专利名称：电信网络中层次多维频率的传输方法
技术领域：
本发明是一种利用层次多维频率方法，经过重复的层次调制将多个待调制的数据(信号频率)分别调制到指定的频率轴、频率层次和指定频率上，经过线性叠加，构成层次多维频率调制波，经过电信部门的铜质双绞线双向传输，再经过线性分支，选频放大、检波滤波，将原始信息还原出来的新的信息传输方法。
大量事实表明，网络速度慢和收费高是我国Internet发展的两大障碍。很多用户在寻求一种上网速度快而性能价格比高的上网方式。用户接入网(从本地电话局到用户之间的部分)是电信网的重要组成部分，是电信网的窗口，也是信息高速公路的“最后一英里”(the last mile)。但用户接入网仍以铜线为主，成为现代电信网的瓶颈。Internet技术的快速发展使网络上传送的视频音频及高清晰度影像等多媒体数据越来越多，这些信息以可怕的速度吞噬着有限的信道带宽资源，因此传统的接入网必须向高带宽化发展。作为新的宽带接入手段，光纤接入网是电信网中最先进的接入网技术。然而电信公司耗费巨资铺设的庞大的双绞线铜缆网不可能全部被光缆所取代，因而在现有的铜双绞线上开发的数字用户线(xDSL)接入技术，成为电信公司占领接入网市场的主要接入技术。
ADSL是一种高速的Internet解决方案，它使用世界上用得最多的普通电话线作为传输介质。传统的电话线传输，它只使用了0～4KHz的低频段，而电话铜线理论上有接近2MHz的带宽，ADSL正是使用了26KHz以后的高频带才提供了如此高的速度。然而，即便是接近2MHz的带宽，其频率资源仍然是十分有限的。
本发明的目的是提供一种提高电信网络的传输能力，增加基带的宽度，提高传输速度的电信网络中层次多维频率的传输方法。
本发明的方案是采用层次调制的方法，经过重复的层次调制将多个待调制的数据(信号频率)分别调制到指定的频率轴、频率层次和指定频率上。这个指定的频率就是一个载波，这样一个经过多层次调制的载波就不是一个频率的概念了，而是层次多维频率的概念，即一个载波可以对应有很多层次多维的频率，他在频道一定和带宽一定的情况下，经过多层次和多维的频率利用，传输的信息量将是十分巨大的。将被调制的载波电信网络上传输，在接收端，通过线性分支器，选频放大器和检波滤波器，将各个数据还原出来。
其具体方案采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制，分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上，再将被调制的载波直接或数字化后通过电信网进行双向传输，在接收端，利用“剥离器”，采用线性接收，带通滤波器(如选频放大器)，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波还原出原数据(信息)。采用层次调制方法将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的f2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)。调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待调制的频率有“k”个，即f1(1)至f1(k)，在1至k个频率中的第j个频率是f1(j)。相对原频率第n层调制的频率即为fn(1)至fn(k)，第j个频率在n层的调制结果fn(j)。采用的调制器为调幅波调制器或调频波调制器或调相调制器或频率幅度兼调调制器。系统的接收采用剥离器，即采用线性接收，带通滤波，检波滤波，分层剥离。本发明的优点在于这一方法使层次多维频率同时使用在一个给定的频率上。
这一方法完全不同于一般意义上的频分复用的概念，使用这一方法可以在保持一定带宽和一定传输速率的前提下，大幅度提高信息的传输能力，特别是在解决单信道中大幅度提高信息传输能力的前提下，可以使给定的一个传输通道传输很多门电话或数据，使得只需要有限的通道就可以满足人们对宽带、网络速度的需求。采用调制(解调)、复用(解复用)技术，在目前的条件下，器件比较便宜，性能也可靠，电滤波器可以设计为高效的、近乎理想的多点滤波器。整个设计方法，电路简单。
由于本发明极大地增加了频率资源，在频率资源十分富裕的情况下，我们就可以修改现有频率的分配方案，扩大频段和频道到的带宽，从而提高信息传输的速度，从更高层次上提高电信网络的使用效率。
这一方法，在无需修改任何现有协约和网络结构，只是在电信公司的线路出口和用户的电话线路入口各加一台调制解调器的情况下，即可在电讯公司与最终用户间架起一座高速通道。最关键的是它可以使用遍布全球的超过6亿条的铜制双绞线，对于提供电信服务的公司来说，他们不用再需要为更换线路投入天文数字的资金，他可以为用户提供更多的网上服务，而且能带来很好的经济效益。对于已经安装了电话的用户，互联网上的多媒体服务不在是想象中的事了，可以上网上点播各种视频音频节目、参加视频会议、在家里享受远程教育。实施这一技术，可以大大降低通信领域基础设施建设的强度和资金的投入，形成全新的电信网络的信息传输系统，对加速信息化进程和推进信息产业的发展将是一个重大的突破。
图1为传统的电话线传输、基于ADSL技术电话线传输和基于层次多维技术的电话线传输的原理示意图。
图1a为传统电话线频率资源的利用。
图1b为ADSL系统对频率资源的利用。
图1c、1d为层次多维频率资源的利用。
图2为层次多维频率的构造和信息还原的原理图。
图3为传统电话用户线路网络及层次多维频率构造的调制器与剥离器的配置位置。
图4为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对data1、data2、……datan进行处理和模拟传输的示意图之2。
图5为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对data1、data2、……datan进行处理和传输的示意图之3。
图6为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对data1、data2、……datan进行处理和数字传输的示意图以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1a所示，基于传统的电话线的信息传输，它只使用了0～4KHz的低频段，还有4KHz-2G Hz的带宽没有使用。图1b表示利用了ADSL技术，使用了26KHz以后的高频带，并将26KHz～1.1MHz频带以4K的宽度分为25个上行子通道和249个下行子通道。图1c、图1d表示利用层次多维频率技术形成多层次的车辆和立体的交通，从而增加信息的流量。
由于公路的宽度有限(0MHz-2GHz)，在这有限的路宽上能够划分出来的通道就非常有限，划分的通道越多，单个通道的宽度就越窄，传输速度越低。因此，在现有的情况下或未来对信息量需求增大的情况下，不是感到因为频道资源不够造成的业务不能满足要求，就是感到信息传输的速度跟不上。
我们采用层次多维频率方法，即采用层次调制方法将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的f2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)。调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待调制的频率有“k”个，即f1(1)至f1(k)，在1至k个频率中的第j个频率是f1(j)。相对原频率第n层调制的频率即为fn(1)至fn(k)，第j个频率在n层的调制结果fn(j)(图2)。
目前，ADSL使用的调制器有QAM、CAP和DMT。DMT本质上就是多频频分复用技术，他0-1.104MHZ频带分割为256个由频率指示的正交子信道(每个子信道占用4KHz带宽)，输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块，经TCM编码后再进行512点离散傅利叶反变换将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM子字符。随后对每个比特块加上循环前缀(用于消除码间干扰)，经数据模变换和发送滤波器将信号送上信道。在接收端则按相反的次序进行接收解码。
按照层次多维频率技术，在26KHZ-1.104MHz频带上，按照每个子信道占用4KHz带宽进行构造，在一维频率轴上所能安排的信道为270，在二维和三维上，则所能安排的信道分别为1.12×104和6.99×104；按照每个子信道占用30KHz带宽进行构造，在一维频率轴上所能安排的信道为35，在二维和三维上，则所能安排的信道分别为224和284。
表1在一维、二维和三维频率轴上支持的用户数的对比
图3指示了在传统电话用户线路网络及层次多维频率构造的调制器与剥离器的配置位置。
图4为我们方案的构架之示意1。
(1)振荡器A与隔离器1、隔离器2、……隔离器n组成了一个载波。
(2)振荡器1与视频信号或语音信号组成了调制器1，调制器1的输出与振荡器A又组成了调制器2，振荡器2与视频信号或语音信号组成了调制器3，调制器3的输出与振荡器A又组成了调制器4，……。
(3)将调制器2、调制器4、……，调制器n的输出频率进行线性叠加。
需要满足的条件为振荡器A的振荡频率应大于等于3倍的调制器1、调制器2、……，调制器n中输出的最高频率。
(4)将若干个载频经过线性叠加，经过电信网络传输，进入与线性叠加相对应的线性分支器，将线性叠加的语音信号分路处理。
(5)选频放大器1、选频放大器3、……、选频放大器m，进行第一次选频，选频放大器2、选频放大器4、……选频放大器n进行第二次选频，两次选频放大的目的就是增加选频放大的效果。
(6)经过检波滤波器还原出视频信号或语音信号。
图5为我们方案的构架之示意2，表示了在m条频率轴中的某一频率轴上的某一个频率上的n个层次的频率资源层次的的复用方法。这样我们可以形象化地认为是利用一个载波同时传输data1、data2、……、datan，也可以利用其他频率的载波同时传输视频信号或语音信号1、视频信号或语音信号2、……视频信号或语音信号n。
本项发明同时提出基于层次多维频率的数据压缩方法。
如图6所示，对于data1、data2、……、datan为数字信息，他们可以是经过压缩处理的。图示的虚框第一部分增加层次多维频率形成部分，将载波fa、fb……fk数字化，即经过模数转换，这种模数/数模转换方式有多种，技术比较成熟。再将经过模数转换得到的数字信息压缩发送，经过电话线传输。在虚框的第二部分，经过数模变换，层层剥离，进行信息还原。
本发明的接收系统的关键点是在接收端利用“剥离器”，对层次多维频率调制波采用线性接收，带通滤波器(如选频放大器)，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波取出数据(信息)。
其具体的实施例如下为了证明上述的设计方案，我们进行了m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa同时对data1、data2、……、datan进行处理和传输样机研制。
振荡器产生的振荡频率为1.4MHz，振荡器1、振荡器2、振荡器3、振荡器4产生的振荡频率分别为100KHz、150KHz、200KHz、250KHz。data1、data2、data3、data4为可以为视频信号也可以为音频信号。
data1调制在100KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data2调制在150KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data3调制在200KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data4调制在250KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；1.4MHz调制波都满足100KHz、150KHz、200KHz、250KHz调制波中的最大值的3倍。
再将data1调制在100KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波与data2调制在150KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波，data3调制在200KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波，以及data4调制在250KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波进行线性叠加。
将1.4MHz载波(1)直接，(2)数字化后在电信网络中进行双向传输。
选频放大器1和选频放大器2分进行两次选频选出100KHz的频率；选频放大器3和选频放大器4分进行两次选频选出150KHz的频率，选频放大器5和选频放大器6分进行两次选频选出200KHz的频率；选频放大器7和选频放大器8分进行两次选频选出250KHz的频率。(6)经过100KHz的频率、150KHz的频率、200KHz的频率和250KHz的频率的检波滤波分别还原出data1、data2、data3和data4。
权利要求
1．一种电信网络中层次多维频率的传输方法，其特征在于采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制，分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上，再将被调制的载波直接或数字化后通过电信网进行双向传输，在接收端，利用“剥离器”，采用线性接收，带通滤波器，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波还原出原数据。
2．根据权利要求1所述的电信网络中层次多维频率的传输方法，其特征在于层次调制的方法，即采用层次调制方法将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的F2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)，调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。
3．根据权利要求1或2所述的电信网络中层次多维频率的传输方法，其特征在于采用的调制器为调幅波调制器或调频波调制器或调相调制器或频率幅度兼调调制器。
4．根据权利要求1所述的电信网络中层次多维频率传输方法其特征在于采用剥离器，即采用线性接收，带通滤波，检波滤波，分层剥离。
全文摘要
电信网络中层次多维频率的传输方法是一种将多个待传输的信号频率叠加在一体进行传输的方法,采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制,分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上,再将被调制的载波直接或数字化后通过电信网络进行双向传输,在接收端,利用“剥离器”,采用线性接收,带通滤波器(如选频放大器),逐层将层次多维频率剥离出来,最后经检波滤波还原出原数据(信息)。
文档编号H04M11/06GK1305305SQ0110801
公开日2001年7月25日 申请日期2001年1月5日 优先权日2001年1月5日
发明者闾国年, 朱灿生, 袁惠仁, 叶春, 吴平生 申请人:南京师范大学, 朱灿生, 袁惠仁, 吴平生