CN1744701A

CN1744701A - 基于有线电视网实现数据通信的系统

Info

Publication number: CN1744701A
Application number: CN 200410074244
Authority: CN
Inventors: 周兴利; 方国元
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: CN100496115C

Abstract

本发明公开了一种基于有线电视网实现数据通信的系统，包括光信号汇聚处理装置，用于和有线电视网前端之间交互有线电视信号，并用于和城域网之间交互以太网数据，完成以太网协议数据和WiMAX协议数据之间的转换；双工混合装置，用于将有线电视信号和WiMAX协议数据信号进行混合；信号分支器，用于在射频信号中分离出有线电视信号和WiMAX协议数据信号；终端接入装置，用于将WiMAX协议数据转换为以太网协议数据后发送到数据通信终端，并用于将数据通信终端发送的以太网协议数据转换为WiMAX协议数据后发送到光信号汇聚处理装置进行处理。本发明可以降低在有线电视网中实现数据通信功能的成本。

Description

基于有线电视网实现数据通信的系统

技术领域

本发明涉及有线电视网(CATV，Cable Television)技术领域，尤其涉及一种基于有线电视网实现数据通信的系统。

背景技术

目前，有线电视网CATV主要是通过混合光纤同轴网(HFC，Hybrid FiberCoax)接入网络技术来实现的，而当前使用HFC网络接入技术，不但可以实现有线电视节目信号的接入，而且也可以实现高速数据通信的双向传输。请参阅图1，该图是现有技术在HFC网络中实现数据通信的网络系统结构示意图，图中在HFC网络中实现数据通信功能的基础是在HFC网络结构的基础上设置电缆调制解调终端系统(CMTS，Cable Modem Termination System)1，上变频器和操作维护系统服务器(OSS Service)2，以及电缆调制解调器(CM，Cable Modem)3等设备实体，来实现在HFC网络中传输广播电视节目信号的同时，实现传输数据通信业务。其中：

CMTS 1：是HFC网络的数据接入局端设备，是数据网络和HFC模拟射频网络的连接设备，主要用于完成数据通信网中数据的转发、协议处理以及射频调制解调功能等；

上变频器：位于CMTS 1中，是有线电视网频率变换设备，主要用于将CMTS 1输出的下行中频模拟信号变频到有线电视的任一电视频道上；

操作维护系统服务器(OSS Server)2：是整个系统和网络的管理设备，用于提供系统运行所需的各种服务支持，如为系统提供DHCP、TFTP、ToD、或LOG服务功能等；

电缆调制解调器CM 3：与HFC网络和用户终端(即图中所示计算机)连接，主要用于完成HFC网络和用户终端(或者数据设备)之间的数据转发、协议处理以及调制解调功能等。

但是基于上述使用CMTS技术在HFC网络系统中实现的数据通信功能，只能进行数据通信业务，而不能实现普通的电话业务，因此在多业务实现上还存在着不足。

同时，使用CMTS技术在HFC网络系统中实现数据通信功能的方式，其还存在如下的主要缺陷：

1)使用CMTS技术在HFC网络系统中实现数据通信功能，需要对现有所有HFC网络中的同轴电缆进行双向传输的改造，这样在前期全面改造期间，由于使用用户数量比较少，因此必然面临着网络改造投入成本较高的问题；

2)使用CMTS技术在HFC网络系统中实现数据通信，需对用户侧终端发送的数据信号进行功率放大，由于数据信号频段和噪声频段的重叠，这样必然会导致在HFC前端会出现噪声汇聚效应，从而影响到整个系统的通信带宽和性能；

3)由于CMTS技术的实现原理决定了数据通信的传输过程，其上下行传输带宽不对称，即从用户终端侧到网络侧的上行传输带宽较窄，这样不利于双向占用带宽都较宽的视频通讯业务的发展；

4)由于CMTS技术的工作频段较低，这就要求HFC网络中的同轴电缆接头具有较高的电连接质量系数，因此对于维持高质量的同轴电缆接头电连接性能，其长期持续维护工作量比较大；

5)同时由于CMTS和CM的每用户成本一般都比较高，加上网络改造和长期维护的成本也很高，这样就导致对应每个用户的传输数据的单路综合成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提出一种基于有线电视网实现数据通信的系统，以降低在有线电视网中实现数据通信功能的成本，同时提高数据通信的上下行带宽，有利于扩展数据业务的应用。

为解决上述问题，本发明提出了一种基于有线电视网实现数据通信的系统，包括有电视终端、数据通信终端，所述系统在有线电视网络系统上利用全球微波接入互操作技术实现数据通信业务，还包括：

光信号汇聚处理装置，分别与有线电视网前端和城域网连接，用于和有线电视网前端之间交互处理有线电视信号，同时用于和城域网之间交互以太网数据，完成以太网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换；

双工混合装置，与所述光信号汇聚处理装置连接，用于将光信号汇聚处理装置处理后的有线电视信号和全球微波接入互操作协议数据信号进行混合；

信号分支器，分别与所述双工混合装置和所述电视终端连接，用于在双工混合装置混合后的射频信号中分离出有线电视信号和全球微波接入互操作协议数据信号，并将有线电视信号发送给所述电视终端播放；和

终端接入装置，分别与所述信号分支器和所述数据通信终端连接，用于将信号分支器分离出的全球微波接入互操作协议数据转换为以太网协议数据后发送到所述数据通信终端，并用于将所述数据通信终端发送的以太网协议数据转换为全球微波接入互操作协议数据后通过所述信号分支器和双工混合装置发送到光信号汇聚处理装置进行处理。

所述系统还包括射频分路装置，所述双工混合装置通过该射频分路装置进而和信号分支器连接，用于对双工混合装置混合后的射频信号进行多路分配，并将分配的每一路射频信号发送到对应的信号分支器处理。

所述光信号汇聚处理装置具体包括：

光接收机，与所述有线电视网前端连接，用于将接收的有线电视信号的光信号形式转换为射频信号形式；

射频放大器，与所述光接收机连接，用于将光接收机处理后的有线电视信号的射频信号形式进行信号放大处理；

以太网交换机，与所述城域网连接，用于对以太网数据进行转发；和至少一个

数据接入设备，分别与所述以太网交换机连接，用于完成以太网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换。

其中所述双工混合装置的配置数量和所述数据接入设备的配置数量一致，每个双工混合装置分别和所述射频放大器和对应的数据接入设备连接，用于对自身连接的射频放大器处理后的有线电视信号和数据接入设备处理后的全球微波接入互操作协议数据信号进行混合。

所述每个数据接入设备具体包括：

射频接口单元，与所述双工混合装置连接，对于对全球微波接入互操作协议数据的射频信号进行再生放大或功率驱动处理；

射频收发单元，与所述射频接口单元连接，用于对全球微波接入互操作协议数据的射频信号进行抗噪、变频和频道选择的收发处理；

基带和MAC处理单元，与所述射频收发单元连接，用于按照全球微波接入互操作协议实现数据在物理层和MAC层之间转换的处理；

以太网接口单元，与所述以太网交换机连接，用于实现数据接入设备与以太网交换机之间的数据交换；

以太网收发单元，与所述以太网接口单元连接，用于对以太网数据进行收发处理；

主CPU单元，分别与以太网收发单元、基带和MAC处理单元连接，用于完成以太网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换。

其中所述终端接入装置具体包括：

射频接口单元，与所述信号分支器连接，对于对全球微波接入互操作协议数据的射频信号进行再生放大或功率驱动处理；

以太网接口单元，与所述数据通信终端连接，用于实现数据通信终端与终端接入装置之间的数据交换；

其中所述射频收发单元和射频接口单元中包括具有上变频功能和下变频功能的变频装置，用于将全球微波接入互操作协议数据的基带信号调制到5MHz～1000MHz的工作频点，并将5MHz～1000MHz的工作频点信号调制到全球微波接入互操作协议数据的基带信号。

其中所述以太网协议为IEEE802.3系列协议；所述全球微波接入互操作协议为IEEE802.16协议、IEEE802.16d协议或IEEE802.16e协议。

由于本发明在有线电视CATV网络系统中利用全球微波接入互操作协议(WiMAX，World Interoperability for Microwave Access)技术实现了数据通信业务，由于WiMAX技术本身的特性，决定了本发明基于有线电视网实现数据通信的系统能够达到如下的有益效果：

1)有效的利用了CATV系统的HFC网络资源，实现了集有线电视业务和多种数据通信业务为一体的通信网络，充分利用了HFC的网络资源；

2)由于利用WiMAX技术，数据信号的工作频点可选择在5MHz～1000MHz范围内的较高频段，这样可以有效减小噪声汇聚效应，提高数据通信的性能，并减小对同轴电缆接头电连接性能的维护工作量；

3)由于WiMAX技术是上下行信道都具有较高总带宽的技术，因此可以避免上行传输带宽较窄，不利用开展高速数据通信业务，如视频通信业务的弊端；

4)利用WiMAX技术在有线电视网上实现数据通信业务相对于利用CMTS技术在有线电视网上实现数据通信业务，对HFC网络中的同轴电缆双向传输改造力度较小，因此可以降低投入成本和针对于每一用户的单路成本。

附图说明

图1是现有技术在HFC网络中实现数据通信的网络系统结构示意图；

图2是由WiMAX技术实现的数据通信系统拓扑结构示意图；

图3是本发明基于有线电视网实现数据通信的系统的具体组成结构示意图；

图4是本发明基于有线电视网实现数据通信的系统中数据接入设备的具体组成结构示意图。

具体实施方式

本发明基于有线电视网实现数据通信的系统提出针对于目前有线电视网CATV的网络现状，利用全球微波接入互操作协议(WiMAX，WorldInteroperability for Microwave Access)技术，设计出成本投入尽可能少，且可以支持多种数据通信业务，尤其如一些视频通信业务等高速数据通信业务的通信系统，以充分利用CATV系统的HFC网络资源，实现在为用户提供有线电视业务的同时，提供给用户多种优质的数据通信业务。

下面首先详细介绍WiMAX技术的实现原理，请参阅图2，该图是由WiMAX技术实现的数据通信系统拓扑结构示意图；其中WiMAX技术主要是利用电磁波在空中传输数据信号，而无需有线线缆介质承载数据信号；它是对有线组网方式的一种补充和扩展，具有高带宽和可移动的特性，能够快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。采用WiMAX技术的无线数据传输，在30英里范围内传输速率已经能够达到70Mbps；采用IEEE802.16/802.16d/802.16e等标准规范的WiMAX无线城域网(WMAN，Wireless metropolitan area network)系统，可以为1公里范围提供服务覆盖；随着WiMAX技术的不断发展，WiMAX技术不仅主要用于干线数据传输，还可以面向最终用户，提供高速率的无线宽带接入(BWA，Broadband WirelessAccess)，较好地解决了最后一公里的宽带接入覆盖问题。

如图2所示，当前基于WiMAX技术的无线城域网WMAN接入系统的主要组成部分包括：认证、授权、计费服务器(AAA服务器，Authentication、Authorization、Accounting服务器)10、接入控制器(AC，Access Controller)20、无线基站(BS，Base Station)30和无线站点(STA)40等，其中：

AAA服务器10，用于对用户进行认证、漫游和计费等处理，AAA服务器10通过七号信令网SS7与GSM/GPRS网络的归属位置寄存器(HLR，HomeLocation Register)相连，以从HLR中取得用户的相关身份数据来完成对用户身份进行认证的处理。移动通信运营商在组建高速无线宽带接入网时引入了AAA服务器10，可以充分利用现有移动通信网络的用户信息资源，从而实现无线宽带用户与现有移动用户的统一管理、统一计费。

接入控制器AC 20，是WiMAX接入网和IP城域骨干网之间的网关设备，用于将来自不同无线站点STA 40的数据信息进行汇聚，通过IP城域骨干网发送到Internet网络，它是一个具有支持各种路由协议和众多网络管理功能的设备，能够监控过滤出入网络系统的IP数据流，以拒绝没有通过认证的终端访问网络。

无线基站BS 30，是一个无线子网的基站，用于实现有线宽带网络和无线宽带网络之间的桥接，BS 30主要用于WiMAX子网中，提供子网内无线设备的组网功能以及与有线骨干网的桥接，它所使用的工作频点处于2.4GHz、3.5GHz或5.7GHz等频段，其物理层信号传输带宽可达70Mbps。

无线站点STA40，无线站点STA40是基于高频(2.4GHz/3.5GHz/5.7GHz)、宽带(70Mbps)的无线组网设备，其表现形式上可以通过便携机内置PCMCIA卡、台式机内置PCI卡、外接USB适配器或移动手持终端设备以及具有路由和桥接功能的无线设备等实现；主要用于对多个数据通信终端50之间进行长距离高速无线组网。

基于上述WiMAX技术原理，本发明基于有线电视网实现数据通信的系统提出在现有CATV网络上利用WiMAX数据通信技术原理来实现数据通信业务；请参阅图3，该图是本发明基于有线电视网实现数据通信的系统的具体组成结构示意图；如图3所示，该系统结构具体包括：光信号汇聚处理装置100、双工混合装置200、射频分路装置300、信号分支器400和终端接入装置500等，其中各个组成部分的联系及其主要作用如下：

光信号汇聚处理装置100，分别与有线电视网前端(即HFC分前端110)和城域网(即IP城域网120)连接，用于和有线电视网前端(HFC分前端110)之间交互处理有线电视信号，同时用于和城域网(IP城域网120)之间交互以太网数据，完成以大网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换。

其中光信号汇聚处理装置100一般布置于小区机房内部，主要组成部分包括：光接收机101、射频放大器102、以太网交换机103和至少一个数据接入设备104(图中所示数据接入设备1……数据接入设备N)，各个组成部分的功能如下：

光接收机101，与有线电视网前端(即HFC分前端110)连接，用于将接收的有线电视信号的光信号形式转换为射频信号形式，即将CATV光信号转换为射频信号；

射频放大器102，与光接收机101连接，用于将光接收机101处理后的有线电视CATV信号的射频信号形式进行信号放大处理，即将光接收机101输出的射频信号进行放大处理；

以太网交换机103，与城域网(即IP城域网120)连接，用于对以太网数据进行转发；和

至少一个数据接入设备104(图中所示数据接入设备1……数据接入设备N)，每个数据接入设备104分别与以太网交换机103连接，用于完成以太网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换。其实基于WiMAX技术，这里的数据接入设备104就相当于是无线城域网WMAN中的无线基站BS，主要功能是完成终端接入装置500的接入，数据报文的转发，以及接入用户的控制和管理，完成全球微波接入互操作协议IEEE802.16/IEEE802.16d/IEEE802.16e数据到以太网IEEE802.3协议数据的转换。其中如果应用全球微波接入互操作协议IEEE802.16d协议，数据传输速率可达70Mbps以上。

双工混合装置200，与光信号汇聚处理装置100连接，用于将光信号汇聚处理装置处理后的有线电视CATV信号和全球微波接入互操作协议数据信号进行混合处理；如图3所示，其中双工混合装置的配置数量应和数据接入设备104的配置数量一致，每个双工混合装置200分别和射频放大器102和对应的数据接入设备104连接，用于对自身连接的射频放大器102处理后的有线电视CATV信号和数据接入设备104处理后的全球微波接入互操作协议数据信号进行混合处理。

射频分路装置300，与双工混合装置200连接，用于对双工混合装置200混合处理后的射频信号进行多路分配，并将分配的每一路射频信号发送到对应的信号分支器400进行处理。

信号分支器400，分别与射频分路装置300和电视终端600连接，用于在由射频分路装置300发来的一路经双工混合装置200混合处理后的射频信号中分离出有线电视信号和全球微波接入互操作协议数据信号，并将有线电视CATV信号发送到电视终端600进行播放。

终端接入装置500，分别与信号分支器400和数据通信终端700连接，用于将信号分支器400分离出的全球微波接入互操作协议数据转换为以太网协议数据后发送到数据通信终端700，并用于将数据通信终端700发送的以太网协议数据转换为全球微波接入互操作协议数据后通过信号分支器400、射频分路装置300和双工混合装置200发送到光信号汇聚处理装置100进行处理。

其中数据通信终端700可以为具有网络互联功能的计算机终端、IP电话终端、机顶盒STB或个人数字助理PDA等。

请参阅图4，该图是本发明基于有线电视网实现数据通信的系统中数据接入设备的具体组成结构示意图；其中上述的数据接入设备104具体包括射频接口单元1041、射频收发单元1042、基带和MAC处理单元1043、以太网接口单元1044、以太网收发单元1045和主CPU单元1046，各个组成单元的作用如下：

射频接口单元1041，与双工混合装置200连接，用于对全球微波接入互操作协议数据的射频信号进行再生放大或功率驱动等处理；

射频收发单元1042，与射频接口单元1041连接，用于对全球微波接入互操作协议数据的基带信号和射频信号之间进行转换处理；

基带和MAC处理单元1043，与射频收发单元1042连接，用于按照全球微波接入互操作协议实现数据在物理层和MAC层之间转换的处理；

以太网接口单元1044，与以太网交换机103连接，用于实现数据接入设备104与以太网交换机103之间的数据交换；

以太网收发单元1045，与以太网接口单元1044连接，用于用于按照以大网协议实现数据在MAC层和物理层之间的收发处理；

主CPU单元1046，分别与以太网收发单元1045、基带和MAC处理单元1043连接，用于完成以太网协议数据和全球微波接入互操作协议数据之间的转换，以及完成多点接入协调，以及子网内的数据路由、带宽管理等功能。

其中基于WiMAX技术，终端接入装置500就相当于无线城域网WMAN中的无线宽带接入的无线站点(BWA STA)，可以布置在用户的家中，主要功能是实现用户侧的数据通信终端的数据业务接入。其具体组成与数据接入设备104基本相同，如下：

射频接口单元，与信号分支器400连接，对于对全球微波接入互操作协议数据的射频信号进行再生放大或功率驱动等处理；

射频收发单元，与射频接口单元连接，用于对全球微波接入互操作协议数据的基带信号和射频信号之间进行转换处理；

基带和MAC处理单元，与射频收发单元连接，用于按照全球微波接入互操作协议实现数据在物理层和MAC层之间转换的处理；

以太网接口单元，与数据通信终端700连接，用于实现数据通信终端700与终端接入装置500之间的数据交换；

以太网收发单元，与以太网接口单元连接，用于按照以太网协议实现数据在MAC层和物理层之间的收发处理；

其实数据接入设备104主要用于完成网络侧到用户侧下行数据由以太网协议到全球微波接入互操作协议的转换；并完成用户侧到网络侧上行数据由全球微波接入互操作协议到以太网协议的转换。

而终端接入设备500主要用于完成用户侧到网络侧上行数据由以太网协议到全球微波接入互操作协议的转换；并完成网络侧到用户侧下行数据由全球微波接入互操作协议到以太网协议的转换。

其中在数据接入设备104中、终端接入设备500中的射频接口单元和射频收发单元中包括具有上变频功能和下变频功能的变频装置，以用于将全球微波接入互操作协议数据的基带信号调制到5MHz～1000MHz的工作频点，并将5MHz～1000MHz的工作频点信号调制到全球微波接入互操作协议数据的基带信号。

其中上述提及的以太网协议为IEEE802.3系列协议；而提及的全球微波接入互操作协议为IEEE802.16协议、IEEE802.16d协议或IEEE802.16e协议。

基于上述利用WiMAX技术在有线电视网CATV上实现数据通信功能的系统组成结构，再进而描述一下上下行信号流的处理过程：

上行信号：用户家中的数据通信设备700发送的以太网数据信号通过终端接入装置500的协议转换，转换为WiMAX协议数据，然后调制到射频电缆上传输，经过射频分路装置300和双工混合装置200传送到数据接入设备104，完成WiMAX协议数据到以太网协议数据的转换处理后，再通过以太网交换机103进行汇聚处理后，送到IP城域网120的相关设备上进行三层数据交换，或者再经过特定路由传送到Internet。

下行信号：由IP城域网120下传的以太网数据通过以太网交换机103将以太网数据传送到数据接入设备104，由数据接入设备104完成以太网协议数据到WiMAX协议数据的转换，并调制成射频信号，通过双工混合装置200将CATV射频信号和WiMAX协议数据射频信号一起混入射频电缆传输；再通过射频分路装置300和信号分支器400处理后，将WiMAX协议数据信号送入到终端接入装置500进行处理，由终端接入装置500进行WiMAX协议数据到以太网协议数据的转换处理后，通过USB口或以太网口将转换后的以太网数据信号发送到与其连接的数据通信终端，实现数据业务的接入。

本发明的核心在于将基于WiMAX技术的无线城域网WMAN系统应用在有线电视网CATV的HFC网络上，将基于WiMAX技术的数据信号和CATV信号一起混入射频电缆，并可以在用户侧再将数据业务信号和CATV信号分离出来。基于WiMAX技术的无线城域网WMAN的工作频点为2.4GHz，3.6G或5.7GHz等无线频点，而本发明设置数据接入设备和终端接入装置的工作频点为5MHz～1000MHz的有线频点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种基于有线电视网实现数据通信的系统，包括有电视终端、数据通信终端，其特征在于，所述系统在有线电视网络系统上利用全球微波接入互操作技术实现数据通信业务，还包括：

2、根据权利要求1所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，还包括射频分路装置，所述双工混合装置通过该射频分路装置进而和信号分支器连接，用于对双工混合装置混合后的射频信号进行多路分配，并将分配的每一路射频信号发送到对应的信号分支器处理。

3、根据权利要求1所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述光信号汇聚处理装置具体包括：

4、根据权利要求3所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述双工混合装置的配置数量和所述数据接入设备的配置数量一致，每个双工混合装置分别和所述射频放大器和对应的数据接入设备连接，用于对自身连接的射频放大器处理后的有线电视信号和数据接入设备处理后的全球微波接入互操作协议数据信号进行混合。

5、根据权利要求4所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述每个数据接入设备具体包括：

6、根据权利要求1所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述终端接入装置具体包括：

7、根据权利要求5或6所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述射频收发单元和射频接口单元中包括具有上变频功能和下变频功能的变频装置，用于将全球微波接入互操作协议数据的基带信号调制到5MHz～1000MHz的工作频点，并将5MHz～1000MHz的工作频点信号调制到全球微波接入互操作协议数据的基带信号。

8、根据权利要求1～6任意权利要求所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，

所述以太网协议为IEEE802.3系列协议；

所述全球微波接入互操作协议为IEEE802.16协议、IEEE802.16d协议或IEEE802.16e协议。

9、根据权利要求7任意权利要求所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述全球微波接入互操作协议为IEEE802.16协议、IEEE802.16d协议或IEEE802.16e协议。

10、根据权利要求1或6所述的基于有线电视网实现数据通信的系统，其特征在于，所述数据通信终端为计算机终端、IP电话终端、机顶盒或个人数字助理。