(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシーバはアップストリーム装置への連続送信のための各パケット処理をし、トランスミッタからの電話及びデータ信号のパケットを受信するためのノードであって、
前記ノードは、
受信した電話パケットのプリアンブルにおけるエラーを検出するための手段と、
電話信号の電話パケットにエラーが存在していても、所定の時間、前記電話パケットを備える電話信号を維持するために、電話サービス提供者に信号を送るとともに、前記電話信号について訂正動作を開始するための手段と、
前記電話パケットのパケットペイロードを、無音データ又はそれより前のエラー無し電話パケットのペイロードのデータと置き換えることにより、前記電話信号についての訂正動作を行うための手段と、
を備えることを特徴とするノード。
【請求項２】
前記エラーを検出するための前記手段と、前記訂正動作を行うための前記手段は、ＱＰＳＫデモジュレータである、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。
【請求項３】
エラー訂正のために任意に予約されている電話パケットのビットを、搬送されたパケットペイロードの代わりに、割り当てる手段を、さらに備える、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。
【請求項４】
前記アップストリーム装置へのデータパケットの連続送信の前に、データパケットのペイロードにおけるエラーを訂正する手段を、さらに備える、ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のノード。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般的に信号伝達及び処理に関し、特に、強固で信頼性のある電話及びデータサービスをケーブルテレビ加入者へ提供するための方法及び装置に関する。
２．関連技術の説明
ケーブルアンテナテレビジョン（ＣＡＴＶ）ネットワークは、高速通信のために確立されたネットワークの基礎基盤を提供する。伝統的に、ＣＡＴＶネットワークは、単独でブロードキャストネットワークとして動作する。テレビ番組形式としての情報は、ＣＡＴＶヘッドエンドからＣＡＴＶ加入者へ、一方向に伝送される。進んだ技術の出現や規制規則の変更により、ＣＡＴＶネットワークの経営者は、加入者へ追加のサービスを提供するためにそのネットワークの基礎基盤を使用する機会を得ている（図１参照）。これらのサービスには、例えば、電話サービス、インターネットアクセス、ビデオオンデマンド等が含まれるであろう。これらの追加のサービスは、加入者へ及び加入者から高速で、高い帯域幅の通信を扱うネットワークが必要とされ、成功するためには、強固な高い信頼性が要求される。
多数の加入者の位置からＣＡＴＶヘッドエンドのような中央の位置への通信は、返送周波数帯域に多くの干渉源の存在による重要な障害が課せられる。加えて、提供されたサービスは、独立したものではなく、特にＣＡＴＶ電話及びデータネットワークの中のノイズ及びエラーの扱いに関して、能力的には、ＣＡＴＶヘッドエンドにおける電話サービスの提供者と効果的なインターフェースを提供しなければならない。
伝統的なエラー訂正技術は、ＣＡＴＶ環境ではしばしば不適切である。なぜなら、ＣＡＴＶノイズ及びパフォーマンス環境は、特質上、他の環境とは異なっているからである。例えば、ＣＢラジオインターフェースは、ＣＡＴＶにしばしば体験されている。低い周波数で動作する伝統的な電話線では、これらの送信による影響はない。伝統的なノイズフィルターは効果的でない。なぜなら、その干渉はしばしばＣＡＴＶ信号と同じ大きさであり、その干渉はガウシアンで特徴付けられない。そのような干渉はしばしば散発的に、かつ、比較的長い期間、発生する。そのようなノイズを扱っている間、ＣＡＴＶネットワークは、望まないディスコネクトを防ぐために、上流（アップストリーム）の電話提供者と適切なコネクションとプロトコルとを維持しなければならない。
上記困難にも関わらず、存在する提案されたＣＡＴＶネットワークの高い帯域幅の基礎基盤は、他の通信システムのために、達成できない実際的でない強化された環境を準備する。各家へＣＡＴＶにより提供される帯域幅は、例えば、公衆の電話線により提供される帯域幅よりも、かなり広い。これは、ＣＡＴＶネットワーク提供者に、干渉の存在に対し、動的に調整するパフォーマンスのためのより多くの選択肢を提供する。また、典型的なＣＡＴＶ提供者は、家へのこの高い帯域幅の能力の単独の提供者であり、各加入者の位置の能力装置に命令をすることができる。強固で信頼性のある通信のための望ましい特徴及び機能は、ＣＡＴＶヘッドエンドと同様に、加入者の位置にあるインターフェースユニットノードを設計することができる。
ＣＡＴＶ電話及びデータサービスの特性に影響を及ぼす他のファクターは、エラー訂正及びマスキングの分野である。異なるタイプのサービスは、異なるパフォーマンスの考慮と要求を持っている。例えば、音声通信は、欠落には寛容であるが、遅れには寛容でない。これに対して、データ通信は、この環境において、遅れに対しては比較的鈍感である。ＣＡＴＶネットワークは音声通信に限定されない。ＣＡＴＶネットワークは、伝統的な電話線のようにモデムにより音声周波数に変換したデータ送信を必要としない。ネットワークは電話とデータを識別でき、エラー訂正、又は、それぞれに最も適合した隠蔽スキームを、適用する。
この発明は、ＣＡＴＶ電話及びデータサービス特有の問題を扱うものである。この発明は、ＣＡＴＶネットワークにおける技術的特徴と固有の能力について有利な解決策を提供する。特に、この発明は、干渉の存在する場合に、強固な上流との通信を提供する発生及びリカバー信号を提供する。この発明は、エラーの識別、訂正、マスキングを提供し、ノイズ障害が存在する場合に回線接続性を維持し、動的再配置をする。
発明の要約
この発明は、短い期間のノイズ障害に対する”エラー隠蔽”を開示する。特定のアプリケーションにおいて、汚染パケットの変わりの特定パターンの置換は、汚染の影響を最小限にすることができる。加えて、さらに上流の処理からのエラーの隠蔽は、間欠的な隙間の間の接続性を維持することができる。
この発明は、非干渉状態における各チャンネルのノイズ及びパフォーマンスの少なくとも一方を測定するための手段も、開示する。そのようにして、汚染されたチャンネルは、高い干渉が終わるまでの間閉鎖され、クリアーなチャンネルを識別することができ、そして、選択されたトランスミッタは改良されたパフォーマンスのために必要に応じて、択一的にチャンネルを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は双方向ＣＡＴＶネットワークを示す図。
図２は双方向サービスのＣＡＴＶヘッドエンドを示す図。
図３は双方向ＣＡＴＶネットワークの使用ＲＦスペクトラムを示す図。
図４は双方向ＣＡＴＶネットワークにおける、ダウンストリーム及びアップストリーム通信の時分割多重（ＴＤＭ）及び時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）の使用を、それぞれ、示す図。
図５はダウンストリームにおけるＴＤＭ送信ストリームの構造を示す図。
図６はアップストリームにおけるＴＤＭ送信ストリームの構造を示す図。
図７はＣＡＴＶヘッドエンドモデムにおける送信ダウンストリーム部を示す図。
図８はＣＡＴＶヘッドエンドモデムにおける受信アップストリーム部を示す図。
本発明に係るシステムオペレーションの好適な実施例の詳細な説明
図１は加入者にテレビ、電話及びデータサービスを提供するための双方向ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークを示す図である。ＣＡＴＶヘッドエンド１０は、加入者へ及び加入者からのすべての通信のための配信センターである。図示しないが、ＣＡＴＶヘッドエンドは、テレビサービス提供者と同様に、電話サービス提供者、データサービス提供者へのインターフェースである。例示的な外形において、ＣＡＴＶヘッドエンド１０は、光ファイバーケーブル１１上に、情報を送信する。光ファイバーケーブル１１の１本のファイバーはダウンストリーム（送信）通信のためのものであり、１本のファイバーはアップストリーム（受信）通信のためのものである。ローカルサブステーション１２では、光通信は電気信号に変換され、その逆もなされる。電気信号は同軸ケーブルネットワーク１３上を通信される。多重ネットワークインターフェースユニット（ＮＩＵ）１５は、このケーブルネットワークの枝線に接続されている。一般的には、加入者の所在地ごとに、１つのＮＩＵがある。各ＮＩＵ１５は、必要なインターフェースを、加入者のテレビ１７、電話１８及びコンピュータ１６へ提供する。この発明は、加入者へ効果的で効率的な双方向データ１６及び電話１８のサービスを提供するためにＣＡＴＶヘッドエンド１０及びＮＩＵ１５に必要な装置を扱う。
ＣＡＴＶヘッドエンドコンポーネントを図２に示す。ＣＡＴＶヘッドエンドは、テレビ／ビデオ信号２１のビデオモジュレータ２４と、電話ネットワーク２２のインタフェース２５と、データネットワーク２３のインターフェース２６とを、備えている。電話及びデータ信号は、ＲＦモデム２７において変調及び復調される。ビデオモジュレータ２４及びＲＦモデム２７からの変調された信号は、多重周波数化されたダウンストリーム信号３１を形成するために、２８で結合される。同様に多重周波数化されたアップストリーム信号３０は、適当なＲＦモデム２７により復調するために、スプリッタ２９で個別の信号に多重分離される。各ＲＦモデム２７には、ダウンストリーム用の送信周波数と、アップストリーム用の受信周波数とが、割り付けられる。
アップストリームおよびダウンストリーム通信のための周波数割付を、図３に示す。アップストリーム３０は、５ＭＨｚから５０ＭＨｚの帯域を占有する。このアップストリーム３０は、すべての加入者の電話とデータ通信のアップストリームの結合を周波数多重化している。ダウンストリーム３１は、５０ＭＨｚから１０００ＭＨｚの帯域を占有する。このダウンストリーム３１は、加入者の電話とデータ通信のダウンストリームと同様に、テレビ／ビデオ信号の結合を周波数多重化している。
図４に示すように、周波数多重化されたダウンストリーム信号３１とアップストリーム信号３０の内部では、電話及びデータ信号はさらに時間領域で多重化される。図４には図２のＲＦモデム２７が示されている。このＲＦモデム２７は、モジュレータ４１と、無線周波トランスミッタ４２と、レシーバ４４と、デモジュレータ４３とを、備えている。ダウンストリーム４５は、周波数多重化されたダウンストリーム信号３１を備える信号の１つである。アップストリーム信号４６は、周波数多重化されたアップストリーム信号３０を備える信号の１つである。ダウンストリーム４５は、３２個のタイムスロット４７に線引きされる。各ＮＩＵ１５には、これらのタイムスロットの１又はそれ以上が割り当てられる。割り当ては静的にすることができ、その場合、割り当ては変化しない。また、割り当ては動的にすることもでき、その場合、１つのＮＩＵへのタイムスロットの割り当ては、各ＮＩＵからのサービスの要求に依存する。図５に示すように、最初のタイムスロット５１は、タイミング及び同調のために割り当てられる。第２のタイムスロット５２は制御情報を含んでいる。この制御情報には、各ＮＩＵへのこれに続くタイムスロットの動的割り当てのための信号を含ませることができる。最後のタイムスロット５３は、エラー訂正信号を割り当てることができる。好適な実施例として、３２個のタイムスロットは、１２５マイクロ秒のフレーム期間５４を備えている。１２個のフレーム期間は、１．５ミリ秒の上位フレームを形成する。以下に述べるように、ダウンストリームの上位フレームは、同様に、アップストリームの通信のためのタイミングシーケンスを形成する。このダウンストリームの通信を送信するヘッドエンドトランスミッタを、図７に示す。
アップストリーム信号４６は、タイムスロットに線引きされる。１又は複数のタイムスロットが、アップストリーム通信のために各ＮＩＵ１５に割り当てられる。図６に示すように、ヘッドエンドモデムは、各１．５ミリ秒の上位フレーム毎に、ダウンストリーム信号４５の一部としてタイミング信号６１を送信する。各ＮＩＵからの送信は、６２．５ミリ秒の長さに条件指定されている。これは、２バイトのプリアンブル６２と、１２バイトのペイロード６３と、１バイトの信号及びエラー訂正６４とを、備えている。１バイトの長さが、ＮＩＵのために割り当てられており、それは、送信の開始６５及び終了６６の半バイトである。
回線接続性の維持
プリアンブルは予め定められたデータパターンを含んでいる。プリアンブルのエラーの検出は、加入者への通信リンクの状態の大きな指標であり、以下のように、訂正の開始と防止対策とに用いられる。
電話会社やデータ提供者等のサービス提供者は、しばしば、ペイロード内又はペイロードのキャリー信号上のエラー又はノイズの存在を、通信リンクの問題の指標として使用する。これらの提供者は、しばしは、そのような問題の場合には、サービスから加入者をディスコネクトする。さもなければ、サービス提供者は、ノイズ又は干渉を原因として、コネクションの意図的な終了のように、ペイロードの内容又はキャリアの特性を、誤解するかもしれない。一般的には、例えば、オンラインデータサービスは、キャリア信号の認められたロスにより、ノイズの入ったコネクションをディスコネクトするであろう。キャリアはまれに欠落する。それは、ノイズによりもっとしばしば克服される。しかし、データサービス装置は、リンク切断又はコマンドの誤解の違いを、意図されたディスコネクトから識別する手段はない。そのような状況で加入者は、コンタクトの再加入を必要とする。例えば、もし、加入者のリングが、一般的にワールドワイドウェブ上を通信している間のような複雑なサーチプロセスを経由してこのデータサービスが確立している場合、これは時間を消費するプロセスかもしれない。さもなければ、もしデータサービス提供者が不十分なバックアップシステムを有する場合、それはかなりの量の情報の再入力を必要とするかもしれない。
しかしながら、この発明にしたがうと、受信したプリアンブルの特性を直接観察することにより、ＣＡＴＶは、汚染された応答から、ＮＩＵからの応答の不在を区別することができる。もし、プリアンブルが存在し、しかし、汚染されている場合は、ＣＡＴＶヘッドエンドは、この発明にしたがって、少なくとも訂正動作を開始する間の予め定められた期間の時間、ディスコネクトを防止するために、提供者へ適当な信号を挿入するであろう。これは、例えば、意図的なディスコネクトとして誤って解釈された汚染されたペイロードを原因とする、加入者のディスコネクションを防止する。もし、プリアンブルが欠落していれば、これは、意図的なディスコネクトか、又は、ＮＩＵに問題があるかを、意味している。ＮＩＵにおける問題は、他のタイムスロットにおけるその応答に注意を払うか、又は、このタイムスロットにおけるテスト要求に対するその応答により、検出することができる。その代わりに、プロトコルは意図的なディスコネクトを意味する明確な制御信号を要求することができる。この信号の欠落により、ヘッドエンドは、自動的に、予め定められた時間だけディスコネクトのサービスをオフに維持し、訂正動作を開始する。
図８は、本発明に係るヘッドエンドレシーバとデモジュレータのブロック図を示す。図４に示したのと同様に、ＱＰＳＫ信号はレシーバ４４によりアップストリームリンク４６から受信され、ＱＰＳＫデモジュレータ４３へ供給される。ＱＰＳＫデモジュレータ４３は、アナログからデジタルへのコンバータ８２０と、差動ＱＰＳＫデモジュレータ８３０とを、備えている。本発明によれば、デモジュレータ４３は、同様に、プリアンブル検出器８４０を備えている。このプリアンブル検出器８４０は、上述したように、直接的なプリアンブルのエラーの検出を提供する。さらに、本発明によれば、デモジュレータ４３は、同様に、パケット置換手段８５０を備えている。このパケット置換手段８５０については、引き続いて説明する。もし、プリアンブルエラーが検出されると、システムコントローラ８００は、プリアンブル検出器８４０から信号を受信する。この信号に対応して、システムコントローラ８００は、コントロールネットワークインターフェース８１０と通信する。そして、このコントロールネットワークインターフェース８１０は、上述したように予め定められた時間、サービス提供者からのディスコネクトを防止するために、適当なインターフェース２５又は２６と通信する。コントローラは、また、ここで開示するように、プリアンブルエラーに対応して、訂正動作を開始する。
エラーの隠蔽
パケット置換ブロック８５０は、プリアンブル検出器８４０からのプリアンブルエラー信号に応じて、プリアンブルエラーとともに受信したパケットを、異なるパケットに置換する。音声通信は、ノイズと遅延には大変敏感であるが、高周波の損失には本当に寛容であることが、知られている。本発明によれば、パケットエラーが検出され、かつ、パケットが電話、音声通信に関するものである場合、置換パケット８６０は８３０から受信したパケットに置き換えられる。この置換パケットは、”無音”つまり音がないのと等価であるか、又は、その前のプリアンブルエラーのないパケットと同一のパケットである。そのようにすると、この情報の受取人は、ノイズを聞かなくなるか、又は、エラー信号の発生の結果による典型的な静寂を聞かなくなる。そして、この装置から認められる通信の質は、高まる。しかしながら、この置換の呼び出しにより、その前のパケットに含まれていない置換されたパケットに含まれた情報は、失われる。しかしながら、続くパケットがエラーなしで受信されれば、失われるものは、その前のパケットにも続くパケットにも含まれない、置き換えられたパケットに含まれる情報に、限られる。つまり、急激な変化が起きた情報だけが、失われる。同様に、このパケット置換方法を採用することにより気づくこととしては、エラー訂正を試みることが、音声通信にとって、不要になることである。したがって、エラー訂正のために選択的に割り当てされたバイトは、メッセージ情報を運ぶために割り当てることができ、これによりパケットのオーバーヘッドが削減される。
データ通信にとって、情報の欠落は許容できない。なぜなら、ＣＡＴＶ装置は、加入者の電話装置から分離して、加入者のデータ装置と通信するよう形成されており、独立したエラー訂正スキームが採用されるからである。この発明によれば、受信したパケットがデータネットワークインターフェース２６に関するものである場合、システムコントローラ８００は、パケット置換を防止するため、パケット置換ブロック８５０と相互に作用し合う。選択的には、信号内のＣＲＣビット及び図６のＣＲＣバイト６５により訂正可能なペイロードのエラーは、エラー訂正ブロック８７０で訂正することができる。その代わりに、データ通信プロトコルは、上位のネットワークレイヤーでエラー検出を提供できる。例えば、データサービス提供者は、エラーが検出された場合、加入者のデータ装置から再送要求をすることができる。
訂正対策
エラー検出に対応して、又は、潜在的未来問題の兆しに対応して、ＣＡＴＶヘッドエンドは、利用できない伝統的な電話又はデータサービス提供者の訂正対策を開始する。図２乃至図５に示すように、システムはＲＦモデム２７とＮＩＵ１５とを備えている。これらは、周波数調整可能なトランスミッタ及びレシーバを備えている。エラー又は劣化の場合、これらのチューナーは干渉のより少ない周波数に調整することができる。この発明によれば、代わりの周波数の優先評価と同様に、劣化の検出は、加入者へのサービスの中断があるにしても、最小限の効果的な訂正プロセスにより提供される。この周波数の再割り当ての間、上述したように、コントロールネットワークインターフェース８１０を通じて、接続性はすべての影響のあるＮＩＵのためにサービス提供者により維持される。
加入者のパケットの送受信の間におけるエラー又は劣化の検出に加えて、ＣＡＴＶヘッドエンドは周期的な診断を開始する。定期的に、各ＲＦモデムは、選択したＮＩＵからの既知のデータパケットの送信を要求する。送信されたデータパケットは、ペイロードと同様に、プリアンブルの予め定められたパターンを含んでいる。予め定められたパターンと受信したパターンとの比較は、その周波数における送信パスの品質の直接的な評価を提供する。選択するＮＩＵは、干渉パターンに依存する位置を決定するために、ランダムに、又は、ＮＩＵの位置にしたがって、選択される。傾向を評価するため、又は、各日の特定の時間に繰り返される干渉のように繰り返される干渉パターンの識別のために、比較の結果は、規定時間外に格納することができる。
ＣＡＴＶヘッドエンドは、少なくとも１つの、使用していないＲＦ周波数の評価のための診断ＲＦモデムを含んでいる。周期的に、１つのＮＩＵが選択され、その割り当てられたＲＦモデムを介して、その１つのＮＩＵは、現在使用していない周波数へ動作周波数を変更する指示をされる。各ＲＦモデムのネットワークの少なくとも１つのＮＩＵが、各ネットワークにおける各未使用の周波数の干渉特性評価のために、選択される。もし、そのネットワークのすべてのＮＩＵが加入者トラフィックを有している場合、診断プロセスはこのネットワークを延期する。
上述した現在使用されていない周波数にセットされた診断ＲＦモデムは、選択したＮＩＵからの送信要求により、その診断を開始する。診断ＲＦモデムは、ＮＩＵへ再びその周波数を変更するように連続して指示をする。新しい周波数は、使われていない他の周波数か、又は、ＮＩＵのオリジナル動作周波数である。選択は、ＮＩＵが送信する加入者メッセージを有しているかどうかに依存してなされる。ＣＡＴＶヘッドエンドにおいて、各ネットワークのインターフェースの記録は、各未使用周波数ごとに特徴付けられ、そのネットワークの現在の周波数は維持される。ネットワークの周波数は、そのネットワークの現在の周波数の特性よりもかなり良い特性の未使用のチャンネルのインターフェース特性を示すたびに、再度、割り付けられる。インターフェース特性の記録は、装置メンテナンス処理の開始にも使用され、外部のインターフェースパターンよりもむしろ、記録は装置の問題を示している。
結論
上述したように、この発明は、問題を予想しその問題がユーザに対して明確化する前に訂正動作を開始する手段とともに、検出手段と、隠蔽手段と、エラー訂正手段とを、備えている。これらの技術を通じて、ＣＡＴＶ提供者により提供される双方向サービスは、これまでと違い、高品質で強固な利用可能な電話又はデータサービス加入者を有する。
上述のものは、単に、原理を示したにすぎない。ゆえに、これらの技術は、ここでは明確には図示して説明しないが、本発明の原理を具体化し、その精神と範囲内で、種々の組み合わせを案出することが認められる。例えば、この発明の確実な特徴は、通信フローの特定の方向に存在する。この分野の通常の知識を有する者によれば、”アップストリーム”、”ダウンストリーム”という用語は、出所及び行先に関するものであり、このような名称の変更は、用語の反転という効果をもたらすかもしれないが、実質的な影響を与えるものではない。また、一つのヘッドエンドと多重ダウンストリーム装置の環境を説明したが、この発明により具体化された原理は、同様に、マスチソース・マルチディスティネーションネットワークや、ポイント・ツー・ポイントネットワークや、これらの組み合わせに、適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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