标准(例如，低于1GHz)RF信号以及宽带(1GHz以上)RF信号沿着CATV电缆运送。
此处，当前所使用的光导纤维波长(150)包括1310nm的O带波长(152)，O带波长(152)通常用于发送不同的CATV RF信道(例如，不同的QAM信道)，所述CATV RF信道大体上根据相同的CATV RF波形但是根据方案(120)的光波长进行调制。补充数据通常在1550nm附近的C带(154)中发送，通常在光波长上，因为根据非理想CATV波形进行了调制而必须以相对较大的波长间隔相互分隔的光波长处，并且该光波长没单位波长携带了次理想数量的数据。
根据特定实施例，在光纤节点处，宽带通信路径网络根据现有技术的方法或者可选地根据不同的多个波长或者密集波分复用方法(160)可以发送上传数据或者回程传输数据。例如，在一简单实施例中，在邻域中的各个同轴电缆域节点由宽带通信路径上的1GHz以上RF信号发送特定的上传数据之后，能够在光导纤维节点处使用一个或更多个这些不同的波长来解调、分析、重新封装并且重新发送上行数据。
应当注意的是根据以上所述，每个邻域都具有其自己的宽带通信路径网络，以使得在此方案中，不同的宽带通信路径网络的频率和时间窗口通常在没有冲突问题的情况下被重复用于邻域之间。
另外，传统O带模拟信号可以被用于所期望的上行通信。可选地，多个波长的更加有效率地调制的数据信号(诸如，不同的光导纤维GigE协议中的一种)作为一系列很短间隔的波长得到发送(162)。
图3所示为现有技术的HFC系统(200)将数据从电缆设备或者电缆头端(202)发送到不同的光导纤维节点(204)处，每个HFC系统通常由树状的主干(226)和分支(227)结构的CATV电缆(226)组成，该CATV电缆通常具有每一千英尺左右间隔的诸如RF放大器(229)之类的有源器件。每个邻域通常由几百甚至几千不同的房子、公寓、办公室或者商店(208)(在此都称为“房子”)组成，而每一个房子自身都配备有电缆调制解调器(未示出)并且经由分接头连接到CATV电缆上。为了简单起见，在此仅示出HFC系统的下行部分。
电缆头端将从一组来源处获得标准化的媒体内容(210)(例如，标准类型的模拟和数字视频信道)，并且从其它来源处获得更多的诸如点播视频、互联网IP以及其它独立的数据之类的独立数据。数据在CMTS架(214)处被编译到大量不同的QAM(目前还有FDM)所调制的CATV广播信道中。该CMTS(214)通常具有大量不同的刀状的线卡(216)。这些线卡借助于光导纤维(218)将信号发送到不同的区域中(邻域群)。
如上所述，典型的HFC网络实际上具有更加复杂的拓扑，而在这里进行了极大的简化。相对于将光导纤维从CMTS传送到每个不同的邻域，光导纤维通常服务于多个邻域。为此，来自于CMTS侧光导纤维(218)的信号通常至少由一光导纤维分路器(未示出)氛围多根不同的子光导纤维，并且每根子光纤自身都将信号携带到不同的光导纤维结点处。在此仅有一处光纤节点，即光纤节点1(204)被示出以更好地显示邻域CATV电缆系统的主干和分支同轴电缆结构。
在诸如FN1(204)的光纤节点处，光信号被转换为CATV射频(RF)信号并且经由CATV电缆(226)传送到每个邻域中的各个房屋(208)处的各个电缆调制解调器上。每个邻域通常由25至数千个家庭组成，这些家庭由相互连接的的电缆(226)和(227)和诸如RF放大器(229)之类的有源器件组成的CATV电缆树和分支状的系统提供服务，该CATV电缆树和分支状的系统连接到本地电缆节点(204)上。
现有技术的HFC系统CATV RF频谱如(250)所示。如上所述，至少在美国的5-42MHz频率范围被用于诸如上行DOCSIS信号(US DOCSIS)之类的从家庭(208)到达电缆头(比如CMTS(214))处的上行信号，并且54-865MHz频率范围(254)被用于诸如下行DOCSIS(DSDOCSIS)之类的从电缆头到达家庭(208)处的下行信号。在此，US DOCSIS范围(252)被绘制得很黑(填满了点)以表示很高的上行阻塞，当整个用户邻域试图在相对局限的CATV电缆频谱范围内传送上行信号的时候上行阻塞就会发生。
图4示出了由虚线(270)所代表的本发明的“宽带通信路径”沿着与携带5-865MHz的CATV信号的邻域CATV电缆树(226)和分支(227)相同的电缆如何在1GHz以上频率(225)上运行。此宽带通信路径在穿过了各个同轴电缆域节点(272)的CATV同轴电缆上运行。注意，该图示出了来自1GHz以上宽带通信路径的虚线如何穿过同轴电缆域节点，而代表5-865MHz(例如，低于1GHz)的较黑的实线(226、227)被示为终止于各个同轴电缆域节点处，作为同轴电缆域节点的信号处理功能的提示。
在图4以及后续附图中，CATV电缆朝向光导纤维节点以及电缆的头端的部分通常被指定为(226u)和(270u)，并且CATV电缆背向光导纤维节点以及远离电缆的头端的部分通常被指定为(226d)和(270d)。在此，(226)代表低于大约1GHz的CATV RF信号，而(270)代表高于大约1GHz的CATV RF信号。
当CATV电缆的传统段被升级后，这些同轴电缆域节点通常北方之用语取代诸如RF放大器(229)之类的传统CATV有源器件。这些传统有源器件(229)显示为点状线以表示其能够被取代。
同轴电缆域节点通常配置为将部分或者全部的从各个家庭(208)沿着该特定有源器件(229)服务的特定CATV分支电缆(227)或主干电缆(226)送回的上行RF信号(例如，5-42MHz信号)进行移除。因此，图4(以及图7和8)所示为在每个同轴电缆域节点(272)处停止的同轴电缆(226、227)的低频部分，同时1GHz以上宽带频率(270)被示为穿过每个同轴电缆域节点(272)。
同轴电缆域节点(272)通常将5-42MHz上行CATV RF信号和数据转换为1GHz以上上行RF信号和数据，并且借由经过HFC系统的改进的光节点(205)能够将所转换的数据带回电缆头。
在某些实施例中，这些改进的光节点，或者称为CDN-光纤节点或CDN-FN(205)，能够至少部分地基于最初在共同提交的申请12/692,582和/或临时申请61/385,125当中描述的CMRTS或者DCMRTS光节点中说明的概念；这两件申请的内容作为参考加入到本申请中。
根据本发明，要么使用现有技术的光节点，并且添加额外的CDN设备以截取来自宽带通信路径网络(270)的上行数据并且对其重新封装以沿着光导纤维路线(218)使用交替的光纤或者交替的波长发送回电缆头处。可选地，光节点可以改进为具有额外的CDN功能的改进的光节点(205)，该改进的光节点(205)具有额外的组件以在内部完成重新封装。
在某些实施例中，在电缆头处，通常仅在CMTS之前，解码装置(400)可以截取光导纤维信号(218)并且将这些信号解码为CMTS能够识别的形式。例如，这样的解码可以被用于将CDN域信息翻译为CMTS能够处理的形式，并且可以使每个不同的同轴电缆域节点的域在CMTS上呈现为单独的CATV邻域。在某些实施例中，解码装置还可以借助于MAP数据或者其它方式对来自同轴电缆域节点的上行数据信号进行重建。
相对于图3中所示的CATV频谱图(250)，图4中所示的CATV频谱图(251)稍有不同。尤其是，因为大多数或者全部上行数据量借助于宽带通信路径线(270)来传送，所以用于诸如携带上行DOCSIS(US DOCSIS)的上行带宽(252)很少被阻塞，并且将其示为没有密集点的图案以表示其区别。与之相反，下行DOCSIS(DS DOCSIS)(245)带宽与之前保持一样。然而，如同此说明书中其它部分所述，诸如1GHz以上范围的甚高频(255)通常由宽带通信路径(270)和同轴电缆域节点(272)所使用以传送诸如GigE入户(GTTH)、扩展数据信道以及其它服务之类的高带宽服务。
图5A所示为在同轴电缆域节点(272)的一实施例中的一些主要组件的方块图，以及CDN-光纤节点(205)中的一些主要组件的图示，该CDN-光纤节点将系统的CATV电缆部分(226、227)与到达电缆头端(例如，400、216、214、202)的光导纤维(218)相连接。
可以用于本发明的某些实施例中的CDN-光纤节点(205)在光导纤维(218)上接收来自电缆头端(例如，400、216、214、202)的一个或更多个波长(例如，λ1、λ2等)的复用数据。该复用数据能够包括不同的数据流，包括诸如用于传统电缆目的的数字化的模拟载荷(例如，头端创建的QAM信道)，以及用于更多专门化DOCSIS服务(例如，IP上的数据、语音或视频)的数据。
该特定CDN-光纤节点(205)与现有技术的光纤节点的不同在于CDN-光纤节点作为终端同轴电缆域节点，并且自身能够具有同轴电缆域节点功能以及光导纤维节点功能。如上所述，该额外的同轴电缆域节点功能是可选的。因此，举例来说，只要光导纤维节点仅仅将其信号频率升高到1GHz以上并且在丝毫不干扰通信设备的前提下诸如到同轴电缆域节点中，那么就可以使用更加标准的光导纤维节点。尽管CDN-光纤节点(205)示例通常被用在此说明中，但是应当认识到所添加的同轴电缆域节点功能的选择性，并且本发明并非仅局限于CDN-光纤节点。原则上说，任何类型的光纤节点(光导纤维节点)都能够使用。
在CDN-光纤节点(205)处，解复用器(510)能够将该光学地发送的数据(根据需要来自不同的光导纤维波长λ)转换为不同的RF发送数据以用于低频RF发送(例如，借助于RF信号合成器(514)在5-865MHz范围内，以及用于CATV同轴电缆(226，227)上借助于收发器(512)的宽频(1GHz以上)发送)。CDN-光纤节点的主要组件包括解复用器(510)、收发器(512)、RF信号合成器(514)以及处理器(516)，该收发器(512)能够在1GHz以上宽带范围内在RF格式与光格式之间进行接收和转换，该RF信号合成器(514)能够使用适当的光数据并且进行重新封装以用于沿着同轴电缆域节点的低频(例如，54-865MHz)电缆传输，该处理器(516)能够使用通常由CDN-光纤节点与第一实际同轴电缆域节点之间的家庭所提供的本地上行数据并且重新封装用于光传输。
低于1GHz的RF信号合成器(514)将下行同轴电缆域节点功能提供给CDN-光纤节点(205)。该RF信号合成器(514)经常产生大体在54/65-865MHz范围内的RF信号，并且这些信号穿过三联单元(518b)并到达电缆处。这些单元(514)/(518)提供54-865MHz范围(美国)或者88-865MHz范围(欧洲)的RF下行信号以用于连接到CDN-电缆节点(205)与第一实际同轴电缆域节点(272)之间的CATV同轴电缆上的任何本地通信设备(例如，图4中的209)。在许多实施例中，低于1GHz RF信号合成器(514)可以具有至少一个QAM调制器以将到来的由可替代协议发送或者调制的数据转换为不同的具有低于1GHz频率的下行RF QAM波形(例如，在美国通常为55-865MHz范围内)，如图8中将要更详细表示的那样。可选地，RF信号合成器(514)还可以通过更加简单的O/A(光学-模拟)转换器将光调制QAM波形直接转换为下行信号。O/A转换方法以及QAM调制方法相互并不排斥，而且这两种方法的混合也是可以使用的。
CDN-光纤节点和同轴光纤域节点(CDN)通常都具有一个或更多个三联的信号分路以及频率滤波单元(518，530，532)，这些单元既能够将处于不同频率的输入数据相联合并且沿着CATV电缆(226，227)传输这些数据，还能够接收数据(例如，在1GHz以上频率上上行携带的来自各个同轴电缆域节点处的重新封装的上行数据)并且将该上行数据发送到处理器(516)用于随后的重新格式化(根据需要)以及转换为适合于在光导纤维(218)上传输的一个或更多个合适的波长。例如，三联单元(518)可以具有一部件(518a)，该部件选择性地去除(过滤掉)低于大约1GHz的RF频率(例如，非宽带信号)，并且将1GHz以上信号传递到或者传递自收发器(512)。三联单元(518)可以具有第二部件(518b)，该部件选择性地去除(滤除)高于标准CATV范围上限的RF频率(例如，去除高于大约865MHz的频率)，并且还选择性地从大约5-42MHz(美国)或者5-65MHz(欧洲)中去除(滤除)常规CATV上行频率，且仅仅使大约54-865MHz(美国)或者88-865MHz(欧洲)中的常规CATV下行频率自由通过。三联单元(518)还具有第三部件(518c)，该部件滤除全部高于42MHz(美国)或者65MHz(欧洲)的RF信号，并且只允许大约5-42MHz(美国)或者5-65MHz(欧洲)的上行RF频率自由通过。应当注意，其它的三联单元(530)和(532)也以此方式工作。
因此，处理器(516)将上行同轴电缆域节点功能提供给光导纤维节点(205)，使得在与三联单元(518c)工作作用时对安装在CDN-光纤节点域第一实际同轴电缆域节点之间的CATV电缆上的任何通信设备(例如，图4中的209)所发送的上行RF信号进行截取，并且与MUX-1单元(500)和/或选择性地与收发器(512)相结合以将该本地上行数据转换为用于光导纤维(218)上的上行传输的光波长。
应当注意，这些组件中的一个或更多个在一个或更多个微处理器(未示出)的软件控制下运行，以使得根据需要从电缆头端或者同轴电缆域节点发送的命令(例如，要求一条额外的信道)能够对这些组件的特征进行远程调节。
图5A还示出了同轴电缆域节点(272)的图示。在各个区间处(例如，基于CATV电缆的树和分支网络的接合点)对CATV同轴电缆(226，227)进行截取的这些节点实现了大量的功能。在朝向电缆的下行部分的CATV电缆(226d，270d，即背离电缆头和光纤节点的电缆分支)上通常存在一三联/滤波器单元(530)，并且通常在电缆域节点的上行部分(226u，270u，朝向电缆头和光纤节点)还有另一三联滤波器单元(532)。来自电缆头的上行信号由分插复用器(Add Drop Multiplexer，ADM)中继器(534)进行处理，并且这些用于在低频范围(例如，5-865MHz)上传输的信号(540)被发送到RF合成器(536)上。此外，用于下行或上行传输的1GHz以上宽带上行信号(542)同样由ADM中继器(534)以及三联/滤波器(530)进行处理。最后，通常由连接到特定同轴电缆域节点所控制的域上的各个家庭所发送的低频上行信号(例如，5-43MHz范围)(544)由处理器(538)处理并且发送到ADM中继器(534)上，这些低频上行信号在ADM中继器上能够被转换为1GHz以上RF信号并且朝着光纤节点(205)域电缆头端被上行发回。在图9中对这些低频上行信号进行了更加详细的表示。
本质上，ADM中继器对1GHz以上宽带频率上的RF信号通信量进行处理。该单元不但将新的1GHz以上信号形式的新数据合并到1GHz以上宽带路径(270)上，而且还智能地从1GHz以上宽带频率(270)中提取相关数据(例如，通常是在微处理器或者微控制器的控制之下)。
各个同轴电缆域节点(272)通常具有至少一个或者经常为更多的组件(例如，534，536，538)并且可选的可调谐三联单元(530，532)运行在一个或更多个微处理器/微控制器(未示出)的软件控制之下，以使得所需要的从电缆头端或者CDN-光纤节点又或者其它同轴电缆域节点发送的命令(例如，请求一条额外的信道)能够对这些组件和三联单元的特征进行远程调节。类似地，CDN-光纤节点(205)还能够在软件控制下进行调节，并且通常还能够接收远程命令。通常能够预计到，图8和图9中所示的多变的上行和下行频率分配方案由这样的软件控制方法来实现。
在某些实施例中，为了进一步改进数据处理能力，将重点数字数据从各个电缆RF波形中提取出来，并且将该重点数字数据重新风中为更加有效率的格式是很有帮助的。为此，各个设备(205)、(272)进一步可以获得完成该类型的智能数据提取和重新封装的能力。如下所述，一种方法是使用MAP数据分析。
图5B所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)(205a)的第二可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端(202a)的补充实施例进行交互的方案。在此实施例中，头端(202a)能够发送诸如标准分辨率TV(SD)、高分辨率TV(HD)SDV、点播视频(VOD)、互联网协议电视(IPTV)、高速数据(HSD)、无源光网络(PON)数据、IP语音(VOIP)以及类似的不同形式的多重服务数据(212)。在此方案中，头端能够通过数字调制器、电光转换器(570)、光波长复用器(501a)(500b)以及解复用器(501b)(500a)接收来各个CDN-光纤节点(205a)的数据并且发动到(212)处。此外，通过使用A/D转换器(563)以及电-光转换器和数字调制器(564)，系统还能够携带下行传统CATV信号(566)。同样地，通过使用合适的光解复用器(501b)、光-电转换器(501b)、数字解调器(574)以及数模转换器(574)，头端还能够处理上行传统CATV信号。
在此方案中，头端(202a)将不同波长λr1…λrn(f在此为向前)上的下行光导纤维信号沿着光导纤维(218a)发送到CDN-光纤节点(205a)的此特定的实现上。头端(202a)反之接收沿着光导纤维(218b)的来自CDN-光纤节点(205a)的不同波长λr1…λrn上的上行光导纤维信号。
在此方案中，一旦到达CDN-光纤节点(205a)处，下行光导纤维信号(218a)首先通过光解复用器(500a)被解复用为三种类型的信号。由数字解调器和光电信号转换器(550)处理的一种类型的信号用于在1GHz以上频率上向各个上行同轴电缆域节点(272)的CATVRF传输。该类型信号由收发器(512)处理并且被发送到处理1GHz以上信号的三联单元(518)的(518a)部分，而且该数据沿着宽带通信路径(270u)被上行发送到不同的CDN单元(272)处。
在此方案中，用于在诸如54-865MHz RF频带上向任何本地域的家庭(例如，209)发送的某些下行光导纤维信号还能够从解复用器(500a)中提取，由数字解调器和光电转换器(552)进行处理，由D/A转换器(553)转换为合适的模拟波形，并且与(将在下文中讨论)CMRTS QAM边缘模块(514a)产生的其它本地产生的RF信号合并。这些合并后的信号随后被发送到三联(518)的大致为54-865MHz的臂(518b)上。
可替代地或者额外地，54-865MHz范围内的部分或者全部本地域CATV RF信号可以由低于1GHz RF信号合成器(514)所产生，该低于1GHz RF信号合成器(514)在此表示为CMRTS QAM边缘模块合成器/发射器(514a)。
在某些实施例中，三联单元(518)被调节为不阻碍(例如，使其通过)54-865MHz范围内的某些信号(例如，使用窄带通滤波器)。在这些方案中，随后被下行发送或者转发到多个域的广播信号能够穿过路径(552)，(553)和(568)，同时更多的域指定窄播信号能够穿过路径(556)，(554)和(514a)。然而，应当注意到本方案是很灵活的，并且还可以使用可替代的广播/窄播分配方案。
上行信号，在此假定为本地域设备(209)所发送的在大概5-42MHz上行RF频率范围内的本地域上行信号，能够被三联(518)沿着臂(518a)分离出来，并且被发送QAM边缘模块(541a)以用于提取信号并将信号沿着路径(558)上行发送到光复用器(500b)处。可选地，部分或者全部本地域上行信号能够仅仅由A/D转换器(560)进行转换，由数字调制器和电光转换器(562)进行调制，再由光复用器(500b)进行处理，并且沿着光导纤维(218b)作为不同波长的光信号进行发送。
然而通常情况下，来自更远的域的上行信号将作为1GHz以上CATV RF信号沿着宽带通信路径(270u)传输。所以，这些上行信号通常由三联(518)在(518a)上隔离并且传回到收发器(512)处。收发器(512)能够沿着路径(513)对这些1GHz以上上行信号进行处理并且再次由光复用器(500b)沿着光导纤维路径(218b)将这些信号上行发送(根据收发器(512)的设计确定是否由数字调制器和电光转换器(562)对信号进行处理)。
图5C所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)(205b)的第三可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端(202b)进行交互的可选方案。同样地，在此实施例中，头端也能够发送诸如标准分辨率TV(SD)、高分辨率TV(HD)SDV、点播视频(VOD)、互联网协议电视(IPTV)、高速数据(HSD)、无源光网络(PON)数据、IP语音(VOIP)以及类似的不同的数据形式(212)(例如，多重服务)。同样在此特定方案中，通过使用数字调制器和光-电、电-光转换器(570)、光波长复用器(501a)、(500b)以及解复用器(501b)、(500a)，头端能够接收来自各个CDN-光纤节点(205b)处的数据并且发送到(212)处。
在此，除了根据之前图5B中所说明的使用数字调制器(564)和模数转换器(563)之外，借助于光复用器(501a)和光纤(218a)，图5C中的下行传统CATV信号(566)由模拟调制器和电-光转换器(564a)进行处理。
类似地，通过使用合适的数字解调器和光电转换器(574)，以及光解复用器(501b)、光纤(218b)以及数模转换器(576)，头端(202b)还能够对上行传统CATV信号(577)进行处理。
在此特定方案中，头端(202b)还沿着光导纤维(218a)将不同波长λf1……λfn处的下行光导纤维信号发送到CDN-光纤节点的特定的实现方式(205b)处。头端(202b)沿着光导纤维(218b)接收来自CDN-光纤节点(205b)的不同波长λr1……λrn的上行光导纤维信号。
在此方案中，一旦到达CDN-光纤节点(205b)处，下行光导纤维信号(218a)首先使用光解复用器(500a)解复用为三种类型的信号。一种类型的信号由数字解调器和光电转换器(550)进行处理以用于1GHz以上频率的宽带CATV RF传输，并且此信号由收发器(512)进行处理并被发送到处理1GHz以上信号的三联单元(518)的(518a)部分，而且此数据如同之前一样沿着宽带通信路径(270u)被上行发送到各个CDN单元(272)处。
在此方案中，用于传输到任何本地域的用户(例如，209)处的诸如54-865MHz RF频带之类的下行光导纤维信号还能够从光解复用器(500a)处提取，但是除了之前在图5B中所述的方案，在图5C的方案中，这些信号由模拟解调器和光电转换器(552a)进行处理并且与CMRTS QAM边缘模块(514a)所产生的本地产生的RF信号进行合并，并且被发送到三联(518)的大概54-865MHz的臂(518b)上。
如上所述，可替代地或者额外地，大概在54-865MHz范围内的部分或者全部本地域上行CATV RF信号可以由低于1GHz RF信号合成器(514)产生，该低于1GHz RF信号合成器(514)在此为合成器/接收器CMRTS QAM边缘模块(514a)的形式。
如上所述，在某些方案中，可以调节三联单元(518)以不阻止(例如，使其通过)54-865MHz区域内的某些信号(例如，使用窄带通滤波器)。在这些方案中，随后被下行发送或者转发到多个域的广播信号可以通过路径(552a)和(568)，而更多域特定的窄播信号可穿过路径(556)，(554)和(514)。然而，如前所述应当理解的是，该方案很灵活，并且可以使用可替换的广播/窄播分配方案。
如上所述，上行信号，在此假定为本地域设备(209)所发送的在大概5-42MHz上行RF频率范围内的本地域上行信号，能够被三联(518)沿着臂(518c)分离得到，并且被发送到QAM边缘模块(514a)处以用于提取信号并且沿着路径(558)上行发送到光复用器(500b)处。可选地，部分或者全部本地域上行信号还能够仅仅由A/D转换器(560)进行转换，由数字调制器和电光转换器(562)调制为数字信号，再由光复用器(500b)进行处理，并且作为不同波长的光信号沿着光导纤维(218b)进行上行发送。
如上所述，来自更远的域的上行信号通常将作为1GHz以上CATV RF信号沿着宽带通信路径(270u)传输。所以，这些上行信号通常由三联(518)在臂(518a)上隔离并且传回到收发器(512)处。收发器(512)能够沿着路径(513)对这些1GHz以上上行信号进行处理并且再次由光复用器(500b)沿着光导纤维路径(218b)将这些信号上行发送(根据收发器(512)的设计确定是否由数字调制器(562)对信号进行处理)。
图5D所示为光导纤维节点(CDN-光纤节点)(205c)的第四可选实施例的方块图，以及此光导纤维节点能够与电缆头端(202c)进行交互的可选方案。同样地，在此实施例中，头端也能够发送诸如标准分辨率TV(SD)、高分辨率TV(HD)SDV、点播视频(VOD)、互联网协议电视(IPTV)、高速数据(HSD)、无源光网络(PON)数据、IP语音(VOIP)以及类似的不同的数据形式(212)(例如，多重服务)。同样在此特定方案中，通过数字调制器和电-光转换器(564b)、电子数字复用器(501c)、(500d)以及解复用器(500c)、(501d)，头端能够从各个CDN-光纤节点(205c)处接收并发送数据。
在图5D中，下行传统CATV信号(566)由数字转换器(563)进行处理并被发送到电子复用器(501c)上，并且电信号随后被数字调制器和电-光转换器(564b)转换为光信号。
类似地，通过使用合适的数字解调器和光-电转换器(574b)以及数字电子解复用器(501d)和光纤(218b)，头端(202c)还能够对上行传统CATV信号(577)进行处理。
在此特定方案中，头端(202c)沿着光导纤维(218a)将不同波长λf1……λfn处的下行光导纤维信号发送到CDN-光纤节点的特定的实现方式(205c)处。头端(202c)沿着光导纤维(218b)接收来自CDN-光纤节点(205c)的不同波长λr1……λrn的上行光导纤维信号。
在此方案中，一旦到达CDN-光纤节点(205c)处，下行光导纤维信号(218a)首先由数字解调器和光电转换器(565a)从光信号转换为数字电子信号，并且使用数字电子解复用器(500c)解复用为三种类型的信号。如上所述，一种信号用于1GHz以上频率的宽带CATV RF传输，并且此信号由收发器(512)进行处理并被发送到处理1GHz以上信号的三联单元(518)的(518a)部分，而且此数据如同之前一样沿着宽带通信路径(270u)被上行发送到各个CDN单元(272)处。
在此方案中，如上所述，用于传输到任何本地域的用户(例如，209)处的诸如54-865MHz RF频带之类的下行光导纤维信号还能够从解复用器(500c)处提取，但是除了之前所述的方案，在图5C的方案中，这些信号由数模转换器(553)进行处理并且与CMRTS QAM边缘模块(514b)所产生的本地产生的RF信号进行合并，并且被发送到三联(518)的大概54-865MHz的臂(518b)上。
如上所述，可替代地或者额外地，大概在54-865MHz范围内的部分或者全部本地域CATV RF信号可以由低于1GHz RF信号合成器(514)产生，该低于1GHz RF信号合成器(514)在此为合成器/接收器CMRTS QAM边缘模块(514b)的形式。
如上所述，三联单元(518)能够调节为不阻碍(例如，允许其通过)54-864MHz范围内的某些信号(例如，具有窄播滤波器)。在这些方案中，被下行发送或者发送到多个域的广播信号能够穿过途经(553)、(568)的路径，同时更多的域指定窄播信号能够穿过路径(556a)和(514b)以到达(518b)。然而，应当注意到如之前所述本方案是很灵活的，并且还可以使用可替代的广播/窄播分配方案。
如上所述，上行信号，在此假定为本地域设备(209)所发送的在大概5-42MHz上行RF频率范围内的本地域上行信号，能够被三联(518)沿着臂(518c)分离出来，并且被发送QAM边缘模块(541b)以用于提取信号并将信号沿着路径(558a)上行发送到光复用器(500d)处。。可选地，部分或者全部本地域上行信号还能够仅仅由A/D转换器(560)进行数字化，由数字电子复用器(500d)进行处理，由数字调制器和电光转换器(562a)数字调制为光信号，并且作为不同波长的光信号沿着光导纤维(218b)进行上行发送。
如上所述，然而通常情况下，来自更远的域的上行信号将作为1GHz以上CATV RF信号沿着宽带通信路径(270u)传输。所以，这些上行信号通常由三联(518)在(518a)上隔离并且传回到收发器(512)处。收发器(512)能够沿着路径(513)对这些1GHz以上上行信号进行处理并且再次由复用器(500d)沿着光导纤维路径(218b)将这些信号上行发送(根据收发器设计(512)确定是否由数字调制器(562a)对信号进行处理)。
图6所示为对微时隙分配包(MAP)数据(600)、(602)进行分析并且对上行信号(604)所编码的数字数据进行提取的图示。此分析和数字数据提取过程能够在不同的位置完成(例如，在同轴电缆域节点(272)处，或者可选地当同轴电缆域节点仅仅使数据通过而不进行处理的时候在CDN-光纤节点(205)处或者其附近)。这一步骤能够由处理器或者DSP(606)实现，该处理器或DSP进行上行接收并且使用MAP数据(602)来得到各个时间片的选择和分配，所述各个时间片用于传送来自于各个邻域家庭处的各个电缆调制解调器的上行数据。
上行数字数据随后可以通过使用诸如GigE协议之类的更加有效率的数字协议沿着HFC光导纤维(218)被送回到电缆头以及电缆头处的电缆调制解调器终端系统(CMTS)处。按照要求，在CMTS端(216)可以将相同的MAP数据(608)、(610)与数字数据(很可能在解码装置(400)中)相结合以在解调器(612)处对原始上行CATV RF信号进行重建。重建后的上行信号繁殖被注入到CMTS(216)中，此处的CMTS根据需要可以是传统CMTS。这有助于减少产业中在标准DOCSIS装置中的大量投资，并且有助于减少向系统的各个用户提供额外的功能的成本和工作量。可选地，当更多的设计用于对上行数据进行解释的先进CMTS系统被使用的时候，解调步骤(612)可以被忽略。
通过不同的方法可以完成MAP提取。由于CMTS处理器产生MAP数据，因此最简单的方法之一就是仅仅对CMTS处理器软件进行修改从而发出对MAP数据进行解释的(下行数据)以便于系统使用，并且与此MAP数据沿着光导纤维(218)与处理器(606)进行通信，该处理器(606)对邻域上行数据进行分析。可选地，可以使用诸如Azenko和Rakib的美国专利7,362,773(作为本申请的参考)中所说明的嗅探方法之类的更加间接的方法。总的来说，大量可选择的MAP提取方法都能够被用于本发明。然而，通常在电缆头端提取MAP数据并且将此MAP数据发送到系统的CATV RF侧的光节点(205)和同轴电缆域节点(272)处是很有用的。
作为可替换的MAP方案，MAP数据并不用于对上行数据进行解调，而是仅仅用于掩盖或者“清理”上行数据。例如在此，由各个电缆调制解调器在一定时间内发出的RF脉冲仅仅按照原状通过，MAP数据在这些时间段内被分配用于特定电缆调制解调器的上行传输时间，然而在“无效”时间中没有信号能够通过，该“无效时间”指的是MAP数据指出特定电缆调制解调器或者一组电缆调制解调器并未被分配时间进行发送。在此，该可选方案的净效果为减少了总体的上行噪声，同时保留了上行数据。这种方案对于减少干扰是很有用的，所述干扰由诸如由一可选同轴电缆域节点所服务的电缆调制解调器之间偶然的串扰之类的原因引起，但是经由该同轴电缆域节点，某些信号不可避免地泄露到由一不同的同轴电缆域节点所服务的CATV电缆范围内。
图7所示为宽带通信路径和同轴电缆域节点寻址方案。在此，每个同轴电缆域节点或者某些实施例中的相关的同轴电缆域节点群均被分配到不同的域(700)、(702)、(704)、(708)中，并且不同家庭(例如，208)中由其各自的同轴电缆域节点(272)服务的电缆调制解调器相应地由电缆设备或者头端CMTS来寻址。在一简单方案中，位于每个同轴电缆域节点的域中的不同的通信设备(例如，家庭电缆调制解调器)如同小型的独立邻域一样由CMTS进行操作，从而将实际的大型CATV同轴电缆邻域分割为多个虚拟的小型邻域。这种方案有助于对于传统的CMTS和CMTS软件的向后兼容性。
此处CMTS(214)所使用的寻址模型如(710)所示。尽管由光纤节点或者CDN-光纤节点(205)所服务的邻域CATV电缆所服务的各个域(700、702，704，708)实际上均为相同CATV同轴电缆系统的一部分以用于至少对上行数据进行处理，然而CMTS所使用的寻址方案(710)能够将这些不同的域(700，702，704，708)当作仅仅是小型独立邻域CATV电缆来进行处理，该小型独立邻域CATV电缆由它们各自的插槽(712，714，718)连接到CMTS上。该方案有助于保留传统CMTS硬件和软件以及其它传统电缆头系统。可选的域寻址方案也能够被使用。
因此，CATV主干电缆或者分支电缆以及各个同轴电缆域节点能够作为多个域进行寻址，以便于依附在CATV主干和分支电缆分布上的一组电缆设备(例如，电缆调制解调器)可以在第一域基础(例如，域704)上进行寻址，并且依附在所述至少一CATV主干电缆或者至少一部分所述多根分支CATV电缆上的其它电缆设备组在第二域基础(例如，域700)上进行寻址，所述CATV主干和分支电缆本地连接到第一同轴电缆域节点(720)上并且由该节点服务，所述至少一CATV主干电缆或者至少一部分所述多根分支CATV电缆本地连接到第二同轴电缆域节点(例如，272)上并且由该节点服务。
尽管将特定同轴电缆域节点所服务的每一组家庭指定为具有其自己唯一的地址或者CMTS插槽是很方便的，但是根据需要，在可选实施例中，多个域可能相互结合并且作为一个单元进行寻址。例如，在一可选方案中，域(700)和(704)可以作为单一的“虚拟邻域CATV电缆”由CMTS(214、710)进行寻址，同时域(702)和(708)可以作为不同的“虚拟邻域CATV电缆”由CMTS(214、710)进行寻址。尽管有可能限制了上行数据速率性能，这样的集中分布对于简化寻址方案是很有用的，保留了对传统CMTS和其它设备的兼容性并且同样适用于其它用途，所述传统CMTS和其它设备具有有限数量的可用插槽或者邻域端口。
至少在某些实施例中，赋予同轴电缆域节点至少一个处理器和软件是很有用的，该处理器和软件能够使同轴电缆域节点随时注意那些设备位于该特定同轴电缆域节点的覆盖半径或者域之内。这样简化了系统的管理和控制。
图8所示为在各个同轴电缆域之间同轴电缆域节点分配频率和载荷的一个方案。
在此示例中，事实上不同的同轴电缆域节点(CDN1、CDN2、CDN3)通常只通过高频部分(例如，1GHz以上，或者至少高于5-42/88MHz的上行频率)，同轴电缆域节点最终将CATV同轴电缆分割为各个域(这里称为同轴电缆1、同轴电缆2、同轴电缆3等等)。尤其是在同轴电缆域节点被设置为对地域1GHz的RF信号的各个带宽进行滤波的情况下，如频率分布图(800)中所示，每个域中的RF信号不相同。
在此示例中，同轴电缆域节点(272)按照之前图5A中所示进行配置，并且具有诸如(530)和(532)之类的三联单元。这些三联单元只允许高于大约1GHz的频率(816)通过(由分插复用器ADM中继器(534)根据情况进行增强、转播或者修改)。三联单元截取并终止从大约0-5MHz直到大约865MHz-1GHz的全部信号。
因此，在每个域同轴电缆1、同轴电缆2、同轴电缆3之内，不但从大约5至54或88MHz的标准CATV上行RF信号(810)被从其它域中隔离出来，而且标准CATV下行RF信号(812)、(814)也被从其它域中隔离出来。只有1GHz以上频率(816)以相对自由的方式通过两个域之间。(应当注意在某些可选方案中，某些地域1GHz的“陷波”频率可以根据需要被允许自由地通过或者转播)。
在该方案中，同轴电缆1域之内的频率分配(802)为，来源于连接到同轴电缆1上的各个通信设备的0-54/88MHz(US1)的上行RF信号被限制在同轴电缆1域。类似地，其它同轴电缆2(804)和同轴电缆3(806)中的上行信号也被限制在它们的域之中，因为这些信号由各自的同轴电缆域节点CDN1、CDN2和CDN3终止。因而方案中的每个上行信道US1、US2和US3都是唯一的。上行数据回到CDN-光纤节点(205)处并且到达电缆头端的唯一途径是各个同轴电缆域节点对上行数据重新封装并且将其变换到诸如1GHz以上频率之类的高频(816)。
不同的同轴电缆域节点能够设置为从1GHz以上宽带路径(270)中提取相同的数据集(例如，信道)，并且将这些数据集作为跨越全部域(例如，802、804、806)的相同常规广播信道(BCH)(812)进行发送。可选地，同轴电缆域节点能够设置为从1GHz以上宽带路径(270)中提取不同类型的数据(例如，不同的信道)，并且将这些数据(814)窄播到不同的所选域中。这能够通过诸如根据要求向ADM中继器(534)和低于1GHz RF信号合成器(536)发送适当的命令以提取合适的数据并且进行QAM调制或者其它调制且下行发送之类的操作来完成。
因此，在这些频率(例如，54/88MHz至大约865Mhz到1GHz的范围)上存在RF信号和数据的唯一途径为各个同轴电缆域节点对沿途经过的数据(例如，1GHz宽带频率(816))进行选择，并且使用它们的RF信号合成器(536)在这些波段(812)、(814)中创建数据，并且将数据注入到各个域之中。
在特定CDN节点处产生的窄播信号(814)能够具有多种类型。例如，它们能够包括用于不同的域(NCN,1，NCN,2，NCN,3)的寻址到特定域的家庭的数据、IP数据的语音或者视频。
如上所述，在1GHz以上宽带频率范围(816)发送自由地流过域的数据。该数据能够由内部节点载荷组成，并且能够以诸如两路频分(2-Way-FD)、时分双工(TDD)、频分双工(FDD)以及根据要求的其它格式之类的各种格式进行发送。
图9所示为一方案的细节，在此方案中，同轴电缆域节点可以在各个同轴电缆域之间分配上行频率和载荷。应当注意的是在该方案中，由于在诸如5-42MHz或者5-88MHz之类的下行频率范围(810)内不同的域被相互隔离，这些频率和时间片在不同的域之间不需要时一致的，即使这些域全部位于CATV电缆的不同位置。例如，在不必对在其它域中发送上行数据的设备进行补偿的情况下，机顶盒STB1、STB2、STB3，以及电缆调制解调器CM1,1、CM2,1、CM3,1、CM2,1、CM2,2、CM3,3、CM3,1、CM3,2和CM3,3都能够在相同的时间和频率发送上行数据。这一方案的净效果在于极大地减少了阻塞并且提高了上行通信速率。
图10所示为电缆头端在合适的路由器的辅助下能够采用IP空间中诸如模拟视频、数字视频、点播视频以及头端电缆调制解调器终端系统(CMTS)所产生的其它信号之类的不同的数据形式来对将数据调制为模拟光信号，添加不同类型的(数字格式的)窄播载荷，对其进行复用，并且作为不同的光信号经过光导纤维发送到不同的光导纤维节点处(或者从不同的光导纤维节点处接收)的概括图。
图11所示为头端(例如，205)在合适的路由器的辅助下能够采用IP空间中诸如模拟视频、数字视频、点播视频以及头端电缆调制解调器终端系统(CMTS)所产生的其它信号之类的不同的数据形式来对将数据调制为模拟光信号，添加不同类型的(数字格式的)窄播载荷，对其进行复用，并且作为不同的光信号经过光导纤维发送到不同的光导纤维节点处(或者从不同的光导纤维节点处接收)的一可选方案。在此可选方案中能够使用当前未使用的光导纤维(例如，暗光纤)来发送窄播信号(窄播有效载荷)。

Claims (18)

1.一种用于增加混合光纤电缆(HFC)网络的数据携带容量的方法，所述HFC网络具有电缆头端、至少一光导纤维、端接于至少一CATV电缆上的至少一光导纤维节点、连接到多个分支CATV电缆上因而形成CATV树和分支网络的所述CATV电缆以及连接到所述CATV树和分支网络上的多个通信设备，所述方法包括：
创建双向宽带通信路径，所述双向宽带通信路径以1GHz或者更高的RF频率作为媒介，并且所述双向宽带通信路径介于所述至少一光导纤维节点到多个同轴电缆域节点之间以及所述多个同轴电缆域节点之间，所述多个同轴电缆域节点沿着所述CATV树和分支网络分布；
其中，所述同轴电缆域节点为所述CATV树和分支网络中的接合点，并且使1GHz或者更高频率的CATV RF信号通过，但是截取并且终止至少部分的1GHz或者更低频率的CATV RF信号；
至少部分的所述多个同轴电缆域节点还以特定本地域为基础与它们自身的一组本地CATV电缆所连接的通信设备进行通信；
使用所述同轴电缆域节点以：
1：截取来自所述通信设备的本地上行CATV RF信号，所述本地上行CATV RF信号具有1GHz或者更低的频率；
2：终止至少一部分所述本地上行CATV RF信号；
3：将所述本地上行CATV RF信号或从所述本地上行CATV RF信号获得的数据调制到1GHz或者更高的RF频率；以及
4：使用所述宽带通信路径将所述本地上行CATV RF信号或从所述本地上行CATV RF信号获得的数据回程传输到所述至少一光导纤维节点处；或者
5：使用所述同轴电缆域节点以及从所述宽带通信路径获得的数据，通过使用1GHz或者更低的下行CATV RF信号对从所述宽带通信路径获得的所述数据的至少被选择部分进行调制和发送，从而将域特定的下行数据发送到所述本地CATV电缆所连接的通信设备处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述1GHz或者更低频率的上行CATV RF信号包括选自DOCSIS、DVB、Aloha以及其它非DOCSIS信号的信号，并且其中，至少部分所述DOCSIS信号被所述同轴电缆域节点终止并且使用所述宽带通信路径进行回程传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，全部所述1GHz或者更低频率的上行CATV RF信号被所述同轴电缆域节点终止并且使用所述宽带通信路径进行回程传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述宽带通信路径包括：CATV电缆，能够使1GHz和更高的频率通过的CATV电缆连接器和/或有源器件，以及能够克服1GHz或更高RF频率随着CATV电缆距离所产生的衰减的放大器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述同轴电缆域节点被绕过时，所述宽带通信路径还能够使至少一部分介于5至865MHz的RF频率通过。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述同轴电缆域节点通过以下步骤进行工作：
1：将所述1GHz或者更低频率的上行CATV RF信号的至少一部分数字化；
2：将至少一部分数字化的上行CATV RF信号调制到1GHz或者更高的RF频率，从而创建宽带通信路径信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述1GHz或更低频率的上行CATV RF信号数字化的步骤通过以下步骤来完成：
A：获得针对至少部分所述上行CATV RF信号的微时隙分配分组(MAP)数据；
B：使用所述MAP数据对至少部分由至少部分所述上行CATV RF信号所携带的上行数字信息进行解调和提取；
C：使用1GHz或者更高的RF频率以可替代格式对所述上行数字信息进行重新封装以用于传输；以及
D：使用所述宽带通信路径以所述可替代格式发送所述上行数字信息。
8.根据权利要求7所述的方法，随后还在所述电缆头处使用所述MAP数据将所述上行数字信息重新调制为重建的上行CATV RF信号，从而产生重建的上行CATV RF信号；并且将所述重建的上行CATV RF信号提供给电缆调制解调器终端系统。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，下行数据以第一波长沿着所述光导纤维被从所述电缆头端发送到所述光导纤维节点，并且所述上行数据以第二波长沿着所述光导纤维被从所述光导纤维节点发送到所述头端。
10.根据权利要求1所述的方法，还使用所述宽带通信路径和所述同轴电缆域节点以根据时分双工(TDD)方案、频分双工(FDD)方案或者没有时分或频分的全双向双工方案来上行或者下行发送宽带通信路径数据。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分所述同轴电缆域节点包含能够在特定域的基础上将所述下行宽带通信路径数据的被选择部分编码为RF QAM波形的至少一QAM调制器设备；以及
其中，使用所述至少一QAM调制器设备来完成在所述同轴电缆域节点处将所述下行宽带通信路径数据的至少选择部分调制为1GHz或者更低频率的下行CATV RF信号。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述同轴电缆域节点还包括：
能够将数字编码的宽带通信路径数据的选择部分编码为1GHz或者更低频率的RF QAM波形的至少一QAM调制器设备；
至少一软件可控开关，所述至少一软件可控开关能够在域可寻址基础上被远程引导以对至少部分所述数字编码的宽带通信路径数据进行选择，并且在每个所述域之内引导所述至少一QAM调制器设备在所选择的一组频率处将所述选择的数字编码的甚高频CATV RF通信数据编码为1GHz或者更低频率的RF QAM波形；以及
至少一远程软件可控RF分组处理器，所述至少一远程软件可控RF分组处理器能够对由每个域之内的通信设备所产生的1GHz或者更低频率的CATV RF上行信号波形所携带的上行数据进行探测，并且对所述上行数据进行数字重新封装以及沿着所述宽带通信路径重新发送所述上行数据；
其中，所述至少一软件可控开关和/或所述软件可控RF分组处理器能够由软件进行远程配置，以在特定域的基础上对由1GHz或更低频率的RF QAM波形所携带的所述上行数据和/或下行数据所使用的频率进行分配和重分配。
13.一种用于增加混合光纤电缆(HFC)网络的数据携带容量的方法，所述HFC网络具有电缆头端、至少一光导纤维、端接于至少一CATV电缆上的至少一光导纤维节点、连接到多个分支CATV电缆上因而形成CATV树和分支网络的所述CATV电缆以及连接到所述CATV树和分支网络上的多个通信设备，所述方法包括：
创建双向宽带通信路径，所述双向宽带通信路径以1GHz或者更高的RF频率作为媒介，并且所述双向宽带通信路径介于所述至少一光导纤维节点到多个同轴电缆域节点之间以及所述多个同轴电缆域节点之间，所述多个同轴电缆域节点沿着所述CATV树和分支网络分布；
其中，所述同轴电缆域节点为所述CATV树和分支网络中的接合点，并且使1GHz或者更高频率的CATV RF信号通过，但是截取并且终止至少部分的1GHz或者更低频率的CATV RF信号；
至少部分的所述多个同轴电缆域节点还以特定本地域为基础与它们自身的一组本地CATV电缆所连接的通信设备进行通信；
使用所述同轴电缆域节点以：
1：截取来自所述通信设备的本地上行CATV RF信号，所述本地上行CATV RF信号具有1GHz或者更低的频率；
2：终止至少一部分所述本地上行CATV RF信号；
3：将所述本地上行CATV RF信号或从所述本地上行CATV RF信号获得的数据调制到1GHz或者更高的RF频率；以及
4：使用所述宽带通信路径将所述本地上行CATV RF信号或从所述本地上行CATV RF信号获得的数据回程传输到所述至少一光导纤维节点处；或者
5：使用所述同轴电缆域节点以及从所述宽带通信路径获得的数据，通过使用1GHz或者更低的下行CATV RF信号对从所述宽带通信路径获得的所述数据的至少被选择部分进行调制和发送，从而将域特定的下行数据发送到所述本地CATV电缆所连接的通信设备处，
其中，所述同轴电缆域节点通过以下步骤对所述本地上行CATV RF信号进行调制：
1：将所述1GHz或者更低频率的上行CATV RF信号的至少一部分数字化；
2：将至少一部分数字化的上行CATV RF信号调制到1GHz或者更高的RF频率，从而创建宽带通信路径信号；以及
其中，至少部分所述同轴电缆域节点包含能够在特定域的基础上将所述下行宽带通信路径数据的选择部分编码为RF QAM波形的至少一QAM调制器设备；以及
其中，使用所述至少一QAM调制器设备来完成在所述同轴电缆域节点处将所述下行宽带通信路径数据的至少选择部分调制为1GHz或者更低频率的下行CATV RF信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述宽带通信路径包括：CATV电缆，能够使1GHz和更高的频率通过的CATV电缆连接器和/或有源器件、以及能够克服1GHz或更高RF频率随着CATV电缆距离所产生的衰减的放大器；以及
其中，当所述同轴电缆域节点被绕过时，所述宽带通信路径还能够使至少一部分介于5至865MHz的RF频率通过。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述1GHz或者更低频率的上行CATV RF信号包括选自DOCSIS、DVB、Aloha以及其它非DOCSIS信号的信号，并且其中，至少部分所述DOCSIS信号被所述同轴电缆域节点终止并且使用所述宽带通信路径进行回程传输。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述同轴电缆域节点进一步包括：
能够将数字编码的宽带通信路径数据的选择部分编码为1GHz或者更低频率的RF QAM波形的至少一QAM调制器设备；
至少一软件可控开关，所述至少一软件可控开关能够在域可寻址基础上被远程引导以对至少部分所述数字编码的宽带通信路径数据进行选择，并且在每个所述域之内引导所述至少一QAM调制器设备在所选择的一组频率处将所述选择的数字编码的甚高频CATV RF通信数据编码为1GHz或者更低频率的RF QAM波形；以及
至少一远程软件可控RF分组处理器，所述至少一远程软件可控RF分组处理器能够对由每个域之内的通信设备所产生的1GHz或者更低频率的CATV RF上行信号波形所携带的上行数据进行探测，并且对所述上行数据进行数字重新封装以及沿着所述宽带通信路径重新发送所述上行数据；
其中，所述至少一软件可控开关和/或所述软件可控RF分组处理器能够由软件进行远程配置，以在特定域的基础上对由1GHz或更低频率的RF QAM波形所携带的所述上行数据和/或下行数据所使用的频率进行分配和重分配。
17.根据权利要求16所述的方法，还在所述CATV树和分支网络上的多个同轴电缆域节点处远程引导所述软件可控开关对所述数字编码的下行宽带通信路径数据的广播部分进行选择，并且在所述多个同轴电缆域节点的每一个上引导所述至少一QAM调制器设备将所述广播部分编码为1GHz或者更低频率的广播RF QAM波形以用于所述多个同轴电缆域节点的每一个。
18.根据权利要求16所述的方法，还在所述CATV树和分支网络上的一个或更多个选择的同轴电缆域节点处远程引导所述软件可控开关对所述数字编码的下行宽带通信路径数据的窄播部分进行选择，并且在所述选择的同轴电缆域节点的每一个上引导所述至少一QAM调制器设备将所述窄播部分编码为1GHz或者更低频率的窄播下行RF QAM波形以用于所述选择的同轴电缆域节点的每一个；
其中，所述同轴电缆域节点在所述CATV树和分支网络中的所述接合点处截取并终止所述窄播下行RF QAM波形，从而阻止所述窄播下行RF QAM波形被传输到所述接合点之外。
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