CN1221266A - 混合光纤和同轴网络的双向干线放大器和电缆调制解调器 - Google Patents

混合光纤和同轴网络的双向干线放大器和电缆调制解调器 Download PDF

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Abstract

一种使用上行信号的电缆混合光纤和同轴网络的双向干线放大器和电缆调制解调器的使用方法。提供了一种来自电缆调制解调器的上行导频信号,自动控制该信号的增益,从而前端设备从每个终端收到恒定电平的上行导频信号。

Description

混合光纤和同轴网络的 双向干线放大器和电缆调制解调器
本发明涉及一种HFC(混合光纤和同轴)网络和电缆调制解调器，尤其涉及用于稳定信号传输的双向放大器，利用导频信号检测信号电平。
图1示出一般的HFC网络，它包括前端设备(100)，即收发信机，用于发射信号到传输线，和在双向系统中，从传输线接收信号；光纤，用于将光信号传输到ONU(光学网络单元)；ONU(101)，用于将从前端设备通过光纤输入的光信号转换为电信号；放大器(102)，用于将该信号放大到特定电平；和用户终端，由与电缆调制解调器相连的用户使用。
在现有技术的HFC网络中，当下行信号从前端设备传到ONU时，产生具有451.25MHz的频率的导频信号，利用这些信号，由于电缆长度产生的电平变化可以被减少。
尽管各国的标准之间有一些不同，在下行这些信号时，前端设备通常利用在50MHz和860MHz之间频带。
HFC网络使用多个中间放大器。然而，信号传输的距离越长，在传输过程中信号的电平变化越大。因而，在HFC网络和用户终端之间使用放大器(102)；放大器(102)能够执行自动增益控制(AGC)。
参考图2，现有技术电缆调制解调器包括：表面声波滤波器(200)，混频器和AGC(201),LPF(低通滤波器)(202)，调谐器(203)，增益控制器(204)，下行解调器(205),MAC(媒体访问控制器)(206)，可编程衰减器(207)，上行调制器(208)，和CPU。
调谐器(203)通过利用RF(射频)信号，将上变换的下行信号下变换为具有恒定频率的IF(中频)信号。在北美的标准中，具有大约54～860MHz的输入范围的随机RF信号被转换到具有43.75MHz单一范围的IF信号。
增益控制器(204)控制输入信号的电平，以便使输入信号的电平保持恒定。
下行解调器(205)通过解调所调制的信号，恢复基带信号到预调制数字信号。
MAC(206)，与媒体访问有关，将解调的信号分为控制信号和数据信号，或在CPU的控制下，传输数据到“以太”网收发信机。
上行调制器(208)调制信号，以传输到前端设备。
混频器和AGC(201)将在43.75MHz的范围的IF信号转换到6MHz的基带信号和控制增益。
LPF(202)，从由所述混频器产生的信号中，仅通过低频带(6MHz)信号，并去除高频带信号。
CPU(209)控制调制解调器的整个运行。
可编程衰减器(207)控制调制的信号的电平。
图3是说明根据现有技术网络的下行线路的导频信号的频带。451.25Mhz的导频信号通常用于检测下行信号的电平。如果需要，另一个73MHz的导频信号用于减少低或高范围的变化。
因而，现有技术仅执行单向电平控制，即，现有技术只考虑了下行信号的电平变化。
为了使电平变化最小化，通过使用下行导频信号，自动控制中间的放大器的增益，从而放大器的输出电平可以保持恒定。因而，可以在用户终端保持恒定的信号电平。但是，在HFC网络的双向业务中，不仅下行信号，而且上行信号都是重要的。目前，双向业务不用导频信号稳定上行传输。
因为上行信号的重要性，必须根据各国的标准，提供恒定的信号电平。另外，因为上行信号受诸如侵入噪声等工况影响，所以需要更严格的控制。
本发明的一个目的是提供使用上行导频信号的HFC网络的双向干线放大器和电缆调制解调器。
本发明的另一个目的是由电缆调制解调器提供上行导频信号，以便自动控制信号的增益，从而前端设备从每个终端接收恒定电平的上行导频信号。
一种用于HFC(混合光纤同轴)网中双向业务的电缆调制解调器，包括：调谐器，用于通过利用RF(射频)信号，将上变换的下行信号下变换为具有恒定频率的IF(中频)信号；表面声波滤波器，将从所述调谐器接收的特定频带的频率进行滤波；混频器和AGC(自动增益控制器)，用于将所滤波的IF信号转换到基带信号和用于控制增益；LPF(低通滤波器)，用于从由所述混频器产生的信号中，仅通过低频带信号，并去除高频带信号；增益控制器，用于控制从混频器和AGC收到的信号的电平，以便使所述信号的电平恒定；下行解调器，用于通过解调所调制的信号，将来自LPF的基带信号，恢复到预调制数字信号；MAC(媒体访问控制器)，用于将解调的信号分为控制信号和数据信号，和用于在CPU的控制下，传输数据到收发信机；上行调制器，用于调制从MAC收到的信号，以传输到前端设备；可编程衰减器，用于控制所调制的信号的电平；CPU(中央处理单元)，用于控制整个调制解调器；导频信号发生器，用于产生导频信号；和开关，用于在CPU的控制下，连接所述调谐器和所述导频信号发生器。
导频信号发生器包括：BPF，用于仅通过上行导频信号；射频放大器，用于放大上行导频信号；电平控制器，用于控制上行导频信号的电平；AGC，用于保持恒定的上行信号；乘法器，用于通过倍乘所述频率，产生所需的频率；振荡器，用于将倍乘的信号转换为所需频带的频率。
导频信号发生器含在树形结构的最后一个单元中的多个终端之一中。导频信号发生器通常关断，以便不和信号发生干扰。当需要导频信号时，前端设备要求导频信号发生器产生导频信号。射频放大器利用导频信号发生器的信号，执行自动增益控制。导频信号发生器产生恒定导频信号。由前端设备收到的信号总具有恒定电平。
HFC网中的双向业务的双向干线放大器包括：方向滤波器(DF)，用于分开上行信号和下行信号；PAD，具有近似同轴电缆的频率特性的特性，用于补偿同轴电缆的衰减值和匹配输入电平；均衡器，用于补偿由线路引起的频率偏差；放大器，用于放大输入的信号到所需的电平；和电平控制器，用于控制斜率和自动增益。
双向干线放大器执行AGC，以便提供稳定的上行信号。电平控制器包括：增益块，用于控制增益信号；斜率块，用于控制斜率信号；放大器，用于放大增益控制信号和斜率控制信号；方向分裂器，用于分离所述信号为主信号和子信号；和自动增益控制器和自动斜率控制器(AGC&ASC)，用于控制增益块和斜率快。
放大器可以应用于干线放大器和每个双向放大器。上行导频信号用于稳定上行传输线路。上行双向放大器自动控制增益。电缆调制解调器提供恒定导频信号。从上行频带选择上行导频信号，以便为终端提供恒定电平的信号。电缆调制解调器仅当前端设备需要时产生导频信号。
图1是说明现有技术的HFC网络的示意图；
图2是说明现有技术的电缆调制解调器的示意图；
图3是说明根据现有技术的下行线的导频信号的频率图；
图4是根据本发明的HFC网络的示意图；
图5是根据本发明的能够自动控制关于上行信号的增益的双向干线放大器的示意图；
图6是根据本发明的电缆调制解调器的示意图；和
图7是根据本发明的从上行频带选择的上行导频信号的示意图。
参见图4，至少双向放大器(402)之一能够自动控制关于上行和下行导频信号的增益，安装在HFC网络中。为了提供稳定的上行信号，通过利用现有的双向放大器(402)执行自动增益控制，因而前端设备(400)总是接收恒定电平信号。
在HFC网络中，因为在ONU(401)和用户终端(403)之间的距离足够大，放大器被使用，以连续提供充足的信号给用户终端。因为线路损耗随着线路的长度而增加，线路越长，需要越多的放大器。
因而，为了维持稳定的信号，通过使用诸如图5所示的双向干线放大器的装置，AGC不仅应用于下行线，也应用于上行线，导致上行线的稳定化。
方向滤波器(DF)(500)把下行和上行信号分开。PAD(501)是具有几乎和同轴电缆的频率特性一致的特性的衰减器，补偿衰减的同轴电缆和通过诸如吸收的缓冲来匹配输入电平。
均衡器(502)补偿在线路中发生的频率偏差。
放大器(503)将补偿的信号放大到恒定电平。
电平控制器(504)调整斜率，对放大的信号执行AGC和ASC。
在图5中，图的上部示出了下行信号的处理，下部示出了上行信号的处理。
该电路不仅可以应用于干线放大器，也可以应用于任何双向放大器。
参考图6，上行导频信号发生器(601)安装在现有的电缆调制解调器中。CPU(609)控制上行导频信号发生器和电缆调制解调器的输出。导频信号发生器(610)，可能引起信号的干扰，被关断。因为导频信号可能引起噪音的产生，导频信号并不是总需要的。因而，电缆调制解调器仅当前端设备(400)需要导频信号时，产生导频信号。在前端设备产生导频信号后，放大器(402)通过利用信号发生器的信号，执行下行和上行导频信号的AGC。
然而，导频信号发生器不需要安装在所有的用户终端中。如果导频信号发生器可以从树形结构的最后一个单元产生导频信号，终端组的放大器可以控制增益。
当前端设备需要导频信号时，电缆调制解调器产生导频信号。BPF(611)对信号滤波，从而仅通过上行导频信号。射频放大器(612)放大上行导频信号。电平控制器(613)控制上行频率的电平。乘法器(614)通过倍乘上述的频率产生所需的频率。振荡器(615)振荡该频率到恒定的频率。CPU(609)控制该振荡器。AGC(616)自动控制所产生的信号的增益，从而产生控制电平的信号。
振荡器(615)输出导频信号。当振荡器(615)接地，没有信号接入调谐器(603)。但是，当振荡器和地断开时，来自振荡器的信号通过倒相器(618)和开关(617)传输，然后接入调谐器(603)。上述处理由CPU(609)控制。
当开关(617)接通时，振荡器接地，当开关断开时，从振荡器产生的RF信号通过乘法器，电平控制器，RF放大器和BPF传输到开关。从CPU到倒相器的信号是控制信号，而非RF信号。
上行和下行频带的范围如图7所示。根据优选实施例，所需的上行导频信号在5～42MHz之间获得，这是一个较低的频带范围。
尽管只有本发明的特定实施例在此给予了特别的说明，显然对本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (24)

1．用于HFC(混合光纤同轴)网中双向业务的电缆调制解调器，包括：
中央处理器(CPU)；
调谐器，用于通过利用RF(射频)信号，将上变换的下行信号下变换为具有恒定频率的IF(中频)信号；
表面声波滤波器，将从所述调谐器接收的所述IF信号的特定频带进行滤波；
混频器和AGC(自动增益控制器)，用于将所滤波的IF信号转换到基带信号和用于输出增益控制信号；
LPF(低通滤波器)，用于从由所述混频器和AGC产生的信号中，仅通过低频带信号，并去除高频带信号；
增益控制器，用于控制从混频器和AGC收到的信号的电平，以便使由混频器和AGC输出的信号的电平恒定；
下行解调器，用于通过解调所调制的信号，将来自LPF的基带信号恢复和转换到预调制数字信号；
MAC(媒体访问控制器)，用于将解调的信号分为控制信号和数据信号，和用于在CPU的控制下，传输上行数据信号到收发信机；
上行调制器，用于调制从MAC收到的上行数据信号，以传输到前端设备；
可编程衰减器，用于控制调制的上行信号的电平；
导频信号发生器，用于产生导频信号；和
开关，用于在CPU的控制下，连接所述调谐器和所述导频信号发生器。
2．如权利要求1所述的装置，其中所述的导频信号发生器包括：
振荡器，产生射频上行导频信号；
乘法器，倍乘所述射频上行导频信号到所需的频率，和输出倍乘的上行导频信号；
电平控制器，根据所述的电平控制信号，控制所倍乘的上行导频信号的电平，以便保持所述倍乘的上行导频信号在恒定电平；
AGC(自动增益控制器)，输出BPF上行导频信号；
射频放大器，放大所述电平控制的上行导频信号和输出所述的电平控制的上行导频信号；和
BPF(带通滤波器)，仅通过从所述射频放大器收到的所述上行导频信号。
3．如权利要求2所述的装置，其中所述导频信号发生器含在树形结构的最后一个单元中的多个终端之一中。
4．如权利要求2所述的装置，其中所述导频信号发生器在不需要导频信号时被关断，以便不和其它信号发生干扰。
5．如权利要求1所述的装置，其中所述前端设备当需要导频信号时，要求所述导频信号发生器产生所述导频信号。
6．如权利要求2所述的装置，其中所述射频放大器利用所述导频信号发生器的信号，执行所述自动增益控制。
7．如权利要求2所述的装置，其中所述导频信号发生器产生的所述导频信号是恒定的。
8．如权利要求5所述的装置，其中由所述前端设备收到的所述上行数据信号具有恒定电平。
9．一种双向干线放大器，用于在HFC(混合光纤同轴)网中的双向业务，包括：
方向滤波器(DF)，用于分开上行信号和下行信号；
PAD，具有近似同轴电缆的频率特性的特性，在收到来自所述DF的信号后，用于补偿所述同轴电缆的衰减值和匹配输入电平；
均衡器，用于补偿在所述同轴电缆中来自所述PAD的信号的频率偏差；
放大器，用于放大所均衡的信号到所需的电平；和
电平控制器，用于控制所述放大的信号的斜率和自动增益。
10．如权利要求9所述的装置，其中所述双向干线放大器执行AGC，以便提供稳定的上行信号。
11．如权利要求9所述的装置，其中所述电平控制器包括：
增益块，用于控制从所述放大器收到的信号的增益；
斜率块，用于控制从所述增益块收到的信号的斜率；
放大器，用于放大所述的增益控制信号和斜率控制信号；
方向分裂器，用于分离所述信号为主信号和子信号；和
自动增益控制器和自动斜率控制器(AGC&ASC)，用于控制所述增益块和所述斜率快。
12．一种HFC(混合光纤同轴)网，包括一放大器，所述放大器包括：
方向滤波器(DF)，用于分开上行信号和下行信号；
PAD，具有近似同轴电缆的频率特性的特性，在收到来自所述DF的信号后，用于补偿所述同轴电缆的衰减值和匹配输入电平；
均衡器，用于补偿在所述同轴电缆中来自所述PAD的信号的频率偏差；
放大器，用于放大所均衡的信号到所需的电平；
电平控制器，用于控制所述放大的信号的斜率和自动增益；
其中所述放大器可以应用于干线放大器和在HFC网中的任何双向放大器。
13．如权利要求9所述的装置，其中上行导频信号用于稳定上行传输线路。
14．如权利要求9所述的装置，其中所述上行双向放大器自动控制增益。
15．如权利要求7所述的装置，其中所述电缆调制解调器提供恒定导频信号。
16．如权利要求13所述的装置，其中从所述上行频带选择所述上行导频信号，以便为所述终端提供恒定电平的所述上行信号。
17．如权利要求15所述的装置，其中所述电缆调制解调器仅当所述前端设备需要时产生导频信号。
18．一种电缆调制解调器，用于双向业务，所述调制解调器包括：
导频信号发生器，产生上行导频信号；和
调制器，调制上行信号，所述上行信号包括所述上行导频信号。
19．如权利要求18所述的电缆调制解调器，其中所述导频信号发生器包括用于控制所述上行导频信号的电平的装置。
20．如权利要求18所述的电缆调制解调器，其中所述导频信号发生器仅当从前端设备收到导频信号请求信号时，产生导频信号给调制解调器。
21．如权利要求18所述的电缆调制解调器，其中所述导频信号发生器包括：
射频放大器，放大所述上行导频信号和输出放大的上行导频信号；
AGC(自动增益控制器)，输出电平控制信号；
电平控制器，根据所述的电平控制信号，控制所放大的上行导频信号的电平，以便保持所述放大的上行导频信号在恒定电平；
乘法器，倍乘所述恒定电平的放大的上行导频信号到所需的频率，和输出倍乘的信号；和
振荡器，将所倍乘的信号转换到所需频带。
22．如权利要求18所述的电缆调制解调器，其中所述调制解调器还包括下行解调器，用于解调下行信号。
23．一种双向干线放大器，用于在HFC(混合光纤同轴)网中的双向业务，包括：
接收装置，用于接收上行导频信号；和
电平控制器，根据所述上行导频信号的电平控制上行信号的电平。
24一种双向干线放大器，用于在HFC(混合光纤同轴)网中的双向业务，包括：
方向滤波器，用于分开下行信号和上行信号；和
电平控制器，用于根据在所述下行信号中的下行导频信号控制所述的下行信号的电平，和用于根据上行导频信号控制所述上行信号的电平。
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