CN1204708C

CN1204708C - 用于返回信道频谱管理器的系统和处理

Info

Publication number: CN1204708C
Application number: CN 01812630
Authority: CN
Inventors: P·E·尼科利希; J·D·翁格尔
Original assignee: ADC Broadband Access Systems Inc
Current assignee: Bigband Networks Bas Inc
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2005-06-01
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: WO2001086856A3; AU2001259722A1; CA2408496A1; CN1442004A; WO2001086856A2; EP1290819A2; HK1058869A1

Abstract

扫描接收机频谱分析器系统是用于监视上行电缆设备上的RF能量的频谱以便在最不具干扰的频带中操作一组电缆调制解调器的系统。频谱分析器测量整个上行频谱(一般为5-42MHz)，以确定每个频率上的噪声电平，并随后利用当前操作条件(例如，误码率)加权此数据，以便确定用于上行节点上调制解调器的最佳可能的替换信道频率，而且在此之后等待表示需要使调制解调器改变频率的触发条件出现。

Description

用于返回信道频谱管理器的系统和处理

技术领域

本发明一般涉及网络数据处理系统，并且更具体地涉及宽带网络环境，例如，利用SONET骨干网和Hybrid Fiber-Coaxial(光纤同轴电缆混合网络)(“HFC”)将用户连接到骨干网的环境。正在涌现的用于HFC环境的硬件/软件标准是CableLabs公司的DOCSIS(电缆业务接口上数据标准)。

背景技术

在将数据广域传送至HFC系统(每个系统连接到200个家庭/客户)的当前结构中，前端服务器通过设置在SONET环路上的多路复用器连接到SONET环路(参见图1)。这些多路复用器目前除了前端服务器之外还需要花费50000美元，并且随着团体业务的规模增长可能需要新的多路复用器和服务器。

前端服务器上的部件故障能导致整个“下行”(从前端设备至终端用户)子网不能与世界通信。试图对系统进行综合，以便减少成本并使系统管理简易。当前的综合数据传送系统表示在图2中。图2表示具有反向路径监视系统、以太网交换机、路由器、调制器与上变频器、设备供应系统、电话部件和多个CMTS(电缆调制解调器终接系统)的系统。这种类型的系统一般具有多个供应者(Vendor)用于其多个系统，具有不同的管理系统、大的覆盖范围(footprint)、高功率要求和高运作成本。

典型的用于传送话音与数据的网络宽带电缆网络表示在图3中。两个OC-12端口接口服务器均连接到两个骨干路由器之一，并且这两个路由器又连接到两个交换机，这些交换机网络连接到CMTS前端路由器。这些CMTS前端路由器连接到多个光节点。这些交换机也连接到多个电话中继网关，这些网关又连接到公用交换电话网络(PSTN)。至于图2所示的“综合系统”，这种类型的网络一般也具有多个供应者用于其多个系统，具有不同的管理系统、大的覆盖范围、高功率要求和高运作成本。

为了有助于有效的综合解决方案需要具有综合诊断系统。来自电缆调制解调器的上行信号由于各种原因而具有噪声。一些噪声能够被预测而其中一些噪声能够避免。在信号具有太多噪声时，CMTS不能进行工作。因此，需要监视上行信号并且需要相应地调整上行数据频率范围。

希望具有一种综合解决方案来减小系统的规模、其功率需求及其成本以及给予数据传送系统更大的一致性。

本发明的目的是提供一种用于高质量话音、数据和视频业务的宽带传送的电互连系统和处理方法。

本发明的另一目的是提供用于电缆接入平台的系统和处理方法，该电缆接入平台具有高的网络稳定性，具有可靠支持生命线电话业务的能力以及提供相联合的话音与数据业务的能力。

本发明的另一目的是提供用于安全的其规模可伸缩的网络交换机的一种系统和处理方法。

发明内容

本发明利用一种返回信道频谱管理器来解决在用于综合交换机的密集区域中提供综合频谱分析器以进行话音和数据传送的问题。

扫描接收机频谱分析器系统是一种用于监视上行电缆设备上RF能量的频谱以便在最不具干扰的频带中操作一组电缆调制解调器的系统。此频谱分析器测量整个上行频谱(一般为5-42MHz)，以确定每个频率上的噪声电平，并随后利用当前操作条件(例如，误码率)对此数据进行加权，从而确定在上行节点上用于调制解调器的最佳可能的替换信道频率，而且然后等待表示需要调制解调器改变频率的触发条件出现。

本发明的技术方案包括：

用于优化多个物理电缆调制解调器信道的上行传输频率的一种方法，包括下列步骤：

a)在解调之前抽样这些信道的上行传输信号；

b)针对超过门限值的噪声分析所述抽样；

c)监视每个信道的可替换的频率上的噪声；和

d)将其噪声超过所述门限值的信道的传输频率调整为一个通过所述监视而指示出的噪声较少的频率上；

e)其中所述将信道的传输频率调整到噪声较少的频率上包括了输入加权、并且确定哪一个上行频率在统计上提供了改进电缆调制解调器信道的误码性能的最好的时机；

其中该输入包括：

在每个上行频率上的瞬时噪声电平；

在每个上行频率上累计的峰值功率；

在每个上行频率上的平均噪声电平；

一个估算的误码率，该估算的误码率使得能检查出信号是否工作在选择的上行频率处；

一个数据直方图，该数据直方图是噪声电平在每一个上行频率上超出一组预定电平的时间量；

一个或者多个禁止的频带，该禁止的频带是禁止电缆调制解调器根据用户的配置进行工作的频率，以及

过去的直方图数据，该过去的直方图数据被用于查找只在一天中的一些确定的时间段内才具有高噪声的频率；

其中无需人工干预地至少执行步骤(a)-(c)。

用于优化多个物理电缆调制解调器信道的上行传输频率的一种设备，包括：

a)适合于在解调之前连接到这些信道的上行传输信号的互连装置；

b)多路复用器，用于选择地将所述互连装置连接到一个可调带通滤波器；

c)分析设备，它被连接到所述带通滤波器的输出端，此分析设备具有：

i)噪声门限值检测器，用于提供超过预定门限值的指示；和

ii)信号幅度记录器，用于提供信号质量的指示；和

d)适合于将超过所述预定门限值的所述指示和信号质量的所述指示连接到一个用于调整这些信道的传输频率的逻辑电路的互连装置；

其中调整信道的传输频率包括了对输入加权、并且确定哪一个上行频率在统计上提供了改进电缆调制解调器信道的误码性能的最好的时机；

其中该输入包括：

过去的直方图数据，该过去的直方图数据被用于查找只在一天中的一些确定的时间段内才具有高噪声的频率。

从下面附图中所示的本发明实施例的详细描述中可以最佳理解本发明以及上面与其他优点，其中：

附图的简要描述

图1表示SONET环路上的现有技术网络；

图2表示现有技术数据传送系统；

图3表示现有技术数据传送网络；

图4是根据本发明原理的机架(Chassis)的方框图；

图5表示具有图4的机架的综合电缆基础结构；

图6是图4的机架中应用卡、底板(backplane)及其之间一部分互连的方框图；

图7是具有交换网状连接的底板互连的示意图；

图8是表示两个示例性插槽(slot)之间不同对连接的插槽的方框图；

图9是根据本发明原理的应用模块中的MCC芯片的方框图；

图10是分组标志的图；

图11是通用交换分组标题的方框图；

图12是通过底板的数据传输的流程图；

图13是输入ICL分组的方框图；

图14是用于图13的ICL分组的标题的方框图；

图15表示根据本发明原理将信道映射到底板插槽的示例映射表；

图16是连接在本发明的底板中的总线判优应用模块的方框图；

图17是图16的应用模块中总线判优的状态图；

图18是表示根据本发明原理在底板中的RF信号线的子集的图4的机架的方框图；

图19是根据本发明原理通过底板连接的CMTS应用模块和嵌入的电缆调制解调器的方框图；

图20是根据本发明原理的频谱分析器的方框图；和

图21是表示入口特性的图表。

优选实施方式的具体描述

图4表示根据本发明原理操作的机架200。机架200将多个网络应用综合在单个交换系统中。本发明是全网状连接的OSI层3/4IP交换机，它具有使用受机架控制器中的群集管理器控制的低级嵌入软件的高性能分组传送、过滤和QoS/CoS(服务质量/服务类别)能力。高级软件驻留在群集管理器中，该管理器具有路由服务器功能(RIPv1，RIPv2，OSPF等)、网络管理(SNMP V1/V2)、保密、DHCP、LDAP和远程接入软件(VPN，PPTP，L2TP和PPP)并能容易地进行修改或升级。

在本发明的目前实施例中，机架200具有用于模块的14个插槽，这14个插槽之中的12个插槽用于保持应用模块205，并且两个插槽保持机架控制器模块210。每个应用模块具有机载DC-DC变换器并且每个应用模块可“热插入”机架内。机架控制器模块210用于冗余系统时钟/总线判优。可以综合在机架中的应用示例是CMTS模块215、以太网模块220、SONET模块225和电话应用230。另一应用可以是能使此机架链接到另一机架的机架间链接(ICL)端口235。

图5表示具有图4的机架200的综合电缆基础结构260。机架200是用于话音和数据传送的区域集线器262(也称为“前端设备”)的一部分。集线器262包括视频控制器应用264、视频服务器266、Web/超高速缓存服务器268和操作支持系统(OSS)270、组合器271和机架200。机架200用作IP接入交换机。机架200连接到位于集线器262外部的SONET环路272，具有至互联网274的连接和至公用交换电话网(PSTN)276的连接。机架200与视频控制器应用264连接到组合器271。组合器271利用HFC链路278连接到电缆客户并提供IP话音、数据、视频和传真服务。至少2000个电缆客户可以通过HFC链路278链接到前端设备。机架200能支持多个HFC链路并且多个机架也可以网状连接在一起(如下所述)以支持成干上万的电缆客户。

按照当今惯例，具有一个宽带信道用于至用户(这可以是台式计算机、传真机或电话机)的传输(下载)和4个窄得多的信道用于(上载)，这利用在O/E节点上具有双工能力的HFC卡进行处理，本地HFC电缆系统或环路可以是设置到电缆调制解调器上的同轴电缆分布网。

图6表示连接到图4的机架200的底板420的应用模块。在本发明的当前实施例中，此底板实施为24层印制接线板并包括144对单向的不同的对连接，每对直接将最多12个应用模块之中每一个模块的输入与输出端连接到每个其他模块的输入与输出端及自身。每个应用模块利用这些端子通过网状通信芯片(MCC)424与此底板接口。每个应用模块也连接到机架管理总线432，所述总线给这些模块提供至机架控制器428，430的连接。每个MCC 424具有12个(12)至底板420的串行链路接口。每个应用模块上的11个串行链路用于将应用模块连接到机架中的每个其他应用模块。一条链路用于将模块与自身连接，即环回链路。底板是全网状连接，表示每个应用模块具有通过串行链路至机架中的每个其他应用模块的直接链路。在图6中只表示这些连接的一部分作为示例。底板网状连接表示在图7中。

利用数字0-11标记具有MCC的串行链路的12条信道，这称为信道ID或CID。底板上的插槽也从0标记到11(插槽ID或SID)。但是，机架系统不需要信道0硬线连接到底板上的插槽0。串行链路可以连接到任一插槽。根据系统拓扑结构动态配置插槽ID。这给底板接线布局提供自由，否则就要求有除当前底板中的24层之外的一些层。应用模块读取它所插入的该插槽的插槽ID。此应用模块将所述的那个插槽ID在数据传输之间的闲置流中从它的串行线路中发送出去。此应用模块也在每个数据传输中包括插槽ID。

图15表示将卡中的信道映射到底板插槽的映射表的示例。每张卡存储此表的一部分，即，此表行涉及特定卡，将该表行存储在MCC中。

图16表示连接到底板的管理总线判优应用模块。此底板包含两个独立的管理总线用于故障保护。具有两个机架控制器以及12个应用模块的所述机架中的每个应用模块能够使用这两条管理总线或其中的一条总线。

管理总线用于机架内的低速数据传送并且一般包括从机架控制器模块传送至机架中的应用模块的控制、统计、配置信息、数据。

管理总线的实施包括一个4比特数据路径、发送时钟、发送时钟信号、碰撞控制信号和4比特判优总线。如图16所示，总线控制器具有10/100 MAC装置、接收FIFO、总线收发信机逻辑电路和可编程逻辑装置(“PLD”)。

管理总线上的数据路径是用于10/100以太网MAC的4比特(独立于媒体的接口)MII标准接口。总线可模拟标准100Mbit以太网总线接口的操作，因此能够利用MAC功能。可编程逻辑装置包含执行总线判优的状态机。

图17表示用于管理总线的可编程逻辑装置中的状态机的状态图。判优线路利用集电极开路逻辑电路确定哪个模块控制此总线。判优总线的上拉(pull-up)程序驻留在机架控制器模块中。每个插槽将其插槽ID放置在判优线路上以便请求总线。在要发送的数据的前置部分的传输期间，如果判优被破坏，则总线控制器假定另一插槽已同时请求此总线，并且PLD内的状态机通过迫使用于此总线与本地MAC装置的碰撞信号有效来放弃传送操作。在其他的模块检测到此总线上的碰撞信号有效时，迫使每个本地MAC上的碰撞线路成为碰撞状态，这允许MAC内的补偿(back-off)算法确定下一传送时间。如果没有检测到碰撞的话，则将数据锁存到每个模块的接收FIFO内，并且把TX-Enable(发送允许)信号用于量化来自总线的数据。状态机在发送状态的前置部分期间等待4个时钟循环，并在碰撞状态期间等待4个时钟循环，以允许其他模块与此总线的状态同步。

底板结构

图7表示在图6中以示例形式示出的本发明的交换机的当前实施例的内部底板结构。一个特性是区域505中所示的插槽之间的全网状互连。图7中利用垂直线表示出插槽。这利用嵌入在图8所示的底板中的144对中的不同对来实施。每个插槽因而具有至系统中的每个其他插槽的全双工串行路径。在此系统中具有双倍的n(n-1)个非环回链路(即，132条链路)用于底板中总共264个不同对(或其他双倍的链路用于528条线路)的双工对结构，以便在本发明的当前实施例中生成底板网状连接，每个不同对能支持大于1兆比特/秒的数据通过量。

在目前本发明的实施中，将时钟信号嵌入在串行信令中，从而避免需要单独的对(四倍)去用于时钟分配。因为数据路径是独立的，所以机架中的不同对的卡可以是交换(ATM)信元和其他交换(IP)分组。每个插槽能马上在其全部11条串行链路上发送对于广播来说是有用的特性，在其所有串行链路上发送的所有插槽获得132兆比特/秒的峰值带宽。所维持的带宽取决于系统配置。

网状连接在底板中的应用卡之间提供完全冗余的连接，一个连接出现故障时不会影响这些卡的通信能力。路由选择表存储在机架控制器中。例如，如果应用模块1与应用模块2之间的连接出现故障，则更新路由选择表。在应用模块向机架控制器报告在特定的串行链路上没有接收到数据时，更新这些路由选择表。可以为通过应用模块1输入的寻址到应用模块2的数据选择路由至另一应用模块，例如，应用模块3，该模块然后将此数据传送给应用模块2。

总线连接的底板区域525包括三个总线系统，管理/控制总线530用于信令、控制和管理信息的带外通信。管理总线故障的冗余备份将是网状互连结构505。在当前实施方案中，用作分组总线的管理总线提供32比特10-20MHz传送。判优集中在系统时钟模块102(时钟A)上。允许任何插槽至任何插槽的通信，也支持广播和多播通信。总线驱动器被集成在系统总线FPGA/ASIC上。

TDM(时分多路复用)结构535也用于电话应用。可选择的解决方法包括DSO结构的使用，例如，使用采用H.110标准的32TDM干线(16个全双工、2048 FDX时隙或大约3个T3)，或使用SONET ATM(异步传送模式)结构。

混杂的静态信号也可以分布在总线连接的底板区域540中。可以传送表示插槽ID、时钟故障和管理总线判优故障的信号。

星形互连区域545提供与冗余时钟102和103无关的时钟分布。底板总线540上的静态信号告诉系统模块哪个系统时钟和总线判优插槽是有效的。可以支持下面两种时钟分布网：可以根据它来合成其他时钟的基准时钟，和取决于所选择的TDM总线结构的TDM总线时钟。这两种时钟都与内部多层3/4振荡器或外部提供的BITS(建立综合定时供应)同步。

图8表示第一模块上的第一MCC(即，MCC A 350)上的第一连接点和第二模块上的第二MCC(即，MCC B 352)上的第二连接点及它们之间的连接354，355，356，357。根据本发明这些连接穿过底板网状连接360。在每个MCC 350，352上具有发送信道362，364和接收信道366，368，并且每个信道具有正与负连接。总之，模块上的每个点在它与每个其他点之间由于底板网状连接而具有4个连接。控制不同传输线路阻抗和长度，以保证信号完整性和高速操作。

图9是MCC芯片的方框图。F总线接口805将MCC 300连接到FIFO总线(F总线)。12个发送FIFO 810和12个接收FIFO 815被连接到F总线接口805。每个发送FIFO具有数据压缩器(总共12个数据压缩器)820，并且每个接收FIFO具有数据扩展器(总共12个数据扩展器)825。12个并串行转换器/串并行转换器830服务于数据压缩器820和扩展器825，每个并串行转换器/串并行转换器有一个压缩器和一个扩展器。MCC中的信道与其编码/解码逻辑、发送队列和接收队列一起被定义为串行链路。串行线路从这些信道连接通向底板网状连接。所有的信道能同时发送数据。本发明的当前实施方案采用网状通信芯片利用串行链接技术以全网状形式互连多达13的F总线。每个MCC具有两个F总线接口和12个串行链路接口。MCC在F总线上以从64字节至整个分组的可编程大小递增的方式发送和接收分组。它包含12个虚拟发送处理器(VTP)，这些处理器从F总线中获取分组并将这些分组发送到串行链路，从而同时允许12个输出分组。VTP读取分组前面的MCC标志并动态地将它们自己与标题中所示的目的插槽联系在一起。

卡/插槽特定的处理器、卡/插槽特定的MAC/PHY对(以太网，SONET，HFC等)和MCC在双向F总线(或多条单向F总线)上通信。分组发送路径是从PHY/MAC至此处理器，随后再从此处理器至MCC并从网状连接向外延伸。此处理器在FIPP中进行层3和层4查找，以确定分组的目的地和服务质量(QoS)，在需要时可以修改标题，并在将此分组发送到MCC之前将MCC标志预先附加在此分组上。

分组接收路径为从网状连接至MCC并继续至此处理器，然后再从此处理器至MAC/Phy并从信道向外延伸。此处理器在将分组发送给MAC上之前除去MCC标志。

本发明中的第一数据流控制机构利用底板中连接的双工对结构以及至模块的连接。MCC具有预定的用于FIFO的完整门限值。如果接收FIFO填充到预定门限值，则可以通过双工对的发送信道发送一个代码来停止发送数据。该代码被设计成可以直接耦合平衡传输线路上的信号并能检测差错。本发明的当前实施方案中的代码是16B/20B代码，但是在本发明的范围内可以使用其他的代码。MCC发送具有设置为用于关断数据流的XOFF比特的I1或I2代码。此消息被包括在发送信道上发送的数据流中。如果FIFO低于预定门限值，则MCC通过发送具有被清除的XOFF比特的I1或I2代码来被清除停止消息。有效的流控制防止低深度FIFO超限，从而允许使用ASICS中的小的FIFO，例如，512字节。这减少系统的微芯片成本。

图10表示分组标志，也称为MCC标志。MCC标志是32比特标志，用于通过底板网状连接来为分组选择路由。插槽处理器在将分组发送到MCC之前将此标志附加到此分组的前面。该标志具有4个字段；目的地屏蔽(mask)字段、优先级字段、保持字段和预留字段。目的地屏蔽字段是用于保持分组注定要发送至的、对于是或可以不是系统中的最终目的地的当前机架中的插槽的屏蔽的字段。对于发送分组，MCC利用目的地屏蔽字段来确定此分组注定要发送至的发送队列。对于接收分组，MCC利用优先级字段和保持字段来确定在一个过多许诺(over-committed)插槽中丢弃哪个分组。在本发明的当前实施方案中不使用预留字段。

MCC具有两个独立的发送模式选择器、插槽-信道映射和虚拟发送模式。在插槽-信道映射中，MCC透明地将SID映射到CID并且软件不必跟踪此映射。在虚拟发送模式中，MCC半透明地处理多播分组。MCC获取单个F总线流并将其直接传送给多个信道。MCC中的发送端口寻址虚拟发送处理器(VIP)而不寻址插槽。F总线接口将此分组直接传送至选择的虚拟发送路径。VIP从MCC标志中保存目的地屏蔽字段并将此分组数据(包括MCC标志)传送给目的地屏蔽字段中所示的发送队列组。此分组的所有后续64字节“块(chunks)”由插槽处理器利用同一端口ID进行发送，并因此都直接发送给同一VTP。VTP将分组块传送给从MCC标志中保存的目的地屏蔽字段中表示的发送队列组。当分组块到达并且其中设置了EOP比特时，VTP清除其目的地屏蔽字段。如果寻址到那个端口的下一分组块不是新分组(即，具有设置的SOP比特)的开头部分，则VTP不将此分组块传送给任何队列。

MCC标志的目的地屏蔽字段通过“锁存”能进行有效的分组多播传输。此目的地屏蔽字段包括用于所有指定目的插槽的代码。因此，如果分组表示用于所有12个插槽，则只需要发送一个分组。将此标志传送至在此屏蔽字段中编码的所有目的地。如果只有一部分的插槽要接收分组，则在目的地屏蔽字段中只编码这些插槽。

MCC保留一组被它用来阻止多个VTP同时将分组发送给同一CID的“信道忙”比特。此冲突阻止机构并不打算用于辅助插槽管理器管理繁忙信道，而是用于在插槽处理器偶尔同时将两个分组发送给同一插槽时防止分组彻底恶化。当VTP获得新的分组时，它将会比较目的CID屏蔽字段与信道忙比特。如果任一信道忙，则将从目的地屏蔽字段中清除此信道，并且对于那个CID记录一个错误。VTP随后对于所有其余的目的信道全部设置忙比特并发送此分组。在此VTP在用于此分组的F总线上发现EOP时，它清除用于其目的CID的信道忙比特。

F总线接口在MCC与应用模块的其余部分之间执行I/O功能。如图10所示，此应用模块将32比特分组标志(MCC标志)附加到将通过网状连接选择路由的每个数据分组上。

在F总线接收或发送的数据高达64比特宽。在数据传输中，F总线接口将4个状态比特附加到发送数据上，以形成68比特数据分段。F总线接口将68比特数据分段放置在从分组标志中确定的合适的发送FIFO中。将来自发送FIFO的数据被传送给相关的数据压缩器，在此数据压缩器中将68比特数据分段减至10比特分段。然后将此数据传送给相关的并串行转换器，在此并串行转换器中将此数据进一步减缩为串行流。将所述串行流通过串行链路发送至底板。

从底板到达的数据通过串行链路来到相关信道上。用于此信道的并串行转换器将此数据扩展为10比特数据分段，并且相关的数据扩展器将此数据扩展为68比特数据分段，将此数据分段传送至相关的FIFO并随后从FIFO传送至F总线接口。

快速IP处理器(FIPP)具有32/64兆字节的高速同步SDRAM、8兆字节的高速同步SRAM和引导闪存。FIPP具有32比特PCI总线和64比特FIFO总线(F总线)。FIPP向所有的F总线连接的装置传送分组数据或从这些装置中接收分组数据，它以单播通信和多播通信模式提供IP传送。通过管理总线从机架路由服务器接收路由选择表。FIPP也提供较高层功能，诸如过滤和CoS/QoS。

每个线路卡具有用于产生每个卡需要的所有时钟的时钟子系统，这将锁定到利用系统时钟和管理总线判优卡提供的基准时钟上。

每张卡都有热插入(hot-plug)、通电复位电路和Sanity Timer(消磁定时器)功能。所有卡具有机载DC-DC变换器，以便从底板中的-48V干线电压升到应用所需的任何电压。一些卡(诸如CMTS卡)有可能具有两个独立并且隔离的电源，以使此卡的模拟部分的性能最佳。

图11表示用于综合交换机的通用交换标题。此标题用于通过系统为数据分组选择路由。最终目的地可以是机架内或机架之间。

标题类型字段表示用于通过具有一个或多个机架系统的网络为分组选择路由的标题类型。一般地，此标题类型字段用于解码该标题并提供分组传送所需要的信息。具体地，此标题类型字段可用于表示目的结构接口地址具有逻辑端口。此标题类型字段也用于表示究竟是广播还是单播此分组。此标题类型字段用于表示标题中的相关字段。

保持字段表示是否能够由于拥挤而丢弃分组。

分段字段表示分组分段以及此分组是否由两个帧构成。

优先级字段用于表示分组优先级。

Encap(封装)类型字段是一个表示在传送分组之前是否需要进一步层2处理的一比特字段。如果设置此比特，则出现L2。如果未设置此比特，则不出现L2。

Mcast(多播)类型字段是一个表示是广播还是多播分组的一比特字段。根据环境可以使用或可以不使用此字段。

Dest FIA(结构接口地址)类型字段表示目的FIA是短形式(即<机架/插槽/端口>)还是长形式(即，<机架/插槽/端口/逻辑端口>)。根据环境可以使用或可以不使用此字段。此字段可以与标题类型字段组合在一起。

Src FIA类型字段是表示源FIA是短形式(即<机架/插槽/端口>>还是长形式(即<机架/插槽/端口/逻辑端口>)的一比特字段。根据环境可以使用或可以不使用此字段。此字段可以与标题类型字段组合在一起。

数据类型字段是X比特字段，用于利用交换层的应用-应用通信。该字段识别分组目的地。

传送信息字段是X比特字段，它保持传送表版本是传送信息下一跳跃字段(即交换机下一跳跃)，它与forward-table-entry Key/id(传送表入口键/识别)一起识别分组从哪个端口输出。

Dest FIA是表示分组的最后目的地的x比特字段，它包含机架/插槽/端口并且有时包含逻辑端口信息。值0(零)的机架表示保持主代理的机架。0(零)的端口值表示分组的接收机是应用模块。逻辑端口可以用于表示此卡中的哪个堆栈/实体将接收此分组。所有的边缘端口和ICL端口因此是基于“1”的。

Src FIA字段是X比特字段，它表示分组的源。路由服务器利用该字段来识别输入分组的源。

图12是通用分组传送处理的流程图。当在交换机的应用模块之一上接收到分组时，此模块检查BAS标题，如果出现一个标题，确定分组是否寻址到此模块所连接的机架。如果否的话，此应用模块在路由选择表中查找目的机架并将此分组传送到正确机架。如果此分组3寻址到此机架，此应用模块检查标题，以确定此分组是否已寻址到此模块(或插槽)。如果不是的话，此应用模块在映射表中查找目的插槽并将此分组传送给正确的应用模块。如果此分组寻址到此应用模块，则此应用模块将标题中的传送表ID与本地传送表版本进行比较。如果它们一致的话，则此模块利用此标题中的指针将此分组传送至其下一目的地。

从ICL端口接收的单播业务

图13是输入ICL分组的图表。此分组具有BAS标题、可以设置或不设置(L2或NULL空)的封装字段、IP字段和用于数据的数据字段。

图14是图12的分组的标题的图表。标题类型可以为1或2。的标题类型1表示用于目的地和源的、具有格式为机架/插槽/端口的FIA字段。标题类型2表示用于目的地和源的、格式为机架/插槽/端口/逻辑端口的FIA字段。不使用保持字段。不使用优先级字段。不使用分段字段。不使用下一跳跃字段。封装字段为0或1，不使用多播字段。DST FIA类型字段可以为0或1。SRC FIA类型字段可以为零或1。不使用BAS TTL字段。使用传送信息字段，并且使用DST和SRC FIA字段。

嵌入的电缆调制解调器

电缆调制解调器终端系统包括一个不对称通信系统，它具有两个主要组成部分：前端组成部分和客户端部分。称为电缆调制解调器终端系统(CMTS)的前端组成部分发送与它从电缆调制解调器(CM)接收的信号基本上不同的信号给此CM。CMTS在54-850MHz频带信号中发送5兆波特64/256 QAM并且CM在5-42MHz频带信号中发送160千波特至2.56兆波特QPSK/16 QAM。因为发送信号与接收信号不同，所以不可能为了自身诊断测试而执行物理层环回。

图18表示图4的机架200，它具有从CMTS的215、900、902、904穿过底板420至机架控制器模块908的RF信号线路906。实际上，RF信号线路从每个应用插槽至每个机架控制器908、910。为了简明起见而将此图简化。

每个机架控制器908、910具有嵌入的电缆调制解调器系统912、914，它能从CMTS之一接收信号并生成返回信号给发送CMTS。嵌入的电缆调制解调器也包含诊断功能。

底板中的信号线路906从CMTS传送射频(RF)信号给嵌入的CM并又返回。这种类型的、在底板上选择路由的RF信号在底板实施中要求高度小心，以保证底板上的任何数字信号不污染这些RF信号。

图19表示通过底板420连接至嵌入的电缆调制解调器912的CMTS应用模块215。CMTS应用模块215具有下行调制器920和4个上行调制器922，924，926，928。分组处理与底板接口930在底板420上发送和接收数据。数据在CMTS MAC层932上进行处理。嵌入的电缆调制解调器908在第一个12位置延迟装置936(它对于每个应用模块具有一个位置)上从CMTS应用模块215中接收下行信号。嵌入的电缆调制解调器912通过第二个12位置延迟电路937发送返回信号给CMTS应用模块215。嵌入的电缆调制解调器912也在第二12位置延迟电路937上接收CMTS信号以便进行诊断。

在电缆调制解调器中，下行RF信号通过第一可变衰减器938并随后在下行解调器942上进行解调之前先通过第一加法器940。在电缆调制解调器MAC层944上处理此信号。来自MAC层944的此信号可以在CM分组处理与底板接口946上进行处理，并且随后可以发送分组给底板420。此信号也可以通过一个用于调制返回信号的上行脉冲调制器948进行发送。然后返回信号通过其后跟随有第二可变衰减器952的第二加法器950进行发送，并随后通过第二12位置延迟电路937，该信号在此延迟电路937中通过RF信号线路返回至CMTS应用模块215。

来自CM分组处理与底板接口946的信号能直接传送至系统接口955，在本发明的优选实施例中，诊断软件驻留在此系统接口中。在本发明的第一可替换的实施例中，诊断软件可以驻留在位于嵌入的电缆调制解调器外部的机架控制器中。在本发明的第二可替换的实施例中，诊断软件可以驻留在机架中的诸如CMTS模块的应用模块上。在本发明的第三可替换的实施例中，诊断软件可以驻留在中央网络管理器或一些其他的远程的机架之外的位置上。

嵌入的电缆调制解调器912具有已校准的宽带噪声源954，它生成一个能在第一加法器940上附加到下行信号上、并且能在第二加法器950上附加到上行信号上的噪声信号。已校准的噪声源954用于生成进行载波-噪声诊断的测试信号。

在操作中，从CMTS底板接口930输出分组流至CMTS MAC 932、至CMTS下行调制器920，在此调制器中将这些分组调制到范围为54-850MHz的载波上。随后为所得到的信号选择路由至外部光纤同轴混合网络(HFC)，在此网络中将此信号发送至具有嵌入的电缆调制解调器的下行CM。在5-42MHz的范围中对上行分组进行调制并从CM和嵌入电缆调制解调器中发送这些分组到HFC上，其中此HFC通过电缆连接至CMTS的上行端口之一，在此端口上为此信号选择路由至上行解调器之一。嵌入的电缆调制解调器能对上行和下行信号执行诊断以及生成测试信号以供给CMTS。

在本发明的可替换的实施例中，嵌入的电缆调制解调器可以驻留在每个CMTS应用模块上。或者，嵌入的电缆调制解调器本身可以是应用模块。

返回频谱分析器

图19表示嵌入的电缆调制解调器912中的扫描接收机频谱分析器系统960。综合频谱分析器是用于监视上行电缆设备上RF能量的频谱以便在最不具有干扰的频带中操作一组电缆调制解调器的系统。频谱分析器测量整个上行频谱(一般为5-42MHz)，以确定每个频率上的噪声电平，并随后利用当前操作条件(例如，误码率)对此数据进行加权，以确定用于上行节点上的调制解调器的最佳可能的替换的信道频率，而且然后等待一个表示需要一个或多个上行调制解调器及其相应的用户调制解调器去改变上行节点上的频率的触发条件出现。一个节点相当于物理线路或光纤，来自多个用户调制解调器的信号聚集在此节点上并被发送至CMTS的端口。

图20是图19的频谱分析器系统的具体方框图。除了有4个接收机/解调器922，924，926，928之外，CMTS应用模块215还具有4个A/D变换器970，972，974，976。接收机/解调器实际上被多路复用到A/D变换器。为简明起见对此图进行简化。频谱分析器系统960分接出A/D变换器与接收机/解调器之间的每个上行信道的信号。

频谱分析器系统960具有数字交换机或多路复用器986、频谱分析器992、误码率(BER)测量器994、峰值检测器996、功率检测器998、AM解调器1000、频率子集解调器978和自相关处理器。频谱分析器992具有调谐电路(可调带通滤波器)988和信号检测器990以便来检测幅度。此系统具有至图形用户接口1002的图形输出端和至可听用户接口1004的可听输出端，这些允许用户观察噪声频谱。此系统还包括能够设置为在预定期间噪声电平超过预定电平时进行触发的告警输出1006。

频率子集解调器978在选择子集的上行频谱中执行相位、频率、SSB、幅度或其他解调处理，以允许用户通过可听用户接口1004收听噪声，从而有助于确定其来源。自相关处理器980处理RF频率的样值，并提供已调制的非随机干扰的位置的指示，从而辅助用户确定不需要信号的信号源。AM解调器被构造成可以去确定出现在节点上的RF频谱的任一部分的AC交流声电平。

频谱分析器系统分接出CMTS中的上行数字信号。利用数字交换机可以转换这4个信道。频谱分析器调谐到用于进行分析的频谱范围。BER测量器保持信号中噪声的门限值。如果噪声超出门限值，则BER测量器计算此噪声，从而得出信号中的好码元与坏码元的比率，之所以要以这种方式检测脉冲噪声，这是因为扫描滤波分析器对于某一时间段需要保持在一定范围上，以便于可以适当地分析此范围。

频谱分析器系统监视当前信道上的信噪比和误码率。在噪声比和误码率超过可配置门限值时，此系统利用信道选择方法获得新的信道频率，并指示调制解调器移至此频率。

选择新信道频率的方法包括对各种输入进行加权。频谱分析器系统随后确定哪个频率可以以统计方式提供改善当前上行节点中的调制解调器的误码率性能的最佳机会。在选择新的信道频率时检查的因素为：每个频率上的瞬时噪声电平、每个频率上随时间累计的峰值功率、每个频率上的平均噪声电平、当信号操作在那个选择频率上时将会产生的估算的误码率、一个这样的时间总量的数据直方图(在该时间范围内每个频率上的噪声电平都超过一组预定电平)、禁止频带(在这些频率上禁止电缆调制解调器根据用户配置去进行操作)、以及过去的直方图数据(此数据例如能用于查找只在一天的某些时间段期间才具有高噪声的频率)。

图21表示入口特性的图表。频谱分析器系统能在图形用户接口上以图形显示频谱分析结果。两种类型的入口能被隔离：脉冲噪声和频域入口。能利用脉冲宽度、幅度和重复率来表示脉冲噪声的特征。利用调制的带宽、幅度和时长来表示频域入口的特征。这些参数可以与一天中的时间中的坏分组出现率进行相关。此信息对于确定哪些频率最不具干扰是有用的。此信息对于提供有关最严重的干扰源相对一天中的时间和最严重的干扰源相对分组损失的图形数据也是有用的。

在当前实施例中，将频谱分析器系统描述为机架控制器上的嵌入电缆调制解调器的一部分。在可替换的实施例中，频谱分析器系统可以位于CMTS应用模块中，或本身是应用模块，或者是插入在机架控制器内的应用模块而不具有嵌入的调制解调器。

应理解上述实施例只是本发明原理的示意。本领域技术人员可以进行实施本发明原理并落入本发明的精神与范围内的各种与其他修改和变化。

Claims

1.用于优化多个物理电缆调制解调器信道的上行传输频率的一种方法，包括下列步骤：

a)在解调之前抽样这些信道的上行传输信号；

b)针对超过门限值的噪声分析所述抽样；

c)监视每个信道的可替换的频率上的噪声；和

d)将其噪声超过所述门限值的信道的传输频率调整到一个通过所述监视而指示出的噪声较少的频率上；

e)其中所述将信道的传输频率调整到噪声较少的频率上包括了对输入加权、并且确定哪一个上行频率在统计上提供了改进电缆调制解调器信道的误码性能的最好的时机；

其中该输入包括：

在每个上行频率上的瞬时噪声电平；

在每个上行频率上累计的峰值功率；

在每个上行频率上的平均噪声电平；

其中无需人工干预地至少执行步骤(a)-(c)。

2.用于优化多个物理电缆调制解调器信道的上行传输频率的一种设备，包括：

i)噪声门限值检测器，用于提供超过预定门限值的指示；和

ii)信号幅度记录器，用于提供信号质量的指示；和

其中该输入包括：

3.根据权利要求2的设备，其中该输入进一步包括：

在每个上行频率上的瞬时噪声电平；以及

在每个上行频率上的平均噪声电平。

4.根据权利要求2的设备，其中该输入进一步包括：

在每个上行频率上累计的峰值功率；以及

估算的误码率，该估算的误码率使得能检查出信号是否工作在选择的上行频率处。