[发明专利]带有双重自动衰减的电缆调制解调器

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统和衰减管理。更具体地，本发明涉及用于自动控制电缆调制解调器衰减的增强协议和算法。

背景技术

随着技术不断发展且电子设备变得更加先进，一个持续困扰系统设计人员的问题是电缆跨度上存在的不可避免的信号损耗，这种功率损耗称为衰减。对所有电缆（例如同轴电缆，它是一种向电缆调制解调器提供信号的电缆）来说，衰减是一个很重要的指标，会影响到上游和下游电子电路的信号传播。对于排布了数千英里的电缆来向用户提供服务的电缆和电信产业来说，这是一个很大的问题。同轴电缆的基本功能是充当将来自信号源的RF（射频）信号传送到接收方（例如从电缆厂房到终端用户）的管道。在完美世界中，用于离开同轴电缆的功率量应当与进入同轴电缆的功率量相等。然而在现实世界中，情况却并非如此，在沿着RF电缆长度的方向上有可能会损耗一些电力，由此导致到达用户的功率少于初始进入RF电缆的功率。电缆和电信公司通常会采用多种策略来处理这个问题。这些策略可以包括：在线路上放置放大器和使用损耗较低的电缆。众所周知，衰减取决于电缆类型而变化，并且通常直接关联于特定电缆的长度。不幸的是，由于损耗较低的电缆往往较为昂贵，因此，电缆和电信公司并不愿意使用此类电缆。表1提供了一个概述，并且比较了不同的同轴电缆信号损耗。

表1

衰减是依照指定频率上的每单位长度的分贝值定义的（电缆越长则损耗越大），其中损耗也是依赖于频率的，通常会随着频率而增大。但是，其它因素也有可能会影响电缆的衰减值。例如，在1GHz的频率上，通常显现出10dB损耗的RF电缆在被物理弯曲时的损耗有可能增大1dB或更多。包括温度和天气在内的其它因素也有可能影响到损耗。通常，75Ω的同轴电缆几乎专门用于TV和VHF FM应用。但对商业、业余以及CB应用来说，50Ω的同轴电缆业已作为标准而被采纳。

导致上述功率损耗的原因有很多。功率损耗的第一个原因是辐射损耗。由于大多数的电缆通常都只会辐射极微量的功率，因此，辐射损耗通常是最不重要的原因。然而，非常廉价的同轴电缆有可能具有非常糟糕的外包编网，在这种情况下，辐射损耗有可能呈现成一个值得注意的损耗因素。如以下段落描述的，大多数的损耗可以归因于同轴电缆内部的电阻和介电损耗。

第二个损耗原因是同轴电缆内部的电阻损耗。电阻损耗起因于导体的基本电阻（例如电缆内部的铜线），流经导体的电流会导致热量的耗散。电流流经导体的实际区域受皮肤效应的限制，并且这种皮肤效应会随着频率的提升而逐渐变得更为明显。由于多股导体与实心导体相比具有较低的电阻，因此，通过使用多股导体，可以减小电阻导致的功率损耗。为了减小同轴电缆中的功率损耗等级，必须增大导体面积，由此导致损耗较低的同轴电缆要大于（并且重于）损耗较高的电缆。电阻损耗还有可能随着频率的平方根而增加，这意味着电阻损耗通常会在频率较低时占据主导。

关于损耗的第三个原因在于介电损耗。介电损耗代表了大多数同轴电缆中的主要损耗。与电阻损耗一样，作为介电损耗的功率损耗是作为热量散失的。介电损耗通常与RF电缆尺寸无关，但会随着频率线性增长。因此，在电阻损耗随着频率平方根增长的情况下，介电损耗是线性增长的，由此导致介电损耗在较高频率上占据主导。

为了应对这种功率损耗，电缆和/或电信公司通常会在整个电缆网络（“电缆厂房”）中安装间隔开的功率放大器。在安装电缆厂房的时候会对这种放大器进行调节，并且在每次向或从电缆厂房中安装或移除附加分接头的时候会再次调节放大器。此外，电缆安装方通常会为每一个电缆线股（“热”电缆）在某种程度上过度供电，以便确保每一个分接头上具有足够的信号强度。在每一个分接头上，功率通常会衰减到恰当等级，以免损坏下游电路。这种衰减是通过在每个分接头上安装物理衰减器和/或盘绕额外长度的电缆直到实现正确的功率等级来完成的。由于每当通过电缆厂房传播的功率发生变化的时候都必须改变衰减器和/或重新盘绕电缆，因此，这种策略是存在问题的。