专利名称：有线电视双向电缆系统中实现调谐器复用的方法
技术领域：
本发明涉及广播通信系统中数据传输的方法，具体地，涉及一种在有线电视双向电缆系统中实现机顶盒的调谐器复用的方法，更具体地，涉及一种在现有的采用点对多点广播通信方式的有线电视网络中，用户终端在使用仅有一个调谐器的机顶盒的情况下，同时实现数据广播，如电视广播、NVOD等，和用户单播(unicast)，如用户浏览因特网，接收电子邮件等功能。
目前已有的有线电视网络大都采用点对多点广播通信方式，即有线电视台前端设备以广播方式发送多频道电视及其它数据广播节目，各个节目占据不同的物理信道，有的节目经频分合成后在同一电缆网络中传送至所有终端用户。用户端机顶盒通过调谐器用选频的方法选择处于某个频道上的电视节目，并将其解调出来，在电视机上播放。随着服务提供商提供的增值服务越来越多，广大用户已不满足仅仅能收看到多频道的电视节目，还希望能在收看电视节目的同时享受到如浏览因特网、软件下载、接收电子邮件等多种交互式数据服务。
一种实现上述通信方式的方法是前端设备通过电话线、电缆网络等通信介质和多个用户终端设备建立双向通道，该前端设备通过接收某用户终端设备通过上行频道传来的、表示该用户终端设备当前所处下行通路频率的信息，根据该信息将需传送给该用户设备的数据流复接在该用户设备目前所处的频道的电视节目数据流中发送出去。该方法的详细描述参见申请号为00103496.0、申请日为2000年3月15日的“一种在点对多点通信系统中实现交互式通信的方法”的专利申请说明书。
在上述专利申请说明书中，对实现交互式通信的各种系统，例如双向电话调制解调器系统、电缆下行加电话调制解调器上行系统、双向电缆传送系统进行了说明。对于其中的电缆双向传送系统来说，要传输数据都要采用到一种DOCSIS标准，即Data-Over-Cable System InterfaceSpecification标准，而按照原样采用该DOCSIS标准将无法同时实现数据广播和用户单播的交互式功能。
上述DOCSIS标准规定了在点对多点的双向电缆系统中传输数据的一系列通信协议，是属于数据链路层中MAC(media access control介质访问控制)子层的协议。DOCSIS标准规定，在下行通信中采用广播的形式向多点用户传输数据，而在上行通信中采用时分多址接入技术(TDMA)分配上行信道，使多个用户共享信道资源。在有线网络中，包括同轴电缆网络和双向HFC网络，DOCSIS标准实现了终端用户与系统前端之间透明的IP包的双向传输，如
图1所示。
图1中的线缆调制解调器终端系统CMTS(Cable Modem TerminationSystem)，其功能如下(1)检测终端线缆调制解调器CM(Cable Modem)的身份合法性；(2)调整线缆调制解调器CM的本地时钟；(3)控制上行信道的使用分配，即采用时分多址接入技术，规定哪个CM在何时传输数据；(4)负责用户终端与前端设备及因特网上服务器之间的数据转发。
根据DOCSIS标准，终端何时可向前端传送何种数据由前端决定，即由线缆调制解调器终端系统CMTS决定。当终端有数据向前端发送时，首先向前端的CMTS申请，获得允许后，终端才可以在被允许的时间内占用上行信道。
为了避免因客户终端同时发送信息过多引起的上行信道拥挤，DOCSIS标准中定义了一种用于终端改变上行信道的消息格式，即改变上行信道请求UCC-REQ(Upstream Channel Change Request)和改变上行信道应答UCC-RSP(Upstream Channel Change Response)。UCC-REQ和UCC-RSP的消息格式如图2所示。在图2中，DOCSIS标准由MAC头和MAC管理消息头构成。在MAC头中，FC是消息控制字，MAC-PARM是MAC参数，LEN是消息长度，HCS是消息头校验字。在MAC管理消息头中，DA为目的MAC地址，SA是源MAC地址，msgLEN是消息中有效数据长度，指的是从DSAP之后CRC之前的数据长度。DSAP，SSAP和Control域是保留域，分别为0，0，3。Version说明该消息的版本号，在此为1。Type是消息类型，UCC-REQ，UCC-RSP消息类型值分别为8，9。RSVD域是保留域，该域是为了将消息长度调整到32位的整数倍。上行信道号是终端将要转变到的信道编号。上述关于DOCSIS结构的描述，都属于公知的技术，故对其具体内容不作详述。
当上行信道发生拥挤时，前端CMTS向用户终端发出上行信道请求，请求将上行信道改到新的信道上，此时消息类型栏中数值为8；用户终端接收到该上行信道请求后，根据该消息类型中的数值为8判定为是上行信道请求，并从上行信道号中得到将要改变的新的信道，然后向前端CMTS返回上行信道应答，对该请求表示确认，此时上行信道应答中消息类型栏中数值为9。
上行信道应答消息解决了上传信息时信道的重新分配问题，但是DOCSIS标准没有考虑下传信息时的信道变换，如，当用户收看数字电视节目时，机顶盒的调谐器可能处于任一物理信道，终端所处下行信道改变后，前端不知道终端调谐器确切在哪个信道上。当前端要向终端发送数据时，为了使终端能够收到发送的数据，前端只能在所有物理信道上广播，这样的不利后果是显而易见的(1)浪费了信道带宽(2)增加了终端接收数据的计算量目前在有些系统中，前端的CMTS将传输数据的下行信道固定死，这样仅当用户端机顶盒的调谐器处在含有数据和电视节目复接信号的频道时，用户才有可能在看电视的同时获得数据下载服务，否则用户将只能得到一种服务。
另外一种解决这个问题的方案是将终端制作成具有双频道接收机的机顶盒，一个接收机用于用户收看电视节目，另一个接收机接收电缆下载的数据，但是双频道接收机机顶盒的成本远大于单频道接收机机顶盒，由此将大大提高终端成本，这显然是不利的。
因此，本发明的目的就是通过对DOCSIS标准进行扩展，从而解决DOCSIS标准中未能实现下传信息时的信道变换所带来的额外占用信道带宽，或需要另外设置新的机顶盒的问题，使得仅有一个调谐器的机顶盒可以同时自由地选择收看电视节目和得到交互式数据服务。
以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
图1为终端用户与系统前端之间透明的IP包的双向传输流程图；图2为DCC-REQ消息格式；图3为DCC-RSP消息格式；图4为前端CMTS与终端单频道接收机机顶盒之间交互通信，实现调谐器复用的系统概图。
首先说明调谐器复用的概念，在图4中，前端的CMTS将信息数据传送给终端的机顶盒后，机顶盒的调谐器将接收的电视节目分别传给电视机，将数据传给个人计算机。从而实现了调谐器的复用。
本发明通过对DOCSIS标准进行扩展，定义另一种与UCC-REQ和UCC-RSP相类似的消息格式，即DCC-REQ(Downstream Channel ChangeRequest)及DCC-RSP(Downstream Channel Change Response)，用于用户终端通知前端终端的下行信道已改变。DCC-REQ及DCC-RSP消息格式如图2所示在MAC管理消息头中，需要标注消息类型，消息类型用于接收方查看此消息为何种消息。例如，可将DCC-REQ的消息类型值定义为14，将DCC-RSP的类型值定义为15，也可以根据具体情况自行定义。DCC-REQ消息用于终端通知前端下行信道的改变，仅用于上行，DCC-RSP用于前端响应终端改变下行信道，仅用于下行。通过这种对消息类型的定义，可使前端和终端通过DCC-REQ和DCC-RSP对下行信道进行改变。其通信过程如下当终端的通信程序检测到调谐器调谐的频道变化时，该程序生成一个DCC-REQ消息，通知前端以后发送给该终端的数据应当送到新的下行频道；当前端收到DCC-REQ消息时，前端将终端的新下行信道记下来，以后如果有发送给该终端的数据，前端就向此频道发送。然后前端生成一个DCC-RSP消息在新的下行信道上发送给终端，表示前端已经知道终端下行信道的变化了。通过这种方法实现了调谐器复用，即满足了基于DOCSIS标准的仅有一个调谐器的机顶盒可以同时自由地选择收看电视节目和得到交互式数据服务，并且节约了终端成本。
现有的有线电视网络具有非对称双向传输功能，一般将5～40MHz频带作为上行通信用，50～750MHz作为下行频带。无论上行频带还是下行频带均分为若干传输信道，信道带宽一般为6MHz或8MHz。当用户端机顶盒初次与系统前端通信时，将会有一个初始化过程，包括调整时钟，入网登记，告知CMTS调谐器目前所处的信道等等。由于电视节目是以广播的方式向所有的下行信道传送，当用户端接收机处于某一信道，用户便可以收看到在这个信道上播放的节目。此时，CMTS会将下传的数据信息送至相应的信道随电视节目一道传给用户。
现用户欲转换收看频道，则前端CMTS与终端用户机顶盒之间的通信过程如下
(1)用户终端的通信程序检测到机顶盒接收机的接收频道的变化，该程序生成DCC-REQ消息，此DCC-REQ消息包含有终端新转换的信道ID；(2)用户转换频道之前，终端机顶盒中的CM(Cable Modem)先向前端CMTS发出请求，申请传输数据；(3)前端CMTS收到终端的数据发送请求，允许终端发送数据并为终端分配上行信道带宽。
(4)用户终端接到前端CMTS在原有的下行信道上发来的信息，确认终端在何时可以发送数据，然后用户终端将DCC-REQ消息以数据的形式通过CMTS分配的上行信道传送给CMTS端；(5)前端CMTS收到用户端发来的DCC-REQ消息后，记下终端新的下行信道；(6)前端CMTS生成一个DCC-RSP消息，此DCC-RSP消息也包含用户终端传来的新的下行信道。此消息为终端请求改变下行信道的应答，表示CMTS知道终端的新信道，此后给该终端的数据将发送到新的下行信道上。
(7)终端切换到新的下行频道，可以继续在收看电视广播的同时进行通信。
由于DCC-REQ是以数据的形式发送的，则在数据传输过程中会形成竞争。如果用户终端没有收到前端CMTS发来的DCC-RSP消息，终端CM将重新发送DCC-REQ消息，最多重发16次，如果此时用户终端仍未收到DCC-RSP，将会提醒终端用户此次频道转换将引起数据传输中断。
本发明采用对DOCSIS标准进行扩展的方法，即在DOCSIS标准中定义一种消息格式，DCC-REQ(Downstream Channel Change Request，下行信道改变请求)及DCC-RSP(Downstream Channel Change Response，下行信道改变回应)，分别用于终端通知前端下行信道的改变，和前端接到通知后的反馈。这样当终端用户改变接收频道后，前端可根据终端发送的DCC-REQ消息做相应的信道调整，依然满足用户自由选择收看电视节目的同时得到交互式数据服务。
本发明的用户终端通过上行信道以某种消息的方式通知前端当前终端所处的物理信道，这样前端就可以将传送给该用户的数据通过该下行信道送给用户，而不必在所有下行信道上广播。
关于与标准DOCSIS设备兼容问题。本发明提出的方案可以与标准DOCSIS设备兼容。即，因为本发明的设备在硬件上与现有的设备并没有差别，所不同的仅是，在本发明中，设备采用了扩展了的DOCSIS标准，因此将采用了本发明的扩展后DOCSIS标准的设备用于现有的广播通信系统中，而不是所有系统都采用本发明的扩展后DOCSIS标准时，不会产生硬件上兼容性的问题，仅仅是只能具有原有的功能，而不具备本发明的用一个调谐器能同时实现接收广播数据和通信的功能。
具体来说，如果将采用本发明的扩展后DOCSIS标准的终端与现有的CMTS相连，则终端申请转换下行频道时，CMTS不能识别DCC-REQ消息，所以不会发出响应消息。终端在规定时间内未收到DCC-RSP，会提醒用户转换频道将导致通信中断，并在切换到新频道后重新初始化。如果将采用本发明的扩展后DOCSIS标准CMTS与标准的终端相连，标准终端不会发出转换下行频道的申请，其他功能则不受影响。
权利要求
1.一种在有线电视双向电缆系统中实现机顶盒的调谐器复用的方法，该双向电缆系统采用DOCSIS标准传输数据，该机顶盒通过调谐器选择接收处于某个频道上的电视节目，其特征在于，通过将DOCSIS标准进行扩展，将DOCSIS标准中的上行信道号改为下行信道号，使终端能改变信号的下行信道，从而用一个调谐器能同时实现交互式数据服务和接收广播数据的功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现(a)用户终端的检测到机顶盒接收频道的变化，生成包含有终端新转换的信道ID的DCC-REQ消息；(b)用户转换频道之前，机顶盒先向前端CMTS发出请求，申请传输数据；(c)CMTS允许终端发送数据，并分配带宽给终端，终端利用分配的带宽传送DCC-REQ给前端CMTS；(d)前端CMTS收到用户端发来的DCC-REQ消息后，记下终端新的下行信道；(e)前端CMTS生成一个包含用户终端传来的新的下行信道DCC-RSP消息，用于确认所述新的信道；(f)终端收到DCC-RSP后，控制调谐器切换到新的下行频道。(g)前端将给该终端的数据发送到新的下行信道上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述DOCSIS标准中的消息类型项被重新定义。
全文摘要
本发明提供一种在有线电视双向电缆系统中实现机顶盒的调谐器复用的方法,双向电缆系统采用DOCSIS标准传输数据,机顶盒通过调谐器选择接收处于某个频道上的电视节目,通过将DOCSIS标准扩展,将DOCSIS标准中的上行信道号改为下行信道号,使终端能改变信号的下行信道,从而用一个调谐器能同时实现交互式数据服务和接收广播数据的功能。本发明能仅用一个调谐器的机顶盒同时选择收看电视节目和得到交互式数据服务。
文档编号H04N7/18GK1338871SQ0012343
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月16日 优先权日2000年8月16日
发明者王滨 申请人:北京华诺信息技术有限公司