UN SISTEMA PARA UN DESEMPEÑO MEJORADO DE TRAYECTORIA
DE REGRESO PARA SEÑALES DE COMUNICACIÓN DIGITAL QUE
UTILIZAN UNA INTERFAZ POR PALABRAS DE RF MUESTREADA
PARA DESMODULADORES DE SECCIÓN DE RADIOFRECUENCIA
CAMPO PE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con sistemas de trayectoria de regreso híbridos-de fibras-coaxiales (CATV HFC, por sus siglas en inglés) de televisión por cable, y más particularmente con un sistema para mejorar el desempeño de trayectoria de regreso para señales de comunicación digital utilizando una interfaz por palabras de RF muestreada para desmoduladores de sección de radiofrecuencia.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de sección de radiofrecuencia CATV de trayectoria inversa tradicionales y el equipo centro para HFC han utilizado detección óptica lineal, seguida por amplificación de RF y procesamiento antes de terminar en un receptor de algún diseño específico para ias comunicaciones de trayectoria de regreso que se implementan en una planta de cable particular. Pueden haber señales de
comunicación de trayectoria de regreso múltiples, simultáneas, diferentes, que utilizan el ancho de banda disponible en la dirección inversa, a través de aplicaciones múltiples. Para el HFC tradicional en norteamérica, esta banda es 5-40 MHz. El proceso tradicional para enlazar señales transportadas por la fibra de trayectoria de regreso es procesar la señal analógica con el objetivo de replicación tan cerca como sea posible de la forma de onda que se origina nuevamente en el nodo. El alcance de un desempeño adecuado está garantizado al especificar el láser, receptor, y sistema RF para asegurar que la señal no se degrade más allá de una cierta cantidad necesaria para comunicaciones exitosas. Sin embargo, existen muchos problemas de diseño e implementación que hacen a este procedimiento difícil y costoso, incluyendo especificaciones de láser analógico, características de respuesta de segundo orden de láser, límites de longitud de enlace óptico, prueba costosa y equipo de sección de radiof ecuencia analógica de especificación intensiva, calibración y mantenimiento de parámetros analógicos, calidad del equipo sensible al tráfico y deterioro agregado por el equipo existente. Todos estos factores contribuyen al problema de costo total de desarrollar equipo
analógico de alto desempeño. Estos problemas se han enfrentado anteriormente con el desarrollo continuo en láseres analógicos mejorados y desempeño de recepción de trayectoria de regreso, láseres de alta potencia y modificación de arquitecturas HFC. Sin embargo, cada uno de los agentes y problemas observados anteriormente todavía se presentan. Por lo tanto, la presente invención se dirige al problema de desarrollar un sistema de trayectoria de regreso para señales de comunicación digital, que utilice una interfaz en palabras de RF muestreada para desmoduladores de sección de radiofrecuencia, que proporcione un diseño de equipo de bajo costo, un equipo de alto desempeño en una interconexión y multiplexión de tráfico a un costo equivalente o inferior y más flexible y eficiente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención mejora el desempeño de trayectoria de regreso para señales de comunicación digital al utilizar una interfaz en palabras de RF muestreada para desmoduladores de sección de radiofrecuencia, es decir, el contenido de información incluida en las muestras suministradas
por una trayectoria de regreso digital, se suministran directamente hacia un receptor de aplicación implementado adecuadamente preparado para interconectarse directamente, eliminando así el paso de conversión D/A típico y eliminar el posible deterioro provocado por el mismo. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, un método para recuperar una señal de trayectoria de regreso representada completamente como unos y ceros en un sistema de televisión por cable incluye los pasos de: (1) recibir una corriente en serie de palabras digitales con información de sincronización adecuada para identificar los límites entre palabras y recuperar la sincronización de los mismos; (2) deserializar la corriente en serie de palabras digitales y la información de sincronización; (3) procesar las palabras digitales deseriali zadas según sea necesario para interconectarse digitalmente con un receptor de aplicación; y (4) enviar las palabras digitales paralelas procesadas hacia el receptor de aplicación. Otra modalidad de la invención se dirige a un sistema para una recuperación de una señal de trayectoria de regreso de palabras digitales, en un sistema de televisión por cable de fibras-coaxial
híbrido que utiliza transporte óptico en serie por base de banda, en el cual la señal de trayectoria de regreso proveniente del nodo de fibra óptica hacia la sección de radiofrecuencia/centro se representa al codificarla por completo como unos y ceros. El sistema incluye un receptor de regreso digital y cualquier número de receptores de aplicación. El receptor de regreso digital del sistema incluye un receptor óptico para recibir una corriente en serie de unos y ceros ópticos provenientes de una fibra óptica y convertir la señal digital óptica a una señal digital eléctrica, un deserializador para deserializar la corriente en serie de palabras digitales y la información de sincronización, un filtro digital para procesar las palabras digitales deseriali zadas para interconectarse digitalmente con un receptor de aplicación y una interfaz para interconectar y enviar las palabras digitales paralelas procesadas hacia al menos uno de los receptores de aplicación. En cada una de las modalidades, el filtro digital o paso de procesamiento elimina las etapas analógicas de extremo frontal de las palabras digitales, proporciona una interfaz en palabras digitales directamente a un bus de datos para una
porción del receptor digital de un desmodulador del receptor de aplicación y reemplaza la funcionalidad de las etapas analógicas de extremo frontal con funcionalidad digital equivalente. El sistema y/o método se pueden implementar en una sección de radiofrecuencia o centro de CATV. En una modalidad preferida de la invención, si el bus de datos del receptor digital es menor que la longitud en palabras paralelas, el filtro digital o paso de procesamiento digital trunca los bits al menos significativos para interconectarse con el al menos un receptor de aplicación. Además, si el tamaño de la palabra del receptor digital excede a aquel del enlace de transmisión, la palabra paralela se rellena con ceros. Por último, un dispositivo de traducción lógica se puede utilizar para interconectarse entre el receptor de aplicación y el enlace de transporte, o puede ser parte del receptor de aplicación. Se puede utilizar en el dispositivo una Disposición de Compuerta Programable por Campos (FPGA, por sus siglas en inglés) .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los objetivos, características y ventajas
mencionados anteriormente y otros, de la presente invención, se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se tome en conjunto con los dibujos acompañantes, en donde: la Figura 1 representa los elementos básicos de un sistema de transporte de trayectoria de regreso digital con conmutación digital directa hacia receptores de sección de radiofrecuencia de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Los elementos básicos del sistema y método propuesto para desempeño mejorado de trayectoria de regreso para señales de comunicación digital, que utilizan una interfaz en palabras de RF muestreada para desmoduladores de sección de radiofrecuencia, se muestran en el diagrama de bloques simplificado de la Figura 1. Esencialmente, la trayectoria inversa de una sección de radiofrecuencia o centro de CATV puede sostener comunicaciones de fuentes de transmisión múltiples, variables, provenientes de hogares abonados. Esta invención depende primero de la disponibilidad de una implementación de trayectoria inversa avanzada. Este sistema transporta
información utilizando un método completamente diferente del descrito anteriormente, iniciando en el nodo. El procedimiento avanzado, presentado bajo la exposición por separado como se observó anteriormente en la Referencia Cruzada con Solicitudes Relacionadas, es muestrear la forma de onda analógica que surge en el nodo proveniente de los usuarios en la trayectoria de regreso. Posteriormente, las muestras se pueden codificar digitalmente de tal forma que se pueda realizar un enlace proveniente del transmisor hacia la sección de radiofrecuencia/centro con transmisores y receptores ópticos, digitales. De esta forma, la información transportada en este sistema se vuelve una cadena de bits. Existen múltiples ventajas para el procedimiento de regreso digital, señaladas en la exposición observada anteriormente. Lo más significativo de esta exposición es la eliminación virtual de deterioros después de la conversión analógica a digital (conversión A/D) en el nodo. El requisito de los ópticos actualmente es simplemente para comportarse como un sistema binario confiable, que reproduce uno de dos valores analógicos. En términos digitales, estos valores son cero "0" y uno ?,l", y se representan mediante dos niveles ópticos
diferentes. Este procedimiento para el enlace óptico para HFC elimina o mitiga a un grado mayor muchos de los problemas de deterioro asociados con transmisores láser, monolinealidades de fibra, receptores ópticos y amplificadores de RF. Como se observa en la aplicación correspondiente, el transmisor óptico en el nodo recibe una corriente en serie de palabras digitales y transmite las palabras digitales hacia un receptor óptico. La implementación de una corriente total de bits en el punto de conversión RF a óptico inmediatamente conduce en la ecuación a la idea de transporte estandarizado y simplifica la implementación de la red, acelera el desarrollo y conduce a una nivel cómodo de una tecnología probada, vigorosa en la infraestructura HFC. Además, debido a la ventaja de distancia, el equipo pasivo o eliminación completa de los sitios repetidores centrales puede ser una posibilidad. Sin embargo, la eliminación de deterioro más allá de los restos del nodo sobre la capacidad de recuperar las palabras digitales transportadas en la sección de radiofrecuencia sin deterioro. Lo siguiente, con referencia a la Figura 1, describe un sistema y un método para realizar esta operación, es
decir, para proporcionar interfaces en palabras digitales entre enlaces de comunicaciones de trayectoria de regreso de HFC y receptores de equipo de terminación. En la exposición mencionada anteriormente, se describen diversas ventajas. Sin embargo, el procesamiento realizado por el sistema óptico digital en este caso termina al replicar la señal de salida analógica de ancho de banda utilizando un convertidor digital a analógico (D/A). Este procedimiento es valioso desde el punto de vista de sistemas de legado, algunos de los cuales todavía pueden implementar tecnología de receptor analógico. Sin embargo, para transmisiones de trayectoria inversa sofisticada, tales como por ejemplo, módems de cable, existe una mejor forma de interconectarse con el equipo de desmodulación. El procedimiento propuesto para interconectarse con el equipo de terminación de la sección de radiofrecuencia aprovecha los desarrollos en circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC, por sus siglas en inglés) , circuitos integrados a escala muy grandes (VLSI, por sus siglas en inglés) y procesamiento de señal digital (DSP, por sus siglas en inglés). La tecnología moderna de
módem incorpora tecnología de receptor digital-receptores sobre un chip-implementar muchas funciones de sincronización, ecuali zación y detección complejas sobre un IC digital individual o dentro de un conjunto de chips. Estas funciones son capaces de realizarse digitalmente debido a que el receptor moderno de comunicaciones típico, se sintonizará con el canal de interés, lo filtrará, y luego muestreará la forma de onda filtrada en aumentos periódicos. Al igual que en la descripción anterior para la actividad en el nodo, la información representada por las muestras se puede convertir posteriormente a bits para procesamiento digital en el resto del receptor. Esto se representa mediante la represe tación numérica de cada muestra analógica con una palabra de N-bits, en donde N es el número de bits de resolución en el convertidor A/D (por ejemplo, 8, 10, 12). Se ha hecho grandes avances en el diseño de circuitos VLSI para aplicaciones en comunicaciones, y los receptores de datos a alta velocidad están aprovechando estos avances. Los sistemas HFC actuales también aprovechan estos procesos al eliminar el paso de conversión D/A para desmoduladores de aplicación que tienen receptores digitales. La eliminación de este caso, y en lugar
de interconectarse directamente con los receptores digitales utilizando las palabras digitales disponibles, proporciona un mecanismo con el cual se pueden eliminar deterioros, y los estantes del equipo analógico en las secciones de radiofrecuencia (o centros) se pueden simplificar a buses y tarjetas de red digital . Remitirse a la Figura 1 que muestra un sistema de trayectoria de regreso digital completo para claridad. Se apreciará por aquellos expertos en la técnica, que mientras que la tecnología bajo análisis con respecto a la Figura 1 se ubica en la sección de "radiofrecuencia" de la Figura, también podría residir en un sitio centro, dependiendo de la arquitectura HFC total en uso. La función del convertidor D/A en un sistema de regreso digital es reconstruir la entrada 5-40 MHz de ancho de banda que existía en el nodo. Posteriormente, esta señal de RF se podría procesar a medía que la señal de trayectoria inversa se procesa hoy en la salida del equipo del receptor de trayectoria de regreso (RPR, por sus siglas en inglés) tradicional. Es decir, se podría dividir, amplificar, atenuar etc., antes de conectarse al receptor de aplicación, que recupera la información. Sin embargo, este proceso analógico,
que incluye el D/A mismo, contribuye a la degradación de señal y la pérdida potencial o deterioro de la información que se está aportando, así como también, problemas de ajuste de nivel intrincado. Para un receptor sofisticado, tal como por ejemplo, un módem de cable, la señal RF se podría sub-convertir a una frecuencia intermedia o banda base en el extremo frontal del receptor. Entonces, se podría muestrear utilizando un convertidor A/D que reside dentro del receptor y se podría reconvertir a una señal digital para recuperación de información. Este proceso de sección de radiofrecuencia completa -conversión D/A, amplificación, división, sintonización, conversión A/D- es innecesariamente complicado por la conversión intermedia a analógico, que adicionalmente imparte un deterioro de señal indeseable. Sin embargo, la necesidad de interconectarse siempre a los receptores que utilizan la entrada de RF de trayectoria de regreso tradicional debido a su ancho de banda amplia se ha eliminado por los avances recientes en el procesamiento digital a alta velocidad. De esta forma, el contenido de información incluida en las muestras suministradas por un sistema de trayectoria de regreso digital se puede suministrar directamente a un receptor de
aplicación implementado adecuadamente preparado para interconectarse digitalmente. En la Figura 1, esto se muestra en el bloque "sección de radiofrecuencia" al aumentar el receptor de regreso digital con un elemento funcional adicional etiquetado "procesamiento digital". Más específicamente, en la Figura 1, una corriente en serie de palabras digitales transportadas sobre el enlace óptico se recibe en el receptor de fibra 10. Un convertidor serial a paralelo (SERDES, por sus siglas en inglés) o "deserializador" 20 convierte la corriente en serie de palabras digitales a palabras digitales paralelas y suministra la palabra paralela al bloque de procesamiento digital 30. "Procesamiento Digital" realmente se refiere a cada una de las etapas de procesamiento requeridas para completar la funcionalidad que debe existir entre las palabras de datos que representan las muestras analógicas y los receptores de aplicación, entre los que se incluyen las funciones de filtro real. Este procedimiento requiere el receptor de regreso digital para: eliminar las etapas analógicas de extremo frontal ; proporcionar una interfaz en palabras digitales directamente al bus de datos (o
compensador) hacia la porción del receptor digital del des cdulador digital 100; y reemplazar la funcionalidad de las etapas analógicas de extremo frontal con una funcional digital equivalente, si es necesario. Obsérvese que, con referencia a (3), una pieza importante de la funcionalidad del extremo frontal fue ajustar el nivel analógico para impulsar adecuadamente al convertidor A/D del receptor. Se apreciará que esta pieza clave de funcionalidad ya no es necesaria. Adicionalmente, los receptores digitales ya implementan las etapas de sintonización final, fina para sincronización dentro de la sección digital. De esta forma, la conversión final para base de banda ya es una función digital, y la tecnología de sintonizadores digitales está bien desarrollada. La funcionalidad núcleo de un extremo frontal digital de esta forma es un filtrado digital y la extensión de ia función de sincronización. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que una consideración importante para la implementación adecuada de la conmutación digital es la "definición de interfaz" entre el mecanismo de transporte digital y el receptor de aplicación. Esta interfaz consiste de una palabra paralela de N-bit
que representa la información de carga útil, y la toma de contacto adecuada requeridos para comunicarse entre los dos subsistemas (regreso digital y receptor digital. Además, la interfaz incluye la sincronización necesaria de las señales de reloj en cada lado. Nuevamente, el procedimiento de transporte digital para la trayectoria de regreso implementa transmisión de banda base en serie proveniente de los nodos hacia la sección de radiofrecuencia o centro. La corriente en serie es un bit y una palabra sincronizados, y la palabra paralela que representa numéricamente las muestras originales tomadas en el nodo se representa en la salida . Dependiendo de la implementación específica del regreso digital, el tamaño de la palabra paralela puede variar. Un bus de datos del receptor digital, que transporta la información muestreada para el dispositivo, en general es de tamaño fijo. Este tamaño de bus se espera que sea más pequeño que la longitud de palabra paralela disponible. En este caso, los bits al menos significativos (LSB, por sus siglas en inglés) provenientes del sistema de transporte se truncarán para interconectarse con el receptor de aplicación. Existe información perdida
en este proceso, aunque es información que podría haberse perdido en cualquier caso debido a que ese es un límite que se ajusta dentro del receptor digital IC. Además, si el tamaño de la palabra del receptor digital mismo excede aquel del enlace de transmisión, entonces la palabra paralela se conmutará al rellenarla con ceros en los bits extra. En esta topología, los efectos de una resolución menor se deben evaluar. Esto, sin embargo, podría ser un caso poco típico, como es común en la técnica para asegurar que el enlace de transmisión exceda los parámetros de desempeño del módem para deteriorar de manera mínima la transmisión. Otra pieza importante de la interfaz es el
"idioma" o protocolo, hablado para asegurar que la comunicación sea exitosa y eficiente. Los receptores de aplicación típicamente tienen implementaciones adecuadas, y en particular para las porciones digitales dentro del diseño de un receptor con funciones tanto analógicas como digitales. Estos receptores se pueden interconectar mediante la implementación de un dispositivo de traducción lógica tal como por ejemplo, con una Disposición de Compuerta Programable por Campos (FPGA) que procesa
las palabras de datos provenientes del enlace de transporte a través del mismo, y formatearlas adecuadamente para el bus de datos del receptor. El procesamiento digital se puede implementar con un FPGA (aquellos expertos en la técnica apreciarán que mientras que el FPGA puede ser una parte del receptor de regreso digital, un FPGA por separado también puede ser parte de un receptor de aplicación como se observará más adelante, aunque, en general, este no es el caso) . Algunos receptores adecuados pueden no tener el bus de datos accesible, o pueden ser receptores completamente analógicos, en cuyo caso el regreso digital con la reconstrucción D/A serán necesario. Sin embargo, los receptores modernos tienen interfaces de arquitectura más bien definidas, ya sea a través del uso común de la técnica existente o a través de implementaciones desarrolladas por comités para asegurar la estandarización. En este caso, la implementación implica diseñar un acceso al bus de datos del receptor durante el desarrollo del circuito de los receptores avanzados, e implementar una disposición de compuerta o dispositivo de traducción sobre el receptor mismo para comunicar la secuencia de palabra de regreso digital al receptor. En el desarrollo del receptor moderno se
puede aplicar una definición de interfaz digital directa inmediatamente para nuevos diseños debido a que la técnica existente incluye el procesamiento dentro del receptor de datos a alta velocidad consistente con el tipo de interfaz necesario entre el enlace de transporte y el bus de datos del receptor. En sistemas de legado, los límites sobre la accesibilidad para las funciones del receptor pueden requerir que se desarrolle un equipo de interconexión alternativo que permita el acceso a la funcionalidad digital. Por último, algunos sistemas de legado, y particularmente todos los receptores analógicos, no serán capaces de disponer ellos mismos con las ventajas sin un rediseño completo. En este caso, e] procedimiento de salida D/A puede ser el más adecuado. En la mayoría de estos casos, sin embargo, este diseño del receptor estará operando en funciones de modulación extremadamente simples, y se puede desarrollar y desplegar rápidamente una implementación digitalizada. También es el caso de que estos receptores más simples observarán el beneficio de mínimo desempeño proveniente de la interfaz digital, según el deterioro analógico agregado de reconstrucción sea insignificante para el desempeño de enlace para estos esquemas de modulación
típicamente simples. La lista de beneficios potenciales a corto plazo del sistema propuesto y el método que utiliza una interfaz en palabras de RF muestreada para desmoduladores de sección de radiofrecuencias para señales de comunicación digital sean evidentes: flexibilidad significativa en la aplicación de mejoras de procesamiento, la capacidad de un equipo de terminación de sección de radiofrecuencia de CATV de interfaz flexible, etc., sin embargo, quizá el mayor beneficio esté en los años por venir, a medida que la conversión a la trayectoria de regreso para todos los bits abra muchas posibilidades de red asociadas con las interfaces de procesamiento, transporte, mulciplexado y equipo de terminación. Aunque diversas modalidades se ilustran y describen específicamente en la presente, se apreciará que las modificaciones y variaciones de la presente invención estén cubiertas por las enseñanzas anteriores y están dentro del alcance de las reivindicaciones anexas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.