JP2004531927A - 広帯域時分割多重化変調方法および装置 - Google Patents
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Abstract
パケットスイッチルータは、ハイブリッド・ファイバ同軸（HFC）網における各加入者宛先に専用帯域幅を与えるように下流側デジタル情報を処理する。ルータは、ネットワーク接続の端末として働くネットワーク・モジュールと、ネットワーク・モジュールからデータを転送するスイッチと、チャネル・モジュールとを含んでいる。チャネル・モジュールは、スイッチインタフェース、セル処理エンジン、1つまたは複数の変調器、および無線周波数（RF）送信器網とを含んでいる。スイッチインタフェースは、パケット化データをスイッチからセル処理エンジンに転送する。セル処理エンジンは、パケット化データを複数のデータ・ストリームに構成し、各データ・ストリーム内のデータをカプセル化して複数のデータ・セルを得て、データ・セルを多重化して多重化セル・ストリームを得る。各変調器は、多重化セル・ストリームをアナログ信号に変調するように構成されている。RF送信器網は、複数のアナログ信号をアップコンバートし組み合わせて、送信できる組合せ電気信号を得る。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報の供給および配信に関し、特に、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅をネットワーク内の加入者に供給するのを可能にする広帯域時分割多重化変調方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
企業および個人の加入者からの広帯域コンテンツに対する要求はますます高くなっている。広帯域コンテンツには、ブロードキャスト・テレビジョン・チャネル、ビデオ・オン・デマンド、ストリーミング・ビデオ、マルチメディア・データ、インタネット・アクセス、ボイス・オーバIPのような多種のエンターテインメント・プログラム、通信、およびデータが含まれる。高まる要求を満たすには、各加入者への帯域幅を増やし、サービスの質を向上させる必要がある。現行の供給技術には、電話技術を用いるADSL（非対称DSL）ような、DSL（デジタル加入者回線）技術のいくつかの変形例、テレビジョン技術およびHFC（ハイブリッド・ファイバ同軸）配信網を用いたケーブル・モデム・システム、2方向衛星を含む2方向無線ローカル・ループ（WLL）などが含まれる。広帯域コンテンツを提供する既存のレガシー技術は、要求を満たすにはますます不適切なものになっている。
【０００３】
DSL（デジタル加入者回線）技術は、より対銅線またはより対ケーブル上でデータを供給する方法であり、通常、公衆電話網（PSTN）を使用する。既存の公衆電話網(PSTN)およびより対ケーブル（ネットワーク・プラント）上でのビデオ・サービスの供給にはいくつかの大きな問題がある。既存のネットワーク・プラントは、一様ではなく、大部分のプラントは古く、銅の状態が不十分であり、信号損失および回線雑音を引き起こす。実際、最も近いDSLAM（DSL Access Multiplexor）までかなりの距離があり、かつ既存のプラントの状態が不十分であるため、ADSLを既存のプラント上で多数のユーザに装備することはできない。さらに、ADSLは現在、下流側帯域幅が限られており、基本的に戻り帯域幅が非常に限られている。ADSLは、その帯域幅制限および特性のために、テレビ会議のような加入者宛先から発信される多くの種類のコンテンツには不適切である。
【０００４】
DOCSIS（Data-Over-Cable Service Interface Specifications）を用いてデータ・サービスを供給するケーブル・モデム・システムは、テレビジョン・ブロードキャスト・スペクトルおよびテレビジョン技術を利用していわゆるブロードキャスト・データを加入者にブロードキャストする。既存のHFC網を用いた広帯域データ（ビデオ・オン・デマンド、ストリーミング・データなど）の供給に伴う1つの問題は、利用可能な供給スペクトルが限られていることである。約15メガヘルツ（MHz）から約860MHzまで延びるテレビジョン広帯域スペクトル上で加入者にデータを供給するテレビジョン・データ供給システムが確立されている。アナログ・テレビジョンを加入側のユーザに供給する場合、約54MHzから550MHzの間のスペクトルが占有され、HFCケーブル・モデル・システム上でのデジタル情報の供給には比較的小さな範囲のスペクトルしか残らない。下流側を上流側から分離するダイプレックス・フィルタは、大部分の消費者ベースのHFCシステムで広く用いられている拡張サブスプリット周波数計画では約42MHzから54MHzの周波数範囲内に位置する。したがって、典型的な消費者ベースのHFCシステムを用いた2つの有効供給周波数範囲は、約15MHzから42MHzの間の周波数範囲（上流側）および約550MHzから860MHzの間の周波数範囲（下流側）である。
【０００５】
DOSIS（Data-Over-Cable Service Interface Specifications）は、HFCプラント上でデータ・サービスを供給する方法を指定する標準である。DOCSISは、データ・サービスをHFC網上で中央配信点から供給するのに用いられるエンティティであるCMTS（Cable Modem Termination System）を定めている。このようなレガシー・システムは、共用周波数チャネルを用いてすべてのデータをあらゆる下流側加入者にブロードキャストする。共用チャネルは一般に、幅が6MHzであり、総データ帯域幅はデジタル情報の場合毎秒約27メガビット〜38メガビット（Mbps）である。しかし、チャネルは多数の加入者間で共用され、したがって、データ・レートは、使用時間および同時にログオンされる加入者の数に応じて大幅に異なる。サービスの質は、集中する使用時間の間は特に低くなる。典型的なレガシー・システムは、各々が約500人以上の加入者にサービスを提供する4つの別々のノード間で共用チャネルを分配することがあり、したがって、結果として得られる下流側データ・レートはかなり低くなることが多い。上流側共用チャネルは通常より小さく、3.2MHz以下などであり、上流側の送信データを識別するのに「ポール・アンド・グラント」システムが用いられている。結果として得られる上流側性能は標準的な56Kbpsモデム以下（場合によってはそれ未満）であることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、広帯域コンテンツに対する高まる要求を満たす、既存の通信網および将来の通信網を介して情報を配信するシステムおよび方法を提供することによって、関連技術の上記およびその他の欠点を解消する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施態様では、パケットスイッチルータが、ハイブリッド・ファイバ同軸（HFC）網における複数の加入者宛先のそれぞれに専用帯域幅を与えるように配信点で下流側デジタル情報を処理する。パケットスイッチルータは、ネットワーク接続の端末として働くネットワーク・インタフェース・モジュールと、パケット化データをネットワーク・インタフェース・モジュールから転送するスイッチと、少なくとも1つのチャネル・モジュールとを含んでいる。チャネル・モジュールは、スイッチインタフェース、セル処理エンジン、1つまたは複数の変調器、および無線周波数（RF）送信器網とを含んでいる。スイッチインタフェースは、パケット化データをスイッチから受信し、セル処理エンジンに転送する。セル処理エンジンは、パケット化データを複数のデータ・ストリームに構成し、各データ・ストリーム内のパケット化データをセグメント化およびカプセル化して複数のデータ・セルを得て、各データ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの多重化ストリームを得る。各変調器は、データ・セルの対応する多重化ストリームをアナログ信号に変調するように構成されている。RF送信器網は、複数のアナログ信号をアップコンバートし組み合わせて、送信できる組合せ電気信号を得る。
【０００８】
本発明の実施態様によるチャネル・モジュールは、パケット化データを受信するインタフェースと、セル処理エンジンと、変調器と、RF送信器網とを含んでいる。セル処理エンジンは、パケット化データを1つまたは複数のデータ・ストリームに構成するスイッチと、各データ・ストリーム内のパケット化データをカプセル化して複数のデータ・セルを得るエンカプスレータと、各データ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの多重化ストリームを得るチャネライザとを含んでいる。一実施態様では、セル処理エンジンは、パケット化データをカプセル化解除してあるフォーマットに変換し、各パケットを異なるフォーマットに再アセンブルするフレーム・プロセッサを含んでいる。たとえば、パケット化データを再アセンブルしてIPパケットに戻すことができる。セル処理エンジンは、各パケットのサイズを示す長さ値を含むフレーム・ヘッダを、各データ・ストリーム内の再アセンブルされたパケットに付加するパケット適応手順（PAP）プロセッサをさらに含んでよい。エンカプスレータは、フレーム化されたパケットをセグメント化し各セグメントをセル収束手順(CCP)ヘッダでカプセル化することによってデータ・セルを生成するセル収束手順（CCP）プロセッサをさらに含んでよい。セル収束手順(CCP)ヘッダは、データ・セルのストリーム内の次のフレーム・ヘッダの位置を示すポインタ値を含んでいる。特定の実施態様では、セル収束手順(CCP)プロセッサはMPEG-2に従って同期値を付加し、MPEGデータ・ストリームをスプーフィングする。セル収束手順(CCP)プロセッサは、部分的なセグメントに少なくとも1つのヌル値を詰めてサイズの等しいデータ・セルを作成するように構成することができる。セル収束手順(CCP)プロセッサは、連続的な同期データ・ストリームを維持するうえで入力されたパケット化データが得られない場合にヌル・データ・セルを生成するようにさらに構成することができる。
【０００９】
特定の実施態様では、チャネライザは、データ・セルの多重化ストリームを、各々が複数のタイム・スロットを含む複数のセル群に構成するように動作する。チャネライザは、割り当てられたタイム・スロットに従って各データ・ストリームから得たデータ・セルを挿入する。各データ・ストリームに関するタイム・スロット割当てを含む参照テーブルを記憶するメモリを設けることができる。特定の実施態様では、参照テーブルは、各データ・ストリームに対応する宛先IPアドレスにタイム・スロットをマップし、この場合、宛先IPアドレスはそれぞれ、加入者宛先に対応する。変調器は、受信側が、データが失われた場合や誤ったデータを受信した場合に、データ・セルを再構築するのを可能にするデータを、各データ・セルに、送信前に追加するエンコーダなどを含んでよい。このような構成では、セル処理エンジンは、セル処理エンジンと変調器との間のタイミングを維持するように変調器への送信を行いつつ、データ・セルの多重化ストリームの各データ・セル間に遅延を挿入する。一実施態様では、変調器はランダマイザ、エンコーダ、および直交振幅変調器（QAM）を含んでいる。QAM256変調器は、下流側方向、すなわち、ネットワークから加入者へのトラフィックの流れにおいて高データ・スループットを実現するように実施される。エンコーダはリード・ソロモン・エンコーダなどであってよい。いくつかの多重化データ・セル・ストリームを実施することができ、この厳密な数は、所望の特定のデータ・スループットに依存する。多重データ・ストリーム構成では、セル処理エンジンは、各々が対応する変調器に供給される複数の多重化データ・セル・ストリームを出力する。RF送信器網は、複数の周波数チャネルを組み合わせて、共通搬送波出力信号に対応する電気信号を得るコンバイナを含んでいる。
【００１０】
各データ・ストリームが複数の下流側加入者宛先の1つに対応できることを理解されたい。各データ・ストリームをセルのストリームに変換するプロセスは、セルを複数のデータ・ストリームから多重化するのを可能にする。これによって、複数の加入者にサービスを提供するのに用いられる単一の多重化データ・ストリームが得られる。さらに、ストリームを、各群が一定数のタイム・スロットまたはトランスポート・チャネルを有する複数のセル群に分割することによって、各加入者は専用の下流側帯域幅を有することができる。たとえば、6MHzチャネルおよびQAM-256変調を使用する特定の実施態様では、各周波数チャネルは約40Mbpsのデータ・スループットをサポートすることができる。周波数チャネルに時分割多重化またはタイム・スロット・チャネル割当てを施すことによって、40Mbpsのスループットをさらに細分することができる。たとえば、セル・ストリームを8つの異なるトランスポート・チャネルに構成することによって、各トランスポート・チャネルは約5Mbpsをサポートすることができる。したがって、8つの異なる加入者宛先のそれぞれに、5Mbps帯域幅を有する専用チャネルを割り当てることができる。もちろん、加入者の専用帯域幅を増分的に増やすように所与の加入者宛先に複数のタイム・スロットを割り当てることができる。たとえば、8つのトランスポート・チャネルのうちの3つを単一の加入者宛先に割り当てると、その加入者宛先には約15Mbpsが与えられる。
【００１１】
本発明の実施態様による配信点によってデジタル情報を処理する方法は、HFC網を介して複数の加入者宛先に専用帯域幅を与える。この方法は、データ・パケットを複数のデータ・ストリームとして転送することと、各データ・ストリーム内の各データ・パケットをフレーム化することと、カプセル化データ・パケットをセグメント化してデータ・セグメントを得ることと、各データ・ストリームのデータ・セグメントをカプセル化して、対応するセル・ストリームを形成するデータ・セルを得ることと、セル・ストリームを多重化して多重化セル・ストリームを得ることと、多重化セル・ストリームを変調して周波数チャネル内の変調信号を得ることとを含んでいる。この方法は、デジタル情報を受信し処理してデータ・パケット情報を得ることをさらに含んでよい。この方法は、データ・パケット情報をアセンブルしてデータ・パケットを得ることをさらに含んでよい。
【００１２】
フレーム化は、バイト単位のデータ・パケットのサイズを示す長さ値を含むパケット・ヘッダを付加することを含んでよい。セグメント化は、各セグメント化データ・パケットごとに第1のセグメントにパケット・ヘッダを組み込むことを含んでよい。カプセル化データ・セグメントは、各データ・セグメントに付加され、多重化セル・ストリーム内の次のセグメント化データ・パケットの始めを示すオフセット値を含むセル・ヘッダを含んでよい。カプセル化は、既製の構成要素を用いてコストを削減し開発時間を短縮することができるという点で特に有利なITU J.83仕様付録Aに記載された同期方式に従って同期値を追加することを含んでよい。この方法は、各オフセット値が対応するセグメント化データ・パケットの長さ値に適合することを検証し、すなわち、カプセル化データ・セグメントに残っているバイトの数にオフセット値を足した値が長さ値に等しいことを検証することをさらに含んでよい。セル・ヘッダは、下流側加入者宛先機器との同期を可能にする同期値を含んでよい。カプセル化は、多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのサイズが等しくなるように不完全なデータ・セルにヌル値を詰めることをさらに含んでよい。多重化は、各セル・ストリームのデータ・セルを多重化セル・ストリームにラウンド・ロビン式に挿入することを含んでよい。
【００１３】
特定の実施態様では、多重化は、多重化セル・ストリームを、各々が等しい数のタイム・スロットを有する複数のセル群に構成することと、各セル・ストリームから得たデータ・セルを各セル群のタイム・スロットに挿入することとを含んでよい。この方法は、セル群の少なくとも1つのタイム・スロットを各データ・ストリームに割り当てることと、各セル・ストリームから得たデータ・セルを、割り当てられたタイム・スロットに挿入することをさらに含んでよい。この方法は、多重化セル・ストリームを同期セル・ストリームとして変調器に送信することをさらに含んでよい。
【００１４】
この方法は、多重化が終了してから変調が始まるまでの間に、各データ・セルに付加されたセル・ヘッダ内の周期的同期値を修正することと、多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのペイロードをスクランブルすることと、多重化セル・ストリーム内のデータ・セルを符号化することとを含んでよい。符号化は、リード・ソロモンのような任意の適切な符号化方式に従って実施することができる。変調は、前述の直交振幅変調（QAM）のような、任意の既知の変調技術または今後開発される変調技術に従って実施することができる。
【００１５】
多重化は、セル・ストリームを多重化して、各々が同様に多重化された複数のセル・ストリームを得ることを含んでよい。各多重化セル・ストリームは、複数の周波数チャネルのうちの対応する1つの周波数チャネル内で対応する変調信号を実現するように変調される。この方法は、周波数チャネル同士を組み合わせて単一の電気信号を得ることをさらに含んでよい。この方法は、電気信号を、光ノードに送信すべき光信号に変換することを含んでよい。
【００１６】
送信元情報をHFC網上で供給するための専用帯域幅を複数の加入者宛先のそれぞれに与える方法は、多重化セル・ストリームを変調してある周波数チャネルにおけるアナログ信号を得ることと、このアナログ信号を光信号に変換することと、光信号をHFC網上で加入者宛先に送信することとを含んでいる。この方法は、配信ハブでデータ・パケットを受信することと、データ・パケットをカプセル化解除してIPパケット・データを得ることと、IPパケット・データをIPパケットに再アセンブルすることとをさらに含んでよい。この方法は、ヘッドエンドから光信号を受信することと、光信号をデータ・パケットに変換することとをさらに含んでよい。デジタル受信の転送は、加入者宛先に関連するデジタル・アドレスを判定することを含んでよい。この方法は、デジタル情報をデータ・パケットに変換することと、各データ・ストリーム内のデータ・パケットをセグメント化して複数のパケット・セグメントを得ることと、パケット・セグメントにフレーム・ヘッダを付加することと、フレーム化されたパケット・セグメントをカプセル化して、各々がセル・ヘッダを含む複数のデータ・セルを得ることとを含んでよい。この方法は、光信号を光ノードに送信することと、光ノードによって光信号を電気信号に変換することと、光ノードからの電気信号を同軸ケーブルを介して加入者宛先に送信することとをさらに含んでよい。
【００１７】
本発明、その目的および利点をより完全に理解していただくために、次に、以下の説明を添付の図面に関連して参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態およびその利点は、図1〜10を参照することによって理解することができ、これらの図で、同じ参照符号は同じ要素を指す。ハイブリッド・ファイバ同軸網を用いた情報配信システムに関してこれらの好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の概念は、光ファイバ網、同軸ケーブル網、または無線網、あるいはそれらの任意の組合せに適応させることができる。
【００１９】
図1は、典型的なネットワーク・アーキテクチャを有する典型的な通信システム100のブロック図である。送信元情報をヘッドエンド103に供給するように適切な通信リンク102を介して1つまたは複数の送信元101が結合されており、ヘッドエンド103は、送信元情報をさらに、1つまたは複数の配信ハブ105にそれぞれの通信リンク104を介して配信する。各配信ハブ105は、送信元情報を通信リンク106を介して1つまたは複数のノード107に配信し、各ノード107は送信元情報を加入者媒体リンク108を介して1つまたは複数の加入者宛先に配信する。図示の実施形態では、1つまたは複数の加入者宛先109からの加入者情報が対応する配信ハブ105に転送される双方向通信がサポートされる。加入者情報の種類およびアーキテクチャ実現形態に応じて、加入者情報をさらに、配信ハブ105によって直接またはヘッドエンド103を介して適切な送信元101に転送することができる。
【００２０】
ヘッドエンド103、配信ハブ105、およびノード107を一般に、送信元情報および加入者情報用の配信点と呼ぶことができることに留意されたい。各配信点は、連続的に小さくなる地理領域をサポートする。ヘッドエンド103はたとえば、一都市全体のような比較的大きな地理領域をサポートすることができ、この地理領域の各々は配信ハブ105によってサポートされるより小さな領域に分割される。各配信ハブ105によってサポートされる領域は、都会における近隣のようなより小さな領域に分割され、その各々は対応するノード107によってサポートされる。
【００２１】
1つまたは複数のネットワーク111、1つまたは複数の電話網113、1つまたは複数のオフエアアンテナシステム116（たとえば、マイクロウェイブタワー）のような多数の異なる種類の送信元を実施することができるが、これらのネットワークに限らない。コンピュータ・ネットワーク111は、任意の種類のローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、またはインタネットなどのグローバル・コンピュータ・ネットワークを含んでよい。電話網113は、公衆電話網（PSTN）またはセルラー・ネットワークを含んでよい。衛星通信システム115および／またはアンテナ・システム116は、テレビジョン・ブロードキャスト・コンテンツのような任意の種類の情報の受信および供給に用いることができる。ヘッドエンド103は、ビデオ・オン・デマンド（VOD）機器（図示せず）を含んでもよい。他の実施形態では、特定の構成に応じて、通信リンク102'によって図示されているように、任意の1つまたは複数の送信元101を、ヘッドエンド103に結合する代わりにまたはヘッドエンド103に結合することに加えて、1つまたは複数の配信ハブ105に直接結合することができる。たとえば、1つまたは複数のコンピュータ・ネットワーク111および電話網113が配信ハブ105に結合されるように示されている。ヘッドエンド103は、たとえば内部サーバ、ファイアウォール、IPルータ、信号コンバイナ、チャネル・リマッパのような、データ送信用の適切な機器を含んでいる。
【００２２】
各通信リンク102、102'、104、106、108は、電気ケーブルや光ファイバ・ケーブルのような任意の適切な種類の媒体、または電気媒体と光媒体の両方や複数の光媒体を含む組合せのような、媒体同士の任意の組合せを使用することができる。たとえば、一実施形態では、通信リンク102および102'はそれぞれ、ヘッドエンド103と衛星通信システム115またはアンテナ・システム116との間などで光学データおよび情報を送信する光媒体、ならびに／またはヘッドエンド103と任意のコンピュータ・ネットワーク111または電話網113との間でデータおよび情報を送信する1000Base-X Ethernetとを含んでいる。本発明の好ましい実施形態では、通信リンク106は、各ノード107と対応する配信ハブ105との間に分散された光ファイバまたはケーブルを備えている。このネットワーク・アーキテクチャは、加入者媒体リンク108が各ノード107からそれぞれの加入者宛先109まで分散された同軸ケーブルを備えるハイブリッド・ファイバ同軸（HFC）分散網を使用している。この構成では、ノード107は信号を光学フォーマットから電気フォーマットにまたはその逆に変換する。通信リンク104は、たとえばSONET（Synchronous Optical Network）リンクなどの光リンクを備えてもよい。しかし、当業者は、任意の既知の媒体または将来開発される媒体を各通信リンクごとに実施できることを理解されたい。HFC実施形態では、たとえば、各ノード107は、上流側配信点から光信号を受信し、この光信号を組合せ電気信号に変換し、組合せ電気信号を同軸ケーブル上で対応する地理的サービス・エリアのいくつかの加入者宛先109のそれぞれに配信する。加入者受信側は、電気フォーマットで転送され、各ノード107で組み合わされ、ノード107は、組合せ光信号をそれぞれの通信リンク106を介して、上流側の、対応する1つの配信ハブ105に転送する。
【００２３】
各加入者宛先109は、セットトップ・ボックスやケーブル・モデムなどの顧客宅内機器（CPE）1001（図10）を含んでおり、これらは、特定の加入者宛先109にアドレス指定されるかまたはその他の方法で特定の加入者宛先109を宛先として指定する組合せ電気信号に同調し、この信号から得た送信元情報を復号し復調する。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、加入者情報を符号化し、変調し、アップコンバートしてRF信号を得る変調装置などを含んでいる。各加入者宛先109からの上流側RF信号は加入者媒体108上で対応するノード107に送信される。戻り経路における別個の上流側チャネルを各加入者宛先109に割り当てて、下流側通信に対する干渉を防止することができる。上流側RF信号は、加入者RF信号を光信号に変換する上流側光トランシーバなどを含むノード107に供給される。たとえば、ノード107は、戻り信号を、配信ハブ105の光受信器に送信される光信号に変換するレーザを備えている。
【００２４】
送信元情報および加入者情報は、多数の異なるフォーマットのうちのどのフォーマットでもよいビデオ信号、オーディオ信号、その他のデータ信号などの任意の組合せを含んでよい。送信元情報は、配信ハブ105に供給される、インタネット・プロトコル（IP）パケット、イーサネット・フレーム、ATM（Asynchronous Transfer Mode）セルのような、一定サイズまたは可変サイズのフレーム、パケット、またはセルとして発信することができる。一定サイズまたは可変サイズのフレーム、パケット、またはセル内の任意のそのような種類のデジタル情報を本明細書では「パケット化」データと呼ぶ。パケット化データは、加入者宛先109にある任意の1つまたは複数の特定の加入者装置を示す1つまたは複数の宛先アドレスなどを含む。本明細書で説明する配信ハブ105の例示的な実施形態では、パケット化データが、広帯域時分割多重化（TDM）変調を用いて加入者宛先109に供給され、それによって、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅が通信システム100内の加入者に供給することができる。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、広帯域TDM情報を受信し、復調し、復号して元のコンテンツを加入者に供給する適切な通信機器を含んでいる。上流側加入者情報も同様に取り扱うことができ、この情報についてここでは詳しく説明しない。
【００２５】
下流側通信と上流側通信の両方について多数の異なる周波数および技術を実施できることに留意されたい。変調技術にはたとえば、周波数変位キーイング（FSK）、四相位相変調（QPSK）や、QAM16、QAM64、QAM256のような様々な種類の直交振幅変調（QAM）や、その他の変調技術を含めてよい。さらに、各周波数チャネルは、1MHz、3MHz、6MHz、12MHzのような任意の所定の帯域幅を有してよい。各チャネルは通常、別々の周波数を有する別々の下流側チャネルと上流側チャネルとを含んでおり、対応する下流側チャネルと上流側チャネルは同じチャネル幅を有しても、異なるチャネル幅を有してもよい。さらに、各下流側チャネルに用いられる変調技術は、各上流側チャネルに用いられる変調技術と同じであっても、異なるものであってもよい。
【００２６】
一実施形態では、通信システム100は、ブロードキャスト・テレビジョン・チャネルが利用可能なRFテレビジョン・スペクトル全体（5MHz〜1GHz）の特定の周波数範囲に割り当てられるアナログ・テレビジョン・ブロードキャスト送信をサポートするHFCシステムである。RFケーブル・テレビジョン・スペクトルの残りの部分は、下流側チャネルと上流側チャネルの任意の組合せを含むデータ・チャネルを割り当てるのに用いられる。たとえば、いくつかのHFCシステムは、5MHzから42MHzまで延びる戻り帯域と、52MHzから750〜860MHzまで延びる転送帯域とを有する拡張サブスプリット周波数計画を実施している。当業者には、本明細書で説明する特定の周波数範囲が一例に過ぎず、かつ所望の構成に応じて任意の周波数割当て方式を使用できることが理解されよう。例示的な一実施形態では、特定のHFC網オペレータによって実施されるチャネル割当て計画に従って転送帯域全体がセグメント化され、複数の6MHzチャネルが得られる。アナログ・テレビジョン・ブロードキャストをサポートする典型的なHFC計画の場合、80個のアナログ・チャネルが53MHzから550MHzの間の転送帯域幅で送信される。このようなHFC網では、衛星信号およびローカル・アナログ局が、ヘッドエンド103における転送帯域内の6MHzブロードキャスト・チャネルにマップされる。各6MHz転送帯域チャネルは、アナログ・チャネルまたはMPEG符号化される複数のデジタル・チャネルを含んでよい。各6MHzチャネルは、適切なチャネル割当て計画に従って転送帯域内の周波数にアップコンバートされる。
【００２７】
戻り帯域（5MHz〜42MHz）、および周波数範囲550MHzから750〜860MHzを含む残りの転送帯域スペクトルは、各加入者宛先109の専用帯域幅に関する加入者デジタル・チャネルおよび／またはデータ送信に割り当てられる。たとえば、周波数範囲550MHz〜860MHzは下流側チャネルに割り当てられ、周波数範囲5MHz〜42MHzは上流側チャネルに割り当てられる。周波数範囲42MHz〜54MHzは、下流側通信を上流側通信から分離するダイプレックス・フィルタの位置である。ダイプレックス・フィルタは、周波数分割多重化（FDM）を用いた共用HFCファイバおよび同軸媒体上の双方向通信を可能にする。基本的なダイプレックス・フィルタは、並列されたハイ・パス・フィルタおよびロー・パス・フィルタと、その後に続く増幅器とから成っており、フィルタおよび増幅器は同じ駆動源から駆動される。
【００２８】
全デジタルHFCシステムなどの通信システムの他の実施形態では、利用可能なスペクトルのかなりの部分または全体を利用してチャネルが各加入者に割り当てられる。全デジタルHFCネットワークでは、たとえば、オフエア周波数を用いてブロードキャスト・チャネルを送信するのに用いられるのと同じ周波数によるアナログ・チャネルのブロードキャスト送信は必要とされない（すなわち、HRC周波数計画における54MHzのチャネル2）。その結果、全デジタル・ネットワークにおけるダイプレックス・フィルタ上のフィルタ周波数設定によって、上流側通信用のスペクトル割当てを増やすことが可能になる。たとえば、全デジタル網に適したミッドスプリット周波数計画およびハイスプリット周波数計画では、上流側送信にそれぞれ、5MHz〜86MHzおよび5MHz〜186MHzが割り当てられる。したがって、全デジタル網は、データ・オーバ・ケーブル・サービスなどの対話型サービス用の上流側帯域幅を増やすのを可能にする。このような全デジタル実施形態では、他の場合にはテレビジョン・ブロードキャスト情報によって使用される比較的大きな帯域幅をチャネル割当てに用いることができる。これによって、RFスペクトルの非常にクリーンな部分（たとえば、50MHz〜300Mhz）をデータ通信に利用できるため、顕著な利点がもたらされる。各ユーザにより多くの帯域幅を割り当てることも、各同軸ケーブルのサービスを受ける加入者の数を増やすことができる。異なる周波数スペクトル分割を利用して上流側帯域幅可用性を高めることができ、下流側帯域幅と上流側帯域幅が等しい対称的な構成が可能になる。より小さな地理的サービス・エリアを有する実施形態では、ノードのノイズが少なくなり、したがって、各加入者宛先109は、通常増幅の必要なしに、よりクリーンな信号を受信する。
【００２９】
本明細書で説明する通信システム100の実施形態の他の顕著な利点は、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅を個々の加入者に供給できることである。したがって、特定の加入者宛先109へのデータに、その加入者のみが利用できる特定の共用されない帯域幅が割り当てられる。これによって、競合または調停ベースの帯域幅割当て方式を使用するデータ・オーバ・ケーブル供給法が実施される従来のネットワークでは不可能な、ビデオ、ボイス・オーバIP、双方向オーディオ・コンテンツ（たとえば、電話接続）のような時間依存型サービスまたは等時型サービスを各加入者宛先109に供給することができる。帯域幅割当ては、各配信ハブ105の帯域幅マネージャなどによって制御される。帯域幅マネージャは、下流方向と上流方向の両方において、共用されない確定的な帯域幅を各加入者宛先109に割り当てる。
【００３０】
図2は、図1の配信ハブ105のうちの任意の1つまたは複数の配信ハブ105の例示的な実施形態の簡略化されたブロック図である。図示の実施形態では、配信ハブ105は、データやコンテンツなどのデジタル情報を、送信元101および／またはヘッドエンド103などの上流側送信元と1つまたは複数（Ｎ個）のパケットスイッチルータ（PSR）203との間で、通信リンク104を介して受信し転送するスイッチ201を含んでいる。スイッチ201および各パケットスイッチルータ(PSR)203を、光媒体を介して通信するように構成しても、スイッチ201が光電（O/E）変換機能を含んでもよい。一実施形態では、スイッチ201は、イーサネット・パケットを転送するイーサネット型スイッチである。各パケットは、スイッチ201が上流方向と下流方向の両方でパケットを送信元から適切な宛先に転送するのを可能にする送信元アドレスおよび宛先アドレスを含んでいる。より特定の実施形態では、スイッチ201は1つまたは複数のスイッチを含んでおり、各スイッチは、それぞれデータ・レートが100Mbpsまたは毎秒1ギガビット（Gbps）である100Base-Xイーサネットまたは1000Base-Xイーサネットに従って動作する。各パケットスイッチルータ(PSR)203は、別々のそれぞれの光学または電気100Baseまたは1000Baseイーサネット電気または光リンク214を介してスイッチ201とのインタフェースをとる。しかし、当業者には、本発明が特定のアーキテクチャ、プロトコル、または技術に限らず、かつATM（Asynchronous Transfer Mode）技術のような他のネットワーク技術を使用できることを理解されたい。
【００３１】
以下に詳しく説明するように、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、スイッチ201から受信された情報を符号化し、変調し、アップコンバートして1つまたは複数の下流側チャネルを得て、1つまたは複数のRF電・光（E/O）コンバイナ・送信器205のうちの少なくとも1つのそれぞれの入力にRF信号を転送する。各RFチャネルは、標準的な米国構成における6MHzのような所定の周波数帯域幅を有しており、したがって、使用される変調技術に応じて特定のデータ送信量をサポートする。変調技術としてQAM-256を用いる特定の実施形態では、各6MHz物理チャネルは、約40Mbpsのデータ・スループット容量を有する。QAM-256以外の他の変調技術を使用できることを理解されたい。パケットスイッチルータ(PSR)203は、モジュラー・スケーラブル・フォーマットで実施され、複数の下流側チャネルを組み合わせて、単一のRFコネクタを介して配信される少なくとも1つの組合せ電気信号を得ることができる。さらに、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が複数の下流側チャネルをサポートする複数の組合せ電気信号を、対応するRFコネクタを介して供給するように実施することができる。各コンバイナ・送信器205は、1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203からの1つまたは複数の組合せ電気信号から得たRF信号を組み合わせて、光ファイバ・ケーブルなどを介して対応する1つのノード107に送信される単一の組合せ光信号を得る。各々が異なる地理的サービス・エリアにサービスを提供する1つまたは複数のノード107への送信を、各配信ハブ105が行うことができることに留意されたい。
【００３２】
上流側加入者デジタル情報は、組み合わされた加入者情報を有する光信号を光ケーブルを介して受信し、組合せ光信号を組合せ加入者電気信号に変換し、組合せ加入者電気信号を分割または重複して、対応する1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203に転送する、いくつかのRF光・電（O/E）スプリッタ・受信器207のうちの対応する1つの受信器・スプリッタによって受信される。上流側信号は通常、別々のノードからの互いに離散した戻り経路上で受信されることに留意されたい。本明細書で説明する実施形態では、上流側信号同士が組み合わされ、共通のパケットスイッチルータ(PSR)入力コネクタによって受信される単一の信号が得られる。以下に詳しく説明するように、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、1つまたは複数の上流側チャネルに同調し、対応する戻りRF信号を抽出する。各パケットスイッチルータ(PSR)203は戻りRF信号を復調し復号して、各上流側チャネルごとの対応する加入者データ・パケットを得る。加入者データ・パケットは次いで、スイッチ201に転送され、必要に応じて処理または転送される。各パケットスイッチルータ(PSR)203ごとに別々のコンバイナ・送信器205およびスプリッタ・受信器207が示されているが、それぞれの装置の特定の構成およびデータ機能に応じて、単一のパケットスイッチルータ(PSR)用に複数のコンバイナ・送信器205およびスプリッタ・受信器207を設けても、複数のパケットスイッチルータ(PSR)203が単一のコンバイナ・送信器205および／または単一のスプリッタ・受信器207を使用してもよいことに留意されたい。
【００３３】
配信ハブ105は、配信ハブ105と加入者宛先109ならびに／あるいは送信元101および／またはヘッドエンド103などの上流側送信元との間のデータおよびコンテンツの変換またはその他の方法での供給を行う1つまたは複数のローカル・コンテンツ・サーバを含んでよい。たとえば、配信ハブ105は、ビデオ・コンテンツを送信する1つまたは複数のビデオ・サーバ209と、インタネットおよび／またはコンピュータ・ネットワークとの通信を可能にする1つまたは複数のコンピュータ・ネットワーク・サーバ211と、公衆電話網(PSTN)および／または他の電話網との通信を可能にする1つまたは複数の電話網サーバ213とを含んでよい。さらに、配信ハブ105は、テレビジョン・ブロードキャスト・チャネルなどのブロードキャスト・コンテンツおよび情報を受信し転送する1つまたは複数のブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215を含んでよい。このようなブロードキャスト・コンテンツおよび情報は、前述のように、個々の加入者チャネル内で選択的に供給しても、加入者チャネルを用いて集合的にブロードキャストしてもよい。各サーバ209〜215は1つまたは複数のコンピュータを表し、必要に応じて追加の機能を含んでいる。たとえば、ビデオ・サーバ209は、ビデオ・オン・デマンド（VOD）を含む1つまたは複数のビデオ機能を組み込んでよく、かつブロードキャスト・ビデオ・コンテンツをアナログからデジタルに変換するか、またはその他の方法でビデオ・コンテンツをデジタル形式から他の形式にトランスコードするMPEG（Moving Pictures Experts Group）変換器をさらに含んでよい。電話網サーバ213は、1つまたは複数の電話スイッチなどを含むかまたはその他の方法で組み込んでよい。図示のサーバ209〜215は一例に過ぎず、他の種類のサーバおよびコンテンツを実施することができる。あるいは、サーバ209〜215を、ヘッドエンド103と情報を交換する一般的なデータ・サーバで置き換えることができる。
【００３４】
動作時には、ブロードキャスト・コンテンツは、通信リンク104を介して上流側送信元から受信され、光電(O/E)変換器217に供給される。電気ブロードキャスト・コンテンツは次いで、スプリッタ219に供給され、1つまたは複数のコンバイナ・送信器205のそれぞれの入力に分配される。ブロードキャスト・コンテンツはアナログ・フォーマットであってもデジタル・フォーマットであってもよい。各コンバイナ・送信器205は、ブロードキャスト・テレビジョン情報を受信し組み合わせるように構成されており、この場合、送信元情報は割り当てられたチャネル内で1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203から転送される。特に、各コンバイナ・送信器205は、テレビジョン・ブロードキャスト・チャネルなどのブロードキャスト・コンテンツ情報にデジタル加入者チャネルを付加して、下流側に送信される組合せ光信号を生成するように動作する。1つまたは複数の加入者宛先109のそれぞれにある顧客宅内機器(CPE)は、ブロードキャスト・コンテンツ情報を受信し、分割し、セットトップ・ボックスやテレビジョンのような適切な加入者装置に転送するように構成されている。通信システム100のこの実施形態は、ケーブル・テレビジョン・チャネルなどを、さらなる変換の必要なしに加入者宛先109に経路指定された加入者媒体から直接利用できるようにすることが望ましい、消費者ベースのネットワークに特に適用可能である。
【００３５】
他の実施形態では、電気的ブロードキャスト・コンテンツは、他の接続221を介してブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215に供給され、ブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215は、他のローカル・コンテンツ・サーバ209〜213と同様に別々の接続223を介して1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203に結合されている。このように、ブロードキャスト・コンテンツおよび情報は、対応する加入者チャネルを介して加入者宛先109に選択的に供給される。通信システム100のこの実施形態は、利用可能なスペクトル全体を、加入者チャネルを介したデジタル通信に利用できる全デジタル構成に適合する。
【００３６】
図3は、本発明の実施形態によって実施される例示的なパケットスイッチルータ(PSR)203の機能ブロック図である。パケットスイッチルータ(PSR)203は、通常HFC構成における1つまたは複数の配信ハブ105に存在する、目標サービス挿入点に設置されている。目標サービスとは、VOCサービスのような、HFC網加入者ベースの部分集合を対象とするサービスである。目標サービスは、ヘッドエンド103などの上流側送信元から発信された所与の信号が場合によっては、通信システム100の一般的なサービス・エリア内のすべての加入者宛先109に提供されるブロードキャスト・サービスとは対照的である。アナログおよびデジタルのオーディオ・サービスおよびデジタル・サービスはブロードキャスト・サービスの一例である。当業者には実施方法が明らかなMPEG over ATM over SONETトランスポート（たとえば、デジタル・テレビジョン・サービスやVODサービス）などのケーブル・トランスポートに固有の多数の詳細は、パケット化データトランスポートに必須のケーブル・ネットワーク内の要素に焦点を当てるために示されていないことに留意されたい。
【００３７】
パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が特定のネットワーク通信アーキテクチャのインタフェースおよび端末として働くように構成された、1つまたは複数のネットワーク・インタフェース・モジュール（NIM）301を含んでいる。図示のように、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aは、送信元101および／またはヘッドエンド103のいずれかなどの上流側送信元との通信を可能にするように通信リンク104に直接またはスイッチ201を介して結合されている。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aはたとえば、1000Base-X光ファイバ接続との変換を行うGMII（Gigabit Media Independent Interface）変換装置（図示せず）などの物理インタフェースを含んでよい。イーサネット実施形態では、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aは、IEEE 802.3ギガビット・イーサネット媒体アクセス制御（MAC）エンティティを用いてGMIIの端末として働き、GMII変換装置とイーサネット・フレームを交換する。前述の100Base-Tまたは1000Base-Tのイーサネット接続またはリンク214のような適切な通信標準を介して1つまたは複数のローカル・コンテンツ・サーバのインタフェースとして働く他のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301bが設けられている。パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が個別のネットワーク媒体、プロトコル、またはアーキテクチャのインタフェースとして働くように構成された追加のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301を使用可能にするようにスケーリング可能に実施することができる。一般に、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301は、高速のローカル・エリア・ネットワーク、メトロ・エリア・ネットワーク、またはワイド・エリア・ネットワーク（LAN、MAN、WANなど）のネットワーク・インタフェースを構成する。
【００３８】
各ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301は、ネットワーク・インタフェース・ポートとスイッチ303との間でトラフィックを転送するネットワーク・コネクティビティ・エンジンおよび統合IP転送エンジン用の物理インタフェースを含んでいる。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)機能は、物理符号化機能およびリンク層フレーム化機能も含んでいる。スイッチ303は、1つまたは複数のチャネル・インタフェース・モジュール（CIM）305に結合されており、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、対応するコンバイナ・送信器205と相互接続されている。スイッチ303は、下流側情報をネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301から、選択された1つのチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305に転送し、上流側情報をチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305から1つまたは複数のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301に転送する。以下に詳しく説明するように、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、各IPパケットを同期下流側送信が可能になるように適応させ、上流方向で同期ビット・ストリームからIPパケットを抽出する。各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、下流側データを少なくとも1つのコンバイナ・送信器205に転送し、少なくとも1つのスプリッタ・受信器205から上流側データを受信する。以下に詳しく説明するように、下流方向の送信の場合、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305はパケット化機能、転送機能、広帯域パケット・カプセル化機能、チャネル割当て機能、符号化機能、変調機能、および他のRF機能を実行する。上流方向の送信の場合、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、同様の逆の機能を実行する。
【００３９】
各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、単一のコネクタを介して対応するコンバイナ・送信器205に供給される共通の搬送波信号として組み合わされアップコンバートされる複数の下流側物理チャネルをサポートする。一実施形態では、たとえば、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、QAM-256によって変調された8つの6MHzチャネルを供給し、対応するコンバイナ・送信器205は1つまたは複数のチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力同士を組み合わせる。54MHzから550Mhzの範囲のテレビジョン・ブロードキャスト・コンテンツをサポートする通信システム100の例示的な実施形態では、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力は550MHzから750MHzまたは550MHzから860MHzの範囲内に存在する。組み合わされるチャネルは、通常互いに隣接する。特定の例では、QAM信号が600MHz、606MHz、612MHz、618MHz、624MHz、630MHz、636MHz、および642MHzの搬送波周波数を有する場合、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力は597〜645MHzスペクトルを占有する。隣接するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、645〜705MHzスペクトルを占有する648MHz、656MHz、662MHz、670MHz、678MHz、686MHz、694MHz、および702MHzの搬送波周波数を有してよい。その結果、対応するコンバイナ・送信器205は、51〜537MHzスペクトルをあるチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の597〜645MHz出力または645〜705MHz出力あるいは2つの隣接するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の590〜705MHzと組み合わせる。結果として得られたRF信号は、光信号に変換され、光送信器によって対応するノード107に送信される。各パケットスイッチルータ(PSR)203が、パケットスイッチルータ(PSR)出力に対応する光送信器によるサービスを受けるノード107専用のスペクトルによって目標サービスを提供するので、各ハブ105の複数の出力にわたる送信に同じ周波数を使用できることに留意されたい。
【００４０】
スイッチ303ならびにスイッチ303のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305とのインタフェースは、多数の異なる構成のうちの任意の1つの構成に従って実施することができ、本発明の概念は特定の構成に限らない。例示的な一実施形態では、スイッチ303は、スイッチファブリックとのインタフェースを定めるCSIX-L0、CSIX-L1、CSIX-L2などのCSIX（共通スイッチインタフェース）仕様に従って実施される。Cフレームを用いてスイッチファブリックなどを介してネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301とチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との間で転送されるデータは、適用可能なCSIX（共通スイッチインタフェース）仕様によって定められている。
【００４１】
スイッチ303は、IPルーティング・アルゴリズムを実行し、システム管理機能およびシステム制御機能を内部で、または個別のIPルーティング・ブロック307および個別の管理ブロック309を介して実行する。スイッチ303は、図示の接続を介すかあるいは個別の制御バスやシリアルリンクなどを通じて、各ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305上に位置するIP転送エンジンにルーティング・テーブルを分配する。スイッチ303は、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301とチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との間のトラフィックのコネクティビティをもたらすスイッチファブリックも組み込んでいる。スイッチ303は管理コネクティビティのための10/100 Base-Tイーサネット・インタフェースおよび非同期インタフェースを含んでよい。一実施形態では、スイッチ303は、パケットスイッチルータ(PSR)203における集中スイッチ能を実行する高速同期双方向シリアル・クロスバースイッチを含んでいる。スイッチ303は、スイッチファブリック・アーキテクチャにおけるスケジューリングおよび調停の責任を負うファブリック・コントローラを含んでいる。ファブリック・コントローラは、1交換サイクル当たりの接続数を最大にするように構成された適切なスケジューリング・アルゴリズムを用いて交換ファブリックを通じた接続を管理する。管理機能は、スイッチ303内で実行しても、図示のように他の管理モジュール307によって実行してもよい。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305はそれぞれ、別々の管理接続を介して管理モジュール307に結合されている。
【００４２】
図4は、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の例示的な実施形態の機能ブロック図である。チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、IPパケットを転送し、パケット・フレーム化およびチャネル割当てを実行する。さらに、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、ネットワーク・アーキテクチャ上での送信が可能になるように関連するデジタル信号処理およびRF処理を行う。各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、スイッチインタフェース409を介してスイッチ303と相互結合されたセル処理エンジン405を含んでいる。セル処理エンジン405は、テーブル参照、キューに入れられたデータ・ペイロード・バッファ記述子、およびデータ・ペイロード・バッファ記憶装置用の内部または外部メモリのサポート機能を含んでよい。このようなメモリは、読取り専用メモリ（ROM）装置またはランダム・アクセス・メモリ（RAM）装置の任意の組合せを含んでよい。セル処理エンジン405は、スプリッタ・受信器207およびスイッチインタフェース409を介してネットワーク・インタフェースとの間で転送される各パケットを処理する。セル処理エンジン405の機能には、コンバイナ・送信器205への送信が可能になるようにIP転送、リンク層フレーム化、および物理層符号化、またはスイッチ303への送信のためのスイッチインタフェース409への送信が可能になるようにIP転送、リンク層フレーム化、および物理層符号化が含まれる。さらに、セル処理エンジン405は、物理層およびリンク層のフレーム化を行う。
【００４３】
チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、セル処理エンジン405に結合され、パケット化データの広帯域変調送信を可能にする複数の変調器（MOD）401および複数の復調器（DEMOD）403も含んでいる。一実施形態では、変調器401は、ネットワークを介した送信が可能になるように、連続モード・ランダム化、エラー符号化、インタリービング、256ポイントQAMを実行する。変調器401からの出力は、対応する送信器RFリンクを介して単一の組合せ出力を供給するRF送信器網411によって周波数ドメインで組み合わされる。このようなアナログRF処理には、フィルタリング、周波数結合および混合が含まれる。同様に、復調器403は、対応するスプリッタ・受信器207を通しRF受信器網413を介して上流側情報を受信する。RF受信器網413はアナログRf信号を処理し、このような処理には周波数同調、フィルタリング、および混合が含まれる。復調器403は、変調器401の同様の逆の機能を実行する。復調器403についてはこれ以上説明しない。変調器401および復調器403の数は対称実施形態の場合は同じであってよい。ただし、本発明では、特定のアーキテクチャおよび構成に応じて送信器および受信器の任意の数が構想される。
【００４４】
下流方向では、セル処理エンジン405が、IPパケットを宛先IPアドレスに基づいてスイッチインタフェース409から適切なチャネルへ転送する。以下に詳しく説明するように、セル処理エンジン405は、パケット適応手順（PAP）を用いてデータ・リンク層カプセル化を行い、IPパケットをカプセル化してフレームを得る。セル処理エンジン405は、セル収束手順（CCP）を用いた符号化に適したセル・トランスポートが可能になるように各フレームを適応させる。図示の例示的な実施形態では、このような符号化がリード・ソロモン（RS）符号化手順に従って実施される。セル処理エンジン405は、各物理下流側チャネル内の専用タイム・スロットの時分割多重化も行う。セル長は、各TDMタイム・スロット中に送信されるバイトの数によって定められる。セル、すなわち一定長パケットとリード・ソロモン符号語との間に1対1マッピングが存在する。各タイム・スロット中に1つの符号語が送信される。セル処理エンジン405は、IPパケットを同期送信が可能になるように適応させ、同期ビット・ストリームからIPパケットを抽出する。各加入者チャネルは、パケットスイッチルータ(PSR)203と、パケットスイッチルータ(PSR)203のサービスを受ける各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)との間の双方向データ・リンク層通信チャネルである。
【００４５】
図示の実施形態では、188バイト・セル・トランスポート用の(204, 188)RS符号化が用いられる。ただし、たとえば(255, 239)RS符号化のような他の種類の符号化または他の変形形態を実施することもできる。パケット適応手順(PAP)では、パケット適応手順(PAP)ヘッダをIPパケットに付加してパケット適応手順(PAP)フレームを形成することによって、各IPパケットが送信の前にカプセル化される。セル収束手順(CCP)では、結果として得られたパケット適応手順(PAP)フレームを、各パケット適応手順(PAP)フレームをセグメントに分割し各セグメントにヘッダを挿入することによって、RSペイロード挿入が可能になるように適応させる。セル収束手順(CCP)ヘッダは、PSペイロード内のパケット適応手順(PAP)ヘッダの第1バイトの位置を示すポインタ・オフセット・フィールドである。
【００４６】
図5は、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって実行される下流側パケット処理を概略的に示すフローチャート図である。チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、フレームが入力されたときに一連のプロトコル機能を実行し、各IPパケットを、対応するチャネル上での送信が可能になるように同期ビット・ストリームに適応させる。図示の一般的なプロセスでは、イーサネット・フレーム、ATMセル、CSIXフレームなどのパケットまたはフレームの種類は制限されない。第1のブロック501で、入力フレームがセル処理エンジン405によってスイッチインタフェース409を介して受信される。セル処理エンジン405は、次のブロック503でIPパケットのカプセル化解除および／または再アセンブリを行い、この場合、特定の処理は特定のパケット・データ・フォーマットに依存する。たとえば、各々が100バイト程度の同等のペイロードを有する複数のCSIXセルがカプセル化解除されてIPパケット・ペイロード・セグメントが受信され、次いで、これらのIPパケット・ペイロード・セグメントが再アセンブルされて元のIPパケットが形成される。イーサネットについても同様のプロセスを実行することができる。いずれの場合も、結果として得られたIPパケットは、次のブロック505で、IPヘッダに示されている宛先アドレスに対応する適切なチャネルに転送される。一実施形態では、セル処理エンジンは、各チャネル用の別々のチャネル処理モジュールまたはブロックを含んでいる。あるいは、セル処理エンジン405は、そのメモリ内で各チャネルを分離する。
【００４７】
セル処理エンジン405は、各チャネルごとに、次のブロック507でパケット・フレーム化を行う。このようなフレーム化処理には、IPパケットをカプセル化してフレームを得て、さらに、各フレームを適応化して、符号化に適したセル・トランスポートが可能なセルを得るパケット適応手順(PAP)およびセル収束手順(CCP)を含んでいる。次いで、結果として得られたセルに対して、次のブロック508でセル処理エンジン405によってチャネル割当てが行われる。このようなチャネル割当てでは、専用のデータ・スループット加入者チャネルに従って、以下に詳しく説明するように所定のまたは事前に割り当てられたタイム・スロット内でTDMが実施される。結果として得られた、セルのチャネル割当て済みデータ・ストリームは、対応する1つの変調器401に供給される。セル処理エンジン405は、1つの変調器401によって対処される各物理チャネルに同じプロセスを実行する。各変調器401は、データ送信が可能になるように連続モード・ランダム化（ブロック509）、エラー符号化（ブロック511）、インタリービング（ブロック513）、および変調（ブロック515）を行う。これらの機能については以下に詳しく説明する。
【００４８】
次のブロック517では、各変調器401からのデジタル・データ出力が、RF処理および送信が可能なるようにRF送信器網411に供給される。特に、RF送信器網411は、データを符号語としてマップし、符号語を波形に変換し、波形を30MHzから60MHzの間の周波数のような中間周波数（IF）に変調する。IF信号は次いで、アップ・コンバータ（図示せず）によって、適用可能な周波数範囲（消費者ブロードキャスト・テレビジョン実施形態の場合550MHz〜860MHz）内のいくつかの6MHzチャネルのうちの任意の1つにアップコンバートされる。一実施形態では、2段階のアップ・コンバージョンを用いて所望の信号対雑音レベルが達成される。アップコンバートされた信号は、送信(TX) RFリンク上での送信が可能になるように増幅され等化される。RF送信器網411は、RFアグリゲーションを実行し、ソフトウェア構成に基づいて、適用可能な下流側周波数範囲内の任意の周波数で動作することができる。RF送信器網411は、各変調器401からの組み合わされた情報を組み込んだRF信号を出力する。
【００４９】
本明細書ではこれ以上説明しないが、同様の逆のプロセスが上流方向においてチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって実行される。RF受信器網413は、RFチューナと、フェーズ・ロック・ループ（PLL）技術などを用いて対応する6MHz上流側周波数に同調する任意のダウン・コンバータとを含んでいる。RF受信器網413は、上流側送信に用いられる適用可能な周波数範囲（消費者ブロードキャスト・テレビジョン実施形態の場合5MHz〜42MHz）におけるRFチャネルを選択する。一実施形態では、RF受信器網413は、ソフトウェア構成に基づいて、適用可能な下流側周波数範囲内の任意の周波数で動作することができる。RF受信器網413はさらに信号を帯域フィルタでフィルタリングし、各復調器403内の復調器（図示せず）によって使用できるIFにダウンコンバートする。各復調器403は、QAM-64やQAM-256のような特定の変調方式を用いて対応するIF信号を復調し、復調した信号をデコーダ／デスクランブラ（図示せず）に転送する。デスクランブラは、結果として得られた信号をスクランブル解除し、たとえばRS復号を用いて、データ・リンク・カプセル化IPデータ・ストリームを復号する。復号されたセルはセル処理エンジン405に転送され、セル処理エンジン405は、各物理チャネル内の上流側チャネル・スロットに対応する専用の時間窓の時分割多重化を行う。セル処理エンジン405はさらに、結果として得られたIPフレームの逆セル収束手順(CCP)およびデータ・リンク層カプセル化解除を、逆パケット適応手順(PAP)を用いて行う。この結果得られたIPパケットはスイッチインタフェース409を介してスイッチ303に転送される。
【００５０】
図6Aは、セル処理エンジン405による下流側送信に関するIPパケット・カプセル化解除およびセル・カプセル化を示すブロック図である。以下に詳しく説明するように、同期バイト指向処理では、可変長IPパケットまたは他のパケット／フレーム・タイプを一連のペイロード・セルとしてネットワーク内をトランスポートするのを、パケット・ヘッダおよびセル・ヘッダを利用して可能にする。これらのパケット・ヘッダおよびセル・ヘッダは、個々のセルを元のIPパケットに再アセンブルしてメッセージを復号するのに十分な情報を宛先に与える。以下に詳しく説明する適応手順および収束手順も、ヌル・パケット生成および追加エラー保護を行う。当業者には、本発明が、IPパケットを用いて示されているが、様々な種類のパケット化情報およびデータ・パケットを含む任意の種類のデジタル情報に適用されることを理解されたい。
【００５１】
一実施形態には、ヘッダ603、IPパケット・ペイロード605、およびフレーム・チェック・シーケンス（FCS）607などを含む例示的なイーサネット・カプセル化プロトコル・データ・ユニット（PDU）601が示されている。IPパケット・ペイロード605は、イーサネット・フレーム601からカプセル化解除され、ヘッダ603における宛先IPアドレスに対応するセル処理エンジン405内の適切なチャネルに転送される。IPパケット・ペイロード605は、以下に詳しく説明するパケット適応手順(PAP)フレーム616のIPパケット・ペイロード605のすべてまたは一部になる。イーサネット実施形態の場合、ヘッダ603は、8バイト・プリアンブル、6バイト宛先アドレス、6バイト送信元アドレス、2バイト長さ、任意の8バイトLLCSNAP（Logical Link Control Sub-Network Access Protocol）ヘッダ、最大1492バイトまたは1500バイトのIPパケット・ペイロード、および4バイトフレーム・チェック・シーケンス(FCS)を含んでよい。プリアンブル、アドレス、長さフィールド、およびフレーム・チェック・シーケンス(FCS)フィールドは、イーサネット・フレームを形成する。イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)601は、最大で1526バイトであり、1492バイトまたは1500バイトのペイロードを含んでいる。IPパケットの長さは最大で64キロバイト（KB）でよいが、IPパケット・ペイロード605は、元のIPパケットのコンテンツ全体を含まなくてよい。コンテンツ全体を含んでいる場合、複数のイーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)がカプセル化解除され、対応する複数のIPパケット・ペイロードが元のIPパケットに再アセンブルされる。このプロセスはデフラグメンテーションとも呼ばれる。
【００５２】
イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)用のIPパケット・ペイロードの妥当性を検証する場合、セル処理エンジン405は、フレーム・チェック・シーケンス（FCS）フィールドとIPパケット・ペイロード605内のIPチェックサム・フィールドとの両方を利用する。たとえば、フレーム・チェック・シーケンス(FCS)フィールドは、イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)がビット・エラーを引き起こさずにネットワーク内を転送されたことを検証するのに用いられる。フレーム・チェック・シーケンス(FCS)は、同期エラーと送信エラーを検出しそれに対する保護を与えるうえで有用である。セル処理エンジン405は、イーサネット・アドレス・フィールド、長さフィールド、LLCSNAPfフィールド、IPパケット・ペイロード・フィールドの各ビットに対して多項式演算を実行し、結果として得られた32ビット値を、フレーム・チェック・シーケンス（FCS）フィールドに格納されている値と比較する。2つの値が一致しない場合、セル処理エンジン405はイーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)を破棄する。埋め込まれたIPパケット・ペイロード605の妥当性をさらに検証する場合、セル処理エンジン405はエラー検出加算アルゴリズムを使用することができる。2つの値が一致した場合、セル処理エンジン405はヘッダ603全体を16ビット語のシーケンスとみなし、1の補数演算を用いてこれらの16ビット語を加算し、結果の1の補数を取る。この結果得られたチェックサム値が、IPチャックサム・フィールドに格納されている値に等しくない場合、セル処理エンジン405は、送信時にエラーが起こったと仮定し、IPパケットを破棄する。
【００５３】
カプセル化解除プロセスは、イーサネットに限らず、同様のまたは他のカプセル化解除プロセスを実施することができる。たとえば、他の実施形態では、セル処理エンジン405はCSIX型セル（Cフレーム）のような一連のセル609を受信する。各セル609は、ヘッダ611などと、元のIPパケットのすべてまたは一部を組み込んだIPペイロードとを含んでいる。1つまたは複数のセル609からIPペイロード613が抽出され、パケット適応手順(PAP)フレーム616のIPパケット・ペイロード615を形成するように再アセンブルされる。各ヘッダ611は、イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)601と同様のタイプ情報を含んでおり、このような情報を用いて、上述のようにエラー検査および／または訂正を行うことができる。ヘッダ611は、同様にIP転送を容易にする宛先アドレスなども含んでいる。同様のプロセスをATMセル、またはパケットスイッチルータ(PSR)203内で利用される任意の他の種類のパケット化情報に使用することができる。
【００５４】
セル処理エンジン405はパケット適応手順(PAP)を実行し、IPパケット・ペイロード615の前にパケット適応手順(PAP)ヘッダ617が付加されたパケット適応手順(PAP)フレーム616を生成する。このプロセスを「フレーム化」または「カプセル化」と呼ぶ。一実施形態では、パケット適応手順(PAP)ヘッダ617の長さは3バイトであり、1バイトの制御フィールド619および2バイトの長さフィールド621を含んでいる。制御フィールド619は、パケット・タイプ・フィールド623（4ビット）、拡張ヘッダ・フィールド625（1ビット）、および予約フィールド627（3ビット）をさらに含んでいる。長さフィールド621は、IPパケット・ペイロード615内のバイト数を指定する。パケット適応手順(PAP)は、タイプ・フィールド623がヌル値または零（0）ビットに設定されたヌル・パケットを生成することによってパケット間時間充填を行う。これによって、確実に同期送信が行われ、基準線ワンダーのDCオフセットがなくなる。さらに、パケット適応手順(PAP)は、パケット適応手順(PAP)ヘッダ617上の簡単なパリティを制御フィールド619の予約ビット627と共に使用することによって、追加のエラー訂正を行うことができる。
【００５５】
セル処理エンジン405は、符号化の準備を行う際、パケット適応手順(PAP)カプセル化IPビット・ストリームを「N」個のセグメント629、632、、、633として蓄積することによってセグメント化プロセスを行うセル収束手順(CCP)を実行する。この場合、Nは正の整数であり、パケット適応手順(PAP)長さフィールドによって指定されるIPペイロード615の長さに依存する。Nは、IPパケットが所定のサイズよりも小さくなる1であってよく、以下に詳しく説明するように、セルへの挿入時にさらに割る必要がないことに留意されたい。各セグメントのサイズは主として等しいが、IPパケットのサイズが可変であり、選択されたセグメント・サイズの厳密な倍数ではない（たとえば、剰余セグメント）ので、少なくとも1つのセグメントは通常、他のセグメントよりも小さいことに留意されたい。より小さなセグメントは、セル収束手順(CCP)の準備として零またはヌル値を詰めることによって同等のサイズにされる。パケット適応手順(PAP)ヘッダ617は、第1のセグメント629に付加されるか、または他の方法で第1のセグメント629の一部を形成する。セル収束手順(CCP)は次いで、各セグメント629〜633の始めにセル収束手順(CCP)ヘッダ635を付加して対応するセル収束手順(CCP)セル641、643、、、645を形成する。
【００５６】
(204, 188)RS符号化を用いる一実施形態では、各セル収束手順(CCP)の長さは188バイトである。セル収束手順(CCP)ヘッダ635と残りのセグメントの相対サイズは様々であってよく、各セグメントの長さは185バイトまたは186バイトであってよい。各セル収束手順(CCP)ヘッダ635は、同期値すなわち「同期（sync）」バイト647と、次のパケット適応手順(PAP)ヘッダの始めを識別するポインタ・オフセット・フィールド649（1バイト）とを含んでいる。任意の制御バイトを使用してよいが、制御バイトについてはこれ以上説明しない。ポインタ・オフセット・フィールド649内のポインタ・オフセット値が適切な範囲内である場合、次のIPパケットは現在のセルから始まる。各セグメントの長さが185バイトである構成では、ポインタ・オフセット値の適切な範囲は、(204, 188)RS符号化の場合、0から185である（0および185自体も含む）。ポインタ・オフセット値が最大値の204に等しく、それによって後続のセルのセル収束手順(CCP)ヘッダを指し示している場合、次のIPパケットは現在のセル収束手順(CCP)セルからは始まらない。残りの範囲（186および203自体も含む）内のポインタ・オフセット値は無効とみなされるかまたは使用されない。各セル収束手順(CCP)セルのサイズは255バイトであり、したがって、ペイロードとフィールドの相対サイズがそれに応じて変わる（255, 239）RS符号化を実施することもできることに留意されたい。
【００５７】
図6Bは、連続するセル収束手順(CCP)セル651とセル収束手順(CCP)セル653との間のセル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)ヘッダ一致を示すブロック図である。加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)が一連の個々のセル収束手順(CCP)セルからIPパケットを確実に再アセンブルできるように、セル収束手順(CCP)は、ポインタ・オフセット値および前のパケット適応手順(PAP)ヘッドの長さフィールドが一致することを検証する。第1のセル収束手順(CCP)セル651の後にセル収束手順(CCP)セル653が続き、これらのセル収束手順(CCP)セルは、それぞれのセル収束手順(CCP)ヘッダ655および657を含んでいる。セル収束手順(CCP)セル651とセル収束手順(CCP)セル653は必ずしも連続しておらず、連続していない場合、中間セル収束手順(CCP)セルは、最大値を有するセル収束手順(CCP)ヘッダを含む。第1のセル収束手順(CCP)セル651は、パケット適応手順(PAP)ヘッダ659と、IPパケット1の対応する第1の部分とを含んでいる。セル収束手順(CCP)ヘッド655は、セル収束手順(CCP)セル651内のパケット適応手順(PAP)ヘッダ659の位置を示すポインタ・オフセット値を含んでいる。パケット適応手順(PAP)ヘッダ659は、IPパケット1の長さを定める長さフィールドを含んでおり、したがって、後続のセル収束手順(CCP)セル653内の後続のパケット適応手順(PAP)ヘッダ661の位置を示す。パケット適応手順(PAP)ヘッダ661は、次の後続のIPパケット2の始めに位置している。セル収束手順(CCP)ヘッダ657は、セル収束手順(CCP)セル653内のパケット適応手順(PAP)ヘッダ661の位置を示すポインタ・オフセット値を含んでいる。したがって、セル収束手順(CCP)は、セル収束手順(CCP)ヘッダ657とパケット適応手順(PAP)ヘッダ659が次のパケット適応手順(PAP)ヘッダの位置に関して一致することを検証する。
【００５８】
図7Aは、複数のデータ・ストリームに対処するための物理チャネルの時分割多重化を示すブロック図であり、この場合、複数のトランスポート・チャネルのうちの対応するチャネルが各ストリームに割り当てられ、各トランスポート・チャネルは、一連の対応するタイム・スロットを備えている。この例では、個々にA〜Hと呼ばれる8つの異なるデータ・ストリームはそれぞれ、セル処理エンジン405によって一連のセル収束手順(CCP)セルとして構成される。したがって、データ・ストリームAは順次セル収束手順(CCP)セルA1、A2、、、を含み、データ・ストリームBは順次セル収束手順(CCP)セルB1、B2、、、を含み、他のデータ・ストリームについても同様である。図示の実施形態では、セル処理エンジン405は、セル収束手順(CCP)セルを1〜8と呼ばれる8つの異なるトランスポート・チャネルとして構成するかまたは割り当て、この場合、各トランスポート・チャネルは、発信多重化セル・ストリームを形成する所定数または一群の反復するタイム・スロットまたはセル群703のうちの対応するタイム・スロットを含んでいる。データ・ストリームは、セル処理エンジン405によってラウンド・ロビン式に取り扱われる。反復するセル群703は、セル処理エンジン405によって生成される多重化セル・ストリームを形成する。この結果得られた多重化セル・ストリームはセル処理エンジン405によって対応する変調器401に送信される。このように、セル収束手順(CCP)セルA1、A2、A3などを含むデータ・ストリームAは、トランスポート・チャネルに送信される。同様に、データ・ストリームB〜Hはそれぞれ、トランスポート・チャネル2〜8に送信される。したがって、例示的な実施形態では、物理チャネルの多重化セル・ストリームの総帯域幅の8分の1が各データ・ストリームに割り当てられる。QAM-256変調を仮定したときの物理チャネルの総データ・スループットが約40Mbpsである場合、各トランスポート・チャネルには実際上、約5Mbpsが割り当てられる。トランスポート・チャネルへのデータ・ストリームの割当ては任意であり、したがって、任意のトランスポート・チャネルに任意のデータ・ストリームを割り当てられることに留意されたい。たとえば、データ・ストリームをトランスポート・チャネル1ではなく、トランスポート・チャネル2〜8のうちの任意のチャネルに割り当てることができる。
【００５９】
トランスポート・チャネルの数とデータ・ストリームの数を対応させる必要も、等しくする必要もないことを理解されたい。たとえば、一連の対応するタイム・スロットを複数のトランスポート・チャネルに細分することにより、セル処理エンジン405によって、より小さなセル群を用いてより多くのデータ・ストリームに対処することができる。たとえば、データ・ストリームHのセルを有するように示されているトランスポート・チャネル8をデータ・ストリームHおよび追加のデータ・ストリームI（図示せず）に対処する2つの異なるトランスポート・チャネル8および9に細分することができ、この場合、データ・ストリームHおよびIには総帯域幅の6分の1が割り当てられる。それぞれのトランスポート・チャネル8および9はそれぞれ、多重化データ・ストリーム内のタイム・スロットのうちの8つおきのスロットを含む。しかし、9つのデータ・ストリームのそれぞれに総帯域幅の互いに等しい9分の1が割り当てられるように、セル群サイズおよびトランスポート・チャネルの数を単に9に変えることができることに留意されたい。送信窓のサイズをTDMフレームの長さと同じにする必要はない。このように、割当てが通常どおりにかつ同期式に行われ、TDMの本質が維持されるのであれば、各トランスポート・チャネル1〜8を特定のデータ・ストリーム専用とする必要も、特定のデータ・ストリームに対応させる必要もないことを理解されたい。
【００６０】
図7Bは、複数のデータ・ストリームに対処するための物理チャネルの時分割多重化を示すブロック図であり、この場合、いくつかのストリームに複数のトランスポート・チャネルが割り当てられる。この場合、A〜Dと呼ばれる4つのデータ・ストリームのみが示されており、一方、同じ数のトランスポート・チャネル1〜8が定められている。さらに、各データ・ストリームに1つまたは複数のトランスポート・チャネルが割り当てられている。データ・ストリームAには任意に、物理チャネルのデータ・スループットの8分の1に相当するトランスポート・チャネル2が割り当てられ、データ・ストリームBには、8つのチャネルのうちの4つ、すなわちデータ・スループットの4分の1に相当するトランスポート・チャネル1、3、4、および6が割り当てられ、データ・ストリームCには、データ・スループットの4分の1に相当する2つのチャネル7および8が割り当てられ、データ・ストリームDには、データ・スループットの最後の8分の1に相当する単一のトランスポート・チャネル5が割り当てられる。図示のように、第1のセル群703はセルB1〜B4およびC1〜C4を有し、第2のセル群703はセルB5〜B8およびC3〜C4を有し、他のセル群についても同様であり、各データ・ストリームについてセルの適切な順序付けが維持される。データ・ストリームは、重み付けラウンド・ロビン式に対処されることを理解されたい。
【００６１】
一般に、セル群サイズn（図7Aではn=8であり、各セル群内のタイム・スロットの数に対応する）が与えられた場合、加入者宛先109に対応する各データ・ストリームにn個のトランスポート・チャネルのうちの1つまたは複数を割り当てて対応する帯域幅またはデータ・スループットを実現することができる。対応するタイム・スロットの所与のストリーム内のタイム・スロットのうちの1つおきのスロットや4つおきのスロットのような、完全な一連の対応するタイム・スロットよりも少ないスロットにデータ・ストリームを割り当てる（それによって、対応するタイム・スロットの所与のストリーム用の複数のトランスポート・チャネルを作成する）ことによって、n分の1未満のデータ・スループットを実現することができる。第2のチャネルの少なくとも一部を割り当てることによって、所与の物理チャネルよりも大きな帯域幅を加入者宛先109に割り当てることも可能である。しかし、この実施形態では、加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)が複数の周波数チャネルに同調できる必要がある。一実施形態では、IPアドレス指定または加入者宛先に関連する各論理チャネルと1つまたは複数の物理タイム・スロット・チャネルとの関連性が、参照テーブルなどを用いて作成される。割り当てられた論理チャネルを参照テーブルから検索するための指標としてタイム・スロット値を用いることができる。この実施形態では、ネットワーク管理者が物理チャネルを使用する前に参照テーブルを導入する。セル処理エンジン405は、プログラムされた値を用いて、検索された各データ・ストリームに帯域幅を割り当てる。以下に詳しく説明するように、入力データは一般に、非同期式でかつ間欠的すなわち「バースティ（bursty）」である可能性があることに留意されたい。このように、入力データは必ずしも各データ・ストリーム内にセル収束手順(CCP)セルを存在させるのに用いることができるとは限らない。部分的なセルに零またはヌル値を詰めて完全なセルを形成することができる。さらに、セル処理エンジン405は、ヌル・セルを生成して入力データの隙間を埋め、チャネル割当てプロセスによって作成される連続した多重化セル・ストリームを作成することができる。
【００６２】
図8は、主要な構成要素を示すと共に、図4のセル処理エンジン405の動作を概略的に示すブロック図である。たとえばスイッチインタフェース409を介して、801に示されているように、スイッチインタフェース409によってパケット、フレーム、プロトコル・データ・ユニット(PDU)などが受信される。セル処理エンジン405は、カプセル化解除および／または再アセンブルを行って、805に示されているようにIPパケットのストリームを得るパケット・プロセッサ803を含んでいる。本明細書で使用される「プロセッサ」という語は、必ずしも特定の処理装置またはユニットを示すわけでなく、単に、前述の機能を実行するように構成された任意の論理回路、コード、ソフトウェアなどを示す。IPパケット・ストリームは、転送機能を実行し、809に示されているようにIPパケットの複数のストリームを得るスイッチ装置807などに供給される。IPパケットの複数のストリームは、さらにパケット適応手順(PAP)プロセッサ810およびセル収束手順(CCP)プロセッサ812を含むエンカプスレータ808に供給される。パケット適応手順(PAP)プロセッサ810は、IPパケットの各データ・ストリームに対してパケット適応手順(PAP)を実行し、各パケットにパケット適応手順(PAP)ヘッダ617を付加し、811に示されているようにパケット適応手順(PAP)フレーム616の対応するストリームを得る。セル収束手順(CCP)プロセッサ812は次いで、パケット適応手順(PAP)フレームの各データ・ストリームにセル収束手順(CCP)を実行し、パケット適応手順(PAP)フレームをセグメント化して複数のセグメントを得て、各ストリーム内の各セグメントにセル収束手順(CCP)ヘッダを付加し、815に示されているようにセル収束手順(CCP)セル813の対応するストリームを得る。セル収束手順(CCP)セル813の1つまたは複数のストリームは次いでチャネライザ816に供給され、チャネライザ816はチャネル割当て機能を実行し、817に示されているように多重化セル・ストリームを形成する。セル処理エンジン405は、819に示されているように、多重化セル・ストリームを対応する変調器401に送信する。
【００６３】
ランダム・アクセス・メモリ（RAM）または読取り専用メモリ（ROM）の任意の組合せなどのメモリ821を、セル処理エンジン405に組み込むか、またはセル処理エンジン405の外部に設けることができる。メモリ821は、セル処理エンジン405によって動作時に使用される値、変数、データ、またはその他のパラメータを格納するプログラム可能な装置である。メモリ821は、さらに各データ・ストリームごとのタイム・スロット割当てを含む参照テーブル（LUT）823を格納することができる。特定の実施形態では、参照テーブル823は、各データ・ストリームに対応し、各々が加入者宛先109に対応する宛先IPアドレスに、タイム・スロットをマップする。
【００６４】
単一の周波数チャネル用のデータの部分集合のみが示されていることに留意されたい。当業者には、各チャネルについてより多くのデータ・ストリームを処理することができ、かつ必要に応じて複数の周波数チャネルを含めることができることを理解されたい。さらに、パケット、フレーム、プロトコル・データ・ユニット(PDU)などの形の入力データは一般に、非同期式にかつ間欠的に到着することに留意されたい。1つまたは複数のデータ・ストリームが入力データをまったく有さないことがある。さらに、パケット化データは可変サイズを有することができる。たとえば、IPパケットのサイズは可変である。一実施形態では、セル処理エンジン405は、各チャネルごとの多重化セルの連続的な同期ストリームを対応する変調器に出力する。したがって、いくつかのセルにはデータが部分的に充填されている可能性があり、その場合、セルの残りの部分には零またはヌル値が満たされる。さらに、所与のデータ・ストリームに関して入力データが得られない期間中には、セル処理エンジン405は変調器にヌル・セルを出力する。このように、下流側データの1つまたは複数の非連続ストリームは、対応する周波数チャネルに変調されるデータ・セルの同期ストリームに変換される。
【００６５】
図9A〜9Cは、各変調器401によって実行されるスクランプリング、符号化、およびインタリービング・プロセスと、セル処理エンジン405によって実行されるフレーム化プロセスとの関係を示している。同期バイト901とその後に続くセル収束手順(CCP)ペイロード903とを含む例示的なセル収束手順(CCP)セル905が図9Aに示されている。例示的な実施形態では、変調器401のデジタル符号化・変調機能の各態様の大部分はITU J.83付録A勧告（以下では「ITU J.83仕様」）に基づくものである。ITU J.83仕様は、場合によっては周波数分割多重化（FDM）においてケーブル網によって配信されるデジタル・テレビジョン信号、オーディオ信号、およびデータ信号用のフレーム化構造、チャネル符号化および変調を定めている。このような標準送信技術は、既存の既製技術をてこ入れするのに用いることができる。しかし、本発明は、ITU J.83仕様に記載されたデジタル符号化・変調機能以外の任意の種類のデジタル符号化・変調機能を実施できることに留意されたい。一実施形態では、本明細書で説明する各変調器401によって実行されるデジタル符号化・変調機能は、基本的なMPEGフレーム化フォーマットを仮定するITU J.83仕様に規定されている同期方法に基づくものである。その結果、MPEGフレーム化は必ずしも送信において使用されるわけではない。その代わり、セル収束手順(CCP) 同期バイトを用いてMPEGストリームが「スプーフィング」され、それによって標準ベースの同期方法を使用するのが可能になる。業界標準同期技術を用いることによって、この送信システム構成において既製の構成要素にてこ入れすることができる。
【００６６】
同期バイト901は、各加入者宛先109における顧客宅内機器(CPE)のデスクランブラおよびデコーダ用の同期機構として用いられる。図示の実施形態には2つの有効同期バイト・フィールド値があり、第2の値は第1の値のビット反転バージョンである。(204, 188)RS符号化を用いる一実施形態では、セル収束手順(CCP)セル905は188バイトであり、したがって、セル収束手順(CCP)ペイロードは187バイトである。より特定の実施形態では、2つの有効同期バイト・フィールド値は47HEXおよびB8HEXであり、この場合、「HEX」は16進法を示す。セル群内の第1のセル収束手順(CCP)セルの同期バイトは、デスクランブラ用の初期設定信号が得られるように47HEXからB8HEXにビット反転される。各群は、指定された数「m」個のセルを含んでいる。ただし、本発明の特定の群サイズに限らない。一例として、群サイズが8の場合の連続するセル収束手順(CCP)セルの同期バイト・シーケンスは、47HEXの同期バイトを有する7つのセルと、その後に続く、B8HEXの同期バイトを有する1つのセルとを含んでいる。
【００６７】
チャネル割当てプロセスの後、スクランブラ・プロセスまたはランダマイザ・プロセスが適用され、図9Bに示されているように、スクランブルされたセル収束手順(CCP)セル909のシーケンスが得られる。スクランブルされた各セル909は、対応する同期バイト901と、スクランブルされたセル収束手順(CCP)ペイロード907とを含んでいる。ランダマイザ・プロセスは、擬似ランダム・バイナリ系列（Pseudo-Random Binary Sequence）生成装置（図示せず）用の所定の多項式を使用する。上付き線で示されているように、反復する擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の第1のバイト901すなわち各同期バイト1は反転される。擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)生成装置の出力での第1のビットは、反転された同期バイトの後に続く第1のバイトの第1のビットに付加される。他の同期機能を助けるために、後続のトランスポート・パケットの各同期バイトの間、擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の生成は継続するが、その出力はディスエーブルされ、これらのバイトはスクランブルされずに残る。その結果、擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の周期は、188バイトのセル収束手順(CCP)セルの場合は1503バイトになる。変調器入力ビット・ストリームが存在しないとき、または変調器入力ビット・ストリームがフレーム化フォーマットに適合しないときには、ランダム化プロセスもアクティブになる。これは、変調されていない搬送波が変調器から放出されるのを避けるためである。
【００６８】
スクランブリング・プロセスまたはランダマイザ・プロセスに続いて、図9Cに示されているように、スクランブルされた各セル収束手順(CCP)セル909が符号化され符合語913が得られる。符号語は、RS符号化を使用する際にはRS符号語と呼ばれる。同期バイト901はPRBSシリーズ内の第1のセルについて反転され、それに対して、同期「x」（「x」は2からmまでの範囲である）として示されている残りの同期バイトは反転されない。スクランブルされたセル収束手順(CCP)ペイロードは、自動誤り訂正（FEC）を行うために符号化プロセスによって生成されたエラー検出・訂正（EDC）データ911を組み込んでいる。RS符号化は、非バイナリ・ブロック符号化方式であり、送信中のノイズによって起こったランダム・ビット・エラーおよびショート・バースト・エラーを訂正する。RS符号化では、冗長性を非常に効率的に使用し、冗長データまたは記号を追加することによって、スクランブルされた各セル909を拡張する。エラー検出・訂正(EDC)データ911は、必ずしも個別のフィールドではなく、セル収束手順(CCP)ペイロードと混合できることに留意されたい。(204, 188)RS符号化の場合、エラー検出・訂正(EDC)フィールドは、(204, 188, 8)RS符号語を実現するために16パリティ・バイトまたは16エラー検出・訂正(EDC)バイトを含んでいる。(204, 188, 8)RS符号化用のエラー検出・訂正(EDC)データは、1RS符号語当たり8つの誤りバイトを訂正することができる。エンコーダがまた同期バイト901を符号化し、オーバシュートで示されているように各同期バイト1が反転されることに留意されたい。RS符号化プロセスには、所定の符号生成装置多項式およびフィールド生成装置多項式が用いられる。(255, 239)RSエンコーダの入力において情報バイトの前に、すべて零に設定された51バイトを付加することによって、短縮されたRS符号語を実施できることに留意されたい。符号化手順の後、付加されたバイトは破棄される。
【００６９】
符号化プロセスに続いて、畳み込みインタリービング方式が適用され、インタリーブされたフレーム（図示せず）が得られる。一実施形態では、結果として得られるインタリーブされたフレームは、204バイトの周期性を維持するように同期バイトによって区切られた、互いに重なり合ったエラー保護されたパケットで構成されている。各フレームをITU J.83仕様に従ってインタリーブすることができ、フレームについてはこれ以上説明しない。インタリーブされたフレームは、たとえば、ITU J.83仕様に規定されたQAM-256変調に従って変調される。QAMプロセスは、スクランブルされた同期ビット・ストリームを、RF出力としてチャネル上で送信できるように適応させる。QAMプロセスは、データ・ストリームから得た各ビットをブロッキングし、次いでグレイ符号または差分符号を用いて符号語にマップする。QAMプロセスは次いで、結果として得られたデジタル符号語を、振幅と位相の組合せの立体配座図に基づいてアナログ波形に変換し、この場合、固有の各ビット・シーケンスは立体配座内の点に相当する。
【００７０】
各変調器401が、特定のサイズを有するセル収束手順(CCP)セルをセル処理エンジン405から受信し、符号化プロセスがより大きなサイズの符号語を生成することに留意されたい。このように、セル処理エンジン405と各変調器401との間のタイミング差分は、いくつかの任意の方法のうちのどれかによって対処される。第１の実施形態では、セル処理エンジン405は、サイズ差分の送信と同等の時間遅延を各セル収束手順(CCP)セルに付加する。たとえば、例示的な実施形態では、セル収束手順(CCP)セルは188バイトであり、一方、符号語の長さは204バイトであり、したがって、セル処理エンジン405は16バイトと同等の時間遅延差分を付加する。
【００７１】
各変調器401によって対処される各下流側チャネルは、所定の周波数帯域幅および対応するデータ・スループットを有することを理解されたい。本明細書で説明するプロトコルは、TDMを用いて、物理媒体をさらに複数の離散したチャネルに細分するという規定を有している。一実施形態では、このような分割は、各々が1つの符号語を送信するのに十分なタイム・スロットである専用の一連のタイム・スロットを各トランスポート・チャネルが含む、複数のトランスポート・チャネルのそれぞれを、MPEG-2同期フィールドを用いて一意に識別することによって、RS符号語ごとに行われる。このように、複数の別々のトランスポート・チャネルはそれぞれ、共通の物理チャネルを共用している。この物理チャネル全体を用いて、1つの加入者宛先109のような単一の宛先に情報をトランスポートすることができ、したがって、すべてのトランスポート・チャネルが同じ加入者に割り当てられる。あるいは、複数の加入者が物理チャネルを共用するように、それぞれの異なる加入者宛先109に各トランスポート・チャネルを割り当てることができる。しかし、各加入者宛先109に少なくとも１つの専用トランスポート・チャネルが割り当てられるので、各加入者宛先109に専用の共用されない帯域幅が与えられる。
【００７２】
特定の実施形態では、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、各トランスポート・チャネルが一連のタイム・スロットを含む、6MHZ周波数チャネルにわたる専用トランスポート・チャネルの間データを送信する。タイム・スロットは、5.360537Msym/secまたは約38マイクロ秒（:sec）のシンボル・レートでQAM-256を用いて204バイトのリード・ソロモン符号語を送信するのに必要な時間として定義される。各6MHz QAMチャネルは、ラウンド・ロビン式にサービスを受ける、8つのトランスポート・チャネルのようなある数のトランスポート・チャネルに対応する。各タイム・スロットの間に、204バイトのリード・ソロモン・ペイロードが、(204, 188)RS符号化およびその結果としてのQAM送信が可能になるようにエラー検出エンコーダに送信される。各接続は、互いに隣接する必要のない1つから8つのトランスポート・チャネルから受信を行うことができる。したがって、最大で42.884296Mbpsの帯域幅が5.360537刻みで各チャネルに割り当てられる。周波数チャネルのサービスを受ける各加入者宛先109は送信側チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との同期を維持することに留意されたい。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、対応するタイム・スロットの間に、加入者宛先109に割り当てられたトランスポート・チャネルからのみデータを抽出する。
【００７３】
図10は、特定の加入者宛先109にアドレス指定されるかまたはその他の方法で特定の加入者宛先109を宛先として指定する組合せ電気信号に同調し、この信号から得た送信元情報を復号し復調する、セットトップ・ボックスやケーブル・モデムのような、各加入者宛先109に位置する顧客宅内機器(CPE)1001のブロック図である。顧客宅内機器(CPE)1001は、加入者媒体リンク108に結合され、アナログ・テレビジョン・ブロードキャスト送信などのブロードキャスト・コンテンツが送信される場合にそれを抽出するスプリッタ1003を含んでよい。加入者チャネル専用の残りのRFスペクトルは、送信元情報を抽出するために受信器論理1004に供給される。スプリッタ1003は、全デジタル構成には含まれない。受信器論理1004は、パケットスイッチルータ(PSR)203の対応するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって送信される対応する物理チャネルに同調するRFチューナ1005を含んでいる。たとえば、RFチューナ1005は、それが割り当てられている対応する6MHzチャネルに同調する。フィルタリングされたチャネル信号は復調器1007に供給され、復調器1007は一般に、たとえばQAMなどに従って、対応する変調器401によって実行される逆変調手順を行う。復調されたデジタル信号は次いで、データ・ストリーム内の同期バイトを検出し、チャネル・フィルタに割り当てられたトランスポート・チャネルに対応する各データ群内の1つまたは複数のデジタル符号語を抽出するチャネル・フィルタ1009に供給される。チャネル・フィルタリング機能は後で受信器プロセス中に実行できるが、早めにフィルタリングを行うと、受信器論理1004の後に続く部分を簡略化することができる。
【００７４】
フィルタリングされたデジタル信号はデコーダ1011に供給され、デコーダ1011は、たとえば、前述のリード・ソロモン符号化プロセスに従って、対応する変調器401によって行われる逆インタリービング・符号化プロセスを実行する。復号されたデータは次いで、ランダム化プロセスを反転させるためにデスクランブラ1013に供給される。結果として得られたセル収束手順(CCP)セルは次いで、セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理1015に供給され、セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理1015は、対応するパケットスイッチルータ(PSR)203に供給された元のIPパケットを再アセンブルする。IPパケットは次いで、IP転送論理1017によって、宛先アドレスで示されている適切な加入者装置に転送される。送信の場合、1つまたは複数の加入者装置からのIPパケットは、IP転送論理1017によって送信器論理1019に転送され、加入者媒体リンク108上にアサートされる。
【００７５】
本発明について特にいくつかの好ましい実施形態を参照して図示し説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形式および詳細の様々な変更を加えられることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態による通信ネットワーク・アーキテクチャのブロック図である。
【図２】図１の配信ハブのうちのどれかのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によって実施されるパケットスイッチルータの機能ブロック図である。
【図４】図３のチャネル・インタフェース・モジュールのうちのどれかの機能ブロック図である。
【図５】図３のチャネル・インタフェース・モジュールによって行われる下流側セル処理を示すフローチャート図である。
【図６Ａ】図４のセル処理エンジンによる下流側送信に関するIPパケット・カプセル化解除およびセル・カプセル化を示すブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による連続するセル収束手順(CCP)セル間のセル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)ヘッダ一致を示すブロック図である。
【図７Ａ】本発明による、多重化セル・ストリームを構成するように各ストリームに対応するトランスポート・チャネルが割り当てられる、複数のデータ・ストリームを処理するための物理チャネルの多重化を示すブロック図である。
【図７Ｂ】本発明による、多重化セル・ストリームを構成するようにいくつかのストリームに複数のトランスポート・チャネルが割り当てられる、複数のデータ・ストリームを処理するための物理チャネルの多重化を示すブロック図である。
【図８】図４のセル処理エンジンの構成要素および動作を示すブロック図である。
【図９】各変調器によって実行されるスクランプリング、符号化、インタリービング・プロセスと、図4のセル処理エンジンによって実行されるセル収束プロセスとの関係を示す図である。
【図１０】組合せ電気信号に同調し、この信号の送信元情報を復号し復調する、各加入者宛先に位置する本発明の実施形態による顧客宅内機器（CPE）のブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
100…通信システム、101…送信元、102,102'…通信リンク、103…ヘッドエンド、104…通信リンク、105…配信ハブ、106…通信リンク、107…ノード、108…加入者媒体リンク、109…加入者宛先、111…コンピュータ・ネットワーク、113…電話網、115…衛星通信システム、116…アンテナ・システム、201…スイッチ、203…パケットスイッチルータ（PSR）、205…電・光（E/O）コンバイナ・送信器、207…光・電（O/E）スプリッタ・受信器、209…ビデオ・サーバ、211…コンピュータ・ネットワーク・サーバ、213…電話網サーバ、217…光電(O/E)変換器、215…ブロードキャスト・コンテンツ・サーバ、219…スプリッタ、301…ネットワーク・インタフェース・モジュール（NIM）、305…チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)、301b…ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)、307…IPルーティング・ブロック、309…管理ブロック、401…変調器（MOD）、403…復調器（DEMOD）、405…セル処理エンジン、409…スイッチインタフェース、411…RF送信器網、413…RF受信器網、601…イーサネット・カプセル化プロトコル・データ・ユニット（PDU）、603…ヘッダ、605…IPパケット・ペイロード、607…フレーム・チェック・シーケンス（FCS）、609…セル、611…ヘッダ、613…IPペイロード、615…IPパケット・ペイロード、616…パケット適応手順(PAP)フレーム、617…ヘッダ、619…制御フィールド、627…予約ビット、616…パケット適応手順(PAP)フレーム、617…パケット適応手順(PAP)ヘッダ、621…長さフィールド、623…タイプ・フィールド、625…拡張ヘッダ・フィールド、、627…予約フィールド、629…セグメント、635…セル収束手順(CCP)ヘッダ、647…同期バイト、649…ポインタ・オフセット・フィールド、651…セル収束手順(CCP)セル、653…セル収束手順(CCP)セル、803…パケット・プロセッサ、807…スイッチ装置、808…エンカプスレータ、810…パケット適応手順(PAP)プロセッサ、812…セル収束手順(CCP)プロセッサ、813…セル収束手順(CCP)セル、816…チャネライザ、821…メモリ、823…参照テーブル（LUT）、901…同期バイト、903…セル収束手順(CCP)ペイロード、905…セル収束手順(CCP)セル、907…セル収束手順(CCP)ペイロード、909…セル収束手順(CCP)セル、911…エラー検出・訂正（EDC）データ、913…符合語、1001…顧客宅内機器(CPE)、1003…スプリッタ、1004…受信器論理、1005…RFチューナ、1007…復調器、1009…チャネル・フィルタ、1011…デコーダ、1013…デスクランブラ、1015…セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理、1017…IP転送論理、1019…送信器論理
【０００１】
本発明は、情報の供給および配信に関し、特に、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅をネットワーク内の加入者に供給するのを可能にする広帯域時分割多重化変調方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
企業および個人の加入者からの広帯域コンテンツに対する要求はますます高くなっている。広帯域コンテンツには、ブロードキャスト・テレビジョン・チャネル、ビデオ・オン・デマンド、ストリーミング・ビデオ、マルチメディア・データ、インタネット・アクセス、ボイス・オーバIPのような多種のエンターテインメント・プログラム、通信、およびデータが含まれる。高まる要求を満たすには、各加入者への帯域幅を増やし、サービスの質を向上させる必要がある。現行の供給技術には、電話技術を用いるADSL（非対称DSL）ような、DSL（デジタル加入者回線）技術のいくつかの変形例、テレビジョン技術およびHFC（ハイブリッド・ファイバ同軸）配信網を用いたケーブル・モデム・システム、2方向衛星を含む2方向無線ローカル・ループ（WLL）などが含まれる。広帯域コンテンツを提供する既存のレガシー技術は、要求を満たすにはますます不適切なものになっている。
【０００３】
DSL（デジタル加入者回線）技術は、より対銅線またはより対ケーブル上でデータを供給する方法であり、通常、公衆電話網（PSTN）を使用する。既存の公衆電話網(PSTN)およびより対ケーブル（ネットワーク・プラント）上でのビデオ・サービスの供給にはいくつかの大きな問題がある。既存のネットワーク・プラントは、一様ではなく、大部分のプラントは古く、銅の状態が不十分であり、信号損失および回線雑音を引き起こす。実際、最も近いDSLAM（DSL Access Multiplexor）までかなりの距離があり、かつ既存のプラントの状態が不十分であるため、ADSLを既存のプラント上で多数のユーザに装備することはできない。さらに、ADSLは現在、下流側帯域幅が限られており、基本的に戻り帯域幅が非常に限られている。ADSLは、その帯域幅制限および特性のために、テレビ会議のような加入者宛先から発信される多くの種類のコンテンツには不適切である。
【０００４】
DOCSIS（Data-Over-Cable Service Interface Specifications）を用いてデータ・サービスを供給するケーブル・モデム・システムは、テレビジョン・ブロードキャスト・スペクトルおよびテレビジョン技術を利用していわゆるブロードキャスト・データを加入者にブロードキャストする。既存のHFC網を用いた広帯域データ（ビデオ・オン・デマンド、ストリーミング・データなど）の供給に伴う1つの問題は、利用可能な供給スペクトルが限られていることである。約15メガヘルツ（MHz）から約860MHzまで延びるテレビジョン広帯域スペクトル上で加入者にデータを供給するテレビジョン・データ供給システムが確立されている。アナログ・テレビジョンを加入側のユーザに供給する場合、約54MHzから550MHzの間のスペクトルが占有され、HFCケーブル・モデル・システム上でのデジタル情報の供給には比較的小さな範囲のスペクトルしか残らない。下流側を上流側から分離するダイプレックス・フィルタは、大部分の消費者ベースのHFCシステムで広く用いられている拡張サブスプリット周波数計画では約42MHzから54MHzの周波数範囲内に位置する。したがって、典型的な消費者ベースのHFCシステムを用いた2つの有効供給周波数範囲は、約15MHzから42MHzの間の周波数範囲（上流側）および約550MHzから860MHzの間の周波数範囲（下流側）である。
【０００５】
DOSIS（Data-Over-Cable Service Interface Specifications）は、HFCプラント上でデータ・サービスを供給する方法を指定する標準である。DOCSISは、データ・サービスをHFC網上で中央配信点から供給するのに用いられるエンティティであるCMTS（Cable Modem Termination System）を定めている。このようなレガシー・システムは、共用周波数チャネルを用いてすべてのデータをあらゆる下流側加入者にブロードキャストする。共用チャネルは一般に、幅が6MHzであり、総データ帯域幅はデジタル情報の場合毎秒約27メガビット〜38メガビット（Mbps）である。しかし、チャネルは多数の加入者間で共用され、したがって、データ・レートは、使用時間および同時にログオンされる加入者の数に応じて大幅に異なる。サービスの質は、集中する使用時間の間は特に低くなる。典型的なレガシー・システムは、各々が約500人以上の加入者にサービスを提供する4つの別々のノード間で共用チャネルを分配することがあり、したがって、結果として得られる下流側データ・レートはかなり低くなることが多い。上流側共用チャネルは通常より小さく、3.2MHz以下などであり、上流側の送信データを識別するのに「ポール・アンド・グラント」システムが用いられている。結果として得られる上流側性能は標準的な56Kbpsモデム以下（場合によってはそれ未満）であることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、広帯域コンテンツに対する高まる要求を満たす、既存の通信網および将来の通信網を介して情報を配信するシステムおよび方法を提供することによって、関連技術の上記およびその他の欠点を解消する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施態様では、パケットスイッチルータが、ハイブリッド・ファイバ同軸（HFC）網における複数の加入者宛先のそれぞれに専用帯域幅を与えるように配信点で下流側デジタル情報を処理する。パケットスイッチルータは、ネットワーク接続の端末として働くネットワーク・インタフェース・モジュールと、パケット化データをネットワーク・インタフェース・モジュールから転送するスイッチと、少なくとも1つのチャネル・モジュールとを含んでいる。チャネル・モジュールは、スイッチインタフェース、セル処理エンジン、1つまたは複数の変調器、および無線周波数（RF）送信器網とを含んでいる。スイッチインタフェースは、パケット化データをスイッチから受信し、セル処理エンジンに転送する。セル処理エンジンは、パケット化データを複数のデータ・ストリームに構成し、各データ・ストリーム内のパケット化データをセグメント化およびカプセル化して複数のデータ・セルを得て、各データ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの多重化ストリームを得る。各変調器は、データ・セルの対応する多重化ストリームをアナログ信号に変調するように構成されている。RF送信器網は、複数のアナログ信号をアップコンバートし組み合わせて、送信できる組合せ電気信号を得る。
【０００８】
本発明の実施態様によるチャネル・モジュールは、パケット化データを受信するインタフェースと、セル処理エンジンと、変調器と、RF送信器網とを含んでいる。セル処理エンジンは、パケット化データを1つまたは複数のデータ・ストリームに構成するスイッチと、各データ・ストリーム内のパケット化データをカプセル化して複数のデータ・セルを得るエンカプスレータと、各データ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの多重化ストリームを得るチャネライザとを含んでいる。一実施態様では、セル処理エンジンは、パケット化データをカプセル化解除してあるフォーマットに変換し、各パケットを異なるフォーマットに再アセンブルするフレーム・プロセッサを含んでいる。たとえば、パケット化データを再アセンブルしてIPパケットに戻すことができる。セル処理エンジンは、各パケットのサイズを示す長さ値を含むフレーム・ヘッダを、各データ・ストリーム内の再アセンブルされたパケットに付加するパケット適応手順（PAP）プロセッサをさらに含んでよい。エンカプスレータは、フレーム化されたパケットをセグメント化し各セグメントをセル収束手順(CCP)ヘッダでカプセル化することによってデータ・セルを生成するセル収束手順（CCP）プロセッサをさらに含んでよい。セル収束手順(CCP)ヘッダは、データ・セルのストリーム内の次のフレーム・ヘッダの位置を示すポインタ値を含んでいる。特定の実施態様では、セル収束手順(CCP)プロセッサはMPEG-2に従って同期値を付加し、MPEGデータ・ストリームをスプーフィングする。セル収束手順(CCP)プロセッサは、部分的なセグメントに少なくとも1つのヌル値を詰めてサイズの等しいデータ・セルを作成するように構成することができる。セル収束手順(CCP)プロセッサは、連続的な同期データ・ストリームを維持するうえで入力されたパケット化データが得られない場合にヌル・データ・セルを生成するようにさらに構成することができる。
【０００９】
特定の実施態様では、チャネライザは、データ・セルの多重化ストリームを、各々が複数のタイム・スロットを含む複数のセル群に構成するように動作する。チャネライザは、割り当てられたタイム・スロットに従って各データ・ストリームから得たデータ・セルを挿入する。各データ・ストリームに関するタイム・スロット割当てを含む参照テーブルを記憶するメモリを設けることができる。特定の実施態様では、参照テーブルは、各データ・ストリームに対応する宛先IPアドレスにタイム・スロットをマップし、この場合、宛先IPアドレスはそれぞれ、加入者宛先に対応する。変調器は、受信側が、データが失われた場合や誤ったデータを受信した場合に、データ・セルを再構築するのを可能にするデータを、各データ・セルに、送信前に追加するエンコーダなどを含んでよい。このような構成では、セル処理エンジンは、セル処理エンジンと変調器との間のタイミングを維持するように変調器への送信を行いつつ、データ・セルの多重化ストリームの各データ・セル間に遅延を挿入する。一実施態様では、変調器はランダマイザ、エンコーダ、および直交振幅変調器（QAM）を含んでいる。QAM256変調器は、下流側方向、すなわち、ネットワークから加入者へのトラフィックの流れにおいて高データ・スループットを実現するように実施される。エンコーダはリード・ソロモン・エンコーダなどであってよい。いくつかの多重化データ・セル・ストリームを実施することができ、この厳密な数は、所望の特定のデータ・スループットに依存する。多重データ・ストリーム構成では、セル処理エンジンは、各々が対応する変調器に供給される複数の多重化データ・セル・ストリームを出力する。RF送信器網は、複数の周波数チャネルを組み合わせて、共通搬送波出力信号に対応する電気信号を得るコンバイナを含んでいる。
【００１０】
各データ・ストリームが複数の下流側加入者宛先の1つに対応できることを理解されたい。各データ・ストリームをセルのストリームに変換するプロセスは、セルを複数のデータ・ストリームから多重化するのを可能にする。これによって、複数の加入者にサービスを提供するのに用いられる単一の多重化データ・ストリームが得られる。さらに、ストリームを、各群が一定数のタイム・スロットまたはトランスポート・チャネルを有する複数のセル群に分割することによって、各加入者は専用の下流側帯域幅を有することができる。たとえば、6MHzチャネルおよびQAM-256変調を使用する特定の実施態様では、各周波数チャネルは約40Mbpsのデータ・スループットをサポートすることができる。周波数チャネルに時分割多重化またはタイム・スロット・チャネル割当てを施すことによって、40Mbpsのスループットをさらに細分することができる。たとえば、セル・ストリームを8つの異なるトランスポート・チャネルに構成することによって、各トランスポート・チャネルは約5Mbpsをサポートすることができる。したがって、8つの異なる加入者宛先のそれぞれに、5Mbps帯域幅を有する専用チャネルを割り当てることができる。もちろん、加入者の専用帯域幅を増分的に増やすように所与の加入者宛先に複数のタイム・スロットを割り当てることができる。たとえば、8つのトランスポート・チャネルのうちの3つを単一の加入者宛先に割り当てると、その加入者宛先には約15Mbpsが与えられる。
【００１１】
本発明の実施態様による配信点によってデジタル情報を処理する方法は、HFC網を介して複数の加入者宛先に専用帯域幅を与える。この方法は、データ・パケットを複数のデータ・ストリームとして転送することと、各データ・ストリーム内の各データ・パケットをフレーム化することと、カプセル化データ・パケットをセグメント化してデータ・セグメントを得ることと、各データ・ストリームのデータ・セグメントをカプセル化して、対応するセル・ストリームを形成するデータ・セルを得ることと、セル・ストリームを多重化して多重化セル・ストリームを得ることと、多重化セル・ストリームを変調して周波数チャネル内の変調信号を得ることとを含んでいる。この方法は、デジタル情報を受信し処理してデータ・パケット情報を得ることをさらに含んでよい。この方法は、データ・パケット情報をアセンブルしてデータ・パケットを得ることをさらに含んでよい。
【００１２】
フレーム化は、バイト単位のデータ・パケットのサイズを示す長さ値を含むパケット・ヘッダを付加することを含んでよい。セグメント化は、各セグメント化データ・パケットごとに第1のセグメントにパケット・ヘッダを組み込むことを含んでよい。カプセル化データ・セグメントは、各データ・セグメントに付加され、多重化セル・ストリーム内の次のセグメント化データ・パケットの始めを示すオフセット値を含むセル・ヘッダを含んでよい。カプセル化は、既製の構成要素を用いてコストを削減し開発時間を短縮することができるという点で特に有利なITU J.83仕様付録Aに記載された同期方式に従って同期値を追加することを含んでよい。この方法は、各オフセット値が対応するセグメント化データ・パケットの長さ値に適合することを検証し、すなわち、カプセル化データ・セグメントに残っているバイトの数にオフセット値を足した値が長さ値に等しいことを検証することをさらに含んでよい。セル・ヘッダは、下流側加入者宛先機器との同期を可能にする同期値を含んでよい。カプセル化は、多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのサイズが等しくなるように不完全なデータ・セルにヌル値を詰めることをさらに含んでよい。多重化は、各セル・ストリームのデータ・セルを多重化セル・ストリームにラウンド・ロビン式に挿入することを含んでよい。
【００１３】
特定の実施態様では、多重化は、多重化セル・ストリームを、各々が等しい数のタイム・スロットを有する複数のセル群に構成することと、各セル・ストリームから得たデータ・セルを各セル群のタイム・スロットに挿入することとを含んでよい。この方法は、セル群の少なくとも1つのタイム・スロットを各データ・ストリームに割り当てることと、各セル・ストリームから得たデータ・セルを、割り当てられたタイム・スロットに挿入することをさらに含んでよい。この方法は、多重化セル・ストリームを同期セル・ストリームとして変調器に送信することをさらに含んでよい。
【００１４】
この方法は、多重化が終了してから変調が始まるまでの間に、各データ・セルに付加されたセル・ヘッダ内の周期的同期値を修正することと、多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのペイロードをスクランブルすることと、多重化セル・ストリーム内のデータ・セルを符号化することとを含んでよい。符号化は、リード・ソロモンのような任意の適切な符号化方式に従って実施することができる。変調は、前述の直交振幅変調（QAM）のような、任意の既知の変調技術または今後開発される変調技術に従って実施することができる。
【００１５】
多重化は、セル・ストリームを多重化して、各々が同様に多重化された複数のセル・ストリームを得ることを含んでよい。各多重化セル・ストリームは、複数の周波数チャネルのうちの対応する1つの周波数チャネル内で対応する変調信号を実現するように変調される。この方法は、周波数チャネル同士を組み合わせて単一の電気信号を得ることをさらに含んでよい。この方法は、電気信号を、光ノードに送信すべき光信号に変換することを含んでよい。
【００１６】
送信元情報をHFC網上で供給するための専用帯域幅を複数の加入者宛先のそれぞれに与える方法は、多重化セル・ストリームを変調してある周波数チャネルにおけるアナログ信号を得ることと、このアナログ信号を光信号に変換することと、光信号をHFC網上で加入者宛先に送信することとを含んでいる。この方法は、配信ハブでデータ・パケットを受信することと、データ・パケットをカプセル化解除してIPパケット・データを得ることと、IPパケット・データをIPパケットに再アセンブルすることとをさらに含んでよい。この方法は、ヘッドエンドから光信号を受信することと、光信号をデータ・パケットに変換することとをさらに含んでよい。デジタル受信の転送は、加入者宛先に関連するデジタル・アドレスを判定することを含んでよい。この方法は、デジタル情報をデータ・パケットに変換することと、各データ・ストリーム内のデータ・パケットをセグメント化して複数のパケット・セグメントを得ることと、パケット・セグメントにフレーム・ヘッダを付加することと、フレーム化されたパケット・セグメントをカプセル化して、各々がセル・ヘッダを含む複数のデータ・セルを得ることとを含んでよい。この方法は、光信号を光ノードに送信することと、光ノードによって光信号を電気信号に変換することと、光ノードからの電気信号を同軸ケーブルを介して加入者宛先に送信することとをさらに含んでよい。
【００１７】
本発明、その目的および利点をより完全に理解していただくために、次に、以下の説明を添付の図面に関連して参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態およびその利点は、図1〜10を参照することによって理解することができ、これらの図で、同じ参照符号は同じ要素を指す。ハイブリッド・ファイバ同軸網を用いた情報配信システムに関してこれらの好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の概念は、光ファイバ網、同軸ケーブル網、または無線網、あるいはそれらの任意の組合せに適応させることができる。
【００１９】
図1は、典型的なネットワーク・アーキテクチャを有する典型的な通信システム100のブロック図である。送信元情報をヘッドエンド103に供給するように適切な通信リンク102を介して1つまたは複数の送信元101が結合されており、ヘッドエンド103は、送信元情報をさらに、1つまたは複数の配信ハブ105にそれぞれの通信リンク104を介して配信する。各配信ハブ105は、送信元情報を通信リンク106を介して1つまたは複数のノード107に配信し、各ノード107は送信元情報を加入者媒体リンク108を介して1つまたは複数の加入者宛先に配信する。図示の実施形態では、1つまたは複数の加入者宛先109からの加入者情報が対応する配信ハブ105に転送される双方向通信がサポートされる。加入者情報の種類およびアーキテクチャ実現形態に応じて、加入者情報をさらに、配信ハブ105によって直接またはヘッドエンド103を介して適切な送信元101に転送することができる。
【００２０】
ヘッドエンド103、配信ハブ105、およびノード107を一般に、送信元情報および加入者情報用の配信点と呼ぶことができることに留意されたい。各配信点は、連続的に小さくなる地理領域をサポートする。ヘッドエンド103はたとえば、一都市全体のような比較的大きな地理領域をサポートすることができ、この地理領域の各々は配信ハブ105によってサポートされるより小さな領域に分割される。各配信ハブ105によってサポートされる領域は、都会における近隣のようなより小さな領域に分割され、その各々は対応するノード107によってサポートされる。
【００２１】
1つまたは複数のネットワーク111、1つまたは複数の電話網113、1つまたは複数のオフエアアンテナシステム116（たとえば、マイクロウェイブタワー）のような多数の異なる種類の送信元を実施することができるが、これらのネットワークに限らない。コンピュータ・ネットワーク111は、任意の種類のローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、またはインタネットなどのグローバル・コンピュータ・ネットワークを含んでよい。電話網113は、公衆電話網（PSTN）またはセルラー・ネットワークを含んでよい。衛星通信システム115および／またはアンテナ・システム116は、テレビジョン・ブロードキャスト・コンテンツのような任意の種類の情報の受信および供給に用いることができる。ヘッドエンド103は、ビデオ・オン・デマンド（VOD）機器（図示せず）を含んでもよい。他の実施形態では、特定の構成に応じて、通信リンク102'によって図示されているように、任意の1つまたは複数の送信元101を、ヘッドエンド103に結合する代わりにまたはヘッドエンド103に結合することに加えて、1つまたは複数の配信ハブ105に直接結合することができる。たとえば、1つまたは複数のコンピュータ・ネットワーク111および電話網113が配信ハブ105に結合されるように示されている。ヘッドエンド103は、たとえば内部サーバ、ファイアウォール、IPルータ、信号コンバイナ、チャネル・リマッパのような、データ送信用の適切な機器を含んでいる。
【００２２】
各通信リンク102、102'、104、106、108は、電気ケーブルや光ファイバ・ケーブルのような任意の適切な種類の媒体、または電気媒体と光媒体の両方や複数の光媒体を含む組合せのような、媒体同士の任意の組合せを使用することができる。たとえば、一実施形態では、通信リンク102および102'はそれぞれ、ヘッドエンド103と衛星通信システム115またはアンテナ・システム116との間などで光学データおよび情報を送信する光媒体、ならびに／またはヘッドエンド103と任意のコンピュータ・ネットワーク111または電話網113との間でデータおよび情報を送信する1000Base-X Ethernetとを含んでいる。本発明の好ましい実施形態では、通信リンク106は、各ノード107と対応する配信ハブ105との間に分散された光ファイバまたはケーブルを備えている。このネットワーク・アーキテクチャは、加入者媒体リンク108が各ノード107からそれぞれの加入者宛先109まで分散された同軸ケーブルを備えるハイブリッド・ファイバ同軸（HFC）分散網を使用している。この構成では、ノード107は信号を光学フォーマットから電気フォーマットにまたはその逆に変換する。通信リンク104は、たとえばSONET（Synchronous Optical Network）リンクなどの光リンクを備えてもよい。しかし、当業者は、任意の既知の媒体または将来開発される媒体を各通信リンクごとに実施できることを理解されたい。HFC実施形態では、たとえば、各ノード107は、上流側配信点から光信号を受信し、この光信号を組合せ電気信号に変換し、組合せ電気信号を同軸ケーブル上で対応する地理的サービス・エリアのいくつかの加入者宛先109のそれぞれに配信する。加入者受信側は、電気フォーマットで転送され、各ノード107で組み合わされ、ノード107は、組合せ光信号をそれぞれの通信リンク106を介して、上流側の、対応する1つの配信ハブ105に転送する。
【００２３】
各加入者宛先109は、セットトップ・ボックスやケーブル・モデムなどの顧客宅内機器（CPE）1001（図10）を含んでおり、これらは、特定の加入者宛先109にアドレス指定されるかまたはその他の方法で特定の加入者宛先109を宛先として指定する組合せ電気信号に同調し、この信号から得た送信元情報を復号し復調する。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、加入者情報を符号化し、変調し、アップコンバートしてRF信号を得る変調装置などを含んでいる。各加入者宛先109からの上流側RF信号は加入者媒体108上で対応するノード107に送信される。戻り経路における別個の上流側チャネルを各加入者宛先109に割り当てて、下流側通信に対する干渉を防止することができる。上流側RF信号は、加入者RF信号を光信号に変換する上流側光トランシーバなどを含むノード107に供給される。たとえば、ノード107は、戻り信号を、配信ハブ105の光受信器に送信される光信号に変換するレーザを備えている。
【００２４】
送信元情報および加入者情報は、多数の異なるフォーマットのうちのどのフォーマットでもよいビデオ信号、オーディオ信号、その他のデータ信号などの任意の組合せを含んでよい。送信元情報は、配信ハブ105に供給される、インタネット・プロトコル（IP）パケット、イーサネット・フレーム、ATM（Asynchronous Transfer Mode）セルのような、一定サイズまたは可変サイズのフレーム、パケット、またはセルとして発信することができる。一定サイズまたは可変サイズのフレーム、パケット、またはセル内の任意のそのような種類のデジタル情報を本明細書では「パケット化」データと呼ぶ。パケット化データは、加入者宛先109にある任意の1つまたは複数の特定の加入者装置を示す1つまたは複数の宛先アドレスなどを含む。本明細書で説明する配信ハブ105の例示的な実施形態では、パケット化データが、広帯域時分割多重化（TDM）変調を用いて加入者宛先109に供給され、それによって、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅が通信システム100内の加入者に供給することができる。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、広帯域TDM情報を受信し、復調し、復号して元のコンテンツを加入者に供給する適切な通信機器を含んでいる。上流側加入者情報も同様に取り扱うことができ、この情報についてここでは詳しく説明しない。
【００２５】
下流側通信と上流側通信の両方について多数の異なる周波数および技術を実施できることに留意されたい。変調技術にはたとえば、周波数変位キーイング（FSK）、四相位相変調（QPSK）や、QAM16、QAM64、QAM256のような様々な種類の直交振幅変調（QAM）や、その他の変調技術を含めてよい。さらに、各周波数チャネルは、1MHz、3MHz、6MHz、12MHzのような任意の所定の帯域幅を有してよい。各チャネルは通常、別々の周波数を有する別々の下流側チャネルと上流側チャネルとを含んでおり、対応する下流側チャネルと上流側チャネルは同じチャネル幅を有しても、異なるチャネル幅を有してもよい。さらに、各下流側チャネルに用いられる変調技術は、各上流側チャネルに用いられる変調技術と同じであっても、異なるものであってもよい。
【００２６】
一実施形態では、通信システム100は、ブロードキャスト・テレビジョン・チャネルが利用可能なRFテレビジョン・スペクトル全体（5MHz〜1GHz）の特定の周波数範囲に割り当てられるアナログ・テレビジョン・ブロードキャスト送信をサポートするHFCシステムである。RFケーブル・テレビジョン・スペクトルの残りの部分は、下流側チャネルと上流側チャネルの任意の組合せを含むデータ・チャネルを割り当てるのに用いられる。たとえば、いくつかのHFCシステムは、5MHzから42MHzまで延びる戻り帯域と、52MHzから750〜860MHzまで延びる転送帯域とを有する拡張サブスプリット周波数計画を実施している。当業者には、本明細書で説明する特定の周波数範囲が一例に過ぎず、かつ所望の構成に応じて任意の周波数割当て方式を使用できることが理解されよう。例示的な一実施形態では、特定のHFC網オペレータによって実施されるチャネル割当て計画に従って転送帯域全体がセグメント化され、複数の6MHzチャネルが得られる。アナログ・テレビジョン・ブロードキャストをサポートする典型的なHFC計画の場合、80個のアナログ・チャネルが53MHzから550MHzの間の転送帯域幅で送信される。このようなHFC網では、衛星信号およびローカル・アナログ局が、ヘッドエンド103における転送帯域内の6MHzブロードキャスト・チャネルにマップされる。各6MHz転送帯域チャネルは、アナログ・チャネルまたはMPEG符号化される複数のデジタル・チャネルを含んでよい。各6MHzチャネルは、適切なチャネル割当て計画に従って転送帯域内の周波数にアップコンバートされる。
【００２７】
戻り帯域（5MHz〜42MHz）、および周波数範囲550MHzから750〜860MHzを含む残りの転送帯域スペクトルは、各加入者宛先109の専用帯域幅に関する加入者デジタル・チャネルおよび／またはデータ送信に割り当てられる。たとえば、周波数範囲550MHz〜860MHzは下流側チャネルに割り当てられ、周波数範囲5MHz〜42MHzは上流側チャネルに割り当てられる。周波数範囲42MHz〜54MHzは、下流側通信を上流側通信から分離するダイプレックス・フィルタの位置である。ダイプレックス・フィルタは、周波数分割多重化（FDM）を用いた共用HFCファイバおよび同軸媒体上の双方向通信を可能にする。基本的なダイプレックス・フィルタは、並列されたハイ・パス・フィルタおよびロー・パス・フィルタと、その後に続く増幅器とから成っており、フィルタおよび増幅器は同じ駆動源から駆動される。
【００２８】
全デジタルHFCシステムなどの通信システムの他の実施形態では、利用可能なスペクトルのかなりの部分または全体を利用してチャネルが各加入者に割り当てられる。全デジタルHFCネットワークでは、たとえば、オフエア周波数を用いてブロードキャスト・チャネルを送信するのに用いられるのと同じ周波数によるアナログ・チャネルのブロードキャスト送信は必要とされない（すなわち、HRC周波数計画における54MHzのチャネル2）。その結果、全デジタル・ネットワークにおけるダイプレックス・フィルタ上のフィルタ周波数設定によって、上流側通信用のスペクトル割当てを増やすことが可能になる。たとえば、全デジタル網に適したミッドスプリット周波数計画およびハイスプリット周波数計画では、上流側送信にそれぞれ、5MHz〜86MHzおよび5MHz〜186MHzが割り当てられる。したがって、全デジタル網は、データ・オーバ・ケーブル・サービスなどの対話型サービス用の上流側帯域幅を増やすのを可能にする。このような全デジタル実施形態では、他の場合にはテレビジョン・ブロードキャスト情報によって使用される比較的大きな帯域幅をチャネル割当てに用いることができる。これによって、RFスペクトルの非常にクリーンな部分（たとえば、50MHz〜300Mhz）をデータ通信に利用できるため、顕著な利点がもたらされる。各ユーザにより多くの帯域幅を割り当てることも、各同軸ケーブルのサービスを受ける加入者の数を増やすことができる。異なる周波数スペクトル分割を利用して上流側帯域幅可用性を高めることができ、下流側帯域幅と上流側帯域幅が等しい対称的な構成が可能になる。より小さな地理的サービス・エリアを有する実施形態では、ノードのノイズが少なくなり、したがって、各加入者宛先109は、通常増幅の必要なしに、よりクリーンな信号を受信する。
【００２９】
本明細書で説明する通信システム100の実施形態の他の顕著な利点は、割り当てられた、共用されない確定的な帯域幅を個々の加入者に供給できることである。したがって、特定の加入者宛先109へのデータに、その加入者のみが利用できる特定の共用されない帯域幅が割り当てられる。これによって、競合または調停ベースの帯域幅割当て方式を使用するデータ・オーバ・ケーブル供給法が実施される従来のネットワークでは不可能な、ビデオ、ボイス・オーバIP、双方向オーディオ・コンテンツ（たとえば、電話接続）のような時間依存型サービスまたは等時型サービスを各加入者宛先109に供給することができる。帯域幅割当ては、各配信ハブ105の帯域幅マネージャなどによって制御される。帯域幅マネージャは、下流方向と上流方向の両方において、共用されない確定的な帯域幅を各加入者宛先109に割り当てる。
【００３０】
図2は、図1の配信ハブ105のうちの任意の1つまたは複数の配信ハブ105の例示的な実施形態の簡略化されたブロック図である。図示の実施形態では、配信ハブ105は、データやコンテンツなどのデジタル情報を、送信元101および／またはヘッドエンド103などの上流側送信元と1つまたは複数（Ｎ個）のパケットスイッチルータ（PSR）203との間で、通信リンク104を介して受信し転送するスイッチ201を含んでいる。スイッチ201および各パケットスイッチルータ(PSR)203を、光媒体を介して通信するように構成しても、スイッチ201が光電（O/E）変換機能を含んでもよい。一実施形態では、スイッチ201は、イーサネット・パケットを転送するイーサネット型スイッチである。各パケットは、スイッチ201が上流方向と下流方向の両方でパケットを送信元から適切な宛先に転送するのを可能にする送信元アドレスおよび宛先アドレスを含んでいる。より特定の実施形態では、スイッチ201は1つまたは複数のスイッチを含んでおり、各スイッチは、それぞれデータ・レートが100Mbpsまたは毎秒1ギガビット（Gbps）である100Base-Xイーサネットまたは1000Base-Xイーサネットに従って動作する。各パケットスイッチルータ(PSR)203は、別々のそれぞれの光学または電気100Baseまたは1000Baseイーサネット電気または光リンク214を介してスイッチ201とのインタフェースをとる。しかし、当業者には、本発明が特定のアーキテクチャ、プロトコル、または技術に限らず、かつATM（Asynchronous Transfer Mode）技術のような他のネットワーク技術を使用できることを理解されたい。
【００３１】
以下に詳しく説明するように、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、スイッチ201から受信された情報を符号化し、変調し、アップコンバートして1つまたは複数の下流側チャネルを得て、1つまたは複数のRF電・光（E/O）コンバイナ・送信器205のうちの少なくとも1つのそれぞれの入力にRF信号を転送する。各RFチャネルは、標準的な米国構成における6MHzのような所定の周波数帯域幅を有しており、したがって、使用される変調技術に応じて特定のデータ送信量をサポートする。変調技術としてQAM-256を用いる特定の実施形態では、各6MHz物理チャネルは、約40Mbpsのデータ・スループット容量を有する。QAM-256以外の他の変調技術を使用できることを理解されたい。パケットスイッチルータ(PSR)203は、モジュラー・スケーラブル・フォーマットで実施され、複数の下流側チャネルを組み合わせて、単一のRFコネクタを介して配信される少なくとも1つの組合せ電気信号を得ることができる。さらに、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が複数の下流側チャネルをサポートする複数の組合せ電気信号を、対応するRFコネクタを介して供給するように実施することができる。各コンバイナ・送信器205は、1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203からの1つまたは複数の組合せ電気信号から得たRF信号を組み合わせて、光ファイバ・ケーブルなどを介して対応する1つのノード107に送信される単一の組合せ光信号を得る。各々が異なる地理的サービス・エリアにサービスを提供する1つまたは複数のノード107への送信を、各配信ハブ105が行うことができることに留意されたい。
【００３２】
上流側加入者デジタル情報は、組み合わされた加入者情報を有する光信号を光ケーブルを介して受信し、組合せ光信号を組合せ加入者電気信号に変換し、組合せ加入者電気信号を分割または重複して、対応する1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203に転送する、いくつかのRF光・電（O/E）スプリッタ・受信器207のうちの対応する1つの受信器・スプリッタによって受信される。上流側信号は通常、別々のノードからの互いに離散した戻り経路上で受信されることに留意されたい。本明細書で説明する実施形態では、上流側信号同士が組み合わされ、共通のパケットスイッチルータ(PSR)入力コネクタによって受信される単一の信号が得られる。以下に詳しく説明するように、各パケットスイッチルータ(PSR)203は、1つまたは複数の上流側チャネルに同調し、対応する戻りRF信号を抽出する。各パケットスイッチルータ(PSR)203は戻りRF信号を復調し復号して、各上流側チャネルごとの対応する加入者データ・パケットを得る。加入者データ・パケットは次いで、スイッチ201に転送され、必要に応じて処理または転送される。各パケットスイッチルータ(PSR)203ごとに別々のコンバイナ・送信器205およびスプリッタ・受信器207が示されているが、それぞれの装置の特定の構成およびデータ機能に応じて、単一のパケットスイッチルータ(PSR)用に複数のコンバイナ・送信器205およびスプリッタ・受信器207を設けても、複数のパケットスイッチルータ(PSR)203が単一のコンバイナ・送信器205および／または単一のスプリッタ・受信器207を使用してもよいことに留意されたい。
【００３３】
配信ハブ105は、配信ハブ105と加入者宛先109ならびに／あるいは送信元101および／またはヘッドエンド103などの上流側送信元との間のデータおよびコンテンツの変換またはその他の方法での供給を行う1つまたは複数のローカル・コンテンツ・サーバを含んでよい。たとえば、配信ハブ105は、ビデオ・コンテンツを送信する1つまたは複数のビデオ・サーバ209と、インタネットおよび／またはコンピュータ・ネットワークとの通信を可能にする1つまたは複数のコンピュータ・ネットワーク・サーバ211と、公衆電話網(PSTN)および／または他の電話網との通信を可能にする1つまたは複数の電話網サーバ213とを含んでよい。さらに、配信ハブ105は、テレビジョン・ブロードキャスト・チャネルなどのブロードキャスト・コンテンツおよび情報を受信し転送する1つまたは複数のブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215を含んでよい。このようなブロードキャスト・コンテンツおよび情報は、前述のように、個々の加入者チャネル内で選択的に供給しても、加入者チャネルを用いて集合的にブロードキャストしてもよい。各サーバ209〜215は1つまたは複数のコンピュータを表し、必要に応じて追加の機能を含んでいる。たとえば、ビデオ・サーバ209は、ビデオ・オン・デマンド（VOD）を含む1つまたは複数のビデオ機能を組み込んでよく、かつブロードキャスト・ビデオ・コンテンツをアナログからデジタルに変換するか、またはその他の方法でビデオ・コンテンツをデジタル形式から他の形式にトランスコードするMPEG（Moving Pictures Experts Group）変換器をさらに含んでよい。電話網サーバ213は、1つまたは複数の電話スイッチなどを含むかまたはその他の方法で組み込んでよい。図示のサーバ209〜215は一例に過ぎず、他の種類のサーバおよびコンテンツを実施することができる。あるいは、サーバ209〜215を、ヘッドエンド103と情報を交換する一般的なデータ・サーバで置き換えることができる。
【００３４】
動作時には、ブロードキャスト・コンテンツは、通信リンク104を介して上流側送信元から受信され、光電(O/E)変換器217に供給される。電気ブロードキャスト・コンテンツは次いで、スプリッタ219に供給され、1つまたは複数のコンバイナ・送信器205のそれぞれの入力に分配される。ブロードキャスト・コンテンツはアナログ・フォーマットであってもデジタル・フォーマットであってもよい。各コンバイナ・送信器205は、ブロードキャスト・テレビジョン情報を受信し組み合わせるように構成されており、この場合、送信元情報は割り当てられたチャネル内で1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203から転送される。特に、各コンバイナ・送信器205は、テレビジョン・ブロードキャスト・チャネルなどのブロードキャスト・コンテンツ情報にデジタル加入者チャネルを付加して、下流側に送信される組合せ光信号を生成するように動作する。1つまたは複数の加入者宛先109のそれぞれにある顧客宅内機器(CPE)は、ブロードキャスト・コンテンツ情報を受信し、分割し、セットトップ・ボックスやテレビジョンのような適切な加入者装置に転送するように構成されている。通信システム100のこの実施形態は、ケーブル・テレビジョン・チャネルなどを、さらなる変換の必要なしに加入者宛先109に経路指定された加入者媒体から直接利用できるようにすることが望ましい、消費者ベースのネットワークに特に適用可能である。
【００３５】
他の実施形態では、電気的ブロードキャスト・コンテンツは、他の接続221を介してブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215に供給され、ブロードキャスト・コンテンツ・サーバ215は、他のローカル・コンテンツ・サーバ209〜213と同様に別々の接続223を介して1つまたは複数のパケットスイッチルータ(PSR)203に結合されている。このように、ブロードキャスト・コンテンツおよび情報は、対応する加入者チャネルを介して加入者宛先109に選択的に供給される。通信システム100のこの実施形態は、利用可能なスペクトル全体を、加入者チャネルを介したデジタル通信に利用できる全デジタル構成に適合する。
【００３６】
図3は、本発明の実施形態によって実施される例示的なパケットスイッチルータ(PSR)203の機能ブロック図である。パケットスイッチルータ(PSR)203は、通常HFC構成における1つまたは複数の配信ハブ105に存在する、目標サービス挿入点に設置されている。目標サービスとは、VOCサービスのような、HFC網加入者ベースの部分集合を対象とするサービスである。目標サービスは、ヘッドエンド103などの上流側送信元から発信された所与の信号が場合によっては、通信システム100の一般的なサービス・エリア内のすべての加入者宛先109に提供されるブロードキャスト・サービスとは対照的である。アナログおよびデジタルのオーディオ・サービスおよびデジタル・サービスはブロードキャスト・サービスの一例である。当業者には実施方法が明らかなMPEG over ATM over SONETトランスポート（たとえば、デジタル・テレビジョン・サービスやVODサービス）などのケーブル・トランスポートに固有の多数の詳細は、パケット化データトランスポートに必須のケーブル・ネットワーク内の要素に焦点を当てるために示されていないことに留意されたい。
【００３７】
パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が特定のネットワーク通信アーキテクチャのインタフェースおよび端末として働くように構成された、1つまたは複数のネットワーク・インタフェース・モジュール（NIM）301を含んでいる。図示のように、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aは、送信元101および／またはヘッドエンド103のいずれかなどの上流側送信元との通信を可能にするように通信リンク104に直接またはスイッチ201を介して結合されている。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aはたとえば、1000Base-X光ファイバ接続との変換を行うGMII（Gigabit Media Independent Interface）変換装置（図示せず）などの物理インタフェースを含んでよい。イーサネット実施形態では、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301aは、IEEE 802.3ギガビット・イーサネット媒体アクセス制御（MAC）エンティティを用いてGMIIの端末として働き、GMII変換装置とイーサネット・フレームを交換する。前述の100Base-Tまたは1000Base-Tのイーサネット接続またはリンク214のような適切な通信標準を介して1つまたは複数のローカル・コンテンツ・サーバのインタフェースとして働く他のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301bが設けられている。パケットスイッチルータ(PSR)203は、各々が個別のネットワーク媒体、プロトコル、またはアーキテクチャのインタフェースとして働くように構成された追加のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301を使用可能にするようにスケーリング可能に実施することができる。一般に、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301は、高速のローカル・エリア・ネットワーク、メトロ・エリア・ネットワーク、またはワイド・エリア・ネットワーク（LAN、MAN、WANなど）のネットワーク・インタフェースを構成する。
【００３８】
各ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301は、ネットワーク・インタフェース・ポートとスイッチ303との間でトラフィックを転送するネットワーク・コネクティビティ・エンジンおよび統合IP転送エンジン用の物理インタフェースを含んでいる。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)機能は、物理符号化機能およびリンク層フレーム化機能も含んでいる。スイッチ303は、1つまたは複数のチャネル・インタフェース・モジュール（CIM）305に結合されており、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、対応するコンバイナ・送信器205と相互接続されている。スイッチ303は、下流側情報をネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301から、選択された1つのチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305に転送し、上流側情報をチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305から1つまたは複数のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301に転送する。以下に詳しく説明するように、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、各IPパケットを同期下流側送信が可能になるように適応させ、上流方向で同期ビット・ストリームからIPパケットを抽出する。各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、下流側データを少なくとも1つのコンバイナ・送信器205に転送し、少なくとも1つのスプリッタ・受信器205から上流側データを受信する。以下に詳しく説明するように、下流方向の送信の場合、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305はパケット化機能、転送機能、広帯域パケット・カプセル化機能、チャネル割当て機能、符号化機能、変調機能、および他のRF機能を実行する。上流方向の送信の場合、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、同様の逆の機能を実行する。
【００３９】
各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、単一のコネクタを介して対応するコンバイナ・送信器205に供給される共通の搬送波信号として組み合わされアップコンバートされる複数の下流側物理チャネルをサポートする。一実施形態では、たとえば、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、QAM-256によって変調された8つの6MHzチャネルを供給し、対応するコンバイナ・送信器205は1つまたは複数のチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力同士を組み合わせる。54MHzから550Mhzの範囲のテレビジョン・ブロードキャスト・コンテンツをサポートする通信システム100の例示的な実施形態では、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力は550MHzから750MHzまたは550MHzから860MHzの範囲内に存在する。組み合わされるチャネルは、通常互いに隣接する。特定の例では、QAM信号が600MHz、606MHz、612MHz、618MHz、624MHz、630MHz、636MHz、および642MHzの搬送波周波数を有する場合、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の出力は597〜645MHzスペクトルを占有する。隣接するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、645〜705MHzスペクトルを占有する648MHz、656MHz、662MHz、670MHz、678MHz、686MHz、694MHz、および702MHzの搬送波周波数を有してよい。その結果、対応するコンバイナ・送信器205は、51〜537MHzスペクトルをあるチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の597〜645MHz出力または645〜705MHz出力あるいは2つの隣接するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の590〜705MHzと組み合わせる。結果として得られたRF信号は、光信号に変換され、光送信器によって対応するノード107に送信される。各パケットスイッチルータ(PSR)203が、パケットスイッチルータ(PSR)出力に対応する光送信器によるサービスを受けるノード107専用のスペクトルによって目標サービスを提供するので、各ハブ105の複数の出力にわたる送信に同じ周波数を使用できることに留意されたい。
【００４０】
スイッチ303ならびにスイッチ303のネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305とのインタフェースは、多数の異なる構成のうちの任意の1つの構成に従って実施することができ、本発明の概念は特定の構成に限らない。例示的な一実施形態では、スイッチ303は、スイッチファブリックとのインタフェースを定めるCSIX-L0、CSIX-L1、CSIX-L2などのCSIX（共通スイッチインタフェース）仕様に従って実施される。Cフレームを用いてスイッチファブリックなどを介してネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301とチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との間で転送されるデータは、適用可能なCSIX（共通スイッチインタフェース）仕様によって定められている。
【００４１】
スイッチ303は、IPルーティング・アルゴリズムを実行し、システム管理機能およびシステム制御機能を内部で、または個別のIPルーティング・ブロック307および個別の管理ブロック309を介して実行する。スイッチ303は、図示の接続を介すかあるいは個別の制御バスやシリアルリンクなどを通じて、各ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305上に位置するIP転送エンジンにルーティング・テーブルを分配する。スイッチ303は、ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301とチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との間のトラフィックのコネクティビティをもたらすスイッチファブリックも組み込んでいる。スイッチ303は管理コネクティビティのための10/100 Base-Tイーサネット・インタフェースおよび非同期インタフェースを含んでよい。一実施形態では、スイッチ303は、パケットスイッチルータ(PSR)203における集中スイッチ能を実行する高速同期双方向シリアル・クロスバースイッチを含んでいる。スイッチ303は、スイッチファブリック・アーキテクチャにおけるスケジューリングおよび調停の責任を負うファブリック・コントローラを含んでいる。ファブリック・コントローラは、1交換サイクル当たりの接続数を最大にするように構成された適切なスケジューリング・アルゴリズムを用いて交換ファブリックを通じた接続を管理する。管理機能は、スイッチ303内で実行しても、図示のように他の管理モジュール307によって実行してもよい。ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)301およびチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305はそれぞれ、別々の管理接続を介して管理モジュール307に結合されている。
【００４２】
図4は、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305の例示的な実施形態の機能ブロック図である。チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、IPパケットを転送し、パケット・フレーム化およびチャネル割当てを実行する。さらに、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、ネットワーク・アーキテクチャ上での送信が可能になるように関連するデジタル信号処理およびRF処理を行う。各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、スイッチインタフェース409を介してスイッチ303と相互結合されたセル処理エンジン405を含んでいる。セル処理エンジン405は、テーブル参照、キューに入れられたデータ・ペイロード・バッファ記述子、およびデータ・ペイロード・バッファ記憶装置用の内部または外部メモリのサポート機能を含んでよい。このようなメモリは、読取り専用メモリ（ROM）装置またはランダム・アクセス・メモリ（RAM）装置の任意の組合せを含んでよい。セル処理エンジン405は、スプリッタ・受信器207およびスイッチインタフェース409を介してネットワーク・インタフェースとの間で転送される各パケットを処理する。セル処理エンジン405の機能には、コンバイナ・送信器205への送信が可能になるようにIP転送、リンク層フレーム化、および物理層符号化、またはスイッチ303への送信のためのスイッチインタフェース409への送信が可能になるようにIP転送、リンク層フレーム化、および物理層符号化が含まれる。さらに、セル処理エンジン405は、物理層およびリンク層のフレーム化を行う。
【００４３】
チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、セル処理エンジン405に結合され、パケット化データの広帯域変調送信を可能にする複数の変調器（MOD）401および複数の復調器（DEMOD）403も含んでいる。一実施形態では、変調器401は、ネットワークを介した送信が可能になるように、連続モード・ランダム化、エラー符号化、インタリービング、256ポイントQAMを実行する。変調器401からの出力は、対応する送信器RFリンクを介して単一の組合せ出力を供給するRF送信器網411によって周波数ドメインで組み合わされる。このようなアナログRF処理には、フィルタリング、周波数結合および混合が含まれる。同様に、復調器403は、対応するスプリッタ・受信器207を通しRF受信器網413を介して上流側情報を受信する。RF受信器網413はアナログRf信号を処理し、このような処理には周波数同調、フィルタリング、および混合が含まれる。復調器403は、変調器401の同様の逆の機能を実行する。復調器403についてはこれ以上説明しない。変調器401および復調器403の数は対称実施形態の場合は同じであってよい。ただし、本発明では、特定のアーキテクチャおよび構成に応じて送信器および受信器の任意の数が構想される。
【００４４】
下流方向では、セル処理エンジン405が、IPパケットを宛先IPアドレスに基づいてスイッチインタフェース409から適切なチャネルへ転送する。以下に詳しく説明するように、セル処理エンジン405は、パケット適応手順（PAP）を用いてデータ・リンク層カプセル化を行い、IPパケットをカプセル化してフレームを得る。セル処理エンジン405は、セル収束手順（CCP）を用いた符号化に適したセル・トランスポートが可能になるように各フレームを適応させる。図示の例示的な実施形態では、このような符号化がリード・ソロモン（RS）符号化手順に従って実施される。セル処理エンジン405は、各物理下流側チャネル内の専用タイム・スロットの時分割多重化も行う。セル長は、各TDMタイム・スロット中に送信されるバイトの数によって定められる。セル、すなわち一定長パケットとリード・ソロモン符号語との間に1対1マッピングが存在する。各タイム・スロット中に1つの符号語が送信される。セル処理エンジン405は、IPパケットを同期送信が可能になるように適応させ、同期ビット・ストリームからIPパケットを抽出する。各加入者チャネルは、パケットスイッチルータ(PSR)203と、パケットスイッチルータ(PSR)203のサービスを受ける各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)との間の双方向データ・リンク層通信チャネルである。
【００４５】
図示の実施形態では、188バイト・セル・トランスポート用の(204, 188)RS符号化が用いられる。ただし、たとえば(255, 239)RS符号化のような他の種類の符号化または他の変形形態を実施することもできる。パケット適応手順(PAP)では、パケット適応手順(PAP)ヘッダをIPパケットに付加してパケット適応手順(PAP)フレームを形成することによって、各IPパケットが送信の前にカプセル化される。セル収束手順(CCP)では、結果として得られたパケット適応手順(PAP)フレームを、各パケット適応手順(PAP)フレームをセグメントに分割し各セグメントにヘッダを挿入することによって、RSペイロード挿入が可能になるように適応させる。セル収束手順(CCP)ヘッダは、PSペイロード内のパケット適応手順(PAP)ヘッダの第1バイトの位置を示すポインタ・オフセット・フィールドである。
【００４６】
図5は、チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって実行される下流側パケット処理を概略的に示すフローチャート図である。チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、フレームが入力されたときに一連のプロトコル機能を実行し、各IPパケットを、対応するチャネル上での送信が可能になるように同期ビット・ストリームに適応させる。図示の一般的なプロセスでは、イーサネット・フレーム、ATMセル、CSIXフレームなどのパケットまたはフレームの種類は制限されない。第1のブロック501で、入力フレームがセル処理エンジン405によってスイッチインタフェース409を介して受信される。セル処理エンジン405は、次のブロック503でIPパケットのカプセル化解除および／または再アセンブリを行い、この場合、特定の処理は特定のパケット・データ・フォーマットに依存する。たとえば、各々が100バイト程度の同等のペイロードを有する複数のCSIXセルがカプセル化解除されてIPパケット・ペイロード・セグメントが受信され、次いで、これらのIPパケット・ペイロード・セグメントが再アセンブルされて元のIPパケットが形成される。イーサネットについても同様のプロセスを実行することができる。いずれの場合も、結果として得られたIPパケットは、次のブロック505で、IPヘッダに示されている宛先アドレスに対応する適切なチャネルに転送される。一実施形態では、セル処理エンジンは、各チャネル用の別々のチャネル処理モジュールまたはブロックを含んでいる。あるいは、セル処理エンジン405は、そのメモリ内で各チャネルを分離する。
【００４７】
セル処理エンジン405は、各チャネルごとに、次のブロック507でパケット・フレーム化を行う。このようなフレーム化処理には、IPパケットをカプセル化してフレームを得て、さらに、各フレームを適応化して、符号化に適したセル・トランスポートが可能なセルを得るパケット適応手順(PAP)およびセル収束手順(CCP)を含んでいる。次いで、結果として得られたセルに対して、次のブロック508でセル処理エンジン405によってチャネル割当てが行われる。このようなチャネル割当てでは、専用のデータ・スループット加入者チャネルに従って、以下に詳しく説明するように所定のまたは事前に割り当てられたタイム・スロット内でTDMが実施される。結果として得られた、セルのチャネル割当て済みデータ・ストリームは、対応する1つの変調器401に供給される。セル処理エンジン405は、1つの変調器401によって対処される各物理チャネルに同じプロセスを実行する。各変調器401は、データ送信が可能になるように連続モード・ランダム化（ブロック509）、エラー符号化（ブロック511）、インタリービング（ブロック513）、および変調（ブロック515）を行う。これらの機能については以下に詳しく説明する。
【００４８】
次のブロック517では、各変調器401からのデジタル・データ出力が、RF処理および送信が可能なるようにRF送信器網411に供給される。特に、RF送信器網411は、データを符号語としてマップし、符号語を波形に変換し、波形を30MHzから60MHzの間の周波数のような中間周波数（IF）に変調する。IF信号は次いで、アップ・コンバータ（図示せず）によって、適用可能な周波数範囲（消費者ブロードキャスト・テレビジョン実施形態の場合550MHz〜860MHz）内のいくつかの6MHzチャネルのうちの任意の1つにアップコンバートされる。一実施形態では、2段階のアップ・コンバージョンを用いて所望の信号対雑音レベルが達成される。アップコンバートされた信号は、送信(TX) RFリンク上での送信が可能になるように増幅され等化される。RF送信器網411は、RFアグリゲーションを実行し、ソフトウェア構成に基づいて、適用可能な下流側周波数範囲内の任意の周波数で動作することができる。RF送信器網411は、各変調器401からの組み合わされた情報を組み込んだRF信号を出力する。
【００４９】
本明細書ではこれ以上説明しないが、同様の逆のプロセスが上流方向においてチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって実行される。RF受信器網413は、RFチューナと、フェーズ・ロック・ループ（PLL）技術などを用いて対応する6MHz上流側周波数に同調する任意のダウン・コンバータとを含んでいる。RF受信器網413は、上流側送信に用いられる適用可能な周波数範囲（消費者ブロードキャスト・テレビジョン実施形態の場合5MHz〜42MHz）におけるRFチャネルを選択する。一実施形態では、RF受信器網413は、ソフトウェア構成に基づいて、適用可能な下流側周波数範囲内の任意の周波数で動作することができる。RF受信器網413はさらに信号を帯域フィルタでフィルタリングし、各復調器403内の復調器（図示せず）によって使用できるIFにダウンコンバートする。各復調器403は、QAM-64やQAM-256のような特定の変調方式を用いて対応するIF信号を復調し、復調した信号をデコーダ／デスクランブラ（図示せず）に転送する。デスクランブラは、結果として得られた信号をスクランブル解除し、たとえばRS復号を用いて、データ・リンク・カプセル化IPデータ・ストリームを復号する。復号されたセルはセル処理エンジン405に転送され、セル処理エンジン405は、各物理チャネル内の上流側チャネル・スロットに対応する専用の時間窓の時分割多重化を行う。セル処理エンジン405はさらに、結果として得られたIPフレームの逆セル収束手順(CCP)およびデータ・リンク層カプセル化解除を、逆パケット適応手順(PAP)を用いて行う。この結果得られたIPパケットはスイッチインタフェース409を介してスイッチ303に転送される。
【００５０】
図6Aは、セル処理エンジン405による下流側送信に関するIPパケット・カプセル化解除およびセル・カプセル化を示すブロック図である。以下に詳しく説明するように、同期バイト指向処理では、可変長IPパケットまたは他のパケット／フレーム・タイプを一連のペイロード・セルとしてネットワーク内をトランスポートするのを、パケット・ヘッダおよびセル・ヘッダを利用して可能にする。これらのパケット・ヘッダおよびセル・ヘッダは、個々のセルを元のIPパケットに再アセンブルしてメッセージを復号するのに十分な情報を宛先に与える。以下に詳しく説明する適応手順および収束手順も、ヌル・パケット生成および追加エラー保護を行う。当業者には、本発明が、IPパケットを用いて示されているが、様々な種類のパケット化情報およびデータ・パケットを含む任意の種類のデジタル情報に適用されることを理解されたい。
【００５１】
一実施形態には、ヘッダ603、IPパケット・ペイロード605、およびフレーム・チェック・シーケンス（FCS）607などを含む例示的なイーサネット・カプセル化プロトコル・データ・ユニット（PDU）601が示されている。IPパケット・ペイロード605は、イーサネット・フレーム601からカプセル化解除され、ヘッダ603における宛先IPアドレスに対応するセル処理エンジン405内の適切なチャネルに転送される。IPパケット・ペイロード605は、以下に詳しく説明するパケット適応手順(PAP)フレーム616のIPパケット・ペイロード605のすべてまたは一部になる。イーサネット実施形態の場合、ヘッダ603は、8バイト・プリアンブル、6バイト宛先アドレス、6バイト送信元アドレス、2バイト長さ、任意の8バイトLLCSNAP（Logical Link Control Sub-Network Access Protocol）ヘッダ、最大1492バイトまたは1500バイトのIPパケット・ペイロード、および4バイトフレーム・チェック・シーケンス(FCS)を含んでよい。プリアンブル、アドレス、長さフィールド、およびフレーム・チェック・シーケンス(FCS)フィールドは、イーサネット・フレームを形成する。イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)601は、最大で1526バイトであり、1492バイトまたは1500バイトのペイロードを含んでいる。IPパケットの長さは最大で64キロバイト（KB）でよいが、IPパケット・ペイロード605は、元のIPパケットのコンテンツ全体を含まなくてよい。コンテンツ全体を含んでいる場合、複数のイーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)がカプセル化解除され、対応する複数のIPパケット・ペイロードが元のIPパケットに再アセンブルされる。このプロセスはデフラグメンテーションとも呼ばれる。
【００５２】
イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)用のIPパケット・ペイロードの妥当性を検証する場合、セル処理エンジン405は、フレーム・チェック・シーケンス（FCS）フィールドとIPパケット・ペイロード605内のIPチェックサム・フィールドとの両方を利用する。たとえば、フレーム・チェック・シーケンス(FCS)フィールドは、イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)がビット・エラーを引き起こさずにネットワーク内を転送されたことを検証するのに用いられる。フレーム・チェック・シーケンス(FCS)は、同期エラーと送信エラーを検出しそれに対する保護を与えるうえで有用である。セル処理エンジン405は、イーサネット・アドレス・フィールド、長さフィールド、LLCSNAPfフィールド、IPパケット・ペイロード・フィールドの各ビットに対して多項式演算を実行し、結果として得られた32ビット値を、フレーム・チェック・シーケンス（FCS）フィールドに格納されている値と比較する。2つの値が一致しない場合、セル処理エンジン405はイーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)を破棄する。埋め込まれたIPパケット・ペイロード605の妥当性をさらに検証する場合、セル処理エンジン405はエラー検出加算アルゴリズムを使用することができる。2つの値が一致した場合、セル処理エンジン405はヘッダ603全体を16ビット語のシーケンスとみなし、1の補数演算を用いてこれらの16ビット語を加算し、結果の1の補数を取る。この結果得られたチェックサム値が、IPチャックサム・フィールドに格納されている値に等しくない場合、セル処理エンジン405は、送信時にエラーが起こったと仮定し、IPパケットを破棄する。
【００５３】
カプセル化解除プロセスは、イーサネットに限らず、同様のまたは他のカプセル化解除プロセスを実施することができる。たとえば、他の実施形態では、セル処理エンジン405はCSIX型セル（Cフレーム）のような一連のセル609を受信する。各セル609は、ヘッダ611などと、元のIPパケットのすべてまたは一部を組み込んだIPペイロードとを含んでいる。1つまたは複数のセル609からIPペイロード613が抽出され、パケット適応手順(PAP)フレーム616のIPパケット・ペイロード615を形成するように再アセンブルされる。各ヘッダ611は、イーサネットプロトコル・データ・ユニット(PDU)601と同様のタイプ情報を含んでおり、このような情報を用いて、上述のようにエラー検査および／または訂正を行うことができる。ヘッダ611は、同様にIP転送を容易にする宛先アドレスなども含んでいる。同様のプロセスをATMセル、またはパケットスイッチルータ(PSR)203内で利用される任意の他の種類のパケット化情報に使用することができる。
【００５４】
セル処理エンジン405はパケット適応手順(PAP)を実行し、IPパケット・ペイロード615の前にパケット適応手順(PAP)ヘッダ617が付加されたパケット適応手順(PAP)フレーム616を生成する。このプロセスを「フレーム化」または「カプセル化」と呼ぶ。一実施形態では、パケット適応手順(PAP)ヘッダ617の長さは3バイトであり、1バイトの制御フィールド619および2バイトの長さフィールド621を含んでいる。制御フィールド619は、パケット・タイプ・フィールド623（4ビット）、拡張ヘッダ・フィールド625（1ビット）、および予約フィールド627（3ビット）をさらに含んでいる。長さフィールド621は、IPパケット・ペイロード615内のバイト数を指定する。パケット適応手順(PAP)は、タイプ・フィールド623がヌル値または零（0）ビットに設定されたヌル・パケットを生成することによってパケット間時間充填を行う。これによって、確実に同期送信が行われ、基準線ワンダーのDCオフセットがなくなる。さらに、パケット適応手順(PAP)は、パケット適応手順(PAP)ヘッダ617上の簡単なパリティを制御フィールド619の予約ビット627と共に使用することによって、追加のエラー訂正を行うことができる。
【００５５】
セル処理エンジン405は、符号化の準備を行う際、パケット適応手順(PAP)カプセル化IPビット・ストリームを「N」個のセグメント629、632、、、633として蓄積することによってセグメント化プロセスを行うセル収束手順(CCP)を実行する。この場合、Nは正の整数であり、パケット適応手順(PAP)長さフィールドによって指定されるIPペイロード615の長さに依存する。Nは、IPパケットが所定のサイズよりも小さくなる1であってよく、以下に詳しく説明するように、セルへの挿入時にさらに割る必要がないことに留意されたい。各セグメントのサイズは主として等しいが、IPパケットのサイズが可変であり、選択されたセグメント・サイズの厳密な倍数ではない（たとえば、剰余セグメント）ので、少なくとも1つのセグメントは通常、他のセグメントよりも小さいことに留意されたい。より小さなセグメントは、セル収束手順(CCP)の準備として零またはヌル値を詰めることによって同等のサイズにされる。パケット適応手順(PAP)ヘッダ617は、第1のセグメント629に付加されるか、または他の方法で第1のセグメント629の一部を形成する。セル収束手順(CCP)は次いで、各セグメント629〜633の始めにセル収束手順(CCP)ヘッダ635を付加して対応するセル収束手順(CCP)セル641、643、、、645を形成する。
【００５６】
(204, 188)RS符号化を用いる一実施形態では、各セル収束手順(CCP)の長さは188バイトである。セル収束手順(CCP)ヘッダ635と残りのセグメントの相対サイズは様々であってよく、各セグメントの長さは185バイトまたは186バイトであってよい。各セル収束手順(CCP)ヘッダ635は、同期値すなわち「同期（sync）」バイト647と、次のパケット適応手順(PAP)ヘッダの始めを識別するポインタ・オフセット・フィールド649（1バイト）とを含んでいる。任意の制御バイトを使用してよいが、制御バイトについてはこれ以上説明しない。ポインタ・オフセット・フィールド649内のポインタ・オフセット値が適切な範囲内である場合、次のIPパケットは現在のセルから始まる。各セグメントの長さが185バイトである構成では、ポインタ・オフセット値の適切な範囲は、(204, 188)RS符号化の場合、0から185である（0および185自体も含む）。ポインタ・オフセット値が最大値の204に等しく、それによって後続のセルのセル収束手順(CCP)ヘッダを指し示している場合、次のIPパケットは現在のセル収束手順(CCP)セルからは始まらない。残りの範囲（186および203自体も含む）内のポインタ・オフセット値は無効とみなされるかまたは使用されない。各セル収束手順(CCP)セルのサイズは255バイトであり、したがって、ペイロードとフィールドの相対サイズがそれに応じて変わる（255, 239）RS符号化を実施することもできることに留意されたい。
【００５７】
図6Bは、連続するセル収束手順(CCP)セル651とセル収束手順(CCP)セル653との間のセル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)ヘッダ一致を示すブロック図である。加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)が一連の個々のセル収束手順(CCP)セルからIPパケットを確実に再アセンブルできるように、セル収束手順(CCP)は、ポインタ・オフセット値および前のパケット適応手順(PAP)ヘッドの長さフィールドが一致することを検証する。第1のセル収束手順(CCP)セル651の後にセル収束手順(CCP)セル653が続き、これらのセル収束手順(CCP)セルは、それぞれのセル収束手順(CCP)ヘッダ655および657を含んでいる。セル収束手順(CCP)セル651とセル収束手順(CCP)セル653は必ずしも連続しておらず、連続していない場合、中間セル収束手順(CCP)セルは、最大値を有するセル収束手順(CCP)ヘッダを含む。第1のセル収束手順(CCP)セル651は、パケット適応手順(PAP)ヘッダ659と、IPパケット1の対応する第1の部分とを含んでいる。セル収束手順(CCP)ヘッド655は、セル収束手順(CCP)セル651内のパケット適応手順(PAP)ヘッダ659の位置を示すポインタ・オフセット値を含んでいる。パケット適応手順(PAP)ヘッダ659は、IPパケット1の長さを定める長さフィールドを含んでおり、したがって、後続のセル収束手順(CCP)セル653内の後続のパケット適応手順(PAP)ヘッダ661の位置を示す。パケット適応手順(PAP)ヘッダ661は、次の後続のIPパケット2の始めに位置している。セル収束手順(CCP)ヘッダ657は、セル収束手順(CCP)セル653内のパケット適応手順(PAP)ヘッダ661の位置を示すポインタ・オフセット値を含んでいる。したがって、セル収束手順(CCP)は、セル収束手順(CCP)ヘッダ657とパケット適応手順(PAP)ヘッダ659が次のパケット適応手順(PAP)ヘッダの位置に関して一致することを検証する。
【００５８】
図7Aは、複数のデータ・ストリームに対処するための物理チャネルの時分割多重化を示すブロック図であり、この場合、複数のトランスポート・チャネルのうちの対応するチャネルが各ストリームに割り当てられ、各トランスポート・チャネルは、一連の対応するタイム・スロットを備えている。この例では、個々にA〜Hと呼ばれる8つの異なるデータ・ストリームはそれぞれ、セル処理エンジン405によって一連のセル収束手順(CCP)セルとして構成される。したがって、データ・ストリームAは順次セル収束手順(CCP)セルA1、A2、、、を含み、データ・ストリームBは順次セル収束手順(CCP)セルB1、B2、、、を含み、他のデータ・ストリームについても同様である。図示の実施形態では、セル処理エンジン405は、セル収束手順(CCP)セルを1〜8と呼ばれる8つの異なるトランスポート・チャネルとして構成するかまたは割り当て、この場合、各トランスポート・チャネルは、発信多重化セル・ストリームを形成する所定数または一群の反復するタイム・スロットまたはセル群703のうちの対応するタイム・スロットを含んでいる。データ・ストリームは、セル処理エンジン405によってラウンド・ロビン式に取り扱われる。反復するセル群703は、セル処理エンジン405によって生成される多重化セル・ストリームを形成する。この結果得られた多重化セル・ストリームはセル処理エンジン405によって対応する変調器401に送信される。このように、セル収束手順(CCP)セルA1、A2、A3などを含むデータ・ストリームAは、トランスポート・チャネルに送信される。同様に、データ・ストリームB〜Hはそれぞれ、トランスポート・チャネル2〜8に送信される。したがって、例示的な実施形態では、物理チャネルの多重化セル・ストリームの総帯域幅の8分の1が各データ・ストリームに割り当てられる。QAM-256変調を仮定したときの物理チャネルの総データ・スループットが約40Mbpsである場合、各トランスポート・チャネルには実際上、約5Mbpsが割り当てられる。トランスポート・チャネルへのデータ・ストリームの割当ては任意であり、したがって、任意のトランスポート・チャネルに任意のデータ・ストリームを割り当てられることに留意されたい。たとえば、データ・ストリームをトランスポート・チャネル1ではなく、トランスポート・チャネル2〜8のうちの任意のチャネルに割り当てることができる。
【００５９】
トランスポート・チャネルの数とデータ・ストリームの数を対応させる必要も、等しくする必要もないことを理解されたい。たとえば、一連の対応するタイム・スロットを複数のトランスポート・チャネルに細分することにより、セル処理エンジン405によって、より小さなセル群を用いてより多くのデータ・ストリームに対処することができる。たとえば、データ・ストリームHのセルを有するように示されているトランスポート・チャネル8をデータ・ストリームHおよび追加のデータ・ストリームI（図示せず）に対処する2つの異なるトランスポート・チャネル8および9に細分することができ、この場合、データ・ストリームHおよびIには総帯域幅の6分の1が割り当てられる。それぞれのトランスポート・チャネル8および9はそれぞれ、多重化データ・ストリーム内のタイム・スロットのうちの8つおきのスロットを含む。しかし、9つのデータ・ストリームのそれぞれに総帯域幅の互いに等しい9分の1が割り当てられるように、セル群サイズおよびトランスポート・チャネルの数を単に9に変えることができることに留意されたい。送信窓のサイズをTDMフレームの長さと同じにする必要はない。このように、割当てが通常どおりにかつ同期式に行われ、TDMの本質が維持されるのであれば、各トランスポート・チャネル1〜8を特定のデータ・ストリーム専用とする必要も、特定のデータ・ストリームに対応させる必要もないことを理解されたい。
【００６０】
図7Bは、複数のデータ・ストリームに対処するための物理チャネルの時分割多重化を示すブロック図であり、この場合、いくつかのストリームに複数のトランスポート・チャネルが割り当てられる。この場合、A〜Dと呼ばれる4つのデータ・ストリームのみが示されており、一方、同じ数のトランスポート・チャネル1〜8が定められている。さらに、各データ・ストリームに1つまたは複数のトランスポート・チャネルが割り当てられている。データ・ストリームAには任意に、物理チャネルのデータ・スループットの8分の1に相当するトランスポート・チャネル2が割り当てられ、データ・ストリームBには、8つのチャネルのうちの4つ、すなわちデータ・スループットの4分の1に相当するトランスポート・チャネル1、3、4、および6が割り当てられ、データ・ストリームCには、データ・スループットの4分の1に相当する2つのチャネル7および8が割り当てられ、データ・ストリームDには、データ・スループットの最後の8分の1に相当する単一のトランスポート・チャネル5が割り当てられる。図示のように、第1のセル群703はセルB1〜B4およびC1〜C4を有し、第2のセル群703はセルB5〜B8およびC3〜C4を有し、他のセル群についても同様であり、各データ・ストリームについてセルの適切な順序付けが維持される。データ・ストリームは、重み付けラウンド・ロビン式に対処されることを理解されたい。
【００６１】
一般に、セル群サイズn（図7Aではn=8であり、各セル群内のタイム・スロットの数に対応する）が与えられた場合、加入者宛先109に対応する各データ・ストリームにn個のトランスポート・チャネルのうちの1つまたは複数を割り当てて対応する帯域幅またはデータ・スループットを実現することができる。対応するタイム・スロットの所与のストリーム内のタイム・スロットのうちの1つおきのスロットや4つおきのスロットのような、完全な一連の対応するタイム・スロットよりも少ないスロットにデータ・ストリームを割り当てる（それによって、対応するタイム・スロットの所与のストリーム用の複数のトランスポート・チャネルを作成する）ことによって、n分の1未満のデータ・スループットを実現することができる。第2のチャネルの少なくとも一部を割り当てることによって、所与の物理チャネルよりも大きな帯域幅を加入者宛先109に割り当てることも可能である。しかし、この実施形態では、加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)が複数の周波数チャネルに同調できる必要がある。一実施形態では、IPアドレス指定または加入者宛先に関連する各論理チャネルと1つまたは複数の物理タイム・スロット・チャネルとの関連性が、参照テーブルなどを用いて作成される。割り当てられた論理チャネルを参照テーブルから検索するための指標としてタイム・スロット値を用いることができる。この実施形態では、ネットワーク管理者が物理チャネルを使用する前に参照テーブルを導入する。セル処理エンジン405は、プログラムされた値を用いて、検索された各データ・ストリームに帯域幅を割り当てる。以下に詳しく説明するように、入力データは一般に、非同期式でかつ間欠的すなわち「バースティ（bursty）」である可能性があることに留意されたい。このように、入力データは必ずしも各データ・ストリーム内にセル収束手順(CCP)セルを存在させるのに用いることができるとは限らない。部分的なセルに零またはヌル値を詰めて完全なセルを形成することができる。さらに、セル処理エンジン405は、ヌル・セルを生成して入力データの隙間を埋め、チャネル割当てプロセスによって作成される連続した多重化セル・ストリームを作成することができる。
【００６２】
図8は、主要な構成要素を示すと共に、図4のセル処理エンジン405の動作を概略的に示すブロック図である。たとえばスイッチインタフェース409を介して、801に示されているように、スイッチインタフェース409によってパケット、フレーム、プロトコル・データ・ユニット(PDU)などが受信される。セル処理エンジン405は、カプセル化解除および／または再アセンブルを行って、805に示されているようにIPパケットのストリームを得るパケット・プロセッサ803を含んでいる。本明細書で使用される「プロセッサ」という語は、必ずしも特定の処理装置またはユニットを示すわけでなく、単に、前述の機能を実行するように構成された任意の論理回路、コード、ソフトウェアなどを示す。IPパケット・ストリームは、転送機能を実行し、809に示されているようにIPパケットの複数のストリームを得るスイッチ装置807などに供給される。IPパケットの複数のストリームは、さらにパケット適応手順(PAP)プロセッサ810およびセル収束手順(CCP)プロセッサ812を含むエンカプスレータ808に供給される。パケット適応手順(PAP)プロセッサ810は、IPパケットの各データ・ストリームに対してパケット適応手順(PAP)を実行し、各パケットにパケット適応手順(PAP)ヘッダ617を付加し、811に示されているようにパケット適応手順(PAP)フレーム616の対応するストリームを得る。セル収束手順(CCP)プロセッサ812は次いで、パケット適応手順(PAP)フレームの各データ・ストリームにセル収束手順(CCP)を実行し、パケット適応手順(PAP)フレームをセグメント化して複数のセグメントを得て、各ストリーム内の各セグメントにセル収束手順(CCP)ヘッダを付加し、815に示されているようにセル収束手順(CCP)セル813の対応するストリームを得る。セル収束手順(CCP)セル813の1つまたは複数のストリームは次いでチャネライザ816に供給され、チャネライザ816はチャネル割当て機能を実行し、817に示されているように多重化セル・ストリームを形成する。セル処理エンジン405は、819に示されているように、多重化セル・ストリームを対応する変調器401に送信する。
【００６３】
ランダム・アクセス・メモリ（RAM）または読取り専用メモリ（ROM）の任意の組合せなどのメモリ821を、セル処理エンジン405に組み込むか、またはセル処理エンジン405の外部に設けることができる。メモリ821は、セル処理エンジン405によって動作時に使用される値、変数、データ、またはその他のパラメータを格納するプログラム可能な装置である。メモリ821は、さらに各データ・ストリームごとのタイム・スロット割当てを含む参照テーブル（LUT）823を格納することができる。特定の実施形態では、参照テーブル823は、各データ・ストリームに対応し、各々が加入者宛先109に対応する宛先IPアドレスに、タイム・スロットをマップする。
【００６４】
単一の周波数チャネル用のデータの部分集合のみが示されていることに留意されたい。当業者には、各チャネルについてより多くのデータ・ストリームを処理することができ、かつ必要に応じて複数の周波数チャネルを含めることができることを理解されたい。さらに、パケット、フレーム、プロトコル・データ・ユニット(PDU)などの形の入力データは一般に、非同期式にかつ間欠的に到着することに留意されたい。1つまたは複数のデータ・ストリームが入力データをまったく有さないことがある。さらに、パケット化データは可変サイズを有することができる。たとえば、IPパケットのサイズは可変である。一実施形態では、セル処理エンジン405は、各チャネルごとの多重化セルの連続的な同期ストリームを対応する変調器に出力する。したがって、いくつかのセルにはデータが部分的に充填されている可能性があり、その場合、セルの残りの部分には零またはヌル値が満たされる。さらに、所与のデータ・ストリームに関して入力データが得られない期間中には、セル処理エンジン405は変調器にヌル・セルを出力する。このように、下流側データの1つまたは複数の非連続ストリームは、対応する周波数チャネルに変調されるデータ・セルの同期ストリームに変換される。
【００６５】
図9A〜9Cは、各変調器401によって実行されるスクランプリング、符号化、およびインタリービング・プロセスと、セル処理エンジン405によって実行されるフレーム化プロセスとの関係を示している。同期バイト901とその後に続くセル収束手順(CCP)ペイロード903とを含む例示的なセル収束手順(CCP)セル905が図9Aに示されている。例示的な実施形態では、変調器401のデジタル符号化・変調機能の各態様の大部分はITU J.83付録A勧告（以下では「ITU J.83仕様」）に基づくものである。ITU J.83仕様は、場合によっては周波数分割多重化（FDM）においてケーブル網によって配信されるデジタル・テレビジョン信号、オーディオ信号、およびデータ信号用のフレーム化構造、チャネル符号化および変調を定めている。このような標準送信技術は、既存の既製技術をてこ入れするのに用いることができる。しかし、本発明は、ITU J.83仕様に記載されたデジタル符号化・変調機能以外の任意の種類のデジタル符号化・変調機能を実施できることに留意されたい。一実施形態では、本明細書で説明する各変調器401によって実行されるデジタル符号化・変調機能は、基本的なMPEGフレーム化フォーマットを仮定するITU J.83仕様に規定されている同期方法に基づくものである。その結果、MPEGフレーム化は必ずしも送信において使用されるわけではない。その代わり、セル収束手順(CCP) 同期バイトを用いてMPEGストリームが「スプーフィング」され、それによって標準ベースの同期方法を使用するのが可能になる。業界標準同期技術を用いることによって、この送信システム構成において既製の構成要素にてこ入れすることができる。
【００６６】
同期バイト901は、各加入者宛先109における顧客宅内機器(CPE)のデスクランブラおよびデコーダ用の同期機構として用いられる。図示の実施形態には2つの有効同期バイト・フィールド値があり、第2の値は第1の値のビット反転バージョンである。(204, 188)RS符号化を用いる一実施形態では、セル収束手順(CCP)セル905は188バイトであり、したがって、セル収束手順(CCP)ペイロードは187バイトである。より特定の実施形態では、2つの有効同期バイト・フィールド値は47HEXおよびB8HEXであり、この場合、「HEX」は16進法を示す。セル群内の第1のセル収束手順(CCP)セルの同期バイトは、デスクランブラ用の初期設定信号が得られるように47HEXからB8HEXにビット反転される。各群は、指定された数「m」個のセルを含んでいる。ただし、本発明の特定の群サイズに限らない。一例として、群サイズが8の場合の連続するセル収束手順(CCP)セルの同期バイト・シーケンスは、47HEXの同期バイトを有する7つのセルと、その後に続く、B8HEXの同期バイトを有する1つのセルとを含んでいる。
【００６７】
チャネル割当てプロセスの後、スクランブラ・プロセスまたはランダマイザ・プロセスが適用され、図9Bに示されているように、スクランブルされたセル収束手順(CCP)セル909のシーケンスが得られる。スクランブルされた各セル909は、対応する同期バイト901と、スクランブルされたセル収束手順(CCP)ペイロード907とを含んでいる。ランダマイザ・プロセスは、擬似ランダム・バイナリ系列（Pseudo-Random Binary Sequence）生成装置（図示せず）用の所定の多項式を使用する。上付き線で示されているように、反復する擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の第1のバイト901すなわち各同期バイト1は反転される。擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)生成装置の出力での第1のビットは、反転された同期バイトの後に続く第1のバイトの第1のビットに付加される。他の同期機能を助けるために、後続のトランスポート・パケットの各同期バイトの間、擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の生成は継続するが、その出力はディスエーブルされ、これらのバイトはスクランブルされずに残る。その結果、擬似ランダム・バイナリ系列(PRBS)の周期は、188バイトのセル収束手順(CCP)セルの場合は1503バイトになる。変調器入力ビット・ストリームが存在しないとき、または変調器入力ビット・ストリームがフレーム化フォーマットに適合しないときには、ランダム化プロセスもアクティブになる。これは、変調されていない搬送波が変調器から放出されるのを避けるためである。
【００６８】
スクランブリング・プロセスまたはランダマイザ・プロセスに続いて、図9Cに示されているように、スクランブルされた各セル収束手順(CCP)セル909が符号化され符合語913が得られる。符号語は、RS符号化を使用する際にはRS符号語と呼ばれる。同期バイト901はPRBSシリーズ内の第1のセルについて反転され、それに対して、同期「x」（「x」は2からmまでの範囲である）として示されている残りの同期バイトは反転されない。スクランブルされたセル収束手順(CCP)ペイロードは、自動誤り訂正（FEC）を行うために符号化プロセスによって生成されたエラー検出・訂正（EDC）データ911を組み込んでいる。RS符号化は、非バイナリ・ブロック符号化方式であり、送信中のノイズによって起こったランダム・ビット・エラーおよびショート・バースト・エラーを訂正する。RS符号化では、冗長性を非常に効率的に使用し、冗長データまたは記号を追加することによって、スクランブルされた各セル909を拡張する。エラー検出・訂正(EDC)データ911は、必ずしも個別のフィールドではなく、セル収束手順(CCP)ペイロードと混合できることに留意されたい。(204, 188)RS符号化の場合、エラー検出・訂正(EDC)フィールドは、(204, 188, 8)RS符号語を実現するために16パリティ・バイトまたは16エラー検出・訂正(EDC)バイトを含んでいる。(204, 188, 8)RS符号化用のエラー検出・訂正(EDC)データは、1RS符号語当たり8つの誤りバイトを訂正することができる。エンコーダがまた同期バイト901を符号化し、オーバシュートで示されているように各同期バイト1が反転されることに留意されたい。RS符号化プロセスには、所定の符号生成装置多項式およびフィールド生成装置多項式が用いられる。(255, 239)RSエンコーダの入力において情報バイトの前に、すべて零に設定された51バイトを付加することによって、短縮されたRS符号語を実施できることに留意されたい。符号化手順の後、付加されたバイトは破棄される。
【００６９】
符号化プロセスに続いて、畳み込みインタリービング方式が適用され、インタリーブされたフレーム（図示せず）が得られる。一実施形態では、結果として得られるインタリーブされたフレームは、204バイトの周期性を維持するように同期バイトによって区切られた、互いに重なり合ったエラー保護されたパケットで構成されている。各フレームをITU J.83仕様に従ってインタリーブすることができ、フレームについてはこれ以上説明しない。インタリーブされたフレームは、たとえば、ITU J.83仕様に規定されたQAM-256変調に従って変調される。QAMプロセスは、スクランブルされた同期ビット・ストリームを、RF出力としてチャネル上で送信できるように適応させる。QAMプロセスは、データ・ストリームから得た各ビットをブロッキングし、次いでグレイ符号または差分符号を用いて符号語にマップする。QAMプロセスは次いで、結果として得られたデジタル符号語を、振幅と位相の組合せの立体配座図に基づいてアナログ波形に変換し、この場合、固有の各ビット・シーケンスは立体配座内の点に相当する。
【００７０】
各変調器401が、特定のサイズを有するセル収束手順(CCP)セルをセル処理エンジン405から受信し、符号化プロセスがより大きなサイズの符号語を生成することに留意されたい。このように、セル処理エンジン405と各変調器401との間のタイミング差分は、いくつかの任意の方法のうちのどれかによって対処される。第１の実施形態では、セル処理エンジン405は、サイズ差分の送信と同等の時間遅延を各セル収束手順(CCP)セルに付加する。たとえば、例示的な実施形態では、セル収束手順(CCP)セルは188バイトであり、一方、符号語の長さは204バイトであり、したがって、セル処理エンジン405は16バイトと同等の時間遅延差分を付加する。
【００７１】
各変調器401によって対処される各下流側チャネルは、所定の周波数帯域幅および対応するデータ・スループットを有することを理解されたい。本明細書で説明するプロトコルは、TDMを用いて、物理媒体をさらに複数の離散したチャネルに細分するという規定を有している。一実施形態では、このような分割は、各々が1つの符号語を送信するのに十分なタイム・スロットである専用の一連のタイム・スロットを各トランスポート・チャネルが含む、複数のトランスポート・チャネルのそれぞれを、MPEG-2同期フィールドを用いて一意に識別することによって、RS符号語ごとに行われる。このように、複数の別々のトランスポート・チャネルはそれぞれ、共通の物理チャネルを共用している。この物理チャネル全体を用いて、1つの加入者宛先109のような単一の宛先に情報をトランスポートすることができ、したがって、すべてのトランスポート・チャネルが同じ加入者に割り当てられる。あるいは、複数の加入者が物理チャネルを共用するように、それぞれの異なる加入者宛先109に各トランスポート・チャネルを割り当てることができる。しかし、各加入者宛先109に少なくとも１つの専用トランスポート・チャネルが割り当てられるので、各加入者宛先109に専用の共用されない帯域幅が与えられる。
【００７２】
特定の実施形態では、各チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305は、各トランスポート・チャネルが一連のタイム・スロットを含む、6MHZ周波数チャネルにわたる専用トランスポート・チャネルの間データを送信する。タイム・スロットは、5.360537Msym/secまたは約38マイクロ秒（:sec）のシンボル・レートでQAM-256を用いて204バイトのリード・ソロモン符号語を送信するのに必要な時間として定義される。各6MHz QAMチャネルは、ラウンド・ロビン式にサービスを受ける、8つのトランスポート・チャネルのようなある数のトランスポート・チャネルに対応する。各タイム・スロットの間に、204バイトのリード・ソロモン・ペイロードが、(204, 188)RS符号化およびその結果としてのQAM送信が可能になるようにエラー検出エンコーダに送信される。各接続は、互いに隣接する必要のない1つから8つのトランスポート・チャネルから受信を行うことができる。したがって、最大で42.884296Mbpsの帯域幅が5.360537刻みで各チャネルに割り当てられる。周波数チャネルのサービスを受ける各加入者宛先109は送信側チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305との同期を維持することに留意されたい。各加入者宛先109の顧客宅内機器(CPE)は、対応するタイム・スロットの間に、加入者宛先109に割り当てられたトランスポート・チャネルからのみデータを抽出する。
【００７３】
図10は、特定の加入者宛先109にアドレス指定されるかまたはその他の方法で特定の加入者宛先109を宛先として指定する組合せ電気信号に同調し、この信号から得た送信元情報を復号し復調する、セットトップ・ボックスやケーブル・モデムのような、各加入者宛先109に位置する顧客宅内機器(CPE)1001のブロック図である。顧客宅内機器(CPE)1001は、加入者媒体リンク108に結合され、アナログ・テレビジョン・ブロードキャスト送信などのブロードキャスト・コンテンツが送信される場合にそれを抽出するスプリッタ1003を含んでよい。加入者チャネル専用の残りのRFスペクトルは、送信元情報を抽出するために受信器論理1004に供給される。スプリッタ1003は、全デジタル構成には含まれない。受信器論理1004は、パケットスイッチルータ(PSR)203の対応するチャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)305によって送信される対応する物理チャネルに同調するRFチューナ1005を含んでいる。たとえば、RFチューナ1005は、それが割り当てられている対応する6MHzチャネルに同調する。フィルタリングされたチャネル信号は復調器1007に供給され、復調器1007は一般に、たとえばQAMなどに従って、対応する変調器401によって実行される逆変調手順を行う。復調されたデジタル信号は次いで、データ・ストリーム内の同期バイトを検出し、チャネル・フィルタに割り当てられたトランスポート・チャネルに対応する各データ群内の1つまたは複数のデジタル符号語を抽出するチャネル・フィルタ1009に供給される。チャネル・フィルタリング機能は後で受信器プロセス中に実行できるが、早めにフィルタリングを行うと、受信器論理1004の後に続く部分を簡略化することができる。
【００７４】
フィルタリングされたデジタル信号はデコーダ1011に供給され、デコーダ1011は、たとえば、前述のリード・ソロモン符号化プロセスに従って、対応する変調器401によって行われる逆インタリービング・符号化プロセスを実行する。復号されたデータは次いで、ランダム化プロセスを反転させるためにデスクランブラ1013に供給される。結果として得られたセル収束手順(CCP)セルは次いで、セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理1015に供給され、セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理1015は、対応するパケットスイッチルータ(PSR)203に供給された元のIPパケットを再アセンブルする。IPパケットは次いで、IP転送論理1017によって、宛先アドレスで示されている適切な加入者装置に転送される。送信の場合、1つまたは複数の加入者装置からのIPパケットは、IP転送論理1017によって送信器論理1019に転送され、加入者媒体リンク108上にアサートされる。
【００７５】
本発明について特にいくつかの好ましい実施形態を参照して図示し説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形式および詳細の様々な変更を加えられることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態による通信ネットワーク・アーキテクチャのブロック図である。
【図２】図１の配信ハブのうちのどれかのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によって実施されるパケットスイッチルータの機能ブロック図である。
【図４】図３のチャネル・インタフェース・モジュールのうちのどれかの機能ブロック図である。
【図５】図３のチャネル・インタフェース・モジュールによって行われる下流側セル処理を示すフローチャート図である。
【図６Ａ】図４のセル処理エンジンによる下流側送信に関するIPパケット・カプセル化解除およびセル・カプセル化を示すブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による連続するセル収束手順(CCP)セル間のセル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)ヘッダ一致を示すブロック図である。
【図７Ａ】本発明による、多重化セル・ストリームを構成するように各ストリームに対応するトランスポート・チャネルが割り当てられる、複数のデータ・ストリームを処理するための物理チャネルの多重化を示すブロック図である。
【図７Ｂ】本発明による、多重化セル・ストリームを構成するようにいくつかのストリームに複数のトランスポート・チャネルが割り当てられる、複数のデータ・ストリームを処理するための物理チャネルの多重化を示すブロック図である。
【図８】図４のセル処理エンジンの構成要素および動作を示すブロック図である。
【図９】各変調器によって実行されるスクランプリング、符号化、インタリービング・プロセスと、図4のセル処理エンジンによって実行されるセル収束プロセスとの関係を示す図である。
【図１０】組合せ電気信号に同調し、この信号の送信元情報を復号し復調する、各加入者宛先に位置する本発明の実施形態による顧客宅内機器（CPE）のブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
100…通信システム、101…送信元、102,102'…通信リンク、103…ヘッドエンド、104…通信リンク、105…配信ハブ、106…通信リンク、107…ノード、108…加入者媒体リンク、109…加入者宛先、111…コンピュータ・ネットワーク、113…電話網、115…衛星通信システム、116…アンテナ・システム、201…スイッチ、203…パケットスイッチルータ（PSR）、205…電・光（E/O）コンバイナ・送信器、207…光・電（O/E）スプリッタ・受信器、209…ビデオ・サーバ、211…コンピュータ・ネットワーク・サーバ、213…電話網サーバ、217…光電(O/E)変換器、215…ブロードキャスト・コンテンツ・サーバ、219…スプリッタ、301…ネットワーク・インタフェース・モジュール（NIM）、305…チャンネル・インタフェース・モジュール(CIM)、301b…ネットワーク・インタフェース・モジュール(NIM)、307…IPルーティング・ブロック、309…管理ブロック、401…変調器（MOD）、403…復調器（DEMOD）、405…セル処理エンジン、409…スイッチインタフェース、411…RF送信器網、413…RF受信器網、601…イーサネット・カプセル化プロトコル・データ・ユニット（PDU）、603…ヘッダ、605…IPパケット・ペイロード、607…フレーム・チェック・シーケンス（FCS）、609…セル、611…ヘッダ、613…IPペイロード、615…IPパケット・ペイロード、616…パケット適応手順(PAP)フレーム、617…ヘッダ、619…制御フィールド、627…予約ビット、616…パケット適応手順(PAP)フレーム、617…パケット適応手順(PAP)ヘッダ、621…長さフィールド、623…タイプ・フィールド、625…拡張ヘッダ・フィールド、、627…予約フィールド、629…セグメント、635…セル収束手順(CCP)ヘッダ、647…同期バイト、649…ポインタ・オフセット・フィールド、651…セル収束手順(CCP)セル、653…セル収束手順(CCP)セル、803…パケット・プロセッサ、807…スイッチ装置、808…エンカプスレータ、810…パケット適応手順(PAP)プロセッサ、812…セル収束手順(CCP)プロセッサ、813…セル収束手順(CCP)セル、816…チャネライザ、821…メモリ、823…参照テーブル（LUT）、901…同期バイト、903…セル収束手順(CCP)ペイロード、905…セル収束手順(CCP)セル、907…セル収束手順(CCP)ペイロード、909…セル収束手順(CCP)セル、911…エラー検出・訂正（EDC）データ、913…符合語、1001…顧客宅内機器(CPE)、1003…スプリッタ、1004…受信器論理、1005…RFチューナ、1007…復調器、1009…チャネル・フィルタ、1011…デコーダ、1013…デスクランブラ、1015…セル収束手順(CCP)・パケット適応手順(PAP)カプセル化解除論理、1017…IP転送論理、1019…送信器論理
Claims (57)
- HFC網を介して複数の加入者宛先に専用帯域幅を与えるために配信点によってデジタル情報を処理する方法であって、
データ・パケットを、各々が複数の加入者宛先の1つに対応する複数のデータ・ストリームとして転送することと、
各データ・ストリーム内の各データ・パケットをフレーム化することと、
カプセル化データ・パケットをセグメント化してデータ・セグメントを得ることと、
複数のデータ・ストリームの各々のデータ・セグメントをデータ・セルにカプセル化して、複数のセル・ストリームのうちの対応するセル・ストリームを形成することと、
複数のセル・ストリームを多重化して多重化セル・ストリームを得ることと、
多重化セル・ストリームを変調して周波数チャネル内の変調信号を得ることとを含む方法。 - 前記転送の前に、
デジタル情報を受信することと、
デジタル情報を処理してデータ・パケット情報を得ることとをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記各データ・パケットのフレーム化は、データ・パケットのサイズを示す長さ値を含むパケット・ヘッダを付加することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記セグメント化は、各セグメント化データ・パケットごとに第1のセグメントにパケット・ヘッダを組み込むことを含む、請求項３に記載の方法。
- 前記データ・セグメントのカプセル化は、多重化セル・ストリーム内の次のセグメント化データ・パケットの始めを示すオフセット値を含むセル・ヘッダを各データ・セグメントに付加することを含む、請求項4に記載の方法。
- カプセル化データ・セグメントに残っているバイトの数にオフセット値を足した値が長さ値に等しいことを検証することをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記セル・ヘッダは同期値を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記データ・セグメントのカプセル化は、
多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのサイズが等しくなるように不完全なデータ・セルにヌル値を詰めることをさらに含む、請求項5に記載の方法。 - 前記複数のセル・ストリームの多重化は、複数のセル・ストリームのそれぞれから得たデータ・セルを多重化セル・ストリームにラウンド・ロビン式に挿入することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のセル・ストリームの多重化は、
多重化セル・ストリームにチャネルを割り当てて、各々が等しい数のタイム・スロットを有する複数のセル群を得ることと、
複数のセル・ストリームのそれぞれから得たデータ・セルを各セル群のタイム・スロットに挿入することとを含む、請求項1に記載の方法。 - 各々が一連の対応するタイム・スロットを含む少なくとも1つのトランスポート・チャネルを各データ・ストリームに割り当てることをさらに含み、
前記挿入は、複数のセル・ストリームのそれぞれから得たデータ・セルを、割り当てられたトランスポート・チャネルの対応するタイム・スロットに挿入することを含む、請求項10に記載の方法。 - 多重化セル・ストリームを同期セル・ストリームとして変調器に送信することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 連続した同期セル・ストリームを維持するようにヌル・セルを挿入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 多重化セル・ストリームの各データ・セル間に遅延を挿入することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記データ・セグメントのカプセル化は、同期値を含むセル・ヘッダを各データ・セルに付加することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記同期値はITU J.83仕様に準拠している、請求項15に記載の方法。
- 前記多重化が終了してから前記変調が始まるまでの間に、
各データ・セルに付加されたセル・ヘッダ内の周期的同期値を修正することと、
多重化セル・ストリーム内の各データ・セルのペイロードをスクランブルすることと、
多重化セル・ストリーム内のデータ・セルを符号化することとを含む、請求項15に記載の方法。 - 前記符号化はリード・ソロモン符号化方式に準拠している、請求項17に記載の方法。
- 前記変調は直交振幅変調（QAM）に準拠している、請求項1に記載の方法。
- 前記変調はQAM-256変調に準拠している、請求項19に記載の方法。
- 前記多重化は、複数のセル・ストリームを多重化して複数の多重化セル・ストリームを得ることを含み、
更に、各多重化セル・ストリームを複数の周波数チャネルのうちの対応する1つの周波数チャネル内の対応する変調信号に変調することと、
複数の周波数チャネルを単一の電気信号に組み合わせることとを含む、請求項1に記載の方法。 - 電気信号を、光ノードに送信するための光信号に変換することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 送信元情報をHFC網上で供給するために専用帯域幅を複数の加入者宛先のそれぞれに与える方法であって、
デジタル情報を、各々が複数の加入者宛先のうちの1つに対応する複数のデータ・ストリームとして転送することと、
各データ・ストリーム内のデジタル情報をカプセル化して複数のデータ・セルを得ることと、
複数のデータ・ストリームのそれぞれのデータ・セルを多重化して多重化セル・ストリームを得ることと、
多重化セル・ストリームを変調してある周波数チャネルにおけるアナログ信号を得ることと、
アナログ信号を光信号に変換することと、
光信号をHFC網上で複数の加入者宛先に送信することとを含む方法。 - 前記デジタル情報の転送の前に、
配信ハブでデータ・パケットを受信することと、
データ・パケットをカプセル化解除して、元のパケット・フォーマットのパケット・データを得ることと、
パケット・データを元のパケット・フォーマットのパケットに再アセンブルすることとをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 元のパケット・フォーマットはIPパケット・フォーマットである、請求項24に記載の方法。
- 前記データ・パケット受信の前に、
ヘッドエンドから光信号を受信することと、
光信号をデータ・パケットに変換することとを含む、請求項24に記載の方法。 - 前記デジタル情報の転送は、更に、複数の加入者宛先に関連するデジタル・アドレスを判定することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記デジタル情報の転送の前に、デジタル情報をデータ・パケットに変換することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記カプセル化は、
各データ・ストリーム内のデータ・パケットをセグメント化して複数のパケット・セグメントを得ることと、
パケット・セグメントにフレーム・ヘッダを付加してフレーム化することと、
フレーム化されたパケット・セグメントをカプセル化して、各々がセル・ヘッダを含む複数のデータ・セルを得ることとを含む、請求項28に記載の方法。 - 前記フレーム化は、データ・パケットの長さを示す長さ値をフレーム・ヘッダに付加することを含む、
前記カプセル化は、カプセル化データ・パケットの始めを示すポインタ値をセル・ヘッダに付加することを含む、請求項29に記載の方法。 - データの完全性を保証する長さ値を有するポインタ値を検証することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記カプセル化は、ITU J.83仕様に準拠した同期値をセル・ヘッダに挿入することを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記多重化は、
複数のデータ・ストリームのそれぞれから得たデータ・セルをラウンド・ロビン式に挿入して多重化セル・ストリームを形成することをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 前記多重化は、
複数のデータ・ストリームのそれぞれを多重化セル・ストリームの所定数のトランスポート・チャネルのうちの少なくとも1つに割り当てることと、
複数のデータ・ストリームから得たデータ・セルを、多重化セル・ストリームの割り当てられたトランスポート・チャネルに挿入することをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 多重化セル・ストリームの前記変調の前に、
多重化セル・ストリームの各データ・セルを符号化することをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 前記符号化は、リード・ソロモン符号化方式に従って各データ・セルを符号化することを含む、請求項35に記載の方法。
- 多重化セル・ストリームの各データ・セルの前記符号化の前に、
多重化セル・ストリームの各データ・セルをスクランブルすることをさらに含む、請求項35に記載の方法。 - 前記変調は、直交振幅変調（QAM）に従って多重化セル・ストリームを変調することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記多重化は、複数のデータ・ストリームのデータ・セルを多重化して複数の多重化セル・ストリームを得ることを含むことと、
前記変調は、複数の多重化セル・ストリームのそれぞれを対応する複数のアナログ信号に変調することを含むことと、
複数のアナログ信号のそれぞれを複数の周波数チャネルのうちの対応する1つの周波数チャネルにアップコンバートすることと、
複数の周波数チャネルを組み合わせて電気信号を得ることとをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 電気信号を光信号に変換することをさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 前記送信は、
光信号を光ノードに送信することと、
光ノードによって光信号を電気信号に変換することと、
光ノードによって、電気信号を同軸ケーブルを介して複数の加入者宛先に送信することとをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - HFC網における複数の加入者宛先のそれぞれに専用帯域幅を与えるように配信点で下流側デジタル情報を処理するチャネル・モジュールであって、
パケット化データを受信するインタフェースと、
インタフェースに結合されたセル処理エンジンとを有し、該セル処理エンジンは、
パケット化データを1つまたは複数のデータ・ストリームとして転送するスイッチと、
各データ・ストリーム内のパケット化データをカプセル化して複数のデータ・セルを得るエンカプスレータと、
複数のデータ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの多重化ストリームを得るチャネライザと、
セル処理エンジンに結合され、データ・セルの多重化セル・ストリームをアナログ信号に変調する変調器と、
アナログ信号を周波数チャネルにアップコンバートする無線周波数（RF）送信器網とを備えるチャネル・モジュール。 - セル処理エンジンは、
インタフェースおよびスイッチに結合され、パケット化データをカプセル化解除し、IPパケットを再アセンブルするフレーム・プロセッサをさらに備える、請求項42に記載のチャネル・モジュール。 - エンカプスレータは、
スイッチに結合され、各IPパケットのサイズを示す長さ値を含むフレーム・ヘッダを各データ・ストリーム内のIPパケットに付加してフレーム化するパケット適応手順（PAP）プロセッサをさらに備える、請求項43に記載のチャネル・モジュール。 - エンカプスレータは、
パケット適応手順(PAP)プロセッサおよびチャネライザに結合され、フレーム化されたパケットをセグメント化し、データ・セルのストリーム内の次のフレーム・ヘッダの位置を示すポインタ値を含むセル収束手順(CCP)ヘッダで各セグメントをカプセル化することによってデータ・セルを生成するセル収束手順（CCP）プロセッサをさらに備える、請求項44に記載のチャネル・モジュール。 - セル収束手順(CCP)プロセッサは、部分的なセグメントに少なくとも1つのヌル値を詰めてサイズの等しいデータ・セルを作成する、請求項45に記載のチャネル・モジュール。
- セル収束手順(CCP)プロセッサはさらに、入力されたパケット化データが得られない場合にヌル・データ・セルを生成する、請求項45に記載のチャネル・モジュール。
- セル収束手順(CCP)プロセッサは、ITU J.83仕様に準拠した同期値をセル収束手順(CCP)ヘッダに付加する、請求項45に記載のチャネル・モジュール。
- チャネライザは、データ・セルの多重化ストリームを、各々が複数のタイム・スロットを含む複数のセル群に構成する、請求項42に記載のチャネル・モジュール。
- チャネライザは、割り当てられたタイム・スロットに従って複数のデータ・ストリームのそれぞれから得たデータ・セルを挿入する、請求項49に記載のチャネル・モジュール。
- チャネライザに結合されたメモリであって、各タイム・スロットまたは加入者宛先アドレスをそれぞれの対応する加入者宛先アドレスまたはタイム・スロットにマップする参照テーブルを格納するメモリをさらに備える、請求項50に記載のチャネル・モジュール。
- セル処理エンジンは、変調器への送信を行いつつ、データ・セルの多重化ストリームの各データ・セル間に遅延を挿入する、請求項42に記載のチャネル・モジュール。
- 変調器は、ランダマイザと、エンコーダと、直交振幅変調器（QAM）とをさらに備える、請求項42に記載のチャネル・モジュール。
- エンコーダはリード・ソロモン・エンコーダを備える、請求項53に記載のチャネル・モジュール。
- QAMはQAM-256変調を実行する、請求項53に記載のチャネル・モジュール。
- 複数の多重化データ・セル・ストリームを供給するセル処理エンジンと、
各々が複数の多重化データ・セル・ストリームのうちの対応する1つの多重化データ・セル・ストリームを受信する複数の変調器と。
複数の周波数チャネルを組み合わせて単一の電気信号を得るコンバイナを含むRF送信器網とをさらに備える、請求項42に記載のチャネル・モジュール。 - HFC網における複数の加入者宛先のそれぞれに専用帯域幅を与えるように配信点で下流側デジタル情報を処理するパケットスイッチルータ・チャネル・モジュールであって、
ネットワーク接続の端末として働くネットワーク・インタフェース・モジュールと、
パケット化データをネットワーク・インタフェース・モジュールから転送するスイッチと、
スイッチに結合された少なくとも1つのチャネル・モジュールと、を有し、該チャネル・モジュールは、
パケット化データをスイッチから受信するスイッチインタフェースと、
スイッチインタフェースに結合され、パケット化データを複数のデータ・ストリームとして転送し、各データ・ストリーム内のパケット化データをカプセル化して複数のデータ・セルを得て、複数のデータ・ストリームのデータ・セルを多重化してデータ・セルの少なくとも1つの多重化ストリームを得るセル処理エンジンと、
各変調器が、セル処理エンジンに結合され、データ・セルの対応する多重化ストリームをアナログ信号に変調するように構成された、複数の変調器と、
複数の変調器に結合され、複数のアナログ信号をアップコンバートし組み合わせて、送信できる組合せ電気信号を得る無線周波数（RF）送信器網と、
を備えるパケットスイッチルータ・チャネル・モジュール。
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