CN1059769C - 一种信息高速公路用户接入网实现方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，特别涉及用户接入网实现方案的改进。本发明提出一种信息高速公路用户接入网实现方法，包括设置上行信息传输网与下行信息传输网，所说的下行信息传输网采用星形或环形光纤网与树形同轴网的混合网拓扑结构，其特征在于所说的上行信息传输网采用星形无线网拓扑结构。本发明HFCR网具有HFC网的全部优点，而又克服了HFC网的缺点。并且现有的CATV网无需改造，无线信道的收发设备可比较简单，构成用户接入网的成本大大降低。
Description
本发明属于通信技术领域，特别涉及用户接入网实现方案的改进。
信息高速公路指的是国家信息基础设施。从物理层上看，它应包括信息资源、用户信息设备、光纤骨干网和用户接入网四大部分。光纤骨干网和用户接入网完成信息的传送、交换、分配及计费等功能。其中，用户接入网是和用户设备，用户利益密切相关的，占有的长度远大于骨干网，因此投入的资金也十分巨大，所以成为当前信息高速公路研究中一个热点。
用户接入网的实现方案一般有以下三种途径(见George Abe著的《社区宽带网(Resident ial Broadband)》一书：
第一种为光纤到户即FTTH；
第二种为高数据率数字用户环路即HDSL或ADSL；
第三种为光纤同轴混合网即HFC
第一种解决方案相当于新建一个光纤用户接入网，费用十分昂贵。据估计，美国9600万用户用光纤联接起来要花费2000～4000亿美元，费时达20年以上。
第二种解决方案是利用现有的电话双绞线网传送高速的数据流。美国pai r gain公司给出的最新结果为2Mb/s的数据率在电话双绞线上可传5～9公里。由于带宽窄、设备昂贵，这种接入网方案只能作为一种过渡性技术或辅助性技术。
第三种解决方案是采用光纤到路边(FTTC)，再转接至现有的有线电视网(CATV)上入户。此方案频带宽，敷设方便，成本低，可靠性高，且现有的有线电视网覆盖率已相当高，因而被各国用户接入网研究人员所推崇。
HFC网作为用户接入网的一个前提是用户信息量(包括图象、语音、计算机数据)的不对称性，即用户流入信息量远大于流出信息量。若从树形CATV网的角度来看，即是从根部流向用户的信息量(下行数据)远远大于从用户流向根部的信息量(上行数据)，这是因为CATV网的下行频段远远宽于可用于上行信号传输的频段。因此，只有在用户流入流出信息量不对称的条件下，HFC网才是一个较好的用户接入网方案，而当用户之间的图象信息交换的增多，这种方案将明显露出缺欠。
HFC有以下三个不足之处：
第一，漏斗噪声：这是树形网作为通信网所固有的缺欠，上行信道噪声在根部的积累使得上行信道中传输的信号的信噪比变坏，因此，小区网应在500户大小为好。
第二，上行信道内干扰严重，CATV网可用于上行信道只有0～40MHz频段，而无线广播、航空通信、海上通信、军用短波通信、业余无线通信、无绳电话均在此频段内，实测结果表明，这个频段内的干扰是非常强的。
第三，CATV网的改造增加了实现HFC的成本，一个普通的CATV网要能完成通信业务，要进行干放和支干放的单向到双向的改造，用户分支比的改造；为了减小漏斗噪声的影响，应尽量减小干放，支干放个数，这就希望选用衰耗小的电缆，这就导致了原来的CATV网几乎需要全面更新，这势必增加了CATV综合信息网的成本，且要用较长的改造时间。
本发明的目的在于为克服上述已有技术的不足之处，在HFC网的基础上提出一种光纤、同轴、无线混合网-HFCR网来作为用户接入网的新方案，使HFCR网具有HFC网的全部优点，而又克服了HFC网的缺点。并且现有的CATV网无需改造，无线信道的收发设备可比较简单，构成用户接入网的成本大大降低。
本发明提出一种信息高速公路用户接入网实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置上行信息传输网与下行信息传输网，
2)所说的下行信息传输网采用星形或环形光纤网与树形同轴网的混合网拓扑结构，
3)所说的上行信息传输网采用星形无线网拓扑结构。
本发明上述方法可分为两种实施方案，其一，所说下行信息传输网的光纤网将电视网前端的公共设备与多个小区树形同轴网相连，所说的上行信息传输网由设置在电视前端的无线接收终端与各小区内的每个用户的无线发射终端构成无线网。
其二，所说下行信息传输网的公共设备直接与一个小区的树形同轴网相连，所说的上行信息传输网由设置在小区光节点处的无线接收终端的无线接收设备与该小区内的每个用户的无线发射终端构成无线网。
本发明采用如上所述方法的一种用户接入网系统，由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，其特征在于，所说的下行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的公共设备和用电缆与其相连的设置在多个小区树形网中用户处的用户终端设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电话网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；分别与所说各接口设备相连，对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备；分别与所说各接口设备相连的混合器，与该混合器相连的光发射机；所说的光发射机通过光缆与每个小区的光电转换器相连成星形光纤网；所说的上行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的无线接收终端的无线接收设备和与其进行无线通信的设置在用户终端处的无线发送设备。
本发明采用如上所述方法的另一种用户接入网系统，由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，其特征在于，所说的下行信息传输网设备包括设置在小区的光节点处的公共设备与设置在1个小区树形网中用户处的用户终端设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电话网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；与所说的各接口设备相连对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备，与该网络管理设备相连的混合器、分配放大器；所说的上行信息传输网设备包括与各接口设备相连的无线接收终端设备和设置在用户终端处的无线发送设备。
本发明HFCR网络设备组成及其功能分别详细描述如下：
(1)数据网接口由协议转换，数据信号转接和副载波调制三部分设备组成，协议转换是指来自公众数据网的数据传输协议到HFCR网的数据传输协议之间的协议变换，和来自无线接收终端的用户数据传输协议到公众数据网的数据传输协议之间的协议变换。协议转换设备实现公众数据网与HFCR网之间的数据信号接续功能。数据信号转接是指把来自无线接收终端的数据信号，根据网络管理的指令通过副载波传输信道回送到HFCR网的下行传输信号中，实现HFCR网内用户之间的双向数据业务传输功能。副载波调制是指数据网接口设备根据网络管理分配的指定载波频率把来自公众数据网的下行数据用常规的调制方式调制到指定载波信号上，形成适合HFCR网络下行传输的副载波调制信号。
(2)电话网接口由信令转换，电话信号转接和副载波调制三部分设备组成。信令转换是指来自公众电话网的电话信号传输信令到HFCR网的电话信号信令之间的信令，变换，和来自无线接收终端的用户电话信号信令到公众电话网的电话信号信令之间的信令变换。信令转换设备实现公众电话网和HFCR网之间的电话信号接续功能。电话信号转接是指把来自无线接收终端的电话信号根据网络管理的指令通过副载波传输信道回送到HFCR网的下行传输信号中，实现HFCR网内用户之间的双向电话业务传输功能。副载波调制是指电话网接口设备根据网络管理分配的指定载波频率把来自公众电话网的下行电话信号用常规的调制方式调制到指定载波信号上，形成适合HFCR网络下行传输的副载波调制信号。
(3)电视网接口由电视信号调制前端和回传图象信号逆程调制器两部分设备组成。电视信号调制前端把来自公众电视网的电视信号和自制节目电视信号按照常规的处理方式变换到网络管理分配的指定电视频道上，形成适合HFCR网络下行传输的电视频道信号。回传图象信号调制器把来自无线接收终端的用户图象信号变换到适合公众电视网传输要求的电视图象传输信号。电视网接口设备实现公众电视网与HFCR网的电视图象信号的接续。
(4)混合器设备是单向CATV网常用的电视信号混合器，它把来自数据网接口、电话网接口和电视网接口的各种副载波调制信号按常规的频分多路方式混合成一个宽带信号送入光发射机入口。
(5)光发射机设是单向CATV网常用的电视传输用光发射机，它把来自混合器的宽带信号用常规的光强度调制方式变换成光调制信号送入星形光缆传输网络媒介。
(6)光电转换器由单向CATV网常用的光接收机和前端(或分配)放大器两部分组成。光接收机把来自光缆传输媒介的光调制信号用常规的直接检测方式转变为电调制信号，经过低噪声宽带放大以后，输入CATV前端(或分配)放大器，该放大器按照单向CATV网有关标准与树形同轴网传输媒介连结。
(7)用户终端设备由宽带接收，信号分离与解调，信号切换与调制， 无线发射和用户终端管理等五部分设备组成。宽带接收把来自树形同轴网传输媒介的宽带信号经过低噪声放大、宽带滤波和自动增益控制放大等处理后输入信号分离设备，信号分离把宽带信号按照电视、数据和电话信号类别分离并分别送到相应的信号接口。电视信号接口与常用的家用电视机或录像机连接，电话接口与常用的家用电话机连接，数据接口与常用的家用计算机连接。在数据和电话接口中还要完成相应的副载波解调和信号、信令、协议的适当处理，以适应常规的家用电话和计算机的接口要求。信号切换与调制设备把来自用户计算机、电话和摄像机的发送信号(或称上行信号)经过一个自动(或手动)控制的三选一信号选择器选出一路优先发送信号输入调制器，调制器把这路发送信号按照规定的调制方式调制到规定的载波频率上，形成用户终端的中频调制信号。然后与无线发射设备连接，无线发射设备把这个中频调制信号线性搬移到网络管理分配的指定发射频道上。经过滤波及功率放大后，以网络控制指定的发射功率经由天线发射到开放的大气传播媒介中。用户终端管理设备通过数据和电的公路信令信道接受网络管理的控制指令，并在用户终端中实施各项控制功能。同时把用户终端的各项状态信息通过数据和电话的回传公路信令信道经无线接收终端传送给网络管理设备。
(8)无线接收终端设备由宽带接收和信号分离与解调两部分设备组成。宽带接收把来自大气媒介的用户发射信号经过天线接收、滤波、低噪声放大和自动增益控制放大等处理后，输入信号分离与解调设备。信号分离与解调设备根据网络管理提供的指定接收频率信道对宽带信号中相对应调制信号进行解调处理，并按照解调后的基带信号类别分别送到相应的信号接口。电视图象信号送到电视网接口，电话信号送到电话网信号接口，数据信号送到数据网接口，电话和数据的公路信令信号送到网络管理设备。无线接收终端完成用户终端与三种(数据、电话和电视)业务网接口之间的上行传输接续功能。
(9)网络管理设备由单片微机及其多个串行口和监视器、输入键盘等外设备组成，多个串行口连接无线接收终端、数据网接口、电话网接口和电视网接口，它与用户终端的双向连接通过数据和电话共路信令信道实现，其管理软件通过这些信号连接通道对HFCR网的设备故障和运行状态实施监视控制和管理，包括频道分配、呼叫、记费等管理功能。
上述各设备其及功能均为本技术领域的已知技术，本发明的保护范围在于将这些设备构成HFCR网的总体技术方案。只要满足HFCR网的其他类型设备均属本发明保护之列。
本发明所述的HFCR网具有如下性能：
(1)HFCR网上除可以正常地传送电视信号以外，还可以完成语音和数据的双工通信。
(2)语音和数据采用调制传输，调制解调方式为QPSK。
(3)多址方式：
下行信道在CATV同轴缆内采用频分多址或时分多址FDM/TDM
上行信道在无线网中采用码分多址CDMA。
(4)语音通信的信令格式采用共路信令。
(5)数据通信接口为异步串行口通信。
(6)频段选择
下行：在50M～750M任选一空闲频段
上行：因为采用CDMA方式，所以可以任选。
本发明所述的HFCR网与Internet网的接口采用统计时分复用方式，与PSTN的接口采用V5.2协议。
本发明具有如下优点：
(1)树形CATV网用于通信时，上行信道所固胡的漏斗噪声问题解决了，并保持了下行信道的高信噪比优点；
(2)避开了CATV网上0～40MHz频段上各种干扰对上行信道的干扰；
(3)现有的CATV网作为用户接入网时无需改造，只要给出一个下行的空闲信道即可。从而使HFCR网达到最佳经济效益。
(4)上行信道采用CDMA多址方式，信号在扩谱后，能谱密度降低至噪声的能谱密度以下。故上行信道可以提供出很宽的频段给用户使用，而无需申请频点；
(5)上行信道是一个固定式的，单向的无线信道，而且任何一个用户都通过同轴电缆与CATV用户接入网的网管相连接，因此，无线信道的收发设备可以设计得比较简单、成本也相应较低。
附图简要说明：
图1为本发明的一种HFCR网实施例构成示意图。
图2为本发明的另一种HFCR网实施例构成示意图。
本发明提出两种HFCR网实施方案其构成如图1、2所示，结合附图描述如下：
HFCR网实施例1如图1所示：该系统由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，所说的下行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的公共设备与设置在多个小区树形网中用户处的用户设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电话网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备，对该网络管理设备处理过的信息进行混合成一宽带信号的混合器，分配放大器，接收混合一放大器的信号变换或光调制信号送入星形光缆中的光发射机，接收光调制信号并转换为电信号的传输给树形同轴网的光电转换器，所说的电视前端的公共设备的光发射机通过光缆与每个小区的光电转换器相连成星形光纤网，所说的上行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的无线接收设备和设置在用户处的无线发送设备。
HFCR网公共设备置在网络中心，上行无线传输信道在网络中心和用户间实施，网络包含多小光电转换节点，用户分布在多个小区CATV树形网中，这种HFCR网适合专用用户接入网。
HFCR网实施例2如图2所示：该系统由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，其特征在于所说的下行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的公共设备与设置在1个小区树形网中用户处的用户设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电话网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备，对该网络管理设备处理过的信息进行混合成一宽带信号的混合器，分配放大器，所说的上行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的无线接收设备和设置在用户处的无线发送设备。
这里HFCR网已演变成HCR网，HCR网公共设备置于小区同轴CATV网前端，上行无线传输信道在小区节点和用户间实施，这里小区节点指HFC网的光节点，这种HCR网适合城市公众用户接入网。
Claims (5)
1、一种信息高速公路用户接入网实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置上行信息传输网与下行信息传输网，
2)所说的下行信息传输网采用星形或环形光纤网与树形同轴网的混合网拓扑结构，
3)所说的上行信息传输网采用星形无线网拓扑结构。
2、如权利要求1所述方法，其特征在于，所说下行信息传输网的光纤网将电视网前端的公共设备与多个小区树形同轴网相连，所说的上行信息传输网设置在电视前端的无线接收终端与各小区内的每个用户的无线发射终端构成无线网。
3、如权利要求1所述方法，其特征在于所说下行信息传输网的公共设备直接与一个小区的树形同轴网相连，所说的上行信息传输网由设置在小区节点的无线接收终端与该小区内的每个用户的无线发射终端构成无线网。
4、采用如权利要求1所述方法的用户接入网系统，由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，其特征在于，所说的下行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的公共设备和用电缆与其相连的设置在多个小区树形网中用户处的用户终端设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电活网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；分别与所说各接口设备相连，对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备；分别与所说各接口设备相连的混合器，与该混合器相连的光发射机；所说的光发射机通过光缆与每个小区的光电转换器相连成星形光纤网；所说的上行信息传输网设备包括设置在所说电视前端处的无线接收终端的无线接收设备和与其进行无线通信的设置在用户终端处的无线发送设备。
5、采用如权利要求1所述方法的用户接入网系统，由上行信息传输网设备和下行信息传输网设置组成，其特征在于，所说的下行信息传输网设备包括设置在小区的光节点处的公共设备与设置在1个小区树形网中用户处的用户终端设备，该公共设备包括分别与公众数据网、电话网、电视网相连的数据网接口设备，电话网接口设备和电视网接口设备；与所说的各接口设备相连对所说各接口设备传输的信息进行处理的网络管理设备，与该网络管理设备相连的混合器、分配放大器；所说的上行信息传输网设备包括与各接口设备相连的无线接收终端设备和设置在用户终端处的无线发送设备。
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