(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央局と複数の端末装置との間の通信のためのデータ伝送システムであって、
複数の中間ノードと、
各々が前記複数の中間ノードの少なくとも一つに関連する、複数の端末装置と、
割当信号及び放送信号を伝送し、前記中央局を前記複数の中間ノードのうちのサブセットに第１有線ネットワークを介して接続する、前記中央局に設けられる少なくとも一つの第１通信モジュールと、
前記中間ノードを前記複数の端末装置のうちのサブネットに第２有線ネットワークを介して接続する、前記各中間ノードに設けられる第２通信モジュールと、
前記中央局を前記複数の中間ノードに第３有線ネットワークを介して接続する少なくとも一つの第３通信モジュールと、を備え、
前記少なくとも一つの第３通信モジュールは、第１信号を前記第３有線ネットワークを介して前記複数の中間ノードに伝送し、前記少なくとも一つの第１通信モジュールは、第２信号を前記第１有線ネットワークを介して前記複数の中間ノードの少なくとも一つに伝送し、前記第２通信モジュールは、前記複数の中間ノードからの信号を前記第２有線ネットワークを介して前記複数の端末装置の少なくとも一つに伝送し、
前記第２信号は、前記第１信号と異なる周波数帯域を使用し、前記第１信号及び前記第２信号は、前記複数の中間ノードで結合され、
前記第２信号は、前記複数の端末装置の少なくとも一つに送信される割当信号を含み、
前記第２信号は、前記第１有線ネットワークを介してアナログ副搬送波上に複数のデジタルサービスを送信するための信号であり、
提供される前記デジタルサービスのビットエラー率性能要求によって定められるチャンネル毎の出力に基づいて前記第２信号の単位周波数当たり出力を制御するための出力制御装置が前記中央局に設けられ、
前記少なくとも一つの第１通信モジュールは、放送信号を前記複数の中間ノードの少なくとも一つに前記第１有線ネットワークを介して伝送すること、
を特徴とするデータ伝送システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの第３通信モジュールは、光ファイバを介して前記中央局と接続され、前記複数の中間ノードと前記第３有線ネットワークを介して接続されるファイバノードを有すること、
を特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項３】
前記第１信号がアナログビデオ信号であることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項４】
前記第２信号が少なくともデジタルビデオ信号を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項５】
前記割当信号は符号化信号であり、特定の前記端末装置だけが当該割当信号を受信でき復号できることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項６】
前記割当信号は、特定の前記端末装置のみによって復号される符号化信号であることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項７】
前記第１通信モジュールは、前記第２信号を、当該中央局から前記第１有線ネットワークを介して、複数の前記端末装置のうちのサブセットの一つに連結するための中間ノードに送信するための送信器を有することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項８】
前記第１有線ネットワークは、光ファイバネットワークであることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項９】
前記中央局は、前記少なくとも一つの第１通信モジュールを通して送信される放送デジタルチャネルの切り換えを制御する切換装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項１０】
前記中央局は、前記少なくとも一つの第１通信モジュールが前記第２信号を伝送することを制御する切換装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項１１】
前記割当信号が切換デジタルサービスを前記関連する端末装置の特定された一つに提供することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項１２】
複数のデジタルサービスを有線ネットワークを介して複数の端末装置に送信する通信モジュールと、
提供される前記デジタルサービスのビットエラー率性能要求によって定められるチャンネル毎の出力に基づいて、前記通信モジュールによる前記有線ネットワークを介したアナログ副搬送波上のデジタルサービス信号の単位周波数当たり出力を制御する出力制御装置と、
を備える中央局。
【請求項１３】
前記デジタルサービスが、放送サービスと少なくとも一つの割当サービスを含むことを特徴とする請求項１２に記載の中央局。
【請求項１４】
前記デジタルサービスが、少なくとも一種類の変調方式と、少なくとも一種類の誤り訂正符号化方法とを用いて前記通信モジュールによって送信されることを特徴とする請求項１２に記載の中央局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリットファイバ光学・同軸ケーブル（ＨＦＣ）へビデオサービスを提供すること、及び一層特にミニファイバノード（ｍＦＮ）ＨＦＣネットワークへ多チャンネル圧縮デジタルビデオを提供することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＡＴＶシステムは、５５ＭＨｚから３５０ＭＨｚ、５５０ＭＨｚまであるいは７５０ＭＨｚまでものアナログ放送信号を用いて中央局（ＣＯ）から多ＣＡＴＶチャンネル（ＡＭ−ＶＳＢ）用の端末装置（ＥＵ）へダウンストリーム放送情報を供給する。ケーブル運営者は、彼等の同軸ケーブルシステムのチャンネル容量を増やして割増し料金や有料チャンネルのような付加的サービスを提供し、収益を増やしたいという誘惑にかられている。しかしながら、従来の同軸ケーブルまたはハイブリットファイバ光学・ケーブル（ＨＦＣ）を７５０ＭＨｚまで（または３５０ＭＨｚから５５０ＭＨｚまで）性能向上させるには、少なくとも増幅器交換（性能向上）及び組み合わさった増幅器スペースを含む全ケーブルフ施設を再構築する必要がある。さらに、多くの従来システム運営者は、単一伝送線を通して放送アナログ信号のみならず放送デジタル信号も提供できるようにしたいと望んでいる。しかしながら、これは、アナログ信号によって生じるインパルスノイズがデジタル信号にエラーを生じさせるので、困難である。例えば、参照技術事項としてこの明細書に結合されるLu等の“Clipping Induced Impulse Noise and Its Effects on Bit-Error Performance in AM-VSB/QAM Hybrid Lightwave Systems” PTL １９９４年７月号  第８６６頁〜第８６８頁参照。このようなケーブル設備の性能向上にかかる経費は、米国における全てのＣＡＴＶ施設のほとんどが従来７５０ＭＨｚまで性能向上できていない理由を説明している。
【０００３】
１９９５年９月１２日に出願された米国特許出願第０８／５２６，７３６号（これの主題は参照技術事項として本明細書に結合される）には、ＨＦＣネットワークに対する別のｍＦＮ性能向上について提案されている。既存のＨＦＣネットワークはＣＯからＥＵへの最初のアクセス通路をなしている。合成ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークにおいては、ｍＦＮは中央局（ＣＯ）から、ＥＵへの伝送用の既存のＨＦＣネットワークからの第２のアクセス通路を介して信号を受ける。さらに、ｍＦＮは、第２のアクセス通路を介してＣＯへ戻る伝送のためにＥＵからのアップストリーム信号を受ける。加えて、Stoneback等の“Designing the Return System for Full Digital Services”  Society of Telecommunications Engineers １９９６年１月１０日号  第２６９頁〜第２７７頁（これの主題は参照技術事項として本明細書に結合される）によって例証されたような従来の知識は、異なる帯域幅の種々の変調方式を含む多くの異なった信号タイプが実施される場合に、パワー／Ｈｚ（単位周波数当たり出力）の好ましい割り付けとして一定のパワー／Ｈｚを提案している。しかしながら、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークの非効率性を含む問題は、各信号タイプによって提供されるサービス及び提供された各サービスの性能要求に基づいてパワー／Ｈｚを割り付けないことによって生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、放送テレビジョンチャンネル用の圧縮デジタルビデオ（ＣＤＶ）を提供できるように既存のＣＡＴＶシステムの性能を向上させ、かつまたｍＦＮ−ＨＦＣネットワークを通してのパワー／Ｈｚの割り付けを改善するのに有効でコスト的にも有利な装置及び方法が要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
中央局及び中央局を多数の端末装置の少なくとも一つと接続する多数の第１伝送媒体を有する伝送ネットワークが提供される。中央局は、第１放送信号を第１伝送媒体の各々に沿って伝送し、また少なくとも一つの特定の端末装置によって受信されることになる割当信号を多数の第１伝送媒体の一つに沿って伝送する。
【０００６】
第１伝送媒体及び第１伝送媒体とは分離し中央局に接続された別個で多数の第２伝送媒体を有する別の伝送ネットワークが提供される。この伝送ネットワークはさらに、多数の中間ノード及び多数の受動伝送媒体を有している。中央局は、第１伝送媒体を介して第１放送サービスを伝送し、また多数の第２伝送媒体を介して第２放送サービスを伝送する。多数の中間ノードの各々は多数の第２伝送媒体の別々の一つに接続しそして第１伝送媒体に接続し、第１放送サービスと第２放送サービスとを結合させる。多数の受動伝送媒体の各々は、多数の端末装置の相応したサブセットによって受けられることになる結合サービスを実施する中間ノードの一つに接続する。
【０００７】
中央局、中央局を多数の端末装置に接続する伝送媒体及びパワー（出力）制御装置を有するさらに別の伝送ネットワークが提供される。中央局は、伝送媒体に沿って多数のデジタルサービスを伝送し、またパワー制御装置は提供されたデジタルサービスのビット・エラー・レート性能要求で決まるチャンネル毎のパワーに基づいて、伝送媒体で伝送されるアナログ副搬送波におけるデジタルサービス信号を制御する。
【０００８】
ミニファイバノード（ｍＦＮ）及びｍＦＮアクセスパスを通しての放送信号に対する中央局インターフェース装置を用いたＨＦＣ双方向伝送システム（ネットワーク）が提供される。ダイレクト放送衛星（ＤＢＳ）信号と同じビデオフォーマットを用いることにより、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークは発展した技術を使用する。明らかに、他のフォーマットを用いることもできる。さらに、この構成により、ｍＦＮ−ＨＦＣ方式における圧縮デジタルビデオ（ＣＤＶ）信号及び放送ビデオサービスを提供するコスト的に有利な接続性が得られる。
【０００９】
さらに、端末装置で必要なビットエラー率に基づいて伝送信号の出力／Ｈｚを割当てることによって、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークは、切換サービスに加えて、デジタル放送テレビジョンサービス（即ち、ＣＤＶ）を送信することができる。端末装置で必要とされるビットエラー率（ＢＥＲ）は、少なくとも提供されるサービス、変調フォーマット、及びエラー構成技術によって確定され得る。
【００１０】
加えて、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークは、既存のケーブル設備を再構築することなく、また、既存のサービスを中断することなく、双方向能力と付加的な多チャンネル放送デジタルビデオを同時に提供することによって、従来のＣＡＴＶシステムより優れた従来のＨＦＣネットワークをアップグレードすることができる。
【００１１】
本発明の他の目的、利点及び顕著な特徴は、本発明の好ましい実施形態を説明する添付図面を参照した説明から明らかになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面を参照して説明される。図中、類似した要素には類似した符号が付されている。
【００１３】
図１に示すように、ハイブリットファイバ／同軸（ＨＦＣ）双方向性通信ネットワーク１００は、本発明の実施形態に従って複数のミニファイバノード（ｍＦＮ）を用いて、圧縮デジタルビデオ（ＣＤＶ）信号を送信する。始めに、基礎となるｍＦＮ−ＨＦＣ構造を説明し、次いで、放送信号を提供することについて説明する。最後に、光学的リンク(optical links)の能力を改善するための装置及び方法を説明する。
【００１４】
図７は、図１の実施形態と共通する図面を示している。送信器１４２は、アナログ放送信号を光ファイバ１０１を通してファイバノード（ＦＮ）１２０に送信する。ＦＮ１２０から、複数の同軸ケーブル１２５がスプリッタ１２４を各増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに接続する。簡単化のために、一つの増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nだけが各同軸ケーブルに接続されて示されているが、多数の増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nが同軸ケーブル１２５の各々に接続され得ることは理解される。さらに、ＣＯ１１０は、デジタル放送ビデオ信号を、各中央局インターフェイスユニット（ＣＯＩＵ）１５０1、１５０2及び１５０nから、各々光ファイバ１０２1、１０２2及び１０２nに沿って出力する。各ＣＯＩＵ１５０1−１５０nは、一つ又は複数の増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに接続され得る。
【００１５】
ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々は、デジタル切換サービス信号を各光ファイバ１０２1−１０２nに沿って送信するために適当に設計され得る。さらに、光ファイバは増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに接続される。従って、増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nは、光ファイバ１０１に沿って送信されたアナログ放送信号を各々受信し、また、光ファイバ１０２1−１０２nを通して送信されたデジタル放送信号も受信する。さらに、各増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nは、各同軸ケーブル１８０1−１８０nと、同軸ケーブル１８０1−１８０nの各々に沿って対応される端末装置（ＥＵ）のサブセットとに接続される。ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々はリターン信号を受信し得る。これらリターン信号は、図７には示されていないがＥＵからＣＯ１１０へ逆方向へ送信される。
【００１６】
ケーブル１８０nに沿った特定の一つのＥＵ１８４、例えば、１８４ｘが切換（又は割当て）サービスを要求すると、ＣＯＩＵ１５０nは、各切換サービス信号をファイバ１０２nに沿って、増幅器／ｍＦＮモジュール１６０nへ、そして最終的にケーブル１８０nへ出力する。その後、特定のＥＵ１８４ｘは、好ましくは暗号化された切換サービスを受信する。
【００１７】
要約すると、本発明は、ＥＵ、例えば、特定のＥＵ１８４ｘが送信器１４２からアナログ放送信号を受信し、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの一つから放送信号及び切換サービス信号を含むデジタル信号を受信することを可能にする。これらの信号は、各増幅器／ｍＦＮモジュールで適当に結合され、各ケーブルを通して物理的にかつ論理上接続された端末装置のサブセットに送信される。さらに、切換サービスを要求する特定の端末装置だけが、切換サービス信号を受信し、正確に解読することができる。
【００１８】
図１に示すように、中央局（ＣＯ）１１０は、光ファイバ１０１を介して、以下にＦＮ１２０として参照されるリモート信号分配ユニットに接続される。光ファイバ１０１の代わりに同軸ケーブルを用いることもできる。ＣＯ１１０は、高品質レーザ送信器１４２及び光ファイバ１０１を用いてマルチＣＡＴＶチャンネル（ＡＭ−ＶＳＢ）のようなアナログ放送情報を送信する。ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００では、ＡＭ−ＶＳＢ信号は送信器１４２によって、約１０００といった多数のＥＵ１８４1−１８４1000（図示せず）に放送される（以下、ＣＯ１１０に接続されたＥＵは、ＥＵ１８４として参照する）。放送情報は、送信器１４２によってアナログ副搬送波に載せられたアナログ情報として送信される。
【００１９】
ＦＮ１２０では、受信器１２２によって放送情報を有する光学的信号が受信され、電気信号に変換される。ＦＮ１２０は、スプリッタ１２４を介して複数の同軸ケーブル１２５に電気信号を供給する。
【００２０】
図２に示すように、同軸ケーブル１２５における下流の放送情報は、ＣＡＴＶサービス（ＡＭ−ＶＳＢ）を提供するアナログ信号を含んでいる。実施形態のシステムでは、アナログＣＡＴＶサービスは、５５ＭＨｚから５５０ＭＨｚまでの周波数帯域を占める。同軸ケーブル１２５は、ＦＮ１２０を対応する複数の増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに接続する。増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nの一つの構成が一例として増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1に示されている。増幅器／ｍＦＮモジュール１６０2−１６０nの構成は同様であるので、図面を明瞭にするために図１には示していない。
【００２１】
増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1から、同軸ケーブル１８０1は物理的に接続されたＥＵ１８４のサブセットに信号を分配し、また、そこから信号を受信する。ＥＵ１８４の各々はネットワークインターフェイスユニット１９０を含み、ユニット１９０は、電話ユニット１９２、セットトップボックス(set-top box)１９４を備え得るテレビユニット、及びモデム、即ち、パーソナルコンピュータシステム１９６に接続され得る。端末装置の一例は、図１にＥＵ１８４1として示されている。
【００２２】
図１に示すように、増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1は、ｍＦＮ１６６1及び単一方向性増幅器１６２1を、ダイプレクサ１６４1を介して、ＥＵ１８４1及びＥＵ１８４2だけが図示された約５０のＥＵ１８４のサブセットのうちの一つに接続する。言い換えれば、各増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに、ＥＵ１８４のサブセットが接続される。ｍＦＮ１６６1は、光学的受信器１６８1、レーザ送信器１６７1、及びダイプレクサ１６９1を含んでいる。光ファイバ１０２1は、ＣＯＩＵ１５０1内の送信器１４８1をｍＦＮ１６６1に接続する。同様に、光ファイバ１０３1はＣＯＩＵ１５０1内の受信器１５１1をｍＦＮ１６６1に接続する。ここで、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nと増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nとの間で光学的受信器や光学的結合器によって単一のファイバを用いる構成を実現することも可能である。また、波長分割多重化方式（ＷＤＭ）を採用すれば、光学的スプリッタ及びコンバイナが、多数のｍＦＮ１６６1−１６６nをＣＯ１１０（例えば、一組の送信器１４８1−１４８n及び受信器１５１1−１５１n）に接続するために使用され得、必要なファイバを減らすことができる。
【００２３】
ダイプレクサ１６４1は、ｍＦＮ１６６1と（増幅器１６２1を介して）ＦＮ１２０とから送信された同軸ケーブル１８０1への信号を結合する。また、ダイプレクサ１６４1は、増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1に接続されたＥＵ１８４のサブセットからの信号をＣＯ１１０に向ける。ダイプレクサ１６４1−１６４nのクロスオーバは、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nを用いてＥＵ１８４へ送られるサービスと送信器１４２を用いて送られるサービスとの帯域幅が動的に割当てられるように、動的に配置され得る。送信器１４２に対する帯域幅の割当ては、増幅器１６２1−１６２nの能力の範囲内に制限され得る。
【００２４】
図２に示すように、ＣＯ１１０は、アナログ放送信号を５５ＭＨｚから５５０ＭＨｚの周波数帯域で、光ファイバ１０１、受信器１２２、スプリッタ１２４、同軸ケーブル１２５、増幅器１６２1−１６２n、ダイプレクサ１６４1−１６４n、及び同軸ケーブル１８０1−１８０nを通してＥＵ１８４に送信する。最終的に、これらのアナログ信号はアナログ副搬送波上のデジタル信号に置き換えられ得る。例えば、ＨＤＴＶ（高精細度ＴＶ）が配備されてくるに従って、ケーブル運営者は幾つかのＡＭ−ＶＳＢチャンネルをＨＤＴＶチャンネルに置き換え得る。
【００２５】
増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nは、ｍＦＮ１６６1−１６６nを、同軸ケーブル１２５に沿った各分配増幅器１６２1−１６２nに隣接させて配置する。ダイプレクサ１６４1は増幅器１６２1及びｍＦＮ１６６1の両方を同軸ケーブル１８０1を介してＥＵ１８４のサブセットに接続する。従って、付加的なサービスは、下流の放送ＣＡＴＶサービスに影響を及ぼすことなくｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００の中に組み込まれ得る。
【００２６】
ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークを通しての切換サービスの提供は、米国特許出願第０８／５２６，７３６号に開示されている。ＣＯ１１０は、例えば、ＣＯＩＵ１５１1を用いて、切換サービスをＥＵ１８４のサブセットの一つへ５８０ＭＨｚから１ＧＨｚの周波数帯域で、光ファイバ１０２1、１０３1、ｍＦＮ１６６1、ダイプレクサ１６４1、及び同軸ケーブル１８０1を通して送り得る。切換サービスは、送信器１４２及びファイバ１０１を通して送信された放送サービスに割当てられた帯域幅の外側かつ同軸ケーブル１８０1の帯域幅の範囲内で動的に割当てられ得る。図２に示すように、５８０ＭＨｚから１ＧＨｚの周波数帯域が、電話通信、ビデオ電話通信、ファクシミリ、データサービス、エンハンスドペイパービューサービス(enhanced-pay-per-view)（ＥＰＰＶ）等のようなサービスによって使用され得る。加えて、５〜４０ＭＨｚの帯域幅は、従来のＨＦＣネットワークとの適合性を維持するために上流の信号のために使用され得る。
【００２７】
送信器１４８1−１４８n及び受信器１５１1−１５１nはモデム１４６1−１４６nを使用し、ＣＯ１１０での切換サービス（以下に割当てサービスとしても参照される）へのアクセスを提供する。サービス提供者はモデム１４６1−１４６nを通してＣＯ１１０に接続することができる。送信器１４８1−１４８nは、切換サービスを光ファイバ１０２1−１０２nを通して送信器１４２の帯域幅（例えば、５８０ＭＨｚから１ＧＨｚ）の外側の周波数帯域で、ｍＦＮ１６６1−１６６nに送る。さらに、ｍＦＮ１６６1−１６６nは、ダイプレクサ１６４1−１６４n及び同軸ケーブル１８０1−１８０nを用いて放送又は切換サービスをＥＵ１８４に送信する。従って、上流及び下流の切換サービスは、同軸増幅器１６２1−１６２nの帯域幅制限より上のシステム帯域幅にある。増幅器１６２1−１６２nの帯域幅制限より上の帯域幅を使用することによって、増幅器１６２1−１６２nを用いてＥＵ１８４へ提供されるサービスには影響が及ばない。さらに、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００への全ての利用可能な帯域幅は増加する。
【００２８】
送信器１４２が、ＨＦＣネットワーク内の全てのＥＵ１８４に信号を送ることができても、放送信号は送信器１４８1−１４８nを用いてｍＦＮ１６６1−１６６nを通して送信され得る。送信器１４８1−１４８nは、ＣＤＶ信号を送信する能力を持つが、送信器１４８1−１４８nは、アナログＡＭ−ＶＳＢ信号を送信するために供給される厳密な仕様には合わない。
【００２９】
放送ＣＤＶ信号を含む放送デジタルサービスには、ＣＯ１１０内で単一放送モジュール１４４を使用することが提供され得、また、ＥＵ１８４の各々でＣＤＶデコーダモジュール（図示せず）を設けることが提供され得る。ＣＶＤデコーダモジュールは、テレビジョンユニットから分離したユニットとして組み込まれ得るか、又はテレビジョンユニットの中に組み込まれ得る。放送モジュール１４４は送信器１４８1−１４８nの各々に対応するコンバイナ１４７1−１４７nを通して連結される。この構成は、放送デジタルサービスがＣＯ１１０によって光ファイバ１０２1−１０２nを通して増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに連結されたＥＵ１８４の全てに提供されることを可能にする。
【００３０】
ｍＦＮ１６６1−１６６nはアナログ光学的トランシーバであり、アナログ副搬送波にて運ばれるデジタル情報を伝える。増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nにおける増幅器１６２1−１６２nは、同軸ケーブル１２５及び１８０1−１８０n上で所定の信号レベルを維持する。従って、同軸ケーブル構成要素は、増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nから連結されたＥＵ１８４の各々へのケーブル１８０1−１８０n上において受動的である。ダイプレクサ１６４1−１６４nを含む受動的な伝達媒体は、従来の双方向及び単一方向増幅器によって７５０ＭＨｚに制限されている能動的な同軸システムとは対称的に１ＧＨｚの便利な帯域幅を有する。図２に示すように、有利には、図１におけるｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００は受動的な同軸ケーブル構成要素上で５５ＭＨｚから１ＧＨｚまでの帯域幅を使用する。加えて、利用家庭への連結が受動的なので、この帯域幅は、ｍＦＮ１６６1−１６６n及び利用家庭に適当なフィルタを配置することによって、上流及び下流の通信間で柔軟に割当てられ得る。
【００３１】
上述のように、一実施形態では、ｍＦＮ１６６1−１６６nは、アナログ副搬送波に載ったデジタル情報を送信する。これらの信号は、アナログＡＭ−ＶＳＢ信号で必要とされる高い性能を必要としないので、低コストレーザ及び低出力電子部品が送信器１４８1−１４８n、受信器１５１1−１５１n、受信器１６８1−１６８n及び送信器１６７1−１６７nに対して使用され得る。加えて、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nが、厳格なＳＮＲと線形とを必要とするＡＭ−ＶＳＢ信号を伝えないので、高性能レーザを必要としない。さらに、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００のモジュール方式は、既存のどの同軸ケーブルシステムにも有利な接続性を提供する。しかし、種々の形式のサービスと共にＣＤＶを送信する時は、送信される信号に対する出力の割当ては、従来の技術では不十分である。
【００３２】
一実施形態によれば、例えば、７０チャンネルに及ぶ放送デジタルビデオサービスが、放送モジュール１４４を通して提供され得る。図１に示すように、ＣＯ１１０は圧縮デジタルビデオ（ＣＤＶ）を使用して、デジタル放送ビデオをＥＵ１８４に送信する。ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００に適当に組み込まれ得るＣＤＶ技術の一つは、ダイレクト放送衛星（ＤＢＳ）伝送用に開発されている。従って、当業者は、どのようにＤＢＳ  ＣＤＶ技術を変更して、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００におけるアナログ副搬送波上のデジタル情報として送信されるべきビデオ情報を暗号化するかを理解するであろう。ＭＰＥＧビデオ圧縮規格のようなビデオ圧縮規格を用いて、ビデオ信号は、例えば約４Ｍｂｐｓの平均ビット率まで圧縮され得る。さらに、リードソロモン(Reed-Solomon)やたたみこみ誤り訂正符号(convolutional error-correction code)のような誤り訂正符号化方式が使用され得る。一実施形態では、誤り訂正符号化は、必要な伝達ビット率を２倍にするが、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対する要求は緩和される。６ｄＢと同じくらい低い信号対ノイズ比が、ＤＢＳ技術を使用するＣＤＶを送信するために使用され得る。従って、送信器１４８1−１４８nの性能能力は、放送デジタルＣＤＶ信号を含む放送デジタルサービスを送信するのに充分である。放送モジュール１４４は、コンバイナ１４７1−１４７nを介して送信器１４８1−１４８nにＣＤＶ信号を供給する。
【００３３】
従って、図１に示すｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００は、放送アナログサービス、切換デジタルサービス及び放送デジタルサービスをＣＯ１１０から複数のＥＵ１８４へ提供する。放送アナログサービスは送信器１４２を使用することで提供され、デジタルサービス（切換／割当てサービス及び放送サービスの両方）は送信器１４８1−１４８nを使用することで提供される。要約すると、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nは、切換サービス及び放送サービスを光ファイバ１０２1−１０２nの一つを通してＥＵ１８４のサブセットの一つに連結される一つの増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに送信するための送信器１４８1−１４８nを含む。加えて、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々は、種々の光ファイバ１０２1−１０２n、１０３1−１０３n、種々の増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０n又は増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nのセットにサービスを提供し得る。また、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々は、光ファイバ１０２1−１０２n、１０３1−１０３nのセットに対応し得る。
【００３４】
ＣＯ１１０によってＥＵ１８４に送信される信号のＲＦ周波数域は、ＥＵ１８４によって予め決められた又は動的に要求されるサービスに関して割当てられ得る。ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００をアナログ放送サービスに加えてデジタル放送サービスを提供するために構成すると、ＲＦ周波数域は、アナログ送信器１４２とＣＯＩＵ１５０1−１５０n内の送信器１４８1−１４８nとの間に割り当てられ得、ＥＵ１８４の要求に最もよく適う。ＥＵ１８４によって要求される放送サービスは基本的なテレビジョンサービス、ラジオサービス、使用毎に料金が加算される（ＰＰＶ）放送又は割増チャンネルの形態で送信される割増チャンネルサービスを含み得る。ＰＰＶ又は割増チャンネルでの放送デジタルサービスに関しては、好ましくは、サービスを選択する各端末装置にデコーダ装置が装備される。
【００３５】
デジタル切換サービスは、電話通信、マルチメディア、データ送信、オーディオ及びビデオ電話通信、並びにインターネットサービスを含み得る。
【００３６】
放送サービスとは対称的に、切換デジタルビデオを含む切換デジタルサービスは、要求の開始や呼び出しの承認を行うＥＵ１８４の特定の一つに関係するＥＵ１８４に送信される。その後、切換サービスは増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nだけに送信される。送信されたＲＦ周波数域を受信すると、ＥＵ１８４の各々は、ＥＵ１８４の一つに対して提供することを目的として選択されたサービスを含むデジタル切換信号のある部分を解読する。言い換えれば、切換サービスを要求し、又は指定したＥＵ１８４の一つだけが、送信された切換サービスを「解読」することができる。
【００３７】
図３は、さらに別の実施形態を示し、この実施形態では、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークにおけるＥＵ１８４は放送グループの中に動的に割当てられる。放送グループの粒度(granularity)は、ｍＦＮ１６６1−１６６nのようなｍＦＮに物理的に接続されたＥＵ１８４の数と同じくらい低くされ得る。ｍＦＮ１６６1−１６６nの各々がｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク１００内でＦＮ１２０に関してより深いと、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nからの放送グループの粒度はＦＮ１２０より大きくなる。放送グループにおけるＥＵ１８４の各々は、同じデジタル放送サービスを受信する。ＣＤＶチャンネル選択器３１０の一つには、各放送グループが接続されている。送信されるべき放送デジタルチャンネルは、その放送グループが接続されたＣＤＶチャンネル選択器３１０の一つによって選択される。図１に示すように、複数のＣＤＶチャンネル選択器がＣＯ１１０内に配置される。しかし、ＣＤＶチャンネル選択器３１０の各々は様々な放送グループや様々なＣＯ１１０を取り扱うことができる。さらに、ＣＤＶチャンネル選択器３１０はＣＯ１１０に、又はＣＯ１１０から離れた位置に配置され得る。ＣＯ１１０は、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワーク運営者が、加入しているＥＵ１８４の人口統計学的又は地理学的なロケーションパラメータを用いた放送グループを構成することを可能にする。
【００３８】
ビデオ信号は、ＣＤＶエンコーダを用いてデジタル化され、そして圧縮される。ＣＤＶエンコーダは、優先的にビデオ源３２０に配置され、同じチャンネルを使用する離れた放送グループが各々そのチャンネルを符号化する必要がないようにする。選択的に、ＣＤＶエンコーダはチャンネル選択器３１０内に設けられ得る。ＲＦモデム（図示せず）は、アナログ副搬送波上にＣＤＶ信号を載せるために用いられ、周波数変換器（図示せず）はこれら副搬送波を適当な放送周波数に変換するために用いられる。ＲＦモデムは、ビデオ源３２０、チャンネル選択器３１０、又は図３に示す複数の放送モジュール１４４に設けられ得る。周波数変換器は、チャンネル変換器３１０又は放送モジュール１４４の何れか一方に設けられ得る。チャンネル選択器３１０及びビデオ源３２０は、ＣＯ１１０に配置され得る。ビデオ源３２０は多数の位置に分割され得る。
【００３９】
放送グループは、放送モジュール１４４とＣＯ１１０内のＣＯＩＵ１５０1−１５０nとの間に切換装置３０５を設けることによって動的に配置され得る。ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々は、図１に示すように、光ファイバ１０２1−１０２nを介して、関連する増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nに物理的に接続される。増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nの一つを通して、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nの各々は、ＥＵ１８４のサブセットの一つに物理的に接続される。言い換えれば、各増幅器／ｍＦＮモジュール１６０1−１６０nは、それ自身のＥＵ１８４のサブセットと連結される。切換装置３０５を用いた動的割当てにより、地理的な境界が変動したとしても、共通の関心の対象となるＥＵ１８４のサブセットをグループ化することを可能になる。スペイン語を話す隣人が増加すると、より多くのＣＯＩＵが、関連するＣＯでスペイン語ステイションを含む放送グループに加えられ得る。
【００４０】
従って、放送グループは、例えば５０個の送信チャンネルのセットの範囲内で収集され得るデジタルビデオチャンネルを要求するＥＵ１８４のサブセットから選択されたものであり得る。複数の放送モジュール１４４が図３に示されている。全てのＣＯＩＵ１５０1−１５０nが切換装置３０５によって放送モジュール１４４に接続されると、提供される放送デジタルサービスは図１と同様になる。さらに、放送グループに送信されるデジタルビデオチャンネルは、その後、放送グループ内のＥＵ１８４のサブセットの選択を伴うチャンネル選択器３１０の操作を通して動的に変更され得る。
【００４１】
言い換えれば、引退生活共同社会が、住宅共同社会と隣接していると、子供向けテレビジョンチャンネルの代わりに財政ニュースネットワークや旅行チャンネルがチャンネル選択器３１０によって各々の放送グループに割り当てられ得る。また、ＥＵ１８４は、アナログ放送サービスをアナログ放送送信器１４２から受信する。
【００４２】
単一の通信媒体を通した変調方式や誤り訂正技術によるデジタル切換サービスとデジタル放送サービスの同時送信は、送信されるＲＦ周波数域の複合度を増加させる。ｍＦＮ−ＨＦＣシステムを通るｍＦＮの広い利用可能な帯域幅を通して送信される様々な信号の最適な性能は、送信される信号帯域幅にわたるチャンネル出力の割り当てを改良することを必要とする。周波数帯域Ｈｚ毎の出力の適当な割り当ては、ケーブル運営者が、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークによって提供される上流及び下流チャンネルを効果的に使用して新しいサービス（例えば、電話通信、インターネットサービス等）を提供することを可能にする。従って、出力／ヘルツ（単位周波数当たり出力）の割り当ては、好ましくは、ｍＦＮ−ＨＦＣネットワークによって提供されるサービスに基づいて決められる（出力／ヘルツは、チャンネルの帯域幅が分かっている時は、ＲＦチャンネルの光学的変調強度(optical modulation depth)（ＯＭＤ）から計算され得る）。さらに、要求されるサービスが動的に割り当てられ得る時は、出力／ヘルツは、それに応じて変更され得る。
【００４３】
図４は、ＣＯＩＵ４５０によって送信されるＲＦ周波数域の範囲内で提供されるべき各タイプのサービスが、減衰器４０７、４０８、４０９を有する実施形態を示している。ＣＯＩＵ４５０は、ＣＯＩＵ１５０1−１５０nと同様の構成であり、以下に説明する点だけが異なっている。ＣＯＩＵ４５０によって送信されるＲＦ周波数域は、ＥＵ１８４のサブセットによって受信される。図４に示すように、放送モジュール１４４は減衰器４０７に接続されている。切換サービスを提供するモデム１４６は、減衰器４０８に接続され、将来のサービスを提供する将来サービスモジュール４１６は減衰器４０９に接続されている。各減衰器は、個々に、サービス提供者によって与えられるＲＦ出力をＣＯＩＵ４５０によって送信されるＲＦ周波数域信号に変える。
【００４４】
減衰器４０７、４０８及び４０９は、出力／ヘルツ（ＰＰＨ）又はチャンネル毎の出力をＣＯＩＵ４５０によって提供されるサービスの要求されるＢＥＲ性能に基づいて設定する。各減衰器は、図４に示すように減衰器制御装置４１５を通して個々に制御され得る。さらに、減衰器４０７、４０８及び４０９は、任意に放送モジュール１４４、モデム１４６、及び将来サービスモジュール４１６の各々、又は他の関連する装置に組み込まれ得る。言い換えれば、減衰器４０７は、放送モジュール１４４の一部になり得る。
【００４５】
ＥＵ１８４に提供されるサービスは、様々な変調フォーマット（例えば、直交位相偏移キーイング(quadrature-phase-shift keying)や６４相直交振幅変調(64 quadrature amplitude modulation)）を含む。デジタルビデオサービスや電話通信サービスのような放送又は切換デジタルサービスを送信するための変調方式は、当業者には周知である。さらに、ＥＵ１８４に提供されるサービスは、種々の誤り訂正技術を含み得る。誤り訂正技術は、コストの増加や信号伝搬遅延を招く。例えば、ビデオ電話通信は、大きな遅延に合わせることができないため、限られた誤り訂正技術を組み込むべきである。他方、放送ビデオは、遅延を考慮しなくてよいため、信号処理のために遅延を招く技術を使用する誤り訂正を組み込むことができる。
【００４６】
ＥＵ１８４に送られるサービスは、当業者には周知のように様々な必要条件をもち得る。必要条件は、少なくとも遅れ許容度や誤り許容度の点から説明され得る。例えば、送信される音楽は、遅延に対しては非常に寛容であるが、伝送誤りに対しては非常に厳しい。対称的に送信されるボイスサービスは伝送誤りには寛容であるが、遅延には厳しい。
【００４７】
従って、必要とされるＢＥＲ性能に従ってＥＵ１８４のサブセットに提供されるサービスの送信ＲＦ周波数域のＰＰＨの設定は、受信される総合的なサービスの品質を改善する。変調技術の影響、誤り訂正技術、及び受信されるサービス許容度が要求されるＢＥＲ性能に組み込まれるので、総合的な品質は改善される。
図５は、放送デジタルビデオサービス５１０、電話通信サービス５２０及びデータ送信サービス５３０を含む３００ＭＨｚから９００ＭＨｚまでの信号の実験データを示している。放送デジタルビデオサービスは、直交位相偏移相キーイング(quadrature-phase-shift keying)（ＱＰＳＫ）によって符号化されたＣＤＶ信号５１１から得られる１６ＤＢＳを使用して送信され、各４０Ｍｂｐｓ ＱＰＳＫチャンネルは５つのビデオチャンネルを含んでいる。ＱＰＳＫチャンネルは３０ＭＨｚずつに分離され、その結果、各ビデオチャンネルは、ＡＭ−ＶＳＢが用いられるのと同じ帯域幅を必要とするが、良好な画質のためにはたった約６ｄＢのＳＮＲが必要とされるだけである。
【００４８】
洗練されておらず、また、分離されていないレーザは、二つのデータチャンネルと７０を越えるＣＤＶチャンネルを送信する能力があることが立証されている。実験では、ＣＶＤ信号はコマーシャルＤＢＳシステムから得られ、３２０〜８００ＭＨｚの範囲で作動するためにシフトされた周波数である。２０Ｍｂｐｓチャンネルは単純なオン・オフキーイングと検波を用いて８８０ＭＨｚで送信され、データ送信サービス５３０が行われることを証明した。電話通信信号が送信され得ることを立証するために２Ｍｂｐｓ ＱＰＳＫチャンネルが送信された。一般に、商用装置は、多数の家庭から発信され一つの２Ｍｂｐｓ ＱＰＳＫチャンネルに格納される時分割多重電話通信信号(time-division multiplex telephony signals)を使用する電話通信サービス５２０を送信するのに利用可能である。
【００４９】
図５に示すように、送信信号のＲＦ周波数域は、電話通信サービス５２０が、放送デジタルビデオ（ＣＤＶ）サービス５１０より約８ｄＢ高い出力で送信されることを示している。さらに、データ送信サービス５３０は、ＣＤＶサービスより約１６ｄＢ高く送信される。三種類の信号の出力レベルは、全ての信号における容認される能力に対する最小ＲＦドライブ(RF drive)が一致するように平衡される。
【００５０】
図６はＲＦドライブレベルの関数としてプロットしたデータチャンネルのＢＥＲを示している。画質もまた監視され、何らかのエラーが視認されれば容認できないと見なされる。エラーは画面中に「ブロッキネス(blockiness)」として、又は固まった画面として現れる。データは室温２５℃及び８５℃の両方で採られた。２５℃から８５℃までの６０℃の温度変化にも拘わらず、約−８ｄＢから−２８ｄＢまでの２０ｄＢを超えるＲＦドライブ入力レベルの範囲において、ＢＥＲは良好（１０-9以下に抑制）であった。画質もまたこの範囲にわたって良好であった。低ドライブレベルでのエラーは、ＳＮＲの不足が原因であり、相対的に強いノイズ（ＲＩＮ）は重大なノイズ源となる。高いドライブレベルでのエラーはレーザがインパルスノイズが生じる閾値より低いレベルでレーザが駆動されていることに起因する。
【００５１】
（レーザが閾値より低く駆動される時）クリッピングのオンセットは、レーザへの全てのＲＦドライブに依存する。信号がＰＰＨと等しい場合、２０Ｍｂｐｓデータチャンネル内での出力が低い時に、クリッピングによるエラーが生じる。低いドライブレベルでの特別なチャンネルのＳＮＲは、そのチャンネルのＰＰＨに依存する。ＳＮＲが低いことによるエラーが同じ最低信号レベルで生じ、かつ、最大信号レベルのクリッピングによるエラーが、２０Ｍｂｐｓチャンネルにおける比較的低い信号レベルで生じるため、信号レベルの受け入れられる範囲は減少する。全てのチャンネルで一定のＰＰＨが使用される場合に、２０Ｍｂｐｓデータチャンネル内でのこの低下を避けるためには、少数のＣＤＶ信号が送信されることが必要である。
【００５２】
本発明は、上述の特定の実施形態を用いて説明されているが、当業者には多数の変更、改良及びバリエーションがあることは明らかである。従って、上述の本発明の好ましい実施形態は、制限することなく説明を行うことを意図している。特許請求の範囲に限定されているように本発明の概念及び範囲から逸脱しなければ様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好ましい実施形態であって、複数のｍＦＮを用いてＣＶＤ信号を伝送するＨＦＣネットワークを示す構成図である。
【図２】  図１のｍＦＮ−ＨＦＣネットワークにおけるサービスに対する帯域の割当を示す説明図である。
【図３】  中央局の他の構成における一部を示す構成図である。
【図４】  中央局のさらに別の構成における一部を示す構成図である。
【図５】  レーザを駆動するＲＦ信号のスペクトルを示す説明図である。
【図６】  ＲＦドライブレベルの関数としてプロットされたＢＥＲを示す説明図である。
【図７】  図１に示す実施形態の概略の構成図である。
【符号の説明】
１００  双方向性通信ネットワーク、１０１，１０２，１０３  光ファイバ、１１０  中央局（ＣＯ）、１２０  ファイバノード（ＦＮ）、１２４  スプリッタ、１２５  同軸ケーブル、１４２  送信器、１４４  単一放送モジュール、１４８  送信器、１５０  中央局インターフェイスユニット（ＣＯＩＵ）、１６０増幅器／ｍＦＮモジュール、１６２  単一方向性増幅器、１６４，１６９  ダイプレクサ、１６６  ミニファイバノード（ｍＦＮ）、１６７  レーザ送信器、１６８  光学的受信器、１８０  同軸ケーブル、１８４  端末装置（ＥＵ）、１９０  ネットワークインターフェイスユニット、１９２  電話ユニット、１９４セットトップボックス(set-top box)、１９６  パーソナルコンピュータシステム。
【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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