CN1361952A - 使用数字变换和传送的hfc返回路径系统 - Google Patents

Abstract

一种HFC返回路径系统,在光纤节点使用数字变换和传送,以便用高速基带数字技术替代模拟激光器技术,从而免除了造成麻烦的模拟激光器损坏,能够覆盖更长的距离,避免了对模拟系统中所需的中心中继器硬件的需要,以及其它利益。

Description

使用数字变换和传送的HFC返回路径系统

相关申请声明

本申请依据USC 120第35条要求在1999年4月23日申请的序列号为60/130，685的共同未决US临时申请的优先权权益。

发明领域

本发明一般涉及一种使用数字变换和传送的有线电视混合光纤同轴电缆(CATV HFC)返回路径系统。更具体地讲，本发明提出了一种在节点实现了数字传送方法的系统，以便用高速基带数字技术替代模拟激光器技术，从而免除了会造成问题的模拟激光器损坏，使得能够覆盖更长的距离，和有可能避免对模拟系统中所需的中心中继器硬件的需要，还具有其它优点。

发明背景

传统HFC系统已经实现了返回路径，在北美这种返回路径具有5-40MHz的带通，是在同轴装置中使用双向RF放大器，和在光纤节点中使用一个线性返回路径激光器，驱动用于光中继的返回光纤实现的。在中心或HE，把光功率变换回RF。该技术是与用于传送广播前向路径视频信号相同的基于模拟AM光学方法。存在着包括模拟激光器规格、激光器二次响应特征、光链路长度限制、光接收机规格、和组件的测试在内的使这种方法困难和成本高昂的大量设计和实现问题。所有这些因素造成了开发高性能模拟光学装置的整体价格问题。节点激光器必须在室外环境中特定的很大的温度范围中操作的事实，使这一组件问题更加突出。

随着模拟激光器和返回路径接收机性能、以及更大功率激光器和HFC构造的不断改进，这些问题在以前就已经在解决。但是，上述每一种问题现在仍然存在。

因此，本发明针对着开发一种降低返回路径产品成本和提高性能，从而能够获得更大的构造灵活性，导致带宽和容量提高和对用户的更快的连接速度以及其它可能的改进的返回路径系统的问题。

发明综述

本发明在由RF装置端接并且在节点内部开始光中继的方面实现了一种数字传送方法。为了实现这种方法，用高速基带数字技术代替模拟激光器技术。作为一种数字信号，可以获得免除模拟激光器毁坏带来的麻烦、覆盖更长的距离、避免对模拟系统中所需的中心中继器硬件的需要，以及其它许多利益。

存在着许多与在节点将返回路径数字化相关的分析和设计问题。可以证明，模-数(A/D)变换器是对传统使用的AM调制激光器技术的数学模拟。可以把A/D变换器量化噪声作为有效“模拟”光学链路噪声处理。这可以与当前使用的激光器的已知性能比较。此外，失真性能、特别是激光器消波方面，类似于过激励A/D输入阈值的现象。在A/D中也可以把二次和三次失真保持很低，此外，二次失真不会像模拟激光器那样退化到很差的值。在宽带应用中这会是一个重要的问题。最后，一旦将信息完全用比特表示时可以应用的功能和处理进一步增强了数字化技术。

根据本发明的一个实施例，一种用于利用基带串行光传送在混合光纤同轴电缆有线电视系统中提供数字返回路径的方法，其中通过把从光纤节点到首端的返回路径信号完全编码为1和0来表示它，该方法包括步骤：(1)将复合返回路径波形变换成其值代表模拟信号采样的数字字序列；(2)以适当的同步信息将所述数字字排列成串行流，以标识字间边界和恢复比特本身的定时；(3)将电数字信号变换成光数字信号，并且通过光纤发送光学1和0；和(4)在接收端反向执行步骤(1)-(3)。

本发明的另一个实施例针对一种用于利用基带串行光传送在混合光纤同轴电缆有线电视系统中提供数字返回路径的系统，其中通过把从光纤节点到首端的返回路径信号完全编码为1和0来表示它。

本发明的一个实施例的一个方面包括用于把在首端接收的数字字序列变换成模拟信号采样的装置。本发明的一个实施例的另一方面包括用于把并行数字字提供到一个对一个应用的数字接收机的直接接口。

附图简要说明

通过以下结合附图的详细说明，可以对本发明的上述和其它目的，特征和优点有更清楚的了解，其中：

图1示出了根据本发明的一个数字返回路径HFC构造的基本元件。

详细说明

在图1的简化方框图中示出了建议的数字返回路径的光纤节点和首端的基本元件。实际上，在光纤节点，反向路径中的CATV设备的RF部分终止，而光中继开始。因此，这是终接RF信号的逻辑分界点。

直到最近，35MHz(北美)返回路径带宽要求RF解法，因此对反向传送使用了基本上与前向路径中用于广播模拟视频的技术相同的模拟激光器技术。在这样一种系统中，复合返回路径波形AM调制激光器，并且光强随每一用作调制信号的RF信号而改变。

这里提出的概念利用基带串行光传输来传送这种反向路径信号，——反向路径信号是通过把它完全编码为1和0表示的。如图1中所示，这个概念主要有三个要素。它们是：

1)将复合反向路径波形变换为一个其值代表模拟信号采样的数字字的序列。

2)将字排列为具有适当同步信息以标识字间边界和恢复比特本身定时的串行流。

3)将电数字信号变换为光数字信号，并且通过光纤发送光学1和0。

4)在接收端反向进行上述过程。

以下是对使这个概念能够实现的每一技术的简要说明。模-数变换——10

对用于使信号能够在各位置之间有效传送的目的的模拟信号的数字化是电信产业中早已使用的一种方法。但是，在话音技术的记载文献中，A/D变换是以很低的采样率进行的。话音带宽在4kHz量级，而且信道是基带信道并且是自然交换的，因此不存在模拟业务量的集合聚集。

但是，在HFC反向路径中，这些简单性都消失了。HFC返回一个共享信道，因此，每个共用一个节点的使用者都要消耗带宽，随着使用者的增多，有效地增大总的可能消耗带宽。并且，HFC返回是一个35MHz宽的通带，而不是低频基带。

这些差别导致需要一种显著不同的A/D。制造商为了满足对更高性能的要求，最近已经制造出实现HFC返回路径所需的耐用A/D组件。一些关键性能指标是采样率(速度)、高解析度、和环境耐受性。

如图1中所示，在光纤节点A/D变换器10接收到复合模拟返回路径波形，A/D变换器10把复合反向路径波形变换成其值代表模拟信号采样的数字字的序列(因此实际上消除了在节点A/D变换后的变差)。然后将并行数字字的输出序列发送到串化器/逆串化器(SERDES)20。串化器-逆串化器(SERDES)IC——20∶50

串行传输技术的主要努力目前正在两个领域中取得进展——千兆位以太网和光纤信道。强大的新IC可以执行实现从节点到HE的完全透明的数字返回所需的所有基本串化/逆串化功能。当前，可以使用Gbps数据率。取得的基本功能是四倍-并行-串行变换(和串行-并行变换)、光激励、定时和组帧。

从A/D 10把并行数字字传送到SERDES芯片20，并且必须被转换成一个串行流，以通过光链路传送。因此，SERDES 10(在节点的一个串化器)必须锁存信息，增大时钟速率，和把增大的串化的速率传送到光学器件。对于一个10位器件，结果是串行速率是1Gbps左右。在接收端，执行相反的功能，并且SERDES接收机链路(在首端的一个逆串化器50)的输出是一个传递到例如用于模拟信号重建的D/A变换器的数字字(当然，熟悉本领域的人员应当知道，也可以以数字形式把字递交到一个对于应用的数字接收机的直接接口)。光Tx(发射机)30接收从SERDES 20输出的数字字的串行流。

对于光激励功能，随着上述标准的形成，兼容的光学器件也在发展。当前技术可以经常与刚刚取得的基本改进混合与匹配，并且与刚刚取得的基本改进兼容，或非常接近于它，例如信号耦合、上拉/下拉、阻抗变换，等等。类似的部分仅在于在这种高数据率上不可避免地具有某种形式的发射极耦合逻辑电路(ECL)的事实。

以下说明定时功能，应当指出，传送到接收IC的仅是一段信息——一个比特流。从这段信息中，它必须取得定时，以检测比特(形成一个同步时钟，以在最佳时刻对它们采样)。链路的每一端在其中执行一项任务。在发射端，任务是给数据编码，从而保证有使时钟恢复电路能够捕获和保持的足够的数据转换。因此，光发射机TX 30使用提供随机化的编码以保证在所有情况下的转换。没有转换，接收PLL就不能有效地跟踪必要的通过比特转换嵌到数据序列中的时钟频率分量。PLL的任务是再生这个定时，以产生有效的串行采样。在比特定时之后，在输出端，为了并行字的再生，需要现在已经从串行速率分割下来的字定时信息。

最后，说明组帧功能，尽管显然需要取得比特定时，但也需要知道哪些比特集归属在一起作为一个模拟采样。这是具有在网络世界中已充分发展的解决方案的另一个问题。该方案的中心在于发送表示可以检测的字边界的已知可预测模式。对于HFC，存在防止误解的说明(caveats)。例如，基于标准的芯片的基本功能涉及来自其它数字源的进出IC的信息分组的运动。这使得能够将分界字符的传输以最小的干扰在有效负载信息分组之间发送，特别是以能够取得建立许多时隙的高采样率发送。但是，对于HFC，需要更为复杂的设计功能性，因为A/D操作要实时稳定地向SERDES功能20传送字。此外，为精确采样表示而使用的字长与使用的SERDES芯片组的传输协议不兼容。因此，串化器和逆串化器功能也涉及一些字处理，这些处理是在与SERDES连接的可编程逻辑电路中实现的，例如，在必要时格式化和恢复格式化字。因此，对于HFC应用，一般必须以更有创造性的方式加入额外的杂项开销。光发射机—30/光接收机——40

对于HFC，完成为高速基带数字光学设备设定的需求是模块化的、小的、宽带模块，包括捕获经过采样和串化而提高的RF带宽所需的数据率。加上场地耐久性、光学设备价格的降低、和短期范围的增大的数据率，并且各单元现在与当前需要有关，并且也能够在需要增大带宽时扩展。

如上所述，光发射机30接收从SERDES 20输出的数字字串行流，并把数字字发送到光接收机40。在RF-光变换点的全比特流的实现立刻使得标准化传输的理想得以实现。例如，SONET、SDH、或其它基于标准的传送的使用简化了网络设施，加速了发展，并且把它的经过证实的耐用的技术应用到HFC基础设施中。将数字化推广到节点的事实意味着中心设备可以成为共用的数字多路复用设备。此外，由于距离优势，因而可以使用无源设备或完全撤消中心中继站点。

最后，再参考图1，D/A 60在首端重建波形。但是，它也引入了模拟损害——噪声和失真。D/A输出一般要放大和分割，然后传送到一个应用接收机。在一个全数字接收机中，接收机经常立即数字化信号，并执行接收、同步化和调制功能。当然，如上所述，也可以把字以数字形式递交到一个对于应用的数字接收机的直接接口。

提出的数字化返回路径的潜在短期利益在以下方面是显著的：光学设备价格，全部设备价格，链路距离，失真性能，组件规格，测试的简单性。但是，由于返回路径变换到全比特开发了与处理、传送、多路复用、和终止设备接口相关的许多网络可能性，在数年的时间内可以取得最大的利益。

尽管在这里专门说明和描述了各种实施例，但应当知道本发明的修改和改变包括在上述教导内，并且在附属权利要求的范围内，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种利用基带串行光传输在混合光纤同轴电缆有线电视系统中提供数字返回路径的方法，其中从光纤节点到首端的返回路径信号是通过把它完全编码为1和0来表示的，该方法包括如下步骤：

将复合返回路径波形变换成数字字的序列，所述数字字的值代表模拟信号采样；

将所述数字字排列成一个串行流，其具有适当的同步信息用于标识字间边界和恢复比特本身的定时；

将电数字信号变换成光数字信号，并把光学的1和0通过光纤发送；和

在接收端反向执行上述步骤。

2.一种利用基带串行光传输在混合光纤同轴电缆有线电视系统中提供数字返回路径的系统，其中从光纤节点到首端的返回路径信号是通过把它完全编码为1和0来表示的，该光纤节点包括：

用于把复合返回路径波形变换成数字字的序列的变换装置，所述数字字的值代表模拟信号采样；

用于将所述数字字排列成串行流的装置，该串行流具有适当的同步信息以标识字间边界和恢复比特本身的定时；

用于将电数字信号变换成光数字信号，并且把光学的1和0通过光纤发送的变换/发射装置。

3.根据权利要求2所述的系统，首端包括：

用于从光纤接收光学的1和0，并且把光数字信号变换成电数字信号的变换/接收机装置；和

用于将数字字和同步信息的串行流逆串化的装置。

4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括用于把数字字序列变换成模拟信号采样的变换装置。

5.根据权利要求3所述的系统，进一步包括用于把并行数字字提供给对于应用的数字接收机的直接接口的装置。

6.一种利用基带串行光传输在混合光纤同轴电缆有线电视系统中提供数字返回路径的系统，其中从光纤节点到首端的返回路径信号通过把它完全编码为1和0来表示的，所述光纤节点包括：

用于把复合返回路径波形变换成数字字的序列的A/D变换器，所述数字字的值代表模拟信号采样；

用于将所述数字字排列成串行流的SERDES，该串行流具有适当的同步信息，以标识字间边界和恢复比特本身的定时；和

用于将电数字信号变换成光数字信号，并且把光学的1和0通过光纤发送的光发射机，

首端包括：

用于从光纤接收光学的1和0，并且把光数字信号变换成电数字信号的光接收机；和

用于将数字字和同步信息的串行流逆串化的SERDES。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括用于把数字字序列变换成模拟信号采样的A/D变换器。

8.根据权利要求6所述的系统，进一步包括用于把并行数字字提供到对应用的数字接收机的直接接口的装置。

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