DE60221413T2

DE60221413T2 - Ethernet über mehrträger-frequenzmultiplex

Info

Publication number: DE60221413T2
Application number: DE60221413T
Authority: DE
Inventors: Joseph Graham Dunwoody MOBLEY; Jiening Suwanee AO; Steven E. Duluth BLASHEWSKI; Florin Lawrenceville FARCAS; John A. Jr. Duluth RITCHIE; Lamar E. Jr. Maysville WEST
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: EP1436901A1; EP1436901B1; ES2220253T1; WO2003026150A1; DE02799000T1; US7218901B1; EP1436901A4; CA2460772A1; CA2460772C; DE60221413D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Kommunikationsnetzen und -systemen, die das Frequenz-Multiplexverfahren verwenden, um Daten über Breitbandnetze zu befördern, die das Potenzial besitzen, eine Viehlzahl von Teilnehmern mit hohen Datenraten zu unterstützen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Lösungen sind ausprobiert worden, um Kunden über Kabelnetze digitale Datendienste zur Verfügung zu stellen. Historisch sind Kabelnetze dafür ausgelegt worden, Gemeinschaftsantennenfernsehen (CATV) zur Verfügung zu stellen, wobei 6-MHz-Analogkanäle unterstützt wurden, die durch Frequenzmultiplexen in ein Hochfrequenz-(HF-)medium eingeführt wurden, das primär aus Koaxialkabeln oder Koax bestand. Um einen höheren Durchsatz und moderne digitale Dienste zu unterstützen, sind viele dieser Kabelfernsehnetze zu einer Faser-Koax-Hybrid-(HFC: hybrid fiber-coax) Architektur übergegangen. Mit der Entwicklung von HFC-Netzen zur Unterstützung moderner Dienste wie digitalen Fernsehkanälen hat sich auch die Fähigkeit entwickelt, zweiseitig gerichtete Datendienste zur Verfügung zu stellen.
Gegenwärtig stehen zweiseitig gerichtete Datendienste oft Kunden zur Verfügung, die Systeme nutzen, die auf den DOCSIS-(Data-Over-Cable Service Interface Specifications: Schnittstellenspezifikationen für Datendienste über Kabel) Industrienormen beruhen, die von den Cable Television Laboratories oder CableLabs verbreitet werden. Die DOCSIS-Normen umfassen viele Dokumente, die Mechanismen und Protokolle vorgeben, um digitale Daten zwischen einem Kabelmodem (CM: cable modem), das sich allgemein in den Räumen eines Kunden befindet, und einem Kabelmodem-Terminationssystem (CMTS: cable modem termination system), das sich üblicherweise im Headend des Diensteanbieters oder Providers befindet, zu befördern. In Verteilnetzen in der Kabelindustrie werden Daten, die von einem Provider zum Kundenort fliessen, üblicherweise als Downstream-Verkehr bezeichnet, während Daten, die vom Kundenort zu einem Provider fliessen, allgemein als Upstream-Verkehr bekannt sind. Obwohl DOCSIS eine Brückenarchitektur ist, die neben und/oder zusätzlich zum Internet-Protocoll (IP) weitere Netzprotokolle unterstützen kann, ist es doch primär für den Internet-Zugriff unter Verwendung des IP ausgelegt und genutzt.
Des Weiteren sind für viele Kabelsystembetreiber (die auch als Mehrsystembetreiber oder MSO: multiple system Operators, bekannt sind) Kunden in Wohngebieten der primäre Markt für Dienste wie Kabelfernsehen, Internetzugriff und/oder lokale Telefondienste gewesen. Obwohl DOCSIS-Kabelmodems auch für Geschäftskunden verwendet werden könnten, war DOCSIS primär dafür ausgelegt, die Bedürfnisse für den Internetzugriff von Kunden in Wohngebieten zu befriedigen. Um den Einsatz von DOCSIS-Systemen wirtschaftlich machbar zu gestalten, sind die DOCSIS-Normen dafür ausgelegt worden, eine grosse Anzahl von kostenempfindlichen Benutzern des Internetzugriffs in Wohngebieten an einem einzigen DOCSIS-System zu unterstützen. Obwohl Privatbenutzer möglicherweise extrem schnellen Internetzugriff wünschen, sind sie allgemein nicht willens, signifikant höhere Monatsgebühren zu zahlen. Um diese Situation zu bewältigen, wurde DOCSIS so ausgelegt, dass die Bandbreite von einer grossen Anzahl von Benutzern gemeinsam genutzt wird. Allgemein werden DOCSIS-Systeme bei HFC-Netzen eingesetzt, die viele CATV-Kanäle unterstützen. Ausserdem wird die für DOCSIS verwendete Daten-Bandbreite allgemein von einer Vielzahl von Benutzern gemeinsam benutzt, indem ein Zeitmultiplex-(TDMA: time-division multiple access) Verfahren verwendet wird.
In der Downstream-Richtung („abwärts") überträgt das CMTS von DOCSIS zu einer Vielzahl von Kabelmodems, die zumindest eine Downstream-Frequenz gemeinsam nutzen können. Das CMTS multiplext nämlich die Downstream-Daten zeitlich dynamisch oder statistisch für eine Vielzahl von Kabelmodems. Auf der Grundlage der Bestimmungsadressen empfangen die Kabelmodems allgemein diesen Verkehr und leiten die zutreffenden Daten an Benutzer-PC oder -Hosts weiter. In der Upstream-Richtung („aufwärts”) konkurriert die Vielzahl der Kabelmodems allgemein um Zugriff, um zu einer bestimmten Zeit auf einer Upstream-Frequenz zu übertragen. Diese Konkurrenz um Upstream-Zeitschlitze kann Kollisionen zwischen Upstream-Übertragungen mehrerer Kabelmodems verursachen. Um diese und viele weitere Probleme zu lösen, die sich ergeben, wenn mehrere Benutzer einen Upstream-Frequenzkanal gemeinsam nutzen, um die Kosten für Benutzer in Wohngebieten zu minimieren, implementiert DOCSIS einen Medienzugriffs-Kontroll-(MAC: media access control) Algorithmus. Das DOCSIS-MAC-Protokoll der Schicht 2 wird in den Spezifikationen der DOCSIS-Hochfrequenzschnittstelle (RFI: radio frequency interface), Versionen 1.0, 1.1 und/oder 2.0 definiert. In DOCSIS-RFI 2.0 wird konkret eine physikalische Schicht des Codemultiplex-(CDMA: code division multiple access) Verfahrens eingeführt, die statt der in DOCSIS-RFI 1.0 und/oder 1.1 beschriebenen TDMA-Funktionalität oder zusätzlich zu dieser verwendet werden kann.
Die Auslegung von DOCSIS, die genügend grosse Einkünfte liefern soll, indem Systeme eingesetzt werden, die von einer grossen Anzahl von Privatkunden gemeinsam genutzt werden, hat aber einige Nachteile. Erstens ist die DOCSIS-MAC allgemein bezüglich der Bandbreite asymmetrisch, indem Kabelmodems um eine Upstream-Übertragung konkurrieren, während das CMTS Entscheidungen bezüglich der Downstream-Weiterleitung trifft. Auch hat DOCSIS, obwohl es eine Vielzahl von Frequenzkanälen unterstützt, keine Mechanismen, um Benutzern zusätzliche Frequenzkanäle rasch und wirksam durch ein dynamisches Frequenzmultiplexen (FDMA: frequency-division multiple access, Frequenz-Mehrfachzugang) zuzuweisen. Des Weiteren sind die Geschwindigkeiten der DOCSIS-Kabelmodems nicht signifikant besser als die von anderen Diensten, die auf Geschäftskunden abzielen, obwohl die Datenraten von DOCSIS eine gewaltige Verbesserung gegenüber analogen V.90-Einwahlmodems und Basisanschluss-(BRI: Basic Rate Interface: Basisgebühren-Schnittstelle) ISDN-(integrated services digital network: Dienste integrierendes digitales Netz) Leitungen darstellen.
Weil Unternehmen allgemein grossen Wert auf die tägliche Nutzung von vernetzenden Technologien legen, sind diese Geschäftskunden oft bereit, für Datendienste, die schneller als die durch DOCSIS verfügbaren sind, höhere Gebühren zu zahlen. Der Bedarf der Unternehmen an Datendiensten könnte durch die Nutzung von rein optischen Netzen mit ihrem hohen Bandbreitepotenzial befriedigt werden. In vielen Fällen sind aber faseroptische Leitungen zwischen Unternehmensstandorten nicht leicht verfügbar. Oft sind Neuinstallationen faseroptischer Leitungen auf Grund von Faktoren wie der Notwendigkeit, die Strasse aufzureissen, um die Leitungen zu legen, von den Kosten her unerschwinglich, obwohl sie technisch machbar sind. In vielen Fällen sind auch die Einrichtungen, die bei der optischen Übertragung verwendet werden (darunter die faseroptischen Leitungen, aber nicht auf diese beschränkt), relativ neuer als die in der elektrischen Übertragung verwendeten (darunter die Koaxkabel-Übertragungsleitungen, aber nicht auf diese beschränkt). (Sowohl in elektrischen als auch in optischen Übertragungssystemen können, ohne darauf beschränkt zu sein, gebundene Medien wie elektrische Leiter, Wellenleiter und/oder Fasern verwendet werden, aber auch ungebundene Medien wie die drahtlose und/oder die Freiraumübertragung.) Im Ergebnis ist allgemein mehr Entwicklungszeit investiert worden, um die in elektrischen Kommunikationssstemen verwendeten Einrichtungen zu vereinfachen und billiger zu machen, zum Beispiel (aber darauf nicht beschränkt) die Coax-CATV-Systeme, als Entwicklungszeit für die in optischen Kommunikationssystemen verwendeten Einrichtungen investiert worden ist. So werden durch diese Probleme die Kosten von faseroptischen Kommunikationssystemen tendenziell in die Höhe getrieben, obwohl die Faseroptik gewiss die Fähigkeit besitzt, hohe Datenraten zu bieten.
Beim Einsatz von Netzen, die primär den Zugriff von Kunden in Wohngebieten unterstützen sollen, laufen daraüber hinaus die Übertragungsleitungen der MSO allgemein an vielen Unternehmen vorbei. Somit stellt eine technische Lösung, die über vorhandene HFC-Netze der MSO funktioniert, höhere Datenraten als DOCSIS zur Verfügung stellt und in der Lage ist, in Zukunft über rein optische Netze zu arbeiten, eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar und ist in der Lage, die Bedürfnisse eines bisher nicht erschlossenen Marktsegments zu befriedigen.
Es kann auf F. Daffara und Mitautoren, „A new frequency detector for orthogonal multicarrier transmission techniques" [Ein neuer Frequenzdetektor für Verfahren der orthogonalen Mehrträger-Übertragung] Bezug genommen werden, wo die oberbegrifflichen Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird in den Ansprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstanden werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise massstabgerecht, stattdessen wird die Betonung darauf gelegt, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung deutlich zu veranschaulichen. Ausserdem werden entsprechende Teile durch mehrere Ansichten hindurch in den Zeichnungen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet. Die Bezugszahlen in den Zeichnungen bestehen aus mindestens drei Ziffern, wobei die beiden rechts stehenden die Bezugszahlen innerhalb einer Figur sind. Die Ziffern links von diesen beiden Ziffern sind die Nummer der Figur, in der der durch die Bezugszahl bezeichnete Posten zuerst auftritt. Zum Beispiel erscheint ein Posten mit der Bezugszahl 211 zuerst in 2.
1 zeigt ein Blockdiagramm zentraler und entfernter (remote) Transceiver, die an ein Kabelübertragungsnetz angeschlossen sind.
2a zeigt ein Blockdiagramm eines Transportmodem-Terminationssystems, das an ein Kabelübertragungsnetz angeschlossen ist.
2b zeigt ein Blockdiagramm ener Vielzahl von Client-Transportmodems, die an ein Kabelübertragungsnetz angeschlossen sind.
3 zeigt ein Blockdiagramm der verbindungs-orientierten Beziehung zwischen Client-Transportmodems und Anschlüssen eines Transportmodem-Terminationssystems.
4 zeigt ein Blockdiagramm der Architektur für die Integration eines Transportmodem-Terminationssystems und einer Vielzahl von Client-Transportmodems in ein System, das andere Dienste befördert.
5a zeigt ein Blockdiagramm eines Transportmodem-Terminationssystems, das an ein Headend angeschlossen ist.
5b zeigt ein Blockdiagramm eines Client-Transportmodems, das an ein Kabelübertragungsnetz angeschlossen ist.
6 zeigt ein Blockdiagramm einiger Protokolle, die in der Systemsteuerung eines Transportmodem-Terminationssystems (TMTS) und/oder eines Client-Transportmodems (cTM) verwendet werden können.
7 zeigt ein Blockdiagram eines TMTS und eines cTM, die Repeater-Dienste der physikalischen Schicht zur Verfügung stellen.
8 zeigt ein erweitertes Blockdiagramm der Protokoll-Teilschichten innerhalb der physikalischen Schicht des TMTS und des cTM.
9 zeigt, wie die physikalische Schicht einer Kabelübertragung ins OSI-Modell passt.
10 zeigt eine physikalische Schicht einer Kabelübertragung, die Teil einer Netzschnittstellenkarte ist.
11 zeigt eine Erweiterung der physikalischen Schicht einer Kabelübertragung auf vier Teilschichten in einer Netzschnittstellenkarte.
12 zeigt ein Bezugsdiagramm der Downstream- und Upstream-Funktionen der vier Teilschichten.
13 zeigt die Beziehungen zwischen 802.3/Ethernet-Medien, der Frame-Management-Teilschicht und der Invers-Multiplex-Teilschicht.
14 zeigt das Frame-Format von IEEE 802.3/Ethernet.
15 zeigt das Steuerframeformat.
16 zeigt das Frameformat der Frame-Management-Teilschicht (FMS: frame management sublayer).
17 zeigt die Beziehungen zwischen der Frame-Management-Teilschicht (FMS), der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS: inverse multiplex sublayer) und der physikalischen Kodier-Teilschicht (PCS: physical coding sublayer).
18 zeigt das MPEG-Frameformat.
19 zeigt das Format des MPEG-Anpassungsfeldes:
20 zeigt Taktverteilung von einem TMTS zu einem cTM.
21 zeigt ein Taktungsdiagramm für das TMTS und das cTM.
22 zeigt die Übermittlung von MPEG-Paketen der Downstream-Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) über multiple Träger.
23 zeigt die Downstream-IMS-Teilschicht des TMTS.
24 zeigt die Bildung von MPEG-Paketen aus FMS-Frames.
25 zeigt die Downstream-Übermittlung von MPEG-Paketen unter Verwendung einer asynchronen seriellen Schnittstelle (ASI: asynchronous serial interface) zur Kommunikation mit externen QAM-Modulatoren.
26 zeigt ein Blockdiagramm einer TMTS- und/oder cTM-System-Steuereinheit.
27 zeigt ein Blockdiagramm eines ASI-Transmitters.
28 zeigt die cTM-Downstream-IMS-Teilschicht.
29 zeigt das Headerformat für Zuordnungsmap-Pakete.
30 zeigt das Format von Zuordnungsmap-Paketen.
31 zeigt die Upstream-Architektur für Übermittlung von einem cTM zu einem TMTS.
32 zeigt 14 brauchbare Upstream-Töne in einem 6-MHz-Kanalblock.
33 zeigt das Datenframeformat des Upstream-Blocks.
34 zeigt das Datenframeformat des FEC-(forward error correction: Vorwärtsfehlerkorrektur) kodierten Upstream-Blocks.
35a zeigt die Anzahl von Bytes in einem Datenblock.
35b zeigt die Datenbits und die Fehlerkontrollbits in einem FEC-kodierten Block.
36a zeigt die Gruppierung von Oktetten eines FMS-Datenflusses zu 402 Oktett-Datenblöcken, wobei jeder Datenblock dem Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Block entspricht.
36b zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel von neunzehn Daten- und/oder FEC-Blöcken in einem Superframe, der 2048 Symboltaktperioden dauert.
36c zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel des Superframes von 36b, der stromauf über eine Vielzahl aktiver Töne in einer Vielzahl von Kanälen übermittelt wird, wobei jeder Ton mit einem Modulationsindex von 2, 4, 6 oder 8 betrieben wird.
37 zeigt ein Blockdiagramm der cTM-Upstream-IMS-Teilschicht.
38 zeigt die Upstream-Byte-Multiplexeroperation eines cTM.
39 zeigt ein Zeitablaufdiagramm einer Blockdaten-Sequenzierung.
40 zeigt die Vor-FEC-Pufferabtastsequenz.
41 zeigt ein Blockdiagramm der Upstream-Invers-Multiplex-Teilschicht des TMTS.
42 zeigt ein Blockdiagramm des Downstream-Demodulators eines cTM.
43 zeigt ein Blockdiagramm des Upstream-Modulators eines cTM.
44 zeigt ein detaillierteres Diagramm des Upstream-Modulators eines cTM.
45 zeigt ein Blockdiagramm des Upstream-Demodulators eines TMTS.
46 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Upstream-Demodulators eines TMTS.
47 zeigt ein Blockdiagramm einer automatischen Mehrton-Frequenzsteuerung.
48 zeigt ein Blockdiagramm eines Upstream-FEC-Kodierers im cTM.
49-53 zeigen ein Beispiel des Betriebs des FEC-Kodierers von 48.
54 zeigt ein Blockdiagramm eines Upstream-FEC-Dekodierers im TMTS.
55-58 zeigen ein Beispiel des Betriebs des FEC-Dekodierers von 54.
59 zeigt ein Blockdiagramm des Downstream-HF-Empfangs in einem cTM.
60 zeigt ein Blockdiagramm der Upstream-HF-Übermittlung von einem cTM im Subsplit-Betrieb.
61 zeigt ein Blockdiagramm der Upstream-HF-Übermittlung von einem cTM im Datensplit-Betrieb.
62 zeigt ein Blockdiagramm des Upstream-HF-Empfangs in einem TMTS im Subsplit-Betrieb.
63 zeigt ein Blockdiagramm des Upstream-HF-Empfangs in einem TMTS im Datensplit-Betrieb.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Allgemein ist das Siebenschichten-Modell der Offenen Systemzusammenschaltung (OSI: Open Systems Interconnect) eine nützliche Abstraktion bei der Analyse und Beschreibung von Übermittlungsprotokollen und/oder Systemen. Die sieben Schichten des OSI-Modells von der untersten zur obersten sind: 1) die physikalische Schicht, 2) die Datenverbindungsschicht, 3) die Vermittlungs- oder Netzwerkschicht, 4) die Transportschicht, 5) die Sitzungsschicht, 6) die Darstellungsschicht und 7) die Anwendungs- oder Verarbeitungsschicht. Dieses OSI-Modell ist Durchschnittsfachleuten wohlbekannt. Weiter sind die Schichten des OSI-Modells oft in unterschiedlichen Zusammenhängen in Teilschichten zerlegt worden. Zum Beispiel kann auf dem Niveau 2 die Datenverbindungsschicht in der Dokumentation der Norm 802 des IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) in eine Medienzugriffskontroll-(MAC) Teilschicht und eine logische Verbindungskontroll-(LLC: logical link control) Teilschicht unterteilt werden. Weiter zerlegen einige der IEEE-Normen (wie die für das schnelle Ethernet von 100 Mb/s und das Gigabit-Ethernet von 1 Gb(s) das Niveau 1 (d.h. die physikalische Schicht) in Teilschichten wie die physikalische Kodier-Teilschicht (PCS: physical coding sublayer), die physikalische Medienzugangs-(PMA: physical medium attachment) Schicht und die medienabhängige physikalische (PMD: physical media dependent) Teilschicht, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Teilschichten werden umfassender in den IEEE 802-Spezifikationen und konkreter in den IEEE 802.3/Ethernet-Spezifikationen beschrieben. Die Spezifikationen der IEEE 802 (einschliesslich der IEEE 802.3, aber nicht darauf beschränkt) werden hier in ihrer Ganzheit durch Bezugnahme einbezogen.
Allgemein umfassen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Protokolle der physikalischen Schicht, die in Transceivern der physikalischen Schicht implementiert werden können. Die Schnittstellen und/oder Protokolle der physikalischen Schicht der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in andere Vernetzungsverfahren, -einrichtungen und/oder -systeme einbezogen werden, um unterschiedliche Arten zusätzlicher Funktionalität zur Verfügung zu stellen. Oft werden das Verhalten und die Fähigkeiten von Vernetzungseinrichtungen auf der Basis des Niveaus im OSI-Modell kategorisiert, auf dem die Vernetzungseinrichtung betrieben wird.
Repeater, Brücke, Schalter, Router und Gateway sind einige übliche Ausdrücke für Querverbindungseinrichtungen in Netzen. Obwohl diese Ausdrücke in der Vernetzung üblich sind, variiert ihre Definition je nach dem Zusammenhang, was besonders für den Ausdruck Schalter gilt. Eine kurze Beschreibung einiger der Ausdrücke, die allgemein mit den unterschiedlichen Typen von Vernetzungsseinrichtungen assoziiert sind, kann aber nützlich sein. Die Repeater werden allgemein auf der physikalischen Schicht des OSI-Modells betrieben. Allgemein interpretieren digitale Repeater ankommende digitale Signale und erzeugen auf der Grundlage der interpretierten ankommenden Signale abgehende digitale Signale. Im Grunde wirken Repeater so, dass sie die Signale wiederholen, aber allgemein keine Entscheidungen treffen, welche Signale weitergeleitet werden sollten. Als ein nicht einschränktendes Beispiel sind die meisten Ethernet-Hubs Repeater-Einrichtungen. In einigen Zusammenhängen werden die Hubs auch Schalter der Schicht 1 genannt. Im Gegensatz zu den Repeatern werden Brücken und/oder Schalter der Schicht 2 auf der Schicht 2 des OSI-Modells betrieben und werten die Adressen der Datenverbindungsschicht oder der MAC-Schicht (oder -Teilschicht) in den ankommenden Frames aus. Allgemein leiten Brücken und/oder Schalter der Schicht 2 nur diejenigen Frames weiter, die Bestimmungsadressen auf der anderen Seite der Brücke besitzen. Im Grunde sind Brücken oder Schalter der Schicht 2 allgemein zwischen zwei gemeinsam konkurrierende Medien geschaltet, indem sie Algorithmen der Medienzugriffskontrolle (MAC: media access control) verwenden. Allgemein führt eine Brücke oder ein Schalter der Schicht 2 ein Exemplar eines MAC-Algorithmus für jede ihrer/seiner Schnittstellen aus. Auf diese Weise können Brücken und/oder Schalter der Schicht 2 allgemein verwendet werden, um die gemeinsam oder konkurrierend verwendeten Medien in kleinere Kollisionsdomänen zu zerlegen.
Router (und Schalter der Schicht 3) treffen im Allgemeinen Entscheidungen bezüglich der Weiterleitung zumindest auf der Grundlage der Netzadressen, die die Pakete in der Schicht 3 haben. Oft modifizieren Router die den Router querenden Frames, indem sie die Adressen der Ursprungs- und/oder Bestimmungs-Datenverbindung, der MAC oder der Hardware ändern, wenn ein Paket weitergeleitet wird. Schliesslich bezieht sich der modernere Gebrauch des Ausdrucks Gateway auf Vernetzungseinrichtungen, die Entscheidungen bezüglich der Weiterleitung auf der Grundlage von Informationen oberhalb der Schicht 3 (der Vermittlungsschicht) treffen. (Ein gewisser älterer Internet-Gebrauch des Begriffs Gateway bezieht sich im Grunde auf Einrichtungen, die als Gateways eine Routingfunktion der Schicht 3 ausführen. Diese Verwendung des Ausdrucks Gateway ist jetzt weniger üblich.)
Der Fachmann wird sich dieser grundlegenden Kategorien von Vernetzungseinrichtungen bewusst sein. Wirkliche Vernetzungseinrichtungen enthalten des Weiteren oft Funktionen, die Hybride dieser grundlegenden Kategorien sind. Da die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein eine physikalische Schicht umfassen, können die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Repeatern, Brücken, Schaltern, Routern, Gateways, Hybrideinrichtungen und/oder jeglichem anderen Typ einer Vernetzungseinrichtung genutzt werden, in denen eine Schnittstelle der physikalischen Schicht verwendet wird. „Routing and Switching: Time of Convergence" [Routing und Switching: Zeit für Konvergenz] von Rita Puzmanova, veröffentlicht m Jahre 2002, und „Interconnections, Second Edition: Bridges, Router, Switches, and Internetworking Protocols" [Querverbindungen: Brücken, Router, Schalter und Quervernetzungsprotokolle] von Radia Perlmann, veröffentlicht in zweiter Auflage im Jahre 2000, sind zwei Bücher, die einige der Typen von Vernetzungseinrichtungen beschreiben, in denen potenziell die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden können. Diese zwei Bücher werden durch Bezugnahme hier in ihrer Ganzheit einbezogen.
Überblick
Allgemein sind viele Konzepte in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) anzutreffen. Wegen der grossen Anzahl von Konzepten in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Dokument in Abschnitte mit den zutreffenden Überschriften unterteilt, um Lektüre und Verständnis dieser Konzepte zu erleichtern. Keine dieser Überschriften soll irgendwelche Einschränkungen bezüglich des Rahmens der vorliegenden Erfindung(en) andeuten. Allgemein behandelt der Abschnitt „Netzmodell" zumindest teilweise die Weiterleitungskonstrukte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en). Der Abschnitt mit dem Titel „Integration in vorhandene Kabelnetzarchitekturen" bezieht sich allgemein auf die Nutzung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Kabelnetzarchitekturen. Der Abschnitt „Protokollmodelle" beschreibt ein nicht einschränkendes, abstraktes Modell, das verwendet werden könnte, um ein Verständnis der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) zu erleichtern. Der Abschnitt über „Datenflüsse der Frame-Management-Teilschicht" (FMS) beschreibt die Bildung der FMS-Datenflüsse. Der Abschnitt mit dem Titel „MPEG-Pakete" beschreibt das Format von MPEG-Paketen, wie es in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) genutzt wird. Der Abschnitt „Netztaktung" behandelt allgemein die Verteilung von Netztakt.
Der Abschnitt „Downstream-Multiplexing" behandelt allgemein das Downstream-Multiplexing unter Verwendung von MPEG-Paketen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en). Der Abschnitt „Upstream-Multiplexing" bezieht sich allgemein auf Upstream-Multiplexing über einen oder mehrere aktive Töne. Der Abschnitt mit dem Titel „Unterteilung von Upstream-Daten" bezieht sich allgemein auf die Unterteilung von Daten in Blöcke für die Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Verarbeitung und auf die Bildung von Superframes, die 2048 Symboltaktperioden dauern. Der nächste Abschnitt trägt den Titel „Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des Upstream-Client-Transportmodems (cTM)" und behandelt allgemein das Upstream-Multiplexing in einem Client-Transportmodem. Der Abschnitt mit dem Titel „Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des Upstream-Transportmodem-Terminationssystems (TMTS)" behandelt allgemein das Upstream-Multiplexing in einem Transportmodem-Terminationssystem.
Zusätzlich bezieht sich der Abschnitt mit dem Titel „Downstream-Demodulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Client-Transportmodems (cTM)" allgemein auf die Downstream-Demodulation von cTM. Der Abschnitt „Upstream-Modulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Client-Transportmodems (cTM)" bezieht sich allgemein auf die Upstream-Modulation von cTM. Der nächste Abschnitt trägt den Titel „Upstream-Demodulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Transportmodem-Terminationssystems (TMTS)" und behandelt allgemein die TMTS-Upstream-Demodulation. Ferner bezieht sich der Abschnitt mit dem Titel „Upstream-Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und nicht einschränkendes Beispiel mit vier aktiven Tönen bei 256 QAM, 64 QAM, 16 QAM bzw. QPSK" allgemein auf die Vorwärtsfehlerkorrektur. Schliesslich bezieht sich der Abschnitt mit dem Titel „Medienabhängige physikalische (PMD) Teilschicht des Client-Transportmodems (cTM) und des Transportmodem-Terminationsystems (TMTS)" allgemein auf Schnittstellen der medienabhängigen physikalischen Teilschicht.
Netzmodell
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Allgemein ermöglicht die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Konnektivität der physikalischen Schicht über ein Kabelübertragungsnetz 105 hinweg. Der Fachmann wird sich der Typen von Technologien und Einrichtungen bewusst sein, die in einem Kabelübertragungs-(CT: cable transmission) Netz 105 verwendet werden. Weiter werden viele der Einrichtungen und Technologien in „Modern Cable Television Technology: Video, Voice, and Data Communications" [Moderne Kabelfernsehtechnologie: Video-, Sprach- und Datenübermittlung] von Walter Ciciora, James Farmer und David Large beschrieben, das im Jahr 1999 veröffentlicht wurde. Das CT-Netz 105 hat sich allgemein aus den Netzen entwickelt, die dafür ausgelegt waren, damit Provider Gemeinschaftsantennen-Fernsehen (CATV: community antenna TV, auch als Kabelfernsehen bekannt) an Kunden oder Teilnehmer liefern können. Die im CATV verwendeten Vernetzungstechnologien können aber auch in anderen Umgebungen verwendet werden.
Oft werden die Ausdrücke Provider und Teilnehmer oder Kunde verwendet, um von verschiedenen Teilen der CATV-Netze zu sprechen und um Bezugspunkte für die Beschreibung der in CATV-Netzen zu findenden Schnittstellen zu liefern. Gewöhnlich kann das CATV-Netz auf der Grundlage der Abgrenzung durch den physischen Besitz der Ausrüstungen und/oder der Übermittlungsanlagen in Anteile des Providers und Anteile des Teilnehmers oder Kunden unterteilt werden. Obwohl einige der Industrieausdrücke, die hier verwendet werden, sich auf Bezugspunkte und/oder Schnittstellen des Providers und/oder Teilnehmers beziehen können, wird der Durchschnittsfachmann sich dessen bewusst sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch ungeachtet des gesetzlichen Eigentums an konkreten Einrichtungen und/oder Übertragungsanlagen im Netz anwendbar bleiben. Obwohl also das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 ein CATV-Netz sein kann, das primär Eigentum des Kabelproviders oder von Mehrsystembetreibern (MSO) ist und eine Schnittstelle in Räumlichkeiten des Kunden oder Teilnehmers hat, wird sich der Fachmann dessen bewusst sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch funktionieren, wenn das gesamte Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 oder Anteile davon nicht die gleichen Besitzer wie die gemeinhin in der Industrie zu findenden haben. So kann das Kabelübertragungs-(CT)netz 105 Privateigentum sein.
Der Fachmann wird sich dessen bewusst sein, dass das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 allgemein dafür ausgelegt ist, Provider mit Teilnehmern oder Kunden zu ver binden. Die Ausdrücke Provider und Teilnehmer oder Kunde werden aber allgemein gerade nur verwendet, um die relative Situation der verschiedenen, mit dem CT-Netz 1q05 verbundenen Schnittstellen und Funktionen zu beschreiben. Oft befindet sich die Provider-Seite des CT-Netzes 105 an einem zentralen Standort, während sich eine Vielzahl von teilnehmerseitigen Schnittstellen an verschiedenen, entfernten Standorten findet. Die Ausdrücke zentral und entfernt (remote) werden ebenfalls nur verwendet, um die relative Lage der Schnittstellen zum Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 zu bezeichnen. Normalerweise sind ein Headend und/oder ein Verteilzentrum (Hub) ein zentraler Ort, wo Providerausrüstungen konzentriert sind, um eine Vielzahl von entfernten Teilnehmer- oder Kundenorten zu unterstützen.
In Anbetracht dieser gegenseitigen Situation der an das Kabelübertragungs-(CT) netz 105 angeschlossenen Ausrüstungen kann die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Transceiver 115 der physikalischen Schicht (PHY) einer zentralen Kabelübertragung (CT) umfassen. Der zentrale CT-PHY-Transceiver (TX/RX) 115 kann allgemein zumindest einen Anschluss an der zentralen bzw. Providerseite des Transceivers 115 besitzen. Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 sind Beispiele für zentralseitige Anschlüsse des zentralen CT-PHY-Transceivers 115. Allgemein kann die Schnittstelle 135 das Verhalten des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 gegenüber dem zumindest einen zentralseitigen Anschluss wie den zentralseitigen Anschlüssen 125, 126, 127, 128 und 129 definieren. Die Schnittstelle 135 für die zentralseitigen Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 kann getrennte Hardwareschnittstellen für jeden Anschluss des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 darstellen. Die Schnittstelle 135 kann aber unter Verwendung unterschiedlicher Technologien implementiert werden, um physikalische Schnittstellen gemeinsam zu nutzen, so dass die zentralseitigen Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 lediglich logische Kanäle einer gemeinsam genutzten physikalischen Schnittstelle oder eines gemeinsam genutzten Mediums sein können. Für diese logischen Kanäle können unterschiedliche Techniken und Algorithmen für das Multiplexing und/oder die gemeinsame Mediennutzung verwendet werden. Des Weiteren wird sich der Fachmann dessen bewusst sein, dass die zentralseitigen Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 serielle und/oder parallele Schnittstellen und/oder Schienen (Busse) sein können.
Daher sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf konkrete Implementierungen der Schnittstelle 135 beschränkt, und ein Fachmann wird sich vieler Möglichkeiten bewusst sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel könnte, obwohl der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 allgemein zur Verwendung im Inneren von vernetzenden Einrichtungen bestimmt ist, ein gemeinsam benutztes Medium mit serieller Schnittstelle wie das Ethernet/802.3 an jedem der zentralseitigen Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 im Inneren einer vernetzenden Einrichtung verwendet werden. Die Entscheidung, andere Technologien für die Schnittstelle 135 zu verwenden, wird oft je nach den Kosten und den Längen der Übertragungsleitungen unterschiedlich sein.
Der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 ist des Weiteren über die Schnittstelle 150 an das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 angeschlossen. Zusätzlich zur zentralen oder Providerseite an der Schnittstelle 150 des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 befindet sich eine Schnittstelle 160 allgemein auf der Teilnehmerseite, Kundenseite oder entfernten Seite des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105. Allgemein ist zumindest ein entfernter Transceiver (wie die entfernten, physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT)Transceiver 165, 166, 167 und 168) mit der Schnittstelle 160 auf der Teilnehmerseite oder entfernten Seite des CT-Netzes 105 verbunden. Jeder entfernte CT-PHY-Transceiver 165, 166 und 167 ist mit zumindest einem remote-seitigen Anschluss 175, 176 bzw. 177 verbunden. Des Weiteren ist der entfernte CT-PHY-Transceiver 168 ebenfalls mit zumindest einem remote-seitigen Anschluss verbunden, wobei in 1 tatsächlich die beiden remote-seitigen Anschlüsse 178 und 179 gezeigt sind. Man kann annehmen, dass jeder entfernte CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168 eine Schnittstelle 185, 186, 187 bzw. 188 besitzt, durch die er Daten für eine Upstream-Übermittlung empfängt, und durch die er Daten vom Downstream-Empfang liefert.
Allgemein umfassen digitale Transceiver (wie der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 und die entfernten CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168) einen Transmitter und einen Empfänger, wie sie allgemein benötigt werden, um zweiseitig gerichtete Anwendungen zu unterstützen. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein für eine zweiseitig gerichtete Kommunikation ausgelegt sind, könnten die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gewiss ohne die eine Hälfte des Transmitter-Empfänger-Paares in einigen der Transceiver für einseitig gerichtete Kommunikation verwendet werden. Allgemein sind digitale Transmitter im Grunde damit befasst, diskrete Einheiten von Daten (oder digitale Daten) aufzunehmen und die zutreffenden elektromagnetischen Signale zur Übermittlung über Netze wie das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 zu formen. Digitale Empfänger sind allgemein damit befasst, digitale Daten aus den ankommenden elektromagnetischen Signalen wiederzugewinnen. So sind der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 und die entfernten CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168 allgemein damit befasst, Daten zwischen der Schnittstelle 135 und den Schnittstellen 185, 186, 187 bzw. 188 zu vermitteln. Auf der Basis der Theorien von Claude Shannon ist das minimale Datenquantum die binäre Ziffer zur Basis Zwei bzw. das Bit. Daher werden die durch digitale Transceiver vermittelten Daten oft als Bits dargestellt, obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf Implementierungen beschränkt sind, die dafür ausgelegt sind, Daten in Basis-Zwei-Bits zu übermitteln.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben allgemein eine solche Punkt-zu-Punkt-Konfiguration, dass allgemein eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen den zentralseitigen Anschlüssen 125, 126, 127, 128 und 129 des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 und den remote-seitigen Anschlüssen 175, 176, 177, 178 bzw. 179 besteht. Wie die Schnittstelle 135 für eine Vielzahl von zentralseitigen Anschlüssen 125, 126, 127, 128 und 129 kann die Schnittstelle 188 mit einer Vielzahl von remote-seitigen Anschlüssen 178 und 179 getrennte Hardwareschnittstellen für jeden Anschluss des entfernten CT-PHY-Transceivers 168 darstellen. Die Schnittstelle 188 kann aber unter Verwendung unterschiedlicher Technologien implementiert werden, um physikalische Schnittstellen gemeinsam zu nutzen, so dass die remote-seitigen Anschlüsse 178 und 179 lediglich logische Kanäle einer gemeinsam genutzten physikalischen Schnittstelle oder eines gemeinsam genutzten Mediums sein können. Für diese logischen Kanäle können unterschiedliche Techniken und Algorithmen für das Multiplexing und/oder die gemeinsame Mediennutzung verwendet werden. Des Weiteren wird sich der Fachmann dessen bewusst sein, dass die remote-seitigen Anschlüsse 178 und 179 des entfernten CT-PHY-Transceivers 168 serielle und/oder parallele Schnittstellen und/oder Schienen (Busse) sein können.
Allgemein umfassen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Eins-zu-Eins- oder Punkt-zu-Punkt-Beziehung zwischen aktiven zentralseitigen Anschlüssen und aktiven remote-seitigen Anschlüssen, so dass der zentralseitige Anschluss 125 mit dem remote-seitigen Anschluss 175, der zentralseitige Anschluss 126 mit dem remote-seitigen Anschluss 176, der zentralseitige Anschluss 127 mit dem remote-seitigen Anschluss 177, der zentralseitige Anschluss 128 mit dem remote-seitigen Anschluss 178 und der zentralseitige Anschluss 129 mit dem remote-seitigen Anschluss 179 verbunden sein kann. Obwohl diese Beziehung zwischen aktiven zentralseitigen Anschlüssen und aktiven remote-seitigen Anschlüssen Eins zu Eins bzw. Punkt zu Punkt ist, können viele Technologien wie Multiplexing und/oder Switching – ohne darauf beschränkt zu sein – verwendet werden, um Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen zwischen aktiven zentralseitigen Anschlüssen und aktiven remote-seitigen Anschlüssen zu befördern.
Aktiven Anschlüssen wird allgemein zumindest eine gewisse Bandbreite durch das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 zugeordnet. Normalerweise werden die meisten Einwahlmodem-Telefonanrufe durch das öffentliche Telefonvermittlungsnetz (PSTN: public switched telephone network) als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen betrachtet, obwohl die Anrufe durch verschiedene Schalter und/oder Multiplexer laufen können, die oft ein Zeit multiplexing (TDM: time-division multiplexing) verwenden. Für den Aufbau eines aktiven Anrufs wird allgemein Bandbreite im PSTN zugeordnet, um die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen durch das PSTN zu befördern. In ähnlicher Weise liefern die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein eine Punkt-zu-Punkt-Konnektivität zwischen aktiven Anschlüssen des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 und den aktiven Anschlüssen der entfernten CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung funktionieren aber allgemein über das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105, das dem allgemein zeit-gemultiplexten PSTN nicht ähnelt. (Man beachte: Bezugnahmen auf Punkt-zu-Punkt in dieser Beschreibung sollten nicht auf das Punkt-zu-Punkt-Protokoll, PPP, beschränkt sein, das allgemein lediglich ein über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendbares, konkretes Protokoll ist.)
Die Verwendung von fünf zentralseitigen Anschlüssen 125, 126, 127, 128 und 129 ist ebenfalls nicht einschränkend gedacht und nur beispielhaft gezeigt. Allgemein kann der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 zumindest einen zentralseitigen Anschluss unterstützen. Ausserdem dient die Verwendung von vier entfernten CT-PHY-Transceivern 165, 166, 167 und 168 nur als Beispiel und ist nicht einschränkend gedacht. Allgemein könnte der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 mit zumindest einem entfernten CT-PHY-Transceiver (wie 165, 166, 167 und 168) in Verbindung stehen. Jeder entfernte CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168 kann ebenfalls zumindest einen remote-seitigen Anschluss besitzen, und der entfernte CT-PHY-Transceiver 168 ist mit einer Vielzahl von remote-seitigen Anschlüssen 178 und 179 gezeigt.
2a und 2b zeigen weitere Einzelheiten bezüglich der Verwendung des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 und der entfernten CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167 und 168 in vernetzenden Einrichtungen. Der zentrale CT-PHY-Transceiver 115 könnte allgemein, wie in 2a gezeigt, in ein Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) 215 eingebaut werden. Zusätzlich zum zentralen CT-PHY-Transceiver 115 umfasst das TMTS 215 eine Steuerung 217 für die physikalische Schicht (PHY) der Kabelübertragung (CT) und eine Systemsteuerung 219. Allgemein befasst sich die CT-PHY-Steuerung 217 mit Bandbreitenzuordnungen im Kabelübertragungs-(CT-)netz 105, während die Systemsteuerung 219 allgemein mit der TMTS-Verwaltung und/oder Konfiguration befasst ist. Jeder der zentralseitigen Anschlüsse 125, 126, 127, 128 und 129 des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 kann über die Schnittstelle 135 mit den zentralseitigen Transceivern (TX/RX) 225, 226, 227, 228 bzw. 229 der physikalischen Schicht (PHY) des Netzes verbunden werden. Wie unter Bezugnahme auf 1 erörtert, kann die Schnittstelle 135 tatsächlich eine Art von durch die verschiedenen zentralseitigen Anschlüsse (125, 126, 127, 128 und 129) und die zentralseitigen Transceiver (225, 226, 227, 228 und 229) der physikalischen Schicht (PHY) des Netzes gemeinsam benutzte Schnittstelle sein.
Allgemein haben die meisten Kommunikationssysteme Transmitter und/oder Empfänger (oder Transceiver), die die Übermittlung und/oder den Empfang von Signalen auf Kommunikationsmedien handhaben. Oft sind diese Transmitter und/oder Empfänger (oder Transceiver) dafür verantwortlich, die elektromagnetischen Signalen, die verwendet werden, um Daten innerhalb einer Einrichtung (wie in Basisband-Transistor-Transistor-Logik (TTL) oder den Signalniveaus der komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS: complementary metal-Oxide-semiconductor) zu befördern, zu elektromagnetischen Signalniveaus umzuwandeln, die für eine Übertragung durch externe Medien geeignet sind, die drahtgebunden, drahtlos, Wellenleiter, elektrisch, optisch usw. sein können. Obwohl die Schittstelle 135 als individuelle Verbindungen zwischen den zentralseitigen Anschlüssen 125, 126, 127, 128 und 129 des zentralen CT-PHY-Transceivers 115 und den zentralseitigen Netz-PHY-Transceivern 225, 226, 227, 228 und 229 gezeigt ist, wird dem Fachmann bewusst sein, dass viele mögliche Implementierungen für die Schnittstelle 135 möglich sind, darunter – aber nicht einschränkend – serielle Schnittstellen, parallele Schnittstellen und/oder Schienen, in denen verschiedene Technologien für das Multiplexing und/oder die Zugriffskontrolle verwendet werden können, um zumindest ein physikalisches Kommunikationsmedium an der Schnittstelle 135 gemeinsam zu nutzen.
Allgemein sind die zentralseitigen physikalischen Netzschnittstellen 225, 226, 227, 228 und 229 mit zentralen Netzen 235, 236, 237, 238 bzw. 239 verbunden. Auf der Basis von strategischen Entscheidungen des Providers (und/oder der Besitzer des TMTS 215 und der damit verbundenen zentralseitigen Netz-PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und/oder 229) können die zentralen Netze 235, 236, 237, 238 und 239 zu einem gemeinsamen Netz 240 zusammengeschlossen werden. Der Fachmann wird sich dessen bewusst sein, dass auf der Basis verschiedener strategischer Entscheidungen der Besitzer der Ausrüstungen und aller möglicher Kunden, die für Konnektivität durch die Ausrüstungen zahlen, viele verschiedene Konfigurationen für die Verbindung der zentralen Netze 235, 236, 237, 238 und 239 möglich sind.
Die zentralseitigen Netz-PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und 229 sind allgemein über die Schnittstelle 245 mit den zentralen Netzen 235, 236, 237, 238 bzw. 239 verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zentralseitigen Netz-PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und 229 Ethernet/802.3-Schnittstellen, und jede Ethernet/802.3-Schnittstelle kann mit einem getrennten zentralen Netz verbunden sein. Jedoch sind auch andere Verbindungen für die Schnittstelle 245 möglich, die es erlauben, dass ein oder mehrere Übertragungsmedien unter Verwendung verschiedener Techniken und/oder Algorithmen für die Medienzugriffskontrolle, die unterschied liche Multiplexing-Strategien ausführen können, gemeinsam genutzt werden. Obwohl sich der Fachmann dessen bewusst sein wird, dass unterschiedliche Methoden verwendet werden könnten, um an der Schnittstelle 245 Kommunikationsmedien gemeinsam zu benutzen, wird allgemein durch das Vorhandensein getrennter Ethernet/802.3-Anschlüsse und/oder getrennter T1-Anschlüsse (d.h. N × 56/64 Anschlüsse) für jeden zentralseitigen Netz-PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und 229 an der Schnittstelle 135 eine maximale Flexibilität geboten, indem es Providern oder Besitzern von Ausrüstungen ermöglicht wird, strategische Entscheidungen zu treffen, und ferner werden auch auf Grund der allgegenwärtigen Verfügbarkeit von Ethernet/802.3-Schnittstellen und – Ausrüstungen niedrige Kosten geboten.
Des Weiteren wird der Fachmann dessen gewahr sein, dass es für Ethernet/802.3 viele Datengeschwindigkeiten und viele Spezifikationen der physikalischen Schicht gibt. Allgemein funktionieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit jeder der Ethernet/802.3-Spezifikationen. So können die zentralseitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) 225, 226, 227, 228 und 228, wenn sie Ethernet/802.3-Schnittstellen sind, alle Ethernet/802.3-Geschwindigkeiten und/oder Schnittstellen der physikalischen Schicht nutzen. Ebenso könnte jeder zentralseitige PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und 229 eine andere Ethernet/802.3-Geschwindigkeit und/oder Spezifikation der physikalischen Schicht als einer der anderen zentralseitigen Netz-PHY-Transceiver 225, 226, 227, 228 und 229 verwenden.
2b zeigt allgemein die remote-seitigen, kundenseitigen bzw. teilnehmerseitigen Ausrüstungen und Verbindungen, während 2a allgemein die zentralseitigen oder providerseitigen Ausrüstungen und Verbindungen zeigt. in 2b ist das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 von 2a wiederholt. Ausserdem zeigt 2a die vier entfernten CT-PHY-Transceiver 165, 166, 167, 168 und 169, wie sie im Inneren von Client-Transportmodems (cTMs) 265, 266, 267 bzw. 268 verwendet werden mögen.
Das Client-Transportmodem 265 umfasst den entfernten CT-PHY-Transceiver 165, der durch die Verbindung 175 über die Schnittstelle 185 mit zumindest einem remote-seitigen Netz-Transceiver (TX/RX) 275 der physikalischen Schicht (PHY) verbunden ist. Ferner umfasst das Client-Transportmodem 266 den entfernten CT-PHY-Transceiver 166, der durch die Verbindung 176 über die Schnittstelle 186 mit zumindest einem remote-seitigen Netz-Transceiver (TX/RX) 276 der physikalischen Schicht (PHY) verbunden ist. Zusätzlich umfasst das Client-Transportmodem 267 den entfernten CT-PHY-Transceiver 167, der durch die Verbindung 177 über die Schnittstelle 187 mit zumindest einem remote-seitigen Netz-Transceiver (TX/RX) 277 der physikalischen Schicht (PHY) verbunden ist. Schliesslich umfasst das Client-Transportmodem 268 den entfernten CT-PHY-Transceiver 168, der durch die Verbindung 178 über die Schnittstelle 188 mit zumindest einem remote-seitigen Netz-Transceiver (TX/RX) 278 der physikalischen Schicht (PHY) und durch die Verbindung 179 über die Schnittstelle 189 mit zumindest einem remote-seitigen Netz-Transceiver (TX/RX) 279 der physikalischen Schicht (PHY) verbunden ist.
Allgemein hat die Verwendung von vier Client-Transportmodems (cTM) 265, 266, 267 und 268 in 2b nur einen veranschaulichenden Zweck und ist nicht dazu gedacht, irgendwelche Einschränkungen bezüglich der Anzahl von Client-Transportmodems (cTM) anzudeuten, die unterstützt werden können. Weiter wird der Fachmann dessen gewahr sein, dass auf der Basis der Vernetzungsbedürfnisse die Fähigkeiten der mehreren Client-Transportmodems (cTM) in eine einzige Einheit integriert werden könnten. So könnte eine einzige Einheit, die an die Kundenseite, Teilnehmerseite oder entfernte Seite des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 angeschlossen ist, tatsächlich eine Vielzahl von entfernten CT-PHY-Transceivern besitzen.
Allgemein sind die remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) 275, 276, 277, 278 und 279 über die Schnittstellen 285, 286, 287, 288 und 289 an entfernte Netze 295, 296, 297, 298 bzw. 299 angeschlossen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schnittstellen 285, 286, 287, 288 und/oder 289 Ethernet/802.3-Schnittstellen. Der Fachmann wird aber dessen gewahr sein, dass andere Schnittstellen und Technologien mit den in dieser Beschreibung offenbarten Konzepten verwendet werden könnten. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte eine Schnittstelle eines Client-Transportmodems (cTM) verwendet werden, um Schaltkreis-Emulationsdienste (CES: circuit emulation services) zu unterstützen, um digitale Datenströme von N × 56 kb/s und/oder N × 64 kb/s (wo N eine positive ganze Zahl ist) zu befördern. Der Fachmann wird dessen gewahr sein, dass unterschiedliche N × 56- und N × 64-Konfigurationen gewöhnlich als unterschiedliche digitale Geschwindigkeiten wie – aber nicht beschränkt auf – DS0, DS1, DS3 usw. bezeichnet werden. Der Fachmann wird auch dessen gewahr sein, dass die verschiedenen N × 56- und/oder N × 64-Dienste oft über Schnittstellen einer plesiochronen digitalen Hierarchie (PDH: plesiochronous digital hierarchy) wie – aber nicht beschränkt auf – T1, T3 usw. und/oder über Schnittstellen einer synchronen digitalen Hierarchie (SDH: synchronous digital hierarchy) wie – aber nicht beschränkt auf – das synchrone Transportsignal der Ebene 1 (STS-1), STS-3 usw. überbracht werden. Oft werden die STS-Frames in einem synchronen optischen Netz (SONST: synchronous opticalal network) mit optischen Trägern befördert, die allgemein als OC-1 (optical carrier 1: optischer Träger 1), OC-3 usw. bezeichnet werden. Zusätzlich zu diesem Multiplexen höherer Ordnung multipler DS0 bieten Schnittstellen wie Switched 56/64 und Basisanschluss-(BRI: basic rate interface: Basisgebührenschnittstelle) ISDN Unterstützung für eine kleinere Anzahl von DS0 mit 56/64 kbps.
Der Fachmann wird sich dieser verschiedenen N × 56- und N × 64-Technologien und der Art und Weise, wie sie allgemein benutzt werden können, um Einrichtungen an Netze wie das PSTN (public switched telephone network: öffentliches Telefonvermittlungsnetz) anzuschliessen, bewusst sein. Ausserdem wird ein Fachmann dessen gewahr sein, dass solche digitalen N × 56- und N × 64-kb/s-Verbindungen auch digitalisierte Sprache befördern können, allgemein unter Verwendung der Pulscodemodulation (PCM: pulse code modulation) und verschiedener Companding-Verfahren wie – aber nicht beschränkt auf – das A-Gesetz und das μ-Gesetz. Daher brauchen die remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) 275, 276, 277, 278 und 279 nicht alle 802.3/Ethernet zu benutzen. In zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Client-Transportmodem (cTM) 268 mit einer Vielzahl von remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceivern (TX/RX) 278 und 279 verschiedene Arten von Schnittstellen für jeden Transceiver an den Schnittstellen 288 und 289 unterstützen. So kann als ein nicht einschränkendes Beispiel der remote-seitige physikalische (PHY) Netz-Transceiver 278 Ethernet/802.3 verwenden, um sich mit einem entfernten Ethernet/802.3-Netz 298 zu verbinden, und der remote-seitige physikalische (PHY) Netz-Transceiver 279 kann eine T1-Schnittstelle zum entfernten Netz 299 sein. Es wird erwartet, dass dieses nicht einschränkende Konfigurationsbeispiel für viele entfernte Büros (remote offices) üblich wird, die Ethernet/802.3-Konnektivität brauchen, um Daten und paketierte Echtzeitdienste wie Sprache und Video zu befördern, und die auch T1-Schnittstellen brauchen, um sich mit Anlagen wie PBX (Private Branch Exchanges: Nebenstellenanlagen) mit leitungsvermittelter Sprache des alten Systems zu verbinden.
Des Weiteren wird der Fachmann dessen gewahr sein, dass es für Ethernet/802.3 viele Datengeschwindigkeiten und viele Spezifikationen der physikalischen Schicht gibt. Allgemein funktionieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit jeder der Ethernet/802.3-Spezifikationen. So können die remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) 275, 276, 277, 278 und 279, wenn sie Ethernet/802.3-Schnittstellen sind, alle Ethernet/802.3-Geschwindigkeiten und/oder Schnittstellen der physikalischen Schicht nutzen. Ebenso könnte jeder remote-seitige PHY-Transceiver 275, 276, 277, 278 und 279 eine andere Ethernet/802.3-Geschwindigkeit und/oder Spezifikation der physikalischen Schicht als einer der anderen remote-seitigen Netz-PHY-Transceiver 275, 276, 277, 278 und 279 verwenden.
Allgemein könnten die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so gesehen werden, dass sie eine Repeater-Funktionalität zwischen den zentralseitigen Netz-PHY-Transceivern 225, 226, 227, 228 und 229 und den remote- seitigen Netz-PHY-Transceivern 275, 276, 277, 278 bzw. 279 liefern. Allgemein kann der Repeater-Dienst entsprechende zentralseitige und remote-seitige Schnittstellen und Transceiver betreffen, die die gleichen Geschwindigkeiten haben. Dem Fachmann wird aber bewusst sein, dass Ethernet/802.3-Hubs Repeater sind und dass einige Ethernet/802.3-Hubs Geschwindigkeitsumsetzungen wie z.B. zwischen 10 Mb/s-Ethernet/802.3 und schnellem 100 Mb/s-Ethernet/802.3 handhaben können. So wird es dem Fachmann bewusst sein, dass die in diesen Ethernet/802.3-Mehrgeschwindigkeits-Hubs zu findenden Techniken verwendet werden können, um unterschiedliche Geschwindigkeiten an den Schnittstellen der entsprechenden zentralseitigen und remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) zu unterstützen, während im Allgemeinen immer noch eine Repeater-Funktionalität geboten wird. Dem Fachmann wird auch bewusst sein, dass die Transceiver unterschiedliche Typen physikalischer Medien und unterschiedliche Anteile der Ethernet/802.3-Spezifikationen verwenden können, zum Beispiel – aber ohne darauf beschränkt zu sein – 100BaseTX auf Kupfer für einen zentralseitigen physikalischen Netz-Transceiver und 100BaseFX auf Fasern für einen remote-seitigen physikalischen Netz-Transceiver, selbst wenn ein zentralseitiger physikalischer Transceiver (zum Beispiel – aber ohne darauf beschränkt zu sein – der zentralseitige physikalische Netz-Transceiver 225) und ein entsprechender remote-seitiger physikalischer Netz-Transceiver (zum Beispiel – aber ohne darauf beschränkt zu sein – der remote-seitige physikalische Transceiver 275) bei der gleichen Datenrate arbeiten.
In Anbetracht der allgemeinen Punkt-zu-Punkt-Beziehung zwischen zentralseitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceivern (TX/RX) 225, 226, 227, 228 und 229 und den entsprechenden remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceivern (TX/RX) 275, 276, 277, 278 bzw. 279 kann jedes der Client-Transportmodems (cTM) 265, 266, 267 und 268 so betrachtet werden, als hätte es ein entsprechendes Server-Transportmodem (sTM) 325, 326, 327 bzw. 328, wie in 3 gezeigt. Allgemein sind die Server-Transportmodems (sTM) 325, 326, 327 und 328 möglicherweise keine getrennten Ausrüstungen, sondern sind stattdessen in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglicherweise unter Verwendung gemeinsam genutzter Hardware im TMTS 215 implementiert. Obwohl es für jedes Client-Transportmodem (cTM) 265, 266, 267 und 268 so erscheinen könnte, als bestehe eine Verbindung zu einem fest zugeordneten Server-Transportmodem (sTM) (wie die sTM 325, 326, 327 bzw. 328), sind die Server-Transportmodems in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglicherweise keine individuelle Hardware. Selbst wenn die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung individuelle Server- Transportmodems möglicherweise nicht benutzen, werden dadurch solche Implementierungen nicht ausgeschlossen,
In der Darstellung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in 3 werden die Server-Transportmodems (sTM) 325, 326, 327 und 328 ebenso wie die entsprechenden Verbindungen zu den Client-Transportmodems (cTM) 265, 266, 267 bzw. 268 als dünne, gestrichelte Linien gezeigt, um die virtuelle Natur der Beziehung anzudeuten. Die Server-Transportmodems (sTM) 325, 326, 327 und 328 können in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung virtuell sein, weil sie allgemein unter Verwendung gemeinsam genutzter Hardware im TMTS 215 implementiert werden können.
Allgemein können die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so wirken, dass sie digitale Signale zwischen Schnittstellen 245 und 385 transparent wiederholen. Die Schnittstellen 245 und/oder 385 können unterschiedliche Typen von Technologien und/oder Medien für die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen aktiven Anschlüssen an der Schnittstelle 245 und aktiven Anschlüssen an der Schnittstelle 385 besitzen. Aktive Anschlüsse sind allgemein mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen TMTS 215 und einem Client-Transportmodem 265, 266, 267 oder 268 assoziiert, wenn der Punkt-zu-Punkt-Verbindung Bandbreite durch das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 zugewiesen wird. Allgemein ist TMTS 215 an der Schnittstelle 250 mit der zentralen Seite oder der Providerseite des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 verbunden, während die Client-Transportmodems (cTM) 265, 266, 267 und 268 an der Schnittstelle 260 mit der entfernten Seite, der Kundenseite oder der Teilnehmerseite des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 verbunden sind. Weiter können die Client-Transportmodems (cTM) 265, 266, 267 und 268 unter Verwendung verschiedener Typen von Medien und Technologien über die Schnittstelle 385 an entfernte Netze angeschlossen werden. Das mit der Schnittstelle 245 verbundene Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) 215 kann weiter in ein gemeinsames Netz 240 eingebunden werden, obwohl die Technologie der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere zentrale Netzkonfigurationen erlaubt, die auf unterschiedlichen strategischen Entscheidungen und Netzeigentumserfordernissen beruhen. Einige dieser Überlegungen sind – ohne darauf beschränkt zu sein – die Geheimhaltung, die Sicherheit, die Kosten und/oder die Konnektivität.
Integration in vorhandene Kabelnetzarchitekturen
4 zeigt eine detailliertere Implementierung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von 1 bis 3 und ihre Verwendung in einem Kabelnetz, das zusätzliche Dienste über das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 befördern kann. 4 zeigt das TMTS 215 und die cTM 265, 266, 267 und 268, die unter Bezugnahme auf 2a und 2b kurz beschrieben worden waren. Wie in 4 gezeigt, hat jedes cTM 265, 266, 267 und 268 zumindest einen physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver 475, 476, 477 bzw. 478. Die Ethernet/802.3-PHY-Transceiver 475, 476, 477 und 478 entsprechen dem einen, nicht einschränkenden Transceivertyp, der in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die remote-seitigen physikalischen (PHY) Netztransceiver (TX/RX) 275, 276, 277, 278 und 279 an den damit verbundenen Schnittstellen 285, 286, 287, 288 und 289 von 2b verwendet werden kann. Jedes cTM 265, 266, 267, 268 kann ebenfalls einen oder mehrere physikalische Transceiver an der Schnittstelle 385 besitzen. Jeder dieser Transceiver kann eine physikalische Ethernet/802.3-Schnittstelle oder irgend ein anderer Typ von Kommunikationsschnittstelle sein.
Des Weiteren werden sich Fachleute der verhältnismässig kleinen Unterschiede zwischen IEEE 802.3 und der Ethernet-Spezifikation von Digital-Intel-Xerox (DIX) 2.0 (oder II) sowie der Möglichkeit bewusst sein, eine Vielzahl von Frameformaten wie – aber ohne darauf beschränkt zu sein – Ethernet_II, 802.3 roh, 802.3/802.2 LLC (logical link control: logische Verbindungskontrolle) und 802.3/802.2 SNAP (Sub-Network Access Protocol: Teilnetz-Zugriffsprotokoll) auf Netzen zu befördern, die umgangssprachlich als Ethernet bekannt sind. Zusätzlich sollen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenfalls weitere Versionen und Varianten von Ethernet/802.3 erfassen, darunter – ohne darauf beschränkt zu sein – DIX Ethernet 1.0. Eine Bezugnahme auf Ethernet und/oder IEEE 802.3 in dieser Beschreibung soll allgemein für Netze gelten, die in der Lage sind, jegliche Kombination der verschiedenen Frame-Typen zu befördern, die allgemein auf solchen Ethernet/802.3-Netzen befördert werden. Da die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein eine Schnittstelle der physikalischen Schicht zur Verfügung stellen, die für Repeater-Dienste verwendet werden kann, sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein für die unterschiedlichen Typen von Ethernet/802.3-Frames transparent.
Obwohl 4 vier cTM und vier Schnittstellen am TMTS 215 zeigt, soll dies nur zur Veranschaulichung dienen, und die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht darauf beschränkt, eine Konnektivität für genau vier Client-Transportmodems zur Verfügung zu stellen. Stattdessen funktioniert die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zumindest einem Client-Transportmodem und zumindest einer entsprechenden Schnittstelle am TMTS 215. Im Allgemeinen ist in 4 jede der 802.3-Schnittstellen der physikalischen (PHY) Schicht oder Transceiver 475, 476, 477 und 478 der Client-Transportmodems (cTM) allgemein mit einer entsprechenden 802.3-Schnittstelle der physikalischen Schicht und/oder einem Transceiver 425, 426, 427 bzw. 428 im TMTS 215 verbunden. Allgemein sind die 802.3-Schnittstellen der physikalischen Schicht und/oder die Transceiver 425, 426, 427 und 428 ein nicht einschränkendes Beispiel der Transceivertypen, die in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für zentralseitige physikalische (PHY) Netz-Transceiver (TqX/RX) 225, 226, 227, 228 und 229 an der damit verbundenen Schnittstelle 245 von 2a verwendet werden können.
Wie in 4 gezeigt, sind die 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver 425, 426, 427 und 428 des TMTS 215 weiter mit einer vernetzenden Headend-Einrichtung wie einem Hub, Schalter und/oder Router 430 mit 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceivern 435, 436, 437 bzw. 438 verbunden. Fachleute werden sich dessen bewusst sein, dass dies nur eine der vielen Möglichkeiten ist, die Ethernet/802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver 425, 426, 427 und 428 des TMTS 215 an ein gemeinsames Providernetz 240 anzuschliessen, das ein (in 4 nicht gezeigtes) Provider-Backbonenetz einschliessen kann. Auf der Basis von Providerstrategien und Ausrüstungskosten können allgemein unterschiedliche konkrete Einrichtung(en) gewählt werden, die an die 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver 225, 226, 227 und 228 des TMTS 215 angeschlossen werden sollen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können zwei der 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver 225, 226, 227 und 228 herangezogen werden, um Konnektivität mit zwei verschiedenen entfernten Büros (remote offices) einer spezifischen Firma zur Verfügung zu stellen. Diese Firma könnte nämlich wünschen, dass gerade diese beiden 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver des TMTS 215 direkt angeschlossen werden (möglicherweise unter Verwendung eines dem Fachmann bekannten Ethernet-Kreuzkabels, bei dem Kontaktstifte 1 und 3 sowie Kontaktstifte 2 und 6 eines RJ45-Verbinders über Kreuz verbunden werden).
Daher können die 802.3-PHY-Schnittstellen und/oder Transceiver 425, 426, 427 und 428 des TMTS 215 auf der Basis von Providerstrategien und/oder Teilnehmer-(oder Kunden-)anforderungen angeschlossen werden. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen speziellen Typ von Netzeinrichtung oder Netzverbindung beschränkt, um die Anschlüsse 225, 226, 227 und 228 der 802.3-PHY-Schnittstellen des TMTS 215 an das Netz eines Providers anzuschliessen, das ein gemeinsames Netz 240 sein kann und ein (in 4 nicht gezeigtes) Backbone-Netz enthalten kann. So ist die zumindest eine Verbindung zum Headend/Hub/Schalter/Router 430 über die Schnittstelle 245 nur ein nicht einschränkendes Beispiel dafür, wie das TMTS 215 an ein Provider-Backbone-Netz angeschlossen werden kann.
Des Weiteren funktioniert, wie unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben, die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Grunde als ein Ethernet/802.3-Repeater, der die Bits aus Ethernet/802.3-Frames zwischen den Schnittstellen 245 und 385 der 3 und 4 transparent kopiert. Die transparente Unterstützung des Ethernet/802.3 ermöglicht es dem System allgemein, Ethernet/802.3-Frames mit virtuellen LAN- oder etiketten-basierenden Multiplexing-Daten wie zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – die in IEEE 802.1Q (VLAN oder virtuelles LAN) und/oder IEEE 802.17 (RPR oder Resilient Packet Ring: elastischer Paketring) definierten Daten transparent zu befördern. Wegen der Transparenz der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Ethernet-, virtuelle LAN- und/oder Tag/Etiketten-Daten haben Provider, die die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwenden, allgemein die Flexibilität, auf der Grundlage der Typen von Einrichtungen, die an die Schnittstellen 245 und 385 angeschlossen sind, Strategien für die Beförderung, Kombination und/oder Trennung des Verkehrs von verschiedenen Teilnehmern vorzugeben. Ferner können sich Teilnehmer oder Kunden dafür entscheiden, unterschiedliche Mechanismen wie zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – 802.1Q VLAN und/oder 802.17 RPR zu implementieren, die zwischen zwei oder mehr Teilnehmer-Standorten verwendet werden könnten, die alle mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Die Transparenz der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für diese zusätzlichen Daten in Ethernet/802.3-Frames bietet vielseitige Möglichkeiten für den Provider und den Teilnehmer, zu entscheiden, wie die verschiedenen VLAN-, Tag- und/oder Etikettenmechanismen verwendet werden sollen, die mit Ethernet/802.3-Frames befördert werden können.
Zusätzlich zeigt 4 weiter, wie ein Client-Transportmodem (cTM) 265 mit zumindest einer 802.3-PHY-Schnittstelle oder einem Transceiver 475 über die Schnittstelle 385 an die 802.3-PHY-Schnittstelle bzw. den Transceiver 485 angeschlossen ist. Die Ethernet/802.3-PHY-Schnittstelle 485 kann sich in einem Teilnehmer-Hub/Schalter/Router 480 befinden, der mehrere 802.3-PHY-Schnittstellen oder Transceiver 491, 492 und 493 zu den Kunden- oder Teilnehmer-LAN oder -Netzen besitzt, die nicht einschränkende Beispiele von Teilen entfernter (remote) Netze sind. Die anderen Client-Transportmodems (cTM) 266, 267 und 268 hätten wahrscheinlich ebenfalls Verbindungen über die Schnittstelle 385 mit verschiedenen anderen Einrichtungen weiterer Kunden- oder Teilnehmer-LAN, obwohl diese in 4 nicht gezeigt werden. Weitgehend wie der Headend-Hub/Schalter/Router 430 wird der jetzige Typ einer Netzeinrichtung oder -verbindung für den Teilnehmer-Hub/Schalter/Router 480 nicht durch die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet allgemein eine transparente Ethernet-Repeater-Befähigung über ein Kabelübertragungsnetz 105. In 4 entsprechen die Schnittstellen 250 und 260 allgemein der zentralen Seite oder Providerseite bzw. der entfernten Seite, Kundenseite oder Teilnehmerseite des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105. Diese Bezugsschnittstellen 250 und 260 der 4 wurden in 2a, 2b und 3 als die Schnittstellen des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 gezeigt.
Fachleute werden die Einrichtungen und Technologien kennen, aus denen Kabelübertragungsnetze 105 allgemein bestehen. Zumindest einiges von dieser Kabelübertragungstechnologie wird in „Modern Cable Television Technology: Video, Voice, and Data Communications" [Moderne Kabelfernsehtechnologie: Video-, Sprach- und Datenkommunikation] von Walter Ciciora, James Farmer und David Large beschrieben, das hier durch Bezugnahme in seiner Ganzheit einbezogen wird. Allgemein können die Kabelübertragungsnetze 105 zusätzlich zu den Diensten der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weitere Dienste befördern. Wie der Fachmann weiss, kann ein Kabelübertragungsnetz 105 zum Beispiel zusätzlich zu den Daten, die mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind, auch analoges Video, digitales Video, DOCSIS-Daten und/oder Kabeltelefonie befördern. Allgemein besitzt jeder dieser Dienste beim Provider befindliche Ausrüstungen wie Analog-Video-Ausrüstungen 401, Digital-Video-Ausrüstungen 402, DOCSIS-Daten-Ausrüstungen 403 und Kabeltelefonie-Ausrüstungen 404 sowie an den verschiedenen Kunden- oder Teilnehmerstandorten befindliche Ausrüstungen wie Analog-Video-Ausrüstungen 411, Digital-Video-Ausrüstungen 412, DOCSIS-Daten-Ausrüstungen 413 und Kabeltelefonie-Ausrüstungen 414. Obwohl diese anderen Dienste in 4 so gezeigt werden, als seien sie zweiseitig gerichtet, sind einige der Dienste wie analoges Video und digitales Video historisch oft primär einseitig gerichtete Dienste gewesen, die allgemein vom Headend zu den Teilnehmern gesendet wurden.
Zusätzlich zeigt 4 weiter einige der Übertragungsausrüstungen, die in einem Kabelübertragungsnetz 105 Verwendung finden könnten (allgemein zwischen den Schnittstellen 250 und 260 in 4 zu finden). Zum Beispiel könnten Kabelübertragungsnetze 105 einen Combiner 415 und einen Splitter 416 enthalten, um elektromagnetische Signale zu kombinieren bzw. aufzutrennen. Da das Kabelübertragungsnetz 105 ein Faser-Koax-Hybrid-(HFC-)netz sein kann, könnte es Einrichtungen für die Umwandlung von elektromagnetischen Signalen zwischen elektrischen und optischen Formaten enthalten. Zum Beispiel könnte die optisch/elektrische (O/E) Downstream-Schnittstelleneinrichtung 417 elektrische Downstream-Signale (die primär über Koaxialkabel befördert werden) zu optischen Downstream-Signalen (die primär über faseroptische Leitungen befördert werden) umwandeln. Ebenso könnte die optisch/elektrische (O/E) Upstream-Schnittstelleneinrich tung 418 optische Upstream-Signale (die primär über faseroptische Leitungen befördert werden) zu elektrischen Upstream-Signalen (die primär über Koaxialkabel befördert werden) umwandeln. Die optisch/elektrische Downstream-Schnittstelle 417 und die optisch/elektrische Upstream-Schnittstelle 418 sind allgemein über zumindest eine faseroptische Verbindung mit der optisch/elektrischen (O/E) Schnittstelle 420 in den Räumlichkeiten eines Teilnehmers oder Kunden verbunden. Die optischen Downstream-Kommunikationen zwischen der Downstream-O/E-Schnittstelle 417 und der O/E-Schnittstelle 420 könnten über andere optische Fasern befördert werden als diejenigen, die die optischen Upstream-Kommunikationen zwischen der O/E-Schnittstelle 420 und der Upstream-O/E-Schnittstelle 418 befördern. Der Fachmann wird aber wissen, dass eine Variante des Frequenz-Multiplexings (FDM: frequency-division multiplexing), die als Wellenlängen-Multiplexing (WDM: wavelength division multiplexing) bekannt ist, verwendet werden könnte, um zweiseitig gerichtete Duplex-Übertragung sowohl der optischen Downstream- als auch der optischen Upstream-Kommunikationen über eine einzige faseroptische Verbindung zu ermöglichen.
Allgemein sind die Schnittstellen für ein HFC-System in den Räumlichkeiten des Kunden oder Teilnehmers elektrische Koax-Verbindungen. So kann die optisch/elektrische Schnittstelle 420 in einen Splitter/Combiner 422 führen, der elektrische Signale trennt und/oder kombiniert, die mit einer analogen Videoeinrichtung 411, einer digitalen Videoeinrichtung 412, einer DOCSIS-Daten-Einrichtung 413 und/oder einer Kabeltelefonie-Einrichtung 413 verbunden sind, die sich allgemein in den Räumlichkeiten des Kunden oder Teilnehmers befinden. Diese Beschreibung der Splitter, Combiner und optisch-elektrischen Schnittstellen der HFC-Netze, die für das Kabelübertragungsnetz 105 verwendet werden können, ist grundsätzlich und erfasst nicht alle weiteren Typen von Ausrüstungen, die in einem Kabelübertragungsnetz 105 verwendet werden können. Einige nicht einschränkende Beispiele weiterer Typen von Ausrüstungen, die in einem Kabelübertragungsnetz 105 verwendet werden können, sind – ohne darauf beschränkt zu sein – Verstärker und Filter. Fachleute kennen diese wie auch viele weitere Typen von Einrichtungen und Ausrüstungen, die in Kabelübertragungsnetzen verwendet werden.
Weiter wird sich der Fachmann dessen bewusst sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in reinen Koax-, reinen Faser- und/oder Faser-Koax-Hybrid-(HFC-)Netzen wie den Kabelübertragungs-(CT-)netzen 105 verwendet werden können. Im Allgemeinen ist das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 allgemein ein Hochfrequenz-(HF-)netz, das allgemein einige frequenz-gemultiplexte (FDM-)Kanäle einschliesst. Der Fachmann wird sich auch dessen bewusst sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Kabelübertragungs(CT-)netz 105 verwendet werden können, das allgemein keine Daten für weitere Anwendungen wie – aber ohne darauf beschränkt zu sein – analoges Video, digitales Video, DOCSIS-Daten und/oder Kabeltelefonie befördert. Wechselweise können die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Kabelübertragungs(CT-)netz 105 koexistieren, das Daten wie analoges Video, digitales Video, DOCSIS-Daten und/oder Kabeltelefonie sowie unterschiedliche Kombinationen und Permutationen davon befördert. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 allgemein irgendein Netztyp, der in der Lage ist, den frequenz-gemultiplexten (FDM-)Transport von Kommunikationssignalen wie – aber ohne darauf beschränkt zu sein – elektrischen und/oder optischen Signalen zur Verfügung zu stellen. Der FDM-Transport schliesst die Variante des FDM in optischen Netzen ein, die allgemein Wellenlängen-Multiplexing (WDM) genannt wird.
Zusätzlich können in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere MPEG-PID für die Downstream-Übermittlung von MPEG-Paketen verwendet werden, die den Verkehr von Datenflüssen der Frame-Management-Teilschicht (FMS) befördern. Zusätzlich können MPEG-Pakete, die die Oktette eines oder mehrerer FMS-Datenflüsse der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befördern, in den gleichen Frequenzkanal eines Kabelübertragungsnetzes hineingemultiplext werden, der auch andere MPEG-Pakete befördert, die andere PID-Werte haben und allgemein keine Beziehung zu den FMS-Datenflüssen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben. Somit lassen sich nicht nur sowohl die Upstream- als auch die Downstream-Nutzungen der Frequenzkanäle in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leicht in das allgemeine Schema der Bandbreitenzuordnung des Frequenz-Multiplexings (FDM), das üblicherweise in Kabelübertragungsnetzen anzutreffen ist, integrieren, sondern die Verwendung des MPEG-Frameformats für die Downstream-Übermittlung ermöglicht in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch eine leichte Integration in das auf PID beruhende Zeit-Multiplexing (TDM: time division multiplexing) der MPEG 2-Transportströme, das ebenfalls üblicherweise in Kabelübertragungsnetzen anzutreffen ist. So wird es dem Fachmann bewusst sein, dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leicht in die Frequenz-Multiplexing-(FDM-)Architektur von Kabelübertragungsnetzen integriert werden können.
Wie der Fachmann wissen wird, wurden in Nordamerika Kabelübertragungsnetze allgemein zuerst für die Beförderung von Analogkanälen von NTSC-(National Television Systems Committee) Video entwickelt, die allgemein eine Frequenzbandbreite von 6 MHz nutzen. Der Fachmann wird ebenfalls wissen, dass in anderen Teilen der Welt ausserhalb von Nordamerika andere Videokodiernormen mit anderen Kabelübertragungsnetzen entwickelt worden sind. Speziell in Europa wird gemeinhin die analoge Phasen-alternierende Zeilen-(PAL: Phase alternating line) Videokodierung eingesetzt, die allgemein in Kabelübertragungsnetzen in Frequenzkanälen mit etwas mehr Bandbreite als den Kanälen von allgemein 6 MHz befördert wird, die gemeinhin in den nordamerikanischen Kabelübertragungsnetzen verwendet werden. Weil die Frequenzkanäle, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in die Kanäle mit engerer Frequenzbandbreite hineinpassen, die ursprünglich dafür ausgelegt worden waren, analoges NTSC-Video zu befördern, passen die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Frequenzkanäle auch in die Kanäle mit grösserer Frequenzbandbreite, die für die Beförderung des analogen PAL-Videos ausgelegt wurden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sind, dass sie in die 6-MHz-Kanäle passen, die gemeinhin für analoge NTSC-Signale verwendet werden, und sie auch in die Kabelübertragungsnetze passen, die in der Lage sind, analoge PAL-Signale zu befördern, wird sich der Fachmann zusätzlich dessen bewusst sein, dass die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzten Multiplex-Verfahren allgemein sind. Somit ist die Reichweite der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf Kabelübertragungssysteme beschränkt, die dafür ausgelegt wurden, NTSC- und/oder PAL-Signale zu befördern. Der Fachmann wird sich dessen bewusst sein, dass die Konzepte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stattdessen allgemein auf Übertragungseinrichtungen anwendbar sind, die Frequenz-Multiplexing (FDM) verwenden und ein Eins-zu-viel-Kommunikations-Paradigma für die eine Kommunikationsrichtung sowie ein Viel-zu-eins-Paradigma in der anderen Kommunikationsrichtung besitzen.
Des Weiteren kommunizieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein unter Verwendung von Signalen mit ähnlichen Übertragungseigenschaften wie andere, gemeinhin in Kabelübertragungsnetzen anzutreffende Signale. So wird der Fachmann wissen, dass die Signalübertragungseigenschaften der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dafür ausgelegt sind, sich in vorhandene und bereits eingesetzte Kabelübertragungsnetze zu integrieren, die eventuell andere Typen von Signalen für andere Dienste wie – aber nicht beschränkt auf – analoges Video und/oder digitales Video, analoges und/oder digitales Audio und/oder digitale Daten befördern. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind dafür ausgelegt, in dem gleichen Kommunikationsmedium befördert zu werden, das eventuell die anderen Dienste befördert, ohne dass die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unerwünschte und unerwartete Störungen der anderen Dienste verursachen. Des Weiteren funktionieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung über unterschiedliche Typen von Kommunikationsmedien, darunter – aber nicht beschränkt auf – Koaxialkabel (Koax), Faser, Faser-Koax-Hybrid wie auch drahtlos. Da die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein so ausgelegt sind, dass sie mit einigen der historisch überlieferten Normen von Kabelnetzen konform gehen, können die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vielen vorhandenen Netz-Infrastrukturen verwendet werden, die bereits andere Dienste befördern. Daher koexistieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung friedlich mit vorhandenen, historisch überkommenen Diensten. Auch können die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in anderen Umgebungen verwendet werden, die nicht durch historisch überkommene Dienste (oder Dienste, die mit historisch überlieferten Normen verträglich sind) beschränkt werden.
5a und 5b zeigen allgemein ein detaillierteres Systembezugsdiagramm für ein Kommunikationssystem, in dem eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte. Allgemein erfasst 5a zumindest einige der Ausrüstungen und Verbindungen, die sich gemeinhin auf der zentralen Seite oder Providerseite in einem System finden, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet. Hingegen erfasst 5b allgemein zumindest einige der Ausrüstungen und Verbindungen, die sich gemeinhin auf der entfernten Seite, Kundenseite bzw. Teilnehmerseite eines Systems finden, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet. Allgemein wird die ungefähre Begrenzung des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 über die 5a und 5b hinweg gezeigt. Dem Fachmann wird bewusst sein, das die in 5a und 5b gezeigten Einrichtungen nicht einschränkende Beispiele der Typen von Ausrüstungen sind, die sich allgemein in HF-Kabelnetzen finden. Somit zeigen 5a und 5b lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und andere Asuführungsformen sind möglich.
Im Allgemeinen können sich die Ausrüstungen für die zentrale Seite, die Providerseite und/oder die Kundenseite des Netzes allgemein in einem Verteil-Hub und/oder Headend 510 befinden. 5a zeigt ein Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) 215 mit zumindest einem physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115, zumindest einer physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung (CTRL) 217, zumindest einer Systemsteuerung (SYS CTRL) 219 und zumindest einem zentralseitigen physikalischen (PHY) Netztransceiver (TX/RX) 225. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt das TMTS 215 zwei Typen von Schnittstellen zum gemeinsamen Netz 240. In 5a werden diese beiden Typen von Schnittstellen als TMTS-802.3-Schnittstelle 531 und als TMTS-Schaltkreis-Emulationsdienst-(CES-: circuit emulation service) Schnittstelle 532 gezeigt. Allgemein können es mehrfache Exemplare sowohl der TMTS-802.3-Schnittstelle 531 als auch der TMTS-CES-Schnittstelle 532 sein, die verwendet werden könnten, Verkehr für mehrfache remote-seitige Netzschnittstellen und/oder Transceiver an einem einzigen Client-Transportmodem (cTM) oder für mehrfache remote-seitige Netzschnittstellen an einer Vielzahl von Client-Transportmodems (cTM) zu bedienen.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine TMTS-802.3-Schnittstelle 531 allgemein in der Lage, Daten in Ethernet/802.3-Frames transparent zu befördern. Auf der untersten Ebene sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein in der Lage, als ein Ethernet/802.3-Repeater der physikalischen Schicht zu wirken. Dem Fachmann wird aber bewusst sein, dass die im Allgemeinen die physikalische Schicht betreffenden Konzepte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in komplexere Kommunikationseinrichtungen und/oder -systeme wie – ohne darauf beschränkt zu sein – Brücken, Schalter, Routers und/oder Gateways integriert werden können.
Allgemein liefert zumindest eine TMTS-CES-Schnittstelle 532 die Schaltkreis-Emulationsfähigkeit, die dafür verwendet werden kann, allgemein historische, überkommene Schnittstellen zu bedienen, die gemeinhin mit leitungsvermittelten Netzen wie dem öffentlichen Telefonvermittlungsnetz (PSTN) assoziiert sind. Fachleute kennen die analogen und/oder digitalen Schnittstellen zum PSTN, die gemeinhin in Einrichtungen zu finden sind, die an das PSTN ankoppeln. In der digitalen Form umfassen diese Schnittstellen oft ganzzahlige Vielfache eines DS0 bei 56 kb/s (N × 56) und/oder 64 kb/s (N × 64). Der Fachmann wird sich auch der unterschiedlichen, üblichen Multiplexing-Technologien bewusst sein, die verwendet werden können, um die ganzzahligen Vielfachen der DS0s zusammenzuführen. Diese Multiplexing-Technologien lassen sich allgemein in die plesiochrone digitale Hierarchie (PDH) und die synchrone digitale Hierarchie (SDH) unterteilen, die dem Durchschnittsfachmann geläufig sind.
Allgemein kann zumindest eine TMTS-802.3-Schnittstelle 531 an einen Headend-Hub, Schalter oder Router 535 oder irgendeine andere vernetzende Einrichtung angeschlossen werden, um in Übereinstimmung mit unterschiedlichen strategischen Entscheidungen Konnektivität zwischen dem Transportmodem-Terminationssystem 215 und den Client-Transportmodems (cTM) 265 herzustellen. Dem Fachmann werden allgemein die unterschiedlichen strategischen Betrachtungen bezüglich der Wahl zwischen verschiedenen Typen von vernetzenden Einrichtungen und/oder Verbindungen für einen Anschluss an die TMTS 802.3-Schnittstelle 531 bewusst sein.
Des Weiteren könnte zumindest eine TMTS-CES-Schnittstelle 532 an einen Telco-Konzentrator angeschlossen sein, der allgemein aus unterschiedlichen Schalt- und/oder Multiplex-Ausrüstungen bestehen kann, die dafür ausgelegt sind, an die Technologien anzukoppeln, die allgemein verwendet werden, um leitungs-geschaltete Verbindungen im PSTN unterstützen. So könnte der Telco-Konzentrator 536 unter Verwendung der analogen Schnittstellen und/oder der digitalen Schnittstellen, die allgemein ganzzahlige Vielfache der DS0 (56 kb/s oder 64 kb/s) sind, an das TMTS 215 angeschlossen werden. Einige nicht beschränkende Beispiele analoger Schnittstellen, die sich gemeinhin in der Industrie finden, sind FXS/FXO (foreign exchange station/foreign exchange office) und E&M (ear & mouth: Ohr und Mund). Zusätzlich zur Beförderung der auf den CES-Emulationsdienst zwischen dem TMTS 215 und dem Telco-Konzentrator 536 bezogenen aktuellen Daten kann die TMTS-CES-Schnittstelle 532 auch unterschiedliche Signalisierungsdaten befördern, um leitungs-vermittelte Anrufe aufzubauen und freizugeben. Der Fachmann wird die vielen verschiedenen Signalisierungsprotokolle kennen, die diese Funktion übernehmen, darunter – aber nicht beschränkt auf – mit Kanälen assoziierte Signalisierung mit Bitdiebstahl, die Q.931-D-Kanal-Signalisierung von ISDN, die standardmässige POTS-Signalisierung wie auch viele andere.
Im allgemeinen liefern ein oder mehrere Einrichtungen am Headend wie ein Headend-Hub, ein Schalter und/oder ein Router 535 allgemein die Konnektivität zwischen TMTS 215 und dem Backbone-Netz 537, was Konnektivität mit unterschiedlichen Typen von Netztechnologie und/oder -diensten bieten kann. Der Telco-Konzentrator 536 kann auch weiter an das öffentliche Telefonvermittlungsnetz (PSTN) angeschlossen werden. Allgemein könnte der Telco-Konzentrator 536 eine Multiplexing- und/oder Switching-Funktionalität für die Schaltkreis-Emulationsdienste (CES) liefern, ehe diese Dienste an das PSTN angeschlossen werden. Auch könnte der Telco-Konzentrator 536 die Schaltkreis-Emulationsdienste (CES) zu Paket-basierenden Diensten umwandeln. Zum Beispiel könnte über eine TMTS-CES-Schnittstelle 532 beförderte 64-kb/s-PCM-Sprache (und die dazugehörige Signalisierung) zu verschiedenen Formen paketierter Sprache (und dazugehöriger Signalisierung) umgewandelt werden, die über eine Verbindung zwischen dem Telco-Konzentrator 536 und einem Headend-Hub, Schalter und/oder Router 535 transportiert wird. Ausserdem kann die Verbindung zwischen dem Telco-Konzentrator 536 und dem Headend-Hub, Schalter und/oder Router 535 die mit dem Telco-Konzentrator 536 verbundenen Netz-Management-, -Konfigurations- und/oder -Steuerdaten befördern.
Allgemein können die TMTS-802.3-Schnittstelle 531 und die TMTS-CES-Schnittstelle 532 als zumindest ein Teil des physikalischen (PHY) Headend-Schnittstellennetzes 540 angesehen werden. Ferner kann zumindest ein Teil des gemeinsamen Netzes 240 allgemein als das Backbone-Schnittstellennetz 541 angesehen werden. Zusätzlich zu den Systemen und Schnittstellen, die allgemein dafür ausgelegt sind, Daten transparent zwischen den zentralseitigen Netzen (wie sie bei der TMTS-802.3-Schnittstelle 531 und der TMTS-CES-Schnittstelle 532 dargestellt werden) des TMTS 215 und den remote-seitigen Netzen des zumindest einen cTM 265 zu befördern, besitzt das Kommunikationssystem allgemein Verbindungen zu lokalen Servereinrichtungen 543 und zum Betriebs-, Verwaltungs- und Wartungssystem 544, die beide Teil des gemeinsamen Netzes 240 sein können. Netzmanagment, -konfiguration, -wartung, -kontrolle und -verwaltung sind Fähigkeiten, die zwar nur Optionen sind, aber heute allgemein in vielen Kommunikationssystemen erwartet werden. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne solche Funktionen und/oder Fähigkeiten implementiert werden könnten, wäre eine solche Implementierung ohne gewisse spezialisierte Netzfunktionen wie – aber nicht beschränkt auf – Betrieb, Verwaltung und Wartung (AO&M: operations, administration, and maintenance) 544 allgemein weniger flexibel und wahrscheinlich beträchtlich teurer in der Unterhaltung. Ferner kann eine lokale Servereinrichtung 543 Server umfassen, die unterschiedliche Protokolle für Funktionen wie – aber nicht beschränkt auf – dynamische Netzadressenzuweisung (potenziell unter Verwendung des dynamischen Hostkonfigurationsprotokolls DHCP [dynamic host configuration protocol]) und/oder Software-Uploads sowie Konfigurationsdateien-Uploads und -Downloads (potenziell unter Verwendung des trivialen Dateiübertragungsprotokolls TFTP [trivial file transfer protocol]) bedienen.
5a zeigt weiter, wie in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115 im TMTS 215 an das HF-Schnittstellennetz 550 angeschlossen werden könnte. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung koppelt der CT-PHY-Transceiver 115 zur Downstream-Kommunikation vom TMTS 215 zu zumindest einem Client-Transportmodem (cTM) 265 an eine asynchrone serielle Schnittstelle (ASI: asynchronous serial interface) 551 des TMTS an. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der QAM-(quadrature amplitude modulation: Quadraturamplitudenmodulation) Modulator 552 ausserhalb des TMTS 215. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, bei denen der zumindest eine QAM-Modulator 552 für die Downstream-Kommunikation in das TMTS 215 eingebaut ist. Des Weiteren ist eine ASI-(asynchronous serial interface: asynchrone serielle Schnittstelle) Schnittstelle nur ein nicht beschränkendes Beispiel einer potenziellen Schnittstelle für den zumindest einen QAM-Modulator 522. QAM-Modulatoren 552 mit ASI-Schnittstellen werden in Kabelübertragungsnetzen 105 gemeinhin verwendet, und eine erneute Nutzung vorhandener Technologie und/oder Systeme kann billigere Implementierungen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen. Andere Ausführungsformen, in denen unterschiedliche interne und/oder externe Schnittstellen zu verschiedenen Arten von Modulatoren verwendet werden, könnten zu sätzlich zu oder anstatt der TMTS-ASI-Schnittstelle 551 zu dem zumindest einen QAM-Modulator 552 verwendet werden.
Da QAM-Modulatoren für viele Typen der Übertragung in CATV-Netzen verwendet werden, wird der Fachmann die vielen Schnittstellen (interne wie externe) kennen, die verwendet werden könnten, um QAM-Modulatoren) 522 für eine Downstream-Übertragung anzuschliessen. Die TMTS-ASI-Interface 551 ist nur ein nicht einschränkendes Beispiel einer Schnittstelle, die in der Technik oft verwendet wird und dem Durchschnittsfachmann vertraut ist. Der Fachmann wird wissen, dass solche QAM-Modulatoren in CATV-Netzen verwendet worden sind, um die Downstream-Übertragung für üblicherweise genutzte Dienste wie – aber nicht beschränkt auf – DOCSIS-Kabelmodems und digitales Fernsehen unter Verwendung von MPEG-Video zu unterstützen. Wegen des allgemeinen Gebrauchs solcher QAM-Modulatoren für digitale Dienste und der grossen Vielfalt von externen und internen Schnittstellen, die in den Ausrüstungen vieler Lieferanten verwendet werden, wird es dem Fachmann bewusst sein, dass viele Typen von Schnittstellen verwendet werden können, um die digitalen Bitströme eines TMTS zur Modulation und nachfolgenden Downstream-Übertragung über Kabelübertragungsnetze an QAM-Modulatoren zu senden. So wird der Fachmann zusätzlich zur TMTS-ASI-Schnittstelle 551 von anderen standardisierten und/oder geschützten Schnittstellen Kenntnis haben, die intern oder extern zum TMTS 215 sein können und verwendet werden könnten, um digitale Daten zur Downstream-Übertragung an QAM-Modulatoren) 522 zu übermitteln. Es ist beabsichtigt, dass diese anderen Typen von Schnittstellen zu QAM-Modulatoren in den Bereich der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen.
Allgemein steuert das TMTS 215 die Downstream-Modulationsformate und -konfigurationen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wenn externe Modulatoren (wie der QAM-Modulator 552) mit dem TMTS 215 verwendet werden, wird somit allgemein eine gewisse Form der Steuernachrichtenübermittlung zwischen dem TMTS 215 und dem QAM-Modulator 552 existieren. Diese Steuernachrichtenübermittlung wird in 5a als QAM-Steuerschnittstelle 553 gezeigt, die allgemein eine Kommunikation zwischen zumindest einem QAM-Modulator 552 und dem TMTS 215 erlaubt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann diese Kommunikation zwischen zumindest einem QAM-Modulator 552 und dem TMTS 215 durch Headend-Hub, Schalter und/oder Router 535 wie auch über die TMTS-802.3-Schnittstelle 531 laufen.
Weiter sind Modulatoren wie – aber nicht beschränkt auf – der zumindest eine QAM-Modulator 552 oft so ausgelegt, dass sie Daten auf einen Satz physikalischer Phänomene oder elektromagnetischer Signale abbilden, die allgemein als ein Signalraum bekannt sind. Ein Signalraum mit M Signalpunkten ist allgemein als ein M-närer Signalraum bekannt. Allgemein kann ein Signalraum mit M Signalpunkten den Floor von log₂ M Bits oder binären Ziffern der Daten in jeder Taktperiode bzw. jedem Zyklus vollständig kodieren. Der Floor von log₂ M wird manchmal als Floor (log₂ M) oder als [log_t M] geschrieben. Allgemein ist der Floor von log₂ M die grösste ganze Zahl, die nicht grösser als log₂ M ist. Wenn M eine Potenz von zwei ist (also der Signalraum 2, 4, 8, 16, 32, 64 usw. Signalpunkte besitzt), dann ist der Floor von log₂ M allgemein gleich log₂ M, und log₂ M ist allgemein als der Modulationsindex bekannt. Weil die minimale Datenmenge die binäre Ziffer mit der Basis zwei oder das Bit ist, werden die in den Signalraum abzubildenden Daten allgemein als Bitketten dargestellt. Dem Fachmann wird es aber bewusst sein, dass die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Datendarstellungen in anderen Zahlenbasen statt oder zusätzlich zur Basis zwei oder binär funktionieren kann.
Durchschnittsfachleute wissen, dass der Demodulationsprozess allgemein etwa die Umkehrung des Modulationsprozesses ist und allgemein beinhaltet, nach besten Vermutungen oder höchster Wahrscheinlichkeit die ursprünglich übermittelten Daten abzuschätzen, wobei vorausgesetzt wird, dass ein elektromagnetisches Signal oder physikalisches Phänomen empfangen wird, das durch unterschiedliche Faktoren entstellt worden sein kann, darunter – aber nicht ausschliesslich – durch Rauschen. Allgemein befördert die TMTS-Downstream-Hochfrequenz-(HF-)Schnittstelle 554 Signale, die moduliert worden sind, um Daten abwärts über ein HF-Netz zu übermitteln. Die TMTS-Upstream-Hochfrequenz-(HF-)Schnittstelle 555 befördert allgemein Signale, die demoduliert werden müssen, um Upstream-Daten aus einem HF-Netz wiederzugewinnen. Obwohl in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein die Quadraturamplitudenmodulation (QAM) verwendet wird, kennt der Fachmann andere mögliche Modulationsverfahren. Des weiteren sind „Digital Communications, Fourth Edition" [Digitale Kommunikationen, 4. Auflage] von John G. Proakis und „Digital Communications: Fundamentals and Applications, Second Edition" [Digitale Kommunikationen, Grundlagen und Anwendungen, 2. Auflage] von Bernard Sklar zwei allgemeine Bücher über digitale Kommunikationen, die zumindest einige der bekannten Modulationsverfahren beschreiben. Diese beiden Bücher von John G. Proakis und Bernard Sklar werden hier durch Bezugnahme in ihrer Ganzheit einbezogen.
Tabellen 1, 2, 3 und 4 zeigen allgemein die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Übertragungsparameter. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass andere Übertragungseigenschaften und – parameter für alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten. Tabelle 1 beschreibt zumindest einige der bevorzugten Übertragungsparameter für das Downstream-Ausgangssignal eines TMTS. Zusätzlich beschreibt Tabelle 2 zumindest einige der bevorzugten Übertragungsparameter für das Downstream-Eingangssignal eines cTM. Weiter beschreibt Tabelle 3 zumindest einige der bevorzugten Übertragungsparameter für das Upstream-Ausgangssignal eines cTM. Schliesslich beschreibt Tabelle 4 zumindest einige der bevorzugten Übertragungsparameter für das Upstream-Eingangssignal eines TMTS.

Des Weiteren wird der Fachmann wissen, dass die Konzepte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Benutzung wahlfreier Frequenz-Aufwärts- und/oder -Abwärtsumsetzer in unterschiedlichen Frequenzbereichen genutzt werden könnten. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dafür ausgelegt sein mögen, um bevorzugt innerhalb der angegebenen Frequenzbereiche zu arbeiten, ist daher beabsichtigt, dass der Umfang der Konzepte der vorliegenden Erfindung auch alle Varianten der vorliegenden Erfindung umfasst, die allgemein eine Frequenzverschiebung des Arbeitsbereichs der Upstream- und/oder Downstream-Kanäle in einem Kabelverteilnetz beinhalten. Dem Fachmann für Kabelnetze ist die Frequenzverschiebung von Signalen unter Verwendung von Auf- und/oder Abwärts-Umsetzern bekannt. Tabelle 1 – Downstream-Ausgangssignal des TMTS

Parameter	Wert
Kanal-Mittenfrequenz (fc)	54 MHz bis 857 MHz ± 30 kHz
Niveau	Über den Bereich von 50 bis 61 dBmV regelbar
Modulationstyp	64 QAM und 256 QAM
Symbolrate (nominell) 64 QAM 256 QAM	5,056941 Msym/s 5,360537 Msym/s
Nomineller Kanalabstand	6 MHz
Frequenzgang 64 QAM 256 QAM	~ 18 % square-root-raised-cosinus-Pulsformen ~ 12 % square-root-raised-cosinus-Pulsformen
Ausgangsimpedanz	75 Ω
Ausgangsrückflussdämpfung	> 14 dB innerhalb eines Ausgangskanals bis zu 750 MHz; > 13 dB in einem Ausgangskanal über 750 MHz
Verbinder	F-Verbinder nach [IPS-SP-406]

±30 kHz enthält die Berücksichtigung der 25 kHz für den grössten FCC-Frequenzoffset, der normalerweise in Aufwärts-Umsetzer eingebaut ist.

Parameter	Wert
Kanal-Mittenfrequenz (fc)	54 MHz bis 857 MHz ± 30 kHz
Niveau	–5 dBmV bis +15 dBmV
Modulationstyp	64 QAM und 256 QAM
Symbolrate (nominell) 64 QAM 256 QAM	5,056941 Msym/s 5,360537 Msym/s
Nomineller Kanalabstand	6 MHz
Bandbreite 64 QAM 256 QAM	6 MHz mit – 18 % square-root-raisedcosinus-Pulsformen 6 MHz mit – 12 % square-root-raisedcosinus-Pulsformen
Eingangs-Gesamtleistung (40 bis 900 MHz)	< 30 dBmV
Eingangs-(Last-)impedanz	75 Ω
Eingangsrückflussdämpfung	> 6 dB 54 bis 860 MHz
Verbinder	F-Verbinder nach [IPS-SP-406] (gemeinsam mit dem Ausgang)

Parameter	Wert
Kanal-Mittenfrequenz (fc) Subsplit Datensplit	5 MHz bis 42 MHz 54 MHz bis 246 MHz
Zahl der Kanäle	Bis zu 3
Nomineller Kanalabstand	6 MHz
Kanalzusammensetzung	Bis zu 14 unabhängig modulierte Töne
Tonmodulationstyp	QPSK, 16 QAM, 64 QAM oder 256 QAM
Symbolrate (nominell)	337 500 symb/s
Tonpegel	Regelbar in Schritten von 2 dB über einen Bereich von –1 dBmV bis +49 dBmV je Ton (+10,5 dBmV bis +60,5 dBmV bei voll ausgelastetem Kanal, d.h. mit allen 14 Tönen)
Tonfrequenzgang	25 % square-root-raised-cosinus-Pulsformen
Besetzte Bandbreite je Ton	421,875 kHz
Besetzte Bandbreite je Kanal	5,90625 MHz
Ausgangsimpedanz	75 Ω
Ausgangsrückflussdämpfung	> 14 dB
Verbinder	F-Verbinder nach [IPS-SP-406]

Parameter	Wert
Kanal-Mittenfrequenz (fc) Subsplit Datensplit	5 MHz bis 42 MHz 54 MHz bis 246 MHz
Nomineller Tonpegel	+20 dBmV
Tonmodulationstyp	QPSK, 16 QAM, 64 QAM oder 256 QAM
Symbolrate (nominell)	337 500 symb/s
Tonbandbreite	421,875 kHz mit 25 % square-root-raisedcosinus-Pulsformen
Eingangs-Gesamtleistung (5 bis 246 MHz)	< 30 dBmV
Eingangs-(Last-)impedanz	75 Ω
Eingangsrückflussdämpfung	> 6 dB 5 bis 246 MHz
Verbinder	F-Verbinder nach [IPS-SP-406]

Allgemein können die mit TMTS 215 verbundenen Downstream-Signale im Downstream-HF-Combiner 556 mit anderen Downstream-HF-Signalen von Anwendungen wie – aber nicht beschränkt auf – analoges Video, digitales Video, DOCSIS-Daten und/oder Kabeltelefonie kombiniert sein oder nicht. Der Upstream-HF-Splitter 557 kann die Upstream-Signale für TMTS 215 von Upstream-Signalen für andere Anwendungen wie – aber nicht beschränkt auf – analoges Video, digitales Video, DOCSIS-Daten und/oder Kabeltelefonie abspalten. Ferner könnten der Downstream-HF-Combiner 556 und der Upstream-HF-Splitter 557 verwendet werden, um die Kommunikationen für mehrere Transportmodem-Terminationssysteme wie das TMTS 215 über ein Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 zu befördern. Die in der Kommunikation zwischen einem TMTS 215 und zumindest einem Client-Transportmodem (cTM) 265 verwendeten Signale könnten allgemein wie alle anderen HF-Signale für unterschiedliche Anwendungen verarbeitet werden, die allgemein auf der Basis von 6-MHz-Frequenzkanälen in das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 hineingemultiplext werden.
Wenn das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 ein Faser-Koax-Hybrid-(HFC-)netz ist, dann kann das Transportnetz 560 einen Transmitter 561 und einen Empfänger 562 als optisch/elektrische (O/E) Schnittstellen enthalten, die die HF-Signale zwischen Koaxialkabel und faseroptischen Leitungen umwandeln. Ausserdem kann der Transport-Combiner 563 die Kombination von zwei Richtungen der optischen Signale sowie auch anderer potenzieller Datenströme für die Kommunikation über zumindest eine Faser bewerkstelligen, indem Verfahren wie – aber nicht beschränkt auf – Wellenlängen-Multiplexing (WDM) verwendet werden. So können in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von HFC als zumindest einem Teil des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105 die Transportmedien 565 faseroptische Kommunikationsleitungen sein.
5b zeigt allgemein die Fortsetzung des Kabelübertragungs-(CT-)netzes 105, nämlich das Transportnetz 560 und das Transportmedium 565, um Konnektivität zwischen TMTS 215 und zumindest einem Client-Transportmodem (cTM) 265 zu bieten. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der faseroptische Leitungen als zumindest ein Teil des Transportnetzes 560 genutzt werden, kann der Transportsplitter 567 Wellenlängen-Multiplexing (WDM) und -Demultiplexing zur Verfügung stellen, um die in der Upstream- und Downstream-Richtung transportierten Signale zu trennen und möglicherweise andere Signale für andere Anwendungen in die gleiche, zumindest eine Faser hineinzumultiplexen. Wenn das Transportnetz 560 ein Fasernetz und das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 ein Faser-Koax-Hybridnetz ist, dann kann der zumindest eine Verteilknoten 568 optisch/elektrische Schnittstellen umfassen, um zwischen einem Fasertransportnetz 560 und einem Koaxialkabel-Verteilnetz 570 umzuwandeln. Allgemein kann es eine Verteilmedien-Schnittstelle 572 und ein Verteilmedium 574 geben, die Konnektivität zwischen zumindest einem Client-Transportmodem (cTM) 265 und dem Verteilknoten 568 schaffen.
Ein Client-Transportmodem (cTM) 265 umfasst allgemein einen physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-Transceiver (TX/RX) 165 sowie einen remote-seitigen physikalischen (PHY) Netz-Transceiver (TX/RX) 275. Ausserdem umfasst ein Client-Transportmodem (cTM) 265 eine physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung (CTRL) 577 und eine Systemsteuerung 579. Allgemein betrifft die CT-PHY-Steuerung 577 die Bandbreiten-Zuweisungen im Kabelübertragungs-(CT-)netz 105, während die Systemsteuerung 579 allgemein cTM-Management und/oder -Konfiguration betrifft.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Client-Transportmodem (cTM) 265 allgemein mit zumindest einem physikalischen (PHY) Teilnehmer-Schnittstellennetz 580 gekoppelt. Schnittstellen wie die Schnittstelle 285 in 2b können die 802.3-Schnittstelle 581 eines Kabeltransportmodems (cTM) und/oder eine Schnittstelle 582 des cTM-Schaltkreis-Emulationsdienstes (CES) in 5b umfassen. Somit kann ein cTM mehrere Schnittstellen zu verschiedenen remote-seitigen Netzen haben, und die Schnittstellen können verschiedene Schnittstellentypen und/oder -technologien verwenden. Ferner kann ein cTM 265 eine cTM-Steuerschnittstelle 583 haben, die verwendet wird, damit es einem Versorgungs-Endgerät ermöglicht wird, unterschiedliche Aufgaben wahrzunehmen, zum Beispiel – ohne darauf beschränkt zu sein – Konfiguration, Steuerung, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die cTM-Steuerschnittstelle 583 Ethernet/802.3 verwenden, obwohl andere Schnittstellentypen und -technologien verwendet werden könnten. Die cTM-Steuerschnittstelle 583 könnte auch eine Schnittstelle verwenden, die von den Schnittstellen getrennt ist, die dafür verwendet werden, um an remote-seitige Netze wie ein lokales Teilnehmernetz 595 anzukoppeln. Auf der Grundlage unterschiedlicher strategischer Entscheidungen und Kriterien wie zum Beispiel – aber nicht ausschliesslich – der Sicherheit kann die cTM-Steuerschnittstelle 583 über das gleiche Kommunikationsmedium geführt werden, das mit verschiedenen remote-seitigen Netzen verbindet, oder sie kann über ein anderes Kommunikationsmedium als dasjenige geführt werden, das mit verschiedenen remote-seitigen Netzen verbindet. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die cTM-Steuerschnittstelle 583 wegen der Sicherheit in einem getrennten 802.3/Ethernet-Medium geführt.
Weiter zeigt 5b ein Client-Transportmodem (cTM) 265, das über eine Schnittstelle 582 des cTM-Schaltkreis-Emulationsdienstes (CES) an ein anderes remote-seitiges Netz angeschlossen ist, nämlich das Teilnehmer-Telefonnetz 596. Viele entfernte oder Teilnehmerstandorte haben historische Ausrüstungen und Anwendungen, in denen verschiedene Schnittstellen verwendet werden, die gemeinhin in Verbindungen zum PSTN zu finden sind. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen den Anschluss dieser Schnittstellentypen an das Client-Transportmodem (cTM) 265. Einige nicht einschränkende Beispiele dieser Schnittstellen sind analoge POTS-Leitungen sowie verschiedene digitale Schnittstellen, die allgemein N × 56 und N × 64 unterstützen (worin N eine beliebige ganze positive Zahl ist). Die digitalen Schnittstellen können eine Vielzahl von DS0 besitzen, die unter Verwendung der plesiochronen digitalen Hierarchie (PDH) und/oder der synchronen digitalen Hierarchie (PDH) in einen grösseren Datenstrom hineingemultiplext werden. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die cTM-CES-Schnittstelle 582 eine T1-Leitung, die Teil der plesiochronen digitalen Hierarchie (PDH) ist.
Protokollmodelle
6 zeigt in grösseren Einzelheiten eine bevorzugte Ausführungsform eines Transportmodem-Terminationssystems (TMTS) 215 und/oder eines Client-Transportmodems (cTM) 265. Im Allgemeinen kann für verschiedene Aufgaben wie – aber nicht ausschliesslich – die Konfiguration, das Management, den Betrieb, die Verwaltung und/oder die Wartung ein TMTS 215 und/oder ein cTM 265 allgemein eine Befähigung zur Systemsteuerung 219 und/oder 579 besitzen. Im Allgemeinen kann die Systemsteuerung 219 und/oder 579 zumindest einen physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-) Transceiver (TX/RX) 115 und/oder 165 sowie zumindest eine Schnittstelle zum Anschluss an zentralseitige und/oder remote-seitige Netze besitzen, wobei in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung physikalische (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver 225 und/oder 275 der zumindest eine Typ von Verbindung zu zentralseitigen und/oder remote-seitigen Netzen sind. Zumindest ein physikalischer (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115 und/oder 165 ist allgemein mit zumindest einem Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 verbunden. Ferner ist in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest ein physikalischer (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver 225 und/oder 275 mit zumindest einem Ethernet/802.3-Medium 605 verbunden.
Allgemein könnte ein einzelnes Exemplar eines 802.3/Ethernet-Medienzugriffskontroll-(MAC-)Algorithmus sowohl für die physikalischen (PHY) 802.3-Transceiver (TX/RX) 225 und/oder 275 als auch für die physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT)Transceiver (TX/RX) 115 und/oder 165 verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können mehrere Exemplare eines Medienzugriffs-(MAC-)Algorithmus verwendet werden. Ethernet (802.3 verwendet allgemein einen MAC-Algorithmus für Mehrfachzugang mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung (CSMA/CD: carrier sense multiple access with collision detection). Jedes Exemplar des Algorithmus ist allgemein für die Trägerprüfung, Kollisionserkennung und/oder das Backoff-Verhalten in einer MAC-Kollisionsdomäne verantwortlich. Die Einzelheiten des 802.3-MAC werden weiter in der IEEE-Norm 802.3-2000, „Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer" [Teil 3: Zugriffsverfahren und physikalische Schicht für Mehrfachzugang mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung (CSMA (CD)] definiert, die im Jahr 2000 veröffentlicht wurde und hier in ihrer Ganzheit durch Bezugnahme einbezogen wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktioniert allgemein als ein Repeater in der physikalischen Schicht zwischen zumindest einem 802.3-Medium 605 und zumindest einem Kabelübertragungs-(CT-)netz 105. Obwohl Repeater eventuell einen spezifischen MAC-Algorithmus für Management- und Steuerzwecke unterstützen, zerlegen sie im Allgemeinen ein Netz nicht in verschiedene Kollisionsdomänen und/oder verschiedene Teilnetze der Schicht 3. Der Fachmann wird aber wissen, dass andere Ausführungsformen für Einrichtungen wie – aber nicht beschränkt auf – Brücken, Schalter, Router und/oder Gateways möglich sind. Diese anderen Ausführungsformen können mehrfache Exemplare des gleichen und/oder verschiedener MAC-Algorithmen haben.
Weiter können der CSMA/CD-MAC-Algorithmus wie auch die Signale der physikalischen Schicht, die allgemein als ein Teil der Ethernet/802.3-Spezifikation betrachtet werden, verwendet werden, um unterschiedliche Frametypen zu transportieren. Wegen der breiten Verfügbarkeit der Internet-Protokoll-(IP-)Technologie können in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Systemsteuerung 219 für TMTS 215 und/oder die Systemsteuerung 579 für cTM 265 allgemein IP für unterschiedliche Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Konfiguration, Management, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung verwenden. In Ethernet/802.3-Netzen werden IP-Datagramme gemeinhin in Digital-Intel-Xerox-(DIX-)2.0- oder Ethernet_II-Frames befördert. Andere Frametypen können aber verwendet werden, um IP-Datagramme zu befördern, darunter – aber nicht ausschliesslich – 802.3-Frames mit logischer Verbindungssteuerung (LLC: logical link control) 802.2 und ein Teilnetz-Zugriffsprotokoll (SNAP: sub-network access protocol). Somit handhabt 802.2 LLC/DIX 615 die korrekten Frametyp-Daten für die IP-Datagramme, die zu und/oder von der Systemsteuerung 219 und/oder 579 des TMTS 215 und/oder cTM 265 übermittelt werden. Netzeinrichtungen, die das Internetprotokoll (IP) verwenden, lassen sich oft für Frametypen von 802.2 LLC und/oder Ethernet_II konfigurieren.
Für die Kommunikation mit IP-Einrichtungen sollte allgemein ein Mapping zwischen logischen Netzschichtadressen (wie den IP-Adressen) und den Hardware-, Datenverbindungs- oder MAC-Schicht-Adressen (wie Ethernet/802.3-Adressen) existieren. Ein Protokoll für eine dynamische Ermittlung dieser Mappings zwischen IP-Adressen und Ethernet/802.3-Adressen in Broadcastmedien ist das Adressauflösungsprotokoll (ARP: address resolution protocol). Das ARP wird gemeinhin in IP-Einrichtungen benutzt, die an Broadcastmedien wie die Ethernet/802.3-Medien angeschlossen sind. So unterstützen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein ARP 620, um Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Konfiguration, Management, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung des TMTS 215 und/oder cTM 265 zuzulassen.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützen TMTS 215 und/oder cTM 265 allgemein Management und/oder Konfiguration als IP-Einrichtungen. So besitzt die Systemsteuerung 219 und/oder 579 allgemein eine IP-Schicht 625, die wahlweise auch Unterstützung für ICMP einschliessen kann. Das Internet-Kontrollnachrichtenprotokoll (ICMP: Internet control message protocol) wird gemeinhin für einfache diagnostische Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Echo-Anforderungen und -antworten verwendet, die in Paket-Internetgroper-(PING) Programmen verwendet werden. Allgemein werden unterschiedliche Transportschichtprotokolle wie – aber nicht beschränkt auf – das Benutzer-Datagramm-Protokoll (UDP: user datagram protocol) 630 im Inneren von IP-Datagrammen befördert. Das UDP ist ein verbindungsloses Datagramm-Protokoll, das in einigen elementaren Funktionen in der TCP/IP-(transmission control protocol/internet protocol: Übertragungskontrollprotokoll/Internetprotokoll) Familie verwendet wird. Allgemein unterstützt UDP 630 das dynamische Hostkonfigurationsprotokoll (DHCP) 635, das eine Erweiterung des Bootstrap-Protokolls (BOOTP) ist, ferner das einfache Netzverwaltungsprotokoll (SNMP: simple network management protocol) 640, das triviale Dateiübertragungsprotokoll (TFTP) 645 wie auch viele weitere Protokolle innerhalb der TCP/IP-Familie.
Das DHCP 635 wird gemeinhin in IP-Einrichtungen verwendet, um eine dynamische Zuweisung von IP-Adressen an Einrichtungen wie das TMTS 215 und/oder das cTM 265 zu ermöglichen. Das SNMP 640 unterstützt allgemein „sets" (Einstellungen), um es einem Netzverwaltungssystem zu ermöglichen, Netzeinrichtungen Werte zuzuweisen, „gets" (Gewinne), um es einem Netzverwaltungssystem zu ermöglichen, Werte von Netzeinrichtungen wiederzugewinnen, und/oder „traps" (Fallen), um es Netzeinrichtungen zu ermöglichen, ein Netzverwaltungsystem von Alarmzuständen und -ereignissen zu unterrichten. Das TFTP 645 könnte dafür verwendet werden, um eine Konfiguration von einer Datei auf eine Netzeinrichtung zu laden, eine Konfiguration einer Netzeinrichtung in einer Datei zu sichern und/oder neuen Code bzw. neue Programm-Software auf eine Netzeinrichtung zu laden. Diese Protokolle von DHCP 635, SNMP 640 und TFTP 645 können in der bevorzugten Ausführungsform für Steuerprozesse 650 in der Systemsteuerung 219 und/oder 579 des TMTS 219 und/oder des cTM 265 verwendet werden.
Weiter wird ein Fachmann dessen gewahr sein, dass für Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Konfiguration, Management, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung des TMTS 215 und/oder des cTM 265 viele andere Schnittstellen möglich sind. Zum Beispiel können die Systemsteuerung 219 oder 579 im TMTS 215 und/oder cTM 265 statt des UDP 630 oder zusätzlich dazu das Übertragungssteuerprotokoll (TCP) unterstützen. Mit TOP könnten die Steuerprozesse 650 andere Protokolle der TCP/IP-Familie wie – aber nicht beschränkt auf – das Dateiübertragungsprotokoll (FTP: file transfer protocol), das Hypertext-Übertragungsprotokoll (HTTP: hypertext transfer protocol) und das Telnet-Protokoll verwenden. Der Fachmann wird wissen, dass andere vernetzende Einrichtungen FTP für Dateiübertragung, HTTP für Webbrowser-Benutzerschnittstellen und Telnet für Endgerätebenutzer-Schnittstellen verwendet haben. Andere gebräuchliche Schnittstellen an Netzausrüstungen sind – ohne darauf beschränkt zu sein – serielle Anschlüsse wie die RS-232-Konsolenschnittstellen sowie die LCD-(liquid-crystal display: Flüssigkristallanzeigen) und/oder LED-(light-emitting diode: Leuchtdiode) Befehlseingabefelder. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung DHCP 635, SNMP 640 und/oder TFTP 645 verwenden können, sind andere Ausführungsformen, die diese anderen Typen von Schnittstellen verwenden, für Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Konfiguration, Management, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung des TMTS 215 und/oder des cTM 265 möglich.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die lokale Serveranlage 543 und/oder das OA&M-System 544 von 5a wie auch das Versorgungs-Endgerät 585 von 5b zumindest eine Host-Einrichtung 660, die mit den Steuerprozessen 650 des TMTS 215 und/oder des cTM 265 in Kommunikation stand. Allgemein kann zumindest eine Host-Einrichtung 660 durch den physikalischen (PHY) 802.3-Transceiver (TX/RX) 670 an das 802.3-Medium 605 angeschlossen werden. Die Host-Einrichtung 660 kann eine 802.3/Ethernet-(ENET-)Medienzugriffskontroll-(MAC-) Schicht 675, eine 802.2-LLC/DIX-Schicht 680 und Protokolle 685 höherer Schichten be sitzen. Obwohl 6 die Host-Einrichtung 660 direkt an das gleiche 802.3-Medium 605 wie TMTS 215 oder cTM 265 angeschlossen zeigt, kann allgemein ein beliebiger Typ von Konnektivität zwischen der Hosteinrichtung 660 und dem TMTS 215 und/oder dem cTM 265 vorhanden sein. Diese Konnektivität kann vernetzende Einrichtungen wie – aber nicht beschränkt auf – Repeater, Brücken, Schalter, Router und/oder Gateways enthalten. Des Weiteren muss die Hosteinrichtung 660 nicht notwendigerweise den gleichen Typ einer MAC-Schnittstelle wie das TMTS 215 und/oder das cTM 265 besitzen. Stattdessen ist die Hosteinrichtung 660 allgemein ein jeglicher Typ von IP-Host, der irgendeinen Typ von Konnektivität zum TMTS 215 und/oder zum cTM 265 besitzt und der die richtigen IP-Protokolle und/oder -Anwendungen für Aufgaben wie – aber nicht beschränkt auf – Konfiguration, Management, Betrieb, Verwaltung und/oder Wartung unterstützt.
7 zeigt eine detailliertere Aufgliederung, wie TMTS 215 und cTM 265 die Kommunikation über ein Kabelübertragungsnetz 105 zur Verfügung stellen könnten. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten in einem Netz verwendet werden, das allgemein bei Punkt 740 in eine Providerseite (oder zentrale Seite) des Netzes 742 und eine Teilnehmerseite, Kundenseite oder entfernte Seite des Netzes 744 unterteilt ist. Allgemein befände sich das TMTS 215 relativ zum cTM 265 mehr zur zentralen Seite oder Providerseite des Netzes 742 hin, während sich das cTM 265 relativ zum TMTS 215 mehr zur Teilnehmerseite, Kundenseite oder entfernten Seite des Netzes 744 hin befände. Wie in 5a und 5b gezeigt worden war und wieder in 7 gezeigt ist, kann das TMTS 215 einen physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-) Transceiver (TX/RX) 115, einen physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 225 und eine physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 umfassen. Das cTM 265 kann ebenfalls einen physikalischen (PHY) Kabelübertragungs(CT-)Transceiver (TX/RX) 165, einen physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 275 und eine physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 umfassen.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefern das TMTS 215 und das cTM 265 allgemein Repeaterdienst des physikalischen Niveaus der Schicht 1 zwischen dem physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 225 und dem physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 275. Weiter steht die physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 im TMTS 215 allgemein mit der physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 im cTM 265 in Verbindung, um Bandbreite zuzuteilen und/oder zuzuweisen. Zusätzlich zur Zuteilung und/oder Zuweisung von Bandbreite können die physikalische Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 und die physikalische Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 allgemein Mechanismen enthalten, um Bandbreite anzufordern und freizugeben wie auch um die entspre chende physikalische (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung von den Bandbreitenzuteilungen zu unterrichten. Die physikalische Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 und die physikalische Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 können allgemein auch in Verbindung treten, um cTM-Hochfrequenz-(HF-)Leistungsniveaus zu verhandeln, damit das TMTS einen geeigneten Signalpegel empfängt.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind das TMTS 215 und das cTM 265 allgemein für Ethernet/802.3-Frames, die zwischen dem physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 225 und dem physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver 275 übermittelt werden, transparent. Um diese Transparenz zu bewahren, modifiziert und/oder stört die Kommunikation zwischen der physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 und der physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 allgemein die zwischen dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 225 und dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 275 übermittelten Ethernet-Frames nicht in signifikanter Weise. Viele Möglichkeiten der Kommunikation zwischen der physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 217 und der physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung 577 des TMTS 215 bzw. des cTM 265 existieren, bei denen Transparenz für die physikalischen 802.3-Transceiver 225 und/oder 275 bewahrt bleibt. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Verkehr zwischen den physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerungen 217 und 577 des TMTS 215 bzw. des cTM 265 zusammen mit dem 802.3/Ethernet-Verkehr zwischen den physikalischen (PHY) 802.3-Transceivern 225 und 275 des TMTS 215 bzw. des cTM 265 in den gleichen Datenstrom hineingemultiplext. Der Steuerverkehr verwendet aber allgemein einen anderen Frame als der normale Ethernet/802.3-Verkehr.
Ethernet/802.3-Frames beginnen allgemein mit sieben Oktetten einer Präambel, auf die ein Startframe-Delimiter von 10101011 binär oder AB hexadezimal folgt. (In Wirklichkeit hat Ethernet DIX 2.0 eine Acht-Oktett-Präambel, und IEEE 802.3 hat eine Sieben-Oktett-Präambel, der ein Startframe-Delimiter (SFD) folgt. In beiden Fällen sind diese anfänglichen acht Oktette allgemein für Ethernet DIX 2.0 und für IEEE 802.3 gleich.) Um Steuerframes zwischen den physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Steuerungen 217 und 577 von Ethernet-Frames zwischen den physikalischen (PHY) 802.3-Transceivern (TX/RX) 225 und 275 zu unterscheiden, kann ein unterschiedlicher Wert für das achte Oktett (d.h. den Startframe-Deliminter) in den Steuerframes verwendet werden. Da die meisten Einrichtungen mit Ethernet/802.3-Schnittstellen einen Frame mit einem Startframe-Delimiter (SFD) als fehlerhaft betrachten würden, werden diese Steuerframes im Allgemeinen nicht durch die physikalischen (PHY) 802.3-Transceiver 225 und/oder 275 fortgeleitet. Diese Lösung beitet den Vorteil, dass die Steuerframes die Bandbreiten-Zu teilungen mitteilen, die allgemein für Einrichtungen an den direkt verbundenen 802.3-Medien unzugänglich sind. Dieses Fehlen einer direkten Zugänglichkeit der Steuerframes kann eine gewisse Sicherheit für Kommunikationen bezüglich der Bandbreiten-Zuteilungen schaffen, was sich auf unterschiedliche Verrechnungsstrategien beziehen kann. Da die physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerungen 217 und 577 in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allgemein keine 802.3- oder Ethernet-Frames erzeugen, zeigt 7 die physikalischen (PHY) Kabelübertragungs(CT-)steuerungen 217 und 577 allgemein als an die physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115 bzw. 165, aber allgemein nicht an die physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceivers (TX/RX) 225 und 275 angeschlossen.
Wie in 7 gezeigt, ist der physikalische (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 225 im TMTS 215 allgemein mit dem 802.3/Ethernetmedium 745 verbunden, das weiter mit mindestens einer Einrichtung mit einer Ethernet-Schnittstelle 750 verbunden ist. Die Vorrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 750 kann weiter einen physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 755, eine 802.3/Ethernet-Medienzugriffs-Steuerschicht 756 sowie weitere Protokolle 757 höherer Schichten umfassen. Ferner ist der physikalischen (PHY) Ethernet/802.3-Transceiver (TX/RX) 275 im cTM 265 allgemein an das 802.3/Ethernet-Medium 785 angeschlossen, das weiter mit zumindest einer Einrichtung mit einer Ethernet-Schnittstelle 790 verbunden ist. Die Einrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 790 kann weiter einen physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 795, eine 802.3/Ethernet-Medienzugriffs-Steuerschicht 796 sowie Protokolle 797 höherer Schichten umfassen.
Im Allgemeinen liefern die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine transparente Repeater-Befähigung der physikalischen Schicht, durch die Daten zwischen einer Einrichtung mit Ethernet-Schnittstelle 750 und einer Einrichtung mit Ethernet-Schnittstelle 790 befördert werden können. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Einrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 750 Daten von einem Protokoll höherer Schichten wie – aber nicht ausschliesslich – ein IP-Datagramm besitzen. In 7 wird dieses IP-Datagramm im Block 757 der Protokolle höherer Schichten gebildet und zur 802.3/Ethernet-MAC-Schicht 756 heruntergereicht, wo Datenverbindungsinformationen hinzukommen, um einen Ethernet-Frame zu bilden. Dann sorgt der physikalische (PHY) 802.3-Transceiver (TX/RX) 755 für die Erzeugung der richtigen elektromagnetischen Signale, um die Daten über das 802.3/Ethernet-Medium 745 fortzuleiten. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirkt das TMTS 215 als ein Repeater, der Bits (oder andere Datenformen), die er durch den physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 225 vom 802.3/Ethernet-Medium 745 empfangen hat, kopiert. Die Bits werden zum physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Trans ceiver (TX/RX) 115 hinüberkopiert, der die richtigen Signale erzeugt, um die Daten über das Kabelübertragungsnetz 105 zu übermitteln. (Man beachte: in einigen Ausführungsformen können Anteile der Signalerzeugung ausserhalb des TMTS 215 stattfinden, wie zum Beispiel in zumindest einem externen QAM-Modulator 552.)
Nach der Fortleitung durch das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 werden die Bits (oder andere Datenformen) im physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 165 des cTM 265 empfangen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung funktioniert das cTM 265 als ein Repeater, der Bits (oder andere Datenformen) kopiert, die es durch den physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-) Transceiver (TX/RX) vom Kabelübertragungsnetz 105 empfangen hat. Die Bits werden zum physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 275 hinüberkopiert, der die richtigen Signale erzeugt, um die Daten über das 802.3/Ethernet-Medium 785 zu übermitteln.
In der Einrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 790 empfängt der physikalische (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 795 die elektromagnetischen Signale im 802.3/Ethernet-Medium 785 und gewinnt die Bits (oder andere Datenformen) aus den elektromagnetischen Signalen wieder zurück. Als Nächstes prüft die 802.3/Ethernet-Medienzugriffskontrolle (MAC) 796 allgemein die Ethernet/802.3-Framebildung und überprüft die Frame-Prüfzeichenfolge (FCS: frame check sequence) oder den zyklischen Redundanzcode (CRC: cyclic redundancy code). Schliesslich wird das IP-Datagramm zu Protokollen 797 höherer Schichten weitergegeben. Allgemein wird ein umgekehrter Prozess für Kommunikationen in der entgegengesetzten Richtung verfolgt.
Weiter soll verstanden werden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, über das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 eine ähnliche Konnektivität sowohl zu Einrichtungen (wie der Einrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 750 und der Einrichtung mit der Ethernet-Schnittstelle 790) zu schaffen, die direkt mit dem 802.3/Ethernet-Medium 745 und/oder 785 verbunden sein können, als auch zu anderen Einrichtungen, die nicht direkt mit den 802.3/Ethernet-Medien 745 und/oder 785 verbunden sind. So können andere Einrichtungen, die über andere Medien, Verknüpfungen oder vernetzende Einrichtungen nur indirekt mit dem 802.3/Ethernet-Medium verbunden sind, ebenfalls die Konnektivität nutzen, die durch die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann man sich vorstellen, dass das TMTS 215 einen Repeaterdienst der physikalischen Schicht des Niveaus 1 zwischen dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 225 und dem physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115 leistet. Ferner kann man sich in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstellen, dass das cTM 265 einen Repeaterdienst der physikalischen Schicht des Niveaus 1 zwischen dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 275 und dem physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 165 leistet. Zusätzlich kann man sich in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstellen, dass TMTS 215 und cTM 265 zusammen einen Repeaterdienst der physikalischen Schicht des Niveaus 1 zwischen dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 225 und dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 275 leisten. Indem sie einen Repeaterdienst der physikalischen Schicht des Niveaus 1 zwischen dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 225 and dem physikalischen (PHY) 802.3/Ethernet-Transceiver (TX/RX) 275 leisten, kann man sich das TMTS 215 und das cTM 265 als je einen Halbrepeater eines Repeaterpaares vorstellen.
Vernetzende Einrichtungen, die lokale Netze (oder LAN wie – ohne darauf beschränkt zu sein – Ethernet/802.3-Medien 745 und 785) über ein Weitbereichsnetz (oder WAN wie – ohne darauf beschränkt zu sein – das Kabelübertragungsnetz 105) verbinden, können mit zumindest zwei Abstraktionen oder Modellen betrachtet werden. Erstens können die beiden Einrichtungen an jedem Ende des WAN als unabhängige vernetzende Einrichtungen betrachtet werden, die als je ein Repeater, eine Brücke, ein Schalter, ein Router, ein Gateway oder anderer Typ von vernetzender Einrichtung wirken, die das LAN und das WAN verbinden. Wechselweise kann das Paar von vernetzenden Einrichtungen an jedem Ende eines WAN so gesehen werden, als ob jede vernetzende Einrichtung je eine Hälfte des über das WAN gebotenen Dienstes bietet. So kann man sich jede der vernetzenden Einrichungen am Ende eines WAN als einen Halbrepeater, eine Halbbrücke, einen Halbschalter, einen Halbrouter, einen Halbgateway usw. für ein Paar von vernetzenden Vorrichtungen vorstellen, die Konnektivität über ein WAN hinweg bieten. Der Fachmann wird sich ausserdem dessen bewusst sein, dass die vernetzenden Einrichtungen an jedem Ende einer Verbindung in Wirklichkeit nach verschiedenen Weiterleitungs-Konstrukten oder -modellen (wie zum Beispiel – ohne darauf beschränkt zu sein – einem Repeater, einer Brücke, einem Schalter, einem Router und oder einem Gateway) arbeiten können. Somit wird es dem Fachmann bewusst sein, dass eine der mit dem Kabelübertragungsnetz verbundenen vernetzenden Einrichtungen (entweder das TMTS 215 oder ein cTM 265) Dienste wie zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – die eines Repeaters, einer Brücke, eines Schalters, eines Routers und/oder eines Gateways bieten kann, während die andere vernetzende Einrichtung (entweder ein cTM 265 oder das TMTS 215) die gleichen oder andere Dienste wie zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – die eines Repeaters, einer Brücke, eines Schalters, eines Routers und/oder eines Gateways bieten kann. Des Weiteren könnte jede der vernetzenden Einrichtungen für unterschiedliche Protokolle unterschiedliche Dienste oder Weiterleitungskonstrukte bieten.
Obwohl also die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Repeaterdienst oder ein Weiterleitungskonstrukt für ein TMTS 215, für ein cTM 265 wie auch gemeinsam für ein TMTS 215 und ein cTM 265 besitzen, wird es daher dem Fachmann bewusst sein, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, in denen das Weiterleitungskonstrukt für ein TMTS 215 und/oder ein cTM 265 unabhängig gewählt werden kann. Weiter könnte das Weiterleitungskonstrukt für jedes der an das gleiche TMTS 215 angeschlossenen Client-Tramsportmodems 265, 266, 267 und 268 ein anderes sein. Auch können die Transportmodem-Terminationssysteme 215 für jeden Anschluss ein anderes Weiterleitungsverhalten oder andere Weiterleitungskonstrukte besitzen. Zudem könnten mehrere TMTS 215-Einrichtungen unterschiedliche Weiterleitungskonstrukte nutzen, während sie aber noch an das gleiche Kabelübertragungsnetz 105 angeschlossen sind. Auch wird der Fachmann zusätzlich zum allgemeinen Repeaterdienst der Schicht 1, Brückendienst der Schicht 2 und/oder Routingdienst der Schicht 3 hybride Weiterleitungskonstrukte kennen. Ein beliebiger hybrider Typ von Weiterleitungskonstrukt könnte ebenfalls als alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Daher wird es dem Fachmann bewusst sein, dass zusätzlich zu dem Repeaterdienst der Schicht 1 der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alternative Ausführungsformen existieren, die andere Weiterleitungskonstrukte nutzen.
7 zeigt weiter eine medien-unabhängige Schnittstelle (MII: media independent interface) 799 des 802.3/Ethernets als eine gestrichelte Linie, die die Verbindungen zu unterschiedlichen 802.3/Ethernet-Schnittstellen oder -Transceivern der physikalischen Schicht (755, 225, 275 und 795) kreuzt. Allgemein haben die IEEE 802.3-Normen eine medien-unabhängige Schnittstelle für das 100-Mb/s-Ethernet und eine medienunabhängige Gigabit-Schnittstelle (GMII: gigabit media independent interface) für das 1000-Mb/s-Ethernet definiert. Es ist beabsichtigt, dass die Bezüge auf MII und/oder GMII in den Figuren und der Beschreibung sowohl MII als auch GMII einschliessen. Allgemein ermöglichen es die MII- und GMII-Schnittstellen, 802.3-Schnittstellen aufzubauen, die an unterschiedliche physikalische Kabel gekoppelt werden können. Als ein nicht einschränkendes Beispiel sind 100BaseT4, 100BaseTX und 1000BaseFX drei verschiedene Typen von physikalischen Kabeln/optischen Leitungen, die in den IEEE-802.3-Ethernetnormen für das 100-Mb/s- oder schnelle Ethernet verwendet werden können. 100BaseTX ist für Doppelkabel ausgelegt, während 100BaseFX für faseroptische Kabel ausgelegt ist. Die medien-unabhängige Schnittstelle (MII) liefert eine standardisierte Schnittstelle für die Kommunikation mit Einrichtungen, die dafür ausgelegt sind, physikalische elektrische und/oder optische Signale unterschiedlicher Medientypen zu formen und zu interpretieren.
8 zeigt ein detaillierteres Diagramm für die Verbindung von Ethernet-Einrichtungen durch ein Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) 215 und ein Client-Transportmodem (cTM) 265. 8 unterteilt die physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)Transceiver (TX/RX) 115 und 165 weiter. Das TMTS 215 umfasst eine CT PHY 115, die weiter eine vom Signalisierungsmedium abhängige (SMD: signaling medium dependent) Teilschicht 816, eine physikalische Kodier-Teilschicht (PCS: physical coding sublayer) 817, eine Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS: inverse multiplex sublayer) 818 und eine Frame-Management-Teilschicht (FMS) 819 umfasst. Die FMS 819 ist mit dem physikalischen 802.3/Ethernet-Transceiver 225 durch die 802.3/Ethernet-Medienschnittstelle (MII) 799 verbunden. Die SMD-Teilschicht 816 kommuniziert durch das Kabelübertragungs-(CT-)netz 105 über die medienabhängige 802.3/Ethernet-Schnittstelle (MDI: media dependent interface) 835 hinweg.
Das Client-Transportmodem 265 hat auch einen physikalischen Kabelübertragungs-Transceiver 165, der eine vom Signalisierungsmedium abhängige (SMD) Teilschicht 866, eine physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) 867, eine Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 868 und eine Frame-Management-Teilschicht (FMS) 869 umfasst. Die SMD-Teilschicht 866 kommuniziert durch das Kabelübertragungsnetz 105 über die medienabhängige 802.3/Ethernet-Schnittstelle (MDI) 835 hinweg. Die FMS 869 bietet eine medien-unabhängige 802.3-Schnittstelle (MII) 799, die mit einem physikalischen 802.3-Ethernet-Transceiver 275 verbunden werden kann.
Allgemein bieten die FMS 819 und 869 Managementfunktionen, die es ermöglichen, Steuerverkehr mit Datenverkehr zu verbinden und davon zu trennen. Eine Frame-Management-Teilschicht (wie die FMS 819 und/oder 869) können mehrere 802.X-Schnittstellen unterstützen. Jeder aktive 802.X-Anschluss der FMS 869 im Client-Transportmodem 265 hat allgemein eine Eins-zu-eins-Beziehung mit einem assoziierten aktiven 802.X-Anschluss in einem Transportmodem-Terminationssystem 215. Allgemein hat die FMS 819 innerhalb des TMTS 215 ein ähnliches Verhalten wie die FMS 869 im cTM 265. Da aber das TMTS 215 allgemein ein Konzentrator ist, der mehrere Client-Transportmodems wie das cTM 265 unterstützen kann, hat die FMS 819 des TMTS 215 gewöhnlich mehr 802.X-Schnittstellen als die FMS 869 des cTM 265.
Die Invers-Multiplex-Teilschichten IMS 818 und IMS 868 sind allgemein dafür verantwortlich, die Datenströme von FMS 819 und 869 über mehrere Frequenzmultiplex(FDM-)Träger hinweg zu multiplexen bzw. inverse zu multiplexen. Die asymmetrischen Unterschiede in den Kabelübertragungsnetzen zwischen Eins-zu-viel-Downstream-Broadcast- und Viel-zu-eins-Upstream-Broadcast-Übertragung führen allgemein zu Verfahren, die für Downstream-Multiplexing nicht die gleichen wie für Upstream-Multiplexing sind. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden für das Downstream-Multiplexen Ströme von MPEG-(Moving Picture Experts Group-)Frames auf gemeinsam genutzten Frequenzen von verhältnismässig grösseren Bandbreite-Zuweisungen genutzt, während für das Upstream-Multiplexing nicht gemeinsam genutzte Frequenzen von verhältnismässig schmaleren Bandbreite-zuweisungen genutzt werden. Obwohl die Upstream- und Downstream-Bandbreite-Zuweisungsverfahren der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) verschieden sind, sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung immer noch in der Lage, symmetrische Upstream- und Downstream-Datenraten (wie auch asymmetrische Datenraten) zu liefern. Des Weiteren spaltet die Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) die ankommenden sequenziellen Oktette der FMS-Datenflüsse (d.h. der Datenflüsse von den bzw. in die FMS-Anschlüsse) zur parallelen Übermittlung über ein Kabelübertragungsnetz auf, indem eine Vielzahl von Frequenzbändern parallel genutzt werden. Diese parallele Übertragung von Datenflüssen neigt dazu, eine niedrigere Latenz zu haben als serielle Übertragung.
Die physikalische Kodier-Teilschicht (wie die PCS 817 und 867) ist allgemein dafür verantwortlich, die Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)und Quadraturamplitudenmodulations(QAM-)Kodierung und -Dekodierung der Daten zu erledigen, die zwischen IMS-Teilschicht-Partnerinstanzen (wie der IMS 818 und der IMS 868) übermittelt werden. Die vom Signalisiermedium abhängige (SMD) Teilschicht (wie die SMD-Partnerinstanzen 816 und 866) ist allgemein dafür verantwortlich, die kodierten und modulierten Daten von der physikalischen Kodier-Teilschicht in den richtigen Frequenzbereichen und in den richtigen optischen und/oder elektrischen Trägerwellen auf einem Kabelübertragungsnetz 105 zu übermitteln.
9 zeigt das Siebenschichtenmodell der offenen Systemzusammenschaltung (OSI: open systems interconnect), das dem Fachmann bekannt ist, wie auch die Beziehungen des OSI-Modells zur Spezifikation der physikalischen Schicht der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und zu einigen Teilen der IEEE 802.X-Normen. In der OSI-Terminologie sind entsprechende Schichten (wie das Internet-Protokoll der Schicht 3) von zwei in Kommunikation befindlichen Einrichtungen (wie IP-Hosts) als Partnerinstanzen bekannt. Das OSI-Modell umfasst die physikalische Schicht 901 des Niveaus 1, die Datenverbindungsschicht 902 des Niveaus 2, die Vermittlungs- oder Netzwerkschicht 903 des Niveaus 3, die Transportschicht 904 des Niveaus 4, die Sitzungsschicht 905 des Niveaus 5, die Darstellungsschicht 906 des Niveaus 6 und die Anwendungs- oder Verarbeitungsschicht 907 des Niveaus 7. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden allgemein über Kommunikationsmedien betrieben, die als Kabelübertragungsnetz 915 funktionieren. Obwohl das Kabelübertragungsnetz 915 sicherlich Faser-Koax-Hybrid-(HFC-)Kabelanlagen umfasst, umfasst das CT-Netz 915 allgemeiner auch reine Koax- und reine Faser-Übertragungsanlagen. Des Weiteren umfasst das Kabelübertragungsnetz 915 allgemeiner sogar jegliches Kommunikationsmedium, bei dem das Frequenzmultiplex-(FDM-)Verfahren und/oder die als Wellenlängenmultiplexing (WDM: wavelength division multiplexing) bekannte optische Variante des Frequenzmultiplexings verwendet wird.
Das Kabelübertragungsnetz 915 übermittelt Daten über eine medienabhängige Schnittstelle (MDI) 925 mit der physikalischen Kabelübertragungsschicht 935. 9 zeigt, dass die physikalische Kabelübertragungsschicht 935 mit der physikalischen Schicht 901 des OSI-Modells assoziiert ist. Ähnlich wie in 8 wird in 9 die Kabelübertragungs-PHY 935 mit den vier Teilschichten der vom Signalisierungsmedium abhängigen Teilschicht (SMD) 945, der physikalischen Kodier-Teilschicht (PCS) 955, der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 965 und der Frame-Management-Teilschicht (FMS) 975 gezeigt. Die Teilschichten SMD 945, PCS 955, IMS 965 und FMS 975 bilden eine Benutzerebene, die allgemein mit der Übermittlung von Benutzerdaten befasst ist. Zusätzlich liefert die Kabelübertragungs-PHY-Steuerung 985 Funktionen, die allgemein mit der Verwaltung und/oder Steuerung der Kommunikationen durch die physikalische Kabelübertragungsschicht 935 und die entsprechenden vier Teilschichten (945, 955, 965 und 975) assoziiert sind.
9 zeigt weiter, wie die Datenverbindungsschicht 902 in eine Medienzugriffskontroll-(MAC-)Teilschicht 988 und eine logische Verbindungssteuer-(LLC-: logical link control) Teilschicht 999 unterteilt ist, die allgemein in den IEEE 802-Normen beschrieben werden. In IEEE 802.3 wird allgemein das Medienzugriffskontroll-(MAC-)Protokoll des Mehrfachzugriffs mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung (CSMA/CD) beschrieben, während in IEEE 802.2 allgemein das logische Verbindungssteuer-(LLC-)protokoll beschrieben wird. Die physikalische Kabelübertragungsschicht 935 hat allgemein eine medien-unabhängige Schnittstelle (MII) 995, die Konnektivität zwischen der FMS 975 und einer IEEE 802.3-MAC liefert. Des Weiteren wird es dem Fachmann bewusst sein, dass das OSI-Modell wie auch andere Kommunikationsmodelle nur Abstraktionen sind, die für die Beschreibung der Funktionalität, des Verhaltens und/oder der Wechselbeziehungen zwischen verschiedenen Teilen der Kommunikationssysteme und den entsprechenden Protokollen nützlich sind. So kann es sein, dass Teile der Hardware und/oder Software der tatsächlichen vernetzenden Einrichtungen und damit verbundenen Protokolle nicht vollkommen mit den Abstraktionen der verschiedenen Kommunikationsmodelle übereinstimmen. Wenn abstrakte Mehrschichtenmodelle von Kommunikationssystemen auf die tatsächliche Hardware und/oder Software abgebildet werden, wird oft die Trennlinie zwischen der einen Schicht (oder Teilschicht) und einer benachbarten Schicht (oder Teilschicht) etwas unscharf bezüglich der Frage, welche Hardware- und/oder Software-Elemente Teil welcher abstrakten Schicht sind. Des Weiteren ist es oft wirksam, mit Teilen von Hardware und/oder Software, die gemeinsam genutzt werden, Schnittstellen zwischen den abstrakten Schichten zu implementieren. Die abstrakten Modelle sind aber nützlich, um die Eigenschaften, das Verhalten und/oder die Funktionalität von Kommunikationssystemen zu beschreiben.
Ganz ähnlich wie die Partnerinstanzen der OSI-Protokollschichten kann es auch Partnerinstanzen der Protokoll-Teilschichten geben. So könnten entsprechende FMS-, IMS-, PCS-, und/oder SMD-Teilschichten in kommunizierenden Einrichtungen als Partnerinstanzen betrachtet werden. Unter der Annahme dieser Partnerbeziehungen ist eine von vielen alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in 10 gezeigt. Das TMTS 215 und die Einrichtung mit Ethernet-Schnittstelle 750 werden in 10 wiederum gezeigt, aber hier überträgt das TMTS 215 Daten mit einer Netzschnittstellenkarte (NIC: network interface card) 1065 des Client-Transportmodems. Die cTM-NIC 1065 umfasst einen CT-Transceiver (TX/RX) 1075 der physikalischen Schicht, der eine Partnerinstanz des CT-Transceivers 115 der physikalischen Schicht des TMTS 215 ist. Die cTM-NIC 1065 umfasst weiter eine CT-Steuerung 1077 der physikalischen Schicht, die eine Partnerinstanz der CT-Steuerung 217 der physikalischen Schicht des TMTS 215 ist. Ferner umfasst die cTM-NIC 1065 eine 802.3/Ethernet-MAC 1079, die eine Partnerinstanz der 802.3/Ethernet-MAC 757 in der Einrichtung mit Ethernet-Schnittstelle 750 ist.
Die Client-Transportmodem-NIC 1065 ist innerhalb der Einrichtung mit der cTM-NIC 1090 gezeigt, die des Weiteren NIC-Treibersoftware 1097 sowie Protokolle 1099 höherer Schichten enthält. Wenn die Einrichtung mit der cTM-NIC 1090 ein Personalcomputer ist, dann könnte die NIC-Treibersoftware 1097 mit einer der Treiberspezifikationen wie – aber nicht beschränkt auf – der des Treibers der NDIS (Network Driver Interface Specification: Netzwerk-Treiber-Schnittstellenspezifikation), der ODI (Open Data-Link Interface: offene Datenverbindungsschnittstelle) und/oder des Clarkson-Pakettreibers übereinstimmen. Eine Netzschnittstellenkarte wird üblicherweiese in einen Buskartenschlitz eingesteckt und verwendet dann die Treibersoftware, um mit Protokollen höherer Schichten zu koppeln. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass die physikalische Kabelübertragungsschicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu PC und Workstations mit irgendeinem Typen einer vernetzenden Einrichtung implementiert werden könnte. Einige nicht eingrenzende Beispiele von vernetzenden Einrichtungen sind Computer, Gateways, Router, Schalter, Brücken und Repeater. Manchmal haben diese Einrichtungen Erweiterungskartenbusse, die verwendet werden könnten, um Logik anzukoppeln, mit der die physikalische Kabelübertragungsschicht 1075 der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angekoppelt werden könnte. Wechselweise könnten die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung direkt in die Basiseinheiten der vernetzenden Einrichtungen integriert werden. In 11 wird die physikalische Kabelübertragungsschicht 1075 (und der damit verbundene Transceiver der physikalischen Schicht) weiter in eine SMD-Teilschicht 1166, eine PCS-Teilschicht 1167, eine IMS-Teilschicht 1168 und eine Frame-Management-Teilschicht 1169 aufgeweitet.
Datenflüsse der Frame-Management-Teilschicht (FMS)
12 zeigt ein Systemdiagramm, in dem die physikalische Schicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die Kommunikation zwischen einem Transportmodem-Terminationssystem und einem Clienttransport verwendet wird. Die vier Teilschichten (FMS 1202, IMS 1204, PCS 1206 und SMD 1208) werden innerhalb gestrichelter Kästchen gezeigt. Im oberen Teil der 12 wird die Downstream-Kommunikation von einem TMTS zu einem cTM gezeigt, während im unteren Teil der 12 eine Upstream-Kommunikation von einem cTM zu einem TMTS gezeigt wird.
In der Downstream-Kommunikation treten Ethernet/802-Pakete in eine physikalische Kabelübertragungsschicht der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung am Ethernet/802-Eingang 1212 ein, der eine Umformung von Ethernet/802-Paketen zu FMS-Frames durchführt. Die FMS-Frames werden dann zum Downstream-Multiplexer 1214 übermittelt, der die Oktette in FMS-Frames zu Oktetten in MPEG-Frames umwandelt. MPEG-Header und MPEG-Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Kodierung, die allgemein ein Reed-Solomon-Code ist, werden allgemein für die Übertragung zu Downstream-Modulator(en) 1216 hinzugefügt. Das Ausgangssignal von Downstream-Modulator(en) 1216 wird durch den Hochfrequenz-(HF-)Transmitter (TX) 1218 geführt, der die elektrischen und/oder optischen Signale in den richtigen Frequenzen erzeugt. Diese Signale werden über das Kabeltransmitternetz 1220 zum HF-Empfänger (RX) 1222 übermittelt. Die ankommenden Daten in den elektrischen und/oder optischen Signalen werden allgemein im Downstream-Demodulator 1224 in MPEG-Frames zurückgewonnen. Die Downstream-MPEG-Frames werden dann zum Downstream-Invers-Multiplexer 1226 weitergeleitet, der die richtigen Oktette aus den MPEG-Frames herauszieht, um die Frames der Frame-Management-Teilschicht (FMS) wiederzugewinnen. Die FMS-Frames werden dann in Ethernet/802-Frames zurückverwandelt, wodurch die Downstream-Beförderung am Ethernet/802-Ausgang 1228 beendet wird.
Die Upstream-Kommunikation von Ethernet/802-Paketen tritt in eine physikalische Schicht der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beim Ether net/802-Eingang 1248 ein, der die Ethernet/802-Frames zu Frames der Frame-Management-Teilschicht (FMS) umwandelt. Die FMS-Frames werden in Vorbereitung auf die Vorwärtsfehlerkorrektur-Kodierung im Upstream-Multiplexer 1246 in Datenblöcke umgewandelt. Diese Upstream-Datenblöcke können die Oktette der Ethernet/802-Frames über multiple Trägerfrequenzen befördern. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Turbo-Produktcode-Vorwärtsfehlerkorrektur-Verfahren an den Upstream-Datenblöcken genutzt. Der Fachmann wird die Verfahren der Turbo-Produktcodes wie auch alternative Kodierverfahren für die Fehlerkorrektur und/oder Vorwärtsfehlerkorrektur kennen. Der Upstream-Modulator 1244 moduliert die Daten der Vorwärtsfehlerkorrektur-Blöcke und gibt die anfallenden Modulationsdaten an den HF-Transmitter 1242 weiter, der die elektrischen und/oder optischen Signale für die Kommunikation über das Kabelübertragungsnetz 1220 in den richtigen Frequenzbereichen erzeugt. Die elektrischen und/oder optischen Upstream-Signale werden im HF-Empfänger 1238 emfangen. Der Upstream-Demodulator 1236 übernimmt dann die Wiedergewinnung der Vorwärtsfehlerkorrektur-Datenblöcke. Der Upstream-Demodulator 1236 wandelt auch die Vorwärtsfehlerkorrektur-Datenblöcke in die ursprünglichen Datenblöcke zurück, die im Upstream-Multiplexer 1246 hergestellt worden waren. Im Upstream-Invers-Multiplexer 1234 werden die Oktette von Datenblöcken in die richtigen FMS-Frames zurückgestellt. Diese FMS-Frames werden dann weiter zu Ethernet/802-Frames zurückverwandelt und verlassen die physikalische Schicht am Ethernet/802-Ausgang 1232.
13 zeigt ein detaillierteres Diagramm der Frame-Management-Teilschicht (FMS). In 13 ist das 802.3/Ethernetmedium 1302 über die medien-unabhängige Schnittstelle (MII) und/oder medien-unabhängige Gigabitschnittstelle (GMII) 1304 mit der Frame-Management-Teilschicht (FMS) 1306 verbunden, die weiter mit der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 1308 verbunden ist. Die Verbindungen der FMS 1306 zum 802.3/Ethernetmedium 1302 sind als Uplink-Anschlüsse 1 bis N bekannt (1312, 1314, 1316 und 1318). Die Verbindungen der FMS 1306, die zur IMS 1308 führen, sind allgemein als Zugangsanschlüsse 1 bis N (1322, 1324, 1326 und 1328) bekannt. Jeder Zugangsanschluss (1322, 1324, 1326 und 1328) ist mit seinem eigenen Satz von zumindest einem Framepuffer (1332, 1334, 1336 bzw. 1338) verbunden, der zumindest einen Teil der Schnittstelle zwischen FMS 1306 und IMS 1308 liefert. Die Framepuffer (1332, 1334, 1336 und 1338) stellen eine zweiseitig gerichtete Kommunikation von FMS-Datenflüssen (1342, 1344, 1346 bzw. 1348) zwischen der FMS 1306 und der IMS 1308 zur Verfügung. Allgemein ist jeder aktive FMS-Datenfluss in einer Frame-Management-Teilschicht in der einen Einrichtung eins zu eins mit einem aktiven Datenfluss einer Frame-Management-Teilschicht als Partnerinstanz in einer anderen Einrichtung assoziiert. Allgemein bietet jeder FMS-Datenfluss eine auf zweiseitige Verbindung ausgerichtete Kommunikation zwischen Frame-Management-Teilschichten als Partnerinstanzen in den assoziierten Einrichtungen. Somit bietet ein FMS-Datenfluss allgemein eine zweiseitig gerichtete Punkt-zu-Punkt-Konnektivität zwischen einem Paar von FMS-Partnerinstanzen.
13 zeigt weiter verschiedene Steuerfunktionen 1352, darunter die 802.3/Ethernet-Medienzugriffskontroll-(MAC-)Schnittstelle 1354, die Steuerung 1356 der Kabelübertragung der physikalischen Schicht und die Systemsteuerung 1358. Die CT PHY 1356 besorgt allgemein die Steuerung der physikalischen Schicht der Kabelübertragung, die die Teilschichten FMS 1306 und IMS 1308 enthält, die in 13 gezeigt sind. Die Systemsteuerung 1358 umfasst viele der Befähigungen für Netzmanagement, Software-Downloading und/oder Konfigurationsfestlegungsdatei-Downloading und/oder Uploading, die allgemein mit Protokollen von der TCI/IP-Familie für die Verwaltung von Netzeinrichtungen arbeiten.
Im Grunde ist die Frame-Management-Schicht (FMS) 1306 für das Framing von Ethernet-Daten zu Frames verantwortlich, die für Kommunikation unter Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Des Weiteren werden Kontrollflüsse zwischen der physikalischen Steuerung 1356 der Kabelübermittlung und einer entsprechenden physikalischen Steuerung der Kabelübertragung einer Partnerinstanz in einer anderen Einrichtung übermittelt. Diese Steuerflüsse bilden keinen Teil der Benutzerdaten und werden daher nicht durch die FMS 1306 zu den Uplink-Anschlüssen (1312, 1314, 1316 und 1318) übermittelt, die Daten zum 802.3/Ethernetmedium 1302 befördern. Die Steuerframes der Steuerflüsse können mit Datenframes gemultiplext werden, indem unterschiedliche Startframe-Delimiter verwendet werden, um Ethernet-Datenframes und Steuerframes anzuzeigen.
14 zeigt ein allgemeines Format für einen 802.3/Ethernet-Frame, wie ihn der Fachmann kennt. Allgemein umfasst ein Ethernet-Frame eine Präambel 1402, die verwendet wird, um Sender und Empfänger im 802.3/Ethernetmedium zu synchronisieren. Hinter der Präambel wird der Startframe-Delimiter 1404 verwendet, um den Anfang des 802.3/Ethernet-Frames anzuzeigen. In IEEE 802.3 und Ethernet ist dieser Startframe-Delimiter der eine Oktettwert von 0xAB (im Hexadezimalsystem). Auf den Startframe-Delimiter (SFD) 1402 folgend haben 802.3/Ethernet-Frames allgemein einen Header 1406, der sechs Oktette einer Bestimmungsadresse, sechs Oktette einer Quellenadresse sowie weitere Daten enthält, die davon abhängen, ob der Frametyp IEEE 802.3 roh, Ethernet_II, IEEE 802.3 mit einem 802.2 LLC oder IEEE 802.3 mit einem 802.2 LLC und einem Teilnetz-Zugriffsprotokoll (SNAP) ist. Zusätzlich wird der Fachmann die verschiedenen Verfahren kennen, um Ethernet/802.3-Frames mit Tags bzw. Labels zu versehen, wie zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – die Mehrprotokoll-Labelschaltung (MPLS: Multi-Protocol Label Switching), elastische Paketringe (RPR: resilient packet ring) und/oder virtuelles LAN (VLAN). Hinter den Label- oder Tag-Daten und dem 802.3/Ethernet-Header 1406 werden die Daten 1408 allgemein in einer Nutzlast variabler Länge befördert. Am Ende der 802.3/Ethernet-Pakete wird eine Blockprüfsumme (FCS: frame check sum) 1410 als Fehlererkennungscode berechnet (üblicherweise unter Verwendung einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC: cyclic redundancy check (CRC)).
Um es zu ermöglichen, dass alle Ethernet/802.3-Frametypen und unterschiedlichen Label- und/oder Tag-Protokolle unter Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung transparent übermittelt werden, wird der Startframe-Delimiter als ein Feld benutzt, um Steuerframes mit Ethernet/802.3-Datenframes zu multiplexen. Normalerweise benutzen die Ethernet/802.3-Frames das Startframe-Delimiter-(SFD-)feld 1404 nicht für ein Multiplexing, da das SFD-Oktett dafür verantwortlich ist, für die richtige Frame-Ausrichtung in Ethernet/802.3-Netzen zu sorgen. 15 zeigt das Frameformat für Steuerframes in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In gewisser Weise ähneln die Steuerframes den rohen Ethernet II- und 802.3-Frames mit einer Präambel 1502, einem Startframe-Delimiter (SFD) 1504, einer Bestimmungsadresse 1505 aus sechs Oktetten, einer Quellenadresse 1506 aus sechs Oktetten, einem Längen- und/oder Typenfeld 1507 aus zwei Oktetten, einer Nutzlast 1508 variabler Länge für die Beförderung von Steuerdaten und einer Frameprüfsequenz (FCS: frame check sequence) oder einem zyklischen Redundanzcode (CRC: cyclic redundancy code) 1510 aus vier Oktetten.
Wenn man aber den Ethernet/802.3-Datenframe des Standes der Technik von 14 mit dem Steuerframe von 15 vergleicht, der in Kommunikationssystemen benutzt wird, die die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden, so findet man, dass die Startframe-Delimiterfelder 1404 und 1504 verschieden sind. Für Ethernet/802.3-Datenframes in 14 hat der Startframe-Delimiter einen Wert von 0xAB im Hexadezimalsystem, während für die Steuerframes in 15 der Startframe-Delimiter einen Wert von 0xAE im Hexadezimalsystem hat. Dieser Unterschied im Oktett des Startframe-Delimiters (SFD) ermöglicht es, Datenframes und Steuerframes zusammenzumultiplexen, ohne die Transparenz des Kommunikationssystems für alle Typen von Ethernet/802.3-Framevarianten zu beeinträchtigen. Die Steuerframes, die durch die physikalische Steuerung der Kabelübertragung (wie 1356) übermittelt werden, werden mit den Daten eines FMS-Datenflusses (wie 1342, 1344, 1346 und/oder 1348) gemultiplext, die den gleichen Bestimmungsort wie die Daten jenes FMS-Datenflusses haben.
Zusätzlich zeigt 16 die FMS-Frames 1602, die zwischen FMS-Partnerinstanzen in einem System übermittelt werden, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nutzt. Wegen der Eins-zu-eins- bzw. Punkt-zu-Punkt-Bezie hung der auf Verbindung ausgerichteten Kommunikationen zwischen aktiven FMS-Zugangsanschlüssen und den damit verbundenen aktiven Partnerinstanz-FMS-Zugangsanschlüssen ohne gemeinsame Nutzungen können Bits allgemein kontinuierlich übermittelt werden, um Synchronisation zu bewahren. Wenn keine Datenframes oder Steuerframes zu übermitteln sind, übermittelt das System kontinuierlich ein Oktett von 0x7E hexadezimal, was ähnlich wie die kontinuierliche Übermittlung von HDLC-(high-level data-link control: Datenverbindungskontrolle auf dem oberen Niveau) Flags in vielen synchronen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen funktioniert. Des Weiteren ist, wie in 16 gezeigt, der Delimiter 1604 für einen FMS-Frame 1602 ein Oktett von 0x00, gefolgt von sechs Oktetten von 0x7E hexadezimal 1605. Dem Frame-Delimiter eines FMS-Frames 1602 folgt ein Startframe-Delimiter (SFD) 1606 von einem Oktett, der den Wert von 0xAB hexadezimal für Ethernet/802.3-Datenframes und den Wert von 0xAE hexadezimal für Kontrollframes enthält, wie in 15 gezeigt. Ein FMS-Frame 1602 hat allgemein einen Frametrailer 1608 und eine Nutzlast 1610. Wenn zwei FMS-Frames unmittelbar aufeinander folgend übermittelt werden, dann werden nur ein Oktett von 0x00 und sechs Oktette von 0x7E 1605 zwischen den beiden FMS-Frames benötigt. In anderen Worten ist es nicht nötig, sowohl einen Trailer 1608 für einen ersten FMS-Frame 1602 als auch einen Start-Delimiter 1604 für einen zweiten FMS-Frame 1602 zu übermitteln, wenn der zweite FMS-Frame unmittelbar nach dem ersten FMS-Frame übermittelt wird. So kann, wenn ein zweiter FMS-Frame unmittelbar nach einem ersten FMS-Frame übermittelt wird, entweder der Trailer 1608 des ersten FMS-Frames oder der Start-Delimiter 1604 des zweiten FMS-Frames weggelassen werden.
Im Allgemeinen kann die Nutzlast 1610 eines FMS-Frames 1602 allgemein einen Ethernet/802.3-Frame oder einen Steuerframe befördern, die mit den SFD-Oktetten 0xAB bzw. 0xAE beginnen und sich bis zur Frameprüfsequenz (FCS) 1410 oder 1510 fortsetzen. Da ein hexadezimales Oktett (oder eine fortlaufende Sequenz einer Vielzahl von hexadezimalen Oktetten) mit dem Wert von 0x7E in den Ethernet/802.3- und/oder Steuerframes auftreten kann, wird ein Oktettstopfverfahren verwendet, um sicherzustellen, dass die Daten in einer FMS-Frame-Nutzlast 1610 transparent übermittelt werden und dass die Grenzen des FMS-Frames 1602 durch einen anfänglichen FMS-Delimiter 1604 und einen FMS-Trailer 1608 (d.h. einen hinteren FMS-Delimiter) erkannt werden können. Die FMS-Teilschicht besorgt diesen Prozess des Framings von Ethernet- und Steuerframes unter Verwendung der FMS-Frame-Delimiter von einem Oktett von 0x00, gefolgt von sechs Oktetten von 0x7E. Zusätzlich wird es durch Byte- oder Oktettstopfen ermöglicht, eine Nutzlast, die Oktett- oder Bytewerte enthält, die Fehlinterpretationen des anfänglichen Delimiters 1604 oder des hinteren Delimiters 1608 verursachen könnten, transparent zu übertragen. Der Durchschnittsfachmann kennt verschiedene Verfahren zum Byte-, Oktett- und/oder Zeichenstopfen in auf Bytes ausgerichteten Protokollen sowie zum Bitstopfen in auf Bits ausgerichteten Protokollen, und ein Verfahren wird in der zweiten und dritten Auflage von „Computer Networks" [Compternetze] von Andrew S. Tanenbaum beschrieben, die beide in ihrer Ganzheit hier durch Bezugnahme einbezogen werden. Um Transparenz zu bewahren, verwenden des Weiteren die HDLC-formatierten Frames, die unter Verwendung einer asynchronen, auf Bytes oder Oktetten ausgerichteten Version des Punkt-zu-Punkt-Protokolls (PPP) übermittelt werden, allgemein eine andere Oktettstopfprozedur. Diese Oktettstopfprozedur wird im Internet-Kommentaraufruf (RFC: Request For Comments) 1662 beschrieben, der „PPP in HDLC Framing" [PPP in der HDLC-Blockbildung] überschrieben ist und durch Bezugnahme hier in seiner Ganzheit einbezogen wird.
Allgemein besteht das Oktettstopfen darin, einem Frame zusätzliche Oktette immer dann hinzuzufügen, wenn ein Muster im Frame bei einem Empfänger, der die Framegrenzen zu bestimmen versucht, Unklarheit hervorrufen könnte. Zum Beispiel könnte den sechs Nutzlastoktetten von 0x7E bei 1612 in 16 ein Extraoktett von 0x00 als gestopftes Oktett 1614 hinzugefügt werden. Die zusätzlichen, gestopften Oktette erhöhen allgemein den Umfang der Nutzlast. Ein oder mehrere gestopfte Oktette 1614 können einer Nutzlast hinzugefügt werden, um jede Situation zu klären, in der ein Empfänger Unklarheit gehabt haben könnte, die korrekten Framegrenzen auf der Basis von Mustern in den Nutzlastdaten zu bestimmen, die mit den Bitmustern übereinstimmen oder überlappen, die verwendet werden, um die Framegrenzen zu kennzeichnen.
17 zeigt die Beziehungen der Invers-Multiplex-Teilschicht 1308 zur Frame-Management-Teilschicht 1306 und zur physikalischen Kodier-Teilschicht 1710. Einige der Posten aus 13 sind wiederholt worden, darunter die Steuerfunktionen 1352, die Systemsteuerung 1358, die CT PHY-Steuerung 1356 sowie die FMS-Datenflüsse 1 bis N (1342, 1344, 1346 und 1348). Die Framepuffer zwischen FMS 1306 und IMS 1308 sind weggelassen worden, um die Diskussion der 17 zu vereinfachen. Die physikalische Kodier-Teilschicht 1710 ändert sich, je nachdem ob Client-Transportmodem-Modulation 1712 oder Transportmodem-Terminationssystem-Modulation 1722 verwendet wird. Die Client-Transportmodem-Modulation umfasst einen Downstream-Demodulator 1714, der das Eingangssignal zur IMS 1308 liefert, und weiter einen Upstream-Modulator 1716, der das Ausgangssignal einer Invers-Multiplex-Teilschicht 1308 empfängt. Im Gegensatz zur cTM-Modulation 1712 umfasst die TMTS-Modulation 1722 den Upstream-Demodulator 1724, der das Eingangssignal für eine IMS 1308 liefert, und ferner den Downstream-Modulator 1726, der das Eingangssignal von der IMS 1308 empfängt. Die IMS 1308 führt verschiedene Multiplexing/Demultiplexing-Funktionen aus, je nachdem, ob die Richtung der Kommunikation aufwärts oder abwärts ist. Wie zuvor diskutiert, kann der Down stream-Modulator 1726 eines Transportmodem-Terminationssystems integrierte QAM-Modulatoren enthalten. Wechselweise können die Downstream-MPEG-Pakete und/oder -Frames über eine wahlfreie asynchrone serielle Schnittstelle (ASI) 1732 zu einem externen QAM-Modulator übermittelt werden. Der Fachmann kennt die vielen Mechanismen und Einrichtungen, die gemeinhin verwendet werden, um MPEG-Frames über ASI-Schnittstellen zu QAM-Modulatoren zu übermitteln. Da die Downstream-Kommunikation der IMS 1308 des Weiteren MPEG-Ströme benutzt, die Taktinformation befördern können, ist die IMS 1308 mit einer T1-Stratum-Taktquelle 1736 oder anderen Taktquelle verbunden, die gemeinhin für verschiedene digitale N × 64- und/oder N × 56-Telefongesellschaftsdienste verwendet wird, die Multiplexing einer plesiochronen digitalen Hierarchie (PDH) oder einer synchronen digitalen Hierarchie (SDH) beinhalten können. Auf der Seite des TMTS ist die T1-Stratum-Referenztaktquelle 1736 (oder eine andere, dem Durchschnittsfachmann geläufige Taktquelle) allgemein ein Eingangssignal zur IMS 1308 in einem TMTS. Auf der cTM-Seite hingegen ist die T1-Stratum-Referenztaktquelle 1736 (oder eine andere, dem Durchschnittsfachmann geläufige Taktquelle) allgemein ein Ausgang, der durch die IMS 1308 in einem cTM getrieben wird.
MPEG Pakete
18 zeigt die Auslegung eines MPEG-Frames, wie sie dem Fachmann bekannt ist und in ITU-T H.222.0, „Audiovisual and Multimedia Systems" [Audiovisuelle und Multimediensysteme] und ITU-T J.83 „Transmission of Television, Sound Program and Other Multimedia Signals" [Übertragung von Fernseh-, Tonprogramm- und anderen Multimediensignalen] beschrieben werden, die beide hier durch Bezugnahme in ihrer Ganzheit einbezogen werden. Das Synchronisationsbyte (SB) 1812 enthält den Acht-Bit-Wert von 0x47 hexadezimal. Der Transportfehlerindikator (TEI: transport error indicator) 1822 wird in einem Kommunikationssystem, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, festgelegt, um einer 802.3-MII-Schnittstelle, die mit einer Frame-Management-Teilschicht verbunden ist, die Frame-Dekodierfehler der MPEG-Pakete anzuzeigen. In einem Kommunikationssystem, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, benutzt die physikalische Schicht der Kabelübertragung (einschliesslich der vier Teilschichten FMS, IMS, PCS und SMD) allgemein nicht den Nutzlast-Startanzeiger (PSI: payload start indicator) 1824, das Transportprioritäts-(TP-)bit 1826 oder die Transport-Scramblingkontroll-(TSC: transport scrambling control) bits 1842.
Die physikalische Kabelübertragungs-(CT PHY) schicht eines Kommunikationssystems, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, benutzt das Dreizehn-Bit-Paketkennungs-(PID: packet identifier) feld, um unterschiedliche Ströme von MPEG-Paketen zu kennzeichnen. Die PID-Nummern 0x0000 bis 0x000F werden allgemein in einem System, das mit den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrieben wird, nicht dazu verwendet, die Kommunikationen der physikalischen Schicht der Kabelübertragung (CT PHY) zu befördern. Diese PID von 0x0000 bis 0x000F werden für andere MPEG-Funktionen wie – aber nicht beschränkt auf – die Programm-Assoziationstabelle (PAT: program association table), die Tabelle mit bedingtem Zugriff (CAT: conditional access table) und die Transportstrom-Beschreibungstabelle genutzt, die der Fachmann kennt. Ausserdem werden in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht die PID von 0x1FFF, die das Nullpaket anzeigen, und 0x1FFE, die DOCSIS-Downstream-Kommunikationen anzeigen, verwendet. Die PID im Bereich von 0x0010 through 0x1FFD werden in einem Kommunikationssystem, das die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, genutzt, um die Daten der physikalischen Schicht der Kabelübertragung (CT PHY) zu befördern. Die PID werden bei 0x1FFD anfangend und abwärts arbeitend zugeordnet, um die Daten der FMS-Datenflüsse zu befördern.
Die vier Bits des Kontinuitätszählers (CC: continuity counter) 1846 werden sequenziell für jedes Paket, das zur gleichen PID gehört, inkrementiert. Die IMS-Downstream-Übermittlung von MPEG-Paketen wird parallel und gleichzeitig mit dem gleichen Wert des Kontinuitätszählers (CC) 1846 über alle parallelen Pakete hinweg erzeugt. Der Kontinuitätszähler 1846 wird übereinstimmend über den ganzen MPEG-Strom hinweg inkrementiert, um gewährleisten zu helfen, dass die inversen Multiplex-Operationen über multiple MPEG-Ströme hinweg unter Benutzung des korrekt ausgerichteten Satzes von Paketnutzlasten erfolgen.
Die zwei Bits der Anpassungsfeldkontrolle (AFC: adaptation field control) 1844 geben an, ob die Nutzlast nur eine Paketnutzlast, nur ein Anpassungsfeld oder aber eine Paketnutzlast und ein Anpassungsfeld enthält. Die 184 Oktette eines MPEG-Pakets oder -Frames hinter dem Vier-Oktett-Header können ein Anpassungsfeld und/oder eine Paketnutzlast 1852 enthalten und werden mit dem Auffüller (pad) 1854 zur festgelegten Grösse von 184 Oktetten aufgefüllt. Allgemein erzeugen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine MPEG-Pakete, die sowohl Anpassungsfelder als auch andere Nutzlastdaten enthalten. Dem Fachmann wird aber bewusst sein, dass andere Implementierungen möglich sind, in denen verschiedene Kombinationen von Anpassungsfeldern und Nutzlastdaten in MPEG-Pakten verwendet werden.
19 zeigt weiter ein MPEG-Anpassungsfeld, das gegenüber dem einem Durchschnittsfachmann geläufigen MPEG-Standardanpassungsfeld geringfügig abgewandelt worden ist. In der physikalischen Schicht der Kabelübertragung (CT PHY) eines Kommunikationssystems, in dem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden die MPEG-Anpassungsfeldbits des Diskontinuitätsanzeigers (DI: discontinuity indicator) 1921, des Indikators für wahlfreien Zugriff (RAI: random access indicator) 1922, des Elementarstrom-Prioritätsanzeigers (ESPI: elementary stream priority indicator) 1923, des ursprünglichen Programmtakt-Referenzflags (OPCRF: original program clock reference flag (OPCRF) 1925, des Spleisspunktflags (SPF: splice point flag) 1926, des Flags für private Transportdaten (TPDF: transport private data flag) 1927 und des Anpassungsfeld-Erweiterungsflags (AFEF: adaptation field extension flag) 1928 allgemein nicht benutzt.
Die Anpassungsfeldlänge 1912 umfasst acht Bits, die die Anzahl von Oktetten in einem Anpassungsfeld hinter der Anpassungsfeldlänge selbst angeben. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann, wenn ein MPEG-Paket ein Anpassungsfeld enthält, die Länge des Anpassungsfeldes (AFL: adaptation field length) 1912 von 0 bis 182 Oktetten reichen (wobei die Zählung beim ersten Oktett hinter dem AFL-Oktett 1912 beginnt). In den MPEG-Paketen, die durch die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden und ein Anpassungsfeld befördern, ist das Programm-Taktreferenzflag (PCRF) allgemein auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass eine Programmtaktreferenz im Anpassungsfeld befördert wird. Die 33-Bit-Programmtaktreferenz (PCR: programm clock reference) 1932 und die 9-Bit-Programmtaktreferenz-Erweiterung (PORE: program clock reference extension) 1982 sind zu einem 42-Bit-Zähler verkettet, wobei die PORE die geringstwertigen Bits des Zählers sind. Der 42-Bit-Zähler wird allgemein verwendet, um die beabsichtigte Ankunftszeit des Oktetts mit dem letzten Bit der Programmtaktreferenz (PCR) am Eingang der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) eines Client-Transportmodems (cTM) anzuzeigen. Ferner werden die reservierten Bits 1972 in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht verwendet.
Die Wartungskanal-(MC: maintenance channel) PID (MC PID) 1992 wird verwendet, um einem Client-Transportmodem (cTM) das Hochfahren und den Aufbau von Kommunikationen mit einem Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) zu ermöglichen und einen Registrierungsprozess zu beginnen. Anfänglich hört das cTM zumindest einem durch das TMTS aufgebauten Wartungskanal geringer Bandbreite zu. Das TMTS sendet wartungs-orientierte Daten kontinuierlich auf zumindest einem Wartungskanal geringer Bandbreite, der durch zumindest eine MC PID 1992 bezeichnet ist. Die Wartungsdaten enthalten Multiplexing-Maps sowie weitere Registrierungsdaten. Das Client-Transportmodem ermittelt die Wartungskanal-PID 1992, indem es den Downstream-MPEG-Paketen zuhört, die das Anpassungsfeld enthalten. Auf der Grundlage des Wertes der MC PID 1992 weiss das Client-Transportmodem, welche Downstream-MPEG-Pakete War tungskanaldaten enthalten. Des Weiteren umfasst die Wartungskanalmap (MC-MAP: maintenance channel map) 1994 die 23 Oktette oder 23 × 8 = 184 Bits, die die Oktette in den Downstream-MPEG-Pakten mit einer PID angeben, die der MC-PID 1992 entspricht. Jedes Bit in der MC-MAP stellt ein Oktett in der 184-Oktett-MPEG-Nutzlast der MPEG-Pakete mit einem PID-Wert dar, der MC-PID gleich ist. Diese Bitmap (MC-MAP) und der PID-Wert (MC-PID) ermöglichen es einem Client-Transportmodem, die Daten des Downstream-Wartungskanals geringer Bandbreite auszuwählen und durch die IMS-Teilschicht invers zu multiplexen.
Netztaktung
Obwohl sich der grösste Teil der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Übermittlung von Ethernet/802.3-Frames zwischen Partnerinstanzen der physikalischen Kabelübertragungsschicht (CT PHY) bezogen hat, erlauben die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch die Kommunikation von Schaltkreis-Emulationsdiensten (CES: circuit emulation services), wie sie allgemein mit den N × 56- und N × 64-Schnittstellen der Provider der Telefongesellschaften verbunden sind. Trotz des steigenden Einsatzes von paketierter Sprach-Konnektivität benutzen viele Kommunikationssysteme noch diese N × 56- und N × 64-Dienste und werden es auch noch über eine voraussehbare Zukunft hinweg tun. Durch das Angebot einer T1-Schnittstelle oder eines anderen Typs einer N × 56/64-Schnittstelle wird es Kunden ermöglicht, ihre vorhandenen Sprach-Vernetzungseinrichtungen leicht an ein Client-Transportmodem anzuschliessen. Dadurch wird es den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht, Remote-Offices mit dem paketierten Datendienst des Ethernets wie auch mit Schaltkreis-Emulationsdienst für historische Sprachanwendungen zu unterstützen.
Die meisten kunden-orientierten N × 56- und N × 64-Ausrüstungen wie – aber nicht beschränkt auf – eine PBX (Nebenstellenanlage) mit einer T1-Schnittstelle erwarten aber üblicherweise, dass die T1-Leitung vom Provider die erforderliche Netztaktung bereitstellt. Um in der Lage zu sein, die derzeitigen T1-Dienste eines Kunden zu ersetzen, sollten die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein auch in der Lage sein, die erforderliche Netztaktung für Ausrüstungen wie eine PBX beim Kunden (CPE: customer premises equipment) zu liefern. Da genauere Uhren wie Atomuhren teurer sind, haben die teureren Ausrüstungen der Telefonzentralen und/oder der Provider (wie die einer zentralen Vermittlungsstelle) allgemein eine genauere Uhr als die weniger teuren Ausrüstungen (wie eine Nebenstellenanlage) beim Kunden. So sind Ausrüstungen, die hauptsächlich für eine Verwendung beim Kunden ausgelegt sind, im Gegensatz zu den Ausrüstungen im Providernetz allgemein so ausgelegt, dass ein Takt verwendet wird, der von dem Takt abgeleitet ist, der über Provider-Übertragungsleitungen oder -schleifen geliefert wird. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass diese Netztaktungsprobleme auf alle vernetzenden Ausrüstungen und nicht nur auf das begrenzte Beispiel von PBX und zentralen Vermittlungsstellen zutreffen. Diese Taktungsprobleme bei 8-kHz-Uhren sind für Ausrüstungen, die ausgelegt sind, um N × 56/64-Dienste (d.h. Dienste, die auf Mehrfachen einer DS0 beruhen) zu benutzen, besonders relevant.
20 zeigt eine Möglichkeit, die richtige Taktung zu Ausrüstungen beim Kunden zu bringen, indem ein Transportmodem-Terminationssystem und ein Client-Transportmodem verwendet werden. Die gestrichelte Linie 2002 unterteilt 20 allgemein zwischen dem TMTS 2004 und dem cTM 2006. Sowohl das TMTS 2004 als auch das cTM 2006 sind in das Kabelübertragungsnetz 2008 eingebunden. Weiter umfasst das TMTS 2004 verschiedene potenzielle Takteingänge, darunter – aber nicht beschränkt auf – den Downstream-T1-Eingang 2012, den 8-kHz-Eingangstakt 2014 sowie den 27-MHz-MPEG-Eingangstakt 2016. Es wird erwartet, dass sich diese Takteingänge gemeinhin im Headend und/oder dem Verteilhub von Kabelprovidern finden.
Der 8-kHz-Takt 2014 bezieht sich allgemein auf die N × 56-kb/s und N × 64-kb/s-Dienste. Acht kHz ist die Nyquist-Abtastrate, die es ermöglicht, einen Sprachfrequenzkanal des analogen POTS (Plain Old Telephone Service: einfacher alter Telefondienst) von 0 bis 4000 kHz richtig abzutasten. Wenn jede Stichprobe acht Bits (oder ein Oktett) hat, dann ergeben acht Bits, mit 8 kHz (oder 8000 Zyklen pro Sekunde) übertragen, 8 × 8000 = 64 000 Bits pro Sekunde oder 64 kb/s. Viele PDH- und SDH-Multiplexverfahren höherer Ordnung basieren auf Vielfachen dieser DS0-Geschwindigkeit von 64 kb/s oder von 56 kb/s. So ist ein 8-kHz-Takt mit einer Periode von 1/8 kHz oder 125 Mikrosekunden gemeinhin an N × 56/64-Schnittstellen zum öffentlichen Telefonvermittlungsnetz (PSTN) verfügbar.
Der Downstream-T1-Eingang 2012 hat allgemein auch eine entsprechende Upstream-T1-Uhr und -Daten 2018, weil T1-Dienste zweiseitig gerichtet sind. Jedoch wird die Provider-(oder in diesem Falle die Downstream-)Uhr allgemein als die Master-Referenz betrachtet. Die Taktung von Kundenausrüstungen wird allgemein von der Referenztaktung des Providers oder der Downstream-Dienste abgeleitet. Wie weiter in 20 gezeigt, sind der Downstream-T1-Eingang 2012 und die Upstream-T1-Uhr und -Daten 2018 allgemein im TMTS an eine T1-physikalische Schicht mit Framer (2022) angekoppelt. Der Fachmann wird sich der verschiedenen Aspekte beim T1-Framing bewusst sein, darunter solcher Framing-Aspekte wie Erweiterter Superframe (ESF: extended superframe) und D4-Framing, auf dem 193. Bit beruhende Synchronisierung sowie verschiedene Technologien der physikalischen Schicht wie – aber nicht beschränkt auf – das AMI-Verfahren (alternate mark inversion: Umkehrung alternierender Zeichen) sowie 2B1Q von HDSL (high-bit-rate digital subscriber line: digitale Teilnehmerleitung mit hoher Bitrate), um den T1-Dienst von 1,536 Mb/s (oder von 1,544 Mb/s) zu befördern. Zusätzlich könnten auch die europäischen N × 56/64-Dienste wie E1 benutzt werden, auch wenn die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein unter Bezugnahme auf den nordamerikanischen T1-Dienst beschrieben werden. Der Ausgang der T1-PHY-(physikalische Schicht) Schnittstelle mit Framer 2022 umfasst eine 8-kHz-Taktquelle.
Ausserdem wird auf Grund des allgegenwärtigen Einsatzes von MPEG in digitalen Kabelfernseh-(CATV) netzen erwartet, dass ein 27-MHz-MPEG-Eingangstakt 2016 verfügbar ist, weil ein TMTS, in dem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, erwartungsgemäss allgemein oft an Kabel-Headends und/oder Verteilhubs eingesetzt wird. Ein 8-kHz-Referenztakt kann vom 27-MHz-Takt abgeleitet werden, indem bei 2024 durch 3375 geteilt wird. Der 27-MHz-MPEG-Takt, der allgemein für digitale Filme verwendet wird, erweist sich als ein exaktes Vielfaches von 3375 mal dem 8-kHz-Takt, der allgemein für die mit dem PSTN verbundenen N × 56/64-Dienste verwendet wird. Die drei Eingangstakte von MPEG, T1 sowie einer 8-kHz-Referenz werden zu 8-kHz-Takten umgewandelt. Der Referenztaktwähler 2026 kann ein Schalter sein, der zwischen den verschiedenen 8-kHz-Referenztakten auswählt. Dem Fachmann wird klar sein, dass dieses Taktauswahlschalten durch Mechanismen wie – aber nicht beschränkt auf – durch Software gesteuerte Schalter, manuelle physikalische Schalter und/oder Jumper implementiert werden könnte.
Die ausgewählte 8-kHz-Tektreferenz wird dann in die Phasen-synchronisierte Regelschleife (PLL: Phase locked loop) 2030 eingegeben, die weiter einen Phasendetektor 2032, ein Schleifenfilter 2034 und einen spannungsgesteuerten 162-MHz-Quarzoszillator (VCXO: voltage-controlled crystal oscillator) der TMTS-Masteruhr 2036 umfasst. Das 162-MHz-Ausgangssignal der TMTS-Masteruhr 2036 wird bei 2038 durch 20 250 geteilt und in den Phasendetektor 2032 zurückgespeist. Im Ergebnis liefert die Phasen-synchronisierte Regelschleife (PLL) eine Schleife, die verwendet wird, um die relativen Phasen des 8-kHz-Taktes relativ zur 162-MHz-TMTS-Masteruhr 2036 zu synchronisieren. Phasen-synchronisierte Regelschleifen sind dem Fachmann bekannt.
Der 162-MHz-Mastertakt 2036 wird bei 2040 durch sechs geteilt, um einen 27-MHz-Takt zu erzeugen, ehe er in einen 42-Bit-Zähler und MPEG-Framer 2046 eingegeben wird, der die Funktion hat, die Programmtaktreferenz in MPEG-Frames einzufügen. Der Intervallzähler 2042 erzeugt einen 0,1-Hz-Intervalltakt 2044, der allgemein die Rate festlegt, mit der Schnappschüsse des 42-Bit-Zählers als Programmtaktreferenz (PCR) abwärts in das Anpassungsfeld von MPEG-Paketen geschickt werden. Die MPEG-Frames werden unter Verwendung von QAM-Modulator(en) 2048, die in das TMTS 2004 integriert oder extern zum TMTS 2004 sein könnten, abwärts zum Client-Transportmodem 2006 übermittelt.
Auf der Downstream-Seite enthält das Client-Transportmodem (cTM) 2006 die Hardware und/oder Software für ein korrektes Herausziehen der MPEG-Frames und Interpretieren der Felder. Diese Funktionen könnten im cTM-Downstream-Frontend ausgeführt werden, um MPEG 2052 und den Programmtaktreferenz-Parser 2054 herauszuziehen. Auf der Grundlage des aus den MPEG-Anpassungsfeldern herausgezogenen PCR-Wertes ermittelt das Client-Transportmodem 2006, um wieviel die cTM-Masteruhr gegenüber der TMTS-Masteruhr abgewichen ist. Die Zähler- und Schleifenkontrolle 2062 ermittelt die Grösse und Richtung der relativen Uhrabweichungen zwischen dem cTM und dem TMTS und schickt Steuersignale an den cTM-Oszillator, um die relative Uhrabweichung zu korrigieren. So regelt die Zähler- und Schleifenkontrolle 2062 die cTM-Uhr, um die korrekte Beziehung zur TMTS-Masteruhr 2036 zu gewährleisten.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt das cTM einen spannungsgesteuerten 162-MHz-Quarzoszillator (VCXO) 2064, der auf der Basis eines 162-MHz-Quarzkristalls (XTAL) 2066 betrieben wird. Der 162-MHz-Takt wird bei 2068 durch sechs geteilt, um einen 27-MHz-Takt zu liefern, der die cTM-Masteruhr 2072 darstellt. Diese 27-MHz-cTM-Masteruhr ist allgemein mit der TMTS-Masteruhr 2036 synchronisiert worden, die weiter in der Phasen-synchronisierten Schleife (2030) des TMTS 2004 mit der 8-kHz-Referenzquelle synchronisiert wurde. Nach Teilung des 27-MHz-cTM-Mastertaktes 2072 durch 3375 bei 2074 wird ein 8-kHz-Takt wiedergewonnen, der allgemein mit den 8-kHz-Referenztakten des TMTS 2004 synchronisiert ist. Im Ergebnis kann der 8-kHz-Takt des cTM 2006 allgemein ähnlich wie ein Provider-Mastertakt für N × 56/64-Dienste wie – aber nicht beschränkt auf – T1 verwendet werden. Der 8-kHz-Takt ist ein Eingangssignal in die T1-Schnittstelle der physikalischen Schicht mit Framer 2076, die das Downstream-T1-Ausgangssignal 2082 liefern, das durch andere CPE (wie – aber nicht beschränkt auf – PBX) als Netzprovidertakt verwendet werden kann. Zusätzlich liefern Upstream-T1-Takt und -Daten von den CPE wie – aber nicht beschränkt auf – PBX die zweiseitig gerichtete Kommunikation, die allgemein mit T1 assoziiert ist. Der mit Upstream-T1-Takt und -Daten 2088 verbundene Takt von einer PBX oder anderen CPE ist aber kein Mastertakt, sondern ein Takt, der auf der Basis des Downstream-T1-Ausgangssignals 2082 abgeleitet wurde, der auf der Masteruhr eines Providers beruht.
Allgemein wird die Downstream-Lieferung von MPEG-Pakten mit PCR-Daten als ein Netztakt-Verteilmechanismus verwendet, um Datenübertragungen in der zur Taktverteilung entgegengesetzten Richtung zu takten. Normalerweise werden MPEG-PCR-Daten in Downstream-MPEG-Paketen verwendet, um Downstream-Flüsse von audiovisuellen Daten zu takten. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird aber die Downstream-Lieferung von MPEG-PCR-Taktdaten verwendet, um einen Stratumtakt zur Verfügung zu stellen, um die Upstream-Übertragungen von Schaltkreis-Emulationsdiensten (CES) oder N × 56/N × 64-Diensten mit dem Downstream-Netztakt zu synchronisieren, der normalerweise von Providern geliefert wird. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Downstream-Verteilung von MPEG-Paketen, die PCR-Daten enthalten, verwendet, um die Upstream-Übertragungen von einer Mehrzahl von cTM zu einem TMTS über multiple Töne zu synchronisieren. So werden die in MPEG-Pakten enthaltenen PCR-Daten verwendet, um Netztaktung für eine Kommunikation zu liefern, die in einer Richtung erfolgt, die der Richtung der Beförderung der MPEG-Pakete entgegengesetzt ist.
21 zeigt ein Zeitablaufdiagramm der Lieferung eines 8-kHz-Taktes von einem TMTS an ein cTM unter Verwendung von MPEG-Paketen, die Programmtaktreferenzen (PCR) mitführen. Das Zeitablaufdiagramm enthält einen 8-kHz-Takt 2102, wie er allgemein mit N × 56/64-kb/s-Diensten verbunden ist. Ein 8-kHz-Referenztakt 2102 hat eine 125-Mikrosekunden-Periode 2104. Normalerweise hat MPEG einen 27-MHz-Takt 2112, der eine Periode 2122 von ungefähr 37,037 Nanosekunden hat. Allgemein werden der 8-kHz-Referenztakt 2102 und der 27-MHz-Referenztakt 2112 eine willkürliche relative Phasendifferenz 2106 haben. Die relative Phasendifferenz 2106 zwischen dem 8-kHz-Takt 2102 und dem 27-MHz-Takt 2112 ist aber nicht bedeutsam, solange die Uhren so gesteuert werden können, dass sie nicht signifikant relativ zueinander wandern. In den 6-MHz-Kabelübertragungs-Frequenzkanälen können MPEG-Pakete mit 38 Mb/s übertragen werden. Bei einer auf 188 Oktette festgelegten Länge der MPEG-Pakete kann ein solches Paket in ungefähr (188 Oktette × 8 Bits/Oktett)/38 Mb/s = 39,6 Mikrosekunden übermittelt werden, wie bei 2124 veranschaulicht. Eine 27-MHz-MPEG-Uhr wird allgemein in den 39,6 Mikrosekunden, die gebraucht werden, um ein MPEG-Paket von 188 Oktetten bei 38 Mb/s über einen 6-MHz-Frequenzkanal zu übermitteln, ungefähr 1069-mal ticken ((188 Oktette × 8 Bits/Oktett)/38 Mb/s)/(1/27 MHz Taktrate)). Zwei 188-Oktett-MPEG-Pakete können während 2 × 1069 = 2138-maligem Ticken einer 27-MHz-Uhr übermittelt werden; drei 188-Oktett-MPEG-Pakete können während 3 × 1069 = 3207-maligem Ticken einer 27-MHz-Uhr übermittelt werden; und vier 188-Oktett-MPEG-Pakete können während 4 × 1069 = 4276-maligem Ticken einer 27-MHz-Uhr übermittelt werden. Ferner erfolgt 27 MHz/8 kHz = 3375-maliges Uhrticken der 27-MHz-MPEG-Uhr 2112 während eines einmaligen Tickens einer 8-kHz-Uhr 2102 mit einer 125-Mikrosekunden-Periode 2104. Der 8-kHz-Takt 2102 hat einen Übergang in 125 Mikrosekunden/2 = 62,5 Mikrosekunden, was mit 3375/2 = 1687-maligen Ticken der 27-MHz-MPEG-Uhr 2112 verbunden ist. Diese relevanten Taktzählungen werden in 21 als 27-MHz-TMTS-Taktzählerwerte 2114 gezeigt.
Die in 21 gezeigten vier MPEG-Pakete (oder MPEG-Transportstrom-(TS-)Pakete) sind als 2132, 2134, 2136 und 2128 bezeichnet. Obwohl alle MPEG-Pakete Header (HDR) besitzen, haben nur einige der MPEG-Pakete (nämlich das MPEG-Paket 2132 und das auf das MPEG-Paket 2138 folgende MPEG-Paket) Programmtaktreferenz(PCR) Werte. Der zeitliche Abstand zwischen MPEG-Paketen, die PCR-Werte enthalten, ist allgemein willkürlich, wie bei 2142 gezeigt. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollten aber PCR-Aktualisierungswerte oft genug geschickt werden, um die Uhren des TMTS und der cTM auf dem gewünschten Genauigkeitsniveau ausgerichtet zu halten. Bei 2144 in 21 werden die Zählerwerte gezeigt, die von den MPEG-PCR-Daten zurückgewonnen werden, die an einem Client-Transportmodem (cTM) ankommen. Weil einige der von einem cTM empfangenen MPEG-Pakete allgemein keine PCR-Werte enthalten (z.B die MPEG-Pakete 2134, 2136 und 2138), wird ein cTM allgemein keinen Taktzählerwert aus diesen MPEG-Paketen wiedergewinnen.
Wie in 21 gezeigt, können MPEG-PCR-Werte 2144 im Client-Transportmodem (cTM) verwendet werden, um unter Verwendung eines spannungsgesteuerten Quarzoszillators (VCXO) die Client-Transportmodemuhr 2152 zu vergleichen und zu regeln, um sie mit der Uhr 2112 des Transportmodem-Terminationssystems (TMTS) synchron zu halten. Im Grunde werden die von den PCR 2144 wiedergewonnenen Zählerwerte mit Zählerwerten 2154 des Client-Transportmodems (cTM) verglichen, um eine Anpassung der cTM-Uhr 2152 zu ermöglichen. Die 27-MHz-Client-Transportmodem-(cTM) Uhr 2152 kann dann verwendet werden, um durch Teilen durch 3375 einen wiedergewonnenen 8-kHz-Stratumtakt 2162 zu erzeugen. Allgemein wird der wiedergewonnene 8-kHz-Takt 2162 bei einem cTM die gleiche Frequenz wie die 8-kHz-Referenzuhr 2102 am TMTS besitzen. Weil aber der TMTS-Taktzähler 2114 bei einer willkürlichen Phasendifferenz 2106 gegenüber einer 8-kHz-Referenzuhr 2102 beim TMTS beginnen kann, wird der 8-kHz-Takt 2162, der bei einem cTM zurückgewonnen wird, eine willkürliche (obwohl allgemein feste) Phasendifferenz 2106 gegenüber der 8-kHz-Referenzuhr 2102 am TMTS haben.
Weil die MPEG-Pakete, die die PCR-Werte mitführen, zu einem oder mehreren cTM geliefert werden und die Laufzeitverzögerung auf dem Kabelverteilnetz für jedes cTM verschieden sein kann, wird der 8-kHz-Takt 2162, der bei jedem der cTM wiedergewonnen wird, allgemein eine willkürliche (aber im Grunde genommen feste) Phasendifferenz 2106 gegenüber der 8-kHz-Referenzuhr 2102 des TMTS und eine willkürliche (aber im Grunde genommen feste) Phasendifferenz 2106 gegenüber jedem der anderen wiedergewonnenen 8-kHz-Takte 2162 bei den anderen cTM haben. Obwohl der wieder gewonnene 8-kHz-Takt 2162 bei einem cTM eine willkürliche Phasendifferenz 2106 gegenüber der 8-kHz-Eingangs-Referenzuhr 2102 des TMTS haben wird, ist diese Taktphasendifferent 2106 kein Problem. Allgemein unterscheidet sich die Phase eines Referenztaktes bei der Hauptvermittlungsstelle einer Telefongesellschaft zumindest wegen der Laufzeitverzögerung in den Übertragungsleitungen zwischen dem Provider und dem Kundenstandort von der Phase des zu den Kundenausrüstungen gelieferten Taktes. Allgemein ist es aber wichtig, die Frequenz der Provideruhr und der Uhren an den Kundenstandorten so zu synchronisieren, dass die Uhren nicht signifikant relativ zueinander wandern. Der wiedergewonnene 8-kHz-Takt 2162 beim cTM ist in seiner Frequenz mit der 8-kHz-Referenz-Stratumuhr 2102 beim TMTS synchronisiert (d.h. die Uhren weisen keine signifikante gegenseitige Wanderung auf).
Durch Frequenzsynchronisierung jeder cTM-Uhr mit der TMTS-Uhr wird die Frequenzstabilität der schlecht geregelten cTM-Uhren gewährleistet. Ausserdem arbeitet der Upstream-Mehrton-Frequenzmultiplex-Empfänger im TMTS allgemein dann optimal, wenn der Frequenzfehler der Übertragungen von verschiedenen cTM klein ist. Signifikante Frequenzunterschiede in den cTM-Uhren wie auch in der TMTS-Uhr können Probleme der Auswahl der korrekten Trägerfrequenz beim Upstream-Mehrton-Frequenzmultiplexing verursachen. So ermöglicht es die Downstream-Lieferung von PCR-Daten einer Mehrzah von Client-Transportmodems, ihre jeweiligen Schwingungstakte, die verwendet werden, um die Trägerfrequenzsignale zu erzeugen, richtig einzustellen. Auf diese Weise kann jedes cTM gewährleisten, dass es, statt einen benachbarten Ton geringfügig zu stören, genau im richtigen Upstream-Frequenzbereich eines Tones sendet.
Downstream-Multiplexing
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten allgemein, eine Frequenz-Mehrfachzugangs-(FDMA: frequency-division multiple access) bzw. Frequenz-Multiplex-Architektur für die transparente Beförderung von Datenframes zwischen Ausrüstungen beim Kunden und Providerausrüstungen zur Verfügung zu stellen. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung funktionieren nicht nur auf Faser-Koax-Hybridsystemen, sondern auch auf reinen Fasersystemen. Ausserdem funktionieren die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Kabelverteilnetzen in einer Subsplit-Konfiguration, auf der eventuell auch historische CATV-Videokanäle befördert werden. Zusätzlich funktionieren die bevorzugten Ausführungsformen in Bandbreiten-Splitkonfigurationen.
In der Downstream-Richtung unterstützen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Punkt-zu-Multipunkt-Konfiguration, wo ein einzelner 6-MHz- Kanal die eine Richtung des Verkehrsflusses für das oder die Geräte beim Kunden, die als Client-Transportmodems (cTM) bekannt sind, zur Verfügung stellt. Der Downstreamverkehr in einem 6-MHz-Kanal kann von mehr als einem cTM gemeinsam wahrgenommen werden, wobei jedem cTM von den Downstream-Modulatoren eine bestimmte Anzahl von Bits zugewiesen werden. Ein Framing-Verfahren wird verwendet, um eine Synchronisierung zu liefern, die es einem cTM ermöglicht, die korrekten Downstream-Bits richtig auszuwählen und die Downstream-Bits zu ignorieren, die für andere cTM bestimmt sind.
Der MPEG 2-(Moving Picture Experts Group) Transportstrom ist eine nicht einschränkende Möglichkeit, diese Framing-Funktionalität zu handhaben. Vorteilhafterweise wird MPEG 2-Transport bereits gemeinhin in CATV-Netzen verwendet, um digitales Video und Audio zu liefern. Weiter umfasst der MPEG 2-Transport bereits Synchronisiermechanismen, die verwendet werden können, um die Uhren der cTM aufeinander auszurichten. Der MPEG 2-Transport ist auch ein Multiplexing-Mechanismus, der es ermöglicht, die Daten hoher Geschwindigkeit der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung potenziell mit anderen MPEG 2-Daten in CAVT-Netzen zu multiplexen.
In der Upstream-Richtung können die 6-MHz-Standardkanäle des HF-Kabelnetzes in multiple Töne unterteilt werden, damit Frequenzzuweisungen mit einer viel feineren Granularität verwaltet werden können. Jeder dieser Töne kann einem anderen cTM zugewiesen werden. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermeiden alle Probleme von DOCSIS in der Lösung von Ziel- und Streitfragen (bzw. der Medienzugriffskontrolle), indem zu jeder gegebenen Zeit die Zuweisung eines Upstream-Tons auf jeweils ein cTM begrenzt wird. So stellt die Upstream-Richtung allgemein eine Punkt-zu-Punkt-Architektur dar, in der ein cTM mit einer Server-Transportmodem-(sTM) Funktion in Kommunikation ist. Eine Mehrzahl solcher Servertransportmodems kann in einem zentralseitigen Konzentrator implementiert werden, der als ein Transportmodem-Terminationssystem (TMTS) bekannt ist.
Wie oben diskutiert, befördern die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Downstream-Daten allgemein in MPEG-Paketen. Die IMS-Teilschicht des TMTS ist allgemein dafür verantwortlich, die Downstream-Daten in die MPEG-Pakete zu legen, während die IMS-Teilschicht des cTM allgemein dafür verantwortlich ist, die Daten aus den MPEG-Paketen wiederzugewinnen. 22 zeigt allgemein das Downstream-Verhalten der TMTS-IMS-Teilschicht 2202 und der cTM-IMS-Teilschicht 2204. Eine Mehrzahl von 184-Oktett-MPEG-Paketnutzlasten 2206 können gleichzeitig abwärts übermittelt werden. Jedes der gleichzeitig übermittelten MPEG-Pakete wird auf seiner eigenen Downstream-Trägerfrequenz wie 2208 befördert. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Downstream-Trägerfrequenz wie 2208 ein 6-MHz-Frequenzkanal, wie er gemeinhin in CATV-Netzen zu finden ist.
Die TMTS-IMS 2202 wird mit drei Downstream-Datenflüssen 2214, 2216 und 2218 gezeigt. Zwei der Downstream-Datenflüsse, 2214 und 2218, können für eine cTM-IMS-Teilschicht 2204 bestimmt sein. Der andere Downstream-Datenfluss 2216 kann für eine cTM-IMS-Teilschicht in einem anderen Client-Transportmodem bestimmt sein. Die Downstream-Datenflüsse 2214, 2216 und 2218 sind allgemein Frame-Management-Teilschicht-Datenflüsse und befördern Daten in FMS-Frames 1602 von 16. Der Downstream-Multiplexer im TMTS 2222 ist dafür verantwortlich, die Downstream-Datenflüsse in die korrekten MPEG-Pakete zu legen, während der Downstream-Invers-Multiplexer 2224 dafür verantwortlich ist, die Datenflüsse aus den korrekten MPEG-Paketen wiederzugewinnen.
22 zeigt vier MPEG-Pakete 2232, 2242, 2252 und 2262, die je einen MPEG-Header 2234, 2244, 2254 bzw. 2264 haben. Wie in 22 gezeigt, sind Oktette von einem einzelnen Datenfluss über eine Mehrzahl gleichzeitig übermittelter. MPEG-Pakete verstreut. Zum Beispiel sind Oktette 2235, 2237, 2258 und 2266 des Datenflusses 1 über MPEG-Pakete 2232, 2252 und 2262 verstreut. Die Oktette 2245, 2255, 2267 und 2268 des Datenflusses 2 sind über MPEG-Pakete 2242, 2252 und 2262 verstreut. Zusätzlich sind Oktette 2238, 2246, 2247 und 2265 des Datenflusses 3 über MPEG-Pakete 2232, 2242 und 2262 verstreut. Leere Oktette 2236, 2248, 2256 und 2257 der MPEG-Pakete 2232, 2242 und 2252 sind derzeit keinem Datenfluss zugewiesen. Da die FMS-Datenflüsse kontinuierlich Oktette mit 0x7E übermitteln, wenn keine zu übermittelnden Daten vorhanden sind, enthalten die Oktette eines MPEG-Pakets, die einem konkreten Datenfluss zugewiesen sind, allgemein entweder ein Oktett von einem FMS-Frame oder die kontinuierlich übermittelten 0x7E, wenn in einem FMS-Datenfluss keine zu übermittelnden Daten von einem FMS-Frame vorhanden sind.
23 zeigt ein detaillierteres Diagramm der Downstream-Funktionalität eines TMTS-Mmultiplexers. Eine FMS-Teilschicht 2302 mit N Anschlüssen übermittelt Daten an den TMTS-IMS-Downstream-Multiplexer 2304, die in verschiedenen Zwischenschritten an die Downstream-PCS-Teilschicht 2306 weitervermittelt werden. Ein FMS 2302 mit N Anschlüssen übermittelt Daten an den Schreib-Multiplexer 2312, der dafür verantwortlich ist, das Einbringen der Daten in den Ethernet-Datenframepuffer (EDFB: ethernet data frame buffer) 2314 zu verwalten. Der EDFB 2314 ist mit den Framepuffern in 13 verwandt. Allgemein können N Framepuffer als eine Speichergruppe mit Schreibmultiplexer 2312 und Steuerschiene 2356 implementiert werden, die die korrekte Speicheradresse angibt, die mit dem zutreffenden FMS-Datenfluss assoziiert ist. Im EDFB 2314 sind ein oder mehrere Ringpuffer mit jedem Datenfluss assoziiert. Die Ringpuffer halten mit Zeigern Schritt, die die Anfangsadresse und die Endadresse von gültigen Daten anzeigen, die zum Invers-Multiplexer 2316 überführt werden sollen. Das Verhalten des Invers-Multiplexers wird näher unter Bezugnahme auf 24 beschrieben werden. Allgemein liest aber der Invers-Multiplexer 2316 Daten vom EDFB 2314 und legt sie in einen der als 2322 und 2324 gezeigten P MPEG-Puffer. Jeder MPEG-Puffer ist mit einem als 2332 und 2334 gezeigten MPEG-Framer verbunden. Die MPEG-Framer 2332 und 2334 formen MPEG-Frames einschliesslich der MPEG-Header und – potenziell – der Anpassungsfelder, die unter anderem die Programmtaktreferenz mitführen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jede Gruppe von vier MPEG-Strömen im P/4-ASI-Strommultiplexer 2336 in einen asynchronen Schnittstellenstrom umgewandelt. Diese ASI-Ströme haben physikalische Schnittstellen 2342 und 2344. Die ASI-Ströme werden zu QAM-Modulatoren in der PCS 2306 weitergeleitet. In anderen, alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen die MPEG-Ströme direkt zu den QAM-Modulatoren, ohne dass ASI-Schnittflächen verwendet werden.
Weiter zeigt 23 auch einiges von der Hardware- und/oder Software-Logik, die verwendet wird, um die Downstream-Übertragung von Daten von der FMS-Teilschicht 2302 in den TMTS-IMS-Downstream-Multiplexer 2304 und weiter in die Downstream-PCS 2306 zu steuern. Die Steuerschienen 2355 und 2356 befördern zumindest einige der Signale, die diese Downstream-Kommunikation durch die Teilschichten in 23 treiben. Allgemein verwenden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Software und/oder Hardware, um verschiedene logische Funktionen zu implementieren. Dem Fachmannn werden die Tradeoffs geläufig sein, die vorliegen, wenn verschiedene Funktionen entweder in Hardware oder in Software und/oder in einer gewissen Kombination von Hardware und Software implementiert werden. Weiter wird der Fachmann Verfahren kennen, um Signale zwischen verschiedenen Anteilen von Hard- und/oder Software zu übermitteln. Der Fachmann wird auch die Timing-Aspekte und – Verfahren kennen, die verwendet werden, um unterschiedliche Typen von Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen mit anderer Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen zu koppeln. Ausserdem wird der Fachmann wissen, dass Schnittstellenbusse gemeinhin verwendet werden, um die gegenseitige Verbindung von Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen zu erleichtern. Zusätzlich wird es dem Fachmann bewusst sein, dass es neben den Bussen viele andere Möglichkeiten gibt, die gegenseitige Verbindung von Hardware-Komponenten zu handhaben. So ist die Verwendung von Bussen nur ein nicht einschränkendes Beispiel von Hardware-Querverbindungen, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann wird andere Typen von Hardware-Querverbindungen wie auch die verschiedenen Probleme und Komplikationen kennen, die auftreten, wenn verschiedene Typen von Querverbindungen in und zwischen Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen genutzt werden.
Wie unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben, umfassen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung für einen T1-Referenztakt 2361, der in die T1-Schnittstelle 2362 der physikalischen Schicht eingegeben wird. 21 zeigt auch, wie der T1-Takt zur MPEG-Programmtaktreferenz (PCR) 2364 in Beziehung steht. Diese PCR-Daten werden in der MPEG-Multiplexer/Framer-Zustandsmaschine 2366 verwendet, die die sich ändernden Werte in den MPEG-Headern erzeugt und die Daten zu den MPEG-Framern 2332 und 2334 weitergibt. Das TMTS enthält auch eine TMTS-Steuereinheit 2372, die mit der Downstreammap-Zustandsmaschine 2374 zusammenwirkt, um zu veranlassen, dass die Ethernet-Daten vom korrekten Datenfluss in das richtige Oktett der MPEG-Frames gelegt werden. Diese Downstreammap-Zustandsmaschine 2374 verwendet auch einen Downstreammap-Puffer 2376, der das Mapping der Datenflüsse in die Oktette der MPEG-Pakete vorgibt.
24 zeigt weiter das allgemeine Verhalten der Downstreammap-Zustandsmaschine 2374 und ihre Wechselwirkung mit dem Ethernet-Datenframepuffer 2314, um zu veranlassen, dass die richtigen Oktetts in die MPEG-Puffer 2322 und 2324 gebracht werden. 24 zeigt einen kleinen Teil des (der) Ethernet-Datenframepuffer (EDFB) 2402 wie auch einen Teil der MPEG-Puffer 2404. Im Grunde werden die Oktette im EDFB 2402 gelesen und über den Datenbus 2406 bewegt, um in die MPEG-Puffer 2404 geschrieben zu werden. Der Pfeil 2407 zeigt die Ethernet-Pufferausleserichtung, während der Pfeil 2408 die MPEG-Pufferschreibrichtung zeigt. Ferner zeigt Pfeil 2409 die MPEG-Pufferausleserichtung, die allgemein zu der Richtung in Beziehung steht, in der die Oktette auf dem Kabelverteilnetz übermittelt werden. In 24 würde ein nicht einschränkendes Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Oktett Nr. 1 der MPEG-Puffer Nr. 1, 2, 3 und 4 gleichzeitig über vier verschiedene 6-MHz-Downstream-Kanäle übermitteln. Im nicht einschränkenden Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung würde ferner das Oktett Nr. 2 der MPEG-Puffer Nr. 1, 2, 3 und 4 in 24 gleichzeitig über vier verschiedene 6-MHz-Downstream-Kanäle übermittelt. Ähnlich würde im nicht einschränkenden Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Oktett Nr. 3 der MPEG-Puffer Nr. 1, 2, 3 und 4 in 24 gleichzeitig über vier verschiedene 6-MHz-Downstream-Kanäle übermittelt. Weiter würde im nicht einschränkenden Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Oktett Nr. 4 der MPEG- Puffer Nr. 1, 2, 3 und 4 in 24 allgemein gleichzeitig über vier verschiedene 6-MHz-Downstream-Kanäle übermittelt.
Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass die Konzepte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung MPEG-Frames über zumindest einen Downstream-Frequenzkanal übermitteln können und dass die Verwendung einer Mehrzahl von Downstream-Frequenzkanälen statt nur eines Frequenzkanals allgemein eine gleichzeitige Übermittlung multipler MPEG-Pakete und der entsprechenden Oktette ermöglicht. So ist die in 24 gezeigte Auswahl von vier MPEG-Puffern (Nr. 1, 2, 3 und 4) nur ein nicht einschränkendes Beispiel, das verwendet wird, um die Möglichkeit der Nutzung von mehr als einem Downstream-Frequenzkanal in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser zu veranschaulichen. Allgemein hat der in 24 gezeigte Teil des EDFB 2402 fünf Oktette und Puffer, die von 1 bis E nummeriert sind. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass dies ein kleines Beispiel eines Kommunikationssystems ist, in dem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden, und tatsächliche Implementierungen mehr als fünf Oktette im EDFB 2402 wie auch mehr als vier Oktette in jedem der vier beispielhaften Puffer des/der MPEG-Puffer 2404 haben würden.
Allgemein sind die Oktette des EDFB 2402 in 24 mit einem geordneten Paar von (EDFB-Puffernummer–EDFB-Oktettnummer) gekennzeichnet. Zum Beispiel ist das Oktett 4 des Puffers 3 im EDFB 2402 (3–4). Die fünf Oktette des Puffers 1 des EDFB 2402 sind 2411, 2412, 2413, 2414 und 2415; die fünf Oktette des Puffers 2 des EDFB 2402 sind 2421, 2422, 2423, 2424 und 2425; die fünf Oktette des Puffers 3 des EDFB 2402 sind 2431, 2432, 2433, 2434 und 2435; die fünf Oktette des Puffers 4 des EDFB 2402 sind 2441, 2442, 2443, 2444 und 2445; und die fünf Oktette des Puffers E des EDFB 2402 sind 2451, 2452, 2453, 2454 und 2455.
Die Werte in diesen Oktetten werden in Übereinstimmung mit der Ethernetpuffer-Ausleserichtung 2407 vom EDFB 2402 ausgelesen und in Übereinstimmung mit der MPEG-Puffer-Schreibrichtung 2408 immer dann in die vier MPEG-Puffer 2404 verschoben, wenn die Zuweisungsmap die gleiche Oktettnummer für zwei oder mehr MPEG-Puffer vorgibt. (Da die Daten von den MPEG-Puffern 2404 allgemein gleichzeitig abwärts übermittelt werden, wobei jeder MPEG-Puffer zu einem MPEG-Paket auf seiner eigenen Trägerfrequenz in Beziehung steht, werden die Oktette Nr. 1 der MPEG-Puffer Nr 1 bis Nr. 4 gleichzeitig übermittelt.) Auch die Oktette Nr. 2 der MPEG-Puffer Nr. 1 bis Nr. 4 werden gleichzeitig übermittelt. So ist die Schreibrichtung 2408 der MPEG-Puffer die Füllsequenz der MPEG-Puffer, wenn die Zuweisungsmaps vorgeben, dass ein FMS-Datenfluss zur gleichen Oktettnummer in zwei oder mehr gleichzeitig übermittelten MPEG-Paketen geht. Weiter sind die Daten von den FMS-Datenflüssen in den EDFB- Puffern 2404 allgemein seriell oder sequenziell in ihrer Natur, wobei der Wert im Oktett 1 jedes beliebigen der EDFB-Puffer Nr. 1 bis Nr. E dem Wert des Oktetts 2 in der gleichen EDFB-Puffernummer vorausgeht. Zusätzlich erfolgt die Übermittlung eines MPEG-Pakets, das auf der Basis eines der MPEG-Puffer (in diesem Beispiel von 1 bis 4 nummeriert) geformt wird, ebenfalls sequenziell, so dass der Wert im Oktett 1 des MPEG-Puffers 1 allgemein vor dem Wert im Oktett 2 des MPEG-Puffers 1 abwärts übermittelt wird. So werden allgemein die Daten in einem FMS-Datenfluss, wie er in einem der Puffer des EDFB 2404 gehalten wird, in 24 von rechts nach links ausgelesen. Diese Daten werden erst von oben nach unten (in Übereinstimmung mit Pfeil 2408, der die MPEG-Pufferschreibrichtung anzeigt) und dann von links nach rechts in den (die) MPEG-Puffer 2404 geschrieben. Die Werte in den MPEG-Puffern 2404 werden allgemein für Downstream-Kommunikation durch eine PCS-Teilschicht und über ein Kabelübertragungsnetz von links nach rechts ausgelesen. Die Daten jedes der MPEG-Datenpuffer 2404, die von 1 bis 4 nummeriert sind, werden parallel für alle vier der beispielhaften MPEG-Datenpuffer ausgelesen, die von 1 bis 4 nummeriert sind.
Als ein Beispiel sind die Werte in den Oktetten 2431 (oder 3–1), 2432 (oder 3–2) und 2433 (oder 3–3) allgemein sequenzielle Oktette eines FMS-Datenflusses, der die FMS-Datenframes 1602 umfasst, die in 16 gezeigt werden und Ethernet/802.3-Datenframes oder Kontrollframes mit sich führen können. Der Wert des Oktetts 2431 (oder 3–1) wird aus dem Oktett 1 des Puffers Nr. 3 des EDFB 2402 ausgelesen und in das Oktett 1 des MPEG-Puffers 2404 Nr. 1 geschrieben, ehe der Wert des Oktetts 2432 (oder 3–2) aus dem Oktett 2 des Puffers Nr. 3 des EDFB 2402 ausgelesen und in das Oktett 1 des MPEG-Puffers 2404 Nr. 4 geschrieben wird. Weiter wird der Wert im Oktett 2432 (oder 3–2) aus dem Oktett 2 des Puffers Nr. 3 des EDFB 2402 ausgelesen und in das Oktett 1 des MPEG-Puffers 2404 Nr. 4 geschrieben, ehe der Wert im Oktett 2433 (oder 3–3) aus dem Oktett 3 des Puffers Nr. 3 des EDFB 2402 ausgelesen und in das Oktett 4 des MPEG-Puffers 2404 Nr. 4 geschrieben wird. Dann wird der Wert des Oktetts 2431 (oder 3–1) gleichzeitig mit dem Wert im Oktett 2432 (oder 3–2) abwärts übermittelt, obwohl die beiden Oktette in verschiedenen MPEG-Paketen mitgeführt werden, die parallel über multiple Trägerfrequenzen übermittelt werden. Ferner befördert das MPEG-Paket, das die Daten vom MPEG-Puffer 2404 Nr. 4 befördert, die Werte der beiden aufeinanderfolgenden oder sequenziellen Oktette 2432 (oder 3–2) und 2433 (oder 3–3) von einem FMS-Datenfluss, der im Puffers Nr. 3 des EDFB 2402 gehalten worden war. Das MPEG-Paket, das (auf der Basis des MPEG-Puffers 2404 Nr. 4) gebildet wird, hat aber jetzt die dazwischengefügten (mit anderen FMS-Datenflüssen verbundenen) Oktette 2413 und 2414 zwischen Oktett 2432 (oder 3–2) und Oktett 2433 (oder 3–3).
Der Prozess des Lesens aus Ethernet-Datenframepuffer(n) (EDFB) 2402, die allgemein FMS-Frames enthalten, und des Schreibens in MPEG-Puffer 2404 wird zumindest teilweise durch den Zähler 2462 getrieben. Da MPEG-Pakete eine feste Länge mit einer Nutzlast von 184 Oktetten haben, kann ein Zähler 2462 durch die Oktettpositionen des (der) MPEG-Puffer 2404 kreisen, wo allgemein MPEG-Nutzlasten fester Länge gehalten werden. Der Zähler 2462 liefert seinen Wert als eine Schreibadresse für MPEG-Puffer 2404. Der Zähler 2462 liefert seinen Wert auch als eine Leseadresse 2466 an die Zuweisungsmap 2468, die allgemein die Beziehungen verfolgt, die den Ort in den MPEG-Paketen vorgeben, wo die Oktette der FMS-Datenflüsse, die im EDFB 2404 enthalten sind, hingebracht werden sollen. Die Zuweisungsmap 2468 kann zumindest teilweise als eine Speicher-Nachschlagtabelle implementiert werden, die die Leseadresse 2466 verwendet, um den Wert aus der Speicher-Nachschlagtabelle auszulesen, die mit der Zuweisungsmap 2468 verbunden ist. Der Wert aus der Nachschlagtabelle, zusammengenommen mit den Daten von der Zeigersteuerung 2476 aus dem Schreib-Multiplexer 2474, liefert die Daten, die benötigt werden, um die Leseadresse(n) 2472 des EDFB 2402 zu erzeugen. Wie unter Bezugnahme auf 23 beschrieben, haben die Ethernet-Datenframepuffer, die in 24 als EDFB 2402 bezeichnet sind, einen oder mehrere Ringpuffer, wobei die Position in jedem der Ringpuffer auf der Basis von zumindest zwei Zeigern ermittelt wird, die mit jedem Ringpuffer verbunden sind. Die beiden Zeiger geben für jeden Ringpuffer den nächsten Schreibplatz vor, um Oktette der FMS-Frames in einen Ringpuffer des EDFB 2402 zu schreiben, und sie geben auch den nächsten Leseplatz vor, um Oktette der FMS-Frames aus dem Ringpuffer des EDFB 2402 aus- und in den (die) MPEG-Puffer 2404 einzulesen. Im Grunde verfolgen die Lese- und Schreibzeiger für jeden Ringpuffer, welche Oktette im EDFB 2402 gültige Daten von FMS-Frames enthalten und welche Oktette im EDFB 2402 noch nicht in eine MPEG-Nutzlast, wie sie durch den (die) MPEG-Puffer 2404 dargestellt wird, geschrieben worden sind.
25 zeigt ein Blockdiagramm für die Übermittlung von MPEG-Strömen in einem ASI-Format zu QAM-Modulatoren für die Übermittlung auf Downstream-Frequenzkanälen. Vier MPEG-Eingabeströme 2502 können an einen physikalischen (PHY) Transmitter 2504 einer asynchronen seriellen Schnittstelle (ASI) geliefert werden, der eine ASI-Schnittstelle 2506 als das übermittelte Ausgangssignal liefert. Die ASI-Schnittstelle 2506 liefert Eingangssignale an QAM-Modulator(en) 2508, die die elektrischen und/oder optischen Signale erzeugen, um die digitalen Daten der MPEG-Ströme im ASI-Format auf den Downstream-Frequenzkanälen 2512 zu übermitteln. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Downstream-Frequenzkanäle 6-MHz-Kanäle, wie sie gemeinhin in Kabelfernsehnetzen verwendet werden. Der Fachmann wird mit dieser Konfiguration für die Downstream-Übermittlung von MPEG-Eingabeströmen 2502 auf 6-MHz-Frequenzkanälen vertraut sein, weil sie gemeinhin in der Lieferung von digitalen CATV-Diensten verwendet wird.
QAM-Modulator(en) 2508 werden gesteuert durch und/oder liefern Rückkopplungsdaten an die TMTS-Systemsteuereinheit 2514. Allgemein erlaubt es die QAM-Steuerschnittstelle 2516 der TMTS-Systemsteuereinheit, für jeden Modulator von QAM-Modulator(en) 2508 die Downstream-Trägerfrequenz vorzugeben. Verschiedene andere Modulationsparameter können ebenfalls von der TMTS-Systemsteuereinheit 2514 über die QAM-Steuerschnittstelle 2516 an QAM-Modulator(en) 2508 übermittelt werden. Des Weiteren kann (können) QAM-Modulator(en) 2508 über die QAM-Steuerschnittstelle 2516 verschiedene Arbeitsbedingungen einschliesslich Versagen an die TMTS-Systemsteuereinheit 2514 zurückmelden. Diese Verwendung von QAM-Modulator(en) 2508, die allgemein durch Software- und/oder Hardware-Logik (und/oder Schaltkreise) in Gestalt der TMTS-Steuereinheit 2514 gesteuert werden, ist dem Fachmann bekannt, weil sie gemeinhin zur Lieferung verschiedener Dienste in CATV-Netzen verwendet werden.
26 zeigt ein Blockdiagramm einer Systemsteuereinheit, die in einem TMTS und/oder einem cTM verwendet werden kann. Die TMTS- und/oder cTM-Systemsteuereinheit 2614 ist in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Mikrosteuereinheit Motorola MPC855T Power Quick. Das Datenblatt für die MPC855T wird in seiner Ganzheit hier durch Bezugnahme einbezogen. Die TMTS- und/oder cTM-Systemsteuereinheit hat eine Parallelbus-Schnittstelle 2616, die einen 32-Bit-Adressenbus und einen 32-Bit-Datenbus umfasst. Die Adressen und Daten von der Parallelbus-Schnittstelle 2616 werden über verschiedene Steuerbus(se) 2626 durch ein ganzes TMTS und/oder cTM fortgeleitet. Ausserdem umfasst die TMTS- und/oder cTM-Steuereinheit 2614 eine 802.3-(und/oder Ethernet-)MAC-Schnittstelle 2618. Diese 802.3/Ethernet-MAC-Schnittstelle 2618 kann an eine physikalische 802.3-Schnittstelle 2628 angeschlossen werden, die die geeigneten elektrischen und/oder optischen Signale sendet und/oder empfängt, um 802.3/Ethernet-MAC-Frames über die verschiedenen Typen von physikalischen Ethernetschichten zu befördern, die der Durchschnittsfachmann kennt.
Die Ethernet/802.3-MAC-Schnittstelle 2618 kann verwendet werden, um verschiedene Steuerdaten verschiedene Protokolle zu übermitteln, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Ein gemeinhin verwendeter, nicht einschränkender Satz von Protokollen ist die TCP/IP-(transmission control protocol/internet protocol: Übertragungssteuerprotokoll/Internetprotokoll) Familie, die im Internet verwendet wird und viele Protokolle zur Ausführung unterschiedlicher Funktionen enthält. In der TCP/IP-Familie werden Telnet, HTTP (hypertext transfer protocol: Hypertext- Übertragungsprotokoll) und SNMP (simple network management protocol: einfaches Netzverwaltungsprotokoll) gemeinhin für die Konfiguration und/oder Verwaltung von Netzeinrichtungen verwendet. Zusätzlich werden FTP (file transfer protocol: Datei Übertragungsprotokoll) und TFTP (trivial file transfer protocol: triviales Dateiübertragungsprotokoll) gemeinhin verwendet, um Dateien von Konfigurationseinstellungen herunter- und/oder hinaufzuladen sowie Software- oder Firmware-Aktualisierungen auf Netzeinrichtungen herunterzuladen. Ausserdem wird das DHCP (dynamic host configuration protocol: dynamisches Hostkonfigurationsprotokoll), das eine Erweiterung des Bootstrap-Protokolls (BOOTP) ist, oft verwendet, um IP-Adressen und andere IP-Initialisierungsdaten zu konfigurieren. Der Fachmann wird wissen, dass diese gemeinhin verwendeten Protokolle nur nicht einschränkende Beispiele von Protokollen für die Handhabung von Konfiguration/Management, Software/Parameterfestlegungs-Dateientransfer und IP-Konfiguration sind. Der Fachmann wird wissen, dass viele andere Protokolle sowohl innerhalb der TCP/IP-Familie als auch ausserhalb der TCP/IP-Familie verwendet werden können, um ähnliche Funktionen auszuführen.
Weiter zeigt 26, dass die TMTS- und/oder cTM-Systemsteuereinheit 2614 an verschiedene Speichertypen angeschlossen ist, darunter einen flüchtiger Speicher oder RAM 2632, der allgemein bei der Arbeit einer TMTS- oder cTM-Systemsteuereinheit 2614 verwendet wird, sowie zwei Gebiete nichtflüchtiger Speicherung in Flash 2634 und Bootflash 2636. Allgemein enthält Flash 2634 Konfigurationseinstellungen und System-Firmware und/oder -Software, während Bootflash 2636 allgemein eine kleine Menge an Soft- und/oder Firmware enthält, die zum Hochfahren der TMTS- und/oder cTM-Systemsteuereinheit 2614 verwendet wird und dafür verantwortlich ist zu gewährleisten, dass Downloads neuer Firmware und/oder Software auf Flash 2634 korrekt angewendet werden, wenn eine andere Firmware- und/oder Software-Revision im System installiert ist. Diese Beschreibung von RAM 2632, Flash 2634 und Bootflash 2636 ist das übliche Vorgehen, wie Netzeinrichtungen flüchtige Arbeitsspeicher und nichtflüchtige Speicher für Software/Firmware und für Systemkonfigurationsparameter handhaben. Der Fachmann wird aber von vielen anderen Typen von Speichervorrichtungen und -technologien sowie auch anderen Speicherarchitekturen Kenntnis haben, die verwendet werden könnten, um eine dem RAM 2632, Flash 2634 und Bootflash 2636 ähnliche Funktionalität zu implementieren.
27 zeigt ein Blockdiagramm einer Implementierung eines MPEG-zu-ASI-Transmitters, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Cypress Semiconductor-Transmitterchip wie der CY7B923 oder der CY7B9234 SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) von der HOTLink-Chipfamilie als ASI-PHY-Transmitter 2504 in 25 verwendet. Das Blockdiagramm der 27 ist vom Datenblatt für den CY7B9234, und dieses Datenblatt ebenso wie das Datenblatt für den CY76923 werden in ihrer Ganzheit hier durch Bezugnahme einbezogen. Allgemein wird das MPEG-Eingangssignal 2702 zu einem ASI-Ausgangssignal 2704 umgewandelt. Das Eingangsfreigaberegister 2712 gibt die Oktette der MPEG-Pakete auf der Basis des 27-MHz-Referenztaktes in den Framer 2722 ein. Der Framer 2722 erzeugt einen 8-Bit/10-Bit-Code im 8-Bit/10-Bit-Kodierer 2724. Diese Daten werden dann durch den Shifter 2726 zum differenziellen Treiber 2732 hinausgeschoben, wobei der Shifter 2726 unter Verwendung von positiver emitter-gekoppelter Logik (PECL: positive emitter-coupled logic) implementiert werden kann. Eine Prüflogik 2716 wird ebenfalls als ein Input zum 8-Bit/10-Bit-Kodierer 2724 verwendet. Wegen des allgemeinen Gebrauchs von MPEG-Strömen, die über ASI-Schnittstellen in das Headend und/oder in die Verteilhubs von CATV-Netzen befördert werden, wird der Fachmann Kenntnis von anderen serienmässig hergestellten Chips sowie anderer Logik und/oder anderen Schaltkreisen haben, die als ein ASI-PHY-Transmitter 2504 verwendet werden könnten, um vier MPEG-Ströme in einen ASI-Bitstrom zu bringen.
28 zeigt ein Blockdiagramm für die Downstream-Invers-Multiplexer-Teilschicht eines Client-Transportmodems. Der Downstream-PCS 2806 gewinnt die MPEG-Ströme 1 bis P (2832 und 2834) von den QAM-modulierten 6-MHz-Downstream-Frequenzkanälen zurück. Die MPEG-Ströme werden in den Downstream-cTM-IMS-lnvers-Multiplexer 2804 geleitet, wo sie zu FMS-Frames zurückverwandelt werden, die über den gemeinsamen Downstream-Bus 2806 an die Frame-Management-Teilschicht (FMS) 2802 mit N Anschlüssen geliefert werden. Genauer gesagt, umfasst der Downstream-IMS-Invers-Multiplexer 2804 des cTM die MPEG-Puffer 1 bis P (2822 and 2824), um MPEG-Ströme 1 bis P (2832 und 2834) zu empfangen. Der MPEG-Paketprozessor 2818 ermittelt, ob die Paket-ID (PID) jedes MPEG-Pakets eine der PID ist, die Downstream-Verkehr zu diesem speziellen Client-Transportmodem befördert. Andere MPEG-Pakete mit anderen PID können Verkehr enthalten, der nicht für dieses spezielle cTM bestimmt ist, und werden daher verworfen. Der Verkehr mit anderen PID, der nicht für dieses spezielle cTM bestimmt ist, kann Verkehr enthalten, der für andere Client-Transportmodems wie auch für andere Anwendungen und Verwendungen von MPEG-Pakteten bestimmt ist. So liefern die MPEG-PID-Nummern tatsächlich einen Mechanismus für ein Zeitmultiplexen (TDM) anderer Typen von MPEG-Verkehr in den gleichen 6-MHz-Frequenzkanal, der Verkehr zu einer Mehrzahl von cTM befördert. Der MPEG-Paketprozessor 2818 besorgt die Auswahl auf der Basis der PID-Werte der richtigen MPEG-Pakete für die cTMs, unter denen multiple MPEG-Pakete sein können, die parallel über multiple 6-MHz-Frequenzkanäle übermittelt werden. Im Grunde wirkt der MPEG-Paketprozessor 2818 wie ein Auswahlfilter, der auf der Basis von PID-Werten nur die MPEG-Pakete auswählt, die PID-Werte enthalten, die für ein spezifisches cTM bestimmt sind.
Der P-Puffer × N-Frame-Multiplexer 2816 führt allgemein die Umkehrung des in 24 gezeigten Prozesses für die MPEG-Pakete mit PID aus, die Daten enthalten, die für dieses spezifische cTM bestimmt sind. Der P-Puffer × N-Frame-Multiplexer wählt die richtigen Oktette aus den ankommenden MPEG-Frames aus und stellt sie in die Frame-Puffer 1 bis N (2812 und 2814), um die FMS-Frames wieder zusammenzufügen, die Ethernet/802.3-Datenframes oder Kontrollframes im FMS-Frameformat von 16 mitführen können. Der P-Puffer × N-Frame-Multiplexer 2816 fügt die FMS-Frames aus den MPEG-Paketen auf der Grundlage einer Downstream-Map zusammen, die im Downstream-Mappuffer 2876 enthalten ist und weiter unter Bezugnahme auf 30 beschrieben wird. Der Zusammenbau der FMS-Frames aus MPEG-Paketen beginnt mit dem ersten Oktett der niedrigsten PID, die dem cTM zugewiesen wurde, und inkrementiert mit steigenden PID-Nummern (unter den den cTM zugewiesenen PID-Nummern), um zuerst das letzte Oktett wiederzugewinnen, das dem cTM in einer parallelen Übermittlung von Oktetten über multiple MPEG-Pakete auf multiplen 6-MHz-Kanälen zugewiesen wurde. Dann geht der Zusammenbau der FMS-Frames weiter, indem der gleiche Prozess für den nächsten Satz von Oktetten verwendet wird, der in parallel (in multiplen MPEG-Pakten auf multiplen 6-MHz-Frequenzkanälen) übermittelt wurde und zumindest ein dem cTM zugewiesenes Oktett besitzt. Alle anderen MPEG-Oktette, die diesem spezifischen cTM nicht zugewiesen sind, werden im Prozess verworfen.
Auf der Basis der Zuweisung von Ethernet/802.3-Uplink-Anschlüssen des Client-Transportmodems werden die wiedergewonnenen Oktette in den korrekten Framepuffer gestellt. Die Framepuffer 1 bis N (2812 und 2814), die die FMS-Frames enthalten, werden über den gemeinsamen Downstream-Bus 2806 an die FMS 2802 mit N Anschlüssen übermittelt, wo die FMS-Frames für eine Übermittlung an die Ethernet/802.3-Anschlüsse des Client-Transportmodems zu Ethernet/802.3-Frames zurückverwandelt werden. Die Steuerframes werden zur physikalischen (PHY) Kabelübertragungs-(CT-)steuerung geleitet, aber allgemein nicht zu den Ethernet/802.3-Anschlüssen eines Client-Transportmodems weitergeleitet. Die meisten Ethernet/802.3-Transceiver würden die Steuerframes als Ethernet/802.3-Fehler betrachten, weil die Steuerframes ein anderes Startframe-Delimiter-(SFD-)Oktett von 0xAE statt des richtigen SFD von 0xAB für Ethernet/802.3 besitzen. Zusätzlich zu diesem Aspekt, dass die Steuerframes eine falsche SFD für die Übertragung über Ethernet/802.3-Medien besitzen, sollten auf Grund von Sicherheitsstrategien die Steuerframedaten allgemein nicht über Ethernet/802.3-Medien verteilt werden, die mit den cTM verbunden sind.
Die Downstreammap-Zustandsmaschine 2874 nutzt die mit der cTM-Steuereinheit 2872 übermittelten Daten und den Downstreammap-Puffer 2876, um den Prozess des Wiederzusammenfügens von FMS-Frames aus den Oktetten von MPEG-Paketen zu steuern. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung steht die Downstreammap-Zustandsmaschine 2874 über den Downstream-Steuerbus 2855 mit verschiedenen Teilen des Client-Transportmodems in Verbindung. Ferner zieht der MPEG-Paketprozessor 2818 die Programmtaktreferenz (PCT) aus den ankommenden MPEG-Paketen heraus und leitet die Daten bezüglich des Taktes an die cTM-Steuereinheit 2872 weiter. Die Daten bezüglich der PCR werden durch die cTM-Steuereinheit 2872 bei der Synchronisierung ihrer Uhr mit der Uhr des TMTS verwendet. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben, ermöglicht es die PCR dem cTM, einen 8-kHz-Takt zu erzeugen, der in seiner Frequenz mit einer 8-kHz-Stratum-Referenzuhr, einer verwandten 1,544-MHz-Uhr oder einer verwandten, mit dem TMTS verbundenen 27-MHz-Uhr synchronisiert ist. Die PCR hilft dem cTM auch, für die Upstream-Übertragung der Upstream-Frequenzmultiplex-(FDM-)Töne eine genaue Trägerfrequenz zu verwenden.
Nunmehr auf 29 Bezug nehmend, benötigen das TMTS und das cTM allgemein beide ähnliche Daten bezüglich der Zuweisung von MPEG-PID und -Oktetten an spezifische Client-Transportmodems (cTM). Diese Daten können zwischen dem TMTS und dem cTM durch unterschiedliche Mechanismen übermittelt werden, die zur Übermittlung der Daten das Kabelnetz nutzen oder auch nicht nutzen können. Als ein zentraler Konzentrator hat das TMTS allgemein diese Zuweisungsdaten für jedes der Mehrzahl von angeschlossenen cTM. Hingegen ist ein cTM allgemein nur mit einem einzigen TMTS verbunden (obwohl es dem Fachmann bewusst sein wird, dass die Konzepte der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten, um ein cTM zu entwickeln, das mit multiplen TMTS in Verbindung steht). Somit unterhält das TMTS allgemein eine Zuweisungsmap von MPEG-PID und -Oktetten für jedes cTM, während ein cTM allgemein eine Zuweisungsmap von MPEG-PID und -Oktetten unterhält, die mit der Downstream-Kommunikation vom TMTS verbunden sind.
Potenziell könnten diese Daten während der Herstellung der Ausrüstungen hart in die Software/Firmware und/oder Hardware des TMTS und/oder cTM kodiert werden, wechselweise könnte der Endbenutzer eines cTM diese Daten unter Verwendung verschiedener Typen von Benutzerschnittstellen von Hand in ein cTM eingeben, und zwar mit Einstellungen, die so konfiguriert sind, dass sie mit den Einstellungen übereinstimmen, die ein Provider im TMTS verwendet. Obwohl diese Prozesse der Übermittlung der Downstream-MPEG-Konfiguration zwischen einem cTM und einem TMTS funktionieren, sind sie unflexibel, mühsam, aufwändig und fehleranfällig. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, das Kabelübertragungsnetz zu verwenden, um die Konfigurationsdaten zu verteilen. Ein Provider könnte die anfänglichen MPEG-Zuweisungskonfigurationen durch die Betriebs-, Verwaltungs- und Wartungs-(OA&M-)Schnittstellen des TMTS aufbauen. Während der Initialisierung/Registrierung kann ein cTM Daten über die eigenen MPEG-Zuweisungen vom TMTS empfangen. Durch spätere Kommunikation zwischen einem TMTS und einem cTM können die MPEG-Zuweisungen aktualisiert werden, so dass die Bandbreite verändert wird, die abwärts zwischen einem cTM und einem TMTS genutzt wird.
29 und 30 zeigen ein Verfahren der Bildung von Paketen, die diese MPEG-Zuweisungsdaten zwischen einem TMTS und einem cTM übermitteln. Allgemein werden die Zuweisungsmaps jedem cTM separat übermittelt, so dass jedes cTM die MPEG-PID und -Oktette, die jedem der anderen cTM zugewiesen werden, nicht einmal kennt. Diese Sicherheit verringert die Möglichkeit, dass jemand eine Einrichtung verwenden könnte, um Pakete auf dem Broadcast-Kabelübertragungsnetz abzufangen und Kommunikationen von Kunden zu belauschen. Ohne die richtigen Mapdaten bezüglich der Zuweisung von MPEG-PID und -Oktetten erscheinen die Downstream-Broadcastdaten der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein als ungeordneter Datensalat. Auch die Upstream-Zuweisungsmap jedes cTM für die Kommunikation über die Töne wird separat zwischen dem TMTS und den mit der Upstream-Tonzuweisungsmap assoziierten cTM übermittelt, um eine ähnliche Sicherheit in der Upstream-Richtung zu bieten. Diese getrennte Verteilung von Map-Daten bietet zusammen mit der Auftrennung von FMS-Datenflüssen in spezifische MPEG-Frames, -Oktette und Töne eine extrem sichere Zugriffsmethodologie.
Jede der 184-Oktett-Nutzlasten der Downstream-MPEG-Pakete kann einem FMS-Datenfluss eines cTM sowohl statisch als auch dynamisch – für Bandbreiten-Burstvermögen – unabhängig zugewiesen werden. Die Map dieser MPEG-PID- und -Oktett-Zuweisungen an spezifische cTM kann während periodischer Wartungsdialoge wie auch als eine Reaktion auf Bandbreitenänderungen übermittelt werden. Die Downstream-MPEG-PID- und -Oktett-Zuweisungsmap wird in einer 802.3/Ethernet-Framenutzlast variabler Länge übermittelt. Die Map hat einen 17-Oktett-Header, wie in 29 gezeigt. Sie umfasst eine TMTS-MAC-Adresse 2902 in sechs Oktetten, eine cTM-MAC-Adresse 2904 in sechs Oktetten, die Anzahl von zugewiesenen Anschlüssen eines cTM 2906 (wobei jeder Anschluss mit einem aktiven FMS-Datenfluss verbunden ist) in einem Oktett, die Anzahl von zugewiesenen Nutzlastoktetten 2908 in zwei Oktetten und die Anzahl nicht zugewiesener Nutzlastoktette 2910 in zwei Oktetten.
Wie in 30 gezeigt, umfasst das Format der tatsächlichen Downstream-MPEG-Zuweisungsmap eine TMTS-Anschluss-ID 3001 von einem Oktett und eine cTM-Anschluss-ID 3002 von einem Oktett, die zusammen einen assoziierten FMS-Datenfluss identifizieren. Im Grunde ist sowohl die TMTS-Anschluss-ID 3001 als auch die cTM-Anschluss-ID mit den Zugangsanschlussnummern in 13 verbunden, die allgemein den aktiven FMS-Datenflüssen entsprechen. Die Anzahl von verschiedenen MPEG-PID 3003, die einem aktiven FMS-Datenfluss zugewiesen werden, ist in einem Oktett enthalten. Die Werte der 13-Bit-MPEG-PID 3004, die Teil eines FMS-Datenflusses sind, sind in zwei Oktetten enthalten. Für jede der MPEG-PID 3004, die Teil eines FMS-Datenflusses sind, umfasst die MPEG-Nutzlast-Zuweisungs-Bitmap 3005 23 Oktette oder 184 Bis. Jedes Bit der 184 Bits der Bitmap 3005 ist 0, wenn das entsprechende Oktett in der 184-Oktett-MPEG-Paketnutzlast dem FMS-Datenfluss nicht zugewiesen ist, während das Bit auf 1 gesetzt ist, wenn das entsprechende Oktett in der 184-Oktett-MPEG-Paket-Nutzlast dem FMS-Datenfluss zugewiesen ist.
Allgemein hat die Struktur von 30 die Gestalt von Einträgen variabler Länge, die in 802.3/Ethernet-Frames unterschiedlicher Länge befördert werden können. Jeder Eintrag wird allgemein durch ein Paar von TMTS-Anschluss-ID 3001 und cTM-Anschluss-ID 3002 identifiziert, das sich auf einen FMS-Datenfluss bezieht. Dann bezeichnet jeder Eintrag die Nummer der MPEG-PID 3003, die dem FMS-Datenfluss zugewiesen ist. Jede der MPEG-PID 3004, die einem FMS-Datenfluss zugewiesen ist, hat eine damit verbundene 23-Oktett-(= 184-Bit-)Bitmap 3005, die die Zuweisung der 184 Oktette in einer MPEG-Nutzlast anzeigt.
Um 30 zu beschreiben, sei angenommen, dass die Anzahl zugewiesener Anschlüsse 2906 in 29 einen durch den Buchstaben W identifizierten Wert enthält. Dieser Wert von w zeigt an, dass die Downstream-MPEG-Zuweisungsmap W Einträge enthält, die durch die Paare von TMTS-Anschluss-ID und cTM-Anschluss-ID von TMTS-Anschluss-ID 1–cTM-Anschluss-ID 1 (3011 und 3012), TMTS-Anschluss-ID 1–cTM-Anschluss-ID 1 (3041 und 3042) bis zum Paar TMTS-Anschluss-ID W–cTM-Anschluss-ID W (3071 und 3072) identifiziert werden.
Der mit dem Paar TMTS-Anschluss-ID 1–cTM-Anschluss-ID 1 (3011 und 3012) verbundene Eintrag hat den Wert von X PIDs 3014. Die PID-Werte der X PIDs 3014 sind in PID 1 (3016), PID 2 (3026) und PID X (3036) enthalten. Jede der X PIDs ist mit einem 184-Bit-Bitmap-Muster assoziiert. So ist die PID 1 (3016) mit dem Bitmap-Muster 1 (3018) assoziert; PID 2 (3026) ist mit dem Bitmap-Muster 3028 assoziiert; und PID X (3036) ist mit dem Bitmap-Muster X (3038) assoziiert.
In ähnlicher Weise hat der mit TMTS-Anschluss-ID 2–cTM-Anschluss-ID 2 (3041 und 3042) assoziierte Eintrag den Wert von Y PIDs 3044. Die PID-Werte der Y PIDs 3044 sind in den PID 1 (3046), PID 2 (3056) und PID Y (3066) enthalten. Jede der Y PIDs ist mit einem 184-Bit-Bitmap-Muster assoziiert. So ist die PID 1 (3046) mit dem Bitmap-Muster 1 (3048) assoziiert; PID 2 (3056) ist mit dem Bitmap-Muster 3058 assoziiert; und PID Y (3066) ist mit dem Bitmap-Muster Y (3068) assoziiert.
Ferner hat der mit TMTS-Anschluss-ID Z–cTM-Anschluss-ID Z (3071 und 3072) assoziierte Eintrag den Wert von Z PIDs 3074. Die PID-Werte der Z PIDs 3074 sind in den PID 1 (3076), PID 2 (3086) und PID Z (3096) enthalten. Jede der Z PIDs ist mit einem 184-Bit-Bitmap-Muster assoziiert. So ist die PID 1 (3076) mit dem Bitmap-Muster 1 (3078) assoziiert; PID 2 (3086) ist mit dem Bitmap-Muster 3088 assoziiert; und PID Z (3096) ist mit dem Bitmap-Muster Z (3098) assoziiert. Die in der Map von 30 vermittelten Daten ermöglichen es sowohl dem cTM als auch den TMTS, eine vereinbarte Zuweisungsmap der Oktette von MPEG-Paketen mit unterschiedlichen PID zum Downstream-Anteil eines FMS-Datenflusses zwischen dem TMTS und dem cTM zu haben.
Upstream-Multiplexing
Es sei nun auf 31 Bezug genommen, die ein Blockdiagramm der Upstream-Kommunikation von einem cTM zu einem TMTS zeigt. Upstream-Datenframes werden bei 3102 von 31 am cTM ein- und bei 3108 ausgegeben. Die Upstream-Datenframes am Eingang 3102 und Ausgang 3108 sind FMS-Frames, die allgemein in Übereinstimmung mit 16 formatiert sind und allgemein 802.3/Ethernet-Datenframes und/oder -Steuerframes enthalten. Die Legenden in 31 bezeichnen die Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 3112 des cTM, die physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) 3114 des cTM, das Kabelübertragungs-(CT-)netz (Net) 3115, die physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) 3116 des TMTS und die Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 3118 des TMTS. Der Einfachhaeit halber ist die vom Signalisiermedium abhängige (SMD) Teilschicht des cTM und TMTS in 31 nicht gezeigt.
Allgemein kann die Kommunikation von einem cTM in der Upstream-Richtung 1 bis N FMS-Datenflüsse bei 3122 in einem cTM zu 1 bis N FMS-Datenflüssen bei 3164 in ein TMTS transportieren. Da ein TMTS eine Mehrzahl von cTM unterstützt, kann ein TMTS in Wirklichkeit N1 FMS-Datenflüsse von einem ersten cTM und N2 FMS-Datenflüsse von einem zweiten cTM unterstützen (wo N, N1 und N2 nicht negative, ganze Zahlen sind). Die N FMS-Datenflüsse 3122 von (den) cTM werden über M Töne an das TMTS übermittelt.
Die Upstream-Töne sind Frequenzkanäle. Um aber in der Lage zu sein, die Upstream-Bandbreitezuweisungen mit einer viel feineren Granularität zu verwalten als die normalen 6-MHz-CATV-Kanäle, haben die Upstream-Töne allgemein eine geringere Frequenzbandbreite als 6-MHz-Frequenzkanäle. Auch weisen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein einen Ton für die ausschliessliche Verwendung in den Upstream-Kommunikationen eines cTM zu, im Unterschied zu DOCSIS, wo ein oder mehrere Upstream-Frequenzkanäle unter Benutzung eines Zeitmultiplex-(TDMA) Verfahrens gemeinsam von multiplen Kabelmodems genutzt werden. Die TDMA-Strategie für Upstream-Kommunikation in DOCSIS führt zu Systemkomplexität bezüglich der Ausrichtung der verschiedenen Kabelmodems auf einem gemeinsam genutzten Frequenzkanal, damit die Kabelmodems trotz der unterschiedlichen Fortpflanzungsverzögerungen auf den unterschiedlichen Längen der Kabel der Übertragungsleitungen zu jedem Kabelmodem in den richtigen TDMA-Zeitschlitzen senden. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gibt es diese auf den Fortpflanzungsverzögerungsentfernungen zu den verschiedenen cTM beruhende Komplexität nicht, weil die Upstream-Töne (d.h. die Frequenzkanäle) allgemein nicht zur gleichen Zeit von multiplen cTM gemeinsam genutzt werden.
Diese Natur der nicht gemeinsamen Nutzung von Upstream-Frequenztönen, gekoppelt mit der verhältnismässig seltenen Upstream-MPEG-Übermittlung in CATV-Kabelnetzen führt zu einem anderen Upstream-Multiplexing-Schema zwischen einem cTM und einem TMTS als dem Multiplexing-Schema für die Downstream-Kommunikation. Wie der Durchschnittsfachmann weiss, werden in Kommunikationssystemen oft Fehlerprüf- und/oder Fehlerkorrekturcodes benutzt, die den Kommunikationssystemen einen Kodiergewinn verschaffen. Die ITU-T-Norm J.83 mit dem Titel „Digital Multi-Programme Systems for Television, Sound, and Data Services for Cable Distribution" [Digitale Mehrprogrammsysteme für Fernseh-, Ton- und Datendienste zur Kabelverteilung"] beschreibt allgemein eine Reed-Solomon-Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), die gemeinhin als ein Fehlerkorrekturcode für Video, Ton und/oder Daten verwendet wird, die in MPEG-Transportströmen befördert werden. Da die Upstream-Übertragung in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein von den MPEG-Transportstrompaketen oder der Reed-Solomon-FEC, die gewöhnlich für in MPEG-Transportstrompaketen beförderte Daten verwendet wird, keinen Gebrauch macht, wurde ein anderer Vorwärtsfehlerkorrekturcode gewählt, um einen Kodiergewinn in den Upstream-Datenflüssen auf den Tönen zu beschaffen. So wird in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allgemein ein Turbo-Produktcode für die Upstream-FEC verwendet.
31 zeigt N FMS-Datenflüsse 3122, die in den Upstream-Multiplexer 3124 eintreten, um über M Ton-FEC-Flüsse 3126 ausgebreitet zu werden, die in den FEC-Framekodierer 3128 eingegeben werden. Der FEC-Framekodierer erzeugt Daten in einem FEC-Blockdatenformat 3132, die zur Frequenzmultiplex-(FDM) QAM-Modulation 3134 weitergegeben werden. Die Daten auf den M Tönen 3136 pflanzen sich über das Kabelübertragungsnetz 3145 stromauf zur FDM-QAM-Demodulation 3152 im TMTS fort. Nach der Demodulation wird das FEC-Blockdatenformat bei 3154 wiedergewonnen und in den FEC-Framedekodierer 3156 eingegeben, der die Turbo-Produktcode-Dekodierung und/oder -Fehlerkorrektur ausführt, um M Ton-FEC-Flüsse 3158 zu erzeugen. Diese M Ton-FEC-Flüsse 3158 werden zum Upstream-Invers-Multiplexer 3162 weitergegeben, der die ursprünglichen N FMS-Datenflüsse 3164 wieder zusammenfügt.
32 zeigt, wie die Frequenzbandbreite eines 6-MHz-Frequenzkanals (oder Kanalblocks) 3202 in 14 verwendbare Töne 3204 unterteilt werden kann, die alle selbst Frequenzkanäle sind. 32 zeigt tatsächlich 16 Mittenfrequenzen (0 bis 15). Das Rolloff des internen Filterns innerhalb des FDM-Modulators macht aber die Frequenz 0 und die Frequenz 15 unbrauchbar. Das Mehrkanal-FDM-Vorgehen bei den Upstream-Tönen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der herkömmlichen diskreten Mehrton-(DMT: discrete multi-tone) Modulation, weil die 14 Töne in der Frequenzdomäne völlig getrennt und unabhängig voneinander sind.
Durch die Unterteilung des Frequenzspektrums eines 6-MHz-Kanalblocks in kleinere Frequenzkanäle von 14 Tönen können die Frequenzbandbreitezuweisungen an Client-Transportmodems mit einer viel feineren Granularität verwaltet werden. Diese feinere Granularität der 14 Töne führt (im Gegensatz zu 6-MHz-Frequenzkanalblöcken) auf der Basis der Bandbreiteerfordernisse von Anwendungen und der Zahlungsbereitschaft des Kunden zu wirksameren Bandbreitezuweisungen an ein Client-Transportmodem. Die feinere Granularität der 14 Töne ermöglicht Frequenzbandbreitezuweisungen, die viel besser mit den Kundenanforderungen bei einem Client-Transportmodem übereinstimmen.
Des Weiteren hat die Unterteilung eines 6-MHz-Kanalblocks in 14 Töne zusätzliche Übertragungsvorteile. Da der Frequenzbereich für einen der 14 Töne kleiner als der Frequenzbereich eines 6-MHz-Kanalblocks ist, wird die Dispersion (bzw. die Fortpflanzungsverzögerung der elektromagnetischen Wellen, die sich mit der Frequenz ändert) innerhalb jedes der 14 Töne im Vergleich zum 6-MHz-Kanalblock verringert. Wegen der allgemein geringeren Dispersion (oder frequenz-abhängigen Fortpflanzungsverzögerung) innerhalb eines Tones von den 14 Tönen im Vergleich zu der Dispersion innerhalb eines 6-MHz-Frequenzkanalblocks hat jeder der Töne allgemein eine niedrigere Gruppenverzögerung. Bei einer niedrigeren Gruppenverzögerung für jeden der 14 Töne erhöht sich allgemein das Signal-Rausch-Verhältnis eines Tones, und der Ton kann bei einer höheren Datenrate arbeiten. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine höhere Datenrate für einen Ton erreicht, indem der Modulationsindex erhöht wird, der 2, 4, 6 oder 8 sein kann. Auch wird der Modulationsindex für jeden der 14 Töne unabhängig gewählt, um den physikalischen Leistungseigenschaften (einschliesslich der Gruppenverzögerungseigenschaften) des kleinen Anteils des Frequenzspektrums, der von einem der 14 Töne eingenommen wird, zu entsprechen. So ermöglicht die Aufteilung der Frequenzbandbreite eines 6-MHz-Kanalblocks in 14 kleinere Frequenzbandbreiten (die hier Töne genannt werden) eine wirksamere Anpassung der Übertragungsparameter, um enger mit den physikalischen Eigenschaften des Übertragungsnetzes übereinzustimmen.
Zusätzlich zeigt 32 einen weiteren wichtigen Grund für die genaue Verteilung der Netztaktung. Jeder der 14 Upstreamtöne in 32 wird eventuell durch ein anderes Client-Transportmodem (cTM) übermittelt. Um sicherzustellen, dass die Übermittlungen von einem cTM auf einem Ton nicht zufällig mit den Übermittlungen eines anderen cTM auf einem benachbarten Ton überlappen, braucht jedes cTM eine ziemlich genaue Frequenzreferenz (d.h. Uhr), um die richtige Modulation korrekt aufzubauen und im richtigen Frequenzton zu senden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel sei angenommen, dass einem ersten cTM die Frequenz 1 von 32 zugewiesen wurde, während einem zweiten cTM die Frequenz 2 von 32 zugewiesen wurde. Wenn das erste cTM eine ungenaue Frequenzreferenz hat und bei einer geringfügig höheren Frequenz sendet, während das zweite cTM eine ungenaue Frequenzreferenz hat und bei einer geringfügig niedrigeren Frequenz sendet, werden die Sendungen der beiden cTM einander stören. Dieses Problem wird gemildert, indem sichergestellt wird, dass jedes cTM in seiner Frequenz mit einer Uhr synchronisiert ist, die genau genug ist, um dieses Problem von Frequenzüberlappung bei multiplen cTM, die unter Verwendung von Frequenzmultiplexing (FDM) senden, zu vermeiden.
Unterteilung von Upstream-Daten
Um eine niedrige Latenz der Frameübermittlung zu gewährleisten, kann ein FMS-Frame für eine Parallelübertragung über multiple Upstreamtöne (d.h. Upstream-Frequenzkanäle) ausgebreitet werden. Weiter kann jeder aktive Upstreamton einen andern QAM-Index von 2, 4, 6 oder 8 haben, was dem QPSK (quadrature Phase shift keying: Quadraturphasenabtastung), 16 QAM, 64 QAM und 256 QAM entspricht. Die auf jedem der Upstreamtöne verwendete Upstream-Symbolrate ist aber allgemein über alle Upstreamtöne hinweg gleich. Ferner erwartet der Vorwärtsfehlerkorrektur-Framekodierer Datenblöcke, um die über einen Ton zu übermittelnden Bitströme zu erzeugen. Daher werden die sequenziellen Oktette eines FMS-Datenflusses in 402-Oktett- oder 3216-Bit-Blöcke byte- oder Oktett-gemultiplext. Vor Anwendung der Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-) Kodierung wird eine zyklische Vier-Oktett- oder 32-Bit-Redundanzprüfung (CRC) zu den 402 Oktetten hinzugefügt, um 3216 + 32 = 3248 Bits zu ergeben. Ausserdem wird ein Extrabit zu den 3248 Bits hinzugefügt, um 3249 Bits zu ergeben, was 57 im Quadrat (d.h. 57 × 57) entspricht, da die Turbo-Produktkodierung an einem zweidimensionalen Bitquadrat ausgeführt werden kann. Der Fachmann wird wissen, dass Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturcodes in Kommunikationssystemen oft verwendet werden, um einen Kodiergewinn zu erzielen. Die Entscheidung, zwei Ebenen von Fehlererkennung und/oder Fehlerkorrektur mit einer Vier-Oktett-CRC und einer 2D-Turbo-Produktcode-FEC von (57/64) × (57/64) zu verwenden, ist nur ein nicht einschränkendes Beispiel einer spezifischen Kodiermethodologie, die für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gewählt wurde. Dem Fachmann werden die Konzepte der Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturcodes bewusst sein, und er wird auch wissen, dass andere Methodologien und Fehlerkontrollcodes ebenfalls mit den Konzepten der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden könnten. Es ist beabsichtigt, dass diese anderen Fehlerkontrollcodes und die Verwendung solcher Codes potenziell auf mehreren Ebenen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Diese 3216-Bit-Datenblöcke können weiter zu vier aufeinanderfolgenden Blöcken von je 3216 Bits geformt werden, wobei jeder der vier Blöcke verwendet wird, um die Unterschiede in den vier möglichen QAM-Indices von 2, 4, 6 und 8 zu verarbeiten, die für jeden Upstreamton (d.h. Upstream-Frequenzkanal) unabhängig gewählt werden kann. Im Vergleich zum Datendurchsatzvermögen eines Tones, der mit einem QAM-Index von 8 betrieben wird, liefern Töne, die mit QAM-Indices von 2, 4 und 6 betrieben werden, Durchsätze von 1/4, 1/2 bzw. 3/4 des Durchsatzes mit einem QAM-Index von 8. Um Datenblöcke, die über Töne mit unterschiedlichen QAM-Indices geschickt werden, die unter den Werten von 8, 6, 4 und 2 ausgewählt wurden, korrekt auszurichten, füllt die Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des cTM 0, 1, 2 bzw. 3 der 3216-Bit-Upstream-Datenblöcke mit Nullen. Obwohl diese aufgefüllten Blöcke von Nullen in den Vorwärtsfehlerkorrektur-Dekodierer eingegeben werden, werden sie durch die physikalische Kodier-Teilschicht des cTM vor der Upstream-Übermittlung entfernt. Die physikalische Kodier-Teilschicht des TMTS ersetzt auf der Basis des QAM-Indexes eines Tones die aufgefüllten Blöcke, ehe die Daten durch den TMTS-FEC-Dekodierer geführt werden.
33 zeigt vier Datenblöcke von je 3216 Bits, die dem L-ten Ton oder Ton L übergeben werden könnten, der einem cTM zugewiesen ist. Wenn Ton L einen QAM-Index von 8 hat, dann enthalten der Datenblock 1 (3312), der Datenblock 2 (3314), der Datenblock 3 (3316) und der Datenblock 4 (3318) des Tons L je 3216 Bits von Daten von FMS-Frames, während keine Datenblöcke von Ton L mit Nullen aufgefüllt sind. Wenn Ton L einen QAM-Index von 6 hat, dann enthalten der Datenblock 1 (3312), der Datenblock 2 (3314) und der Datenblock 3 (3316) des Tones L je 3216 Bits von Daten von FMS-Frames, während Block 4 (3318) des Tones L mit Nullen aufgefüllt ist. Wenn Ton L einen QAM-Index von 4 hat, dann enthalten der Datenblock 1 (3312) und der Datenblock 2 (3314) von Ton L je 3216 Bits von Daten von FMS-Frames, während Datenblock 3 (3316) und Datenblock 4 (3318) des Tones L beide mit Nullen aufgefüllt sind. Wenn Ton L einen QAM-Index von 2 hat, dass enthält der Datenblock 1 (3312) des Tones L 3216 Bits von Daten von FMS-Frames, während Datenblock 2 (3314), Datenblock 3 (3316) und Datenblock 4 (3318) des Tones L alle mit Nullen aufgefüllt sind. 33 zeigt auch, dass vier 3216-Bit-Datenblöcke sich zu (4 × 3216) 12 864 Bits eines Blockdatenframes 3320 addieren.
Jeder Tondatenblock wird in den FEC-Kodierer eingegeben, der zuerst eine 32-Bit- oder Vier-Oktett-CRC sowie ein weiteres Bit hinzufügt, um eine Gruppe von 3216 + 32 + 1 = 3249 Bits zu erzeugen. Dann führt der FEC-Kodierer eine zweidimensionale Turbo-Produktkodierung (TPC: turbo product coding) an den 57 × 57- = 3249-Bit-Blöcken aus. Der 2D-TPC erzeugt auf der Basis von zweidimensionalen Quadraten von Datenbits Fehlerkontrollbits. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde entschieden, die 57 × 57 = 3249 Bits (einschliesslich eines Datenblocks von 3216 Bits, einer 32-Bit-CRC und eines Extrabits) zu einem 64 × 64- = 4096-FEC-kodierten Block zu kodieren. Dieser spezifische 2D-TPC-Code hat einen Wirkungsgrad von (57 × 57)/(64 × 64) = 79,32 %. Eigentlich beträgt der Wirkungsgrad ((57 × 57) – 1)/(64 × 64) = 79,30 %, da ein Bit zu den 406 Oktetten hinzugefügt wurde, um eine Anzahl von Bits zu erhalten, die ein vollkommenes 57 × 57-Quadrat für eine 2D-TPC ist. Wenn die Vier-Oktett- oder 32-Bit-CRC in die Berechnung des Wirkungsgrades einbezogen wird, ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad aus der CRC und dem 2D-TPC-Code von 3216 Bits/4096 Bits = 78,52 %. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass andere FEC-Kodierverfahren verwendet werden könnten und auch andere Gruppierungen von Bits zu Datenblöcken zur Erzeugung von FEC-Bits hätten gewählt werden können. Des Weiteren können Codes mit verschiedenen Wirkungsgraden implementiert werden, um eine unterschiedliche Bitfehlerleistung in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Nach Ausführung der FEC-Kodierung haben die anfallenden FEC-kodierten Blöcke je 4096 Bits. 34 zeigt vier kodierte FEC-Blöcke für Ton L bzw. den L-ten Ton eines cTM. Vier FEC-kodierte 4096-Bit-Blöcke (3412, 3414, 3416 und 3418) des Tones L addieren sich zu 4 × 4096 = 16 384 Bits eines FEC-kodierten Blockdatenframes 3420. Um ein korrektes Framing der FEC-kodierten Blöcke zu ermöglichen, werden Syncwörter 3402 verwendet, um sicherzustellen, dass der Empfänger im TMTS die Grenzen von FEC-kodierten Blockdatenframes 3420 finden kann. Da aber der QAM-Index verschiedener Töne unter den Werten von 2, 4, 6 und 8 unterschiedlich ausgewählt sein kann, variiert in Wirklichkeit die Grösse des Syncwortes 3402, um die Unterschiede in den Bitraten zwischen Tönen zu handhaben, die mit den verschiedenen QAM-Indices arbeiten. Das Syncwort 3402 umfasst allgemein ein oder mehrere Oktette von 0x47 hexadezimal. Wie in 34 gezeigt, beträgt die Länge oder Grösse (K) des Syncwortes zwei Oktette für einen Ton mit einem QAM-Index von 2, vier Oktette für einen Ton mit einem QAM-Index von 4, sechs Oktette für einen Ton mit einem QAM-Index von 6 und acht Oktette für einen Ton mit einem QAM-Index von 8. Da die Symbolraten auf jedem der Upstreamtöne allgemein die gleichen sind, kann ein Ton mit einem QAM-Index von 2 ein 2-Oktett-Syncwort von 0x47 0x47 innerhalb einer Zeit T übermitteln; ein Ton mit einem QAM-Index von 4 kann ein 4-Oktett-Syncwort von 0x47 0x47 0x47 0x47 innerhalb der gleichen Zeit T übermitteln; ein Ton mit einem QAM-Index von 6 kann ein 6-Oktett-Syncwort von 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 innerhalb der gleichen Zeit T übermitteln; und ein Ton mit einem QAM-Index von 8 kann ein 8-Oktett-Syncwort von 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 0x47 innerhalb der gleichen Zeit T übermitteln. Somit wird das Syncwort allgemein während einer Zeit T übermittelt, die vom QAM-Index unabhängig ist.

Tabelle 5 zeigt allgemein die Operationen der Framing-Funktion von verschiedenen cTM- und TMTS-Teilschichten. Tabelle 5 – Framing-Funktionen von Teilschichten im cTM und im TMTS

	cTM-IMS	cTM-PCS	TMTS-PCS	TMTS-ICM
Schritte:	1. Erzeuge A Datenblöcke und 2. Erzeuge B Füllblöcke	1. Verwirf B Füllblöcke und 2. Füge ein C Oktette langes Sync-wort ein	1. Erlange Syncwort-Sperre, 2. Entferne das Syncwort und 3. Füge B Füllblöcke ein	2. Verwirf B Füllblöcke
QAM-Index
2	A = 1 B = 3	B = 3 C = 2	B = 3	B = 3
4	A = 2 B = 2	B = 2 C = 4	B = 2	B = 2
6	A = 3 B = 1	B = 1 C = 6	B = 1	B = 1
8	A = 4 B = 0	C = 0 C = 8	B = 0	B = 0

35a zeigt ein Beispiel eines Datenblocks 3502 des Tones L oder eines Datenblocks für den L-ten Ton eines cTM. Der Datenblock umfasst 402 Daten-Oktette oder -Bytes (von 0 bis 401 nummeriert), die sich zu 402 Oktetten×8 Bits/Oktett = 3216 Bits summieren. Zu den 402 Daten-Oktetten fügt der Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-) Chip, der in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vier Oktette oder 32 Bits für eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) hinzu, was 406 Oktette oder 3248 Bits (= 406 Otkette×8 Bits/Oktett) ergibt. Weiter wird ein nicht verwendetes Extrabit 3404 zu dem 406 Bytes oder Oktetten hinzugefügt, um eine Anzahl (3249) zu erhalten, die ein vollkommenes Quadrat von 57 × 57 für eine 2D-TPC ist.
35b zeigt weiter die 2D-TPC-FEC-Kodierung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der L-te Ton oder Ton L eines cTM wird zum FEC-kodierten Block 3512 des Tones L kodiert, der 3249 Bits (von den 3216 Datenbits, den 32 CRC-Bits und einem nicht verwendeten Extrabit) enthält, wie in Kästchen 3514 gezeigt. Ferner werden 847 Fehlerkontrollbits zum FEC-kodierten Block 3512 des Tones L hinzugefügt, wie durch den Teil 3516 des 64 Bit × 64 Bit-Quadrats gezeigt, der sich ausserhalb des 57 Bit×57 Bit-Quadrats befindet.
36a zeigt, wie die aufeianderfolgenden Oktette eines FMS-Datenflusses in die Datenblöcke von 402 Oktetten oder 3216 Bits geteilt werden. Weiter bezieht sich allgemein jeder Datenblock direkt auf einen Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Block, der in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung 4096 Bits ist. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass die Entscheidung, in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die FMS-Datenflüsse in 402-Oktett- oder 3216-Bit-Datenblöcke zu teilen, nur ein nicht einschränkendes Beispiel einer Möglichkeit für die Teilung der Daten ist. Es ist beabsichtigt, dass andere Datenteilungen in Blöcke einer anderen Grösse ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Dem Fachmann wird ferner bewusst sein, dass Fehlerkontrollkodierverfahren sowohl Konvolutions- als auch Blockcodes verwenden. Obwohl 36a eine allgemeine Eins-zu-eins-Beziehung zwischen einem Datenblock und einem FEC-Block zeigt, wird der Fachmann wissen, dass einige auf Speichern basierende tatsächlich frühere Daten nutzen können, um kodierte Datenströme zu bilden. So wird es dem Fachmann bewusst sein, dass einige Fehlerkontrollkodierverfahren tatsächlich einige frühere Daten aus Datenblock 1 und/oder FEC-Block 1 benutzen könnten, um FEC-Block 2 zu bilden. Obwohl dieser Typ von Beziehung in 36a nicht gezeigt ist, ist beabsichtigt, dass der Umfang der Konzepte der vorliegenden Erfindung solche auf Speichern beruhende Kodierverfahren abdeckt.
36b zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel von 19 Blöcken, die in einem Superframe übertragen werden können. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht sich ein Superframe allgemein auf die Anzahl von Upstream-Blöcken eines FMS-Datenflusses, der in 2048 Symboltaktperioden übermittelt wird. Für das nicht einschränkende Beispiel von 36b könnten die 19 Blöcke in 2048 Symboltaktperioden übermittelt werden, indem zwei aktive Töne bei 256 QAM verwendet werden, um je vier Blöcke zu übermitteln, ein aktiver Ton bei 64 QAM verwendet wird, um einen Block zu übermitteln, drei aktive Töne bei 16 QAM verwendet werden, um je zwei Blöcke zu übermitteln, und zwei aktive Töne bei QPSK verwendet werden, um je einen Block zu übermitteln. Wie in 36b gezeigt, geht Block 1 (oder Blk 1) allgemein den Blöcken 2 bis 19 (Blk 2-Blk 19) im FMS-Datenfluss voran. Vor Eintreten in den FEC-Kodierer in einem cTM hat jeder Block allgemein 402 Oktette oder 3216 Bits. Während der Upstream-Übertragung hat jedes Oktett allgemein 4096 Bits. Nach dem Austritt aus dem FEC-Dekodierer in einem TMTS hat jeder Block allgemein wieder 402 Oktette oder 3216 Bits. Daher könnten die Blöcke (Blk 1-Blk 19) von 36b und 36c entweder die 3216-Bit-Datenblöcke oder die 4096-Bit-FEC-Blöcke darstellen.
Allgemein beträgt die Symbolrate für jeden Ton der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung 337 500 Symbole pro Sekunde. Bei dieser Symbolrate stellen die 19 Blöcke ungefähr die Menge an Bandbreite dar, die erforderlich ist, um ein 10-Mb/s-Ethernet zu unterstützen. Eine grobe Berechnung der durch 19 Blöcke gelieferten Bandbreite ist verhältnismässig unkompliziert: (19 Blöcke/2048 Symboltaktperioden) × (402 Oktette/Block) × (8 Bits/Oktett) × (337 500 Symboltaktperioden/Sekunde) = 10,07 Mb/s. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass die tatsächlichen Durchsatzberechnungen ein wenig komplizierter sind und von anderen Faktoren, darunter den indirekten Kosten, der Mischung aus grossen und kleinen Paketen und dem Ausmass des Oktettstopfens abhängt. Dem Fachmann wird auch bewusst sein, dass gemeinsam genutzte 10-Mb/s-Ethernetsegmente wegen der Möglichkeit von Kollisionen allgemein nicht mit dem vollen Durchsatz von 10 Mb/s arbeiten. Dieses Beispiel mit einem Durchsatz von 19 Blöcken ist nicht einschränkend und nur veranschaulichend gemeint. Durch dieses nicht einschränkende Beispiel wird es dem Fachmann bewusst sein, wie die Konzepte der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um verschiedene Datenraten zu unterstützen, darunter – aber nicht ausschliesslich – Raten, die den verschiedenen üblichen Ethernet/802.3-Datenraten von 10 Mb/s, 100 Mb/s und/oder 1 Gb/s ähnlich sind.
36c zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel, wie die 19 Blöcke von 36b zur Übertragung auf einem oder mehreren Upstreamtönen in einen Superframe gestellt werden könnten. In 36c sind Töne in zwei verschiedenen Frequanzkanälen (0 und 4) aktiv, um einen FMS-Datenstrom von einem Client-Transportmodem (cTM) stromauf zu befördern. Die Frequenzkanäle 0 und 4 in 36c können in ihrer Frequenz benachbart oder nicht benachbart sein. Weiter sind die Nummern der Frequenzkanäle in 36c (nämlich 0 und 4) nicht notwendigerweise bindend für das durch einen Frequenzkanal tatsächlich verwendete Frequenzband. So könnte der Frequenzkanal 4 bei einer niedrigeren Frequenz liegen als der Frequenzkanal 0 oder auch nicht.
In dem nicht einschränkenden Beispiel von 36c ist innerhalb des Frequenzkanals 0 der Ton 3 bei 256 QAM aktiv, der Ton 5 ist bei 16 QAM aktiv, der Ton 7 ist bei 64 QAM aktiv, der Ton 10 ist bei 16 QAM aktiv und der Ton 14 ist bei QPSK aktiv. Innerhalb des Frequenzkanals 4 ist der Ton 2 bei 16 QAM aktiv, der Ton 9 ist bei QPSK aktiv, der Ton 14 ist bei 256 QAM aktiv. Obwohl in 36c nicht gezeigt, könnten andere Töne innerhalb des gleichen Frequenzkanals (der gleichen Frequenzkanäle) gleichzeitig mit der Verwendung der aktiven Töne von 36c für ein die 19 Blöcke aufwärts übermittelndes Transportmodem durch andere Client-Transportmodems (cTM) verwendet werden. Weiter könnte das gleiche Client-Transportmodem (cTM), das die 19 Blöcke eines TMS-Datenflusses übermittelt, wie in 36c gezeigt, gleichzeitig einige der anderen Töne (möglicherweise innerhalb der gleichen Frequenzkanäle 0 und 4) verwenden, um einen anderen FMS-Datenfluss zu befördern.
36c zeigt die Blockfüllordnung für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Blöcke eines Superframes gefüllt, indem mit dem Ton mit der tiefsten Nummer und der Frequenz mit der tiefsten Nummer begonnen wird. Zu Beginn wird ein erster Block für jeden aktiven Ton mit einem QAM-Index von 2, 4, 6 oder 8 erzeugt. Als Nächstes wird ein zweiter Block für jeden aktiven Ton mit einem QAM-Index von 4, 6 oder 8 erzeugt. Dann wird ein dritter Block für jeden aktiven Ton mit einem QAM-Index von 6 oder 8 erzeugt. Schliesslich wird ein vierter Block für jeden aktiven Ton mit einem QAM-index von 8 erzeugt. 36c zeigt, wie die 19 Blöcke von 36b nach dieser allgemeinen Füllreihenfolge in einen Superframe gestellt werden. Die durchgezogenen Pfeile unter den Blöcken und die gestrichelten Pfeile veranschaulichen diese Blockfüllreihenfolge für die Bildung von Superframes graphisch. Des Weiteren wird es einem Fachmann bewusst sein, dass andere Blockfüllreihenfolgen gewählt werden könnten und dass die in 36c gezeigte Füllreihenfolge nur ein nicht einschränkendes Beispiel möglicher Füllreihenfolgen ist, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten.
Zusätzlich zu einem Beispiel der Blockfüllreihenfolge zeigt 36c auch die Übertragungszeitfolge der 19 Blöcke. Auf der rechten Seite von 36 zeigt ein Pfeil die Zeitachse für die Übertragung auf den Tönen. In den 2048 Symboltaktperioden eines Superframes werden die Zeitabschnitte von 0, 512, 1024, 1536 und 2048 Symboltaktperioden allgemein dadurch angezeigt, dass längere gestrichelte Linien verwendet werden, die oft durch die unterschiedlichen 19 Blöcke von 36c hindurchgehen. Nach 0 Symboltaktperioden ist allgemein kein Teil der 19 Blöcke übermittelt worden. Nach 512 Symboltaktperioden sind die folgenden Blöcke oder Teilblöcke übermittelt worden: der ganze Block 1, eine Hälfte des Blocks 2, die ersten drei Viertel des Blocks 3, die erste Hälfte des Blocks 4, das erste Viertel des Blocks 5, die erste Hälfte des Blocks 6, das erste Viertel des Blocks 7 und der ganze Block 8. Nach 1024 Symboltaktperioden sind die folgenden Blöcke oder Teilblöcke übermittelt worden: der ganze Block 9, die zweite Hälfte des Blocks 2, das letzte Viertel des Blocks 3 und die erste Hälfte des Blocks 11, die zweite Hälfte des Blocks 4, das zweite Viertel des Blocks 5, die zweite Hälfte des Blocks 6, das zweite Viertel von Block 7 und der ganze Block 14. Nach 1536 Symboltaktperioden sind die folgenden Blöcke oder Teilblöcke übermittelt worden: der ganze Block 15, die erste Hälfte von Block 10, die zweite Hälfte von Block 11 und das erste Viertel von Block 16, die erste Hälfte von Block 12, das dritte Viertel von Block 5, die erste Hälfte von Block 13, das dritte Viertel von Block 7 und der ganze Block 17. Nach 2048 Symboltaktperioden sind die folgenden Blöcke oder Teilblöcke übermittelt worden: der ganze Block 18, die zweite Hälfte von Block 10, die letzten drei Viertel von Block 16, die zweite Hälfte von Block 12, das letzte Viertel von Block 5, die zweite Hälfte von Block 13, das letzte Viertel von Block 7 und der ganze Block 19. Somit sind im nicht einschränkenden Beispiel von 36c nach einem Superframe von 2048 Symboltaktperioden alle 19 Blöcke (1 bis 19) übermittelt worden.
Obwohl in 36b die 19 Blöcke allgemein als aufeinanderfolgend gezeigt werden, können in Wirklichkeit zwischen den Blöcken Zwischenbits vorhanden sein. Allgemein beziehen sich die 19 Blöcke auf aufeinanderfolgende Anteile eines FMS- Datenflusses. Das tatsächliche Eingangssignal zum und/oder aus dem Vorwärtsfehlerkontroll-(FEC-)Kodierer und/oder -Dekodierer kann zusätzliche Bits enthalten, die gebraucht werden, um die Schnittstelle der Verarbeitungslogik des FEC-Kodierers und/oder -Dekodierers korrekt zu benutzen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verarbeitet die Verarbeitungslogik des FEC-Kodierers und/oder -Dekodierers (die weiter unter Bezugnahme auf 37 und 41 beschrieben wird) allgemein nur je sieben Töne bzw. die Hälfte eines 6-MHz-Kanalblocks. Somit werden einige der 19 Blöcke eventuell seriell in die gleiche FEC-Verarbeitungslogik eingegeben (oder daraus gewonnen). Während einer gleichzeitigen Zeitperiode bzw. parallel können andere Blöcke seriell in andere FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel sei 36c betrachtet. Es sei angenommen, dass ein erster Teil der FEC-Verarbeitungslogik die Töne 1 bis 7 des Frequenzkanals 0 unterstützt, während ein zweiter Teil der FEC-Verarbeitungslogik die Töne 8 bis 14 des Frequenzkanals 0 unterstützt, ein dritter Teil der FEC-Verarbeitungslogik die Töne 1 bis 7 des Frequenzkanals 4 unterstützt und ein vierter Teil der FEC-Verarbeitungslogik die Töne 8 bis 14 des Frequenzkanals 4 unterstützt. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten Blöcke 1, 2, 3, 9, 10, 11, 15, 16 und 18 seriell in den ersten Teil der FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden. Ferner könnten in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Blöcke 4, 5 und 12 seriell in den zweiten Teil der FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden. Ausserdem könnten in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Blöcke 6 und 13 seriell in den dritten Teil der FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden. Des Weiteren könnten in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Blöcke 7, 8, 14, 17 und 19 seriell in den vierten Teil der FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden. Die Eingabe in (und/oder Ausgabe aus) den verschiedenen Teilen der FEC-Verarbeitungslogik kann parallel erfolgen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Block 1 von Ton 3 des Frequenzkanals 0 (oder der dritte Ton der ersten Hälfte des Frequenzkanals 0) in den ersten Teil der FEC-Verarbeitungslogik und gleichzeitig Block 4 des Tones 10 des Frequenzkanals 0 (oder der dritte Ton der zweiten Hälfte des Frequenzkanals 0) in den zweiten Teil der FEC-Verarbeitungslogik eingespeist werden. Somit soll 36b nur die aufeinanderfolgende Natur der mit FMS-Datenflüssen verbundenen Blöcke zeigen. 36b soll dabei nicht anzeigen, dass die Blöcke während der Verarbeitung immer einander benachbart sind. Stattdessen können zwischen den mit einem FMS-Datenfluss verbundenen Blöcken Zwischenbits vorhanden sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel von Zwischenbits können die Zwischenbits mit anderen FMS-Datenflüssen verbunden sein, sie könnten sich auch auf Bits beziehen, die gebraucht werden, um die verschiedenen Software- und/oder Hardware-Schnittstellen wie zum Beispiel eine Schnittfläche zur FEC-Verarbeitungslogik richtig zu benutzen.
Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des Upstream-Client-Transportmodems (cTM)
37 zeigt ein Blockdiagramm des Upstream-Multiplexers in einem cTM. Allgemein besorgt der Upstream-Multiplexer das Multiplexen der Upstream-Oktette (oder – Bytes) von FMS-Frames in Puffer, die zu aktiven Upstream-Tönen führen, die zugewiesen worden sind, um einen spezifischen FMS-Datenfluss zu befördern. Ausserdem besorgt der Upstream-Multiplexer in einem cTM das Framing von Daten zu Blockdatenframes, wie in 33 gezeigt. In 37 werden FMS-Datenflüsse von der Frame-Management-Teilschicht (FMS) 3702 in den Upstream-Byte-(oder Oktett-)Multiplexer 3712 eingegeben. Der Upstream-Byte-Multiplexer 3712 leitet Daten für aktive Töne zu den Datenblockframern 1 bis J (3714 und 3716). Die Datenblockframer 3714 und 3716 leiten die Datenblöcke durch die Blöcke 1 bis J (3706 und 3708) des Kabelübertragungsnetzkanals zur Kodierung 3704 in der physikalischen Kodier-Teilschicht des Upstream-cTM.
Die Blöcke 3706 und 3708 des Kabelübertragungsnetzkanals sind allgemein die Blöcke, die eine Mehrzahl von frequenzgemultiplexten Upstreamtönen (oder Frequenzkanälen, die je eine geringere Frequenzbandbreite besitzen) umfassen und in einem Frequenzkanal grösserer Bandbreite befördert werden, der selbst mit anderen Frequenzkanälen grösserer Bandbreite frequenzgemultiplext sein kann. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Frequenzkanäle geringerer Bandbreite die 14 Töne, die in einem 6-MHz-Frequenzkanal grösserer Bandbreite befördert werden können, der in CATV-Netzen gemeinhin als ein Kanal bezeichnet wird. Dieses Multiplexing von multiplen Tönen kleiner Bandbreite in 6-MHz-Kanäle wurde weiter unter Bezugnahme auf 32 beschrieben. So sind in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Blöcke 1 bis J (3706 und 3708) des Kabelübertragungsnetzkanals mit 6-MHz-Frequenzkanälen verbunden.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bandbreite (oder die Verarbeitungsleistung) der Hardware, die mit der Vorwärtsfehlerkorrektur befasst ist (d.h. des 2D-TPC-FEC-Kodierers der physikalischen Kodier-Teilschicht) derart, dass sie die kodierten FEC-Blöcke von 4096 Bits aus den 3216-Bit-Datenblöcken für sieben Töne erzeugen könnten, von denen jeder mit einem QAM-Index von 8 arbeitet. Obwohl ein QAM-Index von 8 zum höchsten Datendurchsatz auf einem Upstreamton führt, verursacht dieser QAM-Index von 8 die schlimmstmögliche Beanspruchung der Verarbeitungsleistung, mit der die FEC-Kodierung erzeugt wird, da die FEC-Verarbeitung allgemein abgeschlossen sein sollte, um einen FEC-kodierten Block zur Übertragung bereit zu haben, wenn die QAM-Modulatoren mit dem Index 8 bereit sind, den nächsten Block zu senden. Diese Verarbeitungsgrenzen der FEC-Rechenhardware beziehen sich konkret nur auf eine besondere Implementierung in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und der Fachmann wird wissen, dass es andere Ausführungsformen gibt, die FEC-Verarbeitungshardware besitzen, die in der Lage ist, die FEC-Erzeugung von Blöcken für eine unterschiedliche Anzahl von Tönen zu unterstützen.
Wegen dieser Verarbeitungsbeschränkungen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zwei FEC-Kodierer (die je 14 Töne unterstützen) verwendet, um die 14 Töne eines 6-MHz-Upstream-Kanalblocks zu unterstützen. Der Fachmann wird realisieren, dass dies eine übliche Lösung bei Leistungsgrenzen verschiedener Hardware ist, die durch den Einsatz multipler Exemplare der Hardware herbeigeführt wird, um eine parallele Ausführung zu ermöglichen. Der Fachmann wird auch wissen, dass schnellere FEC-Verarbeitungshardware die FEC-Erzeugung für eine grössere Anzahl von Upstreamtönen unterstützen könnte, während langsamere FEC-Verarbeitungshardware eine FEC-Erzeugung für weniger Töne unterstützen könnte. Allgemein besteht ein Tradeoff zwischen dem Einsatz weniger, schnellerer Prozessoren, die oft teurer sind, und dem Einsatz einer grösseren Anzahl von langsameren Prozessoren, die oft weniger teuer sind.
Mit der getroffenen Wahl von Verarbeitungshardware, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sieben Töne verarbeiten kann, werden zwei FEC-Prozessoren verwendet, um die 14 Töne in einem 6-MHz-Kanalblock zu unterstützen. Daher enthalten die Datenblockframers 3174 und 3176 allgemein parallele Funktionen für die Einspeisung von Blockdatenframes in die beiden Ströme, die an die beiden Hardwareteile geliefert werden sollen, die die FEC-Verarbeitung für je sieben Töne ausführen. Im Datenblockframer 1 (3714) liegen Vor-FEC-Puffer 1 bis 7 (3722), die die Upstreamtöne 1 bis 7 des 6-MHz-Kabelübertragungskanalblocks 1 (3706) unterstützen, parallel zu den Vor-FEC-Puffern 8 bis 14 (3724), die die Upstreamtöne 8 bis 14 des 6-MHz-Kabelübertragungskanalblocks 1 (3706) unterstützen. Weiter liegen im Datenblockframer J (3716) die Vor-FEC-Puffer 1 bis 7 (3726), die die Upstreamtöne 1 bis 7 des 6-MHz-Kabelübertragungskanalblocks J (3708) unterstützen, parallel zu den Vor-FEC-Puffern 8 bis 14 (3728), die die Upstreamtöne 8 bis 14 des 6-MHz-Kabelübermittlungskanalblocks J (3708) unterstützen.
Die Ausgangssignale der Vor-FEC-Puffer 3722, 3724, 3726 und 3728 werden an die Sieben-zu-eins-(7:1-)Multiplexer (MUX) 3732, 3734, 3736 bzw. 3738 weitergeleitet. Die 7:1-Multiplexer 3732, 3734, 3736 und 3738 besorgen das Multiplexen der Daten von mehreren Vor-FEC-Puffern 3722, 3724, 3726 bzw. 3728, deren jeder Blockdatenframes 3320 für sieben Upstreamtöne enthält. Unter der Annahme, dass Töne 1 und 2 des Blocks 1 des Kabelübertragungs-(CT-)netzes aktiv sind, leitet somit der 7:1-Multiplexer 3732 zuerst einen Datenblock von den Vor-FEC-Puffern 3722 für Ton 1 zum Parallel-Serien-Umsetzerblock 3742, dann leitet er einen Datenblock von den Vor-FEC-Puffern 3722 für Ton 2 zum Parallel-Serien-Umsetzerblock 3742. Die Parallel-Serien-Umsetzerblöcke 3742, 3744, 3746 und 3748 wandeln die Daten von den parallelen Schnittstellen, die intern für viele der Busse verwendet werden, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, zu seriellen Schnittstellen um, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an der FEC-Verarbeitungshardware verwendet werden. Der Fachmann für die Auslegung von digitaler Hardware wird mit der Umwandlung zwischen parallelen und seriellen Daten für die Ankopplung an verschiedene Hardwareeingänge vertraut sein. So könnten andere Typen von Hardware-Implementierungen in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene Hardware-Schnittstellenkombinationen benutzen, in denen andere Typen von parallen und/oder seriellen Bussen verwendet werden.
Zusätzlich zeigt 37 eine FEC-Blockframer-Zustandsmaschine 3762, die die Datenübertragungen von den Vor-FEC-Puffern 3722, 3724, 3726 und 3728 durch die 7:1-Multiplexer 3732, 3734, 3736 und 3738 über Parallel-Serien-Schnittstellen 3742, 3744, 3746 und 3748 in die FEC-Kodierer der PCS 3704 steuert. Ferner sendet die FEC-Blockframer-Zustandsmaschine 3762 FEC-Frame-Synchronisierungsdaten (gezeigt als Block-Sync 3763) zur PCS 3704, um die Grenzen der FEC-kodierten Blockdatenframes zu bezeichnen, wie in 34 gezeigt. Die Bytemultiplexer-Zustandsmaschine 3764 kontrolliert die Mappingsequenz des Upstream-Bytemultiplexers 3712 auf der Grundlage einer Upstream-Tonmap, die die Töne anzeigt, die spezifischen FMS-Datenflüssen zugewiesen wurden und innerhalb eines cTM aktiv sind. Auf der Basis der Upstream-Tonmap wird jedem Vor-FEC-Puffer eine Tag-Nummer zugeordnet, die den Puffer mit einem aktiven FMS-Datenfluss verknüpft. Während des Multiplexens im Upstream-Multiplexer 3712 liest die Bytemultiplexer-Zustandsmaschine die Vor-FEC-Tag-Nummer aus der Upstream-Tonzuweisungsmap und verknüpft das Tag mit der Adresse und den Ausgangs-Freigabeleitungen der (in 37 nicht gezeigten) Framepuffer, die FMS-Frames enthalten. Die Upstream-Tonzuweisungsmap ist im Upstream-Tonmappuffer enthalten und zeigt einen oder mehr Töne in potenziell multiplen 6-MHz-Kanalblöcken an, die dem Upstreamteil eines FMS-Datenflusses zugeordnet sind. 37 zeigt ferner die cTM-Steuereinheit 3768, die die Arbeit des cTM koordiniert. Die Übermittlung der verschiedenen cTM-Steuerfunktionen erfolgt über die Upstream-Steuerschiene 3755.
38 zeigt allgemein die Arbeit des Upstream-Bytemultiplexers 3712. Allgemein empfängt der Upstream-Bytemultiplexer 3712 FMS-Datenflüsse von der Frame- Management-Teilschicht (FMS) 3702. Allgemein können N FMS-Datenflüsse vorhanden sein, wobei jeder FMS-Datenfluss potenziell von 802.X-Anschluss 1 (3804) bis 802.X-Anschluss N (3806) kommen kann. Im Beispielbetrieb von 38 werden vier der M Töne verwendet. Der aktive FMS-Datenfluss, der mit dem 802.X-Anschluss 1 (3804) verbunden ist, benutzt Töne 1 und 2, die QAM-Indices von 8 bzw. 6 haben. Der aktive FMS-Datenfluss, der mit dem 802.X-Anschluss N (3806) verbunden ist, benutzt Töne 4 und M, die QAM-Indices von 4 bzw. 2 haben. Töne 3 und M-1 werden in 38 nicht verwendet.
In 38 sind Vor-FEC-Puffer 1 (3812), Datenblock 1 (3832), Datenblock 2 (3834), Datenblock 3 (3836) und Datenblock 4 (3838) mit Ton 1 verbunden, der einen QAM-Index von 8 hat. Vor-FEC-Puffer 2 (3813), Datenblock 1 (3842), Datenblock 2 (3844), Datenblock 3 (3846) und datenfreier Block 3848 sind mit Ton 2 verbunden, der einen QAM-Index von 6 hat. Vor-FEC-Puffer 3 (3814), datenfreier Block 3852, datenfreier Block 3854, datenfreier Block 3856 und datenfreier Block 3858 sind mit Ton 3 verbunden, der durch das cTM im Beispiel von 38 nicht verwendet wird. Vor-FEC-Puffer 4 (3816), Datenblock 1 (3862), Datenblock 2 (3864), datenfreier Block 3866 und datenfreier Block 3868 sind mit Ton 4 verbunden, der einen QAM-Index von 4 hat. Vor-FEC-Puffer (M-1) 3817, datenfreier Block 3872, datenfreier Block 3874, datenfreier Block 3876 und datenfreier Block 3878 sind mit Ton M-1 verbunden, der durch das cTM im Beispiel von 38 nicht verwendet wird. Schliesslich sind Vor-FEC-Puffer M (3818), Datenblock 1 (3882), datenfreier Block 3884, datenfreier Block 3886 und datenfreier Block 3888 mit Ton M verbunden. Die vier Daten- oder datenfreien Blöcke, die mit einem Ton verbunden sind, bilden einen Blockdatenframe 3822, der werter unter Bezugnahme auf 33 beschrieben wird. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Blockdatenframes 3822 in 4 × 512 QAM-Symbolzeiten pro Frame 3824 übertragen.
Der Upstream-Bytemultiplexer 3712 nimmt die Oktette oder Bytes von aktiven FMS-Datenflüssen und byte-multiplext diese Daten über die Vor-FEC-Puffer hinweg (die mit Tönen verbunden sind, die einem bestimmten aktiven FMS-Datenfluss zugeordnet sind) in 406-Byte-(512 Symbolzeit-)Inkrementen. Für jeden Ton, der mit einem QAM-Index von 8 arbeitet, werden die vier Blöcke eines Blockdatenframes 3822 mit Daten gefüllt. Zusätzlich werden für jeden Ton, der mit einem QAM-Index von 6 arbeitet, die ersten drei Blöcke eines Blockdatenframes 3822 mit Daten gefüllt, während der eine übrige Block keine Daten enthält. Für jeden Ton, der mit einem QAM-Index von 4 arbeitet, werden die ersten beiden Blöcke eines Blockdatenframes 3822 mit Daten gefüllt, während die übrigen beiden Blöcke keine Daten enthalten. Schliesslich wird für jeden Ton, der mit einem QAM-Index von 2 arbeitet, der erste Block eines Blockdatenframes 3822 mit Daten gefüllt, während die übrigen drei Blöcke keine Daten enthalten. Weiter gibt Pfeil 3808 in 38 die Richtung der Reihenfolge der Vor-FEC-Pufferfüllung als von links nach rechts bezüglich der 38 bzw. sequenziell mit dem niedrigsten Vor-FEC-Puffer des Tones mit der niedrigsten Nummer 1 beginnend, und fortschreitend zum Vor-FEC-Puffer der höchsten Tonnummer M, an. Wenn der Vor-FEC-Puffer des höchsten Tones erreicht ist, wiederholt sich der Prozess kreisartig.
39 zeigt ein beispielhaftes Zeitfolgediagramm für das Multiplexen der Daten in den Vor-FEC-Puffern in die FEC-Kodierer der physikalischen Kodier-Teilschicht. Wie oben beschrieben, hat in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Hardware, die die FEC-Erzeugung besorgt (d.h. der FEC-Kodierer), genügend Verarbeitungsleistung, um die FEC-Erzeugung für bis zu sieben Tönen auszuführen. Das Multiplexen der sieben Datenströme von den Vor-FEC-Puffern, die mit den sieben Tönen verbunden sind, schreitet sequenziell über alle sieben Ströme hinweg fort. Die Zeitfolge der Ströme wird allgemein jedoch angepasst, um den QAM-Index jedes Tons zu berücksichtigen, wie im Zeitablaufdiagramm von 39 gezeigt.
Im Beispiel von 39 stellen die Nummern 1 bis 7 die Zeitfolgen für Töne 1 bis 7 dar. In 39 wird eine beispielhafte Konfiguration angenommen, in der Ton 1 einen QAM-Index von 8 besitzt (d.h. 256 QAM), Ton 2 einen QAM-Index von 6 (d.h. 64 QAM), Ton 3 einen QAM-Index von 4 (d.h. 16 QAM) und Ton 4 einen QAM-Index von 2 (d.h. QPSK). Ferner wird in 39 angenommen, dass Töne 5, 6 und 7 derzeit nicht verwendet werden. Aus 39 ist ersichtlich, dass der Zeitpuls für den Strom, der mit Ton 1 verbunden ist, der bei 256 QAM arbeitet, viermal je IMS-Blockdaten-Superframe 3902 erscheint, während der Zeitpuls für den Strom, der mit Ton 2 verbunden ist, der bei 64 QAM arbeitet, dreimal je IMS-Blockdaten-Superframe 3902 erscheint. Zusätzlich erscheint der Zeitpuls für den Strom, der mit Ton 3 verbunden ist, der mit 16 QAM arbeitet, zweimal je IMS-Blockdaten-Superframe 3902, während der Zeitpuls für den Strom, der mit Ton 1 verbunden ist, der bei QPSK arbeitet, einmal je IMS-Blockdaten-Superframe 3902 erscheint. Ein Blockdaten-Superframe 3902 der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) steht in Beziehung zu der Zeit, die gebraucht wird, um vier Blöcke von Daten (mit je 3249 Bits) von sieben Strömen durch den FEC-Kodierprozessor der physikalischen Kodier-Teilschicht (PCS) zu bringen. Der FEC-Prozessor erzeugt 4096 Bits von den ankommenden Blöcken von 3249 Bits. Die nominelle Symbolrate der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt 337 500 Symbole pro Sekunde. Bei einem QAM-Index von 8 können vier Blöcke je 4096 Bits = 16 384 Bits in 16 384/8 Bits pro Ticken der Symboluhr = 2048-maligem Ticken der Symboluhr übermittelt werden. 2048-maliges Ticken der Symboluhr/337 500-maliges Ticken der Symboluhr pro Sekunde ergibt ungefähr 6,07 Millisekunden. Ähnliche Berechnungen, die den gleichen Wert von 6,07 ms ergeben, sind für die 3 × 4096 = 12 288 Bits verfügbar, die bei einem QAM-Index von 6 übertragen werden, für die 2 × 4096 = 8192 Bits, die bei einem QAM-Index von 4 übertragen werden, und für die 1×4096 Bits, die bei einem QAM-Index von 2 übertragen werden.
Nunmehr auf 40 Bezug nehmend, werden die Vier-Bit-QAM-Indexregister für Töne 1, 2, 3, 4 und M (4002, 4004, 4006, 4008 bzw. 4010) gezeigt. Jedes Register hat vier Bitpositionen, die auf der Basis des QAM-Indexes des Tones gewählt werden. Für einen Ton mit dem QAM-Index von 8 wird das entsprechende Register auf das Bitmuster 1111 gesetzt, wobei das am weitesten links stehende Bit des Musters sich auf die Bitposition 1, das am weitesten rechts stehende Bit des Musters auf die Bitposition 4 bezieht. Die Bitmuster für QAM-Indices 6, 4 und 2 sind zudem 1110, 1100 bzw. 1000. 40 zeigt den zweidimensionalen Sweep dieser QAM-Indexregister (4002, 4004, 4006, 4008 und 4010). Der zweidimensionale Sweep genügt sowohl der Vor-FEC-Puffer-Sweepsequenzierung 4014 als auch der Blockdatenframe-Sequenzierung 4012. Immer dann, wenn die vier Bits eines QAM-Indexregisters aus dem Register hinausgeschoben worden sind, ist ein vollständiger Blockdatenframe zusammengefügt worden.
Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des U^pstream-Transportmodem-Terminationssystems (TMTS)
41 zeigt ein Blockdiagram der Upstream-Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) des TMTS. Allgemein besorgt die IMS-Teilschicht des TMTS den Wiederzusammenbau der FMS-Datenflüsse für die Übermittlung zur Frame-Management-Teilschicht (FMS) 4102. Die physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) der Upstream-TMTS-Dekodierung 4104 empfängt Upstreamtöne von einem oder mehreren cTM. Wie unter Bezugnahme auf die cTM-Upstream-IMS-Teilschicht und 32 diskutiert, sind in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Upstreamtöne Frequenzkanäle geringer Bandbreite, die in einen 6-MHz-Frequenzkanal (oder -kanalblock) frequenz-gemultiplext werden, wobei dieser Kanal zusammen mit anderen 6-MHz-Frequenzkanälen weiter in einem Kabelübertragungsnetz frequenz-gemultiplext werden kann. Die Kabelübertragungsnetz-Kanalblöcke 1 (4106) bis J (4108) unterstützen 14 Upstreamtöne auf jedem 6-MHz-Frequenzkanal oder -kanalblock. Als eine zentrale Konzentratorvorrichtung für eine Mehrzahl von cTM könnte ein TMTS tatsächlich mehr 6-MHz-Kanalblöcke unterstützen als ein cTM, wobei jeder 6-MHz-Kanalblock weitere 14 Töne zulässt. Die ankommenden Upstreamdaten der Töne werden von der PCS zum richtigen Datenblockframer 1 bis J (4114 und 4116) geleitet, der mit den Kanalblöcken 1 bis J (4106 und 4108) des CT-Netzes verbunden ist. Die Verarbeitungsbeschränkungen der FEC-Dekodierhard- Ware stehen zu den Verarbeitungsbeschränkungen der FEC-Kodierhardware in Beziehung. Im Ergebnis teilt das TMTS in ähnlicher Weise, wie die Datenblockframer 3714 und 3716 des cTM aufgeteilt sind, jeden der Datenblockframer 4114 und 4116 in zwei parallele Pfade auf, die allgemein sieben der Upstreamtöne verarbeiten.
Ferner werden die Nach-FEC-Puffer 1-7 (4122) für Kanalblock 1, die Nach-FEC-Puffer 8-14 (4124) für Kanalblock 1, die Nach-FEC-Puffer 1-7 (4126) für Kanalblock J und Nach-FEC-Puffer 8-14 (4128) für Kanalblock J gezeigt, die auf der Basis des 7:1-Multiplexens im cTM und des 1:7-Demultiplexens im TMTS aufgetrennt sind, um die Leistungsbegrenzungen der für die FEC-Kodierung und –Dekodierung verwendeten Hardware zu berücksichtigen. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass auch dann, wenn ein bestimmtes Fehlerkorrekturkodierverfahren zwischen zwei Kommunikationseinrichtungen verwendet wird, der gleiche Hardwaretyp nicht verwendet werden muss, um sowohl die Kodier- als auch die Dekodierprozesse zu implementieren. Das 1:7-Demultiplexen des TMTS wird durch 1:7-Demultiplexer (DEMUX) 4132, 4134, 4136 und 4138 besorgt. Anders als die cTM-7:1-Multiplexer, die auf einer Byte- oder Oktettebene arbeiteten, arbeiten die 1:7-Demultiplexer 4132, 4134, 4136 und 4138 in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein auf der Bitebene. Auch arbeiten die Nach-FEC-Puffer 4122, 4124, 4126 und 4128 des TMTS an seriellen Datenströmen, im Gegensatz zu den parallelen Datenströmen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie zuvor gesagt, ist der Fachmann damit vertraut, die Umwandlung zwischen seriellen und parallelen Schnittstellen auszuführen. Weil die Nach-FEC-Puffer 4122, 4124, 4126 und 4128 serielle Bitströme ausgeben, verwendet die IMS-Teilschicht des TMTS einen Upstream-Bit-Invers-Multiplexer 4112, im Unterschied zu dem Upstream-Byte-Multiplexer 3712 des cTM, der an einem parallelen Bus arbeitete, der die Bits von einem oder mehreren Oktetten befördert. Da die FMS-Teilschicht 4102 eine parallele Schnittstelle für die Bits in den Oktetten der FMS-Datenflüsse erwartet, wandeln Serien-Parallel-Umsetzer 4142, 4144, 4145, 4146 und 4148 die seriellen Bitströme der Upstream-Bit-Invers-Multiplexer 4112 zur parallelen Schnittstelle der FMS-Teilschicht 4102 um.
41 zeigt eine Upstream-Steuerschiene 4155, die verwendet wird, um eine Tonsequenz-Zustandsmaschine 4162, einen Upstream-Tonmappuffer und eine TMTS-Steuereinheit 4168 mit verschiedenen anderen Teilen eines Transportmodem-Terminationssystems (TMTS) zu verbinden. Allgemein wird in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Software und/oder Hardware verwendet, um verschiedene Logikfunktionen zu implementieren. Dem Fachmannn werden die Tradeoffs geläufig sein, die vorliegen, wenn verschiedene Funktionen entweder in Hardware oder in Software und/oder in einer gewissen Kombination von Hardware und Software implementiert werden. Weiter wird der Fachmann Verfahren kennen, um Signale zwischen verschiedenen Anteilen von Hard- und/oder Software zu übermitteln. Der Fachmann wird auch die Timing-Aspekte und -Verfahren kennen, die verwendet werden, um unterschiedliche Typen von Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen mit anderer Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen zu koppeln. Ausserdem wird der Fachmann wissen, dass Schnittstellenbusse gemeinhin verwendet werden, um die gegenseitige Verbindung von Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen zu erleichtern. Zusätzlich wird es dem Fachmann bewusst sein, dass es neben den Bussen viele andere Möglichkeiten gibt, die Querverbindung von Hardware-Komponenten zu handhaben. So ist die Verwendung von Bussen nur ein nicht einschränkendes Beispiel von Hardware-Querverbindungen, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann wird andere Typen von Hardware-Querverbindungen wie auch die verschiedenen Probleme und Komplikationen kennen, die auftreten, wenn verschiedene Typen von Querverbindungen zwischen Hardware, Logik und/oder Schaltkreisen genutzt werden.
Zusätzlich zeigt 41 die Tonsequenz-Zustandsmaschine 4162, die die Prozesse der Upstream-IMS-Teilschicht kontrolliert. Die Tonsequenz-Zustandsmaschine 4162 empfängt Daten von der PCS 4104 bezüglich der Blocksynchronisierung 4163, die mit den IMS-Blockdaten-Superframes 3902 (siehe 39) oder der Übermittlung von vier FEC-kodierten Blöcken sowie der Syncwörter (siehe 34) auf sieben Tönen verbunden ist. Dieses Biocksynchronisiersignal synchronisiert die Framegrenzen für die Wiedergewinnung von Daten aus den Upstream-Tönen. Nach Korrelation der Framegrenzen werden die Daten von den FEC-Dekodierern in der PCS 4104 sequenziell durch die 1:7-Demultiplexer 4132, 4134, 4136 und 4138 in die Nach-FEC-Puffer 4122, 4124, 4126 bzw. 4128 eingegeben, und zwar auf der Basis des QAM-Indexes des damit verbundenen Upstream-Frequenztons. Das zweidimensionale Sweepsequenzierungsschema von 40 ergibt die richtige Sequenzierung der Dateneingabe in die Nach-FEC-Puffer 4122, 4124, 4126 und 4128.
Die Nach-FEC-Puffers 4122, 4124, 4126 und 4128 enthalten je sieben Puffer (1-7 bzw. 8-14), wobei jeder der sieben Puffer ein serieller Speicher ist, der die Daten enthält, die in den 3216 Bits eines Datenblocks für einen Ton befördert werden. (Siehe 33.) In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden diese Nach-FEC-Puffer sequenziell geschrieben und gelesen. Die Upstream-Bit-Invers-Multiplexer 4112 umfassen allgemein einen (14 × J):1-Invers-Multiplexer für jeden aktiven FMS-Datenfluss. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jeder der (14 × J):1-Invers-Multiplexer (in den Upstream-Bit-Invers-Multiplexern 4112) durch den FMS-Zugangsanschluss und/oder -Uplink-Anschluss so gesteuert werden (wie durch die Steuersignale gezeigt), dass der Upstream-Anteil der aktiven FMS-Datenflüsse unter Verwendung der Upstream-Tonmappingdaten, die im Upstream-Tonmappuffer 4166 enthalten sind, wiedergewonnen werden kann. Die Serien-Parallel-Umsetzer 4142, 4144, 4145, 4146 und 4148 wandeln die seriellen Bits der Upstream-Bit-Invers-Multiplexer 4112 zu den von der FMS 4102 erwarteten parallelen Oktetts um.
Downstream-Demodulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Client-Transportmodems (cTM)
42 zeigt die Downstream-Modulation für ein cTM. Die Signale in den 6-MHz-Downstreamkanälen, die MPEG-Pakete befördern, werden über das Kabelübertragungsnetz 4202 zu der vom Signalisiermedium abhängigen (SMD) Teilschicht 4204 und weiter zur physikalischen Kodier-Teilschicht (PCS) 4206 übermittelt. Die Daten der MPEG-Pakete werden zur Invers-Multiplex-Teilschicht (ISM) 4208 und weiter zur Frame-Management-Teilschicht 4210 geleitet, um über Ethernet/802.3-Anschlüsse 4212 übertragen zu werden. Die vom Signalisiermedium abhängige (SMD) Teilschicht 4204 umfasst einen oder mehrere Downstream-Tuner 4222 für die 6-MHz-Downstream-Frequenzkanäle. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern die Tuner allgemein Ausgangssignale mit einer Mitten-Zwischenfrequenz (IF: intermediate frequency) von etwa 47,25 MHz. Das Ausgangssignal der Tuner 4222 wird zur automatischen Verstärkungssteuerung (AGC: automatic gain control) und zum Zwischenfrequenz-(IF-)SAW-Filter 4224 geleitet. Allgemein verstärkt die automatische Verstärkungssteuerung (AGC) die Signale im richtigen Bereich, während das SAW-IF-Filter weiter dazu beiträgt, benachbarte 6-MHz-Frequenzkanäle zu unterdrücken.
Der 6-MHz-Frequenzkanal, der durch die Downstream-Tuner 4222 zu einer Mitten-Zwischenfrequenz (IF) von etwa 47,25 MHz (IF) abwärts umgesetzt und durch die AGC und das IF-SAW-Filter 4224 gefiltert wurde, wird dann zur A/D-Unterabtastung 4232 geleitet, um das Signal zu digitalisieren und es zur zweiten Mitten-Zwischenfrequenz von etwa 6,75 MHz umzuwandeln. Bei der Unterabtastung A/D 4232 wird das untere Seitenband der zweiten Harmonischen der 27-MHz-Abtastfrequenz unter-abgetastet. Die zweite Zwischenfrequenz folgt der Beziehung: zweite IF-Mittenfrequenz = (2 × 27 MHz) – 47,25 MHz = 6,75 MHz. Da das untere Seitenband verwendet wird, ist das anfallende Signal im Frequenzspektrum invertiert, was später im Demodulator korrigiert werden kann, indem (u.a.) die QAM-Phasen I und Q umgekehrt werden, um das Spektrum zu einem nicht invertierten Frequenzspektrum zurückzuführen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefert die Unterabtastung A/D 4232 die nötige Auflösungsgenauigkeit bei 27 M Stichproben pro Sekunde. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Unterabtastung A/D 4232, QAM-Modulator(en) 4236 und FEC-Dekodierer 4238 sämtlich in einem QAM-Demodulator STV0297JAM mit Analog-Digital-Umsetzer-IC-Chip (IC: integrated circuit – integrierte Schaltung) von ST Microelectronics implementiert werden. Das Datenblatt für STV0297J wird durch Bezugnahme in seiner Ganzheit hier einbezogen.
Nach der Unterabtastung A/D 4232 wird durch QAM-Demodulator(en) 4236 die endgültige QAM-Demodulation des Signals geliefert. Nach der QAM-Demodulation werden die Daten allgemein in binären Basisband-Signalen befördert, die gemeinhin in Einrichtungen zu finden sind, die digitale Logiksignalniveaus verwenden, zum Beispiel – aber nicht beschränkt auf – TTL (Transistor-Transistor-Logik). Von QAM-Demodulatoren) werden die Daten weiter zum Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Dekodierer 4238 geleitet, der allgemein die Fehlererkennung und/oder -korrektur unter Verwendung des Reed-Solomon-Codes ausführt, der gemeinhin in digitalen Mehrprogrammsystemen verwendet wird, die die ITU-T-Empfehlung J.83 benutzen. Ferner liefert QAM-Demodulatoren) 4236 eine Rückkopplung für die automatische Verstärkungssteuerung zur AGC und zum IF-SAW-Filter 4224. Vom FEC-Dekodiererblock 4238 laufen die MPEG-Pakete zum MPEG-Parser 4242 in der Invers-Multiplex-Teilschicht (IMS) 4208. Der MPEG-Parser besorgt die Auswahl der MPEG-Pakete mit den für dieses cTM richtigen PID und verwirft die Pakete mit anderen PID. Nach Wiederzusammenbau der FMS-Datenflüsse in der IMS 4208 werden die FMS-Datenflüsse zur Umwandlung in Ethernet-Pakete und Übermittlung über Ethernet/802.3-Anschlüsse 4212 zur FMS 4210 geleitet.
Zusätzlich analysiert der Parser 4242 die Daten bezüglich der MPEG-Programmtaktreferenz (PCR), um es dem System zu ermöglichen, Taktsteuersignale an den spannungs-gesteuerten Quarzoszillator (VCXO) 4252 zu schicken, der einen 162-MHz-Takt erzeugt. Der 162-MHz-Takt wird in 4254 durch sechs geteilt, um einen 27-MHz-Takt zu liefern, der zur PCS 4206 und zu anderen Teilen des cTM geliefert wird. Viele der Figuren zeigen Takte unterschiedlicher Frequenzen für verschiedene Funktionen in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird die Verfahren kennen, um verschiedene Taktunterteilungsfunktionen zu implementieren und die Frequenz von Taktschwingungen zu reduzieren. Dem Fachmann wird auch bewusst sein, dass schneller schwingende Uhren, obwohl allgemein genauer als langsamer schwingende Uhren, allgemein teuer als langsamer schwingende Uhren sind. So könnten verschiedene alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Oszillatoren mit unterschiedlichen anfänglichen Schwingungsfrequenzen und den zutreffenden Taktunterteilungsfunktionen ausgelegt werden. Es ist beabsichtigt, dass alle diese alternativen Ausführungsformen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Upstream-Modulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Client-Transportmodems (cTM)
Nunmehr auf 43 Bezug nehmend, wird ein Blockdiagramm des Upstream-Modulators in einem cTM gezeigt. Allgemein akzeptiert der Symbolmapping-, Differentialkodier- und Phasendrehblock 4302 die Eingabe von 16-Bit-Strömen, wobei jeder Strom in Symbole von je N Bits unterteilt wird, wo N der Modulationsindex von 2, 4, 6 oder 8 ist. Allgemein kann der Modulationsindex für jeden der 16 Eingangsströme verschieden sein. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Symbolrate 337,5 ksymb/Sekunde für alle QAM-Indices, wobei der QAM-Index die Anzahl von Signalpunkten in den Konstellationen und den Abstand zwischen Symbolen auf der Basis von Eb/N₀ für jeden Upstream-Ton (d.h. für die FDM-Frequenzkanäle mit verhältnismässig geringer Bandbreite) anpasst. Im Grunde unterstützen die 16 Eingangsströme in den Symbolmapping-, Differentialkodier- und Phasendrehblock 4302 die Bitströme von 14 Upstream-Tönen eines 6-MHz-Kanalblocks. Zwei (16 – 14 = 2) der Eingänge des Modulators werden aber mit Nullsymbolen bzw. Nullen gefüllt, um eine leichtere Implementierung der x32-Interpolation im Block 4308 zu ermöglichen. So werden die vierzehn Upstreamtöne eines 6-MHz-Kanalblocks unter Verwendung eines 16-Punkt-FFT 4306 erzeugt.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden digitale Signalverarbeitungs-(DSP: digital signal processing) Verfahren benutzt, um Berechnungen im komplexen Raum auszuführen, wie durch die reellen und imaginären Teile von 43 gezeigt. Der Upstream-Modulator umfasst eine schnelle 16-Punkt-Fourier-Transformation (FFT) 4304, die in ein Mehrphasenfilter 4306 mit 16 Bänken kaskadiert wird. Allgemein moduliert die 16-Punkt-FFT 4304 die ankommenden 14 Datenströme auf den geeigneten Trägerfrequenzen, während das Mehrphasenfilter 4306 mit 16 Bänken als ein Kammfilter wirkt, das Root-Nyquist-Formen gleichzeitig auf jeden der 14 Töne anwendet. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenen Erfindung werden die Ausgangssignale des Mehrphasenfilters 4306 unter Verwendung eines herkömmlichen 16-Stufen-Addiererbaums und komplexen Akkumulators kombiniert. Die Informationen bezüglich der Phase und Amplitude werden beide bewahrt, indem die Berechnungen bis zur Digital-Analog-Umwandlung im komplexen Bereich durchgeführt werden.
Nachdem die 14 Töne im 16-Punkt-FFT 4304 digital erzeugt und durch das Mehrphasenfilter 4306 mit 16 Bänken geleitet worden sind, werden digitale Quadratur, Aufwärts-Umsetzung und x32-Interpolation durch den Block 4308 ausgeführt. Im Block 4308 steigert eine Reihe von Interpolationsfiltern allmählich die Abtastrate bis zum schlussendlichen Wert. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die x32-Interpolation in drei Stufen von x2, x4 und x4 ausgeführt, die zusammen x32 ergeben. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung begrenzen diese Interpolationsstufen allgemein die Anzahl von verwendbaren Tönen auf 14 in einem 6-MHz-Frequenzkanal. Für die gewählte Symbolrate von 337,5 ksymb/s passen die 14 Töne (d.h. die Kanäle mit einer verhältnismässig kleineren Frequenz) gerade in einen 6-MHz-Frequenzkanal (d.h. den Kanal mit verhältnismässig grösserer Frequenz) hinein. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die 6-MHz-Frequenzkanäle in mehr als 14 oder weniger als 14 Töne pro Kanal unterteilt werden könnten, um die Frequenzbandbreitezuweisungen mit kleinerer bzw. grösserer Granularität zu verwalten. Auch könnten alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Symbolraten verwendet werden, um eine andere Anzahl von Upstream-Tönen in einem 6-MHz-Kanal unterbringen zu können. Weiter wird dem Fachmann bewusst sein, dass die Grösse des Kanals mit der verhältnismässig grösseren Frequenz in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von 6 MHz verschieden sein könnte. Die allgegenwärtige Entwicklung von Ausrüstungen und Geräte-Elektronik/Optik für 6-MHz-CATV-Kanäle hat zu Ersparnissen durch Skaleneffekte in der Herstellung dieser Geräte geführt. So wurden 6-MHz-Frequenzkanäle für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wegen der Verfügbarkeit von verhältnismässig kostengünstigen Komponenten für die 6-MHz-Frequenzkanäle und wegen der leichten Integration der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in auf 6-MHz-Kanälen basierende CATV-Netze gewählt.
Nach der x32-Interpolation im Block 4308 werden die reellen und imaginären Signalkomponenten im digitalen Quadraturteil des Blocks 4308 rekombiniert. Allgemein verwendet der digitale Quadraturmodulator einen NCO, um den 14-Ton-Kanalblock bezüglich seiner Frequenz zu verschiedenen Frequenzen im Zwischenfrequenz-Passband zu verschieben. Nach der Quadratur-Frequenzverschiebung im Block 4308 werden die reellen und imaginären Komponenten kombiniert und zum Analogwandlerteil des Blocks 4310 geschickt. Das sich ergebende, rein reelle analoge Zwischenfrequenz-(IF-)Ausgangssignal der Digital-Analog-Umsetzung wird dann auf eine Upstream-Umsetzerstufe gelegt, die die schlussendliche Umwandlung zur gewünschten Upstream-Ausgangsfrequenz durchführt.
Die Takte und Symbolraten, die den Upstream-Modulator von 43 treiben, werden von einer Masteruhr des cTM abgeleitet, die in ihrer Frequenz mit einer Masteruhr des TMTS synchronisiert ist, die die MPEG 2-Programmtaktreferenz verwendet. So wirkt die Downstream-PCR als ein Taktverteilsystem, um die Upstream-Modulatoren des einen oder mehr als einen cTM korrekt auszurichten. Auf Grund von Fortpflanzungsverzögerungen und/oder verschiedenen anderen Faktoren empfängt das TMTS Upstreamtöne von verschiedenen cTM, die verschiedene Phasenvariationen haben können, aber in ihrer Frequenz mit einer Masteruhr im TMTS synchronisiert sind, was den Demodulationsprozess erleichtert.
Allgemein wird im Upstream-Modulationsverfahren der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Mehrkanalfrequenzmultiplexing verwendet, das sich von der diskreten Mehrton-(DMT: discrete multi-tone) modulation unterscheidet. Anders als bei DMT werden im FDM-Verfahren der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Töne benutzt, die in der Frequenzdomäne völlig getrennt und unabhängig voneinander sind. Diese Frequenztrennung wird erreicht, indem vor der 16-Punkt-FFT im Block 4304 eine Phasendrehung im Block 4302 ausgeführt wird. Durch diese Phasendrehung im Block 4302 werden die ankommenden komplexen Symbole durch einen Phasenvorlauf so vorrotiert oder gedreht, dass die komplexen Symbole konstruktiv Trägerwellenformen modulieren, die das (1 + α)-fache der Symbolrate sind; α ist ein Bandbreite-Überschussfaktor und hat einen Wert von 0,25 in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dieser fliessende Phasenvorlauf bzw. diese fliessende Phasendrehung des Blocks 4302 ermöglicht eine Interpolation der Symbole der nominellen Rate, bis sie mit irgendeinem der 14 Trägerfrequenztöne in einem 6-MHz-Upstream-Kanalblock übereinstimmen und diesen in seiner Amplitude modulieren. Die Trägerfrequenzen der Upstream-Frequenztöne sind effektiv getrennt durch Vielfache von (1 + a) × Symbolrate. Die Phasenvorrotationen werden im Block 4302 leicht erreicht, weil der α-Wert von 0,25 zu Phasenverschiebungen führt, die Vielfache von 90° sind. Phasenverschiebungen um Vielfache von 90° können bei der QAM-Modulation einfach erreicht werden, indem die reellen und imaginären Komponenten oder ihre additiven Umkehrungen vertauscht werden. Obwohl dem Fachmann bewusst sein wird, dass in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Werte für α verwendet werden könnten, führen ein α-Wert von 0,25 und die 90°-Phasenverschiebungen zu einer einfachen Implementierung des Phasendrehteils des Blocks 4302.

Auf Grund des Modulationsverfahrens der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die 14 Upstreamtöne eines 6-MHz-Kanals in einer normalen FMD-Weise voneinander völlig getrennt und überlappen nicht wie in Falle eines normalen DMT-Spektrums. Durch diese Wahl der normalen FMD für die Modulation ist es, im Gegensatz zu DMT, für den Upstream-Empfänger im TMTS möglich, Töne von verschiedenen cTM, die allgemein willkürliche und unvorhersagbare Phasendifferenzen haben werden, richtig zu erkennen. Diese willkürlichen und unvorhersagbaren Phasendifferenzen zwischen den Upstreamtönen von verschiedenen cTM verursachen allgemein ein Problem bei den orthogonal überlappenden Frequenztönen der normalen bzw. herkömmlichen DMT-Modulationsverfahren. Auf Grund der Downstream-Lieferung eines Mastertaktes vom TMTS über die MPEG-PCR können die Uhren der verschiedenen Client-Transportmodems allgemein in ihrer Frequenz mit der TMTS-Uhr synchronisiert werden. Verschiedene Upstream-Töne von verschiedenen cTM können aber variable und willkürliche, quasi-statische Phasenoffsets relativ zur TMTS-Masteruhr haben. Diese langsam wandernden oder quasi-statischen Phasenoffsets können durch die Basisband-Phasen-Derotatoren in einem Mehrkanal-FDM-Demodulator im TMTS verfolgt werden. Die Upstream-Modulationsparameter der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6 – Upstream-Modulationsparameter

Parameter		Wert
Symbolrate, Rs	337,5 kilosymbole/Sekunde
Faktor α	0,25
Modulatorpulsformung	Nyquist Root-raised-Cosinus
Demodulatorpulsformung	Nyquist Root-raised-Cosinus
Tonabstand = (1 + α) × Rs	421,875 kHz
vom Ton besetzte Bandbreite	421,875 kHz
FFT-Grösse	16-Punkt
Anzahl von (verwendbaren) Tönen	14
vom Kanal besetzte Bandbreite	5,90625 MHz
Modulationsindices	n = 2 b/s/Hz QPSK n = 4 b/s/Hz 16-QAM n = 6 b/s/Hz 64-QAM n = 8 b/s/Hz 256-QAM
Konstellation	normale rechteckige QAM
Interpolationsfaktor	x32 (= x2 x4 x4)

Eine detailliertere Aufgliederung einer bevorzugten Ausführungsform des Upstream-Modulators 4402 wird in 44 gezeigt, obwohl es dem Fachmann bewusst sein wird, dass andere, alternative Ausführungsformen möglich sind. Im Allgemeinen leitet die Invers-Multiplexing-Teilschicht (IMS) 4404 in einem cTM die Daten zu den Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Kodierern 4406 weiter, wobei die Upstreamdaten in einem First-in, First-out (FIFO) 4412 gepuffert werden, ehe sie in den FDM-Modulator 4414 laufen. Der FDM-Modulator 4414 führt allgemein die Funktionen der Blöcke 4302, 4304 und 4306 von 43 aus. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der FDM-Modulator 4414 zumindest teilweise durch einen digitalen Signalverarbeitungs(DSP) Chip implementiert werden, obwohl ein Fachmann viele verschiedene Implementierungen kennen wird. Das Ausgangssignal vom FDM-Modulator 4414 wird zum FIFO 4416 geleitet, ehe es in den x2-Interpolator 4418 eintritt. Der Multiplexer 4432 wird verwendet, um das Ausgangssignal des x2-Interpolators 4418 durch FIFO 4433 in den Block 4430 zu leiten, der in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein AD9879 von Analog Devices ist, dessen Datenblatt in seiner Ganzheit hier durch Bezugnahme einbezogen wird. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass Grundfläche für die Anschlussstifte auf Halbleiterchips teuer ist, weshalb Multiplexer 4432 und Demultiplexer 4434 verwendet werden, um über eine verhältnismässig kleinere Anzahl von Schnittstellenstiften auf einem Chip die Eingangssignale in den Block 4430 einzuführen. Der Demultiplexer 4434 leitet die reellen und imaginären Komponenten der Signale zu den x4-Interpolatoren 4442 und 4444, ehe die reellen und imaginären Komponenten weiter zu den x4-Interpolatoren 4446 und 4448 geleitet werden. Auf die x4-Interpolatoren 4446 und 4448 folgend versorgt ein Quadraturmodulator den Digital- Analog-(D/A-)Umsetzer 4462. Der Quadraturmodulator wird durch den nummerisch gesteuerten Oszillator (NCO: numerically controlled oscillator) 4452 getrieben, während das Ausgangssignal des DIA 4462 zum Aufwärts-Umsetzermodul geleitet wird, um von der Zwischenfrequenz (IF) von 47,25 MHz zum korrekten 6-MHz-Frequenzkanalblock im Kabelübertragungsnetz zu konvertieren.
44 zeigt werter einiges von der Taktverteilung eines spannungs-gesteuerten 162-MHz-Quarzoszillators (VCXO) 4470. Wie zuvor erörtert, werden Oszillator und Uhr eines cTM auf der Basis von Steuerdaten aus Downstream-MPEG-Paketen angepasst, die PCR-Werte mit sich führen. Der sich ergebende Takt wird im Block 4471 durch sechs geteilt und in den Block 4430, dann weiter zum x8-Block 4472 einer phasensynchronisierten Regelschleife (PLL) geleitet, wobei das Ausgangssignal zu verschiedenen Funktionen innerhalb des Blocks 4430 gelenkt wird, darunter – aber nicht begrenzt auf – den DIA 4462 und den Quadraturmodulator. Zusätzlich wird das Ausgangssignal des PLL x8-Blocks 4472 zum Vierteilungsblock 4473 geleitet, der einen Takt an die x4-Interpolatoren 4446 und 4448, den Demultiplexer 4434 im Block 4430 und den Multiplexer 4432 ausserhalb des Blocks 4430 liefert. Weiter wird dieser Takt vom Vierteilungsblock 4473 zum Vierteilungsblock 4474 Innerhalb des Blocks 4430 geleitet. Innerhalb des Blocks 4430 wird der vom Block 4474 durch vier geteilte Takt von den Interpolatoren 4442 und 4444 verwendet. Ausserhalb des Blocks 4430 wird der Takt vom spannungs-gesteuerten 162-MHz-Quarzoszillator (VCXO) 4470 im Block 4482 durch drei geteilt und an Synchrongenerator 4486 geliefert. Allgemein liefert der Synchrongenerator 4486 den Takt, der erforderlich ist, um die Operationen des FIFO 4412, des FDM-Modulators 4414, des FIFO 4146, des x2-Interpolators 4418 und des Multiplexers 4432 richtig zu takten. Der Fachmann wird sich der Details einer Kopplung verschiedener Hardware- und/oder Software-Logik unter Verwendung der geeigneten Zeitgebersignale bewusst sein, um Eingangssignale für den einen Teil der Hardware und/oder Software auf der Grundlage der Ausgangssignale von einem anderen Teil der Hardware und/oder Software zur Verfügung zu stellen. Weiter wird der Takt vom 162-MHz-VCXO 4470 im Block 4484 durch vier geteilt und dem FEC 4406 zur Verfügung gestellt.
Upstream-Demodulation und physikalische Kodier-Teilschicht (PCS) des Transportmodem-Terminationssystems (TMTS)
Nun zu 45 übergehend, wird ein Blockdiagramm der Upstream-Tondemodulation im TMTS gezeigt. Vom Tuner-Converter des TMTS wird ein Zwischenfrequenz(IF-)signal von 47,25 MHz an das Tiefpassfilter (LPF: low-pass filter) und den Analog-Digital-(A/D-)Umsetzerblock 4502 geliefert. Das Ausgangssignal des LPF und A/D- Blocks 4502 wird in den digitalen Quadratur-Abwärtsumsetzer und x(1/4)-Dezimierungsblock 4504 eingegeben. Unter Verwendung der digitalen Verarbeitung werden reelle und imaginäre 16-Bit-Datenkomponenten getrennt und zur Abgriffsstelle 4506 des Mehrphasenfilters 160 mit 16 Bänken geleitet, um die reellen und imaginären Phasen bei einer Symbolrate von 337,5 ksymb/Sekunde zu erhalten. Die reellen und imaginären Phasen werden in die schnelle 16-Punkt-Fourier-Transformation (FFT) 4508 eingegeben, die reelle Symbole und imaginäre Symbole erzeugt. Die vom 16-Punkt-FFT 4508 kommenden Symbole werden in den Block 4510 für die automatische 14-Ton-Verstärkungssteuerung (AGC), Symbolwiedergewinnung und Basisbandphasendrehung eingegeben. Nach den Operationen des Blocks 4510 werden die reellen und imaginären Symbole zum Block 4512 für Symbol-Derotation, Demapping und differentielle Dekodierung geleitet, der bis zu 14 Symbole von je N Bits erzeugen kann, wobei N vom QAM-Index von 2, 4, 6 oder 8 abhängt. Ferner liefert der Block 4510 für automatische Verstärkungssteuerung (ACG), Symbolwiedergewinnung und Basisbandphasendrehung Ausgangssignale für die Anzeige der automatischen Verstärkungssteuerung (ACG), für den Symboltakt und für die Phasenoffsets.
Allgemein akzeptiert der Upstream-Demodulator eine Gruppe von bis zu 14 HF-Tönen (oder Frequenzkanälen) innerhalb eines 6-MHz-Frequenzkanals und demoduliert sie zu den entsprechenden Datenströmen. Jede der 14 Träger-Mittenfrequenzen und die damit verbundenen Frequenzbänder um jede Mittenfrequenz herum ist ein Ton, und 14 Töne können in einen 6-MHz-Frequenzkanal oder -kanalblock hineinpassen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jeder Ton auf QAM-Indices von 2, 4, 6 und 8 gesetzt werden, die QPSK, 16 QAM, 64 QAM und 256 QAM entsprechen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Symbolrate nominell die gleiche von 337,5 ksymbolen pro Sekunde, und zwar ohne Rücksicht auf die Anzahl der auf der Basis des QAM-Indexes in jedes Symbol kodierten Datenbits.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzt der Upstream-Demodulator digitale Signalverarbeitung (DSP), um in der Lage zu sein, im komplexen Bereich zu arbeiten, wodurch es möglich wird, sowohl Phasen- als auch Amplitudeninformation allgemein durch den ganzen Upstream-Demodulator hindurch zu bewahren. Auf 45 Bezug nehmend, liefert ein Mehrphasenfilter 4506 mit 16 Bänken ein Eingangssignal zum 16-Punkt-FFT 4508. Das Mehrphasenfilter 4506 mit 16 Blöcken funktioniert als ein Kammfilter, indem Root-raised-cosinus-Nyquist-Formung gleichzeitig auf jeden der 14 Töne angewendet wird. Die 16-Punkt-FFT 4508 demoduliert die ankommenden 14 Datenströme und trennt sie von den 14 Trägerfrequenzen. Obwohl die 16-Punkt-FFT 4508 16 Töne diskriminieren könnte, benutzt die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wegen Ansprechbegrenzungen in den Interpolatoren des cTM-Modulators nur 14 Töne. Dem Fachmann wird jedoch bewusst sein, dass alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit anderen Ansprechbegrenzungen der Interpolatoren mehr oder weniger als 14 Töne unterstützen könnten. Um eine normale 16-Punkt-FFT 4508 verwenden zu können, werden die 14 Töne plus zwei zusätzliche, nicht verwendete Töne an die 16-Punkt-FFT 4508 angelegt. Die ankommenden Daten auf den nicht verwendeten, zusätzlichen Tönen werden aber ignoriert.
Eine digitale automatische Verstärkungssteuerungs-(AFC-)schleife steht mit Block 4510 in Wechselwirkung und passt die Verstärkungsniveaus der ankommenden 14 Töne an. Ferner gewinnt Block 4510 den Symboltakt wieder. Des Weiteren führt Block 4510 eine Basisband-Phasendrehung aus, die die statische (oder quasi-statische) Phasenverschiebung in einer Konstellation misst und entfernt. Obwohl die Frequenz der TMTS-Uhr und einer Mehrheit von cTM-Uhren allgemein durch die Downstream-MPEG-PCR-Verteilung und cTM-Taktanpassung synchronisiert sein mögen, kann jeder der 14 Töne von einem anderen cTM kommen, und jedes cTM kann sich entlang der Übertragungsleitungen des Kabelübertragungsnetzes in einem anderen Abstand vom TMTS befinden. Die unterschiedlichen Abstände von einem cTM können zu unterschiedlichen Fortpflanzungsverzögerungen für Signale von verschiedenen cTM führen. Die ortsfeste Natur von Drahtverbindungen macht die Fortpflanzungsverzögerung allgemein statisch (oder zumindest quasi-statisch). Von zwei verschiedenen cTM ankommende Signale können aber willkürliche Phasenunterschiede haben. Allgemein ist der Phasen-Derotator in der Lage, an Phasenverschiebungen langsame Korrekturen anzubringen. Es ist allgemein schwieriger, ununterbrochene Phasenänderungen zu verarbeiten, die sich ergeben würden, wenn die TMTS- und cTM-Uhren nicht auf die gleiche Frequenz synchronisiert wären. Wie zuvor erörtert, wird es im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten standardisierten Taktsignalen der physikalischen Schicht durch die Downstream-Verteilung von MPEG-Programmtaktreferenz-(PCR-)daten ermöglicht, dass ein Netztakt unter Verwendung von Datenpaketen verteilt wird. Diese auf der MPEG-PCR beruhende Taktverteilung kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass die cTM und TMTS-Uhren in ihrer Frequenz synchronisiert sind, so dass keine frei laufende Frequenzdifferenz existiert.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat aber der wegen einer konstruktiven Entscheidung verwendete, preisgünstige Tuner im TMTS keinen externen Takteingang, der es ermöglichen würde, dass der lokale Oszillator mit einer externen Quelle Phasen-synchronisiert wird, wodurch ein zusätzliches Problem bei der Taktung erzeugt wird. Im Ergebnis dieser Wahl eines preisgünstigen Tuners in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das gesamte Kommunikationssystem allgemein frequenz-synchron (bezüglich der Übermittlung von Daten über das Kabelübertragungsnetz), aber mit Ausmahme des Tuners im TMTS. Ohne eine Korrektur verursacht dieser frei laufende Tuner im TMTS eine Wanderung des Basisband-Phasenrotators der TMTS-Demodulation relativ zu den anderen Uhren und führt zu Fehlern. Um dieses Problem zu lösen, wird als zumindest ein Teil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein automatisches Mehrton-Frequenzsteuerungs-(AFC: automatic frequency control) Verfahren benutzt. Das Mehrton-AFC-Verfahren ermöglicht es dem Demodulator, kleine Frequenzänderungen zu verfolgen und den Basisband-Phasenrotator daran zu hindern, Zyklen zu überspringen. Ausserdem sollte in Abhängigkeit von der Aktualisierungsrate des Phasenrotators im Block 4510 der Phasenrotator in der Lage sein, die allgemein sehr kleinen Frequenzänderungen zu korrigieren, die jenseits der Auflösung der Mehrton-AFC sind. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat die Mehrton-AFC einen endlichen Frequenzschritt, weil sie mit digitalen Techniken implementiert ist.
Nachdem die 14 Töne im Symbol-Derotationsteil des Blocks 4512 derotiert worden sind, ist jeder Ton allgemein entdreht, um die wiedergewonnenen Symbole zur nominellen Symbolrate zurückzuwandeln, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung 337,5 ksymb/Sekunde beträgt. (In der Beschreibung des Upstream-cTM-Modulators unter Bezugnahme auf 43 und 44 werden eine Vorrotation oder Drehung der übermittelten Symbole beschrieben, die bewirkt, dass die Symbole Träger mit Mehrfachen von (1 + α), multipliziert mit der Symbolrate, modulieren.) Nachdem die ankommenden Symbole wieder mit der nominellen Symbolrate von 337,5 ksymb/Sekunde übermittelt werden, entscheidet ein Slicer und/oder Demapper im Block 4512, welche der N Symbole während einer Symbolzeit oder -Periode durch eine QAM-Konstellation mit dem Index N geschickt wurden. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass die Erkennung des am wahrscheinlichsten übermittelten Symbols von einer QAM-Symbolkonstellation allgemein beinhaltet, die ankommenden Symbole in verschiedene Entscheidungsbereiche aufzuteilen, deren jede auf ein QAM-Symbol abbildet, das eine auf dem QAM-Index basierende Anzahl von Bits darstellt. Bei QAM werden die Daten allgemein differentiell kodiert, so dass das Ausgangssignal vom Demapping im Block 4512 zu einer ebenfalls im Block 4512 befindlichen differentiellen Dekodierfunktion geleitet wird. Der Fachmann wird die Prozesse, Schritte und/oder Verfahren der Wiedergewinnung von Bits aus ankommenden QAM-Signalen kennen. Das Ausgangssignal der differentiellen Dekodierung im Block 4512 führt allgemein zu bis zu 14 Bitströmen am Dekodiererausgang, wenn alle 14 Töne aktiv sind. Jeder Datenstrom hat N Bits pro Symbol, wobei N vom QAM- Index von 2, 4, 6 oder 8 abhängt. Diese 14 Bitströme werden zur FEC-Dekodierung weitergeleitet, dann in die Invers-Multiplex-Teilschicht des TMTS.
46 zeigt den Upstream-Demodulator des TMTS detaillierter. Die Legende, die den Upstream-Demodulator 4602 bezeichnet, zeigt allgemein die Grenzen der Funktionen an, die im Upstream-Demodulator der physikalischen Kodier-Teilschicht (PCS) des TMTS aufgeführt werden. Allgemein werden Signale vom Kabelübertragungsnetz in die vom Signalisiermedium abhängige (SMD) Teilschicht und in den Tuner 4606 eingegeben. Für einen Subsplitbetrieb mit einem Spektrum des Kabelübertragungsnetzes von 5 bis 42 MHz in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt das ankommende Upstreamsignal, das eine Zusammensetzung von bis zu 14 aktiven Tönen ist, in einen Upstream-Umsetzer 4604, der Teil der vom Signalisiermedium abhängigen (SMD) Teilschicht ist, ehe es zum Tuner 4606 weitergeleitet wird. Der Upstream-Umsetzer wandelt ein gewünschtes 6-MHz-Band (im Subsplitbereich von 5 bis 42 MHz) in einen Frequenzbereich um, der für die Eingabe in den Tuner 4606 geeignet ist. Der Tuner 4606 konvertiert das 6-MHz-Band abwärts zur Zwischenfrequenz von 47,25 MHz.
Für einen Datensplitbetrieb im Frequenzbereich von 50 bis 250 MHz brauchen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keinen Upstream-Umsetzer 4604. Stattdessen können die Signale vom Kabelübertragungsnetz allgemein direkt an den Tuner 4606 gelegt werden. Sowohl in Fällen des Subsplit- als auch in Fällen des Datensplit-Frequenzbereichs wählt der Tuner 4606 den richtigen 6-MHz-Kanal und wandelt die Signale des 6-MHz-Kanals zum Zwischenfrequenz-(IF) bereich von 47,25 MHz um. Dieses IF-Signal vom Tuner 4606 wird zum Analog-Digital-(A/D-)Wandler 4608 geleitet.
Der 6 MHz weite Kanal von 14 Tönen bei der Zwischenfrequenz von 47,25 MHz wird durch A/D 4608 mit einer Rate von 27 MHz abgetastet, die mit der MPEG-Zeitbasis von 27 MHz phasensynchronisiert ist. Dieses Abtastverfahren ist als Unterabtastung (subsampling) bekannt und führt im Grunde dazu, dass das 47,25-IF-Signal zu einem gleichwertigen Signal bei 6,75 MHz (aber mit einem invertierten Spektrum) umgewandelt wird. Der Fachmann wird alternative Implementierungen kennen, die kein Unterabtastverfahren verwenden, aber höhere Abtastraten verlangen. Mit einem Verfahren ohne Unterabtastung könnte nur der Frequenzbereich von 0 bis 13,5 MHz mit einem 27-MHz-Takt abgetastet werden, und zwar auf Grundlage der Nyquist-Grenze, die eine Abtastung bei zweimal der Frequenz der Komponente mit der höchsten Frequenz im relevanten Spektrum verlangt. Die Unterabtastung ermoglicht aber, dass jede beliebige Energie mit den Abbildungen dieses Bereichs von 0 bis 13,5 MHz – reflektiert um eine Achse bei der Abtastfrequenz von 27 MHz und ihrer Harmonischen – ebenfalls zum Basisbandbereich von 0 bis 13,5 MHz umgewandelt wird. Wenn irgendeine Energie im unteren Seitenband der Abtast-Harmonischen enthalten ist, wird das sich ergebende Spektrum invertiert sein.
Für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Zwischenfrequenz von 47,25 MHz genau 6,75 MHz unter der zweiten Harmonischen der 27-MHz-Abtastfrequenz (d.h. (27 MHz × 2) – 47,25 MHz = 6,75 MHz). Daher liegt die 47,25-MHz-IF im unteren Seitenband der zweiten Harmonischen von 27 MHz (d.h. 54 MHz). Nach A/D-Wandlung im A/D 4608 erscheint die Energie bei 47,25 MHz in den digitalisierten Daten, als wäre sie ursprünglich auf 6,75 MHz zentriert, aber das Frequenzspektrum des Signals ist invertiert, so dass 47,25 MHz + 0,25 MHz auf 6,75 MHz – 0,25 MHz abbildet und 47,25 MHz – 0,25 MHz auf 6,75 MHz + 0,25 MHz abbildet. Diese Frequenzinversion kann in der digitalen Demodulation unter Verwendung von komplexen (imaginären und reellen) Signalen leicht gehandhabt werden, indem die reellen und imaginären Komponenten vertauscht werden, um die Richtung der Vektorrotation umzukehren und die korrekten Signale für die weitere Demodulation weiterzuleiten.
Der Quadratur-Abwärtsumsetzer 4612 von 46 akzeptiert 27 Megastichproben pro Sekunde vom A/D 4608 und trennt die Daten in reelle und imaginäre Komponenten auf. Die reellen und imaginären Komponenten können getrennt werden, indem zwei identische Kopien jeder Stichprobe bei der Frequenz von 6,75 MHz mit Sinus- und Cosinus-Funktionen multipliziert werden. Ein nummerisch gesteuerter Oszillator (NCO), der auf einer Wellentabelle 4622 basiert, die digitalisierte Werte der sinusförmigen Wellenform bei 6,75 MHz enthält, kann zusammen mit einem Phasenakkumulator 4646 und einem Phasenschrittgrössen-Anpassungsregister verwendet werden, um die richtigen Wellenformen für die Auftrennung der Daten in reelle und imaginäre Komponenten zu erzeugen.
Wären die ankommenden 14 Töne in ihrer Frequenz mit der Uhr synchronisiert, die verwendet wird, um die reellen und imaginären Komponenten zu trennen, dann würde die Operation, Sinus- und Cosinus-Funktionen zu erzeugen, ziemlich einfach, weil das 4:1-(oder 27 MHz: 6,75 MHz-)Verhältnis des Abtasttaktes zu dem Takt, der verwendet wird, um die reellen und imaginären Komponenten zu trennen, einfach durch zyklische Bewegung durch die Werte 0, +1 und –1 implementiert werden könnte. Weil aber der Tuner einen frei laufenden internen Quarzoszillator (XTAL) hat, haben die ankommenden Signale eine gewisse Frequenz-Instabilität, die zu einem Frequenzfehler unbekannter Grösse im ankommenden Zwischenfrequenz-(IF-)signal führt. Um dieses Problem anzugehen, wird ein raffinierterer nummerisch gesteuerter Oszillator (NCO) verwendet, der die Wellentabelle 4622 enthält. Die Implementierung mit einem nummerisch gesteuerten Oszillator (NCO), der eine Wellentabelle 4622 verwendet, ermöglicht allgemein Oszillatoranpassungen in der Höhe von ± 50 kHz, um Taktungsprobleme des frei laufenden Tunertaktes zu korrigieren. Die Schrittgrössenanpassung 4644 ermöglicht es dem nummerisch gesteuerten Oszillator oder NCO (dargestellt zumindest durch den Phasenakkumulator 4646 und die Wellentabelle 4622), seine Phase so anzupassen, dass sie mit der ankommenden Frequenzdrift übereinstimmt. Ein Mittelwertrechner (averager) 4642 wird ebenfalls einbezogen, um die automatische Mehrton-Frequenzsteuerung zur Verfügung zu stellen; dieser Prozess der Anpassung wegen Frequenzdrift wird aber detaillierter unter Bezugnahme auf die automatische Mehrton-Frequenzsteuerung (AFC) von 47 erörtert.
Nach Trennung der reellen und imaginären Komponenten der ankommenden Signale durch Multiplikation mit Sinus- und Cosinuswellen (geeignet angepasst durch die AFC von 47) werden die Ausgangssignale in Faktor-vier-Dezimierungsblöcke 4624 und 4626 geleitet, um die Abtastrate von 27 MHz auf 6,75 MHz herunterzusetzen. Die Signale von den Faktor-vier-Dezimierungsblöcken 4624 und 4626 werden zum First-in, First-out-(FIFO-)Puffer 4628 geleitet, ehe sie in den FDM-Demodulator 4632 eintreten. Allgemein umfasst der FDM-Demodulator 4632 in 46 das Mehrphasenfilter 4506 mit 16 Bänken, die 16-Punkt-FFT 4508 sowie Teile der Blöcke 4510 und 4512 von 45. Zusätzlich hat in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jeder der 14 Töne seine eigene Steuerschleife, um automatische Verstärkungssteuerung, Symboltakt-Wiedergewinnung und Basisband-(Träger-)Phasendrehung zu besorgen, wie im Block 4510 von 45 gezeigt. Für jeden der 14 Töne wird auf jeder Achse der Symbolmap (Konstellation) eine Entscheidung getroffen. Zusätzlich werden die anfallenden Symbole entdreht, um die ursprünglichen Symbolphasen zu regenerieren, die vom Modulator des cTM verwendet wurden. Als Nächstes wird das Symbol im Block 4512 von 45 differentiell dekodiert, um die Bitströme für den FEC-Dekodierer wieder herzustellen. In der detaillierteren 46 leitet der FDM-Demodulator 4632 die demodulierten Signale zuerst zum FIFO 4634. Dann wird Symbol-Demapping und FEC der 14 Kanäle im Block 4636 ausgeführt, ehe die Bitströme zur Invers-Multiplex-Teilschicht 4638 geleitet werden. Allgemein werden einige der Funktionen der Blöcke in 46, wie z.B. das Symbol-Demapping, mit der Vorwärtsfehlerkorrektur im Block 4636 konsolidiert gezeigt, nur um die Zeichnung zu vereinfachen. Diese Kombination von verschiedenen Funktionen zu Blöcken soll keine Beschränkungen bei den Hardware-Implementierungen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bedeuten. Allgemein hat der Fachmann Geschick für ein Mapping von funktionellen Blockdiagrammen auf konkrete Hardware-Implementierungen.
46 zeigt auch ein mögliches Taktliefersystem. Ein spannungsgesteuerter 162-MHz-Quarzoszillator (VCXO) 4670 wird als die Masteruhr für das TMTS in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Fachmann wird viele Möglichkeiten kennen, Hochfrequenztakte unter Verwendung verschiedener "Teiledurch-" Funktionen zu verringern, und ebenso wird der Fachmann andere Möglichkeiten für die Erzeugung eines 27-MHz-Taktes kennen, der oft in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 46 zeigt, dass der 162-MHz-Takt mit einem 8-kHz-Stratum-Referenztakt synchronisiert wird, indem eine phasensynchronisierte x20 250-Regelschleife (PLL) im Block 4672 verwendet wird. Zusätzlich wird der 162-MHz-Takt vom VCXO 4670 zum durch drei teilenden Block 4674, zum durch sechs teilenden Block 4678 und zum durch 24 teilenden Block 4676 geliefert. Der durch 24 teilende Block 4676 liefert einen 6,75-MHz-Takt an Dezimatoren 4624 und 4626. Der durch drei teilende Block 4674 und der durch sechs teilende Block 4678 erzeugen die 54-MHz bzw. 27-MHz-Takte, die Taktung zu verschiedenen Teilen von 46 liefern. Insbesondere liefert das Ausgangssignal des durch drei teilenden Blocks 4674 einen Takt für den Synchrongenerator 4684, der wiederum viele der Taktsignale liefert, die im Quadratur-Abwärtsumsetzer 4612 gebraucht werden. Der Fachmann wird die Einzelheiten der Kopplung unterschiedlicher Hardware- und/oder Software-Logik unter Verwendung der geeigneten Zeitfolgesignale kennen, um auf der Basis der Ausgangssignale von dem einen Teil der Hardware und/oder Software Eingangssignale für einen anderen Teil der Hardware und/oder Software zu liefern. Man bemerke jedoch, dass der Tuner 4606 seine eigene interne Quarzreferenz hat, die in ihrer Frequenz nicht mit den anderen in 46 gezeigten Uhren synchronisiert ist. Die Mehrton-AFC (automatische Frequenzsteuerung) von 47 korrigiert dieses Taktproblem bezüglich des frei laufenden Tuners 4606.
Nunmehr zum Blockdiagramm der automatischen Mehrton-Frequenzsteuerung (AFC) in 47 übergehend, trennt die gestrichelte Linie den Teil von 47, der das TMTS ist, von dem Teil von 47, der das cTM ist. Fast die ganze 47 bezieht sich auf das TSTM; jedoch wird gezeigt, dass der cTM-FDM-Upstream-Transmitter 4702 seinen Takt durch die MPEG-PCR 4704 empfängt. Diese Downstream-Lieferung von Takt auf der Grundlage der Master-Systemtaktreferenz 4706 im TMTS synchronisiert die Uhr des cTM. Der im TMTS für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendete Tuner 4708 hat aber seine eigene interne Quarzoszillatorreferenz. Daher ergibt dies einen Tuner mit frei laufendem Takt 4710. Die Mehrton-AFC von 47 liefert Korrekturen bezüglich dieses frei laufenden Taktes 4710 des Tuners 4708.
Wegen der Frequenz-Instabilität des Tuners 4708 und seiner frei laufenden Uhr 4710 wird ein Frequenzfehler unbekannter Grösse in dem an den Upstream-Demodulator angelegten Zwischenfrequenzsignal vorhanden sein. Um dieses Problem zu behandeln, wird ein Durchschnittswert der individuellen Frequenzfehler aller aktiven Töne, die Töne von 1 bis 14 sein könnten, als ein Rückkopplungssignal verwendet, um eine Anpassung eines nummerisch gesteuerten Master-Oszillators (NCO) 4750 im Quadratur-Abwärtsumsetzer 4612 zu bewirken, der das Eingangssignal für den FDM-Demodulator 4718 liefert. Diese Operation einer automatischen Frequenzsteuerung (AFC) tendiert dahin, dass der Frequenzfehler, wie er vom FDM-Demodulator 4718 wahrgenommen wird, fast zu Null wird, wodurch die Probleme des frei laufenden Taktes 4710 im Tuner 4708 weggehoben werden.
Die Mehrton-AFC von 47 kompensiert Frequenzverschiebungen, die gleichzeitig über alle aktiven Töne eines 6-MHz-Kanalblocks auftreten. So kann die Mehrton-AFC von 47 die Frequenzdrift wegen der frei laufenden Uhr 4710 im Tuner 4708 wie auch irgendwelche vermischte Frequenzdriften in Blockumsetzern eines Kabelübertragungsnetzes kompensieren. Im Allgemeinen befasst sich die Mehrton-AFC von 47 aber generell nicht mit der Frequenzdrift eines einzelnen Tons, dessen Frequenz die Synchronisierung mit anderen Tönen verliert. Eine Mehrton-AFC tendiert generell dazu, die üblichsten Frequenzdriften zu korrigieren, die von einer Gruppe von Tönen in einem Kanalblock erlitten werden, weil die Durchschnittswertbildung über multiple Töne dazu tendiert, Probleme zu korrigieren, die von Tönen im Durchschnitt gesehen werden, jedoch nicht die ungewöhnliche Frequenzdrift, die bei einem einzigen aktiven Ton unter vielen aktiven Tönen auftritt. Die Mehrton-AFC von 47 passt auch automatisch an Veränderungen in der Anzahl von aktiven Tönen an.
Das Mehrton-AFC-System arbeitet, indem es die Grösse des Frequenzfehlers in jedem einzelnen Ton am Ausgang des Frequenzteilungs-Demodulators 4718 beobachtet. Die Frequenzfehler jeder der Phasenkorrekturen für alle aktiven Töne eines Kanalblocks werden im Addierer 4746 addiert. Dann wird vom durch N teilenden Regelschleifenglied 4748 der Durchschnittswert des Frequenzfehlers berechnet. Die Anzahl von aktiven Tönen, N, wird dem durch N teilenden Regelschleifenglied 4748 vom FDM-Demodulator 4718 mitgeteilt.
Eine Zahl, die die durchschnittliche Höhe des Frequenzfehlers auf der Basis des Durchschnittswerts aller Frequenzfehler darstellt, wird mit der nominellen Akkumulatorschrittgrosse summiert, um die Grösse des nächsten Schrittes für die Wellentabelle 4724 zu bestimmen. Der Phasenakkumulator 4762 verfolgt den laufenden momentanen Phasenwert im momentanen Phasenregister 4764. Indem der laufende kumulierte Wert der Phase (im Block 4762) zur Grösse der Phasenänderung auf der Basis der nominellen Schrittgrösse (im Block 4752) und zu einer dem durchschnittlichen Frequenzfehler für alle N Töne proportionalen Zahl (im Block 4748) addiert wird, kann der nächste Wert zur Indexierung in der Wellentabelle 4724 im momentanen Phasenregister 4764 berechnet werden. Die Wellentabelle 4724 speichert zumindest einen Teil der digitalisierten Werte für eine sinusförmige Welle bei der richtigen Frequenz. Der Wert des momentanen Phasenregisters wird mit einem Offset entweder einer Cosinus- oder einer Sinuswelle summiert, wie sie im Cosinus-Offset 4732 und Sinus-Offset 4734 gespeichert sind. Durch Addieren des richtigen Offsets entweder der Sinus- oder der Cosinuswelle kann eine Wellentabelle 4724 beide Wellen erzeugen. Das momentane Phasenregister 4764 plus ein Offset entweder für den Sinus oder für den Cosinus führt zur Erzeugung der Adresse in der Wellentabelle 4724, die verwendet wird, um den richtigen digitalisierten Wert der Sinus- oder Cosinuswelle nachzuschlagen. Die Wahl von Sinus oder Cosinus wird durch den Sin/cos-Multiplexer 4738 gesteuert, der Steuersignale zum Multiplexer 4736 und zum Multiplexer 4722 sendet. Der digitalisierte Wert der Sinuswelle vom Wellentabellenspeicher 4724 wird als Daten an den Multiplexer 4722 ausgegeben. Dann werden, je nachdem, ob Sinus- oder Cosinus-Multiplikation erfolgt, wie durch die Sin/cos-Multiplex-Steuerumg 4738 bestimmt, die Sinus- und/oder Cosinus-Daten von der Wellentabelle 4724 in den Vervielfachern 4714 und/oder 4716 mit den ankommenden Signalen vom A/D 4712 multipliziert. Die Ausgangssignale der Vervielfacher führen zu phasengleichen und Quadratur-Phasensignalen zum FDM-Demodulator 4718.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der FDM-Demodulator 4718 weiter eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) 4770, die die Töne trennt. Dann wird zumindest für jeden aktiven Ton das Ausgangssignal der FFT 4770 in den komplexen Vervielfacher 4772 geleitet, der Eingangssignale auch von der Wellentabelle 4786 im ton-nummerisch gesteuerten Oszillator (NCO) 4780 empfängt. Das Ausgangssignal des komplexen Vervielfachers 4772 wird zum Phasendetektor 4774 geleitet, der Eingangssignale zum Tiefpassfilter 4776 liefert. Das Tiefpassfilter 4776 liefert Eingangssignale zum Phasenfehlerakkumulator 4778. Das Ausgangssignal des Phasenfehlerakkumulators 4778 wird zur Phasenschrittgrösse des nominell nummerisch gesteuerten Oszillators (NCO) vom Block 4782 addiert. Das Ausgangssignal dieser Addition ist eine Schätzung des Frequenz-Offsets für einen einzelnen aktiven Ton. Der Wert dieses Addition könnte eine Ton-NCO-Phasenschrittgrösse oder eine individuelle Tonfrequenz-Offsetanzeige genannt werden. Der sich ergebende Wert dieser Addition der Ausgangssignale der Blöcke 4478 und 4782 wird als ein Eingangssignal an den NCO-Phasenakkumulator 4784 wie auch an den Addierer 4746 geliefert. Der Addierer 4746 empfängt ähnliche Eingangssignale auch für jeden der anderen Töne. Auf der Basis des NCO-Phasenakkumulators 4784 wird eine geeignete Auswahl aus der Wellentabelle 4786 getroffen, um den Ton-NCO 4780 bezüglich des Frequenzfehlers anzupassen, wobei die angepassten Werte von der Wellentabelle 4786 das Eingangssignal für den komplexen Vervielfacher 4772 liefern. Die Rückkopplungsschleife durch den komplexen Vervielfacher 4772, den Phasendetektor 4774, das Tiefpassfilter 4776, den Phasenfehlerakkumulator 4778 und den Ton-NCO 4780 wird für jeden Ton (oder zumindest für jeden aktiven Ton) ausgeführt. So wird diese Rückkopplungsschleife für jeden der aktiven Töne wiederholt.
Allgemeiner beobachtet das Mehrton-AFC-System von 47 die Grösse der Frequenzkorrektur, die durch die Phasenrotatoren an jedem der 14 aktiven Töne angebracht wird. Das AFC-System bildet den Durchschnittswert der Schrittgrösse des tonnummerisch gesteuerten Oszillators (NCO) 4780 für jeden aktiven Ton, um eine Zahl zu erzeugen, die den durchschnittlichen Frequenzfehler darstellt. Die Schrittgrösse des Ton-NCO 4780 ist ein direktes Mass der Tonfrequenz, wenn ein FDM-Demodulator 4718 über die individuelle Träger-Wiedergewinnungsschleife des ankommenden Tones mit diesem Ton „synchronisiert" ist. Bei einem einzelnen aktiven Kanal könnte der Frequenzfehler verwendet werden, um selbst das Eingangssignal für den nummerisch gesteuerten Master-Oszillator (NCO) 4750 (wie in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch einen Wellentabellenspeicher implementiert) zu liefern. Bei multiplen aktiven Tönen (potenziell bis zu 14) ist es aber schwierig zu ermitteln, welcher Ton als Eingangssignal für den Master-NCO 4750 am besten zu benutzen wäre. So mag ein Durchschnittswert für alle aktiven Töne genauer sein. Um einen Durchschnittswert zu ermitteln, meldet der FDM-Demodulator der durch N teilenden Steuerschleife 4748 die Anzahl der aktiven Töne. (Eine Ermittlung, ob ein Ton aktiv ist oder nicht, kann in den Signalen der automatischen Verstärkungssteuerung erfolgen.) Um den Durchschnittswert zu bilden, werden die Werte der Frequenzfehler im Addierer 4746 addiert, ehe sie durch die Anzahl, N, von aktiven Tönen geteilt werden, um ein Steuersignal zu ergeben, das die zusammengesetzte Schleife treibt.
Das Steuersignal wird dann verwendet, um den Master-NCO 4750 im Quadratur-Modulator zu treiben, indem die Phasenschrittgrösse inkrementiert oder dekrementiert wird. Dies wird erreicht, indem das Steuersignal zu der nominellen Schrittgrösse von 90° addiert wird, die der Master-NCO 4750 ausführt, wenn die Frequenzdrift Null ist (und die NCO-Frequenz genau 6,75 MHz ist). Durch eine geringfügige Vergrösserung der Phasenschrittgrösse schreitet der Master-NCO 4750 in jedem Taktzyklus geringfügig mehr als 90° voran und emuliert dadurch eine Frequenz, die geringfügig höher als die nominelle Frequenz von 6,75 MHz des Master-NCO 4750. Durch Dekrementierung der Schrittgrösse (d.h. eine negative Grösse des Steuersignals) schreitet der Master-NCO 4750 in seiner Phase geringfügig weniger als 90° voran und emuliert dadurch eine Frequenz, die geringfügig niedriger als die nominelle Frequenz von 6,75 MHz des Master-NCO 4750 ist. In beiden Fällen wird der Master-NCO 4750 so getrieben, dass er mit der ankommenden Frequenz übereinstimmt, wodurch eine gemeinsame Frequenzdrift zu Null gemacht wird. Die 90°-Schrittgrösse ist lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel für die Wahl der Schrittgrösse, und der Fachmann wird wissen, dass der nummerisch gesteuerte Oszillator (NCO) 4750 dafür ausgelegt werden könnte, allgemein mit jeder willkürlichen Schrittgrösse zu arbeiten. Ein Schleifenverstärker mit geeigneter Filterung sollte zwischen dem Durchschnittswertrechner und dem Master-NCO 4750 eingebaut werden, um die Schleifendynamik zu annehmbaren Werten zu steuern.

Um das Nachschlagen der Wellentabelle des Master-NCO 4750 zu vereinfachen, braucht wegen der vierfach redundanten Symmetrie einer Sinuswelle nur ein 90°-Segment der Wellentabelle gespeichert zu werden. Zusätzlich braucht nur eine Tabelle aufrecht erhalten werden, um sowohl die Sinus- als auch die Cosinus-Wellenform zu bedienen, da die Tabelle mit dem Doppelten der 27-MHz-Abtastrate (oder 54 MHz) gemultiplext werden kann. Der Mechanismus kann weiter vereinfacht werden, indem wahlweise ein Offset zum Ausgangssignal des Phasenakkumulators hinzugefügt wird, das eine Phasenverschiebung von 90° darstellt, so dass der Ausgang des Master-NCO 4750 entweder Cosinus- oder Sinus-Wellenformen erzeugt. Die Downstream-Modulationsparameter der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 7 – Upstream-Demododulationsparameter

Parameter	Wert
Symbolrate, Rs	337,5 kilosymb/Sekunde
Faktor α	0,25
Modulatorpulsformung	Nyquist Root-raised-Cosinus
Demodulatorpulsformung	Nyquist Root-raised-Cosinus
Tonabstand = (1 + α) × Rs	421,875 kHz
vom Ton besetzte Bandbreite	421,875 kHz
FFT-Grösse	16-Punkt
Anzahl von (verwendbaren) Tönen	14
vom Kanal besetzte Bandbreite	5,90625 MHz
Modulationsindices	n = 2 n = 4 n = 6 n = 8	b/s/Hz b/s/Hz b/s/Hz b/s/Hz	QPSK 16-QAM 64-QAM 256-QAM
Konstellation	normale rechteckige QAM
Dezimationsfaktor vor FDM-Demodulation	x ¼
Raten und Frequenzen Erste Zwischenfrequenz Zweite Zwischenfrequenz A-zu-D-Abtastrate NCO-Abtastrate Nominelle NCO-Frequenz Ausgangssignal des Quadratur-Abwartsumsetzers = 16 × 1,25 × 337,5E3 =	47,25 MHz 6,75 MHz 27 MHz 27 MHz 6,75 MHz 6,75 MHz

Upstream-Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und nicht einschränkendes Beispiel mit vier aktiven Upstreamtönen bei 256 QAM, 64 QAM, 16 QAM bzw. QPSK
48 zeigt die Verarbeitung der Upstream-Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) des cTM. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein cTM einen oder mehr als einen 14-Ton-Upstream-FEC-Kodierer für Kanalblöcke 1 bis J (4802 und 4804) unterstützen. Jeder FEC-Kodierer unterstützt 14 Upstream-Bitströme, die über 14 Töne geschickt werden können. Wie zuvor erörtert, wird in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Turbo-Produktcode (TPC) benutzt. Die Hardware des TPC-FEC-Kodierers hat eine Verarbeitungsleistung, die gerade nur genügt, um sieben Töne zu verarbeiten, so dass zwei TPC-FEC-Kodierers 4812 und 4814 parallel benutzt werden. Die Bitströme für Töne 1 bis 7 und Töne 8 bis 14 werden (4806 und 4808) in die TPC-FEC-Kodierers 4812 bzw. 4814 hineingemultiplext bzw. aus ihnen heraus demultiplext (4816 und 4818). Die Syncwortframer 4822, 4824, 4826 und 4828 liefern Syncwort-Framing, um die FEC-kodierten Blöcke auszurichten. Diese FEC-kodierten Bitströme werden dann zum FDM-QAM-Modulator 4832 geleitet.
Die gestrichelten Linien in 48 zeigen verschiedene Segmente eines Beispiels für den Durchlauf von Bitströmen durch die FEC-Kodierer. Die gestrichelte Linie 4842 entspricht 49, die gestrichelte Linie 4844 entspricht 50, die gestrichelte Linie 4846 entspricht 51, die gestrichelte Linie 4848 entspricht 52, und die gestrichelte Linie 4850 entspricht 53. Für 49 bis 53 und 55 bis 58 hat Ton 1 einen QAM-Index von 8; Ton 2 hat einen QAM-Index von 6; Ton 3 hat einen QAM-Index von 4; Ton 4 hat einen QAM-Index von 2; und die übrigen Töne werden nicht verwendet.
In 49 bezeichnen die Zeilen 4902 die Datenpuffer für die Töne, während die Spalten allgemein entweder die rohen Datenblöcke 4904 oder den reservierten Syncwort-Speicherplatz 4906 bezeichnen. Der Rohdatenpuffer für Ton 1 (4915) umfasst Syncwort 4910, Block 1 (4911), Block 2 (4912), Block 3 (4913) und Block 4 (4914). Der Rohdatenpuffer für Ton 2 (4925) umfasst Syncwort 4920, Block 1 (4921), Block 2 (4922), Block 3 (4923) und Block 4 (4924). Der Rohdatenpuffer für Ton 3 (4935) umfasst Syncwort 4930, Block 1 (4931), Block 2 (4932), Block 3 (4933) und Block 4 (4934). Der Rohdatenpuffer für Ton 4 (4945) umfasst Syncwort 4940, Block 1 (4941), Block 2 (4942), Block 3 (4943) und Block 4 (4944). Der Rohdatenpuffer für Ton 5 (4955) umfasst Syncwort 4950, Block 1 (4951), Block 2 (4952), Block 3 (4953) und Block 4 (4954). Der Rohdatenpuffer für Ton 6 (4965) umfasst Syncwort 4960, Block 1 (4961), Block 2 (4962), Block 3 (4963) und Block 4 (4964). Der Rohdatenpuffer für Ton 7 (4975) umfasst Syncwort 4970, Block 1 (4971), Block 2 (4972), Block 3 (4973) und Block 4 (4974). Einige der Blöcke enthalten Daten, während andere untätig sind. Die Rohdatenblöcke haben je 3216 Bits.
In 50 stellen die Spalten allgemein die sieben Töne dar, während die Zeilen die Blöcke und die Syncwortpositionen darstellen. Ton 1 umfasst Syncwort 5010, Block 1 (5011), Block 2 (5012), Block 3 (5013) und Block 4 (5014). Ton 2 umfasst Syncwort 5020, Block 1 (5021), Block 2 (5022), Block 3 (5023) und Block 4 (5024). Ton 3 umfasst Syncwort 5030, Block 1 (5031), Block 2 (5032), Block 3 (5033) und Block 4 (5034). Ton 4 umfasst Syncwort 5040, Block 1 (5041), Block 2 (5042), Block 3 (5043) und Block 4 (5044). Ton 5 umfasst Syncwort 5050, Block 1 (5051), Block 2 (5052), Block 3 (5053) und Block 4 (5054). Ton 6 umfasst Syncwort 5060, Block 1 (5061), Block 2 (5062), Block 3 (5063) und Block 4 (5064). Ton 7 umfasst Syncwort 5070, Block 1 (5071), Block 2 (5072), Block 3 (5073) und Block 4 (5074). Einige der Blöcke enthalten 3216-Bit-Blöcke von Rohdaten, während einige der Blöcke leer (d.h. untätig) sind.
In 51 stellen die Spalten allgemein die sieben Töne dar, während die Zeilen die Blöcke oder Syncwortpositionen darstellen. Ton 1 umfasst Syncwort 5110, Block 1 (5111), Block 2 (5112), Block 3 (5113) und Block 4 (5114). Ton 2 umfasst Syncwort 5120, Block 1 (5121), Block 2 (5122), Block 3 (5123) und Block 4 (5124). Ton 3 umfasst Syncwort 5130, Block 1 (5131), Block 2 (5132), Block 3 (5133) und Block 4 (5134). Ton 4 umfasst Syncwort 5140, Block 1 (5141), Block 2 (5142), Block 3 (5143) und Block 4 (5144). Ton 5 umfasst Syncwort 5150, Block 1 (5151), Block 2 (5152), Block 3 (5153) und Block 4 (5154). Ton 6 umfasst Syncwort 5160, Block 1 (5161), Block 2 (5162), Block 3 (5163) und Block 4 (5164). Ton 7 umfasst Syncwort 5170, Block 1 (5171), Block 2 (5172), Block 3 (5173) und Block 4 (5174). Einige der Blöcke enthalten 4096-Bit-Blöcke von FEC-kodierten Daten, während einige der Blöcke leer (d.h. untätig) sind.
In 52 bezeichnen die Zeilen 5202 die Datenpuffer für die Töne, während die Spalten allgemein entweder die FEC-kodierten Blöcke 5204 oder den reservierten Syncwortspeicherplatz 5206 bezeichnen. Der Rohdatenpuffer für Ton 1 (5215) umfasst Syncwort 5210, Block 1 (5211), Block 2 (5212), Block 3 (5213) und Block 4 (5214). Der Rohdatenpuffer für Ton 2 (5225) umfasst Syncwort 5220, Block 1 (5221), Block 2 (5222), Block 3 (5223) und Block 4 (5224). Der Rohdatenpuffer für Ton 3 (5235) umfasst Syncwort 5230, Block 1 (5231), Block 2 (5232), Block 3 (5233) und Block 4 (5234). Der Rohdatenpuffer für Ton 4 (5245) umfasst Syncwort 5240, Block 1 (5241), Block 2 (5242), Block 3 (5243) und Block 4 (5244). Der Rohdatenpuffer für Ton 5 (5255) umfasst Syncwort 5250, Block 1 (5251), Block 2 (5252), Block 3 (5253) und Block 4 (5254). Der Rohdatenpuffer für Ton 6 (5265) umfasst Syncwort 5260, Block 1 (5261), Block 2 (5262), Block 3 (5263) und Block 4 (5264). Der Rohdatenpuffer für Ton 7 (5275) umfasst Syncwort 5270, Block 1 (5271), Block 2 (5272), Block 3 (5273) und Block 4 (5274). Einige der Blöcke enthalten Daten, während andere untätig sind. Die FEC-kodierten Datenblöcke haben je 4096 Bits.
In 53 bezeichnen die Zeilen 5302 die Datenpuffer für die Töne, während die Spalten allgemein entweder die FEC-kodierten Datenblöcke 5304 oder den reservierten Syncwort-Speicherplatz 5306 bezeichnen. Der Rohdatenpuffer für Ton 1 (5315) umfasst Syncwort 5310, Block 1 (5311), Block 2 (5312), Block 3 (5313) und Block 4 (5314). Der Rohdatenpuffer für Ton 2 (5325) umfasst Syncwort 5320, Block 1 (5321), Block 2 (5322), Block 3 (5323) und Block 4 (5324). Der Rohdatenpuffer für Ton 3 (5335) umfasst Syncwort 5330, Block 1 (5331), Block 2 (5332), Block 3 (5333) und Block 4 (5334). Der Rohdatenpuffer für Ton 4 (5345) umfasst Syncwort 5340, Block 1 (5341), Block 2 (5342), Block 3 (5343) und Block 4 (5344). Der Rohdatenpuffer für Ton 5 (5355) umfasst Syncwort 5350, Block 1 (5351), Block 2 (5352), Block 3 (5353) und Block 4 (5354). Der Rohdatenpuffer für Ton 6 (5365) umfasst Syncwort 5360, Block 1 (5361), Block 2 (5362), Block 3 (5363) und Block 4 (5364). Der Rohdatenpuffer für Ton 7 (5375) umfasst Syncwort 5370, Block 1 (5371), Block 2 (5372), Block 3 (5373) und Block 4 (5374). Einige der Blöcke enthalten Daten, während andere untätig sind. Die FEC-kodierten Datenblöcke haben je 4096 Bits. Weiter sind in 53 die Syncwörter der aktiven Töne 5310, 5320, 5330 und 5340 mit 0x47-Oktettwerten für eine Anzahl von Bits aufgefüllt worden, die dem Achtfachen des QAM-Indexes entspricht.
54 zeigt ein Blockdiagramm des (der) FEC-Dekodierer des TMTS. Ankommende Daten für einen Upstream-Kanal von 14 Tönen werden in einen der J FEC-Dekodierer (5402 und 5404) geleitet, um bis zu J Kanalblöcke von je 6 MHz zu unterstützen. Die Töne werden zu Anfang in den FDM-QAM-Demodulator 5406 übermittelt. Wie zuvor beschrieben, hat die FEC-Dekodier-Hardware, die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Verarbeitungsleistung, die nur genügt, um Sieben-Bit-Ströme bei den Datenraten der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. So werden zwei Sätze von Hardware parallel verwendet, um die 14 Töne zu unterstützen. Vom FDM-QAM-Demodulator 5406 werden die Syncwörter in Syncwortkorrelatoren 1 bis 14 (5412, 5414, 5416 und 5418) korreliert. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine weiche Dekodierung von vier Bits je ankommendem Bit verwendet, um zu versuchen, die Leistung des Systems zu verbessern. Der Fachmann wird die verschiedenen Verfahren der weichen Dekodierung sowie die Tradeoffs zwischen Weich- und Hart-Dekodierung kennen. Die weich kodierten Bitströme 5422, 5424, 5226 und 5428 werden in Multiplexer 5442 und 5446 eingegeben, während die Syncwortkorrelatoren in die Multiplexer 5442 und 5446 eingegeben werden. Die Multiplexer 5432, 5442, 5436 und 5446 liefern Eingangssignale für die Turbo-Produktcode-(TPC-)FEC-Dekodierer 5452 und 5454. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass statt der Turbo-Produktcodes andere FEC-Verfahren verwendet werden könnten. Die 1:7-Demultiplexer 5462 und 5464 besorgen die Erzeugung der dekodierten Bitströme für die 14 Upstream-Töne in einem Kanalblock.
Die gestrichelten Linien in 54 zeigen verschiedene Segmente eines Beispiels für den Durchlauf von Bitströmen durch die FEC-Dekodierer. Die gestrichelte Linie 5472 entspricht 55, die gestrichelte Linie 5474 entspricht 56, die gestrichelte Linie 5476 entspricht 57, und die gestrichelte Linie 5478 entspricht 58. Für 49 bis 53 und 55 bis 58 hat Ton 1 einen QAM-Index von 8; Ton 2 hat einen QAM-Index von 6; Ton 3 hat einen QAM-Index von 4; Ton 4 hat einen QAM-Index von 2; und die übrigen Töne werden nicht verwendet.
In 55 bezeichnen die Zeilen 5502 die Datenpuffer für die Töne, während die Spalten allgemein entweder die FEC-kodierten Datenblöcke 5504 oder das zum Syncwortkorrelator geleitete Syncwort 5506 bezeichnen. Der Rohdatenpuffer für Ton 1 (5515) umfasst Syncwort 5510, Block 1 (5511), Block 2 (5512), Block 3 (5513) und Block 4 (5514). Der Rohdatenpuffer für Ton 2 (5525) umfasst Syncwort 5520, Block 1 (5521), Block 2 (5522), Block 3 (5523) und Block 4 (5524). Der Rohdatenpuffer für Ton 3 (5535) umfasst Syncwort 5530, Block 1 (5531), Block 2 (5532), Block 3 (5533) und Block 4 (5534). Der Rohdatenpuffer für Ton 4 (5545) umfasst Syncwort 5540, Block 1 (5541), Block 2 (5542), Block 3 (5543) und Block 4 (5544). Der Rohdatenpuffer für Ton 5 (5555) umfasst Syncwort 5550, Block 1 (5551), Block 2 (5552), Block 3 (5553) und Block 4 (5554). Der Rohdatenpuffer für Ton 6 (5565) umfasst Syncwort 5560, Block 1 (5561), Block 2 (5562), Block 3 (5563) und Block 4 (5564). Der Rohdatenpuffer für Ton 7 (5575) umfasst Syncwort 5570, Block 1 (5571), Block 2 (5572), Block 3 (5573) und Block 4 (5574). Einige der Blöcke enthalten Daten, während andere untätig sind. Die FEC-kodierten Datenblöcke haben je 4096 × S Bits. Die S-Bits werden, wie der Durchschnittsfachmann weiss, in der weichen Dekodierung verwendet. Die weiche Kodierung kann einige Informationen bezüglich der Entscheidungen über die Auswahl der QAM-Symbole zum FEC-Dekodierer weitergeben. Dieses Verfahren ergibt manchmal eine gegenüber harter Dekodierung verbesserte Leistung. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt S vier Bits je Bit der kodierten Daten. Ferner haben in 55 die Syncwörter 5510, 5520, 5530 und 5540 der aktiven Töne 0x47-Oktettwerte für eine Anzahl von Bits, die dem Achtfachen des QAM-Indexes entspricht.
In 56 stellen die Spalten allgemein die sieben Töne dar, während die Zeilen die Blöcke und die Syncwortpositionen darstellen. Ton 1 umfasst Syncwort 5610, Block 1 (5611), Block 2 (5612), Block 3 (5613) und Block 4 (5614). Ton 2 umfasst Syncwort 5620, Block 1 (5621), Block 2 (5622), Block 3 (5623) und Block 4 (5624). Ton 3 umfasst Syncwort 5630, Block 1 (5631), Block 2 (5632), Block 3 (5633) und Block 4 (5634). Ton 4 umfasst Syncwort 5640, Block 1 (5641), Block 2 (5642), Block 3 (5643) und Block 4 (5644). Ton 5 umfasst Syncwort 5650, Block 1 (5651), Block 2 (5652), Block 3 (5653) und Block 4 (5654). Ton 6 umfasst Syncwort 5660, Block 1 (5661), Block 2 (5662), Block 3 (5663) und Block 4 (5664). Ton 7 umfasst Syncwort 5670, Block 1 (5671), Block 2 (5672), Block 3 (5673) und Block 4 (5674). Einige der Blöcke enthalten Daten, während einige der Blöcke leer (d.h. untätig) sind. Die FEC-kodierten Datenblöcke haben je 4096 × S Bits. Die S-Bits werden, wie der Durchschnittsfachmann weiss, in der weichen Dekodierung verwendet. Die weiche Kodierung kann einige Informationen bezüglich der Entscheidungen über die Auswahl der QAM-Symbole zum FEC-Dekodierer weitergeben. Dieses Verfahren ergibt manchmal eine gegenüber harter Dekodierung verbesserte Leistung. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt S vier Bits je Bit der kodierten Daten.
In 57 stellen die Spalten allgemein die sieben Töne dar, während die Zeilen die Blöcke oder Syncwortpositionen darstellen. Ton 1 umfasst Syncwort 5710, Block 1 (5711), Block 2 (5712), Block 3 (5713) und Block 4 (5714). Ton 2 umfasst Syncwort 5720, Block 1 (5721), Block 2 (5722), Block 3 (5723) und Block 4 (5724). Ton 3 umfasst Syncwort 5730, Block 1 (5731), Block 2 (5732), Block 3 (5733) und Block 4 (5734). Ton 4 umfasst Syncwort 5740, Block 1 (5741), Block 2 (5742), Block 3 (5743) und Block 4 (5744). Ton 5 umfasst Syncwort 5750, Block 1 (5751), Block 2 (5752), Block 3 (5753) und Block 4 (5754). Ton 6 umfasst Syncwort 5760, Block 1 (5761), Block 2 (5762), Block 3 (5763) und Block 4 (5764). Ton 7 umfasst Syncwort 5770, Block 1 (5771), Block 2 (5772), Block 3 (5773) und Block 4 (5774). Einige der Blöcke enthalten 3216-Bit-Blöcke dekodierter Daten, während einige der Blöcke leer (d.h. untätig) sind.
In 58 bezeichnen die Zeilen 5802 die Datenpuffer für die Töne, während die Spalten allgemein entweder die dekodierten Blöcke 5804 oder den reservierten Syncwortspeicherplatz 5806 bezeichnen. Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 1 (5815) umfasst Syncwort 5810, Block 1 (5811), Block 2 (5812), Block 3 (5813) und Block 4 (5814). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 2 (5825) umfasst Syncwort 5820, Block 1 (5821), Block 2 (5822), Block 3 (5823) und Block 4 (5824). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 3 (5835) umfasst Syncwort 5830, Block 1 (5831), Block 2 (5832), Block 3 (5833) und Block 4 (5834). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 4 (5845) umfasst Syncwort 5840, Block 1 (5841), Block 2 (5842), Block 3 (5843) und Block 4 (5844). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 5 (5855) umfasst Syncwort 5850, Block 1 (5851), Block 2 (5852), Block 3 (5853) und Block 4 (5854). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 6 (5865) umfasst Syncwort 5860, Block 1 (5861), Block 2 (5862), Block 3 (5863) und Block 4 (5864). Der Puffer der dekodierten Daten für Ton 7 (5875) umfasst Syncwort 5870, Block 1 (5871), Block 2 (5872), Block 3 (5873) und Block 4 (5874). Einige der Blöcke enthalten Daten, während andere untätig sind. Die dekodierten Datenblöcke haben je 3216 Bits.
Medienabhängige physikalische (PMD) Teilschicht des Client-Transportmodems (cTM) und des Transportmodem-Terminationssystems (TMTS)
59 zeigt den Downstream-HF-Empfang eines cTM. In den bevorzugten Ausführungsformen unterstützt jedes cTM zumindest zwei 6-MHz-Downstream-Kanal-Tuner 5912, 5914 und 5916, die durch Splitter 5908 mit einem Diplexfilter 5902 verbunden sind. Ein Diplexfilter 5902 trennt allgemein die Upstream- und Downstream-Kanäle. In 59 versorgt der hohe Teil 5904 des Diplexfilters 5902 die Downstream-Kanäle.
60 zeigt die Upstream-HF-Übertragung eines cTM in einer Subsplit-Konfiguration. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt jedes cTM zumindest zwei 6-MHz-Upstream-Kanäle, wobei jeder Upstream-Kanal in eines von den 42-MHz-Tiefpassfiltern 6002, 6004 und 6006 eingegeben wird. Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter 6002, 6004 und 6006 werden zu Verstärkern 6012, 6014 bzw. 6016 geleitet. Die Signale der verschiedenen Verstärker werden in Combinern 6022 kombiniert und liegen im Bereich von 5 bis 42 MHz. Der tiefe Teil 6036 des Subsplit-Diplexfilters 6032 wird für die Upstream-Übertragung verwendet.
61 zeigt die Upstream-HF-Übertragung eines cTM in einer Datensplit-Konfiguration. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt jedes cTM zumindest zwei 6-MHz-Upstream-Kanäle, wobei jeder Upstream-Kanal in eines der 42-MHz-Tiefpassfilter 6102, 6104 und 6106 eingegeben wird. Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter 6102, 6104 und 6016 werden zu Verstärkern 6112, 6114 bzw. 6116 geleitet. Anders als im Subsplit-Fall werden in der Datensplit-Konfiguration die Signale in Aufwärts-Umsetzern 6122, 6124 und 6126 zu einer Frequenz im Bereich von 50 bis 250 MHz aufwärts gewandelt. Die Signale laufen durch Filterbänke 6132, 6134 und 6136, ehe sie im Combiner 6142 kombiniert werden. Der tiefe Teil 6156 des Subsplit-Diplexfilters 6152 wird für die Upstream-Übertragung verwendet.
62 zeigt den Upstream-HF-Empfang bei einem TMTS im Subsplit-Fall. Allgemein unterstützt in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein TMTS vier 6-MHz-Upstream-Frequenzkanäle. Im Subsplit-Fall wird das ankommende Spektrum vor seiner Einzeltuner-Umwandlung in Tunern 6212, 6214, 6216 und 6218 in Aufwärts-Umsetzern 6202, 6204, 6206 und 6208 aufwärts gewandelt. Diese Aufwärts-Umsetzung versetzt das Upstream-Spektrum in den Empfangsbereich des Tuners von 54 bis 858 MHz für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Tuner (6212, 6214, 6216 und 6218) wählt einen 6-MHz-Kanal aus und wandelt ihn zu einer Zwischenfrequenz (IF) herab. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Aufwärts-Umsetzer 6202, 6204, 6206 und 6208 ein Ortsoszillator-(LO: local oscillator) Eingangssignal von 162 MHz.
62 zeigt den Upstream-HF-Empfang bei einem TMTS im Subsplit-Fall. Allgemein unterstützt ein TMTS in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegeneen Erfindung vier 6-MHz-Upstream-Frequenzkanäle. Im Datensplit-Fall werden Aufwärts-Umsetzer nicht gebraucht, da die Signale direkt in die Tuner 6302, 6304, 6306 und 6308 eingegeben werden können.
Weiter wird der Fachmann wissen, dass die Subsplit-Konfiguration des nordamerikanischen Kabelsystems gemeinhin 5 bis 42 MHz verwendet. Der Fachmann wird realisieren, dass die Konzepte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch mit einem Frequenzbereich von 5 bis 65 MHz, der oft in vielen internationalen Kabelsystemen zu finden ist, und auch in anderen Frequenzbereichen funktionieren werden, die eventuell in Kabelsystemen verwendet oder nicht verwendet werden. So wird es dem Fachmann bewusst sein, dass die Verwendung von 5 bis 42 MHz in 59 bis 63 nur ein nicht einschränkendes Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist und dass die Konzepte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch mit anderen Frequenzbereichen funktionieren. Des Weiteren ist die Anzahl der in 59 bis 63 gezeigten Tuner und/oder Sender nur ein nicht einschränkendes Beispiel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird erkennen, dass die Konzepte der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung skaliert werden können, um eine beliebige Anzahl (von eins bis unendlich) von Frequenzkanälen zu benutzen. Wirkliche Implementierungen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung würden allgemein mit einer Anzahl von Tunern und/oder Transmittern gebaut, die sich auf die erwarteten Kundenanforderungen sowie auf die Kosten für die zusätzliche Hardware, Logik und/oder Schaltkreise stützt, die erforderlich sind, um die zusätzlichen Tuner und/oder Transmitter in einem TMTS und/oder einem cTM zu unterstützen.
Es sollte betont werden, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen und insbesondere alle „bevorzugten" Ausführungsformen lediglich mögliche Beispiele von Implementierungen sind, die lediglich für ein klares Verständnis der Prinzipien der Erfindung vorgestellt werden. Viele Varianten und Abwandlungen können an der (den) oben beschriebenen Ausführungsform(en) der Erfindung angebracht werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren, eine automatische Frequenzsteuerung für eine Mehrzahl von Frequenzkanälen zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist: Ermittlung einer Mehrzahl von Frequenzfehlern je Kanal, wobei jeder Fehler mit einem entsprechenden aus der Mehrzahl von Frequenzkanälen verbunden ist; Ermittlung eines durchschnittlichen Frequenzfehlers der Mehrzahl von Fehlern je Frequenz; und Anpassung zumindest eines Oszillators auf der Basis des ermittelten durchschnittlichen Frequenzfehlers, um den durchschnittlichen Frequenzfehler zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Frequenzkanälen zumindest einen aktiven Frequenzkanal und zumindest einen inaktiven Frequenzkanal umfasst, und dadurch, dass der Schritt der Ermittlung des durchschnittlichen Frequenzfehlers den zumindest einen inaktiven Frequenzkanal von der Ermittlung des durchschnittlichen Frequenzfehlers ausschliesst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine aktive Frequenzkanal weiter eine Mehrzahl von aktiven Frequenzkanälen umfasst, und dadurch, dass jeder der Mehrzahl von aktiven Frequenzkanälen einen mit ihm assoziierten Frequenzkanaloszillator besitzt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der assoziierten Frequenzkanaloszillatoren zumindest eine Wellentabelle verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Oszillator zumindest einen Master-Oszillator umfasst, der auf der Basis des durchschnittlichen Frequenzfehlers angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Oszillator zumindest eine Wellentabelle benutzt.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Kanäle Tonkomponenten eines frequenz-gemultiplexten Mehrton-Übertragungskanals sind.
Vorrichtung, die eine automatische Frequenzsteuerung einer Mehrzahl von Frequenzkanälen zur Verfügung stellt, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch: Logik (4772-4782), die dafür konfiguriert ist, eine Mehrzahl von Frequenzfehlern pro Kanal zu ermitteln, wobei jeder Fehler mit einem entsprechenden aus der Mehrzahl von Frequenzkanälen verbunden ist; Logik (4746, 4748), die dafür konfiguriert ist, einen durchschnittlichen Frequenzfehler der Mehrzahl von Frequenzfehlern je Kanal zu ermitteln; und Logik (4750, 4762, 4752), die dafür konfiguriert ist, zumindest einen Oszillator auf der Basis des ermittelten durchschnittlichen Frequenzfehlers anzupassen, um den durchschnittlichen Frequenzfehler zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Frequenzkanälen zumindest einen aktiven Frequenzkanal und zumindest einen inaktiven Frequenzkanal umfasst, und dadurch, dass die Logik (4746, 4748), die dafür konfiguriert ist, den durchschnittlichen Frequenzfehler zu ermitteln, den zumindest einen inaktiven Frequenzkanal von der Ermittlung des durchschnittlichen Frequenzfehlers ausschliesst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine aktive Frequenzkanal weiter eine Mehrzahl von aktiven Frequenzkanälen umfasst, und dadurch, dass jeder der Mehrzahl von aktiven Frequenzkanälen einen mit ihm assoziierten Frequenzkanaloszillator (4780) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der assoziierten Frequenzkanaloszillatoren (4780) zumindest eine Wellentabelle (4786) verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Oszillator zumindest einen Master-Oszillator (4750) umfasst, der auf der Basis des durchschnittlichen Frequenzfehlers angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Oszillator zumindest eine Wellentabelle (4724) benutzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Kanäle Tonkomponenten eines frequenz-gemultiplexten Mehrton-Übertragungskanals sind.