CN1419757A - 用于通过通信网络分发信息的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过HFC网络向订户接收站(109)分发信息的通信系统(100)，包括多端口交换器(119)、与所述交换器的各自端口耦合的一个或多个射频(RF)调制解调器(121)、组合器(125)以及发射机(127)。所述交换器根据地址信息将源信息传送到所述RF调制解调器。每个RF调制解调器将来自所述交换器的信息调制并上变频成电视广播频谱的各个订户信道中的RF信号。每条信道被分配给一个或多个订户，并且向每个订户分配独享的带宽。所述HFC网络包括分配点(103)、一个或多个光节点(105)以及相应的同轴电缆(137)。每个订户接收站包括调谐到对应信道以从该信道取回源信息并且将所述信息传递给一个或多个本地订户设备的网关(139)。

Description

用于通过通信网络分发信息的系统和方法
相关申请
本发明是基于2000年12月22日提出申请的美国申请序列号09/748,717以及2000年2月23日提出申请的申请号为60/184,362的名为“SwitchedEthernet Communication network Utilizing Hybrid Fiber Coax DeliveryPlant”的美国临时申请，并且在此引用全部作为参考。
发明领域
本发明涉及信息传递和分发，尤其涉及用于向网络中的订户分配独享的、双向的和确定性带宽的系统和方法。
相关技术说明
商业和住宅订户对于宽带内容的需求持续地增长。宽带内容包括多种类型的娱乐节目、通信和数据，如广播电视频道、视频点播、流视频、多媒体数据、因特网接入、基于IP的语音等等。为了满足这些增长的需求，就必须增加每个订户的带宽并改进服务质量。当前的传递技术包括(1)使用电话技术的若干变种DSL(数字订户线)技术，如ADSL(异步DSL)等等；(2)使用电视技术和HFC(混合光纤同轴电缆)分布网络的电缆调制解调器系统。现存的用于提供宽带内容的传统技术正日益变得不能满足所述需求。
DSL技术是一种在铜线双绞线或双绞线电缆上传递数据的方法，并且一般使用公用电话交换网络(PSTN)。在现存的PSTN和双绞线电缆(网络设备)上提供视频服务有若干主要问题。现存的网络设备不是统一的并且大多数设备是陈旧的而具有造成信号损失和线路噪声的不良铜性能。实际上，由于与最近的交换器的显著距离以及现存设备的不良性能，不能在现存的设备上为大部分人口提供ADSL。此外，当前ADSL具有受限的下行数据流带宽，并且在本质上提供了非常有限的返回带宽。由于其带宽限制和特性，ADSL不适用于在订户接收站发起的多种类型的内容，如视频会议等等。
电缆调制解调器系统利用电视广播频谱和电视技术来向订户广播所谓的宽带数据。使用现存的HFC网络传递宽带数据(视频点播、流视频等等)的一个问题是可用的传递频谱的局限。已经建立了电视数据传递系统在从大约15兆赫(MHz)延续到大约860MHz电视广播频谱上向订户传递数据。向用户传递模拟电视下行数据流占据了大约54MHz到550MHz间的频谱，这就给在HFC电缆调制解调器系统上数字数据的传递留下了较小的频谱范围。当前在现存的电缆线路中的大约42到54MHz的频率范围中设置了把上行数据流与下行数据流分开的同向双工滤波器。因此，两个有效的使用传统的HFC系统的传递频率范围是介于大约15-42MHz(上行数据流)之间以及介于550-860MHz(下行数据流)之间。
现存的HFC电缆网络是基于电缆调制解调器终端系统(CTMS)以及基于电缆的数据服务接口规范(DOCSIS)。这些传统系统使用共享频率信道向每个下行数据流订户广播所有数据。所述共享信道一般是6MHz宽，为数字信息提供大约27-38Mbps的总数据带宽。然而，所述信道在许多订户间共享，这样根据使用时间以及同时登录的订户数量，数据速率令人瞩目地变化。在通用使用时间期间，服务质量特别低。示例性的传统系统可以在4个分开的节点间分配所述共享信道，每个节点服务大约500个订户或更多，这样产生的下行数据流数据速率常常较低。上行数据流共享信道通常较小，如3.2MHz或更小，并且使用“轮询和许可”系统为上行数据流传送识别数据。产生的上行数据流性能通常不高于标准56Kbps调制解调器。
提供一种通过现存的和未来的通信网络满足增长的宽带内容需求的分发信息的系统和方法是合乎需要的。
发明概述
一种根据本发明的实施例的通过网络向订户接收站分发信息的通信系统，包括多端口交换器、一个或多个耦合至交换器的各个端口的射频(RF)调制解调器、组合器以及发射机。所述交换器根据地址信息为订户接收站将源信息传送到所述RF调制解调器。每个RF调制解调器的工作是对从对应的订户接收站的交换器接收的信息进行调制并上变频为电视广播频谱的各自订户信道中的RF信号。每条订户信道分配给一个或多个订户接收站，并且向每给订户接收站提供独享的带宽分配。所述组合器将来自每个RF调制解调器的调制信息组合成组合信号并通过网络向订户接收站发送该组合信号。每个订户接收站包括网关设备或类似的设备，它被调谐到对应的订户信道从该信道中取回源信息。本发明的一个显著好处是可以向每个订户分配独享的、确定性的和双向的带宽。
所述源信息的始发站取决于某种网络配置。考虑一种分配点，诸如分配集线器或类似设备，它可以是包括卫星接收机和相关设备等的数据转发器或内容始发器，或者它可以是与来自数据转发器设备的下行数据流耦合的通信或分配集线器。以这种方式，一个或多个分配点的每一个可服务相对较大的地理区域。所述分配点可以包括一个或多个耦合至转换器的源服务器，为订户接收站提供内容或源信息。根据向订户接收站提供的想要的服务和内容，所述源服务器可以包括如视频服务器、计算机网络服务器、电话网络服务器、应用程序服务器等等。所述源服务器还可以包括向订户接收站提供转换的广播视频内容的MPEG转换器。
可以在许多不同的格式中的任一种中实现所述源信息。例如，所述源信息可以用固定或可变大小的数据包、帧或信元，它们每个都具有指示预定目的地的地址信息。所述交换器从所述数据包中取回地址信息并根据该地址信息传送所述数据包。例如，所述交换器可以是以每秒100兆比特(Mbps)运行的以太网交换器，或是以每秒1吉比特(Gbps)运行的以太网交换器。可以考虑其它类型的交换器，如以固定大小信元运行的异步传输模式(ATM)网络交换器。
还可以以交换器矩阵实现所述交换器。例如，在一个实施例中交换器包括一具有以角锥结构组织的交换器阵列的交换矩阵。所述交换矩阵包括一最低层的交换器第1阵列以及一个或多个较高层的交换器阵列。每个第1阵列交换器耦合至RF调制解调器的一个子集，并且每个较高层阵列的每个交换器耦合至相邻较低层阵列的交换器子集。第1最低层阵列处理较高层的带宽，第2阵列处理中间层的带宽，以及第3阵列处理较低层的带宽。在某个实施例中，所述第3阵列对接电话网络服务器来处理电话数据，所述第2阵列对接计算机网络服务器并处理电话和计算机网络数据，并且所述第3阵列对接视频服务器并处理视频、电话及计算机网络数据。所述交换矩阵可配置成显著低于其最大带宽容量下运行以提供统计上欠缺的性能。所述交换矩阵可以进一步包括管理交换器，用于处理管理功能以及订户到订户的话务。可以向所述管理器交换器提供并耦合带宽管理器和/或地址分辨服务器。所述带宽管理器分配、监控并跟踪带宽使用。所述地址分辨服务器，与网关设备合作，在网络中实施点到点类型的话务。
所述网络可以包括光设备，其中发射机包括将组合的电信号转换成光信号并向所述光设备上发送该光信号的光发射机。对于上行数据流通信，提供光接收机将带有订户信息的光上行数据流信号转换成订户电信号。分路器将所述订户电信号提供给一个或多个调谐器，其中每个调谐器提取对应的订户RF信号。同样地，提供一个或多个解调器，其中每个解调器从对应的订户RF信号中解调订户信息并将该订户信息传送到交换器。
所述订户信道可以遍布几乎整个电视广播频谱部分，这是直接面向商业应用或类似应用的实施例。在这种情况下，所述整个电视广播频谱被再分割成上行数据流部分和下行数据流部分。例如，考虑频带中分或频带高分实施例，其中在较高频率范围设置所述同向双工滤波器以提供具有大致相等的上行和下行数据流部分的更对称的系统。每个订户信号在所述下行数据流部分中包括下行数据流订户信道，并且在所述上行数据流部分中包括上行数据流订户信道。
作为备择，包括广播电视源，它在电视广播频谱的预定频率范围中(如频率范围54-550MHz等)提供广播电视信息。在这种情况下，所述订户信道被分配成所述电视广播频谱分配给广播电视信息的频谱范围之外的的剩余部分。例如，在某个实施例中所述订户信道包括在广播电视频率范围之上的下行数据流部分以及在广播电视频率范围之下的上行数据流部分。所述组合器将所述广播电视信息接收并组合成连同订户信道信息的组合信号。同样地，可以提供视频信息的视频点播(VOD)和调制器服务器，其中所述组合器将来自VOD和调制器的视频信号接收并组合成组合信号。
可以提供带宽管理器向每个订户接收站分配独享带宽。虽然可以向一个订户分配全部订户信道，但是每条订户信道可以进一步再分割成多个带宽增量。例如，在某个实施例中，每条订户信道具有大约40Mbps的容量，它被再分割成5Mbps的独享增量。因此对于给定的订户信道，可以向每个订户接收站分配多条5Mbps下行数据流带宽一直到40Mbps。如此，可以把多个订户接收站指定给一条订户信道。考虑一种静态系统，其中向每个订户接收站分配固定量的独享带宽。作为备择，考虑一种动态系统，其中所述带宽管理器根据订户请求或需要动态地分配额外的带宽。例如，所述带宽管理器检测订户接收站对要求比当前分配给订户接收站的带宽更大量带宽的服务的请求，并向请求订户接收站动态地分配额外的独享带宽以处理所请求的服务。
所述带宽管理器还可用于监控每个订户接收站的带宽使用。可以通过监控通过交换器的数据流实现此功能，如跟踪数据流穿过所述交换器和订户接收站间的交换矩阵的第1阵列。所述带宽管理器可以跟踪全部带宽并且可进一步根据服务类型跟踪带宽使用。例如，所述带宽管理器跟踪提供给每个订户的源信息来确定服务类型分配和使用。这样的监控和跟踪能力可用于各种目的，如根据实际服务使用情况给订户开账单。
可以提供地址分辨服务器来降低或消除网络中的订户广播通信量。充分地降低广播通信量在网络中保持足够的带宽以满足订户的需要是合乎需要的。例如，在一种配置中所述地址分辨服务器存储一交叉引用逻辑和实际地址的地址数据库。可操作所述地址分辨服务器通过取回并传送基于逻辑地址的实际地址来响应实际地址请求。例如，在一个实施例中，在每个订户接收站处提供网关设备。由本地订户设备提交的广播地址分辨协议(ARP)请求被所述网关设备捕获并被转换成单点传送格式。将所述单点传送请求传送到所述地址分辨服务器，该服务器取回被请求的实际地址并响应该请求。然后所述请求设备能够在一直接的点到点的基础上与网络中定位的设备通信。从而，就避免了来自订户接收站的广播数据包并且充分地降低了广播通信量。所述地址分辨服务器可配置成在其本地地址数据库中未发现实际地址的情况下发送广播地址分辨请求。然而，在该后一实施例中，所述地址分辨服务器进一步配置成检测并停止滥用这样的能力。例如，所述地址分辨服务器检测出提出多于预定数量的具有一个或多个未知地址的请求的某一订户接收站，或检测出订户接收站作出的预定数量的不成功尝试，其中所述地址并不在网络中。在任一种情况下，拒绝所述订户接收站的进一步请求以防止连续滥用。
在某些实施例中，向每个订户接收站提供一网关或类似设备。所述网关设备包括调谐器，所述调谐器被调谐到一个或多个已分配的信道来提取调制信息，如通过混合光纤同轴电缆(HFC)网络中的同轴电缆传递的电信号中的调制信息。所述网关设备进一步包括将提取的调制信号解调成所述源信号的解调器。所述提取的源信号是数字格式的并且根据具体的订户接收站上的配置考虑许多变化。在一个实施例中，所述网关设备包括根据所述源信息中的地址信息将源信息传送到一个或多个订户设备的网关交换器。所述网关设备可以进一步包括一个或多个转换器，它可以把源信息转换成适合于对应的订户设备的格式。例如，所述网关设备可以包括视频转换器，将源视频信息转换成被传送到机顶盒的视频数据。可以将数字视频数据转换成模拟格式用于直接传递到电视机。所述网关设备可以包括音频转换器，将数字音频数据转换成提供给本地电话机的电话模拟信号。当然，考虑了许多其它类型的转换器。
所述网关设备可以进一步包括管理和控制逻辑或类似电路，以根据其配置控制所述网关设备的运行。在一个实施例中，所述管理逻辑监控订户接收站的带宽使用情况并将带宽使用信息传送到所述分配点。所述带宽使用信息可以仅是总体信息或可以是订户接收站上的更详细的服务类型使用情况。如先前所述，所述分配点可以包括接收并存储带宽使用信息的带宽管理器。分布式的网关设备实施例提供了一种更方便的机构来跟踪带宽和/或服务类型使用情况，并且简化了所述带宽管理器服务器配置。所述管理和控制逻辑还可以被编程或另外可以包括逻辑以检测来自本地订户设备的广播格式中的实际地址请求，将该请求转换成单点传送格式，并如先前所述将所述单点传送实际地址请求传送到所述分配点以降低广播通信量。
所述网关设备可以进一步是可编程的，以动态地调谐到任何分配的信道。从所述分配点的接收的信道切换命令使所述调谐器从一条信道切换到另一条。可以由调谐器直接接收所述命令或通过所述管理和控制逻辑接收，所述管理和控制逻辑控制或相反地命令所述调谐器进行动态信道切换。所述网关设备可以进一步包括可任选的缓冲器或类似设备，用于当所述调谐器正改变信道时暂时地接收并存储数据以便于无缝切换。
所述网关设备还便于上行数据流话务。在一个实施例中，所述网关设备包括调制来自订户设备的订户信息的调制器，以及将经调制的订户信息转换成已分配的订户上行数据流信道中的RF信号的上变频器。所述上变频器通过网络向所述分配点发送上行数据流RF信号，如通过同轴电缆向HFC配置结构中的光收发机节点发送。所述网关设备可以进一步包括一个或多个将订户信息在提供给调制器之前转换成数字格式的转换器。计算机或机顶盒或类似设备可能早已包括这样的转换能力，这样在网关设备中就不是必须的了。诸如模拟电话机、电视机、安全接口、应用接口等的其它设备可以发送在调制前需要转换的数据。
如上所述，所述传递给订户接收站的组合信号可以包括广播电视信息。在这样的实施例中，所述网关设备可以进一步包括从所述组合信号中分离广播内容的分路器或类似设备。根据其格式，可以把所述广播内容直接提供给诸如机顶盒或电视机或类似设备的订户设备，或者可以诸如通过所述网关设备中的视频转换器或类似设备在提供所述广播内容给订户设备之前进行转换。考虑所述网关设备的许多其它配置结构和实施例。例如，所述调谐器可以是静态或动态可编程以切换到任何其它的订户信道。例如，对于动态带宽分配，可以把所述带宽管理器配置成远程地且动态地将所述网关设备重调谐到不同的订户信道。该动态调谐能力使带宽管理器能够动态地将订户接收站移动到不同的订户信道，以更有效地利用带宽和/或动态地向一个或多个订户接收站增加带宽分配。动态可调网关设备可以进一步包括缓冲器或类似设备，以便于无缝切换。另一方面或此外，可以把每个网关设备调谐到多条连续的订户信道，使对任何一个或多个订户接收站的带宽分配最大化。
一种根据本发明的用于在分配点和多个订户接收站间通过HFC网络通信的通信系统，包括光设备、分配点、分布到一个或多个订户接收站的同轴电缆以及对接所述光设备和所述同轴电缆的光收发机节点。所述分配点包括多端口交换器、一个或多个RF调制解调器、组合器以及发射机，所述发射机将组合信号转换成光信号并通过光设备发送所述光信号。所述光收发机节点将所述光信号转换成电信号并通过所述同轴电缆将该电信号发送到订户接收站。所述光收发机节点进一步包括光交换器，将来自所述同轴电缆的多个上行数据流RF信号转换成上行数据流光信号并通过所述光设备将该上行数据流光信号发送到所述分配点。
一种根据本发明的用于通过光网络分发信息的通信系统，包括光设备、分配点、每条选择一个订户接收站路径的一条或多条光纤电缆以及波分复用(WDM)选择器。所述分配点包括转换器和光收发机以及WDM组合器，所述WDM组合器将来自每个收发机的源信号组合成组合光信号并将该组合光信号在所述光设备上发送。所述WDM选择器将来自所述WDM组合器的组合信号接收并分离成单独的光信号分量并在对应的一条光纤电缆上将所述每个分开的光信号发送到订户接收站。
一种根据本发明的实施例的由分配点通过通信网络向订户分发信息的方法，包括将电视广播频谱分割成一条或多条订户信道，其中每条订户信道具有确定的带宽；向每个订户接收站分配独享带宽；将每个订户接收站指定到一条订户信道；基于分配的订户信道将源信息传送到每个订户接收站；为每条订户信道调制源信息；将调制的源信息上变频为对应的订户信道；将来自每条订户信道的调制信息组合成组合信号；以及通过通信网络将该组合信号分发到所述订户接收站。所述方法考虑了诸如类似于上述的设备变化的许多变化。
一种根据本发明的实施例的通过混合光纤同轴电缆(HFC)传递设备在分配点和一个或多个订户接收站间传递信息的方法，包括分配点将电视广播频谱分割成一条或多条订户信道，其中每条订户信道具有确定的带宽；向一个或多个订户接收站的每一个分配独享带宽；将每个订户接收站指定到一条订户信道；基于分配的订户信道将源信息传送到每个订户接收站；为每条订户信道调制源信息；将调制的源信息上变频为对应的订户信道；将来自每条订户信道的调制信息组合成组合信号；将该组合信号转换成光信号；以及通过光设备将该光信号发送到光收发机节点。所述方法进一步包括光收发机节点将所述光信号转换成组合的电信号；以及通过同轴电缆将该组合的电信号发送到每个订户接收站。所述方法再次考虑了诸如类似于上述的设备变化的许多变化。
附图简述
为了更完全地理解本发明，参考下面连同附图的说明，附图中相同的参考数字指示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的通信网络的方块图，包括交换层次以及分配的订户信道；
图2是可连同这里描述的通信网络实施例一起使用的交换矩阵的示例性
实施例的简化方块图；
图3是除了使用电视广播频谱和分配的信道的不同分配之外，类似于图1的通信网络的通信网络方块图；
图4是除了使用光传输通路之外，功能上类似于图1和图3的任一通信网络的通信网络400的方块图；
图5是包括光交换器的图4的通信网络的方块图；
图6是用于减少分配点处的上变频器的数量的图1的RF调制解调器的一部分的备择实施例的方块图；
图7是图1的网关的示例性实施例的方块图；
图8是包括用于过滤电视广播信息的分路器的图3的网关的示例性实施例的方块图。
本发明的实施例的详细说明
本发明提供了一种用于通过分配的、独享的、双向的以及确定的带宽在网络上向订户分发数字或模拟信息的系统和方法。本发明通过提供独享且专用的带宽而不是共享且非确定性的带宽，向订户增加了可用带宽或否则改进了服务质量。可以用任何想要的方式实现所述网络，如混合光纤同轴电缆(HFC)网络、全光纤网络等等。
所述HFC网络是基于电视接收机接收的类型的射频信号的有线的、双向通信网络。所述HFC网络使用线性光纤从电缆数据转发器或分配集线器发送信号到订户接收站附近的光收发机节点。可以使用常规同轴传输线总线结构，通常具有便宜的射频(RF)放大器用于覆盖光收发机和订户住宅间的距离。个人订户使用从电缆中抽头的同轴线引出线连接到同轴总线，以提供个人终端用户网络连接。上行数据流和下行数据流信号存在于同一同轴电缆上，在频率上分开。所述光收发机节点包括光交换器，它通过光设备将来自订户的合成的上行数据流信号赋值给所述电缆数据转发器或分配集线器。根据传输的光模式，所述光设备可以是单条电缆或分开的上行数据流和下行数据流电缆。
图1是根据本发明的示例性实施例实现的通信系统100的方块图。所述通信系统100接收来自源101的信息并通过分配点103和混合光纤同轴电缆(HFC)分发网络将所述源信息传递给一个或多个订户接收站109。所述源信息包括视频、音频、数据信号等等，它们可以许多不同格式中的任何一种。在示例性实施例中，虽然考虑其它的包括固定大小帧或信元的数字格式，如异步传输模式(ATM)网络技术使用的，但是所述源信息被转换成帧或数据包和/或以帧或数据包形式传递，如网际协议(IP)数据包或以太网数据包或类似形式。任何类型的固定或可变大小帧、数据包或信元的数字信息在这里被称为“分组”数据。所述分组数据包括一个或多个目的地址或类似地址，指示出任何一个或多个订户接收站109或指示出订户接收站109处的具体订户设备。所述分配点103可以是数据转发器或内容始发器，如包括卫星接收机及相关设备等等，或者可以包括与数据转发器设备耦合的下行数据流通信或分配集线器。从而，可以有一个或多个分配点103，来服务较大的地理区域。
所述源101结合了或相反代表了任何一个或多个电子通信网络或设备，如因特网、公用电话交换网络(PSTN)、卫星通信等等，并且可以代表或相反包括数据转发器设备。所述分配点103通过一个或多个内容服务器计算机耦合至所述源101，所述内容服务器计算机在所述分配点103和所述源101之间转换或另外传递数据。例如，所述分配点103可以包括一个或多个传递视频内容的视频服务器(VID)111，一个或多个使能够与因特网或其它计算机网络通信的计算机网络服务器(COMP)113，以及一个或多个使能够与PSTN或其它电话网络通信的电话网络服务器115。所说明的服务器111-115仅仅是示例性的并且考虑了其它类型的服务器和内容。所述服务器111-115中的每一个代表一个或多个服务器计算机并且如有必要或希望的话可以包括任何附加功能。例如，所述VID服务器111可以结合一个或多个视频功能包括视频点播(VOD)，并且可以进一步包括将广播视频内容从模拟转换成数字或将视频内容从一种数字格式译码成另一种数字格式的MPEG转换器或类似设备。所述电话网络服务器115可以包括或结合一个或多个电话接线器或类似设备。
所述分配点103进一步包括耦合至所述服务器111-115并进一步通过所述交换器119的对应端口耦合至若干(N)射频(RF)调制解调器121的交换器119。所述RF调制解调器分别被称为121-X，其中“X”是从1至N的正整数并且“N”是大于1的正整数。每个服务器111-115将信息转换成或译码成分组格式，用于与交换器119通信。在一个实施例中，所述交换器119是以太网类型交换器，在所述服务器111-115和所述RF调制解调器121之间传送以太网数据包。每个数据包包括源和目的地址，使得所述交换器119能将所述数据包从源传送到适当的目的地。例如，所述交换器119从来自每个服务器的每个数据包中取回地址并根据该地址将所述数据包传送到RF调制解调器121之一。同样地，所述交换器119将来自RF调制解调器121的订户和其它分组信息传送到所述服务器111-115以传递到所述源101。在更详细的实施例中，所述交换器119包括一个或多个以100Mbps数据速率运行的100BaseT快速以太网交换器，或一个或多个以每秒1吉比特(Gbps)运行的1000BaseT吉比特以太网交换器。理解到本发明不限于任何特定的交换技术，并且可以使用其它网络体系结构和技术，如异步传输模式(ATM)交换器等等。
每个RF调制解调器121包括耦合至上变频器(U/C)123的调制器(MOD)122以及耦合至解调器(DEMOD)126的调谐器124，这些是本领域的具有普通技术的人所知的设备。每个RF调制解调器121的调制器122、上变频器123、解调器和调谐器124可以被集成于一单一部件或可以实现为任何数量的单独部件。虽然仅示出了3个RF调制解调器121-X，理解到所述通信系统100是可伸缩的，这样如符号N所指出的那样，可以使用任何数量的RF调制解调器121。
每个RF调制解调器121的每个调制器122将来自所述交换器119的所述源信息调制成中频(IF)。然后，对应的上变频器123将对应的IF信号上变频为电视广播频谱的多条RF信道中的一条，其中每条信道具有预定的带宽。每个调制器122和上变频器123使用的特定频率取决于特定的配置。例如，在一个实施例中，每个调制器122被配置成分别地调谐到大约相同的中频范围内，如1-60MHz中所选择的频率。然后每个对应的上变频器123以不同的频率分级将IF信号转换为所想要的分配给该RF调制解调器的RF频率信道。在该情况下，每个上变频器123使用不同的以预定频率信道宽度分隔的载波频率以允许RF频谱中的分配信道的分离。在备择实施例中，每个调制器122将所述源信息调制成多个不同的IF信号之一，每个IF信号以预定的频率信道宽度分隔。然后每个上变频器123以近似相同的频率分级转换，这样所述IF信号就被转换成相应RF调制解调器121的分配的RF信道。
然后，将来自每个RF调制解调器121的RF信号提供到组合器125的各自输入端口，所述组合器将来自所述RF调制解调器121的RF信号组合成单个组合的电信号，所述电信号馈入光发射机127。所述组合器125实质上将来自每个分配信道的RF信号聚合成集合的电信号以进行整体传输。所述光发射机127通过激光器将所述组合的电信号转换成光信号并通过光纤电缆133将该光信号发送到光收发机节点105。注意到所述分配点103可以发送到不止一个光收发机节点，其中每个节点类似于所述节点105并且服务不同的地理服务区。所述节点105接收所述光信号并将其转换回所述组合的电信号的备份并在同轴电缆137上将该组合的电信号分发到地理服务区107的若干订户接收站109中的每一个。
图6是用于所述减少分配点103处的上变频器的数量的RF调制解调器的一部分的备择实施例的方块图。分组地示出了一列RF调制解调器(MOD)601(第1组包括MOD 1至x，第2组包括MOD x+1至y，等等)，其中除了不包括上变频器123之外，每个RF调制解调器601与所述RF调制解调器121相似。所述来自每个RF调制解调器601的经调制的IF信号馈入一个或多个以C1、C2等分别示出的组合器603的各自端口，其中每个组合器603的输出给出一组合的中间信号。所述每个组合器603的输出被馈入对应的以U/C 1、U/C 2等分别示出的上变频器605，其中每个上变频器605用适当的一个或多个频率转换对应的IF信号，将组合的RF信号提供到所希望的信道中。然后每个上变频器605的输出被馈入所述组合器125的各自的输入以先前描述的类似的方式产生组合的电信号。图6中所示的配置说明了一备择实施例，其中一个或多个上变频器123被组合成单个上变频器603以改进效率并降低成本，所述上变频器123通常是较昂贵的部件。
重新参考图1，所述地理服务区107包括M个订户接收站109(分别成为109-X，其中“X”是从1至M的正整数并且“M”是大于1的正整数)。在一个实施例中，订户接收站109的数量M可以保持在预定的最大值上和/或由所述同轴电缆137穿过的距离限制的预定的最大距离，如与常规电缆配置相比的充分减少的距离。选择这样的最大值将跨越所述同轴电缆137的线路损耗降低到不影响网络性能的程度。例如在一个实施例中，对于每个地理服务区提供1000英尺的最大距离以及150个订户接收站的最大数量。该体系结构消除了传统电缆系统要求的对于放大器的需要。此外，在包括所述同轴电缆137的网络上的噪声电平被充分地降低了，从而改进了通信尤其是上行数据流通信。减少的订户接收站109的数量提供了每个订户更大的带宽，这尤其有利于增加上行数据流通信的带宽。同样地，降低了通信设备的复杂度或复杂性，如在每个节点105处，从而降低了设备的成本和时间上的设备维护成本。然而，理解到所述通信系统100提供了许多优点而不管具体的距离、订户数量或放大器的使用。本发明考虑了能不使用放大器为增加的距离和/或数量的住宅提供服务的技术。同样地，虽然仅示出了一个地理服务区107，但是所述分配点103可以对接多个光收发机节点，每个节点服务于不同的地理服务区。
所述N个RF调制解调器121通过所述光收发机节点105共同地服务于所述地理服务区107的M个订户接收站109。当然，所述分配点103可以包括额外的RF调制解调器121、组合器125以及光发射机127根据不同的电缆配置通过对应的光节点105服务额外的地理服务区。在一个实施例中，选择N和M相等来提供所述RF调制解调器121和所述订户接收站109间的一一对应。在该实施例中，向每个订户接收站109分配由对应的一个RF调制解调器121提供的全部带宽。
注意到所述RF调制解调器121的数量等于所述订户接收站109的数量不是必须的或合乎需要的。由每个RF调制解调器121提供的带宽量可能超过任何两个或多个订户接收站109的带宽要求。同样地，每个RF调制解调器121提供的带宽可再分以服务两个或多个订户接收站109。例如在某一实施例中，每个RF调制解调器121被配置成提供大约40Mbps的下行数据流带宽，在任何给定时刻可以把它进一步分配成5Mbps的带宽增量。从而，每个RF调制解调器121可以服务达8个不同的订户接收站109，其中每个订户接收站具有5Mbps的下行数据流带宽。在更实际的实施例中，M显著地大于N使所述RF调制解调器121的使用情况最大化。进一步注意到，可以提供额外的或“预备的”RF调制解调器以提供更稳健的系统。在一个运行的RF调制解调器发生故障的情况下，启用备用RF调制解调器来替代所述故障的RF调制解调器121。在一个实施例中，可以把每个RF调制解调器121固定于特定的运行信道。在更实际的实施例中，每个RF调制解调器121是可编程的，以更大的灵活性在任何信道中运行。
在任何这些实施例中以及如下面更充分地描述那样，在所述分配点103和所述每个订户接收站109间建立专用且独享的数据通路，这样每个订户具有分配的、独享的、双向的以及确定的带宽。在一个实施例中，可用于任何给定的订户109的带宽的量是可编程的以满足某个订户的带宽需求。例如，订户签字请求并被授予多个带宽分配的经选择的一个，其中所述经选择的带宽分配总是可用于所述订户接收站而不管该订户或任何其它订户的实际使用。在更灵活的配置中，所述带宽分配是动态可配置的并且可以根据订户的需要或请求即时或在被请求时修改。例如，不管授予订户的最初带宽分配(如10Mbps)，该订户可以临时地为特定的应用(如视频会议或类似应用)请求更大的带宽(如20Mbps)。
每个订户接收站109包括对应的网关139，其中每个网关139耦合至所述同轴电缆137并且被调谐到一条或多条RF调制解调器121建立的信道。所述网关139分别被表示为139-X，同样地其中“X”是从1至M的正整数。如此，由所述地理服务区107的每个网关139通过所述同轴电缆接收来自所述节点105的组合的电信号。每个网关139进一步耦合至一个或多个额外的订户设备，如机顶盒141、电话机145、计算机147、安全接口149以及远程应用接口151。电视机143耦合至所述机顶盒141。理解到所列出和示出的订户设备仅是示例性的，其中除了所说明的那些之外，每个订户接收站109可以包括任何数量的，更多或更少的订户设备。同样地，每个网关139可以配置成将数据传送到配置成处理所接收的数据的任何其它类型的订户设备(未示出)。
图7是所述网关139的示例性实施例的方块图。每个网关139包括调谐器701，该调谐器被调谐到所述同轴电缆137上的所述组合的电信号的至少一条信道。例如在一个实施例中，每个网关139被调谐到电视广播频谱中的对应的下行数据流信道，如由对应的RF调制解调器121调制的对应的6MHz信道。每个网关139还包括从分配的信道中以分组数据形式提取源信息的解调器703。每个网关139进一步包括多端口交换器705或类似设备，它将提取的源信息通过对应的(以及可选的)接口(I/F)模块707发送到一个用户设备，包括所述机顶盒141、所述电话机145、所述计算机147、所述安全接口149或所述应用接口151，所述接口模块耦合于所述交换器705的端口和所述网关139的输入/输出(I/O)连接器之间。所述交换器705根据诸如MAC实际地址或IP地址等的数据包中的寻址信息选择地传送分组的源信息。由于给定的信道可以包括为多个订户接收站109发出的源信息，所述交换器705丢弃或删除具有未识别的地址的数据包或为不同订户接收站109发出的数据包。每个接口模块707包括任何必需的转换器或类似设备以能在交换器705和与之连接的特定订户设备之间进行通信。
根据想要的特定操作和网络配置，每个网关139的调谐器701可以以若干不同的方式之一实现。在一个实施例中，有效地指定所述调谐器701并将其调谐到对应的由一个RF调制解调器121启用的下行数据流信道。所述调谐器701从相关的RF调制解调器121有效地提取所有的源信息，而不管所述信息是否是为对应的订户接收站109发出的。所述交换器705滤除并丢弃不是为该订户接收站109发出的源信息。当然，可以向所述订户接收站109分配由对应的RF调制解调器121提供的信道的全部带宽。
在另一实施例中，每个调谐器701是可编程的并且可以动态地调谐到任何其它信道。由于各种原因，包括第1 RF调制解调器121故障的情况下切换到第2RF调制解调器121的能力，这样的动态调谐是有利的。动态调谐的另一好处是在带宽分配改变的情况下切换到不同的信道和RF调制解调器121的能力以及增加可用带宽的利用率的能力。例如，订户接收站109可以请求增加的带宽，该带宽不能从其当前RF调制解调器121得到，所述RF调制解调器121还服务一个或多个额外的订户接收站109。动态调谐使所述调谐器701能被动态地切换到具有足够带宽的不同的RF调制解调器121以处理请求的带宽。同样地，可以移动或重配置一个或多个利用较低带宽的订户接收站109来释放一个或多个RF调制解调器121以向一个或多个其它订户接收站109提供更大的带宽。在每个网关139中可以提供附加的缓冲以便于从一个RF调制解调器无缝切换到另一个。在又一实施例中，每个调谐器701可以进一步能够调谐到多个连续的信道，这就为对应的订户接收站109有效地倍增了可用带宽。例如，在具有6MHz信道的配置中，调谐器701可以配置成调谐到结合多达5条或更多信道以收回多达30MHz或更多，这相当于在单个位置上的200Mbps或更多的潜在带宽。
每个网关139还包括处理器、附加软件、固件等等，它们共同地以耦合至所述交换器705的另一端口的管理/控制块709表示，来控制其操作以及每个与每个其它订户设备相关的接口模块707。所述管理/控制块709还可以直接耦合到一个或多个所述接口模块707。可以对所述软件编程，当不同的订户设备接收信号时控制一个订户设备(如当接收电话呼叫时降低订户电视机的声音)。在一个实施例中，每个网关139直接将数字数据传送到对应的电话机145，该电话机包括转换电路将所述数字信号转换成所需的格式以能进行电话通信。在另一实施例中，所述接口模块707中的一个包括转换器，该转换器将电话数字信息转换成简易老式电话服务(POTS)模拟信号用于耦合至该接口模块707的电话机145，并且将来自电话机145的POTS信号转换成数字信号用于传回到所述分配点103。
每个网关139提供了允许供应额外的服务的好处，这些服务诸如电话、安全、应用以及计算机服务，它们可能位于订户家中的不同实际位置。从而，每个网关139将源信息传送到订户家中的适当的或定址的订户设备。此外，每个网关139允许所述订户接收站109发送订户信息上行数据流到所述分配点103(如应用仪表数据)。每个网关139提供了另一优点，也就是它可以在订户住宅外安装。这允许每个网关139及其数据信号与订户家中发生的RF噪声和干扰绝缘并且进一步便于接入订户家中的各种其它接收设备。
对于每个网关139，所述同轴电缆137上的电RF信号包括所分配的信道中的点到点RF数据信号。可以根据具体的订户请求(如对于电视内容或因特网内容的请求)或根据持续的订户请求(如所有定址于订户电话号码的电话数据)发送所述RF数据信号。例如，所述机顶盒141-1将电视广播数字信息转换成模拟信号用于对应的电视机143-1。电影类型的数据包被发送到所述机顶盒141-1中的MPEG解码器用于将数据解码成视频以在电视机143-1上显示。因特网或以太网类型的数据包被发送到计算机147-1。类似地，电话信息被发送到电话机145-1，安全信息被发送到安全接口149-1以及应用信息被发送到应用接口151-1。注意到考虑示出的某个实施例的许多变化。例如所述的在任何一个或多个订户接收站109处提供的网关139及其对应的功能可以集成于一个订户设备，如所述机顶盒141，或者可以集成于不同的订户设备，如电缆调制解调器等等。
所述通信系统100还包括从所述订户接收站109到所述分配点103的返回或“上行数据流”数据通路。如图7中所示，每个网关139还包括耦合至所述交换器705的一个端口的调制器711，它将从任何订户设备141、143、145、147或151(141-151)接收的订户信息调制成IF信号。上变频器713与所述调制器711耦合，其中该上变频器713将来自所述调制器711的调制的IF信号上变频为上行数据流信道中的RF信号。所述上变频器713在所述同轴电缆137上发出返回或订户或“上行数据流”RF信号。从而所述网关139将所述数据信号转换成RF信号并由所述网关调制解调器和上变频器将其置于上行数据流信道之中。
如先前所述，所述调谐器701可以是可编程的，这样它可以动态地调谐到由不同RF调制解调器处理的任何其它信道。如下面更充分的描述那样，由所述分配点103向所述网关139发送指示新信道的信道切换命令。由所述调谐器701直接接收所述信道切换命令，然后所述调谐器进行信道切换作为响应。作为备择，将所述命令传送到所述管理/控制块709，它随后通过控制链路717或类似链路命令或控制所述调谐器701进行信道切换。提供一可任选的缓冲器715并且将其耦合至所述调谐器701、所述上变频器713以及所述同轴电缆137，当所述调谐器701切换时暂时接收和存储数据以便于无缝切换。
重新参考图1，在所述同轴电缆137上将来自每个订户接收站109的所述上行数据流RF信号传送回所述节点105。可以向每个订户接收站109分配分开的电视广播频谱的上行数据流部分的上行数据流信道，以避免与下行数据流通信的干扰。所述上行数据流RF信号馈入所述节点105，该节点包括将所述订户RF信号转换成光信号的上行数据流光收发机。在所述节点105中使用激光器将返回信号转换成光信号并在另一光纤电缆135上将所述光返回信号发送到所述分配点103处的光接收机129。注意到根据特定的配置，所述光纤电缆133、135可以包括单电缆或光设备。所述光接收机129将组合的光信号转换成馈入分路器131的组合的订户电信号。所述分路器131将所述组合的订户电信号复制并发送每个RF调制解调器121的各自的调谐器124。每个调谐器124-X调谐到一条或多条分配给该特定RF调制解调器121的上行数据流信道，并提取相应的返回RF信号。每个调谐器124将所术提取的返回RF信号提供给对应的解调器126-X，所述解调器将所述返回RF信号解调成从一个或多个与该RF调制解调器121相关的订户接收站109发送的对应订户数据包。然后将所述订户信息数据包传送到所述交换器119进行处理和传送。
注意到为下行数据流和上行数据流通信考虑了许多不同的调制频率和技术。调制技术可以包括如频移键控(FSK)、正交相移键控(QPSK)、以及其它调制技术中的各种类型的正交幅度调制(QAM)，如QAM 16、QAM 64、QAM 256等等。同样地，每条信道可以有任何预定的宽度，如3MHz、6MHz、12MHz等等。每条信道一般包括在频率上分开的下行数据流信道和上行数据流信道，其中对应的下行和上行数据流信道可以有相同的或不同的信道宽度。此外，用于每条下行数据流信道的调制技术可以相同于或不同于用于每条上行数据流信道的调制技术。用于上行数据流通信的较简单的调制技术使每个订户接收站109处的网关或电缆调制解调器的设计更简单和便宜。例如在示例性实施例中，每条信道包括6MHz下行数据流信道和2MHz上行数据流信道。为下行数据流6MHz信道(在大约可用的5.36MHz处)使用QAM 256调制允许大约42Mbps的原始数据速率。为上行数据流2MHz信道(在大约可用的1.8MHz处)使用QAM 64调制允许每个订户接收站109大约11Mbps的原始数据速率。
当然，许多不同的变化和备择是可能的并被考虑的而不背离本发明的范围。在一个实施例中，所述下行数据流带宽分配大于所述上行数据流带宽分配。作为备择，所述下行和上行数据流分配是相等的或实质上相当于达到对称配置。当然，如果以动态带宽分配配置所述通信系统100，可根据订户需要修改带宽分配。
在一个示例性的高度分离的系统配置中，可用的5-860MHz的RF频谱被再分割成5-188MHz的上行数据流范围和238-860MHz的下行数据流范围，其中所述同向双工滤波器定位于大约188-238MHz的频率范围之内。该配置仅是示例性的并且为下行和上行数据流说明了一更平衡的频谱。同样地，根据美国当前的电缆设备，假设每条下行和上行数据流信道具有6MHz的信道宽度。在上面所述的第1实施例中，其中每个调制器122调到大约相同的中频，第1上变频器123-1以载波频率f0 MHz进行上变频，下一上变频器123-2以载波频率f1＝f0+6MHz进行上变频，接下去的一个上变频器123-3以载波频率f2＝f1+6MHz进行上变频，如此类推。在大约238-244MHz、244-250MHz、250-256MHz等等的信道处产生分开的RF信号。在第2实施例中，其中每个调制器122-1、122-2、122-3等等调到由预定信道宽度(如6MHz)分隔的不同的中频，然后每个上变频器123以大约相同的载波频率fC进行上变频，在大约238-244MHz、244-250MHz、250-256MHz等等的分配的下行数据流信道处产生分开的RF信号。考虑其它系统，如频带中分系统，其中所述同向双工滤波器定位于大约80-118MHz的频率范围之中，其中每个下行和上行数据流信道具有任何适宜的信道宽度。
在所述通信系统100中，利用可用的电视广播频谱的实质部分或所有部分向每个订户分配信道。在该实施例中，当前使用常规电视广播网络(如在大约54-550MHz范围内)不可能使用的较大带宽可用于信道分配而不是分配给广播内容。通过允许使用RF频谱的非常干净的部分(如50-300MHz)，这就提供了优于先有技术网络的优点。对于每条同轴电缆，可以向每个用户分配较大量的带宽或服务较多数量的订户。可以利用不同的频谱分割来增加上行数据流带宽的利用率。具有较小地理服务区107的实施例提供了降低的噪声节点，这样每个订户接收站109接收较干净的信号而一般不需要放大。如下面进一步的描述那样，由耦合至所述交换器119的一个端口的带宽管理器161控制带宽分配。所述带宽管理器向每个订户接收站109分配独享的、双向的及确定的带宽。换句话说，当订户选择接收不同数据(如不同的电视“频道”)时，所述机顶盒141(或153)通过交换器119向所述带宽管理器161发送消息，其中所述带宽管理器161通过控制与特定订户接收站109相关的对应的一个RF调制解调器121通过适当的信道发送带有被请求的数据的数据信号来响应。所述带宽管理器161可配置成通过交换器119以流控制所述RF调制解调器121，或可以直接耦合至所述RF调制解调器121以便于动态带宽分配、调谐、故障恢复等等。
所述通信系统100是一个充分交换的层次系统，提供合成的带宽使每个被请求的数据信号(从一订户接收站109请求)点到点发送(即从所述分配点103向某一订户接收站109发送而不是以广播或多点传送的方式发送数据信号)，而不管任何时刻所述通信系统100上存在的对于相同数据信号的请求的数量。从而，从所述网络100的分配点103输出对准并为每个订户机顶盒141发出的数据信号。提供耦合至所述交换器119的另一端口的warp服务器163，与每个网关139合作以实施并维护点到点通信并且使广播和/或多点传送通信最小。
操作中，源101中有订户可能想要接收的数据。订户接收站109发送具体的数据请求(如通过订户的网关139)并且由所述分配点103处的交换器119接收(即在对应的RF调制解调器121处)，该转换器将所述指定数据的请求传送到所述带宽管理器161。根据该订户发起的请求，所述带宽管理器161将该请求传送到适当的一个服务器111-115。注意到所示的实施例仅是示例性的并且用适当的通信设备可以支持任何其它信息。所述请求一般包括识别某一订户接收站109的地址或类似信息。所述源101将所述订户请求的数据提供给请求服务器111-115，所述服务器将所述信息传送到所述交换器119。所述交换器119依次将所述数据传送到适当的RF调制解调器121用于传递到请求订户接收站109。所述带有订户请求的数据的信号以先前描述的方式流向所述订户接收站109。
所述带宽管理器161从所述节点105接收订户对特定数据的请求，始发出一请求使订户请求的数据被发送到请求订户接收站109并且确定在所述订户网关139处订户请求对整个带宽利用率的影响。例如，如果订户请求不同的常规的模拟电视数据信号(即订户请求接收频道42而不是电视机上播出的频道36)，所述带宽管理器161确定所述请求对全部请求的带宽影响很小或无影响，从而允许向订户接收站109发送被请求的数据。然而，如果所述的请求是从常规的模拟电视数据信号到高清晰电视数据信号的改变，所述带宽管理器161确定是否有足够可用的带宽来响应该订户接收站109的请求。如果是的话，所述带宽管理器161认可该请求并允许向请求订户接收站109发送被请求的数据。在动态配置中，所述带宽管理器161在给定的RF调制解调器121上向订户接收站109分配较大量的带宽，或者切换到另一能够提供所请求的带宽的RF调制解调器121。如果不同意所述请求或者没有足够可用的带宽，那么所述带宽管理器161阻塞来自所述订户的请求或者作为备择发出带有质量限制的数据。在任何一种情况下，所述带宽管理器161向订户接收站109发送指示没有足够的带宽来容纳所请求的数据的消息。
在一个实施例中，所述带宽管理器161监控并存储所述通信系统100中每个订户设备109分配的带宽的使用情况。以合计的方式并且进一步以具体的服务类型跟踪并存储所述每个订户设备109的带宽使用情况。所述带宽管理器161可以通过跟踪交换器119中的数据包传送来执行这些监控功能。在更实际的实施例中，每个网关139的管理/控制块709以服务类型(如电话、视频点播、互联网使用等等)和合计的方式跟踪对应的订户接收站的带宽使用情况。以跟踪为目的，每个网关139向所述带宽管理器报告带宽使用情况。如此，所述带宽管理器161跟踪所述通信系统100的、每个订户接收站109的以及每个订户接收站109处消耗的每个服务的全部带宽。这样的带宽使用情况消息可用于许多目的，包括记账服务、网络管理和控制以及提供给每个订户接收站109的特定服务的进一步控制。例如，所述带宽管理器161可配置成接收来自某一订户接收站109的对某一服务的请求，如视频会议、电话会议、视频点播等等，向该服务分配带宽，并且跟踪该服务的使用情况以向订户开出适当的账单。
在任一实施例中，所述带宽管理器161被配置成实施和控制动态调谐及带宽分配能力。在该实施例中，将所述网关139配置成动态可调谐，这样所述带宽管理器161以任何想要的方式向RF调制解调器121分发网关139分配。所述带宽管理器161通过向对应的一个或多个网关139发送信道切换命令将网关重新指定给另一信道来随意地或必需地进行动态调谐和重分配。如先前所描述的那样，因为各种理由，这样的动态调谐是有利的，包括在一RF调制解调器121故障的情况下或者在带宽分配改变的情况下将所述网关139切换到另一RF调制解调器121的能力和/或增加可用带宽的利用率。例如，订户接收站109可以请求增加当前RF调制解调器121不可提供的带宽，该RF调制解调器还服务一个或多个额外的订户接收站109。所述带宽管理器161将所述对应的网关139切换到具有足够的带宽以处理所请求的带宽的不同的RF调制解调器121。同样地，可以移动或重配置一个或多个利用较低带宽的订户接收站109来释放一个或多个RF调制解调器121以向一个或多个其它订户接收站109提供更大的带宽。如果对应的订户接收站109请求或需要实质的带宽分配，可以进一步使用所述信道切换命令来编程网关139以调谐到多个连续的信道。
将所述warp服务器163和所述网关139配置成用点到点话务替代所述通信系统100中的广播或多点传送话务。这样的广播数据包的例子是请求计算机的实际地址的地址分辨协议(ARP)请求，其中所述ARP请求包括目的计算机的逻辑地址。在典型的网络配置中，向网络中每个其它的计算机广播ARP请求。一旦接收，所有不具有该逻辑/实际地址的设备忽略该请求，而具有该具体逻辑/实际地址的计算机以定向数据包响应，这样请求计算机能够随后使用返回的实际地址将定向数据发送到该计算机。所述通信系统100中的广播和/或多点传送话务不是所想要的，因为实质上增加了总开销并威胁到消耗有价值的带宽，这些带宽最好用于传递内容。从所述分配点103允许广播和多点传送话务，但是从所述订户接收站109不允许或实质上限制广播和多点传送业务。在所述通信系统100中，所述warp服务器163保留通信系统100上的每个网关139和其它设备的地址数据库。每个网关139还包括额外的功能，如管理/控制块709中编入的功能，这允许它阻塞来自订户设备(143-151)的广播数据包或将广播数据包转换成点到点ARP(地址分辨协议)请求，这样在整个通信系统100中实施了点到点通信。
例如，计算机147-x发送ARP请求以确定所述通信系统100中的另一计算机147-y的地址，其中使用“x”和“y”区分所述地理服务区107中的不同计算机。网关139-x截取来自所述计算机147-x的广播ARP请求，将该ARP请求转换成warp请求并以点到点大方式将其发送到所述warp服务器163。例如编程所述管理/控制块709，使其具有该截取、转换和传送能力。所述warp请求包括所述ARP请求中的消息，例如包括对计算机147-y的实际地址的请求，所述计算机147-x需要向该计算机发送数据。所述warp服务器163包括连接所述通信系统100中所有设备的实际和逻辑地址的数据库，并且一当接收到所述warp请求，就确定所述计算机147-y的实际地址。所述warp服务器163随意地向所述计算机147-y发送一条消息，指示数据正来自计算机147-x，并且向所述计算机147-x发送具有计算机147-y的实际地址的消息，这样所述计算机147-x能够点到点地发送数据。所述计算机147-x向所述计算机147-y发送消息，其中该消息包括指示所述计算机147-x的源地址。如此，所述计算机147-x和所述计算机147-y间的通信变成点到点通信。所述warp服务器163提供此功能以允许所述通信系统100中的所有设备间的点到点通信。
所述warp服务器163可以允许有订户接收站109始发的限量的广播通信量。例如，如果接收到ARP请求并且没有发现被请求的逻辑地址，那么所述warp服务器163可以用与正常的ARP请求相同的方式以广播格式将所述请求传送到所述通信系统100中的每个设备。例如，如果新的且先前未知的设备加入网络，如新的订户接收站109而不为所述warp服务器163所知，这样的未知地址请求就可能发生。作为备择，系统地拒绝未知ARP请求，其中设计新的设备来降低或消除系统中未知设备的可能性。所述warp服务器163跟踪并终止潜在的这样的广播通信量的滥用。例如，监控并终止某一订户接收站109重复的ARP请求，以防止可能消耗有价值的带宽或中断服务任何其它订户接收站109的滥用或攻击。每个网关139用以保护所述通信系统100和所述网络不受任何特定的订户接收站109或家用网络的滥用。
示出的通信系统100的一个显著好处是向个人订户供应分配的、独享的、双向的和确定的带宽的能力。从而，向发往某一订户接收站109的数据分配仅可用于该订户的具体且独享的带宽。这就提供了向每个订户接收站109递送随时间变化的或等时类型的服务，如视频、基于IP的语音、双向音频内容(如电话连接)等等，这在共享网络中是不可能的。进入网络的下行数据流数据通过一交换器，该交换器根据该数据流发往的订户将该数据传送到所述交换器的端口。将上行数据流或订户数据传送到各自的RF调制解调器，所述RF调制解调器将分组信息传送到所述转换器。所述切换装置比现存的HFC网络中的昂贵的基于指令的装置便宜得多。
所述通信系统100使用整个电视广播频谱进行点到点通信，并且不把广播通信传送到所有的订户接收站109，而这对于传统电缆电视网络是典型的。这样的配置可能不适合于用户网络，对此联邦通信委员会(FCC)规则可能要求即插即用的广播电视内容。从而，所述通信系统100尤其有利于商业使用，在商业使用中一般限制或不提供广播内容。例如在受限的商业配置中，可以使用一个或多个广播电视台，如限制数量的电视频道，这些频道针对教育、本地节目、天气、新闻等等。
图2是包括以转换器的层次结构配置的交换矩阵200的交换器119的示例性实施了的简化方块图。所述示例性的交换矩阵200配置包括多层交换器，每层以一排交换器配置，用于在所述服务器111-115与所述RF调制解调器121之间传送数据。特别地，所述矩阵配置包括耦合至所述视频服务器111的第1排交换器201-X，其中“X”是从1至“i”的正整数，其中“i”是正整数。每个交换器201耦合至一个或多个RF调制解调器121，在所述视频服务器111和与该特定RF调制解调器121相关的订户接收站109间传送视频数据。例如在所示的示例性实施例中，每个交换器201耦合至一组RF调制解调器121，其中每组包括“l”个RF调制解调器121。特别地，第1 RF调制解调器121-1与第1组RF调制解调器121-1至121-l耦合并依此类推直到最后一个交换器201-i与最后一组RF调制解调器121-N-l+1至121-N耦合。注意到所示的实施例仅是示例性的，这样每组中的RF调制解调器121的数量“l”和交换器201的个数“i”是任何取决于每个交换器201的数据容量以及相关的订户接收站109的带宽要求的适当的数。同样地，每组中的RF调制解调器121的个数不需要相同并且可以随组而不同。
所述矩阵配置进一步包括耦合至所述计算机网络服务器113的第2排交换器203-X，其中“X”是从1至“j”的正整数，其中“j”是正整数。每个交换器203耦合至一个或多个所述交换器201，在所述计算机网络服务器113和与进一步通过中间交换器201耦合至该特定交换器203的RF调制解调器121相关的订户接收站109间传送计算机网络数据。例如在所示的示例性实施例中，每个交换器203耦合至所述交换器201中的两个。特别地，第1交换器203-1与第1组两个交换器201-1和201-2耦合，下一交换器203-2与下一组两个交换器201-3和201-4耦合并依此类推直到最后一个交换器203-j与最后两个交换器201-i-1至201-i耦合。再次，所示的实施例仅是示例性的，这样耦合至每个交换器203的交换器201的数量以及交换器203的个数“j”是任何取决于所述交换器201、203各自的数据容量以及相关的订户接收站109的带宽要求的适当的数。
所述矩阵配置进一步包括耦合至所述电话网络服务器115的第3排交换器205-X，其中“X”是从1至“k”的正整数，其中“k”是正整数。每个交换器205耦合至一个或多个所述交换器203，在所述电话网络服务器115和与进一步通过中间交换器201、203耦合至该特定交换器205的RF调制解调器121相关的订户接收站109间传送计算机网络数据。例如在所示的示例性实施例中，每个交换器205耦合至所述交换器203中的两个。特别地，第1交换器205-1与第1组两个交换器203-1和203-2耦合并依此类推直到最后一个交换器203-k与最后两个交换器203-j-1至203-j耦合。再次，所示的实施例仅是示例性的，这样耦合至每个交换器205的交换器203的数量以及交换器205的个数“k”是任何取决于所述交换器203、205各自的数据容量以及相关的订户接收站109的带宽要求的适当的数。
在一个实施例中，所述交换矩阵200被配置成“自顶向下”或角锥型配置并且被组织成在每层处理不同的带宽分级。例如，每排中的交换器的个数可以是i＞j＞k，这样所述交换器的个数从上到下地增加。在角锥型的底层提供较多数量的交换器201来有效地处理较高的总带宽。在角锥型的中间层提供中间数量的交换器203来处理中间量的带宽。在所述角锥型的顶层提供减少数量的交换器205来处理较低量的带宽。如所示，所述耦合至所述视频服务器111的交换器201处理视频数据，这一般消耗较大量的带宽。通过耦合至所述计算机网络服务器113的交换器203处理计算机网络数据，所述计算机网络数据消耗中等量的带宽并且可以包括重要的上行数据流话务。通过耦合至所述电话服务器111的交换器205处理电话数据。
每个交换器201为对应的RF调制解调器组中的特定订户接收站109处理每个服务器111-115的数据。例如在所示的某一实施例中，所述交换器201-1为与第1组“l”个RF调制解调器121-1至121-l相关的订户接收站109处理视频、计算机和电话数据。下一交换器201-2为与下一组“l”个RF调制解调器121相关的订户接收站109处理数据，并依此类推。所述交换器203-1为与耦合交换器201-1和201-2的RF调制解调器121相关的订户接收站109处理计算机和电话数据。下一交换器203-2为与耦合交换器201-3和201-4的RF调制解调器121相关的订户接收站109处理计算机和电话数据，并依此类推。理解到所述交换器201中的每一个有效地隔离视频数据，使其不被传送到上层交换器203、205。类似地，所述交换器205-1为与耦合交换器203-1和203-2的RF调制解调器121相关的订户接收站109处理计算机和电话数据。下一交换器205-2(未示出)为与耦合交换器203-3和203-4(未示出)的RF调制解调器121相关的订户接收站109处理计算机和电话数据，并依此类推。再次，所述交换器203中的每一个有效地隔离计算机网络数据，使其不被传送到上层交换器205。虽然所述服务器111-115可以通过单总线或连接与各自的交换器阵列201、203、205耦合，用分开的接头连接每个交换器可获得较大的吞吐量，这样的配置如星型配置等。从而，例如视频服务器111为耦合RF调制解调器121-1的订户接收站109发出的视频数据被发送到交换器201-1而不被发送到任何其它交换器201。
在所述交换矩阵200中提供了管理交换器207，它与每个交换器205耦合。所述管理交换器207包括额外的端口用于进一步与所述带宽管理器161和所述warp服务器163耦合。除了处理来回于所述带宽管理器161和所述warp服务器163的管理信息和话务之外，所述管理交换器207还处理订户到订户的话务。例如，两个不同订户接收站109间的交叉POD视频会议的数据或者电话呼叫往返传播于所述交换矩阵200中的管理交换器207。理解到在所述交换矩阵200中充分地允许双向通信。如此，所述管理交换器207能够通过所述交换器205与所述交换矩阵200中的交换器201-205的每一个通信，并且反之亦然。此外，所述管理交换器207通过对应的RF调制解调器121与每个订户接收站109通信，并且反之亦然。同样地，所述带宽管理器161和所述warp服务器163通过所述管理交换器207与所述通信系统100中的任何设备通信。所述交换器119的交换器201-207的每一个可以实现为使用相同类型的交换器，或者以不同的交换器类型实现，根据数据类型或与该交换器或该层相关的带宽要求调谐或选择这些交换器类型。同样地，虽然仅示出了3层交换器阵列，理解到可以根据特定的网络配置和操作实现任何数量的阵列。
所述带宽管理器161，与所述交换矩阵200结合，提供了“统计上欠缺”性能。该统计上欠缺特性允许用小于最大带宽构建所述交换矩阵200，如果所有的订户接收站同时使用所述通信系统100上所有可用的服务，理论上就需要该最大带宽。为了提供统计上欠缺的切换性能，设计所述交换矩阵200使得它总是在其最大带宽容量之下运行。所述带宽管理器161监控所述交换矩阵200的运行以根据从订户接收站109发出的数据请求确定所述交换矩阵200中的每个转换器的适当分配。在一个实施例中，所述带宽管理器161监控每个单独的转换器上的带宽使用情况，包括所述交换矩阵200的管理交换器207、音频交换器205、计算机网络交换器203以及视频交换器201，以及所述地理服务区107的每个网关139上的带宽使用情况。所述带宽管理器161还可以监控最低层或交换器201，以确定有多少数据正流向每个订户接收站109。
在备择实施例中，所述带宽管理器161控制所述交换器201、203、205与冗余的路径耦合。如果所述交换矩阵200中的某一组成转换器，例如所述视频交换器201-1达到其带宽容量，并且如果需要传送另一视频信号到所述RF调制解调器121-2，所述带宽管理器161将该额外的视频信号通过另一视频交换器，如所述视频交换器201-2，改换路径到所述RF调制解调器121-2，而不是将该额外的视频信号通过所述视频交换器201-1传送。可以使用任何数量的路由算法来执行所述路由功能，以避免在所述交换矩阵200中的任何一个转换器处丢失数据包。
应该理解到不同类型的数据可以到达所述交换矩阵200中的单独一层。所述交换矩阵200并不必须被设计成在每层接受特定类型的数据，而是在每层接受特定级别的带宽的数据，其中在最低层接受最高带宽数据，在中间层接受中间带宽数据以及在较高层接受较低带宽数据。这用以使所述交换矩阵200不受数据包阻塞，因为最高带宽服务仅利用所述交换矩阵200的较低层。进一步注意到虽然以4层示出了所述交换矩阵200，但是可以使用任何数量的层来适应不同类型、量和带宽的数据。根据某一交换器处的实际带宽、实际使用情况以及预期使用情况，将输入数据传送通过所述交换矩阵200。
图3是除了使用电视广播频谱和分配的信道的不同分配之外的类似于所述通信网络100的通信网络300方块图。在所述通信网络300中，向广播电视信道分配全部电视广播频谱的某一频率范围。利用所述电视广播频谱的剩余部分分配包括下行数据流和上行数据流信道的任何组合的数据信道。在示例性实施例中，其中可用的电视广播频谱是5-860MHz，大约54-550MHz的频率范围被分配给广播电视信道。对每个订户109接收站，剩下的频谱，包括频率范围5-42MHz以及550-860MHz，  以专用带宽被分配给订户信道。在更详细的实施例中，为下行数据流传递分配所述频率范围550-860MHz并且为上行数据流信道分配所述频率范围5-42MHz。频率范围42-54MHz是所述同向双工滤波器的所处位置。然而，理解到所述特定的频率范围是示例性的并且可以根据想要的配置使用任何频率分配方案。
如图3所示，所述交换器119以前述类似的方式与各自的RF调制解调器121通信。所述RF调制解调器121将其输出提供给分配点103的组合器303的各自输入端口，其中所述组合器303以同所述组合器125类似的方式操作。然而，在该实施例中，广播电视服务器301的输出被提供到所述组合器303的另一输入。所述广播电视服务器301可以是所述源101的一部分或是所述分配点103中的接收并传送广播电视信息的服务器。所述组合器303被配置成接收并将来自所述广播电视服务器301的广播电视信息与来自所述RF调制解调器121的分配信道中传送的源信息相组合。特别地，所述组合器303促使用所述RF调制解调器121的信道覆盖所述广播电视信道来产生提供给所述光发射机127的组合的电信号。所述光发射机127和所述节点105一般以前述类似的方式操作，这样对于所述订户接收站109的每一个在所述同轴电缆137上赋予了组合的经覆盖的频谱。
每个订户接收站109包括相应的网关339，它以类似于每个网关139的方式操作并且为对应的订户接收站109调谐到下行数据流信道来取回源信息。然而，所述下行数据流信道中的源信息不需要包括任何广播电视信息，而所述在通信系统100中通过对应的RF信道请求并向机顶盒141发送所述广播电视信息。作为替代，对于所述通信网络300，每个网关339接收所述广播电视信息并且另外作为分路器操作，从所述组合的信号中分离所述广播电视信息并将该广播电视信息传送给所述机顶盒141。
根据特定的配置，所述广播电视信息可以是模拟格式或数字格式。如果所述广播电视信息是模拟格式，那么所述订户接收站109-1中的可选的电缆或链路305-1说明了一备择实施例，其中通过所述网关339-1从所述分配的信道中分离出的所述模拟电视信号可以直接馈入电视机143-1而不是通过所述机顶盒141-1。然而对于数字广播电视信息，利用所述机顶盒141-1将所述数字信息转换成所述电视机143-1使用的适当的模拟格式。
所述通信网络300可以包括VID服务器111，以前述类似的方式通过对应的信道将视频点播信息发送到任何一个或多个订户接收站。然而所述视频点播信息可能消耗相当大量的带宽，从而减少了诸如对应的计算机147的其它订户设备的可用带宽。在另一备择实施例中，提供VOD和调制器服务器313向所述组合器303的另一输入提供其输出。所述VOD服务器和调制解调器313在所述电视广播信息频率范围或相邻信道中传送视频点播信息。虽然为此目的可以使用任何的下行数据流信道，但是每个网关339被配置成接收并向多数对应的机顶盒141传送所述视频点播信息以最终传递给对应的电视机143。如此，在所述电视广播信息频率范围之中或邻近的所选择的信道尤其便于每个网关339接收。
图8是包括用于过滤电视广播信息的分路器801的每个网关339的示例性实施例的方块图。所述分路器801从所述广播电视源301中筛选所述广播电视信息并且通过可选的接口模块707将所述广播电视信息提供给本地机顶盒141或电视机143。
所述通信系统300尤其适用于基于用户的网络，其中从所述同轴电缆137至所述电视机143和/或所述机顶盒141通过分路器等直接使用电缆电视信道而不需要进一步转换是合乎需要的。同样地，只要使用适当的分路器从分组的数据信道中筛选广播电视内容，就不需要给所述任何一个或多个订户接收站109装配网关339。然而，如果在订户接收站109处不提供网关339，那么就希望阻止该订户接收站109的上行数据流通信或者限制这样的上行数据流通信来降低或消除广播信息的潜在可能。例如，如果想要限制的上行数据流通信量，如来自对应的机顶盒141的视频点播请求等等，那么就向所述机顶盒141装配限量的传送能力或将网关功能集成于所述机顶盒141之中。
图4是除了使用光传输通路之外，功能上类似于前述任一通信网络100、300的通信网络400的方块图。所述通信网络400包括交换器119，带宽管理器161以及warp服务器163。用光收发机421替代每个RF调制解调器121(分别被称为421-X，其中“X”是从1至N的正整数)，其中每个光收发机421包括光发射机和光接收机(未示出)。每个光收发机421以所述EF调制解调器121类似的方式与所述交换器119通信。每个光收发机421将接收自所述交换器119的数据包转换成光信号并且将该光信号提供给波分复用(WDM)组合器425。所述WDM组合器425替代了所述组合器125和所述光发射机127。WDM分路器431替代了分路器131和所述光接收机129。在分配点处，由WDM选择器替代节点105。用分别连接每个订户接收站109的单独的光纤电缆437代替所述同轴电缆137。每个订户接收站109包括光网关439(分别被称为439-X，其中“X”是从1至N的正整数)，该光网关对接对应的光纤电缆。每个订户接收站109包括前述相同或类似的订户设备141-151，其中每个光网关439以类似的方式与每个订户设备141-151通信。和HFC实施例相比，所述通信网络400提供了较高的带宽容量的好处。
每个光收发机421将传送的分组数据转换成提供给所述WDM组合器425的各自输入的光信号。所述WDM组合器425将来自每个光收发机421的光信号光学上多路复用并提供组合的光信号。所述WDM组合器425通过光缆133将所述组合的光信号传送到WDM选择器405。所述WDM选择器405接收并将所述组合的光信号分成单独的光信号分量，并在适当的光纤437上将这些单独的光信号分量传送到对应的一个订户接收站109。每个光网关439包括光收发机，它以前述类似的方式接收并将所述光信号转换成电信号用于各自订户设备使用。每个光网关439使用光通信格式执行前述网关139、339类似的功能。
每个网关439将订户接收站109始发的数据分组转换成光信号并在对应的光纤电缆437上将其发送到WDM选择器405。所述光纤电缆437可以包括分开的光纤电缆，包括上行数据流电缆和下行数据流电缆。每个光网关439与所述光收发机421之一相关，这样沿某一分配信道所述光网关439与中央单元403间的通信是点到点通信。所述WDM选择器405接收并组合一个或多个光信号，并在所述光纤电缆135上将组合的光信号发送到所述分配点103处的WDM分路器431。所述WDM分路器431接收所述组合的光信号，将该光信号分离成单独分量并在分开的光纤电缆433上将其传送到对应的光收发机421。每个光收发机421接收对应的光信号，以电信号格式将其转换成数据分组，并向所述交换器119传送该订户数据。
图5是类似于通信网络400的通信网络500的方块图，只是用光交换器501代替所述交换器119并且用光收发机521替代所述光收发机421，其中所述光收发机521配置成通过光节点连接与所述光交换器501通信。所述光交换器501通过光信号与源服务器(未示出)或所述源101通信，这样所述服务器被配置成支持光通信。所述光交换器501耦合至带宽管理器503和warp服务器505，它们分别是所述带宽管理器161和所述warp服务器163的光型式。功能上的操作是类似的。
虽然详细地描述了本发明，但是应该理解到可以根据附加的权利要求所描述的那样，进行各种改变、替换和变更而不背离本发明的要旨和范围。

Claims (78)

1.一种由分配点通过通信网络向订户分发信息的方法，其特征在于包括：
将电视广播频谱分割成多条订户信道，其中每条订户信道具有确定的带宽；
向多个订户接收站的每一个分配独享带宽；
将每个订户接收站指定到一条订户信道；
基于分配的订户信道将源信息传送到每个订户接收站；
为每条订户信道调制源信息；
将调制的源信息上变频为对应的一条订户信道；
将来自每条订户信道的调制信息组合成组合信号；
通过通信网络将该组合信号分发到所述多个订户接收站。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
将所述电视广播频谱分割成上行数据流部分和下行数据流部分；
向每个订户接收站分配独享的下行数据流带宽和独享的上行数据流带宽。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于每个订户信道包括下行数据流部分中的下行数据流订户信道和上行数据流部分中的上行数据流信道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
将至少一条订户信道再分割成多个带宽增量；
将多个订户接收站指定给至少一条订户信道，向所述多个订户接收站的每一个分配所述至少一条订户信道的至少一个带宽增量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
从多个内容服务器以数据分组的形式接收源信息；
所述传送包括根据所述数据分组中的地址信息传送所述接收到的源信息。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
跟踪每个订户接收站的实际带宽使用情况。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于进一步包括：
通过提供给订户接收站的服务类型监控源信息；
对每个服务类型跟踪所述订户接收站的带宽使用情况。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述分割包括将所述电视广播频谱的实质部分分割成多条订户信道。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
通过所述通信网络接收来自订户接收站的视频信息请求；
以分组格式接收所请求的视频信息；
将所述分组的视频信息传送到分配给请求订户接收站的订户信道。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述视频信息是广播电视频道。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
在所述电视广播频谱的预定频率范围内分配广播电视信道；
将多条订户信道分割成所述电视广播频谱分配给所述电视广播信道的预定频率范围之外的剩余部分；
将所述广播电视信道组合成组合信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于进一步包括：
将所述电视广播频谱的剩余部分的第1部分分配给下行数据流订户信道；
将所述电视广播频谱的剩余部分的第2部分分配给上行数据流订户信道；
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于每条订户信道包括各自的下行数据流订户信道和各自的上行数据流订户信道，它们每条都具有专用的独享的带宽。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
将所述组合信号转换成光信号；
在光设备上将所述光信号发送到光收发机节点。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
从所述通信网络接收组合的上行数据流信号；
将所述组合的上行数据流信号分离成多条订户信息数据流；
将每条订户信息数据流提供给多个调谐器的对应的一个，每个调谐器调谐到对应的订户信道；
通过每个调谐器提取对应的返回RF信号；
将返回RF信号解调成分组的订户信息；
传送所述分组的订户信息。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于进一步包括：
所述接收包括接收光信号；
在分离所述上行数据流信号之前，将所述光信号转换成组合的上行数据流信号。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
检测订户接收站对增加带宽的请求；
根据该增加带宽请求增加给订户接收站分配的独享带宽。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
检测订户接收站对要求比当前分配给所述请求订户接收站的带宽更大量带宽的服务的请求；
向请求订户接收站增加分配的独享带宽以处理所请求的服务。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：
接收来自订户接收站的实际地址请求；
从存储的地址数据库中取回被请求的实际地址；
将所述被取回的实际地址传送到所述请求订户接收站。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于进一步包括：
如果没有发现被请求的实际地址，传送广播地址分辨协议请求以试图定位一具有被请求的实际地址的设备。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于进一步包括检测并停止订户设备的地址请求的滥用。
22.一种通过混合光纤同轴电缆(HFC)传递设备在分配点和多个订户接收站间传递信息的方法，其特征在于包括：
将电视广播频谱分割成多条订户信道，其中每条订户信道具有确定的带宽；
将每个订户接收站指定给一条订户信道；
向每个订户接收站分配独享带宽；
基于分配的订户信道通过所述分配点将源信息传送到每个订户接收站；
由所述分配点为每条订户信道调制源信息；
将调制的源信息上变频为对应的一条订户信道；
由所述分配点将来自每条订户信道的调制信息组合成组合信号；
由所述分配点将该组合信号转换成光信号；
由所述分配点经光设备将该光信号发送到光收发机节点。
由所述光收发机节点将所述光信号转换成组合的电信号；
由所述光收发机节点经同轴电缆将该组合的电信号发送到多个订户接收站的每一个。
23.如权利要求22所述方法，其特征在于进一步包括：
由订户接收站的网关设备从所述组合的电信号的分配的信道中提取调制信息；
由网关设备解调来自提取的调制信息中的源信息；
通过网关设备将解调的源信息传送到所述订户接收站处的定址的订户设备。
24.如权利要求23所述方法，其特征在于在传送解调的源信息之前进一步包括：
由所述网关设备将解调的源信息转换成适合于所述定址的订户设备的格式。
25.如权利要求23所述方法，其特征在于进一步包括：
从所述组合的电信号中分离广播消息。
26.如权利要求25所述方法，其特征在于进一步包括：
为订户设备将所取回的广播消息转换成适当的格式。
27.如权利要求22所述方法，其特征在于进一步包括：
由订户接收站的网关设备调制来自订户设备的订户信息；
由所述网关设备将所述调制的订户信息上变频成分配的订户上行数据流信道中的射频(RF)信号；
由所述网关设备经所述同轴电缆将所述订户RF信号发送到所述光收发机节点。
28.如权利要求27所述方法，其特征在于在调制订户信息之前进一步包括：
将所述订户信息转换成数字格式。
29.如权利要求27所述方法，其特征在于进一步包括：
由所述网关设备以广播数据包格式接收实际地址请求；
将所述实际地址请求转换成单点传送数据包格式；
将所述单点传送实际地址请求传送到所述分配点处的地址分辨设备。
30.如权利要求22所述方法，其特征在于进一步包括：
由订户接收站处的网关设备跟踪所述订户接收站的实际带宽使用情况；
将所述带宽使用情况信息传送到所述分配点处的带宽管理器。
31.如权利要求30所述方法，其特征在于进一步包括：
由所述网关设备对多个服务类型的每一个跟踪所述订户接收站的带宽使用情况；
对每个服务类型将所述带宽使用情况信息传送到所述带宽管理器。
32.如权利要求22所述方法，其特征在于进一步包括：
由所述分配点处的带宽管理器向订户接收站处的网关设备发送信道切换命令；
由所述网关设备从一分配信道切换到另一信道以响应所述信道切换命令。
33.如权利要求22所述方法，其特征在于进一步包括：
由所述光收发机节点接收来自所述订户接收站的多个上行数据流订户RF信号；
由所述光收发机节点将所述上行数据流订户RF信号组合成组合的上行数据流信号；
由所述光收发机节点将所述组合的上行数据流信号转换成光上行数据流信号；
由所述光收发机节点经光设备将所述光上行数据流信号发送到所述分配点。
34.一种通过网络向多个订户接收站分发信息的通信系统，其特征在于包括：
交换器，根据地址信息为每个订户接收站将源信息传送到所述交换器多个端口的对应一个端口；
多个射频(RF)调制解调器，每个RF调制解调器耦合至所述交换器的多个端口的一个，并且每个RF调制解调器将从各自的交换器端口接收的信息进行调制并上变频为电视广播频谱的多条订户信道的相应的一条中的RF信号；
多条订户信道的每一条分配给一个或多个订户接收站，向每个订户接收站提供独享的带宽分配；
耦合至所述RF调制解调器的组合器，所述组合器将来自每个RF调制解调器的调制信息组合成组合信号；
耦合至所述组合器的发射机，所述发射机通过网络向所述多个订户接收站发送所述组合信号。
35.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
至少一个提供所述源信息的源服务器，每个服务器与所述交换器的各自端口耦合。
36.如权利要求35所述的通信系统，其特征在于进一步包括：所述至少一个源服务器包括多个源服务器，包括视频服务器、计算机网络服务器以及电话网络服务器。
37.如权利要求35所述的通信系统，其特征在于所述至少一个源服务器包括接收并提供广播视频内容的MPEG转换器。
38.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
所述源信息包括数据包；
所述交换器从所述数据包中取回地址并根据该地址传送所述数据包。
39.如权利要求38所述的通信系统，其特征在于每个地址识别多个订户接收站的一个。
40.如权利要求39所述的通信系统，其特征在于每个地址识别订户接收站的订户设备。
41.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于所述交换器包括以太网交换器。
42.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于所述交换器包括交换器矩阵。
43.如权利要求42所述的通信系统，其特征在于所述交换矩阵包括以角锥型配置组织的交换器阵列，包括最低层的第1阵列交换器以及一层或多层较高层的交换器阵列，每个第1阵列交换器耦合至所述RF调制解调器的一个子集，并且每个较高层阵列的每个交换器耦合至相邻较低层阵列的交换器子集。
44.如权利要求43所述的通信系统，其特征在于所述交换矩阵进一步包括：
用于处理高层带宽的第1阵列；
用于处理中层带宽的第2阵列；
用于处理低层带宽的第3阵列。
45.如权利要求44所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至电话网络服务器的用于处理电话数据的第3阵列；
耦合至计算机网络服务器用于处理电话和计算机网络数据的第2阵列；
耦合至视频服务器用于处理视频、电话和计算机网络数据的第3阵列。
46.如权利要求43所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
所述交换矩阵包括耦合至至少一个交换器阵列的管理交换器；
耦合至所述管理交换器的带宽管理器；
耦合至所述管理交换器的地址分辨服务器。
47.如权利要求46所述的通信系统，其特征在于所述管理交换器处理订户接收站间的通信。
48.如权利要求42所述的通信系统，其特征在于所述交换矩阵配置成显著地在其最大带宽容量下运行以提供统计上欠缺的性能。
49.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
包括光设备的网络；
发射机，所述发射机包括将组合的电信号转换成光信号并将该光信号在所述光设备上发送的光发射机。
50.如权利要求49所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至所述光设备将包括订户信息的光上行数据流信号转换成订户电信号的光接收机；
耦合至所述光接收机向多个调谐器提供所述订户电信号的分路器；
所述多个调谐器的每一个提取对应的订户RF信号；
多个解调器，每个解调器从对应的订户RF信号解调订户信息并将该订户信息传送到所述交换器。
51.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
在所述电视广播频谱的预定频率范围内提供广播电视信息的广播电视源；
所述频谱范围之外的所述电视广播频谱的剩余部分被分配成所述订户信道；
接收并将所述广播电视信息组合成组合信号的组合器。
52.如权利要求51所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
提供视频信息的视频点播和调制器服务器；
接收并将所述视频信息组合成组合信号的组合器。
53.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至所述交换器向每个订户接收站分配独享的带宽的带宽管理器。
54.如权利要求53所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
每条订户信道包括多个带宽增量；并且
所述带宽管理器向每个订户分配至少一个带宽增量。
55.如权利要求53所述的通信系统，其特征在于所述带宽管理器检测订户接收站对要求比当前分配给订户接收站的带宽更大量带宽的服务的请求，并且所述带宽管理器向请求订户接收站分配额外的独享带宽。
56.如权利要求53所述的通信系统，其特征在于所述带宽管理器向订户接收站发送信道切换命令以动态地将该订户接收站切换到另一分配信道。
57.如权利要求53所述的通信系统，其特征在于所述带宽管理器监控每个订户接收站的带宽使用情况。
58.如权利要求34所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至所述交换器存储地址数据库的地址分辨服务器；
所述地址分辨服务器通过根据逻辑地址取回并传送实际地址来响应实际地址请求。
59.一种通过光网络分发信息的通信系统，其特征在于包括：
光设备；
分配点，所述分配点包括：
多端口交换器，为多个订户接收站的每一个将源信息传送到对应端口；
多个光收发机，每个光收发机耦合到所述交换器的多个端口的一个端口，将接收自各自端口的信息转换成多个光源信号的相应的一个，并且将每个光收发机分配给一个或多个订户接收站以向指定的订户接收站分配独享的带宽；以及
波分复用(WDM)组合器，所述WDM组合器将来自多个光收发机的每一个的光源信号组合成组合光信号并在所述光设备上发送该组合光信号；
多条光纤电缆，每条连接到多个订户接收站的对应一个；
耦合至所述光设备的WDM选择器，将来自所述WDM组合器的组合光信号接收并分离成单独的光信号分量并在多条光纤电缆的对应一条上将该每个分开的光信号发送到所述订户接收站。
60.如权利要求59所述的通信系统，其特征在于所述交换器包括光交换器。
61.如权利要求59所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
多个光网关设备，每个位于各自的订户接收站并且耦合所述多条光纤电缆中的对应一条。
62.如权利要求59所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
所述光设备包括上行数据流光设备；
所述分配点包括通过所述上行数据流光设备耦合至所述WDM选择器并通过分开的光纤电缆耦合至所述多个光收发机的每一个的WDM分路器。
63.一种在分配点和多个订户接收站间通过混合光纤同轴电缆(HFC)网络建立通信的通信系统，其特征在于包括：
光设备；
分配点；所述分配点包括：
多端口交换器，根据地址信息为每个订户接收站将源信息传送到所述交换器的对应端口；
多个射频(RF)调制解调器，每个RF调制解调器耦合至所述转换器的一个端口，并且每个RF调制解调器可操作地对接收自各自交换器端口的信息进行调制并将其转换成电视广播频谱的多条订户信道的相应的一条中的RF信号；
所述多条订户信道的每一条具有确定的带宽并且被分配给一个或多个订户接收站，向每个订户接收站分配独享的带宽分配；
组合器，将来自每个RF调制解调器的调制信息组合成组合信号；
与所述组合器和所述光设备耦合的发射机，将所述组合信号转换成光信号并通过所述光设备发送该光信号；
分布到多个订户接收站的同轴电缆；
与所述光设备和所述同轴电缆耦合的光收发机节点，将所述光信号转换成电信号并通过所述同轴电缆将该电信号传送给订户接收站。
64.如权利要求63所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
多个网关设备，其中每个位于各自的订户接收站中并且与所述同轴电缆耦合，每个网关设备包括：
用于耦合所述同轴电缆的调谐器，调谐到一分配的订户信道以从所述电信号中提取调制信息；
与所述调谐器耦合的解调器，将所述提取的调制信息解调成源信息。
65.如权利要求64所述的通信系统，其特征在于所述调谐器是动态可编程的以切换到至少一个其它的订户信道。
66.如权利要求64所述的通信系统，其特征在于所述调谐器是动态可编程的以调谐到多条订户信道。
67.如权利要求64所述的通信系统，其特征在于每个网关设备进一步包括：
耦合至所述解调器的网关交换器，将源信息传送到多个订户设备中定址的一个。
68.如权利要求67所述的通信系统，其特征在于每个网关设备进一步包括：
多个转换器，每个与所述网关交换器耦合，为对应的订户设备将源信息转换成适当格式。
69.如权利要求68所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至所述网关设备的机顶盒；
所述网关设备包括将源信息转换成传送给所述机顶盒的视频信息。
70.如权利要求68所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
耦合至所述网关设备的电话机；
所述网关设备包括将来自所述源信息的数字音频数据转换成提供给所述电话机的模拟信号的音频转换器。
71.如权利要求67所述的通信系统，其特征在于每个网关设备进一步包括：
耦合至所述网关交换器的管理和控制逻辑，监控对应的订户接收站的带宽使用情况并将该带宽使用情况信息传送给所述分配点。
72.如权利要求71所述的通信系统，其特征在于所述管理和控制逻辑对一个或多个服务类型的每一个监控带宽使用情况，并且向所述分配点报告服务类型带宽使用情况。
73.如权利要求71所述的通信系统，其特征在于所述管理和控制逻辑从本地订户设备以广播格式接收实际地址请求，将该请求转换成单点传送格式，并将该单点传送的实际地址请求传送到所述分配点。
74.如权利要求64所述的通信系统，其特征在于每个网关设备进一步包括：
用于耦合所述同轴电缆从所述电信号中分离广播内容的分路器。
75.如权利要求74所述的通信系统，其特征在于每个网关设备进一步包括：
耦合至所述分路器将数字视频信息转换成模拟格式的视频转换器。
76.如权利要求64所述的通信系统，其特征在于所述多个网关设备的每一个进一步包括：
调制来自订户设备的订户信息的调制器；
与所述调制器和所述同轴电缆耦合的上变频器，将经调制的订户信息转换成已分配的订户上行数据流信道中的射频(RF)信号并通过所述同轴电缆将所述上行数据流RF信号发送到所述光收发机节点。
77.如权利要求76所述的通信系统，其特征在于所述多个网关设备的每一个进一步包括：
与所述调制器耦合并用于耦合订户设备将所述订户信息转换成数字格式的转换器。
78.如权利要求76所述的通信系统，其特征在于进一步包括：
所述光收发机节点包括将来自所述同轴电缆的多个上行数据流RF信号转换成上行数据流光信号并通过所述光设备将该上行数据流光信号传送到所述分配点的光交换器。
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