SE504570C2 - Metod och anordning för bredbandig tvåvägskommunikation - Google Patents

Description

504 570 10 15 20 25 30 35 40 2 cellförmedling enligt ATM-standard fram till en förmedlings- punkt i närheten av abonnenten. Nätet utnyttjar inte det vanliga kopparnätet.

Dokumentet US,A,5 029 333 avser ett kommunikations- system som erbjuder bredbandig kommunikation till och från en abonnent. All kommunikation sker via en ”active piedestal” som kopplas till nätet med hjälp av optiska fibrer (ex. SONET). Kommunikation frán en vanlig telefon sker genom att koppla de vanliga kopparledningarna till ”piedestalen” som även kan erbjuda bredbandig kommunikation till abonnenten via koaxialkabel. Kommunikationen över kopparkabeln är här smalbandig.

Dokumentet US,A,5 303 229 beskriver en anordning tänkt att användas i ett fibernät. Anordningen terminerar fiber- kommunikationen och levererar signaler i elektrisk form till abonnenterna. Ur den optiska signalen separeras vanliga telefonsignaler och levereras till kopparnätet. Vidare separeras videosignaler ut och levereras via koaxialkabeln.

Dokumentet WO,Al,94/28 671 hänför sig visserligen till kraftmatning av telefonutrustning, men den fysiska struktur som beskrivs visar hur ett fibernät kopplas till en enhet som står i kontakt med både kopparteleledningar och koaxial- kabelledningar hos en abonnent.

Dokumentet W0,A1,93/12 624 beskriver ett fiberoptiskt telefonnät där signaler distribueras till ”piedestaler” på optisk väg och levereras till abonnenterna via vanlig koppartråd.

De ovan redovisade dokumenten beskriver i bästa fall asymmetrisk bredbandig tvàvägskommunikation t.ex. US,A,5 029 333 och löser följaktligen ej det ovan beskrivna problemet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Lösningen av det ovan beskrivna tekniska problemet stödjer sig på det faktum att de flesta hushåll idag har tillgång till kabel-TV, oftast via koaxialkabel, samt att man med tillgänglig teknik kan överföra relativt bredbandiga signaler över korta avstånd på det befintliga accessnätet.

Problemet löses således med en metod och en anordning enligt föreliggande uppfinning som utnyttjar kabel-TV-nätet för bredbandig kommunikation till en abonnentutrustning i 10 15 20 25 30 35 40 504 570 3 ett hushåll eller ett mindre företag, och kopparnätet för bredbandig kommunikation från nämnda abonnentutrustning.

Uppfinningen innebär att man kombinerar HFC- och HFT- teknikerna för att åstadkomma en symmetrisk tvàvägskommuni- kation.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 1 visar schematiskt konfigurationen hos ett kabel-TV-nät.

Figur 2 visar schematiskt konfigurationen hos ett kabel-TV-nät med fiberkabel i primärnätet.

Figur 3 visar schematiskt konfigurationen hos ett kopparkabelnät som utnyttjar ADSL.

Figur 4 visar schematiskt accessnätet hos ett bostads- område (t.ex. 500 hushåll) som utnyttjar fiberkabel, koaxialkabel och tvåpars kopparkabel i enlighet med föreliggande uppfinning.

DETALJERAD UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN I det följande kommer först HFC-tekniken att detaljerat beskrivas med hänvisning till figurerna 1 och 2.

Därefter beskrives den aktuella HFT-tekniken detaljerat med hänvisning till figur 3.

Avslutningsvis kommer kombinationen av de ovan nämnda teknikerna, i enlighet med föreliggande uppfinning, att detaljerat beskrivas med hänvisning till figur 4.

HFC-tekniken HFC-tekniken (Hybrid Fibre Coax) avser ett hybridsystem som utnyttjar både fiberkabel och koaxialkabel för över- föring av information; i det följande anges detta kort och gott med HFC.

Kabel-TV-nätet är vanligtvis anordnat med en träd- och förgreningsarkitektur som utgår från en nod som kallas huvudände. I det följande komer begreppet huvudände att kallas för ”HE”, som syftar på det engelska ordet ”Head End”. Vid HE frekvensomvandlas program från t.ex. lokal-TV- stationer eller satellitmottagarstationer (RS) till veder- börliga kanaler och överföres till hushållen. HE är distri- bueringspunkten för alla signaler som sänds ut på kabel- 504 570 10 15 20 25 30 35 40 vid kabel-TV-kontakten. En omvandlare anordnad t.ex. 4 nätet. Flera huvudkoaxialkablar utgår från HE till linje- delare som överför signaler till flera mindre huvudled- ningar. Längs med huvudkablarna finns linjeförstärkare anordnade. Denna del av nätverket kallas det primära nätverket, och dess radietäckning är ungefär 5-10 km.

Förgreningar ut från det primära nätverket definieras såsom sekundära nätverk, där vart och ett av dessa betjänar åtskilliga fastighetsområden, och sträcker sig upp till 3 km. Signaler som transmitteras över det sekundära nätverket överföres till fastighetsnätet som täcker åtskilliga hundra- tals meter. Slutligen överföres signalerna via anslutnings- kablar till särskilda kundplatser. Anslutningskabeln slutar i en TV-apparat väljer sedan ut den önskade signal från de signa- ler som finns tillgängliga på kabeln.

Kabel-TV-nätet användes för distribuering av analoga TV-kanaler. Flera TV-kanaler multiplexeras på kabeln genom att använda FDM (Frequency Division Multiplexing). Spektru- met transponeras till 6 MHz-banden i USA (7 MHz-bandet i Sverige) där varje band motsvarar en enda TV-kanal. De äldre kablarna tillhandahåller en frekvens från 5 MHz till 450 MHz. De uppgraderade kablarna tillhandahåller frekvenser ända upp till 750 MHz.

I dag installerar kabel-TV-operatörer fiberlänkar i I HFC kopplas fiberlänkar ihop via HE med ett antal lokala noder, stället för koaxialkablar i det primära nätverket. som var och en är placerade ungefär en till tre kilometer från hushållen (se speciellt figur 2). Varje lokalnod har ett betjäningsområde med ungefär 500 hushåll. Koaxialkabeln överför sedan signaler över kortare avstånd mellan lokal- noden och fastigheten, dvs det sekundära nätverket och fastighetsnätet i figur 2. Signalerna som mottages i fastig- heten är väsentligen samma som de signaler som levereras från HE på grund av att fibern bär samma multibärarspektrum som användes av kabel-TV-industrin.

Användning av fiberoptik (se speciellt figur 2) reduce- rar servicen på nätet och underhållningskostnader samt ökar transmissionskvaliteten. Med fiberoptik kan även signalöver- föring med mycket större bfandbredd än vad som är fallet med koaxialkabeln åstadkommas. Dessutom förbättras tillförlit- 10 15 20 25 30 35 40 504 570 5 ligheten vad beträffar signalöverföringen.

Kabel-TV-operatörer börjar alltmer att försöka till- handahålla olika integrerade komunikationstjänster. För närvarande är överföringar av VDT (Video Dial Tone) det huvudsakliga intresset för dem. VDT-tjänsten är asymmetrisk eftersom den kräver högre bandbreddskommunikation i ned- länken (till kunden) än i upplänken (från kunden). Exempel på VDT är t.ex. VOD (Video On-Demand, nyttja videokataloger, distansinlärning etc). inköp genom att ut- Den höga bandbredden i de modernaste kabel-TV-systemen och kompatibiliteten mellan analog och digital modulering i olika kanaler på samma kabel gör att tillhandahállandet av VDT är möjligt.

Videosignaler på nedlänken kan följaktligen överföras i ett digitalt modulerat 6 MHz-band mellan 450-750 MHz. Modu- leringen baseras på tekniker såsom 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation). 6 MHz-kanalen kan moduleras att överföra allt från signaler med 3 Mbit/s till signaler med 28 Mbit/s, och följaktligen kan mer än en videosignal över- föras i samma 6 MHz-band. Systemet kan därför tillhandahålla ett tillräckligt antal nedlänkskanaler för ”VOD-tjänster”.

I HFC sker upplänkstransmissionen i frekvensspektrumet 5-30 MHz. HFC-utrustning som tillhandahåller upplänkskommu- nikation i frekvensområdet 5-40 MHz är under utveckling.

Upplänkskanalen delas av alla abonnenter i betjäningsområdet och följaktligen behövs ett multipelaccessprotokoll som reglerar kanalanvändningen.

De huvudsakliga problemen med att använda kabel-TV- nätet för tvåvägstransmissioner är följande: 0 Trädtopologin och förgreningstopologin är avsedd för rundradioutsändning av TV-signaler och är mindre avpassad för tvåvägskomunikation; 0 Vissa system har ingen hårdvara för upplânkstransmission på grund av de envägsorienterade förstärkarkedjorna som är anordnade hela vägen från HE till hushållen.

Förstärkare och filter måste alltså tillsättas för att hantera upplänkskanaler. Denna modifikation är omfat- tande, dyr och svår att genomföra eftersom kabel-TV- operatörerna inte är ansvariga för fastighetsnäten i Sverige. 504 570 10 15 20 25 30 35 40 6 För att undanröja detta problem har det föreslagits att utnyttja POTS (Plain Old Telephone Service) eller ISDN (Integrated Service Digital Network) såsom en returväg för VOD; 0 Upplànkstransmissioner kan komma att interferera med flera bruskällor eftersom förgreningssignaler strålar samman på sin väg mot HE. Digital signalregenerering kan komma att behövas för framgångsrika upplänkstransmis- sioner, vilket meför dyra upplänksförstärkare; 0 Upplänksfrekvensen hos kablar i bostadsområden är delad och har begränsad kapacitet, dvs fyra 6 MHz-band delas av alla kunder i betjäningsomràdet. Den kan betjäna 480 kanaler med 56 Kbit/s vilket antagligen är tillräckligt för VOD, men inte tillräckligt för videokonferenser och datatjänster (t.ex. LAN-länkar) som behöver mycket hög bandbredd i båda riktningar.

HFT-tekniken HFT-tekniken (Hybrid fibre/twisted pair) avser ett hybridsystem där man utnyttjar både fiberkabel och tvåpars kopparkabel för överföring av information; i det följande anges detta kort och gott med HFT.

Affärsverksamhet inom videodistribution börjar alltmer att bli ett intressant område för telekommunikationsopera- törer. Videotjänster och intäkter som genereras därav kommer att stödja och öka utvecklingen av det publika telekommu- nikationsnätet till B-ISDN. Videotjänsterna kommer även att generera trafik på de redan installerade fiberoptiska transmissionssystemen i transportnätet. Det befintliga kopparbaserade accessnátet är i sin nuvarande form inte möjlig att utnyttja för storskalig överföring av video- information till hushåll.

En teknik som nyligen dykt upp, Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), gör det möjligt att överföra VOD över befintliga UTP-baserade accessnät.

UTP betyder "Unshielded Twisted Pair” och avser endast tvåpars kopparkabel. I det följande användes denna förkortning "UTP".

ADSL I bygger på en ny kodningsteknik och utnyttjar FDM för överföring av information på ett enda kopparpar; 2 10 15 20 25 30 35 40 504 570 7 Mbit/s i nedlänken, 16 Kbit/s (full duplex) och full duplex POTS eller ISDN (128 Kbit/s).

ADSL kan utnyttjas på kopparparet som sträcker sig ungefär 5,5 km utan att man behöver göra några speciella modifikationer. ADSL kräver endast multiplexorutrustning vid den lokala växeln (LEX) och vid fastighetsnätet utan några linjerepeterare för att tillhandahålla VOD.

ADSL I överför endast en enda kanal av MPEG-1 Picture Experts Group) kodad videoinformation som har en begränsad videokvalitet. För att överföra videosignaler med i styrkanalen (Motion högre kvalitet erfordras en högre kapacitet. ADSL III som är baserad på diskret multitonmodulering har utvecklats av ANSI Working Group T1E1.4 för att tillhandahålla upp till 6,3 Mbit/s i nedlänken, 308 Kbit/s i datakanalen (full duplex), 64 Kbit/s i styrkanalen; full duplex POTS och ISDN. ADSL III opererar över kortare avstånd upp till 2,5 km. ADSL III stödjer överföring av MPEG-2-videoinformation.

För att implementera ADSL III i accessnät kan fiber- kablar användas från den lokala växeln till lokala noder i bostadsområdet, och UTP kan sedan överföra ADSL-signaler vid kortare avstånd från dessa noder till hemmen. råde av 2,5 km kan ungefär 500 hushåll betjänas av en enda lokalnod. Många publika nätverksoperatörer installerar SDH- IflOm ett Om- ringar i den primära delen av accessnätet. Användningen av SDH-ringar tillsammans med fiberkablar i submatarkabeln möjliggör placeringen av lokala noder inom ett område av 2,5 km från hemmen. finnin HFC HFT-t knik n enli för li Både HFC-tekniken och HFT-tekniken som beskrivits ovan nell är lämpade för asymmetriska tjänster såsom t.ex. VOD. Emel- lertid âr de inte lämpade för tjänster som kräver hög band- bredd i båda riktningar.

För att stödja symmetrisk bredbandsaccess kan HFC- tekniken och HFT-tekniken kombineras på ett sådant sätt att HFC endast användes för nedlänkskommunikation och HFT (ADSL), med hög bandbredd i upplänken, endast användes för upplänkskommunikation.

Såsom de flesta HFC-systemen är även HFC/HFT-systemet enligt föreliggande uppfinning baserat pà användning av FDM 504 10 15 20 25 30 35 40 570 8 där tjänsterna överföres 64-QAM-modulerade i 6 MHz (7 MHz i Sverige) banden i spektrumet mellan 450 och 750 MHz. Såsom nämndes tidigare kan 6 MHz-bandet moduleras för att överföra allt från signaler med 3 Mbit/s till mer än 28 Mbit/s.

HFC/HFT-tekniken utnyttjar kabel-TV-nätet såsom det ursprungligen konstruerades, nämligen för envägs rundradio- utsändningskommunikation.

Eftersom det inte finns något behov av någon returväg (5-30 MHz) behövs ingen modifiering av koaxialkabeldistribu- tionen (träd- och förgreningsarkitekturen), och upplänks- frekvensen kan istället användas för nedlänkstrafiken vilket resulterar i ännu högre bandbredd för överföringstjänster.

Vidare behövs inget multipelaccessprotokoll vilket åstadkommer ett mycket enklare och billigare system med mindre styrprocedurer.

Till sist och kanske det viktigaste erfordras ingen modifiering av de fysiska kabel-TV-nätet.

Genom att utnyttja ADSL kommer befintliga telekommuni- kationstjänster såsom ISDN och POTS att stödjas av HFC/HFT- tekniken. Varje kund kan garanteras en upplänkskanal på upp till 6,3 Mbit/s vilket är helt tillräckligt för de flesta tjänster. Såsom en provisorisk lösning kan t.ex. ISDN använ- das för returvägen för bostadskunder i stället för ADSL.

Accesskonfiggration Huvudelementen som innefattas i HFC/HET-arkitekturen illustreras i figur 4. Varje betjäningsområde på ungefär 500 hushåll bildar ett nätverk som kallas bostadsnätverk (NN, neighbourhood network). För varje NN definieras en lokalnod att vara belägen inom ett område från 1-2,5 km från hus- hållen. Dessa lokala noder benämnes NN-enheter (NNE).

Bostadsnätverksenheterna (NNE) ombesörjer dynamisk resurstilldelning av bostadsnätets resurser, t.ex. koaxial- kabelns RF-frekvensspektrum. NNE modulerar digitalt tjäns- terna i sina tilldelade band. NNE stödjer även nätverks- hantering, anrop och trafikstyrning. Inkommande data över ADSL-modemen vidarebefordras mot den lokala växeln (LEX).

NNE är hopkopplad med SDH ADM (Add/-Drop Multiplexer) via en fiberlänk. De rundradioutsända analoga videotjänsterna (pà 50-450 MHz) som mottagits från HE på en separat analog fiber 10 15 20 25 30 35 40 504 570 9 eller huvudkoaxialkabel sätts ihop vid NNE med det reserve- rade spektrumet för de digitala tjänsterna. HE kan även kopplas ihop med SDH-ringen.

En inställningsterminal (ST) tillsamans med en TV och en fjärrkontroll tillhandahåller olika videotjänster. ST- boxen demodulerar den inkommande QAM-signalen för att återfå den digitala tjänstesignalen. Dessa signaler överföres på RF-bandet där ST är avstämd för detta band. Den digitala signalen kommer sedan att avkomprimeras; omvandlas till en analog form och presenteras på TV-skärmen. På upplänken sänder ST-enheten datainformation och styrinformation genom att använda ADSL.

En annan kundutrustning som kan installeras är dator- utrustning. Såsom i fallet med ST är datorutrustningen ut- rustad med en omvandlare som mottager QAM-signaler och demodulerar dem till digitala signaler, varvid dessa sändes pä upplänken genom att utnyttja ADSL.

Som ett resultat blir ADSL-servicemodulen som betjänar både datorn och ST en multiplexor för trafik på upplänken.

Före transmission över tvåparskopparnätet multiplexeras trafiken från ADSL-servicemodulen till POTS och ISDN. Full- duplexkanalerna med 384 Kbit/s eller 64 Kbit/s delas mellan ST och datorn. utrusta både ST och datorutrustningen med var sin digital I framtiden förutses att man kommer att QAM-omvandlare.

HFC/HFT-tekniken utnyttjar ATM såsom överföringsmod av följande skäl: 0 ATM tillhandahåller en kraftfull och flexibel mekanism för att multiplexera olika typer av tjänster och olika digitala multiplexhierarkier. ATM stödjer dessutom multipel QOS-klasser som innefattar garanterad bandbredd och resurstilldelning; 0 Det fasta cellformatet är ekonomiskt i termer av er- fordrat buffertutryme, implementeringskomplexitet och följaktligen kostnader; 0 ATM-teknologi förväntas finnas överallt i nätverk som tillhandahåller avbrottsfri integration. Det är en säker investering för framtiden (längre livslängd) och inom en snar framtid förväntas kostnaden för ATM-utrustning att minska avsevärt; 504 10 15 20 25 30 570 10 0 De många framställda ATM-standarder för administration, anrop och trafikstyrning kan upptas av HFC/HFT-tekniken; 0 ATM är oberoende av det använda transmissionssystemet.

ATM har standardiserats för transmissionsteknologier som innefattar ADSL. Det förväntas även standardiseras för kabel-TV-nät.

Föreliggande uppfinning avser således en bredbands- access genom att utnyttja HFC/HFT-tekniken för hushåll och små företag. HFC/HFT-tekniken är en provisorisk accessteknik för B-ISDN tills fibernätet blir tillräckligt kostnadseffek- tivt för att användas för "ände-till-ände" överföringar.

Uppfinningen baseras pà kombinationen av HFC och HFT och använder de senaste framstegen inom dessa teknologier.

Bandbredden med full duplex som àstadkomes medelst föreliggande uppfinning är mer än tillräcklig för de flesta bredbandstjänster som kunderna kommer att utnyttja.

ATM har även föreslagits såsom överföringsmod för HFC/ HTF-tekniken beroende på de många fördelarna hos detta över- föringssystem.

Genom att utnyttja ATM uppnås avbrottsfri integration mellan CPE, LEX och accessnätsenheterna.

Elementen som omfattas av HFC/HFT-tekniken har identi- fierats, och deras funktioner har beskrivits. De flesta standarder som framställts för ATM kan användas i HFC/HFT- tekniken.

Det ovan beskrivna är endast att betrakta såsom en utföringsform av föreliggande uppfinning och uppfinningens skyddsomfàng begränsas endast av vad som anges i de åt- följande patentkraven.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 i” 504 570 EAIENIKRBY

1. Anordning vid ett telekommunikationsnät som möjliggör bredbandig tvåvägskommunikation mellan en kommunikations- utrustning och en abonnentutrustning, varvid den utnyttjar en HFC-teknik vid transmission av information från nämnda kommunikationsutrustning till nämnda abonnentutrustning (nedlänk) och en HFT-teknik vid transmission av information från nämnda abonnentutrustning till nämnda kommunikationsut- rustning (upplänk), kännetecknad av att nämnda HFT-teknik utnyttjar ADSL för kommunikationstrafik på nämnda upplänk, varvid en ADSL-modul som fungerar såsom multiplexor betjänar både en dator och en inställningsterminal (ST) för trans- mission på upplänken och nämnda ADSL-modul multplexerar kom- munikationstrafik före transmission till ISDN och POTS.

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda abonnentutrustning är anordnad i ett hushåll, bostad eller i ett litet företag.

3. Anordning enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda kommunikationsutrustning företrädesvis är en VOD- server.

4. Anordning enligt patentkrav l, kännetecknad av att nämnda HFC-teknik utnyttjar kabel-TV-nätet på nedlänken och att nämnda HFT-teknik utnyttjar UTP på upplänken.

5. Anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad av att nämnda UTP utgörs av det allmänna tvåpars telefonkoppar- nätet.

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kän- netecknad av att nämnda HFC-teknik tillsammans med nämnda HFT-teknik utnyttjar FDM.

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kän- netecknad av att en bostadsnätverksenhet (NNE) levererar bredbandssignaler till nämnda abonnentutrustning via nämnda kabel-TV-nät och mottager bredbandssignaler från nämnda abonnentutrustning via nämnda tvåpars kopparnät.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kän- netecknad av att HFC-tekniken och HFT-tekniken utnyttjar ATM såsom överföringsmod.

9. Metod vid ett telekommunikationssystem för bredbandig 10 15 20 li 504 570 dig tvàvägskommunikation mellan en kommunikationsutrustning och en abonnentutrustning, varvid vid kommunikation från nämnda kommunikationsutrustning, företrädesvis en VOD- server, överföres bredbandsinformation medelst HFC-teknik via befintligt kabel-TV-nät till nämnda abonnentutrustning, och vid kommunikation från nämnda abonnentutrustning, före- trädesvis en dator, videoutrustning, telefonutrustning, TV- utrustning, överföres bredbandsinformation medelst HFT- teknik via det allmänna tvápars telefonkopparnätet till nämnda kommunikationsutrustning, kännetecknad av att nämnda HFT-teknik utnyttjar ADSL för kommunikationstrafik pà nämnda upplänk, varvid en ADSL-modul som fungerar som multiplexor betjänar bàde en dator och en inställningsterminal (ST) för transmission pá upplänken, varvid nämnda bredbandsinforma- tion fràn nämnda abonnentutrustning till nämnda kommunika- tionsutrustning multiplexeras av nämnda ADSL-modul till POTS och ISDN före transmission via UTP.

10. Metod enligt patentkrav 9, kännetecknad av att bredbandsinformationen överföres medelst ATM.

11. Metod enligt något av patentkraven 9 eller 10, kän- netecknad av att nämnda abonnentutrustning anordnas i ett hushåll, bostad eller i ett litet företag.