JP4034859B2 - データ伝送システム及び中央局 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリットファイバ光学・同軸ケーブル(HFC)へビデオサービスを提供すること、及び一層特にミニファイバノード(mFN)HFCネットワークへ多チャンネル圧縮デジタルビデオを提供することに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のCATVシステムは、55MHzから350MHz、550MHzまであるいは750MHzまでものアナログ放送信号を用いて中央局(CO)から多CATVチャンネル(AM−VSB)用の端末装置(EU)へダウンストリーム放送情報を供給する。ケーブル運営者は、彼等の同軸ケーブルシステムのチャンネル容量を増やして割増し料金や有料チャンネルのような付加的サービスを提供し、収益を増やしたいという誘惑にかられている。しかしながら、従来の同軸ケーブルまたはハイブリットファイバ光学・ケーブル(HFC)を750MHzまで(または350MHzから550MHzまで)性能向上させるには、少なくとも増幅器交換(性能向上)及び組み合わさった増幅器スペースを含む全ケーブルフ施設を再構築する必要がある。さらに、多くの従来システム運営者は、単一伝送線を通して放送アナログ信号のみならず放送デジタル信号も提供できるようにしたいと望んでいる。しかしながら、これは、アナログ信号によって生じるインパルスノイズがデジタル信号にエラーを生じさせるので、困難である。例えば、参照技術事項としてこの明細書に結合されるLu等の“Clipping Induced Impulse Noise and Its Effects on Bit-Error Performance in AM-VSB/QAM Hybrid Lightwave Systems” PTL 1994年7月号 第866頁〜第868頁参照。このようなケーブル設備の性能向上にかかる経費は、米国における全てのCATV施設のほとんどが従来750MHzまで性能向上できていない理由を説明している。
【0003】
1995年9月12日に出願された米国特許出願第08/526,736号(これの主題は参照技術事項として本明細書に結合される)には、HFCネットワークに対する別のmFN性能向上について提案されている。既存のHFCネットワークはCOからEUへの最初のアクセス通路をなしている。合成mFN−HFCネットワークにおいては、mFNは中央局(CO)から、EUへの伝送用の既存のHFCネットワークからの第2のアクセス通路を介して信号を受ける。さらに、mFNは、第2のアクセス通路を介してCOへ戻る伝送のためにEUからのアップストリーム信号を受ける。加えて、Stoneback等の“Designing the Return System for Full Digital Services” Society of Telecommunications Engineers 1996年1月10日号 第269頁〜第277頁(これの主題は参照技術事項として本明細書に結合される)によって例証されたような従来の知識は、異なる帯域幅の種々の変調方式を含む多くの異なった信号タイプが実施される場合に、パワー/Hz(単位周波数当たり出力)の好ましい割り付けとして一定のパワー/Hzを提案している。しかしながら、mFN−HFCネットワークの非効率性を含む問題は、各信号タイプによって提供されるサービス及び提供された各サービスの性能要求に基づいてパワー/Hzを割り付けないことによって生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従って、放送テレビジョンチャンネル用の圧縮デジタルビデオ(CDV)を提供できるように既存のCATVシステムの性能を向上させ、かつまたmFN−HFCネットワークを通してのパワー/Hzの割り付けを改善するのに有効でコスト的にも有利な装置及び方法が要求されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
中央局及び中央局を多数の端末装置の少なくとも一つと接続する多数の第1伝送媒体を有する伝送ネットワークが提供される。中央局は、第1放送信号を第1伝送媒体の各々に沿って伝送し、また少なくとも一つの特定の端末装置によって受信されることになる割当信号を多数の第1伝送媒体の一つに沿って伝送する。
【0006】
第1伝送媒体及び第1伝送媒体とは分離し中央局に接続された別個で多数の第2伝送媒体を有する別の伝送ネットワークが提供される。この伝送ネットワークはさらに、多数の中間ノード及び多数の受動伝送媒体を有している。中央局は、第1伝送媒体を介して第1放送サービスを伝送し、また多数の第2伝送媒体を介して第2放送サービスを伝送する。多数の中間ノードの各々は多数の第2伝送媒体の別々の一つに接続しそして第1伝送媒体に接続し、第1放送サービスと第2放送サービスとを結合させる。多数の受動伝送媒体の各々は、多数の端末装置の相応したサブセットによって受けられることになる結合サービスを実施する中間ノードの一つに接続する。
【0007】
中央局、中央局を多数の端末装置に接続する伝送媒体及びパワー(出力)制御装置を有するさらに別の伝送ネットワークが提供される。中央局は、伝送媒体に沿って多数のデジタルサービスを伝送し、またパワー制御装置は提供されたデジタルサービスのビット・エラー・レート性能要求で決まるチャンネル毎のパワーに基づいて、伝送媒体で伝送されるアナログ副搬送波におけるデジタルサービス信号を制御する。
【0008】
ミニファイバノード(mFN)及びmFNアクセスパスを通しての放送信号に対する中央局インターフェース装置を用いたHFC双方向伝送システム(ネットワーク)が提供される。ダイレクト放送衛星(DBS)信号と同じビデオフォーマットを用いることにより、mFN−HFCネットワークは発展した技術を使用する。明らかに、他のフォーマットを用いることもできる。さらに、この構成により、mFN−HFC方式における圧縮デジタルビデオ(CDV)信号及び放送ビデオサービスを提供するコスト的に有利な接続性が得られる。
【0009】
さらに、端末装置で必要なビットエラー率に基づいて伝送信号の出力/Hzを割当てることによって、mFN−HFCネットワークは、切換サービスに加えて、デジタル放送テレビジョンサービス(即ち、CDV)を送信することができる。端末装置で必要とされるビットエラー率(BER)は、少なくとも提供されるサービス、変調フォーマット、及びエラー構成技術によって確定され得る。
【0010】
加えて、mFN−HFCネットワークは、既存のケーブル設備を再構築することなく、また、既存のサービスを中断することなく、双方向能力と付加的な多チャンネル放送デジタルビデオを同時に提供することによって、従来のCATVシステムより優れた従来のHFCネットワークをアップグレードすることができる。
【0011】
本発明の他の目的、利点及び顕著な特徴は、本発明の好ましい実施形態を説明する添付図面を参照した説明から明らかになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面を参照して説明される。図中、類似した要素には類似した符号が付されている。
【0013】
図1に示すように、ハイブリットファイバ/同軸(HFC)双方向性通信ネットワーク100は、本発明の実施形態に従って複数のミニファイバノード(mFN)を用いて、圧縮デジタルビデオ(CDV)信号を送信する。始めに、基礎となるmFN−HFC構造を説明し、次いで、放送信号を提供することについて説明する。最後に、光学的リンク(optical links)の能力を改善するための装置及び方法を説明する。
【0014】
図7は、図1の実施形態と共通する図面を示している。送信器142は、アナログ放送信号を光ファイバ101を通してファイバノード(FN)120に送信する。FN120から、複数の同軸ケーブル125がスプリッタ124を各増幅器/mFNモジュール1601−160nに接続する。簡単化のために、一つの増幅器/mFNモジュール1601−160nだけが各同軸ケーブルに接続されて示されているが、多数の増幅器/mFNモジュール1601−160nが同軸ケーブル125の各々に接続され得ることは理解される。さらに、CO110は、デジタル放送ビデオ信号を、各中央局インターフェイスユニット(COIU)1501、1502及び150nから、各々光ファイバ1021、1022及び102nに沿って出力する。各COIU1501−150nは、一つ又は複数の増幅器/mFNモジュール1601−160nに接続され得る。
【0015】
COIU1501−150nの各々は、デジタル切換サービス信号を各光ファイバ1021−102nに沿って送信するために適当に設計され得る。さらに、光ファイバは増幅器/mFNモジュール1601−160nに接続される。従って、増幅器/mFNモジュール1601−160nは、光ファイバ101に沿って送信されたアナログ放送信号を各々受信し、また、光ファイバ1021−102nを通して送信されたデジタル放送信号も受信する。さらに、各増幅器/mFNモジュール1601−160nは、各同軸ケーブル1801−180nと、同軸ケーブル1801−180nの各々に沿って対応される端末装置(EU)のサブセットとに接続される。COIU1501−150nの各々はリターン信号を受信し得る。これらリターン信号は、図7には示されていないがEUからCO110へ逆方向へ送信される。
【0016】
ケーブル180nに沿った特定の一つのEU184、例えば、184xが切換(又は割当て)サービスを要求すると、COIU150nは、各切換サービス信号をファイバ102nに沿って、増幅器/mFNモジュール160nへ、そして最終的にケーブル180nへ出力する。その後、特定のEU184xは、好ましくは暗号化された切換サービスを受信する。
【0017】
要約すると、本発明は、EU、例えば、特定のEU184xが送信器142からアナログ放送信号を受信し、COIU1501−150nの一つから放送信号及び切換サービス信号を含むデジタル信号を受信することを可能にする。これらの信号は、各増幅器/mFNモジュールで適当に結合され、各ケーブルを通して物理的にかつ論理上接続された端末装置のサブセットに送信される。さらに、切換サービスを要求する特定の端末装置だけが、切換サービス信号を受信し、正確に解読することができる。
【0018】
図1に示すように、中央局(CO)110は、光ファイバ101を介して、以下にFN120として参照されるリモート信号分配ユニットに接続される。光ファイバ101の代わりに同軸ケーブルを用いることもできる。CO110は、高品質レーザ送信器142及び光ファイバ101を用いてマルチCATVチャンネル(AM−VSB)のようなアナログ放送情報を送信する。mFN−HFCネットワーク100では、AM−VSB信号は送信器142によって、約1000といった多数のEU1841−1841000(図示せず)に放送される(以下、CO110に接続されたEUは、EU184として参照する)。放送情報は、送信器142によってアナログ副搬送波に載せられたアナログ情報として送信される。
【0019】
FN120では、受信器122によって放送情報を有する光学的信号が受信され、電気信号に変換される。FN120は、スプリッタ124を介して複数の同軸ケーブル125に電気信号を供給する。
【0020】
図2に示すように、同軸ケーブル125における下流の放送情報は、CATVサービス(AM−VSB)を提供するアナログ信号を含んでいる。実施形態のシステムでは、アナログCATVサービスは、55MHzから550MHzまでの周波数帯域を占める。同軸ケーブル125は、FN120を対応する複数の増幅器/mFNモジュール1601−160nに接続する。増幅器/mFNモジュール1601−160nの一つの構成が一例として増幅器/mFNモジュール1601に示されている。増幅器/mFNモジュール1602−160nの構成は同様であるので、図面を明瞭にするために図1には示していない。
【0021】
増幅器/mFNモジュール1601から、同軸ケーブル1801は物理的に接続されたEU184のサブセットに信号を分配し、また、そこから信号を受信する。EU184の各々はネットワークインターフェイスユニット190を含み、ユニット190は、電話ユニット192、セットトップボックス(set-top box)194を備え得るテレビユニット、及びモデム、即ち、パーソナルコンピュータシステム196に接続され得る。端末装置の一例は、図1にEU1841として示されている。
【0022】
図1に示すように、増幅器/mFNモジュール1601は、mFN1661及び単一方向性増幅器1621を、ダイプレクサ1641を介して、EU1841及びEU1842だけが図示された約50のEU184のサブセットのうちの一つに接続する。言い換えれば、各増幅器/mFNモジュール1601−160nに、EU184のサブセットが接続される。mFN1661は、光学的受信器1681、レーザ送信器1671、及びダイプレクサ1691を含んでいる。光ファイバ1021は、COIU1501内の送信器1481をmFN1661に接続する。同様に、光ファイバ1031はCOIU1501内の受信器1511をmFN1661に接続する。ここで、COIU1501−150nと増幅器/mFNモジュール1601−160nとの間で光学的受信器や光学的結合器によって単一のファイバを用いる構成を実現することも可能である。また、波長分割多重化方式(WDM)を採用すれば、光学的スプリッタ及びコンバイナが、多数のmFN1661−166nをCO110(例えば、一組の送信器1481−148n及び受信器1511−151n)に接続するために使用され得、必要なファイバを減らすことができる。
【0023】
ダイプレクサ1641は、mFN1661と(増幅器1621を介して)FN120とから送信された同軸ケーブル1801への信号を結合する。また、ダイプレクサ1641は、増幅器/mFNモジュール1601に接続されたEU184のサブセットからの信号をCO110に向ける。ダイプレクサ1641−164nのクロスオーバは、COIU1501−150nを用いてEU184へ送られるサービスと送信器142を用いて送られるサービスとの帯域幅が動的に割当てられるように、動的に配置され得る。送信器142に対する帯域幅の割当ては、増幅器1621−162nの能力の範囲内に制限され得る。
【0024】
図2に示すように、CO110は、アナログ放送信号を55MHzから550MHzの周波数帯域で、光ファイバ101、受信器122、スプリッタ124、同軸ケーブル125、増幅器1621−162n、ダイプレクサ1641−164n、及び同軸ケーブル1801−180nを通してEU184に送信する。最終的に、これらのアナログ信号はアナログ副搬送波上のデジタル信号に置き換えられ得る。例えば、HDTV(高精細度TV)が配備されてくるに従って、ケーブル運営者は幾つかのAM−VSBチャンネルをHDTVチャンネルに置き換え得る。
【0025】
増幅器/mFNモジュール1601−160nは、mFN1661−166nを、同軸ケーブル125に沿った各分配増幅器1621−162nに隣接させて配置する。ダイプレクサ1641は増幅器1621及びmFN1661の両方を同軸ケーブル1801を介してEU184のサブセットに接続する。従って、付加的なサービスは、下流の放送CATVサービスに影響を及ぼすことなくmFN−HFCネットワーク100の中に組み込まれ得る。
【0026】
mFN−HFCネットワークを通しての切換サービスの提供は、米国特許出願第08/526,736号に開示されている。CO110は、例えば、COIU1511を用いて、切換サービスをEU184のサブセットの一つへ580MHzから1GHzの周波数帯域で、光ファイバ1021、1031、mFN1661、ダイプレクサ1641、及び同軸ケーブル1801を通して送り得る。切換サービスは、送信器142及びファイバ101を通して送信された放送サービスに割当てられた帯域幅の外側かつ同軸ケーブル1801の帯域幅の範囲内で動的に割当てられ得る。図2に示すように、580MHzから1GHzの周波数帯域が、電話通信、ビデオ電話通信、ファクシミリ、データサービス、エンハンスドペイパービューサービス(enhanced-pay-per-view)(EPPV)等のようなサービスによって使用され得る。加えて、5〜40MHzの帯域幅は、従来のHFCネットワークとの適合性を維持するために上流の信号のために使用され得る。
【0027】
送信器1481−148n及び受信器1511−151nはモデム1461−146nを使用し、CO110での切換サービス(以下に割当てサービスとしても参照される)へのアクセスを提供する。サービス提供者はモデム1461−146nを通してCO110に接続することができる。送信器1481−148nは、切換サービスを光ファイバ1021−102nを通して送信器142の帯域幅(例えば、580MHzから1GHz)の外側の周波数帯域で、mFN1661−166nに送る。さらに、mFN1661−166nは、ダイプレクサ1641−164n及び同軸ケーブル1801−180nを用いて放送又は切換サービスをEU184に送信する。従って、上流及び下流の切換サービスは、同軸増幅器1621−162nの帯域幅制限より上のシステム帯域幅にある。増幅器1621−162nの帯域幅制限より上の帯域幅を使用することによって、増幅器1621−162nを用いてEU184へ提供されるサービスには影響が及ばない。さらに、mFN−HFCネットワーク100への全ての利用可能な帯域幅は増加する。
【0028】
送信器142が、HFCネットワーク内の全てのEU184に信号を送ることができても、放送信号は送信器1481−148nを用いてmFN1661−166nを通して送信され得る。送信器1481−148nは、CDV信号を送信する能力を持つが、送信器1481−148nは、アナログAM−VSB信号を送信するために供給される厳密な仕様には合わない。
【0029】
放送CDV信号を含む放送デジタルサービスには、CO110内で単一放送モジュール144を使用することが提供され得、また、EU184の各々でCDVデコーダモジュール(図示せず)を設けることが提供され得る。CVDデコーダモジュールは、テレビジョンユニットから分離したユニットとして組み込まれ得るか、又はテレビジョンユニットの中に組み込まれ得る。放送モジュール144は送信器1481−148nの各々に対応するコンバイナ1471−147nを通して連結される。この構成は、放送デジタルサービスがCO110によって光ファイバ1021−102nを通して増幅器/mFNモジュール1601−160nに連結されたEU184の全てに提供されることを可能にする。
【0030】
mFN1661−166nはアナログ光学的トランシーバであり、アナログ副搬送波にて運ばれるデジタル情報を伝える。増幅器/mFNモジュール1601−160nにおける増幅器1621−162nは、同軸ケーブル125及び1801−180n上で所定の信号レベルを維持する。従って、同軸ケーブル構成要素は、増幅器/mFNモジュール1601−160nから連結されたEU184の各々へのケーブル1801−180n上において受動的である。ダイプレクサ1641−164nを含む受動的な伝達媒体は、従来の双方向及び単一方向増幅器によって750MHzに制限されている能動的な同軸システムとは対称的に1GHzの便利な帯域幅を有する。図2に示すように、有利には、図1におけるmFN−HFCネットワーク100は受動的な同軸ケーブル構成要素上で55MHzから1GHzまでの帯域幅を使用する。加えて、利用家庭への連結が受動的なので、この帯域幅は、mFN1661−166n及び利用家庭に適当なフィルタを配置することによって、上流及び下流の通信間で柔軟に割当てられ得る。
【0031】
上述のように、一実施形態では、mFN1661−166nは、アナログ副搬送波に載ったデジタル情報を送信する。これらの信号は、アナログAM−VSB信号で必要とされる高い性能を必要としないので、低コストレーザ及び低出力電子部品が送信器1481−148n、受信器1511−151n、受信器1681−168n及び送信器1671−167nに対して使用され得る。加えて、COIU1501−150nが、厳格なSNRと線形とを必要とするAM−VSB信号を伝えないので、高性能レーザを必要としない。さらに、mFN−HFCネットワーク100のモジュール方式は、既存のどの同軸ケーブルシステムにも有利な接続性を提供する。しかし、種々の形式のサービスと共にCDVを送信する時は、送信される信号に対する出力の割当ては、従来の技術では不十分である。
【0032】
一実施形態によれば、例えば、70チャンネルに及ぶ放送デジタルビデオサービスが、放送モジュール144を通して提供され得る。図1に示すように、CO110は圧縮デジタルビデオ(CDV)を使用して、デジタル放送ビデオをEU184に送信する。mFN−HFCネットワーク100に適当に組み込まれ得るCDV技術の一つは、ダイレクト放送衛星(DBS)伝送用に開発されている。従って、当業者は、どのようにDBS CDV技術を変更して、mFN−HFCネットワーク100におけるアナログ副搬送波上のデジタル情報として送信されるべきビデオ情報を暗号化するかを理解するであろう。MPEGビデオ圧縮規格のようなビデオ圧縮規格を用いて、ビデオ信号は、例えば約4Mbpsの平均ビット率まで圧縮され得る。さらに、リードソロモン(Reed-Solomon)やたたみこみ誤り訂正符号(convolutional error-correction code)のような誤り訂正符号化方式が使用され得る。一実施形態では、誤り訂正符号化は、必要な伝達ビット率を2倍にするが、信号対ノイズ比(SNR)に対する要求は緩和される。6dBと同じくらい低い信号対ノイズ比が、DBS技術を使用するCDVを送信するために使用され得る。従って、送信器1481−148nの性能能力は、放送デジタルCDV信号を含む放送デジタルサービスを送信するのに充分である。放送モジュール144は、コンバイナ1471−147nを介して送信器1481−148nにCDV信号を供給する。
【0033】
従って、図1に示すmFN−HFCネットワーク100は、放送アナログサービス、切換デジタルサービス及び放送デジタルサービスをCO110から複数のEU184へ提供する。放送アナログサービスは送信器142を使用することで提供され、デジタルサービス(切換/割当てサービス及び放送サービスの両方)は送信器1481−148nを使用することで提供される。要約すると、COIU1501−150nは、切換サービス及び放送サービスを光ファイバ1021−102nの一つを通してEU184のサブセットの一つに連結される一つの増幅器/mFNモジュール1601−160nに送信するための送信器1481−148nを含む。加えて、COIU1501−150nの各々は、種々の光ファイバ1021−102n、1031−103n、種々の増幅器/mFNモジュール1601−160n又は増幅器/mFNモジュール1601−160nのセットにサービスを提供し得る。また、COIU1501−150nの各々は、光ファイバ1021−102n、1031−103nのセットに対応し得る。
【0034】
CO110によってEU184に送信される信号のRF周波数域は、EU184によって予め決められた又は動的に要求されるサービスに関して割当てられ得る。mFN−HFCネットワーク100をアナログ放送サービスに加えてデジタル放送サービスを提供するために構成すると、RF周波数域は、アナログ送信器142とCOIU1501−150n内の送信器1481−148nとの間に割り当てられ得、EU184の要求に最もよく適う。EU184によって要求される放送サービスは基本的なテレビジョンサービス、ラジオサービス、使用毎に料金が加算される(PPV)放送又は割増チャンネルの形態で送信される割増チャンネルサービスを含み得る。PPV又は割増チャンネルでの放送デジタルサービスに関しては、好ましくは、サービスを選択する各端末装置にデコーダ装置が装備される。
【0035】
デジタル切換サービスは、電話通信、マルチメディア、データ送信、オーディオ及びビデオ電話通信、並びにインターネットサービスを含み得る。
【0036】
放送サービスとは対称的に、切換デジタルビデオを含む切換デジタルサービスは、要求の開始や呼び出しの承認を行うEU184の特定の一つに関係するEU184に送信される。その後、切換サービスは増幅器/mFNモジュール1601−160nだけに送信される。送信されたRF周波数域を受信すると、EU184の各々は、EU184の一つに対して提供することを目的として選択されたサービスを含むデジタル切換信号のある部分を解読する。言い換えれば、切換サービスを要求し、又は指定したEU184の一つだけが、送信された切換サービスを「解読」することができる。
【0037】
図3は、さらに別の実施形態を示し、この実施形態では、mFN−HFCネットワークにおけるEU184は放送グループの中に動的に割当てられる。放送グループの粒度(granularity)は、mFN1661−166nのようなmFNに物理的に接続されたEU184の数と同じくらい低くされ得る。mFN1661−166nの各々がmFN−HFCネットワーク100内でFN120に関してより深いと、COIU1501−150nからの放送グループの粒度はFN120より大きくなる。放送グループにおけるEU184の各々は、同じデジタル放送サービスを受信する。CDVチャンネル選択器310の一つには、各放送グループが接続されている。送信されるべき放送デジタルチャンネルは、その放送グループが接続されたCDVチャンネル選択器310の一つによって選択される。図1に示すように、複数のCDVチャンネル選択器がCO110内に配置される。しかし、CDVチャンネル選択器310の各々は様々な放送グループや様々なCO110を取り扱うことができる。さらに、CDVチャンネル選択器310はCO110に、又はCO110から離れた位置に配置され得る。CO110は、mFN−HFCネットワーク運営者が、加入しているEU184の人口統計学的又は地理学的なロケーションパラメータを用いた放送グループを構成することを可能にする。
【0038】
ビデオ信号は、CDVエンコーダを用いてデジタル化され、そして圧縮される。CDVエンコーダは、優先的にビデオ源320に配置され、同じチャンネルを使用する離れた放送グループが各々そのチャンネルを符号化する必要がないようにする。選択的に、CDVエンコーダはチャンネル選択器310内に設けられ得る。RFモデム(図示せず)は、アナログ副搬送波上にCDV信号を載せるために用いられ、周波数変換器(図示せず)はこれら副搬送波を適当な放送周波数に変換するために用いられる。RFモデムは、ビデオ源320、チャンネル選択器310、又は図3に示す複数の放送モジュール144に設けられ得る。周波数変換器は、チャンネル変換器310又は放送モジュール144の何れか一方に設けられ得る。チャンネル選択器310及びビデオ源320は、CO110に配置され得る。ビデオ源320は多数の位置に分割され得る。
【0039】
放送グループは、放送モジュール144とCO110内のCOIU1501−150nとの間に切換装置305を設けることによって動的に配置され得る。COIU1501−150nの各々は、図1に示すように、光ファイバ1021−102nを介して、関連する増幅器/mFNモジュール1601−160nに物理的に接続される。増幅器/mFNモジュール1601−160nの一つを通して、COIU1501−150nの各々は、EU184のサブセットの一つに物理的に接続される。言い換えれば、各増幅器/mFNモジュール1601−160nは、それ自身のEU184のサブセットと連結される。切換装置305を用いた動的割当てにより、地理的な境界が変動したとしても、共通の関心の対象となるEU184のサブセットをグループ化することを可能になる。スペイン語を話す隣人が増加すると、より多くのCOIUが、関連するCOでスペイン語ステイションを含む放送グループに加えられ得る。
【0040】
従って、放送グループは、例えば50個の送信チャンネルのセットの範囲内で収集され得るデジタルビデオチャンネルを要求するEU184のサブセットから選択されたものであり得る。複数の放送モジュール144が図3に示されている。全てのCOIU1501−150nが切換装置305によって放送モジュール144に接続されると、提供される放送デジタルサービスは図1と同様になる。さらに、放送グループに送信されるデジタルビデオチャンネルは、その後、放送グループ内のEU184のサブセットの選択を伴うチャンネル選択器310の操作を通して動的に変更され得る。
【0041】
言い換えれば、引退生活共同社会が、住宅共同社会と隣接していると、子供向けテレビジョンチャンネルの代わりに財政ニュースネットワークや旅行チャンネルがチャンネル選択器310によって各々の放送グループに割り当てられ得る。また、EU184は、アナログ放送サービスをアナログ放送送信器142から受信する。
【0042】
単一の通信媒体を通した変調方式や誤り訂正技術によるデジタル切換サービスとデジタル放送サービスの同時送信は、送信されるRF周波数域の複合度を増加させる。mFN−HFCシステムを通るmFNの広い利用可能な帯域幅を通して送信される様々な信号の最適な性能は、送信される信号帯域幅にわたるチャンネル出力の割り当てを改良することを必要とする。周波数帯域Hz毎の出力の適当な割り当ては、ケーブル運営者が、mFN−HFCネットワークによって提供される上流及び下流チャンネルを効果的に使用して新しいサービス(例えば、電話通信、インターネットサービス等)を提供することを可能にする。従って、出力/ヘルツ(単位周波数当たり出力)の割り当ては、好ましくは、mFN−HFCネットワークによって提供されるサービスに基づいて決められる(出力/ヘルツは、チャンネルの帯域幅が分かっている時は、RFチャンネルの光学的変調強度(optical modulation depth)(OMD)から計算され得る)。さらに、要求されるサービスが動的に割り当てられ得る時は、出力/ヘルツは、それに応じて変更され得る。
【0043】
図4は、COIU450によって送信されるRF周波数域の範囲内で提供されるべき各タイプのサービスが、減衰器407、408、409を有する実施形態を示している。COIU450は、COIU1501−150nと同様の構成であり、以下に説明する点だけが異なっている。COIU450によって送信されるRF周波数域は、EU184のサブセットによって受信される。図4に示すように、放送モジュール144は減衰器407に接続されている。切換サービスを提供するモデム146は、減衰器408に接続され、将来のサービスを提供する将来サービスモジュール416は減衰器409に接続されている。各減衰器は、個々に、サービス提供者によって与えられるRF出力をCOIU450によって送信されるRF周波数域信号に変える。
【0044】
減衰器407、408及び409は、出力/ヘルツ(PPH)又はチャンネル毎の出力をCOIU450によって提供されるサービスの要求されるBER性能に基づいて設定する。各減衰器は、図4に示すように減衰器制御装置415を通して個々に制御され得る。さらに、減衰器407、408及び409は、任意に放送モジュール144、モデム146、及び将来サービスモジュール416の各々、又は他の関連する装置に組み込まれ得る。言い換えれば、減衰器407は、放送モジュール144の一部になり得る。
【0045】
EU184に提供されるサービスは、様々な変調フォーマット(例えば、直交位相偏移キーイング(quadrature-phase-shift keying)や64相直交振幅変調(64 quadrature amplitude modulation))を含む。デジタルビデオサービスや電話通信サービスのような放送又は切換デジタルサービスを送信するための変調方式は、当業者には周知である。さらに、EU184に提供されるサービスは、種々の誤り訂正技術を含み得る。誤り訂正技術は、コストの増加や信号伝搬遅延を招く。例えば、ビデオ電話通信は、大きな遅延に合わせることができないため、限られた誤り訂正技術を組み込むべきである。他方、放送ビデオは、遅延を考慮しなくてよいため、信号処理のために遅延を招く技術を使用する誤り訂正を組み込むことができる。
【0046】
EU184に送られるサービスは、当業者には周知のように様々な必要条件をもち得る。必要条件は、少なくとも遅れ許容度や誤り許容度の点から説明され得る。例えば、送信される音楽は、遅延に対しては非常に寛容であるが、伝送誤りに対しては非常に厳しい。対称的に送信されるボイスサービスは伝送誤りには寛容であるが、遅延には厳しい。
【0047】
従って、必要とされるBER性能に従ってEU184のサブセットに提供されるサービスの送信RF周波数域のPPHの設定は、受信される総合的なサービスの品質を改善する。変調技術の影響、誤り訂正技術、及び受信されるサービス許容度が要求されるBER性能に組み込まれるので、総合的な品質は改善される。
図5は、放送デジタルビデオサービス510、電話通信サービス520及びデータ送信サービス530を含む300MHzから900MHzまでの信号の実験データを示している。放送デジタルビデオサービスは、直交位相偏移相キーイング(quadrature-phase-shift keying)(QPSK)によって符号化されたCDV信号511から得られる16DBSを使用して送信され、各40Mbps QPSKチャンネルは5つのビデオチャンネルを含んでいる。QPSKチャンネルは30MHzずつに分離され、その結果、各ビデオチャンネルは、AM−VSBが用いられるのと同じ帯域幅を必要とするが、良好な画質のためにはたった約6dBのSNRが必要とされるだけである。
【0048】
洗練されておらず、また、分離されていないレーザは、二つのデータチャンネルと70を越えるCDVチャンネルを送信する能力があることが立証されている。実験では、CVD信号はコマーシャルDBSシステムから得られ、320〜800MHzの範囲で作動するためにシフトされた周波数である。20Mbpsチャンネルは単純なオン・オフキーイングと検波を用いて880MHzで送信され、データ送信サービス530が行われることを証明した。電話通信信号が送信され得ることを立証するために2Mbps QPSKチャンネルが送信された。一般に、商用装置は、多数の家庭から発信され一つの2Mbps QPSKチャンネルに格納される時分割多重電話通信信号(time-division multiplex telephony signals)を使用する電話通信サービス520を送信するのに利用可能である。
【0049】
図5に示すように、送信信号のRF周波数域は、電話通信サービス520が、放送デジタルビデオ(CDV)サービス510より約8dB高い出力で送信されることを示している。さらに、データ送信サービス530は、CDVサービスより約16dB高く送信される。三種類の信号の出力レベルは、全ての信号における容認される能力に対する最小RFドライブ(RF drive)が一致するように平衡される。
【0050】
図6はRFドライブレベルの関数としてプロットしたデータチャンネルのBERを示している。画質もまた監視され、何らかのエラーが視認されれば容認できないと見なされる。エラーは画面中に「ブロッキネス(blockiness)」として、又は固まった画面として現れる。データは室温25℃及び85℃の両方で採られた。25℃から85℃までの60℃の温度変化にも拘わらず、約−8dBから−28dBまでの20dBを超えるRFドライブ入力レベルの範囲において、BERは良好(10-9以下に抑制)であった。画質もまたこの範囲にわたって良好であった。低ドライブレベルでのエラーは、SNRの不足が原因であり、相対的に強いノイズ(RIN)は重大なノイズ源となる。高いドライブレベルでのエラーはレーザがインパルスノイズが生じる閾値より低いレベルでレーザが駆動されていることに起因する。
【0051】
(レーザが閾値より低く駆動される時)クリッピングのオンセットは、レーザへの全てのRFドライブに依存する。信号がPPHと等しい場合、20Mbpsデータチャンネル内での出力が低い時に、クリッピングによるエラーが生じる。低いドライブレベルでの特別なチャンネルのSNRは、そのチャンネルのPPHに依存する。SNRが低いことによるエラーが同じ最低信号レベルで生じ、かつ、最大信号レベルのクリッピングによるエラーが、20Mbpsチャンネルにおける比較的低い信号レベルで生じるため、信号レベルの受け入れられる範囲は減少する。全てのチャンネルで一定のPPHが使用される場合に、20Mbpsデータチャンネル内でのこの低下を避けるためには、少数のCDV信号が送信されることが必要である。
【0052】
本発明は、上述の特定の実施形態を用いて説明されているが、当業者には多数の変更、改良及びバリエーションがあることは明らかである。従って、上述の本発明の好ましい実施形態は、制限することなく説明を行うことを意図している。特許請求の範囲に限定されているように本発明の概念及び範囲から逸脱しなければ様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好ましい実施形態であって、複数のmFNを用いてCVD信号を伝送するHFCネットワークを示す構成図である。
【図2】 図1のmFN−HFCネットワークにおけるサービスに対する帯域の割当を示す説明図である。
【図3】 中央局の他の構成における一部を示す構成図である。
【図4】 中央局のさらに別の構成における一部を示す構成図である。
【図5】 レーザを駆動するRF信号のスペクトルを示す説明図である。
【図6】 RFドライブレベルの関数としてプロットされたBERを示す説明図である。
【図7】 図1に示す実施形態の概略の構成図である。
【符号の説明】
100 双方向性通信ネットワーク、101,102,103 光ファイバ、110 中央局(CO)、120 ファイバノード(FN)、124 スプリッタ、125 同軸ケーブル、142 送信器、144 単一放送モジュール、148 送信器、150 中央局インターフェイスユニット(COIU)、160増幅器/mFNモジュール、162 単一方向性増幅器、164,169 ダイプレクサ、166 ミニファイバノード(mFN)、167 レーザ送信器、168 光学的受信器、180 同軸ケーブル、184 端末装置(EU)、190 ネットワークインターフェイスユニット、192 電話ユニット、194セットトップボックス(set-top box)、196 パーソナルコンピュータシステム。
Claims (14)
- 中央局と複数の端末装置との間の通信のためのデータ伝送システムであって、
複数の中間ノードと、
各々が前記複数の中間ノードの少なくとも一つに関連する、複数の端末装置と、
割当信号及び放送信号を伝送し、前記中央局を前記複数の中間ノードのうちのサブセットに第1有線ネットワークを介して接続する、前記中央局に設けられる少なくとも一つの第1通信モジュールと、
前記中間ノードを前記複数の端末装置のうちのサブネットに第2有線ネットワークを介して接続する、前記各中間ノードに設けられる第2通信モジュールと、
前記中央局を前記複数の中間ノードに第3有線ネットワークを介して接続する少なくとも一つの第3通信モジュールと、を備え、
前記少なくとも一つの第3通信モジュールは、第1信号を前記第3有線ネットワークを介して前記複数の中間ノードに伝送し、前記少なくとも一つの第1通信モジュールは、第2信号を前記第1有線ネットワークを介して前記複数の中間ノードの少なくとも一つに伝送し、前記第2通信モジュールは、前記複数の中間ノードからの信号を前記第2有線ネットワークを介して前記複数の端末装置の少なくとも一つに伝送し、
前記第2信号は、前記第1信号と異なる周波数帯域を使用し、前記第1信号及び前記第2信号は、前記複数の中間ノードで結合され、
前記第2信号は、前記複数の端末装置の少なくとも一つに送信される割当信号を含み、
前記第2信号は、前記第1有線ネットワークを介してアナログ副搬送波上に複数のデジタルサービスを送信するための信号であり、
提供される前記デジタルサービスのビットエラー率性能要求によって定められるチャンネル毎の出力に基づいて前記第2信号の単位周波数当たり出力を制御するための出力制御装置が前記中央局に設けられ、
前記少なくとも一つの第1通信モジュールは、放送信号を前記複数の中間ノードの少なくとも一つに前記第1有線ネットワークを介して伝送すること、
を特徴とするデータ伝送システム。 - 前記少なくとも一つの第3通信モジュールは、光ファイバを介して前記中央局と接続され、前記複数の中間ノードと前記第3有線ネットワークを介して接続されるファイバノードを有すること、
を特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。 - 前記第1信号がアナログビデオ信号であることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記第2信号が少なくともデジタルビデオ信号を含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記割当信号は符号化信号であり、特定の前記端末装置だけが当該割当信号を受信でき復号できることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記割当信号は、特定の前記端末装置のみによって復号される符号化信号であることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記第1通信モジュールは、前記第2信号を、当該中央局から前記第1有線ネットワークを介して、複数の前記端末装置のうちのサブセットの一つに連結するための中間ノードに送信するための送信器を有することを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記第1有線ネットワークは、光ファイバネットワークであることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記中央局は、前記少なくとも一つの第1通信モジュールを通して送信される放送デジタルチャネルの切り換えを制御する切換装置を備えることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記中央局は、前記少なくとも一つの第1通信モジュールが前記第2信号を伝送することを制御する切換装置を備えることを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記割当信号が切換デジタルサービスを前記関連する端末装置の特定された一つに提供することを特徴とする請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 複数のデジタルサービスを有線ネットワークを介して複数の端末装置に送信する通信モジュールと、
提供される前記デジタルサービスのビットエラー率性能要求によって定められるチャンネル毎の出力に基づいて、前記通信モジュールによる前記有線ネットワークを介したアナログ副搬送波上のデジタルサービス信号の単位周波数当たり出力を制御する出力制御装置と、
を備える中央局。 - 前記デジタルサービスが、放送サービスと少なくとも一つの割当サービスを含むことを特徴とする請求項12に記載の中央局。
- 前記デジタルサービスが、少なくとも一種類の変調方式と、少なくとも一種類の誤り訂正符号化方法とを用いて前記通信モジュールによって送信されることを特徴とする請求項12に記載の中央局。
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