CN104054330A - 10Gbps同轴线缆联网系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于在同轴线缆网络中提供10Gbps或更大的吞吐量的系统和方法，所述系统和方法在超过家庭同轴线缆上现有业务的2GHz至10GHz或更大的高频范围内操作。网络使用宽的信号带宽，例如，在8GHz的范围内。网络在超过CATV频带和卫星业务的情况下操作，因此网络与这些业务共存而不会相互干扰。该系统可以用在联网系统中，诸如MoCA3系统和接入系统。这通过在网络信号的进入点(POE)处使用在2GHz–10GHz范围内具有低损耗和低隔离度的分路器来实现。可替选地，可以使用在进入点(POE)处提供信号增强器功能或中继器功能的有源节点。

Description

10Gbps同轴线缆联网系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月14日递交的题目为“10Gbps同轴线缆联网系统”的美国非临时申请号为13/325,418的权益。

技术领域

本文描述的方法、电路、设备、装置和系统涉及信号分配系统的改进，尤其涉及例如在同轴线缆信号分配网络和系统中所用的方法和装置。

背景技术

现今，通信工程师面临大量的挑战，包括找到使能够在有限的可用资源上传递的信息量最大化的途径。也就是说，采用在其上传递无线信号的有限的可用频率，以及随着人们希望传递的信息量的快速增长，尽可能有效地使用可用设施是重要的。举例来说，在典型的家庭网络系统中，越来越多的设备正在与其上传导大量的信号的网络关联。

图1中示出作为环境10的说明性示例的单一线缆网络的典型家庭安装，其中可以采用本文描述的方法、网络、系统和装置。尽管家庭网络被作为示例来说明，然而应该理解，所公开的方法、网络、系统和装置所属的网络类型不应该视为被限制到家用。

环境10示出家庭网络系统安装，其具有4个用户应用，出于说明而非限制的目的，这4个用户应用可包括，在住宅11的各个单独位置的个人录像机(PVR)12、机顶盒(STB)14、电视15和WiFi路由器16。PVR12可以将录制的视频信号和音频信号提供给电视13。机顶盒14可以将交互性电视内容提供给电视17。电视15可以直接接收输入信号。WiFi路由器16可以提供用于通过计算机18等进行无线检测的数字数据信号。特定应用可以选自大量的其他功能装置或系统。例如，本文所描述的装置、系统和计算机程序产品可以提供具有多个输入的PVR系统、卫星广播系统、至无线网络(诸如IEEE802.11b直接序列网络)的网络集线器、或者将射频信号转换成有用的用户形式的其他设备，等等。

还应该注意，尽管出于说明的目的示出了单一的住所或住宅11，然而，可以在大量的其他安装位置处采用本文所描述的方法、电路、设备、装置和系统。一个示例可以包括公寓大楼，其中，可以将信号部署到大量的建筑物，可以将在单一线缆上接收的信号用于该建筑物。另一示例可以包括办公楼，其中，可以将信号部署到大量的办公室，可以将在单一线缆上接收的信号用于该办公室。其他示例是各式各样的。

例如，中频(IF)信号源自外部设备，诸如在同轴线缆30上的有线电视(CATV)信号源、卫星信号源等。在一些情况下，在外部设备中使用光缆(例如，由弗莱森电讯(Verizon Communication)提供的类似“FiOS”的光纤业务)。在这种情况下，光纤被终止于将来自光域的信号转换成电信号(反之亦然)的单元(诸如，在FiOS系统中所用的光网络终端(ONT))。这样的单元被插入在户外光缆和室内同轴线缆之间。在图1的顶部分路器24的前方，该单元可以被安装在家的外部或内部。可以借助信号分割器或者分路器24、25和26在同轴线缆20、27、29、31、21和22上传送到个人录像机(PVR)12、机顶盒(STB)14、电视15、和WiFi路由器16的信号。在所示出的实施方式中，分路器24是在单一线缆30上从外部同轴线缆设备接收信号的顶层分路器，分路器25和26是底层分路器。底层分路器25将来自顶层分路器24的输出端之一、来自线缆31的信号分裂以将信号提供给线缆21和22。底层分路器26将来自顶层分路器24的输出端之一、来自线缆20的信号分裂以将信号提供给线缆27和29。

分路器24、25和26在图1中示出为两路分路器。然而，分路器可以是将输入信号分裂成大量的输出信号的任一类型的分路器，通常采用2路分路器、4路分路器和8路分路器。有时，可以使用具有非二进制数值个数的输出端的分路器，诸如，6路分路器，或者甚至使用具有奇数个数的输出端的分路器，例如，3路分路器。分路器24、25和26是允许RF信号和DC信号双向通过的类型的分路器。因此，分路器可以在一个方向上将具有结合的用户频带(UB)的信号供给个人录像机(PVR)12、机顶盒(STB)14、电视15、和WiFi路由器16。分路器还可以在另一个方向上提供在个人录像机(PVR)、机顶盒(STB)14、电视15、和WiFi路由器16与ODU28之间的命令信号的通道(例如，由CENELEC EN50494标准命令结构所描述的类型的DiSEqC^TM信号)。

线缆30、31、20、21、22、27和29可以是任何合适的线缆构造，诸如，同轴线缆、塑料光纤(POF)等。应该注意，在单一线缆网络中，尽管存在物理上不同的线缆，然而例如，线缆30、31、20、21、22、27和29分别承载相同的信息，从而有效地提供单一线缆网络。网络本身可以被构建成使用例如由同轴电缆多媒体联盟(Multimedia over Coax Alliance)定义的MoCA协议来操作。在MoCA协议下，连接到网络的每个设备能够与也连接到该网络的任一其他设备通信。

现在另外参考图2，图2示出图1所示类型的网络系统中的线缆分配系统50的抽象的高级别框图。线缆分配系统50包括顶层分路器24、其可以对应于图1的系统10中的顶层分路器24。顶层分路器24接收来自进入点51的在线路32上的输入信号，往返于外部同轴线缆设备的信号借助于同轴线缆30连接到该进入点51。

顶层分路器24可以是N路分路器(与图1的分路器实施方式对比，提供了另外的输出端)，其将线路30上的输入信号分裂以将信号提供给n个输出线路20、31、和52…54。例如，同轴线缆线路20和31对应于图1中示出的同轴线缆线路20和31。在输出线路20上的信号可以由底层Q路分路器26来进一步分裂，在输出线路31上的信号可以由底层P路分路器25来进一步分裂。(再一次地，与图1的分路器实施方式对比，所示出的每个分路器具有另外的输出端)。尽管N路分路器24、Q路分路器26、和P路分路器25被标记为可能具有不同数量的输出端，然而N、P、和Q可以是相同的。在输出线路52…54上的信号可以由另外的底层分路器(未示出)来进一步分裂。来自分路器25和26的输出端以及来自在线路52和54上的未示出的分路器的输出端可以以已知方式连接到各种用户设备。P和Q是具有在2至32或更大的范围内的值的整数。

为了说明，Q路分路器26的输出端之一连接到与通信设备#164通信的引出线A。以同样的方式，P路分路器25的输出端之一连接到与通信设备#2通信的引出线B。P路分路器25的输出端中的另一输出端连接到与通信设备#M68通信的引出线M。尽管未示出，然而，应该理解，如果需要，网络50可以包括另外的底层分路器，其接收来自一个或多个底层分路器25、…、26的输出信号。

在操作中，来自进入点51的信号被网络中的各种分路器分裂，最终被传送到网络中任一节点上的任一设备。例如，在所说明的实施方式中，在进入点51处的信号借助于引出线A被传送到通信设备#164，借助于引出线B被传送到通信设备#266，借助于引出线M被传送到通信设备#M68，以及到任一连接到分路器输出端的其他设备(未示出)。另外，通过根据MoCA协议操作的网络，任一设备本身能够与网络中的任一其他设备通信。因此，例如，通信设备#266能够沿着仅包括底层分路器25的通信信道与通信设备#M68通信。可替选地，通信设备#164能够从引出线A，沿着包括底层分路器26、直到顶层分路器24、并退回到底层分路器25的通信信道、通过引出线B与通信设备#266通信。

关于在公用天线电视(CATV)家庭同轴线缆网络中通常使用的分路器的构造，这样的分路器通常被设计成将达到约1GHz的信号在从进入点(POE)51到各个引出线的方向上传递，各个引出线诸如引出线A、引出线B、…、和引出线M。由于分路器是无源设备，因此它们也能够在反方向上将达到约1GHz的信号在从各个引出线到进入点(POE)51的方向上传递。超过1GHz，例如在1.1GHz和1.7GHz之间，然而，分路器损耗更高。在大多数情况下(大多数的引出线/家庭)，在1.1GHz至1.7GHz的频带中从引出线到引出线的总的路径损耗可能小于65dB。这包括线缆损耗、输入-输出或者输出-输入的分路器损耗、以及归因于分路器隔离的损耗。(术语“分路器隔离”或者“隔离损耗”是指分路器中从一个分路器输出端到同一分路器的另一输出端的路径损耗，该分路器必须由从一个网络节点通过该分路器行进到另一网络节点的信号贯穿或者“跳跃”。仅一个这样的“跳跃”就需要穿过任一特定的分路器以关闭信号路径)。例如，在MoCA2.0联网系统中，以65dB的损耗，使用约200MHz的信道带宽，可以实现接近1吉比特/秒(Gbps)的吞吐量。然而，在超过约2GHz的频率范围内家庭同轴线缆系统的损耗特性通常被认为是损耗过度，因此，该频率范围不适于或者不可用于通信。此外，为了实现10Gbps及更高数量级的数据速率，在该频率范围内可用的带宽在当前的网络中是不够的。

因此，在超过2GHz、高达10GHz或更高的频率范围内，由于在这些频率处从引出线到引出线的路径损耗非常高，所以8GHz或更大的带宽在当今的家庭同轴线缆网络中是不可用的。家庭系统的分析表明，在大多数情况下，在2–10GHz范围内的引出线到引出线的损耗可以达90dB。该90dB的信号损耗是过大的，且限制可实现的通信速率，这是因为接收信噪比(SNR)是低的，即使假设发射器功率为+10dBm以及接收器噪声系数为5dB(即，用于消费品的现有RF前端技术的通常水平)。根据香农(Shannon)信道容量理论，在该情况下，信道容量被限制到约1Gbps，即使使用8GHz的带宽。也就是说，在这些条件下，增大信道带宽不能使信道容量增大到1Gbps以上。这通过图3的曲线图示出，图3示出，假设具有上述的发射和接收特性，对于90dB的路径损耗，以GHz为单位的信道带宽相对于以Gbps为单位的最大传输速率的绘图。能够看出，曲线70基本上是平的，这表明增大信道带宽不会导致能够实现的最大传输速率的增大。

所需要的是能够实现增大的信道容量的所描述的类型的同轴线缆网络中能够使用的方法、电路、设备、装置和系统。

发明内容

下文呈现简化的概要，以便提供所公开的方法和装置的实施方式的一些方面的基本理解。该概要不是一个或多个实施方式的广义概述，且既不旨在确定实施方式的关键或重要的元素也不旨在描绘这些实施方式的范围。其唯一的目的是以简化方式呈现所描述的实施方式的一些概念作为下文将呈现的更详细描述的序言。

本文所公开的方法和装置的一个实施方式提供了一种在同轴线缆网络上实现10吉比特/秒(Gbps)或更大的吞入量的联网系统。该系统在高频率(即，超过家庭同轴线缆上的现有业务)下操作。因此，系统工作频率是在2GHz至10GHz或更高的范围内。在一些实施方式，诸如，CATV家庭设备中，该范围可以开始于2GHz。在其他实施方式中，诸如，在卫星家庭安装中，该范围可以开始于2.5GHz或3GHz。该系统使用宽的信号带宽，例如，在8GHz的范围内。联网系统与这些业务共存而没有相互干扰，这是由于其在高于CATV频带约1GHz下操作，可替选地在高于用于卫星业务的2.15GHz(或者在一些情况下高达2.7GHz)的频带下操作。所公开的系统在未来的联网系统(诸如MoCA3)中以及在接入系统中是有用的。

通过分路器损耗来控制在系统中发生的路径损耗。即使在频带的上限处也是如此。因此，通过减小路径中的分路器的损耗可以有效地减小路径损耗。通过使用在2至10GHz范围内具有低损耗和低隔离度的分路器，在本文描述的方法、电路、设备、装置和系统中实现了这样的减小。该分路器的最有效的位置是在进入点(POE)处。

可替选地，在进入点(POE)处使用有源节点，提供信号增强器，或者提供中继器，能够解决由当信号贯穿分路器时发生的路径损耗产生的问题。在进入点(POE)节点处采用有源增强器或者中继器，从引出线到引出线的损耗能够基本上被减小到进入点(POE)到引出线的损耗，也就是说，当前的90dB的损耗能够被有效地减小到70dB的损耗或者更小。

附图说明

参考以下附图描述根据一个或多个实施方式所公开的方法和装置。所提供的附图仅出于说明的目的且仅示出所公开的方法和装置的一些实施方式的示例。所提供的这些附图用来方便读者理解所公开的方法和装置。这些附图不应该被视为限制所要求的发明的广度、范围或者适用性。应该注意，出于清楚和容易说明的目的，这些附图不一定按比例制作。

图1示出一个其中可以采用本文所述的原理、装置、方法和系统的环境的示例。

图2示出例如可以用于实现图1中所示的类型的网络的信号分路器布置的示例的抽象框图，例如，该网络采用MoCA协议。

图3是示出对于具有90dB路径损耗的信道，根据以GHz为单位的信道带宽的信道的以吉比特/秒(Gbps)为单位的最大传输速率的曲线图。

图4示出例如可以用于实现图1中所示的类型的网络的信号分路器布置的示例的抽象框图，例如，该网络采用MoCA协议且将低损耗分路器作为顶层分路器。

图5是示出对于具有各个量的路径损耗的信道，根据以GHz为单位的信道带宽的信道的以Gbps为单位的最大传输速率的曲线图。

图6是示出可以在本文描述的类型的网络中使用的低损耗分路器的一个实施方式的框图。

图7是示出可以在本文描述的类型的网络中使用的低损耗分路器的另一个实施方式的框图。

图8示出例如可以用于实现图2中所示的类型的网络的信号分路器布置的另一个示例的抽象框图，例如，该网络采用MoCA协议且具有低损耗顶层分路器和底层分路器。

图9是可以用于实现图2中所示的类型的网络的分路器布置的另一个示例的抽象框图，该网络在顶层分路器24的输入端处具有有源节点。

图10是可以用在图9的分路器布置中的具有频率变换器的类型的有源节点的示例的框图。

图11是可以用在图9的分路器布置中的具有数字中继器的类型的有源节点的示例的框图。

图12是可以在图9的分路器布置网络中与接入系统共享的具有数字中继器的类型的有源节点的示例的框图。

在各个附图中，同样的附图标记用来表示同样或类似的部件。

具体实施方式

本文描述的原理、装置、电路、方法和系统以有效和有成本效益的方式解决了由于同轴线缆系统中损耗过大而产生的问题，同轴线缆系统诸如在具有超过约2GHz的频率范围的家庭安装中所用的那些同轴线缆系统。本文呈现的方案利用大量的可用带宽且能够具有极高的通信速率。通过在较高的频率处操作，能够实现与同轴线缆上的现有业务分离可能更大的频率，从而促进更容易的和更低成本的过滤以及与来自其他业务的滤波器的同向双工。

图4中示出一个网络实施方式80。除了低损耗分路器24’已经被安装在进入点(POE)51处之外，该网络实施方式80类似于上文参考图2描述的网络实施方式50。低损耗分路器24’的特性提供了在2至10GHz工作范围内的低损耗和低隔离度。因此，由低损耗分路器24’的输出端之间的隔离引入的路径损耗被减小了至少约10dB或者更多。典型的改进可以在15dB至20dB的范围内。这减小了信道损耗，由此改善了链路预算且实现较高的数据速率。当然，如果能够进一步减小路径损耗，则甚至能够实现更高的数据速率。在图5中示出了这一点。

图5的曲线图示出，对于具有各个量的路径损耗的信道且假定在发射器处的发射RF功率是+10dBm以及在接收器端处的噪声系数为5dB，根据以GHz为单位的信道带宽的信道的以吉比特/秒(Gbps)为单位的“最大传输速率”。如上文所述，线70表示约90dB的路径损耗。线82表示约75dB的路径损耗。线84表示约70dB的路径损耗。线86表示约65dB的路径损耗。该曲线图表明，通过将损耗从90dB减小至75dB(15dB的减小量)，能够实现容量上的大幅上升。例如，对于8GHz的带宽，能够实现从1Gbps(图5上的线70)到多达16Gbps(图5上的线82)的改进。损耗再减小5dB(到约70dB的路径损耗)使速率增大到超过25Gbps(图5上的线84)。90dB的大损耗会发生在“最长路径”中的概率高。例如，大损耗可能会发生在以下路径中：从引出线A64向上直到顶层分路器24，然后跳跃分路器24并向下直到引出线B66。因此，最弱的链路是遭遇顶层分路器24的隔离的那些链路。这意味着，降低位于进入点处的顶层分路器24的隔离度(即，通过采用低损耗分路器24’替换分路器24)会降低最差情况路径的损耗。这会改善信道容量并降低网络的局限性。

现有分路器(即，在安装基础中的那些分路器和当前安装在2GHz至10GHz频段网络中的那些分路器)的隔离度在20dB至50dB的数量级上。在现有网络中的最差情况路径中，在进入点处的顶层分路器24的隔离度可能接近50dB。将该损耗减小15dB至20dB(通过在顶层使用低损耗分路器24’)，会减小路径损耗并实现更大的信道容量(即，在20Gbps的数量级上)。对于该容量，考虑到实施损耗和编码，约15Gbps的数量级的物理层速率和超过10Gbps的MAC速率或者吞吐量是可能的。对于具有较低损耗的路径，能够实现信道中的甚至更高的数据速率。

除了前述之外，诸如通过考虑发生在信道上的反射和多路径，可以针对信道特性优化网络中的信号的调制格式。例如，正交频分多路复用(OFDM)可以有利地用于本文描述的任一实施方式中。然而，应该理解，本文描述的原理不限于任一特定的调制类型。

由于上文阐明的技术原因，低损耗分路器24’的一个有效位置是在进入点(POE)51处。此外，在大多数家庭安装中，顶层分路器通常被放置在维修技术人员容易到达的地方。因此，应该易于改装家庭网络，以便通过更换顶层分路器来增大信道容量。该更换对于大多数场合可以是足够的。

图6是示出可以在本文描述的类型的网络中使用的N路低损耗分路器100的一个实施方式的框图。N是具有在2至32或更大的范围内的值的整数。N路低损耗分路器100可包括标准信号分路器102，其从输入线路104接收其输入。通过低通滤波器106来过滤输入线路104上的信号。N路信号分路器102的输出在输出线路108、109、…、111和112上得到。低通滤波器114、115、…、117和118被连接在线路108、109、…、111和112上。低通滤波器114、115、…、117和118的输出提供在输出线路120、121、…、123和124上来自N路低损耗分路器100的输出，分别被标记为输出1、2、N-1和N。高通滤波器126、127、…、129、130分别被连接在输出线路120、121、…、123、和124与公共接合点132之间。每个高通滤波器具有与相应的低通滤波器不重叠的通带。在一个实施方式中，高通滤波器134将公共接合点132和输入线路104连接。然而，在替选实施方式中，不使用高通滤波器134。舍弃滤波器134允许低通滤波器106阻挡由网络所用的高频信号分发到线路104，该网络用于联接到输出端120、121、123和124的设备之间的通信。

低通滤波器(LPF)114、115、…117、和118以及高通滤波器(HPF)126、127、…、129、130是同向双工的，具有不重叠的通带。在超过约2GHz的频率下，N路低损耗分路器100实现了从任一端口到任一其他端口(即，从输入端到任一输出端及其反向以及从任一输出端到任一其他输出端)的低损耗。在该配置中的损耗包括失配损耗、分裂损耗和耗散性插入损耗。失配损耗可以根据10·log[1-(N-1)^2/(N+1)^2]来计算，分裂损耗是10·log(N)，其中，N是分裂数。例如，对于N＝4(4路分路器)，失配损耗是2dB，分裂损耗是6dB以及假定耗散性插入损耗是3dB，从任一端口到任一其他端口的总损耗是11dB。这有利于与通常在20dB至50dB范围内的4路分路器的隔离度进行比较。

在一个实施方式中，低通滤波器(LPF)114、115、…117、和118在约1.7GHz处截止，以及高通滤波器(HPS)126、127、…、129、130在约2GHz处截止。在另一个实施方式中，低通滤波器(LPF)114、115、…117、和118在约2.15GHz处截止，以及高通滤波器(HPF)126、127、…、129、130在约2.5GHz处截止。在又一个实施方式中，高通滤波器(HPF)126、127、…、129、130可以采用在约2GHz和10GHz之间截止的带通滤波器(BPF)来代替。

如果需要，HPF可以设有串联电阻器以提供阻抗匹配。例如，可以布置电阻器以形成星形配置的电阻式分路器。如果电阻器的值被选择为(N-1)/(N＝1)*线路阻抗(例如，75Ohms)，则不存在失配损耗，但是插入损耗更高。好处是减少网络中的信号反射和多路情况。例如，对于4路分路器，总损耗是大约15dB(12dB的电阻式分路器损耗加上3dB的滤波器插入损耗)。这与前一实施方式中的11dB形成对比。

在另一个实施方式中，如图6所示，阻抗136被连接在公共接合点132和基准电位点(诸如，接地)之间，以优化匹配和/或参与滤波。如上文指出的，在一个实施方式中，连接到输入节点的高通滤波器HPF134被去除，使得仅输出端口的隔离被解决。在线路104中的进入点(POE)位置中，这可能是优选的。

图7是示出可以在本文描述的类型的网络中使用的N路低损耗分路器140的另一个实施方式的框图。N路低损耗分路器140可以包括标准N路信号分路器142，其在输入线路144上接收其输入。N路信号分路器142的输出在输出线路148、149、…、151、和152上得到。低通滤波器(LPF)154、155、…、157、和158被连接在线路148、149、…、151、和152上。低通滤波器154、155、…、157、和158的输出提供在输出线路160、161、…、163、和164上来自N路低损耗分路器140的输出，分别被标记为输出1、2、N-1和N。高通滤波器(HPF)166、167、…、和169在来自N路信号分路器的各信号输出之间(即，输出线路160和161、161…163、163和164)。

在图7所示的实施方式中，低通滤波器(LPF)154、155、…157、和158以及高通滤波器(HPF)166、167、…、和169具有不重叠的通带(即，它们是同向双工的)。在超过滤波器截止频率的情况下，N路分路器140实现了从任一输出端口到任一其他输出端口的低损耗。在一个实施方式中，低通滤波器(LPF)154、155、…、157、和158在1.7GHz处截止，以及高通滤波器(HPF)166、167、…、和169在2GHz处截止。

在图6或图7中示出的构造确保信道损耗被减小至少10dB，如通过图5的曲线图所暗示的，这对于信道容量增大而言是相当大的量。因此，在实现高数据速率的链路预算方面有了改进。当然，如果能够进一步减小路径损耗，则能够实现甚至更高的数据速率。

在上文的图4中，采用低损耗/低插入低损耗分路器24’作为顶层分路器。可替选地，对于甚至更大的信道容量，可以采用图8的网络实施方式。图8示出例如可以用于实现图4所示的类型的网络的低损耗分路器布置180的另一个示例，该低损耗分路器布置180具有低损耗顶层分路器和低损耗底层分路器。例如，该网络还可以采用MoCA协议。

除了顶层低损耗分路器24’已经被安装在进入点(POE)51处以及低损耗底层分路器25’和26’已经代替常规底层分路器而被插入之外，网络实施方式180类似于上文参考图2描述的网络实施方式50。顶层低损耗分路器24’的特性提供了在2-10GHz的工作范围内的低损耗和低隔离度。因此，如上文所述，由低损耗分路器24’引入的路径损耗被减小了至少约10dB或者更多。低损耗底层分路器25’和26’的特性可以基本上相同。

图9示出另一个实施方式190，其中信道损耗被减小了至少10dB。实施方式190具有安装在顶层分路器24的输入端处的有源节点。实施方式190的其他部分与上文参考图2描述的实施方式50基本上相同。

有源节点192使信号放大并重传进出网络且提供在链路预算上的改进。该改进实现高的数据速率。在一个实施方式中，有源节点是频率变换器，下文参考图10描述频率变换器。可替选地，有源节点是数字中继器，下文参考图11描述数字中继器。有源节点可以与外部同轴线缆设备中的接入节点通信并且提供双重功能：接入和家庭联网。这在下文参考图12进行说明。

图10是具有用在图9的分路器布置中的频率变换器的类型的有源节点192’的示例的框图。往返于外部同轴线缆设备的信号30首先由低通滤波器(LPF)194过滤，且向下传递到家庭网络中。通过第一带通滤波器(BPF1)196过滤在频率f1下的来自家庭网络(即，来自POE分路器)的信号。过滤后的信号随后由放大器198放大并在混合器202中与来自本地振荡器200的本地振荡器信号混合。现在处于第二频率f2的来自混合器202的输出被放大并穿过第二带通滤波器(BPF2)206，然后被发送到在进入点(POE)处的顶层分路器24的输入端。

有源节点192’是两路电路。有源节点192’在第二频率f2下将信号提供给顶层分路器24，而且在第一频率f1下接收从顶层分路器24返回的信号。因此，例如，在操作中，如果在频率f1下从通信设备(例如，通信设备#164(参见图2))接收信号，用于传送到通信设备#266，则所接收的信号被放大并在频率f2下返回到通信设备#266。

低通滤波器(LPF)194、第一带通滤波器(BPF1)以及第二带通滤波器(BPF2)是同向双工的，由此它们具有不重叠的通带。在网络中在某一时刻仅一个节点进行传输。传输通过网络协调器(未示出)来调度，该网络协调器可以是网络节点中的一个，例如，图2所示的通信设备中的一个。对于网络节点，发射频率通常是f1以及接收频率通常是f2。然而，在有源节点192’中，情况相反；信号在f1频带中被接收，穿过第一带通滤波器(BPF1)196，被放大，变换到频带f2，在f2下被放大，并借助于第二带通滤波器(BPF2)206返回到网络。应该注意，可以使用高通滤波器(未示出)来代替第二带通滤波器(BPF2)206。

在接入节点192’的一个实施方式中，第一频率f1频带可以是从2GHz至6GHz以及第二频率f2频带可以是从6.3GHz至10.3GHz。在接入节点192’的另一个实施方式中，可以控制放大器的增益并且可以使用AGC循环。在又一个实施方式中，有源节点192’可以与低损耗分路器结合使用，例如，如上文所描述的图6所示的低损耗分路器24’。

图11是具有用在图9的分路器布置中的数字中继器的类型的有源节点192”的示例的框图。实施方式192”包括低通滤波器(LPF)212，以过滤往返于外部同轴线缆设备的信号。低通滤波器(LPF)212的一侧被连接到至进入点分路器的输入端的线路32，该进入点分路器例如可以是图9中的顶层分路器24。

带通滤波器(BPF)214被连接在线路32和接收器/发射器选择开关216之间，接收器/发射器选择开关216选择性地将带通滤波器(BPF)214连接到接收器218或者连接到发射器220。当接收器/发射器选择开关216选择接收器218时，信号被从带通滤波器(BPF)214引导到基带处理单元222。当开关选择发射器220时，信号被从基带处理单元222引导到带通滤波器(BPF)214。

在图11的有源节点实施方式192”中，低通滤波器(LPF)212和带通滤波器(BPF)214是同向双工的，以具有不重叠的通带。可替选地，可以使用高通滤波器(HPF)来代替带通滤波器(BPF)214。在网络中在某一时刻仅一个节点进行传输。传输通过网络协调器来调度，该网络协调器可以是网络节点中的一个，例如，图9中所示的通信设备64、66、…、68中的一个。网络协调器功能也可以由该有源节点192”提供。

针对所有网络节点和有源节点，发射频率和接收频率是相同的，该频率位于带通滤波器(BPF)214的通带内。在接收模式下，开关被连接到接收器218，由此有源节点192”执行数字中继器的功能。接收器218从发射节点接收信号，将其解调，并将其作为数据包存储在基带处理单元222中。在完成自发射节点的传输时，接收器/发射器选择开关216连接到发射器220。数字中继器然后重新调制数据包并且通过发射器220将数据包以较高的功率重新发送到网络中。因此，网络中的远程节点能够接收具有改善的信噪比(SNR)的重传信号。在进入点节点处采用有源中继器，从引出线到引出线的损耗基本上能够被减小到进入点到引出线的损耗的损耗。因此，当前系统的90dB的损耗能够被有效地减小至70dB的损耗，或者更好，从而改善信噪比(SNR)以及增大信道容量。

在有源节点192”的一个实施方式中，信号带宽可以是8GHz以及带通滤波器(BPF)的通带可以是从2GHz至10GHz。在另一个实施方式中，有源节点192”可以与低损耗分路器结合使用，例如，如上文描述的图6中所示的低损耗分路器24’。

图12是有源节点192”’的另一示例的框图。在一个实施方式中，有源节点192”’是数字中继器。有源节点192”’在网络(诸如图9中所示的网络)中是有用的，但是其中通信设备64、66、68能够互相通信，而且与外部同轴线缆设备以双向通信的方式接合，诸如为在接入网络中的情况。例如，通过使包括声音和数据的信息的多个信道聚合通过由业务供应商借助线缆(CATV)网络等提供的单一共享接入链路，接入系统提供到广域网和互联网的接入。

如上文所述，有源节点192”’类似于有源节点192”，但增加了带通滤波器(BPF)226。滤波器226可切换地连接在线路30与基带和处理器单元222之间。往返于带通滤波器(BPF)226的过滤后的信号的切换由另外的开关228完成。因此，有源节点192”’在一个频带中可以在网络接入与外部接入之间切换。

低通滤波器(LPF)212和带通滤波器(BPF)214和226是同向双工的，从而具有不重叠的通带。这两个带通滤波器(BPF)214和226具有基本上相同的截止频率。如上文指出，可以使用高通滤波器(HPF)来代替带通滤波器(BPF)214和226。

在操作中，在系统中在某一时刻只有一个节点进行传输。传输通过网络协调器来调度，网络协调器可以是网络节点中的一个，例如，图2中所示的通信设备64、66、…、或者68中的一个通信设备。网络协调器功能还可以通过该有源节点192”’来完成。网络协调器功能与外部同轴线缆设备中的接入控制器(未示出)配合。

对于所有的网络节点、有源节点192”’、和外部同轴线缆设备中的接入控制器节点，发射频率和接收频率是相同的。发射频率和接收频率在带通滤波器(BPF)214和228的通带内。执行数字中继器的功能的有源节点192”’接收来自发射节点的信号，解调该信号，并将数据包存储在基带和处理器单元222中。在完成从发射节点的传输时，数字中继器在更高的功率下将数据包重新调制并重新发射回网络中。这能够使远程节点接收具有改善的信噪比(SNR)的数据包。接收器/发射器选择开关216被相应控制。输出开关228也被相应控制，从而指向外部同轴线缆设备中的接入节点或者内部设备中的POE分路器(例如，图2中示出的分路器24)。

在一个实施方式中，信号带宽可以为约8GHz，以及带通滤波器214和228的通带可以是从约2GHz至约10GHz。在另一个实施方式中，有源节点192”’可以与低损耗分路器结合使用，该低损耗分路器例如为上文描述的图6中示出的低损耗分路器24’。

尽管上文已经描述了所公开的方法和装置的各种实施方式，然而应该理解，它们仅仅以示例方式呈现，而不应该限制所要求的发明。同样，各个示意图可以描绘所公开的方法和装置的示例性架构或其他配置。这样做是为了帮助理解可以包括在所公开的方法和装置中的特征和功能。所要求的发明并不限于所示出的示例性结构或配置，反之，所需的特征可以使用各种替选的架构和配置来实施。事实上，对于本领域技术人员来讲显而易见的是，可以如何实施替选的功能的、逻辑的或物理的分区和配置以实施所公开的方法和装置的所需特征。此外，与本文描述的构造模块名称不同的大量的构造模块名称可以被应用到各个分区。另外，关于流程图、操作性描述和方法权利要求，本文中呈现的步骤的次序不应该要求各个实施例都按照相同的次序进行实施以执行所提到的功能，除非上下文另外规定。

尽管上文根据各个示例性实施方式和实施描述了所公开的方法和装置，然而应该理解，在一个或多个单独的实施方式中所描述的各个特征、方面和功能不局限于应用到描述它们的该特定实施方式中。因此，所要求的发明的广度和范围不应该受到上述示例性实施方式的限制。

除非另外明确说明，否则在本文件中所用的术语和词组及其变型应该理解成无限多可能性而不是限制。作为前述事项的示例：术语“包括”应该理解成意味着“包括，但不限于”或类似含义；术语“示例”用来提供讨论中的项目的示例性实例，而不是其穷举的或者限制性的列表；术语“一”或“一个”应该理解成意味着“至少一个”、“一个或多个”或者类似含义；以及诸如“常规的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”的形容词和类似含义的术语不应该理解成将所描述的项目限制到给定时段或限制到到给定时间为止可用的术语，而是应该理解成包括现在或在未来的任一时间可用或已知的常规的、传统的、正常的或者标准的技术。同样，在本文件提及对于本领域技术人员是显而易见的或已知的技术，这种技术包括现在或者在未来的任一时间对于本领域技术人员是显而易见的或已知的技术。

除非另外明确说明，否则用连词“和”连接的一组项目不应该理解成要求那些项目中的每一个都存在于该组合中，而是应该理解成“和/或”。类似地，除非另外明确说明，否则用连词“或”连接的一组项目不应该理解成要求在该组中相互排他，而是也应该理解成“和/或”。此外，尽管所公开的方法和装置的项目、元件或者部件可以以单数描述或要求，但是除非明确说明限制为单数，否则复数被预期在其范围内。

在一些实例中存在的诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或者其他类似短语的扩展单词和短语不应该理解成意味着，在可以不存在这样的扩展短语的情况下旨在或需要较窄的情况。术语“模块”的使用不意味着，描述或要求作为模块的一部分的部件或功能全部被配置在共同的数据包中。事实上，无论是控制逻辑还是其他部件，模块的多个部件的任一个部件或者全部部件都可以被组合在单一的数据包中或者被分别维护以及还可以分布在多个分组或数据包或多个位置中。

另外，本文根据示例性框图、流程图和其他示图阐述了各个实施方式。本领域技术人员在阅读本文件后将清楚，所说明的实施方式和它们的各种替选方式可以被实施而不受示出的示例的限制。例如，框图及其相应描述不应该理解成要求特定的架构或者配置。

Claims (30)

1.一种同轴线缆网络，包括：

a)低损耗分路器，所述低损耗分路器具有被连接以从网络进入点接收信号的输入端口且具有多个输出端口，其中所述低损耗分路器被配置成使得，在预定频带内所述低损耗分路器中从所述低损耗分路器的任一端口到任一其他端口的路径损耗小于约15dB。

2.一种低损耗分路器，具有：

a)N路信号分路器，所述N路信号分路器具有输入端和多个输出端，其中N是在从2至32的范围内的整数；

b)第一低通滤波器，所述第一低通滤波器用于从同轴线缆接收信号，以传递到所述N路信号分路器的输入端；

c)多个另外的低通滤波器，所述多个另外的低通滤波器用于从所述N路信号分路器的相应的输出端接收信号，以及提供来自所述低损耗分路器的相应的信号输出端，用于连接到相应的同轴线缆输出线路；以及

d)多个高通滤波器，每个高通滤波器在所述低损耗分路器的所述信号输出端中的一个信号输出端与公共接合点之间，每个高通滤波器具有与相应的低通滤波器不重叠的通带。

3.根据权利要求2所述的低损耗分路器，还包括在所述公共接合点和所述低损耗分路器的输入端之间的另外的高通滤波器。

4.根据权利要求3所述的低损耗分路器，还包括在所述公共接合点和基准电位点之间的阻抗。

5.根据权利要求2所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约1.7GHz的截止频率以及所述高通滤波器具有约2GHz的截止频率。

6.根据权利要求2所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约2.15GHz的截止频率以及所述高通滤波器具有约2.5GHz的截止频率。

7.一种低损耗分路器，包括：

a)N路信号分路器，所述N路信号分路器具有用于从同轴线缆接收信号的输入端和多个输出端，其中N是在从2至32的范围内的整数；

b)多个低通滤波器，所述多个低通滤波器用于从所述N路信号分路器的相应的输出端接收信号，以及提供来自所述N路信号分路器的相应的信号输出端，用于连接到相应的同轴线缆输出线路；以及

c)多个高通滤波器，所述多个高通滤波器在来自所述N路信号分路器的各所述信号输出端之间，每个高通滤波器具有与每个相应的低通滤波器不重叠的通带。

8.根据权利要求7所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约1.7GHz的截止频率以及所述高通滤波器具有约2GHz的截止频率。

9.根据权利要求7所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约2.15GHz的截止频率以及所述高通滤波器具有约2.5GHz的截止频率。

10.一种低损耗分路器，具有：

a)N路信号分路器，所述N路信号分路器具有输入端和多个输出端，其中N是在从2至32的范围内的整数；

b)第一低通滤波器，所述第一低通滤波器用于从同轴线缆接收信号，以传递到所述N路信号分路器的所述输入端；

c)多个另外的低通滤波器，所述多个另外的低通滤波器用于从所述N路信号分路器的相应的输出端接收信号，以及提供来自所述低损耗分路器的相应的信号输出端，用于连接到相应的同轴线缆输出线路；以及

d)多个带通滤波器，每个带通滤波器在所述低损耗分路器的所述信号输出端中的一个信号输出端与公共接合点之间，每个带通滤波器具有与相应的低通滤波器不重叠的通带。

11.根据权利要求10所述的低损耗分路器，还包括在所述公共接合点和所述低损耗分路器的所述输入端之间的另外的带通滤波器。

12.根据权利要求11所述的低损耗分路器，还包括在所述公共接合点和基准电位点之间的阻抗。

13.根据权利要求10所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约1.7GHz的截止频率以及所述带通滤波器具有约2GHz的低截止频率和约10GHz的高截止频率。

14.一种低损耗分路器，包括：

a)N路信号分路器，所述N路信号分路器具有用于从同轴线缆接收信号的输入端和多个输出端，其中N是在从2至32的范围内的整数；

b)多个低通滤波器，所述多个低通滤波器用于从所述N路信号分路器的相应的输出端接收信号，以及提供来自所述N路信号分路器的相应的信号输出端，用于连接到相应的同轴线缆输出线路；以及

c)多个带通滤波器，所述多个带通滤波器在来自所述N路信号分路器的各所述信号输出端之间，每个带通滤波器具有与每个相应的低通滤波器不重叠的通带。

15.根据权利要求14所述的低损耗分路器，其中，所述低通滤波器具有约1.7GHz的截止频率以及所述带通滤波器具有约2GHz的低截止频率和约10GHz的高截止频率。

16.一种同轴线缆网络，包括：

a)网络进入点，所述网络进入点用于连接以传递往返于外部同轴线缆设备的信号；

b)顶层信号分路器，所述顶层信号分路器具有信号输入端口和多个信号输出端口；

c)有源节点，所述有源节点用于在第一频率下从所述网络进入点接收信号和向所述网络进入点发送信号，以通过所述顶层分路器在所述第一频率下接收来自同轴线缆网络节点的信号，以及以通过所述顶层分路器在第二频率下向所述网络节点发送放大的信号；以及

d)多个底层信号分路器，每个底层信号分路器具有被连接以从所述顶层信号分路器的相应的信号输出端口接收信号的输入端，且每个底层信号分路器具有用于连接到相应的网络节点的多个信号输出端口。

17.根据权利要求16所述的同轴线缆网络，其中，所述有源节点包括：

a)低通滤波器，所述低通滤波器用以在第一频率下传递往返于所述网络进入点的所述信号；

b)第一带通滤波器，所述第一带通滤波器用以在所述第一频率下传递来自所述网络进入点和来自所述网络节点的通过所述顶层信号分路器的信号；

c)第一放大器，所述第一放大器用于根据通过所述第一带通滤波器所传递的所述信号产生放大的第一信号；

d)本地振荡器，所述本地振荡器用于产生本地振荡器信号；

e)混合器，所述混合器用于混合所述放大的第一信号和所述本地振荡器信号以产生处于第二频率的信号；

f)第二放大器，所述第二放大器用于根据通过所述混合器所产生的所述信号产生放大的第二信号；以及

g)第二带通滤波器，所述第二带通滤波器用于在第二频率下通过所述顶层信号分路器将所述放大的第二信号传递到所述网络节点。

18.根据权利要求16所述的同轴线缆网络，其中，所述顶层分路器被配置成使得在顶层信号分路器中的路径损耗小于约15dB。

19.根据权利要求16所述的同轴线缆网络，其中，所述同轴线缆网络中的沿着包括所述顶层信号分路器的路径的路径损耗小于约70dB。

20.一种同轴线缆网络，包括：

a)网络进入点，所述网络进入点用于连接以传递往返于外部同轴线缆设备的信号；

b)顶层信号分路器，所述顶层信号分路器具有信号输入端口和多个信号输出端口；

c)有源节点，所述有源节点用于从所述网络进入点接收信号和向所述网络进入点发送信号，以通过所述顶层分路器接收来自同轴线缆网络节点的信号，以及以通过所述顶层分路器将中继信号传输到所述网络节点并传输到所述网络进入点；以及

d)多个底层信号分路器，每个底层信号分路器具有被连接以从所述顶层信号分路器的相应的信号输出端口接收信号的输入端，且每个底层信号分路器具有用于连接到相应的网络节点的多个信号输出端口。

21.根据权利要求20所述的同轴线缆网络，其中，所述有源节点包括：

a)低通滤波器(LPF)，所述低通滤波器用以传递往返于所述网络进入点以及往返于所述顶层分路器的信号；

b)带通滤波器(BPF)，所述带通滤波器用以传递来自所述网络进入点的信号以及往返于所述同轴线缆网络中的节点的通过所述顶层信号分路器的信号；

c)接收器，所述接收器用以接收来自所述BPF的信号；

d)基带处理单元，所述基带处理单元用以接收来自所述接收器的信号，所述基带处理单元用于解调从所述接收器接收的信号以产生数据包，用于存储所述数据包，以及用于重传所述数据包；

e)发射器，所述发射器用于将来自所述基带处理单元的重传的数据包传输到所述BPF；和

f)开关，所述开关用于选择性地将信号从所述BPF引导到所述接收器以及从所述发射器引导到所述BPF。

22.根据权利要求21所述的同轴线缆网络，其中，所述同轴线缆网络中所述信号的带宽是8GHz。

23.根据权利要求22所述的同轴线缆网络，其中，所述BPF的通带是从约2GHz到约10GHz。

24.一种配置同轴线缆网络的方法，包括：

a)提供顶层信号分路器，所述顶层信号分路器具有被连接以从网络进入点接收信号的输入端口以及具有多个输出端口；

b)提供多个底层信号分路器，每个底层信号分路器具有被连接以从所述顶层信号分路器的所述多个输出端口中的相应一个输出端口接收信号的输入端口，以及每个底层信号分路器具有多个输出端口；以及

c)配置所述同轴线缆网络，使得在超过约2GHz的信号频率下，沿着包括所述顶层信号分路器的路径的路径损耗小于约70dB。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述配置包括：使用顶层分路器，从所述顶层分路器的任一端口到任一其他端口具有小于15dB的路径损耗。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述配置包括：使用顶层分路器和底层分路器，从任一端口到任一其他端口每个顶层分路器和每个底层分路器都具有小于15dB的路径损耗。

27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述配置包括：在所述网络进入点和所述顶层信号分路器的所述输入端口之间提供有源节点。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述提供有源节点包括：提供在不同的信号方向上具有频率变换的有源节点。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述提供有源节点包括：提供具有数字中继器的有源节点。

30.一种配置具有顶层信号分路器和多个底层信号分路器的类型的同轴线缆网络的方法，所述顶层信号分路器具有被连接以从网络进入点接收信号的输入端口以及具有多个输出端口，每个底层信号分路器具有被连接以从所述顶层信号分路器的所述多个输出端口中的相应一个输出端口接收信号的输入端口，以及每个底层信号分路器具有多个输出端口，所述方法包括：

a)提供低损耗分路器，从所述低损耗分路器的任一端口到所述低损耗分路器的任一其他端口具有小于15dB的路径损耗；以及

b)用所述低损耗分路器代替所述顶层信号分路器。