CN1946196A - 用于对通过Internet协议所传输的视频进行评价的组合测量仪 - Google Patents

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Abstract

一种用来测试用户站点处所接收视频流的仪器包括：耦合器，其用于接收经混合光纤同轴电缆(HFC)网络传输的宽带射频信号；可耦合至耦合器的信号电平测量电路，该信号电平测量电路可以生成与经由耦合器接收的第一组宽带射频信号相关的信号电平测量值；通信电路，其可从经由耦合器接收的第二组宽带射频信号中获取视频数据包流；可连接至通信电路的处理电路，它可以从信号电平测量电路接收信号电平测量值，并生成对应于第二组宽带射频信号的诊断数据，此处理电路还可以将表示信号电平测量值和诊断数据的信息以人可感知的形式传送。本仪器可以装在便携式设备中，以便带到整个HFC网络上的任何一个用户站点使用。

Description

用于对通过Internet协议所传输的视频进行评价的组合测量仪
技术领域
本发明涉及宽带通信网络，特别涉及对通过Internet提供视频的宽带通信网络的测试和/或分析。
发明背景
有线网络是在一个中央头端与多个客户端设备之间传输宽带通信信号的通信网络。有线网络有许多种形式，但通常都包含一个分散式的同轴电缆网络。许多有线网络还包含光缆线路的重要部分。这种网络称为混合光纤同轴或HFC网络。此类网络是很常见的。
历史上，有线网络主要用来传输电视节目信号。为此，有线网络头端通过分层的同轴电缆网络(称为电缆设施，cable plant)向每个用户传输宽带信号。该宽带信号被划分为多个频道，每个频道在整个宽带信号中占用约6MHz的带宽。
电缆系统的正常运行需要现场测试。由于电缆设施遍布于整个有线服务区内，在经历变化、被隔离的区域内，网络可能会出现损坏或其他有害现象。其结果是，可能多数用户会获得良好的服务，而少部分用户由于局部问题不能清晰地接收到一个或几个频道。有线服务提供商经常使用手持式信号测量设备来帮助诊断问题并进行网络分析。
传统的此类测试设备包括射频信号接收器和用于测量系统所选频道上所接收信号的电路。测量大量频道即可提供对有线网络的大致频谱分析。业界已开发了多种测量模拟有线电视频道的测试设备。
尽管多年以来有线电视系统采用的都是NTCS标准的模拟电视信号，近年来有线服务提供商们仍在逐渐转至数字电视信号广播，原因是后者的成本/业务量之比更好。由于针对有线网络开发的现场测试设备中有许多是专门用来测试模拟有线电视频道的，因此必须开发新的数字有线现场测量技术。此类设备已经开发出来，它们通常测量的是在有线电视系统所选(或全部)频道上可获得的信号电平。
有线系统的最新趋势是通过有线网络提供双向的高速数据通信。双向通信使用户通过一条同轴电缆连线即可同时获得音视频广播信息和Internet接入，实现电子邮件收发、文件下载和网络浏览等操作。HFC网络还可被进一步配置，为提供名为视频点播(VOD)的特定形式服务。
目前，信号电平测量及其他相关的物理层测量仍然可以在故障排查和网络性能分析中提供有用的信息。然而，还需要对提供给客户的VOD等专门服务或视频广播服务的数据通信类型进行分析。
发明内容
本发明实现了一种视频流分析仪和物理层测试设备的组合，它可以进行视频流服务质量(丢包、视频流比特率、延时和/或抖动)的相关测试以及信号电平测量和相关物理层测量，从而可满足上述乃至其他更多的需求。该设备优选以手持、便携式设备实现。
一种用来测试用户处所接收视频流的仪器包括：耦合器，其用于接收经混合光纤同轴电缆(HFC)网传输的宽带射频信号；可与耦合器耦合的信号电平测量电路，该信号电平测量电路可以生成与经由耦合器接收的第一组宽带射频信号相关的信号电平测量值；通信电路，其可从经由耦合器接收的第二组宽带射频信号来获得视频数据包流；可与通信电路相连的处理电路，此电路可接收来自信号电平测量电路的信号电平测量值，并生成对应于第二组宽带射频信号的诊断数据，该处理电路还可以以人可以感知的形式发出代表信号电平测量值和诊断数据的信息。
其他实施方式可能包括附加的功能，例如依照DOCSIS标准传输诊断数据等。该设备优选装在手持、便携式设备中，以便可以在HFC系统内的各个位置生成诊断数据。
通过参考以下详细说明及附图，上述功能和优点以及其他的功能和优点对本技术领域的普通技术人员是显而易见的。本发明的某些变化形式可能还可以解决其他未述及的问题，也可能只解决与上述方面相关的问题。
附图说明
图1示出根据本发明的特征配置的一个示例宽带通信系统和一个示例测试设备的框图；
图2示出根据本发明的一个示例测试仪器的框图；
图3示出一个包含本发明特征的测试仪器的示意框图；
图4示出图3所示测试仪器的俯视图；
图5示出图3所示测试仪器的调制解调器(modem)电路的一种示例实施方式的示意框图；
图6示出在进行模拟信号电平测量时可以在图3所示测试仪器内执行的一组示例操作的流程图；
图7示出在进行数字信号电平测量时可以在图3所示测试仪器内执行的一组示例操作的流程图；
图8示出在频道信号谱内表示一个数字频道信号和多个测量带宽的频域图；
图9示出在进行示例的一组物理层测试时可以在图3所示测试仪器内执行的一组示例操作的流程图；
图10示出在进行一组示例性调制解调器注册测试时可以在图3所示测试仪器内执行的一组示例操作的流程图；
图11和12示出可以在图3所示测试仪器内执行的其他组示例操作的流程图；
图13示出了图3所示测试仪器与执行视频连接评价过程的视频服务器所处的环境以及交互作用；和
图14示出评价视频连接的一组示例性操作的流程图。
具体实施方式
图1示出了一个示例的测试配置，它在通信网络110内根据本发明使用分析设备100。通信网络110是陆基宽带网络，通常称为有线网络。在此处所述的实施方式中，通信网络110是一个混合光纤同轴或HFC网络，它采用光纤链路和同轴电缆在多个用户与网络头端112之间实现射频通信。网络头端112还可进一步用来在多个用户与连接至Internet 150的一个或多个设备152之间提供Internet通信。设备152位于通信网络110外部。分析设备100可以用来测试网络的多个参数，例如包括，网络110上某个远程位置的信号强度，在网络110的远程位置上Internet连接是否可用，和/或网络110远程位置上的数字频道质量。分析设备100中各种功能的精确组合在每种实施方式中可以各不相同。
更进一步介绍，通信网络110包含头端112、光纤设施114、同轴电缆设施116以及多个网络分支线118、多个用户引入线120、多个用户站点122。在这里介绍的实施方式中，由头端光学编/解码器124将网络头端112连接至光纤设施114，由节点光学编/解码器126将光纤设施114连接至同轴电缆设施116。正如本技术领域中已知的，光纤设施114用作在网络110各分立部分与头端112之间提供通信的专用线。同轴电缆设施116用于在网络110的每个分立部分内分配网络通信线。
光纤设施114和同轴电缆设施116均可用来传输宽带信号，包括但不限于从大约4MHz到大约1000MHz的信号。该频谱被划分为约6MHz或8MHz宽的频道，并包含用于定义该频道的载波频率。通常，处于频道频率的载波信号由信息信号进行调制，该信息信号采用模拟或数字技术来提供该频道的内容。
头端112包括广播节目信息源132、电缆调制解调器端接系统(CMTS)134、组合器136和服务器网络138。CMTS 134可以耦合至组合器136和服务器网络138。广播节目信息源132也被耦合至组合器。组合器136可以连接至光学编码器/解码器124。
广播节目信息源132可以是任何用来获取旨在通过网络110进行广播的广播音频和/或视频信息的常用设备或一组电路。例如，广播节目信息源132通常提供本地电视频道、订购电视频道、付费和免费音频频道、免费非本地电视频道、电视指南信息等等。
在本技术领域中可知，CMTS 134是一个通过网络110与连接至网络110的电缆调制解调器130进行双向数据通信的设备。在一种实施方式中，CMTS 134至少与DOCSIS1.1标准兼容，这是本技术领域中已知的。显然，在其他实施方式中，CMTS 134可以针对其他通信标准配置，包括其他DOCSIS标准。CMTS 134推动了电缆调制解调器130与Internet 150上的其他计算机通过服务器网络138进行通信。CMTS 134的配置和操作在本领域中是已知的。
服务器网络138以LAN/以太网示例，该网络被连接至各个服务器，这些服务器执行一些推动网络110上的电缆调制解调器130与Internet 150之间建立Internet连接所必需的操作。如例所示，这些服务器包括普通文件传输协议(TFTP)服务器140、时刻(TOD)服务器142和动态主机控制协议(DHCP)服务器144。上述每个服务器均执行DOCSISInternet连接功能。例如，TFTP服务器140维护着每个电缆调制解调器130的配置文件。每个电缆调制解调器130的配置文件规定对调制解调器130服务的参数/约束。这些参数/约束经常由与调制解调器130相关联的用户122所购买的服务级别来规定。这样，这些参数可以规定诸如最大可用带宽、可连接至调制解调器130的客户端设备数量等。TOD服务器142对调制解调器130与Internet 150之间的特定通信提供时间戳信息。例如，对由调制解调器130生成的电子邮件消息，可以使用来自TOD服务器142的时间信息加标时间戳。DHCP服务器144为电缆调制解调器130提供IP地址分配。通常，按照现有技术，每个电缆调制解调器130在尝试与Internet 150建立连接时都会请求一个Internet协议(IP)地址。DHCP服务器144会执行获取该地址的操作。
服务器网络138上的其他附加服务器146包括通过网络110提供IP语音(VoIP)服务或IP视频流服务所需的服务器。VoIP服务通过以用户的电缆调制解调器130实现的Internet连接来提供电话服务。视频流服务可以是视频流的点对点传输，例如可以从视频点播(VOD)服务器获得，也可以是对多个用户站点进行的视频流IP广播。下文将进一步详细讨论，使用此类服务的用户必须包含连接至电缆调制解调器130的附加设备。特别是，在电缆调制解调器130与用于电话和视频服务的用户组件之间必须连接一个称为多媒体终端适配器(MTA)的设备。作为选择，可以将MTA与电缆调制解调器集成在一起，称为嵌入式MTA(eMTA)。关于由数据包支持的多媒体服务(如VoIP和视频服务)的详情，可以在McIntosh，David的“Building a PacketCableTM Network：AComprehensive Design for the Delivery of VoIP Services”(构建PacketCableTM网络：一种用以提供VoIP服务的全面设计，SCTE Cable Tec-Expo2002，可在 www.cablelabs.com网址查阅)中找到，在此通过参考将其结合入本发明中。服务器网络138还包括连接至Internet 150的路由器或交换机148。将局域网(如服务器网络138)连接至Internet接入点的路由器是众所周知的。
参考头端112之外的网络110，头端光学编码器/解码器124被耦合至光纤设施114的多个光纤线路。尽管图1中示出了两条由头端光学编码器/解码器124发出的光纤线路，网络110可以适当在光纤设施114中包含大量光纤线路。光纤设施114的线路延伸至各个地理区域并且终结于节点光学编码器/解码器126。每个光学编码器/解码器126还连接至电缆设施116的下行同轴电缆。从电缆设施116的引出点上引出的是网络分支线118。网络分支线118也以同轴电缆构造。从每条网络分支线118上引出的是一条或多条用户引入线120。用户引入线120实现与用户端122的同轴电缆端接。正如本领域技术中已知的，用户端122可以是一个住宅、商用或工业设施。
如上所讨论，一些用户的电视机可连接至用户引入线120，电缆调制解调器电路130连接至用户引入线120，或者两者均连接。
分析设备100用于测试或分析网络110的多个位置上的性能特征，特别是那些最接近一个或多个用户端122的网络。特别地，服务提供商们(即通过网络11O提供通信服务的一方)经常在客户投诉中收到网络110的问题通知。由于客户通常只能描述问题的表象特征(例如电缆调制解调器不能连至网络、网络连接慢、电视画面模糊等)，对问题的实际诊断经常需要在提出投诉的用户端进行测试。
如图1所示，分析设备100可以被直接连接至用户同轴电缆引入线120，或者由电缆调制解调器130经以太网或其他类型网络连接至引入线120。如下文所讨论，由测试设备执行的许多测试都是通过直接连接至用户同轴电缆引入线进行的。
通常，通信网络110向每个用户引入线120传输的宽带射频信号包含多个频道，每个频道具有唯一的载波频率。每个频率的载波信号由广播信息源132提供的信息进行调制，典型的该信息是视听基带信号。该视听基带信号可能是标准的模拟NTSC信号，也可能是数字电视信号。
为此，每个广播频道的视听基带信息被调制到一个特定的频道频率载波上，继而与其他所有频道频率载波组合在一起形成一个多频道宽带射频信号。该宽带射频信号被送至头端光学编码器/解码器124。头端光学编码器/解码器124将宽带射频信号转换为一个光学信号，通过光纤设施114向节点126传播。节点126将光学信号转换回宽带射频信号，然后将此宽带射频信号提供至电缆设施116的线路。电缆设施116、网络分支线118以及用户引入线120共同将该宽带射频信号提供给每个用户端122。如果用户端122可将电视机连接至引入线120，则电视机128可以在该宽带射频信号内进行调谐，并显示多个视听节目中的任何一个。
宽带信号的一部分被保留用于下行和上行数据包通信。这里所介绍的实施方式中的数据包通信包括使用TCP/IP标准传输的数据以及可以通过Internet 150传输至远程计算机152的数据。CMTS 134会有效地使用已知的调制技术将下行数据包传输至电缆调制解调器130，并使用已知的解调技术从电缆调制解调器130接收上行数据包。
CMTS 134按照已知的标准和技术来预备要通过Internet 150传输的上行数据包。CMTS 134将预备好的上行数据包提供给路由器148，路由器148再将数据包提供到Internet 150。这样Internet 150就可以将数据包提供给一台或多台远程计算机152。这些数据包可以包括电子邮件、超文本请求、Web页信息以及通常与Internet应用相关的其他信息。由远程计算机152生成的数据包可能使用反向路径传输至网络的电缆调制解调器130。VoIP和视频服务也使用相同的路径。
如上所讨论，TFTP服务器140、TOD服务器142和DHCP服务器144也通过CMTS134执行Internet通信中的操作。正如本技术领域中已知的，TFTP服务器140包括文件配置，该文件中针对每个调制解调器130规定了对通信参数的限制，例如带宽限制或类似要求。同样，正如本技术领域中已知的，TOD服务器142在事件记录方面为电缆调制解调器130提供时间戳信息。当调制解调器130尝试通过CMTS 134连接至Internet 150时，DHCP服务器144为每个调制解调器130(以及相关的MTA，未在图1中示出)建立动态IP地址。
图2示出了图1中分析设备100的第一种实施方式。分析设备100包括耦合器或连接器202、信号电平测量电路204、通信电路206和处理电路208。分析设备100优选也包括用于接收用户输入的输入部分210。
连接器202是一个可用于接收宽带信号的设备，并被优选配置连接至通信系统的同轴电缆，其中的通信包括与采用IP通信的网络的连接。连接器202也可以连接至电缆调制解调器130上的一个端口，例如用户端局域网(LAN)的以太网端口。此类网络的一个非限定性例子是图1的通信网络110。各种适用的连接器对于本技术领域中的那些普通技术人员是已知的。
信号电平测量电路204可被耦合来接收来自耦合器202的待测信号。正如本技术领域中已知的，信号电平测量电路204可以通过包含调谐器和/或滤波设备的输入电路耦合至耦合器202。在任何情况下，信号电平测量电路204均可以生成与第一组宽带射频信号相关的信号电平测量值。例如，第一组宽带信号可以是数字或模拟方式调制的射频电视信号。已知有很多适用的信号电平测量电路，例如美国专利第5,867,206号中所示，在此通过参考将其结合入本发明中。下文将进一步详述的图3则给出了另一个适用的信号电平测量电路的例子。
通信电路206可连接至连接器202，并配置为在通信系统内通过连接器202传输信息信号。通信电路206可用来建立至少Internet数据连接，该连接采用IP语音协议，称为VoIP标准通信。在优选实施方式中，通信电路206也可以建立高速数据连接，在该连接上可以按照DOCSIS标准传输数据包，例如通常用于电子邮件、Web数据检索等等。为此，通信电路206包括电缆调制解调器，例如，按照DOCSIS 1.0或DOCSIS 1.1标准工作的调制解调器，并进一步包括多媒体终端适配器，即本技术领域中已知的MTA。关于VoIP、视频服务以及MTA的更多信息会在下文中结合图3和图5进一步介绍。
处理电路208被连接至数字通信电路206。处理电路208还可进一步连接以便从信号电平测量电路204接收信号电平测量值。处理电路208含有一个或多个处理器，它们可共同(或单独地)生成与第二组宽带射频信号相关的诊断数据，并以人可以感知的形式完成代表信号电平测量值和诊断数据的信息的传输。
为了传输测量值和诊断数据，分析设备100也优选包括显示器214。显示器214优选为显示分析信息的用户可读式显示器。显示器214也可以用于显示用户选项或选择。在某些实施方式中，显示器214可以采用触摸屏技术，以便直接通过显示器214对设备100进行输入。在这种情况下，显示器214也可以包含输入部分210的一部分。显示器214可以是LCD(液晶)显示器、阴极射线管显示器、等离子显示器或其他类型的显示器。在可选实施方式中，可以通过人可感知形式提供输出的其他元件，如音频系统或类似形式，可用于替代或加上显示器。
任选的输入部分210可用于让技师确认应获取信号电平测量值还是诊断数据，并可进一步识别待测频率或频道。任选的输入部分210可以是键盘、音频传感器和语音识别单元，或者是其他任何将人所发出的信息转换为适当的电信号的设备。
这样，具有以下述方式工作的上述组件的单个设备可被用于产生对经通常广播通信系统所提供服务的质量进行分析有用的数据和测量值。可以由处理电路产生的诊断数据对于评价经有线网络连接获取的VoIP和视频服务的质量特别有用。
图3进一步详细示出了测试设备300的一种示例实施方式，它包括了图2中设备100的功能，并集成了其他测试功能。附加功能对于实现本发明的多项优势并非必需，但确实可以为某些实施方式提供附加功能和优势。图4示出了图3示例设备的外观俯视图。在这里介绍的实施方式中，以下介绍的作为设备300的一部分的所有元件在图4所示的手持式机壳301中均被支持。
如图3所示，设备300被大致分为调谐器电路302、测量电路304和控制/接口电路306。调谐器电路302是一个通常用来获取所选射频频道频率的电路，频道频率包含的可能是模拟广播信息、数字广播信息和/或IP数据包。测量电路板304是一个对所选射频频道频率进行多种测量操作的电路板。控制/接口电路306将测量操作的结果提供给显示器，进而让用户在多种测量操作中选择需要设备300进行的操作。在这里介绍的示例实施方式中，控制/接口电路306还允许用户获取并显示Internet Web页。
调谐器电路包括频率转换电路308、射频(RF)输入/输出(I/O)线309、射频开关310、双工器312和控制接口314。频率转换电路308是一个转换输入宽带信号频率的电路，它使4-1000MHz之间的所选频道频率被转换为以预定义中频(IF)为中心的频带。在美国申请中，预定义中频优选为43.75MHz。在欧洲申请中，预定义中频优选为36.13MHz。已知有多种适用的频率转换电路。典型的频率转换电路包括但不限于未示出的两个混频器和两个本机振荡器，它们以本技术领域中的已知方式配置。频率转换输入电路308包括接收控制信号的控制输入308a，该控制信号对以中频为中心的频带进行标识。
射频I/O 309可连接至HFC网络的端接处，优选是通信网络的同轴电缆端接。因此，例如，射频I/O 309可被连接至图1的用户引入线120。射频I/O 309可用来接收宽带频谱至少为5MHz到1000MHz的宽带射频信号。
双工器312是可在同一信号线318上提供与射频I/O 309之间的双向信号的电路。双向信号包括设备300内生成的上行信号和由射频I/O 309接收到的下行信号。双工器312包括上行输入316、共用信号线318、下行输出320、上行滤波器322以及下行滤波器324。上行输入316被耦合至测量电路304的输出放大器348，该放大器将在下文进一步讨论，从这里它接收到包含数据包的上行射频信号。上行输入316被进一步连接至上行滤波器322。
上行滤波器322和下行滤波器324被配置为具有非交迭通频带，以使上行滤波器322的通频带包括所有上行数字数据包频道的射频频带，而下行滤波器324的通频带则包括所有下行数字数据包频道的射频频带。按照HFC网络的CableLabs和tComLabs标准，上行滤波器322被配置为允许DOCSIS标准的5MHz至42MHz或EuroDOCSIS标准的5MHz至65MHz频带内的射频信号通过，而阻断从约88MHz或108MHz至860MHz或862MHz的频带内的射频信号。类似地，下行滤波器324被配置为允许88MHz至860MHz(在欧洲为108MHz至862MHz)频带内的射频信号通过，而阻断从大约5MHz到42MHz或65MHz频带内的信号。为实现上述目的，上行滤波器322可以是截止频率在55-70MHz附近的适用的低通滤波器，而下行滤波器324则可以是截止频率在75-80MHz附近的适用的高通滤波器。
在任何情况下，上行滤波器322均被置于共用信号线318与上行输入316之间。射频开关310优选是一个具有第一位置和第二位置的双极双掷型开关。在第一位置，射频开关310将射频I/O 309直接连接至频率转换电路308。在第二位置，射频开关310将射频I/O 309连接至共用信号线318，并将下行输出320连接至频率转换电路308。
控制接口314是一个接口电路，例如接收与调谐电路302工作相关的控制信号的串/并口(SPI)电路，并包括为调谐电路302内受控设备提供信号的逻辑电路。通常，由控制接口314接收控制频率转换电路308和射频开关310的信号。针对这些信号，控制接口314向控制输入308a提供信号，使频率转换电路308调谐至指定的频道，并/或使射频开关310处于第一和第二位置中所选择的一个。在这里所介绍的实施方式中，控制接口314可连接以接收来自测量电路304的SLM数字信号处理器366的控制信号，下文将进一步介绍。
测量电路304是一个执行设备300的测量操作或至少在此操作中起重要作用的电路。在图3所示的实施方式中，测量电路304执行模拟电视信号电平测量、数字信号电平测量、调制误码率(MER)和比特误码率(BER)测量、DOCSIS测量，并与控制/接口电路306的控制处理器370一起进行吞吐量和丢包测量。测量电路304(单独或与其他电路结合)可以被配置来执行至少包括上述一部分测试的一组不同的测试，以及其他测试。
测量电路304被进一步大致分为三个电路，其中的一些会共用某些组件。特定地，测量电路304包括数字传输电路326、数字测量电路328、信号电平测量电路330。通常，数字传输电路326可用来生成上行射频信号，以传输到连接至射频I/O 309的网络上。数字测量电路328可用于接收经数字基带信号调制的射频信号，并进行各种频道质量测试，信号电平测量电路330可用于获得对接收到的信号强度的测量值，而不论它是用数字信息还是模拟信息调制。除了在数字测量电路328和信号电平测量电路330内进行的测试之外，数字传输电路326和数字测量电路328一起在被测试网络与控制/接口电路306的处理器370之间进行数字数据包通信。处理器370可以在进行附加测试或测量的过程中使用数据包通信(如以太网数据包)。数字传输电路326包括两条输出路径。第一路径是一个调制解调器电路332，它被连接以接收(但不限于此)自控制处理器370、信号电平测量数字信号处理器(SLM DSP)366以及控制/接口电路306中的扬声器电话集成电路374所传输的数据。第一条路径通常用于DOCSIS通信测试，如VoIP或视频测试，以下将进一步详述。
第二路径是一个调频电路，它包括第一滤波器334、第一振荡器336、混频器340、第二振荡器342以及输出滤波器344。第二路径可用于从控制处理器370向连接至被测网络上的设备传输遥测信号及其他通信信号。以下将讨论，遥测信号可用于传输与对模拟或数字频道频率进行SLM测量有关的详细信息。
特别针对第二输出路径，第一滤波器334被连接以接收将要从控制处理器370发出的数据，并被进一步连接至第一振荡器336的输入。振荡器336的输出被连接至混频器340的一个输入，而第二振荡器342的输出则被连接至混频器340的另一个输入。混频器的输出被送至输出滤波器344。
输出滤波器344和调制解调器电路332的输出被连接至输出射频开关346的可选输入。射频开关346可被控制以提供到输出滤波器344或调制解调器电路332的选择连接。射频开关346的输出被连接至输出放大器348的信号输入。输出放大器348包含连接至调制解调器电路332的控制输入348a。控制输入348a用于调整输出放大器348所提供的放大电平。
这里所介绍的实施方式中的第一振荡器336的输出频率在870MHz和871MHz之间，其取决于从控制处理器370(或DSP 366)接收到的信号。因此，第一振荡器336的输出是以约870.5MHz为中心的调频信号。第二振荡器342提供875.5MHz至935.5MHz之间的选择载频信号。第二振荡器342的输出频率可以由控制处理器370或DSP366进行适当的控制。混频器340接收并混合来自第二振荡器342和第一振荡器336的信号，以生成(但不限于)一个脉冲积(beat product)，它是调频信号，中心载波频率在约5MHz和65MHz之间，具体取决于第二振荡器342的输出频率。输出滤波器344去除混频信号的高频分量，将输出调频(FM)信号送至开关346。
关于第一输出路径，调制解调器电路332采用QPSK或QAM方案来将数字信息调制到载波频率在5MHz和65MHz之间的射频信号上。为此，调制解调器电路332包含DOCSIS1.1调制解调器。Broadcom提供的BCM3352集成电路是一种适合的调制解调器电路332。图5示出了调制解调器电路332的一种示例实施方式以及一种能够完成与调制解调器电路332相关的各种操作的调制解调器电路的通用体系结构。图5的调制解调器电路332基于Broadcom BCM3352体系结构，但有少许修改，以进行这里所介绍的过程。有关BCM3352体系结构的更多详细信息可以从Broadcom Corporation of Irvine，California(加州欧文市Broadcom公司)提供的the Reference Design of the BCM3352(《BCM3352参考设计》)中查阅。所作的少许修改是在BCM3352 CPU的软件中，参阅《BCM3352参考设计》即可完成。
而通常调制解调器电路332包含DOCSIS调制解调器402、多媒体终端适配器(MTA)404、编解码器406、中央处理器(CPU)408、QAM接收器410、QAM发送器412、外部总线接口414、内部总线416、USB收发器418、RS-232收发器420以及SDRAM控制器422。上述所有元件适合集成到单个半导体平台中。与调制解调器电路332的连接包括中频输入424(连接至QAM接收器410)、接收器控制输出426(连接至QAM接收器410)、射频输出428和发送器控制输出430(两者都连接至QAM调制器或发送器412)以及控制/测试数据输出432和434(分别连接至USB收发器418和RS-232收发器420)。
QAM接收器410、QAM发送器412、CPU 408、DOCSIS调制解调器402、MTA404、USB收发器418、RS-232接口420和外部总线接口414全部通过内部总线416连接。DOCSIS调制解调器402被直接连接至QAM接收器410和QAM发送器412。编解码器406被连接至MTA 404，并进一步连接至调制解调器电路332的语音I/O 440。
DOCSIS调制解调器402是一个电缆调制解调器设备，它的多种适用设计在本技术领域是众所周知的。DOCSIS调制解调器402通过HFC或其他有线网络有效地接收并生成接收到的(或要被发送的)IP数据包。正如本技术领域中已知的，DOCSIS调制解调器402可通过标准的电缆调制解调器端接系统(例如图1的CMTS 134)实现与Internet的逻辑连接。
MTA 404是一个可实现支持数据包服务(如电话和视频服务)的电路，这些服务使用Internet协议。为此，MTA404优选包含数字信号处理(DSP)电路。不管怎样，MTA404均被用来将DOCSIS调制解调器402配置为通过DOCSIS调制解调器402进行VoIP和视频数据包通信。在工作中，MTA 404建立连接至提供数据包(如VoIP电话和视频服务)的HFC网络的其他服务器的网络连接。在此网络连接中，正如本技术领域中已知的，MTA 404会获取其自身的IP地址。关于应编程写入用作MTA 404的DSP中的MTA 404功能的详情，可在现有技术规范中获得，并可在 www.cablelabs.com查阅(参见McIntosh，David，“Building a PacketCableTM Network：A Comprehensive Design for theDelivery of VoIP Services”(构建PacketCableTM网络：一种用以提供VoIP服务的全面设计)，SCTE Cable Tec-Expo2002，可在 www.cablelabs.com查阅)，以及这里引用的参考文献，通过参考将其合并入本发明中。
编解码器406是在数字语音数据与模拟语音信号之间进行来回转换的设备。编解码器406被连接以接收来自MTA的数字语音数据，并将数字语音数据送至MTA 404。编解码器406还可进一步从电话I/O端口440接收模拟语音信号，并将模拟语音信号送至该端口。
CPU 408是一个高速处理电路，它控制着调制解调器电路332的运行。CPU 408可接收来自DOCSIS调制解调器402、MTA 404、QAM接收器410和QAM发送器412的信息，并将控制信息提供给它们。CPU 408可通过端口432和434经USB收发器418和RS-232收发器420与外部组件交换数据。Broadcom公司提供的Broadcom BCM3352Reference Design(《Broadcom BCM3352参考设计》)中包含CPU 408的源代码，这些源代码可被修改，以调整调制解调器电路332各种元件的运行情况。如下所讨论，在CPU408内获得的某些数据可用于执行一个或多个系统诊断的测试过程中。外部总线接口(EBI)414提供与外部总线的一个接口，程序闪存442可连接在该总线上。程序闪存442用来保存CPU 408的程序代码。
QAM接收器410是一个可以接收QAM调制信号的设备，调制类型包括64-QAM和256-QAM。QAM接收器410从中频输入424接收这些信号，并在CPU 408控制下将解调后的数字信号流送至调制解调器电路332的其他元件。通过例子，普通Internet包数据(即电子邮件、Web页数据等)以及VoIP或视频数据可通过总线416被送至DOCSIS调制解调器402。CPU 408可以随时从QAM接收器410获取数据。
QAM接收器在现有技术中即可了解，通常包括一个自适应均衡器例程或功能，用于矫正特定类型的线路噪声。来自QAM接收器410的自适应均衡器的信息以及其他信息可被CPU 408用来确认输入QAM信号的比特误码率(BER)或调制误码率(MER)，有时称为簇变化量。由QAM接收器提供的信息确定MER和BER的技术在授予Tsui等人的美国专利第6,233,274号中讨论，在此通过参考将其合并入本发明中。此外，MER和BER信息也可以容易地从BCM3352获得，而且其对本技术领域中了解the ReferenceDesign(《参考设计》)的普通技术人员中的任何一个人而言是很明显的。
QAM发送器412是一个可以接收数字数据包并将数据包调制到射频载波信号上的设备。对于图3中设备300所连接的HFC网，射频载波信号中许多频率中任一个均位于上行射频信号频带中。目前，美国的HFC网为上行数字信号在5-42MHz范围内预留某些频率。在欧洲，上行信号可以在5-65MHz范围内。这里所介绍的实施方式中的QAM发送器412可以使用QPSK或QAM-16调制方式来调制接收到的数据包。QAM发送器412使用的调制类型和载波频率通常由CPU 408、DOCSIS调制解调器402或两者共同来控制。
再参见图3，经过调制解调器电路332的输出路径通常用于传输发往Internet或类似类型网络的包数据。调制解调器电路332可用于将从控制/接口电路306接收到的数据转换为使用Internet协议传输的包数据。调制解调器电路332也可用于将控制处理器370所产生的数字信息转换为使用其他Internet标准协议传输的包数据。
数字测量电路328和信号电平测量电路330都通过分配器350连接至调谐器电路302的频率转换电路308。数字测量电路328包括增益调整放大器352和调制解调器电路332。调制解调器电路332可以接收Internet协议数据包(VoIP、视频或其他)并将输出送至控制/接口电路306上的各种设备。在一种模式(VoIP模式)下，调制解调器电路接收VoIP协议数据包，并将模拟语音信号提供给控制/接口电路306的扬声器电话芯片374。在另一种模式中，调制解调器电路接收IP数据包，并将数据包提供给控制/接口电路306的控制处理器370。而在上述两者之外的另一种模式中，调制解调器电路332向控制处理器370提供BER、MER、丢包、延迟和抖动信息，这在下文将进一步详述。因此，调制解调器电路332允许接收VoIP和视频数据包及其他Internet数据包，以及各种测量的性能，包括BER、MER、丢包、延迟和抖动测量值。
信号电平测量电路330包括SLM混频器354、SLM振荡器355、第一测量滤波器356、第二测量滤波器358、滤波器开关360、增益控制放大器362、模数转换器(ADC)364、数字信号处理器(DSP)366以及可变ADC时钟电路368。
SLM混频器354和SLM振荡器355一起进一步转换输入的中频IF信号，使感兴趣的频带以特定的测量中频IF为中心。而调谐器电路302的频率转换电路308被配置为转换宽带信号，以便特定的频道以中频IF频率为中心，SLM混频器354和SLM振荡器355转换该信号，使该频道信号的特定330kHz频带以所选中频IF为中心。
滤波器开关360可有效地将测量中频信号送至第一滤波器356和第二滤波器358中的一个。对于这里所讨论的测量，滤波器开关360通常将测量中频信号转至第一滤波器356。第一滤波器356是一个330kHz的带通滤波器，通频带以测量中频IF带为中心。这样，第一滤波器356会产生330kHz宽的输出信号，它构成由调谐器电路302所选择的频道的一个选择部分。
增益调整放大器362被配置为向经滤波的中频IF信号提供可变的增益量，而通过开关360将该中频IF信号提供给增益调整放大器362。增益调整放大器362包含控制输入362a，在此它接收来自DSP 366的增益控制信号，如下文进一步详述。增益调整放大器362可连接以将其输出信号送至ADC 364。ADC 364可生成滤波和增益调整后的中频IF信号的数字采样值，并将这些采样值送至DSP 366。这些ADC是已知的。ADC 364应能够以每秒104万到329万次的速率进行采样。ADC时钟电路368基于被采样的输入信号提供控制ADC 364采样率的时钟信号。ADC时钟电路368由DSP 366和/或控制处理器370控制，是可以调整的以使最高采样率基本上仅在必要时才使用，例如在某项特定测试要求高度分辨率的情况下。除此以外的情况将使用较低的分辨率，以节约系统资源。
DSP 366可以根据从ADC 364处接收的多个数字采样值来生成测量信息。根据所接收到的频道是数字信息频道还是模拟信号频道，DSP 366会执行不同的测量信息生成程序。DSP 366还控制着调谐器302、SLM振荡器355和增益调整放大器362的运行。
DSP 366控制调谐器302以提供选择“被调谐至”频道的控制，换言之，即频道频率要由频率转换电路308转换并以中频IF为中心。DSP 366控制SLM振荡器355，以选择要测量频道的部分。特别地，为获得对数字频道的信号电平测量值，会对该频道的若干个330kHz频带进行测量，之后可以对该频道的总体信号电平进行估算。关于此类测量的更多详细信息在下文中进一步给出。
DSP 366控制增益调整放大器362，使提供给ADC 364的采样值处于ADC 364的一个理想量化范围内。特别地，小幅值信号比大幅值信号会获得更大的增益，从而使提供给ADC 364的模拟信号被大致标准化在ADC 364的优选的工作范围内。DSP 366在信号电平测量的计算中使用放大倍数值。
DSP 366可以接收来自控制处理器370的控制信号，该控制信号命令DSP 366来执行特定的测量任务。对于每一项测量任务，DSP 366会进行一组相应的操作。在这里所介绍的实施方式中，DSP 366会有多组不同的操作来进行单个模拟频道SLM、单个数字频道SLM和多频道扫描SLM，但不仅限于此。DSP 366还对测量电路304以及调谐器电路302中的各种元件生成控制信号，如本文全文中所述。
现在讨论控制/接口电路306，控制/接口电路306通常允许技术人员从多种测量操作中进行选择，并进一步提供从测量操作得出的人可以感知的输出。为此，这里所介绍的实施方式中的控制/接口电路306包括控制处理器370、存储器372、扬声器电话电路374、话筒376、扬声器378、键盘380、显示器382和外部接口端口384。
控制处理器370是一个处理电路，它包括微处理器、数字信号处理器、微控制器或其他可用于执行这里所介绍操作的处理电路。在这里所介绍的实施方式中，控制处理器370可能会包含Motorola公司的PowerPC型微处理器。不管处理电路的形式如何，控制处理器370均可连接至存储器372、键盘380、显示器382、外部接口端口384、调制解调器电路332和DSP 366中的每一个。控制处理器370可执行本说明中分配给它的操作，特别是如下文进一步详述的与图5-14有关的内容。存储器372可以是随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、闪存等的适当组合。存储器372包含由控制处理器370执行的程序代码，可用于保存用户偏好、保存测试测量结果，并用于本地计算。
显示器382是一个可用于显示测量结果的设备，并可进一步显示经数字测量电路328从外部HFC接收到的Web页。为此，控制器处理器370包括一个轻型客户界面，例如，Web浏览器，可接收包含标记语言翻译指令(如HTML、XML或其他标记语言)的图形数据文件，这些指令用以解释图形数据文件中的标记语言，以在其上提供基于显示的内容。正如本技术领域中已知的，标记语言是一种与机器无关的数据表示协议，它可以使图形(包括文本)在多种显示器和多种平台上以类似的方式被翻译。这样，控制处理器370会采用一个Web浏览器(或其他轻型客户界面)来解释所接收到的图形文件，并让这些文件以一致的方式提交到显示器382上。
为方便在手持式设备中的使用，显示器382优选是一个相对较小的显示器，要小于16平方英寸(1平方英寸＝0.064516平方米)。目前，显示器382优选是一个320×240像素的液晶显示器，对角线尺寸为3.8英寸。液晶显示器应能平衡紧凑性、成本效益(cost-efficiency)和功率效率(power efficiency)等各方面的需求。
键盘380可以是一个字母数字键盘，或是可在其中输入数字和/或字母的按钮执行器的其他组合。(参见图4为例)。键盘380优选带有箭头键(用于移动光标或从所显示的项目中选择)。在某些情况下，专用功能键和箭头键的组合是足够的。通常，按键数最少的键盘380即可让用户从要进行的多个测试中进行选择。键盘380优选还要带有至少一组数字键，以便输入要进行测量的特定频道或频率的数值。键盘380的示例布局参见图4。设备300的外部接口端口384可被用于经由处理电路370的本地或远程通信。
扬声器电话集成电路(IC)374执行音频双工、反馈抑制、放大及其他通常与扬声器-电话有关的操作。扬声器电话IC 374适宜采用Motorola公司的MC34018DW集成电路包，可从调制解调器电路332接收模拟音频信号，并将放大后的模拟信号送至扬声器378。扬声器电话芯片374还可以进一步对话筒376进行偏置并从那里接收话筒信号。扬声器电话芯片374可向调制解调器电路332提供话筒信号。
以下结合设备300的各种操作来介绍控制处理器370的运行情况。通常，用户可以通过键盘380在多种操作中选择一个，包括但不限于模拟频道SLM、数字频道SLM、模拟频道扫描、数字频道扫描、数字频道MER/BER质量测量、HFC系统吞吐量和ping测试，以及VoIP和视频延迟、丢包和抖动测试。下文将详细介绍每一种操作。
模拟频道SLM(视频)
设备300的第一种操作是模拟频道SLM。特别地，客户端所接收到的模拟电视信号的信号电平是类似图1中系统110的HFC系统的一个测量指标。模拟频道SLM可用于评价向用户提供的新的模拟有线服务，或者对已有的模拟有线服务进行故障排查。用户可以通过显示器382和/或键盘380选择模拟频道信号电平测量选项，以选择测量特定的频道，然后通过输入频道号或频率数值来选择要测量的频道。
图6示出由图3中测量设备300中的各种处理元件进行的一组示例操作，旨在对频道频率为fN的频道N进行信号电平测量。同时参照图3和图6，控制处理器370首先将模拟频道SLM命令和频道标识值送至DSP 366(模块505)。频道标识值对应于要测量的频道N和/或频道频率fN。模拟频道SLM命令对应于对频道N执行模拟频道信号电平测量的请求。
DSP 366将对应于频道N(模块510)的调谐控制信号送至调谐器电路302的控制接口314。控制接口314向频率转换电路308提供相应的控制信号，使频率转换电路调谐至频道频率fN。通常，这样的信号将使频率转换电路308内的本机振荡器提供对应于频道频率fN的特定的本机振荡器(LO)频率。也可以采用其他已知的方法。DSP 366还可以向控制接口提供一个控制信号，使开关310实现输入309与频率转换电路308之间的直接连接。
针对这些信号，频率转换电路308从射频I/O 309接收宽带信号，该接口连接至宽带陆基网络(例如如图1中网络110所示的HFC网络)。频率转换电路308转换信号，使频道频率fN以调谐器电路302的中频IF为中心。经过频率转换的输入信号传播至测量电路304的分配器350。分配器350将此中频IF信号送至测量混频器354。
与此同时，DSP 366将一个信号送至测量LO 355，使测量LO 355产生一个预定的LO频率fANLO，用于进行模拟频道测量(模块515)。频率fANLO在与中频IF信号混频时，会转换中频IF信号，使所需频道的所需子频带以约10.7MHz为中心，该频率是测量滤波器356的中心频率。
对于从DSP 366接收到的控制信号(模块515)，测量LO 355会将频率为fANLO的振荡器信号送至测量混频器354。测量混频器354会将转换后的宽带输入信号与振荡器信号混频，以生成一个新的转换信号，在该信号中频道N的所需部分以约10.7MHz为中心。中频IF滤波器356会对新的转换信号进行滤波，以生成主要仅包含频道N所需部分(约330kHz的信号频带)的中频IF信号。该经转换的宽带输入信号的其余部分基本被滤出。
该6MHz频道信号的330kHz部分被选择，以使用于信号电平测量的电视信号部分被保留。为了测量6MHz频道信号的视频部分，同步脉冲被保留。其结果是，通过滤波器356的该6MHz频道信号的330kHz部分仍保留有很多或全部同步脉冲信息。
特别地，对于模拟电视信号，优选通过在标准电视信号的场消隐期内测量脉冲幅值的方式来进行信号电平测量。由于测量滤波器356具有330kHz的通频带，对于模拟信号，要测量的频道N的所需部分应该处于6MHz(美国)或8MHz(欧洲)频道N的330kHz频带内，在此频带内场消隐期的脉冲很容易被检测。正如本技术领域中已知的，这样的330kHz频带在6MHz频道频带内是相对较低的。
在任何情况下，经滤波的中频IF信号会从滤波器356传播至增益调整放大器362。增益调整放大器362向中频IF信号提供预定的初始增益量(模块525)。ADC 364从放大器362接收经过增益调整的10.7MHz中频IF信号，并以100至329万次采样/秒的采样频率对中频IF信号采样。ADC 364将采样中频IF信号送至DSP 366。
在接下来的处理中，DSP 366使用对应于所接收中频IF信号同步脉冲部分的脉冲来获得信号电平测量值。特别地，如上文所讨论，频道N包含具备标准模拟电视信号分量的模拟电视信号。正如本技术领域中已知的，每个电视帧(即瞬时屏幕显示)由两个场组成，每个场有一组线。在每个场的结束处有标准电视信号的控制部分，称为场消隐期。场消隐期包括(但不限于)场同步脉冲。这些脉冲通常用于测量模拟信号频道，因为脉冲的幅值与视频节目内容无关。换言之，在理想情况下，每个模拟电视信号的场同步脉冲的幅值均相同。因此，对这些脉冲的测量可给出信号强度相对提示。
这样，DSP 366(模块520)使用接收到的采样中频IF在频道N上电视信号的场消隐期内获取同步脉冲。同步脉冲标识可以包括确定构成对应于电视信号场频率的重复图样的最大幅值采样。DSP 366可以采用本技术领域中已知的多种同步脉冲标识技术中的任何一种。
而获取同步脉冲等效值的一种方法就是简单地根据基带信号获得最大值。因为最大采样值通常都是那些对应于同步脉冲的值，它们不需要进行定时相关操作即可实现对模拟电视信号信号电平的精确而可靠的测量。这样，在最小值处，DSP 366会对输入脉冲进行全波整流，然后获得最大值。最大值通常对应于模拟电视信号的同步脉冲部分。
此后，DSP 366将对应于场消隐期内同步脉冲的采样值进行求和，以获得若干此类脉冲的平均值或总和(模块530)。被求和或平均的同步脉冲(或最大值)样本数对应于一段停留时间，它标识频道测量的持续时间。此停留时间应相对短，只要人可感知即可(即不超过几秒钟)，但要足够进行一次充分的统计采样，例如，至少要足够获得对应于几个场消隐期的采样值。
DSP 366将求和的同步脉冲采样值转换为标准输出单位数值(模块535)。为此，DSP 366使用一个因数来缩放求和采样值，该因数由增益调整放大器362用来缩放中频IF信号的增益因数控制。最终值构成传送至控制处理器370(模块540)的信号电平测量值。作为对传送给它的这个值的响应，控制处理器370会将表示信号电平测量值的信息显示在显示器382上(模块545)。信号电平测量值可以通过图形或文本或两者组合的方式显示。
模拟电视信号还具有处于6MHz频带内的音频载波。对于任何频道的音频载波，SLM测量均可以通过采用LO 355转换输入中频信号以使音频载波以10.7 MHz为中心的方式来实现。然后DSP 366可以简单地获得音频信号采样值的求和值作为信号电平测量值。
数字信号电平测量
设备300的另一项操作是数字频道SLM。特别地，数字电视信号或者甚至数字数据信号(如携带Internet数据包的信号)的信号电平是HFC系统运行情况的一项测量指标。在新的或现有的模拟服务中，执行数字频道SLM可用于评价数字有线服务。对于新的服务，此测量可以保证通往每个客户的物理设施信号路径的质量。对于现有的服务，此测量可用于对特定频道或频道组的问题进行排查。
为进行测量，设备300被连接至客户引入线(例如图1的引入线120)，或者在客户的实际场所内。为连接设备，技术人员应将射频I/O 309耦合至HFC或电缆系统中的同轴电缆端接。之后技术人员可以通过显示器382和键盘380选择数字频道信号电平测量选项，以选择测量某个特定频道，再通过输入频道号或频率数值选择要测量的频道。
图7示出由图3中测量设备300的各种处理元件所进行的一组示例操作，其目的是对频道频率为fN的频道N进行信号电平测量。同时参照图3和图7，控制处理器370首先将数字频道SLM命令和频道标识值提供给DSP 366(模块605)。频道标识值对应于要测量的频道N和/或频道频率fN。数字频道SLM命令对应于对频道N进行数字频道信号电平测量的请求。
DSP 366将对应于频道N(模块610)的调谐信号送至调谐器电路302的控制接口314。控制接口314向频率转换电路308提供相应的控制信号，使频率转换电路以类似于上文所述的方式(模块510，图6)调谐至频道频率fN。DSP 366还可以向控制接口提供一个控制信号，使开关310实现输入309与频率转换电路308之间的直接连接。
针对这些信号，频率转换电路308从射频I/O 309接收宽带信号，该接口连接至宽带陆基网络(例如如图1中网络110所示的HFC网)。频率转换电路308转换信号，使频道频率fN以调谐器电路302的中频IF为中心。经过频率转换的输入信号传输至测量电路304的分配器350。分配器350将此中频IF信号送至测量混频器354。
与此同时，DSP 366将计数器m设置等于0(模块615)。DSP 366将信号送至测量LO 355，使测量LO 355产生对应于待测数字频道第m个频带的LO频率fLOm(模块620)。频率fLOm对应于与从分配器350接收到的转换输入信号相混合的频率，以便使频道N的所需部分以约10.7MHz为中心。
通常，数字频道SLM的处理方式与模拟电视信号不同，因为数字频道的特性不同。数字频道通常包含QAM或QPSK调制的数字信息。任何一个瞬间的信号幅值均不能作为实际情况进行预测。因此，数字频道SLM通常需要测量频道内若干子频带的能量。
例如，图8示出一个数字频道N的示例频谱702。测量设备300所用数字频道的方法是获得数字频道N的多组M个不同频带7040，7041，...，704M-1的能量电平测量值。可选择M个不同的频带，以使频道带宽702以下的整个区域基本上“被涵盖”，如图7所示。作为选择，通过选择跨频道带宽但频带间隙较大或较小的一组M个不同频带，可实现对频道的测量。频谱702中未被测量的间隙的能量电平可以由被测量的频带进行插值获得。
再次参照图7，DSP 366(模块620)将fLOm设置在起始频率fLOS加m*(fstep)处，其中fLOS是中频IF频道带的起始频率，m是频带计数器，fstep则是被测频带之间的频率步长。在这里所介绍的示例实施方式中，fstep约等于能量测量值的带宽，或330kHz。
在任何情况下，对于从DSP 366接收到的控制信号(模块620)，测量LO355会将频率为fLOm的振荡器信号送至测量混频器354。测量混频器354将经转换的宽带输入信号与振荡器信号进行混频，以生成一个新的转换信号，在该信号中频道N的所需部分(即图8的频带704m)以约10.7MHz为中心。中频滤波器356会对新的转换信号进行滤波，以生成主要仅包含频道N所需部分(约330kHz的信号频带)的中频信号。经转换的宽带输入信号的其余部分基本被滤出。经滤波的中频信号会传至增益调整放大器362，增益调整放大器362将增益经过调整的中频信号送至ADC。之后ADC 364将采样中频信号送至DSP 366。
DSP 366会调整增益调整放大器362的增益，以使ADC 364所生成的采样值处于ADC 364(模块625)动态范围的一个良好的工作窗口内。这样，DSP 366就会使用接收到的采样值来决定适当的调整。该调整可以按图7中所示顺序进行，或者采用此过程中的其他部分。
此后，DSP 366将采样值相加，以获得采样值的运行总和，优选针对先前应用的增益调整(模块630)进行标准化。DSP 366保存频道N的全部M个测量频带的采样值运行总和。这样，DSP 366通过多次执行此部分过程来维护运行总和(模块615、620和630)。
加至运行总和的采样数对应于测量的停留时间。该停留时间应获得足够的采样值，以便求和的采样值可以代表频带m的全面分布的随机采样。特别地，中频信号包含不时表现为伪随机的调制QAM信号，正如本技术领域中已知的。通过采用足够的采样值来利用数字QAM信号的伪随机性质，对数字频道SLM数据内容的任何不良影响即使不能消除，也会被大幅降低。然而，此停留时间应相对短，只要人可感知即可(即不超过几秒钟)。
在任何情况下，只要频道N的频带m的采样值已被累积，DSP 366(模块635)就会使计数器m递增。DSP 366判定m是否等于要进行测量的频带总数M(模块640)。如果是，则DSP 366将按如下所述转换采样(模块645)。如果不是，DSP 366会在m已被递增的情况下将测量LO 355调整为fLOm(模块635)。此后DSP 366将按上文所述进行。
DSP 366会将求和的采样值转换为以标准输出单位表示的值，如有必要，还会将最终SLM值送至控制处理器370(模块645)。如果在上述测量过程中增益被调整多次，则应采用增益调整放大器362在记录采样时所使用的增益值对每个采样值进行标准化，同样如上文所述(模块630)。在任何情况下，控制处理器370都会接收到该信息(模块650)。控制处理器将代表信号电平测量值的信息显示在显示器382上(模块655)。信号电平测量值可以通过图形或文本或两者组合的方式显示。
扫描测量
对于数字和模拟信号测量，可能都需要扫描测量。扫描测量是对一系列频道进行的SLM式测量，优选采用预定的顺序进行。待扫描频道可由技术人员决定，并通过键盘380和/或显示器382输入。作为选择，待扫描频道可以通过数字测量电路328接收的数字信号传送，或预先编入存储器372中。
通常，DSP 366会执行对扫描列表上多个频道中的每一个自动进行测量(例如图5或图6中所示的测量)的扫描方法。在某些情况下，没有内容的频道不会被测量，而在其他情况下，未使用的频道可以携带用于扫描测量的测试信号。某些扫描方法，包括那些需要将测试信号插入一个未使用频道的方法，都要求与位于有线系统头端的另一个测试设备进行配合。
特定的遥测信号可用于与另一个测试设备进行配合。遥测信息可以确认诸如需要测试信号的频道标识等信息。控制处理器370通常会生成遥测信息，并将遥测信息送至数字传输电路326。之后，数字传输电路326对遥测信息进行频率调制，并使用调谐器电路302将包含遥测信息的射频信号上行传输至HFC网络。
各种下行频道扫描方法在本技术领域中是已知的。
DOCSIS测试
设备300的另一测试功能是测试待测HFC系统中物理层连接的物理层特性。同样参见图1，有多项测试用于测定HFC网络110上的个别客户端122与CMTS 134或网络头端112的其他元件之间的物理层高速数据链路的效能。
图9示出一个或多个处理器进行物理层测试时可以采用的一种示例流程。通常，控制处理器370和调制解调器电路332的CPU 408(如上所述，优选为Broadcom BCM3352调制解调器电路)可进行图9中所示的处理。
控制处理器370将一个控制信号发送至CPU 408，以进行对DOCSIS调制解调器402的物理层测试(模块805)。控制处理器370通过RS-232连接434或USB连接432提供控制信号。在调制解调器电路332内，RS-232收发器420或USB接收器418将控制信号通过总线416传至CPU 408。通常，物理层测试会涉及DOCSIS调制解调器402到系统CMTS的连接的初始部分。该连接的这一初始部分在本技术领域中称为测距(ranging)。以下将更详细地讨论DOCSIS调制解调器测距操作(模块810至820)。
此外，(模块805)，一个或多个处理设备(CPU 408、控制处理器370、DSP 366)可确保射频开关310处于使射频I/O 309连接至共用输入线318而频率转换电路308连接至双工器电路312的下行输出320的位置。在一个例子中，控制处理器370将一个适当的控制信号送至DSP 366，DSP 366将相应的控制信号通过调谐器接口电路314送至射频开关310。此外，也可以使用其他控制信号，同时仍然实现本发明的许多优点。
CPU 408通过使用调制解调器电路332的元件进行操作来开始测距操作，以获取下行频道(框810)。这些操作对于本技术领域中的那些普通技术人员是已知的，且被预先配置在BCM3352调制解调器电路中。正如本技术领域中已知的，这些操作通过向CTMS134发送信令来完成。
通常，与CMTS 134的信令及其他通信是通过在CMTS 134与DOCSIS调制解调器402之间经双工器电路312、射频I/O 309、用户引入线120(图1)、网络分支线118、电缆设施116、光纤/数字转换节点126、光纤设施114、光纤/数字转换器124和组合器136来传输信息而实现的。关于此通信路径的更多详情在下文中连同图10给出。
CPU 408通过使DOCSIS调制解调器402与CMTS 134的时钟保持同步来继续测距操作(模块815)。这些操作也是已知的，且被预先配置在BCM3352调制解调器电路中。CPU 408还使用调制解调器电路332和输出放大器348的元件(通过控制输入348a)来执行操作，以获取上行频道并确定适当的调制类型(QPSK或QAM)以及确定使该频道和调制类型达到足够的传输质量所必需的放大倍数(模块820)。这些操作也是已知的，且被预先配置在BCM3352调制解调器电路中。
CPU 408向控制处理器370发送传输增益电平、传输频道中心频率以及调制类型等信息(模块825)。这些信息可容易地从CPU 408获得。例如，上述《BCM3352参考设计》中提供了从BCM3352的CPU获取信息所必需的信息。CPU 408优选通过总线416和RS-232收发器434或USB连接432向控制处理器370发送信息。
控制处理器370使显示器380显示代表传输增益电平、上行频率和调制类型或其中一部分的信息(模块830)。其他诸如所分配下行频道等信息也可以由CPU 408提供并显示，另外还包括其他信息。
如果测距操作中的任何处理失败，则与该失败有关的信息也会由CPU 408发出。例如，BCM3352的CPU 408会自动生成一个标识测距操作失败的来源的错误值或标志，如获取下行频道失败、与CMTS时钟同步失败或配置上行频道失败。在这里所介绍的实施方式中，CPU 408被配置为向控制处理器370发送故障标识信息。之后控制处理器370可以显示表示故障的信息。
调制解调器注册测试
由设备300进行的另一项测试与通过宽带系统的CMTS在调制解调器电路332的DOCSIS调制解调器402与Internet之间建立IP层连接相关。该测试有许多应用。例如，参见图1，如果一个或多个客户端122在连接Internet 150时遇到困难，问题与IP层连接问题有关，而这在上述物理层通信测试中并不一定能够明显表现出来。IP层连接问题可能导致获取IP地址失败、配置不当等问题。IP层连接问题可能位于头端112的CMTS134(或其他服务器)不当配置引起。
图10示出可以用于进行一组IP层测试的一组示例操作，旨在确定DOCSIS调制解调器的连通性。通常，设备300尝试对网络上某个位置处被测系统的DOCSIS调制解调器402建立调制解调器注册。设备300获取并显示各种与IP连接有关的值，以提示建立IP连接所必需的各种元件是否在正常运行。如果此测试给出了预期的结果，则认为与DOCSIS调制解调器402的IP连接在正常工作。
该测试的一项优点是它有助于区分网络110的IP元件(其中大部分位于网络头端112)的问题与客户端设备(如客户电缆调制解调器130或相连的客户端设备，如计算机)的问题。
现在参见图10，并参考图1、3和5，控制处理器370将一个控制信号发送至CPU 408，以使DOCSIS调制解调器402进行调制解调器注册测试(模块905)。注册是DOCSIS调制解调器与HFC或其他有线网络的CMTS建立IP层连接时所执行过程的一部分。控制处理器370通过RS-232连接434或USB连接432提供控制信号。在调制解调器电路332内，RS-232收发器420或USB接收器418将控制信号通过总线416传送至CPU 408。
此外，(模块905)，一个或多个处理设备(CPU 408、控制处理器370、DSP 366)可确保射频开关310处于使射频I/O 309连接至共用输入线318而频率转换电路308连接至双工器电路312的下行输出320的位置。关于此过程的更多信息在上文讨论过(模块805)。
CPU 408使调制解调器电路332的元件进行测距操作(模块910)，类似于上文所讨论的(图9的模块810、815和820)。CPU 408(及控制处理器370)也可以任选使上文所述物理层特性进行显示(图9的模块825、830和835)。如果测距失败，CPU 408和控制处理器370可以通过显示器382一起传输关于该失败的信息，如上文结合图9的讨论。
如果测距操作成功(模块910)，则CPU 408将通过从头端网络112获取一个IP地址来继续注册过程，并且特别地，正如本技术领域中已知的，DHCP 144分配IP地址(模块915)。特别地，正如本技术领域中已知的，CPU 408和DOCSIS调制解调器402共同产生一个请求，以获得IP地址并连接至Internet 150，或至少连接至本地头端网络138。该请求的形式是一个或多个标准以太网数据包，它们带有通过Internet 150进行通信所需的适当的头部信息和格式。QAM发送器412接收数据包并按照测距时确定的频率和调制类型对数据包进行调制(模块910)。QAM发送器412将经调制的数据包送至放大器348，后者再对经调制的数据包信号进行放大。放大器348将经调制的数据包信号送至双工器电路322的上行输入316。该信号先后通过上行滤波器322和共用信号线318传输至射频I/O 309。
同样参见图1，假设射频I/O 309被连接至网络上连接有分析设备100的位置，经调制的数据包信号传送至客户端122的系统110。对于所有上行信息，调制信号通过相关的用户引入线120、网络分支线118和电缆设施116上行传输至节点126。节点将射频信号转换为一个光学信号，并将此信号送至头端光纤/射频转换器124。头端光纤/射频转换器124将信号转换回射频信号，并将该信号经分配器136送至CMTS 134。
之后CMTS 134与服务器网络138上的其他元件(以及DOCSIS调制解调器402)一起与DOCSIS调制解调器402建立IP连接。为此，由TFTP 140来识别标识其服务参数的DOCSIS调制解调器402的配置文件，TOD服务器142来协调从DOCSIS调制解调器402传输出和传输至DOCSIS调制解调器402的数据包的时间戳信息，而DHCP服务器144则分配IP地址。上述调制解调器注册操作以简化方式介绍，因为它们通常是本技术领域中已知的。这些操作可能涉及CMTS 134与调制解调器电路332之间的附加上行和下行通信。
下行信号通信的方式与上行信号通信类似。下行信号被调制到注册时分配给调制解调器电路332的下行射频频道(模块910)上。下行信号沿网络110经头端光纤/射频转换器124、光纤设施114、转换节点126、电缆设施116、网络分支线118和用户引入线120下行传输至测量设备300的射频I/O 309。
在用户设备300内，下行数据包经开关310和共用信号线318传输。由于分配给DOCSIS调制解调器402的下行频道处于80MHz与1000MHz之间(美国)的指定下行频谱中，接收到的射频信号会被上行滤波器322拒绝，并由下行滤波器324传送。因此接收到的射频信号会通过下行输出320传输至频率转换器308，后者已通过CPU 408、控制处理器370和DSP 366调谐至一个预定的频率。随后下行信号将通过分配器350和接收器放大器352传至QAM接收器410。QAM接收器410对接收到的信号进行解调，并在CPU 408控制下将数据包送至DOCSIS调制解调器402。
在上述注册过程中，正如本技术领域中已知的，CMTS 134会向调制解调器电路332发送TFTP服务器140、TOD服务器142和DCHP服务器144的IP地址(但不限于此)(模块915)。CPU 408将获取并保存这些信息以备以后使用。CMTS 134从TFTP服务器140下载配置文件到调制解调器电路332，同时CPU 408也会保存或至少可以访问这些文件(模块920)。该过程的这些部分(模块915和920)是正常的DOCSIS注册过程所固有的。
CPU 408将它所获得的各种IP连接信息送至控制处理器370，优选通过USB收发器418和USB连接432进行(模块925)。这里所介绍的实施方式中的IP连接信息包括包括DHCP服务器144分配给DOCSIS调制解调器402的IP地址，TFTP服务器140、TOD服务器142、CMTS 136和DHCP服务器144的IP地址，以及DOCSIS调制解调器402配置文件的名称。IP连接信息也可以包含其他IP连接信息中明示或暗示的关于注册是否成功完成的基本提示。
控制处理器370会从调制解调器电路332的CPU 408获取IP连接信息(模块930)。控制处理器370会使部分或全部IP连接信息被显示(模块935)。通过显示这些信息，技术人员可以了解IP连接操作，这些信息可通过多种方式中的任何一种来使用。例如，各服务器140、142、144的IP地址显示可以有助于确定CMTS 136是否被正确标识，以及是否在与位于头端112的适当元件进行通信以建立IP连接。
为此，技术人员可以将CPU 408所报告的服务器IP地址与预期的值进行比较。技术人员可能能够访问服务器网络138的实际IP地址，并由此进行目视比较。或者，控制处理器370(和/或存储器372)可预先编入各头端服务器的实际IP地址(即在测试之前)，然后再与那些服务器“报告”的或测得的IP地址相比较。控制处理器370可以使这种比较的结果被显示出来，并/或显示已编入的和报告的IP地址。
类似地，对接收自CPU 408的配置文件名称的显示也可以供技术人员确认TFTP服务器140的位置和运行是否正常(但不限于此)。为此，技术人员(或控制处理器370)可以将配置文件名与DOCSIS调制解调器402的已知配置文件名进行比较。此外，由于DOCSIS调制解调器402是测量设备300内的一个专用测试调制解调器，故配置文件名应可通过一个独立来源获得。
如果在注册操作中任何元件发生故障，与该故障有关的信息也会由CPU 408发出。BCM 3352的CPU 408可自动生成测距和注册操作中的各部分中故障的错误代码。如果这些故障出现，CPU 408会被配置为将故障标识信息发送至控制处理器370。此时控制处理器370可以显示代表该故障的信息。
高速数据上行性能测试
测量设备300的上行性能测试(UPT)操作可测量从DOCSIS电缆调制解调器(CM)到位于混合光纤同轴电缆有线电视网络头端的CMTS 134的上行数据流的若干特性。上行性能受到客户端服务点122的射频特性、HFC网络110其余部分的进入特性以及来自其他电缆调制解调器130的数据流量的影响。
为进行UPT操作，测量设备300可以直接连接至位于客户端122的射频同轴电缆或客户电缆调制解调器130的数据端口，例如以太网端口(见图1)。该直接连接应通过直接连接至图3中控制处理器370的一个通信端口来实现。控制处理器370在任一连接模式中均可进行多种相同的上行数据流测试。在数据连接模式中，处理器370充当一个上行数据源，上行数据会通过连接在被测服务点的电缆调制解调器130被发送。在射频连接模式中，处理器370充当一个数据源，同时也作为连接在被测服务点的电缆调制解调器(DOCSIS调制解调器402)。在射频模式中只能进行一种测试，因为它必须以比通过客户的电缆调制解调器130低的层次上改变数据。
UPT会测试以下上行性能特性中的任何一部分或全部：
1.由位于测试服务点的电缆调制解调器402或130所发数据包的丢包率；
2.位于被测服务点的电缆调制解调器402或130的上行数据吞吐量；
3.由电缆调制解调器402所发出的数据包的上行比特误码率(BER)；
4.电缆调制解调器402的CMTS 134处的信噪比(SNR)；
5.同一网络并共享同一上行数据频道的其他电缆调制解调器的性能统计(电缆调制解调器池统计值)；
6.测试电缆调制解调器130性能测量值与电缆调制解调器池中性能测量值的比较；
许多测试会使用Internet协议(IP)的功能。此协议的一个子集——Internet控制消息协议(ICMP)中包含一种可从一个网络设备发送到另一个网络设备的回波请求(EchoRequest)消息。在此消息中源设备和目标设备由其各自的IP地址指定。目标设备对回波请求的响应就是将一个相同长度的回波响应(Echo Reply)消息发回回波请求源。此协议就是通常所知的“ping”。
在上行丢包测试中，控制处理器370使ping数据包发送至CMTS 134。上行频道的噪声可能使这些包中的一部分被破坏，使它们在CMTS 134处不可识别。到达CMTS 134的数据包将使之发送回波响应。其中的一些可能会由于下行频道的噪声而损坏或丢失。
为了区分两类丢包情况，UPT使用简单网络管理协议(SNMP)来读取CMTS 134的上行数据包计数器。它在ping序列发送之前和之后都会读取这些计数器。在UPT的一种实施方式中，DOCSIS协议在电缆调制解调器处使用前向纠错(FEC)编码(402或130)以降低丢包率。在本实施方式中，丢包测试只将那些超过FEC解码器纠错容量的损坏包计为丢包。上行数据吞吐量测试把稳定的消息流装载在上行数据流上。此测试用测量时间段内发送的比特数除以时长，来确定上行吞吐量。
在上行吞吐量测试中，由控制处理器370引发加载上行数据流的ping。CMTS 134会限制测试电缆调制解调器的总吞吐量，而不只是上行。为了获得最佳的上行性能，UPT必须将下行负载保持在最小。UPT利用标准ICMP回波请求的变化，使较大的上行数据包产生较小的下行响应。这种变量是在以太网层上对上行请求增加额外的填充内容，而不是在ICMP层上。CMTS 134会发送与ICMP请求长度相匹配的响应，但不会包含以太网层填充的内容。
上行比特误码率根据上行数据包错误数和数据包中的比特数来进行计算。它可禁用或减小上行频道中的前向纠错，从而使得单一比特或数量小且受到控制的符号错误即可导致数据包错误。为此它可以使用以下两种方法：
a.对于DOCSIS 1.1及更高版本，控制处理器370和/或CPU 408可建立动态服务流(上行数据流)并选择所应用的误码校正量。
b.对于不具备动态服务流功能的DOCSIS 1.0，它可以决定FEC可以纠正的符号数。控制处理器370和/或CPU 408在FEC对数据编码之后、发送之前插入多个符号错误。为了禁用或减少FEC，它会加入代码的符号校正容量与测量所需的校正容量之间的差值。
BER计算还要求对失效数据包中的错误比特数进行统计估算。这一过程可采用从被测数据包错误率所获得的频道噪声分布统计模型。
测试电缆调制解调器的信噪比(SNR)和接收到的功率电平直接由CMTS 134测量，CMTS 134中可以适当包含与设备300中类似的SLM设备。控制处理器370可以使用调制解调器电路332定期用SNMP来请求这些值。设备300也会读取同一上行频道上其他有效的电缆调制解调器(active cable modems)的SNR和接收到的功率电平。此外，使用SNMP请求，设备300可获得电缆调制解调器的IP地址，并向它们发送SNMP请求，以获得它们的传输电平。对于每个电缆调制解调器，UPT会从发送功率电平中减去接收功率电平，以获得其上行路径损耗(UPL)。之后它会显示对上行频道上一组大采样的最低、最高和平均SNR及UPL。为了使被测电缆调制解调器的性能与上行频道上的其他电缆调制解调器建立关联，UPT显示被测电缆调制解调器的测量值落在采样集中电缆调制解调器所获得的值的范围内。
UPT使用对CMTS的SNMP请求来获得采样集中电缆调制解调器的其他性能指标。CMTS会测量并报告每个电缆调制解调器的路径延迟时间。UPT会定期请求对采样集中其他电缆调制解调器接收到的字节计数。对于采样集中的每个电缆调制解调器，它会将字节计数差值除以在各请求之间所经历的时间，以获得上行数据率。
下行吞吐量和Ping测试
控制处理器370和CPU 408也被配置以执行下行Ping和吞吐量测试。通常，控制处理器370首先获得一个IP地址，并被注册为客户端设备。之后控制处理器370将执行ping测试。对于吞吐量测试，控制处理器370会请求下载保存在头端112上的一个大文件。
通过有限时间段内接收到的数据量可以得出实际吞吐量。由于可能存在的与USB收发器418和RS-232收发器420相关的下载速度问题，优选进行下行吞吐量测试时下行数据包通过CPU 408接收和“计数”。为此，CPU 408可被编程为“监听”发往控制处理器370的IP地址的IP数据包，至少针对下载吞吐量测试要这样。在测试之后，CPU408不会再监听发往控制处理器370的IP数据包。
在这样一种实施方式中，CPU 408会将代表所测吞吐量的信息传送至控制处理器370。之后控制处理器370会使这些信息显示在显示器370上，并/或将吞吐量与一个或多个阈值进行比较。
VoIP性能测试
测量设备300还可以向技术人员提供关于被测网络(如图1的网络110)上VoIP服务质量的信息。特别地，如下文详述，测量设备300会向技术人员显示针对VoIP服务质量的各种测量指标，包括丢包、延迟(或等待时间)和抖动。图11示出测量VoIP服务质量的一个实例过程。
为此，控制处理器370将一个VoIP测试命令送至调制解调器电路332的CPU 408(模块1005)。CPU 408可与调制解调器电路332的其他元件一起执行DOCSIS调制解调器402的测距和注册(模块1010)。为实现这些操作，CPU 408会适当执行上述图9和图10中相关的处理。此外，CPU 408和控制处理器370可以一起促成由测距和注册操作得到的测试信息的显示，如上结合图9和图10所述。与普通高速数据IP连接不同的是，初始注册和测距操作需要发出针对VoIP连接的请求。这些操作在本技术领域中是已知的。此外，BCM3352电路被预配置以执行这些操作。
在任何情况下，一旦DOCSIS调制解调器402被注册，CPU 408会与DOCSIS调制解调器402和MTA404一起将MTA404按照VoIP服务进行注册(模块1015)。同样，与注册MTA相关的具体信息也是本技术领域中已知的，而BCM3352电路则被预配置执行此操作。注册的结果是，MTA 404获得一个IP地址。其他服务器146会执行附加的信令，以通过POTS中心局来获得普通旧式电话服务(POTS)电话连接。正如本技术领域中已知的，在MTA 404注册并获得一个电话中心局连接时，代表连接可用的信息可从头端112被发送至调制解调器电路332。
在接收到这些信息时，调制解调器电路332会产生一个拨号音，该拨号音通过编解码器406传送至扬声器电话芯片374。扬声器电话芯片374向扬声器378发送一个信号，而后者会由此产生人可以听到的拨号音。一个电话号码被“拨叫”(模块1020)。特别地，一旦MTA 404获得了IP地址，CPU 408就将通知控制处理器370，后者再使扬声器电话芯片374自动产生预定的电话号码的音频拨号序列。作为选择，由于MTA 404的成功注册会导致扬声器378发出可以听到的拨号音，技术人员可以使用键盘380来拨出电话号码。该电话号码可以是任何有效的电话号码，但优选是与语音再生或语音仿真设备相关的电话应答系统，该系统可以通过电话连接提供可以测量的音频数据。作为对所选电话号码的响应，MTA 404和DOCSIS调制解调器402会一起将被拨叫的电话号码信息送至头端112和适当的VoIP服务器。
根据发起的呼叫是否导致与其他电话设备连接，会有不同的动作发生(模块1025)。如果发起的呼叫获得应答，且经过VoIP连接的某些音频信号交换已经发生，则CPU 408将获得一个或多个RTCP数据包，它们是一个标准VoIP数据流的控制数据包(模块1030)。这些RTCP数据包中包含(但不限于)用来标识规定呼叫时段内延迟、丢包和抖动的信息。该延迟是通过HFC系统(换言之，即头端112与DOCSIS调制解调器402之间)传输的数据包的平均延迟。由于在电话服务期望获得特定的服务质量，所以由HFC系统增加的延迟必须在特定的范围内。
抖动是在系统内传输的数据包延迟的平均差值的度量。特别地，电缆电话的特性就是数据包延迟量不一致。在某些情况下，该延迟差值会导致某些数据包接收次序颠倒。为此，MTA 404带有一个先入先出(FIFO型)缓冲区。MTA 404使用缓冲区来缓冲接收到的数据包，让延迟较长的数据包能够“跟上”。如果延迟变化较大，缓冲区可能不足以消化相邻数据包延迟的差值，从而导致丢包。丢包是对由于抖动或其他问题而导致的实际丢失数据包数的量度。
抖动、延迟和丢包可在标准VoIP连接自动跟踪。根据行业标准，表示抖动、延迟和丢包的信息包含在RTCP数据包中。按照本发明的一种实施方式，CPU 408可从RTCP数据包中提取此信息(模块1030)。之后，CPU 408将信息提供给控制处理器370(模块1035)。
控制处理器370会接收VoIP连接中表示延迟、丢包和抖动的信息(模块1040)。控制处理器会显示表示延迟、丢包和抖动的信息(模块1045)。控制处理器370还可以选择将这些值中的一个或多个与一个或多个阈值进行比较，以提供这些值是否处于一个或多个预定界限内的信息提示。可以使用多个阈值来定义质量度量等级。阈值可以代表依照行业标准、HFC服务提供商的特定标准和/或政府规章可以接受的最大延迟、抖动和丢包。在任何情况下，所显示的信息可以是实际延迟值、抖动值和丢包值，或者是这些值是否超过一个或多个阈值的提示，抑或是这两种信息的组合。
如果发起的呼叫在预定的按铃次数后仍未被应答(模块1025)，CPU 408将使调制解调器电路332“挂断”或断开连接，同时将呼叫失败信息报告给控制处理器370(模块1050)。控制处理器370接收应答失败信号(模块1055)，并将该信息的提示显示或传送给用户(模块1060)。之后控制处理器370可能会允许以相同或另外的号码进行重拨(模块1065)。此外，该号码可由技术人员手工输入，或者由控制处理器370自动拨叫。
Internet连接
测量设备300还可以通过Web浏览器等轻型客户端连接到一个网站并显示该网站的内容。通过这一功能，测量设备300可以访问由HFC或其他各方所保存的数据或信息，该数据或信息在分析客户的HFC服务时是有用的。例如，测量设备300可以访问由HFC服务提供商在一个专用网址上提供的HFC系统的历史测量数据。或者，测量设备300可以访问万维网上的地图数据库(map database)，它可以帮助现场技术人员找到客户的地址。此外还可有访问Web的其他应用。
图12示出由测量设备中的各种处理设备进行的一组示例操作，其目的是启用便携式测量设备300的web访问。特别地，控制处理器370将一个Internet网址连接命令发至调制解调器电路332的CPU 408(模块1105)。该命令通常由用户在键盘380上输入。CPU 408与调制解调器电路的其他元件一起进行DOCSIS调制解调器402的测距和注册(模块1110)。为此，CPU 408可以适当进行上文介绍的图10和11中的相应处理。CPU408和控制处理器370可以一起促成显示由测距和注册操作得到的测试信息，如上结合图10和图11所述。这些操作在本技术领域中是已知的。此外，BCM3352电路也被预配置来执行这些操作。
在任何情况下，一旦DOCSIS调制解调器402被注册，CPU 408会与DOCSIS调制解调器402和控制处理器370一起将控制处理器370注册为客户端设备(模块1115)。此外，与注册客户端设备相关的具体信息是本技术领域中已知的。注册的结果是，控制处理器获取一个IP地址。
控制处理器370一经注册，它就会请求一个网址(模块1120)。所请求的网址可以通过键盘380以字母输入，或者使用键盘380从一个预定的列表中选择。控制处理器370在任何情况下都会生成IP数据包，其中包含对所需网址的URL的HTTP请求。控制处理器370将HTTP请求经DOCSIS调制解调器402、发送器412、放大器348、双工器电路312、射频I/O 309和相连的HFC网络及头端发送至Internet 150。参见图1，由URL标识的网址位于连接至Internet 150的计算机上，例如多台计算机152中的一个。
如果HTTP请求成功，该网址主机152将以HTML页(或使用其他标记语言的页面)的形式提供包含待显示(如果采用Java applet，则为待传送或执行的)数据的数据包。这些数据包沿网络110经输入309、双工器电路312、分配器350、放大器352、接收器410传输至DOCSIS调制解调器402。DOCSIS调制解调器402处理普通调制解调器层的开销，并将网址信息送至控制处理器370。
控制处理器370接收采用标记语言(如HTML)的网址数据(模块1125)。控制处理器370采用一个轻型客户端(例如，Web浏览器软件)来解释网址数据。在这里所介绍的示例实施方式中，Web浏览器适宜采用加拿大阿尔伯达省(Alberta)卡尔加里市(Calgary)ICEsoft Technologies公司的ICEbrowser，它运行在美国加州阿拉米达市(Alameda)Wind River公司的Vx Works操作系统上。为方便在手持式仪器所需的相对较小的显示屏上显示，该Web浏览器被设置为320×240像素，VGA格式。之后控制处理器370会根据网址数据和Web浏览器使信息得以显示(模块1130)。任何Java applet也都可被执行。
视频服务质量测试
测量设备300还可以向技术人员提供与被测网络(如图1的网络110)上视频服务质量有关的信息。特别地，如下文所述，测量设备300会向技术人员显示视频服务质量的各种度量指标，包括数据包计数、丢包、延迟(或等待时间)和抖动等。设备300也可以计算流比特率和平均数据包大小。
图13示出视频测试环境的概要。设备300按上述方式被耦合至网络110。设备300可以通过一个射频耦合器在引入线120处被直接耦合至网络，或者，设备300可以通过客户端电缆调制解调器130上的端口进行耦合。在本发明的一种实施方式中，设备300可以通过电缆调制解调器130上的以太网端口被耦合至电缆调制解调器。服务器1300可以是一个提供视频流的服务器，例如视频点播(VOD)服务器或视频IP广播服务器。VOD服务器以点对点方式向电缆调制解调器提供视频，而视频IP广播服务器则以一点对多点方式提供视频流。而为了测试，视频服务器1300可被耦合至Internet 150，优选将视频服务器1300耦合至服务器网络138。将视频服务器置于服务器网络138上可以使HFC网络提供商确认服务质量问题是否出在头端、物理设施中还是在客户端。Internet 150上一个附加的视频服务器也可让提供商确认服务质量问题是否出在Internet上，还是出于服务提供商的网络中。
为了与VOD服务器一起执行视频服务测试，设备300会通过一个上行频道发送服务器控制命令，并在对视频数据包接收和解码之后采集由设备300接收到的视频流的统计数据，如图13所示。优选以实时协议(RTP)来实现视频流，尽管视频流也可以由实时流协议(RTSP)实现。RTP用于提供测试视频数据包。测试数据包的传输一直持续到设备300向服务器发送停止命令，或者服务器向设备发送该设备不会作出响应的命令。在服务器1300与设备300之间传输的命令优选以实时控制协议(RTCP)生成和发送。为了与视频IP广播服务器一起进行视频服务测试，设备300会监测当前正通过网络110进行的视频广播，并采集由设备300所接收和解码的数据包的统计数据。IP视频广播优选采用RTSP实现。
图14示出用于测量视频服务质量的一种示例过程。此过程开始时，控制处理器370将一个视频测试命令发送至调制解调器电路332的CPU 408(模块1400)。这样的命令通常由用户通过键盘380输入。CPU 408会与调制解调器电路332的其他元件一起进行DOCSIS调制解调器402的测距和注册(模块1404)。为实现这些操作，CPU 408可以进行相应的测距和注册处理，如上文结合图10、11和12所述。此外，CPU 408和控制处理器370会一起促成显示由测距和注册操作得出的测试信息，如上文结合图10和11所述。初始注册和测距操作需要针对多媒体连接的请求通信，而不是针对普通的高速数据IP连接。这种操作在本技术领域中是已知的。此外，BCM3352电路被预先配置执行这些操作。
一旦DOCSIS调制解调器402被注册，CPU 408将与DOCSIS调制解调器402和MTA404一起将MTA404按照视频服务进行注册(模块1408)。此外，与注册MTA相关的具体信息在本技术领域中是已知的，而BCM3352电路则被预配置执行此操作。注册的结果是，MTA404获得一个IP地址。VOD服务器1300(图13)或IP视频广播服务器可以是服务器网络138上其他服务器146中的一个(图1)。在MTA 404注册时，一个针对视频数据的服务器命令被发送至VOD服务器1300(模块1410)，而设备300将等待视频数据包(模块1412)。服务器命令优选以RTSP或RTCP协议实现，而响应于命令发送的视频数据包则以RTP协议实现。在VOD服务器1300的一种实施方式中，由该服务器存储各种分辨率的视频剪辑。服务器命令可以指定视频剪辑或所需的视频分辨率。作为响应，服务器选择所要求的视频剪辑，或者选择具有所要求分辨率的视频剪辑，以生成视频数据包并传输至请求测试设备。技术人员此时可以评价经IP服务提供的视频的质量。例如，一段低分辨率的视频可能以1Mbps的速率提供，而一段高分辨率的视频可能需要5Mbps的速率。这些不同的速率使仪表能够保证由网络的IP容量所提供的视频。
作为对输入的视频数据包的响应，CPU 408会从视频数据流中获取一个或多个RTP数据包(模块1414)。CPU 408根据接收到的RTP数据包生成统计数据(模块1418)。这些统计数据包括接收到的数据包数量、接收到的八比特组数量、丢包数量、无序包数量、最大和平均抖动量以及往返延时。CPU 408还可以计算出流比特率(优选以Mbps为单位)和数据包平均大小。生成和计算出的统计数据会被保存(模块1420)，而CPU408会确定是否已经接收到生成可靠统计数据所需的足够数量的视频数据包采样值(模块1424)。如果测试需要继续，则视频数据包将继续被缓冲(模块1414)，统计数据将继续被产生(模块1418)并存储，以更新统计数据(模块1420)，直至测试时间完成(模块1424)。此时此进程会发送一个服务器命令，以终止向VOD服务器的视频数据流传输(模块1428)。所生成的统计数据被检索，并向设备300的操作人员显示(模块1430)。
关于所生成的统计数据，往返延时是数据包经过HFC系统(换句话说，在头端112与DOCSIS调制解调器402之间)的平均时延。由于在视频服务中需要特定的服务质量，由HFC系统增加的延时必须在一定范围内。抖动是经系统传输的数据包延迟的平均差值的度量。特别地，视频数据包传输的一个特性就是数据包延迟量不一致。在某些情况下，该延迟差值会导致某些数据包接收次序颠倒。为此，MTA 404带有一个先入先出(FIFO型)缓冲区。MTA 404使用缓冲区来缓冲接收到的数据包，让延迟较长的数据包能够“跟上”。如果延迟变化较大，缓冲区可能不足以消化(absorb)相邻数据包延迟的差值，从而导致丢包。丢包是对由于抖动或其他问题而导致的实际丢失数据包数的量度。
抖动、延迟和丢包可在标准VoIP连接自动跟踪。根据行业标准，表示抖动、延迟和丢包的信息包含在CPU 408与VOD服务器1300之间交换的RTCP数据包中。这些RTCP数据包伴随有包含在RTP视频数据包中的视频数据流。根据本发明的一种实施方式，CPU 408会从RTCP数据包中提取此信息(模块1418)。CPU 408会将此信息送至控制处理器370，同时将其保存在与CPU 408相关的存储器中(模块1420)。
响应接收视频连接中表示延迟、丢包和抖动的这些数据，控制处理器会以基本实时的方式显示表示延迟、丢包和抖动的信息。控制处理器370还可以选择将这些值中的一个或多个与一个或多个阈值进行比较，以提供这些值是否处于一个或多个预定界限内的信息提示。可以使用多个阈值来定义不同的质量度量等级。阈值可以代表依照行业标准、HFC服务提供商的特定标准和/或政府规章可以接受的最大延迟、抖动和丢包。在任何情况下，所显示的信息可以是实际延迟值、抖动值和丢包值，或者是这些值是否超过一个或多个阈值的提示，抑或是这两种信息的组合。
如果在预定的响应时间((模块1412)内没有接收到任何视频数据包，CPU 408会让调制解调器电路332断开视频连接，此失败信息会报告给控制处理器370。控制处理器370还会将连接失败的提示显示或传送给用户。之后控制处理器370可以允许再次尝试从VOD服务器1300获取视频数据(模块1436)。如果在预定的尝试次数之后没有接收到任何视频数据包(模块1436)，控制处理器将向操作员显示或提示不能与VOD服务器建立视频连接(模块1440)。
在另一种可用CPU 408执行的过程中，调制解调器电路332被耦合至一个正在进行的视频广播。该过程仍会采集正在进行的视频传输的统计数据，并以基本实时的方式显示或传送给操作人员。当然，如果设备300在预定的尝试次数之后仍未接收到视频数据包，控制处理器370将提示操作人员无法与正在进行的传输建立视频连接。参照图14所介绍的过程使用一个DOCSIS信道来进行视频测试。在另一种实施方式中，可以使用一个以太网I/O信道作为替代的通信信道，或作为视频测试的附加通信信道。
尽管在上述设备和方法的介绍中将其用于验证网络完整性和吞吐量，它们也可以被用来验证某个用户站点内的视频传输情况。例如，有些数字录像机(DVR)具有通常称为合家DVR(whole home DVR)的功能。此功能让用户可以将DVR生成的视频流传输至家中的另一电视或显示设备。用户使用此功能可以暂停全家房间中所播放的电影，将视频流转至卧室，再在卧室的显示设备上恢复观看。为实现此功能，其他显示设备必须具备能够接收此视频流的机顶盒。技术人员可以使用上述设备来命令和控制DVR，使DVR生成一个视频流，并被送至测试设备。之后技术人员可以在用户站点使用测试设备对从DVR到所用测试设备的视频流传输的信号电平和流统计数据进行测量。此类应用使技术人员能够证实家庭配线足以支持此DVR功能。
数字频道质量测量
设备300的另一个附加测量功能是进行调制误码率(MER)和比特误码率(BER)计算，这可以提供数字频道质量的度量指标。QAM调制信号中MER和BER的测量值及应用是众所周知的。关于这些以及其他与QAM相关的频道质量测量的详细说明在美国专利6,233,274号中提供，在此通过参考将其合并入本发明中。BCM 3352内MER和BER的相关信息由CPU 408提供。该信息由CPU 408通过USB收发器418或RS-232连接420送至处理电路370。
上述实施方式仅是示例性的，本技术领域中那些普通技术人员自身可以很容易地实施和作出修改，这些都属于本发明的原理并落在本发明的精神和范围内。

Claims (15)

1.一种仪器，其包括：
耦合器，其用于接收经过混合光纤同轴电缆HFC网络传输的宽带射频信号；
信号电平测量电路，其可被连接至所述耦合器，所述信号电平测量电路可以生成与经由所述耦合器接收的所述宽带射频信号的第一组相关的信号电平测量值；
通信电路，其可从经由所述耦合器接收的所述宽带射频信号的第二组中获取视频数据包流；
处理电路，可被连接至所述通信电路，所述处理电路可以从所述信号电平测量电路接收信号电平测量值，并生成对应于所述第二组宽带射频信号的诊断数据，所述处理电路还可以将表示所述信号电平测量值和所述诊断数据的信息以人可感知的形式传送。
2.如权利要求1所述的仪器，其中，所述诊断数据包括视频流比特率。
3.如权利要求1所述的仪器，其中，所述诊断数据包括数据包参数。
4.如权利要求1所述的仪器，其中，所述诊断数据包括对应于所述第二组宽带射频信号的抖动数据。
5.如权利要求1所述的仪器，其中，所述耦合器耦合至HFC网络的分接器。
6.如权利要求1所述的仪器，其中，所述耦合器耦合至被耦合到HFC网络的分接器的电缆调制解调器。
7.如权利要求6所述的仪器，其中，所述耦合器耦合至所述电缆调制解调器的以太网端口。
8.如权利要求1所述的仪器，其中，所述通信电路按照DOCSIS标准进行通信。
9.如权利要求5所述的仪器，其中，所述通信电路使用内部MAC地址。
10.如权利要求7所述的仪器，其中，所述通信电路使用与所述电缆调制解调器相关的MAC地址。
11.如权利要求1所述的仪器，其中，所述通信电路还包括视频点播测试命令发生器，所述视频点播测试命令发生器用来产生经由所述HFC网络发送至视频点播VOD服务器的测试命令。
12.如权利要求1所述的仪器，其中，所述处理电路还包括视频广播测试命令发生器，所述视频广播测试命令发生器用来产生经由所述HFC网络发送至视频广播服务器的测试命令。
13.如权利要求1所述的仪器，包括支持所述耦合器、所述通信电路和所述处理电路的手持式壳体。
14.一种仪器，包括：
宽带信号输入部分，其可接收宽带射频信号；
信号电平测量电路，其可被耦合至所述宽带信号输入部分，所述信号电平测量电路可以生成与所述宽带射频信号的第一组相关的信号电平测量值；
通信电路，其可从所述宽带射频信号的第二组中获取视频数据包流；
处理电路，其可连接至所述通信电路，所述处理电路可以从所述信号电平测量电路接收信号电平测量值，并生成对应于所述第二组宽带射频信号的诊断数据，所述处理电路还可以将表示所述信号电平测量值和所述诊断数据的信息以人可感知的形式传送。
15.如权利要求14所述的仪器，其中，所述诊断数据按照DOCSIS标准传输。
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