DE102012109713A1

DE102012109713A1 - Drahtgebundene Kommunikationssysteme mit verbesserter Kapazität und Sicherheit

Info

Publication number: DE102012109713A1
Application number: DE102012109713A
Authority: DE
Inventors: John Anderson Fergus Ross; Michael James Hartman; John Erik Hershey; Richard Louis Zinser
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-04-25
Also published as: US20130101116A1; GB2502844A; US8787571B2; US20140286489A1; US10666623B2; JP2013090334A; GB201218419D0; JP6067311B2; KR20130043074A; GB2502844B; KR101999855B1; CN103067147A

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zur Verwendung eines aufteilungsfreien Duplex (DFD) in einem Kabelkommunikationsnetzwerk geschaffen. Methoden zur Anwendung von DFD in einem Kabelkommunikationsnetzwerk können Daten ermöglichen, über ein Koaxialkabel ohne die Verwendung aufteilungsbasierter Duplexmethoden übertragen und empfangen zu werden. Zum Beispiel kann das Kabelkommunikationsnetzwerk DFD-fähige Netzwerkknoten enthalten, und jeder Teilnehmer an dem Kabelnetzwerk kann mit einem DFD-System ausgestattet sein, das konfiguriert ist, um in einem DFD-Modus zu arbeiten. In einigen Ausführungsformen können sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreitende Signale über einen einzigen Frequenzkanal übertragen werden, und DFD-Methoden können verwendet werden, um ursprünglich ausgesandte Signale wiederzugewinnen. Ferner können in einigen Ausführungsformen DFD-Methoden gemeinsam mit Verschlüsselungsmethoden verwendet werden, um die Sicherheit der in dem Kabelkommunikationsnetzwerk übertragenen Daten zu erhöhen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Kommunikationssysteme und insbesondere Systeme und Verfahren zum Durchführen einer Kommunikation unter Verwendung eines aufteilungsfreien Duplexbetriebs.
Ein Kommunikationsnetzwerk kann mehrere Kommunikationsgeräte enthalten, die in der Lage sind, über verschiedene Kommunikationsstrecken miteinander zu kommunizieren. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Netzwerks können die Kommunikationsstrecken von einem Kommunikationsgerät zu einem anderen über zentrale Netzwerkknoten geschaffen sein, die die Geräte verbinden, oder die Kommunikationsstrecken können Verbindungen zwischen beliebigen Geräten des Netzwerks enthalten. Zum Beispiel kann ein kabelgebundenes Kommunikationsnetzwerk (kurz:) Kabelkommunikationsnetzwerk, ein oder mehrere Teilnetzwerke aus Glasfaserringen enthalten, die ein von mehreren Benutzern, die an den Glasfaserring angeschlossen sind, gemeinsam genutztes Koaxialkabel aufweisen. Jeder Glasfaserring kann z.B. eine Nachbarschaft von Häusern unterstützen, und Geräte in jedem der angeschlossenen Häuser können über das gemeinsame Koaxialkabel mit einem zentralen Netzwerkknoten (z.B. einem Internetzugangspunkt, einem Kabelfernsehanbieter, etc.) kommunizieren.
Allgemein kann das Koaxialkabel, das jeden Benutzer mit einem anderen Benutzer oder mit einem Netzwerkknoten verbindet, die bidirektionale Übertragung von Signalen umfassen. Um eine direkte gegenseitige Störung oder Interferenz zwischen sich entgegengesetzt ausbreitenden Signalen zu vermeiden, können gewöhnlich Duplexmethoden eingesetzt werden. Duplexmethoden können Zeitduplex (Time Division Duplex), Frequenzduplex (Frequency Division Duplex) und/oder Codeduplex (Code Division Duplex) umfassen, um zwei Kommunikationsgeräten zu ermöglichen, Informationen (z.B. Daten, Sprachsignale, etc.) sowohl zu senden als auch zu empfangen. Zum Beispiel kann ein Zeitduplex ein Zeitmultiplexverfahren (Time Division Multiplexing) verwenden, um ankommende (empfangene) und ausgehende (gesendete) Signale zeitlich voneinander zu trennen. Die Zeitaufteilung der Signale kann hinreichend schnell erfolgen, so dass die Signale wahrgenommen werden können, als würden sie gleichzeitig gesendet und empfangen werden. Ein Frequenzduplexverfahren kann Signalsender und -empfänger umfassen, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Die Frequenzen der gesendeten und empfangenen Signale können hinreichend getrennt sein, so dass ihre modulierten Frequenzspektren einander nicht überlappen, und der Empfänger jedes Kommunikationsgerätes kann abgestimmt sein, um gleichzeitig eine vorgesehene Frequenz zu empfangen und sein eigenes ausgesandtes Signal zu verwerfen. Codeduplexverfahren können ein Codieren ausgesandter Signale mit Codes umfassen, so dass bestimmte Signale von anderen Signalen separiert werden können, wenn sie an einem Empfangsende der Kommunikation empfangen werden.
Obwohl aufteilungsbasierte Duplexsysteme das nahezu simultane Senden und Empfangen von Signalen ermöglichen können, können derartige Systeme für einige Kommunikationsnetzwerke, die zunehmend komplex werden, unzureichend sein. Zum Beispiel können Netzwerke, die Zeitduplexsysteme verwenden, aufgrund des Zeitmultiplexens von Signalen Zeit beim Empfangen der Signale verlieren, und Netzwerke, die Frequenzduplexsysteme verwenden, können eine begrenzte Menge von für die Übertragungsverbindungen verfügbaren Frequenzspektren haben, die eine zunehmend große Anzahl von Kommunikationsgeräten unterstützen. Außerdem ist Datensicherheit ein gemeinsames Anliegen für Kabelkommunikationsnetzwerke, und typische Duplexsysteme können zur Berücksichtigung derartiger Anliegen unzureichend sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Handhaben bzw. Steuern einer Kommunikation in einem Kommunikationsnetzwerk geschaffen. Das Verfahren enthält ein Senden von Daten von einer ersten Vorrichtung in eine erste Richtung über ein Kabel in einem Kabelkommunikationsnetzwerk und Senden von Daten von einer zweiten Vorrichtung in eine zu der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung über das Kabel. Die in der ersten Richtung gesandten Daten und die in der zweiten Richtung gesandten Daten werden unter Verwendung einer aufteilungsfreien Duplexmethode (DFD, Division-Free Duplexing) im Wesentlichen gleichzeitig übertragen.
Eine weitere Ausführungsform ergibt ein Kabelkommunikationssystem, das mehrere Knoten enthält. Jeder der mehreren Knoten enthält ein aufteilungsfreies Duplexsystem (DFD, Division-Free Duplexing), das derart konfiguriert ist, dass jeder der mehreren Knoten in einem DFD-Modus betrieben werden kann. Das Kabelkommunikationsnetzwerk enthält ferner einen Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Betriebsmodus jeder der mehreren Knoten zu steuern.
Eine noch weitere Ausführungsform ergibt ein aufteilungsfreies Duplexsystem (DFD, Division-Free Duplexing), das einen Empfänger, der zum Empfang eines analogen Primärsignals von einem Koaxialkabel in einem Kabelnetzwerk in der Lage ist, und einen Sender enthält, der in der Lage ist, ein analoges übertragenes Signal zu dem Koaxialkabel zu senden. Das DFD-System enthält einen Richtkoppler, der in der Lage ist, einen Teil des analogen übertragenen Signals abzutasten, um ein analoges Referenzsignal zu liefern. Das DFD-System enthält ferner einen ersten Analog-Digital-Wandler, der in der Lage ist, das analoge Primärsignal in ein digitales Primärsignal umzuwandeln, und einen zweiten Analog-Digital-Wandler, der in der Lage ist, das analoge Referenzsignal in ein digitales Referenzsignal umzuwandeln. Außerdem enthält das DFD-System einen Prozessor, der Instruktionen zur Verarbeitung des digitalen Referenzsignals mit einem adaptiven Filter aufweist, das das digitale Referenzsignal und das digitale Primärsignal als Eingaben zur Bestimmung von Filtergewichten des adaptiven Filters verwendet, um eine Ausgabe zu liefern. Der Prozessor enthält ferner Instruktionen zur Subtraktion der Ausgabe des adaptiven Filters von dem digitalen Primärsignal, um ein digitales unterdrücktes Signal zu erzeugen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile überall in den Zeichnungen bezeichnen, worin zeigen:
1 ein Beispiel eines Teils eines Kabelkommunikationsnetzwerks, das an einen Glasfaserring angeschlossen ist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
2 ein Beispiel eines aufteilungsfreien Duplexsystems, das sich zur Verwendung mit dem in 1 veranschaulichten Kabelkommunikationsnetzwerk eignet, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik;
3 ein Blockschaltbild einer Hardwareimplementierung des in 2 veranschaulichten Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik; und
4 ein schematisiertes Diagramm, das die Übertragung einer Kryptovariablen in einem aufteilungsfreien Duplexsystem darstellt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Kommunikationsnetzwerk kann mehrere miteinander verbundene Geräte bzw. Vorrichtungen enthalten, die in der Lage sind, Signale zu senden und/oder zu empfangen. Kommunikationsnetzwerke können verschiedene Arten von Konfigurationen aufweisen, die ein Gerät mit einem anderen verbinden. Zum Beispiel kann ein Kabelkommunikationsnetzwerk ein oder mehrere Teilnetzwerke von Glasfaserringen mit einem Kabel (z.B. Koaxialkabel) enthalten, das von mehreren an jedem Glasfaserring angeschlossenen Benutzern gemeinsam benutzt wird. Jeder Glasfaserring kann z.B. eine Nachbarschaft von Häusern unterstützen, und die angeschlossenen Geräte in jedem der angeschlossenen Häuser können über das gemeinsame Koaxialkabel kommunizieren. Es können Daten über das gemeinsame Koaxialkabel zwischen den angeschlossenen Geräten und einem zentralen Netzwerkknoten (z.B. einem Internetzugangspunkt, einem Kabelfernsehanbieter, etc.) gesandt und empfangen werden.
1 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration eines Kommunikationsnetzwerkes 10 mit einem Glasfaserring 12, der mit einem zentralen Netzwerkknoten 8 verbunden ist. Der Glasfaserring 12 kann mit mehreren Glasfaser-Hubs 14 verbunden sein, die konfiguriert sind, um miteinander zu kommunizieren und/oder um mit dem zentralen Netzwerkknoten 8 zu kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann jeder der Glasfaser-Hubs 14 über einen Glasfaserknoten 15 angeschlossen sein. Jeder Glasfaserknoten 15 kann eine Nachbarschaft von Häusern 16 (z.B. Häuser 16a–16d) über ein Koaxialkabel 20 anschließen, und jedes Haus 16 kann einen oder mehrere Benutzer 18 (z.B. einen Benutzer an einem Laptop 18a und einen Benutzer an einem Desktop-Computer 18b) aufweisen. Daten können innerhalb des Netzwerks 10 über den Glasfaserring 12 und das Koaxialkabel 20 übertragen werden. Das Koaxialkabel 20 kann für eine bidirektionale Übertragung von Daten konfiguriert sein. Eine bidirektionale Datenübertragung kann die im Wesentlichen gleichzeitige Übertragung von Daten in entgegengesetzte Richtungen bezeichnet. Zum Beispiel können Daten in einer Richtung von den Häusern zu dem Glasfaserknoten 15 und von dem Glasfaserknoten 15 zu den Häusern 16 übertragen werden.
Da das Koaxialkabel 20 bidirektional ist, kann ein Gerät bzw. eine Vorrichtung 18 oder können die Geräte bzw. Vorrichtungen 18a bzw. 18b in einem Haus 16a in der Lage sein, Daten im Wesentlichen gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Allgemein kann eine im Wesentlichen gleichzeitige Übertragung bidirektionaler Signale Methoden zur Vermeidung einer direkten Störbeeinflussung bzw. Interferenz zwischen in entgegengesetzte Richtungen sich ausbreitenden Signalen umfassen. Derartige Methoden, die auch als Duplexmethoden bezeichnet werden, können Zeitduplex, Frequenzduplex und/oder Codeduplex umfassen, um zwei Kommunikationsvorrichtungen zu ermöglichen, Informationen sowohl zu senden als auch zu empfangen. Obwohl aufteilungsbasierte Duplexmethoden eine nahezu gleichzeitige Zweiwege-Kommunikationsstrecke ermöglichen können, können derartige aufteilungsbasierte Duplexsysteme jedoch zur Bewältigung verschiedener Probleme in typischen Kabelkommunikationssystemen unzureichend sein.
Da die Größe und Komplexität von Kabelkommunikationsnetzwerken steigen, werden bestimmte Aspekte, wie beispielsweise die Bandbreite und Sicherheit, zunehmend wichtig. Zum Beispiel kann ein Kabelkommunikationssystem, das viele Benutzer in einer großen Nachbarschaft umfasst, einen erhöhten Bandbreitenverbrauch zur Folge haben. Bei dem Netzwerk 10 als ein Beispiel können Signale, die zu und von den Häusern 16 über den Netzwerkknoten 15 übertragen werden, mehr Bandbreite nutzen, wenn die Anzahl der an den Netzwerkknoten 15 angeschlossenen Häuser 16 steigt und/oder wenn mehr Netzwerkknoten 15, die Nachbarschaften von Häusern 16 verbinden, an den Netzwerk-Hub 14 angeschlossen werden. Wenn z.B. Frequenzduplexmethoden verwendet werden, um Signale zwischen dem Netzwerkknoten 15 und den Häusern 16 zu übertragen, kann jedes Haus 16 zwei gesonderte Frequenzkanäle nutzen, wobei ein Kanal für Empfangssignale verwendet werden kann und ein Kanal für Sendesignale verwendet werden kann. Die Hinzunahme von Häusern 16 und/oder Geräten 18 in den Häusern 16 kann ferner die Anzahl von Frequenzkanälen weiter erhöhen, die zur Unterstützung der Zweiwegekommunikation zwischen den Häusern 16 und dem Netzwerkknoten 15 verwendet werden. Ab einer bestimmten Anzahl angeschlossener Häuser 16 kann die Anzahl in einem gegebenen Frequenzspektrum verfügbarer Frequenzkanäle begrenzt sein.
Außerdem können sich aus der steigenden Komplexität von Kabelkommunikationsnetzwerken auch Sicherheitsprobleme ergeben. Da alle Signale, die zwischen all den angeschlossenen Häusern 16 übertragen werden, über das gemeinsam genutzte Koaxialkabel 20 durch den Netzwerkknoten 15 übertragen werden, kann ein Benutzer in dem Netzwerk 10 Zugriff auf alle Wellensignale haben, die über einen bestimmten Abschnitt des Koaxialkabels 20 übertragen werden. Zum Beispiel kann ein Späher in der Lage sein, auf die Signale zuzugreifen, die von jedem der Häuser 18 übertragen und empfangen werden, indem er einen Abschnitt des Koaxialkabels 20 abhört. Ein Separieren derartiger Signale, um den ursprünglichen Inhalt zu bestimmen, kann möglich sein, falls die Signale mit typischen aufteilungsbasierten Duplextechniken übertragen werden. Falls z.B. Frequenzduplexmethoden verwendet werden, kann ein Späher in der Lage sein, relativ leicht auf die Signale zuzugreifen, die auf jedem oder irgendeinem einzelnen Frequenzkanal übertragen werden, und den ursprünglichen Inhalt derartiger übertragener Signale zu bestimmen.
Die vorliegenden Methoden umfassen die Verwendung eines aufteilungsfreien Duplexbetriebs in Kabelkommunikationsnetzwerken, das Bandbreiten- und/oder Sicherheitsprobleme bewältigen kann. Ein aufteilungsfreier Duplexbetrieb kann zwei Geräten in einem Kabelnetzwerk ermöglichen, durch Reduktion der Störbeeinflussung, die von den sich entgegengesetzt ausbreitenden Signalen herrührt, Signale über die gleiche Frequenz und während der gleichen Zeit zu senden und zu empfangen. Außerdem umfasst eine Implementierung eines aufteilungsfreien Duplexbetriebs in einem Kabelnetzwerk eine simultane Übertragung von Signalen in entgegengesetzte Richtungen über denselben Leiter und unter Verwendung des gleichen Spektrumbereichs. In einigen Ausführungsformen kann eine Signalstörbeeinflussung (Signalinterferenz) zwischen sich entgegengesetzt ausbreitenden gesandten und empfangenen Signalen, die über ein Kabel in einem Frequenzkanal übertragen werden, ein empfangenes Signal zur Folge haben, das eine Stör- bzw. Interferenzkomponente enthält, die das gesandte Signal kennzeichnet. Während eines normalen Betriebs wird der Empfängereingangsanschluss zwei Signalkomponenten enthalten: ein starkes übertragenes (gesandtes) Signal und ein deutlich schwächeres empfangenes Signal. Eine einfache Subtraktion des übertragenen Signals an dem Empfängerende reicht im Allgemeinen nicht aus, um diese Störbeeinflussung zu beseitigen, da die Version des übertragenen Signals, die empfangen wird, gewöhnlich eine gewisse Verzerrung erfahren hat. Die empfangene Kopie des übertragenen Signals kann durch Effekte, wie beispielsweise über mehrere Wege reflektierte Abbilder des ursprünglichen Signals, Phasenverzerrung und Amplitudenveränderungen und/oder Verzögerung, „verfälscht“ bzw. „beschädigt“ werden. Demgemäß kann eine einfache Subtraktion die Art und Stärke der Veränderungen der Interferenzkomponente des übertragenen Signals in dem empfangenen Signal nicht berücksichtigen.
Die Implementierung aufteilungsfreier Duplexmethoden in Kabelkommunikationssystemen kann die Veränderungen der Signale, die an dem Empfängereingangsanschluss empfangen werden, berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen kann ein softwarebasiertes adaptives Filter an einem oder mehreren Geräten in einem Netzwerk implementiert werden, um das „saubere“ übertragene Signal, das an einem Sendereingangsanschluss eines Gerätes abgetastet wird, mit einer „verfälschten“ Version, die an dem Empfängereingangsanschluss vorhanden ist, zeitlich und hinsichtlich der Phasenlage abzustimmen. Derartige Methoden können durch Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital(A/D)-Wandler und softwaregesteuerte digitale Signalprozessoren implementiert werden. Zum Beispiel können durch Verwendung von zwei 14-bit-Wandlern und eines adaptiven Filteralgorithmus mit einer einzigen Schleife ankommende Schmalbandsignale, die unterhalb des Pegels des übertragenen Signals liegen, kodiert werden.
Ein Beispiel für ein aufteilungsfreies Duplex(DFD, Division-Free Duplexing)-System, das in einem Kabelkommunikationsnetzwerk 10 implementiert sein kann, ist in 2 veranschaulicht. Das DFD-System 22 kann an jedem Haus 16 und/oder jedem Netzwerkknoten 15 in einem Kabelkommunikationsnetzwerk 10 implementiert sein. Das Koaxialkabel 20, das jedes der Häuser 16 in dem Netzwerk 10 verbindet, kann zu dem DFD-System 22 senden und von diesem empfangen. In dem Senderteil des Systems 22 wird ein Teil des Signals 26 von einer Sendequelle (einem Sender 28) einem Richtkoppler 30 zugeführt, um ein abgeschwächtes oder gedämpftes Signal 26a zu erzeugen, das das übertragene (gesendete) Signal 26 kennzeichnet, während der Großteil des Signals 26b zu dem Kabel 20 ausgehen wird. Das abgeschwächte Signal 26a wird einem Sendereingangsanschluss 32 zugeführt und wird durch einen A/D-Wandler 36 in ein digitales Signal 34 umgewandelt.
In dem Empfängerteil des Systems kann ein ankommendes Signal 24 an einem Empfänger-Frontend 38 empfangen werden, um ein empfangenes Signal 40 zu erzeugen. Das EmpfängerFrontend 38 kann analoge Verstärker und/oder Filter, wie beispielsweise einen Breitband-Trennverstärker, enthalten. Das empfangene Signal 40 kann einem Empfängereingangsanschluss 42 zugeführt werden, der in einer Ausführungsform Hardwarekomponenten, wie beispielsweise eine Eingangsbuchse, enthalten kann, und kann durch einen A/D-Wandler 46 in ein digitales Signal 44 umgewandelt werden. In Ausführungsformen können das empfangene Signale 40 und das abgeschwächte Signal 26a durch einen einzigen A/D-Wandler (z.B. einen 14-bit-Hochgeschwindigkeitswandler) oder durch mehrere A/D-Wandler in digitale Signale umgesetzt werden. Das resultierende digitale empfangene Signal 44, das auch als das primäre Eingangssignal 44 bezeichnet wird, wird anschließend einem Summierer (einer Additionseinrichtung) 48 und einer Gewichtungskoeffizienzschätzeinrichtung 50 für ein adaptives Filter zugeführt. Das digitale abgeschwächte Signal 34, das auch als das Referenzsignal 34 bezeichnet wird, wird ebenfalls der Schätzeinrichtung 50 und dem digitalen adaptiven Filter 52 zugeführt. Die Gewichtungskoeffizientschätzeinrichtung 50 kann periodisch Gewichtungskoeffizientwerte für das digitale Filter 52 liefern. Das digitale Filter 52 kann eine Schätzung des übertragenen Signals liefern, die mit dem Summierer 48 von dem empfangenen Signal subtrahiert werden kann, um ein unterdrücktes Signal 54 zu liefern.
Das digitale adaptive Filter 52 und der Summierer 48 sind softwaregesteuert und können in Ausführungsformen eine Rückwärts-Schätzeinrichtung für adaptive Filterkoeffizienten oder eine Vorwärts-Blockkoeffizientenschätzeinrichtung enthalten. In einer Ausführungsform ist die Differenzgleichung des adaptiven Filters/Summierers durch die folgende Gleichung gegeben.
worin y(i) die Ausgangsabtastwerte sind, r(i) die Empfängereingangsanschlussabtastwerte sind (die auch als das primäre Eingangssignal bezeichnet werden), t(i) die Sendereingangsanschlussabtastwerte sind (die auch als das Referenzeingangssignal bezeichnet werden), M die Länge des adaptiven Filters ist und a(k) die Gewichtungskoeffizienten des adaptiven Filters sind. Die Filterkoeffizienten können durch Lösung der folgenden Matrixgleichung geschätzt bzw. bestimmt werden:
und worin N die Länge des Blocks der Sendereingangsanschluss/Empfängereingangsanschluss-Abtastwerte ist, über die die Filterkoeffizienten geschätzt werden.
Sobald das digitale Filter 52 eine Schätzung des übertragenen Signals liefert, die unter Verwendung des Summierers 48 von dem empfangenen Signal subtrahiert werden kann, kann das resultierende unterdrückte Signal 54 anschließend einem softwaregesteuerten digitalen Empfänger 56 zugeführt werden und kann auf jede geeignete Art und Weise weiterverarbeitet werden. Das unterdrückte Signal 54 kann relativ rein von Störungen/Interferenzen sein, die vom Senden und Empfangen von Signalen über eine einzige Frequenz oder einen einzigen Kanal herrühren. In einer Ausführungsform kann das System 20 einen Bypassschalter 58 enthalten, um das Signal 40 unmittelbar zu dem Empfänger 56 weiterzuleiten, ohne dass dieses durch das digitale adaptive Filter 52 verarbeitet wird. Zum Beispiel kann eine derartige Ausführungsform implementiert werden, wenn das Signal 40 in einem derartigen Maße verfälscht oder beschädigt ist, dass eine digitale Unterdrückung ggf. nicht effektiv sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann ein DFD-System, wie beispielsweise das in 2 veranschaulichte, in einem oder mehreren Knoten 14 oder Häusern 16 implementiert sein, die in einem Kommunikationsnetzwerk 10 angeschlossen sind. Diese Knoten oder Häuser, die als DFD-fähige Knoten bezeichnet werden, können Geräten 18, die in dem Netzwerk 10 angeschlossen sind, ermöglichen, Signale ohne aufteilungsbasierte Duplexmethoden (z.B. auf der gleichen Frequenz und zur gleichen Zeit) zu senden und zu empfangen, während die Effekte der Signalinterferenz, die von sich entgegengesetzt ausbreitenden Signalen herrühren können, reduziert und/oder eliminiert werden.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Hardwaresystems, das eine breite Kategorie von Computersystemen, wie beispielsweise Personalcomputern, Workstations und/oder eingebetteten Systemen, repräsentieren soll, die in Verbindung mit der vorliegenden Technik verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen kann das DFD-System 22 mit einem Hardwaresystem gekoppelt sein und kann eine externe Steuerung mit Hardware- und Softwarekomponenten zur Implementierung der DFD-Methoden, einschließlich einer Steuerung der einzelnen Komponenten des DFD-Systems 22, enthalten. In der in 3 veranschaulichten Ausführungsform können Hardwarekomponenten des DFD-Systems 22 einen Prozessor 60 und eine Massenspeichervorrichtung 62 enthalten, die mit einem Hochgeschwindigkeitsbus 64 gekoppelt sind. Eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 66 kann ebenfalls mit dem Bus 64 gekoppelt sein. Beispiele für eine geeignete Schnittstellenvorrichtung 66 können eine Anzeigevorrichtung, eine Tastatur, eine oder mehrere externe Netzwerkschnittstellen, etc. enthalten. Eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 68 kann ebenfalls mit dem Bus 64 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Benutzerschnittstellenvorrichtung 66, z.B. die Anzeige, bestimmte Informationen, die den Status des Betriebs des adaptiven Filters 52 und/oder des softwaregesteuerten digitalen Empfängers (2) betreffen, vermitteln. Zum Beispiel kann die Anzeige Informationen in Bezug auf die Qualität der Unterdrückung durch das adaptive Filter anzeigen.
Bestimmte Ausführungsformen können zusätzliche Komponenten enthalten, können nicht all die vorstehenden Komponenten erfordern oder können eine oder mehrere Komponenten kombinieren. Zum Beispiel kann die Massenspeichervorrichtung 62 auf einem Chip gemeinsam mit dem Prozessor 60 vorgesehen sein. Außerdem kann die Massenspeichervorrichtung 62 einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) enthalten, wobei Softwareroutinen an Ort und Stelle von dem EEPROM aus ausgeführt werden. Einige Implementierungen können einen einzigen Bus, an den all die Komponenten angekoppelt sind, oder einen oder mehrere zusätzliche Busse und Busbrücken einsetzen, an die verschiedene weitere Komponenten angekoppelt werden können. Zu weiteren Komponenten können zusätzliche Prozessoren, ein CD-ROM-Laufwerk, zusätzliche Speicher und weitere Periphäriekomponenten gehören.
Derartige DFD-Techniken in Kabelkommunikationssystemen können Bandbreitenprobleme in Kabelnetzwerken bewältigen. Da übertragene und empfangene Signale sich über eine einzige Frequenz und im Wesentlichen zur gleichen Zeit über ein Koaxialkabel 20 ausbreiten können, sind Frequenz- und Zeitduplexmethoden ggf. nicht erforderlich. Die gesamte Anzahl von Frequenzkanälen, die von den angeschlossenen Häusern 16 in einem Kabelnetzwerk 10, das DFD-Methoden nutzt, verwendet werden, kann deutlich kleiner (z.B. die Hälfte) im Vergleich zu der Anzahl von Frequenzkanälen sein, die in einem Frequenzduplex-Kabelnetzwerk verwendet werden. Außerdem können Datenraten in einem DFD-fähigen Netzwerk 10 im Vergleich zu Datenraten in einem Netzwerk, das Zeitduplex verwendet, deutlich (z.B. um Faktor 2) besser sein. Obwohl DFD-Methoden an dem DFD-System 22 jedes Hauses 16 und/oder an dem DFD-System 22 eines Netzwerkknotens 15 verwendet werden können, können in einigen Ausführungsformen typische aufteilungsbasierte Duplexmethoden dennoch für mehrere Geräte 18 an einem Haus 16 verwendet werden. Zum Beispiel können die mehreren Geräte 18a und 18b in einem DFD-fähigen Haus 16a Zeit-, Frequenz- und/oder Code-Duplexmethoden zum Senden und Empfangen von Daten von dem DFD-System 22, das an dem Koaxialkabelanschluss des Hauses 16a angeschlossen ist, verwenden.
Eine Implementierung von DFD-Techniken in Kabelkommunikationssystemen kann ferner Sicherheitsprobleme in Kabelnetzwerken bewältigen. Da Signale, die von jedem Haus 16 gesandt und empfangen werden, sich in entgegengesetzte Richtungen durch ein Koaxialkabel 20 ausbreiten, können die ursprünglichen Signale, die von einem Haus 16 oder von einem Netzwerkknoten 15 übertragen werden, schwerer zu separieren sein, wenn die Signale abgefangen werden. Außerdem können die DFD-Systeme 22 in einigen Ausführungsformen konfiguriert sein, um übertragene und/oder empfangene Signale zur Vergrößerung der Sicherheit zu verschlüsseln und/oder zu entschlüsseln. Zum Beispiel kann eine Kabelgesellschaft verschiedene Verschlüsselungstechniken bei DFD-Systemen 22 einsetzen, um den Inhalt von innerhalb des Netzwerkes 10 übertragenen Daten zu schützen. In derartigen Ausführungsformen kann der Sender 28 in dem DFD-System 22 eine Software enthalten, die sich zur Verschlüsselung des Sendesignals 26 eignet, bevor das Sendesignal 26 zu dem Kabel 20 ausgegeben wird. Der softwaregesteuerte digitale Empfänger 56 kann ebenfalls eine Software enthalten, die sich zur Entschlüsselung des unterdrückten Signals 54 eignet, um die ursprüngliche Information zu bestimmen.
Zum Beispiel kann ein Senden verschlüsselter Signale zunächst ein Senden einer Kryptovariablen in eine oder beide Richtungen in einer DFD-Kommunikation umfassen. In einer Ausführungsform, wie in 4 veranschaulicht, können DFD-Methoden zum Senden einer Kryptovariablen 70 vor der Übertragung verschlüsselter Signale verwendet werden. Eine Kryptovariable 70 kann einen Algorithmus oder Schlüssel zur Durchführung einer Verschlüsselung oder Entschlüsselung übertragener oder empfangener Signale bezeichnen. In einigen Ausführungsformen kann die Kryptovariable 70 von einem DFD-fähigen Netzwerkknoten auf jeder Seite der Kommunikation gesandt oder empfangen werden. Zum Beispiel kann entweder ein DFD-System 22 eines Benutzers (z.B. ein DFD-System 22 bei einem Kabelabonnenten in dem Haus 16a) oder ein DFD-System 22 an einem Netzwerkknoten 15 die Kryptovariable 70 über das Kabel 20 übertragen. Die Übertragung einer Kryptovariablen 70 ist in 4 dargestellt, wie sie zwischen einem ersten DFD-System 22a und einem zweiten DFD-System 22b erfolgt.
In einigen Ausführungsformen kann das erste DFD-System 22a eine Kryptovariable 70 zu dem zweiten DFD-System 22b senden. Während das zweite DFD-System 22b die Kryptovariable 70 empfängt, kann das zweite DFD-System 22b ferner Breitbandrauschen 72 senden, so dass ein Späher die Kryptovariable 70 durch Abhören des Kabels 20 nicht leicht aufdecken kann. Folglich kann die Übertragung der Kryptovariablen 70 und des Rauschens 72 im Wesentlichen bidirektional, gleichzeitig und über dasselbe Kabel 20 zwischen den beiden DFD-Systemen 22a und 22b erfolgen. Weil das zweite DFD-System 22b eine abgeschwächte Version des übertragenen Signals 26b (d.h. das Rauschen 72) erzeugt, kann das zweite System 22b das abgeschwächte Signal (d.h. das Signal 26a in 2) verwenden, um die durch das erste DFD-System 22a gesandte Kryptovariable 70 wiederzugewinnen. Sobald die Kryptovariable 70 wiedergewonnen ist, kann das zweite DFD-System 22b die Kryptovariable 70 verwenden, um andere verschlüsselte Signale zu entschlüsseln, die von dem ersten DFD-System 22a empfangen werden. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 60 (3) verwendet werden, um den Prozess der Entschlüsselung und/oder Verschlüsselung von Signalen zu steuern.
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben sind, werden viele Modifikationen und Veränderungen Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Es ist folglich zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche dazu vorgesehen sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen zu umfassen, sofern sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen.
Es sind Verfahren und Systeme zur Verwendung eines aufteilungsfreien Duplex (DFD) in einem Kabelkommunikationsnetzwerk geschaffen. Methoden zur Anwendung von DFD in einem Kabelkommunikationsnetzwerk können Daten ermöglichen, über ein Koaxialkabel ohne die Verwendung aufteilungsbasierter Duplexmethoden übertragen und empfangen zu werden. Zum Beispiel kann das Kabelkommunikationsnetzwerk DFD-fähige Netzwerkknoten enthalten, und jeder Teilnehmer an dem Kabelnetzwerk kann mit einem DFD-System ausgestattet sein, das konfiguriert ist, um in einem DFD-Modus zu arbeiten. In einigen Ausführungsformen können sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreitende Signale über einen einzigen Frequenzkanal übertragen werden, und DFD-Methoden können verwendet werden, um ursprünglich ausgesandte Signale wiederzugewinnen. Ferner können in einigen Ausführungsformen DFD-Methoden gemeinsam mit Verschlüsselungsmethoden verwendet werden, um die Sicherheit der in dem Kabelkommunikationsnetzwerk übertragenen Daten zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Kabelkommunikationsnetzwerk
12: Glasfaserring
14: Netzwerkknoten
16: Haus
18: Gerät, Vorrichtung
20: Koaxialkabel
22: DFD-System
24: Empfangenes Signal
26: Übertragenes Signal, gesandtes Signal
28: Sender
30: Richtkoppler
32: Sendereingangsanschluss
34: Referenzeingabe
36: Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler
38: Empfänger-Frontend
40: Empfangenes Signal
42: Empfängereingangsanschluss
44: Digitales Signal
46: Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler
48: Summierer
50: Filter
52: Adaptives Filter
54: Unterdrücktes Signal
56: Digitaler Empfänger
58: Bypassschalter
60: Prozessor
62: Massenspeichervorrichtung
64: Bus
66: Benutzerschnittstelle
68: E/A-Vorrichtung
70: Prozess
72: Beginn der Kommunikation
74: Empfang der Kryptovariablen
76: Kryptovariable
78: Senden von Rauschen
80: Rauschen
82: Wiedergewinnen der Kryptovariablen
84: DFD-Kommunikation mit Verschlüsselung

Claims

Verfahren, das aufweist: Übertragen von Daten von einer ersten Vorrichtung in einer ersten Richtung über ein Kabel in ein Kabelkommunikationsnetzwerk; und Übertragen von Daten von einer zweiten Vorrichtung in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung über das Kabel, wobei die Daten in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung im Wesentlichen gleichzeitig unter Verwendung einer aufteilungsfreien Duplex(DFD)-Methode übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das eines oder mehrere aufweist von: Verschlüsselung der in der ersten Richtung übertragenen Daten an der ersten Vorrichtung; und Verschlüsselung der in der zweiten Richtung übertragenen Daten an der zweiten Vorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 2, das aufweist: Empfangen der in der ersten Richtung übertragenen Daten an der zweiten Vorrichtung; und Entschlüsseln der in der ersten Richtung übertragenen Daten an der zweiten Vorrichtung.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, das ein Übertragen einer Kryptovariablen von der ersten Vorrichtung zu der zweiten Vorrichtung aufweist. Verfahren nach Anspruch 4, das aufweist: Übertragen von Breitbandrauschen von der zweiten Vorrichtung, während die erste Vorrichtung die Kryptovariable zu der zweiten Vorrichtung überträgt; und Entfernen des Breitbandrauschens unter Verwendung von DFD-Methoden an der zweiten Vorrichtung, um die Kryptovariable wiederzugewinnen.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die DFD-Methode aufweist: Empfangen eines analogen Primärsignals von dem Kabel; Empfangen eines analogen Referenzsignals von einem Sender; Umwandeln des analogen Primärsignals in ein digitales Primärsignal; Umwandeln des analogen Referenzsignals in ein digitales Referenzsignal; und Verarbeiten des digitalen Referenzsignals mit einem digitalen adaptiven Filter, wobei das digitale adaptive Filter das digitale Referenzsignal und das digitale Primärsignal als Eingaben zur Bestimmung der Filtergewichtungskoeffizienten des digitalen adaptiven Filters, um eine Ausgabe zu liefern, verwendet; und Subtrahieren der Ausgabe des digitalen Filters von dem digitalen Primärsignal, um ein digitales unterdrücktes Signal zu erzeugen.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in der ersten Richtung übertragenen Daten und die in der zweiten Richtung übertragenen Daten über den gleichen Frequenzkanal übertragen werden.
Kabelkommunikationssystem, das aufweist: mehrere Knoten, von denen jeder ein aufteilungsfreies Duplex(DFD)-System aufweist, das derart konfiguriert ist, dass jeder der mehreren Knoten in einem DFD-Modus betrieben werden kann; und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Betriebsmodus jedes der mehreren Knoten zu steuern.
Kabelkommunikationssystem nach Anspruch 8, wobei eine Kommunikationsmitteilung zwischen zwei oder mehreren der mehreren Knoten über ein Koaxialkabel übertragen wird.
Kabelkommunikationssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 8-9, wobei die mehreren Knoten einen oder mehrere Netzwerkknoten und einen oder mehrere Glasfaserringe aufweisen, die jeweils mehrere Knoten umfassen, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Netzwerkknoten mit einem oder mehreren Glasfaserringen verbunden ist.
Kabelkommunikationssystem nach Anspruch 10, wobei jeder der mehreren Knoten, die mit dem einen oder den mehreren Glasfaserringen verbunden sind, konfiguriert ist, um eine Kryptovariable von einem von dem einen oder den mehreren Netzwerkknoten zu empfangen.
Kabelkommunikationssystem nach Anspruch 11, wobei jeder der mehreren Knoten, die mit dem einen oder den mehreren Glasfaserringen verbunden sind, konfiguriert ist, um Rauschen zu übertragen, während er die Kryptovariable empfängt, und DFD-Techniken zu verwenden, um die Kryptovariable wiederzugewinnen.
Kabelkommunikationssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 11–12, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um die Übertragung der Kryptovariablen von einem von dem einen oder den mehreren Netzwerkknoten und den Empfang der Kryptovariablen an jedem der mehreren Knoten, die mit dem einen oder den mehreren Glasfaserringen verbunden sind, zu steuern.
Kabelkommunikationssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 10–13, wobei jeder der mehreren Knoten in dem einen oder den mehreren Glasfaserringen mit einem Benutzer des Kabelkommunikationssystems gekoppelt ist.
Kabelkommunikationssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9–14, wobei die mehreren Knoten jeweils Instruktionen aufweisen zum: Empfangen eines Primärsignals; Empfangen eines Referenzsignals von einem Sender; Verarbeiten des Referenzsignals mit einem adaptiven Filter, wobei das adaptive Filter das Referenzsignal und das Primärsignal als Eingaben zur Bestimmung von Filtergewichtungskoeffizienten des adaptiven Filters verwendet, um eine Ausgabe zu liefern; und Subtrahieren der Ausgabe des adaptiven Filters von dem Primärsignal, um ein unterdrücktes Signal zu erzeugen.
Kabelkommunikationssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9–15, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um einen jeweiligen Knoten der mehreren Knoten unter Verwendung eines aufteilungsbasierten Duplexschemas zu betreiben.
Aufteilungsfreies Duplex(DFD)-System, das aufweist: einen Empfänger, der in der Lage ist, ein analoges Primärsignal von einem Koaxialkabel in einem Koaxialnetzwerk zu empfangen; einen Sender, der in der Lage ist, ein analoges übertragenes Signal zu dem Koaxialkabel zu senden; einen Richtkoppler, der in der Lage ist, einen Teil des analogen übertragenen Signals abzutasten, um ein analoges Referenzsignal zu liefern; einen ersten Analog-Digital-Wandler, der in der Lage ist, das analoge Primärsignal in ein digitales Primärsignal umzuwandeln; einen zweiten Analog-Digital-Wandler, der in der Lage ist, das analoge Referenzsignal in ein digitales Referenzsignal umzuwandeln; und einen Prozessor mit Instruktionen zum Verarbeiten des digitalen Referenzsignals mit einem adaptiven Filter, wobei das adaptive Filter das digitale Referenzsignal und das digitale Primärsignal als Eingaben zur Bestimmung von Filtergewichtungskoeffizienten des adaptiven Filters verwendet, um eine Ausgabe zu liefern; und Subtrahieren der Ausgabe des adaptiven Filters von dem digitalen Primärsignal, um ein digitales unterdrücktes Signal zu erzeugen.
DFD-System nach Anspruch 17, wobei das DFD-System konfiguriert ist, um mit einem Netzwerkknoten in einem Kabelkommunikationsnetzwerk gekoppelt zu sein.
DFD-System nach einem beliebigen der Ansprüche 17–18, wobei das DFD-System konfiguriert ist, um mit einer Benutzervorrichtung eines Kabelkommunikationsnetzwerkes gekoppelt zu sein.
DFD-System nach einem beliebigen der Ansprüche 17–19, wobei der Sender konfiguriert ist, um das analoge übertragene Signal zu dem Koaxialkabel auf der gleichen Frequenz zu senden, auf der der Empfänger das analoge Primärsignal empfängt.
DFD-System nach einem beliebigen der Ansprüche 17–20, wobei der Sender zum Senden einer Kryptovariablen zu dem Koaxialkabel geeignet ist.
DFD-System nach Anspruch 21, wobei der Empfänger zum Empfangen einer Kryptovariablen geeignet ist, und der Sender zum Übertragen von Rauschen geeignet ist, während der Empfänger die Kryptovariable empfängt, und wobei der Prozessor Instruktionen zur Verwendung des adaptiven Filters und zur Subtraktion der Ausgabe des adaptiven Filters, um die Kryptovariable wiederzugewinnen, aufweist.
DFD-System nach Anspruch 22, wobei der Prozessor ferner Instruktionen zur Verwendung der wiedergewonnene Kryptovariablen, um an dem Empfänger empfangene verschlüsselte Signale zu entschlüsseln, aufweist.