-
ERFINDUNGSGEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und
ein Verfahren für
einen Kabelempfänger,
und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für einen
gepulsten Kabelempfänger mit
schneller Erfassungszeit zum Empfangen von zeitaufteilenden multigeplexten
Signalen.
-
ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
-
Lokale
Fernsprechdienste werden den Teilnehmern herkömmlicherweise von einem Fernsprechdienstanbieter,
wie zum Beispiel der Regional Bell Operating Company (RBOC), über das Öffentliche
Fernsprechnetz bereitgestellt. Aufgrund kürzlicher technologischer Entwicklungen
und Änderungen
im Ordnungsrecht haben andere Entitäten, wie zum Beispiel Anbieter
von drahtlosen Diensten und Kabeldiensten jetzt die Gelegenheit,
mit der traditionellen Fernsprechgesellschaft zu konkurrieren und als
der hauptsächliche
lokale Fernsprechdienstanbieter an ihre Stelle zu treten. In dieser
Schrift werden unter den Ausdrücken "Teilnehmer" oder "Kunde" Benutzer von Kabelfernsprechdiensten
verstanden.
-
Um
es einem Kabeldienstanbieter zu ermöglichen, einem Teilnehmer Fernsprechdienste
anzubieten, benötigt
das Kabelsystem allgemein am oder nahe des Teilnehmerstandorts ein
als Netzwerkschnittstelleneinheit bekanntes Gerät, das als Schnittstelle zwischen
der Fernsprechausrüstung des
Teilnehmers und der Kabelanlage des Dienstanbieters dient. In dieser
Schrift wird zur Unterscheidung zwischen der Ausrüstung des
Dienstanbieters und der Ausrüstung
des Teilnehmers der Ausdruck "Kabelanlage" für die Übertragungsausrüstung des Kabeldienstanbieters
und der Ausdruck "HFC-Netzwerk" (Hybrid Fiber Coax)
für die
Weiterleitung des Kabeldienstes an den Teilnehmer benutzt. Ferner wird
unter dem Ausdruck "Netzwerkschnittstelleneinheit" (oder "NIU") die Ausrüstung verstanden,
die die Schnittstelle zwischen der Fernsprechausrüstung eines
Teilnehmers und der Kabelanlage ist. Das tatsächliche Gerät, das diese Schnittstellenfunktion übernimmt,
kann auch anders benannt werden oder kann zusätzlich andere Funktionen ausführen. Zum Beispiel
kann das Gerät
mit Netzwerkschnittstellengerät
(NID), Kabelmodem (CM), Kundenzugriffseinheit oder Wandkasten bezeichnet
werden. Das Gerät kann
auch andere Funktionen ausführen,
zum Beispiel kann es den Erdungsblock aufnehmen oder als Spalter
(Splitter) oder Verstärker
dienen.
-
Der
Kabeldienstanbieter kann jedoch nur dann die Rolle des Hauptanbieters
lokaler Fernsprechdienste für
einen Teilnehmer übernehmen, wenn
er allgemein die NIU über
das Kabel mit Energie versorgt, so dass die garantierte Dienstqualität (QoS)
auch bei einem Stromausfall am Standort des Teilnehmers aufrechterhalten
wird, in allgemein der gleichen Weise, wie eine traditionelle Fernsprechgesellschaft
das Telefon eines Teilnehmers mit Strom versorgt. Diese Fähigkeit
ist allgemein als "Notrufunterstützung" bekannt, da sie
dem Teilnehmer ermöglicht,
Notdienste während
eines Stromausfalls anzurufen. Im Allgemeinen implementiert der
Kabelfernsprechdienstanbieter dieses Merkmal, indem er zur Energieversorgung
der NIU Speicherbatterien innerhalb der Kabelanlage verwendet. Daraus
kann man folgern, dass je niedriger der Durchschnittsenergieverlust
der NIU ist, umso kleiner sind die Speicherbatterien für eine gegebene
Notrufunterstützungsdauer,
und umso niedriger sind folglich bei gleichbleibenden anderen Faktoren
die Kosten zum Anbieten dieses Dienstes. Die Notrufunterstützungsdauer kann
aber auch verlängert
werden, wenn die Kapazität
der Speicherbatterien konstant gehalten wird. Unter dem hier benutzten
Ausdruck "externe
Energie" wird die
Energie verstanden, die von einer anderen Quelle als dem Kabeleingang
zur NIU empfangen wird.
-
WO
99/34541 beschreibt eine NIU mit einem HF-Empfänger zur Verarbeitung eines
zeitaufteilenden multigeplexten Signals (TDM) und zur Ausgabe eines
verarbeiteten Signals an ein Fernsprechgerät.
-
WO
99/31811 beschreibt ein energiesparendes Protokoll zum Einsatz mit
einer über
einen HF-Kanal implementierten zeitaufteilenden Mehrfachzugriffsverbindung
(TDMA).
-
In
der derzeitigen Technik wird eine NIU mit niedrigem Durchschnittsenergieverlust
benötigt,
um die rentable Bereitstellung von Notrufunterstützungsdiensten im Kabelfernsprechwesen
zu ermöglichen.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.
-
Diese
und andere Objekte, Merkmale und technischen Vorteile werden mit
einem Kabelempfängersystem
und -verfahren erreicht, welches sich die Kombination aus zeitaufteilendem
Multiplexing (TDM) und einem Empfänger mit schneller Erfassungszeit
zunutze macht, um das An-/Abpulsen des Empfängers zu ermöglichen,
was zu einer weitgehend reduzierten Energieaufnahme durch den Empfänger führt. Durch
den allgemeinen Einsatz von TDM-Techniken, die in anderen Bereichen
wie zum Beispiel zellularer Fernsprechtechnologie benutzt wurden,
kann der Empfänger
in der NIU während
des richtigen Zeitfensters angepulst werden, um den zugewiesenen
Teil des Signals zu empfangen, und dann für den Rest der Zeit abgepulst
werden. Wie ausführlicher
an späterer
Stelle erklärt,
benötigt
der Empfänger
allgemein eine schnelle Signalempfangszeit verglichen mit der Abtastrate
des empfangenen Signals, so dass der Empfänger einen nicht zu großen Anteil
des Abtastintervalls außerhalb
des zugewiesenen Zeitfensters in Anspruch nimmt.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst eine Fernsprech-NIU einen Funkfrequenzkabeleingang
zum Empfang von Funkfrequenzfernsprechsignalen, die ein zeitaufteilendes
multigeplextes (TDM) Funkfrequenzsignal mit einer Abtastperiode
umfassen, einen Funkfrequenzempfänger
zur Verarbeitung des TDM-Funkfrequenzsignals, wobei der Funkfrequenzempfänger eine
Erfassungszeit von kleiner als der Hälfte der Abtastperiode hat,
und einen mit Stimmfernsprechvorrichtungen kompatiblen Ausgang zur Bereitstellung
einer Ausgabe vom Empfänger
an eine Fernsprechvorrichtung.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verarbeitung
von Kabelfernsprechsignalen das Empfangen eines TDM-Funkfrequenzkabelsignals
von einem Kabeleingang, wobei das TDM-Funkfrequenzsignal Abtastintervalle
mit Zeitfenstern umfasst, das Anpulsen eines Empfängers mit
schneller Erfassungszeit für
ein zugewiesenes Zeitfenster in jedem der Abtastintervalle, wobei
der Empfänger
zur Verarbeitung des TDM-Funkfrequenzsignals dient, und das Abpulsen
des Empfängers
für im
Wesentlichen die verbleibende Zeit in jedem der Abtastintervalle,
wobei die Abtastintervalle eine Abtastrate haben.
-
Ein
Verfahren zur Bereitstellung von Notrufunterstützung im Kabelfernsprechwesen
umfasst das Empfangen von elektrischer Energie von einer externen
Energiequelle, Empfang eines Funkfrequenzsignals mit kontinuierlicher
Welle von einem Kabeleingang, Verarbeiten des Funkfrequenzsignals mit
kontinuierlicher Welle mit einem Funkfrequenzempfänger, Verlieren
der Energie von der externen Energiequelle, Umschalten, um die besagte
elektrische Energie von dem Kabeleingang zu erhalten, Empfangen
eines TDM-Funkfrequenzsignals anstelle des kontinuierlichen Funkfrequenzsignals,
wobei das TDM-Funkfrequenzsignal Abtastintervalle mit Zeit fenstern
umfasst, und Anpulsen des Empfängers während eines
zugewiesenen Zeitfensters in jedem der Abtastintervalle und Abpulsen
desselben für
im Wesentlichen den Rest jedes der Abtastintervalle.
-
Ein
Vorteil einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die TDM-Technik durch
Multiplexen der Stimmsignale mit relativ niedriger Bandbreite einen
effizienteren Einsatz des Netzwerks mit hoher Bandbreite ermöglicht.
-
Ein
weiterer Vorteil einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Implementierung eines
Empfängers
mit schneller Erfassungszeit in der NIU eines Kabelsystems das Abpulsen
des Empfängers
für eine
ziemlich lange Zeit zwischen den zugewiesenen Zeitfenstern ermöglicht.
-
Ein
wiederum weiterer Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass das Pulsen des Empfängers die
Energieaufnahme durch den Empfänger
in einer NTU wesentlich vermindert, was den wirtschaftlichen Einsatz
eines Fernsprechkabelsystems ermöglicht,
das während eines
Stromausfalls laufen kann.
-
Im
Vorangegangenen wurden die Merkmale und technischen Vorteile der
vorliegenden Erfindung in ziemlich breitem Umfang umrissen, um ein
besseres Verständnis
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung zu ermöglichen. Im Folgenden werden
weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung beschrieben, die Gegenstand
der Ansprüche der
Erfindung sind. Ein Fachmann wird ohne Weiteres erkennen können, dass
der Gedanke und die spezifische offenbarte Ausführungsform ohne Weiteres als
Basis zur Modifizierung oder Entwicklung anderer Strukturen verwendet
werden kann, um die gleichen Zwecke der vorliegenden Erfindung zu
verwirklichen. Ein Fachmann muss sich ferner darüber im Klaren sein, dass derartige äquivalente
Konstruktionen nicht aus dem Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche heraustreten.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird in der folgenden Beschreibung
auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, in der
-
1 ein
H-Pegel-Blockdiagramm eines für das
Kabelfernsprechwesen eingerichteten Kabelsystems ist;
-
2 ein
Zeitflussdiagramm der Sende- und Empfangssignale in einem GSM TDM
System ist;
-
3 ein
Blockdiagramm eines Empfängers mit
schneller Erfassungszeit zum Einsatz in einer NIU der vorliegenden
Erfindung ist; und
-
4 eine
Tabelle der potentiellen Energieeinsparungen ist, die bei Einsatz
gepulster Empfänger
und TDM mit zellularen Systemen und Kabelfernsprechsystemen erzielbar
sind,
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
-
1 ist
ein H-Pegel-Blockdiagramm von Kabelsystm 100, welches als
Kabelfernsprechsystem eingesetzt werden kann. Kabelsystem 100 umfasst
die Diensterbringer-Kabelanlage 102, die über HFC-Netzwerk 108 an
die Räumlichkeiten 106A–106C des
Teilnehmers angeschlossen ist. Das HFC-Netzwerk umfasst typisch
Faseroptikkabel auf der Diensterbringerseite des Netzwerks und koaxiales
Kabel in der Nähe
der und in den Räumlichkeiten 106A–106C des
Teilnehmers. Im Kabelsystem 100 ist der Pfad vom Kopfende
in der Kabelanlage 102 über
das HFC-Netzwerk 108 zu einem Empfänger in NIU 104A–104C in
den Räumlichkeiten 106A–106C des
Teilnehmers typisch auf den Einsatz als Rundfunksystem eingerichtet.
-
Dieser
Pfad weist allgemein eine weit höhere Bandbreite
als die für
Stimmfernsprechsignale zu und von den Teilnehmerfernsprechvorrichtungen 110A–110C benötigte Bandbreite
auf. Die überschüssige Kapazität im System
kann allgemein effizienter durch den Einsatz von zeitaufteilenden
Multiplexing-Techniken genutzt werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung den Einsatz von TDM in einem Kabeltelefonsystem
umfasst, soll der Einsatz von TDM in zellularen Systemen hier kurz
beschrieben werden, um die Vorteile von TDM hervorzuheben. Digitale
zellulare Systeme können TDM
dazu benutzen, mehrere Signale auf einem einzigen Kanal zu senden,
indem die Signale auf zugewiesene, nicht überlappende Zeitportionen im
Zeitbereich beschränkt
werden. Insbesondere gestattet die zeitaufteilende Mehrfachzugriffstechnik
(TDMA) die gemeinsame Nutzung eines Kanals durch viele Benutzer,
indem jedem Benutzer Zeitfenster zugewiesen werden. Bei TDMA sendet
jede Quelle ihr Signal in Schüben,
die nur während
der diesem Signal zugewiesenen Zeit eintreten. Allgemein diente
der Einsatz von TDMA in zellularen Systemen in erster Linie dem Zweck,
die Kapazität
einer gegebenen Basisstation zu erhöhen, damit sie gleichzeitig
Anrufe mit einer beschränkten
Frequenzspektrumszuweisung handhaben konnte. Sprache ist allgemein
stark komprimierbar, da sie zum Beispiel voller Pausen und überflüssiger Information
ist und dadurch eine simulierte Vollduplexübertragung, auch bei Einsatz
von TDMA, gestattet.
-
Bei
TDMA werden viele Anrufe, die das gleiche Spektrum verwenden, durch
nach Zeit gestaffelte Benutzung des Spektrums gehandhabt. Generell nennt
man jede der zugewiesenen Zeitperioden ein Zeitfenster und mehrere
Zeitfenster zusammen ein Abtastintervall. 2 veranschaulicht
ein Beispiel von TDMA für
das GSM-System (Globales System für mobile Kommunikationen) für das Europäische Digitale
Zellulare Telekommunikationssystem, Phase 2, Rundfunksendung und -empfang
(GSM 05.05), ETSI (European Telecommunication Standards Institute),
Version 4.8.0, 21.1.94. Für
Sendekanal 200 und Empfangskanal 202 ist jedes
Zeitfenster (zum Beispiel Sendefenster 204 und Empfangsfenster 206)
577 usec, wobei 8 Fenster ein Abtastintervall (zum Beispiel Abtastintervall 208)
bilden, das heißt 4,615
msec. In diesem System beträgt
die Bandbreite 200 KHz, und die Nettodatenrate 13 kb/s. Die Abtastperiode
muss generell von begrenzter Dauer sein, damit eine simulierte Vollduplex-Konversation (gleichzeitiges
Senden und Empfangen) stattfinden kann. Um eine Vollduplex-Konversation
korrekt zu simulieren, muss die Dauer des Zeitfensters allgemein 40
msec. oder kleiner sein. Im D-AMPS-System, einem digitalen zellularen
US-System, wird eine Zeitfensterdauer von 40 msec verwendet, empfohlene Mindestleistungsstandards
für 800
MHz Doppelmodus-Mobilstationen, EIA/TIA, IS-55, 12.91. Dieses System
ist auch als NADC (North American Digital Cellular) System bekannt.
-
Ein
weiterer Vorteil von TDM, und einer, der für eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
wichtig ist, besteht darin, dass der Durchschnittsenergieverbrauch
der Teilnehmervorrichtung dadurch reduziert werden kann, dass das
Anpulsen des Senders und Empfängers
nur zum Senden bzw. Empfangen während
der zugewiesenen Zeitfenster erlaubt ist, und für den Rest der Zeit ausgeschaltet bleibt.
Um jedoch signifikante Energieeinsparungen zu erzielen, ist allgemein
ein Phasenregelkreis (PLL) mit einer Erfassungszeit (das heißt einer
zum Synchronisieren mit der gewünschten
Frequenz erforderlichen Zeit) erforderlich, die kurz ist mit Bezug
auf die Periode der zugewiesenen Zeitfenster. In der Annahme, dass
die längste
gewünschte
Abtastperiode ca. 40 Millisekunden ist, muss ein Empfänger zum
Handhaben einer Kabelfernsprechanwendung eine Erfassungszeit aufweisen,
die signifikant kürzer
als 40 msec ist, um sich zum Reduzieren des Durchschnittsenergieverbrauchs
das Pulsen zunutze zu machen. Das heißt, der Empfänger muss
allgemein eine ge nügend
kurze Erfassungszeit aufweisen, damit er für einen signifikanten Teil
der Abtastperiode abgepulst werden kann.
-
Herkömmlicherweise
weisen Empfänger
jedoch allgemein eine Erfassungszeit auf, die zu lang ist, um Pulsbetrieb
zu unterstützen,
wodurch Einsparungen im durchschnittlichen Energieverbrauch möglich wären. Die
Erfassungszeit ist auch als Synchronisierzeit (lock-in time) und
Verriegelungszeit (lock-up time) bekannt. Konventionelle Empfängermodule
weisen generell eine Erfassungszeit von 30 bis 150 Millisekunden
auf. Zum Beispiel weist Philips UV1336 MK2 eine Erfassungszeit von
150 msec auf (UV1336 MK2 VHF/UHF Fernsehempfänger, Vorläufiges Datenblatt, Philips,
24.8.98), während
Panasonic CT-10 TSGPR eine Erfassungszeit von 30 msec (U/D Konverter
CT-10 TSGPR (für
ATV), Vorläufige Spezifikation,
Panasonic, 16.6.98) aufweist.
-
Konventionelle
Empfänger
haben typisch keine schnellen Erfassungszeiten, weil die benötigte Größe des Synthesizer-Schritts für ordnungsgemäßes Empfangen
typisch 62,5 KHz oder kleiner für
Telefonie und Video ist. Um den Preis des Empfängers so weit wie möglich zu
reduzieren, wird herkömmlicherweise
ein billiger Ganzzahl-N-Synthesizer verwendet. Dies bedeutet allgemein,
dass die Bezugsvergleichsfrequenz ebenfalls 62,5 KHz oder kleiner ist.
Die Schleifenbandbreite des Phasenregelkreises ist allgemein auf
1/100stel der Bezugsfrequenz eingestellt, um eine hinreichende Unterdrückung der Bezugsspitzen
bereitzustellen. Somit liegt die Schleifenbandbreite von traditionell
benutzten PLLs allgemein bei 625 Hz und die Bezugsvergleichsfrequenz bei
62,5 KHz. Die Erfassungszeit für
einen Ganzzahl-N-Synthesizer mit kleiner Schrittgröße ist jedoch allgemein
zu lang, um Energieeinsparungen durch Pulsen zu erlauben.
-
Zum
Beispiel hat der Panasonic CT-10 TSGPR eine Erfassungszeit von 30
msec, der Empfänger
könnte
also theoretisch für jede
40 msec 10 msec lang abgepulst werden, um eine theoretische durchschnittliche
Energieeinsparung von ca. 75% des Momentanverbrauchs zu erzielen.
In einem praktischen Beispiel nimmt natürlich die Information im Zeitfenster
selbst eine endliche Zeitperiode in Anspruch, so dass die tatsächlich abgepulste
Zeit kleiner als die theoretische Zeit ist, und dadurch der tatsächliche Durchschnittsenergieverbrauch
etwas höher
als der theoretische Wert liegt. Der CT-10 TSGPR hat einen Momentanverbrauch
von 2,5 Watt (siehe U/D Konverter CT-10 TSGPR (für ATV), Vorläufige Spezifikation,
Panasonic, 6/16/98), so dass die durchschnittliche Mindestverlustleistung
in einem gepulsten System 1,875 Watt wäre. Für den Philips UV1336 MK2 ist
Pulsen des Empfängers
nicht möglich,
weil die Erfassungszeit des Empfängers
länger
als die 40 msec Abtastperiode ist. Die durchschnittliche Verlustleistung
und Momentanverlustleistung sind daher bei ca. 0,5 Watt gleich (siehe
UV1336 MK2 VHF/UHF Fernsehempfänger,
Vorläufiges
Datenblatt, Philips, 24.8.98).
-
Im
Gegensatz zu konventionellen Empfängern benutzen die Empfänger der
MICROTUNERTM Familie, erhältlich von
Microtune, Inc., Piano, Texas, entweder eine Architektur mit mehreren
Phasenregelkreisen oder eine Bruchzahl-N-Architektur, so dass die
Bezugsvergleichsfrequenz sehr viel höher als die Schrittgröße (typisch
5,25 MHz) ist. Eine Architektur mit mehreren Phasenregelkreisen
ist in folgenden Patenten beschrieben: "Commonly assigned" (gemeinsam abgetretenes) US-Patent
Nr. 5 847 612, INTERFERENCE-FREE BROADBAND TELEVISION TUNER, Ausgabe
B. Dezember 1998, und "Commonly
assigned" (gemeinsam
abgetretene) und "Co-pending" (gemeinsam angemeldete)
US-Patentanmeldung
Seriennummer 08/904 907, BORADBAND FREQUENCY SYNTHESIZER, Anmeldung
1. August 1997, die beide verweishalber in diese Schrift aufgenommen
wurden.
-
Diese
Anmeldungen beschreiben Empfänger
mit Frequenz-Synthesizern
mit feiner Auflösung (das
heißt
kleiner Schrittgröße) und
breiten Phasenregelkreis-Bandbreiten für die Bezugsvergleichssignale.
Ein Beispiel des in diesen Anmeldungen besprochenen Umwandlungsschaltkreises 300 ist
in 3 veranschaulicht, in dem mehrere Phasenregelkreise
zum Antreiben von spannungsgeregelten Oszillatoren (VCOs) verwendet
werden, um die lokalen Oszillator-Bezugssignale (lokaler Oszillator
= LO) für
einen Doppelmixer-Umwandlungsschaltkreis zu erzeugen. In einer bevorzugten
Ausführungsform kann
der Umwandlungsschaltkreis 300 in einer NIU eines Kabelfernsprechsystems
eingesetzt werden. Des Weiteren kann der Umwandlungsschaltkreis 300 vollständig oder
weitgehend in einer einzigen integrierten Schaltung implementiert
werden. Ein auf einem Substrat einer integrierten Schaltung konstruierter
Empfänger
ist in folgenden US-Patenten offenbart: "Commonly assigned" (gemeinsam abgetretenes) US-Patent
Nr. 5 737 035 HIGHLY INTEGRATED TELEVISION TUNER ON A SINGLE MICROCIRCUIT,
Ausgabe 7. April 1998, und "Commonly
assigned" (gemeinsam
abgetretene) und "Co-pending" (gemeinsam angemeldete)
US-Patentanmeldung Seriennummer
08/904 908, BROADBAND INTEGRATED TELEVISION TUNER, Anmeldung 1.
August 1997, die beide verweishalber in diese Schrift aufgenommen
wurden. Während
die spezifischen Empfängerschaltkreise
manchmal mit Bezug auf die verarbeitenden Fernsehsignale beschrieben
werden, kann der tatsächliche
Informationsinhalt der Signale variiert werden, und die Empfänger können zum Empfangen
und Verarbeiten von Signalen in anderen Rundfunkfrequenzbändern, wie
Fernsprechsignalen, die über
ein Kabelfernsprechsystem gesendet und empfangen werden, benutzt
werden.
-
Der
Umwandlungsschaltkreis 300 weist Doppelmixer 302 und 304 auf,
die LO-Signale LO1 und LO2 anf den Leitungen A und B vom lokalen
Oszillatorschaltkreis 330 empfangen. Die empfangenen Rundfunkfrequenzsignale
laufen durch ein Eingangsbandfilter 306. In der derzeitigen
Technik weist das Filter 306 normalerweise ein Bandpassnachlauffilter auf, welches
nur einen schmalen Bereich von Frequenzen durchlässt. In diesem Schaltkreis
weist Filter 306 ein Tiefpassfilter auf, das dazu dient,
alle Frequenzen oberhalb einer Eingangsgrenzfrequenz zu entfernen.
Die gewählte
Eingangsgrenzfrequenz ist höher
als die Frequenzen der Kanäle
in dem Fernsehband. Danach durchläuft die Ausgabe von Filter 306 durch
Verstärker 301,
um den am Mixer 302 breitgestellten Signalpegel nachzustellen.
Wenn der Umwandlungsschaltkreis 300 in einem Empfängerschaltkreis
benutzt wird, kann der Verstärker 301 ein automatischer
Verstärkungsregler
(AGC) sein, der dazu dient, die allgemeine Empfängerverstärkung aufrechtzuerhalten. Vom
Verstärker 301 geht
das Rundfunkfrequenzsignal zu Mixer 302, wo es mit einem
lokalen Oszillatorsignal LO1 vom lokalen Oszillatorschaltkreis 330 gemixt
wird. Die Ausgabe von Mixer 302 ist das erste Zwischenfrequenzsignal
IF1. Typisch ist die Frequenz von LO1 variierbar und wird auf der
Basis des Kanals ausgewählt,
in dem das Rundfunkfrequenzsignal abgestimmt wird. LO1 wird so ausgewählt, dass
das Mischen von LO1 und HF im Mixer 302 ein IF1-Signal
entweder mit einer bestimmten Frequenz oder innerhalb eines schmalen Bereichs
von Frequenzen erzeugt.
-
Auf
den Mixer 302 folgt ein IF-Filter 303 – ein Bandpassfilter,
das dazu dient, unerwünschte
Frequenzen und unechte Signale aus dem IF1-Signal zu entfernen.
Das Band der Frequenzen, die das Filter 303 durchlaufen,
kann der Designer in Abhängigkeit der
in jedem bestimmten Umwandlungsschaltkreis gewählten IF1-Frequenz wählen. In
diesem Schaltkreis ist IF-Filter 303 auf 1090 MHz zentriert
und weist ein 14 MHZ-Passband auf. Somit kann die gewählte IF1-Frequenz
innerhalb 1083–1097
MHZ variieren. Der Mixer 304 empfängt sowohl das gefilterte IF1-Signal
von Filter 303 als auch ein zweites lokales Oszillatorsignal
(LO2) vom Oszillatorschaltkreis 330. Diese Signale werden
gemixt, um eine zweite Zwischenfrequenz (IF2) am Ausgang von Mixer 304 zu erzeugen.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist Mixer 304 ein Bildablehnungsmixer, der Bildfrequenzen
vom IF2-Signal ablehnt.
LO2 kann eine variable oder eine feste Frequenz sein, je nachdem,
ob IF1 eine feste Frequenz aufweist, oder ob es über einen Bereich von Frequenzen
schwankt. In jedem Fall wird die Frequenz von LO2 so ausgewählt, dass
eine feste Frequenz IF2 erzeugt wird. Das IF2-Signal läuft durch Verstärker/Puffer 305 zu
zusätzlichen
(nicht dargestellten) Verarbeitungsschaltunganordnungen, um entweder
digitale oder analoge Signale zu erzeugen. In diesem Schaltkreis
wird als Frequenz von IF2 die Frequenz 45,75 MHZ ausgewählt. Die
Ausgabe von Verstärker 305 wird
auch am kohärenten
Oszillatorschaltkreis (COHO) 340 bereitgestellt. COHO 340 erstellt
zwei Bezugssignale für
den Signalnachweis.
-
LO1
wird im lokalen Oszillatorschaltkreis 330 von PLL1 332 und
LO2 wird von PLL2 334 erzeugt. PLL3 336 und P114 338 stellen
Bezugseingaben zu PLL2 334 bereit. Eine serielle Zweidrahtschnittstelle, in
diesem Fall I2C 320, steuert den
lokalen Oszillatorschaltkreis 330 und bewirkt, dass PLL1-4 332–338 die
korrekten LO1- und LO2-Frequenzen auswählen. Der lokale Oszillatorschaltkreis 330 empfängt Bezugssignale
von Oszillator 322 und Bezugsfrequenzgenerator 323.
Oszillator 322 stellt eine 5,25 MHZ Ausgabe bereit, die
auf dem Kristall 321 basiert. Der Frequenzgenerator 323 dividiert
das 5,25 MHZ Signal von Oszillator 322, um weitere Bezugssignale
mit anderen Frequenzen zu erzeugen.
-
In
einem Empfängerschaltkreis
ist die Erfassungszeit allgemein umgekehrt proportional zur Schleifenbandbreite.
Dies ermöglicht
allgemein eine schnellere Erfassungszeit, sowohl aufgrund der höheren Aktualisierungsrate
in der Schleife als auch der breiten Schleifenbandbreiten bis zu
1 kHz oder 10 kHz oder höher.
Es können
aber auch schmalere Schleifenbandbreiten benutzt werden, wenn für eine gegebene
Anwendung eine längere
Erfassungszeit praktisch ist. Ein Empfänger in der MICROTUNERTM Familie weist typisch eine Erfassungszeit
von unter 1 msec auf. Bei Einsatz eines Empfängers mit dieser Art von Erfassungseigenschaft,
wobei der MICROTUNERTM das einzige bekannte
Beispiel ist, ist es möglich,
eine NIU mit Empfängerpulsfähigkeiten
zu konstruieren, die eine durchschnittliche Verlustleistung von
nur ca. 140 mW hat (für
einen MICROTUNERTM mit einer Momentanverlustleistung
von 3,5 Watt). Somit ist die mit der TDM-Pulstechnik und einem Empfänger mit
schneller Erfassungszeit erzielte durchschnittliche Verlustleistung
bedeutend kleiner als die, die mit einem Empfänger nach dem Stand der Technik
erzielbar ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein MICROTUNERTM MT2000 Empfänger mit
einer Erfassungszeit von 1 msec und einer Momentanverlustleistung
von 3,5 Watt in einer Kabelfernsprech-NIU eingesetzt, um einen Betrieb
mit einer signifikant reduzierten durchschnittlichen Verlustleistung
während
eines Stromausfalls zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind während des
normalen Betriebs (das heißt
kein Stromausfall) Pulsen und TDMA allgemein nicht notwendig, und
die NIU kann im CW-Modus (kontinuierlichen Wellenmodus) laufen,
wobei der Empfänger
dauernd eingeschaltet ist, um maximale Datenraten für Video
(zum Beispiel Fernseher), Daten (zum Beispiel Internetzugriff) und
Fernsprechen zu unterstützen.
Bei Unterbrechung der Stromzufuhr in den Räumlichkeiten des Teilnehmers
wird dies von der NIU entdeckt, die anfängt, ihren Strom den Speicherbatterien
in der Kabelanlage zu entnehmen. Die NIU wird langsamer oder stoppt
jeglichen Video- oder Datendienst (das heißt einen mit Pulsen nicht kompatiblen
Dienst) und sendet eine Nachricht zurück an das Kopfende oder CMTS-System
(Cable Modem Termination System) mit der Information über den
Stromausfall. Um Strom zu sparen, ändert daraufhin das Kopfende
oder CMTS das Verfahren zur Übertragung
von Daten in einem Notruf-Fernsprechkanal. Die Notruf-Fernsprechkanäle können je
nach Reife des Systems vorher eingerichtet oder dynamisch zugewiesen
werden. Der Fernsprechdienst könnte
aber auch immer TDM sein.
-
Nach
einer kurzen Synchronisierperiode beginnt das Kopfende oder CMTS,
wie in dem Beispiel für
zellulares Fernsprech-TDMA
beschrieben, Daten in Zeitfenstern zu senden. Im Falle von Kabelfernsprechen
ist jedoch das Ausbreitungsmedium HFC und/oder koaxiables Kabel,
anstelle von Freiraum wie bei zellularem Fernsprechdienst. Ferner
haben zellulare Fernsprechsysteme nur einen einzigen Betriebsmodus,
das heißt
Pulsbetrieb bei Einsatz von TDMA, während die vorliegende Erfindung
sowohl CW als auch Pulsbetrieb verwenden kann, um die allgemeinen
Serviceanforderungen für
Kabelfernsprechen zu optimieren. Im Standardbetrieb für ein reines Telefonsystem
würde der
Empfänger
immer pulsen, um Strom zu sparen.
-
4 veranschaulicht
Tabelle 406, die verschiedene Parameter/Energieeinsparungen 400 für Anwendungen
wie zellulares Fernsprechen 402 und Kabelfernsprechen 404 zeigt,
die bei Einsatz von gepulsten Empfängern und TDMR möglich sind.
Bei den Parameter für
das Kabelfernsprechbeispiel wird als Basis eine wünschenswerte
Leistung angenommen. Zum Beispiel sorgt eine große Anzahl von Zeitfenstern/Abtastintervall
(in diesem Fall 64) für
hohe Energieeinsparungen (in diesem Fall ca. 95,9% gegenüber CW).
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
wurde eine Kanalbandbreite von 375 KHz ausgewählt, damit die Einweg-Verzögerungszeit
einer normal großen
Kabelanlage klein im Vergleich zur Zeitfensterdauer ist. Dies erleichtert
die Synchronisierung der Kommunikation mit der NIU, sollte jedoch
nicht als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Wenn eine größere Kanalbandbreite
mit mehr Zeitfenstern pro Abtastintervall benutzt wird, damit die
Einweg-Verzögerungszeit
einer normal großen Kabelanlage
gleich der oder größer als
die Zeitfensterdauer ist, müsste ein
Fachmann ohne Weiteres erkennen können, dass das System dann
immer noch betriebsfähig
ist, die Synchronisierung aber allgemein schwieriger wird. Somit
wird in Erwägung
gezogen, eine andere Kanalbandbreite als im Beispiel von 4 dargestellt
zu wählen.
Desgleichen können auch
andere Wahlen für
Zeitfensterdauer, Zeitfenster/Abtastintervall, Modulationstyp, Gesamtbitrate, Bitrate
pro Zeitfenster und Nettobitrate getroffen werden, die ein Fachmann
sofort erkennen wird, und die in den Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung fallen.
-
Ferner
ist es, ohne dass mehr (viel mehr) Zeitfenster/Abtastintervall benutzt
werden, bei Einsatz einer größeren Kanalbandbreite
möglich,
codeaufteilende Mehrfachzugriffstechniken (CDMA) im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung zu benutzen, damit das Signal mit
orthogonalen Codesequenzen ausgebreitet werden kann, Dies könnte, wie
ein Fachmann sofort erkennen wird, zu einem effizienteren Einsatz
des Gesamtspektrums führen.
-
Je
nach Art des verwendeten Modulationsschemas kann der auf die NIU
folgende Demodulator eine Erfassungszeit aufweisen, die einen signifikanten
Bruchteil der Zeitfensterdauer beträgt. Wenn dies der Fall ist,
sollte der Empfänger
allgemein für
jede vom Demodulator benötigte
Präambel-
oder Schulungssequenz eingeschaltet werden. Oder wenn der Modulationstyp
und der Demodulator fähig
sind, eine Inaktivitätsperiode
im Empfänger
zu unterstützen, besteht
vielleicht die Möglichkeit,
die Pulstechnik des Empfängers
voll auszunutzen. Oder es ist möglich, dass
eine die Pulstechnik implementierende NIU die Fähigkeit besitzt, während eines
Stromausfalls auf einen anderen Modulationstyp umzuschalten. Bei diesem
Modulationstyp würde
der Demodulator nicht so lange zur Erfassung des Signals benötigen, und außerdem würde dieser
Typ auch vom Kopfende oder vom CMTS unterstützt werden. Oder der Empfänger könnte ein
Synchro nisierungssignal in einem niedrigeren Energiemodus ausgeben,
so dass der Demodulator verriegelt bleibt.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben
wurden, versteht sich, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abänderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Geltungsbereich der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert,
abzuweichen. Darüber
hinaus ist nicht beabsichtigt, den Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen des in dieser
Schrift beschriebenen Prozesses, der Maschine, der Herstellung,
der materiellen Zusammensetzung, der Mittel, Verfahren und Schritte
zu beschränken.
Wie ein normaler Fachmann ohne Weiteres anhand der Offenbarung der vorliegenden
Erfindung erkennen wird, können
Prozesse, Maschinen, Herstellung, materielle Zusammensetzungen,
Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später zu entwickeln sind,
und die weitgehend die gleiche Funktion ausführen oder weitgehend das gleiche
Ergebnis wie die entsprechenden hier beschriebenen Ausführungsformen
erbringen, gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden.