具有旁路信号的返回路径减噪放大器的制造方法
【专利摘要】一个具有一放大路径与一旁路路径以便承载RF信号的放大器系统。在该放大器系统内的一个开关响应该放大器系统的正常状态而将该RF信号通过该放大路径传递，并响应该放大器系统的不正常状态而将该RF信号通过该旁路路径传递。该放大路径包含一个放大前向电路及一个返回电路。该放大前向电路包含一个放大器而该返回电路具有一个返回放大器及一个探测电路以便提供功率给该返回放大器。该探测电路响应该返回电路的正常状态而提供功率给该回放大器，并响应该返回电路的不正常状态而移除给该回放大器的功率。
【专利说明】具有旁路信号的返回路径减噪放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据通讯电子领域，精确的说，是涉及一种传输RF信号的家用放大器。
【背景技术】
[0002]近年来，CATV(有线电视)营运商将其服务从提供标准有线电视娱乐内容转换成在单条电缆上一起提供电视、声音、安全及宽带服务。因此，现代的通讯架构必须要能提供更大的带宽才能满足愈来愈多的用户数及这些用户使用服务所消耗的更多带宽。例如，文件共享、视频会议、电子商务、及音频与视频流量等带宽密集型运用愈来愈普遍。为了解决这种日益增加的需求，有些既有的市话交换营运商及有竞争力的市话交换营运商用比传统同轴电缆能承载更多数据的光纤技术完全取代其网络。但是，基础架构的调整须投入更多时间与成本，故而对于某些营运商来说并不是很具有吸引力的解决方案。
[0003]有些营运商尝试采用其他方法来满足日益增加的带宽需求。例如，有些营运商对前向路径(“下行”)信号与返回路径(“上行”)信号采用更高阶的调制方案。目前，许多CATV营运商对下行或前向路径信号使用256正交波幅调制(“QAM”)，并积极将上行或返回路径信号自16QAM移转至64 QAM0单一住户的若干个返回路径信号通常组合成单一上行信号，然后，与其他住户的其他多个相似信号组合，组合的上行信号再传输回到营运商。
[0004]混合式光纤同轴(“HFC”)系统提供这双向数据传输，送到HFC机房的返回路径信号提供与系统有关的数据，例如，操作性能、状态、负载、或系统与消费者的使用状况。HFC网络使用电缆服务接口规范标准(“DOCSIS”)的双向数据来传输数据。用户家中的电缆调制解调器、嵌入式多媒体终端配接器(“EMTAs”)及电缆机顶盒以周期数据串的型式传输返回路径数据。在电子设备处于不活动也不传输数据的静止状态时，来自电子设备及电缆的结构或安装缺损处、装置或电缆的隔离不良处、装置及电缆的失真及其他来源的入侵噪声仍沿着线缆传输。此外，使用更高阶的调制需要更好的信号信噪比(“SNR”)。这表示从电缆调制解调器、EMTAs、及电缆机顶盒等装置发送的”良好”、或有效信号须具有高于干扰噪声的足够功率级，才能确保良好的数据传输质量。此外，HFC网络须能提供保证的服务水平，才能确保语音通讯质量并且配合VOIP(互联网语音传输协议)的需要。
[0005]在组合的返回路径信号传输回HFC机房时，回传路径上的入侵噪声一起传输回HFC机房。多个房子的入侵噪声混合起来后，就产生了噪声效应，对系统的信噪比SNR产生负面影响，限制了每个节点的有效用户数与可用的最高调制级。CATV营运商减少入侵噪声以便使用较高调制级的传统做法包含降低噪声大小，这需要将HFC机房做广泛的升级，包含建设新的光纤及大量的固定设备投资。
[0006]CATV营运商提供的VOIP服务特别重要，因为VOIP提供的电话通信在自然灾害或紧急情况发生时是非常重要的服务。由于这服务须在危急时仍能作业，且通常须依赖有源设备及供电信号。电力在危急时可能中断或停止。在紧急或灾难造成供电停止时，VOIP服务通常也会失效。提供一种改善型的放大器是非常有必要的。
【发明内容】
[0007]本发明提供的一种放大器系统传输RF信号、减少到HFC机房的返回路径噪声、并且即使在电力中断时仍能在HFC机房与住家间传输RF信号。
[0008]此放大器系统包含一个输入连接器、一个输出连接器、一个连接该输入与输出连接器的放大路径，及一个连接该输入与输出连接器的旁路路径。一个开关切换RF信号通过放大路径或旁路路径；该开关响应放大器系统的正常状态而切换信号通过该放大路径，及响应放大器系统的不正常状态而切换信号通过该旁路路径。
[0009]该放大路径包含一个放大前向电路和一个返回电路。放大前向电路包含一个放大器以便将下行信号放大，而该返回路径包含一个返回放大器和提供功率给返回放大器的探测电路。探测电路响应返回电路的正常状态而提供功率给返回放大器，及响应返回电路的不正常状态而移除给返回放大器的功率。
[0010]本发明、减少到HFC机房的返回路径噪声、并且即使在电力中断时仍能在HFC机房与住家间传输RF信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为根据本发明的原理建构的具有旁路信号路径结构，并置于正常配置的返回路径减噪放大器的电路框图；
图2是与图1相似的电路框图，展示旁路信号路径置于旁路配置的返回路径减噪放大器；
图3是使用旁路信号路径的返回路径减噪放大器的另一实例的电路框图，内含一个额外的下行滤波器。
【具体实施方式】
[0012]现在参考附图，各图内的相同标示符号都指示相同组件。如图1与图2所示，本发明提供放大器系统10，用来传输各种不同的通讯服务。放大器系统10接收来自HFC机房的通讯服务，并将此服务传输给设置在用户住家的电子设备。图1展示正常状态的系统10，提供完全的通讯服务到用户的住家；图2展示在衰减或旁路状态的系统10，提供少量但尚未中断的通讯服务到用户住家。在正常状态下，系统10通过放大路径11传输数据，放大路径11包含用来传输下行数据的放大前向电路12，及一个传输上行数据的返回电路13。在旁路状态下，系统10经过没有放大的旁路路径14传输下行与上行数据。
[0013]系统10包含输入15及输出16。输入15是一个节点，可操作地连接到HFC机房，该HFC机房提供数据通讯，例如，通过RF信号17传输到系统10，以便传输到用户住家。输出16是一个节点，可操作地连接到用户住家内的电子设备，例如同轴输入、有线电视机顶盒、DVRs等。本领域的技术人员应可很容易看出，输出16可以有一个或若干个接口让用户连接一个或若干个电子设备到系统10。此外，虽然用〃输入15〃与”输出16”标示，其实RF信号17的上行及下行传输都通过输入15及输出16。为了方便在说明中使用，自输入15到输出16 (或在该方向)传输的信号称做下行信号或当作下行方向移动；而自输出16到输入15 (或在该方向)传输的信号称做上行信号或当作上行方向移动。
[0014]到系统10的RF信号17经过输入15到达第一旁路开关20。第一旁路开关20构成控制RF信号17通过系统10的路径的切换机构的部件之一。切换机构还包含连接输出16的第二旁路开关21、直流电压感应电路22，以及功率探测电路31。直流电压感应电路22感应及探测系统10内的电流及电压。直流电压感应电路22探测到供应给放大路径11的放大前向电路12的电流及电压在正常状态，第一旁路开关20与第二旁路开关21则将系统10置于其正常配置，使RF信号17下行经过放大前向电路12，上行经过返回电路13。在此正常配置下，第一旁路开关20设定将RF信号17经过放大路径11传输到第一双工滤波器23，后者由第一旁路开关20的正常开路与第一旁路开关20电连接(如图1所示)。第一双工滤波器23将放大路径11上的信号分隔成工作在约54MHz与约1002MHz之间，自HFC机房下行传输的下行信号成分17d，及工作在约5MHz与约42MHz之间，自用户住家内的电子设备上行传输的上行信号成分17u。
[0015]共同构成放大路径11的放大前向电路12与返回电路13均含有放大器，可补偿通过系统10在HFC机房与用户住家之间传输所造成的损失。放大前向电路12包含的前向放大器24是一个高频放大器，承载高频下行信号17d并与第一双工滤波器23电通信连接。下行信号17d通过前向放大器24，将下行信号17d的功率放大后送到第二双工滤波器25，再送到第二旁路开关21的正常开路接点。下行信号17d从第二旁路开关21传输到系统10的输出16而传输给用户住家内的电子设备。此时，因为放大前向电路12内的电流与电压是在正常状态，系统10工作于正常配置(如图1所示)，HFC机房将RF信号17传输到系统10,通过输入15、第一旁路开关20、第一双工滤波器23、前向放大器24、第二双工滤波器25、第二旁路开关21、输出16而输出到用户的电子设备。放大前向电路12也可包含适当的滤波器、稳压器、或其他依需要调整下行信号17d的装置。
[0016]上行信号17u也构成双向RF信号17的一部分,通过系统10传输。上行信号17u将住家内电子设备的相关数据与数据提供给HFC机房。RF信号17自用户的电子设备送到输出16及第二旁路开关21，并经过第二旁路开关21的正常开路接点，到第二双工滤波器25，将上行信号17u滤出后传输到返回电路13。返回电路13包含第一支路13a与第二支路13b。第一支路13a包含一个返回放大器30，第二支路13b包含功率探测电路31。功率探测电路31响应其在返回电路13探测到的正常状态而提供功率给返回电路30。反之，功率探测电路31相应其在返回电路13探测到的不正常状态而移除给返回电路30的功率供应。
[0017]上行信号17u在返回电路13内被分成第一成分信号17u’与第二成分信号17u”，前者通过返回电路13的第一支路13a，后者经过功率探测器31而通过返回电路13的第二支路13b。信号17u、17u’及17u"相同，故探测信号17u"的特征等于探测信号17u’及真正的上行信号17u。功率探测电路31包含一个功率探测器32该功率探测器32探测信号17u"的功率，也等于探测信号17u及17u’的功率。功率探测电路31也包含一个可在开与关之间动作的功率开关33，功率开关33相应功率探测器探测到的返回电路13的正常状态，电通信连接到功率探测器32及返回放大器30，以便提供功率到返回放大器30，响应功率探测器探测到的返回电路13的不正常状态，则移除给返回放大器30的功率。
[0018]在返回电路13的正常状态下，上行信号17u出现，并具有足够大小盖过上行信号17u内的噪声而达到可接受的信噪比SNR。当上行信号17u出现在返回电路13内而其大小超过本发明所预设的阈值时，就像用户的电子设备将信息传输回HFC机房时，则功率探测器32探测到信号17u"的存在。功率开关33相应移动到开位置而提供功率给返回放大器30，故信号17u被调节与放大，再传输到第一双工滤波器23、到第一旁路开关20，最后到输入15而送出。
[0019]当功率探测器32探测到信号17u"的大小低于预设阈值时，功率开关33移到关位置。当信号17u"的大小低于预设阈值时，或当完全没有信号17u"时，这是因为用户住家内的电子设备未将数据送回HFC机房，返回电路13被判定只有承载入侵噪声而不需传输回HFC机房。这时判定返回电路13为不正常状态。因此，功率开关33移到关位置，切断返回放大器30的功率源而阻止上行信号17u自用户住家向上传回。
[0020]在功率中断或消失时，系统10移出正常状态，RF信号17从正常状态的经过放大路径11变为经过旁路状态，此时，RF信号17经过旁路路径14。在系统10的旁路状态下，上行与下行数据被保留通过系统10而未中断传输。
[0021]图2是系统10被安排在其旁路状态，RF信号17u通过旁路路径14。旁路路径14包含一个与放大前向电路12分开却与放大前向电路12电通信连接的直流电压感应电路22。直流电压感应电路22电连接到前向放大器24以便探测前向放大器24的电压，也是放大前向电路12的电压。前向放大器24的电压经过直流电压感应电路22取样、滤波及测量，然后与预设的参考电压阈值比较。若测量得到的电压等于或大于预设的参考电压阈值，直流电压感应电路22探测到前向放大器24工作于正常状态的可接受电压，则直流电压感应电路22发出信号给第一旁路开关20与第二旁路开关21，将RF信号17沿着放大路径11传输或持续传输，通过第一双工滤波器23与第二双工滤波器25 (如图1所不)。但是,若测量得到的电压低于预设的参考电压阈值，则直流电压感应电路22探测到前向放大器24及放大前向电路12低于可接受的电压阈值，或可能完全没有电压，则直流电压感应电路22发出信号给第一旁路开关20与第二旁路开关21，将RF信号17沿着旁路路径14通过第一旁路开关20与第二旁路开关21的正常闭路接点。当第一旁路开关20与第二旁路开关21将RF信号17传输到旁路路径14时，放大路径11、第一双工滤波器23、前向放大器24、第二双工滤波器25、功率探测电路31及返回放大器30全部与旁路路径14为电气隔离。旁路信号34在输入15与输出16之间,通过第一旁路开关20与第二旁路开关21传输信号到用户的电子设备。上行与下行的VoIP服务故而不受系统10的功率丧失影响，维持通过系统10。
[0022]本发明的另一实例的放大器系统如图3所不,用40标不放大器系统。系统40与系统10相同处为:从HFC机房接收通讯服务，并将此服务上传到设置在用户住家的电子设备，同时将住家信息回传到HFC机房。系统40与系统10在很多方面都相同，用来说明及标示结构特色及组件的标号也用来标示系统40的相同对应部分，只是用’显示系统40与系统10的区别。因此，系统40包含放大路径11’、放大前向电路12’、返回电路13’、第一支路13a’、第二支路13b’、旁路路径14’、输入15’、输出16’、第一旁路开关20’、第二旁路开关21’、直流电压感应电路22’、第一双工滤波器23’、前向放大器24’、第二双工滤波器25’、返回放大器30’、功率测电路31’、功率探测器32’、功率开关33’、旁路信号34’。整个系统40内的信号与系统10用相同标号标不,例如信号17、下行信号成分17d、上行信号成分17u、第一与第二部分信号17u’及17u〃、及旁路信号34。电通信连接在第二旁路开关21’与输出16’之间的是滤波器41。滤波器41让从输入15’至输出16’的下行方向的RF信号17只通过约5MHz至约1002MHz的范围。滤波器41让从输出16’到输入15’的上行方向RF信号17只在约1125MHz至约1525MHz的范围。滤波器41在1125MHz至1525MHz的插入损失或抑制大于40dB。
[0023]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一个传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该系统包含: 含有将该RF信号下行传输的放大前向电路的放大路径； 将该RF信号上行传输的返回路径； 被配置来使该RF信号上行及下行通过该系统的旁路路径； 连接该放大路径、返回路径及旁路路径的切换装置； 其中该切换装置响应该放大路径的正常状态而将该RF信号下行传输通过该放大路径，并响应该放大路径的不正常状态而将该RF信号传输通过该旁路路径 '及 该切换装置响应该返回路径的正常状态而提供功率给该返回路径，并响应该返回路径的不正常状态而移除该返回路径的功率。
2.如权利要求1所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该切换装置包含: 与该放大路径电通信连接以便探测该放大路径内的电压的直流感应电路；及 与该返回路径电通信连接以便探测该返回电路内之功率的探测电路。
3.如权利要求2所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该直流感应电路与该放大路径内的放大前向电路电通信连接，以便探测该放大前向电路内的电压。
4.如权利要求3所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该返回路径内的返回放大器响应该探测电路探测到该返回电路内的功率而自该探测电路接收功率。
5.如权利要求1所述的传输RF信号的放大器统，其特征在于，还包含一个滤波器，其中: 该滤波器被配置成过滤返回路径内的该RF信号内的约1125MHz至约1525MHz频率范围；及 该滤波器被配置成让该下行RF信号的约5MHz到约1002MHz频率范围通过。
6.—个传输RF信号的放大器系统,其特征在于,该系统包含: 一个具有一放大前向电路与一返回电路的放大路径，该返回电路包含一个功率探测电路可响应返回电路的正常状态而提供功率给该返回电路，并响应该返回电路的不正常状态移除该返回电路的功率。
7.一个旁路路径；及 一个与该放大路径及该旁路路径电通信连接的开关，该开关响应该放大电路的正常状态而将该RF信号通过该放大电路传递，及响应该放大路径的不正常状态而将该RF信号通过该芳路路径传递。
8.如权利要求6所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于,还包含: 与放大路径电通信连接以便探测该放大路径内的电压的直流电压感应电路； 该直流电压感应电路在放大路径的正常状态时探测到高于阈值的电压；及 该直流电压感应电路在放大路径的不正常状态时探测到低于阈值的电压。
9.如权利要求7所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于,该开关与直流电压感应电路电通信连接，以便响应该直流电压感应电路探测到电压高于阈值而将该RF信号通过该放大电路传递，及响应该直流电压感应电路探测到电压低于该阈值而将该RF信号通过该芳路路径传递。
10.如权利要求6所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于,该返回电路包含一个返回放大器。
11.如权利要求9所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该功率探测电路包含: 一被配置成探测该返回电路内的功率的功率探测器； 一与该功率探测器电通信连接及与该返回放大器电通信连接，以便提供功率给该返回放大器的功率开关； 该功率开关响应该功率探测器探测到该返回电路的功率而提供功率给该返回放大器；及该功率开关响应该功率探测器没有探测到该返回电路的功率而移除给该返回放大器的功率。
12.如权利要求6所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于,还包含一个滤波器，其中: 该滤波器被配置成过滤该返回电路内的自约1125MHz到约1525MHz频率范围的RF信号；及 该滤波器被配置成让该返回电路内的自约5MHz到约1002MHz频率范围的RF信号通过。
13.一个传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该系统包含: 一个接收来自机房的RF信号及将该RF信号送回该机房的输入连接器； 一个被调适成连接到通讯设备的输出连接器； 一个连接输入连接器到输出连接器的放大路径，该放大路径包含: 一个将该RF信号分成下行及上行信号的第一双工滤波器； 一个将该下行信号放大的放大前向电路； 一个供上行信号使用的返回电路；及 组合该下行与该上行信号的第二双工滤波器； 一个连接该输入连接器到输出连接器的旁路路径，该旁路路径包含一个与该放大路径电通信连接以便探测该放大路径内的电压的直流电压感应电路； 一个电通信连接在该输入连接器与输出连接器之间以便将该RF信号通过该放大路径或该旁路路径传递的开关； 该开关与该直流电压感应电路电通信连接，该开关响应该直流电压感应电路探测到该放大径路的正常状态而将该RF信号通过该放大径路传递，及响应该直流电压感应电路探测到该放大路径的不正常状态而将该RF信号通过该旁路路径传递； 其中该放大路径的该返回电路包含: 一个返回放大器； 与该返回放大器电通信连接的功率探测电路； 该功率探测电路响应其探测到该返回电路的正常状态而提供功率给该返回放大器；及 该功率探测电路响应其探测到该返回电路的不正常状态而移除给该返回放大器的功率。
14.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，放大路径的正常状态是在该放大路径的特性高于阈值时。
15.如权利要求13所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于，该特性为电压，而该阈值是该放大路径的预定电压。
16.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于,放大路径的不正常状态是在该放大路径的特性低于阈值时。
17.如权利要求15所述的传输RF信号的放大器系统,其特征在于，该特性为电压，而该阈值是该放大路径的预定电压。
18.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，返回电路的正常状态是当连接该输出连接器的通讯设备只传输给该返回电路噪声时。
19.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，返回电路的不正常状态是当连接该输出连接器的通讯设备没有信号传输给该返回电路时。
20.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，该功率探测电路包含: 一个被配置成探测该返回电路的功率的功率探测器； 一个与该功率探测器电通信连接及与该返回放大器电通信连接以便提供功率给该返回电路的功率开关； 该功率开关响应该功率探测器探测到返回电路内的功率而提供功率给该返回放大器；及 该功率开关响应该功率探测器没有探测到返回电路内的功率而移除给该返回放大器的功率。
21.如权利要求12所述的传输RF信号的放大器系统，其特征在于，还包含一个滤波器，其中: 该滤波器被配置成过滤该返回电路内的RF信号从约1125MHz到约1525MHz的频率范围；及 该滤波器被配置成让该返回电路内的RF信号从约5MHz到约1002MHz的频率范围通过。
【文档编号】H04N5/14GK104253966SQ201410257845
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】林康, 王乔恩 申请人:Pct国际有限公司