增强电缆调制解调器操作的方法和设备 技术领域
本发明一般涉及宽带数据传输，尤其涉及在宽带信道中进行数据传输的调制方案。
背景技术
随着因特网越来越普及，以及可从因特网中获得的内容大幅度增加，许多用户已经发现，以大约56kbps(千位/秒)的最大传输速率通过公共交换电话网(PSTN)进行接入已经慢得让人难以承受了。作为PSTN访问的替代品，已经提出了各种各样高速因特网接入方案，但是，到目前为止，一种方案-通过由CATV(有线电视)载波操作的发送台提供的宽带访问-比其它方案取得更显著的市场突破。在一种在电缆网络上提供宽带数据服务的典型应用中，把有线系统的一个或多个信道分配给到数据访问用户的下游业务，而在与下游传输所使用的那些频率不同的频率上建立的信道中，典型地，在低于用于电视信道的频带的频率上建立地信道中，或通过分开的PSTN连接，则可以传送上游业务。在共享带宽的前提下，在有线系统数据转发器上配备的电缆调制解调器终端系统(CMTS)通过数据信道(或数个信道)与位于用户处的许多个电缆调制解调器通信。
为了便于不同商家制造的电缆调制解调器之间的互通性，在1997年采用了一种称为电缆上数据服务接口规范(Data Over Cable Service InterfaceSpecification(DOCSIS))的电缆调制解调器标准。除了其它内容之外，DOCSIS标准规定了在电缆上交换双向信号的调制方案和协议。对于在DOCSIS标准下数据的下游传输，用正交调幅(QAM)格式把数据信息调制在RF(射频)载波上。具体地说，DOCSIS下游数据调制是64QAM或256QAM-较大的构像(constellation)256QAM提供了较快的数据速率，但也要求更高的信噪比。
虽然遵从DOCSIS的电缆调制解调器的基本应用是调制和解调通过有线系统传输的宽带数据，但是，这种技术同样可应用于通过含有必要的带宽的其它传输媒体的数据传输。在这样的其它传输系统中，有固定的无线宽带系统，譬如说，微波多点分布系统(Microware Multi-point DistributionSystem(MMDS))。但是，这样的无线宽带系统，以及一些有线系统存在着当把DOCSIS标准64QAM或256QAM调制用于下游信道时，使电缆调制解调器不能正确运行的接收问题。例如，无线系统在与无线环境相关的噪声水平下可能发生变化。此外，某些有线系统也可能遇到令人讨厌的高噪声状况-例如，不能把分布系统的主干线从同轴电缆升级到光纤的系统，和在努力利用现有设备的所有可用带宽的过程中，信道已经多到接近可用带宽的极限的系统。在这样的无线、有线、光纤、同轴电缆、电缆和光纤-同轴电缆混合型(HFC)的系统中的噪声状况可能导致诸如调制解调器之类的典型双向通信设备不正确地或不可靠地运行。
发明内容
本发明就是为数据传输信道接收端上的应用提供信道搜索算法，其中，信息是通过RF载波的调制，在数据传输信道上传输的，并且调制包括用从已知码元构像中选取的码元来对信息位编码，一个或多个码元构像是按照已知标准建立起来的。信道搜索算法的作用是利用按照标准建立的那个码元构像之外的码元构像识别和选择信道，和与按照标准，利用按标准建立的码元构像进行信道的信道搜索操作密切协调地进行利用非标准码元构像的信道选择。
在本发明的具体实施例中，数据传输信道是下游宽带点到点信道，所应用的标准是DOCSIS，和所建立的码元构像是64QAM或256QAM。通过本发明的信道搜索算法识别和选择的非标准码元构像是QAM的低阶构像，譬如说，16QAM。在本发明的搜索算法与为按照DOCSIS标准操作的下游信道建立的信息搜索过程密切协作的实施过程中，使选择与非标准码元构像一起工作的信道所需的额外时间达到最小。
附图说明
图1是宽带数据传输网络的示意性描绘；
图2是在现有技术中实现的下游信道搜索处理的流程图；
图3是通过本发明第一实施例实现的下游信道搜索处理的流程图；和
图4是通过本发明第二实施例实现的下游信道搜索处理的流程图。
具体实施方式
本发明的目的是通过宽带传输信道改进可用数据传输，从现在开始，利用优选实施例-通过CATV系统的一个或多个视频信道发送的和通过电缆调制解调器接收的数据，对本发明加以描述。在这个优选实施例中，数据是按照电缆上数据服务接口规范(下文称之为“DOCSIS”)传输的，并且，起接收通过发送数据调制的RF信号，和把数据解调和解码成可被终端使用的形式的作用的电缆调制解调器将遵从DOCSIS。但是，应该明白，本发明的方法预计也可应用于终止在诸如调制解调器之类的双向通信设备上，和在运行上遵从必要的通信和操作支持接口规范的一套标准，例如，DOCSIS标准和Euro-DOCSIS标准的其它宽带传输媒体。
图1提供了本发明的方法可以应用其中的网络的示意性描绘。从图中可以看出，在其范围内，图1所示的网络提供了数据网络，譬如，因特网101，与用户终端，譬如PC(个人计算机)106之间的传输路径。如CMTS 102、宽带信道103和电缆调制解调器105所代表的、此传输网络的中心部分通常被表示成用在因特网与PC之间传输的数据调制的、CATV系统中的一个或多个RF视频信道。CMTS或电缆调制解调器终端系统在CATV系统的头端上工作，提供因特网与CATV系统的RF传输信道之间的接口。沿着下游方向--即，把数据从因特网发送到PC--CMTS起利用发送数据调制CATV RF载波的作用。相应地，沿着上游方向，CMTS起解调用发送到因特网的数据调制的RF载波，以便恢复数据的作用。在宽带信道链路的另一端，电缆调制解调器执行互补功能，尽管如本领域普通技术人员所熟知的，CMTS执行电缆调制解调器执行的那些功能之外的功能，并且，通常按照与电缆调制解调器的主从关系进行操作。CATV台，即在上面实现宽带信道103的物理层，可以由有线或无线设施构成，并且，通常是通过光纤-同轴电缆混合型(HFC)系统配备的。
在典型的北美CATV系统中，CMTS利用具有6 MHz带宽的信道，以90到858MHz的频率范围把数字调制的RF信号向下游发送到电缆调制解调器；相对而言，对于典型的欧洲操作，频率范围是110到862MHz，和信道带宽是8MHz。数据信息由CMTS利用正交调幅(QAM)格式调制到CATV载波上。有线系统操作者能够根据信道状况和所希望或所需的QoS，选择64QAM或256QAM。本领域的普通技术人员可明显看出，较大的构像256QAM提供比64QAM更快的数据速率。
对于通过CATV系统进行宽带数据传输的普通实现，CMTS同时向与它的下游路径连接的所有电缆调制解调器广播。当将电缆调制解调器通电时，在可以进行网络接入之前，它必须与CMTS建立连接。在初始化过程中，为了在建立的数据信道上进行通信，电缆调制解调器通过与CMTS建立注册所需的一系列步骤顺序前进。在这个初始化过程中，电缆调制解调器为以64QAM或256QAM调制的有效DOCSIS信号扫描下游信道--应该明白，电缆调制解调器接收CATV系统的所有RF信道，但没有用于数据传输的一个信道或数个信道的预备知识。
图2显示了在标准DOCSIS搜索中电缆调制解调器实现的信道搜索处理的流程图。当调制解调器被加电时(步骤201)，在步骤202，电缆调制解调器进行检验，确定以前是否与CTMS进行过定向和注册。有关遵从DOCSIS的系统的定向和注册过程是本领域普通技术人员所熟知的，因此，在这里将不再作进一步解释。概括地说，一旦已经识别出DOCSIS下游信道，它就是通过上游信道的、电缆调制解调器与CTMS之间的信号交换操作。如果以前曾经进行过定向和注册处理，那么，在步骤203，电缆调制解调器为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信道，扫描事先已知要用于数据信道的任何一组频率，例如，通过调制解调器调谐的最后一个频率。在正常操作下，这种扫描持续大约20秒，以保证电缆调制解调器完全可以使用。
在步骤204，对任何下游DOCSIS信道是否处于步骤203的扫描之中进行测试。如果找到这样的信道，那么，处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤205)。如果在步骤203的扫描中没有找到下游DOCSIS信道，那么，信道搜索处理前进到步骤206，步骤206是其功能将在后面结合步骤207-218作更详细解释的重复计数器。在步骤202确定以前没有进行过定向/注册处理的情况下，信道搜索处理也前进到步骤206。
在循环计数器(步骤206)的输出端上，对调制解调器上是否存在扫描表进行测试。扫描表是可以通过SNMP(链路管理协议)存储在电缆调制解调器中的短信道列表，通常为10个信道左右。这10个信道可以是，例如，优选信道或最有可能提供所希望的下游通信路径的信道。如果扫描表是存在的，那么，在步骤208，为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号，扫描表中的信道。如果找到这样的信道，那么，信道搜索处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤210)。
如果在扫描表中没有找到DOCSIS信道(在步骤209)或没有找到扫描表(在步骤207)，那么，信道搜索处理前进到步骤211，在步骤211，为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号，扫描下游频带中的所有IRC(递增相关载波(Incrementally Related Carriers))信道。在步骤212进行测试，以确定在步骤211扫描的信道中是否找到DOCSIS信号。如果找到这样的信道，那么，信道搜索处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤213)。
如果没有找到DOCSIS信道，那么，信道搜索处理前进到步骤214，在步骤214，为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号，扫描下游频带中的所有HRC(调和相关载波(Harmonically Related Carriers))信道。在步骤215进行测试，以确定在步骤214扫描的信道中是否找到DOXSIS信号。如果找到这样的信道，那么，信道搜索处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤216)。
但是，如果在步骤214的扫描中没有找到DOCSIS信道，那么，信道搜索处理返回到步骤207，进一步重复步骤207-215，这样总共要重复2次。为此，在步骤217，把标准计数器递增1，然后，在步骤218，对标准计数器读数是否等于2进行测试(经过步骤207-215的初始循环和第一次重复分别由“0”和“1”的计数器读数指示)。如果不是，正如前面所指示的，那么，信道搜索处理返回到步骤207。
如果标准计数器读数是2，这表示已经完成了步骤207-215的两次重复，那么，信道搜索处理前进到步骤219，在步骤219，为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号扫描下游频带中的所有频率。在步骤220进行测试，以确定在步骤219扫描的频率中是否找到DOCSIS信道。如果找到这样的信道，那么，信道搜索处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤221)。如果没有找到DOCSIS信道，那么，处理返回到步骤206，把标准计数器设置成0。
到此为止结合图1所述的、电缆调制解调器通过测试各种可用信道来搜索可接受信道的信道搜索处理的算法形式描述是诸如以下所列一类的序列：
1.在10信道扫描表中，64QAM和256QAM
2.对于134个IRC信道，64QAM和256QAM
3.对于134个HRC信道，64QAM和256QAM
4.重复步骤1至3两次
5.在所有DOCSIS频率上，64QAM和256QAM
6.返回到步骤1
正如到此为止，在背景技术部分中所描述的那样，对于某些类型的有线和无线系统，在DOCSIS标准64QAM或256QAM调制下，在电缆调制解调器上复原信息存在着一些问题。对于这样的系统，使用64QAM之外的调制技术(即，较小的码元集)，来提高电缆调制解调器可靠运行的似然性，从而改善电缆调制解调器的操作。众所周知，降低与数字调制相联系的构像密度是改善系统损害和低信噪比的性能的一种手段。例如，与DOCSIS标准64QAM调制相比，16QAM调制允许下游通信出现在6dB的更坏信噪比的情况下(尽管信息传输速率较慢)。这样的手段也将改善由于其它损害，譬如说，多路径所致的性能。
但是，把与DOCSIS标准64QAM和256QAM一起进行16QAM搜索(或另一种较低构像调制格式)的能力添加到调制解调器中可能使初始下游信道搜索时间增加50％。这种搜索时间增加50％将在操作上引起明显的和令用户讨厌的延迟。尤其是，这种延迟可能足以使用户相信电缆调制解调器不工作了，或者，至少不可能正确地连接。
借助于本发明的方法和设备，可以提供电缆调制解调器在像如上所述那些状况的不利状况下的可靠和正确的下游操作，而不会影响正常环境下的操作，并且使不利状况下的搜索时间增加达到最小。本发明的手段描述如下。
有利的是，根据本发明的原理，我们已经认识到，并且确信，通过附加除了DOCSIS标准调制之外的调制技术，可以修改结合图2所述的DOCSIS标准操作，而不会显著影响标准DOCSIS搜索时间。例如，利用上面提供的搜索处理的算法形式说明，包括获取以16 QAM调制的信号的根据本发明的DOCSIS标准搜索的一种改进方案显示如下：
1.在10信道扫描表中，64QAM、256QAM和16QAM
2.对于134个IRC信道，64QAM和256QAM
3.对于134个HRC信道，64QAM和256QAM
4.重复步骤1至3两次
5.对于134个IRC信道，16QAM
6.在所有DOCSIS频率上，64QAM和256QAM
7.返回到步骤1
可以看出，借助于本发明的搜索算法，在为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号，扫描了10信道扫描表中的信道之后，在该表中进行16QAM扫描(如果存在的话)。否则，在已经尝试了所有标准64和256QAM信道搜索之后，只尝试16QAM的信道获取。
在图3中，以流程图形式描绘了本发明的信道搜索方法的这个实施例。参照该图，可以看出，步骤301-318基本上对应于图2的步骤201-218。差异在于，图3这个实施例的搜索处理部分出现在步骤303和308。在步骤303，在为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号扫描事先已知要用于数据信道的任何一组频率中的信道之后，再对那些信道进行以16QAM调制的信号的搜索。同样，在步骤308，在为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号扫描在扫描表中的信道之后，再对那些信道进行以16QAM调制的信号的搜索。
但是，在步骤318结束时，假设在包括步骤307-315的循环的两次重复中没有找到DOCSIS信号，那么，本发明的信道搜索处理前进到步骤319，在步骤319，为以16QAM调制的信号进行IRC信道的扫描。在步骤320，进行测试，以确定是否已经找到含有这样的信号的信道。如果找到这样的信号，那么，信道搜索处理转到通过上游信道与CMTS的定向/注册(步骤321)。如果在步骤319的扫描中没有找到信道，那么，信道搜索处理前进到步骤322，在步骤322，为以64QAM或256QAM调制的DOCSIS信号对下游频带中的所有频率进行扫描(对应于图2的步骤219)。如果在步骤322找到DOCSIS信道，那么，信道搜索处理转到与CMTS的定向/注册，如果没有找到，那么，处理返回到步骤306，把标准计数器设置成0。
无论是有还是没有16QAM获取，本发明这个改进的搜索算法都可以让用户在大多数环境下达到几乎相等的初始下游搜索时间。更具体地说，可以预期，在进入步骤322的64QAM和256QAM获取之前，所述的方法至多把7秒钟附加到搜索时间中。此外，在大多数情况中，由于所使用的大多数信道是IRC或HRC，因此，本方法一点也不会延长时间。因此，通过提供起实现本发明的下游搜索算法作用的电缆调制解调器，固定无线系统或有线系统的操作者可以在带有遵从DOCSIS的电缆调制解调器的下游信道上使用诸如16QAM之类的非DOCSIS标准调制技术。因此，系统操作者将能够在范围更宽的状况下保证可靠的电缆调制解调器操作。
改进的信道搜索算法的其它实施例也在本发明的设想之内。例如，除了16QAM之外，还可以使用16QAM之外的其它调制技术，或者，用16QAM之外的其它调制技术来代替16QAM调制技术。在具体的替换实施例中，搜索算法也可以扫描QPSK(四相相移键控)调制信号。用于这个实施例的搜索处理的算法形式显示如下：
1.在10信道扫描表中，64QAM、256QAM、16QAM和QPSK
2.对于134个IRC信道，64QAM和256QAM
3.对于134个HRC信道，64QAM和256QAM
4.重复步骤1至3两次
5.对于134个IRC信道，16QAM和QPSK
6.在所有DOCSIS频率上，64QAM和256QAM
7.返回到步骤1
这个替换实施例的流程图显示在图4中。参照该图，可以看出，除了步骤403、408和419之外，这个信道搜索处理类似于图3所示的实施例的信道搜索处理。在步骤403，在为64QAM、256QAM和16QAM扫描了事先已知要用于数据信道的任何一组频率下的信道之后，还要对那些信道进行以4QAM(对应于QPSK)调制的信号的搜索。同样，在步骤408，在为64QAM、256QAM和16QAM扫描了在扫描表中的信道之后，还要对那些信道进行以4QAM(对应于QPSK)调制的信号的搜索。然后，在完成了步骤407-416的所有重复之后，在步骤419，在IRC信道中为以4QAM或以16QAM调制的信号进行扫描。
鉴于上述说明，本发明的许多改进和替换实施例对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。尤其是，本发明的方法对其它或附加调制方案的应用都将在本发明的构思之内。还可以设想，本发明的方法可应用在Euro-DOCSIS标准下运行的系统中。
所以这里的描述只供说明之用，目的是把实现本发明的最佳模式教授给本领域普通技术人员，而不是展示本发明的所有可能形式。还应该明白，所使用的词汇是描述性词汇，而不是限制性词汇，并且，结构的细节基本上都可以改变，而不偏离本发明的精神，和保留落在所附权利要求书的范围之内的所有改进的专门用途。