CN1663140A - 通过有线网络的超宽带通信 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增加有线网络(70)上的可用带宽的方法。该方法包括通过有线网络传送超宽带信号。本发明的一个实施方式可以通过社区接入电视网发送多个超宽带信号。本发明可以通过光网络(45)，有线电视网(25)，共用天线电视网，社区接入电视网，混合光纤同轴网，因特网业务提供商网络(85)，以及PSTN网(75)发送超宽带数据。

Description

通过有线网络的超宽带通信
技术领域
本发明总体上涉及超宽带通信。更具体地说，本发明涉及一种通过有线网络传输超宽带信号的方法。
背景技术
我们正处在信息时代。人们通过各种不同的通信系统访问大量信息，工作、娱乐和通信方式都发生了改变。例如，随着1996年国会制定的电信改革法案的出台，电信竞争加剧，传统的有线电视节目提供商已经变成了提供家庭和商务的高级视频、话音和数据业务的全业务提供商。许多竞争的有线公司现在提供通过单个宽带网络分发所有上述业务的有线系统。
这些业务增加了对带宽的要求，带宽是每单位时间收发的数据量。随着数据传输的大小不断增长，更多的带宽变得更加重要。例如家庭电影点播，视频会议等应用要求很高的数据传输速率。另一个例子是家庭和办公室的交互式视频。
其它工业也对因特网业务提供商和其它数据提供商提出了带宽要求。例如，医院要将X射线和CAT扫描图像传输给位于远处的医生。这种传输需要很大的带宽来保证在合理的时间内传输大数据文件。这些大数据文件，以及提供实时家庭视频的大数据文件非常大，如果不增加系统带宽就无法传输。用户抱怨因特网接入速度的缓慢，以及数据链路的掉线，这些都是网络过载的症状，需要更多带宽的证据。
因特网业务提供商，有线电视网络以及其它数据提供商一般采用导线和电缆来收发数据。通过传输媒质，例如金属线或电缆进行信号(即数据)传输的传统方式是以某个频率调制通过媒质的信号，该频率位于媒质可以电传导该信号的范围内。由于这种传统方式，特定媒质的带宽限制在一个频谱内，在该频谱内媒质能够通过调制电传输信号，上述过程产生电流。其结果是，开发了许多成本高昂并且复杂的方案，以利用复杂的交换方案或信号时分方案增加传统导线和/或电缆系统的带宽。因为数据传输系统遵循金属线或电缆的带宽受其传导特性的限制这种传统理念，这些方法中每一种的有些部分非常昂贵和复杂。
因此，需要一种方法来增加传统有线网络的带宽。
发明内容
本发明提供了一种方法，通过任何有线网络，例如因特网业务提供商网络，电话网络，局域网，个人区域网，或者任何其他有线网络，来传送超宽带信号。
在本发明的一个实施方式中，传送超宽带信号的一种方法包括以下步骤：提供有线网络，通过该有线网络发送超宽带信号。本发明的另一个实施方式包括一种方法，该方法通过组合代表数据的多个超宽带信号和网络信号，增加因特网业务提供商网络，或者采用有线媒质的任何其他类型网络的带宽。接收该包括代表数据的多个超宽带信号和网络信号的组合信号，随后将这两个信号分离成代表数据的多个超宽带信号和该网络信号。
本发明的一个特性是，超宽带信号可以与因特网连接信号或者话音传输信号同时发送。因为超宽带信号可以基本同时地与其它信号一起传送，因此网络传送数据的总体带宽或容量得到了很大提高。
附图说明
图1举例说明了不同的通信方法；
图2举例说明了两个超宽带脉冲；
图3示意性地说明了采用有线媒质的超宽带通信系统的一种实施方式；以及
图4示意性地说明了采用有线媒质的超宽带通信系统的第二实施方式。
需要理解，这些图中的一部分或者全部只是用于举例说明的示意图，它们不一定给出了所示元件的实际相对尺寸或位置。
具体实施方式
在后面的段落中，将参考附图通过例子详细描述本发明。在本说明书全文中，所示的优选实施方式和实施例应当认为仅是例子，而不是对本发明的限制。此处，“本发明”是指这里所描述的本发明的任何一个实施方式，或者任何相当的实施方式。此外，在本文档中，对“本发明”各种特征的引用并不意味着所有要求保护的实施方式或方法必须包括引用的特征。
一般地，传统有线电视提供商，共用天线电视提供商，社区接入电视提供商，有线电视提供商，混合光纤同轴电视提供商，因特网业务提供商，或者任何其他电视、音频、话音和/或因特网数据的提供商，一般在中心局，通过陆地电缆和/或从通信卫星接收信号的一根或多根天线，接收广播信号。该广播信号然后通常通过同轴电缆和/或光缆，从中心局分发给位于商业区或者居住区的节点。
例如，当前以若干不同的拓扑和配置铺设社区接入电视提供商(CATV)网络。目前最常见的配置是通过同轴电缆和混合光纤同轴系统(HFCS)传送模拟信号，前述HFCS采用光纤和同轴电缆。模拟同轴系统的典型特征在于它是纯模拟系统。纯模拟CATV系统的特征在于，它们采用已建立的NTSC/PAL(国家电视标准委员会/逐行倒相线)调制到6或8MHz间隔的载频上。
HFCS是一种组合模拟-数字拓扑，同时使用同轴电缆(模拟)和光纤(数字)媒质，后者一般支持在频道78以上的数字调制/编码的电视频道。根据ANSI/EIA-542-1997，在美国，模拟频道以6MHz调制，采用55到547MHz频率分配到频道2到78上。在使用HFCS时，数字频道一般从频道79开始，一直到136，占用频率范围从553到865MHz。在一些扩展HFCS系统中，频道分配可以高达到频道158或997 MHz。当前ANSI/EIA-542-1997标准只定义和分配了在那些限制下的频道。实际的有线/电缆媒质本身一般能够传送高达3GHz的频率。
在CATV和HFCS系统中，卫星下行链路一般进入有线公司的前端，解复用出视频和/或其它数据流。从该卫星下行流中析取单个视频数据流(NTSC、MPEG或任何其他适当的协议)，将其转发到针对单个电视频道的调制器上。来自各个调制器的输出随后组合成一个宽带信号。然后，放大该组合的频道，通过同轴电缆或光缆送给消费者。
在HFCS中，组合宽带信号离开前端之前，被调制到光缆上，以分发到例如附近居住区域，或者商业区的现场。一般以两种方式之一完成宽带信号的调制。在第一方法中，利用高速模数转换器(ADC)对整个宽带信号进行采样和数字化。为了完成可靠的数字采样，必须以至少两倍于最高频率分量的速率采样数据，以满足尼奎斯特(Nyquist)最小采样需求。为了提供更高质量的数据流，应当以2.5到4倍最高频率采样信号，这使得采样速率大约为2到4GHz。然后并行到串行转换器将ADC的并行输出数据变换成串行格式。该串行数据驱动激光二极管，以通过光缆传输。第二方法是宽带块转换，其中整个宽带信号频谱都被调制到光缆上。
指定的接入节点位于街坊，商业区或者其他区域。接入节点包含高速数模转换器(ADC)和解串行器。光纤接收机在接入节点上检测激光调制信号。并行到串行转换器解串行数据，并将其馈送到高速DAC。随后数据在标准的75欧姆、RG-6或RG-8或其它适当的同轴电缆上离开接入节点，分发到消费者的房屋处。这样，在接入节点，从光缆中析取宽带信号，将其转移到连接着个体家庭、公寓、商业区、大学和其它用户的同轴电缆。一般利用现场的，例如位于电话杆或者地面上的分线盒实现对多个用户的支持。但是，随着信号不断在分线盒上分离，接收的带宽减小，信号的质量降低，从而视频、音频和其它数据的质量也随之降低。
数字频道一般位于CATV79频道或者更高，它根本不同于通常位于频道2到78的模拟频道。模拟频道包括调制载频。数字频道一般采用6MHz分配系统，利用正交振幅调制(QAM)进行数字调制。QAM是一种组合两个调幅信号为单个频道的方法，它使得有效带宽加倍。在QAM信号中有两个载频，每个载频的频率相同，但是相位相差90度。这两个调制载频在传输中组合，在传输后分离。QAM16每个信号传输16比特，QAM32、64和256分别为每个信号传输32、64和256比特。QAM的开发旨在支持以MPEG视频压缩编码的附加视频流。传统CATV和HFCS网络可以采用级别高达QAM64的QAM，从而支持传输8个独立的基本同时的MPEG视频流。
在用户位置端，同轴电缆连接到机顶盒或者直接连接到电视机。接收设备随后解复用和解调制视频、音频、话音、因特网或其它数据。尽管电视机可以直接接收模拟信号，一般需要机顶盒接收位于CATV79频道或者更高的数字编码频道。
上述网络，以及采用例如双绞线或同轴电缆等有线媒质的其它网络和通信系统受到由信号干扰，环境噪声和寄生噪声引起的性能限制。在这些传统的有线媒质系统中，这些限制影响可用系统带宽，距离和系统的传送能力，因为有线媒质中的噪声电平和信号干扰很快会超过传输的信号。因此，有线媒质内部的噪声很大程度上限制了任何有线系统或网络的可用带宽。
一般地，克服这种限制的传统办法是增加发送机的功率(也就是增加信号电压)，以在接收机上增加信号相对于噪声的电压。如果不增加发送机的功率，接收机无法从噪声中分离出所需信号。这样，有线媒质系统的整体性能仍然很大程度上受限于有线媒质中固有的伴随噪声。
在与通过网络传送的传统数据信号共存的同时，增加已建立的有线媒质网络的可用带宽意味着利用现存的有线媒质网络基础设施来支持传输更多功能的机会。人们已经提出了若干方法和技术，但是它们一般都需要很多计算，从而成本很高。
本发明可以应用在部分或者整体采用有线媒质的任何类型网络中。也就是说，网络可以采用例如同轴电缆的有线媒质和例如卫星的无线设备。这里，网络是一组由通信路径连接的点或节点。通信路径可以由线缆连接，也可以是无线连接。这里所说的网络可以与其它网络互连，并且包含子网。这里所说的网络可以以空间距离为特征，例如，其中可以是局域网(LAN)，城域网(MAN)，广域网(WAN)。这里所说的网络可以在其上所用的数据传输技术类型为特征，例如其中可以是TCP/IP网络，系统网络结构网络。这里所说的网络可以它是否传输话音、数据或者同时传输这两种信号为特征。这里所说的网络可以谁使用该网络为特征，例如其中可以是公共交换电话网(PSTN)，其它类型的公共网，以及专网(例如单个房间或者家庭内)。这里所说的网络可以连接的通常性质为特征，例如其中可以是拨号网络，交换网络，专用网络，以及非交换网络。这里所说的网络可以它所采用的物理链路的类型为特征，例如其中可以是光纤，同轴电缆，前两者的混合，未屏蔽双绞线，屏蔽双绞线等等。
本发明采用“无载波”结构，它不需要使用高频载波生成硬件，载波调制硬件，稳定器，频率和相位识别硬件和传统频域通信系统中采用的其它设备。本发明大大增加了采用有线媒质的传统网络的带宽，但不需要对已有有线媒质网络进行很大修改，铺设成本不高。
本发明通过在已有数据信号中注入，或者叠加一个超宽带(ultra-wideband，UWB)信号，之后在端节点、机顶盒、用户网关或者其它适当位置恢复该UWB信号，使带宽得以增加。超宽带，或者冲击无线，采用以纳秒或者皮秒间隔发出的电磁能量脉冲(持续时间一般为数十皮秒到若干纳秒)。为此，超宽带又经常被称为“冲击无线”。因为该激励脉冲不是调制波形，UWB也被称为“无载波”，在无线频率(RF)频谱中没有明显的载频。也就是说，与传统的无线频率技术不同，UWB脉冲的传输不需要调制到正弦波载频。超宽带既不需要指定频率，也不需要功率放大器。
传统无线频率技术采用连续正弦波，通过调制其幅度或频率从而达到传输数据的目的。例如，传统蜂窝电话必须工作在总频谱中特定宽度的特定频段。在美国，联邦通信委员会分配的蜂窝电话通信在800到900MHz波段。蜂窝电话运营商使用分配波段的25MHz用来传送蜂窝电话信号，分配波段的另外25MHz用来接收蜂窝电话信号。
传统无线频率技术的另一例子在图1中示出。802.11a是一种无线局域网(LAN)协议，在5GHz中心频率处发送无线频率信号，其无线频率范围约为5MHz。
与此不同，UWB脉冲可以有1.8GHz中心频率，其频率范围约为4GHz，如图2所示，该图给出了两个典型的UWB脉冲。图2说明了UWB脉冲在时间上越窄，其中心频率就越高，其频谱范围就越宽。这是因为频率反比于脉冲的持续时间。600皮秒UWB脉冲的中心频率约为1.8GHz，其频率范围约为4GHz。300皮秒UWB脉冲的中心频率约为3GHz，其频率范围约为8GHz。这样，UWB脉冲一般不工作在特定频率范围内，如图1所示。因为UWB脉冲扩展在极宽的频率范围内，UWB通信系统能够以很高的数据速率进行通信，例如100兆比特每秒，甚至更高。
美国专利第3728632号(Gerald F.Ross申请的，发明名称为：Transmission and Reception System for Generating and ReceivingBase-Band Duration Pulse Signals without Distortion for ShortBase-Band Pulse Communication System)公开了UWB技术的更多细节，这里通过引用该专利将其全部并入本发明。
此外，因为UWB脉冲扩展在极宽的频率范围内，在单个或特定频率采样的功率非常低。例如，一个纳秒持续时间的1瓦特UWB信号在脉冲所占的整个频率上扩展这1瓦特。在任何单个频率上，例如在CATV提供商的载波频率上，出现的UWB脉冲功率是1纳瓦(针对1GHz频段)。这远远在任何有线媒质系统的噪声电平范围内，因而不会干扰对原CATV信号的解调和恢复。一般而言，以相对低的功率(在以单个或特定频率采样时)，例如以小于-30功率分贝到-60功率分贝传输多个UWB脉冲，这样能够尽量减小对传统无线频率的干扰。但是，通过大多数有线媒质传输的UWB脉冲不会与无线频率传输干扰。因此，通过有线媒质传输的UWB脉冲的功率(在单个频率上采样)范围可以从+30dB到约-90dB。
例如，CATV系统一般采用在载频上传输模拟数据的同轴电缆。一般采用调幅(AM)或QAM(如前所述)来传输模拟数据。因为数据传输采用AM或QAM，UWB信号可以在该环境中共存而不会产生干扰。在AM中，数据信号M(t)被乘以载频的余弦。其结果信号y(t)可以如下表示：
               y(t)＝m(t)Cos(ωct)
在基于QAM的系统中，多个载频信号以相同的载频传输，但其相位不同。这使得能够同时承载多个数据信号。在两个载波的情况下，“同相”和“正交”载波可以承载数据信号Mc(t)和Ms(t)。得到的信号y(t)可以如下表示：
                y(t)＝Mc(t)Cos(ωct)+Ms(t)Sin(ωct)
但是，如前面讨论过的，UWB系统传输窄时域脉冲，该信号功率一般在信号所占用的整个带宽上均匀分布。在任何瞬时频率上，例如在AM或QAM载频上，呈现的UWB脉冲功率是1纳瓦(针对1GHz频带)。这远没有超出任何有线媒质系统的噪声电平范围，因而不会干扰原AM或QAM数据信号的解调和恢复。
有线媒质通信系统性能要受到信号干扰、环境噪声和寄生噪声的限制。这些限制影响有线媒质系统的可用带宽、距离和承载容量。在有线通信系统中，有线媒质中的噪声电平和信号干扰很快会超过传输的载频信号。有线媒质上的这种噪声是对系统增加带宽能力的很大的限制。UWB技术利用噪声电平传送数据，而不会干扰载波信号。此外，通过有线媒质传送UWB比它在无线环境中的使用明显要有优势。在有线环境中，不需要考虑符号间干扰，也不需要担心多用户干扰。
例如，CATV频道在美国一般占用6MHz，在欧洲8MHz。这些频道以重复出现模式安排，开始于约50MHz，根据CATV系统的不同，向上延伸到550MHz，750MHz，870MHz，1GHz，甚至更高。本发明能够将UWB脉冲注入已有的CATV基础设施。这些UWB信号不会干扰已有的频域信号或者使得其质量下降。此外，UWB信号可以在时域中承载大量具有数字意义的信息。
本发明提供了一种装置和方法，使得任何有线媒质网络能够增加它们的可用带宽。这些附加带宽最好通过在系统运营商的前端进行广播之前，在已有数据传输链中引入UWB信号而得到。如图3和4所示，前端可以包括若干部件，例如天线阵列15，卫星接收机20，频道调制器25，合成器30，以及光纤发射机/接收机35。作为选择，也可以在其它位置将UWB信号引入到有线媒质网络，例如在因特网路由器90，或者在主数字终端80，或者在任何其他适当的位置。
类似的，通过将用户生成的数据引入到已有的上行频道中，有线系统运营商可以从单个用户接收更多的数据。本发明提供了光纤和同轴电缆，双绞线，或者任何其它类型传导线上的UWB通信。有线媒质网络能够收发数字信息，用于电话、高速数据、视频分发、视频会议、基于无线的操作以及其它类似目的。
参看图3，该有线超宽带通信系统10配置成通过包括有线媒质的已有网络或系统来传送超宽带信号。例如，该超宽带(UWB)系统10可以通过已有社区接入电视网络(CATV)，光网络，有线电视网，共用天线电视网，混合光纤同轴电视网，因特网业务提供商网络，PSTN网络，WAN，LAN，MAN，TCP/IP网，大学校园，城镇，城市，或者上面定义的全部或部分采用有线媒质的任何其它类型网络传输UWB信号。
在图3中给出一种有线UWB通信系统10的实施方式。天线阵列15从一个或多个卫星(未示出)接收音频、视频和数据信息。附加数据可以通过陆地电缆和电线，以及通过陆地无线源，例如多信道多点分布式服务系统(MMDS)来接收。随后，将该数据转发到卫星接收机20，由其将数据解调成不同的音频、视频和数据流。该信息被转发到接收节目信号，例如CNN或MTV的频道调制器25。该频道调制器25将每个信号与无线频率(RF)混合，分配一个台号(例如2到99)，用户可以通过台号接收每个节目。
多个RF信号随后转发到组合器30，它将多个信号组合成单个输出。也就是说，组合器30从频道调制器25接收节目信号，将它们组合到单个同轴电缆上，并将该信号转发给光纤发射机/接收机35。上述频道调制器25和组合器30的安排和功能可以随着每种有线媒质网络的类型而变化。
从天线阵列15或者从陆地源，例如光纤或同轴电缆接收的附加音频、视频或其它数据信号可以从卫星接收机20发送到业务提供商超宽带(UWB)设备40。该业务提供商UWB设备40将从卫星接收机20接收的音频、视频或其它数据信号转换成多个UWB电磁脉冲。该业务提供商超宽带(UWB)设备40可以包括多个部件，包括控制器、数字信号处理器、模拟编码器/解码器、一个或多个数据接入管理设备、以及相关的电缆和电子设备。该业务提供商超宽带(UWB)设备40可以包括一些或者全部这些部件，其它必要部件，及与它们相当的部件。控制器可以包括差错控制和数据压缩功能。模拟编码器/解码器可以包括模数转换功能以及与其相反的转换功能。一个或多个数据接入管理设备可以包括各种接口功能，用以与有线媒质，例如电话线和同轴电缆接口。
在业务提供商超宽带(UWB)设备40中的数字信号处理器将从卫星接收机20接收的音频、视频或其它数据信号调制成多个UWB电磁脉冲，也可以解调从用户接收的UWB脉冲。这里规定，调制是用于将音频、视频或其它数据编码成多个UWB脉冲的特定技术。例如，数字信号处理器可以将接收的音频、视频或其它数据信号调制成多个UWB脉冲，其持续时间可以从约0.1纳秒到约100纳秒，并以相对较低的功率传输，例如以小于-30功率分贝到-60功率分贝传输，这在传输的频率上测得。
UWB脉冲持续时间和传输功率可以根据多个因素变化。不同调制技术采用不同UWB脉冲同步、持续时间和功率水平。本发明设想了多种不同技术和方法，用以通过有线媒质传送UWB信号。一种实施方式可以是例如采用脉冲位置调制，它改变了UWB脉冲的传输同步。在一个实施例中，脉冲位置调制系统每秒可以传输约10000个脉冲。这种系统可以提早100皮秒或者推迟100皮秒发送脉冲组，以表示特定数字比特，例如“0”或“1”。利用这种方式，可以通过有线媒质传输大量数据。作为选择，也可以类似于题为“ENCODING AND DECODING ULTRA-WIDEBANDINFORMATION”，系列号为09/802590(以John H.Santhoff和RodolfoT.Arrieta的名义)的美国专利申请中描述的方式传输UWB信号，这里通过引用将其全部内容并入本发明。
一种可选调制技术可以采用脉冲幅度调制来通过有线媒质传送UWB信号。脉冲幅度调制采用不同幅度脉冲来传输数据。表示“0”或“1”的不同数字可以指定不同幅度的脉冲。其它可以设想的调制技术包括开关键控，它将数据比特编码成脉冲(1)或无脉冲(0)，二进制相移键控(BPSK)，或者二相调制。BPSK调制信号的相位(0度或180度)，而不是调制位置。也可以采用既不是PPM，也不是PAM调制技术的频谱键控。应当理解，也可以采用目前存在以及有待开发的其它调制技术。
优选的调制技术通过控制传输功率，脉冲包络形状以及脉冲重复频率(PRF)优化信号共存以及脉冲可靠性。伪随机和固定PRF都可以使用，但需要知道固定PRF可以产生“类载频”，它和它更高阶的谐波可能会干扰传统RF载波频道上承载的数据。但是，利用伪随机PRF，通常可以避免固定PRF所遇到的困难。伪随机PRF调制技术的一种实施方式可以包括一个UWB脉冲包络，它被定形成预放大和补偿有线媒质会自然衰减的高频分量。UWB脉冲包络定形还具有控制传输的数据流的功率频谱密度的附加优点。
在通过有线媒质传输UWB脉冲时，与通过无线媒质传输UWB脉冲相比，存在多个优点。无线UWB传输必须考虑类似于符号间干扰(ISI)和多用户干扰(MUI)之类的问题，这两类问题都会严重限制UWB传输的带宽。一些提供了高比特密度能力的调制技术，例如脉冲幅度调制(PAM)，在长无线距离上效果并不好。这些，以及其它问题都不会在通过有线媒质传输UWB脉冲中出现。此外，在有线媒质上不会出现多径问题，也没有传播时延问题。因此，估计超宽带系统能够以100Mbit/s到1Gbit/s的速率，通过有线媒质传送数据。这种数据速率确保任何业务提供商的带宽要求可以得到满足。
业务提供商UWB设备40的一种优选实施方式将UWB数据流的信号能量分布到从50MHz到约870MHz的带宽，或者如前面讨论过的，可以到1GHz甚至更高的带宽上。这确保任何频率上出现的信号能量远远低于该频带的正常噪声电平，进一步确保了与传统RF载波数据的共存。
例如，在1GHz带宽的UWB数据流中UWB脉冲可以有大约1纳秒的持续时间。作为选择，也可以定制UWB脉冲持续时间，以匹配特定网络的可用频率。对美国的CATV或HFCS网络而言，理想的UWB脉冲的持续时间为大约0.5到2纳秒。这是因为美国的传统CATV或HFCS网络采用的最大频率约为870MHz，但其容量却可以用到1GHz。这种带宽允许1到2纳秒脉冲持续时间。窄脉冲宽度是最好的，这是因为在离散时间量上可以传送更多的脉冲。为了在数字化、传输、接收和在UWB用户设备50重新形成过程期间保证脉冲的完整性，可以采用其宽度大到2纳秒的脉冲。一般地，应当基于特定有线媒质系统的频率响应计算理想脉冲带宽。
参看图3，多个产生的UWB脉冲被从业务提供商UWB设备40发送到组合器30，组合器30组合UWB脉冲和传统RF载波信号。完成这项任务的一种方法是将承载传统RF载波信号的线缆连接到标准同轴分线器。承载UWB脉冲的第二线缆也连接到标准同轴分线器。组合信号转发到光纤发射机/接收机35。光纤发射机/接收机35将从组合器30接收的多个UWB脉冲和传统RF载波信号转换成相应的光信号。光信号产生器可以是发光二极管，固态激光二极管，或者其他适当的设备。该光信号随后在光纤上分发给居住街坊，商业区，大学，学院或者其他位置，以分发给用户和客户。也可以采用其它方法和技术组合UWB脉冲流和传统RF载波信号流的。例如，可以将UWB脉冲流直接发送到光纤发射机/接收机35，后者随后组合这两个信号。
如图3所示，光纤复用节点45可以位于任何上述位置。该复用器45接收光信号，将其转换回组合的传统RF载波和UWB脉冲信号。该组合信号然后被转发给用户UWB设备50。该用户UWB设备50可以认为是提供组合信号接入的一个网关或路由器。
一种用户UWB设备50的实施方式将多个UWB电磁脉冲解调成传统RF载波信号。该用户UWB设备50可以包括业务提供商UWB设备40中所有，一部分或者附加的部件。通过这种方式，有线媒质网络可得到附加带宽，以提供客户所要求的附加数据和功能。
在图4中给出了本发明的一种可选实施方式。其中构造了一个全业务有线UWB通信系统70，用以支持视频、电话、因特网和音频信号的极高数据速率传输。
该全业务UWB通信系统70从天线阵列15或者从陆地源，例如光纤或同轴电缆处接收音频、视频和数据信息。这些信号被转发到卫星接收机20，前面参考有线UWB通信系统10描述过该卫星接收机20。此外，主数字终端80接收来自公共电话网75的信号。该主数字终端80将多个话音信号调制到双向上行和下行RF信号。来自主数字终端80的话音信号被转发到业务提供商UWB设备40。
因特网业务提供商85将因特网数据转发给因特网路由器90。因特网路由器90产生分组，例如TCP/IP分组，这些分组被转发给业务提供商UWB设备40。
该业务提供商UWB设备40将因特网数据，电话数据和从卫星接收机20接收的数据调制到多个电磁脉冲，这在前面讨论过，并将脉冲转发给组合器30。该组合器组合UWB脉冲和传统RF载波信号，将组合信号转发到光纤发射机/接收机35。这些信号随后被发光二极管，固态激光二极管，或者其他适当的设备转换成光信号。该光信号然后被分发给位于商业区，居住街坊，大学，学院和其他区域的光纤复用节点45。
该光纤复用节点45接收光纤信号，将它们转换回组合的传统RF载波和UWB脉冲信号。组合信号被转发给用户UWB设备50。该用户UWB设备50可以认为是提供组合信号接入的一个网关或路由器。该用户UWB设备50将多个UWB电磁脉冲解调成RF信号，并将RF信号转发给适当的位置，例如电视、个人电脑或电话。在一种可选实施方式中，用户UWB设备50可以位于电视机附近，类似于机顶盒，用于传送点播电影、因特网接入或者按次计费的节目。然而，在本发明的另一实施方式中，可以包括用户UWB设备50，它位于电视机或者电脑内。该UWB设备50构造成用于转换和分发数据给计算机、网络服务器、数字或收费电视，交互式媒质设备，例如机顶盒和电话交换设备。
该用户UWB设备50还可以配置成无线地发送UWB脉冲，以提供音频、视频和其它数据内容给个人电脑、电视机、PDA、电话和其它设备。例如，用户UWB设备50可以包括必要的部件来收发UWB或传统RF载波信号，以提供例如PCI、PCMCIA、USB、以太网、IEEE 1394或者其他接口标准的接口的接入。
本发明还允许将数据“上行”传送到业务提供商。例如，传统CATV或HFCS网络保留50MHz以下的频率用于上行业务。本发明的一种实施方式可以包括一个带通滤波器，其止带在1GHz以上，以及50MHz以下，以确保UWB脉冲的衰减，不会干扰上行业务。这些滤波器还用于限制由UWB脉冲引入的潜在互调失真。
本发明的一种可选实施方式可以通过传统电话线传输UWB脉冲。根据运营商是本地还是长途运营商，UWB发射机/接收机可以位于区域中心局，辅助中心局，初级中心局，长途中心局，端局，或者其它相当的位置。
本发明通过有线媒质传送超宽带信号可以采用任何类型的有线媒质。例如，有线媒质可以包括光纤带，光缆，单模光缆，多模光缆，充实电线，PVC电线，以及同轴电缆。
此外，有线媒质可以包括双扭线，不论是屏蔽还是未屏蔽的。双扭线可以由成对的彩色编码的电线组成。双扭线的通常大小是2对，3对，4对，25对，50对和100对。双扭线通常用于电话和计算机网络。它有从第一类到第七类的分类。双扭线也有未屏蔽的。也就是说，该配线在护套内导线组周围没有金属薄片或者其它类型的包层。这类配线广泛应用于话音和数据网的的布线。前面给出的有线媒质清单只是示例性的，而不是限制性的。
如前面所讨论的，本发明可以提供附加带宽，以在已有有线媒质网络上传输大量数据，不管该有线媒质网络是因特网业务提供商、有线电视提供商还是位于商业区或者大学的计算机网络。该附加带宽允许消费者接收高速因特网接入、交互式视频和他们所要求的其它特征。
因此，本发明提供了一种通过有线媒质收发超宽带信号的装置和方法。本领域技术人员应当明白，本发明可以通过上述实施方式之外的其它实施方式实现，本说明书中的上述实施方式只是为了说明的目的，而不是限制。在说明书和相关附图中给出的描述和实施方式只是给出了本发明的优选实施方式。说明书和附图不能认为是对本专利文献的排他性范围的限制。许多与上述实施方式不同的设计也在后续权利要求书的文字和/或法律范围内，本发明仅受限于后面的权利要求书。需要注意，与在说明书中讨论的特定实施方式相当的各种变化实施方式也能够实现本发明。

Claims (27)

1.一种有线媒质的超宽带通信系统，包括：
超宽带发射机，构造成用于通过有线媒质发送超宽带信号；以及
超宽带接收机，构造成用于从有线媒质接收该超宽带信号。
2.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括冲击无线信号。
3.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括电磁能量脉冲，其持续时间在约0.1纳秒到约100纳秒之间。
4.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括电磁能量脉冲，其持续时间在约0.1纳秒到约100纳秒之间，在单个频率上测量的功率范围在约+30功率分贝到约-60功率分贝之间。
5.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带发射机包括超宽带脉冲调制器，该超宽带脉冲调制器构造成用于发送多个超宽带信号。
6.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带接收机包括超宽带脉冲解调器，该超宽带脉冲解调器构造成用于接收多个超宽带信号。
7.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该有线媒质选自于包含以下的组：光纤带、光缆、单模光缆、多模光缆、双绞线、未屏蔽双绞线、充实(plenum)电线、PVC电线、同轴电缆以及电传导材料。
8.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该有线媒质选自于包含以下的组：供电线、光网络、有线电视网、共用天线电视网、社区接入电视网、混合光纤同轴系统网、公共交换电话网、广域网、局域网、城域网、TCP/IP网、拨号网、交换网、专用网、非交换网，公网以及专网。
9.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号用于发送从包含以下的组中选择的数据：电话数据、高速数据、数字视频数据、数字电视数据、因特网通信数据和音频数据。
10.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括多个脉冲正交幅度调制信号。
11.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括多个脉冲位置调制信号。
12.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号包括多个脉冲幅度调制信号。
13.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号以固定脉冲速率频率被调制。
14.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号以可变脉冲速率频率被调制。
15.根据权利要求1的超宽带通信系统，其中该超宽带信号以伪随机脉冲速率频率被调制。
16.一种构造成通过基本连续的有线媒质收发数据的超宽带系统，该超宽带系统包括：
超宽带发射机，其位于基本连续的有线媒质的第一位置，构造成用于通过该有线媒质发送超宽带信号；以及
超宽带接收机，其位于基本连续的有线媒质的第二位置，构造成用于从有线媒质接收该超宽带信号。
17.根据权利要求16的超宽带系统，其中该基本连续的有线媒质选自于包含以下的组：供电线，光网络，有线电视网，共用天线电视网，社区接入电视网以及混合光纤同轴系统。
18.根据权利要求16的超宽带系统，其中该基本连续的有线媒质选自于包含以下的组：光纤带，光缆，单模光缆，多模光缆，双绞线，未屏蔽双绞线，充实电线，PVC电线，同轴电缆，以及电传导材料。
19.根据权利要求16的超宽带系统，其中该超宽带信号包括冲击无线信号。
20.根据权利要求16的超宽带系统，其中该超宽带信号包括电磁能量脉冲，其持续时间在约0.1纳秒到约100纳秒之间。
21.根据权利要求16的超宽带系统，其中该超宽带信号包括电磁能量脉冲，其持续时间在约0.1纳秒到约100纳秒之间，在单个频率上测量的功率范围在约+30功率分贝到约-60功率分贝之间。
22.根据权利要求16的超宽带系统，其中该超宽带发射机包括超宽带脉冲调制器，该超宽带脉冲调制器构造成用于发送多个超宽带信号。
23.根据权利要求16的超宽带系统，其中该超宽带接收机包括超宽带脉冲解调器，该超宽带脉冲解调器构造成用于接收多个超宽带信号。
24.一种基本连续的有线媒质的超宽带通信系统，包括：
超宽带发射机，其构造成用于通过有线媒质发送超宽带信号；以及
超宽带接收机，其构造成用于从有线媒质接收该超宽带信号，
其中该超宽带发射机和超宽带接收机通过基本连续的有线媒质通信。
25.根据权利要求24的超宽带通信系统，其中该基本连续的有线媒质选自于包含以下的组：光纤带，光缆，单模光缆，多模光缆，双绞线，未屏蔽双绞线，充实电线，PVC电线，同轴电缆，以及电传导材料。
26.根据权利要求24的超宽带通信系统，其中该基本连续的有线媒质选自于包含以下的组：供电线，光网络，有线电视网，共用天线电视网，社区接入电视网，混合光纤同轴系统网，公共交换电话网，广域网，局域网，城域网，TCP/IP网，拨号网，交换网，专用网，非交换网，公网以及专网。
27.根据权利要求24的超宽带通信系统，其中该超宽带信号用于发送从包含以下的组中选择的数据：电话数据、高速数据、数字视频数据、数字电视数据、因特网通信数据和音频数据。
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