CN1136872A - 宽带通信系统 - Google Patents

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Abstract

一个具有把电话(10)或其它数字网与一个CTV网相连的宽带通信系统。该系统包括在CTV网前向频带中的3MHz信道上发送电话信号的多路复用。各3MHz信道被QPR调制到载波上并包含多个用户电话信号。前向电话信道被多个用户终端解调和多路分解成单独的传向所寻址的用户的电话信号。单独寻址的电话信号接着被传给一个连接用户电话设备到系统的线路卡。从用户返回的音频和控制信号被数字化成标准电话信号并在SOKHz保留电话信道中的载波上被调制到CTV网的反向频带。反向频带电话信号的复合被解调和多路复用成可被直接传给电话网的标准电话信号。

Description

宽带通信系统
本发明涉及诸如有线电视(CTV)网的宽带通信系统，更具体地讲是涉及CTV或同类网络上的电话信号和其它的或类似的数字信号的通信。
在美国建立了很好的针对NTSC系统的CTV网络体系。多个系统操作者(MSO)拥有覆盖近90％人口连接近60-65％家庭的网络。这些网络在将来会升级拥有更大的信息传输容量并较好地为不断增加的用户提供服务。
通常，当前的CTV网络是以频分多路复用方式传输多个6MHz调幅视频信道的同轴电缆或光纤宽带通信网。常见CTV系统的带宽为50MHz到550MHz，且在将来使用的光纤增加的可增加到高于1GHz。CTV网络在提供从一个单点(头端)到多个分布点(用户)的宽带通信路径方面非常有优势，但在其返回路径上却很受限制。一个原因是包括放大器和补偿网络这样的网络的部件设备只适于前向频谱频率传输。另一个原因是在从一个单点到诸如CTV网的多点分布系统的反向频带上传播的噪声。由于在相反方向上CTV网络呈现为倒置的树形，则噪声被从各分布点回传到一个单点，即头端。所有的单独噪声在头端处集中起来产生一个很噪杂的环境并带来了通信问题。
以往并未认识到把CTV网络用于作为需要点对点分配和同时双向通信的低带宽语音信号的电话信号的优点。在另一方面由于受带宽限制，现代电话网具有提供点对点通信的交换能力。点拨服务，交互电视应用和为用户提供各种数据服务业务的出现已为所讨论的CTV网带来了变革。虽然不是每个MSO均提供双向通信的系统，但大多数有线电视设备已被设计允许进行有限的上行传输(在从用户到头端的方向上)。
实际上所有现代CTV网均提供了具有一个下行或前向传输频谱。通常从50MHz到550Hz，和另一个用于上行或反向传输频谱，通常从5MHz到30MHz的分离或双向的系统。通常，这个反向频带包括有线电视频道T7(5.75-11.75MHz)，T8(11.75-17.75MHz)，T9(17.75-23.75MHz)和T10(23.75-29.75MHz)。这些均具有一个6MHz电视频道带宽的返回路径频道可被用于各种目的。
不管CTV系统是所谓的“次分离”，“中分离”或“高分离”系统，这三种分离形式的传输系统的双向传输通常包括至少5-30MHz的频带。电话信号的传输应能考虑在通常的有线系统中的反向信道上的这种有限的带宽以便不增加已在网络中的MSO的成本或不需重建MSO以提供额外的电话服务。
另一个涉及通过CTV网传输电话信号的问题是一个头端最多可服务数十万的用户。由于其替代了其它的收费服务，所以将这种数量的用户的电话服务所需的带宽加入CTV网的成本就很大。因而，就需要一种优越的方法以在这种服务成为现实之前在CTV网上限制电话服务的带宽。
一些CTV网最近已开发出一种好的体系结构，允许把有限频率域重复用于特定用户组。这些具有被称作“服务区光纤”(FTSA)体系结构的网络把一个CTV网的用户区划分成可管理的每个拥有近400-2500个用户的服务区。各服务区以星形结构通过一个端接到光纤结点的光纤通信路径连接到CTV网的头端。光纤结点用作高质量宽带CTV信号的分配点然后，通过每个服务区中的同轴电缆馈送器分配子网被连接到服务区的用户。前向宽带信号对各服务区域都是相同的，即为用户基区中的所有用户提供同样的用户服务。在相反方向上，期望有一个独立的与特定服务区相联的频谱以用于不同目的或多次用于同一目的。
FTSA结构提供了使频谱的反向部分的带宽扩大到服务区域个若干倍数优点。这些未在前向使用的包含反向频道中T7-T10频道的系统的宽带频谱部分被空分多路复用从而使不同的附属服务可被提供给各个服务区域。
在通过CTV网传输电话信号方面的最后一个问题是在电话网和CTV网之间的接口。CTV网基本上属于接收由卫星或光纤链路馈送的节目的局域网因而只限于一个小的地理区域。为了能够用于传输电话信号，CTV网应能够在一个进行商业运营的结点处配备，到电话网的无缝接口以传送这些信号。也必须提供在不需扩展调制或协议变换的条件下能够传到互连电话系统的其它部分的信号从而成为国际电话系统的一部分。
本发明包括向CTV网用户群提供包含双向电话通信的宽带通信的装置和方法。
在一个实施例中，该方法包括在CTV网的前向频带上传输从电话网到CTV用户的电话信号和在CTV网的反向频带上传输从CTV用户到电话网的电话信号。
在另一个最优实施例中，该方法包括把各用户的电话信号数字化成在有线网前向频带中的频分多路复用载波上传输的多路复用信号。数字多路复用信号被正交局部响应(QPR)调制到位于CTV网前向频带的未用部分中的载波上。在所说明的实施例中，QPR信号带宽最好是3MHz以在相邻CTV信道之间留有1.5MHz保护频带。在另一个最优实施例中，一对QPR信号可被放入CTV线路的未用信道中以利用6MHz带宽。通过使系统使用强健的数字信号，前向CTV频带的带宽可被有效地分配。系统操作者可以灵活的方式规划并改变这些分配以便增加新服务或撤消旧服务。
在一个最优实施例中，到电话网的用户电话信号被数字化并单独被调制到CTV系统反向频带的载波上。作为一个说明性的例子，每个用户电话信号被QPSK调制成50KHz带宽的信号并在CTV网反向频带上被频分多路复用。各电话信号被多路复用成标准的TDM电话信号，其可被调整直接连到电话网的SONET端口或其它诸如DS1，DS2或DS3格式的信号的连接。
通过以50KHz的小步长使用CTV网反向频带，反向信令频带的灵活性就不会受损害。系统操作者仍可以在提供电话服务的同时提供交互TV服务，PPV服务和其它的反向路径信号。
若CTV网是FTSA网，则电话服务所支持的用户数可增加几倍。反向频带的空分多路复用可经济地为服务区域中所有用户提供电话服务。若一个服务区域包含500个用户，则每用户占50KHz的双路径系统所需的带宽为25MHz，在目前最流行的分离带宽系统的5-30MHz的反向频带范围之内。
若结合附图阅读了下面的详细描述则会发现本发明的这些和其它目标，特性和方面可被更好地理解并被更全面地加以描述，其中：
图1是根据本发明构造的宽带电话系统的系统模块图；
图2是图1中说明的与电话网相连的宽带通信系统的一个实施例的系统模块图；
图3A是说明其前向和反向信令频带的常见分离CTV系统的频率分配的图示；
图3B是图2中说明的宽带通信系统的频率分配的图示；
图4是针对图2中说明的系统的CTV网输入接口的电话网的详细模块图；
图5是针对图2中说明的系统的CTV网络输出接口的电话网的详细模块图；
图6是通过CTV网接收来自电话网的电话信号并通过CTV网向电话网发送电话信号的电话终端的详细模块图；
图7A和7B是图4中说明的输入接口的DS1到DS2多路复用器的详细模块图；
图8是用于图6中说明的电话终端的调制器的详细模块图；
图9是图8中说明的调制器的成帧协议的图示；而
图10是图6中说明的输出接口的调谐/解调器的解调器的详细模块图。
现在参照图1，其中给出了一个根据本发明构造的宽带通信系统。该系统将结合电话信号的通信加以描述，但事实上也可使用其它的类型相似或相同的设备的信号。而且，尽管描述的是数字电话信号，该系统也能够传输模拟电话网的电话信号或其它类型的数字信号。来自电话网的电话信号被接至CTV网12并通过CTV网被传至一个被寻址的用户住宅30处。所寻址的用户30通过又被接至电话网10的CTV网12回送电话信号。该系统可作为对电话网10的扩展，用户借以向电话网10发出呼叫或接收来自电话网的呼叫。该服务除了传统的视频服务外，还可以是由CTV网12提供给各用户的音频，数据和其它服务。
图1说明了宽带通信系统的一个最优实现。该系统包括通过一个输入接口32与CTV网12接口的电话网10。CTV网12还通过一个输出接口34与电话网10接口。电话信号通过到用户住宅30的输入接口32被传输给CTV网12的用户。来自CTV网12的用户住宅30的电话信号通过CTV网12和输出接口34被传至电话网10。宽带通信系统不进行交换操作，而是利用CTV网12的能力宽带通信路径和电话网10连接和交换的能力。
被说明的CTV网12具有服务区光纤(FTSA)结构。一个头端14提供通过分配网分配的CTV节目给在其用户住宅30处的多个用户。分配网为多个用户组服务，每组用户有400-2500个，在服务区域中彼此邻近，就象文中所引用的一个组20那样。头端14以星形结构通过在光纤结点16处端接的一条光纤18连至各服务区。在头端14处CTV节目和电话信号被从RF宽带信号转换成光调制信号并通过光纤18发送出去，而后在光纤结点16处被转回成RF宽带信号。具有增强信号的双向放大器24和线路扩展器25的馈送器22的同轴子网从各光纤结点16辐射到整个服务区域20。
通过使用一个抽头26抽取一部分来自最近的馈送器22的信号，接着通过标准同轴电缆端接头28被接至用户住宅，RF宽带信号被分配到每个用户住宅30。这样CTV网提供了从头端14到多达几万个的用户住宅30的宽带通信路径。
虽然本发明的一个最优实施例给出了与光纤结点16相连的输入接口32和与头端14相连的输出接口34，但事实上RF电话信号的插入和取出不必限于这种单一的结构。输入接口32和输出接口38(图中虚线给出)可被连到光纤结点16处。此外，，输入接口36(图中虚线给出)和输出接口34均可被连至头端14处。而且，输入接口36可被连至头端14处而输出接口38可被连至光纤结点16处。对于不符合星形结构的有线结构，通常最好是在头端处插入RF电话信号并在头端把它们从系统中取出。第种结构均有其不同的优点，后面会更全面加以描述。
输入和输出接口产生了一个在一个方向插入电话信号并在另一个方向上取出电话信号的简便的方法。电话信号以与网络中各个点的其它节目信号同样的方式被转换成可被插入或从CTV网12取出的兼容RF信号。RF电话信号和网络12中以前的RF信号的兼容性允许以透明的方式通过网络进行传输而不影响其它信号且不必专门提供传输装置。
在理论上，CTV网12提供的宽带通信路径是双向的，这样信息就可在每个方向上传输。然而，由于多数网络的惯例和一对多点特性，反向路径，即从用户住宅30发出并传到头端14的通信受到更多的限制。通常，反向放大器25是限制带宽的，并且还包括根据频率把CTV频谱分成前向和反向路径的双工器。
图2说明了配置成电话网的扩展的宽带通信系统的一个最优实施例。一个类型5交换机41用于连接到电话网10。交换机41具有适当的用于处理常规的本地，中继和互连信号的电路，它把交换机综合到本地局域，全国或国际呼叫网络中。交换机41具有一个可以交换任何多个输入到任何多个输出上的交叉点交换网络。具体地讲，交换机41具有把出局呼叫数字化或DS0型格式信号的设备该DS0型格式在多路复用器中被串联成DS1格式信号。另外，交换机41具有把DS1信号去复用成多个DS0信号，接着传至出局点装置。该系统使用一个前向路径在输入接口32处接收多个DS1信道信号并通过CTV网12把信号连至用户住宅30。用户住宅30通过CTV网12发送电话信号给输出接口34，把该信号转换回同样数量的DS1信号信道以传送给交换机41。若交换机41邻近输入接口32和输出接口34，则它们可被直接相连。此外，作为最常见的情况，即头端或光纤结点位置不与类型5(clars 5)交换机相邻近，则可使用一个光纤链路来连接交换机41和接口32与34。
在前向方向上，光纤发送器43把多个DS1电话信号转换成发送给光纤接收器45的光信号。光纤接收器4S把光信号转换DS1格式的电话信号。类似地，光纤发送器49在反向路径上把出局DS1电话信号转换成光信号，由光纤接收器47接收用于转换回DS1格式的电话信号。
选择DS1电话信号格式是因为它是标准电话格式并且用来进行转换与传输的常规的光链路很容易用于发送器43，49和光接收器45，47。
该系统使用这种双向通信模式其中每个DS1信号包括24个DS0信道，可被认为是64kb/s数字数据信道组的64kb/s信道可被用于语音，数据，音频(音乐、存储信息)传输等等。通常，对于电话类型的信号，每个DS0信道在前向路径上寻址到一个特定的用户并具有一个对应的在反向路径上被赋予该用户的DS0信道。这允许交换机41在前向路径上把任何本地，中继或互连呼叫点连至任何DS0信道并把反向路径上的相应DS0信道连至同一本地，中继或互连点以完成通信路径。每个用户30表现为另一个直接与类型5交换机41相连的DS0用户。CTV网12的分配系统对交换机41是透明的，且不需任何其它的到宽带通信系统的通信，信息或连接。
图3A说明了一种常见的用于许多已建立的分离频带CTV网中的频率分配。在前向频带上用于传输为系统操作者产生效益的节目的频率为50MHz到大约550MHz。尽管目前未使用550MHz以上的频率，对在这个未使用的，目前考虑扩展到大约1GHz的前向带宽上提供附加服务的兴趣正不断增加。通常前向频带包括一系列的视频信道，带宽均为6MHz，在前同频带上被频分多路复用。几个区域未被使用且每个视频信道都具有一个在其它相邻信道之间的1.5MHz保护频带。
与前向频带相结合，常见的CTV频谱还包括一个大约5-30MHz的反向频带。这些频率用于从用户到头端返回信号。由于因加到一个单点的多点信号重叠引起的集中效应造成的强噪声，这种频带一般是相当窄的。而且，在以往从前向频带得到的带宽意味着减小其它服务的效益。本发明通过提供一个在频谱的前向频带上把电话信号传输到一个用户住宅并在CTV系统的反向频带上传输来自一个用户住宅的电话信号的系统来解决这些问题。
如图3B所示，宽带通信系统在前向频带上使用多个频分多路复用载波把电话信号传输给各用户。在所说明的实施例中，使用五个接近3MHz的信道传输来自电话网10的入线电话信号。每个前向信道均为QPR调制载波，其中调制是以6.312Mb/s的数字数据流进行的，具体说是以包括四个DS1电话信号的DS2电话信号格式。这样一个系统的传输容量为20个DS1信道或足够传输480个DS0语音信道。
各反向频带信号带宽为50KHz，该带宽很窄易于放在频谱中不同的频分多路复用位置上。调制器的频率是灵活的，可以根据系统传输负载，噪声，信道状况和使用时间来重新分配频率。50KHz带宽的载波可被放在反向频带中为其空出的任意位置上。根据CTV系统，即根据在分配网中是否有一个反向放大路径，也可以为其分配通常保留用于前向频带传输的频率。而且，这样系统的带宽是可扩展的，以用于除各电话信号之外的其它用途。例如，若一特定用户需要带宽大于50KHz的返回路径，则在不需完全再配置系统的情况下可容易地为这种应用分配带宽。这样的应用可以包括高速数据传输，小中心局的中继连接，电话网始发的视频服务和其它需要非标准带宽的应用。
正如所述的那样宽带通信系统有许多优点。它有效地使用反向频带并只用到前向频带的所需部分。数字QPR和QPSK调制的使用允许为用户提供数字和电话服务并提供一种能将前向或反向信号放在CTV频带中高频或低频的任一位置，而不必考虑其信噪比的强健的信令方法。而且，在前向方向上，载波信号被最小化使得不会发生载波过载并可把3MHz信道放在发现为空的位置上。
图4说明了输入接口32的详细模块图。输入接口32的功能是把20个DS1电话信号转换成五个QPR调制RF信号在CTV系统12的前向频带上发送给用户。输入接口32包括把光信号转换成标准电话格式的RF数字信号的光接收器40。光接收器提供光信号到RF信号转换器并且还允许一个寻址和控制单元42从信号中解码并取出附加和成帧位。一个去复用器44接收数字DS3电话号并把它分成28个分量的DS1信号，其中每个DS1信号包括24个DS0信号。接下来，串联的五个复用器46中的每一个从去复用器44取出4个DS1信号并把它们与来自寻址和控制单元42的信令和寻址位组合构成6.312Mb/秒串行数字信号。五个数字信号的每一个均被相应的QPR调制器48调制到一个所选的载波频率上。调制器48输出的五个电话信道在被插入到CTV网12上之前在RF组合器50内被频分多路复用在一起。
现在参照图5更全面地描述输出接口34。输出接口34功能是把被QPSK调制到反向频带载波上的480个DS0数字信号转换成可传输到电话网10的光格式信号。输出接口34以常规的方式取出反向频带信号并用信号分割器60把它们扇出到多个调谐/解调器62。各调谐/解调器62用于调谐反向频带信号的一个载波频率并把它解调成DS0格式数字信号。调谐/解调器62的调谐器可以是可变的或固定的，或者可只调谐反向频谱的某些频带。调谐/解调器62的输出是480个DS0信号，它们在寻址和控制单元66控制下被一组多路复用器64集中成一组DS1信号。每个多路复用器64输入24个DS0格式的信号并输出一个DS1格式的信号所得到的20个DS1信号以相同的方式由复用器68进行集中，然后输出一个数字信号到光发送器70。在以光格式发送数字DS1信号之前寻址和控制单元66在光发送器70中加入必要的控制信息。光发送器70把RF信号转换成光信号以便电话网的光纤可传输。
图6给出在用户住宅30处的系统设备的详细模块。通常，用户希望保持CTV视频或其它服务并具有一个用于此目的的CTV终端84连接在CTV端接线28和电视接收器88之间。CTV终端与一个连接到CTV同轴子网馈送器的端接头28的分割器/组合器/双工器80相连。由于目前描述的宽带通信系统不会影响或取代常规CTV节目传输和频率分配，所以可在不修改或改变已有终端设放的操作的情况下使用CTV终端84。系统操作者不需改变或重新配置其分配网的操作，新的电话服务与其已建立的CTV用户终端设施是相兼容的。
宽带通信服务是通过将电话终端82连接在分离器/组合器/双工器80和电话设备86之间来提供。电话终端82把到一用户的入线电话信号转换成可被一个标准电话手机86通过一对双绞线85使用的模拟信号。而且，电话终端82把代表来自手机86的出线电话信号的模拟信号转换成可被传到CTV网上的QPSK调制信号。为了说明的目的给出了一个标准电话手机86，但事实上任何通常连到电话线上进行数字通信的设备都是可用的。
电话终端82有两个通信路径。第一个路径用于入线信号，包括一个调谐/解调器92，去复用器96和线路卡98的一部分而第二个路径用于出线信号包括线路卡98的一部分和一个调制器94。调谐/解调器92，调制器94和线路卡78由寻址和控制单元90控制。
对于在被调制到FDM载波上的3MHz信道中收到的入线电话信号，控制单元90使调谐/解调器92调谐载有传输送给用户的特定呼叫信息的载波。该载波限定了五个具有4个DS1或3个E-1QPR调制电话信号的3MHz信道中的一个。
电话信号在被输入到去复用器96之前被调谐/解调器92解调成包含4个DS1或3个E-1电话信号的串行数字流。去复用器96以64kb/s输入速率选择被赋给用户的特定的DS0数字电话信道并把数据输入到线路卡98的一个输入终端。控制单元90根据其在通过线路89到分离器/组合器/双工器80的连接上收到的信号和寻址信息确定要调谐的前向电话信道并从该信道中选择出DS0信号。
DS0数字格式提供了一个具有足够进行语音质量通信的带宽的语音信道。DS0格式是一个构成模拟语音信号时间采样值的64kb/s数据字节流。这就产生了以8KHz采样速率量化成每样值8位(256个值)并具有4KHz带宽的语音信号。
线路卡98接收DS0格式的数字电话信号并把它转换成适当的模拟电压和信号以驱动电话手机86。另外，线路卡98提供振铃电流，终端识别和其它在控制单元90控制下的标准功能。线路卡98接收来自电话手机86的模拟电话信号并把它们转换成数字DS0格式。来自手机86的拨号信号和其它寻址与控制信号也被线路卡98数字化。接着数字化的出线电话信号被线路卡98组合和格式化或64kb/s的DS0格式并输入给调制器94。
在控制单元90控制下调制器94在反向频带中选择一个载频并对其上的DS0电话信号进行QPSK调制。具有近于50KHz带宽的QPSK调制载波通过分离器/组合器/双工器80被传到CTV网上。
图7A和7B说明了一个把4个DS1数字格式信号转换成一个DS2数字格式信号的转换装置的详细模块图。如果通过标准电话光接收器传送，则各DS1信号将是模拟电压的形式且通过一用户回路进行差分传输。这种信号被一个转换器转换成数字信号电平而后输入给把DS1信号分成数据流和时针对的时钟恢复电路。具有DS1数据传输速率的数据和时钟对被输入到一个8位缓冲器中。缓冲器允许在多路复用器中进行从DS1数据速率到DS2数据速率的时基变换。多路复用器从四个缓冲器中的每一个中得到数据并把它们多路复用到一个单独数据信道上，通过缓冲放大器输出到QPR调制器。用于DS2格式数据的时钟是从驱动多路复用器的振荡器中寻出的。
每个缓冲器通过指示由STUFF REQ表示的缓冲器将满状态，被允许发送数据给多路复用器。当出现这种情况时，缓冲器以DS2数据速率发送数据直至又有足够的空间允许填充DS1信号为止多路复用器包括一个4∶1多路复用器，利用两个非反转状态DS1信道和两个反转状态DS1信道并把它们时分多路复用成串行数据信号随后由PRBS随机函数发生器随机化。然后，随机化的数据被数据成帧器成帧并最终通过DS2时钟与DS2数据速率再同步。
对缓冲器和多路复用器的控制是由包括计数器和解码器的多路复用器控制提供的。多路复用器控制还控制两个多路复用器为附加在信号中正确的时刻和位置上的DS2信令提供数据和成帧位。
图8说明了用于各终端的调制器94的更为详细的模式图。调制器用于把线路卡上的数据速率从64kb/s语音信号变为68kb/s，从而允许成帧字节加入到信号中。调制器也把数据和一个伪随机位序列(PRBS)相组合，从而把通过CTV网传输的数据随机化。信号被QPSK调制到使用差分编码的载波上。
现在参照附图，语音数据在被数字编码后以64kb/s速率被移入三级缓冲器并以68kb/s速率被移出。这允许每隔16个字节把一个额外的字节加到数据流中以产生一个17字节的子帧。特定字节或成帧字节被用于信令，帧识别，差错检测与纠正等方面。
当数据流频率已增加时，随机函数发生器对数据进行操作从而在较长的时间周期上分配信号能量，已知这种随机化有益于在中心或头端位置处的解调器的时钟恢复电路。随机化是通过产生一串伪随机位PRBS并把它逐字节地加到数据信号中来完成的。位串越长越随机，这样的操作加在数据上的随机化效果就越好。可以用许多种方式来产生PRBS，而最简单的是用移位寄存器连续循环使用该序列，在优选实施例中用的是127位模式。正如众所周知的，通过以与把序列加入位流同样的顺序取出该序列可以实现输出的去随机过程。
接着以每隔16个数据字节插入特殊的成帧字节在成帧器内把信号组装成帧。成帧格式类似于欧洲E-1格式即，在偶数和奇数帧时刻把字节加入数据信号。这是由两个原因造成的，即DS0格式已是面向字节的，而捆扎的成帧序列更易于在非捆扎序列上组装成帧。
图9中给出了最优实施例的说明性的成帧序列，其中帧被组织成17个字节的偶数和奇数子帧，而各子帧均有不同的FAS字节。在多重帧中子帧被分成8的倍数以允许进行诸如CRC计算的较高层的操作。在偶数子帧中成帧序列为X0011011，而在奇数子帧中为X1XXXXXX。无关的(X)位可被用于特殊的情况但对成帧并不重要。成帧模式使用初级和次级FAS值以保证在数据中不出现错误的成帧位置。初级FAS必须有7位要匹配而次级FAS只有一位要匹配，且是在初级FAS为零的位置上。若在数据中出现初级模式，则在次级FAS中同时出现数据1的机会是低的。
成帧器可以两种模式工作，一种有循环冗余码(CRC)而另一种没有CRC。若在各FAS字节中的第一位总是1，则不使用CRC且只有两个子帧(非复帧)。若偶数与帧中的第一位是图9中给出的模式。则识别为CRC复帧。复帧的定义允许在偶数子帧的FAS的第一位中携载一个CRC余数。C1，C2，C3和C4位携带针对前面一帧的CRC-4余数。CRC算式为X4+X+1。由用于E1电话格式的CCITTG.704定义。CRC算式将指示出数据传输的质量。这种成帧格式允许交替使用各信道作为数据传输信道。而且可传输任何允许支持DDS类型服务的64kb/s数据流(数据或语音)。
DL位构成了一个500位每秒的数据链路。数据链路使用一个HDLC电平格式化器来发送消息包或面向位的状态信息。AL位是一个指示线路卡上的问题的告警位。数据位为1不告警，而数据位为0时告警，A、B、C、D位是信令位，提供16种可能的信令状态。事实上可通过以某种速率触发各个位来定义更多的状态。信令位定义为：位A＝1表示挂机；位A＝0表示摘机；位B21表示无振铃；而位B＝0表示振铃。适当的状态格测器的状态每隔4ms被读取一次并被插入到奇数FAS的适当的位中。
RF调制器接受68kb/s数据流后把它QPSK调制到RF载波(5MHz到30MHz)上并通过同轴电缆子网在一个SOKHz信道中把信息传输到头端。数字数据被编码器分成I和Q信道并进行以差分编码在接收端处的载波恢复中去除相位模糊。编码信息的I和Q信道在滤波器中被分另滤波以保证能够以最小的符号间干扰传输数据。滤波器是数字式的，且近似于ulpha＝1.5的升余弦滤波器。在基带分别滤波允许在调制器的输出上使用低通滤波器而不是一个更复杂的带通滤波器。
接着I和Q信号被放大到适当的电平以确保混合器能正常地工作。调制器产生两个相位差为90°的锁相IF载波，每个载波用一个编码滤波数据信道进行DSK调制。
两个信道被重新组合以产生一个正产信号并在被频率转换到一个适当的传输信道上之前被放大。转换操作对频率可变的且传输信道可通过前向数据链路编程控制。接着传输信号被一个缓冲放大器放大以允许一个具有480个信道的满负载系统产生与反向频带中5个视频信道几乎相同的负载。
下面参照图10更为全面地描述用于QPSK信号的带宽为50KHz的解调器。调制QPSK信号的特定的载频由一个转换器调谐其把来自授权和数据控制器的信道号作为一个输入。该转换器选择特定的频率并把它转换成一个中间频率，最好是455KHz。中间频率信号由一个带通滤波器滤波并被一个具有自动增益控制的放大器放大。用于QPSK信号的时钟通过一个包络检测器和一个允许某个速率在例中为32KHz通过到达以较器的带通滤波器被恢复出来，该时钟被用来为两个采样QPSK信号的I和Q相位的D形双稳态电路提供时钟。I和Q相位的样本被差分解码且在转换器内进行并一串转换从而作为64kb/s数字信号输出。
解调在一个用恢复出的来自VCO的载波与信号的各个相位相乘的双路径解调器中进行。VCO通常为符号速率的四倍并被分成同相路径和正交相位路径。载波信号的一个相位加到一个乘法器，该乘法器产生解调信号及其反转信号，然后由低通滤波器滤波并在比较器中进行差分比较，从而作为D形双稳态电路的输入。载波的另一个相位被加到一个乘法器，该乘法器用恢复出的载波解调中间频率信号，对得到的结果进行低通滤波并提供给一个比较器。比较器的输出作为D形双稳态电路的输入，在符号时刻被采样以解码出位值。
通过驱动电压控制振荡器，可从一个通过多路复用器差分比较各解调信号及其反转信号的相位的积分器的输出中恢复载波。根据信号信道和其反转输出的值，多路复用器的输入被有选择地加以控制。
总之，本发明通过以有效的方式利用CTV系统提供了包括数字通信，电话和与电话有关的服务的宽带通信，而不需额外的交换设备及对CTV系统的重新设计。在连接来自一用户或到达一用户的基于电话的通话时，该宽带通信系统不需进行通常意义上的交换。通过有效使用CTV网宽阔的带宽以发挥CTV网最佳特性并使呼叫连接由电话网接通以发挥电话网最佳特性的系统，则可通过该系统进行多路呼叫。
在宽带通信系统中有两种电话呼叫，一种是入线呼叫而另一种是出线呼叫。综合这些类型的呼叫则可完成所有所需的到达或来自另一个电话装置和到达或来自一个CTV网用户的连接。用户可以呼叫(或被叫于)另一个CTV网中的用户，可呼叫(或被叫于)本地电话网中的一个本地电话装置或呼叫(被叫于)与长途和国际电话系统接口的电话网。
在识别出一个入线呼叫是指向属于CTV网的用户组中的一个用户时电话网把该呼叫接至CTV网的一个特定用户。接着在被赋予该用户的时隙内该呼叫被电话网交换到OC-1或与CTV网相连的其它标准电话信号上。而后CTV网的寻址与控制系统对多路复用信息解码并把它转换到已被赋予具体用户的前向多路复用中的频率和时间位置上。寻址和控制系统还提供使用户设备振铃或提醒用户有一个入线呼叫的必要控制。
电话网和CTV网维持该连接直至有一个指示一方已挂机的“挂机”信号或有另一个指示通信结束的诸如一个消息数据模式终止之类的信号。维持连接意味着电话网继续把被呼方数据包放在标准电话信号中所赋予的位置上，而宽带通信系统则继续把数据包转换到在被接至特定用户的前向多路复用中的位置和频率上。
对于出线呼叫，电话网从标准电话信号中的DS0位置上识别出属于一个特定的CTV网主叫用户的数据包。DS0位置是一个被赋予的位置，而CTV系统则以被输入给解调器的载波频率把数据转换到所赋予的在反向多路复用中的位置上。因而，对于出线呼叫，电话网会把标准电话信号看作一组单独DS0信号其在反向多路复用中的位置指明主叫用户。
这里已说明并描述了本发明的最优实施例，事实上在不偏离所附权利要求书和其中的等效描述中提出的本发明的宗旨和范围的前提下本领域的技术人员可以做出各种修改或变化。

Claims (31)

1.一个用于传输到达与来自电话网和到达与来自一个包括预定网络的系统的多个用户的电话信号的装置其中所述用户网具有一个前向频带和一个反向信令频带，所述装置包括：
把来自电话网的电话信号调制到上述用户网的前向频带中的载波上的装置；
解调来自预定网络的电话信号并把它们传给用户的用户终端装置；
把来自用户的电话信号调制到用户网的反向频带中的载波上的装置；和
解调来自预定网络的反向频带的电话信号并把它们传给电话网的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其中上述用于调制的装置还包括：
把SONET电话信号传至上述调制装置的装置。
3.如权利要求2所述的装置，其中上述电话信号且有OS-1，DS3，DS2，DS1和E-1中的一种格式且上述传递信号的装置包括：
把上述电话信号去复用并解码成各组电话信号的装置；
其中上述调制装置把各组信号调制到在预定网络的前向频带中被频分多路复用的不同组的载波上。
4.如权利要求3所述的装置，其中上述调制装置包括：
用一个具有接近3MHz带宽的QPR调制来调制各组载波的装置。
5.如权利要求4所述的装置，其中上述预定网络具有多个在预定信道的每一边均有一个1.5MHz保护频带的频分多路复用4.5MHz预定信道，其中：
上述调制装置把上述前向电话信道与上述预定信道频分多路复用。
6.如权利要求5所述的装置，其中：
上述调制装置在两个相邻用户信道之间的保护频带中频分多路复用至少一个上述前向电话信道。
7.如权利要求5所述的装置，其中：
上述调制装置在未被用户信道使用的部分前向频带中频分多路复用上述前向电话信道。
8.如权利要求5所述的装置，其中：
上述调制装置把至少两个前向电话信号频分多路复用到前向频带中的相邻位置上。
9.如权利要求3所述的装置，其中上述用户终端装置包括：
调谐至少一组载波并解调上述各组电话信号的装置；
把上述电话信号组去复用成各个用户电话信号的装置；和
选择寻址到用户的单独的用户电话信号的装置。
10.如权利要求9所述的装置，其中上述用户终端装置还包括：
把上述选择的单独用户电话信号传到用户线上并被连至用户的电话设备的装置。
11.一个如权利要求1所述的装置，其中上述用户终端装置还包括：
用QPSK或QPR调制方式调制来自用户的电话信号的装置。
12.如权利要求11所述的装置，其中上述用户终端装置还包括：
把上述用户电话设备连至上述用户终端装置的装置。
13.如权利要求12所述的装置，其中上述连接装置包括：
数字化来自用户的电话信号的装置。
14.如权利要求13的装置，其中上述数字化装置包括：
数字化来自用户的电话信号并把它们与数字化的控制与寻址信息相组合的装置。
15.如权利要求14所述的装置，其中：
上述来自用户的数字化电话信号具有DS0格式。
16.如权利要求1所述的装置，其中上述调制来自用户的电话信号的装置包括：
调制来自用户终端的和用户网的反向频带中其它用户电话载波频分多路复用的各个载波的装置。
17.如权利要求15所述的装置，其中：
上述用于调制的装置用具有接近50KHz带宽的QPSK调制方式调制各用户电话载波。
18.如权利要求17所述的装置，其中上述解调来自反向频带的电话信号的装置包括：
多个调解器用于调谐与解调用户网反向频带的用户电话载波并产生多个解调用户电话信号。
19.如权利要求18所述的装置，其中上述解调来自反向频带的电话信号的装置包括：
把用户网的用户电话信号多路复用成组合电话信号的装置。
20.如权利要求19所述的装置，其中：
上述组合电话信号是数字的并且包括寻址和控制部分。
21.如权利要求20所述的装置，其中：
上述组合数字电话信号具有DC-1，DS1，DS2，DS3和E-1中的一种格式。
22.一个用于服务区光纤的有线电视网的电话系统，其中有线电视网包括一个通过前向和反向信令频带与到多个光纤结点的光纤通信的头端，而上述各光纤结点与多个用户相连；上述电话系统包括：
连接在电话网和光纤结点之间，把来自电话网的电话信号调制到有线电视网的前向频带中的载波上的装置；
解调来自有线电视网的电话信号，把它们传给用户并把来自用户的电话信号调制到有线电视网的前向频带的载波上的用户终端装置；和
连接在电话网和头端之间，解调来自预定网络反向频带的电话信号并把它们传给电话网的装置。
23.一种用于服务区光纤的有线电视网的电话系统，其中有线电视系统包括一个通过前向和反向信令频带与到多个光纤结点的光纤通信的头端，而上述每个光纤结点均与多个用户相连；上述电话系统包括：
连接在电话系统和一个光纤结点之间，把来自电话网的电话信号调制到有线电视网前向频带中的载波上的装置；
解调来自有线电视网的电话信号，把它们传给用户并把来自用户的电话信号调制到有线电视网反向频带中的载波上的用户终端装置；和
连接在电话网和光纤结点之间，解调来自预定网络的反向频带的电话信号并把它们传给电话网的装置。
24.一个用于服务区光纤的有线电视网的电话系统，其中有线电视网包括一个通过前向和反向信令频带用光纤与多个光纤结点通信的头端，而每个上述光纤结点均与多个用户相连；上述电话系统包括：
连接在电话网和头端之间，把来自电话网的电话信号调制到有线电视网前向频带中的载波上的装置；
解调来自有线电视网的电话信号，把它们传给用户并把来自用户的电话信号调制到有线电视网反向频带中的载波上的用户终端装置；和
连接在电话网和头端之间，解调来自预定网络反向频带的电话信号并把它们传电话网的装置。
25.一个用于服务区光纤的有线电视网的电话系统，其中有线电视系统包括一个通过前向和反向信令频带用光纤与多个光纤结点通信的头端，而每个上述光纤结点均与多个用户相连；上述电话系统包括：
连接在电话网和头端之间，把来自电话网的电话信号调制到有线电视网前向频带中的载波上的装置；
解调来自有线电视网的电话信号，把它们传给用户并把来自用户的电话信号调制到有线电视网反向频带中的载波上的用户终端装置；和
连接在电话网和头端之间，解调来自预定网络反向频带的电话信号并把它们传给电话网的装置。
26.一个具有包含多个输入数据信道的多路复用输入信号和包含多个输出数据信道的多路复用输出信号的双向数字通信系统，其中输入数据多路复用中一个输入数据传送的位置指示该信道中数据的目的地而输出数据多路复用中一个输出数据信道的位置指示该信道中数据的起始地，上述系统包括：
把上述输入数据信道中的数据和上述数据信道位置转换成调制输入载波的装置，其中输入载波被赋予具体的目的地；
从一个中心点发送上述调制输入载波到多个上述目的地的装置；
在目的地处解调所赋予的载波并从一个具体数据信道中恢复出上述数据的装置；
把来自多个起始地的数据调制到所赋予的载波上的装置；
从上述起始地向上述中心点发送上述调制输出载波的装置；和
把上述所赋予的载波转换以上述输出多路复用中的上述所赋予的位置的装置。
27.一个如权利要求26所述的双向通信系统，其中：
上述多路复用输入信号为标准数字电话信号。
28.一个如权利要求27所述的双向通信系统，其中：
上述标准电话信号至少包括由一个DS-0格式信号，一个DS-1格式信号，一个DS-2格式信号和一个DS-3格式信号构成的组中的一个。
29.一个如权利要求26所述的双向通信系统，其中：
上述多路复用输出信号为标准数字电话信号。
30.一个如权利要求29所述的双向通信系统，其中：
上述标准电话信号包括至少由一个DS-0格式信号，一个DS-1格式信号，一个DS-2格式信号和一个DS-3格式信号构成的组中的一个。
31.一个如权利要求26所述的双向通信系统，其中：
上述中心结点为CTV网的头端；而
上述数据起始地和目的地为上述CTV网的用户。
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