專利名稱：有關(guān)有線電視網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
有線電視網(wǎng)絡(luò)是分支網(wǎng)絡(luò)，其中基站通過天線接收來自衛(wèi)星的信號，或者來自一些其它媒介的信號，并通過分支到每個單獨用戶的同軸電纜傳送該信號。有線電視網(wǎng)絡(luò)，僅次于電話網(wǎng)絡(luò)，電話網(wǎng)絡(luò)擁有最大數(shù)量的用戶。因此，最好是能夠利用現(xiàn)有的同軸電纜進行新的寬帶業(yè)務(wù)，諸如付費電視點播，交互式電視游戲，郵購業(yè)務(wù)等等。這要求網(wǎng)絡(luò)在兩個方向都能工作，這樣用戶才既能從基站接收被稱為下行信號的信息，又能傳送被稱為上行信號的信息至該基站。
這些有線電視網(wǎng)絡(luò)，最初只是為了通過同軸電纜進行單向通信設(shè)計的，但后來從只是點對多點的，基站是唯一發(fā)射機的結(jié)構(gòu)，發(fā)展成為包括短或長光纜和在網(wǎng)中有若干發(fā)射機的結(jié)構(gòu)，即多點對點結(jié)構(gòu)。
由于要求通信是單向的，點到多點的和廉價的，使網(wǎng)絡(luò)的器件和其它方面的選擇受到了影響。對于下行數(shù)據(jù)傳輸，噪聲的強度和干擾是適當(dāng)?shù)?，并且可以在傳輸中?yīng)用已知的協(xié)議。在上行方向，情況則不同，因為網(wǎng)絡(luò)不是為工作在這個方向設(shè)計的。來自器件的噪聲和不良的網(wǎng)絡(luò)器件產(chǎn)生的干擾從網(wǎng)絡(luò)的所有分支匯集到基站處。這個問題是由多點到點的結(jié)構(gòu)造成的，被稱為噪聲集中效應(yīng)。另外，在上行波段中，有更多的窄帶干擾。因此，同樣的協(xié)議不能在上行傳輸中使用。
數(shù)字信息可以經(jīng)調(diào)制解調(diào)器通過電視電纜來傳輸，調(diào)制解調(diào)器將信息轉(zhuǎn)換成具有載波頻率的模擬載波調(diào)制信號。通過調(diào)制解調(diào)器傳輸?shù)狞c到點結(jié)構(gòu)通用于數(shù)據(jù)通信中，并且甚至可以應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)中。然而，缺點是在基站中必須每個用戶一個調(diào)制解調(diào)器。對于有許多用戶的基站，這成為既昂貴又費時的方法。
相關(guān)技術(shù)描述如Charles A.Eldering以及其他人，在1995年8月的IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會)通信雜志上的“可靠通信的有線電視的返回路徑特性”中所描述的，當(dāng)在同一電纜中通過調(diào)制解調(diào)器進行傳輸時，必須進行時分復(fù)用或頻分復(fù)用傳輸，以避免在電纜中的沖突。通過時分復(fù)用，不同的發(fā)射機可以在不同的時隙向同一接收機發(fā)射，可以實現(xiàn)多點到點的結(jié)構(gòu)。這種方法的一個問題是，每個發(fā)射機都使用了所利用的有線電視信道的整個帶寬，在頻帶中某處的窄帶干擾可能破壞整個傳輸。由于每個發(fā)射機需要整個頻帶，并只能在特定時隙發(fā)送，因此時分復(fù)用也將會限制靈活性。每個發(fā)射機也只能在基站的一定時段被處理，如果發(fā)射機的數(shù)量大，這會導(dǎo)致問題。即使是使用傳統(tǒng)的頻分復(fù)用，在上行頻帶中的高強度干擾也會在接收機處引起問題。除此之外，每個信道必須用大量的濾波器濾波，使這些濾波器頻帶足夠窄是困難和昂貴的。這意味著，不能將載波頻率放置得彼此間太近，這就限制了可以在有線電視信道中使用的載波頻率的數(shù)量。
US 5 225 902描述了一種多重載波系統(tǒng)，就是在有線電視網(wǎng)絡(luò)中，通過多重載波傳輸上行信號的系統(tǒng)。通過在基站監(jiān)視接收信號，并選擇一些具有最低干擾度的載波頻率，可以解決干擾的問題。這些被選擇的頻率相互間無關(guān)，只是基于當(dāng)前的干擾狀況來選擇的。由于干擾狀況是全天變化的，要連續(xù)地監(jiān)視接收信號，并且在需要時，載波頻率可自動切換。
用最佳載波頻率與用戶進行通信，用戶也用所選擇的相同的最佳頻率進行發(fā)送。通過這種方法，可以保證總是使用一些具有最小干擾度的載波頻率，而且，由于到達接收機的某一信號在可讀狀態(tài)的幾率增加，使用多個載波頻率也使傳輸更加可靠。然而，這種方法要求一些類型的時分復(fù)用以使傳輸不會彼此相互沖突，這將導(dǎo)致上面所述的問題。
US 5 371 548 A和US 5 425 050都描述了在有線電視技術(shù)中使用OFDM，但只限于下行信號。普遍認(rèn)為該方法不能工作于上行信號。例如，EP 701351 A2排除了這種方法，因為上行通信的突發(fā)特性，使得太難以致于不能判別接收信號的相位。
發(fā)明綜述在有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息時的一個問題是，如果每個用戶放置一個調(diào)制解調(diào)器，在基站中為每個用戶也放置一個調(diào)制解調(diào)器，就需要大量的調(diào)制解調(diào)器。不可否認(rèn)地，這些調(diào)制解調(diào)器可以根據(jù)各種已知的協(xié)議通過電視電纜進行傳輸，但結(jié)果將是點到點的結(jié)構(gòu)，并且，由于基站使用了相當(dāng)數(shù)量的調(diào)制解調(diào)器，該方法將是昂貴的，處理許多調(diào)制解調(diào)器也會導(dǎo)致時間消耗。
使用多點到點傳輸，基站必須確定哪個用戶在傳輸中。例如可以使用頻分或時分復(fù)用。兩種復(fù)用方式都將分別導(dǎo)致，在時間上和在頻率上的傳輸容量的減少。時分復(fù)用限制了靈活性，而傳統(tǒng)的頻分復(fù)用要求大量的非常窄頻帶的濾波器。
本發(fā)明的一個目的就是，提供一種快速，靈活和可靠的信息傳輸，該傳輸通過有線電視網(wǎng)絡(luò)，在上行方向，即朝向基站的方向，使用多點到點的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的進一步的目的是克服與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方式有關(guān)的問題，即減少基站的接收機所需要的濾波器數(shù)目，和達到用相近分布的載波頻率進行頻分復(fù)用傳輸，這樣就使用了高利用率的頻帶。
本發(fā)明的另一個目的是補償了在來自不同用戶的信號間可能發(fā)生的傳輸時間的差異。
本發(fā)明的再進一步的目的是減少對于影響傳輸?shù)母蓴_的靈敏度。
上述目的是通過要求在權(quán)利要求1中所述的特性的方法來實現(xiàn)的。進一步的特性和本發(fā)明的發(fā)展及實施此方法的儀器，在其它專利權(quán)利要求中聲明。
根據(jù)本發(fā)明，提供了在有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸和接收信息的儀器和方法，其中每個用戶用不同的載波頻率傳輸。該載波頻率是互相正交的，這樣每個載波對下一載波的貢獻等于零，并且不同的信道可以通過至少一種通用算法的計算來分離開，例如至少一種FFT算法(快速傅立葉變換)。該FFT同時對所有的傳輸信道解碼，這樣所有的用戶可以同時傳輸。這就保證了在多點到點結(jié)構(gòu)中的快速，可靠的傳輸。
根據(jù)本發(fā)明，對由時分復(fù)用引起的干擾的靈敏度減少了。傳統(tǒng)的頻分復(fù)用情況下，每個信道都需要單獨濾波，與之相比，F(xiàn)FT還減少了不同濾波器的數(shù)量。
由于頻率是正交的，并且在經(jīng)FFT分離期間彼此互不影響，可以在可利用頻帶內(nèi)將它們排列得彼此間很接近。
具有過高干擾的載波頻率可以通過改變干擾狀況來排除，但所用頻率總是保持相互無關(guān)的。這種關(guān)系在這里描述為正交信號，但它們也可以是其它一些類型的關(guān)系，該關(guān)系能夠通過至少一種通用算法將不同的傳輸信道分離開。
進一步地，本發(fā)明提供了在來自不同用戶的信號間可能發(fā)生的傳輸時間的差異的補償。
附圖簡述為了加強對本發(fā)明的理解和實現(xiàn)，下面通過舉例的方法和參照附圖進行描述，其中相似的器件用相同的參考數(shù)字表示，其中

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的有線電視網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖2顯示了QPSK發(fā)射機的結(jié)構(gòu)(QPSK=四相相移鍵控)和下行接收機的相關(guān)部件，每個用戶可以有一個或多個該發(fā)射機；圖3顯示了QPSK信號的編碼圖，即格雷編碼的原理；圖4顯示了基站中的接收機的結(jié)構(gòu)；圖5顯示了QPSK信號的判決圖，即格雷編碼符號的解碼原理；圖6A顯示了有線電視的頻帶分配；圖6B顯示了在有線電視的信道內(nèi)的子信道分配；圖6C圖解說明了兩個相互正交信號的頻譜；圖7圖解說明了具有不同時延的子信道；圖8顯示了反復(fù)傳輸符號“00”的子信道；圖9描述了由于具有不同的頻率，四個反復(fù)傳輸符號“00”的連續(xù)子信道，如何獲得不同數(shù)量的相移；圖10A顯示了四相位移的被稱為濾波器組的一組濾波器的功能原理；圖10B顯示了一定數(shù)量相移的濾波器組的可能實現(xiàn)方法；圖11顯示了具有四相位移的實現(xiàn)系統(tǒng)；圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的QPSK發(fā)射機結(jié)構(gòu)和下行接收機的相關(guān)部件；圖13圖解說明了每個保護周期如何引起一定相角的相位位移；圖14顯示了根據(jù)第二實施例，相位補償設(shè)備是如何實現(xiàn)的；圖15顯示了具有非連續(xù)相位的信號；圖16A顯示了具有連續(xù)相位的信號的頻譜分布；圖16B顯示了具有非連續(xù)相位的信號的頻譜分布。
優(yōu)選實施例詳述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的有線電視網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；?通過電纜2與天線3相連。電纜2，以及其它與基站1的連接物，可以是，舉例來說，光纜；同軸電纜或波導(dǎo)?；?還和存儲單元4，網(wǎng)絡(luò)連接5和可以成為基站本身的一部分的網(wǎng)絡(luò)單元6相連。從網(wǎng)絡(luò)單元6，引出一些相似的，例如由同軸電纜組成的分支20。
在圖中所示的分支20中，網(wǎng)絡(luò)單元6通過同軸電纜與雙向放大器8的一端7電連接。放大器的另一端與第一出口設(shè)備11的第一端10電連接，該設(shè)備11的第二端12通過第二出口設(shè)備13與第一用戶14相連。第二和第三用戶17和18分別直接與第一出口設(shè)備11上的一端相連。
每個在網(wǎng)絡(luò)中的分支可以包括一些雙向放大器，出口設(shè)備和具有與網(wǎng)絡(luò)各種類型連接的用戶。在第一用戶14，電視接收機16通過直接連接器15與網(wǎng)絡(luò)相連，而在第二用戶17，網(wǎng)絡(luò)連接是通過用于寬帶業(yè)務(wù)的接口19來完成的，在該接口連接了計算機21和電視接收機22。在第三用戶18，電話23通過用于寬帶業(yè)務(wù)的接口24與網(wǎng)絡(luò)連接。
下行傳輸在基站1，來自一些不同信息源的信號集中在一起來向用戶下行傳輸。該信息源包括由天線3接收的衛(wèi)星傳輸，來自存儲單元4的存儲信息和通過網(wǎng)絡(luò)連接5從其它網(wǎng)絡(luò)或基站傳輸來的信息。
如果基站1和網(wǎng)絡(luò)單元6之間有距離，其間的信號可以通過光纖的方式來傳輸。這些和其它在網(wǎng)絡(luò)中的光連接，可以是單模光纖，使用高度線性光調(diào)制器，波長例如為1310nm或1550nm，使用分布反饋式激光器和外調(diào)制激光器都可以。
在將視頻信號向用戶下行傳輸?shù)倪^程中，網(wǎng)絡(luò)單元6將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，將其放大并且應(yīng)用例如射頻調(diào)制解調(diào)器，將其傳輸至同軸電纜20。該信號沿著每條電纜，在雙向放大器處根據(jù)需要被放大。該信號功率的一部分通過出口設(shè)備11,13分支到每個用戶。
基站1或者網(wǎng)絡(luò)單元6包括子信道分配裝置60。在該裝置60中，至少給每個用戶分配一種頻率，每個用戶通過公用的呼叫信道，請求頻率分配，并且，關(guān)于這些分配頻率的通知通過下行信道送至每個用戶。
在用戶14,17,18，通過直接接口15，用于寬帶業(yè)務(wù)的接口19和接口24來接收信號。
上行傳輸在從用戶的上行傳輸過程中，信號被復(fù)用至同軸電纜。雙向放大器8根據(jù)需要沿著電纜放大該信號，該被復(fù)用的，當(dāng)需要時放大的信號被傳輸至網(wǎng)絡(luò)單元6，該網(wǎng)絡(luò)單元6將來自網(wǎng)絡(luò)中一些分支的信號集中在一起并將其送至基站1，如果適合將其轉(zhuǎn)換為光信號。基站1接收該信號，解釋該信號并處理在該信號中的信息。如果該網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)相連，該基站，如果和當(dāng)需要時，將通過網(wǎng)絡(luò)連接5，傳輸通知至其它網(wǎng)絡(luò)。
在用戶處的QPSK發(fā)射機圖2顯示了QPSK發(fā)射機的結(jié)構(gòu)(QPSK=四相相移鍵控)和下行接收機的相關(guān)部件，每個用戶可以有一個或多個該發(fā)射機。舉例來說，上述部件都可以是用于寬帶業(yè)務(wù)的接口19和24的一部分。例如，通過電話或計算機的鍵盤或其它與接口19,24相連接的，用于輸入信息的設(shè)備(未畫出)，輸入用戶想要上行傳輸?shù)男畔?。只是通過直接連接器15來連接的用戶不能傳輸上行信息。上行連接器15為了防止網(wǎng)絡(luò)中可能的反射，在上行方向具有很大的衰減，因為它只是為下行傳輸而設(shè)計的。
在到達發(fā)射機26之前，在可以成為發(fā)射機26的一部分的編碼設(shè)備28處，將數(shù)字信息隨機編碼并傳輸至符號編碼器29，該符號編碼器將數(shù)字信號分解成各個部分，每個部分都是兩比特長，并且按照如圖3所示的格雷編碼的方式給每個兩比特組合賦予一個復(fù)數(shù)值an±jbn，這樣相鄰的相位位移相應(yīng)于一個比特的改變00,01,11,10。每個兩比特的組合被稱為符號。在本實施例中使用了QPSK調(diào)制，但DPSK(兩相相移鍵控)，8PSK(8相相移鍵控)，QAM(正交幅度調(diào)制)或其它類型的其信號依賴于現(xiàn)有的信號/噪聲關(guān)系的調(diào)制方法，同樣可以使用。
符號編碼器29的輸出端，將輸出信號的實部傳輸至“同相位”混合器30，將輸出信號的虛部傳輸至“正交相位”混合器31。單元30具有與頻率轉(zhuǎn)換器32相連的第二個輸入端，單元31也通過-90度相位位移裝置33與該頻率轉(zhuǎn)換器32相連。
該系統(tǒng)對于頻率的偏移敏感。只有50ppm的頻偏，該值為晶控振蕩器的標(biāo)稱值，就可導(dǎo)致當(dāng)相位移動時接收機失去跟蹤信號的能力。因此，在其它器件之間，該系統(tǒng)利用從下行信道取回的載波來產(chǎn)生來自用戶的用于上行信號的混合載波。
下行接收機27通常具有接收電路35，該接收電路的輸出口與地址濾波器36相連，該濾波器36的輸出口向用戶傳輸輸出數(shù)據(jù)信號。接收電路35接收來自基站1的數(shù)據(jù)包。地址濾波器36將定址到本下行接收機27的數(shù)據(jù)包部分分離出來。數(shù)據(jù)包的這部分，被傳輸至控制頻率轉(zhuǎn)換器32的控制處理器37。在關(guān)于分配載波頻率的信息之外，數(shù)據(jù)包可以包括信息來告訴輸出信號弱的發(fā)射機增加其發(fā)射功率，和告訴輸出信號強的發(fā)射機減少其發(fā)射功率，或者包括關(guān)于為每個傳輸預(yù)設(shè)延時的信息。該頻率轉(zhuǎn)換器32與接收電路35相連并且從下行載波fc中提取時鐘和控制信號。
來自每個混合器30和31的被調(diào)制到上行載波上的信號，在加法器38處加在一起。由于分別傳輸?shù)交旌掀?0和31的載波是相互正交的，從加法器38得到的載波也有相互正交的兩部分。來自加法器38的數(shù)字輸出信號，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器39處，用從下行接收機27中的單元32獲得的時鐘控制取樣頻率fs進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。在數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，模擬信號相應(yīng)于數(shù)字兩比特組合的間隔，被稱為信號單元或符號。這樣，數(shù)模轉(zhuǎn)換后的符號，是相應(yīng)于數(shù)字信號的模擬信號，具有相應(yīng)于數(shù)字符號時間的時延。模擬信號在轉(zhuǎn)換器141處從中頻轉(zhuǎn)換為射頻之前，在帶通濾波器40處進行帶通濾波，轉(zhuǎn)換器141可以是發(fā)射信號至基站1的發(fā)射機26的一部分。轉(zhuǎn)換器141與頻率轉(zhuǎn)換器32相連，從該頻率轉(zhuǎn)換器處接收用來轉(zhuǎn)換的參照頻率fr。
基站中的接收機圖4顯示了基站中的接收機的結(jié)構(gòu)。該接收機同時接收來自用戶發(fā)射機的，作為寬帶信號并將用通用算法進行分離的信號。在本優(yōu)選實施例中，該通用算法為FFT(快速傅立葉變換)，但它也可以是其它合適的算法。該接收信號S通過帶通濾波器41進行頻帶限制，然后與載波混合，該載波頻率與子信道包所使用的最低頻率，基本頻率f0相同。該混合信號通過低通濾波器43進行低通濾波并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器44進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該數(shù)字信息就傳輸至FFT計算單元45。
快速傅立葉變換該FFT計算單元45接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的數(shù)據(jù)并用傳統(tǒng)的方法對接收數(shù)據(jù)進行FFT(快速傅立葉變換)計算。每次FFT計算的時間間隔被稱為FFT窗。該間隔的長度選擇為可以包含整數(shù)個任一載波的周期，這樣FFT可以進行輸入數(shù)據(jù)的N次取樣計算，其中N=2n,n是整數(shù)。這樣就允許使用快速的基2快速傅立葉變換。
該FFT分離開每個上行信道并通過信道將信息供給自適應(yīng)均衡器單元46。該均衡器單元46的輸出端與判決單元49相連，并通過加法器47與計算設(shè)備48相連，用來在均衡器46補償由信道的轉(zhuǎn)移功能引起的在相位和幅度上的變化。為了確定這些變化的狀態(tài)，每個傳輸都由一系列接收機已知的符號開始。選擇開關(guān)S1設(shè)定為將活動單元(practisingblock)51和加法器47連接起來。對于每個符號，誤碼被計算為均衡器單元的輸出端上的實際接收符號Sm和取自活動單元51的已知的活動符號St間的差值ε。該差值由加法器47來計算。計算設(shè)備48通過步長為Δ的最小二乘法來減小差值，該步長可以從基站的任一設(shè)備獲取并且影響自適應(yīng)均衡器單元46?；顒有蛄性介L，誤碼就補償越好。完成活動序列后，選擇開關(guān)設(shè)定為將判決器單元49的輸出端與加法器47連接起來，并且獲得了判決反饋，據(jù)此，計算設(shè)備48可連續(xù)地減小接收符號Sm與判決單元49的輸出端上的解碼符號Sk間的差值。
判決單元49根據(jù)圖5所示的圖解對符號解碼。接收的符號Sm被翻譯成相近的已知符號Sk。在這種方式下解碼的符號組成上行傳輸?shù)臄?shù)字信息。
頻率分配圖6A描述了有線電視的頻帶分布?；?包括用來進行子信道分配的設(shè)備60。為不同類型的交互式電視，郵購和其它業(yè)務(wù)的上行傳輸，保留了頻帶5-40MHz，而對于上行傳輸，則使用50MHz和50MHz以上的頻帶。在這些頻帶內(nèi)，頻譜被分成用作單獨的有線電視信道的單獨的頻帶，例如，BA,BB,BC。在圖6A中下行流的50MHz和50MHz以上的頻帶顯示了這種情況，但這對于上行頻帶5-40MHz也是同樣有效的。
圖6B顯示了在有線電視的信道內(nèi)的子信道分配。這種分配是通過將在0Hz和取樣頻率的一半fs/2間的頻譜以間隔為Δf分割成一定數(shù)目的頻率fn來實現(xiàn)的，該數(shù)目等于2x,x是整數(shù)，該頻率都是基本頻率f0的倍數(shù)。在所使用的有線電視信道內(nèi)的頻率，f0,f1,f2,f4，被用作來自用戶的上行傳輸?shù)妮d波頻率，也就是，給每個用戶發(fā)射機分配一個單獨的載波頻率。選擇該載波頻率為正交的。
圖6C圖解說明了中心頻率分別為f2和f3的兩個正交信號s1,s2的頻譜。根據(jù)上面所述選擇載波頻率的子信道，可以通過使用快速傅立葉變換同步檢測到，因為所分割的頻帶是按照信號正交的方式運行的。正交信號一詞的含義將在下面進行解釋。
如果強烈的干擾使得不能使用部分的頻帶，系統(tǒng)可以重新給受影響的用戶分配頻帶的其它部分。需要更多帶寬的用戶可以分配給它更多的頻率，然而，這要求用戶可以同時在幾種頻率上進行傳輸，例如具有不只一個QPSK發(fā)射機。當(dāng)可適用時，在用來在基站建立子信道分配的設(shè)備60處，可以完成給用戶重新分配或分配更多的頻率。
正交性分別具有中心頻率f2和f3的兩個信號s1(t)和s2(t)如果滿足條件∫s1(t)xs2(t)=0在區(qū)間t=0到t=Tsymbol間這意味著它們之間沒有串?dāng)_并且它們可以相互獨立地檢測出來。為了保持正交性，它們必須具有頻率差Δf=1/Tsymbol其中Tsymbol等于一個符號周期或信號單元，即在時間平面相應(yīng)于二進制碼=符號的信號段。通過QPSK調(diào)制，即四相位移，該四個數(shù)字符號將是00,01,11,10。
從零到取樣頻率的一半的頻帶被分為2n個間隔，其中n的取值足夠大，可以在有線電視信道的頻帶內(nèi)提供N個子信道。
提供子信道分布的算法包含在基站1中進行子信道分配的設(shè)備60或者網(wǎng)絡(luò)單元6中，并與有關(guān)根據(jù)取樣原理所要求的最小取樣頻率的信息組成所需間隔數(shù)量的第一估算。如果需要調(diào)整，可以增加間隔的數(shù)量或者增加取樣頻率，以使子信道的提取方式適合于FFT算法的計算。
圖7圖解說明了子信道K1,K2,K3,…Kn，每個子信道發(fā)出對不同信道具有不同時延的符號流α1,α2,α3。(符號α1,α2,α3可以但不必一定相同。)這些時延是由信號從用戶到基站的傳輸時間引起的。由于不同的用戶與基站間的距離不同，傳輸時間也不同。由于FFT算法能夠區(qū)別不同的信道，從不同用戶發(fā)出的符號在其中進行FFT計算的時間間隔內(nèi)重疊，即在該被稱為快速傅立葉變換窗口I的間隔內(nèi)沒有符號轉(zhuǎn)換Sx發(fā)生。因此，在每個FFT窗口間需要有保護周期Tg，這降低了可能的傳輸速率。保護周期的持續(xù)時間決定于兩個傳輸間的時延Dm的最大差值。該所要求的保護周期反過來引起其它問題接收信號的相位以不容易被自適應(yīng)均衡器補償?shù)姆绞阶兓?br> 基站1包括用來計算保護周期長度Tg的設(shè)備81和用來計算在每個單獨信號中的可能的相位位移數(shù)目和相位位移狀態(tài)的設(shè)備82。
圖8顯示了反復(fù)發(fā)送符號“00”的子信道，這相應(yīng)于圖7中符號α1,α2,α3每次都相同的情況。這不是必要條件,但它有助于使例子更容易理解。如果使保護周期Tg與FFT窗口的長度相等，表示為Tg=I，信號只獲得一個相同的相位位移，但在傳輸中只獲得了50％的利用率。如果保護周期設(shè)定為FFT長度的1/4，如圖所示Tg=I/4，信號在每個FFT窗口開始處的相位，點A,B,C,D，在判決空間中，以相隔大約90度占用四個點，即，該信號具有四種不同的相位位移，并且即使是使用長的活動序列，這也大大超出了自適應(yīng)均衡器46的補償能力。根據(jù)本發(fā)明的本實施例，保護周期的長度Tg選為Tg=I/2n其中I=FFT的長度，2n為在FFT窗口開始處的接收信號中最大的相位位移數(shù)目。因此，如果保護周期設(shè)定為FFT長度的1/4，用符號表示為Tg=I/4，最大可以獲得四相相位位移。
圖9描述了由于具有不同的頻率，四個反復(fù)傳輸符號“00”的連續(xù)子信道,如何獲得不同數(shù)量的相移。信道a)具有四相相位位移a1,a2,a3,a4；信道b)具有兩相相位位移；信道c)具有四相相位位移；信道d)具有一相相位位移。信道上相位位移的數(shù)目是由其頻率和與FFT的長度I相關(guān)的保護周期長度Tg決定的。本發(fā)明通過將在組群中具有相同相位位移的符號分組，并使用適合于該組的相位及衰減條件的濾波器對每個組進行濾波，來利用這種在相位變化中的可預(yù)測的行為?；?包括按照可能的相位位移數(shù)目為信號分組的裝置83和用給定數(shù)目的，排列成濾波器組70,76的濾波器，對每個信號組進行周期性濾波的裝置84。
圖10A描述了四相位移的被稱為濾波器組70的一組濾波器的功能原理。該濾波器組70包括一組周期性地連接起來對信號進行濾波的濾波器H11(z),H12(z),…,H1n(z)。由于信道上可以獲得的最大的相位位移數(shù)目，和這些相位位移發(fā)生的次序是已知的，這組不同的濾波器可以按順序復(fù)合起來以使一定的符號可以通過適合于其相位位移和衰減的濾波器來均衡。濾波器則可以使用最小二乘法來調(diào)整，在下一個符號進行FFT計算時有對于下一個濾波器的位移?；?包括一些這樣的濾波器組。濾波器組的長度，濾波器的數(shù)目是由最大的相位位移數(shù)目2n決定的。在濾波器組中的每個濾波器H(z)具有至少一個復(fù)濾波系數(shù)h，并被用于特定的相位位移。該濾波系數(shù)h可以通過計算設(shè)備48使用諸如最小二乘法來修改。該濾波器組70的輸入端與FFT計算單元45相連并代替了圖4所示的傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡器單元46。加法器47，計算設(shè)備48和判決設(shè)備49以與圖4有關(guān)的方式運作。
圖10B顯示了一定數(shù)量相移的濾波器組70的可能實現(xiàn)方法。在圖10B中，該濾波器組包括一個濾波器71，該濾波器的復(fù)濾波系數(shù)周期性地改變以獲得一些不同的濾波器，即該濾波器組由一個濾波器71組成，復(fù)濾波系數(shù)在一些存儲在移位寄存器72中的復(fù)濾波系數(shù)h21,h22,h2n間周期性地選擇。該移位寄存器72對每個信號移動一個位置并且每個系數(shù)由計算設(shè)備48，用步長為Δ的最小二乘法進行調(diào)整。加法器47，計算設(shè)備48和判決設(shè)備49以與圖4有關(guān)的方式運作。
在圖10A和圖10B中，為簡明起見，活動單元51，選擇開關(guān)S1和與這些相關(guān)的連接器都已被舍去，但它們以與上面所述的相同的方式包含在該實施例中。
圖11顯示了具有四相位移的實現(xiàn)系統(tǒng)。由于每個信道中的相位位移的數(shù)目是已知的，所有信道的濾波器不必具有最大的長度，這節(jié)省了存儲空間。信道K2和K4具有四相相位位移并且以與圖10B中所述的相同的方式運作。信道K1只具有一相相位位移，因此只需要一個濾波器73，其濾波系數(shù)只需通過計算設(shè)備48使用最小二乘法來調(diào)整。信道K3具有兩相相位位移，因此在它的移位寄存器中有兩個濾波系數(shù)C32,C31來與濾波器74周期性地連接。加法器47，計算設(shè)備48和判決設(shè)備49以與圖4有關(guān)的方式運作。
其它實施例描述以下將描述本發(fā)明的其它可替代的實施例。只對那些使這些實施例區(qū)別于優(yōu)選實施例的特性進行描述。在所有其它方面，它們與優(yōu)選實施例一致。
圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的QPSK發(fā)射機126和下行接收機27的相關(guān)部件。(此處，每個用戶也可以具有一個或多個QPSK發(fā)射機126。)該QPSK發(fā)射機126以與優(yōu)選實施例中QPSK發(fā)射機26相同的方式運作，附加有一個相位補償裝置142。該相位補償裝置142，通過在每個符號后用每個符號所特有的相位位移重新啟動波形，來補償信號的相位位移上的保護周期Tg的影響。在本實施例中，既不需要分組也不需要用相同的濾波器組對該組濾波，因為所有信號以每個符號所特有的相位位移到達基站1的接收機。
圖13圖解說明了每個保護周期Tg如何以相角θ移動相位的。Tg=I/4給出了四種可能的相位位移，該位移表示為θk=θ0+ikπ/2ik=0,1,2,3所需相位補償φc=2πTg/Tc，其中Tc=1/fc，即載波的周期。
在符號間隔k中，信號可以寫為Sk(t)=Acos(2πfct+θk-kφc)(k-1)Tsymbol＜t＜kTsymbol(1)三角展開為Sk(t)=Acos(θk-kφc)cos(2πfct)-Asin(θk-kφc)sin(2πfct)(2)進一步地三角展開和替換ak=cosθkxk=cos(kφc)bk=sinθkyk=sin(kφc)得Sk(t)=A[akxk+bkyk]cos(2πfct)-A[bkxk-akyk]sin(2πfct)(3)替換A[akxk+bkyk]=ak’,A[bkxk-akyk]=bk’得Sk(t)=ak’cos(2πfct)-bk’sin(2πfct)(4)圖14顯示方程式4在相位補償設(shè)備142中是如何實現(xiàn)的。符號編碼器29將數(shù)字信號分割成兩比特塊，并相應(yīng)于圖3所描述的an±jbn為每個兩比特組合指定復(fù)數(shù)值ak±jbk。實數(shù)部分ak供給在其中與值xk混合的混合器143和在其中與yk混合的混合器146。虛數(shù)部分bk供給在其中與值xk混合的混合器147和在其中與yk混合的混合器145。xk和yk的取值從控制處理器37處獲得?；旌掀?43和混合器145的輸出信號在加法器148中相加，并在其出口處獲得ak’?；旌掀?46和混合器147的輸出信號在加法器149中相加，并在其出口處獲得bk’。用這種方法進行相位補償?shù)膶嵅亢吞摬縜k’和bk’，分別供給混合器30和混合器31(參看圖12)。
圖15顯示了根據(jù)方程式4具有非連續(xù)相位的信號。這里的非連續(xù)相位意味著當(dāng)傳輸相近的符號流時，相位是不連續(xù)的。這樣的波形可以由圖12的QPSK發(fā)射機126來生成。
圖16A顯示了具有連續(xù)相位的信號的頻譜分布，圖16B顯示了具有非連續(xù)相位的信號的頻譜分布，兩種信號都顯示為標(biāo)準(zhǔn)頻率的函數(shù)。可以預(yù)計這種類型信號的頻譜分布更難以處理，但模擬結(jié)果顯示差別并不大。這在圖16A和圖16B中可以看出。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，基站1可以控制每個用戶的QPSK發(fā)射機26來對每個傳輸進行預(yù)定時長的延時，以使所有的傳輸同時到達基站1中的接收機并且具有每個符號特有的相位位移。在本實施例中，不需要保護周期，因此沒有在優(yōu)選實施例中生成的那種相位誤碼產(chǎn)生，即，不需要相位補償或者分組和用相同的濾波器組對該組濾波，因為所有的信號以每個符號特有的相位位移到達基站的接收機。
用來計算保護周期長度Tg的裝置81和用來計算相位位移數(shù)目和狀態(tài)的裝置，都包括在基站1中，并為每個QPSK發(fā)射機26提供關(guān)于上行傳輸所需時延的信息。例如，該信息可以和有關(guān)頻率分配的信息結(jié)合起來，傳輸?shù)矫總€用戶的下行接收機27，控制處理器37將在該處提供時延。
在圖1-11所描述的優(yōu)選實施例中，光信號到電信號間的轉(zhuǎn)換發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)單元6，但在另一個實施例中，全部的網(wǎng)絡(luò)可以是光的。放大器和出口設(shè)備可以是光學(xué)設(shè)備，并且舉例來說，每個用戶使用一種波長進行傳輸，該波長是相互正交的，以使所有的發(fā)射機可以通過至少一種通用算法，例如，至少一種快速傅立葉變換FFT，來同時被接收和分離。中間的方法也是可能的，其中比在優(yōu)選實施例中具有更多的光網(wǎng)絡(luò)部分，但不是整個網(wǎng)絡(luò)都是光的。
權(quán)利要求
1．一種通過有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸和接收信息的方法，該有線電視網(wǎng)絡(luò)包括至少一個與有線分支網(wǎng)絡(luò)相連的基站，該分支網(wǎng)絡(luò)從該基站分支出到至少兩個具有發(fā)射機的用戶，包括下列步驟-為每個用戶的發(fā)射機分配一個特有的載波頻率；-選擇該載波頻率為相互正交的；-從用戶的接收機同時發(fā)送信號，在基站作為寬帶信號接受它們，并用至少一種通用的算法將它們分離開。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通用的算法包括至少一種FFT(快速傅立葉變換)計算。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，進一步包括以下步驟-在所發(fā)射的符號間引入保護周期，該保護周期的持續(xù)時間構(gòu)成將來自不同的用戶發(fā)射機的信號分離開的算法的持續(xù)時間的預(yù)定部分；-利用保護周期的持續(xù)時間和將不同的用戶發(fā)射機的信號分離開的算法的持續(xù)時間的關(guān)系，來確定每個獨立信號的可能的相位位移的數(shù)目，和相位位移的狀態(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進一步包括下列步驟-按照可能的相位位移數(shù)目對符號進行分組；-周期性地利用預(yù)定數(shù)目的濾波器對每組符號進行濾波；-由該組的相位位移數(shù)目來確定每個符號組的濾波器數(shù)目。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進一步包括下列步驟-計算保護周期，該保護周期的持續(xù)時間組成將不同的用戶發(fā)射機的信號分離開的算法的持續(xù)時間的預(yù)定部分；-利用保護周期的持續(xù)時間和將不同的用戶發(fā)射機的信號分離開的算法的持續(xù)時間的關(guān)系，來確定每個獨立信號的可能的相位位移的數(shù)目，和相位位移的狀態(tài)。-在每個用戶發(fā)射機中對用來向基站進行上行傳輸?shù)男盘栠M行相位補償，以使所有的信號獲得相同的相位位移。
6．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進一步包括下列步驟-為每個用戶計算合適的時延；-讓每個用戶的發(fā)射機在為這個用戶發(fā)射機計算的合適的時延后發(fā)射。
7．一種通過有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸和接收信息的儀器，該有線電視網(wǎng)絡(luò)具有至少一個與有線分支網(wǎng)絡(luò)(20,11,13)相連的設(shè)備(1,6)，該分支網(wǎng)絡(luò)從該設(shè)備分支出到至少兩個具有發(fā)射機(26)的用戶(17,18)，包括-為每個用戶的發(fā)射機(26)分配一個特有的載波頻率的裝置(60)，該載波頻率為相互正交的；-同時接收來自每個用戶的發(fā)射機(26)的作為寬帶信號的信號，并用至少一種通用的算法將該信號分離開的裝置(41-50)。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的儀器，其中該接收裝置(41-50)進一步包括進行至少一種快速傅立葉變換的計算設(shè)備(45)。
9．根據(jù)權(quán)利要求7或8的儀器，其中基站進一步包括-用來計算傳輸符號間的保護周期的持續(xù)時間的裝置(81)；-用來為每個單獨的信號計算不同的相位位移的數(shù)目和相位位移的狀態(tài)的裝置(82)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的儀器，其中基站進一步包括-按照可能的相位位移數(shù)目對信號進行分組的裝置(83)；-周期性地利用預(yù)定數(shù)目的濾波器對每組信號進行濾波的裝置(84)，該每組濾波器數(shù)目由該組的相位位移數(shù)目來確定。
11．一種通過有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸和接收信息的儀器，該有線電視網(wǎng)絡(luò)具有至少一個與有線分支網(wǎng)絡(luò)(20,11,13)相連的設(shè)備(1,6)，該分支網(wǎng)絡(luò)從該設(shè)備分支出到至少兩個具有包括相位補償裝置(142)的發(fā)射機(126)的用戶(17,18)，該儀器包括-為每個用戶的發(fā)射機(126)分配一個特有的載波頻率的裝置(60)，該載波頻率為相互正交的；-同時接收來自每個用戶的發(fā)射機(126)的作為寬帶信號的信號，并用至少一種通用的算法將該信號分離開的裝置(41-50)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的儀器，其中該接收裝置(41,50)進一步包括進行至少一種快速傅立葉變換的計算裝置(45)
13．根據(jù)權(quán)利要求11或12的儀器，包括-用來計算所傳輸?shù)姆栭g保護周期的持續(xù)時間的裝置(81)；-用來為每個單獨的信號計算可能的相位位移的數(shù)目和相位位移的狀態(tài)的裝置(82)。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)在有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸和接收信息的方法和儀器,該有線電視網(wǎng)絡(luò)包括至少一個與有線分支網(wǎng)絡(luò)相連的基站,該分支網(wǎng)絡(luò)從該基站分支出到至少兩個具有發(fā)射機的用戶。給每個用戶的發(fā)射機分配一個特有的載波頻率,該載波頻率是正交的,并且,來自用戶的發(fā)射機的信號同時發(fā)射,在基站處作為寬帶信號被接收,并且用通用的算法進行分離。
文檔編號H04N7/173GK1223055SQ9719382
公開日1999年7月14日 申請日期1997年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
發(fā)明者A·約翰松, M·海爾 申請人:艾利森電話股份有限公司