CN1155198A - 提供双向宽带通信的网络设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于通信网络(例如一个同轴电缆网络)的一个变换器设备(小型光纤节点MFN)包括一个信号分配单元(例如光纤节点FN)，它用来通过一个同轴电缆传送频分复用通信信号下行到一个节点设备(放大器)再经过连接路径传送到与连接路径连接许多终端单元设备。变换器设备连接到连接路径并通过光通信路径直接从中央局接收下行第二FDM信号，并通过连接路径发送第二FDM信号到至少一个终端单元设备。变换器设备还通过连接路径从至少一个终端单元设备接收上行FDM信号并通过光路径发送上行FDM信号到中央局。在另一实施例中，变换器设备直接连接到主路径，以使提供服务给以“抽头-总线”方式连接的一个终端用户设备。

Description

提供双向宽带通信的网络设备和方法

有关的内容公开在以下正在审理的委托给与本文同一代理人的申请中：美国专利申请Ser.No.08/282,247，题为“提供双向宽带通信的网络设备和方法”。

本发明涉及宽带通信，更具体地，涉及提供双向宽带通信。这是通过增加一个单独的通信路径到现有的单向的或极端非对称双向的宽带网络上实现的。

将同轴电缆的低成本和大带宽与光波馈线技术的灵活性结合起来的光纤/同轴电缆网络(RUN)或混合光纤/同轴电缆(HFC)网络(此后称为HFC)已经显示出对于现时以及不久将来的宽带本地接入应用是一种非常有前途的系统结构。光纤是用来架设从中央局(CO)到遥远的光纤节点(FN)长距离线路，在FN那里由同轴电缆将信息分配给终端单元。HFC提供一个直接的低成本路径到任何目前规定的宽带或窄带业务，广播或交换业务，模拟或数字业务，并且可改善性能以便对交互多媒体业务或其它未来业务提供增加的带宽。对于电缆电视公司，已经证明了这种结构的优点，由纯同轴电缆到光纤/同轴电缆网络的转移比原来已经改善了信号质量，提高了可靠性和大为增加了带宽(接近1CHz)。对于本地交换载波(LEC)，由于比交替用户环路系统更低的成本，HFC能对视频业务提供更充分的带宽。由于它的低成本，大带宽和高渗透性(现有的有线电视同轴电缆系统已通过了95％的美国家庭)，对于目前以及不久将来的信息业务，HFC是目前最流行的宽带接入的基础结构。

为了实现HFC的全部潜力，需要更多的技术改进。最重要的任务之一就是有成本效益地在一个主要是为分布式广播电视业务设计的系统上提供宽带双向业务。如图1中上行频带1所示，通过在常规的5-40MHz上行频带中规定上行业务，现时的HFC支持有限的双向业务。然而，这个很小的上行带宽限制了所能提供的业务。此外，由于在那个频率范围内繁重的空中无线电传输(即业余无线电)，同轴电缆中的入口噪声能严重地恶化信道的性能。

为了克服这个入口噪声并建立更大的上行带宽，一个方法就是使用一个高频分离方案，那里上行业务位于频率大于下行频带的一个频带上，如图1中上行2所示。这个方法不影响现有的下行业务，并在宽带返回路径中具有较低的入口噪声。虽然高频频带比低频频带(上行1)更为可取，但由于同轴电缆中更大的损耗和需要宽带的高功率放大器，所以发送1GHz信号通过长距离是很困难的。这个方法和常规方法都具有限制，即必须将总带宽予分为下行频带和上行频带，用双工器(或三工器)和安装在所有放大器内的单独的上行放大器来提供非重叠双向路径。下行和上行带宽调配被限制在建造时所规定的情况，在没有全面改进同轴电缆网络的条件下，是不能改变的。这个固定的予分频率方案限制了网络支持未来宽带双向对称和非对称业务的广泛变化的能力。此外，现在的HFC带宽受同轴电缆放大器带宽的限制，常规上它是350，550或750MHz，而无源的同轴电缆可具有接近1GHz的带宽。

为了解决上行的限制并为了实现灵活的带宽调配，前面的参考专利申请已提出了利用绘于图2的一个同轴电缆/光纤环形结构。在这个系统中，发送上行业务下行到终端放大器。

放大器后面是一个低成本光纤通信路径，它发送这些信号上行到头端设备或中央局。这个系统的总带宽受到放大器带宽(通常为750MHz)的限制。

现有技术水平的论文(题目是“用于交换的电缆电视分配的数字传输结构的另外方法”，作者是J.B.Terry，发表于SCTE′94，1994年1月第77-86页)已经提出一种方法，通过将数字通信链路放置到每个桥式放大器来利用同轴电缆的更大的带宽(通常为1GHz)。该论文提出在数字光纤终端单元(DFTU)内设置QAM调制解调器使同轴电缆的全部带宽可被利用。可是，在系统中它设置了昂贵而耗电的射频(RF)部件。因为调制解调器位于DFTU内，它们不能在许多用户中共用。由于DFTU要求外加的处理电源来作动态分配，所以在这个系统中要动态地分配带宽也是困难的。

本发明是在一通信网络(例如同轴电缆网络)中使用一个变换器设备(小型光纤节点MFN)，它包括一个信号分配单元(例如光纤节点FN)，用于发送频分复用通信信号，通过一个同轴电缆下行到一个节点设备(放大器)，再经过一个连接路径加到连接在那里的许多终端单元设备。

在一个实施例中，变换器设备连接到连接路径。变换器设备既可以通过光通信路径直接从中央局接收下行第二FDM信号，通过连接路径将这第二FDM信号发送到至少一个终端单元设备；也可以通过连接路径从至少一个终端单元设备接收上行FDM信号，通过光路径将上行FDM信号发送到中央局。当第二通信路径是双向路径时，它可传送以上的下行第二信号和上行FDM信号。

在另一实施例中，变换器设备直接连接到主路径以便为以“抽头总线”方式连接的一个终端单元设备提供服务。与现有技术水平(Terry论文)不同的是能用便宜的光链路将RF信号传送到中央局。这样，调制解调器可以集中化，允许共用。这给我们的发明带来成本上和工作上的优点。

在附图中：

图1表明现有技术所提出的提供双向宽带通信的网络；

图2表明依据前面的参考专利申请的一个双向宽带网络的图解实施例；

图3表明一个双向宽带网络的第二图解实施例，它是依据前面的参考专利申请利用快速激光器节点实现的。

图4表明依据本发明的一个双向宽带网络的图解实施例；

图5表明依据本发明的一个双向宽带网络的另一个图解实施例；以及

图6表明依据本发明的一个MFN节点的另一实施例的方框图。

参考图1，图中示出了用于双向宽带网络的一个现有技术的混合光纤/同轴电缆(HFC)网络方案。图1表明一个头端设备或电话交换网络100，它经过光纤101-103连接到同轴电缆分配网络100a。电话交换网络100包括中央局(CO)110，它经过频分复用(FOM)单元111将交换信号(例如电话、传真、数据等)耦合到发送机激光器113以便通过光纤102传送。激光器发送机113可以是也可以不是发送其它广播信息所用的同样的激光器115。例如多路CATV信道(AM-VSB)或增强的计费收看(EPPV)信道。使用FDM和数字调制解调技术，可以成群地发送数字EPPV信号。

通过光纤103接收的光信号由光接收机单元114变换为一个电信号，再由FDM单元112多路分路输入各个包含交换信号的窄带信道。

如图示，广播和交换业务信号分别通过两个单独的光纤101和102，被发送到信号分配单元，此后被称为光纤节点(FN)120。在FN120，用接收机121和122接收信号并将其变换为电信号。如图示，FN服务于许多同轴电缆141，151和161。图1中只是示例性地示出了通过同轴电缆141的广播信号和下行、上行传输的交换信号的组合情况。使用同样的部件相应变换广播信号和从FDM124来的以及到FDM134去的交换信号，处理发至或来自与同轴电缆151和161连接的相应终端单元的各种通信。

使用混频器125和本地振荡器126将从FDM124输出的交换信号移频到一个预先指定的频率，并将它与来自分离器123的广播信号在组合器127组合起来以便通过同轴电缆141传输。在同轴电缆141，如141a所示，例如，在55.25MHz-500MHz频带B1中，CATV广播业务使用AM-VSB波段B1而EPPV信道使用波段B1a。在这个例子里，变换业务使用频带B2，它大于500MHz而小于1GHz。FDM124可用分离器取代，而且如果相同的交换信息发送到每个同轴电缆141，151和161上时，则可以取消移频部件125和126。

在FN120，双工器128耦合来自组合器127的信号(到双向放大器129)以便通过同轴电缆141发送/接收。双工器128使通过同轴电缆141接收的信号131能从通过同轴电缆141发送的信号分离出来。已收到的信号131是一窄带上行信号，它占有常规上从5-40MHz的频带B3。接收到的信号131通过混频器132和本地振荡器133的移频，然后经过FDM134频率复用后由激光器发送机(XTR)135变换为一个光信号，以便通过光纤103传送到CO110。激光器发送机135和激光器133一样，也使用一个数字调制格式(即是16或64QAM，QPSK)。如果在同轴电缆141、151和161上的所有终端单元共用相同的上行带宽，则FDM134和移频设备132和133可被取消。

使用许多电缆抽头(例如143)，同轴电缆141分配信号到许多终端单元设备(此后也称为终端用户)(例如142)并且也接收来自许多终端单元设备的信号。双向放大器(例如144)在同轴电缆141上维持所希望的信号电平。

如前所述，5-40MHz上行带宽B3对于为与同轴电缆141连接的终端单元提供外加业务呈现为一个带宽瓶颈。此外，入口噪声引起5-40MHz频带内的信道损害。当下行频带B2，500MHz-1GHz，的某些部分能够调配给上行通信时，这样的调配将要求改进双工器(例如128)，因此每当改变调配时，必须改变双工器。

在某些HFC网络中，同轴电缆放大器144只能处理下行广播，并且路径128，131，132，133，134，135，103，114，和112是不存在的。

图2示出依照前面的参考专利申请的一个双向广播通信网络。在图2中，编号与图1中相同的所有部件工作在相同的方式(即，以数字1开始的所有部件)。由于图2中使用的部件基本上与图1中所示的现有技术系统中使用的熟知部件相同，所以将不对他们作进一步说明。例如，在题为“电缆电视”的书藉中，广泛说明了这些部件的工作。该书作者为William O.Grant，由GWG联合公司(纽约)在1988年出版。

图2中，FN200和终端单元210-250间的下行通信利用现有的同轴电缆201广播网络。光纤节点FN200除了不具有接收信号131的部件132-135外，它通常利用如同FN120一样的部件。不使用图1中的双向放大器(如144)，而用单向放大器来代替，网络中也不加如图1所示的现有技术配置中那样的双工器(如128)，前面的这个参考专利申请为上行通信提供的是一个独立的低成本光纤通信路径。

低成本的小型光纤节点(MFN)260用来接收终端单元210-250发送的回程信号，并将该信号变换以便通过光纤270传输上行到FN200。MFN260包括一个带通滤波器261，一个频率变换模块(包括本地振荡器263和混频器262)，一个RF放大器264，以及一个低成本的光发送机(XTR)265(例如一个激光发送机)用于通过光纤270发送上行数字信号。通常，光纤270的安装平行于同轴电缆201并连接于MFN260，经过耦合器280返回将FN200接到CO110的回程光纤103。MFN260的实现使用了带通滤波器261，还使用了图1FN120的接收信号131的部件132，133，135(例如本地振荡器263，混频器262以及发送机265)。MFN配置在电缆201上最远的下行位置上。假如回程信号可通过光纤270直接发送而不用频率变换，则可取消混频器262和振荡器263。

因为来自MFN260的上行传输使用了健全的数字副载波信号，所以可在MFN260中采用低成本的不用冷却的Fabry-Perot激光器(例如AT&T Astrotec激光器)以减少其成本。由于该发明使用了单独的光纤270进行上行通信，也就消除了使用双工器和单独的上行放大器的需要和复杂性，如象图1所示的常规双向电缆网络100a中所使用的那样。可是，应该明白使用图1的常规双向电缆网络100a这也能工作。所以，该结构提供了一个非常实用的方法，它使现有的单向同轴电缆201网络可以得到改进，用于宽带双向业务。

由于图2的方案，下行广播AM-VSB和EPPV信号以及来自FN200的交换信号(示于201a)  通过同轴电缆201以常规方式发送到终端单元(EUS)210-250。当终端单元210-250发送交换信号2时，这个信号，以后称为“回程信号”，也在频带B2b中被发送下行到MFN260。所以，即使电缆201是双向的(如同图1中的电缆141)，终端单元210-250能够，但不必要在常规的5-40MHz频带B3(图1)内或在同轴电缆201上任何固定的指定上行频带内发送回程信号(信号2)的一部分。终端单元210-250能够传送信息，即回程信号，下行到同轴电缆201上的频带B2b内。可以规定频带B2b是总下行带宽的任何期望的部分。从终端单元210-250到同轴电缆201的下行传输是很容易进行的，如果连接终端单元210-250的抽头允许经过同轴电缆201受到双向供电的话。作为无方向耦合器的落线抽头允许这样作，因而这样应用通常遍及电缆行业。

在MFN260收集来自所有终端单元210-250的回程信号，将这些信号滤波以除去下行内容中的全部或部分，经上变换或下变换或不用任何变换，而后在光纤270上通过先前指定的频带作为上行信号发送出去。仅对于下行业务利用电缆网络201，并且在频带B2b中的终端单元回程信号与频带B1a和B2a中的FN200下行信号之间配置下行带宽B5，则电缆网络201能够支持任何现在规定和建议的宽带双向对称和非对称业务。已经表明，MFN260将来自终端单元的回程信号变换为通过光纤270发送的上行信号。由于光纤270提供很大的上行信道容量，并且由于同轴电缆的带宽可以很大的灵活性来划分，所以得到的系统很适宜作为无线或专用通信系统(PCS)应用的主干。

如果需要，可增加一个陷波滤波器203到FN200以防止由于下行信号而引起的失真和脉冲噪声落入回程信号的频谱内。如果来自终端单元的回程信号被指定到通常高于30MHz的一个高频波段B2b，则现有的技术问题，即在常规的5-40MHz上行频带内入口噪声引起的信道损害问题也就消除了。

基于现有的同轴电缆网络(即201)的柘朴结构，来自MFN260的光纤270可以环回到FN200中的耦合器280，也可以环回到沿着光纤103很容易连接到的最靠近的位置。这个基本原理还可应用到MFN260的位置，它可以是在一个单独的节点或是与最近的FN200相结合的位置。对于定位MFN260这提供了相当的灵活性。缩短或甚至消除额外的光纤环路也有助于减少成本的增加。

上行路径270也可以是一个或多个线对，一个同轴电缆或射频(倒如无线)路径。在这种安排下，MFN260将包括用来变换上行信号的熟知部件以便通过专为上行路径所选择的特殊媒体来传输。在FN200一个适宜的接收机电路(未示出)将所接收的上行信号变换为一个光信号，然后由耦合器280将它耦合到光纤。或者，上行路径270可以避开FN200而直接端接到CO110。此外上行通信可使用适合为上行路径选择的具体媒体的任何熟知形式的模拟或数字通信。

参考图3，我们说明前面的参考专利申请的另一实施例，它在每个主要同轴电缆支路301上使用一个高速节点XN380，并在每个主要同轴电缆支路301的终端上使用一个高速激光器节点XLN390。XN节点380使连接到无源抽头分配支路310，320的终端单元311，321通过高速馈电电缆301和放大器389能够发送回程信号下行到高速激光器节点XLN390内的MFN391。沿着每个主要支路301，可以有多个XN380服务于抽头的分配支的路的多个装置。可是，来自终端单元(例如311)的所有回程信号通过它们各自抽头的同轴电缆支路(即310)被有效地发送上行到高速节点XN380。所以，通过这样一个同轴电缆支路(双向连接路径)，例如310，双向业务可以混合在带宽的公共区段(即图2的B5)内。

为了避免在高速节点XN380上或是在高速激光器节点XLN390上产生冲突，在每个同轴电缆支路(即310，320，330，340和350)上的每个单元需要服从某些中间的接续协议。例如，这可能要求每个单元在与所有其他终端单元不同的一个“上行”频带部分发送信号。这可以是频分多址(FDMA)。或者运用许多熟知的时分多址(TDMA)协议中的一个协议，能在一个频道内规定每个单元一个固定的或可变的时隙。可以使用码分多址(CDMA)或可以使用允许多个单元共用公共带宽的任何中间接续协议的组合。这里提及的专用名词频分复用(FDM)包括在FDM系统的许多预定的频道内的FDMA，TDMA或CDMA的任意组合。更具体地，一个优选实施例会再将回程信号带宽B2b分为N个频道，每个频道具有某些预定的信息容量。在每个终端单元和一个CO控制器间商定的一个TDMA协议，可以分配一些终端单元给每个频道内的时隙，并防止或消除每个频道内回程传输中的冲突。每个单元(例如311)  可以共用也可以不共用与连接到相同抽头的分配电缆310的其它终端单元相同的回程频道。

滤波器386用来将回程信号的带宽限制为所希望的频带B2b。它也可用来再划分带宽B2b为各个分开的频道，使得例如在支路310，320上的终端单元311，321使用B2b的与在支路340或350上终端单元341，352所使用的不同的回程部分。如果这些滤波器386，396和滤波器203(图2)都是可编程的，那么这些频道的分配就可能动态地改变。通过改变或重新对这些滤波器编程，允许回程带宽与下行带宽相互换取来满足变化的要求，就可以增加由所有终端单元使用的总带宽B2b。或者，当系统是初次安装或是改进时，可以就规定了总带宽B2b。

高速节点XN380包括放大器381-383和相加器/滤波器电路384。在高速节点XN380中，电路384由相加器385，带通滤波器386和放大器387组成，用来选择和发送回程信号下行。

在高速节点XN380中，如果带通滤波器386是可编程的，则可以动态地确定回程信号下行带宽。高速放大器383为高速的或无抽头的馈线或电缆301提供增益。沿着同轴电缆301，所有有源部件(放大器，跨接器(bridger)等)集中到n个高速节点(例如380，390)，在这里，带有落线抽头(例如312)的无源支路被用作分配支路。

高速激光器节点XLN390包括一个MFN391和放大器398和399，在XLN390中，MFN91包括相加器397，带通滤波器396，本地振荡器392，混频器393(或其他合宜的频率变换装置)，放大器394以及激光器发送机395。

通过在尽可能多的终端单元之间共用光部件(例如395)并且使网络利用的同轴电缆放大器(例如381)的数目减到最少，就得到图3所示的低成本实现。基于这种结构，高速节点XN380收集了来自由它通过无源的分配同轴电缆支路(例如310)服务的所有终端单元(例如311)的所有回程信号信息，并且通过馈线301沿着同样的下行路径将信息发送到高速激光节点XLN390。XLN390将来自由它服务的所有终端单元(例如341，352)的所有回程信号信息和来自由其它XN(本例中为XN380)服务的所有终端单元(例如311，321)的所有回程信号信息一起组合起来，将组合的回程信号作为上行信息通过光纤388发送出去。在FN200，上行信息或信号耦合到回程光纤干线103。所以，使用沿着高速馈线(例如电缆301)分布的一个或多个高速节点(例如380)和一个高速激光器节点XLN390就能实现一个光纤/同轴电缆环路(使用同轴电缆301和光纤388)。

由于现有的同轴电缆网络在结构上和地理上差别很大，也许不可能在沿着一个主要高速馈线301的各个XN上集中所有的有源部件。在这样情况下(未示出)，希望使用一个亚高速线连接到主高速馈线。这个亚高速线可互连一个或多个XN以及一个外加的XLN。上述方法也可用于每个亚高速线，如同用于每个主高速线一样。

图4表明我们的单向或双向通信系统，类似图1，其中CO110通过通信路径101和交换信号路径102发送一个来自激光器链路115的广播信号到FN420(也称为分配单元)。FN420组合信号(以FN120的方式)，通过同轴电缆141，310和310a将组合的信号发送到终端单元311。终端单元311也能经过双工器414接收来自MFN403的信号。以类似的方式，MFN415经双工器414a提供通路到终端单元321。终端单元321经放大器450和连接路径320和320a连接到同轴电缆141。同轴电缆放大器144和450具有高至B2的带宽，它通常为350，550或750MHz，而同轴电缆141，310和310a可具有大于放大器144的带宽，高达1GHz。

参考图4，本发明经路径310将MFN403连接到双向或单向放大器144(这里也称为节点设备)。MFN403(这里也称为变换器设备)由光接收机410，激光器411，放大器412和412a以及双工器413组成。外加的光纤404和405分别经过组合器/分离器406和407将MFN403连接回到在CO110的发送机401和接收机402。类似光纤404a和405a将MFN415而光纤404b和405b将MFN446连接到组合器/分离器406和407。应该指出：延伸MFN403和MFN415间的光纤，经过相同的光纤例如404和405，能将MFN403和MFN415连接在一起。在这样一种安排下，组合器/分离器406和407位于MFN403处。这样，如果从地理上或经济上是可行的，则一条光纤路径404和405可用来互连所有的MFN到FN420。发送机401和接收机402使用调制解调器400-400a来提供通路到CO110上的交换业务。

用这种安排，图1所示现有的分配系统仍能以同样的方式工作，使用B3，B1和B2频带发送业务，通过同轴电缆141，连接路径310-310a到终端单元311。发送机401和接收机402通过光纤404，405以频带B4和B5发送新业务到MFN403，它再通过连接路径310a发送这些新业务到终端单元311。对于上行和下行传输，系统的带宽因此增加，超过了同轴电缆放大器144的带宽限制。

这种方法也允许现有的交换业务以频带B3和B2，甚至EPPVB1a通过光纤404和405发送出去。通过光纤404和405发送的新业务也能利用频带B3，B1a和B2。

双工器413用来分离频带B4和B5。双工器414用来将来自MFN403的信号插入到连接路径310，并且从由MFN403服务的新频带B4和B5中分离出来自和送至放大器144的现有频带B3，B1和B2。双工器414的分离范围可以动态地安排，以便能够动态地分配通过现有电缆414系统发送到终端单元311的业务和通过新光纤404和405发送的业务。

可以理解：可提供单向业务而不提供双向业务。如果只要求加强的下行业务，则光纤405，激光器411，放大器412a，双工器413，组合器/分离器407，接收机402以及调制解调器400a都可省略。如果只要求上行业务，则光纤404，接收机410，放大器412和双工器413连同组合器/分离器406，激光器401，和调制解调器400都可以省略。对于只要求单向业务的任何MFN，都可进行这些修改。

根据本发明的其它特点，MFN446也可连接到同轴电缆141来提供通路到终端单元448。如图示，双工器447用来连接MFN446到同轴电缆141，而光纤404b和405b用来连接446到组合器/分离器406和407。应该指出：或者也可以采用将放大器450通过它自已的同轴电缆151连接到FN420的连接方式。位于FN420内的电源可经过同轴电缆141，151供给到所有的MFN。而且，一个MFN能够连接到与相同的或不同的同轴放大器连接的多于一个的连接路径。MFN还可连接到多于一个主路径或主路径与连接路径的组合。

光路径404和405可使用相同的光纤，WDM或FDM技术可用来减少上行和下行信号间的串扰。由于本发明的其他特点，每个MFN，例如403，415和446，都能以不同的光波波长与中央局进行通信。组合器/分离器406和407可用一个WDM组合器/分离器取代。

上行405和下行404光纤路径可应用FDM通道内的TDMA/TDM的组合方式。因而终端单元311和321可共用相同的频道和CO110内相同的调制解调器400，即使它们是由两个不同的MFN403和415服务的。

应该指出：调制解调器400-400a能够各自工作在不同的频率。此外，每个调制解调器400-400a可由不同的MFN403，415和445所共用，因此，同样的频率可为连接到这些相应MFN的不同的终端单元311，321和448所使用。此外，光纤例如404和405也可直接连接到CO110，这样也就取消了组合器/分离器406和407。

更进一步，MFN403，415和446可利用来变换终端单元和光纤404-404b，405-405b间所传送的信号格式和频率。此外，任意的或每一个MFN可用来提供一个局域网(LAN)，利用它通过连接到一个MFN的相同的或不同的连接路径，从一个终端单元接收的上行信号可被安排下行到其它终端单元。因此，例如终端单元448可与终端单元449通信。还应指出：CO110能发送下行导引信号例如通过路径408，404到MFN403然后MFN403返回一个带有编码信息的响应信号。这是用来使CO110提供一个网络监控功能，对于一个抽头的总线结构，MFN连接到同轴放大器450后面的主路径141。图5所示是本发明的一个实施例，这里光纤节点(FN)520服务于多个同轴电缆网络141，151和161，每个网络连系到不同的终端单元组并且各自都有它本身的MFN501和502或者有一个小型无线节点(MRN)503。电缆抽头507-510提供终端单元504-506接到相应的电缆网络141，151和161以及MFNs501，502和MRN503的入口。MRN503使用无线传输523而不是用光传输接到接收机546。在这样安排下，一个无源的光组合器或耦合器544可用来组合来自光纤521和521a的回程光信号，组合信号经组合器549上行传输到CO(图2中的110)。显然，组合器544可单独设置，也可与MFN501，502设置在一起或设置在FN520处(如图所示)。每个MFN还能变换它选择的上行频道的频率到在它相应的光纤(521，521a)上进行副载波复用传输所需要的频率。或者，在FN的无线发送机/接收机515/516和在MRN的无线发送机/接收机515/516间所建立的一个无线路径523可用于上行/下行通信。从MRN503发送到FN200的无线电信号在接收机546处可被收到，经移频(547)后由激光器548用光学方法发送返回到CO110(图2)。使用组合器/分离器549，将这些上行信号与来自组合器/分离器544的其它回程光信号组合起来。将在组合器/分离器549接收到的下行信号送到组合器/分离器544，然后分别通过光纤522和522a传输到MFNs501和502。

以上说明仅是本发明原理应用的例证，在不偏离体发明精神和范围的条件下，本领域的技术人员可能补充其它的方案和方法。

MFN还能包括无线端口(RPs)用来提供专用通信业务(PCS)或无线业务，这是由于本发明增加了同轴电缆系统的上行(回程)和下行信号带宽的缘故。参考图6，在这样的安排下，在一个频谱B2或B5内(图4)通过光纤404(或者，也可通过示于图4的同轴电缆141发送信号)将发送下行要广播到邻近MFN/MRN600空间的信号。使用滤波器601可选择出适当的RF广播信号，使用频率变换器602可将该信号变换为适当的广播(air)频率，然后由XTR603将信号发送到多个固定的或移动的终端单元604。来自604的回程传输由接收机605接收并由频率变换器606变换为所希望的频率和格式，由601滤波并由激光器411通过光纤405发送。广播里(over the air)的信号也能在MFN/MRN600和中央局或FN之间直接传送，而不用任何频率或格式变换。使用上述的放大器412和412a，通过同轴电缆支路310a提供给终端单元311的上述有线业务可同时支持这个无线能力。

此外，各种熟知的复用方式可用于代替光组合器(例如图4的406和407)来组合和分离通过光纤404a-404b和405a-405b发送的上行和下行信号。例如，可以在每个MFN(例如图4的411和416)的激光器发送机发送不同的光波波长，而一个波分复用(WDM)组合器可用来组合在FN(或其它位置)，例如组合器407的波长，以便传输回到CO。或者发送到每个MFN或MRN的FDM信号和从每个MFN或MRN发送的FDM信号可以具有它们已改变的RF格式以便改善健全性或频谱效率。后者会是很适宜的不论是否使用这些技术来得到在每个MFN的基带数字回程信号。

如果我们希望能够动态地控制或调配每个MFN使用的上行和下行带宽，则下行频谱的某些部分可用来提供控制信息，用它来设置与每个MFN有关的双工滤波器(即413，414)的状态和频平。

虽然至今的说明只是集中在一个同轴电缆分配系统(例如图4的141)，但该技术也可应用到一个光分配系统。在此情况下，例如，同轴电缆141可用光纤来代替；落线抽头(drop tap)可用适宜的光耦合器代替；而放大器144可用光放大器取代。所有这些部件在现有技术中是众所周知的。这个光纤分配网络将由激光器而不是由放大器129服务。使用一个光分离器或波长多路复用器来代替双工器128，可以分离上行传输和下行传输。组合同轴电缆上的多个频道的频分复用(示于141a)可使用光频分复用(也称为波分复用)来代替。电的和光的频分复用间的并行工作是熟知的。所以，这里所公开的技术也解决了在光连接系统内达到适合的回程带宽中所预料的限制。应该指出：使用熟知的波分复用(WDM)或亚载波或时分复用(TDM)，可用一个单光纤来实现光纤404，405和408。

应该指出：以上说明的通信路径(例如第一、第二路径，主路径和连接通信路径)可以由一个或多个路径段组成，这些段是从包括同轴电缆、光纤、一个或多个线对或一个无线通信路径的一个群中挑选出的。

Claims (24)

1.一个通信网络包含一个中央局(CO)，它用来通过一个通信路径发送频分复用(FDM)信号下行到至少一个分配单元，

上述分配单元包括用来通过一个信号分配系统发关FDM信号下行到许多终端单元设备的装置，该信号分配系统包括至少一个主路径，一个连接到主路径第一区域的节点设备，以及至少一个连接到节点设备的连接路径，

上述节点设备包括用来通过主路径的节二区域传送FDM信号再下行、通过连接路径分配至少一部分下行信号到至少一个终端单元设备的装置，

上述网络还包括

连接到至少一个连接路径的变换器设备该变换器设备包括

提供从一个信号群选出的至少单向通信信号的通信装置，该信号群包括

通过第二通信路径直接从中央局接收的以及通过连接路径发送到至少一个终端单元设备的下行第二FDM信号，以及

通过连接路径从至少一个终端单元设备接收的以及通过第二路径发送至CO的上行FDM信号。

2.一个通信网络包含一个中央局(CO)，它用来通过一个通信路径发送频分复用(FDM)信号下行到至少一个分配单元。

上述分配单元包括用来通过一个信号分配系统反送FDM信号下行到许多终端单元设备的装置，该信号分配系统包括至少一个主路径，一个连接到该主路径第一区域的一个节点设备，以及

上述节点设备包括用来通过主路径的第二区域传送FDM信号再下行到至少一个终端单元设备的装置，

上述网络还包括

连接到主路径的至少一个第二区域的变换器设备，该变换器设备包括

提供从一个信号群选出的至少单向通信信号的通信装置，该信号群包括

通过第二通信路径直接从中央局接收的以及通过主路径第二区域发送到至少一个终端单元设备的下行第二FDM信号，以及

通过主路径第二区域从至少一个终端单元设备接收的以及通过第二路径发送到CO的上行FDM信号。

3.权利要求1或2的网络，其中节点设备包括

用于从主路径或连接路径或从两种路径耦合上行FDM信号，通过主路径将所耦合的信号传送到分配单元的装置。

4.权利要求1或2的网络，其中上述节点设备的带宽等于或小于主路径和连接路径的带宽，其中由变换器设备传送的上述FDM信号处于上述节点设备带宽外的频带内。

5.权利要求1或2的网络，其中由变换器设备传送的上述FDM信号处在上述节点设备的带宽之内。

6.权利棣1或2的网络，其中与相同的或不同的变换器配合的一些终端单元设备能够共用一个频道，这个频道是由CO的相同的和不同的调制解调器采用时分复用或采用一个对于每个终端单元设备是不同的专用频道进行接收或发送的频道。

7.权利要求1或2的网络，包括

一个第二变换器设备，它通过与第一节点设备相同的或不同的主路径与第二节点设备相连接，其中，每个变换器设备至少与一个终端单元设备通信，并且每个变换器设备使用一个不同的第二通信路径，以及

用于组合/分离从上述第二通信路径得到的上述FDM信号的组合器/分离器装置。

8.权利要求1或2的网络，其中

通过通信路径和主路径，CO发送FDM信号到终端单元设备，以及

CO还通过第二路径发送至少一部分FDM信号给变换器设备，于是变换器再发送上述通信信号给至少一个终端单元。

9.权利要求1或2的网络，其中

至少一个终端单元设备通过主路径和通信路径发送上行信号给CO，以及

变换器还选择并通过第二路径发送至少一部分上述上行信号到CO。

10.权利要求1的网络，其中

与节点设备配合的至少一个变换器设备动态地将连接到那里的至少一个连接路径的总带宽划分为一个第一带宽和一个第二带宽，前者用于在节点设备和终端单元设备间发送的信号，后者用于由变换器和第二路径传送的信号，这对于通过与相同或不同的节点设备配合的其它连接路径的传输以及对于通过主路径的传输没有影响。

11.权利要求2的网络，其中

与节点设备配合的至少一个变换器设备动态地将连接到那里的主路径的至少一个第二区域的总带宽划分为一个第一带宽和一个第二带宽，前者用于在节点设备和终端单元设备间发送的信号，后者用于由变换器和第二路径传送的信号，这对于通过与相同或不同的节点设备配合的主路径的其它第二区域的传输和对于通过主路径的第一区域的传输设有影响。

12.权利要求1或2的网络，其中

上述变换器设备变换在至少一个终端单元设备和第二路径之间所传递的信号的格式和频率。

13.权利要求1或2的网络，其中CO通过第二路径发送下行导频信号给变换器设备，然后变换器设备返回响应信号给CO，用于网络监控。

14.权利要求1或2的网络，其中上述变换器设备安排从至少一个终端单元设备接收的上行信号下行到至少一个连接到同一节点设备的其它终端单元设备。

15.权利要求1或2的网络还包括：

和分配单元装在一起的一个电源节点，通过主路径上述电源节点将电能分配给至少一个节点设备和至少一个变换器设备。

16.权利要求1或2的网络，其中变换器设备包括：

用于从第二路径到另一个或多个终端单元设备发送下行信号的无线装置，以及

用于从上述另一个或多个终端单元接收上行信号以及通过第二路径发送这些上行信号回到CO的无线装置，其中

上述另一个或多个终端单元设备包括：

用于从变换器设备接收下行信号的无线装置：以及

用于发送上行信号到上述变换器设备的无线装置。

17.权利要求1或2的网络，其中

通信路径、主路径和连接路径是从一个群中选出的一个或多个路径为组成，该群包括同轴电缆，光纤，以及一个或多个绞合线对，而第二路径是一无线链路；

上述变换器设备包括用于与上述分配单元或CO进行无线信号传送的装置：以及其中

变换器设备还将无线信号变换为一个适宜通过连接路径和主路径与至少一个终端单元设备进行通信的格式和频率。

18.权利要求1或2的网络，其中

通信路径，主路径和连接路径是从一个群中选出的一个或多个路径段组成，该群包括同轴电缆、光纤以及一个或多个绞合线对，而第二路径是从一个群中选出的一个或多个路径段组成，该群包括光纤、无线链路、同轴电缆、以及一个或多个绞合线对。

19.权利要求1或2的网络，其中

至少是两个变换器设备的每一个与不同的节点设备相连接，并通过不同的第二路径利用不同的光波波长来通信，网络还包括

波分复用(WDM)组合器装置，用于组合来自上述第二路径的多波长上行信号，以及

WDM分离器装置，用于分离加到上述第二路径上的多波长下行信号。

20.权利要求1或2的网络，其中上述变换器设备通过由单光纤形成的第二路径以不同的光波长或不同的副载波RF频率来传送上行和下行信号。

21.变换器设备包括：

通过一个通信路径接收下行FDM信号、通过一个连接路径分配下行FDM信号到一个或多个终端单元设备的装置，

通过第二通信路径直接从中央局(CO)接收下行第二FDM信号、通过连接路径发送第二FDM信号到至少一个终端单元设备的装置，

通过连接路径从至少一个终端单元设备接收上行FDM信号、通过第二路径发送上行FDM信号给CO的装置。

22.通信网络的工作方法，该通信网络包括一个用于通过一个通信路径来发送频分复用(FDM)信号下行到至少一个分配单元的中央局(CO)，上述方法包含以下步骤：

在上述分配单元，通过一个信号分配系统，发送FDM信号下行到许多终端单元设备，该信号分配系统包括至少一个主路径，一个连接到主路径第一区域的一个节点设备，以及连接到节点设备的至少一个连接路径；

在上述节点设备，通过主路径第二区域传送FDM信号进一步下行，以及通过连接路径分配下行信号至少一部分到至少一个终端单元设备；

在连接到至少一个连接路径的变换器设备，提供由一个信号群选出的至少单向通信信号，该信号群包括

通过第二通信路径直接从中央局接收的、通过连接路径发送到至少一个终端单元设备的下行第二FDM信号，

通过连接路径从至少一个终端单元设备接收的、通过第二路径发送到中央局的上行FDM信号。

23.通信网络的工作方法，该网络包括一个用于通过一个通信路径发送频分复用(FDM)信号下行到至少一个分配单元的中央局(CO)，上述方法包含以下步骤：

在上述分配单元，通过一个信号分配系统发送FDM信号下行到许多终端单元设备，该信号分配系统包括至少一个主路径和连接到主路径第一区域的一个节点设备；

在上述节点设备，通过主路径的第二区域传送FDM信号进一步下行到至少一个终端单元设备；以及

在连接到主路径的至少一个第二区域的变换器设备，提供从一个信号群选出的至少单向通信信号，该信号群包括

通过第二通信路径直接从中央局接收的、通过主路径第二区域发送到至少一个终端单元设备的下行第二FDM信号，

通过主路径第二区域从至少一个终端单元设备接收的、通过第二路径发送到中央局的上行FDM信号。

24.权利要求23或24的方法，其中在节点设备执行的还包括以下步骤：

组合主路径的FDM信号和连接路径的FDM信号并且通过主路径将它们传送到分配单元。

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