JP2000504909A - ケーブルテレビネットワークに関する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基地局から送信機を備えた少なくとも２つの加入者に分岐する分岐ケーブルネットワークに接続された少なくとも１つの前記基地局を含むケーブルテレビネットワークにおいて情報を送信または受信する方法および装置に関する。加入者の送信機のそれぞれに唯一の搬送周波数が割当てられ、搬送周波数は直交しており、また加入者の送信機からの信号は同時に送信され、基地局において広帯域信号として受信され、かつ共通アルゴリズムを用いて分離される。

Description

【発明の詳細な説明】 ケーブルテレビネットワークに関する装置および方法 本発明は、ケーブルテレビネットワークにおいて情報を送信し、また受信する 装置および方法に関する。 技術分野 ケーブルテレビネットワークは、基地局がアンテナを経て衛星、または他の媒 体からのテレビ信号を受信し、その信号をそれぞれの個々のユーザへ分岐する同 軸ケーブルを経て送る分岐ネットワークである。ケーブルテレビネットワークは 、最大数のユーザに到達するネットワークである電話ネットワークよりは劣って いる。従って、ペイテレビの注文、対話形テレビゲーム、通信販売などのような 新しい広帯域サービスのためには、現存の同軸ケーブルを用いることが望ましい 。これはユーザが、下流への信号と呼ばれる基地局からの情報を受信し、また上 流への信号と呼ばれる基地局への情報を送信する双方をなしうるように、ネット ワークが双方向へ動作することを必要とする。 これらのケーブルテレビネットワークは、最初は同軸ケーブルを経ての片方向 通信用として設計されたのであるが、唯一の送信機としての基地局を有する単な るポイントツーマルチポイント（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ）構 成からネットワーク内に、短いまたは長い光ファイバケーブルと、いくつかの送 信機との双方を含む構成、すなわちマルチポイントツーポイント構成へと発展し た。 ネットワークの部品の選択および他の寸法決定は、通信が片方向性のポイント ツーマルチポイント的なもので、かつ経済的なものであるべきであるという要求 の影響を受けてきた。下流へのデータ送信においては、雑音および妨害のレベル は適度なものであり、公知のプロトコルが送信のために用いられる。上流への方 向においては、ネットワークがこの方向において動作するようには設計されてい ないので、条件が異なる。部品からの雑音と、欠陥のあるネットワーク素子が拾 う妨害とは、基地局までのネットワークの全てのブランチから加算される。この 問題は、マルチポイントツーポイント構成によって起こされ、雑音逆流と呼ばれ る。さらに、上流への帯域内には、もっと狭帯域の妨害が存在する。このため、 上流へ送信する時は、同じプロトコルを用いることはできない。 ディジタル情報は、情報を搬送周波数を有するアナログ搬送波の変調に変換す るモデムおよびテレビケーブルを経て送信される。モデムを経て送信を行うポイ ントツーポイント構成は、データ通信においては通常のものであり、ケーブルテ レビネットワークにおいても用いられる。しかし、欠点は、基地局において、ユ ーザ毎に１つのモデムを扱わなくてはならないことである。基地局毎に多くのユ ーザが存在する場合、これは多くの経費および時間を要することになる。 関連技術の説明 モデムおよび同じケーブルを経て送信する時に、ケーブル内におけるクラッシ ュを避けるためには、１９９５年８月のＩＥＥＥ通信マガジンに所載の、チャー ルズ・Ａ・エルダリング外著「高信頼通信のためのＣＡＴＶ戻り経路の特徴」に 説明されているように、送信は、時間または周波数において多重化されなければ ならない。時多重化によれば、異なる送信機は異なるタイムスロット中において 同じ受信機に送信可能であり、マルチポイントツーポイント構成がえられる。こ れに伴う１つの問題は、その時それぞれの送信機が、用いられているケーブルテ レビチャネルの全帯域幅を用い、その帯域内のどこかの狭帯域妨害が全送信を破 壊することである。時多重化はまた、それぞれの送信機が全周波数帯を必要とし 、かつ特定のタイムスロット中においてのみ送信しうるために、制限された柔軟 性しかもたない。それぞれの送信機は、基地局においてある期間中にのみ扱われ うるので、もし送信機の数が多ければ問題が起こる。従来の周波数多重化におい ても、上流への帯域内の高レベルの妨害は、受信機に問題を起こす。これ以外に も、それぞれのチャネルは、多数のフィルタによりフィルタされなければならず 、これらのフィルタを十分に狭帯域にすることは困難であり、かつ多くの経費を 要する。これは、搬送周波数が相互にあまり接近しては配置されないことを意味 し、このことがケーブルテレビチャネル内において用いられうる搬送周波数の数 を制限する。 米国特許第５，２２５，９０２号には、多搬送波システム、すなわちケーブル テレビネットワークにおいて多搬送波を有する上流への信号用のシステムが説明 されている。その場合、妨害の問題は、受信された信号を監視し、最低の妨害レ ベルを有するいくつかの搬送周波数を選択する基地局により解決される。これら の選択される周波数は、相互相関をもたないが、現在の妨害条件に基づいて選択 される。妨害条件は１日を通じて変化するので、受信された信号は連続的に監視 され、搬送波の周波数は必要な時は自動的に変更される。 最良の搬送周波数は、ユーザへ通信され、ユーザは、全て次に同じ選択された 最良の周波数で送信する。このようにして、最低の妨害レベルを有するいくつか の搬送周波数が常に用いられることが保証され、いくつかの搬送周波数の使用は 、信号の１つが読取り可能な状態にある受信者に到達する確率を増大させるため に、送信をより信頼しうるものとする。この方法は、ある種の時多重化を必要し 、送信は相互にクラッシュしないが、それは上述の問題を生じる。 米国特許第５，３７１，５４８Ａ号および米国特許第５，４２５，０５０号の 双方には、ケーブルテレビ技術内におけるＯＦＤＭの使用が、下流への信号の場 合にのみ説明されている。この解決法は、上流への信号のためには働かないもの と、一般に仮定されてきた。例えば、ＥＰ ７０１ ３５１ Ａ２は、上流への 通信のバースト特性が、受信された信号の位相の決定をあまりにも困難にしてい るために、この解決法を放棄している。 発明の要約 ケーブルテレビネットワークにおいて情報を送信する時の１つの問題は、もし それぞれのユーザと共に１つのモデムが、そして基地局内のそれぞれのユーザに 対して１つが配置されれば、多数のモデムが必要になることである。確かに、こ れらのモデムは、さまざまな公知のプロトコルに従いテレビケーブルを経て通信 しうるが、結果は、ポイントツーポイント構成となり、基地局は、かなりの数の モデムを保持するので、この解決法は、多くの経費を要しかつ多くのモデムの扱 いに時間を要することになる。 マルチポイントツーポイント通信においては、基地局は、いずれのユーザが送 信しているのかを決定しえなければならない。例えば、周波数多重化または時多 重化が用いられる。両タイプの多重化は、時間および周波数のそれぞれにおける 伝送容量の損失を生ぜしめる。時多重化の柔軟性は、制限されており、通常の周 波数多重化は、多数の極めて狭帯域のフィルタを必要とする。 本発明の１つの目的は、上流方向への、すなわち基地局へ向かう方向へのマル チポイントツーポイント構成を有するケーブルテレビネットワークを経て情報の 高速、柔軟かつ高信頼性の送信を提供することである。 本発明のさらなる目的は、従来の周波数多重化に関連する問題を克服すること 、すなわち、基地局の受信機内に必要とされるフィルタの数を減少させること、 および搬送波周波数の間隔が狭い、従って使用される周波数帯の利用度の高い周 波数多重化送信を実現することである。 本発明のもう１つの目的は、異なるユーザからの信号間に生じる伝搬時間の差 を補償することである。 さらに、送信に影響を与える妨害に対する低い感度を実現することも本発明の 目的である。 上述の目的は、請求項１に記載されている特徴を有する方法により達成される 。本発明のさらなる特徴および展開およびこの方法を実施するための装置は、他 の請求項に記載されている。 本発明は、それぞれのユーザが別個の搬送周波数により送信を行うケーブルテ レビネットワークにおいて、送信および受信を行うための装置および方法を提供 する。搬送周波数は、相互に直交しているので、それぞれの搬送波の次の搬送波 に対する寄与はゼロであり、別個のチャネルは、少なくとも１つの共通アルゴリ ズム、例えば、少なくとも１つのＦＦＴ（高速フーリエ変換）の計算により分離 される。このＦＦＴは、全ての送信チャネルを同時にデコードするので、全ての ユーザは同時に送信しうる。これは、マルチポイントツーポイント構成における 高速かつ高信頼の送信を保証する。 本発明によれば、時多重化により生じた妨害に対する感度は減少する。ＦＦＴ も、従来の周波数多重化の場合のように、もしそれぞれのチャネルが個々にフィ ルタされていたとすれば、必要な異なるフィルタの数を減少させる。 諸周波数は直交していて、ＦＦＴによる分離中に相互に影響し合わないので、 それらは使用される周波数帯内に相互に極めて接近して配置されうる。 過剰な妨害を伴う搬送周波数は、変更された妨害条件の場合には拒否されるが 、使用される周波数は、常にそれら相互の相関を保持する。この相関は、ここで は諸信号が直交しているものとして説明されるが、それらは少なくとも１つの共 通アルゴリズムにより異なる送信チャネルの共通の分離を可能ならしめる他の種 類の相関をも有する。 さらに、本発明は、異なる送信機からの信号間に生じる伝搬時間の差の補償を 行う。 図面の簡単な説明 本発明の理解および実施の向上をはかるために、添付図面を参照しつつ本発明 を実施例により以下に説明する。添付図面においては、同じ要素は同じ参照番号 によって示され、添付図面において、 図１は、本発明の実施例によるケーブルテレビネットワークのためのネットワ ークアーキテクチャを示し、 図２は、ＱＰＳＫ送信機（ＱＰＳＫ＝４相位相偏移変調）であって、それぞれ の加入者が、その下流受信機の１つまたはそれ以上のかつ関連した部分を有する ＱＰＳＫ送信機の構造を示し、 図３は、ＱＰＳＫ信号のためのエンコーディングダイアグラム、すなわちグレ イ（Gray）エンコーディングのための原理を示し、 図４は、基地局内の受信機の構成を示し、 図５は、ＱＰＳＫ信号のための判断ダイアグラム、すなわちグレイ（Gray）エ ンコーディングされた記号のデコーディングのための原理を示し、 図６Ａは、ケーブルテレビのための周波数帯割当てを示し、 図６Ｂは、ケーブルテレビチャネル内のサブチャネル割当てを示し、 図６Ｃは、２つの相互に直交する信号の周波数スペクトルを示し、 図７は、異なる遅延を有するサブチャネルを示し、 図８は、記号「００」を繰返して送信するサブチャネルを示し、 図９は、記号「００」を繰返して送信する４つの相次ぐサブチャネルが、異な る周波数を有することにより、どのようにして異なる数の位相変位を得るかを示 し、 図１０Ａは、４つの位相変位のための、フィルタバンクと呼ばれる一連のフィ ルタの機能を示し、 図１０Ｂは、いくつかの位相変位のためのフィルタバンクの可能な具体化を示 し、 図１１は、４つの位相変位を有する実現されたシステムを示し、 図１２は、本発明の第２実施例によるＱＰＳＫ送信機の構造と、下流受信機の 関連した部分とを示し、 図１３は、それぞれの保護期間がどのようにして、ある位相角の位相変位を生 じるかを示し、 図１４は、位相補償装置がどのようにして第２実施例により実現されるかを示 し、 図１５は、中断位相を有する信号を示し、 図１６Ａは、連続位相を有する信号のスペクトル分布を示し、 図１６Ｂは、中断位相を有する信号のスペクトル分布を示す。 実施例の詳細な説明ネットワークアーキテクチャ 図１は、本発明の実施例によるケーブルテレビネットワークのためのネットワ ークアーキテクチャを示す。基地局１は、ケーブル２を経てアンテナ３に接続さ れている。ケーブル２および基地局１に対する他の接続は、例えば、光ケーブル 、同軸ケーブルまたは導波管である。基地局１は、記憶ユニット４、ネットワー ク接続５およびネットワークユニット６にも接続され、これらは基地局自体の部 分である。ネットワークユニット６からは、例えば同軸ケーブルから作られた、 いくつかの同様なブランチ２０が延長している。 図示されているブランチ２０により、ネットワークユニット６は、同軸ケーブ ルを経て２方向増幅器８の１つの極７に電気的に接続されている。この増幅器の 他の極は、第１アウトレット装置１１の第１極１０に電気的に接続され、その第 ２極１２は、第２アウトレット装置１３を経て第１加入者１４へ接続されている 。第２および第３の加入者１７および１８は、それぞれ第１アウトレット装置１ １上の１つの極に直接に接続されている。 ネットワーク内のそれぞれのブランチは、いくつかの２方向増幅器と、アウト レット装置と、ネットワークに対するさまざまなタイプの接続を有する加入者と を含む。第１加入者１４においては、テレビ受信機１６が有向コネクタ１５を経 てネットワークに接続され、一方、第２加入者１７においては、ネットワーク接 続は、広帯域サービスのためのインタフェース１９を経て行われ、インタフェー ス１９にコンピュータ２１およびテレビ受信機２２が接続されている。第３加入 者１８においては、電話２３が、広帯域サービスのためのインタフェース１４を 経てネットワークに接続されている。下流への送信 基地局１においては、いくつかの異なる信号源からの信号が、加入者へ向けて の下流への送信のために組合わされる。これらの信号源は、アンテナ３が受信し た衛星送信と、記憶ユニット４からの記憶情報と、他のネットワークまたは記憶 からネットワーク接続５を経て送信された情報とを含む。 もし基地局１およびネットワークユニット６が相互にある距離にあれば、それ らの間の信号は、光ファイバを経て送信される。ネットワーク内のこれらの、お よびその他の光接続は、例えば１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍの波長を有する 高度に直線的な光変調器を用いた単一モードファイバでありえ、分配帰還を有す るレーザおよび外部変調器の双方が用いられる。 加入者へ向けての下流へのビデオ信号の送信中において、ネットワークユニッ ト６は、その光信号を電気的信号に変換し、増幅し、かつ、例えばＲＦモデムを 用いて同軸ケーブル２０に送信する。それらの信号は、それぞれのケーブルに沿 い２方向増幅器において必要に応じて増幅される。信号電力の一部は、アウトレ ット装置１１、１３を用いてそれぞれの加入者へ分岐される。 基地局１またはネットワークユニット６は、サブチャネル割当てのための手段 ６０を含む。これらの手段６０においては、少なくとも１つの周波数が、共通の 呼出しチャネルを経て周波数割当てを要求したそれぞれの加入者へ割当てられ、 これらの割当てられた周波数についての通知が、下流へのチャネルを経てことご とくの加入者に送られる。 加入者１４、１７、１８においては、信号は、有向コネクタ１５と、広帯域サ ービスのためのインタフェース１９およびインタフェース２４とにより受信され る。上流への送信 加入者から上流への送信に際しては、信号は同軸ケーブル上に多重化される。 ２方向増幅器８は、ケーブルに沿い必要に応じて信号を増幅し、多重化されかつ 必要な時は増幅された信号は、ネットワーク内のいくつかのブランチからの信号 を組合わせて、それらを基地局１に送信するネットワークユニット６に送信され 、もし適用可能ならば光信号に変換される。基地局１は、それらの信号を受信し 、それらを解釈し、信号内の情報を処理する。もしネットワークが他のネットワ ークに接続されていれば、基地局は、もし必要ならば、また必要な時は、通知を ネットワーク接続５を経て他のネットワークへ送信する。加入者におけるＱＰＳＫ送信機 図２は、ＱＰＳＫ送信機２６（ＱＰＳＫ＝４相位相偏移変調）の構造を示し、 それぞれの加入者は、その下流受信機２７の１つまたはそれ以上、かつ関連した 部分を有する。両者は、例えば、広帯域サービスのためのインタフェース１９、 ２４の部分である。加入者が上流へ送信したい情報は、例えば、インタフェース １９、２４に接続されている電話のキーセットまたはコンピュータまたは情報を 入力するためのある他の装置（図示せず）を経て入力される。有向コネクタ１５ を経てのみ接続されている加入者は、情報を上流に送信しえない。ネットワーク 内での可能な反射を防止するために有向コネクタ１５が極めて高い減衰を有する のは上流方向であるが、そのわけは、それが下流への送信のためにのみ設計され ているからである。 送信機２６に到達する前に、ディジタル情報は、送信機２６の一部であるエン コーディング装置２８においてランダムにエンコードされて記号エンコーダ２９ に送られ、記号エンコーダ２９は、ディジタル信号をそれぞれの部分が２ビット の長さを有する部分に分割し、図３に示されているグレイエンコーディングによ り、それぞれの２ビットの組合せに複素値ａ_n±ｊｂ_nを割当て、隣接する移相が １つのビットのみの変化、００、０１、１１、１０に対応するようにする。それ ぞれの２ビットの組合せは、記号と呼ばれる。この実施例においては、ＱＰＳ Ｋ変調が用いられるが、ＤＰＳＫ（２位相偏移変調）、８ＰＳＫ（８位相偏移変 調）、ＱＡＭ（直交振幅変調）または利用可能な信号／雑音関係に依存する別の 信号セットも用いられる。 記号エンコーダ２９の出力端子は、出力信号の実数部分を「同相」ミクサ３０ に送り、出力信号の虚数部分を「直角位相」ミクサ３１に送る。ユニット３０の 第２入力端子は、周波数変換器３２に接続され、また９０°位相変位手段３３を 経てユニット３１も接続されている。 このシステムは、周波数の偏移に対し高感度を有する。水晶発振器における通 常値である、わずか５０ｐｐｍの周波数偏移が、受信機をして、位相がドリフト する時に信号に追従する能力を失わせる。このため、とりわけシステムは、下流 へのチャネルから検索された搬送波を用い、加入者から下流への信号のための混 合された搬送波を発生する。 下流受信機２７は、従来から受信機回路３５を有し、その出力はアドレスフィ ルタ３６に接続され、アドレスフィルタ３６の出力は、出力データ信号を加入者 へ送る。受信機回路３５は、基地局１からデータパケットを受ける。アドレスフ ィルタ３６は、この下流受信機２７へアドレス指定されたデータパケットの部分 を分離する。データパケットのこの部分は、制御プロセッサ３７へ送られ、制御 プロセッサ３７は、周波数変換器３２を制御する。データパケットは、割当てら れた搬送周波数に関する情報のほかに、弱い出力信号を有する送信機へ送信電力 を増加させること、強い出力信号を有する送信機へ送信電力を減少させることを 知らせる情報、またはそれぞれの送信のための所定の遅延に関する情報を含む。 周波数変換器３２は、受信機回路３５に接続され、下流への搬送波ｆ_cからクロ ック信号および制御信号を抽出する。 上流への搬送波上に変調されたミクサ３０および３１からの信号は、加算器３ ８において互いに加算される。ミクサ３０および３１に送られる搬送波は、相互 に直交しているので、加算器３８から生じる搬送波もまた２つの部分を有し、こ れらは相互に直交している。加算器３８からのディジタル出力信号は、下流受信 機２７内のユニット３２から得られたクロック制御サンプリング周波数ｆ_sによ りＤＡ変換器３９においてＤＡ変換される。ディジタル信号のＤＡ変換の後のデ ィジタル２ビットの組合せに対応するアナログ信号の間隔は、信号ユニットまた は記号と呼ばれる。すなわち、ＤＡ変換後の記号は、ディジタル記号に対応する アナログ記号であり、ディジタル記号の時間に対応する時間的延長を有する。ア ナログ信号は、帯域フィルタ４０において帯域フィルタされた後、送信機２６の 一部である変換器１４１においてＩＦ帯域からＲＦ帯域へ変換され、信号は変換 器１４１から基地局１に送信される。変換器１４１は、周波数変換器３２に接続 され、周波数変換器３２から変換のための基準周波数ｆ_rを受ける。基地局内の受信機 図４は、基地局１内の受信機の構成を示す。この受信機は、加入者の送信機か らの信号を共通アルゴリズムにより分離されるべき広帯域信号として同時に受信 する。実施例においては、この共通アルゴリズムは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換 ）であるが、別の適切なアルゴリズムである。受信された信号５は、帯域フィル タ４１により帯域制限された後、サブチャネルパッケージにより用いられる最低 周波数である基本周波数ｆ₀と同じ周波数を有する搬送波と混合される。混合信 号は、低域フィルタ４３により低域フィルタされ、かつ、ＡＤ変換器４４により ＡＤ変換される。次に、このディジタル情報は、ＦＦＴ計算ブロック４５に送ら れる。ＦＦＴ ＦＦＴ計算ブロック４５は、ＡＤ変換器４４からデータを受け、受けたデータ のＦＦＴ（高速フーリエ変換）を従来のようにして計算する。毎度ＦＦＴが計算 される時間間隔は、ＦＦＴウィンドウと呼ばれる。この間隔の長さは、いずれの 搬送波に対しても、その周期の整数倍を含むように、ｎを整数としＮ＝２ⁿとす るとき入力データのＮ個のサンプルに基づいてＦＦＴが計算されるように選択さ れる。これは、ユーザがクイックラディックス−２ＦＦＴを用いることを可能に する。 ＦＦＴは、それぞれの上流へのチャネルを分離し、情報を適応等化器ブロック ４６にチャネルを経て供給する。等化器ブロック４６の出力端子は、チャネルの 伝達関数により起こされる位相および振幅の変化の等化器ブロック４６における 補償のために、判断ブロック４９に、また加算器４７を経て計算装置４８に接続 されている。これらの変化の状況を決定するために、それぞれの送信は、受信機 にとって既知の記号シーケンスで開始される。次に、セレクタスイッチＳ１は、 訓練ブロック５１を加算器４７に接続するようにセットされる。それぞれの記号 に対し、誤差が、等化器ブロックの出力上の実際の受信記号Ｓ_mと、訓練ブロッ ク５１からとられた既知の訓練記号Ｓ_tとの間の差εとして計算される。この差 は、加算器４７により計算される。計算装置４８は、この差を基地局の装置のい ずれかから得ることができ、適応等化器ブロック４６に影響を及ぼすステップΔ を用いた最小２乗法により最小化する。訓練シーケンスが長いほど、誤差補償は よくなる。訓練シーケンスが完了した後、セレクタスイッチＳ１が判断ブロック ４９の出力を加算器４７に接続するようにセットされて判断帰還が得られ、判断 帰還においては、計算装置４８が、受信記号Ｓ_mと判断ブロック４９の出力上の デコードされた記号Ｓ_kとの間の差を連続的に最小化する。 判断ブロック４９は、図５に示されているダイアグラムに従って記号をデコー ドする。受信記号Ｓ_mは、最も近い既知記号Ｓ_kに翻訳される。このようにしてデ コードされた記号は、上流に送信されるディジタル情報を構成する。周波数割当て 図６Ａは、ケーブルテレビのための周波数帯割当てを説明している。基地局１ は、サブチャネル割当てのための装置６０を含む。異なる種類の対話形テレビ、 通信販売その他のサービスの上流への送信のためには、５ないし４０ＭＨｚの周 波数帯が予約され、下流への送信のためには、５０ＭＨｚおよびそれ以上の帯域 が用いられる。これらの周波数帯内においては、スペクトルが、個々のケーブル テレビチャネルのために個々の帯域、例えば、ＢＡ、ＢＢ、ＢＣに分割される。 図６Ａには、下流への帯域５０ＭＨｚおよびそれ以上について示されているが、 上流への帯域５ないし４０ＭＨｚについても同様のことが成り立つ。 図６Ｂは、ケーブルテレビチャネル内におけるサブチャネル割当てを示す。こ の割当ては、ＯＨｚとサンプリング周波数の半分ｆ_s／２との間の周波数スペク トルをいくつかの周波数ｆ_nに分割することにより行われ、周波数ｆ_nの数は、ｘ を整数として２^Xに等しく、これらの周波数は、全て基本周波数ｆ₀の倍数であり 、その間隔はΔｆである。使用されるべきケーブルテレビチャネル内の周波 数ｆ₀、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₄は、次に加入者からの上流への送信のための搬送波として 用いられ、すなわち、加入者送信機のそれぞれに対して唯一の搬送周波数が割当 てられる。これらの搬送周波数は、直交するように選択される。 図６Ｃは、中心周波数がそれぞれｆ₂およびｆ₃である２つの直交信号ｓ₂、ｓ₃ の周波数スペクトルを示す。搬送周波数を上述に従って選択するサブチャネルは 、ＦＦＴの使用により同時に検出される。その理由は、信号が直交するように周 波数帯の分割が行われているからである。直交信号という用語の意味は後述され る。 もし強い妨害が、周波数帯の部分を使用することを不可能にすれば、システム は、影響を受けた加入者を周波数帯の他の部分へ再割当てする。もっと大きい帯 域幅を必要とする加入者は、もっと多くの周波数を割当てられるが、その加入者 がいくつかの周波数により同時に、例えば、１つより多くのＱＰＳＫ送信機によ り送信することを必要とする。ユーザに対するもっと多くの周波数の再割当てま たは割当ては、適用可能な時は、基地局内に見出されるサブチャネル割当てのた めの装置６０において行われる。直交性 中心周波数がそれぞれｆ₁およびｆ₂である２つの信号ｓ₁（ｔ）およびｓ₂（ｔ ）は、もし次の条件を満たせば直交している。 ｔ＝０からｔ＝Ｔ_symbolまでの区間において∫ｓ₁（ｔ）ｘｓ₂（ｔ）ｄｔ＝０ これは、その間に漏話がなく、互いに独立して検出されることを意味する。直 交性を保持するためには、周波数の差、 Δｆ＝１／Ｔ_symbol をもたなければならない。ただし、Ｔ_symbolは、１つの記号周期または信号ユニ ット、すなわち、２進コード＝記号に対応する時間平面内の信号のセグメントに 等しい。ＱＰＳＫ変調、すなわち４位相変位によれば、４つのディジタル記号は 、００、０１、１１、１０となる。 ０からサンプリング周波数の半分までの周波数帯は、２ⁿ個の区間に分割され る。ただし、ｎは、ケーブルテレビチャネルの周波数帯内にＮ個のサブチャネル を与えるのに十分な大きさにとられる。 サブチャネル割当てを行うアルゴリズムは、基地局１内のサブチャネル割当て のための装置６０またはネットワークユニット６に含まれ、必要とされる区間数 の最初の推定をサンプリング定理により必要とされる最低サンプリング周波数に 関する情報と組合わせる。もし調節が必要ならば、区間数を増大させることがで き、かつ／またはサンプリング周波数を増大させることができるので、サブチャ ネルは、ＦＦＴアルゴリズムの計算に適するように抽出される。 図７は、サブチャネルＫ１、Ｋ２、Ｋ３、．．．Ｋｎを示し、それぞれ記号α １、α２、α３の流れを異なるチャネルを経て異なる遅延をもって送る。（記号 α１、α２、α３は同じでもよいが、同じである必要はない。）これらの遅延は 、加入者から基地局１までの信号の伝搬時間により生じる。異なる加入者は、基 地局１から異なる距離にあるので、伝搬時間は異なる。ＦＦＴアルゴリズムが異 なるチャネルを区別するためには、異なる加入者から送られる記号は、ＦＦＴが 計算される時間間隔内にオーバラップし、すなわちＦＦＴウィンドウＩと呼ばれ る間隔内には、記号遷移Ｓ_xは起こってはならない。従って、それぞれのＦＦＴ ウィンドウの間には、保護期間Ｔ_gが必要となり、可能な送信速度を低下させる 。 保護期間の持続時間は、２つの送信機間の遅延の最大の差Ｄ_mにより決定され る。必要とされる保護期間は、別の問題を生じる。すなわち、受信される記号の 位相が適応等化器により容易に補償されえないように変動する。 基地局１は、それぞれの分離された信号において保護期間Ｔ_gの長さを計算す るための装置８１と、可能な位相変位の数および位相変位の出現を計算するため の装置８２とを含む。 図８は、毎度記号α１、α２、α３が同じである図７の状況に対応し、記号「 ００」を繰返して送るサブチャネルを示す。これは必ずしも必要なことではない が、例をより容易に理解するようにする。もし保護期間ＴｇがＦＦＴウィンドウ Ｉと等しい長さにされれば、Ｔ_g＝Ｉと表され、信号は１つの同じ位相変位のみ を得るが、その場合は、送信においてわずか５０％の利用度しか得られない。も し保護期間がＴ_g＝Ｉ／４と図示されているように、ＦＦＴの長さの１／４にな るようにセットされれば、それぞれのＦＦＴウィンドウの始点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ における信号の位相は、約９０°だけ離れた判断スペースにおける４つの点をと り、すなわち記号は４つの異なる位相変位を有し、たとえもし長い訓練シーケン スが用いられても、適応等化器４６の補償能力を遥かに超える。本発明の実施例 によれば、保護期間の長さＴ_gは、 Ｔ_g＝Ｉ／２ⁿ として選択される。ただし、Ｉ＝ＦＦＴの長さ２ⁿは、ＦＦＴウィンドウの始め における受信信号の位相変位の最大数である。このようにして、図内にＴ_g＝Ｉ ／４として指示されているように、もし保護期間がＦＦＴの長さの１／４にセッ トされれば、４つの位相変位の最大値が得られる。 図９は、記号「００」を繰返して送信する４つの相次ぐサブチャネルが異なる 周波数を有することにより、どのようにして異なる数の位相変位を得るかを示す 。チャネルａ）は、４つの位相変位ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を有し、チャネルｂ ）は、２つの位相変位を有し、チャネルｃ）は、４つの位相変位を有し、チャネ ルｄ）は、１つの位相変位を有する。あるチャネルにおける位相変位の数は、そ の周波数とＦＦＴの長さＩに対する保護期間の長さＴ_gとにより決定される。本 発明は、同じ位相変位を有する記号をグルーブに分けし、それぞれのグルーブを このグルーブに対して有効な位相および減衰条件に適するフィルタを用いてフィ ルタすることにより、この位相変化における予測可能な動態を利用する。基地局 １は、可能な位相変位の数により信号をグルーブ分けする手段８３と、フィルタ バンク７０、７６に注文し、与えられた数のフィルタにより、それぞれの信号グ ルーブを巡回的にフィルタする手段８４とを含む。 図１０Ａは、４つの位相変位に対し、フィルタバンク７０と呼ばれる一連のフ ィルタの機能を説明している。フィルタバンク７０は、一連のフィルタＨ₁₁（ｚ ）、Ｈ₁₂（ｚ）、．．．、Ｈ_ln（ｚ）を含み、信号をフィルタするために巡回的 に接続される。位相変位の最大数は、チャネル上において得られ、これらの位相 変位が生じる順序は既知であるので、ある記号がその移相および減衰に適応した フィルタにより等化されるように、一連の異なるフィルタはシーケンスをなして 多重化される。次に、このフィルタは、最小２乗法を用いて調節され、次の記号 がＦＦＴにより計算される間に、次のフィルタに移動が行われる。基地局１ は、いくつかのフィルタバンクを含む。フィルタバンクの長さ、フィルタの数は 、位相変位の最大数２ⁿにより決定される。フィルタバンク内のフィルタＨ（ｚ ）は、少なくとも１つの複素フィルタ係数ｈを有し、特定の位相変位のために用 いられる。フィルタ係数ｈは、例えば最小２乗法を用い、計算装置４８により更 新される。フィルタバンク７０の入力は、ＦＦＴ計算ブロック４５に接続され、 図４に示されている従来の適応等化器ブロック４６を置換している。加算器４７ と計算装置４８と判断装置４９とは、図４に関連して説明されたように機能する 。 図１０Ｂは、位相変位のためのフィルタバンクの可能な具体化を示す。図１０ Ｂにおいて、フィルタバンクはフィルタ71を含み、その複素フィルタ係数は巡回 的に変化されるので、いくつかの異なるフィルタが得られる。すなわち、このフ ィルタバンクは、１つのフィルタ７１から構成されて、複素フィルタ係数は、シ フトレジスタ７２内に記憶されている複素フィルタ係数ｈ₂₁、ｈ₂₂、ｈ_2nの中か ら巡回的に選択される。シフトレジスタ７２は、それぞれの記号に対する１つの 位置だけシフトされ、それぞれの係数は、計算装置４８によりステップ長Δで最 小２乗法を用い調節される。加算器４７と計算装置４８と判断手段４９とは、図 ４に関連して説明されたように機能する。 図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、訓練ブロック５１とセレクタスイッチＳ１ とに関連する接続とは、わかりやすくするために省略されているが、この実施例 に上述と同様に含まれている。 図１１は、４つの位相変位を有する実現されたシステムを示す。それぞれのチ ャネルにおける位相変位の数が既知であるので、全チャネルのフィルタは最大長 を有する必要がなく、メモリスペースを節約する。チャネルＫ２およびＫ４は、 ４つの位相変位を有し、図１０Ｂにおいて説明したのと同様に機能する。チャネ ルＫ１は、１つの位相変位のみを有し、従って１つのフィルタ７３を必要とする のみで、そのフィルタ係数は、計算装置４８により最小２乗法を用いて調節され るのみである。チャネルＫ３は、２つの位相変位を有し、従って、フィルタ７４ に巡回的に接続するシフトレジスタ７５の２つのフィルタ係数ｃ３２、ｃ３１を 有する。加算器４７と計算装置４８と判断ブロック４９は、図４に関連して説明 したように機能する。 他の実施例の説明 以下においては、本発明の別の実施例を説明する。これらの実施例は、前述の 実施例と異なる特徴のみが説明される。全ての他の特徴は、前述の実施例に対応 している。 図１２は、本発明の第２実施例によるＱＰＳＫ送信機１２６と下流受信機２７ の関連部分とを示す。（ここでも、それぞれの加入者は１つまたはそれ以上のＱ ＰＳＫ送信機１２６を有する。）ＱＰＳＫ送信機１２６は、１つの位相補償手段 １４２を追加することにより、前述の実施例におけるＱＰＳＫ送信機２６と同様 に機能する。位相補償手段１４２は、それぞれの記号の後に、それぞれの記号に 特有の位相変位を有する波形を再スタートさせることにより、信号の位相変位に 対する保護期間Ｔ_gの効果を補償する。この実施例においては、全ての信号が、 それぞれの記号に特有な位相変位をもって基地局１の受信機に到着するので、同 じフィルタバンクを有するグルーブのグルーブ分けもフィルタリングも必要ない 。 図１３は、保護期間Ｔ_gがどのようにして位相を位相角θだけ変位させるかを 示す。Ｔ_g＝Ｉ／４は、４つの可能な位相変位を与え、その変位は、次のように 与えられる。 θ_k＝θ₀＋ｉ_kπ／２ ｉ_k＝０、１、２、３ その時、位相補償φ_c＝２πＴ_g／Ｔ_cが必要とされ、Ｔ_cは、Ｔ_c＝１／ｆ_c、すな わち搬送波の周期である。 記号間隔ｋにおいて、信号は、次のように書くことができる。 三角関数を展開すると、次式が得られる。 ｓ_k(t)=Acos(θ_k-kφ_c)cos(2πf_ct)-Asin(θ_k-kφ_c)sin(2πf_ct) （２） さらなる三角関数の展開および代入 a_k=cosθ_k x_k=cos(kφ_c) b_k=sinθ_k y_k=sin(kφ_c) を行うと、次式が得られる。 ｓ_k(t)=A[a_kx_k÷b_ky_k]cos(2πf_ct)-A[b_kx_k-a_ky_k]sin(2πf_ct) （３） Ａ〔ａ_kｘ_k＋ｂ_kｙ_k〕＝ａ_k’およびＡ〔ｂ_kｘ_k−ａ_kｙ_k〕＝ｂ_k’を代入すると 、次式が得られる。 s_k(t)=a_k'cos(2πf_ct)-b_k'sin(2πf_ct) （４） 図１４は、方程式４がどのようにして位相補償装置１４２において実現される かを示す。記号エンコーダ２９は、ディジタル信号を２ビット部分に分割し、図 ３に関連して前述されたａ_n±ｊｂ_nに対応する２ビットの組合せに、複素値ａ_k ±ｊｂ_kを割当てる。実数成分ａ_kは、ミクサ１４３へ供給され、値ｘ_kと混合さ れ、ミクサ１４６に供給され、値ｙ_kと混合される。虚数成分ｂ_kは、ミクサ１４ ７へ供給され、値ｘ_kと混合され、ミクサ１４５に供給され、値ｙ_kと混合される 。値ｘ_kおよびｙ_kは、制御プロセッサ３７から得られる。ミクサ１４３およびミ クサ１４５からの出力信号は、加算器１４８において加算され、その出力にはａ_k ’が得られる。ミクサ１４６およびミクサ１４７からの出力信号は、加算器１ ４９において加算され、その出力にはｂ_k’が得られる。このようにして位相補 償された実数成分および虚数成分ａ_k’およびｂ_k’は、ミクサ３０およびミクサ ３１に供給される（図１２参照）。 図１５は、方程式４による中断位相を有する信号を示す。ここでは、中断位相 とは、同様の記号の流れが送信されるが、位相が連続的でないことを意味する。 そのような波形は、図１２のＱＰＳＫ送信機１２６により発生される。 図１６Ａは、連続位相を有する信号のスペクトル分布を示し、図１６Ｂは、中 断位相を有する信号のスペクトル分布を示し、両信号は、標準化された周波数の 関数として示されている。このタイプの信号のスペクトル分布は、取り扱うのに より困難であることが予想されるが、シミュレーションは、差がそれほど大きく ないことを示した。これは、図１６Ａおよび図１６Ｂに見られる。 本発明の第３実施例によれば、基地局１は、全ての送信がそれぞれの記号に特 有な位相変位をもって基地局１内の受信機に同時に到着するように、それぞれの 送信を所定時間だけ遅延させるよう、それぞれの加入者のＱＰＳＫ送信機２６を 制御する。この実施例においては、全ての信号が、それぞれの記号に特有な位相 変位をもって基地局の受信機に到着するので、保護期間の必要がなく、従って、 前述の実施例において生じた種類の位相誤差は生ぜず、すなわち、同じフィルタ バンクを用いるグルーブの位相補償またはグルーブ分けおよびフィルタリングは 必要とされない。 双方が基地局１に見出される保護期間Ｔ_gを計算する手段８１と、位相変位の 数および出現を計算する手段とは、上流への送信に必要な遅延に関する情報をそ れぞれのＱＰＳＫ送信機２６に対して供給する。この情報は、例えば、周波数割 当てに関する情報と組合わされて、それぞれの加入者の下流受信機２７に送信さ れ、受信機２７においてはプロセッサ３７が遅延を与える。 図１から図１１までに関連して説明した実施例においては、光信号と電気信号 との間の変換は、ネットワークユニット６において行われるが、別の実施例にお いては、全ネットワークが光学性のものである。その場合、増幅器およびアウト レット装置は、光学性のものであり、送信は、例えば、それぞれの加入者に対し て１つの波長により行われ、それらの波長は、全ての送信機が少なくとも１つの 共通アルゴリズム、例えば少なくとも１つのＦＦＴにより同時に受信されかつ分 離されるように、相互に相関される。中間的な解決法もまた可能であり、その場 合は、全ネットワークを光学性のものとせずに、前述の実施例におけるよりも大 きいネットワーク部分を光学性のものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基地局から送信機を備えた少なくとも２つの加入者に外向きに分岐する分 岐ケーブルネットワークに接続された少なくとも１つの前記基地局を含むケーブ ルテレビネットワークにおいて情報を送信また受信する方法であって、 前記加入者の送信機のそれぞれに唯一の搬送周波数を割当てるステップと、 前記搬送周波数を相互に直交するように選択するステップと、 前記加入者の送信機から信号を同時に送信し、それらの信号を前記基地局にお いて広帯域信号として受信し、かつ前記信号を少なくとも１つの共通アルゴリズ ムにより分離するステップと、 を含む前記方法。 ２．前記共通アルゴリズムは、少なくとも１つのＦＦＴ（高速フーリエ変換） の計算を含む請求項１に記載の方法。 ３．送信される記号間に保護期間を導入するステップであって、前記保護期間 の持続時間は、異なる加入者の送信機からの信号を分離する前記アルゴリズムの 部分の持続時間の所定部分を構成する前記保護期間を導入するステップと、 前記保護期間の前記持続時間と、前記異なる加入者の送信機からの前記信号を 分離する前記アルゴリズムの前記部分の前記持続時間との間の関係を用い、それ ぞれの分離された信号において可能な位相変位の数と前記位相変位の出現とを決 定するステップと、 をさらに含む請求項１または請求項２に記載の方法。 ４．可能な位相変位の前記数により前記記号をグルーブ分けするステップと、 前記記号のそれぞれのグルーブを所定数のフィルタを用いて巡回的にフィルタ するステップと、 前記記号のそれぞれのグルーブのためのフィルタの数を前記グルーブにおける 位相変位の数から決定するステップと、 をさらに含む請求項３に記載の方法。 ５．前記異なる加入者の送信機からの前記信号を分離する前記アルゴリズムの 前記部分の前記持続時間の所定部分を構成する持続時間を有する保護期間を計算 するステップと、 前記保護期間の前記持続時間と、前記異なる加入者の送信機からの前記信号を 分離する前記アルゴリズムの前記部分の前記持続時間との間の関係を用い、それ ぞれの分離された信号において可能な位相変位の数と、前記位相変位の出現とを 決定するステップと、 それぞれの加入者の送信機における前記基地局に向けての上流への送信を意図 された信号の、全ての信号が同じ位相変位を得るようにするための位相補償のス テップと、 をさらに含む請求項２に記載の方法。 ６．それぞれの加入者のために適切な遅延を計算するステップと、 それぞれの加入者の送信機が前記加入者の送信機のための前記計算された適切 な遅延の後に送信するようにするステップと、 をさらに含む請求項２に記載の方法。 ７．送信機（２６）を備えた少なくとも２つの加入者（１７、１８）に分岐し た分岐ケーブルネットワーク（２０、１１、１３）に接続された、少なくとも１ つの装置（１、６）を有するケーブルテレビネットワークにおいて情報を送信ま たは受信する装置であって、 前記加入者の受信機（２６）に唯一の搬送周波数を割当てる手段（６０）であ って、前記搬送周波数が直交している前記手段（６０）と、 前記加入者の送信機（２６）からの信号を広帯域信号として同時に受信し、か つ前記信号を少なくとも１つの共通アルゴリズムを用いて分離する手段（４１− ５０）と、 を含む前記情報を送信または受信する装置。 ８．前記受信装置（４１−５０）は、少なくとも１つのＦＦＴのための計算装 置（４５）をさらに含む請求項７に記載の装置。 ９．基地局が、 送信された記号間の保護期間の持続時間を計算する手段（８１）と、 それぞれの分離された信号において異なる位相変位の数と、前記位相変位の出 現とを計算する手段（８２）と、 をさらに含む請求項７または請求項８に記載の装置。 １０．前記基地局が、 可能な位相変位の前記数により前記信号をグルーブ分けする手段（８３）と、 前記信号のそれぞれのグルーブを所定数のフィルタを用いて巡回的にフィルタ する手段（８４）であって、前記グルーブにおける前記フィルタの数が前記グル ーブにおける位相変位の前記数により決定される前記手段（８４）と をさらに含む請求項９に記載の装置。 １１．位相補償手段（１４２）を含む送信機（１２６）を備えた少なくとも２ つの加入者（１７、１８）に向かって分岐した分岐ケーブルネットワーク（２０ 、１１、１３）に接続された少なくとも１つの装置（１、６）を有するケーブル テレビネットワークにおいて情報を送信または受信する装置であって、前記装置 が、 前記加入者の受信機（１２６）に唯一の搬送周波数を割当てる手段（６０）で あって、前記搬送周波数が直交している前記手段（６０）と、 前記加入者の送信機（１２６）からの信号を広帯域信号として同時に受信し、 かつ前記信号を少なくとも１つの共通アルゴリズムを用いて分離する手段（４１ −５０）と、 を含む前記装置。 １２．前記受信手段（４１、５０）は、少なくとも１つのＦＦＴのための計算 装置（４５）をさらに含む請求項１１に記載の装置。 １３．送信された記号間の保護期間の持続時間を計算する手段（８１）と、 それぞれの分離された信号において可能な位相変位の数と、前記位相変位の出 現とを計算する手段（８２）と、 をさらに含む請求項１１または請求項１２に記載の装置。