CN101258711A - 结合宽带和遗传网络基础设施传输数据的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

数据分配装置包括至少一个遗传数据端口，其通过第一网络传输媒介与至少一个终端用户装置通信。该装置包括至少一个与第二网络传输媒介通信的宽带数据端口，至少一个发送和接收宽带数据信号的宽带收发器，以及至少一个发送和接收RF调制的数据信号的遗传收发器。该装置还包括至少一个转换器，用于：1)将RF调制的数据信号转换为数据包，2)将数据包转换为RF调制的数据信号。该数据装置使用数据交换机在数据端口间检查和发送数据包。该数据装置还使用至少一个结合器/分离器，用于：1)将第一频带内的第一RF调制的数据信号与第二频带内的第二RF调制的数据信号相结合。

Description

结合宽带和遗传网络基础设施传输数据的装置、系统和方法
技术领域
本发明一般涉及用于数据网络通信的系统、方法和装置。更特别地，在多种实施方式中，本发明涉及使用宽带和遗传(legacy)网络基础设施传输数据的装置和系统以及相关方法。
背景技术
多年来，包括声音、视频和其它信息的数据被转换为数字形式并通过数字网络从内容提供者传输至使用者或用户。声音、视频和其它数据的这种“数字转换”的最明显例子可以在万维网(WWW)或因特网中看到。随着数字内容变得越来越丰富和复杂，需要传输的数据量也从千字节增长到百万字节，甚至十亿字节。因此，需要极大地提高内容制作者和/或提供者与消费者和/或终端用户之间的数据访问速度。
当前，大部分企业和住宅使用本地电信供应商(也称为本地交换通信公司(LEC))或本地电缆网络供应商(也称为多系统经营者(MSO))提供的硬线连接。某些企业和住宅还通过直播卫星(DBS)接收视频和其它数据。
LEC主要使用电路交换网络以单线64kb/s、T-1线1.544Mb/s和T-3线44.736Mb/s的数据速率向用户提供声音和数据。
地区性贝尔运营公司(RBOC)已经在商业建筑和住宅直接地或相当接近地铺设了光纤电缆，以便提高速度并降低运营成本。该方案通常称为光纤到户(FTTP)。这些新的光纤系统往往是无源光网络(PON)，其中在终端和全部光纤终止的头端(head end)之间不具有有源装置。从汇聚点到终端的距离可为几万米。为了减少所需要光纤的总数，这些网络通常使用波分多路复用技术(WDM)，由多个终端分享一个“供给”光纤。
PON网络设计用于在汇聚点或头端和终端之间双向地传送声音、视频和其它数据业务。该网络通常设置用于非对称数据流，其中从汇聚点传输到终端(下行)的数据多于从终端传输到汇聚点(上行)的数据。终端用户的数据速度通常为下行5-30Mb/s和上行1-15Mb/s。
MOS通常利用光纤同轴电缆混合(HFC)设备向用户终端发送声音、视频和其它数据。该系统通过一个或多个几万米长的光纤电缆将数字化的声音、视频和其它数据传递到光纤节点(FN)。通常将数据转换为模拟RF或数字数据(如正交幅度调制(QAM)编码的数字数据)，并转发至商业和住宅建筑物。FN通常为大约500个终端提供服务，但该容量可从小于100变化到大于1000。将视频信号转换为模拟和数字RF，用于由有线电视或机顶盒接收。使用有线电缆数据服务接口规范(DOCSIS)，将声音和其它数据信号传输至电缆调制解调器，或从电缆调制解调器接收声音和其它数据信号。MSO通常在网络中以非对称方式传输数据。例如，DOCSIS数据速率通常在下行通信1-10Mb/s和上行通信0.25-2Mb/s的范围内。图1A为位于光纤节点下游的现有技术中的有线电视网络的一部分的概念框图。
DBS网络通常使用一个或多个地球同步卫星向小的碟形卫星天线接收器广播视频和一些其它数据。当DBS网络可双向传输数据时，其容量通常限制为下行小于1.5Mb/s以及上行小于0.5Mb/s。除了具有相对较慢的数据速率之外，由地球同步轨道往返时间导致的时延也是不可忽视的。由于存在这种时延，因此难以实现实时的游戏和电话通信。
在某些区域，到家庭和企业的物理链路主要是用于远程通信的双绞线和用于视频数据的同轴电缆。当前的LEC和MSO基础设施不具备满足结合了声音、视频和其它数据形式的多媒体数据服务所需的未来带宽要求的能力或容量。尽管某些电信供应商进行FTTP基础设施升级以解决数据带宽有限的问题，但是这种升级的费用高得难以接受。
因此，需要利用现有的电缆和/或电信基础设施，显著提高企业、住宅用户和/或终端使用者的数据速率和/或数据带宽。
发明内容
在多种实施方式中，本发明通过提供用于向终端用户装置传送数据的系统、方法和装置，利用宽带和现有网络基础设施或媒介的结合，为终端用户支持增强的数据吞吐量，解决了现有技术中的不足。
在某些实施方式中，通过结合遗传和宽带数据媒介，本发明例如能够使用现有的同轴电缆或双绞线和有效、稳健并可调整的带宽；能将干线和引入端带宽从100Mb/s扩展到超过10Gb/s；最低限度地干扰现有的MSO或LEC系统；能使用在现有的电缆网络(CATV设备)当前使用的带宽和频谱之外的带宽和频谱；能够相对于FTTP配置提供基于数据流或服务类型的服务质量(QoS)保证、高效的配置以及相对低价的选择方案。
遗传数据网络是这样一种数据网络，其包括标准基础设施组件，使用标准数据协议，且使用标准物理媒介。例如，MSO遗传数据网络通常包括具有区域电缆头端的HFC基础设施、一个或多个分布式网络集线器、多个FN、以及用于终端用户装置的多个本地同轴电缆抽头。分布式网络集线器可以包括电缆调制解调器终端系统(CMTS)。MSO遗传数据网络通常使用DOCSIS协议。MSO遗传网络使用FN上游的光纤电缆媒介和FN下游的同轴电缆媒介。遗传数据速率通常在下行通信1-10Mbps和上行通信0.25-2Mb/s的范围内。
公共开关电话网络(PSTN)使用到终端用户的遗传电路交换本地回路连接。为了提供某些数据服务，PSTN可以使用如DSL的遗传数据协议。遗传DSL数据速率大约是下行1.5-6.1Mbps和双向16-834Kbps。例如物理层的遗传物理传输媒介至少在本地回路通常是确定标准规格的双绞线。
宽带数据网络包括能够支持比现有的遗传网络具有相对更高的数据速率的链路。例如，如果同轴电缆上的标准的遗传数据速率是1-10Mbps，那么，能够以10Mbps以上的速率传输数据的数据网络就可以被视为宽带数据网络。如果在PSTN本地回路上的标准数据速率是834Kbps，那么，能够以834Kbps以上的速率传输数据的网络就是宽带数据网络。宽带传输媒介例如可以是光纤电缆。
宽带数据网络和遗传数据网络可以是组合数据网络的子网。例如，MSO可将宽带光学数据网络配置为现有的遗传同轴电缆数据网络上的逻辑的和/或物理的覆盖。
一方面，本发明包括能够实现增强到终端用户数据装置的数据吞吐量的某些方法和/或功能的装置或设备。另一方面，本发明使用一种系统和体系结构来管理多个这样的装置。该装置将光纤馈入数据信道作为输入，将这些数据信道交换至多个同轴电缆输出，同轴电缆输出将1GHz以下频谱内的遗传CATV信号和大于(＞)860MHz的频谱内的交换馈入数据结合到同轴电缆上。
在某些实施方式中，本发明利用光学干线光纤电缆线路的覆盖拓扑结构作为对标准CATV同轴电缆干线的补充，还提供了用于结合来自这两种电缆媒介的信号的机制，以使用将干线连接到用户驻地内的终端用户装置的现有同轴“引入(drop)”电缆。在另一种实施方式中，本发明提供了多个同轴电缆接入点(用户引入端)、可选的无线收发器、以及至少一个可选的直接以太网连接。引入电缆进入家庭或企业，然后遗传CATV数据信号从覆盖宽带(如光纤)数据信号中分离。CATV数据信号信道指向标准的遗传同轴电缆装置，例如但不限于机顶盒、电视、数码录像机(DVR)和线缆调制解调器。新添加的数据信道可指向相同的或分离的调制解调器，在该调制解调器中将数据信号转换为标准网络协议。不同于其它的遗传数据信号(如基于DOCSIS的数据信号)，这些数据信号可存在于标准的CATV带宽和/或频谱之外(之上)的现有同轴电缆的信道和/或频带中。
本发明的一个实施例包括具有两个双向光纤连接的数据分配装置、一个同轴电缆输入端、八个同轴电缆输出端、IEEE 802.11a/b/g或802.16无线网络天线连接以及RJ45连接器。数据分配装置包括多口交换机、两个光纤收发器、电源、用于将来自交换机的数据和RF调制的信号进行相互转换的调制解调器、用于将至少一个RF数据信号和遗传CATV信号相结合或从已结合的RF调制的数据信号中移除一个或多个RF数据信号的电子设备(如合成器/分离器)。数据分配装置可以包括执行一个或多个无线通信标准协议使其能够进行无线通信的电子设备、电路、软件、硬件和/或功能模块。数据分配装置可以包括CPU和用于进行装置监视和控制的软件。
在某些实施方式中，数据分配装置通过多个数据端口发送和接收数据。数据端口可以包括但不限于一个或多个遗传同轴电缆端口、一个或多个宽带光纤数据端口、一个或多个无线数据端口、以及一个或多个以太网数据端口。数据可以包括但不限于声音、视频、音频、数据流、数据包、电路交换、分组交换、面向连接和/或无连接数据。数据可以被封装在例如IP的协议中。
在一个实施方式中，数据端口包括两个光纤端口、八个同轴电缆端口、RJ45端口和无线数据端口。可由本地CPU至少部分基于从中心注册表或命令管理机构(如拓扑/策略服务器)获得部分信息，对数据端口进行配置。所有的数据端口可为启用的、禁用的和从中心注册表规定。可将来自任意端口的数据发送至内部分组交换机，然后内部分组交换机确定将数据包发送至何处。板载处理器可以在将数据包从交换机送至合适的数据端口之前检查数据包，并改变优先级或服务质量信息。
在另一种实施方式中，两个光纤数据端口形成了高速数据干线。这些宽带数据端口可以通过光纤电缆媒介连接至电路链中的其它数据分配装置，或连接至另一个高速网络或路由器。当两个宽带光纤端口相同并能够对称通信时，连接至上行方向的宽带端口可以认为是输入(或上行)宽带数据端口，另一个光纤端口可以认为是输出(或下行)宽带数据端口。可提供额外的光纤端口用于扩展、冗余或创建“网状”拓扑结构。此外，当宽带网络被配置为环形拓扑结构时，单一的宽带数据端口可既提供上行宽带数据通信又提供下行宽带数据通信。
在一个实施方式中，RJ45连接包括标准以太网数据端口，允许以太网自适应装置与数据分配装置相连接。假设启用该端口并规定其与相连的装置相互作用，数据分配装置则可以允许高速以太网连接。无线端口执行多种标准无线协议之一，例如包括但不限于IEEE802.11协议族。如果启用无线端口并规定其与用户相互作用，则数据分配装置可以为终端用户装置提供高速和/或宽带无线数据连接。
在另一种实施方式中，同轴电缆数据端口使用收发器以将数据插入RF调制的信号和从RF调制的信号中提取数据，该收发器包括传输信道调制器和接收信道解调器以及相关联的RF频率上变频器和下变频器。遗传同轴电缆端口也提供必要的放大器和滤波器电子设备，包括至少一个双工器，以将来自数据交换机的数据信号与遗传CATV信号相结合，并且将结合后的RF调制的信号从数据分配装置发送至端点和/或终端用户装置。
一方面，本发明包括一种数据分配装置，其具有：至少一个遗传数据端口，其通过第一网络传输媒介与至少一个终端用户装置通信；至少一个宽带数据端口，其与第二网络传输媒介通信；至少一个宽带收发器，其与至少一个宽带数据端口通信，用于发送和接收宽带数据信号；以及至少一个遗传收发器，其与至少一个遗传数据端口通信，用于发送和接收RF调制的数据信号。
数据分配装置还可包括至少一个转换器，其与至少一个遗传收发器通信。转换器可以配置为：1)将RF调制的数据信号转换为数据包，2)将数据包转换为RF调制的数据信号。数据分配装置可以包括数据交换机，其与至少一个转换器和至少一个宽带收发器通信，用于在数据端口间对数据包进行检查和路由。
数据分配装置可以包括至少一个组合器/分离器，其与至少一个遗传收发器通信。例如双工器的组合器/分离器可以配置为将在第一频带的第一RF调制的数据信号与在第二频带的第二RF调制的数据信号相结合，并且从包括第一和第二频带内的结合的RF调制的信号的单一RF调制的数据信号中提取第一和第二RF调制的数据信号中的至少之
另一方面，本发明包括具有多个前述数据分配装置的通信系统。该系统可以包括遗传数据网络、与遗传数据网络通信的多个终端用户装置、以及宽带数据网络。多个数据分配装置可与遗传数据网络和宽带数据网络通信，以允许从服务供应商到终端用户的增强的数据通信。
另一方面，本发明包括在多个网络上传输数据的方法。该方法包括通过第一网络向数据分配装置发送第一遗传数据信号，通过第二网络向数据分配装置发送第一宽带数据信号，在数据分配装置处接收遗传数据信号和宽带数据信号，确定遗传数据信号和宽带数据信号的计划目的地，然后通过第一和第二网络中的至少之一将上述数据信号中的至少之一从数据分配装置发送到至少一个目的地装置。
附图说明
通过参考附图进行的如下的示例性描述，将更全面地理解本发明的上述和其他特征与优势，附图中用相同的标号表示相似的元件，这些元件可为不按比例的。
图1A为现有技术中光纤节点下游的有线电视网络的一部分的概念框图；
图1B为根据本发明示例性实施方式的、光纤节点下游的有线电视网络的一部分的概念框图，该网络中包括如光学抽头的数据分配装置；
图2为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的概念框图；
图3为根据本发明示例性实施方式的、示出了在遗传有线电视频带和添加的数字数据频带的RF频谱内的位置的示意图；
图4为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置概念框图，其能发送和接收图3所示的频带A-D和遗传有线电视频带内的RF调制的数据信号；
图5为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的另一概念框图，其包括结合器/分离器、遗传电缆收发器和转换器元件；
图6为根据本发明示例性实施方式的、示出了多种包数据流的数据分配装置的概念框图；
图7为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的宽带光纤数据端口的概念框图；
图8为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的无线数据端口的概念框图；
图9为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的以太网数据端口的概念框图；
图10为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的透视图。
具体实施方式
在多种实施方式中，本发明提供了用于向终端用户装置传输数据的系统、方法和装置，其中使用宽带和遗传网络基础设施和/或媒介的结合，以支持到终端用户的增强的数据吞吐量。
在某些实施方式中，本发明包括数据分配装置，该装置包含能使高速的和/或宽带的光纤数据业务与普通的和/或遗传的有线电视数据业务合并的特征和电子设备。数据分配装置增强了服务供应商数据网络的体系结构，使服务供应商能够在网络管理环境中提供合并的视频、声音和其它的数据服务，同时保留现有的有线电视(CATV)服务和基础设施。
在一个实施方式中，本发明有利地使用光纤媒介向包括数据分配装置的终端用户抽头提供节省资源的、并行且资源共享的光纤干线。除了使用宽带光纤数据连接，数据分配装置还使用MSO头端现有的遗传同轴电缆连接中的现有的遗传带宽。与点对点光纤拓扑结构相比，这种配置降低了数据分布服务的整体复杂度。光纤电缆媒介和/或网络沿着现有的同轴电缆媒介和/或网络部属在其旁边。
图1B为根据本发明示例性实施方式的、位于光纤节点102下游的有线电视网络100的一部分的概念框图，其中包括例如光学抽头的数据分配装置104。网络100包括多个RF放大器106和多个终端用户装置108。网络100还包括宽带光纤电缆链路112、同轴电缆链路114、遗传有线电视抽头118和无线天线120。数据链路112可包括光纤电缆媒介和/或光纤物理层组件。根据一个实施方式，因为光纤链路112相对于遗传同轴电缆数据链路114具有相对高的数据速率，所以相对于同轴电缆数据链路114来说，光纤链路112为宽带数据链路。在某些实施方式中，因为数据链路114使用标准的工业定义的同轴电缆媒介和/或同轴电缆物理层组件，所以即使这些数据链路114可支持非标准的和标准频谱之外的数据通信频带，其也仍为遗传数据链路。
在一个实施方式中，宽带数据链路112的汇聚形成了包括光纤电缆和其它物理层组件的宽带数据网络。在一个实施方式中，遗传同轴电缆数据链路114的汇聚形成了遗传数据网络。在某些实施方式中，每个数据分配装置104都可作为交换机、网桥、路由器和/或宽带和遗传数据网络之间的其它接口中的任意之一或其组合。
在图1B所示的示例性实施方式中，每个数据分配装置104都包括以菊花链(daisy chain)的方式通过装置104的两个宽带光学数据干线，且每个数据分配装置104都可起到网络数据交换机的作用。通过每个连接的数据分配装置104，为终端用户装置108部属和管理服务。每个数据分配装置104与用户驻地数据调制解调器(如终端用户装置108)通信并协同工作。在一个实施方式中，数据分配装置104支持多种数据管理协议和数据格式。数据分配装置104可使用包括MPLS、IP、以太网和SNMP的机制，以及安全的工业接受的数据和控制层协议。
通过使用数据分配装置104，保留了现有的电缆基础设施，包括干线电缆、放大器和用户引入端同轴电缆端口。使用数据分配装置104能够升级到具有更高的数据吞吐量的高级服务，例如以递增的方式(即，每次一个终端用户抽头)实现。因此，用共享光纤沿着现有电缆干线的路径覆盖该干线，能使宽带性能传播到某些终端用户装置108，而允许其它终端用户装置108利用现有的遗传基础设施。
通过使用已经路由到用户驻地的现有CATV同轴电缆引入端或遗传端口，数据分配装置104有利地允许向终端用户提供更高带宽服务，而不需要升级到某种终端用户基础设施和/或装置108。现有电缆服务不会受到影响，并可在服务供应商的控制下，由每个数据分配装置104插入和提取新的高速数据服务。
在某些实施方式中，数据分配装置104通过支持网状光纤基础设施，可扩充现有的遗传有线电视(CATV)网络的树形-分支结构。例如，每个数据分配装置104可以包括正交的光纤端口和/或与其它数据分配装置104互连的光纤端口。正交的光纤端口可为这样一种光纤端口，其允许数据分配装置104与属于树形-分支网络中另一个分支的数据分配装置104互连、或与串联链和/或链路中除该数据分配装置104的前一个或后一个数据分配装置104之外的数据分配装置104互连。
在一个实施方式中，多个数据分配装置104通过光纤电缆媒介或网络互连，以提供冗余的和/或网状的拓扑结构。因此，如果一个数据分配装置104发生故障，则可通过替代的数据分配装置104将宽带光缆数据业务发送至任意的下游的数据分配装置104。在另一个实施方式中，数据分配装置104可以包括单一的宽带光缆端口，并可通过以环形拓扑配置的光缆媒介或网络与一个或多个其它的数据分配装置104互连。在某些实施方式中，数据分配装置104可以包括无线连接120，以与无线架构相连。这样的连接可以允许在无线的、宽带的和遗传的数据网络之间进行资源共享。
图2为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置104的概念框图。数据分配装置104包括光纤接口(2-1，2-2)、分组交换机(2-3)、处理器(2-4)、随机存储器(2-5)、快闪只读存储器(2-6)、无线接口(2-7)、无线天线(2-8)、数据包信道(2-9)、数字分组IF(2-10)、RF调制解调器和/或收发器(2-11)、结合器/分离器(2-12)、同轴电缆引入端口(2-13)、RF电缆接口(2-14)、RF同轴电缆连接器(2-15)以及RJ-45连接器(2-16)。
在图2的示例性实施方式中，数据分配装置104将CATV频谱上的数字数据信道的功能组合与CATV一起集成到用户引入端中。因此，用多个内置引入端接口类型覆盖多个数据分配装置光纤干线CATV，这些接口类型允许光纤干线作为用于DSL、以太网、无线和IP用户业务的主要的数字数据传输装置。假定所述业务可包括但不限于用于终端用户的数字视频、声音和数据业务及服务。
在某些实施方式中，数据分配装置104与光纤电缆和/或光学接口上的媒介112相连接。假定光纤电缆和/或光学接口上的媒介112为工业上标准的光纤元件，其将光纤信号转换为连续的数字数据流。该数据则通过嵌入式的CPU(2-4)和包数据交换机(2-3)进行转发和管理。
数据交换机(2-3)可部分基于包的优先级和服务确定质量中的至少之一对数据包进行检查和路由。数据包的检查和路由可至少部分基于IEEE802.1p、IEEE802.1q和MPLS标准中的一个。
在一个实施方式中，数据分配装置104的光纤接口(2-1，2-2)和相关联的数据协议可使用工业标准包协议、同步以及数据管理对大约100Mbit到10Gbit的数据流进行处理。可从用户引入端端口电子设备转发数据，和/或将数据转发至用户引入端端口电子设备。在一个实施方式中，可以沿着光纤链将数据转发至用于其它用户的其它光学元件(2-1，2-2)。
如图1所示，光纤(FO)电缆可以在物理上部属在同轴电缆附近。然而，FO电缆可在沿着干线的任意点进入网络，也可在用于树形-分支网络拓扑或网状网络拓扑的多个点进入网络。
图3示出了根据本发明示例性实施方式，当数字数据和CATV在用户RF同轴电缆引入端相结合时，遗传有线电视频带和添加的数字数据频带内RF频谱的位置。
用户同轴电缆引入端包括遗传RF CATV信号以及插入的高速和/或宽带数据RF信道。在一个实施方式中，提供至少一个数据信道用于结合的(半双工)发送和接收数据，或提供两个数据信道用于分别的(全双工)发送和接收数据。在其它实施方式中，可以实现多个数据信道和扩展的端口。
在某些实施方式中，数据分配装置104使用CATV与频带外数据信道和/或所使用的CATV频带上的频谱的结合。可将多个信道用于上行(发送)和/或下行(接收)数据传输。图3提供了用户引入端RF信号的示例性频谱特征，其中将常规的CATV频谱分配和分离为上行(3-1)和下行(3-2)。图3示出了至少一个示例性实施方式，其中在908MHz到2.4GHz之间的频谱上分配了四个信道。信道的数量及其频率可以随着所采用的特定实行方式而变化。在某些实施方式中，根据遗传CATV上行和下行干线使用的频率频带，数据分配装置104可在略大于750MHz、略大于870MHz或略大于1GHz处包括额外的数据频带和/或信道。
图4为根据本发明示例性实施方式的、能够在图3所示的频带A-D和遗传有线电视频带内发送和接收RF调制的数据信号的数据分配装置104的概念图。在本示例性实施方式中，数据分配装置104包括CATV上行干线和/或连接(4-1)、电源滤波器(4-2)、双工滤波器(4-3)、CATV下行和/或电缆用户干线(4-4)、结合器/分离器(4-5)、信道A滤波器(4-6)、信道B滤波器(4-7)、可选信道C滤波器(4-8)以及可选信道D滤波器(4-9)。
数据分配装置104可使用用于CATV的单一接入点(4-1，5-1)允许CATV信号和设备电源的进/出。接入点可以利用标准同轴电缆(COAX)接口“F类”连接。该连接可以通过到主COAX干线上的无源带(passive tape)的点连接来完成。CATV信号可在交流低通功率滤波点(4-2，5-2)从功率中分离。可将功率信号转发至数据分配装置104的功率整流器，而使CATV信号信道指向终端用户端口和相关联的滤波器。
在某些实施方式中，对于每个用户，可在用户引入点(2-13，4-4，5-5)实现混合数据CATV路径(例如，在多个频带上的多媒体)。此外，数据专用路径也可用于用户引入端、以太网无线(2-7，2-8)和RJ45端口(2-16)。将带通双工滤波器和信道滤波器与分离器/结合器电路一起使用，数据分配装置104可以将标准和/或遗传或第一频带中的CATV信号与在第二频带中的数据传输信号相结合。遗传或第一频带可位于等于或小于大约1000MHz的范围内，1000MHz为通常的标准CATV视频范围。第二频带可位于大于第一频带的范围内。此外，数据分配装置104还可以包括在额外频带内的额外数据信号。额外频带可以位于大于大约750MHz的范围内，但该范围与第二频带所在的范围和/或频带互不相同。数据分配装置104可在半双工和冲突检测模式中的至少之一下进行通信。在这种情况下，第一和第二频带可基本相同和/或重叠，但在时间上相分离，例如时分多路复用。
图4显示了在输入电缆CATV RF信号和功率输入端口(4-1，5-1)时的示例性的滤波器拓扑结构。可用功率滤波器(4-2)对信号进行过滤，以去除50/60Hz的交流功率分量。然后可将该功率分量转送到装置104中的功率整流器。然后，则可将从5MHz到860MHz或1GHz的RF信号(未经滤波器修改)传送至双工滤波器(4-3)。在某些实施方式中，双工滤波器允许信号无修改地通过用户引入端(4-4)。双工器可为复合滤波器，其能使向用户端口传送的和/或来自用户端口的两个相分离的频带(频率范围)互不干扰。在这种情况下，所述频带可为CATV频带(5MHz-870MHz)和第二数据频带(908MHz-2.4GHz)。
通过使用对独立的发送和接收信道的信号进行合并和/或分离的多信道分离器/结合器(4-5)，可将数据频带信号传送至双工器和/或从双工器接收数据频带信号。这些信道指向窄带频率可调滤波器(4-6，4-7)，那么，可将其指向其各自的接收(4-6)和/或发送路径(4-7)，或从其各自的接收(4-6)和/或发送路径(4-7)获得这些信道。数据分配装置104可利用接收和发送滤波器(4-8，4-9)可选地使用额外的数据信道。在某些实施方式中，分离器可在具有最小损耗的同时有效地对在第一频带中的遗传CATV信号和在第二频带中的信号进行划分和/或合并，而不进行滤波。
图5为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置104的另一概念框图，其包括结合器/分离器、遗传电缆收发器和转换器元件。
图5从图4的电子设备(5-1至5-6)开始，将来自RF部分和接收滤波器(4-6，5-6)的接收数据信号送到调谐器阶段(5-7)。在一个实施方式中，调谐器检测正确的输入频率和功率，并且从RF载波频率中分离出信号的中频(IF)。然后，可将IF信号传送到接收解调器(5-8)，其将信号分离为构成相位和幅度的分量。
数据分配装置104可以使用转换器元件和/或包括一个或多个发送/接收先入先出器、扰码器/解扰器和调帧器电路的数据包接口(5-9，5-10，5-11，5-16，5-17，5-18)，以将RF调制的信号和数据包相互转换。然后可在帧恢复(5-9)电子设备中处理这些分量，帧恢复(5-9)电子设备进一步将这些分量处理为同步、分帧和数据子集。数据分配装置104可从信号中去除分帧和同步数据，并将得到的数据转发到数据恢复(5-10)电子设备，数据恢复(5-10)电子设备将数据流解码为可用的数据和包。然后，可将这些包转发到先入先出器(5-11)。先入先出器可用于在传输层定时器和包处理层定时器之间将数据同步。之后，通过先入先出器将数据移动到分组交换机，用于到装置中其它端口中一个或多个的传输层处理。
在某些实施方式中，传输路径可为接收路径的镜像。可从分组交换机中移动数据，分组交换机精确地确定哪个包将从其它端口转发至这个引入端。数据可以进入发送先入先出器(5-18)，在先入先出器中将数据与发送路径电子设备的时钟和定时器同步。然后，将数据转发到“扰码器”(5-17)，该扰码器处理并重新映射数据位，以使用于RF传输的位转换达到最佳。随后，可将扰码后的数据转发到RF调帧器(5-16)，其在数据包中添加RF传输标志和同步信息。之后，可将调帧后的数据转发到调制装置(5-14)，其将有序帧和数据映射到RF信号分量(相位和幅度)。可将信号作为IF信号转发，然后可将其添加作为用于传输的高频载波的分量(5-13)。可在传输滤波器(5-12)中去除信号中的噪声。然后可将信号转发到结合器/分离器(5-4)，在结合器/分离器(5-4)中将信号合并并将其转发到双工器(5-3)及传输引入电缆(5-5)上。
接收解调器(5-8)可将QPSK、QAM的形式和相似的调制结构的RF调制的信号解调。传输调制器(5-15)可基于QPSK、QAM和相似的调制的信号结构，将来自转换器和/或数字分组接口的数字数据调制为RF调制的信号。放大器上变换器(5-13)和VCXO(5-14)可将RF调制的信号传送到传输滤波器(5-12)。
在某些实施方式中，装置104上可具有可用的RJ45端口，以支持10/100/1000BaseT引入端。这些端口可以通过由IEEE 802.11x规范定义的标准协议媒介接入层(MAC)和物理层(PHY)电子设备，直接连接到分组交换机。
在其它实施方式中，数据分配装置104可以包括可用的无线端口。这些端口支持任何的标准无线技术，如802.X无线标准等，但并不限于此。其它无线技术可以包括如CDMA、GSM和CDPD等的蜂窝/PCS无线标准、无线电寻呼机标准、公共广域网标准，如篮牙的个人局域网、以及其它类似的无线技术。这些端口可嵌入在装置104中，并直接或间接地连接到分组交换机。
回到图2，数据分配装置104的示例性硬件架构可包括两个主要的数字控制模块：嵌入式服务微控制器(2-4)和分组交换电子设备(2-3)。
在某些实施方式中，嵌入式服务微控制器和/或处理器(2-4)包括软件和/或固件，其可用于控制本地环境和/或用于对装置104的内部电子设备进行诊断和管理。微控制器可以通过干线或/和非常安全的用户引入端与系统管理员通信。管理员能够诊断、提供、监控和管辖控制接口的全部端口。微控制器可以包括用于适当的操作和储存的RAM(2-5)和ROM(2-6)。
在某些实施方式中，由于全部包数据都可通过分组交换电子设备(2-3)。因此，在该部分具有大量可能的端口接口可以利用。任何端口都可以作为主干或引入端口。每个端口都可作为装置104的“上电”端口。干线端口可用较少的控制和调节允许全部的包业务通过。
引入端口可为作为终端用户或网络边界和/或接口被明确规定和控制的端口。主要的陆地干线可为光纤端口，其可配置为上行的、下行的或网状的端口。上行端口可定义为到头端数字网络的连接。下行端口可定义为扩展网络边界或用户连通性的端口。网状端口可为根据网络拓扑结构提供上行和下行功能的冗余路径。全部的业务管理可限于分组交换电子设备的能力。在某些实施方式中，实际的管理通信可限于第二层或第三层的通信。
图6为根据本发明示例性实施方式的、示出了多种包数据流的数据分配装置104的概念框图。在示例性的原理图中，示出了n个同轴端口和多于两个的光纤端口。在某些实施方式中，可在引入端电子设备中对来自分组交换机的用户数据进行重新格式化、调制和/或解调。
在一个实施方式中，全部干线数据可通过光纤FO端口(6-1，6-6)进入装置104。如果希望减少干线业务，则可使本地业务在用户端口(6-3，6-4，6-5)之间流动。可使用分组交换机对全部业务进行缓冲和交换。分组交换机和相关联的微控制器(2-4)可以维护和控制用户和干线之间的全部数据包流。在某些实施方式中，CATV RF可仅对COAX端口上的用户有用。
图7为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的宽带光纤数据端口的概念框图。如图7所示，光纤端口可通过光纤收发器和物理层接口与数据分配装置104的分组交换机相连。
图8为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的无线数据端口的概念框图。如图8所示，无线数据端口可通过光纤收发器和物理层接口(如PCI总线接口)与数据分配装置104的分组交换机相连。
图9为根据本发明示例性实施方式的数据分配装置的以太网数据端口的概念框图。如图9所示，以太网RJ45数据端口可通过物理层接口与数据分配装置104的分组交换机相连。
图10为根据本发明示例性实施方式的，数据分配装置104的透视图。
在一个实施方式中，使用多个数据分配装置104实现在多个网络上传输数据的方法。该方法可包括：通过第一网络114将第一遗传数据信号发送到数据分配装置104；通过第二网络114将第一宽带数据信号发送到数据分配装置104；在数据分配装置104接收遗传数据信号和宽带数据信号；确定遗传和宽带数据信号的计划目的地；然后通过第一和第二网络中的至少之一，从数据分配装置104将数据信号中的至少之一发送到至少一个目的地装置108。
目的地装置可为数据分配装置104、交换机、路由器、转发器、或终端用户装置108中的至少之一。在某些实施方式中，该方法可包括将第一宽带数据信号交换并转换为至少第二遗传数据信号。该方法可包括通过第一网络114将第一频带内的第一遗传数据信号和第二频带内的第二遗传数据信号发送到目的地装置。该方法可包括将第一遗传数据信号转换并交换为至少第二宽带数据信号。该方法可包括通过第二数据网络112将第一宽带数据信号从数据分配装置104发送到目的地装置(例如，另一个数据分配装置104)，以及通过第一数据网络114将第一遗传数据信号发送到目的地装置。
在另一个实施方式中，通信系统100可以包括多个数据分配装置104。系统100可以包括遗传数据网络114、与遗传数据网络114通信的多个终端用户装置108、以及宽带数据网络112。多个数据分配装置104可与遗传和宽带数据网络通信，以允许从服务供应商到终端用户装置108的增强的数据通信。
每个数据分配装置104可包括与数据交换机通信的处理器，其配置以确定至少一个数据包到至少一个数据端口的分配。每个装置104可包括与数据交换机和至少一个无线数据端口通信的至少一个无线收发器，用于发送和接收无线数据信号。
至少一个终端用户装置108可配置以通过无线数据端口120与至少一个数据分配装置104交换无线数据。至少一个终端用户装置108可配置以通过至少一个遗传数据端口与至少一个数据分配装置104交换RF调制的数据信号。至少一个数据分配装置104可配置以通过至少一个其它遗传数据端口与至少一个其它数据分配装置104交换RF调制的数据信号。
多个数据分配装置104中的至少一部分可通过一个或多个数据端口以串联配置相互连接。多个数据分配装置104中的至少一部分可通过一个或多个数据端口以网状配置相互连接。RF调制的数据信号可包括模拟数据信号和数字数据信号中的至少之一。第一频带可以位于大于大约750MHz、870MHz、或1000MHz的范围内。第二频带可位于大于大约750MHz、870MHz、或1000MHz的范围内。第二频带可以位于不同于第一频带的范围内。
至少一个数据分配装置104的结合器/分离器可配置以将第三RF调制的数据信号与第一和第二RF调制的数据信号相结合。第三RF调制的数据信号可位于第三频带内。第三频带可位于等于或小于大约1000MHz的范围内。
遗传数据网络可以包括同轴电缆网络。遗传数据网络可包括PSTN的至少一部分。PSTN的该部分可支持和/或允许包括DSL、ADSL、VDSL、或VDSL2中至少之一的数据传输协议。宽带数据网络可包括光纤物理媒介112。

Claims (42)

1.数据分配装置，包括：
至少一个遗传数据端口，其通过第一网络传输媒介与至少一个终端用户装置通信；
至少一个宽带数据端口，其与第二网络传输媒介通信；
至少一个宽带收发器，其与所述至少一个宽带数据端口通信，用于发送和接收宽带数据信号；
至少一个遗传收发器，其与所述至少一个遗传数据端口通信，用于发送和接收RF调制的数据信号；
至少一个转换器，其与所述至少一个遗传收发器通信，用于：1)将RF调制的数据信号转换为数据包，2)将数据包转换为RF调制的数据信号；
数据交换机，其与所述至少一个转换器和所述至少一个宽带收发器通信，用于在数据端口间检查和路由数据包；以及
至少一个结合器/分离器，其与所述至少一个遗传收发器通信，用于：1)将第一频带内的第一RF调制的数据信号与第二频带内的第二RF调制的数据信号相结合，2)从包括所述第一和第二频带内的结合的RF调制的数据信号的单个RF调制的数据信号中提取所述第一和第二RF调制的数据信号中的至少之一。
2.如权利要求1所述的装置，包括：
处理器，其与所述数据交换机通信，并配置以确定至少一个数据包到至少一个数据端口的分配。
3.如权利要求1所述的装置，包括：
至少一个无线收发器，其与所述数据交换机和至少一个无线数据端口通信，用于发送和接收无线数据信号。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述RF调制的数据信号包括模拟数据信号和数字数据信号中的至少之一。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述第一频带位于大于大约750MHz的范围内。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第二频带位于大于大约750MHz的范围内，并且所述第二频带位于不同于所述第一频带的范围内。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述结合器/分离器配置以将第三RF调制的数据信号与所述第一和第二RF调制的数据信号相结合，所述第三RF调制的数据信号在第三频带内。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述第三频带位于等于或小于大约1000MHz的范围内。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述数据交换机配置以通过所述至少一个宽带数据端口，将未指定给所述至少一个遗传数据端口中的任意一个的一个或多个数据包发送到另一个数据分配装置。
10.如权利要求1所述的装置，其中对所述数据包的检查和路由包括包优先级和服务质量确定中的至少之一。
11.如权利要求1所述的装置，其中对所述数据包的检查和路由至少部分基于IEEE802.1p、IEEE802.1q和MPLS标准中之一。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述装置以半双工和冲突检测模式中的至少之一通信。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述第一和第二频带基本相同和/或相互重叠。
14.如权利要求1所述的装置，包括一个或多个附加的以太网数据端口。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器配置以与远程服务器通信，用于确定到至少一个数据端口的数据分配。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述处理器配置以：1)存储本地配置信息，2)监控并存储内部操作信息，以及3)向所述远程服务器报告操作信息。
17.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个遗传数据端口包括同轴电缆端口。
18.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个遗传数据端口包括数字用户线数据端口。
19.如权利要求1所述的装置，其中所述宽带数据端口包括光纤数据端口。
20.通信系统，包括：
遗传数据网络；
多个终端用户装置，其与所述遗传数据网络通信；
宽带数据网络；及
多个数据分配装置，其与所述遗传数据网络和所述宽带数据网络通信，所述多个数据分配装置中的每个包括：
至少一个遗传数据端口，其与至少一个终端用户装置通信；
至少一个宽带数据端口；
至少一个宽带收发器，其与所述至少一个宽带数据端口通信，
用于发送和接收宽带数据信号；
至少一个遗传收发器，其与所述至少一个遗传数据端口通信，用于发送和接收RF调制的数据信号；
至少一个转换器，其与所述至少一个遗传收发器通信，用于：1)将RF调制的数据信号转换为数据包，2)将数据包转换为RF调制的数据信号；
数据交换机，其与所述至少一个转换器和所述至少一个宽带收发器通信，用于在数据端口间检查和路由数据包；以及
至少一个结合器/分离器，其与所述至少一个遗传收发器通信，用于：1)将第一频带内的第一RF调制的数据信号与第二频带内的第二RF调制的数据信号相结合，2)从包括所述第一和第二频带内的结合的RF调制的数据信号的单个RF调制的数据信号中提取所述第一和第二RF调制的数据信号中的至少之一。
21.如权利要求20所述的系统，其中每个装置都包括与所述数据交换机通信的处理器，所述处理器配置以确定至少一个数据包到至少一个数据端口的分配。
22.如权利要求20所述的系统，其中每个装置都包括至少一个无线收发器，其与所述数据交换机和至少一个无线数据端口通信，用于发送和接收无线数据信号。
23.如权利要求22所述的系统，包括：
至少一个终端用户装置，配置为通过所述无线数据端口与至少一个数据分配装置交换无线数据。
24.如权利要求20所述的系统，其中至少一个终端用户装置配置以通过至少一个遗传数据端口与至少一个数据分配装置交换RF调制的数据信号。
25.如权利要求20所述的系统，其中至少一个数据分配装置配置以通过至少一个其它遗传数据端口与至少一个其它数据分配装置交换RF调制的数据信号。
26.如权利要求20所述的系统，其中所述多个数据分配装置中的至少一部分通过一个或多个数据端口以串联配置的方式相互连接。
27.如权利要求20所述的系统，其中所述多个数据分配装置中的至少一部分通过一个或多个数据端口以网状配置的方式相互连接。
28.如权利要求20所述的系统，其中所述RF调制的数据信号包括模拟数据信号和数字数据信号中的至少之一。
29.如权利要求20所述的系统，其中所述第一频带位于大于大约750MHz的范围内。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述第二频带位于大于大约750MHz的范围内，并且所述第二频带位于不同于所述第一频带的范围内。
31.如权利要求20所述的系统，其中至少一个数据分配装置的所述结合器/分离器配置以将第三RF调制的数据信号与所述第一和第二RF调制的数据信号相结合，所述第三RF调制的数据信号在第三频带内。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述第三频带位于等于或小于大约1000MHz的范围内。
33.如权利要求20所述的系统，其中所述遗传数据端口包括同轴电缆端口。
34.如权利要求20所述的系统，其中所述遗传数据端口包括PSTN的至少一部分。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述PSTN的所述至少一部分支持包括DSL、ADSL、VDSL和VDSL2中的至少之一的数据传输协议。
36.如权利要求20所述的系统，其中所述宽带数据网络包括光纤物理媒介。
37.在多个网络上传输数据的方法，包括：
通过第一网络向数据分配装置发送第一遗传数据信号；
通过第二网络向数据分配装置发送第一宽带数据信号；
在所述数据分配装置处接收所述遗传数据信号和所述宽带数据信号；
确定所述遗传数据信号和所述宽带数据信号的计划目的地；及
通过所述第一和第二网络中的至少之一，将所述数据信号中的至少之一从所述数据分配装置发送至少一个目的地装置。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述目的地装置是数据分配装置、交换机、路由器、转发器、和终端用户装置中的至少之一。
39.如权利要求37所述的方法，包括：
将所述第一宽带数据信号交换和转换为至少第二遗传数据信号。
40.如权利要求39所述的方法，包括：
通过所述第一网络将第一频带内的所述第一遗传数据信号和第二频带内的所述第二遗传数据信号发送到所述目的地装置。
41.如权利要求37所述的方法，包括：
将所述第一遗传数据信号转换和交换为至少第二宽带数据信号。
42.如权利要求38所述的方法，包括：
通过所述第二数据网络将所述第一宽带数据信号从所述数据分配装置发送到所述目的地装置，以及通过所述第一数据网络将所述第一遗传数据信号从所述数据分配装置发送到所述目的地装置。
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