CN101815046A - 实现数据信号在射频设备中传输的系统 - Google Patents

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徐罕聪
缪瀛
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Abstract

本发明公开了一种实现网络数据信号在射频设备中传输的系统,包括:供电模块,用于供给系统正常工作时所需电压;在上部链路上,头端网络数据信号调制/解调模块,用于将数据信号调制为下行射频电信号,以及将接收到的上行射频电信号解调为数据信号;上下行信号分离模块,用于分离同一线缆上的上下行射频电信号;电光转换模块,用于将下行射频电信号转换成光信号在光纤中传输,及把上行光信号转换成射频电信号;在下部链路上,光电转换模块,用于将光纤中传输的下行光信号转换为射频电信号,及把上行射频电信号转换成光信号;上下行信号合并模块,用于将射频电信号的上下行信号合并到同一线缆上输出;终端网络数据信号调制/解调模块,用于将下行射频电信号解调为数据信号,以及将接收到的数据信号调制为上行射频电信号。

Description

实现数据信号在射频设备中传输的系统
技术领域
本发明涉及宽带网络及射频设备领域,特别是实现数据信号在射频设备中传输的系统。
背景技术
在当前接入网建设中,为满足超高带宽的IP网络业务需要,采用超宽带、超低耗、低成本的线缆光纤介质,已成为业内普遍追求的目标。
然而由于各种业务制式信号的传输特点和节点处理设备差别较大,特别是以太网及有线电视信号很难接入到基站、直放站等射频设备中,导致在目前网络的实际建设中普遍采用独立建网、并行发展的方式,射频线缆和IP网络线缆各独占一路线缆,从而导致线缆利用率低,不能充分发挥线缆的带宽资源优势。在已布设好且线缆资源有限的条件下,势必为增加新的业务带来困难。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供实现数据信号在射频设备中传输的系统,实现IP网络数据信号在直放站等射频设备中进行传输。
为达到上述目的,本发明提供了一种实现数据信号在射频设备中传输的系统,包括:
供电模块,用于供给系统正常工作时所需电压;
在上部链路上,
头端网络数据信号调制/解调模块,用于将数据信号调制为下行射频电信号,以及将接收到的上行射频电信号解调为数据信号;
上下行信号分离模块,用于分离出同一线缆上的上下行射频电信号;
电光转换模块,用于将所述下行射频电信号转换成光信号在光纤中传输,及把上行光信号转换成射频电信号;
在下部链路上,
光电转换模块,用于将光纤中传输的下行光信号转换为射频电信号,及把上行射频电信号转换成光信号;
上下行信号合并模块,用于将所述射频电信号的上下行信号合并到同一线缆上输出;
终端网络数据信号调制/解调模块,用于将所述下行射频电信号解调为数据信号,以及将接收到的数据信号调制为上行射频电信号。
本发明在初始端把IP网络数据信号经过OFDM、FDQAM、DSS等调制方式转换成射频信号,这样就实现了在基站、直放站等射频设备中传输。将信号经过上下行分离后,用电/光转换模块把此信号转换成光信号进行长距离、低损耗的传输,并在用户终端还原成原有的IP网络数据信号,供电脑、AP等设备使用。本发明将数据信号调制成射频信号,方便了在射频设备中的传输,从而解决了数据信号和射频信号分别独占电缆的问题,并且通过将射频信号再转换为光信号进行远距离传输,能够充分利用光缆传输的低损耗、低成本、超带宽等优点。
附图说明
图1为本发明的实施例中实现数据信号与多种制式信号共缆传输的系统结构图;
图2为本发明的实施例中供电模块的结构图;
图3为本发明的实施例中头端及终端网络数据信号调制/解调模块的功能结构图;
图4为本发明的实施例中上下行信号分离/合并模块的功能结构图;
图5为本发明的实施例中光电/电光转换模块的功能结构图。
图6为本发明的实施例中环行器的接口示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明实施例中实现数据信号与多种制式信号共缆传输的系统结构图,图中上半部分为上部链路,下半部分为下部链路,上部链路是该系统与广域网相连的头端设备,下部链路是该系统与电脑等终端相连的终端设备。该系统具体包括:
供电模块,供电模块用于供给网络数据信号调制/解调模块及光电/电光转换模块正常工作时所需的正常电压,可以将远程供给的48V电变压成本系统所用的+5V电。供电模块分为:限压、限流、去除纹波网络和直流变压器四部分。直流变压器用于将输入电压变压为合适的输出电压;限压部分用于避免输入电压大于额定输入电压而造成的电路过载;限流部分用于避免输入电流大于额定输入电流而造成的电路过载;去除纹波网络用于去除电路中电压上下浮动造成的纹波。
供电模块的结构如图2所示,直流变压器输入为直流36V~72V自适应,输出为直流稳压+5V。当输入电压大于72V时,限压部分会烧毁造成电路开路;当输入电流大于2A时,限流部分断开,避免造成之后电路过载烧毁。限压部分可通过稳压二极管来实现,限流部分可通过限流保险丝来实现。在电路中的两个去除纹波网络均采用并联电容及串联电感的连接方式,以去除电压上下浮动造成的纹波,在生产电容及电感时,都会规定此元器件的耐电压或耐电流门限值,当电路中的电流或电压超过这一门限值时电容击穿造成短路,电感熔断造成开路,这也可以进一步防止电路过载。
网络数据信号调制/解调模块,通过外部供给的普通网线获得网络数据信号,并把普通网线上承载的网络数据信号转变成射频信号。
网络数据信号调制/解调模块采用有源传输EOC技术。该技术是一种双向全网覆盖技术,EOC的英文全拼为Ethernet Over Coax,意为以太数据通过同轴电缆传输技术,该技术就是把IP数据信号经过调制转化成射频信号。EOC是一个广义的概念,各种利用电话、电力、电视电缆传输数据信号的技术都可以称为EOC技术,该技术是要求独享至少10Mbps带宽,并可升级至100Mbps的一种网络调制技术。
各种EOC技术虽然研究的切入点和技术方法略有不同,但均可通过同轴电缆传输数据信号。根据技术方法的不同,EOC技术可归纳为无源基带传输、有源调制传输两大类,在本实施例中运用的是有源调制传输EOC技术。
有源调制传输EOC主要有以下几种方案:HiNoc(High PerformanceNetwork Over Coax,高性能同轴网络)技术、MOCA(Multimedia Over Coax,同轴电缆多媒体联盟)技术、Home Plug(Homer Plug Powerline Alliance,家庭电力线接入)技术、Home PNA(Home Phoneline Networking Alliance,家庭电话线联网)技术、WLAN(Wi-Fi Alliance,无线降频电缆传输)技术等。其中,
HiNOC技术采用QAM的调制方法,使用860MHz以上的频段,并可根据电缆的噪声、衰减等情况自适应使用BPSK-256QAM的调制技术。同时,为避免多径引发码流间干扰,同时考虑到信道利用率,HiNOC选择多载波OFDM体制传输数据。为了在每个信道上达到更高的速率,使用了多个子载波的OFDM调制技术革新,每个子载波上的调制方式可自适应选择BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM,理论上,每个信道的最高数据速率可达到120Mb/s。HiNOC技术采用OFDM调制技术,能够有效增加频谱利用率;HiNOC同时支持多个调制信道,在采用256QMA调制时单信道最高可支持120Mb/s的带宽;HiNOC采用128位数据加密技术,有效保护用户数据安全性;HiNOC设备能够提供面向高速数据的流量限速和整形,保证业务的QoS特性;HiNOC设备可控制用户使用带宽,支持用户优先访问设定功能。
MoCA1.0技术使用800MHz~1500MHz频段。每个信道带宽为50MHz,总共可有15个信道。每个信道可以支持一个NC(局端)设备。MoCA采用OFDM调制和TDMA/TDD(时分多址/时分双工)技术,MAC(介质访问控制子层)部分的TDMA(时分多址)是采用软件来实现的。每个载波最高可进行128QAM调制,每个信道理论上最大的物理数据速率为270Mb/s和最大的有效数据速率为130Mb/s。随着链路损耗的加大或链路信噪比的降低,依次降低为64QAM,16QAM,8QAM,QPSK,BPSK的调制方式,实际有效数据速率也会成倍降低。MOCA技术调制速率最高达270Mb/s(实际吞吐量<80Mb/s),但带宽为共享(270Mb/s/N个用户)。独享10Mb/s带宽,可升级至100Mb/s。抗干扰能力较强,为多载波的OFDM有源调制方式。
Home Plug AV技术工作频率在低频段(2MHz~28MHz),在物理层采用具有高级前向纠错,通道预估和自适应能力的多载波的OFDM有源调制,而在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA有序接入和CSMA(竞争接入)两种方式,并通过快速自动重发请求可靠传输数据。Home Plug AV支持TDMA和FDMA调制模式,即兼容时分多址和频分多址。Home Plug AV技术调制速率较高,但所有电脑、AP等设备共享带宽(200Mb/s/N个用户),总带宽达到200Mb/s(实际吞吐量>100Mb/s)。独享10Mb/s带宽,可升级至100Mb/s。能够通过分支分配器,工作频率在低频段(2-28MHz),网络适应能力好。
Home PNA工作频带为4MHz~21MHz,采用新的调制技术FDQAM(Frequency Diverse QAM,频率分集正交调幅),也叫做自适应QAM(Adaptive QAM)。因为采用了自适应的编码率与调制方式,当通信干扰出现时,网关自动地使用较低的编码率,因而具有较强的抗干扰能力。Home PNA技术同样利用了4MHz~21MHz频带,能够通过分支分配器,网络适应能力好,抗干扰能力强。
WLAN技术是通过802.11无线传输协议工作于2.4GHz高频的无线传输技术,但在有线电视网络中应用时,需经过降频到900MHz~1.1GHz频带内方可使用,这就形成了WLAN电缆传输技术。为了避免与电视信号的冲突和干扰(上限为860MHz),在方案中将射频的工作频点设置为900MHz。在WLAN方案的典型应用中下行链路中需要传输的数据量远远大于上行链路的数据量,可以天然满足增值服务的非对称高速数据传输的要求。下行54Mb/s,可以通过软件方式进行调整分配给1~60个客户,推荐配置为20个客户;上行速率为128kb/s的整数倍,也可以根据不同情况进行调整。对于总线结构的同轴网格,WLAN降频传输方案可以进行多通道的复用。每个20MHz的信道可以提供54Mb/s的物理层速率,相应的2,3,4,......,n个复用信道可以提供108,162,216,......,n×54Mb/s物理层速率。多通道复用技术提供了灵活的多用户带宽配置方案。
各技术比较如表1所示:
  比较项目   HiNOC   MoCA   HomePlug   HomePNA   WLAN
  频带范围   869MHz~1.2GHz   0.9~1.5GHz   2~30MHz   4~20MHz   2.4GHz/900MHz
  调制方式   OFDM   OFDM   OFDM   FDQAM   DSS,OFDM
  信道带宽   16MHz   50MHz   26MHz   16MHz   20MHz
  动态范围   75MHz   75MHz   90MHz   48MHz   50MHz
  MAC层协议   TDMA   TDMA   CSNA/TDMA   CSMA   CSMA+S-TDMA
  客户端数量   32   31   32   32   32
  传输介质   同轴电缆   同轴电缆   同轴电缆/电力线   同轴电缆/电话线   无线/同轴电缆
  链路时延   <5ms   <5ms
表1
在实际运用中可根据现有实际网络的需要,不同种网络选用不同种EOC技术,以满足多种现有实际网络的接入需要。
上述所有EOC技术都各自运行在不同的频段范围内,当所要接入的射频系统中已占用了一个EOC技术频段,就可以选用其他未占用的频段进行接入。比如当现有的射频系统中已经用到了MoCA所使用的0.9~1.5GHz时,就可以考虑使用HomePlug等未使用0.9~1.5GHz频段的EOC技术进行接入。
网络数据信号调制/解调模块的功能如图3所示,头端网络数据信号调制/解调模块从广域网上接收到IP网络数据信号,运用EOC技术把此信号经过正交频分复用(OFDM)、频率分集正交调幅(FDQAM)、直接序列扩频(DSS)等调制方式进行调制,实现点到多点同时通信和服务功能。并能同时接收和处理所有终端网络数据信号调制/解调模块发回的数据射频信号,把所有的数据射频转化成IP网络数据信号回传给广域网。
终端网络数据信号调制/解调模块从头端网络数据信号调制/解调模块处接收到数据射频信号,解调此数据射频信号,使数据射频信号转化成IP网络数据信号供电脑、访问节点AP等设备使用,并能把电脑、AP等设备回传的IP网络数据信号调制成数据射频信号回传给头端网络数据信号调制/解调模块。
上下行信号分离/合并模块,该模块使用微带、介质或腔体等形式的环行器或双工器或开关电路等设备分离出头端和终端网络数据信号调制/解调模块输出的同一线缆上的上下行信号,使上下行信号分缆传输。当头端和终端网络数据信号调制/解调模块输出的上下行信号是时分同频信号时,可采用环行器或开关电路来分离上下行信号,当头端和终端网络数据信号调制/解调模块输出的上下行信号是异频信号时,可采用双工器来分离上下行信号。图4是该模块的功能结构图。
环行器(如图6所示)的主要工作原理是通过强磁场来控制信号的传播方向,使信号只能按顺时针或逆时针方形传播。以顺时针环行器为例,1端口连接的为上下行共缆电缆,当输入环行器的为下行信号时,信号只能通过2端口传出。上行信号从环行器的3端口输入,从3端口输入的上行信号只能从1端口输出。这样就实现了分离/合并上下行信号。
开关电路分离上下行的原理为:随信号上下行信号倒换的时间,切换到不同的链路上,以实现分离/合并上下行信号。
双工器分离/合并上下行信号的原理是根据上下行信号的频率范围不同,使不同频率范围的信号走不同的链路。
光电/电光转换模块,用于将电信号转换成光信号在光纤中传输,减小信号在传输过程中的损耗,减小干扰,同时还可以把光信号转换成电信号。在电-光转换时,转换链路根据输入信号的强度不同或信号的有无来激励发光材料,使其发出激光。在光-电转换时根据光电感应原理还原成原有的电信号。图6是光电/电光转换模块的功能结构图。
以上系统在初始端把IP网络数据信号经过OFDM、FDQAM、DSS等调制方式转换成射频信号,这样就方便在基站、直放站等射频设备中传输。信号经过上下行分离后,用电/光转换模块把此信号转换成光信号进行长距离、低损耗的传输,并在用户终端通过光电/电光转换模块、上下行信号分离/合并模块、终端网络数据信号调制/解调模块还原成原有的IP网络数据信号,供电脑、AP等设备使用。
在实际运用中,由于接入的环境多种多样,有的地方用的是光缆馈线,有的地方用的是同轴馈线,更有的地方还没有进行移动通信的信号覆盖。当所要接入的系统采用的是光缆馈线时,就能利用本发明中的光电/电光转换模块把电信号转化成光信号进行接入。当所要接入的系统采用的是同轴馈线时,就可以舍弃光电/电光转换模块,直接以射频信号进行接入。本发明将数据信号调制成射频信号,方便了在射频设备中的传输,从而解决了数据信号和射频信号分别独占电缆的问题,并且通过将射频信号再转换为光信号进行远距离传输,能够充分利用光缆传输的低损耗、低成本、超带宽等优点。本发明还可以独立运作,不依赖任何其他的设备就能自己运行,这样也方便了还没有进行移动通信信号覆盖的地区。

Claims (6)

1.一种实现数据信号在射频设备中传输的系统,其特征在于,包括:
供电模块,用于供给系统正常工作时所需电压;
在上部链路上,
头端网络数据信号调制/解调模块,用于将数据信号调制为下行射频电信号,以及将接收到的上行射频电信号解调为数据信号;
上下行信号分离模块,用于分离出同一线缆上的上下行射频电信号;
电光转换模块,用于将所述下行射频电信号转换成光信号在光纤中传输,及把上行光信号转换成射频电信号;
在下部链路上,
光电转换模块,用于将光纤中传输的下行光信号转换为射频电信号,及把上行射频电信号转换成光信号;
上下行信号合并模块,用于将所述射频电信号的上下行信号合并到同一线缆上输出;
终端网络数据信号调制/解调模块,用于将所述下行射频电信号解调为数据信号,以及将接收到的数据信号调制为上行射频电信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述供电模块具体包括:
直流变压器,用于将输入电压变压为合适的输出电压;
限压部分,用于避免输入电压大于额定输入电压而造成的电路过载;
限流部分,用于避免输入电流大于额定输入电流而造成的电路过载;
去除纹波网络,用于去除电路中电压上下浮动造成的纹波。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述直流变压器输入为直流36V~72V自适应,输出为直流稳压+5V。
4.根据权利要求2或3所述的系统,其特征在于,通过在电路中并联电容及串联电感来去除电压上下浮动造成的纹波,同时能够进一步防止电路过载。
5.根据权利要求1、2或3所述的系统,其特征在于,所述头端和终端网络数据信号调制/解调模块的功能具体包括:
头端网络数据信号调制/解调模块用于从广域网上接收到网络数据信号,将所述信号经过正交频分复用OFDM、频率分集正交调幅FDQAM或直接序列扩频DSS的调制方式进行调制,实现点到多点同时通信和服务功能;并能同时接收和处理所有终端网络数据信号调制/解调模块发回的数据射频信号,把所有的数据射频转换成网络数据信号回传给广域网;
终端网络数据信号调制/解调模块从头端网络数据信号调制/解调模块处接收到数据射频信号,解调此数据射频信号,将其转换位网络数据信号;并能把电脑或访问节点AP上传的网络数据信号调制成数据射频信号回传给头端网络数据信号调制/解调模块。
6.根据权利要求1、2或3所述的系统,其特征在于,所述上下行信号分离/合并模块采用微带、介质或腔体形式的环行器、双工器或开关电路来分离或合并上下行信号。
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