專利名稱：寬帶線纜系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
線纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范(DOCSIS)標準定義了線纜提供者和線纜用戶之間的高速、雙向數(shù)據(jù)通信信道。DOCSIS標準定義了層1到層3通信協(xié)議、定時以及射頻(RF)規(guī)范，用于線纜系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)流量。通信介質(zhì)可以是同軸電纜或光纖。
圖1示出了因特網(wǎng)協(xié)議(IP)流量目前是如何在DOCSIS系統(tǒng)上傳輸?shù)?。通信鏈路被建立在線纜提供者端的線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)(CMTS)14和用戶端的線纜調(diào)制解調(diào)器(CM)20之間。從CMTS 14到CM 20的數(shù)據(jù)傳輸被稱為下行數(shù)據(jù)流，而從CM 20到CMTS 14的傳輸被稱為上行數(shù)據(jù)流。
線纜系統(tǒng)頭端的CMTS 14可以包括用于接收IP流量的廣域網(wǎng)連接12，例如以太網(wǎng)連接。其他類型的網(wǎng)絡(luò)接口也可被使用，例如動態(tài)分組傳輸/彈性分組環(huán)(DPT/RPR)或SONET/SDH上的分組(POS)。CMTS 14對高速混合光纖同軸電纜(HFC)19上的單個下行信道16上的IP流量進行調(diào)制。在一種情形下，單個下行信道16具有大約30到42兆比特每秒(Mbps)的帶寬極限，并且可對連接到相同線纜線路19的多達8000個不同的線纜調(diào)制解調(diào)器20提供下行IP連通性。每個線纜調(diào)制解調(diào)器20解調(diào)下行流量，并將該流量格式化，以通過以太網(wǎng)鏈路22進行傳輸。上行IP流量在上行信道18上傳輸。
線纜流量的大部分由在從CMTS 14到CM 20的下行方向上流動的數(shù)據(jù)組成?，F(xiàn)有的帶寬對于可在共享帶寬上高效工作的具有爆發(fā)性流量的大量線纜調(diào)制解調(diào)器來說可能是足夠的。但是，現(xiàn)有的線纜系統(tǒng)不能支持具有很高的平均帶寬的應(yīng)用，例如恒定比特率(CBR)或可變比特率(VBR)視頻。
本發(fā)明解決該問題和與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)通過將數(shù)據(jù)流編碼入寬帶分組來提高單個信道的可用帶寬。寬帶分組與擴展在多個下行物理線纜信道上的邏輯寬帶信道相關(guān)聯(lián)。
通過下面參照附圖的對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1是示出了在用于傳輸IP數(shù)據(jù)的線纜線路中使用的下行和上行信道的背景示意圖。
圖2是示出了寬帶線纜系統(tǒng)是如何使用多個下行信道來傳輸下行IP流量的框圖。
圖3是寬帶線纜系統(tǒng)中使用的電路詳圖。
圖4示出了寬帶信道中的MPEG分組排序。
圖5～圖9示出了寬帶分組中的不同字段。
圖10和圖11示出了寬帶信道是如何在不同的RF信道上動態(tài)改變的。
圖12～圖14示出了不同的寬帶和窄帶信道是如何與不同的RF信道相關(guān)聯(lián)的。
圖15示出了DOCSIS MAC幀是如何能跨越寬帶分組的。
圖16示出了字節(jié)如何被拆分到多個RF信道上的一個示例。
圖17示出了寬帶信道描述符。
圖18是示出了寬帶線纜系統(tǒng)如何被配置的框圖。
具體實施例方式
參照圖2，HFC 33中的一組下行RF信道30被捆綁在一起，成為一個寬帶信道35。單個的RF信道30在本發(fā)明的術(shù)語中被定義為窄帶(NB)信道。寬帶信道35是跨越一個或多個物理RF信道30的邏輯信道。
IP服務(wù)器26通過以太網(wǎng)連接27或某些其他類型的廣域網(wǎng)(WAN)鏈路，輸出IP數(shù)據(jù)流到寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)(WCMTS)28。任何類型的數(shù)據(jù)都可通過連接27而被發(fā)送，但是在一個示例中，視頻數(shù)據(jù)流被發(fā)送。WCMTS 28在多個不同的下行RF信道30上傳送數(shù)據(jù)流的各部分。
寬帶信道35包含若干個寬帶傳輸子信道，這些子信道可被動態(tài)調(diào)整以用于變化的帶寬需求。遺留協(xié)議可被交織在寬帶信道中，以維持與現(xiàn)存線纜調(diào)制解調(diào)器的向后兼容性。寬帶信道35的帶寬提供了對DOCSIS兼容環(huán)境中的數(shù)據(jù)/語音/視頻IP流的可擴展的和高效的可變比特率(VBR)利用。
各個下行RF信道30在HFC線路33上的一個或多個寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器(WCM)34處被接收。在一個實施例中，WCMTS 28還工作為傳統(tǒng)CMTS(圖1)，WCM 34還工作為傳統(tǒng)CM 20，如圖1所示。上行信道32用于從WCM 34到WCMTS 28的上行DOCSIS通信。
RF信道30彼此獨立。所有的RF信道30都可開始于單個的多信道WCMTS 28，但是每個不同的RF信道可去往不同的WCM 34。多個WCM34可共享單個或多個下行RF信道30。通過將DOCSIS MAC幀成幀為運動圖像專家組一傳輸流(MPEG-TS)分組，數(shù)據(jù)經(jīng)由RF信道30被傳送。
WCM 34可同時解調(diào)不同信道30中的每一個，并重新生成在鏈路27上接收到的原始數(shù)據(jù)流的不同部分。在一個示例中，分布在不同的下行RF信道30上的數(shù)據(jù)流的不同部分被重新格式化回以太網(wǎng)幀，并通過鏈路36被發(fā)送到IP機頂盒(STB)38。STB 38將包含在以太網(wǎng)幀中的數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號，以用于在電視40上顯示。
圖3示出了WCMTS 28和WCM 34中的電路，其用于寬帶信道35的編碼和解碼。WCMTS 28包括底板42，用于將來自WAN連接27的數(shù)據(jù)耦合到寬帶發(fā)送成幀器44和媒體訪問控制(MAC)接口46。在一個實施例中，寬帶成幀器44將以太網(wǎng)幀分割為寬帶分組，它們通過多個下行信道30而被同時發(fā)送。
在一個示例中，使用正交幅度調(diào)制(QAM)對寬帶信道30中的每一個進行調(diào)制。在一個示例中，對16個下行RF信道30進行64QAM調(diào)制提供了大約480兆比特每秒(Mbps)的下行帶寬。使用256QAM調(diào)制提供了大約640Mbps的下行帶寬。每個下行RF信道30都與正交幅度調(diào)制器(QAM)和升頻器(U)48相關(guān)聯(lián)。每個Q&U 48調(diào)制不同RF信道上的MPEG數(shù)字數(shù)據(jù)。
MAC接口46也用于通過單個的RF信道30A來發(fā)送DOCSIS IP數(shù)據(jù)，以及通過上行RF信道32來接收DOCSIS IP數(shù)據(jù)。解調(diào)器50解調(diào)通過上行信道32接收的上行IP流量。WCMTS 28中的MAC 46可使用相同的Q&U 48A來通過下行信道30A發(fā)送窄帶流量、寬帶流量或窄帶和寬帶流量。
每個WCM 34包括寬帶調(diào)諧器54，其包括多個調(diào)諧器(T)和QAM解調(diào)器(D)56。T&D 56解調(diào)來自下行信道30的數(shù)字數(shù)據(jù)。寬帶接收(Rx)成幀器58將通過不同的RF信道30接收的數(shù)據(jù)重新組合為服務(wù)器26(圖2)最初發(fā)送的數(shù)據(jù)流。
解碼器60包括DOCSIS MAC/PHY接口，用于控制MPEG幀如何被組裝為以太網(wǎng)幀并通過因特網(wǎng)鏈路36被發(fā)送。MAC/PHY接口還用于通過上行RF信道32來發(fā)送IP數(shù)據(jù)到CMTS 14中的MAC接口46。WCMTS28中的MAC接口46發(fā)送寬帶信道描述符(WCD)55到WCM 34，指示哪些RF信道30是寬帶信道35的一部分。
寬帶格式化圖4示出了在4寬度寬帶信道35中對寬帶MPEG-TS分組69的垂直拆分。寬帶MPEG-TS分組69承載寬帶DOCSIS數(shù)據(jù)。垂直排列索引(VAI)沿水平方向的MPEG-TS分組69遞增。垂直方向的一組寬帶MPEG-TS分組中的VAI值在水平軸上示出。例如，寬帶MPEG-TS分組1～4被被指定為VAI為0。
寬帶信道有效地獨立于層1物理層(PHY)，并工作為PHY層和層2MAC層之間的墊層。這允許下行帶寬可以不鄰接。指定給特定的WCM的帶寬可分布在整個可用的RF頻譜的不同的非鄰接部分。換言之，非鄰接RF信道的任意可選組合可被用于任意寬帶信道。
VAI指示通過RF信道發(fā)送的寬帶MPEG-TS分組69的時間次列。WCM 34使用VAI來重新排列通過不同的RF信道而從WCMTS 28接收到的寬帶MPEG-TS分組69。射頻(RF)表(圖17)標識了RF信道的頻率以及所標識的RF信道被WCM 34解碼的順序。
解碼器60使用VAI來在時間上排列通過多個RF信道傳輸?shù)膶拵PEG-TS分組69。然后，解碼器60以在RF表(圖17)中標識出的特定的信道次序?qū)μ囟ǖ腞F信道進行解碼。
在圖4所示的示例中，解碼器60讀取RF信道1中的寬帶MPEG-TS分組1，然后讀取RF信道2中的寬帶MPEG-TS分組2。解碼器60以類似的方式組合來自RF信道的其它寬帶分組3、4、5，等等。不同的WCM34可根據(jù)RF表中包含的頻率次序，以不同的RF信道順序掃描不同的RF信道頻率。
圖5更詳細地示出了寬帶MPEG-TS分組69的格式。寬帶分組69由MPEG-TS頭部70、指針字段72(可能不出現(xiàn)在所有的寬帶分組中)、寬帶頭部74，以及DOCSIS有效載荷76組成。標準MPEG-TS頭部70中所含字段的一個示例如表1.0所示。
分組標識符(PID)存在于當前的MPEG傳輸方案中。特定的PID值在本發(fā)明的一個實施例中以新穎的方式被用來標識與寬帶信道相關(guān)聯(lián)的有效載荷。WCM 34(圖2)將寬帶PID值與RF表一起使用，以對擴展在多個下行信道上的寬帶有效載荷進行解碼。
連續(xù)性計數(shù)器(CC)是在傳統(tǒng)MPEG頭部中使用的預(yù)先存在的字段。在本發(fā)明的一個實施例中，以新穎的方式使用CC，以跟蹤擴展在多個RF信道上的寬帶MPEG-TS分組。
指針字段72包含寬帶分組69中緊跟著指針字段72的、WCM 34中的成幀器58(圖3)在查找DOCSIS MAC幀的開始之前必須跳過的字節(jié)數(shù)。指針字段72可指向DOCSIS MAC幀的開始?；蛘?，指針字段72可指向DOCSIS MAC幀之前的任意填充字節(jié)。指針字段先前在DOCSIS中用于標識同一RF信道中的連續(xù)MPEG-TS分組。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的寬帶方案使用指針字段72來標識擴展跨越在多個RF信道上的有效載荷。
表1.0 寬帶MPEG-TS分組的MPEG-TS頭部格式

表2.0更詳細地示出了寬帶頭部74。寬帶頭部74包含保留位，保留位后面是垂直排列索引(VAI)。保留字段可用來補償偏離(skew)。例如，RF信道之一可能顯著領(lǐng)先于其它RF信道。保留字段可用于標識兩個連續(xù)的寬帶MPEG-TS分組的相同VAI。寬帶MPEG-TS分組69中寬帶頭部74的精確位置可依賴于指針字段72是否存在而變。
表2.0 寬帶頭部格式

寬帶MPEG-TS分組69中的DOCSIS有效載荷76可承載DOCSISMAC幀，也可承載填充字節(jié)。WCMTS 28可在不活動的寬帶信道中插入傳統(tǒng)MPEG-TS空分組或?qū)拵PEG-TS空分組。與傳統(tǒng)MPEG-TS空分組不同，寬帶MPEG-TS空分組可向WCM 34提供VAI。
DOCSIS MAC幀可開始于寬帶MPEG-TS分組69的有效載荷76中的任意位置，并可跨越多個寬帶MPEG-TS分組。幾個DOCSIS MAC幀可存在于單個寬帶MPEG-TS分組中。
圖6示出了MPEG-TS頭部70中的有效載荷單元起始標識符(PUSI)位，其指示指針字段72是否作為MPEG-TS有效載荷的第一字節(jié)而存在。DOCSIS有效載荷76中的DOCSIS MAC幀78的起始的位置緊隨寬帶頭部74之后。在圖6中，指針字段72是1，WCM 34中的解碼器60開始搜索緊隨寬帶頭部74之后的有效DOCSIS MAC子層幀控制(FC)。
圖7示出了這樣的情形，其中DOCSIS MAC幀2之前是前一DOCSISMAC幀1的末尾(有可能是一列填充字節(jié)83)。指針字段72將幀1末尾后的第一字節(jié)(可能是填充字節(jié))標示為WCM 34中的解碼器60應(yīng)當開始搜索DOCSIS MAC子層幀控制值的位置。
圖8示出了同一寬帶MPEG-TS分組69中包含的多個DOCSIS MAC幀1、2和3。DOCSIS MAC幀可以是一個接一個的，或者可以被一列可選的填充字節(jié)83所分隔。圖9示出了這樣的情形，其中DOCSIS MAC幀1跨越多個寬帶MPEG-TS分組69A、69B和69C。寬帶MPEG-TS分組69C封裝了下一MAC幀2的起始。寬帶MPEG-TS分組69C的指針字段72C指向跟隨著MAC幀1末尾最后一個字節(jié)的字節(jié)。
寬帶動態(tài)帶寬分配圖10示出了寬帶信道的帶寬可如何通過改變RF信道的數(shù)量而被動態(tài)調(diào)整。在一個示例中，寬帶信道的帶寬在寬帶MPEG-TS分組邊界處調(diào)整。WCMTS 28(圖3)可簡單地通過改變與不同PID相關(guān)聯(lián)的RF表中的寬帶配置參數(shù)來動態(tài)改變多個不同寬帶信道的帶寬。
例如，圖10示出了映射在4個RF信道1～4上的3個寬帶信道PID＝X、Y和Z。使用RF信道頻率表對3個寬帶信道進行配置。RF信道頻率表是寬帶信道描述符的一部分，寬帶信道描述符在進入RF信道1～4時指定寬帶信道。信道頻率表是圖17所示的寬帶信道描述符55的一部分。
根據(jù)RF頻率表，WCM 34通過監(jiān)控所有四個RF信道1～4以獲得具有某些PID值(見表1.0)的寬帶分組來找到寬帶數(shù)據(jù)。WCM 34還通過在寬帶信道中的DOCSIS MAC幀有效載荷中查找以太網(wǎng)分組中的目的地地址(DA)字段中的MAC地址，來過濾寬帶信道數(shù)據(jù)。
圖10示出了寬帶信道PID＝X，其在寬帶MPEG-TS分組69具有等于N的垂直排列索引(VAI)時，使用所有四個RF信道1、2、3和4的全部帶寬。對于在VAI＝N+1傳輸?shù)南乱粋€寬帶MPEG-TS分組，RF信道1和2承載寬帶信道PID＝Y(jié)，而RF信道3和4繼續(xù)承載寬帶信道PID＝X。寬帶信道X和Y之間對帶寬的等分持續(xù)到寬帶MPEG-TS分組具有等于M+1的VAI。
在VAI＝M+1，寬帶信道X再次使用所有4個RF信道的全部帶寬。對RF信道的這種使用持續(xù)到并包括所傳輸?shù)膶拵PEG-TS分組具有等于P的VAI時。當下一寬帶MPEG-TS分組在VAI＝P+1傳輸時，RF信道2～4被用于寬帶信道Z，而RF信道1被用于寬帶信道X。
WCM解碼器60讀取每個寬帶分組69中的PID值。由于VAI＝N的所有寬帶分組具有相同的PID值，所以WCM解碼器60將這些分組組合在一起，作為同一寬帶信道的一部分。在VAI＝N+1，RF信道1和2的寬帶分組具有PID＝Y(jié)，而RF信道3和4的寬帶分組具有PID＝X。WCM解碼器60通過讀取PID，知道了如果合適的話，將RF信道3和4中的寬帶信道X的MPEG幀與先前在VAI＝1處寬帶信道X的RF信道1～4中接收到的其它MPEG幀進行組合。在合適時，WCM解碼器60類似地將在從VAI＝N+1到VAI＝M在RF信道1和2上的寬帶信道Y中接收到的MPEG幀進行組合。
圖11示出了垂直排列索引(VAI)是如何與連續(xù)性計數(shù)器(CC)組合起來工作的。CC是這樣的字段，其隨著每個具有相同分組標識符(PID)的傳輸流分組而增加。在一個示例中，17個寬帶MPEG-TS分組時隙VAI＝0到VAI＝16通過4個RF信道中的每一個被發(fā)送。兩個寬帶信道X和Y被映射在四個RF信道1、2、3和4上。
VAI值用于排列跨越所有RF信道的寬帶MPEG-TS分組的垂直組。CC值根據(jù)寬帶信道在這些RF信道上水平方向增加。寬帶MPEG-TS分組中的CC對于每個RF信道PID被獨立對待。這允許即使特定寬帶信道的寬帶分組在某個VAI分組時隙中未被發(fā)送時，WCM解碼器60也可確定特定RF信道的一列寬帶分組中哪些分組已被接收到。
圖12示出了6個光纖節(jié)點A～F，它們每個都具有獨立的轉(zhuǎn)發(fā)載波路徑。每個轉(zhuǎn)發(fā)載波路徑都包含它自己的RF頻譜。寬帶信道WB1～WB4與RF信道1～4相關(guān)聯(lián)，而窄帶信道NB1～NB4與RF信道5相關(guān)聯(lián)。光纖節(jié)點A和B每個都共享相同的窄帶信道NB1和寬帶信道WB1。這導(dǎo)致了WB1到NB1的單個關(guān)聯(lián)。應(yīng)當理解，這只是一個示例，任意數(shù)量的寬帶和窄帶信道的任何組合可與任意數(shù)量的RF信道及RF信道的任意組合相關(guān)聯(lián)。
光纖節(jié)點C和D共享寬帶信道WB2，并且分別具有它們自己的窄帶信道NB2和NB3。這導(dǎo)致了WB2到NB2和WB2到NB3這2個獨立的關(guān)聯(lián)。光纖節(jié)點E和F共享同一窄帶信道NB4，但是分別具有不同的寬帶信道WB3和WB4。這導(dǎo)致了WB3到NB4和WB4到NB4這2個獨立的關(guān)聯(lián)。在一個實施例中，一個PID與每個寬帶信道相關(guān)聯(lián)。于是，與特定PID相關(guān)聯(lián)的寬帶信道描述符標識出RF信道的WCM，以及與寬帶信道和窄帶信道相關(guān)聯(lián)的次序。
寬帶信道描述符55(圖3)由WCMTS 28通過窄帶信道30A發(fā)送。WCD 55包含信道描述符，其標識了RF信道頻率，以及與每個光纖節(jié)點A～F相關(guān)聯(lián)的寬帶信道的次序和PID。寬帶信道到窄帶信道的每個唯一的關(guān)聯(lián)可具有它自己的寬帶信道描述符。
交織寬帶和窄帶信道窄帶和寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器可通過專用于窄帶信道的RF信道或?qū)拵Ш驼瓗诺老嗷ソ豢椀腞F信道來接收窄帶MPEG-TS分組。圖13和14示出了兩種不同的情形。
圖13示出了5個RF信道1～5。RF信道1～4承載寬帶信道X的寬帶MPEG-TS分組90。RF信道5承載窄帶信道(PID＝DOCSIS PID)中的窄帶MPEG-TS分組92。來自RF信道1～4的寬帶分組90被WCM 34組合在一起，以生成單個的寬帶數(shù)據(jù)流。來自RF信道5的窄帶分組92被組合在一起，以生成單個的窄帶數(shù)據(jù)流。
圖14示出了另一交織配置，其中RF信道1～4承載寬帶和窄帶信道。寬帶信道X擴展在所有4個RF信道1～4的不同組合上，而窄帶信道(PID＝DOCSIS PID)在RF信道4上與寬帶信道X相互交織。
寬帶信道X的帶寬可被動態(tài)調(diào)整，以允許窄帶信道92可在從VAI＝N+1到VAI＝M的分組時隙期間共享RF信道4的帶寬。使用WCD 55(圖17)來配置WCM 34(圖3)，從而WCM 34通過RF信道1～4接收寬帶信道X。WCM解碼器60通過檢測MPEG-TS頭部的PID＝DOCSIS PID來識別VAI＝N+1處的窄帶分組92。WCM解碼器60通過將分組92與在RF信道4上識別出的其它窄帶分組(PID＝DOCSIS PID)進行組合，從而將窄帶分組92作為傳統(tǒng)信號帶DOCSIS MPEG-TS分組處理。
圖15的示例示出了即使在寬帶信道帶寬動態(tài)改變時，DOCSIS MAC幀是如何跨越多個寬帶MPEG-TS分組98的。在該示例中，兩個寬帶信道PID＝X和PID＝Y(jié)以及窄帶信道94在四個RF信道1～4上相互交織。圖17中的寬帶信道描述符標識出與寬帶信道X和Y相關(guān)聯(lián)的RF信道1～4。
在RF信道1～3上傳輸?shù)那?個寬帶MPEG-TS分組具有VAI＝0和PID＝X。VAI＝0處的RF信道4具有PID＝DOCSIS PID。在VAI＝1處，RF信道1和2具有PID＝Y(jié)。VAI＝1處的RF信道3和4的寬帶MPEG-TS分組具有PID＝X。窄帶MPEG-TS分組不包含VAI字段。前4個垂直MPEG-TS分組中的連續(xù)性計數(shù)器(CC)的值是任選的，以說明RF信道之間CC相互獨立。
WCM 34中的解碼器60根據(jù)上述VAI和PID值，執(zhí)行隨后的寬帶拆分次序。DOCSIS MAC幀X1開始于RF信道1上的VAI＝0的寬帶MPEG-TS分組98中。MPEG-TS頭部96中PID的值X將寬帶MPEG-TS分組98標識為寬帶信道X的一部分。寬帶MPEG-TS分組98的MPEG-TS頭部96中的有效載荷單元起始指示符(PUSI)位被設(shè)置為1，指示存在指針字段。該指針字段指向DOCSIS MAC幀X1開始之前的填充字節(jié)97中的一個。
DOCSIS MAC幀X1在VAI＝0處的RF信道2上的寬帶MPEG-TS分組100中繼續(xù)。寬帶MPEG-TS分組100的整個有效載荷包含RF信道1的DOCSIS MAC幀X1的后續(xù)部分。PUSI位相應(yīng)地被設(shè)置為0，并且沒有指針字段。在一個實施例中，填充字節(jié)僅被插入在DOCSIS MAC幀之間，因此在寬帶MPEG-TS分組100中不存在填充字節(jié)。
DOCSIS MAC幀X1結(jié)束于VAI＝0處的RF信道3上的寬帶MPEG-TS分組102上。DOCSIS MAC幀X1后面緊跟著DOCSIS MAC幀X2。DOCSIS MAC幀X2是一個小幀，其整個被包含在寬帶MPEG-TS分組102中。指針字段106在寬帶分組102中被用來指向新DOCSIS MAC幀X2的開始。DOCSIS MAC幀X2后面跟著可選填充字節(jié)108和DOCSISMAC幀X3的開始。雖然寬帶MPEG-TS分組102包含兩個DOCSIS MAC幀X2和X3的開始，但是指針字段指向第一個新MAC幀X2。
RF信道4上的窄帶MPEG-TS分組和RF信道1和2上的具有VAI＝1的寬帶MPEG-TS分組不具有值為X的PID。因此，DOCSIS MAC幀X3在RF信道3上的具有VAI＝1和PID＝X的下一寬帶MPEG-TS分組104上繼續(xù)。DOCSIS MAC幀X3結(jié)束于RF信道4上的具有VAI＝1的寬帶MPEG-TS分組110中。寬帶分組110中的DOCSIS MAC幀X3后面跟著若干個填充字節(jié)114以及DOCSIS MAC幀X4的起始。寬帶MPEG-TS分組110中的指針字段112指向DOCSIS MAC幀X4的開始。或者，指針字段112可以指向前面的填充字節(jié)114中的任意一個。
通過MPEG字節(jié)拆分的MPEG圖16示出了被稱為垂直字節(jié)拆分的可替換實施例。參照圖3和16，通過垂直地字節(jié)拆分在多個水平MPEG-TS流上的MPEG-TS分組，從而創(chuàng)建了寬帶傳輸信道120。在物理層，每個RF信道1～4作為獨立的MPEG-TS流而獨立地運行。在鏈路層，寬帶發(fā)送器44排列各個RF信道1～4，通過選擇MPEG-TS頭部125中的PID字段中的值，從而構(gòu)成寬帶傳輸子信道。圖3中的寬帶解碼器60使用VAI值124來重新排列水平MPEG-TS流，從而矯正寬帶發(fā)送器44和寬帶接收器58之間的RF信道1～4的抖動。接收WCM 34通過對來自水平MPEG-TS流的垂直MPEG-TS流解拆分，從而重新創(chuàng)建最初的MPEG-TS流。
寬帶信道120可作為單個的胖(fat)寬帶傳輸子信道(其被劃分為幾個更小的寬帶傳輸子信道)而運行，或作為寬帶傳輸子信道與窄帶信道的混合而運行。在圖16中，在第一水平MPEG-TS分組期間，RF信道1、2和3作為3寬度寬帶傳輸信道而運行，而RF信道4作為窄帶信道而運行。
MPEG分組頭部125中的PID字段指示哪些RF信道被用來拆分給定寬帶傳輸子信道的寬帶數(shù)據(jù)。PID被設(shè)置為值X，以用于寬帶傳輸子信道。PID值X可以是除保留值(例如0x1FFFE)外的任意值。在該示例中，WCMTS 28知道有4信道寬度的寬帶接收器58在對4個RF信道1～4進行監(jiān)聽。
WCMTS 28可決定它需要使用4個RF信道中的3個來滿足服務(wù)質(zhì)量(QoS)帶寬需求。因此，WCMTS 28通過RF信道1、2和3進行PID被設(shè)置為X的發(fā)送。在下一MPEG-TS分組期間，WCMTS 28可決定它只需要2個RF信道就可滿足帶寬需求，并僅通過RF信道3和4進行PID被設(shè)置為X的發(fā)送。
WCM 34監(jiān)視4個RF信道1～4，以獲得具有PID＝X的寬帶信道，并將來自具有PID＝X的所有MPEG-TS分組的寬帶數(shù)據(jù)解拆分。如果檢測到另一寬帶信道PID值，則WCM 34將該寬帶分組與其它具有類似PID值的寬帶分組進行組合。
這種動態(tài)信道分配允許WCMTS 28可通過在任意給定時隙簡單地選擇哪些和多少RF信道形成寬帶傳輸子信道，來平衡所有用戶之間的負載。WCMTS 28不需要預(yù)先通知WCM，因為PID信息是在帶內(nèi)發(fā)送的，并且足以讓W(xué)CM 34動態(tài)調(diào)整所接收的信道，以滿足WCMTS傳輸。
寬帶信道描述符(WCD)圖17和18示出了寬帶信道描述符(WCD)55是如何被有寬帶能力的CMTS 28以周期性間隔發(fā)送，以定義邏輯寬帶下行信道的特性的。針對當前可用的每個邏輯寬帶下行信道，單獨的消息可被發(fā)送。CMTS 28生成包含圖17所示的信息的WCD 55。
只要WCD 55中的任意信道描述符值改變，CMTS 28就將配置改變計數(shù)增加1。如果后來的WCD 55中的計數(shù)值保持不變，則WCM 34可迅速決定信道操作參數(shù)未改變，并可忽略消息的其余部分。
WCD 55包括MAC管理頭部130、事務(wù)ID 132以及包含寬帶配置數(shù)據(jù)134的TLV 134，其指定了PID 136如何在寬帶分組頭部中被用于標識寬帶信道。TLV 134在字段140中指定用于承載寬帶信道的物理RF信道數(shù)，并在字段138中標識與該寬帶信道相關(guān)聯(lián)的窄帶下行信道。
TLV 134可包括RF表142，其包含指示RF信道有效載荷被WCM解碼的順序的次序號144。中心頻率146指示寬帶信道中使用的每個RF信道的頻率。RF信道可以以任意順序被排序，并且可以或可以不在頻率上彼此鄰接。
WCMTS 28和WCM 34可支持寬帶信道內(nèi)的數(shù)據(jù)鏈路加密。WCMTS28可以或可以不使用與在關(guān)聯(lián)窄帶信道上使用的WCM 34相同的加密和加密鑰(keying)。線纜調(diào)制解調(diào)器可對接受窄帶信道和寬帶信道加相同的秘鑰，也可接受對寬帶和窄帶信道的加獨立的秘鑰。
寬帶信道獲取圖18示出了WCM 34如何獲取邏輯寬帶信道。WCM 34首先獲取DOCSIS窄帶信道130A，并通過使上行信道132工作而完成定位。WCMTS 28指定PID值給WCM 34，并下載包含寬帶信道參數(shù)(包括頻率表142)的WCD 55到WCM 34。
WCM 34讀取具有所指定的PID 136的寬帶信道描述符55(圖17)。WCM 34向WCMTS 28發(fā)送REG-REQ 134以及任意WCD寬帶能力參數(shù)136。在WCM 34接收到從WCMTS 28回來的REG-RSP 138后，所有的下行RF信道130A～130N都被獲取，它們被標識為構(gòu)成了寬帶信道。REG-ACK 140從WCM 34被發(fā)送回WCMTS 28。然后，WCM 34開始接收所指定的寬帶PID上的數(shù)據(jù)。
WCMTS 28可周期性地重新指定不同的寬帶參數(shù)給一個或多個寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器34。例如，WCMTS 28可發(fā)送寬帶信道描述符55到WCM34，以第一順序列出用于該WCM的寬帶信道的第一組RF信道。一段時間之后，WCMTS 28可發(fā)送另一寬帶信道描述符55，其具有相同的關(guān)聯(lián)PID值，但是包含要被用作寬帶或窄帶信道的不同組的RF信道，或者以不同的順序列出相同的一組RF信道。
WCMTS 28可基于變化的帶寬需求，使用寬帶信道描述符55來動態(tài)地發(fā)送不同的寬帶配置數(shù)據(jù)到特定WCM 34。例如，在不同的時刻可有不同的寬帶和窄帶有效載荷要求。WCMTS 28根據(jù)這些變化的帶寬要求，使用寬帶信道描述符55來動態(tài)地向不同的寬帶和窄帶信道重新指定RF信道。
RF信道的動態(tài)指定也可用于提高系統(tǒng)可靠性。例如，WCMTS或WCM可標識一個或多個RF信道中的故障。然后，WCMTS可向使用被標識為故障的RF信道的WCM發(fā)送包含新RF表的寬帶信道描述符55。新RF表動態(tài)地將所標識的RF信道從寬帶或窄帶信道中丟棄。
沒有寬帶能力的CM可能不能識別WCD 55中任何新的寬帶專用TLV134。如果提供了包含寬帶專用參數(shù)的WCD 55，則CM可能不能成功注冊。當與不具有寬帶專用能力的CM協(xié)同工作時，WCMTS 28將允許CM作為CM注冊和工作。當WCM 34注冊到WCMTS 28時，WCMTS 28可返回REG-RESP消息138，其將WCM 34配置為具有或不具有寬帶專用能力的模式。
當與WCMTS 28協(xié)同工作時，不具有寬帶專用能力的CM接收單個RF信道130A上的數(shù)據(jù)。當與不具有寬帶專用能力的CMTS協(xié)同工作時，WCM 34接收單個RF信道130A上的數(shù)據(jù)。
分組偏離寬帶MPEG-TS分組偏離被定義為在給定的寬帶信道中，從第一個具有給定VAI的MPEG-TS分組到達到最后一個具有相同VAI的MPEG-TS分組到達的最大預(yù)期偏離。該偏離在WCM接收器到PHY的MAC接口處測量。
使用寬帶MPEG頭部74中的VAI(圖6～9)來對構(gòu)成寬帶信道的MPEG-TS分組去偏離。具有除被定義為寬帶PID之外的PID值的MPEG-TS分組(包括窄帶分組(PID＝DOCSIS PID)和MPEG-TS空)將不包含有效VAI。如果WCM 34在寬帶信道的任意給定RF信道的指定的最大偏離窗口內(nèi)未接收到給定VAI的MPEG-TS分組，則WCM 34得到這樣的結(jié)論，即在給定VAI的RF信道上沒有寬帶MPEG-TS分組被發(fā)送。
或者，該PID的下一連續(xù)CC可能在另一VAI分組時隙被接收。然后WCM 34可得到這樣的結(jié)論，即在前一VAI分組時隙中沒有該PID的寬帶分組被發(fā)送。
上述系統(tǒng)可使用執(zhí)行這些操作的一些或全部的專用處理器系統(tǒng)、微控制器、可編程邏輯器件或微處理器。上述某些操作可在軟件中實現(xiàn)，其它操作可在硬件中實現(xiàn)。
為了方便起見，各操作被描述為各種互連的功能塊或分立的軟件模塊。但是，這不是必須的，并且可有這種情形，其中這些功能塊或模塊被同等地集成在單個邏輯器件、程序或操作中，并且具有不清楚的邊界。在任何情形下，彈性接口的功能塊和軟件模塊或特征可被單獨實現(xiàn)，或者在與硬件或軟件中的其它操作的組合中實現(xiàn)。
已經(jīng)利用本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述并圖示了本發(fā)明的原理，但是很清楚，本發(fā)明可在不脫離這些原理的情況下在設(shè)計和細節(jié)方面被修改。申請人要求在所附權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的所有修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，包括被配置為對一個或多個擴展在多個下行信道上的邏輯寬帶信道進行接收和解碼的接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述寬帶信道包含具有垂直排列索引(VAI)的寬帶分組，所述接收器使用所述VAI來在時間上重新排列通過所述不同的下行信道接收的所述寬帶分組。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述接收器包括具有解調(diào)器的多個調(diào)諧器，其中所述解調(diào)器中的每一個解調(diào)所述多個下行信道中的不同的一個。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述解調(diào)器是正交幅度解調(diào)器。
5.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，包括識別所述寬帶信道并將所述寬帶信道解碼為數(shù)據(jù)流的解碼器。
6.如權(quán)利要求5所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述解碼器根據(jù)寬帶分組頭部中的分組標識符，來識別所關(guān)聯(lián)的寬帶信道。
7.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述接收器根據(jù)所接收的寬帶信道描述符動態(tài)地使用所述下行信道的不同組合，以解碼所述寬帶信道。
8.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中相同下行信道用于解碼寬帶和窄帶信道。
9.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述寬帶信道是使用線纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范(DOCSIS)協(xié)議而建立的。
10.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述寬帶信道中的一個包括這樣的寬帶分組，所述寬帶分組具有MPEG頭部、寬帶頭部和包含媒體訪問控制(MAC)幀的線纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范(DOCSIS)有效載荷。
11.如權(quán)利要求1所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，其中所述寬帶信道由通過所述下行信道中的不同信道接收的寬帶分組形成。
12.如權(quán)利要求11所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器，包括包含在寬帶分組有效載荷中的媒體訪問控制(MAC)幀，所述MAC幀擴展在在不同的下行信道上接收的多個寬帶分組上。
13.一種寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，包括被配置為將數(shù)據(jù)流分解為形成擴展在多個射頻(RF)信道上的寬帶信道的寬帶分組的發(fā)送器。
14.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，包括被配置為調(diào)制所述多個RF信道上的寬帶分組的多個調(diào)制器。
15.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器生成標識了哪個RF信道將用于發(fā)送所述寬帶信道的寬帶信道描述符。
16.如權(quán)利要求15所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述寬帶信道描述符標識了用于對用于發(fā)送所述寬帶分組的RF信道進行解碼的次序。
17.如權(quán)利要求15所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器通過發(fā)送標識了不同的RF信道的另一寬帶信道描述符，來動態(tài)地改變用于發(fā)送所述寬帶信道的所述RF信道。
18.如權(quán)利要求15所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器使用線纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范(DOCSIS)協(xié)議，來向線纜調(diào)制解調(diào)器發(fā)送所述寬帶信道描述符消息。
19.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器使用分組標識符來將所述寬帶分組與所述寬帶信道相關(guān)聯(lián)。
20.如權(quán)利要求19所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器將所述分組標識符置于運動圖像專家組(MPEG)分組頭部中。
21.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器將指針字段包括在所述寬帶分組中，以標識所述寬帶分組中的媒體訪問控制(MAC)幀。
22.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器將垂直排列索引(VAI)包括在所述寬帶分組中，以標識所述多個RF信道中所述寬帶分組的時間位置。
23.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器將連續(xù)性計數(shù)器包括在所述寬帶分組中，所述連續(xù)性計數(shù)器標識了同一寬帶信道的所述寬帶分組在同一RF信道上被發(fā)送的次序。
24.如權(quán)利要求13所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器同時在所述多個RF信道上建立寬帶信道和窄帶信道。
25.如權(quán)利要求14所述的寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器在同一傳輸會話期間，在所述多個RF信道的不同組合上動態(tài)地重新配置所述寬帶信道和所述窄帶信道。
26.一種用于通過線纜網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括將數(shù)據(jù)流編碼入寬帶分組；將所述寬帶分組與使用多個RF信道的寬帶信道相關(guān)聯(lián)；以及通過所述寬帶信道的所述多個RF信道來發(fā)送所述寬帶分組。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，包括通過動態(tài)地改變用于發(fā)送所述寬帶分組的所述RF信道的數(shù)量來改變所述寬帶信道的帶寬。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，包括標識新數(shù)據(jù)流，以通過新的寬帶信道發(fā)送；動態(tài)地改變所述用于發(fā)送所述寬帶信道的RF信道的數(shù)量來容納所述新的寬帶信道。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，包括在所述RF信道上發(fā)送一個或多個窄帶信道和所述寬帶信道。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，包括將分組標識值指定給所述寬帶分組，以將所述寬帶分組與不同的寬帶信道相關(guān)聯(lián)。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，包括將連續(xù)性值指定給所述寬帶分組，所述連續(xù)性值標識了通過所述不同的線纜信道來發(fā)送所述寬帶分組的順序。
32.如權(quán)利要求26所述的方法，包括發(fā)送寬帶信道描述符消息，指示哪個RF信道頻率在所述寬帶信道中被使用。
33.如權(quán)利要求26所述的方法，包括使用運動圖像專家組(MPEG)分組頭部中的字段來標識所述寬帶分組。
34.如權(quán)利要求26所述的方法，包括發(fā)送標識了所述寬帶信道中使用的一組RF信道的寬帶信道描述符。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，包括通過發(fā)送標識了不同的一組RF信道的新的寬帶信道描述符，來動態(tài)地改變哪些RF信道被用于所述寬帶信道。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，包括發(fā)送所述寬帶信道描述符中的信道次序，所述信道次序標識了解碼所述寬帶信道的RF信道的次序。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，包括發(fā)送改變了所述信道次序的寬帶信道描述符。
38.一種用于通過線纜網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括將數(shù)據(jù)流編碼入寬帶分組；將所述寬帶分組與包括多個RF信道的寬帶信道相關(guān)聯(lián)；通過所述寬帶信道的所述多個RF信道來發(fā)送所述寬帶分組；以及動態(tài)地改變用于發(fā)送所述寬帶信道的RF信道。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，包括檢測用于所述寬帶信道的一個或多個所述RF信道中的故障狀況；以及從所述寬帶信道中動態(tài)地丟棄具有被檢測到的故障狀況的RF信道。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，包括將不同的數(shù)據(jù)流編碼入寬帶分組；將用于所述不同的數(shù)據(jù)流的所述寬帶分組指定到不同的寬帶信道；將所述RF信道的不同組合指定給所述寬帶信道；以及通過所指定的寬帶信道的所述RF信道來發(fā)送所述寬帶分組。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，包括同時通過相同的RF信道發(fā)送不同的寬帶和窄帶信道。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，包括動態(tài)地改變哪些RF信道被用于所述寬帶信道和所述窄帶信道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬帶線纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)，其通過將數(shù)據(jù)流編碼入寬帶分組而提高單個信道的可用帶寬。寬帶分組與擴展在多個物理下行線纜信道上的邏輯寬帶信道相關(guān)聯(lián)。
文檔編號H04N7/173GK1748389SQ200480003453
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月4日
發(fā)明者約翰·T·查普曼, 阿爾瓦·A·迪安, 理查德·J·散塔辟歐, 約翰·P·普羅克普克, 邁克爾·J·黑里 申請人:思科技術(shù)公司