电缆调制解调器终端系统线卡中支持多条上行和下行信道 【技术领域】
本发明一般涉及电信系统，更具体地说，涉及在电缆调制解调器终端系统中支持多条数据信道。
背景
电信网络提供用于在位于不同位置的终端设备之间交换数据，例如语音、视频和其它数据的机制。一种电信传输系统是常规宽带光纤/同轴电缆混合(HFC)网络。最初开发电缆网络旨在通过同轴电缆网络向用户传送音频和视频内容。
近年来，电缆网络一直在发展。许多电缆网络已经通过采用光缆得以更新，从而产生术语“光纤/同轴电缆混合(HFC)网络”。在HFC网络中，头端通常通过光缆与多个光分配节点耦合。光分配节点还与将终端设备与网络连接的同轴电缆耦合。在光分配节点，信号在光电格式之间转换，以便在光缆和同轴电缆上传输。
最初，HFC网络提供从音频、视频和数据源至终端设备的下行(即从头端到终端设备)传输。最近，服务提供商改进了他们的系统，允许信号上行传输，即从终端设备到头端。这使诸如电话、视频点播、付费收看、因特网访问之类的数据业务和其它数据业务可以利用例如电缆调制解调器、机顶盒等通过现有的同轴电缆和光缆来提供。
一种电缆调制解调器采用称为“电缆上数据服务接口规范”(DOCSIS)的标准。该规范让不同制造商开发的设备可通过网络彼此通信。电缆调制解调器在用户位置与电缆网络连接。电缆调制解调器通过网络与位于头端的设备通信，该设备称为“电缆调制解调器终端系统”(CMTS)。一种典型的CMTS提供设有下行数据端口和多个上行数据端口的卡或机箱。每个CMTS让服务提供商可以服务于选定数量的客户，例如对于网络上的1000个家庭，一个卡可能就足够了。
随着因特网等的普及，对数据服务的需求在持续增长。因此，服务提供商继续增加其系统的容量来满足这种不断增长的需求。为了增加其系统的容量，服务提供商通常投入巨大成本安装附加的CMTS卡和机箱。
因此需要一种机制，用于在现有机箱和卡尺寸的范围内增加CMTS的端口密度。
发明概要
本发明的实施例克服了现有电缆调制解调器终端系统(CMTS)的问题。提供CMTS电路的多个实施例。每个实施例都实现了单个CMTS电路所支持的用户数量地增加，同时占用的物理空间与现有CMTS卡或机箱一样。例如，CMTS电路采用与现有CMTS卡或机箱相同的物理接口。在一个实施例中，这是利用多个媒体访问控制(MAC)电路来实现的。每个MAC电路支持单个下行信道。采用单个上变频器对下行信道进行组合以及上变频。有利的是，上变频器的再用可以充分节省CMTS电路中的空间，从而在单个CMTS卡或机箱中可以支持多个下行信道。
在一个实施例中，提供一种用于电缆调制解调器终端系统的电路。该电路包括背板接口以及与该背板接口耦合的分组处理引擎。该电路还包括多个媒体访问控制(MAC)电路，每个媒体访问控制电路耦合到分组处理引擎，每个MAC电路通过单个上变频器支持N个相邻下行信道之一，每个MAC电路还支持多个上行信道。
另外还描述其它实施例，并要求其权利。
附图简介
图1A是根据本发明论述、用于支持多个下行信道的电缆调制解调器终端系统的电路的一个实施例的框图。
图1B是根据本发明论述、用于支持多个下行信道的电缆调制解调器终端系统的电路的另一个实施例的框图。
图1B1和1B2是图1B的实施例的更详细框图。
图2是说明根据本发明论述的电缆调制解调器终端系统的下行数据信道的频谱分配的一个实施例的图表。
图3是说明根据本发明论述的电缆调制解调器终端系统的上行数据信道的频谱分配的一个实施例的图表。
图4是根据本发明论述、包括支持多个下行信道的电缆调制解调器终端系统的系统的一个实施例的框图。
发明的详细说明
在下文对实施例的详细说明中，参考了一些附图，这些附图构成说明的一部分，其中通过图解说明表示可实施本发明的具体实施例。应当理解，可以采用其它实施例，在不违背本发明范围的前提下可进行结构上的修改。
图1A是根据本发明论述的一个电路实施例的框图，该电路由10一般地表示，用于支持多个下行信道的电缆调制解调器终端系统。电路10与现有系统相比，通过在同一个卡或机箱上包括多个媒体访问控制(MAC)电路18-1、...、18-N，增加了端口密度而没有增加卡或机箱的尺寸。每个MAC电路18-1、...、18-N均支持单独的下行信道和单独的多个上行信道。换言之，每个MAC电路18-1、...、18-N支持单独的MAC域。增加的信道使电路10可以接入比现有系统数量更多的家庭。再者，所有MAC电路18-1、...、18-N共享相同的下行端口24和相同的上行端口26-1...、26-K。由此，电路10可以用在与现有卡或机箱相同的物理空间里，从而增加端口密度，而不需要完全修改现有系统的物理结构。
电路10与数据网络接口。电路10包括背板接口14，它用于为电路10提供通过网络接口12到数据网络的连接。电路10还包括分组处理引擎16。在一个实施例中，分组处理引擎16是通过一个或多个处理器来实现的，处理器经编程，为电路10的多个MAC域处理数据分组。
电路10还包括MAC电路18-1、...、18-N。这些MAC电路18-1、...、18-N根据电缆上数据服务接口规范(DOCSIS)标准处理分组。每个MAC电路18-1、...、18-N分开且独立地工作以处理单个下行信道和多个上行信道中的分组。因此，通过增加MAC电路的数量，增加了电路的容量，而无需更改结合电路的卡或机箱的物理接口。
电路10包括下行数据或信号路径，用于通过多个下行数据信道下行至电缆调制解调器载送信号。在下行方向上，MAC电路18-1、...、18-N将数据提供到下行信道20。下行信道20提供中频(IF-1、...、IF-N)的调制数据，中频按信道间隔彼此偏移。IF信号被提供给上变频器22。上变频器22将上变频并放大的输出提供给下行端口24以供传输。
图2的曲线200中提供了下行端口24处的输出的实例。如图所示，带宽为YMHz的频带202-1、...、202-N中N个相邻信道分别分配给N个MAC域。在一个实施例中，每个信道的带宽为6MHz。也可以采用其它信道带宽。有利的是，采用相邻频带202-1、...、202-N，使得可以采用单个上变频器22为传输准备下行信道20的信号。通过将共用电路均衡地用于多个MAC电路，采用单个上变频器大大降低了在电路10上支持多个MAC域的成本和空间需求。在一个实施例中，上变频器22可进行编程，从而可以生成具有适当带宽的输出以支持多个下行信道。在一个实施例中，上变频器22经过编程，可将相邻下行信道设在90至870MHz范围内的任何适当频带。
电路10还在上行方向上从电缆调制解调器接收信号。在上行方向上，在上行端口26-1、...、26-K从电缆调制解调器接收数据。每个上行端口26-1、...、26-K接收多个上行信道上的数据。例如，在一个实施例中，每个端口26-1、...、26-K接收N个信道的数据。因此，电路10被设计为将来自各个端口26-1、...、26-K的N个信道其中之一提供给MAC电路18-1、...、18-N中对应的一个。有利的是，在每个上行端口上接收多个信道使电路10可在采用常规卡或机箱尺寸而增大CMTS的容量。
电路10包括上行信道28。在一个实施例中，上行信道28为每个MAC提供K个上行信道，MAC的各个上行信道在上行端口26-1、...、26-K其中之一处被接收。由此，每个MAC电路处理一个下行信道和K个上行信道。电路10处理N个下行信道和K*N个上行信道。
在图3中，曲线300说明电路10所服务的一个光节点(参见图4)的上行频谱实例。在本实例中，来自选定光节点的上行信道处于5-42MHz频率范围内。光节点的每个信道，例如信道302-1、...、302-K具有独立且相区分的频带，其中电路10的每个端口对应于一个频带。电路10所服务的其它光节点的上行信道的频率分配经过安排，使每个节点可提供无干扰上行信道给电路10的每个端口。再者，在一个实施例中，上行端口26-1、...、26-K的各个信道的频带不是相邻的。另外，应当理解，在其它实施例中，上行信道位于其它适当的频带，例如5-65MHz。
图1B1和1B2是根据本发明论述的支持多个下行信道的电缆调制解调器终端系统的电路实施例的框图，通常以100表示。电路100与现有系统相比，通过将多个媒体访问控制(MAC)电路106-1、...、106-N包括在同一个卡或机箱上，有利地增加了端口密度而不增大卡或机箱的尺寸。每个MAC电路106-1、...、106-N支持独立的下行信道和独立的多个上行信道。换言之，每个MAC电路106-1、...、106-N支持独立的MAC域。增加的信道使电路100可以提供比现有系统数量更多的接通家庭。再者，所有MAC电路106-1、...、106-N共享相同的下行端口114和相同的上行端口116-1、...、116-K。因此，电路100可以用在与现有卡或机箱相同的物理空间里，从而增加端口密度而无需对现有系统的物理结构进行全面修改。
电路100与数据网络接口。电路100包括背板接口102，它通过网络接口101为电路100提供至数据网络的连接。电路100还包括分组处理引擎104。在一个实施例中，分组处理引擎104利用一个或多个处理器实现，处理器经编程而处理电路100的多个MAC域的数据分组。
电路100还包括MAC电路106-1、...、106-N。这些MAC电路106-1、...、106-N根据电缆上数据服务接口规范(DOCSIS)标准来处理分组。每个MAC电路106-1、...、106-N分开且独立地工作以处理单个下行信道和多个上行信道中的分组。因此，通过增加MAC电路的数量，增加电路的容量，而无需更改结合电路的卡或机箱的物理接口。
电路100包括下行数据或信号路径，用于通过多个下行数据信道向电缆调制解调器下行传送信号。在下行方向上，MAC电路106-1、...、106-N分别将数据提供给下行调制器108-1、...、108-N。调制器108-1、...、108-N将数据调制到按信道间隔相互偏移的中频(IF-1、...、IF-N)。调制器108-1、...、108-N的IF输出在组合器110中相加并提供给上变频器112。上变频器112将上变频并放大的输出提供给下行端口114，以供传输。
图2的曲线200中提供了下行端口114处的输出的一个实例。如图所示，每个下行调制器108-1、...、108-N负责带宽为YMHz的频带202-1、...、202-N中N个相邻信道其中一个。在一个实施例中，每个调制器108-1、...、108-N采用6MHz输出信道。也可采用其它信道带宽。有利的是，采用相邻频带202-1、...、202-N，使得可用单个上变频器112为传输准备发自调制器108-1，...，108-N的信号。通过将共用电路均衡地用于多个MAC电路，采用单个上变频器大大降低了在电路100上支持多个MAC域的成本和空间需求。在一个实施例中，上变频器114可以进行编程，从而可以生成具有适合带宽的输出以支持多个下行信道。在一个实施例中，上变频器112经编程，将相邻下行信道设在90至870MHz范围内的任何适当频带。
电路100还在上行方向上从电缆调制解调器接收信号。在上行方向上，在上行端口116-1、...、116-K从电缆调制解调器接收数据。每个上行端口116-1、...、116-K接收多个上行信道上的数据。例如，在一个实施例中，每个端口116-1、...、116-K接收N个信道的数据。因此，电路100被设计为将来自各个端口116-1、...、116-K的N个信道之一提供给MAC电路106-1、...、106-N中对应的一个。有利的是，在每个上行端口接收多个信道使电路100可以在采用常规卡或机箱尺寸的情况下增大CMTS的容量。
分路器118-1、...、118-K将在其各自端口116-1、...、116-K接收到的信道分离出来。在一个实施例中，每个分路器118-1、...、118-K提供N个输出，例如4个输出或其它适合数量的输出。N个输出中的每一个通过相应的接收器/解调器对耦合到相应MAC电路的输入。例如，如图1所示，分路器118-1将N个输出提供给接收器120-1-1、...、120-1-N，用以下变频为中频、例如4MHz IF信号。在一个实施例中，接收器120-1-1、...、120-1-N是数字接收器，它们适合于从光分配节点的光纤连接接收已经在CMTS卡上数字化的上行调制数据信号(参见图4)。数字接收器容易结合在电路100中，在一个实施例中，所有数字接收器都结合在单个专用集成电路(ASIC)中。再者，接收器120-1-1、...、120-1-N分别耦合到解调器122-1-1、...、122-1-N。解调器122-1-1、...、122-1-N分别耦合到MAC电路106-1、...、106-N。其它接收器/解调器对中每一个按所示连接。在图1中，接收器表示为120-X-Y，解调器表示为122-X-Y。在各个情况中，参考数字中的X标识接收器或解调器的相关上行端口，Y表示相关的MAC电路。由此，每个MAC电路处理一个下行信道和K个上行信道。电路100处理N个下行信道和K*N个上行信道。
在图3中，曲线300说明电路100所服务的一个光节点(参见图4)的上行频谱实例。在本实例中，来自选定光节点的上行信道位于5-42MHz频率范围内。光节点的每个信道、例如信道302-1、...、302-K具有独立且相区分的频带，其中电路100的每个端口对应于一个频带。电路100所服务的其他光节点的上行信道的频率分配经过安排，使得每个节点可提供无干扰上行信道给电路100的每个端口。再者，在一个实施例中，上行端口116-1、...、116-K的各个信道的频带不是相邻的。另外，应当理解，在其它实施例中，上行信道位于其它适当的频带，例如5-65MHz。
图4是根据本发明论述的系统实施例的框图，通常以400表示，它包括支持多个下行信道的多信道电缆调制解调器终端系统404。系统400包括头端402。在其它部件中，头端402包括在单个卡或机箱中支持多个下行信道和多个上行信道的多信道CMTS 404。有利的是，CMTS 404具有如下物理配置：使用数量与现有卡和机箱中相同的上行和下行端口，而提供比现有卡和机箱更多的下行和上行信道。由此，CMTS 404可支持比现有CMTS卡和机箱数量更多的用户。在一个实施例中，CMTS 404是按照参考图1A、1B1和1B2、2和/或3所述来构造的。
头端402耦合到多个光分配节点406-1、...、406-N。每个光分配节点表示CMTS 404的一个独立MAC域。头端402通过下行光纤414耦合到光分配节点406-1、...、406-N。每个光分配节点406-1、...、406-N还耦合到同轴电缆416表示的同轴电缆分布网络。每个光分配节点406-1、...、406-N包括适合将来自头端402的光信号转换为电信号以便通过同轴电缆传输的电路。另外，光分配节点406-1、...、406-N各包括还适合将来自同轴电缆的电信号转换为光信号以便传输到头端402的电路。
同轴电缆416提供终端设备与网络400的连接。例如，分接头418表示的分接头为终端设备、如电缆调制解调器408提供连接机构。在一个实施例中，电缆调制解调器408包括根据电缆上数据服务接口规范(DOCSIS)标准的电缆调制解调器。
头端402为来自CMTS 404的数据提供下行路径。下行数据路径包括电光转换器(O/E)410，它以串联形式与位于CMTS 404的下行端口(DS)与光纤414之间的分路器412耦合。由此，把来自CMTS 404的下行数据信号通过光纤414提供给光分配节点406-1、...、406-N，以便分配给选定的终端设备。
头端402还包括用于来自终端设备的数据的上行路径。在上行方向中，光分配节点406-1、...、406-N通过上行光纤420分别耦合到光电转换器(O/E)422-1、...、422-N。每个上行光纤420承载多个上行信道并耦合到CMTS 404的上行端口US1、...、USK其中之一。
结论
已经说明了本发明的许多实施例。在这些实施例中，提供一种电缆调制解调器终端系统(CMTS)，它使用相同的与系统的物理接口，增加了单个CMTS卡或机箱所支持的用户数量。在一个实施例中，采用多个媒体访问控制(MAC)电路来实现此目的。每个MAC电路支持单个下行信道。采用单个上变频器组合下行信道并对其进行上变频。有利的是，上变频器的再用实现可支持多个下行信道的CMTS卡或机箱在空间上的充分节省。
应当理解，上述说明目的仅在于说明而非限定。本领域的技术人员通过阅读和理解上述说明将会明白许多其它实施例。因此，本发明的范围应该参考所附权利要求书以及该权利要求书得到授权的等效物的整个范围确定。