TW202349892A - 具有舊有上游支援之全雙工ｄｏｃｓｉｓ放大器 - Google Patents

Abstract

本發明係關於用於放大全雙工信號之裝置、系統及方法，該等全雙工信號包括在一FDX上游信號與一下游FDX信號之間共用之一第一頻帶，及具有一舊有上游信號之一第二頻帶，其中該舊有上游信號及該FDX上游信號由一共同放大器放大。

Description

具有舊有上游支援之全雙工DOCSIS放大器

本申請案之標的物係關於全雙工通訊架構中之放大器。

有線電視（CATV）服務通常將來自稱為「頭端」的中央遞送單元之內容提供至大量訂閱者，該中央遞送單元經由包含大量中間節點的分支網路將內容頻道自此中央單元分發至其訂閱者。然而，現代的有線電視（CATV）服務網路不僅向消費者提供媒體內容，諸如電視頻道及音樂頻道，而且提供諸如網際網路服務之數位通訊服務、隨選視訊、諸如VoIP之電話服務等的主機。此等數位通訊服務又不僅需要自頭端經由中間節點至訂閱者的下游方向上的通訊，而且需要自訂閱者經由分支網路至內容提供者的上游方向上的通訊。

為此，CATV頭端歷史上已包括單獨的有線電視數據機終端系統（CMTS），用於向有線電視訂閱者提供高速資料服務，例如視訊、有線電視網路、網際網路通訊協定語音等。通常，CMTS將包括乙太網路介面（或其他更傳統的高速資料介面）以及RF介面兩者，以使得來自網際網路之訊務可經由乙太網路介面、經由CMTS且接著投送（或橋連）至連接至有線電視公司的混合光纖同軸（HFC）系統之光學RF介面上。下游訊務係自CMTS遞送至訂閱者住宅中之有線電視數據機，而上游訊務係自訂閱者住宅中之有線電視數據機遞送回至CMTS。許多現代CATV系統已將CMTS的功能與視訊遞送系統（EdgeQAM）組合在稱為聚合有線電視存取平台（CCAP）的單一平台中。稱為遠端PHY（或R-PHY）的其他現代CATV系統經由將傳統CCAP之實體層（PHY）推送至網路的光纖節點而將其重新定位。因此，當CCAP中的核心執行較高層處理時，節點中的R-PHY裝置會將由核心發送的下游資料以射頻自數位/類比傳輸，並將由有線電視數據機發送的上游RF資料自類比/數位格式以光學方式傳輸至核心。

無論使用何種架構，CATV系統的歷史實施均將可用頻寬分叉至上游及下游傳輸， 即資料僅跨越頻譜的任何部分在一個方向上傳輸。例如，有線電纜資料服務介面規範（DOCSIS）的早期迭代將經指派上游傳輸指定至5 MHz與42 MHz之間的頻譜，並將經指派下游傳輸指定至50 MHz與750 MHz之間的頻譜。雖然DOCSIS標準的後續迭代擴展了為上游及下游傳輸路徑中之每一者保留的頻譜寬度，但指派給每一各別方向的頻譜並不重疊。

由於對上游及下游服務兩者的需求不斷增加，內容提供者尋求在上游及下游方向兩者上增加對消費者的兩項服務的頻譜，使此等服務之間的分割向上移動。然而，再次，將設備自頭端升級至訂閱者處所以適應頻寬的增加代價高昂。因此，已提議用於將信號傳播至消費者及自消費者傳播信號的不同架構。

一個此類所提議架構為全雙工（FDX）DOCSIS技術。藉由FDX DOCSIS，上游與下游頻譜不再分開，從而允許經由電纜存取網路進行高達5 Gbps的上游服務及10 Gbps的下游服務。在全雙工系統中，因為CCAP/R-PHY核心知曉其自身下游傳輸的特性，因此其可以區分以其提供彼等下游服務的相同頻率傳輸的上游通訊。轉變至全雙工DOCSIS架構成本高昂，因此許多提供者選擇逐步推出FDX網路，將其提供至較高服務層級的消費者。然而，此意謂提供者網路需要適應利用全雙工信號（其中在上游與下游信號之間共用頻譜）的消費者以及必須在與其接收下游信號的頻譜不同的頻譜中發送上游信號的消費者。此類適應本身涉及複雜性及費用。

因此，需要改良的裝置、方法及架構，其可更有效率地處理並處理全雙工信號及不與下游信號共用頻譜的舊有上游信號。

相關申請案之交叉參考

無

參考圖1，展示舊有通訊架構10，其中在節點12與複數個消費者有線電視數據機18之間傳達上游及下游信號。一般熟習此項技術者應瞭解，節點12可連接至頭端（未展示），且在一些實施例中可為分佈式存取架構中之遠端裝置，諸如遠端實體裝置（RPD）、遠端MACPHY裝置（RMD）等。一般熟習此項技術者應瞭解，儘管有線電視數據機用於說明消費者處所設備，但其他此類設備可包括多種裝置，諸如機上盒（STB）、光學網路單元（ONU）等。

節點12與有線電視數據機18通常經由複數個信號承載線19彼此連接，其可為例如同軸電纜、光纖電纜等。儘管僅展示一個此類線19，但通常存在配置於自節點12至訂閱者之多個服務群組的分支網路中之多個此類線。各訂閱者藉由自分接頭16延伸之幹線電纜17連接至線19。此外，為了補償線18之功率損失，使用一或多個放大器14來再生在節點12與有線電視數據機18之間發送之信號。

如前所述，在此類舊有系統中，節點12向各有線電視數據機傳達下游信號，且各有線電視數據機傳達上游信號，該上游信號與下游信號之頻譜分開的頻譜。例如，上游信號可在5-85 MHz範圍中發送，而下游信號可在108-834 MHz（或更高）範圍中發送。因此，放大器14必須放大此等兩個信號。

圖1B展示此類放大器14的示意圖，其中放大器之兩側上的雙工器20a、20b隔離上游與下游信號。雙工器20a及20b操作以隔離上游與下游信號以在放大器14中進行單獨處理，同時組合此等信號以沿著線19傳播。在所示的實例中，藉由功率放大器22a放大佔用108-835 MHz頻譜的下游信號，且接著視情況藉由增益/傾斜模組24來調整以補償沿線19之損耗的頻率相依性。在上游方向上，上游信號佔用5-85 MHz的頻譜，且經由功率放大器22b放大。

亦如上所述，為了同時擴展上游及下游容量，已經實施全雙工架構。參考圖2A，其展示一例示性此類全雙工架構，FDX系統100可包括FDX節點102、放大器104及訂閱者110。應理解，可包括網路的其他組件，諸如其他FDX節點102及放大器104。此外，雖然未展示，但頭端可位於FDX節點102之上游。在一些實施例中，FDX節點102可為可接近於訂閱者之處所的遠端實體（PHY）裝置的一部分，諸如位於訂閱者所處位置附近之節點中。重定位之實體裝置稱為遠端實體裝置（RPD）。FDX節點102在混合光纖同軸（HFC）網路上將數位介面上的封包（諸如經由數位網路（諸如經由光纖）接收之乙太網路介面）轉換成類比信號（諸如射頻（RF）信號）。FDX節點102經由類比網路（例如，經由同軸電纜）將RF信號發送至位於訂閱者處所處的數據機。

全雙工信號可包括不同類型的訊務，例如資料與視訊。在下游方向上，來自頭端之信號經由FDX節點102經由放大器104朝向訂閱者110發送。一群訂閱者可連接至提供至訂閱者110之連接的分接頭112。訂閱者110可包括訂閱者裝置，諸如接收下游信號並發送上游信號的數據機。在一些實施例中，數據機包括有線電視數據機，但可理解其他裝置，例如閘道器。在上游方向上，訂閱者110經由放大器104及FDX節點102朝向頭端發送上游信號。

在下游方向上，FDX節點102可自頭端接收下游信號，並使用全雙工邏輯106處理下游信號。FDX節點102可經由數位網路接收封包。接著，FDX節點102將下游信號發送至放大器104。下游信號可經由類比網路發送。放大器104接著在類比域中放大下游信號。此外，在上游方向上，放大器104接收上游信號，且可在類比域中放大上游信號。接著，放大器104朝向頭端發送上游信號，其最終到達FDX節點102。上游信號經由類比網路發送。

放大器104在相同頻帶中接收下游與上游信號，其可為包括下游及上游信號之頻率範圍。在一些實施例中，下游與上游信號同時發送，但在其他實施例中，可在不同時間發送。放大器104可使用隔離及放大邏輯108處理下游及上游信號，其可分離以相同頻帶發送之下游與上游信號。隔離及放大邏輯108接著可使用第一路徑放大下游信號，且使用第二路徑放大上游信號。放大在類比域中執行，同時將下游信號與上游信號彼此隔離。在放大之後，放大器104可朝向訂閱者110發送下游信號，且朝向頭端發送上游信號。

在一些實施例中，FDX放大器104可取代圖1A中所示的網路中之舊有放大器。使用FDX放大器104允許在網路中發送全雙工訊務，而不必用FDX節點102取代舊有類比放大器。此外，FDX節點102與FDX放大器104之間的連接可傳輸類比信號，諸如射頻（RF）信號，其可經由同軸電纜而非光纖來進行傳達。此意謂自FDX節點102至FDX放大器104之下游方向上的信號可處於類比域中。若使用光纖，則自FDX節點102至另一FDX節點之通訊可處於數位域中，其將需要在兩個FDX節點102之間更換同軸電纜。

亦參考圖2B，其描繪根據一些實施例的系統100的更詳細實例，在網路中，包括各種分接頭112-1至112-18，其將信號耦合至訂閱者110。此外，不同FDX放大器104可包括在各種位置中，以在不同點提供網路中之放大。

FDX節點102在下游方向上使用全雙工邏輯106將數位信號轉換成類比信號，且在上游方向上將類比信號轉換成數位信號。在下游方向上，FDX節點102中之全雙工邏輯106可包括將數位信號轉換成類比之數位/類比轉換器（DAC）。抗混疊濾波器204可衰減較高頻率以防止混疊被取樣的組件。接著，功率放大器206放大信號。定向耦合器208將類比下游信號耦合至分接頭112-1。

在上游方向上，定向耦合器208接收類比上游信號並將信號耦合至放大器210，其放大上游信號。接著，類比/數位轉換器212將類比信號轉換為數位信號。接著可朝向頭端發送數位上游信號。儘管描述此全雙工邏輯，但應理解，可瞭解全雙工電路系統之其他變體。

由於FDX技術對於下游與上游信號共用相同頻帶以支援較高頻寬，因此全雙工邏輯106以及隔離及放大邏輯108需要複雜的信號處理單元來處理FDX信號，以最小化在非所要方向上行進的反射/信號，例如與下游信號混合之上游信號，且反之亦然。除了節點及有線電視數據機外，此技術的部署亦需使用用於N+x分配電纜設備系統的FDX相容雙向放大器。這與下游與上游信號使用單獨頻帶的非FDX DOCSIS系統形成對比。

此外，如前所述，當提供者部署FDX時，他們的工廠中可能仍有不使用新/升級FDX服務層的消費者，因此將存在數據機的混用（FDX與舊有）。因此，除FDX上游信號外，FDX放大器104亦必須支援非FDX（舊有）上游信號。對於FDX與舊有頻帶使用單獨電路的習知方法導致具有高功率消費及大佔據面積的放大器104。功率消耗較高的放大器可能需要額外變更供電網路，從而增加顯著的額外成本及人力，導致網路升級速度較慢。

參考圖3，經改良的FDX放大器電路300較佳使用共同電路來放大FDX頻帶及舊有上游頻帶中的信號。此方法使得無需對於舊有上游路徑及FDX上游路徑使用專用增益/放大器級，進而降低功率消耗、降低放大器熱度，且降低放大器的印刷電路板（PCB）上的組件數量。

具體而言，全雙工放大器電路300包括朝向節點或頭端定位的北向埠302及朝向放大器電路300下游之一或多個訂閱者定位的南向埠304。每一埠302、304傳播的信號包括上游及下游資料兩者，其中下游資料在與專用於上游資料的頻譜之一部分重疊的頻譜內傳輸，而上游頻譜的不與下游頻譜重疊的其餘部分用於尚未升級至全雙工服務的舊有訂閱者。舉例而言，每一埠302、304可橫跨5 MHz至1.218 Ghz的頻率範圍傳播信號，其中5-85 MHz的頻率範圍僅專用於上游傳輸，108-1.28 GHz的頻率範圍用於下游傳輸，且108-684 MHz的頻率範圍（與下游頻譜重疊）用於自已升級以致能全雙工服務的消費者的上游傳輸。85 MHz與108 MHz之間的頻譜可用作舊有上游信號與全雙工信號之間的防護頻帶。此外，一般熟習此項技術者將瞭解，剛剛描述的頻率分割為例示性的，而其他實施可對舊有上游信號、下游信號及上游與下游信號重疊之全雙工頻帶指派不同邊界。

如前所述，由於全雙工信號包括在頻率上重疊的上游及下游傳輸，因此放大器電路300較佳包括處理上游及下游信號之信號處理單元（SPU）306，以最小化反射並收集用於數位預失真（DPD）的樣本。具體而言，定向耦合器308a鄰近南向埠304，可取樣南向埠304處之全雙工信號，並將樣本傳遞至待針對數位預失真進行處理之SPU，且亦在濾波之後僅傳遞全雙工頻譜的重疊區中的信號部分，以針對回波消除進行處理。類似地，接近北向埠302，定向耦合器308b可取樣全雙工信號，包括舊有上游頻譜及全雙工重疊上游頻譜，並將樣本傳遞至SPU 306以進行回波消除。

放大器電路300較佳分離上游與下游傳輸以進行單獨放大。在北向埠302處，FDX耦合器310將下游信號路由至耦合器310的低損耗埠，其連接至雙工器312，該雙工器隔離108 MHz與1.28 GHz之間的全雙工信號之下游部分與5-85 MHz之間的全雙工信號之舊有上游部分。隔離的下游全雙工信號可在發送至執行回波消除及失真補償的SPU 306之下游輸入之前藉由低雜訊前置放大器314放大，之後在其下游輸出埠處輸出下游信號。在自SPU 306輸出之後，在經由放大器電路300之定向耦合器320經由雙工器318傳遞至南向埠304之前，可藉由功率放大器316放大該下游信號。

類似地，在南向埠304處，定向耦合器320可傳遞上游信號至其耦合之輸出埠，該輸出埠又連接至兩個雙工器322及324，該兩個雙工器一起對上游信號進行濾波以移除上游信號之舊有部分，且僅傳遞108-684 MHz的上游信號之與下游信號重疊的頻譜至FDX上游輸入。SPU 306視情況放大所接收的上游信號，並將其輸出至SPU 306的FDX上游輸出。

放大器電路300經由SPU 306投送上游信號的FDX共用光譜部分，放大器電路300較佳使上游信號之舊有部分在SPU 306周圍轉向。因此，在南向埠304處，FDX耦合器320較佳將上游信號投送至其低損耗（非耦合）埠，其中其隨後由雙工器318濾波，以僅傳遞上游信號之舊有部分，在此實例中為5-85 MHz之頻譜。在雙工器318之後，上游信號之舊有部分視情況由低雜訊前置放大器326放大，之後上游信號之舊有部分與上游信號之FDXZ共用頻譜部分經雙工器328重組。功率放大器330接著放大組合之上游信號。放大器電路300亦較佳地包括在功率放大器330之輸出處的雙工器332，其使功率放大器與高於由上游FDX信號佔用的頻譜之共用FDX頻譜部分隔離。

如前所述，藉由使上游信號之舊有部分在SPU 306周圍轉向，且使其與上游信號的FDX共用光譜部分重組，之後由功率放大器328放大，放大器電路300相對於使用專用放大電路用於舊有上游信號及FDX共用頻譜上游信號的現有方法產生較低功率消耗、較低放大器溫度，且減少放大器之印刷電路板（PCB）上的組件數量。此外，在所描述之較佳實施例中，藉由在FDX放大器電路300之南向埠304處經由FDX耦合器320之低損耗埠投送上游舊有信號，較高信號位準到達前置放大器326及/或功率放大器330，從而得到較佳的信號對雜訊比。替代實施例可替代地經由FDX耦合器320的耦合埠投送上游舊有信號。此一實施例將在前置放大器326/功率放大器330之前導致更多信號損失，從而需要更多的放大，導致更差的信號與雜訊比。

一般熟習此項技術者將認識到，雙工器312、318、322、324、328及322中之任一者或全部可由其他濾波器或濾波器組合（諸如高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器等）替換。此外，一般熟習此項技術者應瞭解，在一些實施例中，濾波器318可重新定位至耦合器320與耦合器308a之間的位置，或在其他實施例中，可定位於耦合器320之南向，使得舊有5-85 MHz信號直接輸出至放大器326，而僅108-1218 MHz信號穿過耦合器，此在最後實施例中，其將免除對濾波器322的需要。

應瞭解，本發明不受限於已描述的特定實施例，且可做出不偏離隨附申請專利範圍中所界定的本發明範疇的變化，如根據現行法律的原則（包括等同原則或使請求項之索償範疇擴大至超出其文字範疇的任何其他原則）所詮釋。除非上下文另有指示，否則請求項中對元件之例項的數目的參考為對一個例項或多於一個實例的參考，至少需要該元件之例項的所陳述數量，但並非意欲自請求項之範疇排除具有比所述更多的該元件之例項的結構或方法。當在請求項中使用時，字組「包含」或其衍生詞係以不意欲排除所主張之結構或方法中其他元件或步驟之存在的非排他性意義使用。

12:節點 14:放大器 16:分接頭 17:幹線電纜 18:有線電視數據機 19:信號承載線 20a:雙工器 20b:雙工器 22a:功率放大器 22b:功率放大器 24:增益/傾斜模組 100:FDX系統 102:FDX節點 104:放大器 106:全雙工邏輯 108:隔離及放大邏輯 110:訂閱者 112:分接頭 112-1:分接頭 112-2:分接頭 112-3:分接頭 112-4:分接頭 112-5:分接頭 112-6:分接頭 112-7:分接頭 112-8:分接頭 112-9:分接頭 112-10:分接頭 112-11:分接頭 112-12:分接頭 112-13:分接頭 112-14:分接頭 112-15:分接頭 112-16:分接頭 112-17:分接頭 112-18:分接頭 204:抗混疊濾波器 206:功率放大器 208:定向耦合器 212:放大器 302:北向埠 304:南向埠 306:信號處理單元 308a:定向耦合器 308b:定向耦合器 310:FDX耦合器 312:雙工器 314:低雜訊前置放大器 316:功率放大器 318:雙工器 320:定向耦合器 322:雙工器 324:雙工器 326:低雜訊前置放大器 328:雙工器 330:功率放大器 332:雙工器

為了更好地理解本發明，且為了展示本發明之實行方式，現將作為實例參考附圖，其中：

圖1A展示用於將通訊信號遞送至訂閱者且自訂閱者遞送通訊信號之例示性舊有架構。

圖1B展示用於圖1之架構之放大器的示意圖。

圖2A及圖2B展示用於將通訊信號遞送至訂閱者且自訂閱者遞送通訊信號之例示性全雙工（FDX）架構。

圖3展示放大全雙工（FDX）信號兩者之例示性放大器，其中上游及下游信號

100:FDX系統

102:FDX節點

104:放大器

106:全雙工邏輯

110:訂閱者

112-1:分接頭

112-2:分接頭

112-3:分接頭

112-4:分接頭

112-5:分接頭

112-6:分接頭

112-7:分接頭

112-8:分接頭

112-9:分接頭

112-10:分接頭

112-11:分接頭

112-12:分接頭

112-13:分接頭

112-14:分接頭

112-15:分接頭

112-16:分接頭

112-17:分接頭

112-18:分接頭

204:抗混疊濾波器

206:功率放大器

208:定向耦合器

212:放大器

Claims (19)

1. 一種放大器電路，其包含： 一北向埠及一南向埠，各自傳播具有包括一FDX上游信號及一下游FDX信號兩者之一第一頻帶的一全雙工信號，且各自在不包括一下游信號之一第二頻帶中傳播一舊有上游信號；及 一功率放大器，其同時放大該FDX上游信號及該舊有上游信號。
2. 如請求項1之放大器電路，其包括至少一個電組件，該至少一個電組件將該FDX上游信號與該舊有上游信號隔離。
3. 如請求項2之放大器電路，其包括一信號處理單元，該信號處理單元在該FDX上游信號已與該舊有上游信號隔離之後接收該FDX上游信號，該信號處理單元執行回波消除及數位預失真中之至少一者。
4. 如請求項1之放大器電路，其包括放大該舊有上游信號但不放大該FDX上游信號之一前置放大器。
5. 如請求項1之放大器電路，其包括放大該下游FDX信號之一第二功率放大器。
6. 如請求項5之放大器電路，其包括至少一個電組件，該至少一個電組件將該FDX下游信號與該舊有上游信號隔離。
7. 如請求項1之放大器電路，其包括在該南向埠處之一FDX耦合器，該FDX耦合器具有一低損耗埠及一耦合埠，其中該功率放大器位於該低損耗埠與該北向埠處之一FDX耦合器之間。
8. 如請求項7之放大器電路，其中該耦合埠連接至該信號處理單元之一上游輸入。
9. 如請求項8之放大器電路，其包括至少一個電組件，該至少一個電組件將該FDX下游信號與該舊有上游信號隔離。
10. 如請求項9之放大器電路，其中該至少一電組件位於該耦合埠與該信號處理單元之該上游輸入之間。
11. 如請求項9之放大器電路，其中該至少一個電組件位於該耦合埠之一高損耗埠與該信號處理單元之該上游輸入之間。
12. 如請求項1之放大器電路，其亦在一第三頻帶中傳播一下游信號。
13. 一種方法，其包含： 在一FDX放大器電路處接收一起共用一第一頻帶之一全雙工下游信號及一全雙工上游信號； 在該FDX放大器處在不包括一下游信號之一第二頻帶中接收一舊有上游信號；及 放大包括該全雙工上游信號及該舊有上游信號兩者之一組合信號。
14. 如請求項13之方法，其包括使該FDX上游信號與該舊有上游信號隔離。
15. 如請求項14之方法，其包括在該FDX上游信號已在一信號處理單元處與該舊有上游信號隔離之後接收該FDX上游信號。
16. 如請求項15之方法，其包括在該信號處理單元中執行回波消除及數位預失真中之至少一者。
17. 如請求項13之方法，其包括預放大該舊有上游信號，但不預放大該FDX上游信號。
18. 如請求項13之方法，其包括放大該下游FDX信號。
19. 如請求項19之方法，其包括使該FDX下游信號與該舊有上游信號隔離。