CN100539677C - 利用有线电视网进行远程双向通讯的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用有线电视网进行双向通讯的方法和装置，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括双向中继器、广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯。本发明解决了传输中信号衰减的问题，可用于远程的双向通讯，能满足实际宽带应用的要求。

Description

利用有线电视网进行远程双向通讯的方法和装置

技术领域

本发明属于数据通讯领域，更具体地，涉及一种利用现有的有线电视分配网络，进行远程双向通讯的方法和装置。

背景技术

近年来，家庭数据服务的需求增长十分迅猛，传统的有线电话网络已逐渐不能满足数据通讯的需求，重新架设新的电缆网络则成本又过于昂贵，人们一直在寻求一种更高效而廉价的解决方案。有线电视网是光纤和电缆的混合网络，其前段采用光纤，后段分配网络采用电缆，它已经过多年的建设，连接千家万户，用户资源、用户管理都已经相当成熟，是一个适用于进行数据传输的巨大资源。为将有线电视网用于数据通讯，人们已想过不少办法，如CMTS+Cable Modem系统，是美国现用的一套比较成熟的双向数据通信系统。它的工作原理是把数据信号调制在特定频道上，与有线电视的广播流共享线路，它与广播信号是相邻的关系，因此其理论上可用的带宽是从电视频道中“挤压”出来的，受较多限制。并且其上下行采取不同的频段，从而造成传输是不对称的，如美国现用的商用系统，上下行速率均已不能满足宽带数据通信的应用。这种系统的一个特点是局端设备放在光纤网络的头端，线路上需做双向化的改造，且扩容所需的成本很大。

申请人在此前曾经申请过一个关于利用现有的有线电视网络进行数据通信的专利，申请号为200610053043.1，该申请的方法包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯；

在下行方向，数据信号在位于分配网络节点的双向数据通讯设备中转换至前述未用的子频带上，然后和广播信号混合，混合信号通过有线电视分配网络，传输到位于用户终端的网络适配器。网络适配器自动确定用于数据转送的频道，再将所述混合信号分离成广播信号和数据信号，并将数据通信信号转换成数据包，发送到用户终端的数据处理设备；

在上行方向，用户终端的网络适配器利用前述的未用子频带将数据通信信号传送到位于分配网络节点的双向数据通讯设备，然后将这些数据包通过数据通讯装置发送到相应的网络设备目的地。

这种方法较好地利用了现有的网络资源，上下行数据信道是对称的，互不干扰，带宽宽，能满足宽带应用的要求。在一些实际有线电视网络中，由于其覆盖距离往往很远，为避免信号衰减，在建设网络时，通常在线路中已装设有放大器，用于增强广播信号。而这种放大器无法通过数据信号传输时所需要的双向信号，因此为实现全网络的远程通讯，在上述双向通讯的方法和装置的基础上作进一步的延伸。

发明内容

本发明的目的是提供一种可与放大器共存的，利用有线电视网进行远程双向通讯的方法。

本发明的另一目的是应用该方法，提供一种利用有线电视网进行远程双向通讯的装置。

为实现本发明的第一个目的，所采用的技术方案是这样的：利用有线电视网进行双向通讯的方法，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯；

在下行方向，数据信号在位于分配网络节点的双向数据通讯设备中转换至前述未用的子频带上，然后和广播信号混合，混合信号通过有线电视分配网络，传输到位于用户终端的网络适配器。网络适配器自动确定用于数据转送的频道，再将所述混合信号分离成广播信号和数据信号，并将数据通信信号转换成数据包，发送到用户终端的数据处理设备；

在上行方向，用户终端的网络适配器利用前述的未用子频带将数据通信信号传送到位于分配网络节点的双向数据通讯设备，然后将这些数据包通过数据通讯装置发送到相应的网络设备目的地；

其特征在于：在双向数据通讯设备和网络适配器之间安装有双向中继器，所述的双向中继器包括两个可调复用器和一个双向信号调节装置，两个可调复用器处于中继器的两端，分别与双向信号调节装置连接，并与网络上原有的放大器并接；混合信号到达中继器时，首先由前端的可调复用器将其分解为数据信号和广播信号，广播信号经原有的放大器放大后到达后端的可调复用器，数据信号经双向信号调节装置放大后到达后端的可调复用器，再与广播信号重新混合后继续传输。

进一步地，双向信号调节装置可以是由两个调制解调器和两个频率转换器构成，按可调复用器-频率转换器-调制解调器-调制解调器-频率转换器-可调复用器的位置关系实现电连接，并进行数据信号的传输；调制解调器同时向与其接近的频率转换器和可调复用器发送控制信号。

双向数据通讯设备可以安装在有线电视电缆分配网的任意节点上；一组双向数据通讯设备对应于多个安装在用户终端的网络适配器。

进一步地，网络适配器通过检测或消息机制确定数据通信的专用信道。在接收端，网络适配器将混合信号进行分离，从而产生有线电视广播信号和数据通信信号，并将数据通信信号转换成数据包。在发送端，网络适配器利用一个或多个数据信道进行上行数据传输。

在混合过程中，广播信号和数据信号分别经过不同设置的可调带通滤波器后被混合；在分离过程中，混合信号经过两个不同设置的可调带通滤波器后被分离成广播信号和数据信号；

带宽探测器通过对有线电视广播信号进行频率扫描、能量检测和门限确定的分析处理，如发现空白子带的带宽比数据信道及其两边保护带之和要宽，则选择该子频带用于传输混合信号。

用于数据传输信道的信息通过导频信道传送至网络接口适配器，其中，在导频信道中的导频信号使用扩频方式实施来传输，包括直接序列扩频或跳频扩频展布频谱，或通过在有线电视频谱之外设置的一个固定的导频信道来传输。

网络接口适配器自行检测数据传输信道，其中，双向数据通讯设备通过已定义好的数据信道来周期性地传输一个指示信号，以便网络适配器寻找数据信道和进行时间和频率同步；网络适配器通过改变可调复用器的频率来逐个检测可用子频带中的指示信号。

数据信号被转换至前述未用或指定的子频带上来传输，其中，频率合成器被调制解调器控制来产生某一特定频率；传输链路中有关功率大小的信息被反馈到调制解调器中，调制解调器则据此来调整其输出以使频率转换器的输出功率维持在某一范围；以及，时分双工开关由调制解调器控制。

中继器可用再生类型和重复类型。再生类型中继器把从双向数据通讯设备(或网络适配器)接收到的数据信号解码并形成数据包，向双向数据通讯设备(或网络适配器)回传应答信号，然后把数据包再转换成数据信号传输到指定的网络适配器(或双向数据通讯设备)。当该网络适配器(或双向数据通讯设备)正确收到数据包，它也会向中继器回传一个应答信号。重复类型中继器从双向数据通讯设备(或网络适配器)接收到的射频数据信号直接进行调节、补救、或修复(例如放大或滤波)，然后把调节好的射频数据信号传输出去。在射频数据信号的质量充分高的情况下，信号调节步骤可省去。

用于数据传输信道的信息通过导频信道由双向数据通讯设备传送至中继器，其中，在导频信道中的导频信号使用扩频方式实施来传输，包括直接序列扩频或跳频扩频展布频谱，或通过在有线电视频谱之外设置的一个固定的导频信道来传输。

中继器自行检测数据传输信道，其中，双向数据通讯设备通过已定义好的数据信道来周期性地传输一个指示信号，以便中继器寻找数据信道和进行时间和频率同步；中继器通过改变可调复用器的频率来逐个检测可用子频带中的指示信号。

在中继器与网络适配器或与下一个中继器之间的传输，所用的信道可以相同于用于所述中继器与双向数据通讯设备或与上一个中继器之间传输的信道，其中所述中继器会将从双向数据通讯设备或上一个中继器传来的用于数据传输信道的信息以相同、类似、或不同的方式直接(重复)或间接(再生)往网络适配器或与下一个中继器传。在中继器与网络适配器或与下一个中继器之间的传输，所用的信道也可以不相同于用于所述中继器与双向数据通讯设备或与上一个中继器之间传输的信道，其中所用的信道可从双向数据通讯设备或上一个中继器传来的用于数据传输信道的信息里得到指示、或由所述中继器自行确定数据频道、或已定义好的数据信道，并将要用于数据传输信道的信息以上述某一方式往网络适配器或与下一个中继器传。

在发送端，当有初始数据包要传时，双向数据通讯设备(或网络适配器)首先将其转换成传输数据包的格式，然后将所述传输数据包转换成射频数据信号传输。这一过程称为打包。在接受端，双向数据通讯设备(或网络适配器)首先射频数据信号转换为传输数据包，然后将所述传输数据包转换为初始数据包。这一过程称为拆包。

如果启用再生类型中继器，将利用网络数据包中继协议。该协议用于定义传输数据包的格式以及打包和拆包的具体过程。网络数据包中继协议将初始数据包作为传输数据包的承载数据，在插入传输数据包的包头和校验编码之后进行传输。或者，初始数据包首先经过压缩处理再作为传输数据包的承载数据进行传输。传输数据包的校验编码可以重用初始数据包的校验编码字段，但是校验编码值将从传输数据包头开始重新计算。再者，初始数据包首先被分割成多个数据单元，每个数据单元作为一个传输数据包的承载数据进行传输。在接受端，数据单元被重新组装成初始数据包。传输数据包的格式采用现有的工业标准，例如IP Tunnel封装方式或IEEE 802.11的WDS封装方式。传输数据包头包括发送网络设备地址字段、接收网络设备地址字段、数据包长度字段、数据优先级字段和分片指示字段等内容。网络设备地址字段用于标识某一双向数据通讯设备、中继器、或网络适配器。数据包长度字段用于指示传输数据包的长度。数据优先级字段表示初始数据包在有线电视网中传输的优先级。分片指示字段用于指示分片类型，如起始分片、中间分片或最后分片，以便接受端进行初始数据包组装。

为实现第二个发明目的，所采用的技术方案是这样的：利用有线电视网进行双向通讯的装置，包括有线电视分配网络，在有线电视网的分配网络节点上安装有双向数据通讯设备，它一方面和服务提供商的核心网络进行连接，另一方面通过同轴电缆或其他线路和有线电视分配网络进行连接，它至少包括一个调制解调器、一个带宽检测器、一个频率转换器和一个可调复用器，调制解调器连接到核心网络，并通过频率转换器与可调复用器连接，由此实现数据信号的双向传输；另一方面，带宽探测器检测有线电视分配网络的广播信号，同时和调制解调器连接，向其发送频道信息，调制解调器并与频率转换器和可调复用器相连，向它们发送控制信号；可调复用器同时接收来自有线电视分配网络的广播信号，并将其与来自频率转换器的数据信号混合；

在用户终端安装有网络适配器，它至少包括一个调制解调器、一个频率转换器和一个可调复用器，可调复用器接收来自网络的信号，一方面连接用户的电视终端，用于收看电视，另一方面通过频率转换器、调制解调器连接用户的数据设备，实现数据信号的双向传输；调制解调器同时与可调复用器连接，发送控制信号；

其特征在于：在双向数据通讯设备和网络适配器之间安装有双向中继器，所述的双向中继器包括两个可调复用器和一个双向信号调节装置，两个可调复用器处于中继器的两端，分别与双向信号调节装置连接，并与网络上原有的放大器并接；混合信号到达中继器时，首先由前端的可调复用器将其分解为数据信号和广播信号，广播信号经原有的放大器放大后到达后端的可调复用器，数据信号经双向信号调节装置放大后到达后端的可调复用器，再与广播信号重新混合后继续传输。

进一步地，双向信号调节装置可以是由两个调制解调器和两个频率转换器构成，按可调复用器-频率转换器-调制解调器-调制解调器-频率转换器-可调复用器的位置关系实现电连接，并进行数据信号的传输；调制解调器同时向与其接近的频率转换器和可调复用器发送控制信号。

中继器可用再生类型和重复类型。再生类型中继器包括至少两个调制解调器、两个频率转换器和两个可调复用器，实现数据信号的双向中继传输；其中调制解调器一方面通过频率转换器与可调复用器连接到网络，另一方面调制解调器通过某种连接(例如以太网)到另一个调制解调器。可调复用器接收来自网络的混合信号或传输到网络的混合信号，一方面连接广播信号放大器，另一方面通过频率转换器连接调制解调器。

重复类型中继器包括至少一个双向信号调节器和两个可调复用器，实现数据信号的双向中继传输；其中双向信号调节器的每一端各通过一个可调复用器连接到网络。

所述的可调复用器由至少两个可调带通滤波器组成，滤波器由调制解调器通过频率控制信号来控制，其中至少一个对有线电视信号开放而对射频数据信号封闭，至少一个对射频数据信号开放而对有线电视信号封闭。

所述的频率转换器至少由波滤器，放大器，混频器，复合交换器或复合滤波器，以及频率合成器组成，其中，频率合成器和时分双工开关由调制解调器控制；传输链路中输出功率大小由反馈线路被反馈到调制解调器中。

安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备包括多路以太网收发器、多组调制解调器、带宽检测器、频率转换器和可调复用器，每一组中的调制解调器分别和多路以太网收发器连接，进行双向数据通信，从而构成多路的混合/分离设备。

安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备也可以包括一个调制解调器、一个带宽检测器，一个频率转换器，一个分配器，和多个可调复用器，频率转换器通过分配器和多个可调复用器连接，扩展成多路设备。

本发明增加了双向信号调节装置，和原有的放大器配合使用，将广播信号和数据信号分离后分别放大，这样使得放大器不会对混合信号造成障碍；同时又解决了传输中信号衰减的问题，使本发明可用于远程的双向通讯，能实现发明目的。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是一个中继器的实施例。

图3是另一个中继器的实施例。

图4是一个传输中继示意图。

图5是一个传输数据包头示例。

具体实施方式

参见图1。本发明的双向数据通讯设备3安装在有线电视网的分配网络节点上，它一方面和有线电视网1进行连接，另一方面和服务供应网络2进行连接，服务供应网络2由网络管理服务器21，SNTP服务器22，FTP服务器23，Vod服务器24，Web服务器25，电邮服务器26，AAA服务器27等组成；有线电视网的信号和服务供应网络的数据信号在双向数据通讯设备处混合后，通过有线电视分配网络发送到用户家中，安装在用户家中的网络适配器4将混合信号分离成广播信号和数据信号，广播信号发送到电视机5，或经机顶盒51发送到电视机5，数据信号发送到电脑6。

参见图2。这是一个重复类型中继器，它由可调复用器74和双向信号调节器75组成。可调复用器将混合信号70分解为广播信号72和数据信号71，广播信号72经原有的放大器73放大，双向信号调节器75则将接收到的数据信号71直接进行调节、补救、或修复，然后把调节好的数据信号传输出去。当网络适配器向双向数据通讯设备送数据时，也可执行类似程序。在射频数据信号的质量充分高的情况下，双向信号调节器可省去、而用射频电缆直接把两个可调复用器连在一起。

参见图3。这是一个再生类型中继器，它由可调复用器74和双向信号调节器75组成，其中双向信号调节器75又包括两个频率转换器76和两个调制解调器77。可调复用器将混合信号70分解为广播信号72和数据信号71，广播信号72经原有的放大器73放大，数据信号71则由中继器中的调制解调器A进行解码并形成数据包，并通过以太网连接把数据包传递给中继器中的调制解调器B。调制解调器B再把数据包转换成数据信号通过可调复用器与广播信号再次混合，再传输到指定的网络适配器。当网络适配器正确收到数据包，它也会向中继器回传一个应答信号。当网络适配器向双向数据通讯设备送数据时，也可执行类似程序。

参见图4。双向数据通讯设备和网络适配器以网络数据包中继协议定义传输数据包的格式以及打包和拆包的具体过程。双向数据通讯设备和网络适配器以将初始数据包80作为传输数据包的承载数据，在插入传输数据包的包头和校验编码81之后进行传输。

参见图5。传输数据包头包括发送网络设备地址字段、接收网络设备地址字段、数据包长度字段、数据优先级字段和分片指示字段等内容。网络设备地址字段用于标识某一双向数据通讯设备、中继器、或网络适配器。数据包长度字段用于指示传输数据包的长度。数据优先级字段表示初始数据包在有线电视网中传输的优先级。分片指示字段用于指示分片类型，如起始分片、中间分片或最后分片，以便接受端进行初始数据包组装。

Claims (12)

1.利用有线电视网进行双向通讯的方法，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，双向数据通讯设备中还包括广播信号和数据信号的混合和分离模块，以及带宽探测器，带宽探测器通过对有线电视广播信号进行频率扫描、能量检测和门限确定的分析处理，如发现空白子带的带宽比数据信道及其两边保护带之和要宽，则选择该子频带用于传输混合信号；

在下行方向，数据信号在位于分配网络节点的双向数据通讯设备中转换至前述空白子带上，然后和广播信号混合，混合信号通过有线电视分配网络，传输到位于用户终端的网络适配器，网络适配器自动确定用于数据转送的频道，再将所述混合信号分离成广播信号和数据信号，并将数据信号转换成数据包，发送到用户终端的数据处理设备；

在上行方向，用户终端的网络适配器利用前述发现的带宽比数据信道及其两边保护带之和要宽的空白子带将数据通信信号传送到位于分配网络节点的双向数据通讯设备，然后将这些数据信号通过数据通讯装置发送到相应的网络设备目的地；

其特征在于：在双向数据通讯设备和网络适配器之间安装有双向中继器，所述的双向中继器包括两个可调复用器和一个双向信号调节装置，两个可调复用器处于中继器的两端，分别与双向信号调节装置连接，并与网络上原有的放大器并接；混合信号到达双向中继器时，首先由前端的可调复用器将其分解为数据信号和广播信号，广播信号经原有的放大器放大后到达后端的可调复用器，数据信号经双向信号调节装置放大后到达后端的可调复用器，再与广播信号重新混合后继续传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：双向中继器为再生类型双向中继器，把从双向数据通讯设备接收到的数据信号解码并形成数据包，向双向数据通讯设备回传应答信号，然后把数据包再转换成数据信号传输到指定的网络适配器；或把从网络适配器接收到的数据信号解码并形成数据包，向网络适配器回传应答信号，然后把数据包再转换成数据信号传输到指定的双向数据通讯设备。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：双向中继器为重复类型双向中继器，把从双向数据通讯设备或网络适配器接收到的数据信号直接进行调节，然后把调节好的数据信号传输出去。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：用于数据传输信道的信息通过导频信道传送至双向中继器或网络适配器，其中，在导频信道中的导频信号使用扩频方式实施来传输，包括直接序列扩频或跳频扩频展布频谱，或通过在有线电视频谱之外设置的一个固定的导频信道来传输。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：双向中继器自行检测数据传输信道，其中，双向数据通讯设备通过已定义好的数据信道来周期性地传输一个指示信号，以便双向中继器寻找数据信道和进行时间和频率同步；双向中继器通过改变可调复用器的频率来逐个检测前述空白子带中的指示信号。

6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在双向中继器与网络适配器或与下一个双向中继器之间的传输，所用的信道相同于用于所述双向中继器与双向数据通讯设备或与上一个双向中继器之间传输的信道，其中所述双向中继器会将从双向数据通讯设备或上一个双向中继器传来的用于数据传输信道的信息以相同的方式重复或再生往网络适配器或下一个双向中继器传。

7.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在双向中继器与网络适配器或与下一个双向中继器之间的传输，所用的信道不相同于用于所述双向中继器与双向数据通讯设备或与上一个双向中继器之间传输的信道，其中所用的信道从双向数据通讯设备或上一个双向中继器传来的用于数据传输信道的信息里得到指示、或由所述双向中继器自行确定数据频道，并将要用于数据传输信道的信息往网络适配器或下一个双向中继器传输。

8.利用有线电视网进行双向通讯的装置，包括有线电视分配网络，在有线电视网的分配网络节点上安装有双向数据通讯设备，它一方面和服务提供商的核心网络进行连接，另一方面通过同轴电缆和有线电视分配网络进行连接，它至少包括一个调制解调器、一个带宽检测器、一个频率转换器和一个可调复用器，调制解调器连接到核心网络，并通过频率转换器与可调复用器连接，由此实现数据信号的双向传输；另一方面，带宽探测器检测有线电视分配网络的广播信号，同时和调制解调器连接，向其发送频道信息，调制解调器并与频率转换器和可调复用器相连，向它们发送控制信号；可调复用器同时接收来自有线电视分配网络的广播信号，并将其与来自频率转换器的数据信号混合；

在用户终端安装有网络适配器，它至少包括一个调制解调器、一个频率转换器和一个可调复用器，可调复用器接收来自网络的信号，一方面连接用户的电视终端，用于收看电视，另一方面通过频率转换器和调制解调器连接用户的数据设备，实现数据信号的双向传输；调制解调器同时与可调复用器连接，发送控制信号；

其特征在于：在双向数据通讯设备和网络适配器之间安装有双向中继器，所述的双向中继器包括两个可调复用器和一个双向信号调节装置，两个可调复用器处于双向中继器的两端，分别与双向信号调节装置连接，并与网络上原有的放大器并接；混合信号到达双向中继器时，首先由前端的可调复用器将其分解为数据信号和广播信号，广播信号经原有的放大器放大后到达后端的可调复用器，数据信号经双向信号调节装置放大后到达后端的可调复用器，再与广播信号重新混合后继续传输。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的双向中继器为再生类型双向中继器，包括至少两个调制解调器、两个频率转换器和两个可调复用器，实现数据信号的双向中继传输；其中调制解调器一方面通过频率转换器与可调复用器连接到网络，另一方面调制解调器连接到另一个调制解调器；可调复用器接收来自网络的混合信号或向网络传输的混合信号，一方面连接广播信号放大器，另一方面通过频率转换器连接调制解调器。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述的可调复用器由至少两个可调带通滤波器组成，可调带通滤波器由调制解调器通过频率控制信号来控制，其中至少一个可调带通滤波器对有线电视信号开放而对射频数据信号封闭，至少一个可调带通滤波器对射频数据信号开放而对有线电视信号封闭。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述双向中继器中的频率转换器至少由波滤器，放大器，混频器，复合交换器或复合滤波器，时分双工开关以及频率合成器组成，其中，频率合成器和时分双工开关由调制解调器控制；传输链路中输出功率大小由反馈线路被反馈到调制解调器中。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于：安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备包括一个调制解调器、一个带宽检测器，一个频率转换器，一个分配器，和多个可调复用器，频率转换器通过分配器和多个可调复用器连接，扩展成多路设备。

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