ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СИГНАЛА В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ Российский патент 2012 года по МПК H04B3/46 

Настоящее изобретение относится к определению качества сигнала в кабельных сетях. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения качества сигнала в кабельной сети с помощью модели сети.

Хорошо известно, как определять параметры качества сигнала электрических или оптических сетей, включающих в себя кабельные сети, такие как CATV (кабельные телевизионные) сети. Параметрами или показателями, указывающими качество сигнала на принимающей стороне (типично, стороне абонента) сети, являются, например, соотношение сигнал-шум (SNR) и, в цифровых сетях, интенсивность ошибок по битам (BER). Определяя уровень шума (и/или другую характеристику) выходного сигнала, может быть получена индикация качества сигнала на принимающей стороне сети.

Кабельная сеть содержит кабели, усилители и другие компоненты. Кабели или провода относительно слабо влияют на качество сигнала, но они ослабляют высокочастотные компоненты. Усилители типично привносят шум. Следует понимать, что шум нескольких усилителей, размещенных последовательно, при использовании в типичных кабельных сетях аккумулируется и может влиять на фактический сигнал.

Вдобавок, усилители привносят ухудшение сигнала из-за нелинейностей. В идеальном случае, усилитель выводит входной сигнал s(t)_in, помноженный на коэффициент усиления

,

где усиление A является константой. На практике, однако, усилители не являются совершенно линейными, и выходной сигнал будет типично содержать более высокие мощности входного сигнала, включающие в себя квадратичные и кубические компоненты

В результате этой нелинейности так называемые взаимные модуляции частот входящего сигнала заставляют выходной сигнал содержать частотные компоненты, которые не присутствовали во входном сигнале. Эти нежелательные взаимные модуляции понижают качество сигнала и, следовательно, должны быть учтены при определении качества сигнала сети.

Однако традиционным способам типично не удается учитывать эти взаимные модуляции. Даже когда взаимные модуляции учтены, они типично концентрируются вместе, таким образом, не давая точно определить свои отдельные вклады в общий уровень качества сигнала.

Статья "Frequency Response of Nonlinear Networks using Curve Tracing Algorithm" A. Yoshida, Y. Yamagami & Y. Nishio, IEEE, май 2002 года, раскрывает способ вычисления характеристических кривых нелинейных схем. Хотя учитываются нелинейные воздействия, учитываются только фундаментальные частотные компоненты. Соответственно, рассматривается влияние взаимной модуляции только на одной частоте, делая известный способ неподходящим для определения эффектов взаимной модуляции частотных диапазонов. Кроме того, упомянутой статье предшествующего уровня техники недостает ссылки на кабельные сети.

Целью настоящего изобретения является преодоление этих и других проблем предшествующего уровня техники и предоставление способа и устройства для определения качества сигнала в кабельной сети, которые предоставляют более точные результаты.

Соответственно, настоящее изобретение предоставляет способ определения качества сигнала в сети, способ содержит этапы:

- предоставления модели сети, содержащей взаимные соединения, и, по меньшей мере, модели одного компонента,

- предоставления входного сигнала,

- определения выходного сигнала с помощью входного сигнала и модели сети, и

- определения показателя качества сигнала с помощью входного сигнала и выходного сигнала,

способ характеризуется тем, что

- модель сети является моделью кабельной сети, такой как кабельная телевизионная сеть,

- входной сигнал содержит множественные представления частотной области составляющих компонентов сигнала,

- выходной сигнал содержит представление частотной области выходного сигнала кабельной сети, и тем, что

- этап определения выходного сигнала подразумевает:

- использование модели сети, чтобы имитировать поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал,

- определение взаимных модуляций частотной области, производя свертки спектра составляющих компонентов сигнала, и

- использование взаимных модуляций частотной области в дополнение к выходному сигналу, чтобы получать показатель качества сигнала.

Используя входной сигнал, имеющий множественные составляющие компоненты сигнала, вклад каждого из этих компонентов во взаимные модуляции и, следовательно, в качество сигнала, может быть точно определен. Дополнительно имитируя поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал, имеющий множество составляющих компонентов сигнала, достигается очень реалистичный результат.

Определяя взаимные модуляции частотной области посредством выполнения свертки спектра составляющих компонентов сигнала, могут быть обработаны компоненты одночастотного сигнала и частотные компоненты, имеющие ненулевую полосу частот. Возможность определения взаимных модуляций компонентов сигнала или сигналов, имеющих ненулевые полосы частот, является значимым преимуществом над предшествующим уровнем техники.

Кроме того, за счет использования взаимных модуляций в частотной области, в дополнение к выходному сигналу, чтобы получать показатель качества сигнала, гарантируется, что показатель качества сигнала учитывает как требуемый выходной сигнал, так и взаимные модуляции. В результате, получается очень достоверный показатель качества сигнала, который может использоваться для широкого диапазона входных сигналов и широкого диапазона кабельных сетей.

Взаимные модуляции, получающиеся от составляющих компонентов сигнала, предпочтительно определяются отдельно посредством осуществления отдельных сверток и, как следствие, влияние взаимных модуляций на качество сигнала сети может быть определено очень точно.

Как указано выше, взаимные модуляции в частотной области определяются посредством осуществления сверток спектра составляющих компонентов сигнала. Однако на практике свертки требуют большой величины вычислительной мощности. Соответственно, предпочтительно, чтобы каждая свертка спектра составляющих компонентов сигнала осуществлялась посредством выполнения обратного преобразования Фурье, умножения во временной области и преобразования Фурье. Другими словами, хотя свертки в частотной области могут выполняться эффективно, эти свертки в сущности выполняются посредством умножений во временной области, что гораздо более эффективно, чем свертывание. Как хорошо известно, прямые и обратные (т.е. инверсные) преобразования Фурье могут выполняться очень эффективно с помощью FFT (быстрого преобразования Фурье).

Модель сети предпочтительно является моделью частотной области, имеющей компоненты, которые непосредственно воздействуют на спектр сигналов. Это имеет преимущество в том, что могут использоваться спецификации сигнала в частотной области. Так как сигналы, используемые в кабельных сетях, таких как CATV-сети, типично точно определены в частотной области, например, посредством установления их центральной частоты и их полосы частот, такие спецификации могут использоваться непосредственно, чтобы определять входной сигнал модели.

В предпочтительном варианте осуществления модель компонента содержит блок усиления, блок взвешивания и, по меньшей мере, один блок взаимной модуляции для определения вклада усиления компонента, вкладов частотных зависимостей и взаимной модуляции, соответственно. Такая модель компонента делает возможным точное моделирование характеристик компонента.

Дополнительно, предпочтительно, чтобы модель компонента содержала, по меньшей мере, два блока взаимной модуляции для определения взаимных модуляций второго порядка и третьего порядка, соответственно. Хотя могут использоваться модели компонентов, которые учитывают только взаимные модуляции второго порядка или третьего порядка, включение в них взаимных модуляций как второго порядка, так и третьего порядка значительно улучшает моделирование. Взаимные модуляции четвертого или более высокого порядка также могут быть смоделированы с помощью блоков взаимной модуляции более высокого порядка, но получающееся в результате повышение вычислительной сложности типично не перевешивается повышением точности модели.

Также предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одному блоку взаимной модуляции предшествовал блок первичного взвешивания для взвешивания входного сигнала перед определением взаимных модуляций, а за ним следовал блок вторичного взвешивания для взвешивания взаимных модуляций. Хотя возможно использовать только один блок взвешивания в каждой ветке, использование блока взвешивания до и после блока взаимной модуляции предоставляет более точную модель.

По меньшей мере, один блок взаимной модуляции предпочтительно содержит субблоки взаимных модуляций для определения взаимных модуляций составляющих компонентов сигнала.

Настоящее изобретение также предоставляет компьютерный программный продукт для выполнения способа, который определен выше. Компьютерный программный продукт может содержать набор компьютерных исполняемых инструкций, сохраненных на носителе данных, таком как CD или DVD.

Набор компьютерных исполняемых инструкций, которые позволяют программируемому компьютеру выполнять способ, определенный выше, могут также быть доступны для загрузки с удаленного сервера, например, через Интернет.

Настоящее изобретение дополнительно предоставляет устройство для определения качества сигнала в сети, устройство содержит:

- блок памяти для хранения модели сети, содержащей взаимные соединения, и, по меньшей мере, модели одного компонента,

- входной блок для обеспечения входного сигнала,

- блок обработки для определения выходного сигнала с помощью входного сигнала и модели сети, и

- блок качества сигнала для определения показателя качества сигнала с помощью входного сигнала и выходного сигнала,

устройство характеризуется тем, что

- модель сети, сохраненная в блоке памяти, является моделью кабельной сети, такой как кабельная телевизионная сеть,

- входной блок выполнен с возможностью приема входного сигнала, содержащего множественные представления в частотной области составляющих компонентов сигнала,

- блок обработки выполнен с возможностью определения выходного сигнала, содержащего представление частотной области выходного сигнала кабельной сети, и тем, что

- блок обработки дополнительно выполнен с возможностью определения выходного сигнала посредством:

- использования модели сети, чтобы имитировать поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал,

- определения взаимных модуляций в частотной области, осуществляя свертки спектра составляющих компонентов сигнала, и

- использования взаимных модуляций частотной области в дополнение к выходному сигналу, чтобы получать показатель качества сигнала.

Настоящее изобретение будет дополнительно объяснено ниже со ссылкой на примерные варианты осуществления, иллюстрированные на сопровождающих чертежах, на которых:

фиг.1 схематически показывает примерную модель сети, которая используется в настоящем изобретении;

фиг.2 схематически показывает модель компонента в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 схематически показывает первый блок взаимной модуляции в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 схематически показывает второй блок взаимной модуляции в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5 схематически показывает способ и устройство для определения качества сигнала в кабельной сети в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 схематически показывает способ и устройство для обновления модели сети в соответствии с настоящим изобретением.

Модель 1 сети, показанная только в качестве неограничивающего примера на фиг.1, содержит внутренние соединения 2, модели 3 компонентов, вход 4 и выходы 5. Модель 1 сети представляет фактическую кабельную сеть (не показана), которая состоит из трех взаимосвязанных усилителей и которая имеет один вход и два выхода.

Такие модели сети известны в данной области техники и позволяют кабельным операторам определять качество сигнала на выходах 5. Модели предоставляют показания вносимых шумов усилителей при присутствии входного сигнала в сети. Качество сигнала, определенное на выходах 5, указывает качество обслуживания, испытываемое абонентами.

Традиционные способы зачастую основаны на моделях частотно-независимого линейного усилителя и не способны учитывать частотно-зависимые свойства и полные влияния нелинейных свойств усилителей. Это, в особенности, становится проблемой, когда используются широкополосные и/или множественные входные сигналы, что является типичным случаем в современных кабельных сетях. Любые нелинейности усилителей будут давать в результате компоненты взаимной модуляции: это новые частотные компоненты, которые получаются в результате нелинейного усиления входных сигналов. Например, входные частоты f₁ и f₂ при использовании типичного усилителя создают дополнительные частоты f₁+f₂ и f₁-f₂. Эти дополнительные компоненты сигнала являются нежелательными и вносят свой вклад в общий уровень шума в выходном сигнале.

Однако традиционные модели сети типично предполагают, что усилители должны быть совершенно или почти линейными, и, таким образом, не способны учитывать весь дополнительный шум из-за взаимных модуляций. Это может давать в результате оценки шума, которые значительно ниже, чем фактический уровень шума. В результате, качество обслуживания, испытываемое абонентами, ниже, чем ожидается. Настоящее изобретение решает эту проблему, предоставляя улучшенную модель компонента.

Модель компонента согласно настоящему изобретению схематически иллюстрирована на фиг.2. Просто примерная модель 3 компонента содержит усилитель (G) или блок 31 линейного усиления, блоки 32 и 33 взаимной модуляции (IM) или нелинейного усиления, блоки 34, 35 и 36 первичного взвешивания (PW) и блоки 37 и 38 вторичного взвешивания (SW). Модель 3 компонента принимает входной сигнал IS и выводит выходной сигнал OS. По меньшей мере, один из сигналов IS и OS может быть идентичным с его соответствующим аналогом IS или OS на фиг.1, но это необязательно.

Блок 31 усиления (G) моделирует линейное усиление сетевого компонента, типично усилителя. Это усиление не зависит от частоты. Первый блок 34 первичного взвешивания (PWI) применяет взвешивание частотной области входного сигнала IS, подавляя некоторые частоты больше, чем другие частоты. Этот признак делает возможным моделирование частотно зависимых характеристик передачи сетевых компонентов и, следовательно, действительной сети. Как хорошо известно, в кабельных сетях затухание сигнала типично увеличивается с частотой.

Блок 32 взаимных модуляций (IM2) второго порядка определяет взаимные модуляции, получающиеся от членов второго порядка (т.е. квадратичных) в характеристиках усиления (или, в целом, характеристиках передачи) сетевого компонента. Блоку 32 взаимной модуляции второго порядка предшествует второй блок 35 первичного взвешивания (PW2), а за ним следует второй блок 37 вторичного взвешивания (SW2), которые обеспечивают частотно-зависимое взвешивание входного сигнала IS и взаимных модуляций второго порядка, соответственно. Блок 37 взвешивания выводит сигнал IMS2 взаимной модуляции второго порядка.

Только один блок взвешивания перед или после блока 32 взаимной модуляции может использоваться, чтобы обеспечить частотно-зависимое взвешивание. Однако, в соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы были предоставлены оба блока первичного и вторичного взвешивания. Таким образом, достигается лучшее взвешивание и более точное моделирование сетевого компонента.

Отметим, что в варианте осуществления на фиг.2, только один блок 34 взвешивания размещен последовательно с блоком 31 усиления, так как предоставление двух блоков взвешивания в линейной ветке модели компонента не принесет преимуществ. В этом варианте осуществления, следовательно, присутствует только (первый) блок 34 первичного взвешивания (PWI), блок вторичного взвешивания опускается. Будет понятно, что вместо блока 34 первичного взвешивания может присутствовать блок вторичного взвешивания.

Блок 33 взаимных модуляций (IM3) третьего порядка определяет взаимные модуляции, получающиеся из членов третьего порядка (т.е. кубических) в характеристиках усиления (или, в целом, характеристиках передачи) сетевого компонента. Блоку 33 взаимной модуляции третьего порядка предшествует третий блок 36 первичного взвешивания (PW3), а за ним следует третий блок 38 вторичного взвешивания (SW3), которые обеспечивают частотно-зависимое взвешивание входного сигнала IS и взаимных модуляций третьего порядка, соответственно. Блок 38 взвешивания выводит сигнал IMS3 взаимной модуляции третьего порядка.

Опять же, только один блок взвешивания до или после блока 33 взаимной модуляции может использоваться, чтобы обеспечить частотно-зависимое взвешивание, но в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно использовать оба блока взвешивания в ветке взаимных модуляций третьего порядка модели.

Блоки 32 и 33 взаимной модуляции теперь будут описаны более подробно со ссылкой на фиг.3 и 4. В соответствии с важным аспектом настоящего изобретения используемый входной сигнал (IS на фиг.1) содержит множественные составляющие компоненты, каждый составляющий компонент представляет класс сигнала. Например, входной сигнал может содержать два или более следующих компонента:

- PAL (построчное изменение фазы): телевизионные сигналы

- FM (частотная модуляция): радиосигналы

- QAM (квадратурная амплитудная модуляция): передача данных

- SPAL: (синхронизированный PAL): телевизионные сигналы

- OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов): передача данных

- Несущие: сигналы измерения и управления сетью.

Эти входные сигналы предоставлены в представлении области частот (т.е. спектральном). В примерах на фиг.3 и 4 показаны только два компонента P и Q входного сигнала, но на практике может использоваться более чем два компонента входного сигнала.

Блок 32 взаимной модуляции (второго порядка) на фиг.3 показан содержащим субблоки 321, 322 и 323 взаимных модуляций для определения взаимных модуляций составляющих компонентов сигнала. Первый субблок 321 принимает только компонент P сигнала и создает взаимную модуляцию компонента P с самим собой, условно записанную как x_P ², чтобы создать компонент PP взаимной модуляции. Подобным образом, третий субблок 323 принимает только компонент Q сигнала и создает взаимную модуляцию компонента Q с самим собой, условно записанную как x_Q ², чтобы создать компонент QQ взаимной модуляции.

Второй субблок 322, однако, принимает как компонент P сигнала, так и компонент Q сигнала, чтобы создать "правильную" взаимную модуляцию компонентов P и Q, условно записанную как x_P·x_Q, чтобы создать компонент PQ взаимной модуляции. Соответственно, взаимные модуляции составляющих компонентов сигнала определяются отдельно посредством субблоков. Посредством отдельного определения компонентов взаимной модуляции получается очень точное представление взаимной модуляции и, следовательно, очень точная оценка качества сигнала.

Так как входной сигнал (IS на фиг.1) предоставлен как спектр (представление частотной области), составляющие компоненты P и Q сигнала и компоненты PP, PQ и QQ взаимной модуляции являются представлениями частотной области сигнала.

Блок 33 взаимной модуляции (третьего порядка) на фиг.4 показан содержащим субблоки 331, 332, 333 и 334 взаимных модуляций для определения взаимных модуляций составляющих компонентов P и Q сигнала. Первый субблок 331 принимает только компонент P сигнала и создает взаимную модуляцию (третьего порядка) компонента P с самим собой, условно записанную как x_P ³, чтобы создать компонент PPP взаимной модуляции. Подобным образом, четвертый субблок 334 принимает только компонент Q сигнала и создает взаимную модуляцию компонента Q с самим собой, условно записанную как x_Q ³, чтобы создать компонент QQQ взаимной модуляции.

Второй субблок 332, однако, принимает и компонент P сигнала, и компонент Q сигнала, чтобы создать компонент PPQ взаимной модуляции. Похожим образом, третий субблок 333 создает компонент PQQ взаимной модуляции.

Можно увидеть, что блок 32 взаимной модуляции определяет отдельные компоненты PPP, PPQ, PQQ и QQQ взаимной модуляции из составляющих компонентов P и Q входного сигнала. Как упомянуто выше, компоненты P и Q сигнала являются сигналами частотной области или, более конкретно, представлениями частотной области временных сигналов. Произведения x_P ³, x_P ²·x_Q и т.д. являются произведениями во временной области, которые могут быть вычислены в частотной области с помощью требующей вычислений процедуры свертки. По этой причине блоки 32 и 33 предпочтительно содержат блок быстрого преобразования Фурье (FFT) для (обратного) преобразования компонентов P и Q частотной области сигнала во временную область и преобразования произведений x_P ³, x_P ²·x_Q временной области и т.д. обратно в частотную область, чтобы получать компоненты PP, ..., QQ или PPP, …, QQQ взаимной модуляции частотной области.

Отметим, что модель (1 на фиг.1) сети, модели (3 на фиг.2) компонентов, блоки 32 и 33 взаимной модуляции и их субблоки могут быть реализованы в аппаратных средствах или в программном обеспечении или в комбинации аппаратных средств и программного обеспечения. Программное обеспечение предпочтительно подходит для работы в традиционной компьютерной системе.

Определение качества сигнала в соответствии с настоящим изобретением иллюстрировано на фиг.5. Модель 1' сети представляет кабельную сеть, имеющую два блока усилителя. Соответствующие модели 3 компонентов, каждая, имеют три вывода, как на фиг.2, создающие выходной сигнал OS, сигнал IMS2 взаимной модуляции второго порядка и сигнал IMS3 взаимной модуляции третьего порядка, соответственно. Выходной сигнал модели 3 первого компонента подается в модель второго компонента для усиления, в то время как его сигналы взаимной модуляции подаются в блоки 302 и 303 регулировки усиления (G). Отрегулированные по усилению сигналы взаимной модуляции модели первого компонента добавляются к сигналам взаимной модуляции модели второго компонента в блоках 304 и 305 суммирования, соответственно, чтобы создать совокупные сигналы IMS2 и IMS3 взаимной модуляции.

Блоки 302 и 303 регулировки усиления показаны как отдельные блоки для регулировки усиления взаимных модуляций (G2) второго порядка и взаимных модуляций (G3) третьего порядка, соответственно. В других вариантах осуществления может использоваться один, объединенный блок регулировки усиления. Усиления блоков 302 и 303 регулировки усиления соответствуют соответствующим усилениям всех дополнительных компонентов (усилителей) в модели сети. В показанном примере блоки 302 и 303 регулировки усиления имеют усиления, равные усилению модели 3 второго усилителя. В дополнение к регулировке усиления блоки 302 и 303 предпочтительно также выполняют регулировку частоты, т.е. частотное взвешивание. Это взвешивание равно взвешиванию моделей всех дополнительных компонентов. Соответственно, в показанном варианте осуществления, взаимные модуляции взвешиваются по частоте (и регулируются по усилению), как будто они прошли через модель 3 второго компонента.

Выходной сигнал OS модели второго компонента, сигнал IMS2 взаимных модуляций второго порядка и сигнал IMS3 взаимных модуляций третьего порядка подаются отдельно в блок 309 качества сигнала (SQ), который создает, в показанном варианте осуществления, соотношение сигнал-шум (SNR) и коэффициент ошибок по битам (BER) сигналов.

Сигналы IMS2 и IMS3 взаимной модуляции, каждый, состоят из составляющих сигналов взаимной модуляции, например составляющих сигналов PPP, PPQ и т.д., на фиг.4. В блоке 309 качества сигнала составляющие сигналы добавляются отдельно. Т.е. PPP-вклады от обеих моделей 3 усилителя на фиг.5 добавляются, чтобы сформировать совокупный PPP-вклад, PPQ-вклады добавляются, чтобы сформировать совокупный PPQ-вклад и т.д. Затем вычисляются SNR и/или BER, с использованием совокупных вкладов, выходного сигнала OS и спецификаций входных сигналов (например, QAM, PAL и FM-сигналы), используемых, чтобы создавать входной сигнал IS. Эти спецификации (ISS) входного сигнала содержатся в сохраненном списке 9 спецификаций и могут включать в себя (несущие) частоты, уровни сигналов, полосы частот и другие параметры. Происхождение (в частотной области) входного сигнала IS из спецификаций ISS входного сигнала списка 9 будет позже объяснено со ссылкой на фиг.6.

В дополнение к влиянию взаимных модуляций на уровень качества сигнала может дополнительно использоваться моделирование шума. Может использоваться традиционное моделирование шума, предполагающее тепловой шум в качестве входных данных модели. Характеристики усилений и взвешивания моделей компонентов, необязательно включающие в себя какие-либо коэффициенты шума, представляющие шум, созданный компонентами, используются, чтобы определять выходной уровень шума, который содержится в выходном сигнале OS, подаваемом в блок 309 качества сигнала.

Обработка, иллюстрированная на фиг.5, предпочтительно выполняется в программном обеспечении, но может также быть реализована в аппаратных средствах.

Модели (3 на фиг.1, 2 и 5) компонентов содержат параметры, например параметры усиления и параметры взвешивания. Эти параметры могут быть определены с помощью схемы на фиг.6, которая может быть осуществлена в программном обеспечении и/или в аппаратных средствах.

Блок 3 модели компонента, который в показанном варианте осуществления моделирует усилитель, принимает параметры модели (номиналы). Эти параметры получаются в блоке 7 регулировки параметров (PA), как будет объяснено позже. Блок 3 модели компонента принимает (в частотной области) входной сигнал IS из блока 8 генератора (ISG) входного сигнала, который, в свою очередь, принимает спецификации (ISS) входного сигнала из сохраненного списка 9 спецификаций входного сигнала. Как упомянуто выше, спецификации входного сигнала могут содержать (несущие) частоты, полосу частот, уровни мощности и/или другие параметры. Входной сигнал, используемый моделью 3, может быть набором цифровых данных, представляющих физический входной сигнал, или может быть фактическим цифровым входным сигналом.

Блок 8 генератора (ISG) входного сигнала генерирует входной сигнал IS в частотной области с помощью спецификаций входного сигнала, таких как (центральная) частота, полоса частот, уровень мощности, (спектральная) зона действия и/или другие параметры. Генераторы сигнала, способные генерировать входной сигнал на основе этих и похожих параметров, известны в данной области техники.

Спецификации (ISS) входного сигнала также подаются в блок 8' генератора (ISG) второго входного сигнала, который генерирует физический (частотный) входной сигнал IS', который подается в действительный компонент (в настоящем примере - усилитель) 3'.

Блок 3 модели выводит составной выходной сигнал, содержащий основной выходной сигнал (OS) и сигналы IMS2 и IMS3 взаимной модуляции. Похожим образом, блок 3 компонента выводит составной выходной сигнал, содержащий основной выходной сигнал (OS') и сигналы IMS2' и IMS3' взаимной модуляции. Эти сигналы принимаются и сравниваются блоком 6 сравнения. Любое различие между вычисленными сигналами, созданными моделью 3, и измеренными сигналами, созданными действительным компонентом 3', дают в результате разностный сигнал DS, который подается в блок 7 регулировки параметров.

Блок 7 регулировки параметров определяет параметры модели компонента, в частности параметры взвешивания блоков (34-36 и 37-38 на фиг.2) взвешивания. Блоки взвешивания предпочтительно содержат полиномные функции взвешивания второго порядка (не нужно путать с взаимными модуляциями второго порядка), имеющие общую формулу

,

где W(f)_out является (в частотной области) выходным сигналом блока взвешивания, f - это частота, и где A, B и C являются параметрами взвешивания. Блок 7 регулировки параметров определяет эти параметры взвешивания, например, с помощью генетического алгоритма оптимизации, который может быть известен в данной области техники. Другие алгоритмы оптимизации, такие как алгоритмы решетчатого поиска, известные в данной области техники, могут также использоваться.

Отметим, что регулировка параметров взвешивания блоков взвешивания с помощью сравнительного анализа, как иллюстрировано на фиг.6, не является необходимой, и, следовательно, необязательна. Вместо этого, параметры взвешивания могут быть предварительно определены, таким образом, опуская оптимизацию с помощью сравнительного анализа.

Генетический алгоритм оптимизации может включать в себя этап определения первоначальных параметров и создание ряда родительских элементов, каждый из которых имеет генную структуру, соответствующую первоначальным параметрам. Родительские элементы затем ранжируются согласно критерию пригодности: создание наименьшего разностного сигнала DS. Наивысшие по рангу родительские элементы затем объединяются, чтобы сформировать один или более дочерних элементов. Подходящий дочерний элемент заменяет более низкие по рангу родительские элементы, чтобы сформировать новые родительские элементы. Процесс затем повторяется посредством объединения наивысших по рангу родительских элементов в попытке дополнительно оптимизировать параметры. Различные этапы в генетическом алгоритме могут повторяться до тех пор, пока не будут получены оптимальные параметры, создающие минимальный разностный сигнал.

Сравнительный анализ, как иллюстрировано на фиг.6, может необязательно также использоваться для настройки модели сети, т.е. регулировка параметров модели полной кабельной сети. В этом случае, модель 3 компонента заменяется моделью сети (1 и 1' на фиг.1 и 5, соответственно), в то время как действительный компонент 3' заменяется действительной сетью.

В частности, схема сравнительного анализа может использоваться, чтобы отрегулировать относительные вклады составляющих сигналов взаимной модуляции (компонентов взаимной модуляции), например, PP, PQ, ..., QQ и PPP, PPQ, …, QQQ. Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения добавление этих компонентов взаимной модуляции в блоки 304 и 305 суммирования, иллюстрированные на фиг.5, управляется параметрами. В случае взаимных модуляций второго и третьего порядка, могут использоваться два параметра A2 и A3 (и вспомогательные переменные k и n):

, с k=(30-A2)/10

, с n=(30-A3)/10

где значениями по умолчанию являются A2=10 (добавление мощности) и A3=20 (добавление амплитуды), давая в результате k=2 и n=1, соответственно, и где ∑ представляет суммирование всех доступных компонентов (в спектре мощности) для IMS2 и IMS3. После суммирования IMS2_TOTAL и IMS3_TOTAL представляют совокупный спектр мощности компонентов взаимной модуляции второго и третьего порядка, соответственно.

Однако предпочтительно регулировать дополнительные параметры суммирования взаимной модуляции с помощью сравнительного анализа, в таком случае значения A2 и A3 будут типично отклоняться от первоначальных значений 10 и 20, соответственно, чтобы получить более лучшее "соответствие" модели сети. Для процесса оптимизации может использоваться алгоритм решетчатого поиска, известный в данной области техники, так как такой алгоритм в настоящем случае является более эффективным, чем генетический алгоритм. Тем не менее вместо него могут использоваться другие алгоритмы оптимизации, включающие в себя генетические алгоритмы.

Устройство для определения качества сигнала в кабельной сети может содержать входной блок для ввода подходящих входных сигналов, блок памяти для хранения модели сети и ее параметров, блок обработки для обработки входных сигналов с помощью модели сети и блок качества сигнала для определения качества сигнала из входного сигнала, выходного сигнала и взаимных модуляций. Блок обработки, который может содержать микропроцессор, соединен с входным блоком , блоком памяти и блоком качества сигнала.

Хотя настоящее изобретение было обсуждено выше со ссылкой на кабельные сети, такие как CATV-сети, изобретение не ограничено таким образом и может также быть применено к другим электрическим или оптическим сетям, например широкополосным (Интернет) сетям. Кабельные сети могут включать в себя, но не только, коаксиальные сети, волоконные сети и гибридные волоконно-коаксиальные (HFC) сети.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что отдельное определение вкладов взаимной модуляции различных компонентов сигнала дает в результате лучшую оценку взаимных модуляций и общего уровня шума в сети. Настоящее изобретение извлекает выгоду из дополнительного понимания того, что частотное взвешивание усиленных сигналов и взаимных модуляций улучшает точность моделирования, и что генетический алгоритм может быть полезно использован, чтобы оптимизировать параметры модели сети, в частности параметры модели компонента, используемой для определения вкладов взаимной модуляции.

Следует отметить, что все термины, используемые в данном документе, не должны истолковываться таким образом, чтобы ограничивать область применения настоящего изобретения. В частности, слова "содержат(ит)" и "содержащий" не предназначены для того, чтобы исключать какие-либо элементы, не указанные конкретно. Одиночные (схемные) элементы могут быть заменены на множественные (схемные) элементы или их эквиваленты.

Специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, проиллюстрированными выше, и что множество модификаций и дополнений может выполняться без отступления от области применения изобретения, задаваемой прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к средствам определения качества сигнала в кабельных сетях. Техническим результатом является повышение точности определения качества сигнала. В способе: предоставляют модель сети, содержащую внутренние соединения, и модель одного компонента, предоставляют входной сигнал, определяют выходной сигнал с помощью входного сигнала и модели сети, и определяют показатель качества сигнала с помощью входного сигнала и выходного сигнала, где модель сети является моделью кабельной телевизионной сети, входной сигнал содержит множественные представления частотной области составляющих компонентов сигнала, выходной сигнал содержит представление частотной области выходного сигнала кабельной сети, и где этап определения выходного сигнала включает в себя этапы: используют модель сети, чтобы имитировать поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал, определяют взаимные модуляции частотной области, осуществляя свертки спектра составляющих компонентов сигнала, и используют взаимные модуляции частотной области в дополнение к выходному сигналу для получения показателя качества сигнала. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения качества сигнала в сети, причем способ содержит этапы, на которых:
предоставляют модель (1, 1') сети, содержащую внутренние соединения (2), и, по меньшей мере, модель (3) одного компонента,
предоставляют входной сигнал (IS),
определяют выходной сигнал (OS) с помощью входного сигнала и модели сети, и
определяют показатель (SNR; ВЕR) качества сигнала с помощью входного сигнала (IS) и выходного сигнала (OS), отличающийся тем, что
модель сети является моделью кабельной сети, такой как кабельная телевизионная сеть,
входной сигнал (IS) содержит множественные представления частотной области составляющих компонентов (Р, Q,…) сигнала,
выходной сигнал (OS) содержит представление частотной области выходного сигнала кабельной сети и тем, что
этап определения выходного сигнала (OS) включает в себя этапы, на которых:
используют модель (1, 1') сети, чтобы имитировать поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал (IS),
определяют взаимные модуляции (IМS2, IМS3) частотной области, осуществляя свертки спектра составляющих компонентов (Р, Q,…) сигнала, и
используют взаимные модуляции (IMS2, IMS3) частотной области в дополнение к выходному сигналу (OS), чтобы получать показатель (SNR; BER) качества сигнала.

2. Способ по п.1, в котором каждая свертка спектра составляющих компонентов (Р, Q…) сигнала осуществляется посредством выполнения обратного преобразования Фурье, умножения во временной области и преобразования Фурье.

3. Способ по п.1 или 2, в котором модель (1, 1') сети является моделью области частот.

4. Способ по п.1, в котором модель (3) компонента содержит блок (31) усиления, блоки (34, 35,…) взвешивания и, по меньшей мере, один блок (32) взаимной модуляции для определения вклада компонента в усиление, вкладов частотных зависимостей и взаимной модуляции соответственно.

5. Способ по п.1, в котором модель (3) компонента содержит два блока (32, 33) взаимной модуляции для определения взаимных модуляций второго порядка и третьего порядка, соответственно.

6. Способ по п.4 или 5, в котором, по меньшей мере, одному блоку (32, 33) взаимной модуляции предшествует блок (35, 36) первичного взвешивания для взвешивания входного сигнала перед определением взаимных модуляций, а за ним следует блок (37, 38) вторичного взвешивания для взвешивания взаимных модуляций.

7. Способ по п.4 или 5, в котором блоки (35, 36, 37, 38) взвешивания содержат функции взвешивания второго порядка.

8. Способ по п.4 или 5, в котором блоки (35, 36, 37, 38) взвешивания содержат параметры, определяемые генетическим алгоритмом.

9. Способ по любому из пп.1, 2, 4 или 5, в котором, по меньшей мере, один блок (32, 33) взаимной модуляции содержит субблоки (321, 322,…, 331, 332,…) взаимной модуляции для определения взаимных модуляций составляющих компонентов сигнала.

10. Способ по п.4 или 5, в котором блоки (32, 33) взаимной модуляции и/или субблоки (321, 322,…, 331, 332,…) взаимной модуляции выполнены с возможностью выполнения сверток спектра составляющих компонентов (Р, Q,…) сигнала.

11. Способ по любому из пп.1, 2, 4 или 5, в котором показателем качества сигнала является соотношение сигнал-шум (SNR) и/или коэффициент ошибок по битам (BER).

12. Способ по любому из пп.1, 2, 4 или 5, в котором каждый компонент (Р, Q,…) сигнала представляет класс входных сигналов.

13. Способ по любому из пп.1, 2, 4 или 5, содержащий этапы, на которых:
измеряют сигналы, созданные физическим компонентом, смоделированным посредством модели (3) компонента;
определяют разницу между вычисленными сигналами, созданными моделью (3) компонента, и измеренными сигналами;
регулируют параметры модели (3) компонента в зависимости от разности.

14. Носитель данных, содержащий сохраненные на нем инструкции, которые, когда выполняются на компьютере, предписывают компьютеру осуществлять способ по пп.1-13.

15. Устройство для определения качества сигнала в сети, содержащее:
блок памяти для хранения модели (1) сети, содержащей внутренние соединения (2), и, по меньшей мере, модель (3) одного компонента,
входной блок для обеспечения входного сигнала (IS),
блок обработки для определения выходного сигнала (OS) с помощью входного сигнала и модели сети, и
блок качества сигнала для определения показателя качества сигнала с помощью входного сигнала (IS) и выходного сигнала (OS), отличающееся тем, что
модель сети, сохраненная в блоке памяти, является моделью кабельной сети, такой как кабельная телевизионная сеть,
входной блок выполнен с возможностью приема входного сигнала (IS), содержащего множественные представления частотной области составляющих компонентов (Р, Q,…) сигнала,
блок обработки выполнен с возможностью определения выходного сигнала (OS), содержащего представление частотной области выходного сигнала кабельной сети и тем, что
блок обработки дополнительно выполнен с возможностью определения выходного сигнала (OS) посредством этапов, на которых:
используют модель (1, 1') сети, чтобы имитировать поведение кабельной сети в ответ на входной сигнал (IS),
определяют взаимные модуляции (IMS2, IMS3) частотной области, осуществляя свертки спектра составляющих компонентов (Р, Q,…) сигнала, и
используют взаимные модуляции (IMS2, IMS3) частотной области в дополнение к выходному сигналу (OS), чтобы получать показатель (SNR; BER) качества сигнала.

16. Устройство по п.15, в котором блок обработки дополнительно выполнен с возможностью осуществления каждой свертки спектра составляющих компонентов (Р, Q…) сигнала посредством выполнения обратного преобразования Фурье, умножения во временной области и преобразования Фурье.

17. Устройство по п.15 или 16, содержащее
вход для приема сигналов от физического компонента;
блок регулировки параметров, выполненный с возможностью регулировки параметров модели (3) компонента в зависимости от разности между вычисленными сигналами, созданными моделью (3), и измеренными сигналами со входа.