帯域幅効率に優れたケーブルネットワークモデム
干渉およびノイズが存在する状態でケーブルテレビネットワーク帯域幅の効率的使用を提供するＭＵＤ（１１５）対応ケーブルモデム（６１５）が開示される。モデム（６１５）の設計は、既存のネットワークハードウェアおよびプロトコルとの互換性を提供し、設置済みのハードウェアおよびソフトウェアを除去することなく、本発明の原理に従って構成された帯域幅効率に優れたモデム（６１５）をネットワークに追加し得る。ケーブルネットワークのヘッドエンド（５０５）内の帯域幅効率に優れたモデム（６１５）は、端末からヘッドエンドへの逆方向リンク容量を増大させ、ケーブルネットワークの端末内の帯域幅効率に優れたモデム（６１５）は、ヘッドエンド（５０５）から端末への順方向リンク容量を増大させる。これにより、双方向の帯域幅の効率の向上が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願：本願は、２００２年１２月１７日提出の米国仮出願第６０／４３４，００６号の利益を主張する。また、本願は、２００１年４月１８日提出の米国仮出願第６０／２８４，６２９号の利益を主張する２００２年４月１８日提出の米国出願第１０／１２５，２４１号の一部継続出願である。また、本願は、２００３年５月３０日提出のＰＣＴ出願第（未知）号「帯域幅効率に優れたワイヤレスネットワークモデム」代理人整理番号２００２００２９−ＰＣＴに関連する。これらの出願のそれぞれは、参照によりその開示内容全体が本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電気通信に関し、特に、割り当て周波数帯域幅の効率的な使用が望ましいケーブルテレビおよびその他の有線ネットワーク用のデジタル信号復調器および変調器に関する。
【背景技術】
【０００３】
ケーブルモデムは、ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークを介してデジタルデータを送受信する。こうしたネットワークは、当初、テレビ放送を送信するために設置された。近年、多くのＣＡＴＶネットワークは、双方向データ通信を提供するためにアップグレードされている。既存のテレビ放送ネットワークにケーブルモデムを追加することで、ローカルエリアコンピュータネットワークに似たネットワーク機能が形成される。放送を受信するのに使用される当初のテレビ受像機は、データを送受信可能な端末およびモデムを用いて拡張可能である。
【０００４】
放送ＣＡＴＶネットワークをケーブルモデムネットワークへ変換するには、双方向通信用のネットワークを構成する必要がある。システムに双方向増幅を追加することによって、端末信号をヘッドエンドへ返信し得る。また、ヘッドエンドから端末への順方向の送信と、端末からヘッドエンドへ戻る逆方向の送信と、の双方に、希少な帯域幅が割り当てられる。
【０００５】
殆どのＣＡＴＶネットワークは、ファイバ−同軸ハイブリッド（ＨＦＣ）ネットワークである。信号は、ヘッドエンドセンタから加入者の近くの場所へ、光ファイバケーブルを通って伝送される。ここで、信号は、加入者の端末に至る同軸高周波ケーブルへ変換される。双方向データネットワークでは、ケーブルモデムは、ヘッドエンドから受信したデジタル伝送（ダウンストリーム）を復調および回復し、ヘッドエンドへ戻るデジタル伝送（アップストリーム）を変調および送信するために、全てのユーザ端末に設置される。同様に、ケーブルモデムは、端末から受信したデジタル伝送を復調および回復し、端末へ戻るデジタル伝送を変調および送信するために、ヘッドエンドに設置される。
【０００６】
代表的なケーブルネットワーク構成は、端末ネットワークへ向けてデータをダウンストリームへ発信するケーブルモデム伝送システム（ＣＭＴＳ）を備えたヘッドエンドを含む。割り当てられたＴＶチャネルにつき、約２０００台のモデムを、ツリーネットワーク構成でＣＭＴＳに接続できる。さらに多くのケーブルモデムが必要な場合は、ＣＭＴＳにさらに多くのチャネルを追加することで、ＴＶチャネルの数を増加させる。ネットワークの物理的範囲は、数十キロメートル以上となる場合が多い。こうした伝送範囲では、信号強度は端末毎に実質的に変化し、増幅段階が必要となる。ツリー構成において、モデムは、ＣＭＴＳのみと直接的に通信する。モデム対モデムの通信は、ＣＭＴＳを介して行われる。
【０００７】
代表的なネットワーク信号のパラメータを下の表にまとめる。
【表１】
ダウンストリームチャネルは、６４値直交振幅変調（ＱＡＭ）または２５６ＱＡＭ信号を使用して、それぞれ合計２７または５６Ｍビット／秒の搬送を行う。各ダウンストリームデータ伝送チャネルに割り当てられた合計帯域幅は、６〜８ＭＨｚである。ダウンストリームチャネルは、一般に、５０ＭＨｚと８５０ＭＨｚとの間に置かれる。アップストリームチャネルは、ＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭを使用して、合計３Ｍビット／秒の搬送を行う。各アップストリームデータ伝送に割り当てられた合計帯域幅は、２ＭＨｚである。アップストリームチャネルは、一般に、５ＭＨｚと５０ＭＨｚとの間に置かれる。
【０００８】
ケーブルモデムは、一般に、コンピュータまたは特別なセットトップボックスに接続される。コンピュータ接続は、通常、外部コネクタ、内部ＰＣＩバスカード、またはワイヤレスアダプタを介して実現される。ネットワーク内の各ケーブルモデムは、タイムスロット内でバーストを発信し、各スロットは、リザーブ、競合、またはレンジングとして特徴付けられる。各アップストリームチャネルは、名目上１６バイト長のミニスロットに分割されるが、ＣＭＴＳによって１２８バイト長までに設定できる。アップストリーム帯域幅は、２００，４００，８００，１６００，または３２００ｋＨｚである。リザーブスロットは、特定のケーブルモデムに対して予約されたタイムスロットであり、その時間に他のケーブルモデムが送信を行わない状態を確保する。ＣＭＴＳは、ベンダ固有の帯域幅割り当てアルゴリズムを介して、様々なケーブルモデムにタイムスロットを割り当てる。リザーブスロットは、通常、長距離データ送信のために使用される。
【０００９】
競合スロットとして特徴付けられたタイムスロットは、任意のケーブルモデムによる送信に利用可能である。現行のシステムでは、２台のケーブルモデムが同じタイムスロット中に送信した場合、パケットが衝突し、データは失われる。ＣＭＴＳは、データが受信されなかったことを信号で伝える。ケーブルモデムは、その後、ランダムに発生させた別の時期に再送信を行う。競合スロットは、通常、非常に短いデータの送信、特に、さらに多くのデータを送信する多数のリザーブスロットの要求のために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＭＴＳとネットワークケーブルモデムとの間の物理的距離は、実質的に異なる時間遅延を発生させる。一般に、遅延は、数ミリ秒のオーダである。補償するために、ケーブルモデムは、レンジングプロトコルを採用し、受信した全ての通信がＣＭＴＳに到着した際の正しいフレーム境界と整合するように、個別のケーブルモデムのクロックを遅延に対して補正する。米国のシステムでは、多数の連続したタイムスロットが、レンジングのために周期的に割り当てられる。一例では、ケーブルモデムは、第２のタイムスロットでの送信を命令される。受信時、ＣＭＴＳは、ケーブルモデムに対してローカルクロックの補正値（例えば、小さな正または負の補正値）を送信する。レンジングバーストの前後には、レンジングバーストが他のトラフィックと衝突しない状態を確保するために、少なくとも１つの空きタイムスロットが存在する。また、ＣＭＴＳとネットワークケーブルモデムとの間の物理的距離は、ネットワーク内の種々のモデム間で異なる送信信号減衰レベルを発生させる。ケーブルモデムからＣＭＴＳへの減衰の変動は、１５ｄＢより大きく変化し得る。レンジングスロットの別の目的は、ネットワーク内の全てのケーブルモデムから受信した振幅を整合させることである。ＣＭＴＳにおける費用効率に優れた復調のために、振幅の整合は、衝突の検出とビット誤り率の最小化とにとって不可欠である。
【００１１】
動作中、１つのダウンストリームチャネルは、通常、多数のアップストリームチャネルとペアになり、必要なデータ帯域幅のバランスを達成する。ダウンストリームデータは全てのケーブルモデムによって受信されるため、合計帯域幅は、システム上の全てのアクティブなモデム間で共有される。各モデムは、データのストリームから必要なデータをフィルタリングして取り出す。多くのモデムが同じチャネルを共有するとき、実効スループットは、１００分の１または１０００分の１まで低下する。そのため、多数のパケットを同じチャネル上で多重化する方式が非常に望ましい。さらに、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳが干渉パケットを受信および回復できることが望ましい。
【００１２】
したがって、必要なものは、多数のパケットを同じチャネル上で多重化し、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳによる干渉パケットの受信および回復を可能にする手法である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態は、複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたヘッドエンドＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの帯域幅効率を向上させる方法を提供する。方法は、ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを、経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように、決定する工程を含む。方法は、経路上の２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、複数のモデムに対する割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程と、へ進む。減衰プロフィールを決定する工程により、例えば、ＣＭＴＳは、ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを利用することができる。
【００１４】
こうした一実施形態において、複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含み、方法は、さらに、経路上の各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程を含む。あるいは、方法は、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程を含む。これに代えて、あるいは、これと共に、方法は、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程を含む。
【００１５】
減衰プロフィールは、例えば、ＣＭＴＳと経路上の各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルのテスト信号を送信し、これにより、ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される。あるいは、減衰プロフィールは、経験的データに基づいて決定される。減衰プロフィールを決定するその他の手法は、本開示に照らして明白であろう。方法は、さらに、経路上の各ケーブルモデムへ減衰プロフィールをブロードキャストする工程を含んでよい。なお、決定工程と、割り当て工程と、送信工程とは、例えば、ＣＭＴＳモデムによって実行され得る。
【００１６】
方法は、さらに、送信済みのチャネル割り当てマップに応答した２つ以上のケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルで同時に受信する工程と、共同チャネル復調機能を使用して各要求を回復する工程とを含む。この実施形態において、方法は、各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程と、第２のチャネル割り当てマップを送信する工程と、へ進んでよく、第２のマップは、第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む。方法は、第２のマップに応答した複数のケーブルモデムから受信したデータを対応する複数の送信先へ提供する工程へ続いてよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、伝搬経路によって複数のケーブルモデムと通信可能に結合されたＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を提供する。方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された複数の信号を同時に受信する工程を含み、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する。方法は、さらに、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程と、第１のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去またはその他の形で無視する工程とを含む。回復信号を除去する工程は、例えば、各回復信号に関連するヘッダ情報と複数の個別のパワーレベルとの少なくとも一方に基づき得る。
【００１８】
方法は、さらに、第２のケーブルモデムにおいて、複数の信号を同時に受信する工程を含んでよく、各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、１つの受信信号のみがノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。方法は、第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する該１つの受信信号を復調する工程へ続き、その他の減衰信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出不能である。
【００１９】
一実施形態において、第２のモデムは、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置し、これにより、第２のモデムによる他の減衰信号の検出不能性を確保する。ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する１つの受信信号は、第１のパワーレベルで送信可能であり、他の減衰信号は、第２の低いパワーレベルで送信可能である。
【００２０】
代替の実施形態において、方法は、さらに、第２のケーブルモデムにおいて、複数の信号を同時に受信する工程を含んでよく、各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は依然としてノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。ここで、方法は、第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程と、第２のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、へ続く。第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して回復された信号のそれぞれは、実質的に同じパワーレベルで送信され得る。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、複数のケーブルモデムを含むケーブルネットワークにおける帯域幅の効率的使用を可能にするケーブルモデムを提供する。ケーブルモデムは、共同チャネル復調を使用して、同時に同じチャネルで送信されたＫ個の干渉信号を同時に復調および回復するのに適したマルチユーザ検出モジュールを含む。データフォーマットモジュールは、マルチユーザ検出モジュールに対して動作可能に結合され、Ｋ個の回復信号のうちの少なくとも１つのためのネットワークデータパケットを生成するように適している。制御プロセッサは、フォーマットモジュールに対して動作可能に結合され、１つ以上の伝搬経路の既知の減衰特性に基づいて干渉伝送を意図的にスケジュールすることによって、ケーブルネットワークの１つ以上の伝搬経路に関連する既存の振幅マージンを利用するのに適する。通信中のモデムが非ＭＵＤ対応であることを制御プロセッサが知ること応じて、制御プロセッサは、さらに、レガシプロトコルモードを可能にし、これにより、下位互換性を提供することに適してもよい。
【００２２】
一実施形態において、ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、制御プロセッサは、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当て、これにより、レガシプロトコルモードを可能にすることに適する。これに代えて、あるいは、これと共に、さらに、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てることに適してよい。
【００２３】
制御プロセッサは、例えば、双方向通信用に構成され、制御プロセッサをデータフォーマットモジュールにインタフェースすることに適したデータフォーマットインタフェースモジュールを含んでよい。データフォーマット選択モジュールは、データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードの選択を許容するように構成される。データフォーマットインタフェースモジュールは、さらに、ケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去するように構成してもよい。別の実施形態において、制御プロセッサは、複数の回復信号の信号レベルを検出するように構成されたデジタル信号レベル検出モジュールと、ネットワークの他の複数のモデムに関連する複数の減衰係数を計算および格納するように構成された減衰プロフィールモジュールと、を含む。減衰プロフィールモジュールは、さらに、ネットワーク内のどのモデムが信号を送信したかを決定するために、複数の実際のユーザ信号の複数の受信信号レベルを複数の既知の減衰係数と比較するように構成してもよい。
【００２４】
一実施形態において、ケーブルモデムは、変調器を含み、制御プロセッサは、さらに、データと、既知の減衰特性に基づいた対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、を変調器に提供するように構成されたチャネル割り当てモジュールを含む。データフォーマットモジュールは、複数のタイプのフォーマットモードをサポートしてよく、制御プロセッサは、さらに、データフォーマットモジュールが動作するフォーマットモードを選択するように構成できる。
【００２５】
本明細書で説明する特徴および利点は、包括的なものではなく、特に、多くの付加的特徴および利点は、図面、明細書、および特許請求の範囲を考慮すると、当業者には明らかであろう。さらに、本明細書に使用された用語は、専ら読み易さおよび教示の目的から選択されており、発明の対象の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態は、割り当て周波数帯域の効率的使用が望ましいケーブルおよび他の有線ネットワーク用のデジタル信号復調器／変調器を提供する。１つの実施形態において、同じチャネル上で多数のパケットを多重化し、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳによる干渉パケットの受信および回復を可能にするのに適したケーブルモデムが提供される。適用例には、北米または欧州の規格に従ったヘッドエンドと端末との間でデータを送信するケーブルテレビシステムが含まれる。モデムは、既存のネットワークデバイスとの相互運用性を維持するのに必要な機能を含む。本発明の実施形態について説明する前に、図５〜図９を参照して、ケーブルネットワークおよび構成に関するいくつかの背景情報を提供する。
【００２７】
ケーブルネットワークおよび構成
図５は、ケーブルネットワーク構成の例を示す。ケーブルネットワークは、多数のケーブルモデム（ＣＭ）５１０ａ〜ｐを含む端末ネットワークにデータを送信するケーブルモデム伝送システム（ＣＭＴＳ）５０５ａを有するヘッドエンド５０５を備える。代表的なネットワークでは、割り当てられたＴＶチャネルにつき、約２０００台のケーブルモデム５１０が、ツリーネットワーク構成でＣＭＴＳに接続される。さらに多くのケーブルモデムが必要な場合は、ＣＭＴＳにさらに多くのチャネルを追加することで、ＴＶチャネルの数を増加させる。ネットワークの物理的範囲は、数十キロメートル以上となる場合が多い。こうした伝送範囲では、信号強度は端末毎に実質的に変化し、増幅段階が必要となる。ツリー構成において、ケーブルモデム５１０は、ＣＭＴＳ５０５ａのみと直接的に通信する。モデム対モデムの通信は、ＣＭＴＳ５０５ａを介して間接的に達成される。
【００２８】
ケーブルモデムは、一般に、コンピュータまたは特別なセットトップボックスに接続される。コンピュータ接続は、通常、外部コネクタまたは内部ＰＣＩバスカードを介して達成される。図６は、設備の例を示す。殆どの場合、ケーブルモデム６１５は、テレビ受像機セットまたは関連デバイス（例えば、ＶＣＲ）に既にサービスを提供しているケーブル回線に追加される。この場合、通常、パワースプリッタ６０５と新しいケーブルとが必要になる。パワースプリッタ６０５は、レガシテレビ機器（例えば、テレビ６２０ａ〜ｂおよびＶＣＲ６２５）と、ケーブルモデム６１５を接続する新しいケーブル部分と、の間で、受信信号を分割する。テレビ機器は、ケーブルモデム６１５に接続する新しいケーブルを使用しない。
【００２９】
ハイパスフィルタ６１０は、ケーブルモデム６１５がパケットバーストを送信するときにテレビ機器が誤作動しないように、あるいは、干渉を受けないように、テレビ機器のケーブル部分から低周波非テレビ信号を分離する。したがって、ハイパスフィルタ６１０は、ＴＶチャネル周波数のみを通過させ、ケーブルモデム６１５によって送信されるアップストリーム周波数帯域を遮断する。フィルタ６１５の別の理由は、屋内配線からの低いアップストリーム周波数範囲でのノイズ伝送を遮断することである。数千の個別の住居（または他の端末位置）のそれぞれで導入されたノイズは、ヘッドエンド５０５へ向かうアップストリーム経路において蓄積される。
【００３０】
図７は、一般的なケーブルモデムの内部アーキテクチャを示しており、ケーブルモデムは、チューナ７０５と、復調器７１０と、変調器７１５と、メディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）７２０と、インタフェース７２５と、を含んでいる。チューナ７０５は、テレビチャネルを選択し、受信信号を固定中間周波数（ＩＦ）に変換する。復調器７１０は、中間周波数データをサンプリングし、ＭＰＥＧフレームの復調、エラー訂正、同期を行う。ＭＡＣ７２０は、ＭＰＥＧフレームからデータを抽出し、他のケーブルモデムを対象とするデータを遮断し、プロトコルを実行し、アップストリーム伝送バーストを開始する。送信側において、バースト変調器７１５は、エンコード（例えば、リードソロモン（Reed-Solomon））と、デジタル変調と、Ｄ／Ａ変換と、固定ＩＦへのアップコンバージョンと、を実行する。チューナ７０５は、固定ＩＦをアップコンバートし、バーストを送信する。
【００３１】
チューナ７０５は、ＣＡＴＶアウトレットに直接的に接続する。チューナ７０５は、ダイプレクサ７０５ａを含み、ダイプレクサ７０５ａは、同じデバイスを介してアップストリーム信号（例えば、ハイパスフィルタ経由）およびダウンストリーム信号（例えば、ローパスフィルタ経由）の双方の通信を可能にする。あるいは、ダイプレクサ７０５ａは、チューナ７０５の外部に設けることができる。チューナ７０５は、復調が不可能となる程度までデジタル変調信号を歪ませることなくデジタル変調（例えば、ＱＡＭ）信号を受信するのに、充分に良好な品質である。
【００３２】
受信方向において、チューナ７０５によって出力されたＩＦ信号は、復調器７１０に供給される。１つの適用例では、復調器７１０は、Ａ／Ｄコンバータと、ＱＡＭ６４／２５６復調器と、ＭＰＥＧフレーム同期と、リードソロモンエラー訂正と、で構成される。ダウンストリーム変調は、通常、シンボル当たり６ビットの６４ＱＡＭ（標準）であるが、シンボル当たり８ビットの２５６ＱＡＭ（高速だがノイズに敏感）であってもよい。
【００３３】
送信方向において、バースト変調器７１５の出力は、チューナ７０５に与えられる。１つの適用例では、バースト変調器７１５は、各バーストに対してリードソロモンエンコードを実行し、波形発生器を使用してデータを選択された周波数のＱＰＳＫ／ＱＡＭ１６波形にデジタル変調するものであり、変調データをアナログ出力信号に変換するＤ／Ａコンバータを備えた構成となる。出力信号は、可変出力レベルを備えたラインドライバに供給可能であるため、信号レベルは、未知のケーブル損失を補償するために調整され得る。
【００３４】
ＭＡＣプロセッサ７２０は、モデムの受信および送信経路間において、適切に作用可能に結合される。このプログラム可能なデバイスは、他のモデムにアドレス指定されたパケットを廃棄し、ＤＯＣＳＩＳ（データオーバケーブルサービスインタフェース仕様）または他のケーブルプロトコルに従って、自己のモデムのためのパケットデータを処理するように構成される。ケーブルからモデムによって受け取られ、ＭＡＣプロセッサ７２０を介して受け入れられたデータは、コンピュータインタフェース７２５へ供給される。送信方向において、データは、インタフェース７２５から受け取られ、ＭＡＣ７２０を介して処理され、チューナ７０５を介したケーブルへの送信のために変調器７１５へ提供される。
【００３５】
外部ケーブルモデムも、全体的な制御を提供するためにプロセッサ７３０を必要とする。ただし、内部ケーブルモデムは、一般に、ホストコンピュータのＣＰＵによって、コンピュータバスを介して制御される。
【００３６】
未加工データレートは、以下に示す変調および帯域幅に依存する。
６４−ＱＡＭ ２５６−ＱＡＭ
６ＭＨｚ ３１．２Ｍｂｉｔ／ｓ ４１．６Ｍｂｉｔ／ｓ
８ＭＨｚ ４１．４Ｍｂｉｔ／ｓ ５５．２Ｍｂｉｔ／ｓ
上記の計算においては、帯域幅８ＭＨｚに対して６．９Ｍシンボル／秒のシンボルレートが使用され、帯域幅６ＭＨｚに対して５．２Ｍシンボル／秒が使用されている。未加工ビットレートは、エラー訂正、フレーミング、および他のオーバヘッドに起因して、実効データレートより幾分高い。順方向エラー訂正は、例えば、米国システム向けのＩＴＵ−Ｔ Ｊ．８３Ｂに従って実行される。バーストエラーを緩和するためにインタリーブが使用され、４ミリ秒の待ち時間を犠牲にして、９５ミリ秒の保護を行う。
【００３７】
順方向リンクまたはダウンストリームパケットのフォーマットを図８に示す。米国のシステムにおいて、順方向リンクデータは、ＭＰＥＧ−ＴＳ（トランスポートストリーム）仕様に従ってフレーム化される。１８８／２０４バイトブロックフォーマットが、各ブロックの前の８ビットの同期バイトと共に使用される。リードソロモンエラー訂正アルゴリズムは、ブロックサイズを２０４バイトから１８８バイトに低減し、１８７をＭＰＥＧヘッダおよびペイロードのために残す。この特定のフォーマットは、２０４バイト内で６個のエラーを訂正する。
【００３８】
このレベルでは、ネットワーク規格が異なると理解されるであろう。一部の規格では、ＭＰＥＧ−ＴＳペイロード内での可変データフォーマットが許容されている。例えば、ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣ規格では、ＭＰＥＧ−ＴＳペイロード内部のフレーミングは、ＡＴＭセルのストリームである。パケットは、一定のネットワークに含まれる１台、多数、または全てのモデムにアドレス指定される。ケーブルモデムパケットは、ＭＰＥＧヘッダ内にプログラム識別子（例えば、０ｘ１ＦＦＥ）を有する。
【００３９】
図９に示すように、逆方向リンクまたはアップストリームデータは、短いバーストに配置される。ＤＡＶＩＣ／ＤＶＢ規格は、固定長バーストを必要とし、一方、ＭＣＮＳ規格は、可変長バーストを指定する。各パケットは、ＣＭＴＳ復調器を受信データパケットに同期させるために使用される「固有ワード」で始まる。一般に、同期ワードは、約３２ビットである。リードソロモンエラー訂正は、殆どの規格で使用されるが、その他のエラー訂正手法も同様に使用できる。ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣでは、バースト当たりに１つのＡＴＭセルが存在する。ペイロードは、ＭＡＣメッセージまたはデータで構成される。ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣにおいて、チャネル化（channelization）は、３ミリ秒毎のタイムスロットである。より長いデータは、リザーブタイムスロットにおいて送信される。小さなデータは、競合タイムスロット中に送信される。
【００４０】
ＤＯＣＳＩＳには４つの層が存在する。物理層は、変調の定義および同軸媒体の観点から以前に説明した。ＭＰＥＧ−２伝送収束層も、１８８バイトＭＰＥＧ−２フレーム内のケーブルモデムデータのカプセル化の観点から説明した。メディアアクセス制御層は、リターンパスに対するケーブルモデムのアクセスを制御する。ＣＭＴＳは、ケーブルモデムに対して、送信の時期および長さを伝え、これにより、要求／許可メカニズムを使用してリターンパスへのアクセスを制御する。このタイプのプロトコルを使用することで、ケーブルモデムは、ＣＭＴＳから、特定の量のデータを送信する機会を要求する。
【００４１】
ＣＭＴＳが送信すべきデータを有する全てのモデムからの要求を受信したとき、ＣＭＴＳは、これに応じて、ミニスロット、またはリターンパス上の送信機会を確保する。周期的に数ミリ秒毎に、ＣＭＴＳは、順方向リンクパスを介して、各モデムに許可された特定のミニスロットを示すメッセージを、ケーブルモデムに送信する。帯域幅の確保の結果として、モデムは、送信を行うための衝突のないインターバルを保証される。ＣＭＴＳは、特定のエンドユーザに提供されるサービスのタイプに基づいて、モデムに帯域幅を割り当てる役割を担う。
【００４２】
要求メッセージを送信する時間を最初に割り当てられることなく、モデムが帯域幅を要求するために、ＣＭＴＳは、周期的に、競合期間中に要求を送信する任意のモデムにリターンチャネルの一部を割り当てる。こうした要求は、別のモデムからの要求と衝突してもよい。しかしながら、ＣＭＴＳは、衝突の数を最小限にするために、競合要求インターバルの長さと周波数との双方を変更できる。衝突が検出された場合、メッセージを送信したケーブルモデムは、ＣＭＴＳによる通知を受け、ランダムなインターバルだけバックオフした後（待った後）、要求を再送信する。
【００４３】
最も上のＤＯＣＳＩＳ層は、セキュリティ層である。将来のシステムは、進歩した物理層を提供し得る。周波数アジャイルＴＤＭＡ、同期ＣＤＭＡ、および直交ＦＤＭ変調が提供される可能性がある。ボイスオーバＩＰに似たストリーミングサービスのようなものを含め、サービスも進歩するであろう。
【００４４】
帯域幅効率に優れたケーブルモデム
図１は、本発明の一実施形態による、同じチャネル上で干渉デジタル信号を送信すると共に同時に復調するために構成されたケーブルモデムのブロック図を示す。モデムは、アナログフロントエンド１０５と、パラメータ推定モジュール１１０と、マルチユーザ検出（ＭＵＤ）モジュール１１５と、複数のデコーダのバンク１１７と、データフォーマットモジュール１２０と、制御プロセッサ１２５と、変調器１３０と、デマルチプレクサ１３５と、を含む。アナログフロントエンド１０５は、チューナ１０５ａに結合されたネットワークＩ／Ｏポートと、アナログ−デジタル（ＡＤ）コンバータ１０５ｂと、増幅器１０５ｃと、を含む。
【００４５】
レシーバ側では、信号が、ケーブルを介してネットワークＩ／Ｏポートで受信され、アナログフロントエンド１０５を経由して処理され、モジュール１１０，１１５，１１７によって復調／回復され、データフォーマットモジュール１２０によってフォーマットされる。結果として生じたデータ信号１〜Ｋは、次に、デマルチプレクサ１３５に提供される。デマルチプレクサ１３５は、対象となる信号であるデータ信号ｍ（データ信号１〜Ｋのうちの１つ）を選択するのに適している。この選択信号ｍは、その後、例えば、ネットワークまたは直接接続を介して、ユーザｍへ提供される。データフォーマットモジュール１２０とデマルチプレクサ１３５とは、制御プロセッサ１２５からの制御入力に従って動作する。例えば、データフォーマットモジュール１２０によって実行される従来のフォーマット化またはデコードは、制御プロセッサ１２５によって制御または監視できる。制御プロセッサ１２５は、さらに、ＭＵＤモジュール１１５によって回復されたどの信号がデータフォーマットモジュール１２０によって処理されるか、およびどの回復信号がモジュール１２０によって除去または無視されるか、を制御できる。
【００４６】
トランスミッタ側では、デマルチプレクサ１３５が、ユーザｍからの双方向ラインを使用して、ネットワーク／バックボーンまたはローカルホストから送信データｍを受領する。データは、制御プロセッサ１２５によって提供されるバースト制御に従って、モジュール１３０によって変調され、増幅器１０５ｃによって増幅され、送信のためにチューナ１０５ａを介してネットワークＩ／Ｏポートに提供される。一般に、制御プロセッサ１２５は、変調器１３０からのデータの流れを制御し、これにより、モデムが送信を行う時期と、モデムがユーザｍのために送信を行わない時期と、を制御する。レガシ送信モードもサポートされ、これにより、このモデムが通信しているリモートモデムが本発明の原理に従って動作するように構成されていない場合に、下位互換性を提供する。
【００４７】
ＲＦレシーバ−ＭＵＤ対応
ケーブルからの信号は、ネットワークＩ／Ｏポートを介してチューナ１０５ａに結合される。チューナ１０５ａは、適切なチャネルの信号を、処理の前に、ベースバンドまたは他の相対的に低い周波数の信号に変換する。ベースバンドにおいて、Ａ／Ｄコンバータ１０５ｂは、受信信号をデジタル化し、サンプルデータストリームにする。フィルタリング、増幅、および他の従来の処理が、アナログフロントエンド１０５において実施されてもよい。
【００４８】
サンプルデータストリームは、パラメータ推定モジュール１１０への入力として提供される。パラメータ推定モジュール１１０は、干渉デジタル信号のための同期デバイスである。パラメータ推定モジュール１１０は、受信信号に存在する複数の干渉信号のそれぞれについての相対的な受信タイミングのオフセットと、位相と、受信振幅と、マルチパス構造と、を推定する。このパラメータ推定の結果は、Ｋ個の信号のそれぞれの推定複合シグネチャ波形のマトリクス（Ｓ）であり、ＭＵＤモジュール１１５がチャネル信号を分離するのを助けるために使用される。
【００４９】
ＭＵＤモジュール１１５は、Ａ／Ｄコンバータ１０５ｂからの入力に加えて、推定複合シグネチャ波形のＳマトリクスを使用して、従来行われているように干渉信号からデータビットを回復する。ＭＵＤモジュール１１５は、回復データビットをフォーマットモジュール１２０への入力として供給する。フォーマットモジュール１２０は、バッファデバイスとして動作し、Ｋ個の干渉送信のそれぞれのためのデータパケットを生成する。パケット形式は、通信モデムによって使用されている所定のアプリケーションおよびプロトコルなどの要素に依存する。
【００５０】
なお、ＭＵＤモジュール１１５は、複数のデコーダ（１〜Ｋ）のバンク１１７と適切に作用可能に結合され、各デコーダはＭＵＤモジュール１１５の対応する出力と通信可能に結合される。デコーダバンク１１７は、ＭＵＤモジュール１１５によって出力されるＫ個の信号のそれぞれの回復シンボルストリーム（数１）を受け取り、そして、シンボルをビットに変換して、現在のビットを以前のビットおよび／または後続のビットと比較し、その後、ビットを再びシンボルに変換することによって、各ユーザのためのエラー訂正を提供する。ここでは、Ｓｏｆｔ ＶｉｔｅｒｂｉまたはＢＣＪＲデコーディング等の任意の数の種々のデコーディングアルゴリズムを採用可能である。こうした従来のエラー訂正の結果は、シンボル推定のマトリクス（ｂ（ｎ））であり、特定のシンボルの優れた推定を提供するために、ＭＵＤモジュール１１５によって、反復プロセスにおいて使用される。
【数１】
【００５１】
Ｋ個の信号のそれぞれのためにモジュール１１０，１１５，１１７によって実行される反復復調プロセスは、例えば、特定された反復回数に達するまで、または、現在および以前の反復での補償シンボル推定間の差が所定の閾値を下回るまで、継続できる。
【００５２】
アナログフロントエンド１０５とパラメータ推定モジュール１１０とＭＵＤモジュール１１５とデコーダバンク１１７とのそれぞれは、従来の技術で実施できる。ただし、変形も可能である。例えば、パラメータ推定器１１０は、米国特許出願第１０／２２８，７８７号「マルチユーザ検出レシーバのためのパラメータ推定器」において説明されるように構成可能である。ＭＵＤモジュール１１５は、米国出願第１０／１０５，９１８号「反復マルチユーザ検出器システムにおける処理時間を低減するシステム」において説明されるように、シンボルに関する以前の情報を用いてＭＭＳＥ ＭＵＤとして動作するように構成できる。これらの出願は、それぞれ、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【００５３】
データフォーマットモジュール１２０も、従来の技術で実施できるが、さらに、制御プロセッサ１２５と連動して動作するようにしてもよい。特に、制御プロセッサ１２５は、データフォーマットモジュール１２０が動作するフォーマットモードを選択するように構成してよい。フォーマットモードは、モデムが受信データストリームを供給するネットワークまたはローカルホスト（例えば、ＡＴＭ、ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ、パーソナルコンピュータ）に依存する。データフォーマットモジュール１２０は、多数のタイプのフォーマットモードをサポートするように構成できる。
【００５４】
回復データ信号１〜Ｋは、データフォーマットモジュール１２０によって出力されてデマルチプレクサ１３５に提供される。デマルチプレクサ１３５は、制御プロセッサ１２５によって提供された入力に基づいて、意図された信号ｍを選択する。一例では、制御プロセッサ１２５は、データフォーマットモジュール１２０からの受信信号１〜Ｋのそれぞれについて、パケットヘッダ情報を受け取る。データ信号のパケットヘッダ情報は、様々な情報の中で特に、そのデータ信号の意図された送信先を含む。このため、特定のモデムを意図したデータ信号が識別可能であり、他の受信データ信号は無視可能である。したがって、制御プロセッサ１２５は、ヘッダ情報を問い合わせて制御信号をデマルチプレクサ１３５に供給し、デマルチプレクサ１３５は、意図されたデータ信号ｍのみの通過を許容する。また、制御プロセッサ１２５は、干渉モデムのパケットヘッダを使用して、どのモデムがチャネルを共有しているかを決定する。パケットヘッダの送信元および送信先アドレスにより、制御プロセッサ１２５は、どのモデムがデータの送信および受信を同時に成功できるかのログを維持できる。こうしたログは、適応性のあるスケジューリング手法を容易にする。
【００５５】
代替または追加として、制御プロセッサ１２５は、ＣＭＴＳから受け取った減衰プロフィールに基づいて、信号パワーの閾値を設定するように構成可能であり、データフォーマットモジュール１２０によって受信されたその閾値を上回らない回復信号は、効率よく無視される。なお、マルチプレクサ１３５とデータフォーマットモジュール１２０との機能は、１つのモジュールに統合可能であり、または、制御プロセッサモジュール１２５への統合も可能である。制御プロセッサ１２５は、対応する送信モード（例えば、レガシモードまたは本発明による帯域幅効率に優れたモード）を可能にする。
【００５６】
ＲＦトランスミッタ
データｍは、ネットワーク／バックボーンまたはユーザｍのローカルホストから、デマルチプレクサ１３５に提供され、デマルチプレクサ１３５は、制御プロセッサ１２５の制御下で動作する変調器１３０へ提供する準備として、発信データをバッファする。多数のアクセス方式（例えば、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ）および変調（例えば、二位相シフトキーイング、４位相シフトキーイング、ダイレクトシーケンス拡散スペクトル、直交振幅変調、直交周波数分割多重化、およびパルス位置変調）が変調器１３０によって実施され得る。送信時間は、制御プロセッサ１２５のバースト制御によってトリガされる。制御プロセッサ１２５の機能は、図２〜４を参照して説明される。この制御プロセッサ１２５は、例えば、マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサなどの適切な処理環境で実行されるソフトウェア命令セットにより実現可能である。あるいは、制御プロセッサ１２５は、特殊用途向けに構築されたシリコン（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ）で実現可能である。
【００５７】
帯域幅効率に優れたプロトコル−アップストリーム
図２は、本発明の一実施形態による、容量増大逆方向リンクプロトコルのタイミング図を示す。この例において、ＣＭＴＳは、干渉信号の同時回復を可能にするＭＵＤ復調器を含む。この意味において、ＣＭＴＳは、図１を参照して説明したように、ＭＵＤ対応である。
【００５８】
時間Ｔ１において、ＣＭＴＳは、実効開始時間がＴ３である第１のチャネル割り当てマップを送信する。後の時間Ｔ２において、ケーブルモデム１（ＣＭ１）は、ＣＭＴＳからのメッセージを受信する。伝搬遅延のために異なる時間Ｔ２*において、ケーブルモデム２（ＣＭ２）は、同じメッセージを受信する。双方のケーブルモデムＣＭ１およびＣＭ２は、チャネル要求機会について、第１のマップをスキャンする。要求の衝突を最少化するために、双方のモデムは、最新のマップである第１のマップにおけるデータバックオフ開始値に基づいたランダムオフセットとして、Ｔ６を計算する。ここでは、ランダムオフセットを発生させるその他の基準を使用してもよい。ランダムなアクシデントにより、ＣＭ１およびＣＭ２の双方は、Ｔ６のために同じ値を計算する。
【００５９】
時間Ｔ４において、ＣＭ１は、送信を希望するパケットデータを収容するのに必要な数のミニスロットの要求を送信する。時間Ｔ４は、要求がＴ６でＣＭＴＳに到着するように、レンジングオフセットに基づいて選択される。同様に、ＣＭ２は、レンジングオフセットに基づいて時間Ｔ４*を計算し、Ｔ６でＣＭＴＳに同時に到着する要求を送信する。
【００６０】
Ｔ６において、ＣＭＴＳは、衝突する要求を受信する。従来のデジタル復調器を利用するＣＭＴＳの場合には、受信データは、理解不能であり、この結果、要求への応答（acknowledge）が失敗する。なお、双方のモデムＣＭ１，ＣＭ２は、次のマップの送信終了まで待機する必要があり、データ許可を得られず、アクセスを再試行できない。このプロセスによって、輻輳したネットワークの場合におけるシステムスループットの低下が発生する。しかしながら、ＣＭＴＳがＭＵＤ復調器（即ち、ＭＵＤ対応）を含む場合には、ＣＭＴＳは、双方のパケットを同時に回復し、要求をデコードして、チャネル割り当てを計算する。
【００６１】
時間Ｔ７において、ＣＭＴＳは、実効開始時間がＴ９である第２のマップを送信する。第２のマップ内において、ＣＭ１およびＣＭ２の双方のデータ許可は、Ｔ１１に開始される。ＣＭ１およびＣＭ２によって送信された衝突パケットの復調に成功することで、ＣＭＴＳは、双方のモデムが同時に送信に成功できると判断しており、これにより、別の場合にはＣＭ２のために別個に割り当てる必要があるチャネルを節約する。この意味において、帯域幅の効率性が達成される。
【００６２】
時間Ｔ８およびＴ８*のそれぞれでは、ＣＭ１およびＣＭ２のそれぞれは、第２のマップをそれぞれ受信し、データ許可についてスキャンする。時間Ｔ１０およびＴ１０*のそれぞれでは、ＣＭ１およびＣＭ２のそれぞれは、パケットがＴ１１で同時にＣＭＴＳに到着するように、同じタイムスロットおよび同じチャネルにおいて、データを送信する。時間Ｔ１０およびＴ１０*は、前述したように、レンジングオフセットから計算される。
【００６３】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、三体衝突に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムによる送信をスケジュールすることも可能となる。ＣＭＴＳ内の共同チャネル復調器は、充分なマージンがあれば干渉データを分解する。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００６４】
帯域幅効率に優れたプロトコル−ダウンストリーム
図３ａは、本発明の一実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す。この特定のケースでは、伝搬経路内の一方のモデムは、共同チャネル変調器（ＭＵＤ対応）を有し、伝搬経路内の他方のモデムは、レガシタイプのモデムであり、本発明の原理に従って構成されていない。
【００６５】
一般に、信号対ノイズの環境は、順方向信号が前のブースタ増幅器から伝搬するときの伝搬損失によって、大幅に変化する。したがって、本発明の実施形態に従って構成された特別なＭＵＤ対応ケーブルモデムを、ブースタ増幅器の近くに位置する端末に割り当てることが可能である。この場合には、周波数およびタイムスロットにおいて同じチャネルを共有するが、ブースタ増幅器からさらに離れて位置する他の複数のモデムに影響を与えることなく、こうした特別なモデムへデータを送信し得る。
【００６６】
第１のパネルは、ＣＭＴＳにおいて発信される信号のレベルを示している。ＣＭ２を対象とする信号Ｓ２のパワーレベルは、伝搬損失に対する充分なマージンを提供できるように、ノイズフロアＮを大きく（例えば、３ｄＢ以上）上回るｄＢである。ブースタ増幅器に充分に近くに位置し、変調のためにノイズフロアＮを上回る充分なマージンを依然として有するならば、共同チャネル復調器を備えた別のケーブルモデム１（ＣＭ１）を対象とする同時パケットを送信することが可能である。
【００６７】
第２のパネルは、ＣＭ１によって受信された信号のレベルを示している。図示するように、信号Ｓ２は、相対的に強いパワーレベルで到着する。しかしながら、信号Ｓ１およびＳ２が依然としてノイズフロアＮより充分に高ければ、信号Ｓ２は、ＣＭ１の共同チャネル変調器によって識別可能である。双方の信号レベルは、ＣＭＴＳとＣＭ１との間の伝搬損失により減衰したことが分かるが、介在するブースタ増幅器によって、信号レベルは、ノイズフロアＮを充分に（例えば、３ｄＢ以上）上回る状態に維持できている。
【００６８】
第３のパネルは、ＣＭ２によって受信された信号のレベルを示している。この時点では、信号Ｓ１は、伝搬損失によって、ノイズフロアＮの下に埋もれるポイントまで減衰している。ＣＭ１のために挿入された余分なパケットは、弱すぎるため、ＣＭ２における従来の復調の性能に影響を与えない。この意味において、ネットワークは、ＣＭ２に影響を与えることなくＣＭ１にもデータを送信するために、ＣＭ２に割り当てられたタイムスロットを借りた、或いは「盗んだ」と言える。余分な容量は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。
【００６９】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。性能データ（例えば、ネットワークの各伝搬経路の減衰プロフィール）を経時的に測定し、その後、（例えば、各モデム内でローカルに、あるいはネットワークと通信可能に結合された中央記憶装置内にリモートに）格納することが可能である。したがって、既知の減衰が干渉の可能性のある信号を有効に排除するほど、特定のチャネルに関連するレガシモデムが充分に遠く離れているとき、データは、特定のチャネルの借用タイムスロットにおいて送信できる。この意味において、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置する複数のモデムは、レガシモデムであってもよく、本明細書で説明したタイムスロット借用手法に影響されない。
【００７０】
信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、３つ以上の同時送信に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムへの送信をスケジュールすることも可能である。伝搬経路内の既知の減衰閾値ポイントより前の全てのモデムは、データを分解するために共同チャネル復調器を備える必要がある。既知の減衰ポイントより後のモデムは、ＭＵＤ対応モデムまたはレガシモデムにしてよい。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００７１】
図３ｂは、本発明の別の実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す。この特定のケースでは、モデムＣＭ１およびＣＭ２の双方が、共同チャネル復調器を有し、したがってＭＵＤ対応である。
【００７２】
前述したように、本発明の実施形態に従って構成された特別なＭＵＤ対応ケーブルモデムを、ブースタ増幅器の近くに位置する端末に割り当てることが可能である。この場合には、周波数およびタイムスロットにおいて同じチャネルを共有しつつ、ブースタ増幅器からさらに離れて位置する他のモデムに影響を与えることなく、こうした特別なモデムへデータを送信し得る。
【００７３】
第１のパネルは、ＣＭＴＳにおいて発信される信号のレベルを示している。図示するように、ＣＭ１を対象とする信号Ｓ１のパワーレベルは、伝搬損失に対する充分なマージンを提供するために、ノイズフロアＮを大きく（例えば、３ｄＢ以上）上回るｄＢである。同様に、変調のためにノイズフロアＮを上回る充分なマージンを信号Ｓ２が有するならば、別のモデムＣＭ２を対象とする同時パケットである信号Ｓ２を送信することが可能となる。
【００７４】
第２のパネルは、ＣＭ１によって受信された信号のレベルを示している。信号Ｓ２は、相対的に強いパワーレベルで到着する。しかしながら、Ｓ１およびＳ２が依然としてノイズフロアＮより充分に（例えば、３ｄＢ以上）高ければ、共同チャネル変調器によって識別可能である。Ｓ１およびＳ２の双方の信号レベルは、ＣＭＴＳとＣＭ１との間の伝搬損失により減衰したことが分かる。
【００７５】
第３のパネルは、ＣＭ２によって受信された信号のレベルを示している。伝搬損失によって、信号Ｓ１およびＳ２の双方はさらに減衰している。しかしながら、共同チャネル変調にとって充分なマージンが、依然として存在している。共同チャネル変調器を備えた双方のモデムが同じスロットに割り当てられているため、余分な容量は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。レンジングデータの使用を介して、ＣＭＴＳは、ネットワーク内の各モデムの伝搬環境を追跡可能であり、したがって、減衰プロフィールを各通信リンク（例えば、ＣＭＴＳと特定のケーブルモデムとの間）に提供できる。この情報によって、最適なネットワークの利用のために本明細書で説明されるような適応性のあるチャネルスケジューリングの使用が可能となる。
【００７６】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、３つ以上の同時送信に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムへの送信をスケジュールすることも可能である。この特定の手法を使用すると、各送信信号がほぼ同じパワーレベルで送信されるため、ケーブルネットワークの伝搬経路内の各モデムは、データを分解するための共同チャネル復調器を備える必要がある。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００７７】
共同チャネルモデム信号をノイズフロアより下に減衰させるために信号Ｓ１とＳ２との間での余分なマージンまたは距離は必要ないため、この手法は、図３ａにおいて説明した共同チャネルおよびレガシ手法より多くのケースでサービスを提供できる。
【００７８】
ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、モデム要求が実際に干渉するか否かの共同チャネル割り当てを作成する。ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、ネットワークのケーブルモデムからの受信振幅データに基づいて干渉送信を意図的にスケジュールする。この意味において、ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、逆方向リンク上で存在する場所に関係なく、振幅マージンを活用する。
【００７９】
手順−アップストリーム
図４ａは、本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの逆方向リンク（アップストリーム）容量を増大させる方法を示す。方法は、例えば、図１を参照して説明したようなＭＵＤ対応ＣＭＴＳによって実行され得る。
【００８０】
方法は、第１のチャネル割り当てマップを送信する工程４０１で開始される。ダウンストリームネットワークに含まれる各ケーブルモデムは、ＣＭＴＳに対応するそのケーブルモデムに関連する伝搬遅延に応じて、種々の時点でマップを受け取る。こうしたダウンストリームケーブルモデムは、チャネル要求機会について、第１のマップをスキャン可能であり、要求の衝突を最少化するためにランダムオフセットを計算してよい。ケーブルモデムは、その後、自分のデータを送信するのに必要なタイムスロットに関する各自の要求を送信し得る。
【００８１】
方法は、送信済みの第１のチャネル割り当てマップに応答したケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルにおいて同時に受信する工程４０３、および、ＣＭＴＳの共同チャネル変調機能を使用して、各要求を回復する工程４０５へ続く。方法は、その後、各要求をデコードする工程４０７、および、各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程４０９へ進む。
【００８２】
次に、方法は、第２のチャネル割り当てマップを送信する工程４１１へ進んでよい。第２のマップは、第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む。したがって、ダウンストリームモデムによって送信された衝突する要求の復調に成功することで、ＣＭＴＳは、２つ以上のモデムが同じタイムスロットおよび同じチャネルでの送信に成功できると判断し、これにより、別の場合には応答モデムのそれぞれに別個に割り当てる必要があるチャネルを節約する。それぞれのダウンストリームモデムは、その後、送信された第２のマップを受信し、データ許可についてスキャンし、パケットがＣＭＴＳに同時に到着するように、同じタイムスロットおよび同じチャネルでデータを送信する。
【００８３】
方法は、さらに、ケーブルモデムから受信したデータを、ＣＭＴＳによって適切な送信先へ提供する工程４１３を含んでよい。また、方法は、さらに、ダウンストリームケーブルモデムから同時に受信する後続の任意の応答のために、受信、回復、デコード、（適当な場合）計算、および（適当な場合）提供のステップを反復する工程を含んでよい。
【００８４】
一実施形態において、送信、デコード、計算、および提供のステップ（４０１，４０７，４０９，４１１，４１３）は、図１のケーブルモデムの制御プロセッサ（１２５）によって実行、あるいは制御されることが可能であり、一方、受信および回復のステップ（４０３，４０５）は、ＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。データフォーマットモジュール１２０は、前述したように、制御プロセッサによる制御に応答するようにプログラムされ得る。したがって、フォーマットおよびデコードモードは、制御プロセッサ１２５によって命令可能であり、どの回復信号が処理または無視されるかについても同様である。この例示的な実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、および他の構成要素（例えば、１１０，１１７）の支援的役割と、のバリエーションは、本開示に照らして明白となるであろう。例えば、データフォーマットモジュール１２０と制御プロセッサ１２５との機能は、単一のモジュールに統合され得る。
【００８５】
手順−ダウンストリーム
図４ｂは、本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク（ダウンストリーム）容量を増大させる方法を示す。方法は、例えば、図１を参照して説明したように構成された１台以上のＭＵＤ対応ダウンストリームケーブルモデムを有するネットワークにおいて実行してよい。ただし、方法は、経路の所定の減衰閾値ポイントを超えて位置する少なくとも１つのレガシモデムを有する伝搬経路に対する下位互換性を提供する。
【００８６】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで多数の信号を同時に受信する工程４２１で開始され、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有している。受信信号は、例えば、伝搬経路に関連するＣＭＴＳ、または、ケーブルネットワークに含まれる他のモデムによって送信されたものであってよい。また、送信された信号は、１つ以上の介在するブースタ増幅段階で増幅されていてもよい。
【００８７】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程４２３へ続く。方法は、次に、第１のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４２５あるいは無視する工程へ進む。一実施形態において、無視される回復信号は、各信号に関連するヘッダ情報が示すような受信ケーブルモデムを対象にしないと特定されたものである。
【００８８】
別の実施形態において、無視される回復信号は、信号パワーが設定された閾値を下回るものであり、閾値は、ＣＭＴＳから受信した減衰プロフィールに基づく。減衰プロフィールは、例えば、ローカルの制御プロセッサ１２５に格納され得る。したがって、信号は、既知のパワーレベルで送信可能であり、意図した送信先における信号パワーレベルは、減衰プロフィールに基づいて予測できる。したがって、受信モデムでの閾値を設定できる。これにより、同じタイムスロットで受信した信号を、それぞれのパワーレベルに基づいて識別できる。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでよい。
【００８９】
方法は、第２のケーブルモデムにおいて、多数の信号を同時に受信する工程４２７へ続く。各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰した状態となり、この結果、１つの受信信号のみがノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有し、他の信号はノイズフロアに対して充分ではない高さである対応するパワーレベル（例えば、ノイズフロア以下のパワーレベル）を有する。
【００９０】
方法は、第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する信号のみを復調する工程４２９へ続く。ここでは、他の減衰した信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出されない。この一意的な検出が可能となるのは、検出された信号が同じスロット内の別の信号が送信されたパワーレベルよりも強いパワーレベルで送信されたためである。方法は、さらに、復調信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットまたは他の従来の処理を実行する工程と、を含んでよい。
【００９１】
こうした方法により、既知の減衰が干渉の可能性のある信号を有効に排除するほど、特定のチャネルに関連するレガシモデムが充分に遠く離れているとき、データは、特定のチャネルの借用タイムスロットにおいて送信できる。この意味において、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置するモデムは、（単一チャネル変調機能のみを採用する）レガシモデムにすることが可能であり、伝搬経路において前方に位置する（既知の減衰閾値ポイントより前の）ＭＵＤ対応ケーブルモデムを対象とするデータによるタイムスロットの借用によって影響されない。
【００９２】
一実施形態において、除去するステップ（４２５）は、図１のケーブルモデムの制御プロセッサ（１２５）によって実行あるいは制御されることが可能であり、一方、受信および回復するステップ（４２１，４２３）は、ＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。第２のモデムの受信およびデコードするステップ（４２７，４２９）は、従来のケーブルモデム復調器によって実行され得る。この例示的実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、および他の構成要素（例えば、１１０，１１７，１２０）の支援的役割と、のバリエーションは、前述したように本開示に照らして明白となるであろう。
【００９３】
図４ｃに示す代替の実施形態では、第２のケーブルモデムも、ＭＵＤ対応であり、本発明の原理に従って構成されている。ここでは、方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された多数の信号を同時に受信する工程４３１で開始され、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する。受信信号は、例えば、伝搬経路に関連するＣＭＴＳ、または、ケーブルネットワークに含まれる他のモデムによって送信されたものであってよい。また、送信された信号は、介在するブースタ増幅段階で増幅されていてもよい。
【００９４】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程４３３へ続く。方法は、次に、（例えば、各信号に関連するヘッダ情報または個別のパワーレベルによって示されるような）第１のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４３５あるいは無視する工程へ進む。なお、この実施形態では、経路内の各ケーブルモデムはＭＵＤ対応であるため、同じスロット内の送信信号のパワーレベルは、同じパワーレベルを有してよい。したがって、信号の送信パワーレベルが同じである場所では、各送信パワーレベルに対する減衰プロフィールの影響を考慮することによって、受信パワーレベルを識別し得る。しかしながら、回復信号を識別するために他のメカニズム（例えば、ヘッダ情報）が利用可能である場合、受信パワーレベルを知る必要はない。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでもよい。
【００９５】
方法は、第２のケーブルモデムにおいて、多数の信号を同時に受信する工程４３７へ続く。各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は、依然としてノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。方法は、第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程４３９、および（例えば、各信号に関連するヘッダ情報または個別のパワーレベルによって示されるような）第２のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４４１あるいは無視する工程へ続く。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでもよい。
【００９６】
双方のＭＵＤ対応ケーブルモデムが同じスロットに割り当てられているため、余分な容量（帯域幅の効率性）は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。レンジングデータの使用（例えば、既知のパワーレベルの信号の送受信）を介して、ＣＭＴＳは、ネットワーク内の各ケーブルモデムの伝搬環境を追跡可能であり、したがって、減衰プロフィールを提供できる。この情報によって、最適なネットワークの利用と帯域幅の効率性とのために本明細書で説明するような適応性のあるチャネルスケジューリングの使用が可能となる。
【００９７】
一実施形態において、除去するステップ（４３５，４４１）は、前述したように第１および第２のモデムのそれぞれにおいて構成された制御プロセッサ（１２５）によって実行あるいは制御されることが可能であり、一方、各モデムの受信および回復するステップ（４３１，４３３，４３７，４２３）は、対応するＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。この例示的実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、その他の構成要素（例えば、１１０，１１７，１２０）の支援的役割と、のバリエーションは、前述したように本開示に照らして明白となるであろう。
【００９８】
図４ｄは、ケーブルネットワークのＣＭＴＳによって採用される他の方法を示す。この特定の実施形態は、経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように、ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを決定する工程４５１を含む。減衰プロフィールを決定することにより、ＣＭＴＳは、ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを活用できる。一実施形態において、減衰プロフィールは、ネットワーク内のＣＭＴＳと各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルの信号を送信し、これにより、ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される。例えば、ＣＭＴＳモデムは、各モデムに特定のパワーレベルで信号を送信するように要求可能であり、ＣＭＴＳは、その後、（ＣＭＴＳモデムによって測定された）受信信号パワーに基づいて、各モデムに関連する減衰を決定できる。代替の実施形態において、減衰プロフィールは、既知の経験的データに基づいて決定できる。
【００９９】
減衰プロフィールは、例えば、各モデムと対応する減衰係数とを列挙するインデックス付き参照テーブルであってもよい。なお、減衰プロフィールは、（例えば、リンク初期化またはトレーニング手順中に）ブロードキャストされ、各ケーブルモデムで格納されてもよい。各ケーブルモデムは、プロフィール全体または対応する減衰係数のみを格納できる。したがって、任意の１台のモデムを対象とする信号は、予測可能な受信パワーレベルによって特定可能である。例えば、予測可能な受信パワーは、既知の減衰係数によって調整された既知の送信パワー（例えば、Ｐtx×減衰係数）に等しい。
【０１００】
方法は、さらに、ネットワークの２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程４５３を含む。１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含むネットワークにおいて、方法は、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程４５５、および、設定された減衰係数閾値に等しいか、またはこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程４５７へ進んでよい。なお、設定された減衰係数閾値は、一般に、伝搬経路内の物理的ポイントに対応する。経路上の一部のケーブルモデムは、経路内において、物理的にそのポイントより前に位置してよく、経路上の一部のモデムは、物理的にそのポイントの後に位置してよい。
【０１０１】
方法は、さらに、モデムのそれぞれに対する割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程４５９を含んでよい。ステップ４５３，４５５，４５７，４５９は、ネットワークの各伝搬経路のために反復されてよい。この機能は、各伝搬経路のケーブルモデムと通信可能に結合されたＣＭＴＳの制御プロセッサによって実行あるいは制御され得る。ＣＭＴＳと、通信可能に結合されたモデムのそれぞれとの間で、堅牢な双方向通信をどのように実行できるかについては、本開示に照らして明白となるであろう。
【０１０２】
制御プロセッサのアーキテクチャ
図４ｅは、本発明の一実施形態により構成された制御プロセッサのブロック図を示す。制御プロセッサは、データフォーマットインタフェースモジュール４７１と、データフォーマット選択モジュール４７３と、デジタル信号レベル検出モジュール４７５と、減衰プロフィールモジュール４７７と、チャネル割り当てモジュール４７９と、を含む。こうしたモジュールは、例えば、マイクロプロセッサまたは他の適切な処理環境でアクセスされる（例えば、プロセッサ読み取り可能な媒体またはマイクロプロセッサ自体に格納される）実行命令セットとして実現される。
【０１０３】
データフォーマットインタフェースモジュールは、制御プロセッサをデータフォーマットモジュールにインタフェースし、双方向通信用に構成される。このインタフェースは、さらに、ケーブルモデムを対象としない回復信号を除去または他の形で無視することに適してよい。データフォーマット選択モジュールは、データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードを選択できるようにプログラムされ、またはその他の形で構成される。デジタル信号レベル検出モジュール４７５は、回復信号の信号レベル／パワーを検出するように構成される。
【０１０４】
各検出済みパワーレベルは、減衰プロフィールモジュール４７７によって格納され、取り扱われる。例えば、既知のパワーレベルで送信されたテスト信号の受信パワーレベルは、送信したモデムに関連する減衰係数（Ｐrx／Ｐtx）を計算および格納するために、減衰プロフィールモジュール４７７によって利用され得る。また、減衰プロフィールモジュール４７７は、ネットワーク内のどのモデムが信号を送信したかを決定するために、実際のユーザ信号の受信信号レベルを既知の減衰係数と比較できる。チャネル割り当てモジュール４７９は、データフォーマットインタフェースモジュール４７１と、減衰プロフィールモジュール４７７と、に通信可能に結合され、データと、対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、をケーブルモデムの変調器に提供するようにプログラムされる。
【０１０５】
本発明の実施形態の上記の説明は、例示および説明の目的で提示されている。上記の説明は、包括的なものではなく、また、開示した厳密な形態に本発明を限定するものではない。本開示に照らして、多くの変形例および変更例が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明ではなく、本明細書に付記した特許請求の範囲によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態により構成されたケーブルモデムのブロック図
【図２】本発明の一実施形態による、容量増大逆方向リンクプロトコルを示す図
【図３ａ】本発明の一実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す図
【図３ｂ】本発明の別の実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す図
【図４ａ】本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの逆方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｂ】本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｃ】本発明の別の実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｄ】本発明の別の実施形態による、ケーブルネットワークのＣＭＴＳによって採用される方法を示す図
【図４ｅ】本発明の一実施形態により構成された制御プロセッサのブロック図
【図５】代表的なケーブルネットワークアーキテクチャを示す図
【図６】代表的なケーブルモデムの設備を示す図
【図７】代表的なケーブルモデムのブロック図
【図８】順方向リンクのためのデータフレームのフォーマットを示す図
【図９】逆方向リンクのためのデータフレームのフォーマットを示す図
【技術分野】
【０００１】
関連出願：本願は、２００２年１２月１７日提出の米国仮出願第６０／４３４，００６号の利益を主張する。また、本願は、２００１年４月１８日提出の米国仮出願第６０／２８４，６２９号の利益を主張する２００２年４月１８日提出の米国出願第１０／１２５，２４１号の一部継続出願である。また、本願は、２００３年５月３０日提出のＰＣＴ出願第（未知）号「帯域幅効率に優れたワイヤレスネットワークモデム」代理人整理番号２００２００２９−ＰＣＴに関連する。これらの出願のそれぞれは、参照によりその開示内容全体が本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電気通信に関し、特に、割り当て周波数帯域幅の効率的な使用が望ましいケーブルテレビおよびその他の有線ネットワーク用のデジタル信号復調器および変調器に関する。
【背景技術】
【０００３】
ケーブルモデムは、ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークを介してデジタルデータを送受信する。こうしたネットワークは、当初、テレビ放送を送信するために設置された。近年、多くのＣＡＴＶネットワークは、双方向データ通信を提供するためにアップグレードされている。既存のテレビ放送ネットワークにケーブルモデムを追加することで、ローカルエリアコンピュータネットワークに似たネットワーク機能が形成される。放送を受信するのに使用される当初のテレビ受像機は、データを送受信可能な端末およびモデムを用いて拡張可能である。
【０００４】
放送ＣＡＴＶネットワークをケーブルモデムネットワークへ変換するには、双方向通信用のネットワークを構成する必要がある。システムに双方向増幅を追加することによって、端末信号をヘッドエンドへ返信し得る。また、ヘッドエンドから端末への順方向の送信と、端末からヘッドエンドへ戻る逆方向の送信と、の双方に、希少な帯域幅が割り当てられる。
【０００５】
殆どのＣＡＴＶネットワークは、ファイバ−同軸ハイブリッド（ＨＦＣ）ネットワークである。信号は、ヘッドエンドセンタから加入者の近くの場所へ、光ファイバケーブルを通って伝送される。ここで、信号は、加入者の端末に至る同軸高周波ケーブルへ変換される。双方向データネットワークでは、ケーブルモデムは、ヘッドエンドから受信したデジタル伝送（ダウンストリーム）を復調および回復し、ヘッドエンドへ戻るデジタル伝送（アップストリーム）を変調および送信するために、全てのユーザ端末に設置される。同様に、ケーブルモデムは、端末から受信したデジタル伝送を復調および回復し、端末へ戻るデジタル伝送を変調および送信するために、ヘッドエンドに設置される。
【０００６】
代表的なケーブルネットワーク構成は、端末ネットワークへ向けてデータをダウンストリームへ発信するケーブルモデム伝送システム（ＣＭＴＳ）を備えたヘッドエンドを含む。割り当てられたＴＶチャネルにつき、約２０００台のモデムを、ツリーネットワーク構成でＣＭＴＳに接続できる。さらに多くのケーブルモデムが必要な場合は、ＣＭＴＳにさらに多くのチャネルを追加することで、ＴＶチャネルの数を増加させる。ネットワークの物理的範囲は、数十キロメートル以上となる場合が多い。こうした伝送範囲では、信号強度は端末毎に実質的に変化し、増幅段階が必要となる。ツリー構成において、モデムは、ＣＭＴＳのみと直接的に通信する。モデム対モデムの通信は、ＣＭＴＳを介して行われる。
【０００７】
代表的なネットワーク信号のパラメータを下の表にまとめる。
【表１】
ダウンストリームチャネルは、６４値直交振幅変調（ＱＡＭ）または２５６ＱＡＭ信号を使用して、それぞれ合計２７または５６Ｍビット／秒の搬送を行う。各ダウンストリームデータ伝送チャネルに割り当てられた合計帯域幅は、６〜８ＭＨｚである。ダウンストリームチャネルは、一般に、５０ＭＨｚと８５０ＭＨｚとの間に置かれる。アップストリームチャネルは、ＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭを使用して、合計３Ｍビット／秒の搬送を行う。各アップストリームデータ伝送に割り当てられた合計帯域幅は、２ＭＨｚである。アップストリームチャネルは、一般に、５ＭＨｚと５０ＭＨｚとの間に置かれる。
【０００８】
ケーブルモデムは、一般に、コンピュータまたは特別なセットトップボックスに接続される。コンピュータ接続は、通常、外部コネクタ、内部ＰＣＩバスカード、またはワイヤレスアダプタを介して実現される。ネットワーク内の各ケーブルモデムは、タイムスロット内でバーストを発信し、各スロットは、リザーブ、競合、またはレンジングとして特徴付けられる。各アップストリームチャネルは、名目上１６バイト長のミニスロットに分割されるが、ＣＭＴＳによって１２８バイト長までに設定できる。アップストリーム帯域幅は、２００，４００，８００，１６００，または３２００ｋＨｚである。リザーブスロットは、特定のケーブルモデムに対して予約されたタイムスロットであり、その時間に他のケーブルモデムが送信を行わない状態を確保する。ＣＭＴＳは、ベンダ固有の帯域幅割り当てアルゴリズムを介して、様々なケーブルモデムにタイムスロットを割り当てる。リザーブスロットは、通常、長距離データ送信のために使用される。
【０００９】
競合スロットとして特徴付けられたタイムスロットは、任意のケーブルモデムによる送信に利用可能である。現行のシステムでは、２台のケーブルモデムが同じタイムスロット中に送信した場合、パケットが衝突し、データは失われる。ＣＭＴＳは、データが受信されなかったことを信号で伝える。ケーブルモデムは、その後、ランダムに発生させた別の時期に再送信を行う。競合スロットは、通常、非常に短いデータの送信、特に、さらに多くのデータを送信する多数のリザーブスロットの要求のために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＭＴＳとネットワークケーブルモデムとの間の物理的距離は、実質的に異なる時間遅延を発生させる。一般に、遅延は、数ミリ秒のオーダである。補償するために、ケーブルモデムは、レンジングプロトコルを採用し、受信した全ての通信がＣＭＴＳに到着した際の正しいフレーム境界と整合するように、個別のケーブルモデムのクロックを遅延に対して補正する。米国のシステムでは、多数の連続したタイムスロットが、レンジングのために周期的に割り当てられる。一例では、ケーブルモデムは、第２のタイムスロットでの送信を命令される。受信時、ＣＭＴＳは、ケーブルモデムに対してローカルクロックの補正値（例えば、小さな正または負の補正値）を送信する。レンジングバーストの前後には、レンジングバーストが他のトラフィックと衝突しない状態を確保するために、少なくとも１つの空きタイムスロットが存在する。また、ＣＭＴＳとネットワークケーブルモデムとの間の物理的距離は、ネットワーク内の種々のモデム間で異なる送信信号減衰レベルを発生させる。ケーブルモデムからＣＭＴＳへの減衰の変動は、１５ｄＢより大きく変化し得る。レンジングスロットの別の目的は、ネットワーク内の全てのケーブルモデムから受信した振幅を整合させることである。ＣＭＴＳにおける費用効率に優れた復調のために、振幅の整合は、衝突の検出とビット誤り率の最小化とにとって不可欠である。
【００１１】
動作中、１つのダウンストリームチャネルは、通常、多数のアップストリームチャネルとペアになり、必要なデータ帯域幅のバランスを達成する。ダウンストリームデータは全てのケーブルモデムによって受信されるため、合計帯域幅は、システム上の全てのアクティブなモデム間で共有される。各モデムは、データのストリームから必要なデータをフィルタリングして取り出す。多くのモデムが同じチャネルを共有するとき、実効スループットは、１００分の１または１０００分の１まで低下する。そのため、多数のパケットを同じチャネル上で多重化する方式が非常に望ましい。さらに、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳが干渉パケットを受信および回復できることが望ましい。
【００１２】
したがって、必要なものは、多数のパケットを同じチャネル上で多重化し、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳによる干渉パケットの受信および回復を可能にする手法である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態は、複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたヘッドエンドＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの帯域幅効率を向上させる方法を提供する。方法は、ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを、経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように、決定する工程を含む。方法は、経路上の２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、複数のモデムに対する割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程と、へ進む。減衰プロフィールを決定する工程により、例えば、ＣＭＴＳは、ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを利用することができる。
【００１４】
こうした一実施形態において、複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含み、方法は、さらに、経路上の各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程を含む。あるいは、方法は、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程を含む。これに代えて、あるいは、これと共に、方法は、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程を含む。
【００１５】
減衰プロフィールは、例えば、ＣＭＴＳと経路上の各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルのテスト信号を送信し、これにより、ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される。あるいは、減衰プロフィールは、経験的データに基づいて決定される。減衰プロフィールを決定するその他の手法は、本開示に照らして明白であろう。方法は、さらに、経路上の各ケーブルモデムへ減衰プロフィールをブロードキャストする工程を含んでよい。なお、決定工程と、割り当て工程と、送信工程とは、例えば、ＣＭＴＳモデムによって実行され得る。
【００１６】
方法は、さらに、送信済みのチャネル割り当てマップに応答した２つ以上のケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルで同時に受信する工程と、共同チャネル復調機能を使用して各要求を回復する工程とを含む。この実施形態において、方法は、各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程と、第２のチャネル割り当てマップを送信する工程と、へ進んでよく、第２のマップは、第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む。方法は、第２のマップに応答した複数のケーブルモデムから受信したデータを対応する複数の送信先へ提供する工程へ続いてよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、伝搬経路によって複数のケーブルモデムと通信可能に結合されたＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を提供する。方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された複数の信号を同時に受信する工程を含み、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する。方法は、さらに、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程と、第１のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去またはその他の形で無視する工程とを含む。回復信号を除去する工程は、例えば、各回復信号に関連するヘッダ情報と複数の個別のパワーレベルとの少なくとも一方に基づき得る。
【００１８】
方法は、さらに、第２のケーブルモデムにおいて、複数の信号を同時に受信する工程を含んでよく、各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、１つの受信信号のみがノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。方法は、第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する該１つの受信信号を復調する工程へ続き、その他の減衰信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出不能である。
【００１９】
一実施形態において、第２のモデムは、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置し、これにより、第２のモデムによる他の減衰信号の検出不能性を確保する。ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する１つの受信信号は、第１のパワーレベルで送信可能であり、他の減衰信号は、第２の低いパワーレベルで送信可能である。
【００２０】
代替の実施形態において、方法は、さらに、第２のケーブルモデムにおいて、複数の信号を同時に受信する工程を含んでよく、各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は依然としてノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。ここで、方法は、第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程と、第２のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、へ続く。第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して回復された信号のそれぞれは、実質的に同じパワーレベルで送信され得る。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、複数のケーブルモデムを含むケーブルネットワークにおける帯域幅の効率的使用を可能にするケーブルモデムを提供する。ケーブルモデムは、共同チャネル復調を使用して、同時に同じチャネルで送信されたＫ個の干渉信号を同時に復調および回復するのに適したマルチユーザ検出モジュールを含む。データフォーマットモジュールは、マルチユーザ検出モジュールに対して動作可能に結合され、Ｋ個の回復信号のうちの少なくとも１つのためのネットワークデータパケットを生成するように適している。制御プロセッサは、フォーマットモジュールに対して動作可能に結合され、１つ以上の伝搬経路の既知の減衰特性に基づいて干渉伝送を意図的にスケジュールすることによって、ケーブルネットワークの１つ以上の伝搬経路に関連する既存の振幅マージンを利用するのに適する。通信中のモデムが非ＭＵＤ対応であることを制御プロセッサが知ること応じて、制御プロセッサは、さらに、レガシプロトコルモードを可能にし、これにより、下位互換性を提供することに適してもよい。
【００２２】
一実施形態において、ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、制御プロセッサは、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当て、これにより、レガシプロトコルモードを可能にすることに適する。これに代えて、あるいは、これと共に、さらに、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てることに適してよい。
【００２３】
制御プロセッサは、例えば、双方向通信用に構成され、制御プロセッサをデータフォーマットモジュールにインタフェースすることに適したデータフォーマットインタフェースモジュールを含んでよい。データフォーマット選択モジュールは、データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードの選択を許容するように構成される。データフォーマットインタフェースモジュールは、さらに、ケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去するように構成してもよい。別の実施形態において、制御プロセッサは、複数の回復信号の信号レベルを検出するように構成されたデジタル信号レベル検出モジュールと、ネットワークの他の複数のモデムに関連する複数の減衰係数を計算および格納するように構成された減衰プロフィールモジュールと、を含む。減衰プロフィールモジュールは、さらに、ネットワーク内のどのモデムが信号を送信したかを決定するために、複数の実際のユーザ信号の複数の受信信号レベルを複数の既知の減衰係数と比較するように構成してもよい。
【００２４】
一実施形態において、ケーブルモデムは、変調器を含み、制御プロセッサは、さらに、データと、既知の減衰特性に基づいた対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、を変調器に提供するように構成されたチャネル割り当てモジュールを含む。データフォーマットモジュールは、複数のタイプのフォーマットモードをサポートしてよく、制御プロセッサは、さらに、データフォーマットモジュールが動作するフォーマットモードを選択するように構成できる。
【００２５】
本明細書で説明する特徴および利点は、包括的なものではなく、特に、多くの付加的特徴および利点は、図面、明細書、および特許請求の範囲を考慮すると、当業者には明らかであろう。さらに、本明細書に使用された用語は、専ら読み易さおよび教示の目的から選択されており、発明の対象の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態は、割り当て周波数帯域の効率的使用が望ましいケーブルおよび他の有線ネットワーク用のデジタル信号復調器／変調器を提供する。１つの実施形態において、同じチャネル上で多数のパケットを多重化し、後の時点での再送信を強いることなく、ＣＭＴＳによる干渉パケットの受信および回復を可能にするのに適したケーブルモデムが提供される。適用例には、北米または欧州の規格に従ったヘッドエンドと端末との間でデータを送信するケーブルテレビシステムが含まれる。モデムは、既存のネットワークデバイスとの相互運用性を維持するのに必要な機能を含む。本発明の実施形態について説明する前に、図５〜図９を参照して、ケーブルネットワークおよび構成に関するいくつかの背景情報を提供する。
【００２７】
ケーブルネットワークおよび構成
図５は、ケーブルネットワーク構成の例を示す。ケーブルネットワークは、多数のケーブルモデム（ＣＭ）５１０ａ〜ｐを含む端末ネットワークにデータを送信するケーブルモデム伝送システム（ＣＭＴＳ）５０５ａを有するヘッドエンド５０５を備える。代表的なネットワークでは、割り当てられたＴＶチャネルにつき、約２０００台のケーブルモデム５１０が、ツリーネットワーク構成でＣＭＴＳに接続される。さらに多くのケーブルモデムが必要な場合は、ＣＭＴＳにさらに多くのチャネルを追加することで、ＴＶチャネルの数を増加させる。ネットワークの物理的範囲は、数十キロメートル以上となる場合が多い。こうした伝送範囲では、信号強度は端末毎に実質的に変化し、増幅段階が必要となる。ツリー構成において、ケーブルモデム５１０は、ＣＭＴＳ５０５ａのみと直接的に通信する。モデム対モデムの通信は、ＣＭＴＳ５０５ａを介して間接的に達成される。
【００２８】
ケーブルモデムは、一般に、コンピュータまたは特別なセットトップボックスに接続される。コンピュータ接続は、通常、外部コネクタまたは内部ＰＣＩバスカードを介して達成される。図６は、設備の例を示す。殆どの場合、ケーブルモデム６１５は、テレビ受像機セットまたは関連デバイス（例えば、ＶＣＲ）に既にサービスを提供しているケーブル回線に追加される。この場合、通常、パワースプリッタ６０５と新しいケーブルとが必要になる。パワースプリッタ６０５は、レガシテレビ機器（例えば、テレビ６２０ａ〜ｂおよびＶＣＲ６２５）と、ケーブルモデム６１５を接続する新しいケーブル部分と、の間で、受信信号を分割する。テレビ機器は、ケーブルモデム６１５に接続する新しいケーブルを使用しない。
【００２９】
ハイパスフィルタ６１０は、ケーブルモデム６１５がパケットバーストを送信するときにテレビ機器が誤作動しないように、あるいは、干渉を受けないように、テレビ機器のケーブル部分から低周波非テレビ信号を分離する。したがって、ハイパスフィルタ６１０は、ＴＶチャネル周波数のみを通過させ、ケーブルモデム６１５によって送信されるアップストリーム周波数帯域を遮断する。フィルタ６１５の別の理由は、屋内配線からの低いアップストリーム周波数範囲でのノイズ伝送を遮断することである。数千の個別の住居（または他の端末位置）のそれぞれで導入されたノイズは、ヘッドエンド５０５へ向かうアップストリーム経路において蓄積される。
【００３０】
図７は、一般的なケーブルモデムの内部アーキテクチャを示しており、ケーブルモデムは、チューナ７０５と、復調器７１０と、変調器７１５と、メディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）７２０と、インタフェース７２５と、を含んでいる。チューナ７０５は、テレビチャネルを選択し、受信信号を固定中間周波数（ＩＦ）に変換する。復調器７１０は、中間周波数データをサンプリングし、ＭＰＥＧフレームの復調、エラー訂正、同期を行う。ＭＡＣ７２０は、ＭＰＥＧフレームからデータを抽出し、他のケーブルモデムを対象とするデータを遮断し、プロトコルを実行し、アップストリーム伝送バーストを開始する。送信側において、バースト変調器７１５は、エンコード（例えば、リードソロモン（Reed-Solomon））と、デジタル変調と、Ｄ／Ａ変換と、固定ＩＦへのアップコンバージョンと、を実行する。チューナ７０５は、固定ＩＦをアップコンバートし、バーストを送信する。
【００３１】
チューナ７０５は、ＣＡＴＶアウトレットに直接的に接続する。チューナ７０５は、ダイプレクサ７０５ａを含み、ダイプレクサ７０５ａは、同じデバイスを介してアップストリーム信号（例えば、ハイパスフィルタ経由）およびダウンストリーム信号（例えば、ローパスフィルタ経由）の双方の通信を可能にする。あるいは、ダイプレクサ７０５ａは、チューナ７０５の外部に設けることができる。チューナ７０５は、復調が不可能となる程度までデジタル変調信号を歪ませることなくデジタル変調（例えば、ＱＡＭ）信号を受信するのに、充分に良好な品質である。
【００３２】
受信方向において、チューナ７０５によって出力されたＩＦ信号は、復調器７１０に供給される。１つの適用例では、復調器７１０は、Ａ／Ｄコンバータと、ＱＡＭ６４／２５６復調器と、ＭＰＥＧフレーム同期と、リードソロモンエラー訂正と、で構成される。ダウンストリーム変調は、通常、シンボル当たり６ビットの６４ＱＡＭ（標準）であるが、シンボル当たり８ビットの２５６ＱＡＭ（高速だがノイズに敏感）であってもよい。
【００３３】
送信方向において、バースト変調器７１５の出力は、チューナ７０５に与えられる。１つの適用例では、バースト変調器７１５は、各バーストに対してリードソロモンエンコードを実行し、波形発生器を使用してデータを選択された周波数のＱＰＳＫ／ＱＡＭ１６波形にデジタル変調するものであり、変調データをアナログ出力信号に変換するＤ／Ａコンバータを備えた構成となる。出力信号は、可変出力レベルを備えたラインドライバに供給可能であるため、信号レベルは、未知のケーブル損失を補償するために調整され得る。
【００３４】
ＭＡＣプロセッサ７２０は、モデムの受信および送信経路間において、適切に作用可能に結合される。このプログラム可能なデバイスは、他のモデムにアドレス指定されたパケットを廃棄し、ＤＯＣＳＩＳ（データオーバケーブルサービスインタフェース仕様）または他のケーブルプロトコルに従って、自己のモデムのためのパケットデータを処理するように構成される。ケーブルからモデムによって受け取られ、ＭＡＣプロセッサ７２０を介して受け入れられたデータは、コンピュータインタフェース７２５へ供給される。送信方向において、データは、インタフェース７２５から受け取られ、ＭＡＣ７２０を介して処理され、チューナ７０５を介したケーブルへの送信のために変調器７１５へ提供される。
【００３５】
外部ケーブルモデムも、全体的な制御を提供するためにプロセッサ７３０を必要とする。ただし、内部ケーブルモデムは、一般に、ホストコンピュータのＣＰＵによって、コンピュータバスを介して制御される。
【００３６】
未加工データレートは、以下に示す変調および帯域幅に依存する。
６４−ＱＡＭ ２５６−ＱＡＭ
６ＭＨｚ ３１．２Ｍｂｉｔ／ｓ ４１．６Ｍｂｉｔ／ｓ
８ＭＨｚ ４１．４Ｍｂｉｔ／ｓ ５５．２Ｍｂｉｔ／ｓ
上記の計算においては、帯域幅８ＭＨｚに対して６．９Ｍシンボル／秒のシンボルレートが使用され、帯域幅６ＭＨｚに対して５．２Ｍシンボル／秒が使用されている。未加工ビットレートは、エラー訂正、フレーミング、および他のオーバヘッドに起因して、実効データレートより幾分高い。順方向エラー訂正は、例えば、米国システム向けのＩＴＵ−Ｔ Ｊ．８３Ｂに従って実行される。バーストエラーを緩和するためにインタリーブが使用され、４ミリ秒の待ち時間を犠牲にして、９５ミリ秒の保護を行う。
【００３７】
順方向リンクまたはダウンストリームパケットのフォーマットを図８に示す。米国のシステムにおいて、順方向リンクデータは、ＭＰＥＧ−ＴＳ（トランスポートストリーム）仕様に従ってフレーム化される。１８８／２０４バイトブロックフォーマットが、各ブロックの前の８ビットの同期バイトと共に使用される。リードソロモンエラー訂正アルゴリズムは、ブロックサイズを２０４バイトから１８８バイトに低減し、１８７をＭＰＥＧヘッダおよびペイロードのために残す。この特定のフォーマットは、２０４バイト内で６個のエラーを訂正する。
【００３８】
このレベルでは、ネットワーク規格が異なると理解されるであろう。一部の規格では、ＭＰＥＧ−ＴＳペイロード内での可変データフォーマットが許容されている。例えば、ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣ規格では、ＭＰＥＧ−ＴＳペイロード内部のフレーミングは、ＡＴＭセルのストリームである。パケットは、一定のネットワークに含まれる１台、多数、または全てのモデムにアドレス指定される。ケーブルモデムパケットは、ＭＰＥＧヘッダ内にプログラム識別子（例えば、０ｘ１ＦＦＥ）を有する。
【００３９】
図９に示すように、逆方向リンクまたはアップストリームデータは、短いバーストに配置される。ＤＡＶＩＣ／ＤＶＢ規格は、固定長バーストを必要とし、一方、ＭＣＮＳ規格は、可変長バーストを指定する。各パケットは、ＣＭＴＳ復調器を受信データパケットに同期させるために使用される「固有ワード」で始まる。一般に、同期ワードは、約３２ビットである。リードソロモンエラー訂正は、殆どの規格で使用されるが、その他のエラー訂正手法も同様に使用できる。ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣでは、バースト当たりに１つのＡＴＭセルが存在する。ペイロードは、ＭＡＣメッセージまたはデータで構成される。ＤＶＢ／ＤＡＶＩＣにおいて、チャネル化（channelization）は、３ミリ秒毎のタイムスロットである。より長いデータは、リザーブタイムスロットにおいて送信される。小さなデータは、競合タイムスロット中に送信される。
【００４０】
ＤＯＣＳＩＳには４つの層が存在する。物理層は、変調の定義および同軸媒体の観点から以前に説明した。ＭＰＥＧ−２伝送収束層も、１８８バイトＭＰＥＧ−２フレーム内のケーブルモデムデータのカプセル化の観点から説明した。メディアアクセス制御層は、リターンパスに対するケーブルモデムのアクセスを制御する。ＣＭＴＳは、ケーブルモデムに対して、送信の時期および長さを伝え、これにより、要求／許可メカニズムを使用してリターンパスへのアクセスを制御する。このタイプのプロトコルを使用することで、ケーブルモデムは、ＣＭＴＳから、特定の量のデータを送信する機会を要求する。
【００４１】
ＣＭＴＳが送信すべきデータを有する全てのモデムからの要求を受信したとき、ＣＭＴＳは、これに応じて、ミニスロット、またはリターンパス上の送信機会を確保する。周期的に数ミリ秒毎に、ＣＭＴＳは、順方向リンクパスを介して、各モデムに許可された特定のミニスロットを示すメッセージを、ケーブルモデムに送信する。帯域幅の確保の結果として、モデムは、送信を行うための衝突のないインターバルを保証される。ＣＭＴＳは、特定のエンドユーザに提供されるサービスのタイプに基づいて、モデムに帯域幅を割り当てる役割を担う。
【００４２】
要求メッセージを送信する時間を最初に割り当てられることなく、モデムが帯域幅を要求するために、ＣＭＴＳは、周期的に、競合期間中に要求を送信する任意のモデムにリターンチャネルの一部を割り当てる。こうした要求は、別のモデムからの要求と衝突してもよい。しかしながら、ＣＭＴＳは、衝突の数を最小限にするために、競合要求インターバルの長さと周波数との双方を変更できる。衝突が検出された場合、メッセージを送信したケーブルモデムは、ＣＭＴＳによる通知を受け、ランダムなインターバルだけバックオフした後（待った後）、要求を再送信する。
【００４３】
最も上のＤＯＣＳＩＳ層は、セキュリティ層である。将来のシステムは、進歩した物理層を提供し得る。周波数アジャイルＴＤＭＡ、同期ＣＤＭＡ、および直交ＦＤＭ変調が提供される可能性がある。ボイスオーバＩＰに似たストリーミングサービスのようなものを含め、サービスも進歩するであろう。
【００４４】
帯域幅効率に優れたケーブルモデム
図１は、本発明の一実施形態による、同じチャネル上で干渉デジタル信号を送信すると共に同時に復調するために構成されたケーブルモデムのブロック図を示す。モデムは、アナログフロントエンド１０５と、パラメータ推定モジュール１１０と、マルチユーザ検出（ＭＵＤ）モジュール１１５と、複数のデコーダのバンク１１７と、データフォーマットモジュール１２０と、制御プロセッサ１２５と、変調器１３０と、デマルチプレクサ１３５と、を含む。アナログフロントエンド１０５は、チューナ１０５ａに結合されたネットワークＩ／Ｏポートと、アナログ−デジタル（ＡＤ）コンバータ１０５ｂと、増幅器１０５ｃと、を含む。
【００４５】
レシーバ側では、信号が、ケーブルを介してネットワークＩ／Ｏポートで受信され、アナログフロントエンド１０５を経由して処理され、モジュール１１０，１１５，１１７によって復調／回復され、データフォーマットモジュール１２０によってフォーマットされる。結果として生じたデータ信号１〜Ｋは、次に、デマルチプレクサ１３５に提供される。デマルチプレクサ１３５は、対象となる信号であるデータ信号ｍ（データ信号１〜Ｋのうちの１つ）を選択するのに適している。この選択信号ｍは、その後、例えば、ネットワークまたは直接接続を介して、ユーザｍへ提供される。データフォーマットモジュール１２０とデマルチプレクサ１３５とは、制御プロセッサ１２５からの制御入力に従って動作する。例えば、データフォーマットモジュール１２０によって実行される従来のフォーマット化またはデコードは、制御プロセッサ１２５によって制御または監視できる。制御プロセッサ１２５は、さらに、ＭＵＤモジュール１１５によって回復されたどの信号がデータフォーマットモジュール１２０によって処理されるか、およびどの回復信号がモジュール１２０によって除去または無視されるか、を制御できる。
【００４６】
トランスミッタ側では、デマルチプレクサ１３５が、ユーザｍからの双方向ラインを使用して、ネットワーク／バックボーンまたはローカルホストから送信データｍを受領する。データは、制御プロセッサ１２５によって提供されるバースト制御に従って、モジュール１３０によって変調され、増幅器１０５ｃによって増幅され、送信のためにチューナ１０５ａを介してネットワークＩ／Ｏポートに提供される。一般に、制御プロセッサ１２５は、変調器１３０からのデータの流れを制御し、これにより、モデムが送信を行う時期と、モデムがユーザｍのために送信を行わない時期と、を制御する。レガシ送信モードもサポートされ、これにより、このモデムが通信しているリモートモデムが本発明の原理に従って動作するように構成されていない場合に、下位互換性を提供する。
【００４７】
ＲＦレシーバ−ＭＵＤ対応
ケーブルからの信号は、ネットワークＩ／Ｏポートを介してチューナ１０５ａに結合される。チューナ１０５ａは、適切なチャネルの信号を、処理の前に、ベースバンドまたは他の相対的に低い周波数の信号に変換する。ベースバンドにおいて、Ａ／Ｄコンバータ１０５ｂは、受信信号をデジタル化し、サンプルデータストリームにする。フィルタリング、増幅、および他の従来の処理が、アナログフロントエンド１０５において実施されてもよい。
【００４８】
サンプルデータストリームは、パラメータ推定モジュール１１０への入力として提供される。パラメータ推定モジュール１１０は、干渉デジタル信号のための同期デバイスである。パラメータ推定モジュール１１０は、受信信号に存在する複数の干渉信号のそれぞれについての相対的な受信タイミングのオフセットと、位相と、受信振幅と、マルチパス構造と、を推定する。このパラメータ推定の結果は、Ｋ個の信号のそれぞれの推定複合シグネチャ波形のマトリクス（Ｓ）であり、ＭＵＤモジュール１１５がチャネル信号を分離するのを助けるために使用される。
【００４９】
ＭＵＤモジュール１１５は、Ａ／Ｄコンバータ１０５ｂからの入力に加えて、推定複合シグネチャ波形のＳマトリクスを使用して、従来行われているように干渉信号からデータビットを回復する。ＭＵＤモジュール１１５は、回復データビットをフォーマットモジュール１２０への入力として供給する。フォーマットモジュール１２０は、バッファデバイスとして動作し、Ｋ個の干渉送信のそれぞれのためのデータパケットを生成する。パケット形式は、通信モデムによって使用されている所定のアプリケーションおよびプロトコルなどの要素に依存する。
【００５０】
なお、ＭＵＤモジュール１１５は、複数のデコーダ（１〜Ｋ）のバンク１１７と適切に作用可能に結合され、各デコーダはＭＵＤモジュール１１５の対応する出力と通信可能に結合される。デコーダバンク１１７は、ＭＵＤモジュール１１５によって出力されるＫ個の信号のそれぞれの回復シンボルストリーム（数１）を受け取り、そして、シンボルをビットに変換して、現在のビットを以前のビットおよび／または後続のビットと比較し、その後、ビットを再びシンボルに変換することによって、各ユーザのためのエラー訂正を提供する。ここでは、Ｓｏｆｔ ＶｉｔｅｒｂｉまたはＢＣＪＲデコーディング等の任意の数の種々のデコーディングアルゴリズムを採用可能である。こうした従来のエラー訂正の結果は、シンボル推定のマトリクス（ｂ（ｎ））であり、特定のシンボルの優れた推定を提供するために、ＭＵＤモジュール１１５によって、反復プロセスにおいて使用される。
【数１】
【００５１】
Ｋ個の信号のそれぞれのためにモジュール１１０，１１５，１１７によって実行される反復復調プロセスは、例えば、特定された反復回数に達するまで、または、現在および以前の反復での補償シンボル推定間の差が所定の閾値を下回るまで、継続できる。
【００５２】
アナログフロントエンド１０５とパラメータ推定モジュール１１０とＭＵＤモジュール１１５とデコーダバンク１１７とのそれぞれは、従来の技術で実施できる。ただし、変形も可能である。例えば、パラメータ推定器１１０は、米国特許出願第１０／２２８，７８７号「マルチユーザ検出レシーバのためのパラメータ推定器」において説明されるように構成可能である。ＭＵＤモジュール１１５は、米国出願第１０／１０５，９１８号「反復マルチユーザ検出器システムにおける処理時間を低減するシステム」において説明されるように、シンボルに関する以前の情報を用いてＭＭＳＥ ＭＵＤとして動作するように構成できる。これらの出願は、それぞれ、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【００５３】
データフォーマットモジュール１２０も、従来の技術で実施できるが、さらに、制御プロセッサ１２５と連動して動作するようにしてもよい。特に、制御プロセッサ１２５は、データフォーマットモジュール１２０が動作するフォーマットモードを選択するように構成してよい。フォーマットモードは、モデムが受信データストリームを供給するネットワークまたはローカルホスト（例えば、ＡＴＭ、ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ、パーソナルコンピュータ）に依存する。データフォーマットモジュール１２０は、多数のタイプのフォーマットモードをサポートするように構成できる。
【００５４】
回復データ信号１〜Ｋは、データフォーマットモジュール１２０によって出力されてデマルチプレクサ１３５に提供される。デマルチプレクサ１３５は、制御プロセッサ１２５によって提供された入力に基づいて、意図された信号ｍを選択する。一例では、制御プロセッサ１２５は、データフォーマットモジュール１２０からの受信信号１〜Ｋのそれぞれについて、パケットヘッダ情報を受け取る。データ信号のパケットヘッダ情報は、様々な情報の中で特に、そのデータ信号の意図された送信先を含む。このため、特定のモデムを意図したデータ信号が識別可能であり、他の受信データ信号は無視可能である。したがって、制御プロセッサ１２５は、ヘッダ情報を問い合わせて制御信号をデマルチプレクサ１３５に供給し、デマルチプレクサ１３５は、意図されたデータ信号ｍのみの通過を許容する。また、制御プロセッサ１２５は、干渉モデムのパケットヘッダを使用して、どのモデムがチャネルを共有しているかを決定する。パケットヘッダの送信元および送信先アドレスにより、制御プロセッサ１２５は、どのモデムがデータの送信および受信を同時に成功できるかのログを維持できる。こうしたログは、適応性のあるスケジューリング手法を容易にする。
【００５５】
代替または追加として、制御プロセッサ１２５は、ＣＭＴＳから受け取った減衰プロフィールに基づいて、信号パワーの閾値を設定するように構成可能であり、データフォーマットモジュール１２０によって受信されたその閾値を上回らない回復信号は、効率よく無視される。なお、マルチプレクサ１３５とデータフォーマットモジュール１２０との機能は、１つのモジュールに統合可能であり、または、制御プロセッサモジュール１２５への統合も可能である。制御プロセッサ１２５は、対応する送信モード（例えば、レガシモードまたは本発明による帯域幅効率に優れたモード）を可能にする。
【００５６】
ＲＦトランスミッタ
データｍは、ネットワーク／バックボーンまたはユーザｍのローカルホストから、デマルチプレクサ１３５に提供され、デマルチプレクサ１３５は、制御プロセッサ１２５の制御下で動作する変調器１３０へ提供する準備として、発信データをバッファする。多数のアクセス方式（例えば、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ）および変調（例えば、二位相シフトキーイング、４位相シフトキーイング、ダイレクトシーケンス拡散スペクトル、直交振幅変調、直交周波数分割多重化、およびパルス位置変調）が変調器１３０によって実施され得る。送信時間は、制御プロセッサ１２５のバースト制御によってトリガされる。制御プロセッサ１２５の機能は、図２〜４を参照して説明される。この制御プロセッサ１２５は、例えば、マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサなどの適切な処理環境で実行されるソフトウェア命令セットにより実現可能である。あるいは、制御プロセッサ１２５は、特殊用途向けに構築されたシリコン（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ）で実現可能である。
【００５７】
帯域幅効率に優れたプロトコル−アップストリーム
図２は、本発明の一実施形態による、容量増大逆方向リンクプロトコルのタイミング図を示す。この例において、ＣＭＴＳは、干渉信号の同時回復を可能にするＭＵＤ復調器を含む。この意味において、ＣＭＴＳは、図１を参照して説明したように、ＭＵＤ対応である。
【００５８】
時間Ｔ１において、ＣＭＴＳは、実効開始時間がＴ３である第１のチャネル割り当てマップを送信する。後の時間Ｔ２において、ケーブルモデム１（ＣＭ１）は、ＣＭＴＳからのメッセージを受信する。伝搬遅延のために異なる時間Ｔ２*において、ケーブルモデム２（ＣＭ２）は、同じメッセージを受信する。双方のケーブルモデムＣＭ１およびＣＭ２は、チャネル要求機会について、第１のマップをスキャンする。要求の衝突を最少化するために、双方のモデムは、最新のマップである第１のマップにおけるデータバックオフ開始値に基づいたランダムオフセットとして、Ｔ６を計算する。ここでは、ランダムオフセットを発生させるその他の基準を使用してもよい。ランダムなアクシデントにより、ＣＭ１およびＣＭ２の双方は、Ｔ６のために同じ値を計算する。
【００５９】
時間Ｔ４において、ＣＭ１は、送信を希望するパケットデータを収容するのに必要な数のミニスロットの要求を送信する。時間Ｔ４は、要求がＴ６でＣＭＴＳに到着するように、レンジングオフセットに基づいて選択される。同様に、ＣＭ２は、レンジングオフセットに基づいて時間Ｔ４*を計算し、Ｔ６でＣＭＴＳに同時に到着する要求を送信する。
【００６０】
Ｔ６において、ＣＭＴＳは、衝突する要求を受信する。従来のデジタル復調器を利用するＣＭＴＳの場合には、受信データは、理解不能であり、この結果、要求への応答（acknowledge）が失敗する。なお、双方のモデムＣＭ１，ＣＭ２は、次のマップの送信終了まで待機する必要があり、データ許可を得られず、アクセスを再試行できない。このプロセスによって、輻輳したネットワークの場合におけるシステムスループットの低下が発生する。しかしながら、ＣＭＴＳがＭＵＤ復調器（即ち、ＭＵＤ対応）を含む場合には、ＣＭＴＳは、双方のパケットを同時に回復し、要求をデコードして、チャネル割り当てを計算する。
【００６１】
時間Ｔ７において、ＣＭＴＳは、実効開始時間がＴ９である第２のマップを送信する。第２のマップ内において、ＣＭ１およびＣＭ２の双方のデータ許可は、Ｔ１１に開始される。ＣＭ１およびＣＭ２によって送信された衝突パケットの復調に成功することで、ＣＭＴＳは、双方のモデムが同時に送信に成功できると判断しており、これにより、別の場合にはＣＭ２のために別個に割り当てる必要があるチャネルを節約する。この意味において、帯域幅の効率性が達成される。
【００６２】
時間Ｔ８およびＴ８*のそれぞれでは、ＣＭ１およびＣＭ２のそれぞれは、第２のマップをそれぞれ受信し、データ許可についてスキャンする。時間Ｔ１０およびＴ１０*のそれぞれでは、ＣＭ１およびＣＭ２のそれぞれは、パケットがＴ１１で同時にＣＭＴＳに到着するように、同じタイムスロットおよび同じチャネルにおいて、データを送信する。時間Ｔ１０およびＴ１０*は、前述したように、レンジングオフセットから計算される。
【００６３】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、三体衝突に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムによる送信をスケジュールすることも可能となる。ＣＭＴＳ内の共同チャネル復調器は、充分なマージンがあれば干渉データを分解する。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００６４】
帯域幅効率に優れたプロトコル−ダウンストリーム
図３ａは、本発明の一実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す。この特定のケースでは、伝搬経路内の一方のモデムは、共同チャネル変調器（ＭＵＤ対応）を有し、伝搬経路内の他方のモデムは、レガシタイプのモデムであり、本発明の原理に従って構成されていない。
【００６５】
一般に、信号対ノイズの環境は、順方向信号が前のブースタ増幅器から伝搬するときの伝搬損失によって、大幅に変化する。したがって、本発明の実施形態に従って構成された特別なＭＵＤ対応ケーブルモデムを、ブースタ増幅器の近くに位置する端末に割り当てることが可能である。この場合には、周波数およびタイムスロットにおいて同じチャネルを共有するが、ブースタ増幅器からさらに離れて位置する他の複数のモデムに影響を与えることなく、こうした特別なモデムへデータを送信し得る。
【００６６】
第１のパネルは、ＣＭＴＳにおいて発信される信号のレベルを示している。ＣＭ２を対象とする信号Ｓ２のパワーレベルは、伝搬損失に対する充分なマージンを提供できるように、ノイズフロアＮを大きく（例えば、３ｄＢ以上）上回るｄＢである。ブースタ増幅器に充分に近くに位置し、変調のためにノイズフロアＮを上回る充分なマージンを依然として有するならば、共同チャネル復調器を備えた別のケーブルモデム１（ＣＭ１）を対象とする同時パケットを送信することが可能である。
【００６７】
第２のパネルは、ＣＭ１によって受信された信号のレベルを示している。図示するように、信号Ｓ２は、相対的に強いパワーレベルで到着する。しかしながら、信号Ｓ１およびＳ２が依然としてノイズフロアＮより充分に高ければ、信号Ｓ２は、ＣＭ１の共同チャネル変調器によって識別可能である。双方の信号レベルは、ＣＭＴＳとＣＭ１との間の伝搬損失により減衰したことが分かるが、介在するブースタ増幅器によって、信号レベルは、ノイズフロアＮを充分に（例えば、３ｄＢ以上）上回る状態に維持できている。
【００６８】
第３のパネルは、ＣＭ２によって受信された信号のレベルを示している。この時点では、信号Ｓ１は、伝搬損失によって、ノイズフロアＮの下に埋もれるポイントまで減衰している。ＣＭ１のために挿入された余分なパケットは、弱すぎるため、ＣＭ２における従来の復調の性能に影響を与えない。この意味において、ネットワークは、ＣＭ２に影響を与えることなくＣＭ１にもデータを送信するために、ＣＭ２に割り当てられたタイムスロットを借りた、或いは「盗んだ」と言える。余分な容量は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。
【００６９】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。性能データ（例えば、ネットワークの各伝搬経路の減衰プロフィール）を経時的に測定し、その後、（例えば、各モデム内でローカルに、あるいはネットワークと通信可能に結合された中央記憶装置内にリモートに）格納することが可能である。したがって、既知の減衰が干渉の可能性のある信号を有効に排除するほど、特定のチャネルに関連するレガシモデムが充分に遠く離れているとき、データは、特定のチャネルの借用タイムスロットにおいて送信できる。この意味において、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置する複数のモデムは、レガシモデムであってもよく、本明細書で説明したタイムスロット借用手法に影響されない。
【００７０】
信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、３つ以上の同時送信に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムへの送信をスケジュールすることも可能である。伝搬経路内の既知の減衰閾値ポイントより前の全てのモデムは、データを分解するために共同チャネル復調器を備える必要がある。既知の減衰ポイントより後のモデムは、ＭＵＤ対応モデムまたはレガシモデムにしてよい。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００７１】
図３ｂは、本発明の別の実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す。この特定のケースでは、モデムＣＭ１およびＣＭ２の双方が、共同チャネル復調器を有し、したがってＭＵＤ対応である。
【００７２】
前述したように、本発明の実施形態に従って構成された特別なＭＵＤ対応ケーブルモデムを、ブースタ増幅器の近くに位置する端末に割り当てることが可能である。この場合には、周波数およびタイムスロットにおいて同じチャネルを共有しつつ、ブースタ増幅器からさらに離れて位置する他のモデムに影響を与えることなく、こうした特別なモデムへデータを送信し得る。
【００７３】
第１のパネルは、ＣＭＴＳにおいて発信される信号のレベルを示している。図示するように、ＣＭ１を対象とする信号Ｓ１のパワーレベルは、伝搬損失に対する充分なマージンを提供するために、ノイズフロアＮを大きく（例えば、３ｄＢ以上）上回るｄＢである。同様に、変調のためにノイズフロアＮを上回る充分なマージンを信号Ｓ２が有するならば、別のモデムＣＭ２を対象とする同時パケットである信号Ｓ２を送信することが可能となる。
【００７４】
第２のパネルは、ＣＭ１によって受信された信号のレベルを示している。信号Ｓ２は、相対的に強いパワーレベルで到着する。しかしながら、Ｓ１およびＳ２が依然としてノイズフロアＮより充分に（例えば、３ｄＢ以上）高ければ、共同チャネル変調器によって識別可能である。Ｓ１およびＳ２の双方の信号レベルは、ＣＭＴＳとＣＭ１との間の伝搬損失により減衰したことが分かる。
【００７５】
第３のパネルは、ＣＭ２によって受信された信号のレベルを示している。伝搬損失によって、信号Ｓ１およびＳ２の双方はさらに減衰している。しかしながら、共同チャネル変調にとって充分なマージンが、依然として存在している。共同チャネル変調器を備えた双方のモデムが同じスロットに割り当てられているため、余分な容量は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。レンジングデータの使用を介して、ＣＭＴＳは、ネットワーク内の各モデムの伝搬環境を追跡可能であり、したがって、減衰プロフィールを各通信リンク（例えば、ＣＭＴＳと特定のケーブルモデムとの間）に提供できる。この情報によって、最適なネットワークの利用のために本明細書で説明されるような適応性のあるチャネルスケジューリングの使用が可能となる。
【００７６】
この手法の有効性は、ケーブルネットワーク内の伝搬環境に依存する。信号レベルが強く、ノイズレベルが低い場合には、方法を拡張して、３つ以上の同時送信に対応できる。さらに、同じタイムスロット内の同じ搬送周波数上で、３台またはさらに多くのモデムへの送信をスケジュールすることも可能である。この特定の手法を使用すると、各送信信号がほぼ同じパワーレベルで送信されるため、ケーブルネットワークの伝搬経路内の各モデムは、データを分解するための共同チャネル復調器を備える必要がある。反対に、双方の送信がケーブルの全長で伝送されるようなノイズの多いケースでは、各通信機のために別個のチャネルを維持する必要が生じ得る。
【００７７】
共同チャネルモデム信号をノイズフロアより下に減衰させるために信号Ｓ１とＳ２との間での余分なマージンまたは距離は必要ないため、この手法は、図３ａにおいて説明した共同チャネルおよびレガシ手法より多くのケースでサービスを提供できる。
【００７８】
ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、モデム要求が実際に干渉するか否かの共同チャネル割り当てを作成する。ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、ネットワークのケーブルモデムからの受信振幅データに基づいて干渉送信を意図的にスケジュールする。この意味において、ＭＵＤ対応ＣＭＴＳは、逆方向リンク上で存在する場所に関係なく、振幅マージンを活用する。
【００７９】
手順−アップストリーム
図４ａは、本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの逆方向リンク（アップストリーム）容量を増大させる方法を示す。方法は、例えば、図１を参照して説明したようなＭＵＤ対応ＣＭＴＳによって実行され得る。
【００８０】
方法は、第１のチャネル割り当てマップを送信する工程４０１で開始される。ダウンストリームネットワークに含まれる各ケーブルモデムは、ＣＭＴＳに対応するそのケーブルモデムに関連する伝搬遅延に応じて、種々の時点でマップを受け取る。こうしたダウンストリームケーブルモデムは、チャネル要求機会について、第１のマップをスキャン可能であり、要求の衝突を最少化するためにランダムオフセットを計算してよい。ケーブルモデムは、その後、自分のデータを送信するのに必要なタイムスロットに関する各自の要求を送信し得る。
【００８１】
方法は、送信済みの第１のチャネル割り当てマップに応答したケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルにおいて同時に受信する工程４０３、および、ＣＭＴＳの共同チャネル変調機能を使用して、各要求を回復する工程４０５へ続く。方法は、その後、各要求をデコードする工程４０７、および、各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程４０９へ進む。
【００８２】
次に、方法は、第２のチャネル割り当てマップを送信する工程４１１へ進んでよい。第２のマップは、第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む。したがって、ダウンストリームモデムによって送信された衝突する要求の復調に成功することで、ＣＭＴＳは、２つ以上のモデムが同じタイムスロットおよび同じチャネルでの送信に成功できると判断し、これにより、別の場合には応答モデムのそれぞれに別個に割り当てる必要があるチャネルを節約する。それぞれのダウンストリームモデムは、その後、送信された第２のマップを受信し、データ許可についてスキャンし、パケットがＣＭＴＳに同時に到着するように、同じタイムスロットおよび同じチャネルでデータを送信する。
【００８３】
方法は、さらに、ケーブルモデムから受信したデータを、ＣＭＴＳによって適切な送信先へ提供する工程４１３を含んでよい。また、方法は、さらに、ダウンストリームケーブルモデムから同時に受信する後続の任意の応答のために、受信、回復、デコード、（適当な場合）計算、および（適当な場合）提供のステップを反復する工程を含んでよい。
【００８４】
一実施形態において、送信、デコード、計算、および提供のステップ（４０１，４０７，４０９，４１１，４１３）は、図１のケーブルモデムの制御プロセッサ（１２５）によって実行、あるいは制御されることが可能であり、一方、受信および回復のステップ（４０３，４０５）は、ＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。データフォーマットモジュール１２０は、前述したように、制御プロセッサによる制御に応答するようにプログラムされ得る。したがって、フォーマットおよびデコードモードは、制御プロセッサ１２５によって命令可能であり、どの回復信号が処理または無視されるかについても同様である。この例示的な実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、および他の構成要素（例えば、１１０，１１７）の支援的役割と、のバリエーションは、本開示に照らして明白となるであろう。例えば、データフォーマットモジュール１２０と制御プロセッサ１２５との機能は、単一のモジュールに統合され得る。
【００８５】
手順−ダウンストリーム
図４ｂは、本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク（ダウンストリーム）容量を増大させる方法を示す。方法は、例えば、図１を参照して説明したように構成された１台以上のＭＵＤ対応ダウンストリームケーブルモデムを有するネットワークにおいて実行してよい。ただし、方法は、経路の所定の減衰閾値ポイントを超えて位置する少なくとも１つのレガシモデムを有する伝搬経路に対する下位互換性を提供する。
【００８６】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで多数の信号を同時に受信する工程４２１で開始され、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有している。受信信号は、例えば、伝搬経路に関連するＣＭＴＳ、または、ケーブルネットワークに含まれる他のモデムによって送信されたものであってよい。また、送信された信号は、１つ以上の介在するブースタ増幅段階で増幅されていてもよい。
【００８７】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程４２３へ続く。方法は、次に、第１のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４２５あるいは無視する工程へ進む。一実施形態において、無視される回復信号は、各信号に関連するヘッダ情報が示すような受信ケーブルモデムを対象にしないと特定されたものである。
【００８８】
別の実施形態において、無視される回復信号は、信号パワーが設定された閾値を下回るものであり、閾値は、ＣＭＴＳから受信した減衰プロフィールに基づく。減衰プロフィールは、例えば、ローカルの制御プロセッサ１２５に格納され得る。したがって、信号は、既知のパワーレベルで送信可能であり、意図した送信先における信号パワーレベルは、減衰プロフィールに基づいて予測できる。したがって、受信モデムでの閾値を設定できる。これにより、同じタイムスロットで受信した信号を、それぞれのパワーレベルに基づいて識別できる。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでよい。
【００８９】
方法は、第２のケーブルモデムにおいて、多数の信号を同時に受信する工程４２７へ続く。各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰した状態となり、この結果、１つの受信信号のみがノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有し、他の信号はノイズフロアに対して充分ではない高さである対応するパワーレベル（例えば、ノイズフロア以下のパワーレベル）を有する。
【００９０】
方法は、第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する信号のみを復調する工程４２９へ続く。ここでは、他の減衰した信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出されない。この一意的な検出が可能となるのは、検出された信号が同じスロット内の別の信号が送信されたパワーレベルよりも強いパワーレベルで送信されたためである。方法は、さらに、復調信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットまたは他の従来の処理を実行する工程と、を含んでよい。
【００９１】
こうした方法により、既知の減衰が干渉の可能性のある信号を有効に排除するほど、特定のチャネルに関連するレガシモデムが充分に遠く離れているとき、データは、特定のチャネルの借用タイムスロットにおいて送信できる。この意味において、既知の減衰閾値に関連する伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置するモデムは、（単一チャネル変調機能のみを採用する）レガシモデムにすることが可能であり、伝搬経路において前方に位置する（既知の減衰閾値ポイントより前の）ＭＵＤ対応ケーブルモデムを対象とするデータによるタイムスロットの借用によって影響されない。
【００９２】
一実施形態において、除去するステップ（４２５）は、図１のケーブルモデムの制御プロセッサ（１２５）によって実行あるいは制御されることが可能であり、一方、受信および回復するステップ（４２１，４２３）は、ＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。第２のモデムの受信およびデコードするステップ（４２７，４２９）は、従来のケーブルモデム復調器によって実行され得る。この例示的実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、および他の構成要素（例えば、１１０，１１７，１２０）の支援的役割と、のバリエーションは、前述したように本開示に照らして明白となるであろう。
【００９３】
図４ｃに示す代替の実施形態では、第２のケーブルモデムも、ＭＵＤ対応であり、本発明の原理に従って構成されている。ここでは、方法は、第１のケーブルモデムにおいて、同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された多数の信号を同時に受信する工程４３１で開始され、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する。受信信号は、例えば、伝搬経路に関連するＣＭＴＳ、または、ケーブルネットワークに含まれる他のモデムによって送信されたものであってよい。また、送信された信号は、介在するブースタ増幅段階で増幅されていてもよい。
【００９４】
方法は、第１のケーブルモデムにおいて、第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程４３３へ続く。方法は、次に、（例えば、各信号に関連するヘッダ情報または個別のパワーレベルによって示されるような）第１のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４３５あるいは無視する工程へ進む。なお、この実施形態では、経路内の各ケーブルモデムはＭＵＤ対応であるため、同じスロット内の送信信号のパワーレベルは、同じパワーレベルを有してよい。したがって、信号の送信パワーレベルが同じである場所では、各送信パワーレベルに対する減衰プロフィールの影響を考慮することによって、受信パワーレベルを識別し得る。しかしながら、回復信号を識別するために他のメカニズム（例えば、ヘッダ情報）が利用可能である場合、受信パワーレベルを知る必要はない。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでもよい。
【００９５】
方法は、第２のケーブルモデムにおいて、多数の信号を同時に受信する工程４３７へ続く。各信号の対応するパワーレベルは、伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は、依然としてノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する。方法は、第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程４３９、および（例えば、各信号に関連するヘッダ情報または個別のパワーレベルによって示されるような）第２のケーブルモデムを対象としない回復信号を除去する工程４４１あるいは無視する工程へ続く。方法は、さらに、各信号をデコードする工程と、任意の必要なフォーマットを実行する工程と、を含んでもよい。
【００９６】
双方のＭＵＤ対応ケーブルモデムが同じスロットに割り当てられているため、余分な容量（帯域幅の効率性）は、ネットワーク内で動作するレガシ端末にトランスペアレントに提供される。レンジングデータの使用（例えば、既知のパワーレベルの信号の送受信）を介して、ＣＭＴＳは、ネットワーク内の各ケーブルモデムの伝搬環境を追跡可能であり、したがって、減衰プロフィールを提供できる。この情報によって、最適なネットワークの利用と帯域幅の効率性とのために本明細書で説明するような適応性のあるチャネルスケジューリングの使用が可能となる。
【００９７】
一実施形態において、除去するステップ（４３５，４４１）は、前述したように第１および第２のモデムのそれぞれにおいて構成された制御プロセッサ（１２５）によって実行あるいは制御されることが可能であり、一方、各モデムの受信および回復するステップ（４３１，４３３，４３７，４２３）は、対応するＭＵＤモジュール（１１５）によって実行されることが可能である。この例示的実施形態と、フロントエンド（１０５）、変調器（１３０）、その他の構成要素（例えば、１１０，１１７，１２０）の支援的役割と、のバリエーションは、前述したように本開示に照らして明白となるであろう。
【００９８】
図４ｄは、ケーブルネットワークのＣＭＴＳによって採用される他の方法を示す。この特定の実施形態は、経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように、ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを決定する工程４５１を含む。減衰プロフィールを決定することにより、ＣＭＴＳは、ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを活用できる。一実施形態において、減衰プロフィールは、ネットワーク内のＣＭＴＳと各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルの信号を送信し、これにより、ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される。例えば、ＣＭＴＳモデムは、各モデムに特定のパワーレベルで信号を送信するように要求可能であり、ＣＭＴＳは、その後、（ＣＭＴＳモデムによって測定された）受信信号パワーに基づいて、各モデムに関連する減衰を決定できる。代替の実施形態において、減衰プロフィールは、既知の経験的データに基づいて決定できる。
【００９９】
減衰プロフィールは、例えば、各モデムと対応する減衰係数とを列挙するインデックス付き参照テーブルであってもよい。なお、減衰プロフィールは、（例えば、リンク初期化またはトレーニング手順中に）ブロードキャストされ、各ケーブルモデムで格納されてもよい。各ケーブルモデムは、プロフィール全体または対応する減衰係数のみを格納できる。したがって、任意の１台のモデムを対象とする信号は、予測可能な受信パワーレベルによって特定可能である。例えば、予測可能な受信パワーは、既知の減衰係数によって調整された既知の送信パワー（例えば、Ｐtx×減衰係数）に等しい。
【０１００】
方法は、さらに、ネットワークの２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程４５３を含む。１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含むネットワークにおいて、方法は、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てる工程４５５、および、設定された減衰係数閾値に等しいか、またはこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程４５７へ進んでよい。なお、設定された減衰係数閾値は、一般に、伝搬経路内の物理的ポイントに対応する。経路上の一部のケーブルモデムは、経路内において、物理的にそのポイントより前に位置してよく、経路上の一部のモデムは、物理的にそのポイントの後に位置してよい。
【０１０１】
方法は、さらに、モデムのそれぞれに対する割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程４５９を含んでよい。ステップ４５３，４５５，４５７，４５９は、ネットワークの各伝搬経路のために反復されてよい。この機能は、各伝搬経路のケーブルモデムと通信可能に結合されたＣＭＴＳの制御プロセッサによって実行あるいは制御され得る。ＣＭＴＳと、通信可能に結合されたモデムのそれぞれとの間で、堅牢な双方向通信をどのように実行できるかについては、本開示に照らして明白となるであろう。
【０１０２】
制御プロセッサのアーキテクチャ
図４ｅは、本発明の一実施形態により構成された制御プロセッサのブロック図を示す。制御プロセッサは、データフォーマットインタフェースモジュール４７１と、データフォーマット選択モジュール４７３と、デジタル信号レベル検出モジュール４７５と、減衰プロフィールモジュール４７７と、チャネル割り当てモジュール４７９と、を含む。こうしたモジュールは、例えば、マイクロプロセッサまたは他の適切な処理環境でアクセスされる（例えば、プロセッサ読み取り可能な媒体またはマイクロプロセッサ自体に格納される）実行命令セットとして実現される。
【０１０３】
データフォーマットインタフェースモジュールは、制御プロセッサをデータフォーマットモジュールにインタフェースし、双方向通信用に構成される。このインタフェースは、さらに、ケーブルモデムを対象としない回復信号を除去または他の形で無視することに適してよい。データフォーマット選択モジュールは、データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードを選択できるようにプログラムされ、またはその他の形で構成される。デジタル信号レベル検出モジュール４７５は、回復信号の信号レベル／パワーを検出するように構成される。
【０１０４】
各検出済みパワーレベルは、減衰プロフィールモジュール４７７によって格納され、取り扱われる。例えば、既知のパワーレベルで送信されたテスト信号の受信パワーレベルは、送信したモデムに関連する減衰係数（Ｐrx／Ｐtx）を計算および格納するために、減衰プロフィールモジュール４７７によって利用され得る。また、減衰プロフィールモジュール４７７は、ネットワーク内のどのモデムが信号を送信したかを決定するために、実際のユーザ信号の受信信号レベルを既知の減衰係数と比較できる。チャネル割り当てモジュール４７９は、データフォーマットインタフェースモジュール４７１と、減衰プロフィールモジュール４７７と、に通信可能に結合され、データと、対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、をケーブルモデムの変調器に提供するようにプログラムされる。
【０１０５】
本発明の実施形態の上記の説明は、例示および説明の目的で提示されている。上記の説明は、包括的なものではなく、また、開示した厳密な形態に本発明を限定するものではない。本開示に照らして、多くの変形例および変更例が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明ではなく、本明細書に付記した特許請求の範囲によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態により構成されたケーブルモデムのブロック図
【図２】本発明の一実施形態による、容量増大逆方向リンクプロトコルを示す図
【図３ａ】本発明の一実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す図
【図３ｂ】本発明の別の実施形態による、順方向リンク容量増大のためのタイムスロットスチール手法を示す図
【図４ａ】本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの逆方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｂ】本発明の一実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｃ】本発明の別の実施形態による、ケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法を示す図
【図４ｄ】本発明の別の実施形態による、ケーブルネットワークのＣＭＴＳによって採用される方法を示す図
【図４ｅ】本発明の一実施形態により構成された制御プロセッサのブロック図
【図５】代表的なケーブルネットワークアーキテクチャを示す図
【図６】代表的なケーブルモデムの設備を示す図
【図７】代表的なケーブルモデムのブロック図
【図８】順方向リンクのためのデータフレームのフォーマットを示す図
【図９】逆方向リンクのためのデータフレームのフォーマットを示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたヘッドエンドＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの帯域幅効率を向上させる方法であって、
前記ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを、前記経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように決定する工程と、
前記経路上の２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、
前記複数のモデムに対する前記割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程と、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
前記経路上の各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上の前記ＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程と、
設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上の前記ＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、
を備える、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、
前記減衰プロフィールは、前記ＣＭＴＳと前記経路上の各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルのテスト信号を送信し、これにより、前記ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する前記減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
前記減衰プロフィールは、経験的データに基づいて決定される、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記経路上の各ケーブルモデムへ前記減衰プロフィールをブロードキャストする工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
前記決定工程と、前記割り当て工程と、前記送信工程とは、ＣＭＴＳモデムによって実行される、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記送信済みのチャネル割り当てマップに応答した２つ以上のケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルで同時に受信する工程と、
共同チャネル復調機能を使用して各要求を回復する工程と、
を備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、さらに、
各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程と、
第２のチャネル割り当てマップを送信する工程と、
を備え、
前記第２のマップは、前記第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、さらに、
前記第２のマップに応答した複数のケーブルモデムから受信したデータを、対応する複数の送信先へ提供する工程を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法であって、
減衰プロフィールを決定する前記工程は、前記ＣＭＴＳに、前記ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを利用可能にする、方法。
【請求項１４】
伝搬経路によって複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法であって、
第１のケーブルモデムにおいて、
同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程と、
前記第１のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、
を備える方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、さらに、
第２のケーブルモデムにおいて、
前記複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号の前記対応するパワーレベルは、前記伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、前記複数の受信信号のうちの１つのみが前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する前記１つの受信信号を復調する工程であって、その他の減衰信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出不能である、前記工程と、
を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記第２のモデムは、既知の減衰閾値に関連する前記伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置し、これにより、前記第２のモデムによる他の減衰信号の検出不能性を確保する、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する前記１つの受信信号は、第１のパワーレベルで送信されており、他の減衰信号は、より低い第２のパワーレベルで送信されている、方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の方法であって、さらに、
第２のケーブルモデムにおいて、
前記複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号の前記対応するパワーレベルは、前記伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は依然として前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程と、
前記第２のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、
を備える、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、
前記第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して回復された複数の信号のそれぞれは、実質的に同じパワーレベルで送信されている、方法。
【請求項２０】
請求項１４記載の方法であって、
複数の回復信号を除去する工程は、各回復信号に関連するヘッダ情報と複数の個別のパワーレベルとの少なくとも一方に基づく、方法。
【請求項２１】
複数のケーブルモデムを含むケーブルネットワークにおける帯域幅の効率的使用を可能にするケーブルモデムであって、
共同チャネル復調を用いて、同時に同じチャネルで送信されたＫ個の干渉信号を同時に復調および回復するように構成されたマルチユーザ検出モジュールと、
前記マルチユーザ検出モジュールに対して動作可能に結合され、かつ、前記Ｋ個の回復信号のうちの少なくとも１つのためのネットワークデータパケットを生成するように構成されたデータフォーマットモジュールと、
前記フォーマットモジュールに対して動作可能に結合され、かつ、前記１つ以上の伝搬経路の既知の減衰特性に基づいて干渉伝送を意図的にスケジュールすることによって、前記ケーブルネットワークの１つ以上の伝搬経路に関連する既存の振幅マージンを利用するように構成された制御プロセッサと、
を備えるケーブルモデム。
【請求項２２】
請求項２１記載のモデムであって、
前記データフォーマットモジュールは、複数のタイプのフォーマットモードをサポートし、
前記制御プロセッサは、前記データフォーマットモジュールが動作するフォーマットモードを選択するように構成される、モデム。
【請求項２３】
請求項２１記載のモデムであって、
通信中のモデムが非ＭＵＤ対応であることを前記制御プロセッサが知ることに応じて、前記制御プロセッサは、さらにレガシプロトコルモードを可能にして下位互換性を提供するように構成される、モデム。
【請求項２４】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てることにより、レガシプロトコルモードを可能にするように構成される、モデム。
【請求項２５】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てるように構成される、モデム。
【請求項２６】
請求項２１記載のモデムであって、
前記制御プロセッサは、
双方向通信用に構成されると共に、前記制御プロセッサを前記データフォーマットモジュールにインタフェースするように構成されたデータフォーマットインタフェースモジュールと、
前記データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードの選択を許容するように構成されたデータフォーマット選択モジュールと、
を含む、モデム。
【請求項２７】
請求項２６記載のモデムであって、
前記データフォーマットインタフェースモジュールは、さらに、前記ケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去するように構成される、モデム。
【請求項２８】
請求項２１記載のモデムであって、
前記制御プロセッサは、
前記複数の回復信号の信号レベルを検出するように構成されたデジタル信号レベル検出モジュールと、
前記ネットワークの他の複数のモデムに関連する複数の減衰係数を計算および格納するように構成された減衰プロフィールモジュールと、
を含む、モデム。
【請求項２９】
請求項２８記載のモデムであって、
前記減衰プロフィールモジュールは、さらに、前記ネットワーク内のどのモデムが前記信号を送信したかを決定するために、複数の実際のユーザ信号の複数の受信信号レベルを複数の既知の減衰係数と比較するように構成される、モデム。
【請求項３０】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ケーブルモデムは、変調器を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、
データと、前記既知の減衰特性に基づいた対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、を前記変調器に提供するように構成されたチャネル割り当てモジュールを含む、モデム。
【請求項１】
複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたヘッドエンドＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの帯域幅効率を向上させる方法であって、
前記ネットワークの伝搬経路に関連する減衰プロフィールを、前記経路上の各ケーブルモデムが既知の減衰係数を有するように決定する工程と、
前記経路上の２つ以上のＭＵＤ対応ケーブルモデムを同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、
前記複数のモデムに対する前記割り当てを反映するチャネル割り当てマップを送信する工程と、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
前記経路上の各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上の前記ＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程を備える、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、
前記複数のケーブルモデムは、１つ以上の非ＭＵＤ対応モデムを含んでおり、
前記方法は、さらに、
設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、固有のタイムスロットに割り当てる工程と、
設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上の前記ＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てる工程と、
を備える、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、
前記減衰プロフィールは、前記ＣＭＴＳと前記経路上の各ケーブルモデムとの間で既知のパワーレベルのテスト信号を送信し、これにより、前記ＣＭＴＳに対応する各モデムに関連する前記減衰係数が特定されるのを許容することによって、決定される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
前記減衰プロフィールは、経験的データに基づいて決定される、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記経路上の各ケーブルモデムへ前記減衰プロフィールをブロードキャストする工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
前記決定工程と、前記割り当て工程と、前記送信工程とは、ＣＭＴＳモデムによって実行される、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記送信済みのチャネル割り当てマップに応答した２つ以上のケーブルモデムからの要求を、同じタイムスロットおよび同じチャネルで同時に受信する工程と、
共同チャネル復調機能を使用して各要求を回復する工程と、
を備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、さらに、
各要求に基づいてチャネル割り当てを計算する工程と、
第２のチャネル割り当てマップを送信する工程と、
を備え、
前記第２のマップは、前記第１のチャネル割り当てマップに応答した１つ以上のモデムに対するデータ許可を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、さらに、
前記第２のマップに応答した複数のケーブルモデムから受信したデータを、対応する複数の送信先へ提供する工程を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法であって、
減衰プロフィールを決定する前記工程は、前記ＣＭＴＳに、前記ケーブルネットワークの逆方向リンクに関連する既存の振幅マージンを利用可能にする、方法。
【請求項１４】
伝搬経路によって複数のケーブルモデムに通信可能に結合されたＣＭＴＳを含むケーブルネットワークの順方向リンク容量を増大させる方法であって、
第１のケーブルモデムにおいて、
同じタイムスロットおよび同じチャネルで送信された複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号は、ノイズフロアに対して充分に高い対応するパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第１のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して、各信号を同時に回復する工程と、
前記第１のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、
を備える方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、さらに、
第２のケーブルモデムにおいて、
前記複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号の前記対応するパワーレベルは、前記伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、前記複数の受信信号のうちの１つのみが前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第２のケーブルモデムの単一チャネル変調機能を使用して、前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する前記１つの受信信号を復調する工程であって、その他の減衰信号は、単一チャネル変調機能を使用して検出不能である、前記工程と、
を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記第２のモデムは、既知の減衰閾値に関連する前記伝搬経路内のポイント以降に物理的に位置し、これにより、前記第２のモデムによる他の減衰信号の検出不能性を確保する、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する前記１つの受信信号は、第１のパワーレベルで送信されており、他の減衰信号は、より低い第２のパワーレベルで送信されている、方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の方法であって、さらに、
第２のケーブルモデムにおいて、
前記複数の信号を同時に受信する工程であって、各信号の前記対応するパワーレベルは、前記伝搬経路の減衰プロフィールに基づいて減衰し、この結果、各信号は依然として前記ノイズフロアに対して充分に高いパワーレベルを有する、前記工程と、
前記第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して各信号を同時に回復する工程と、
前記第２のケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去する工程と、
を備える、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、
前記第２のケーブルモデムの共同チャネル復調機能を使用して回復された複数の信号のそれぞれは、実質的に同じパワーレベルで送信されている、方法。
【請求項２０】
請求項１４記載の方法であって、
複数の回復信号を除去する工程は、各回復信号に関連するヘッダ情報と複数の個別のパワーレベルとの少なくとも一方に基づく、方法。
【請求項２１】
複数のケーブルモデムを含むケーブルネットワークにおける帯域幅の効率的使用を可能にするケーブルモデムであって、
共同チャネル復調を用いて、同時に同じチャネルで送信されたＫ個の干渉信号を同時に復調および回復するように構成されたマルチユーザ検出モジュールと、
前記マルチユーザ検出モジュールに対して動作可能に結合され、かつ、前記Ｋ個の回復信号のうちの少なくとも１つのためのネットワークデータパケットを生成するように構成されたデータフォーマットモジュールと、
前記フォーマットモジュールに対して動作可能に結合され、かつ、前記１つ以上の伝搬経路の既知の減衰特性に基づいて干渉伝送を意図的にスケジュールすることによって、前記ケーブルネットワークの１つ以上の伝搬経路に関連する既存の振幅マージンを利用するように構成された制御プロセッサと、
を備えるケーブルモデム。
【請求項２２】
請求項２１記載のモデムであって、
前記データフォーマットモジュールは、複数のタイプのフォーマットモードをサポートし、
前記制御プロセッサは、前記データフォーマットモジュールが動作するフォーマットモードを選択するように構成される、モデム。
【請求項２３】
請求項２１記載のモデムであって、
通信中のモデムが非ＭＵＤ対応であることを前記制御プロセッサが知ることに応じて、前記制御プロセッサは、さらにレガシプロトコルモードを可能にして下位互換性を提供するように構成される、モデム。
【請求項２４】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、設定された減衰係数閾値を下回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを固有のタイムスロットに割り当てることにより、レガシプロトコルモードを可能にするように構成される、モデム。
【請求項２５】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ネットワークは、ＭＵＤ対応モデムおよび非ＭＵＤ対応モデムの双方を有する伝搬経路を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、設定された減衰係数閾値に等しいか又はこれを上回る減衰係数に関連する各非ＭＵＤ対応ケーブルモデムを、１つ以上のＭＵＤ対応モデムを割り当てたものと同じタイムスロットおよび同じチャネルに割り当てるように構成される、モデム。
【請求項２６】
請求項２１記載のモデムであって、
前記制御プロセッサは、
双方向通信用に構成されると共に、前記制御プロセッサを前記データフォーマットモジュールにインタフェースするように構成されたデータフォーマットインタフェースモジュールと、
前記データフォーマットモジュールが動作可能な１つ以上のデータフォーマットモードの選択を許容するように構成されたデータフォーマット選択モジュールと、
を含む、モデム。
【請求項２７】
請求項２６記載のモデムであって、
前記データフォーマットインタフェースモジュールは、さらに、前記ケーブルモデムを対象としない複数の回復信号を除去するように構成される、モデム。
【請求項２８】
請求項２１記載のモデムであって、
前記制御プロセッサは、
前記複数の回復信号の信号レベルを検出するように構成されたデジタル信号レベル検出モジュールと、
前記ネットワークの他の複数のモデムに関連する複数の減衰係数を計算および格納するように構成された減衰プロフィールモジュールと、
を含む、モデム。
【請求項２９】
請求項２８記載のモデムであって、
前記減衰プロフィールモジュールは、さらに、前記ネットワーク内のどのモデムが前記信号を送信したかを決定するために、複数の実際のユーザ信号の複数の受信信号レベルを複数の既知の減衰係数と比較するように構成される、モデム。
【請求項３０】
請求項２１記載のモデムであって、
前記ケーブルモデムは、変調器を含み、
前記制御プロセッサは、さらに、
データと、前記既知の減衰特性に基づいた対応するタイムスロットおよびチャネル割り当てと、を前記変調器に提供するように構成されたチャネル割り当てモジュールを含む、モデム。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図４ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図４ｅ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００６−５１２０１１（Ｐ２００６−５１２０１１Ａ）
【公表日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６４６６２（Ｐ２００４−５６４６６２）
【出願日】平成１５年６月２日（２００３．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０１７４４９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６２１２４
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５０２３８７７０６）ビーエーイー・システムズ・インフォメーション・アンド・エレクトロニック・システムズ・インテグレーション・インコーポレーテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年６月２日（２００３．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０１７４４９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６２１２４
【国際公開日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（５０２３８７７０６）ビーエーイー・システムズ・インフォメーション・アンド・エレクトロニック・システムズ・インテグレーション・インコーポレーテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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