(57)【要約】  本発明は、データ通信システム特にCATVシステムの性能を改善するシステム及び方法を提供する。これは、ケーブルモデム終端システム（CMTSs）の機能を機能ユニットに分割し、データ通信システム全体におけるファイバノードあるいは他のロケーション間でこれらの機能ユニットを分配することによって行う。このアプローチは、パッシブリターン信号パス及びこれに関連する利点を与える。
2005513965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送信号を生成するヘッドエンドと、
前記ヘッドエンドに動作可能に結合された複数の分配ハブと、
複数のファイバノードであって、前記ファイバノードのそれぞれは、伝送ケーブル及びリターンケーブルによって前記分配ハブに動作可能に結合され、各ファイバノードに結合された前記伝送ケーブルは、前記ファイバノードに前記伝送信号を与える複数のファイバノードと、
前記ファイバノードのそれぞれに複数の加入者サイトを動作可能に結合して、前記ファイバノードのそれぞれで前記ヘッドエンドから受信された前記伝送信号を前記加入者サイトへ供給するための、前記ファイバノードのそれぞれから延在する複数のサービス線と、
前記複数の分配ハブの１つ、前記複数のファイバノードの１つ、あるいは前記複数のサービス線の１つに動作可能に結合され、前記ヘッドエンドから下流に配置された複数のケーブルモデム終端パッケージと、
を備えたデータ通信システム。
【請求項２】
前記伝送信号はケーブルテレビ(CATV)信号を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ケーブルモデム終端パッケージは前記分配ハブに配置されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ケーブルモデム終端パッケージは前記ファイバノードに配置されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ケーブルモデム終端パッケージは前記加入者サイトに配置されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ファイバノードはさらに、
複数の第１のデータ搬送ケーブルによって第１の分配ポイントに動作可能に接続された上流コネクションと、
複数の第２のデータ搬送ケーブルによって第２の分配ポイントに動作可能に接続された下流コネクションと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の第１のデータ搬送ケーブルは光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の第２のデータ搬送ケーブルは光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の第２のデータ搬送ケーブルは同軸ケーブルであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の分配ポイントは分配ハブであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の分配ポイントはファイバノードであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２の分配ポイントはファイバノードであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の分配ポイントは加入者サイトであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の分配ポイントは分配ハブであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
ヘッドエンドで伝送信号を生成し、
複数の分配ハブを前記ヘッドエンドに動作可能に結合し、
複数のファイバノードを伝送ケーブル及びリターンケーブルによって前記分配ハブに動作可能に結合し、各ファイバノードに結合された前記伝送ケーブルによって、前記ファイバノードに前記伝送信号を与え、
複数の加入者サイトを前記ファイバノードのそれぞれに動作可能に結合するために前記ファイバノードのそれぞれから延在する複数のサービス線を形成して、前記ファイバノードのそれぞれで前記ヘッドエンドから受信された前記伝送信号を前記加入者サイトへ供給し、
複数のケーブルモデム終端パッケージを前記データ通信システムに動作可能に結合すると共に、前記ケーブルモデム終端パッケージを前記ヘッドエンドから下流に配置する、
データ通信システムの使用方法。
【請求項１６】
前記伝送信号を生成するステップは、ケーブルテレビ(CATV)信号を生成することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ケーブルモデム終端パッケージを結合するステップは、前記分配ハブに前記ケーブルモデム終端パッケージを配置することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ケーブルモデム終端パッケージを結合するステップは、前記ケーブルモデム終端パッケージを前記ファイバノードに配置することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ケーブルモデム終端パッケージを結合するステップは、前記ケーブルモデム終端パッケージを前記加入者サイトに配置することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記分配ハブに複数のファイバノードを動作可能に結合するステップはさらに、
前記ファイバノードの上流コネクションを複数の第１のデータ搬送ケーブルで第１の分配ポイントに動作可能に結合し、
前記ファイバノードの下流コネクションを複数の第２のデータ搬送ケーブルで第２の分配ポイントに動作可能に結合する、
ことを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の第１のデータ搬送ケーブルは光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の第２のデータ搬送ケーブルは光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の第２のデータ搬送ケーブルは同軸ケーブルであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の分配ポイントは分配ハブであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の分配ポイントはファイバノードであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の分配ポイントはファイバノードであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の分配ポイントは加入者サイトであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の分配ポイントは分配ハブであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
復調回路と、
マルチプレクサ回路と、
デマルチプレクサ回路と、
少なくとも１つの光送信器と、
少なくとも１つの光受信器と、
を備えたケーブルモデム終端パッケージ。
【請求項３０】
前記ケーブルモデム終端パッケージをデータ通信システムに動作可能に接続するための接続装置をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載のケーブルモデム終端パッケージ。
【請求項３１】
前記接続装置は同軸ケーブル接続装置を含むことを特徴とする請求項３０に記載のパッケージ。
【請求項３２】
前記接続装置は光ファイバケーブル接続装置を含むことを特徴とする請求項３０に記載のパッケージ。
【請求項３３】
前記マルチプレクサ回路は時分割マルチプレクサ回路であることを特徴とする請求項２９に記載のパッケージ。
【請求項３４】
前記マルチプレクサ回路は波長分割マルチプレクサ回路であることを特徴とする請求項２９に記載のパッケージ。
【請求項３５】
前記デマルチプレクサ回路は時分割デマルチプレクサ回路であることを特徴とする請求項２９に記載のパッケージ。
【請求項３６】
前記デマルチプレクサ回路は波長分割デマルチプレクサ回路であることを特徴とする請求項２９に記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ通信システムに関し、特に多数チャネル共有されるケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）システムによる高スピード広帯域通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばケーブルテレビシステムといったデータ通信システムはよく知られている。典型的なケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）システムは、ヘッドエンドとして知られる中心位置における物理実体から構成され、そこから１以上の幹線が延在する。各幹線はそこから加入者領域へ延在する複数の分配線を有し、その領域では各加入者は、その分配線あるいはサービス線へのラインタップを介して参加させられる。もしヘッドエンドと加入者領域との距離がかなりものである場合、加入者へ供給される信号の強さ及び質を補充するために、介在分配ハブが幹線に沿って配置され得る。
【０００３】
多くの存在するＣＡＴＶシステムの幹線、分配線及びサービス線は全て同軸ケーブルである。これらの同軸ケーブルによって運ばれる信号は電気的であるため、これらのシステムは、他の電気及び磁気ソースだけでなく自然現象からも電気及び磁気ノイズを受けやすい。ＣＡＴＶシステム上で運ばれる信号の明度を改善するため、幹線及び分配線に対して使用される同軸ケーブルは光ファイバケーブルに置き換えられている。光ファイバケーブルは、本来的に外部ソースからの電気及び電磁気ノイズの影響を受けにくい光信号を伝送する。付加的に、光ファイバケーブルは同軸ケーブルよりも信号強度の損失をかなり抑えてより長い距離に対して信号を伝送する。しかしながら、存在する同軸ケーブルを光ファイバケーブルで置き換えるコストは多くの会社が彼らのサービス線を光ファイバケーブルに変更することを妨げる。同軸サービス線と共に光ファイバ幹線及び分配線を有するＣＡＴＶシステムは通常、ハイブリッドファイバケーブル(HFC)システムと称される。HFCシステムにおいて、同軸サービス線のために光ファイバケーブルからの光信号が電気信号に変換されるサービスサイトは、ファイバ変換ノード、ファイバノード、あるいは単にノードと称される。
【０００４】
全同軸ケーブルあるいはHFCシステム上での高スピードデータサービスの利用は、近年、ケーブルモデム終端(CMTSs)として知られるヘッドエンドコントローラの手段が含められる。CMTSスタンダードは、ケーブルテレビ研究所によって公開されたデータオーバケーブルサービスインターフェース仕様（DOCSIS）で定義され、この内容がここに含まれる。CMTSは、この文献において、通常、システムのヘッドエンド等、中心位置における物理実体として実施されることが述べられている。しかしながら、このシステムアーキテクチャの広範な使用は、新しいサービスがHFCシステム内で配置された場合、不測のやりがいのあるシステムエンジニアリング問題を生成した。例えば１つのヘッドエンド位置でCMTSの全機能を有することは、パッシブリターンパスがこれらの存在するシステムで可能でないことを意味する。
【０００５】
CATVシステムにおいて、パッシブリターンパスは、特にリターンパスハードウェアの減じられたコストという本来備わっている利益を与えるため望ましく、リターンパス増幅器が必要とされないため、リターンパスの損失改善、増大したシステムの信頼性、増大したリターンパス容量、改善されたノイズ集中、減少されたリターンパス光送信器のコスト、シングルファイバ光ケーブルでのフォワード及びリターン信号の伝送能力がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、CMTSsの機能を分割しネットワーク全体でこの機能を分配することによってHFC CATVシステムの性能を改善するシステム及び方法を提供する。このアプローチは、パッシブリターンパス及びそれらに関連する利益を与える。本発明は、CMTS機能を分割し、故にあるCTMS機能がシステムのヘッドエンドに配置され、残りの機能は、HFC CATVシステムの周囲に分配され、また、光／電気変換、あるいはファイバ、ノードに含まれる。
【０００７】
第１の概略的な特徴において、本発明は、伝送信号を生成するヘッドエンドと、前記ヘッドエンドに動作可能に結合された複数の分配ハブと、複数のファイバノードであって、前記ファイバノードのそれぞれは、伝送ケーブル及びリターンケーブルによって前記分配ハブに動作可能に結合され、各ファイバノードに結合された前記伝送ケーブルは、前記ファイバノードに前記伝送信号を与える複数のファイバノードと、前記ファイバノードのそれぞれに複数の加入者サイトを動作可能に結合し、前記ファイバノードのそれぞれで前記ヘッドエンドから受信された前記伝送信号を前記加入者サイトへ供給するための、前記ファイバノードのそれぞれから延在する複数のサービス線と、前記複数の分配ハブの１つ、前記複数のファイバノードの１つ、あるいは前記複数のサービス線の１つに動作可能に結合され、前記ヘッドエンドから下流に配置された複数のケーブルモデム終端パッケージとを備えたデータ通信システムを提供する。
【０００８】
第２の概略的な特徴において、本発明は、  ヘッドエンドで伝送信号を生成し、複数の分配ハブを前記ヘッドエンドに動作可能に結合し、複数のファイバノードを伝送ケーブル及びリターンケーブルによって前記分配ハブに動作可能に結合し、各ファイバノードに結合された前記伝送ケーブルによって、前記ファイバノードに前記伝送信号を与え、複数の加入者サイトを前記ファイバノードのそれぞれに動作可能に結合するために前記ファイバノードのそれぞれから延在する複数のサービス線を形成して、前記ファイバノードのそれぞれで前記ヘッドエンドから受信された前記伝送信号を前記加入者サイトへ供給し、複数のケーブルモデム終端パッケージを前記データ通信システムに動作可能に結合すると共に、前記ケーブルモデム終端パッケージを前記ヘッドエンドから下流に配置する、データ通信システムの使用方法を提供する。
【０００９】
第３の概略的な特徴において、本発明は、復調回路と、マルチプレクサ回路と、デマルチプレクサ回路と、少なくとも１つの光送信器と、少なくとも１つの光受信器と、を備えたケーブルモデム終端パッケージを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の典型的な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。同種の参照番号は同種の要素を示す。
【００１１】
以下は、ケーブルモデム終端システム（CMTSs）を利用するデータ通信システムに対する方法及びシステムを詳細に説明し、それはパッシリターンパスを与える。本発明の工夫に富んだデータ通信システムは、CMTSの機能を、以降においてケーブルモデム終端パッケージ（CMTPs）として知られる機能ユニットに分割し、CMTPsを全体のデータ通信システム内の種々のポイントへ分配する。
【００１２】
図１を参照して、本発明に従ったデータ通信システムの図が示される。データ通信システム１００はヘッドエンド１０５、ヘッドエンド１０５に結合された複数の分配ハブ１１０、分配ハブ１１０に結合された複数のファイバノード１１５を備える。各ファイバノード１１５は１以上のサービス線１２０に結合され、複数のサービス加入者が加入者タップ１２５を介してそのサービス線１２０に結合される。各ファイバノード１１５の対応する分配ハブ１１０への結合は、送信ケーブル１３２及び受信ケーブル１３７による。これらのケーブル１３２，１３７は、典型的には光ファイバケーブルであり、一方サービス線１２０は典型的には同軸ケーブルである。本発明の光送信システム１００は波長分割多重（WDM）あるいは高密度波長分割多重（DWDM）あるいはこれらの両方の技術を用いることができる。
【００１３】
用語“ファイバノード”は通常、サービスサイトあるいは同様の構成要素を説明するために用いられ、そこでは光ファイバケーブルによってより高いレベルから伝送される信号は、同軸ケーブルに沿った伝送のために電気信号（例えばRF信号）に変換される。分配ハブ１１０に接続される各ファイバノード１１５は、分配ハブ１１０へファイバノード１１５を結合するためにそれ自身の送信ケーブル１３２及び受信ケーブル１３７を有する。ヘッドエンド１０５も同様に送信ケーブル１３０及び受信ケーブル１３５によって各分配ハブ１１０に結合される。
【００１４】
図２を参照して、各ファイバノード１１５は通常１以上の光変換器２４０を含み、そこでは同軸ケーブル１２０で受信される電気信号が、上流光ファイバケーブル１３７に沿った分配ハブ１１０への送信のために光信号へ変換される。同様に、上流光ファイバケーブル１３２を経由して受信される光信号は、同軸ケーブル１２０に沿った伝送のために電気信号へ追加の光変換器２４５によって処理される。これらの光信号は、さらに光マルチプレクサ２６０及び光デマルチプレクサ２６５で必要的に処理される。
【００１５】
ファイバノード１１５はさらに波長安定化源２５０、オシレータ２５５、光マルチプレクサ２６０及び光デマルチプレクサ２６５を含んでも良い。波長安定化源２５０は、光信号の波長のさらなる処理を、その信号が上流光ファイバケーブル１３７で送信される前に、与えるために有用である。オシレータ２５５はさらに光ファイバケーブルでの伝送のために信号を処理するのに用いられる。
【００１６】
本発明に従って、各ファイバノード１１５はさらにケーブルモデム終端パッケージ（CMTP）３００を含み、これは図３に詳細に示される。このCMTPは、特に電子装置、光装置、マイクロプロセッサ及び関連するオペレーショナル・ソフトウェアを含んでも良い。例えば、特に光送信器のような光装置の使用は、デジタル信号の光送信器は線形性能特性を有する必要がないので望ましい。それ故、極めて低いコストの光送信器が用いられることができる。CMTPはさらに復調回路３０１、マルチプレクサ回路３０２、デマルチプレクサ回路３０３、少なくとも１つの光送信器３０４、少なくとも１つの光受信器３０５、前述のケーブル終端パッケージをデータ通信パッケージに動作可能に接続するための接続装置３０６を含んでも良い。
【００１７】
ここで図４を参照して、CMTPにおいて起こる信号処理ステップのフロー図４００が示される。リターンパス１２０（図２参照）のそれぞれからデータ信号が、最初のステップ４０１において光受信器で受信される。これらの信号は、信号復調器ステップ４０５において、それらの周波数がそれらのベースバンドデジタル信号へ復調されるように処理される。これらのベースバンドデジタル信号４１０は次に、時分割マルチプレクサ回路４１５によって処理されて１つのシリアルデジタルビットストリーム４２０を形成する。そのシリアルデジタルビットストリーム４２０はパルスコード変調回路４２５において処理され、次に種々の信号波長によって光送信器４３０に供給され、信号波長のそれは、光ファイバ４４０によって運ばれる。代替的に、波長分割マルチプレクサ回路４３５が、送信用のリターン光信号を、そのフォワード信号を運ぶものとしての同じ光ファイバケーブルで混合するために用いられることができる。
【００１８】
ここで述べられたような本発明の実施形態は、パッシブリターンパスを可能にする。それは、ファイバノード１１５においてCMTP３００の存在によって必要とされる入力信号レベルは、そのノードにおいてCMTPにおいて実施されるCMTS機能を有さないファイバノードに対して必要とされるものよりも低い（例えば２０〜３０dB低い）からである。この減少された入力信号レベルの派生的な特徴は、リターンパスにおける信号増幅器の量が減じられ得、あるいは信号増幅器は全く除去され得ることである。この特徴の第２の派生的な特徴は、リターンパス信号増幅器の減少あるいは欠乏により、全体のデータ通信システムに対する装置コストが結果として低くなることである。同様に、ハードウェア維持費用は、ハードウェアの減少された量のため減じられる。ハードウェアの減少された量はさらに、除去されるハードウェアの各部分がさらに故障の潜在的な項目を除去するため、増大したシステム信頼性をもたらす。
【００１９】
本発明によって与えられる別の改善は、リターンパスの信号伝送能力が増大することに関連する。既知のHFCファイバノードは典型的には、ヘッドエンドに向かって上流への伝送のための単一の信号へ組み合わされる４つのリターンパス入力を有する。そのような場合においてその４つの個々のリターンパスのそれぞれからのリターン信号の周波数は、重複されることはできない。しかしながら、本発明は、リターンパスのそれぞれにおける周波数の利用を許容する。それ故、もし例えば特定のファイバノードへ４つのリターンパスが存在するならば、本発明は、ヘッドエンドへ向かって上流へデータ信号を、戻し送信することに対しその信号伝送能力の４倍の増大を与える。
【００２０】
上述した特徴から生じる別の利点は、外部ノイズ（例えば熱ノイズ及び進入ノイズ）に関連する。関連技術において、４つのリターンパスが単一のリターンパスに組み合わされる場合、そのノイズレベルは加法的である。このことは、雑音流合として知られる現象である。それ故、ノイズ流合において、そのノイズは、４というファクタによって悪化する。本発明において、各リターンパスは分離されて保たれ、それ故、ノイズ流合は生じ得ない。
【００２１】
本発明の付加的な特徴は、ノードサービスの実践エリアをより大きくすることに向けられる。本発明の創意工夫に富んだ概念なしでは、ノードサービスエリアは、ノイズ集積効果（即ちノイズ流合）及び制限されたリターンパス伝送能力のため、制限される。本発明の概念は、４というファクタによるノイズ集積を減じるため、また４というファクタによるトラフィック性能を同時に増大するため、ノードサービスエリアは４倍に増大され得ることになる。
【００２２】
本発明のある典型的な実施形態が詳細に示され説明されてきたが、種々の変更及び修正が本発明の範囲から離れずになされ得ることが理解されるべきである。本発明の範囲は、構成要素を構成する数、それらの材料、それらの形状、それらの関連装置等に制限されず、典型的な実施形態の一例として単に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のデータ通信システムの典型的な実施形態を示す図である。
【図２】本発明のファイバノードの典型的な実施形態を示す図である。
【図３】本発明の典型的な実施形態のCMTPを示す図である。
【図４】本発明の典型的な実施形態におけるCMTPにおいて起こる信号処理ステップのフロー図を示す図である。
【図１】
2005513965.tif 000003
【図２】
2005513965.tif 000004
【図３】
2005513965.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2005513965.tif 000007
2005513965.tif 000008
2005513965.tif 000009