CN101146219A - 基于ofdm技术的有线电视网络宽带接入系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统，包括：CATV光接收机、电视机、基于OFDM技术的同轴电缆交换机、数据混合器、数据跳接器、CATV分配网、基于OFDM技术的数据终端；所述的基于OFDM技术的同轴电缆交换机包括：以太网光电转换器、OFDM调制解调模块、电源模块、以太网接口单元、以太网收发单元、CPU处理单元、射频收发单元、测试信号源、射频接口单元。本发明的具有以下优点：实现了电视信号与数据信号的共缆传输，OFDM调制技术的采用更加增强了系统的抗噪能力，使系统运行更稳定可靠，通过较小的投入使现有的有线电视网络得到的大幅的增值。
Description
技术领域
本发明涉及宽带网络领域，尤其是一种基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统。
背景技术
OFDM(正交频分复用)技术是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种，其主要思想是，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
有线电视系统(CATV)是指通过光缆或同轴电缆等有线传输介质为终端用户提供声音、图像、数据信号的系统。随着近年来有线电视用户的稳步增长，数字电视的稳步平移，互联网的高速发展，有线电视系统光缆占的比重越来越大；加之用户对宽带接入和视频点播的需求，国内部分地区也进行了通过有线电视网络为用户提供宽带接入和视频点播的尝试。当前大部分地区均采用CMTS的系统，该系统主要包括：电缆调制解调局端设备(CMTS)，正、反向光发射机，正、反向光接收机，电缆调制解调器(cable modem)等。电缆调制解调局端设备(CMTS)：一般部署在数据机房，将下行的信号进行调制，对接收的上行数据进行解调，另外它还对数据协议转换。正、反向光发射机：将数据和电视信号从电信号转换成光信号的装置，便于信号的远距离传输。正、反向光接收机：将光信号转换成电信号的装置，与光发射机的功能正好相反。电缆调制解调器(cable modem)：通过接收有线电视网络送过来的数据信号，并对其进行解调，以及将数据终端设备送过来的信号进行调制等功能，一般安装在用户家中。以上系统具有以下难以解决的问题：上行漏斗噪声问题对数据传输的影响非常大，CMTS本身覆盖的范围比较大，汇聚到前端机房的噪声也相应增大，当噪声电平比数据电平还大时，整个系统都将瘫痪；CMTS技术方案属于共享带宽的方式，用户数量少时，速度比较快，但随着用户数量的增加，带宽也相应减少，不利于长远的发展；该方案对现有的有线电视系统的改造范围非常大，对网络的要求非常高，所有的放大器都必须更换成双向放大器，增加反向光发射机、反向光接收机、双向滤波器等设备。
发明内容
本发明的目的就是将OFDM的调制技术应用在有线电视网络上，克服现有的有线电视宽带接入系统的缺点，提供一种基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统。
本发明的基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统包括：CATV光接收机，负责将CATV前端发射过来的光信号转换成电信号，并进行放大处理；电视机，作为有线电视的显示终端装置，负责接收CATV网络的信号，并将其转换成声音和图像信号；
所述系统还包括：
基于OFDM技术的同轴电缆交换机：将IP数据网送来的标准以太网数据信号使用OFDM的调制方式调制到CATV网络空闲的频段上，使数据信号与电视信号可以共缆传输，而不会相互干扰。
数据混合器：通过使用该装置可以将数据信号与电视信号混合到一起，通过一根同轴电缆送到CATV分配网上。
数据跳接器：基于大部分CATV网络采用的都是单向的电视信号放大器，无法为数据信号提供双向的通道，采用本装置的就可以解决上述问题。为数据在CATV网上的传输提供必要的通道。
CATV分配网：通过其将一路或几路电视信号和数据信号分成若干路送到用户家中，主要起到信号分配的作用。
基于OFDM技术的数据终端：负责接收同轴电缆交换机发送过来的数据信号，并将其提供给计算机处理，实现通过CATV网络上网的功能。
所述的基于OFDM技术的同轴电缆交换机包括：
以太网光电转换器：将数据前端送过来的光信号转换成标准的以太网电信号。
OFDM调制解调模块：OFDM是一种恶劣环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而本发明的OFDM技术采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。OFDM尽管还是一种频分复用(FDM)，但已完全不同于过去的FDM。OFDM的接收机，实际上是通过FFT实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，其他载波信号由于与所积分的信号正交，因此不会对信息的提取产生影响。OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱效率，为了提高频谱利用率，使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标，所以很多通信系统都倾向于选择BPSK或QPSK调制，以确保在信道最坏条件下的信噪比要求，但是这两种调制方式的频谱效率很低。OFDM技术使用了自适应调制，根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。比如线路较短时，信道条件一般会比较好，调制方式就可以由BPSK(频谱效率1bit/s/Hz)转化成16QAM-64QAM(频谱效率4～6bit/s/Hz)，整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。自适应调制技术能够提高整个系统吞吐量。该模块与以太网光电转换器的RJ45口相连，对数据进行OFDM的调制或解调，射频端口发送下行的数据信号与接收数据终端设备发过来的上行数据信号。
电源模块：将220V或60V的交流电压转换成12V、5V、3.3V三组直流电压，供给各电路单元使用。
以太网接口单元：提供以太网标准接口，传递符合802.3标准的以太网信号。
以太网收发单元：与以太网接口单元相连，共同实现以太网的物理层。
CPU处理单元：与以太网收发单元和射频收发单元相连，实现数据协议的转换功能与控制功能。以及协调数据终端设备采用何种方式进行调制解调。
射频收发单元：在CPU处理单元的协调下，使用OFDM的调制方式将下行的数据调制到2-30MHz的频带的空余信道上，并接收来自不同数据终端发来的使用OFDM调制方式调制的射频数据信号。并将其解调成基带的数据信号供CPU转换成802.3的标准以太网信号。
测试信号源：在24MHz的位置发送一个102dB的测试信号，以便在分配网上的任意一点测算出线路的损耗值。该信号与调制后的数据信号同时送入分配网。
射频接口单元：将调制的数据信号与24MHz测试信号源混合在一起，送到同轴电缆网络中。
所述的基于OFDM技术的数据终端设备包括：
OFDM调制解调模块：接收来在电缆分配网的OFDM调制的数据信号，并将其解调成基带数据信号，其RJ45接口与计算机的网卡向连。
电源模块：为电路提供直流电压。
双工滤波器：接在输入端，通过其将数据信号与电视信号分开，并将分开后的数据信号提供给OFDM调制解调模块进行处理。
本发明的基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统具有以下优点：
1、在现有的有线电视网络上没有增加新的光缆和同轴电缆，大大减少前期投入，实现了电视信号与数据信号的共缆传输。
2、通过一个光接点部署一台局端设备，缩小了覆盖范围，漏斗噪声也相应减少，OFDM调制技术的采用更加增强了系统的抗噪能力，使系统运行更稳定可靠。
3、一个光接点的带宽就相当于现有的CMTS系统总带宽的二倍，为以后的系统升级与视频点播业务的开展打下了良好的基础。
4、与双向数字机顶盒(STB)相连，即可实现点播信息的回传，实现VOD点播功能。
5、通过较小的投入使现有的有线电视网络得到的大幅的增值。
附图说明
图1为现有的有线电视宽带接入系统(CMTS)的基本组成；
图2为本发明的基于OFDM技术的有线电视宽带接入系统的结构图；
图3是基于OFDM技术的同轴电缆交换机方框图；
图4是基于OFDM技术的有线电视宽带接入系统下行数据处理流程图；
图5是基于OFDM技术的有线电视宽带接入系统上行数据处理流程图。
具体实施方式
一种基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统是通过使用OFDM技术在现有的有线电视网络上实现宽带接入、视频点播(VOD)等功能。
参阅图2所示的系统，该系统主要包括：
基于OFDM技术的同轴电缆交换机：将IP数据网送来的标准以太网数据信号使用OFDM的调制方式调制到CATV网络空闲的频段上，使数据信号与电视信号可以共缆传输，而不会相互干扰。
数据混合器：通过使用该装置可以将数据信号与电视信号混合到一起，通过一根同轴电缆送到CATV分配网上。
数据跳接器：基于大部分CATV网络采用的都是单向的电视信号放大器，无法为数据信号提供双向的通道，采用本装置的就可以解决上述问题。为数据在CATV网上的传输提供必要的通道。
基于OFDM技术的数据终端：负责接收同轴电缆交换机发送过来的数据信号，并将其提供给计算机处理，实现通过CATV网络上网的功能。
本发明的系统还包括：
CATV光接收机：将电视信号的光信号转换成高频电信号的处理装置，其输出的电视信号通过数据混合器与数据信号混合到一起，送到同轴电缆分配网络上去；
有线电视放大器：将经过线路和分支器衰减过的电视信号进行放大；
分支器、分配器：其通过同轴电缆与有线电视放大器或光接收机相连接，将一路电视信号和数据信号分成几路信号的装置。
参阅图3，所述的基于OFDM技术的同轴电缆交换机包括：
电源模块：将220V或60V的交流电压转换成12V、5V、3.3V三组直流电压，供给各电路单元使用。
以太网光电转换单元：将数据前端送来的光信号转换成标准的802.3的以太网信号，并将信号传递给以太网接口单元。
以太网接口单元：提供以太网标准接口，传递符合802.3标准的以太网信号。
以太网收发单元：与以太网接口单元相连，共同实现以太网的物理层。
CPU处理单元：与以太网收发单元和射频收发单元相连，实现数据协议的转换功能与控制功能。以及协调数据终端设备采用何种方式进行调制解调。
射频收发单元：在CPU处理单元的协调下，使用OFDM的调制方式将下行的数据调制到2-30MHz的频带的空余信道上，并接收来自不同数据终端发来的使用OFDM调制方式调制的射频数据信号。并将其解调成基带的数据信号供CPU转换成802.3的标准以太网信号。
测试信号源：在24MHz的位置发送一个102dB的测试信号，以便在分配网上的任意一点测算出线路的损耗值。该信号与调制后的数据信号同时送入分配网。
射频接口单元：将调制的数据信号与24MHz测试信号源混合在一起，送到同轴电缆网络中。
本发明的基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统数据处理流程如下：
参阅图4，下行数据(即从局端到用户端的方向)：从数据机房送过来的光信号在基于OFDM技术的同轴电缆交换机内转换成802.3标准的以太网电信号(步骤1)，然后将标准的以太网数据信号进行协议转换，并将转换后的数据信号调制在2-30MHz的下行信道内(步骤2)，通过数据混合器将调制的数据信号与CATV光接收机输出的49-860MHz的电视信号混合到一起送入电缆分配网络(步骤3)，信号送到用户端时，通过内置的数据分离器将电视信号与数据信号分开(步骤4)，单独的数据信号送入基于OFDM技术的数据终端盒内，对射频数据进行解调，然后通过CPU转换成标准的以太网数据信号(步骤5)，通过一条五类线将标准的以太网数据信号传输给计算机网卡或双向机顶盒的以太网口(步骤6)。
参阅图5，上行数据(即从用户端到局端的方向)：计算机网卡或双向机顶盒以太网口输出的标准以太网信号输出给基于OFDM技术的数据终端设备(步骤11)，在该设备内将数据进行协议转换，并将转换后的数据调制到2-30MHz范围内的指定的上行信道上(步骤12)，送入电缆分配网络，局端基于OFDM技术的同轴电缆交换机收到该信号后，将数据信号从混合的信号中分离出来，送入射频处理单元解调并进行协议转换(步骤13)，转换后的标准以太网数据信号送入光电转换单元，将电信号转换成光信号(步骤14)，将光信号通过光发射模块发射到前端数据机房(步骤15)。
Claims (3)
1.一种基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统，包括：CATV光接收机、电视机，其特征在于：所述系统还包括：
基于OFDM技术的同轴电缆交换机：将IP数据网送来的标准以太网数据信号使用OFDM的调制方式调制到CATV网络空闲的频段上，使数据信号与电视信号共缆传输，而不会相互干扰；
数据混合器：将数据信号与电视信号混合到一起，通过一根同轴电缆送到CATV分配网上；
数据跳接器：为数据信号提供双向的通道；
CATV分配网：通过其将一路或几路电视信号和数据信号分成若干路送到用户家中，起到信号分配的作用；
基于OFDM技术的数据终端：负责接收同轴电缆交换机发送过来的数据信号，并将其提供给计算机处理，实现通过CATV网络上网的功能。
2.如权利要求1所述的基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统，其特征在于：所述的基于OFDM技术的同轴电缆交换机包括：
以太网光电转换器：将数据前端送过来的光信号转换成标准的以太网电信号；
OFDM调制解调模块：该模块与以太网光电转换器的RJ45口相连，对数据进行OFDM的调制或解调，射频端口发送下行的数据信号与接收数据终端设备发过来的上行数据信号；
电源模块：将220V或60V的交流电压转换成12V、5V、3.3V三组直流电压，供给各电路单元使用；
以太网接口单元：提供以太网标准接口，传递符合802.3标准的以太网信号。
以太网收发单元：与以太网接口单元相连，共同实现以太网的物理层；
CPU处理单元：与以太网收发单元和射频收发单元相连，实现数据协议的转换功能与控制功能，以及协调数据终端设备采用何种方式进行调制解调；
射频收发单元：在CPU处理单元的协调下，使用OFDM的调制方式将下行的数据调制到2-30MHz的频带的空余信道上，并接收来自不同数据终端发来的使用OFDM调制方式调制的射频数据信号，并将其解调成基带的数据信号供CPU转换成802.3的标准以太网信号；
测试信号源：在24MHz的位置发送一个102dB的测试信号，以便在分配网上的任意一点测算出线路的损耗值，该信号与调制后的数据信号同时送入分配网；
射频接口单元：将调制的数据信号与24MHz测试信号源混合在一起，送到同轴电缆网络中。
3.如权利要求1所述的基于OFDM技术的有线电视网络宽带接入系统，其特征在于：所述的基于OFDM技术的数据终端设备包括：
OFDM调制解调模块：接收来在电缆分配网的OFDM调制的数据信号，并将其解调成基带数据信号，其RJ45接口与计算机的网卡向连；
电源模块：为电路提供直流电压；
双工滤波器：接在输入端，通过其将数据信号与电视信号分开，并将分开后的数据信号提供给OFDM调制解调模块进行处理。
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