专利名称：降低catv家用放大器上行通路中噪声的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于降低综合信息网络中信号噪声的系统和方法。更确切地说，本发明涉及用于降低CATV家用放大器上行通路中噪声的系统和方法。
背景技术：
电缆调制解调器技术已在世界各地得到广泛应用。大体而言，对CATV带宽以及 CATV上所传输信号类型的需求越来越大。双向CATV网络认为是一种在有线电视系统中提供通信的非常有前途的方法。然而，某些技术问题削弱了这种双向网络的性能。特别是，因侵入信号而产生的干扰会严重影响双向网络中返回通路(上行通路)通信的质量。返回通路通信是指从用户到头端设施的通信。侵入信号包含由CATV网络外部的源生成并通过电缆故障、电缆终端等辐射到 CATV网络中的射频噪声信号。部分侵入源包括国际短波广播；民用频带和业余无线电发射；电视接收器；计算机；霓虹灯、电动机、吹风机、垃圾处理机及其它家用电器。据估计， 95%的侵入信号功率源自用户家中。由于CATV采用双向网络的结构设计，因此返回通路通信中的侵入信号尤其棘手。 在CATV网络中，由用户生成的大量信号朝向头端汇聚。因此，由用户生成的每个信号上的侵入信号功率会结合并放大，导致头端设施上的侵入信号功率相对较高。本专利申请文件提供所属领域中已知的用于降低电气系统中信号噪声的若干方法。第5881363号美国专利介绍一种通过在发射器上使用预编码方法并在接收器上结合使用滤波来消除侵入以提高上行传输效率的方法和设备。第5881362号美国专利介绍一种通过将闭塞滤波器定位在分接电缆(drop cable)与家用同轴布线之间来降低电缆返回通路中噪声并削弱侵入的方法。其它使用滤波构件降低CATV系统中噪声的现有技术参考文献包括第5937330 号美国专利、第6757910号美国专利、第5937330号美国专利、第6321384号美国专利、第 4612571号美国专利和第6647070号美国专利。本专利申请文件中还揭示用于降低CATV系统中噪声的其它方法。第5881363号美国专利介绍一种通过在用户设备的发射器中使用预编码器，并在头端设备的接收器中使用侵入抑制滤波器来防止CATV返回信道中出现侵入和多通路的方法和装置。第5199048号美国专利介绍一种用在CATV转换器中的噪声消除器，所述噪声消除器包括将噪声信号从键控信号中移除的键控脉冲处理电路。第5225902号美国专利介绍一种自动选择最佳频率以将数据从远程终端上行传输给系统管理器的方法。第5606725号美国专利介绍具有可以根据误码率动态地进行调整的上行功率传输电平的宽带网。
第5742591号美国专利揭示一种用于进行CATV返回传输的干扰消除系统。所述干扰消除系统可减少会破坏返回信号传输的多余窄带干扰。第5835844号美国专利介绍一种增益方差和侵入削弱系统，其会削弱干扰源对整个CATV系统的总侵入。第H1858号美国依法登记的发明介绍一种要用于有线网络的系统，其中包括射频 (RF)传感开关，当存在来自与至少一个分接头耦合的远程接收器位置的返回信号时，射频传感开关启用反向通路；当不存在来自与至少一个分接头耦合的远程接收器位置的返回信号时，射频传感开关禁用反向通路。如之前所述，目前有多种系统和方法可用来降低CATV系统中的噪声。但是，由于这些系统和方法具有以下至少一个缺点，因此处于不利地位(1)由于包括分离器、滤波器和开关而导致返回信号的电平降低；(2)当这些系统要用在有线网络中时，来自许多用户的噪声会混合(随着用户数量增加，可能无法同样有效地降低噪声)；(3)至多能够降低约 70%噪声的系统相当复杂，成本相对较高；以及(4)基于微处理器的相当复杂系统的成本相对较高。因此，由于本发明的系统和方法可以成功地降低相当高比例(约90%)的噪声 (由于该系统与噪声点源很接近，因此可以有效地减噪)，且因其可以实施在现有的放大器上同时不需要包括单独的侵入检测单元而成本较低，因此本发明的系统和方法优于上述系统和方法。另外，与上述系统不同的是，安装本系统并不需要专门技能，技术人员或客户本人均可在家用网络上实施该系统。
发明内容
因此，根据本发明的实施例提供一种系统，用于控制终端用户住所中双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声。该系统包括噪声控制电路以及耦合在噪声控制电路与有线电视上行通路之间的耦合器元件。该系统进一步包括设置在上行通路上的放大器部件。噪声控制电路会根据通过有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路。根据本发明的实施例，当通过上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，噪声控制电路断开上行通路；当信号的电平高于预定义的信号阈值时，噪声控制电路连接所述上行通路。此外，根据本发明的实施例，以上行信号的电平为依据通过向上行放大器部件提供电压或阻断其电压来连接/断开上行通路。此外，根据本发明的实施例，系统进一步包含设置在上行放大器部件前方或后方的射频切换芯片，该射频切换芯片会根据上行信号的电平连接或断开上行通路。此外，根据本发明的实施例，系统实现降低约90%的噪声。此外，根据本发明的实施例，系统提供了大约35dB的侵入隔离。此外，根据本发明的实施例，噪声控制电路包含至少一个比较器。此外，根据本发明的实施例提供有一种系统，用于控制设置在有线网络上的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声。该系统包括噪声控制电路以及耦合在噪声控制电路与有线电视上行通路之间的耦合器元件。所述系统进一步包括设置在所述上行通路上的放大器部件。根据本发明的实施例，噪声控制电路会根据通过有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开有线电视上行通路。当通过上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，噪声控制电路断开上行通路；当信号的电平高于预定义的信号阈值时，噪声控制电路连接上行通路。此外，根据本发明的实施例，有线电视分接家用放大器与无源网络装置相结合。此外，根据本发明的实施例，无源网络装置为室内分离器和室外分离器中的一者。此外，根据本发明的实施例提供一种方法，用于控制终端用户住所中双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声。该方法包含以下步骤提供噪声控制电路并提供耦合在噪声控制电路与有线电路上行通路之间的耦合器元件。该方法进一步包含提供设置在上行通路上的放大器部件。噪声控制电路根据通过有线电视上行通路的信号的电平连接或断开所述有线电视上行通路。根据本发明的实施例，当通过上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，噪声控制电路断开上行通路；当信号的电平高于预定义的信号阈值时，噪声控制电路连接上行通路。此外，根据本发明的实施例，该方法进一步包含以上行信号的电平为依据向上行放大器部件提供电压或阻断其电压。此外，根据本发明的实施例，该方法进一步包含提供设置在上行放大器部件前方或后方的射频切换芯片，该射频切换芯片会根据上行信号的电平连接或断开上行通路。此外，根据本发明的实施例，该方法进一步包含将噪声控制电路和有线电视上行通路实施到典型的有线网络CATV分离器/耦合器系统中。此外，根据本发明的实施例，该方法可以降低约90%的噪声。此外，根据本发明的实施例，该方法可实现高达35dB的侵入隔离。此外，根据本发明的实施例，所述方法包含使用至少一个比较器。此外，根据本发明的实施例进一步提供一种方法，用于控制设置在有线网络上的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声。该方法包含以下步骤提供噪声控制电路并提供耦合在噪声控制电路与有线电路上行通路之间的耦合器元件。该方法进一步包含提供设置在上行通路上的放大器部件。根据本发明的实施例，噪声控制电路根据通过有线电视上行通路的信号的电平连接或断开所述有线电视上行通路。根据本发明的实施例，当通过上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，噪声控制断开上行通路；当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，噪声控制电路连接上行通路。此外，根据本发明的实施例，该方法包含将双向有线电视分接家用放大器与无源网络装置相结合，该无源网络装置可能为室内分离器和室外分离器中的一者。此外，根据本发明的实施例，上行通路为有源通路或无源通路中的一者。
图1(现有技术)为典型双向放大器电路的方框解；图2为根据本发明第一个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接 (家用)放大器电路的方框解；图3为根据本发明第二个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接 (家用)放大器电路的方框解；图4为根据本发明第三个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接
6(家用)放大器电路的方框解；图5为根据本发明第四个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接 (家用)放大器电路的方框解；图6A至图6C展示将具有噪声控制电路系统的双向有线电视分接(家用)放大器电路实施到典型的室外ATV分离器/耦合器系统中的3种可能的实施方案；以及图7A至图7C为以图表形式展示的实验室测试结果，分别展示随时间变化的无源调制解调器噪声电平、随时间变化的有源调制解调器噪声电平以及随时间变化的干净(无噪声)的输出信号。
具体实施例方式如前所述，综合信息网络可视作双向传输系统，其信息通过终端交换器和继电器流入头端。从头端向终端传输为“向前”或“下行”，而从终端向头端传输为“返回”或“上行”。 信号下行是点到接口的分离式“广播”；信号上行是从接口到点的汇聚。“广播”或“汇聚”均由分离器执行。在上行通路中，上行信号会与来自各个通路的噪声汇聚。最终，所有噪声均汇聚到头端，这就是所谓的“漏斗效应”。但是，部分噪声分量的能量很高，足以掩盖上行信号，因此可能会严重影响“上行”传输的质量。此类噪声分量主要来自电缆调制解调器等终端，常用放大器是主要噪声发生器之
ο电缆调制解调器不会持续在上行通路上进行传输。因此，如果当电缆调制解调器停止工作时放大器的通路会断开，那么来自用户住所的噪声显著降低，“漏斗效应”也会显著减弱。除了解决“漏斗效应”，本发明的系统和方法还具有以下优点。首先，该系统能够成功地降低约90 %的噪声并提供高达35dB的侵入隔离。其次，该系统的操作系统基于上行通路的突发性，能够解决并阻断来自客户住所的侵入噪声。第三，该系统无需在安装期间断开射频。第四，所提出的系统成本相对较低，这是因为(a)该系统可在诸如双向有线电视分接 (家用)放大器等的现有放大器上实施，所需输入电压很低，只需814V直流电即可，且不需要增加侵入检测系统；以及(b)技术人员或用户本人均可以在家用网络上实施该系统。第五，该系统能够降低功耗。上行通路中的放大器功耗占双向传输系统中总功耗的60%。如果上行通路在电缆调制解调器停止工作时断开，那么可以减少超过50%的能耗。例如，如果使用所提出的系统，则每年可节省大约20kw-h。现在参考图1(现有技术)，图1是典型的双向放大器电路的方框解。在该电路中，放大器102和放大器104这两个放大器始终是工作的。现在参考图2，图2为根据本发明第一个实施例的具有噪声控制电路202的全新双向有线电视分接(家用)放大器电路200的方框解。如图2所示，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路200包含沿前向通路I的下行放大器部件204和沿上行通路II 的上行放大器部件206，通路I和通路II分别用对应的箭头线表示。通路I和通路II分别以高通滤波器(HPF) 208A和208B及低通滤波器(LPF) 2IOA和2IOB隔离。
下行信号进入入端口 212，通过HPF 208A,在下行放大器部件204中放大，通过HPF 208B，然后再从出端口 214离开。类似地，上行信号进入出端口 214，通过LPF 210B，在上行放大器部件206中放大，通过LPF 210A，然后再从入端口 212离开。噪声控制电路202包含电子开关216，当(来自客户住所的)上行信号的电平高于 /低于预定义的阈值(例如，对于一个非调制信号为SOdBuV)时，噪声控制电路202通过向上行放大器部件206提供电压或阻断其电压来连接/断开通路II。噪声控制电路202进一步包含沿通路II的定向耦合器218、二极管220、电容器 222、比较器224、比较器226以及电阻器228-236。因此，样本信号从定向耦合器218传出， 通过二极管220，在电容器222形成信号电压，由比较器2M放大，然后进入比较器226中。因此，当通过通路II的上行信号所具有的信号电平大于预定义的阈值时，比较器 226产生高电压，电子开关216会连接通路II。因此，通路II即通电，经放大的上行信号会传输到头端，即传输到入端口 212。在这种情况下，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路200的表现和图1所示典型双向放大器的表现相同。但是，当通过通路II的上行信号的电平低于预定义的信号阈值时，比较器2 输出相对较低的电压，且开关216断开通路 II。通路II断开时，不断流经通路II的噪声显著降低。现在参考图3，图3为根据本发明第二个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接(家用)放大器电路300的方框解。如图3所示，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路300进一步包括快速射频切换芯片302。在这种情况下，电子开关 216永久接通，因此上行放大器部件206始终处于连接状态。由射频切换芯片302来控制切换，即根据上行信号的电平连接或断开通路II。也就是说，当通过通路II的上行信号的电平低于预定义的阈值时，射频切换芯片302断开通路II，从而降低持续通过此通路的噪声。 应注意，快速射频切换芯片302可位于放大器部件206的前方或后方。应注意，与图2所示全新双向有线电视分接(家用)放大器电路200相比，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路300可能无法同样节能，因为在该电路中，无论通路II 是否处于连接状态，放大器始终都是工作的。因此，该系统所消耗的电力大于图2中系统消耗的电力。但是，与全新双向有线电视分接(家用)放大器电路200相比，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路300的优势体现在其响应更快。更具体而言，与连接/断开双向CATV家用型放大器电路300中通路II相关的时延小于双向有线电视分接(家用)放大器电路200的时延。现在参考图4，图4为根据本发明第三个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接(家用)放大器电路400的方框解。如图4所示，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路400包含高通滤波器 (HPF)402和低通滤波器(LPF)210A及210B。全新双向有线电视分接(家用)放大器电路 400进一步包含沿上行通路II的上行放大器部件206。在这种情况下，沿通路I上不含放大器，因此下行信号在通过该通路时不会得到放大。现在参考图5，图5为根据本发明第四个实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接(家用)放大器电路500的方框解。如该图所示，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路500与全新双向有线电视分接(家用)放大器电路400类似，因为这两种电路均仅包含通路II上的上行放大器部件206。也就是说，下行信号是无源的，即下行信号通过通路I时不会得到放大。另外，全新双向有线电视分接(家用)放大器电路 500包含射频切换芯片302，该射频切换芯片302控制切换，根据上行信号的电平连接或断开通路II。也就是说，当通过通路II的上行信号的电平低于预定义的阈值时，射频切换芯片302断开通路II，从而降低持续通过此通路的噪声。应了解，根据本发明实施例的具有噪声控制电路的全新双向有线电视分接(家用)放大器电路也可用于有线网络中。现在参考图6A至图6C，图6A至图6C展示将具有噪声控制电路系统的双向有线电视分接(家用)放大器电路实施到典型的室外CATV分离器/耦合器系统中的3种可能的实施方案。在图6A中，带有噪声控制电路的双向有线电视分接(家用)放大器电路602与室外/室内CATV分离器/耦合器604的入口相连。在图6B中，带有噪声控制电路的双向有线电视分接(家用)放大器电路602与室外/室内CATV分离器/耦合器604的两个出口中的一者相连。在图6c中，双向有线电视分接(家用)放大器电路602与室外/室内CATV 分离器/耦合器604入口的每个出口相连。此类配置使得能够向典型CATV分离器/耦合器中添加噪声控制电路，无需在室外网络设备处安装其它侵入检测单元。现在参考图7A至图7C，图7A至图7C是以图表形式展示的实验室测试结果，分别展示随时间变化的无源调制解调器(该无源调制解调器不传递信号)噪声电平、随时间变化的有源调制解调器(该有源调制解调器传递信号)噪声电平以及随时间变化的干净(无射频噪声)的输出信号。如图7A所示，降噪后，也就是调制解调器和上行放大器为无源时的射频噪声电平大约为_23dB(在该测试中，噪声电平降低15dB)。如图7B所示，在未有射频噪声降低时，即调制解调器和上行放大器为有源时，噪声电平大约为_8dB。因此，基于上述图7A和图7B，当调制解调器和放大器为无源时，可以实现大约15dB的噪声隔离。图7C演示没有来自噪声发生器的其它射频噪声的情况下有源调制解调器的信号电平。请注意，根据本发明的实施例，向前通路和/或反向通路中的放大器可与诸如分离器(室内式或室外式分离器)等无源网络装置相结合。另请注意，根据本发明的实施例，上行通路可以为上述有源通路，也可以为无源通路。
权利要求
1.一种系统，用于控制安置在终端用户住所的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声，所述系统包括噪声控制电路；耦合器元件，所述耦合器元件耦合在所述噪声控制电路与所述有线电视上行通路之间；以及设置在所述上行通路上的放大器部件，所述噪声控制电路根据通过所述有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路；从而当通过所述上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路断开所述上行通路，当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路连接所述上行通路。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，以所述上行信号的电平为依据通过向所述上行放大器部件提供电压或阻断其电压来连接/断开所述上行通路。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包含设置在所述上行放大器部件前方或后方的射频切换芯片，所述射频切换芯片根据所述上行信号的电平来连接或断开所述上行通路。
4.根据权利要求1所述的系统，实现约90%的噪声降低。
5.根据权利要求1所述的系统，提供大约35dB的侵入隔离。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述噪声控制电路包含至少一个比较器。
7.一种系统，用于控制安置在有线网络上的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声，所述系统包含噪声控制电路；耦合器元件，所述耦合器元件耦合在所述噪声控制电路与所述有线电视上行通路之间；以及设置在所述上行通路上的放大器部件，所述噪声控制电路根据通过所述有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路；从而当通过所述上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路断开所述上行通路，当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路连接所述上行通路。
8.根据权利要求1和7所述的系统，其中所述双向有线电视分接家用放大器与无源网络装置相结合。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述无源网络装置为室内分离器和室外分离器中的一者。
10.根据权利要求1和7所述的系统，其中所述上行通路为有源通路或无源通路中的一者ο
11.一种方法，用于控制安置在终端用户住所的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声，所述方法包含提供噪声控制电路；提供耦合器元件，所述耦合器元件耦合在所述噪声控制电路与所述有线电视上行通路之间；以及设置在所述上行通路上的放大器部件，所述噪声控制电路根据通过所述有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路；从而当通过所述上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路断开所述上行通路，当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路连接所述上行通路。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，以所述上行信号的电平为依据通过向所述上行放大器部件提供电压或阻断其电压来连接/断开所述上行通路。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包含设置在所述上行放大器部件前方或后方的射频切换芯片，所述射频切换芯片根据所述上行信号的电平来连接或断开所述上行通路。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包含将所述噪声控制电路和所述有线电视上行通路实施到典型的有线网络CATV分离器/耦合器系统中。
15.根据权利要求11所述的方法，实现约90%的噪声降低。
16.根据权利要求11所述的方法，能够提供高达35dB的侵入隔离。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述噪声控制电路包含至少一个比较器。
18.一种方法，用于控制设置在电缆网络上的双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声，所述方法包含提供噪声控制电路；提供耦合器元件，所述耦合器元件耦合在所述噪声控制电路与所述有线电视上行通路之间；以及设置在所述上行通路上的放大器部件，所述噪声控制电路根据通过所述有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路；从而当通过所述上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路断开所述上行通路，当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路连接所述上行通路。
19.根据权利要求11和18所述的系统，其中，所述双向有线电视分接家用放大器与无源网络装置相结合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述无源网络装置为室内分离器和室外分离器中的一者。
21.根据权利要求11和18所述的方法，其中，所述上行通路为有源通路或无源通路中的一者。
全文摘要
本发明提供一种系统，用于控制终端用户住所中双向有线电视家用放大器系统的有线电视上行通路中的噪声，所述系统包括噪声控制电路以及耦合在所述噪声控制电路与所述有线电视上行通路之间的耦合器元件。所述系统进一步包括设置在所述上行通路上的放大器部件。所述噪声控制电路会根据通过所述有线电视上行通路的信号的电平来连接或断开所述有线电视上行通路。也就是说，当通过所述上行通路的信号的电平低于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路断开所述上行通路；当所述信号的电平高于预定义的信号阈值时，所述噪声控制电路连接所述上行通路。
文档编号H04N21/61GK102484749SQ201080024337
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月6日 优先权日2009年4月1日
发明者戴维·兹尔勃贝格 申请人:戴维·兹尔勃贝格