CN1325568A - 在低电压系统中进行数据传输的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法,用于在经由低电压系统进行的双向通信中进行数据传输,该低电压系统连接到一个更高阶的电信网络。数据传输在148.5KHz以上的高频范围使用数据信号的频带扩展及一个传输电平进行,其中传输电平低于所述方法适用的有线及无线干扰特征的干扰或噪声电压界限;在所述信号中给出一个方向编码、频率或信道分配以便在低电压系统中规定一种因接收器而异的逻辑方向,对所述信号使用一族或几族数值的不同序列在一个频带或时间范围上进行扩展,以实现多信道操作;在低电压系统中,所述以因信道而异的方式扩频的二进制数据序列被识别、再生并再分配新的方向编码用于转发,这是基于依据衰减规定的序列,使用关联、迭代或平行故障信号抑制方法或时间/频率变换来进行的。

Description

在低电压系统中进行数据传输的方法及装置

本发明涉及一种依据权利要求1所介绍权项的方法，以及一种用于实现所述方法的装置。

公用事业公司拥有网状分枝程度很高的供电网络，通过网络与其客户相连。很长时间以来，对这一优点的利用已经超出了单纯进行电力供应的范围，例如，用于声频(tone frequency)远程控制，其中数据是在单向通信系统中进行传输的，但其缺点是没有反馈。

然而，最近，提出了一些方案，能够不依赖于其他载体，使用公用事业公司的低电压系统进行双向通信。单向通信只允许进行数据收集，诸如读取电表、煤气表、水表等的数值或记录温度、压力测量值或报警，而双向通信能够用于查询复杂技术设施的开关状态并对其进行控制。除了通常的数据传输之外，公用事业公司拥有的与每个家庭相连的低电压系统还能够用于普通电话业务。根据一种已知的此类方案，使用其低电压系统作电信用途的电力供应商一方面必须提供用作数据过滤器的设施来确保只根据其地址来接收数据。另一方面在网络站中还需要可将数据转置到与站相连的铜线、蜂窝无线或光纤网络中去的设备。目前假设能够把大约100到200个家庭连接到一个网络站中。按照欧洲CelenecEN50065-1标准，在最高为95KHz的专用频带上以双工模式进行的数据通信，理论上可用的数据传输率最高可达70Kbps。

从DE19504587中，我们可以了解到一种在中心站和最终用户之间进行数据传输的双向通信系统。与低电压网络相连接的结点控制器起到子站的作用，而一个大面积电信网络如蜂窝数据网络或电路交换网络，特别是光纤网络，被用于中心站与子站间的数据传输。与分布式网络转换器相联结的结点控制器配备有可提供低电压网络与大面积电信网络间接口的标准调制解调器，而在结点控制器和最终用户设施间的传输路径中还提供一个带有转发器功能的调制解调器作为中间站；在本地低电压系统中的数据传输是基于频谱扩展方式进行的。

低频网络中的数据传输使用在欧洲允许的最高为148.5KHz的频率范围。然而，有一个问题是，在这个频率范围内的传输质量由于大量的干扰信号和很高的噪声电平而受到限制；另一个问题是，狭带传输频带限制了用户数量及每个用户的传输率。

在一个较早但并未预先发布的专利申请DE19714386.5中公开了一种经由低电压系统以双向通信方式进行数据传输的方法，其中低电压系统与一个更高阶的电信网络相连接。

为了把高数据传输率和优于常规系统的传输质量、ISDN(综合业务数字网)质量的传输安全性以及实时信号处理结合在一起，低电压系统中的数据传输在上限为30MHz的高频范围使用数据信号的频带扩展和一个传输电平进行，该电平低于规定的有线和无线干扰特征的干扰或噪声电压限制；其中，对所述扩频数据给定一个方向编码以在低电压系统中规定一个逻辑方向，使用一族伪随机数的不同序列以确保多用户操作；利用在低电压系统中具有一定间隔的规定序列进行关联，可以对数据的二进制序列进行标识，其中规定序列的间隔依赖于衰减程度，而数据的二进制序列因用户而异进行扩频并因方向而异进行编码；然后，所述数据序列被再生并为其分配新的方向编码以便转发。

在较高频率范围如10MHz中，无线和有线频率干扰的界限值远远低于在上限为148.5KHz的频率范围中。但在此范围中，也会产生由来自其他频率范围的谐波所造成的狭带干扰，并且即使是标准的无线电发射器也会在此频率范围给数据传输带来干扰。另一方面，规定的最大输出电平是不能被超过的，而该电平非常之低。且随距离和频率提升而增长的传输损耗会导致低电平信号输出降到噪声电平以下，使得非扩频信号不能再被接收。

由于在这个频率范围内的低输出电平和高衰减，在传输损耗为50到70分贝/100米时，所要传输的信号就被降到了噪声电平以下。但在地下电缆中，能够在100米的距离接收低于噪声电平的信号并成功地将其再生。一个使用代码、时间或频率进行多路复用的方向编码将在低频系统数据传输不可能作的物理分离转换为逻辑分离，这就使得双工操作成为可能。代码多路复用还保证了一个多用户结构。使用直接序列频带扩展时，其中在同一时间内用一个伪随机数序列来代替单一信息符号进行传输，传输所需带宽根据一个系数而增加，该系数与伪随机数的序列相关。这样狭带干扰源和频率选择性衰减就失去了其对传输方法的影响。

采用这种较早的高频范围数据传输方法，如果使用地下电缆的话，就可以经由公用事业公司的低电压系统以实时方式进行低成本的双向通信。可以提供具有ISDN话质和64Kbps的数据传输率，而在相连用户和低电压系统与更高阶电信网络的接口之间的低电压线路总传输能力对于每个正反向信道来说最小可达2Mbps,100米的误码率为10^-6。

尽管这种较早方法具有上面列出的优点，但所述方法达到目的还要受到几个限制。因此，本发明的课题在于要在传输质量和安全性方面对旧方法进行改进，并扩大其应用领域。

依据本发明，通过权利要求1特征部分中指出的特性，可以解决这个课题。也可以从其子项中得到进一步的有利的发展。

本发明的特征在于，在低电压系统内的数据传输是在一个高于148.5KHz的高频范围使用数据信号的频带扩展和一个传输电平来进行的，其传输电平低于适用于上述方法的有线和无线干扰特征的干扰或噪声电压界限；在所述信号中给出一个方向编码、频率或信道分配以便在低电压系统中规定一种因接收器而异的逻辑方向，对所述信号使用一族或几族数值的不同序列在一个频带或时间范围上进行扩展，以实现多信道操作；在低电压系统中，所述以因信道而异的方式扩频的二进制数据序列被识别、再生并再分配新的方向编码用于转发，这是基于依据衰减规定的序列，使用关联、迭代或平行故障信号抑制方法或时间/频率变换来进行的。

在较早专利申请DE19714386.5中所述的方法是以强制性地将低电压系统与更高阶的电信网络相连为基础的。这就造成了其对纯低电压系统岛状网络的灵活性方面的缺陷。所有通信进程一直经由被视为公共系统的更高阶电信网络运行，并因此向用户计费。

而且，使用低电压系统进行所谓”最后一英里”的桥接与低电压系统的纯内部使用是有区别的，使用低电压系统进行所谓”最后一英里”的桥接即指通过桥接低电压网络站与家庭网络之间的间隙来访问用户房屋。

无需直接或者经由”最后一英里”与更高阶的电信网络相连，可以利用LAN(局域网)解决方案提供一个在内部或用户可独立操作的私人财产上使用的局域网络，用于语音和数据通信，而不必使用会被计费的公共网络运营商的服务。可以根据系统的质量及其损耗特性将这样的一个独立局部通信网络匹配成一个类似的总线型拓扑结构的以太网(10Mbps)。

系统构造依赖于局域网络的大小：或者表现为其最大构造(一个网络，具有转发器单元(SAE)，用户终端连接单元(EGA)和网络互通单元(N G))，所述N

G带有网络监视、交换和控制功能；或者表现为其最小构造，其中只有一个信号调节与交换单元(SAVE)，它经由低电压线路与EGA相连接。

而且，在较早专利申请中描述的方法将低电压系统进行双向通信的应用限制在上限为30MHz的频率范围。这从各种外部和内部应用的角度来看，是不利的。因为高频范围的网络属性对上述方法并非明显不利，所以对特定频率范围的限制是没有用处的。

因此，对于本发明，一般不会限制传输频率范围。然而，在实际应用中，它通常会低于30MHz，并且在某些路由段，例如断开局部网络时，会达到60MHz，这是依据所用电缆的类型、网络结构及低电压线路的损耗特性而定的。

在较早专利申请中所述的方法是基于由适当方法创建的多用户结构的。但特别是考虑到可能要将”最后一英里”与内部低电压系统分离时，如果只使用多用户结构，则该发明的方法可能会在使用中受到限制。纯内部网络不具备多用户结构，因为只有一个用户而不是几个用户；而所述的多用户终端间的通信却是以多用户结构为基础的。

如较早专利申请中所述的使用一族伪随机数进行频带扩展的方法可以通过引入使用一族或几族数值的各种序列作扩频来得到改进。通过重叠不同序列的扩频信号而实现多信道结构，可以做同步重叠或者异步重叠。另外，多信道还可以通过替换或附加时间和/或频率多路复用设计来实现。

最后，依据以下所述发明方法的措施能够增强较早专利申请中所述方法的呼叫处理能力从而将噪声范围内有用信号检测的重要性提高到主要系统因素的程度。

一个接收器基于关联方法进行操作，将一个时间或频率扩频信号与一个参考信号相关联，在一个扩频周期的判决周期对结果进行积分，并且使用一个门限检测器来判定一个逻辑状态。在接收端，利用一个时间/频率变换对一个在几个副载波上扩展的扩频信号进行转换，对时间/频率变换来说，快速傅利叶变换或快速哈达玛变换是最合适的。有利的作法是将这两种方法结合在一起，这样一个数据位的符号周期可以通过分到几个副载波上而得到延长，如果与传输信道中发生的接收器信号扩展的周期一致时，这种延长是最有效的。

为进一步改进用于低电压传输方法的接收器，提供一种用于迭代或平行故障信号抑制的方法和一种芯片同步传输方法。这种方法已知称为联合检测，并且被用于检测多路复用的信号。通过关联可以从接收的信号计算出已知信号，所述信号的序列在发送端与接收端之间被确定，并且参考信号对于关联器来说是已知的。

进而，可以用时间/频率变换或解析数据信号进程来判断干扰有用信号的其他信号，并使用联合检测方法进行计算，将其过滤出去，从而提高检测信号质量。

交换设施可以设置于到可能的更高阶电信网络或”最后一英里”和内部网络的接口，该交换设施具有与今天的普通老式电话业务网络中使用的专用分组交换机或局域网环境中使用的路由器相似的功能和结构。这些设施对本发明不是必须的，但是他们可能是所提出的装置的有益补充，它增加了用户的方便性，并提供了一些用于用户独立操作的通信系统功能，这在不使用公共网络提供商的情况下可以提高成本的有效性。

在本发明进一步的拓展中，使用一族数字序列，如哥德或沃尔什-哈达玛序列，用于因用户而异的频带扩展。为防止用户或其终端间的相互干扰，在各个网络区域使用不同的伪随机序列。

在一个有利的实施方案中，使用代码多路复用来预置数据流的逻辑方向，即，用沃尔什序列与数据流相乘，该序列长度比频带扩展序列的长度要短。或者，当特别选定的数字序列用于在不同网络区域进行不同的方向编码时，可以省略与沃尔什序列的相乘。其好处是可以减少在实时信号处理中的信号处理需求，但却增加了信道管理的需求。

依据本发明的另一个特点，可以使用时间和/或频率多路复用来分开往复方向，以便在低电压系统中标示一个逻辑方向；这里，频带扩展信号沿发送和接收方向在分隔开的频带和时隙上进行传输。

首先，在实际数据传送之前的初始化阶段，一个初始序列加上用户标识和一个注册序列被输出，并且借助用户标识将一个扩展序列分配给用户终端。

本发明的一个用于实现本方法的装置包括一个低电压系统，它带有集成用户终端、区域配线箱和网络站，以及一个更高阶的电信网络；还具有网络互通单元，它被分配给网络站来连接低电压系统和更高阶的电信网络，并用于在各个传输介质中的信道分配；还具有放大器单元，它在低电压系统中以特定间隔设置，用于再生并因方向而异地将数据信号转发到后续的放大器单元或用户终端或网络互通单元去。

用户终端配有一个CDMA(码分多址)处理器，用于使用其分配的扩频序列对数据进行扩频并附加方向编码；一个调制器，用于将信号调制到一个载波上；一个可控放大器，用于调整接收所需的输入电平，以达到最优关联效果；及一个物理连接器，用于将经过扩频和方向编码的数据流送入低电压系统。接收器结构包括一个可控低噪声输入放大器，一个IQ解调器，一个均衡器，最好还有一个瑞克(rake)接收器，以及一个用于数据信号解扩的CDMA处理器。在基带中，由一个信道编码/解码器，如编码器与viterbi解码器，对非扩频信号进行调节以便传输。一个数据多路复用器/多路分配器将数据送到语音和数据接口上，可将该接口配置为任何通用接口类型(如，S₀，模拟a/b，以太网)。用户终端具有一个设备标识和一个附加SIM(用户识别模块)，允许系统作部分移动用途。所有组件都由一个微处理器和一个中央时钟发生器控制。使用接收到的数据信号对时钟信号进行同步。发送和接收信号经由一个滤波器或一个频率分离器被送入一个还向用户终端供电的物理连接器。在电源故障时，操作可以在一个有限的时间段内继续。

集成在低电压系统中的区域配线箱、灯柱或可选地置于家庭接入箱中的转发器单元包括与用户终端相同的功能组，但是数字信号处理的功能组(均衡器、CDMA处理器、信道编码/解码器)或者还有时钟发生单元的一部分是根据要被再生的信道数与信号方向数目的乘积来设置的。或者直接或者经由一个开关矩阵将经过纠错的数据信号从信道解码器送入下一个信道编码器。象在用户终端中一样，在系统中也实行一个设备标识。此外，转发器单元的特征在于，系统中集成了一个数值存储器，其中储存着当前的信道分配和关联的方向编码与所使用的序列，以及其他信号源和接收端信息。这个数值存储器通过微处理器进行管理。

网络互通单元包括与转发器相同的功能组，但根据提供的到更高阶电信设施的传输信道数目与每个低电压系统所需的同步信道数目之和成倍设置数字信号处理功能组(均衡器、CDMA处理器、信道编码/解码器)。另外，根据所要供应的网络区域数目成倍设置物理连接器和对低电压的前端。

经过解码的数据信号经由一个开关矩阵被送入传输系统，在此将电信网络端的信号转换到n×2Mbps的铜线、光纤线路或蜂窝无线连接传输系统中去，n可根据需求和可用的容量而定，且作为一个规则，其数值为1到3之间。

进而，一个微处理器系统通过配置开关矩阵和CDMA处理器在网络中分配信道。网络互通单元也具有一个设备标识和一个数值存储器，其中储存所有活动连接的数据，包括路由信息、信道分配、连接中的信号质量、用户终端标识、所使用的服务及所分配的传输信道。或者可选地，可以在开关矩阵和到更高阶的电信网络的传输设施之间设置数据速率和协议调整系统，把一个数据服务可能的当前或未来数据格式调整为电信端数据传输系统的系统结构。

在后面所述的子权项和实施方案中描述了本发明其他的特性和有用的扩展与优点。

下面将基于附图对本发明的一个实施方案进行详细的解释，附图包括：

图1，基于一个典型低电压系统的通信网络结构；

图2，一个用户终端的方框图；

图3，一个带有物理连接器的转发器单元的方框图；

图3a，用于几个物理连接器的转发器单元方框图；

图4，一个网络互通单元的方框图；

图5，在低电压系统中对数据流进行编码以表示一个逻辑方向的示意图；

图6，频率分配编码和电平控制参考点定义的示意图；

图7，更高阶电信网络的功能组件方框图；

图8，在区域配线箱防止干扰输入的衰减措施，该区域配线箱带有到转发器单元或网络互通单元的连接选项。

依据本发明的通信网络基本结构相当于一个低电压系统的基本结构。在这个通信网络中，网络站1经由低电压线路2连接到区域配线箱3。连到单个用户5的支线4与区域配线箱3之间或区域配线箱3与网络站之间的低电压线路2相连。在两个区域配线箱3之间的低电压线路2的长度取决于建筑密度，在高楼林立的区域大约是100米，在城市中街道房屋成行排列的区域为200米，在房屋分散的区域可长达500米。图1中描述了只是作为示例的用户5；在实际中，其数量要大得多。为了实现作为数据传输网络的功能，用户终端6被分配给用户，来自这些终端的数据经由低电压线路2和接入其中的转发器单元7被传输到网络互通单元8或反方向传输，网络互通单元8通常设于接近网络站1的位置。或者，网络互通单元可以被接到低电压线路2上的任何点，例如靠近区域配线箱3，只要这个接入点的位置可以顺利地与更高阶的电信网络48连接即可。

根据图2，一个用户终端6的实施方案基本上包含一个接口功能组40、一个数字信号处理系统36、一个到低电压39的前端和一个微处理器系统38，这些组都在由虚线划定的区域内。它包括以下组件：一个带有乘法器17和放大器22的CDMA处理器18、一个调制器9和一个物理连接器10、包含一个低噪声输入放大器23的输入装置、一个IQ解调器11、一个均衡器24和带有积分器12及门限检测器13的CDMA处理器18。另外还提供一个信道编码/解码器25、一个用于将数据传送到数据接口28的数据多路复用器/多路分配器26，以及一个语音和操作接口27。用户终端6还包括一个设备识别单元29、一个SIM(用户识别模块)30、一个微处理器31和一个时钟发生单元32，同步和时钟信号如箭头所示并标记为33。终端经由一个频率分离器或滤波器34和物理连接器10与低电压线路2相连；所述低电压线路2还向用户终端的电源供应单元35供电。参考符号19、20和21分别代表如箭头所标记的扩频序列，或者方向编码，或者载波频率。

网络互通单元8是低电压通信网络与通常用于数据传输的网络，如蜂窝无线、电信或光纤网络(此处未显示)之间的接口。网络互通单元8将来自低电压系统的数据集中并经由电信网络48将其发送到一个交换中心或将从所述交换中心接收到的数据送入低电压系统以传送到用户终端6去。

为使用扩展频带方法进行数据传输，用户终端6将使用单个数字序列调节的数据信号发送到下一个转发器单元7，其中用分配给各个用户终端6的数字序列对数据流进行关联操作，从而检测出所接收的数据。所提供的用于在到用户终端6的路径上进行数据再生的转发器单元在使用地下电缆的情况下间隔约为100米，并且被安装于区域配线箱、灯柱或家庭接入箱中。在电缆经常出现分支并且与附加的计量表、家用设备等相连的户内区域，由于会有很大的衰减，需要按照20到30米的距离间隔进行信号调节。

在这个低电压系统中的语音和数据传输是在一个高于148.5KHz的频带使用直接序列频带扩展方法和代码多路复用来进行的，以便抑制狭带干扰源的影响并以低信号功率实现长距离跨接，尽可能不在中途作信号再生，并且能够大范围检测噪声信号，以及允许多个用户同时进行数据传送。每个用户终端6都使用更高阶电信系统经由网络互通单元8分配的自己的数字序列来进行在该代码多路复用系统中的数据传输，因为这样的序列数目是不受限制的。这些数字序列不是任意选择的，而是从一族代码如一族哥德序列中选择，因为具有特定长度的可用序列的数目太大了。这将用户终端6间的相互影响降到了最小。

一个用户终端6按初始化的要求经由最近的转发器单元7与网络互通单元8进行通信，其中所述用户终端6使用一个代表为此目的而保留的数字序列的信号进行注册，该数字序列即所谓的初始序列。周围的转发器单元7以一个转发器单元7的标识符、其到最近的网络互通单元8的距离及该网络互通单元的标识来响应这个初始序列。

在显示更高阶电信网络48的功能组件的图中，开关矩阵被标为56，到用户的传输路径标为58，一个转接点被标为57，微处理器单元被标为59。第一次定位的网络互通单元8将新用户终端6的初始化信息转发到更高阶电信网络48，后者记录新用户终端6的位置信息。与在蜂窝网络中的处理过程相似，用户终端6的原始位置(home location)可以经由用户终端6的SIM30的中心数据查询而注册到一个更高阶电信网络48的中心原位记录器(home location register)49上(图7)，而且当一个用户象部分移动电话那样移动或使用其终端时，可以在一个访客位置记录器(visitor location register)50中储存各自的当前位置。这些记录器在更高阶电信系统48的中心点被保留并管理。访客位置记录器50列出重要的用户以及直接位于用户终端6周围的转发器单元7或网络互通单元8。当一个用户终端6处于其初始化进程中或当一个前往或来自所述用户终端6的呼叫被建立时，交换中心使用来自原位和访客位置记录器49、50的记录器信息来检测当前位置，并且一个记录了一个供应区域内所有转发器单元7和网络互通单元8的服务器51计算至少三条可能的最短路由。分配给网络互通单元8的中心监视站52检查服务器51为加载的流量负载所确定的可能的传输路径。选择最有利的路由。或者，由服务器51来计算新的路径。以这种方式确定的网络互通单元8和转发器单元7为所请求的传输信道保留在每个网络区域2.1、2.2(图1)中所需的各自的伪随机数序列(扩频序列”19”)，因为用户终端6在初始化过程中还没有分到一个自己的序列。更高阶电信网络48在网络配置进程中，为每个网络互通单元8和转发器单元7规定各自的伪随机序列族。除了确定最优的传输路径之外，在初始化过程中，更高阶电信网络48还在一个用于用户认证的检验寄存器和一个用于终端许可61的检验寄存器中检查访问权和设备标识。

当一个用户终端被释放后，它接收由网络互通单元8或转发器单元7从一族哥德序列中选择出的一个扩频序列。为了防止与多个同其他用户终端6通信的网络互通单元8相连的转发器单元7中的信号干扰，更高阶电信网络48为相邻的网络互通单元8分配不同的哥德序列。这使得不与相同的网络互通单元8通信的两个用户终端6间的相互干扰最小化。向用户终端6发出的扩频序列还附有一个设备标识，这样，正在进行初始化的另一个用户接口就不能为自己要求这些伪随机序列。在初始化进程的结束部分，用户终端6发出一个接收确认，它已经用所分配的数字序列进行了扩频。一个用户终端还能够在开机后立即进行初始化。然后即使没有数据传送，它也会分配到一个伪随机序列。另一方面，初始化可以在有通信需求时再进行，但在这种情况下，通信只能从终端启动。第三种选择是在用户终端6被打开时进行一种最小初始化，仅在进行数据传送之前才分配伪随机序列。

使用分配给用户终端的扩频序列对用户数据扩频，以进行数据传输(见图2中的用户终端6方框图)。接着，分配一个序列族或者用数据流与一个沃尔什序列相乘来标示一个数据流的方向，实现通过低电压系统沿想要的方向的数据传送。以这种方式产生的二进制数据序列被配给用户终端6的调制器9调制到一个载波频率上，随后，经一个物理连接器10被送入低电压线路2，以传送到转发器单元7去。

图3中的方框图显示了转发器单元7，与用户终端6相对，在图3中显示了一个调制器14和微处理器系统38的数值存储器37。使用解调器11、均衡器24、积分器12和门限发生器13来恢复(retrieve)在物理连接器15输入的数据。使用分配给用户终端的序列再次对经过再生的数据进行扩频和编码，例如，以一个沃尔什序列来标示传输方向。在调制器14中，用一个载波来调制二进制数据，经过如此处理的信号经由物理连接器15进行输出。

图3中的转发器单元是为在低电压中通过线路来调节信号而设计的。原则上，当应用交叉对话效应(crosstalk effect)时，这个组件可以在区域配线箱3或网络互通单元8中使用，但在这种情况下推荐使用如图8所示的衰减措施。根据图3a所示，以这种方式分离的网络区域将必须经由一个转发器单元进行连接，该单元需要对每个网络区域有独立的物理连接器15、对低电压39的前端和信号处理系统36。经过再生的信号经过一个开关矩阵41被分配到正确的网络区域(图3a)。

图4中所示的网络互通单元8在结构上与信号处理单元相似，但在开关矩阵之后补充了一个到更高阶电信网络48的传输系统42。可以选择性地在网络互通单元中配置一个数据和协议匹配系统44，它将来自低电压端的数据信号与更高阶电信系统已有的协议结构(如Dect干网结构)进行匹配。

使用频带扩展方法和代码多路复用的信号调节过程不断重复，直到信号沿一个或其他方向覆盖了用户终端6与网络互通单元8之间的间隔为止。从用户终端到网络互通单元的数据传送和与之反向的数据传送只有微小的不同。两个方向的路径都由位于更高阶电信系统48的服务器51来选择，并经过网络互通单元8和转发器7进行传输。

图5显示了使用所选序列族或比所用的扩频序列短一些的沃尔什序列对数据流进行方向编码的原理。以沃尔什序列为基础来解释数据流的标识；例如，可以给要从转发器单元7.1发送到转发器单元7.3的数据一个方向编码R3。转发器单元7.2可以检测出带有这个R3方向编码的数据(见图5)并在再生之后将方向编码R5分配给它。以这种方式编码并发出的信号将仅被转发器单元7.3再生并随新的方向编码R7一起转发到下一个转发器单元去。与其他通信网络不同，由于此处所用的物理介质不能在转发器单元中分开，编码的数据流也可以被其他转发器单元接收到，但既不能再生，也不能编码或再次发出。这意味着各个转发器单元只处理带有为其所设的特定方向代码的信号。这样，转发器单元7.1接收由转发器单元7.2再生并编码的接收数据流R5和R2，但不会对它们进行调节，因为它只能检出带有方向编码R1和R4的数据流(见图5)。采用这种方式，这样的条件下不可能进行的物理隔离就被转换为逻辑隔离了。

同样的物理隔离也应用于将到达用户终端6的信号。在图5所示的装置中，转发器单元7.2和7.4与用户终端6按以下方式进行配置：转发器单元7.2向后者输送并查询。这些带有方向编码R2的传输信号被转发器单元7.4再生，而方向编码R2.1除外，它是要寻址到与这一段相连的用户上的，因此不需要在7.4中考虑进行再生。信号被接收或再生及转发的路径由在更高阶电信系48中的中心服务器51来设定。

图6显示了两个频率往复方向的方向分离原理。以转发器单元7.1为例，输入信号只在频率f2上传送而输出信号则在频率f1上沿所有方向进行传输。对相邻的转发器单元7.2来说，发送和接收频率是与转发器单元7.1相反的。如果转发器单元以环形排列，则系统的数目一定为偶数，或者对数据传输使用两个其他频带。利用频率进行的方向分离是需要的，否则发送和接收信号就会重叠，并且接收关联器会被过高的发送信号阻塞。为了在接收端改善信号/交叉对话率，所有用于发送信号的输出转发器都必须被调整到最远端接收器的电平。如果转发器单元是7.1，则所有在频率f2上的发射器必须被调整到转发器单元7.1的接收器的电平Ue1上。或者可以使用一个时分多路复用器、一个时间缓冲器(time buffer)来实现对往复方向的方向分离原理，其中时间缓冲器是往复方向的时隙之间所需要的。

根据图8，当区域配线箱3有很多分支时，在区域配线箱3中的线路终端46与低电压电缆未连接段中的一个接入点之间提供一个高频衰减单元55，如图中箭头55所示，来减少干扰电压输入的影响。与转发器单元7和网络互通单元8相连的物理连接器15、16经过馈电线(feeder)连接到每个接入点47。

附图参考符号表

1            网络站

2,2.1,2.2    低电压线路

3            区域配线箱

4            分支线路

5            用户(家庭接入箱)

6            用户终端

7,7.2,7.2    转发器单元

8            网络互通单元

9            6的调制器

10           6的物理连接器

11           解调器

12           积分器

13           门限控制

14           7的调制器

15           7的物理连接器

16           8的物理连接器

18           CDMA处理器

19           扩频序列

20           方向编码

21.1,21.2    载波

22           可控输出放大器

23           可控低噪声输入放大器

24    均衡器

25    信道编码/解码器

26    数据多路复用器/多路分配器

27    语音与操作接口

28    数据接口

29    设备标识单元

30    SIM(用户识别模块)

31    微处理器

32    时钟发生单元

33    同步/时钟信号

34    频率分离器，频率滤波器35    电源供应单元或应急电源供应单元

36    数字信号处理系统

37    数值存储器

38    微处理器系统

39    低电压前端

40    接口功能组

41    开关矩阵

42    传输系统

43    -

44    数据速率与协议匹配系统

45    -

46    在3中的线路终端，干扰源输入

47    接入点，数据传输的输入

48    更高阶电信网络

49    原始位置记录器

50    访客位置记录器

51    服务器

52    中央监视站

53       分支电缆系统

54       噪声电压输入

55       衰减单元

56       在48中的交换网络

57       转发点

58       到用户的传输路径

59       在48中的微处理器单元

60       用于用户认证的检验寄存器

61       用于终端许可的检验寄存器

R1,R2等  方向编码

f1,f2    调制频率

Ue1,Ue2  接收电平

Claims (25)

1．一种利用低电压系统进行双向通信的数据传输方法，连接或不连接到更高阶的电信、语音或数据网络中去，其特点在于，在低电压系统内的传输是在一个高于148.5KHz的高频范围使用数据信号的频带扩展和一个传输电平来进行的，其传输电平低于适用于上述方法的有线和无线干扰特征的干扰或噪声电压界限；在所述信号中给出一个方向编码、频率或信道分配以便在低电压系统中规定一种因接收器而异的逻辑方向，对所述信号使用一族或几族数值的不同序列在一个频带或时间范围上进行扩展，以实现多信道操作；在低电压系统中，所述以因信道而异的方式扩频的二进制数据序列被识别、再生并再分配新的方向编码用于转发，这是基于依据衰减规定的序列，使用关联、迭代或平行故障信号抑制方法或时间/频率变换来进行的。

2．依据权利要求1的方法，其特征在于，使用快速傅利叶(Fourier)变换进行时间/频率变换。

3．依据权利要求1的方法，其特征在于，使用快速哈达玛(Hadamard)变换进行时间/频率变换。

4．依据权利要求1的方法，其特征在于，使用快速傅利叶(Fourier)变换和哈达玛(Hadamard)变换的组合进行时间/频率变换。

5．根据上述权利要求1到4之一的方法，其特征在于，仅在低电压系统内进行的通信与通过与之相连的电信、语音或数据网络进行的通信造成差别。

6．根据上述权利要求1到4之一的方法，其特征在于，可以通过联合检测方法识别出所接收信号中的有用信号。

7．依据权利要求1的方法，其特征在于，利用一族或几族经过匹配的数字序列如哥德(Gold)、沃尔什(Walsh)或哈达玛(Hadamard)序列来对数据信号进行频道特定的频带扩展。

8．依据权利要求7的方法，其特征在于，相邻的数字序列族不含相同的序列以防止位于不同网络区域的用户相互干扰。

9．依据上述权利要求1到8之一的方法，其特征在于，在使用直接序列方法进行扩频后，将数据流与一个沃尔什序列相乘，以便在低电压系统中对数据流给定一个逻辑方向。

10．依据权利要求9的方法，其特征在于，用于方向编码的沃尔什序列的长度比用于频带扩展的序列长度短。

11．依据上述权利要求1到8之一的方法，其特征在于，通过控制并结构化地将所选数字序列族分配给单个网络区域来标识低电压系统中数据流的逻辑方向，该网络区域被两个转发器单元或一个转发器单元和一个网络互通单元所包含。

12．依据上述权利要求1到8之一的方法，其特征在于，使用时间或频率多路复用来分离方向，并且在各个时隙或频带上沿发送和接收方向来传输扩频信号。

13．依据上述权利要求1到12之一的方法，其特征在于，

按以下方式设置网络区域中每个传输单元的传输电平：

在受控周期内，在转发器或网络互通单元的接收端，一个频率的所有重叠信号包含几乎相同的电平。

14．依据上述权利要求1到8之一的方法，其特征在于，在实际的数据传送之前，提供一个初始化阶段，在该阶段中，将一个初始序列与各个用户的标识、用户终端的标识以及一个注册序列一同输出，接着为各个用户分配一个扩频序列。

15．依据权利要求9的方法，其特征在于，在发出初始序列后，在更高阶的电信网络中对各个用户和用户终端的标识进行检验，决定终端的设备许可和所述用户的通信认证。

16．一种装置，用于实现依据上述权利要求1到15任意一个的方法，包括：一个低电压系统；通过用户终端与之相连的用户；区域配线箱和网络站；以及与所述低电压系统相连的更高阶的电信网络。该装置的特点在于，网络互通单元(8)被分配给网络站(1)来连接低电压系统和更高阶的电信网络(48)，并在各个传输媒介中进行信道分配；在低电压系统内以规定的距离间隔设置转发器单元(7)，所述单元是被设计用于对数据信号进行再生并因方向而异向下游的转发器单元或用户终端(6)或网络互通单元(8)进行转发。

17．依据权利要求16的装置，其特征在于，用户终端(6)与以下功能单元相联：物理连接器(10)，频率分离器或滤波器(34)，可控低噪声输入放大器(23),IQ解调器(11)，调制器(9)，可控输出放大器(22)，均衡器或故障信号抑制单元(24),CDMA处理器(18)，信道编码/解码器(25)，语音/数据多路转换器(26)，语音和操作接口(27)，数据接口(28),SIM(用户识别模块)(30)，设备识别单元(29)，微处理器(31)，中央时钟发生单元(32)，同步设备(33)，应急电源供应单元或电源供应单元(35)，以及用于控制输入和输出电平的控制器。

18．依据权利要求17的装置，其特征在于，提供一个CDMA处理器(18)，用于使用为其分配的扩频序列对数据进行扩频并加入方向编码；一个调制器(9)用于将信号调制到一个载波上；一个放大器(22)根据需要在接收端调节输入电平，以便对关联性能进行优化；以及一个物理连接器(10)，用于将经过扩频和方向编码的数据流送入到低电压线路(2)并将其转发到转发器单元(7)或网络互通单元(8)。

19．依据上述权利要求16到18任何一个的装置，其特征在于，转发器单元(7)的构造与用户终端的构造基本相似，但是可以根据要被再生的信道数目与信号发送方向数目的乘积可选地配置转发器单元和部分时钟发生器单元以及同步单元，经过纠错的数据信号被从信道解码器直接或经由一个开关矩阵(41)送入下一个信道编码器，并提供一个由微处理器(31)或者一个客户特定的电路来管理的数值存储器(37)，其中储存着当前的信道分配和相关联的方向编码与所使用的序列，以及其他信号源和接收端信息。

20．依据权利要求19的装置，其特征在于，转发器单元(7)用于区域配线箱(3)中并根据被覆盖的网络区域数目，它包括附加的物理连接器、调制器、解调器、可控输出及低噪声输入放大器、用于发送并接收信号的控制设备和频率分离器或滤波器。

21．依据权利要求19和20的装置，其特征在于，转发器单元(7)的CDMA处理器(18)包含一个积分器(12)和一个门限检测器(13)以重新得到(retrieving)所传输的数据，该CDMA处理器(18)在接收端与一个均衡器或故障信号抑制单元(24)相连；再生的信号在该CDMA处理器中与一个扩频序列(19)和要寻址的用户终端(6)或转发器单元(7)的方向编码相乘。

22．依据上述权利要求16到21中任何一个的装置，其特征在于，网络互通单元(8)的构造与转发器单元(7)的构造基本相似，但根据向更高阶电信设备(48)的传输信道数目与每条低电压线路所需的同步信道数目之和的倍数对数字信号处理(18,24,25)和时钟发生器(32)的功能组进行配置，至少是其一倍；并且到低电压的物理连接器和前端依据被覆盖的低电压区域的数目来提供；其中提供一个微处理器系统用于信道分配和开关矩阵(41)与CDMA处理器的配置。

23．依据权利要求22的装置，其特征在于，用于储存所有活动连接数据的设备标识单元和数值存储器被分配到更高阶的电信交换中心，其中储存的活动连接数据由路由信息、信道分配、信号质量、用户终端标识、所用的服务及已分配的传输信道组成。

24．依据上述权利要求16到21之一的装置，其特征在于，转发器单元(7)被置于区域配线箱(3)、灯柱及家庭接入箱内或其附近，转发器单元之间的距离大约为100米，或者在衰减很大的地区这个距离要小得多。

25．依据权利要求16到24之一的装置，其特征在于，更高阶的电信网络(48)包括一个原始位置记录器(49)和一个访客位置记录器(50)，用于管理一个部分移动服务；一个检验寄存器(60)，用于用户验证；一个检验寄存器(61)，用于被许可终端的注册；一个监视站(52)，用于监视网络互通和转发器单元(8,7)的数据交换，涉及流量负载、质量和可用性；一个交换网络(56)，用于从低电压系统向转接点或微处理器系统(38)的初始信道转发呼叫；一个服务器(51)，用于选择到用户的最短路线(58)；以及一个微处理器单元(59)，用于确定交换中心到用户的最优路线。

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