专利名称：利用有线电视网进行双向通讯的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于数据通讯领域，更具体地，涉及一种利用现有的有线电视分配网络，进行双向通讯的方法和装置。
背景技术：
近年来，家庭数据服务的需求增长十分迅猛，传统的有线电话网络已逐渐不能满足数据通讯的需求，重新架设新的电缆网络则成本又过于昂贵，人们一直在寻求一种更高效而廉价的解决方案。有线电视网是光纤和电缆的混合网络，其前段采用光纤，后段分配网络采用电缆，它已经过多年的建设，连接千家万户，用户资源、用户管理都已经相当成熟，是一个适用于进行数据传输的巨大资源。为将有线电视网用于数据通讯，人们已想过不少办法，如CMTS+Cable Modem系统，是美国现用的一套比较成熟的双向数据通信系统。它的工作原理是把数据信号调制在特定频道上，与有线电视的广播流共享线路，它与广播信号是相邻的关系，因此其理论上可用的带宽是从电视频道中“挤压”出来的，受较多限制。并且其上下行采取不同的频段，从而造成传输是不对称的，如美国现用的商用系统，上下行速率均已不能满足宽带数据通信的应用。这种系统的一个特点是局端设备放在光纤网络的头端，线路上需做双向化的改造，且扩容所需的成本很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种改造成本较低，具有较高性价比的，利用有线电视网进行双向通讯的方法。
本发明的另一目的是应用该方法，提供一种利用有线电视网进行双向通讯的装置。
为实现本发明的第一个目的，所采用的技术方案是这样的利用有线电视网进行双向通讯的方法，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，其特征在于双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯；在下行方向，数据信号在位于分配网络节点的双向数据通讯设备中转换至前述未用的子频带上，然后和广播信号混合，混合信号通过有线电视分配网络，传输到位于用户终端的网络适配器。网络适配器自动确定用于数据转送的频道，再将所述混合信号分离成广播信号和数据信号，并将数据通信信号转换成数据包，发送到用户终端的数据处理设备；在上行方向，用户终端的网络适配器利用前述的未用子频带将数据通信信号传送到位于分配网络节点的双向数据通讯设备，然后将这些数据包通过数据通讯装置发送到相应的网络设备目的地。
双向数据通讯设备可以安装在有线电视电缆分配网的任意节点上；一组双向数据通讯设备对应于多个安装在用户终端的网络适配器。
进一步地，网络适配器通过检测或消息机制确定数据通信的专用信道。在接收端，网络适配器将混合信号进行分离，从而产生有线电视广播信号和数据通信信号，并将数据通信信号转换成数据包。在发送端，网络适配器利用一个或多个数据信道进行上行数据传输。
在混合过程中，广播信号和数据信号分别经过不同设置的可调带通滤波器后被混合；在分离过程中，混合信号经过两个不同设置的可调带通滤波器后被分离成广播信号和数据信号；带宽探测器通过对有线电视广播信号进行频率扫描、能量检测和门限确定的分析处理，如发现空白子带的带宽比数据信道及其两边保护带之和要宽，则选择该子频带用于传输混合信号。
用于数据传输信道的信息通过导频信道传送至网络接口适配器，其中，在导频信道中的导频信号使用扩频方式实施来传输，包括直接序列扩频或跳频扩频展布频谱，或通过在有线电视频谱之外设置的一个固定的导频信道来传输。
网络接口适配器自行检测数据传输信道，其中，双向数据通讯设备通过已定义好的数据信道来周期性地传输一个指示信号，以便网络适配器寻找数据信道和进行时间和频率同步；网络适配器通过改变可调复用器的频率来逐个检测可用子频带中的指示信号。
数据信号被转换至前述未用或指定的子频带上来传输，其中，频率合成器被调制解调器控制来产生某一特定频率；传输链路中有关功率大小的信息被反馈到调制解调器中，调制解调器则据此来调整其输出以使频率转换器的输出功率维持在某一范围；以及，时分双工开关由调制解调器控制。
为实现第二个发明目的，所采用的技术方案是这样的利用有线电视网进行双向通讯的装置，包括有线电视分配网络，其特征在于在有线电视网的分配网络节点上安装有双向数据通讯设备，它一方面和服务提供商的核心网络进行连接，另一方面通过同轴电缆或其他线路和有线电视分配网络进行连接，它至少包括一个调制解调器、一个带宽检测器、一个频率转换器和一个可调复用器，调制解调器连接到核心网络，并通过频率转换器与可调复用器连接，由此实现数据信号的双向传输；另一方面，带宽探测器检测有线电视分配网络的广播信号，同时和调制解调器连接，向其发送频道信息，调制解调器并与频率转换器和可调复用器相连，向它们发送控制信号；可调复用器同时接收来自有线电视分配网络的广播信号，并将其与来自频率转换器的数据信号混合；在用户终端安装有网络适配器，它至少包括一个调制解调器、一个频率转换器和一个可调复用器，可调复用器接收来自网络的信号，一方面连接用户的电视终端，用于收看电视，另一方面通过频率转换器、调制解调器连接用户的数据设备，实现数据信号的双向传输；调制解调器同时与可调复用器连接，发送控制信号。
所述的可调复用器由至少两个可调带通滤波器组成，滤波器由调制解调器通过频率控制信号来控制，其中至少一个对有线电视信号开放而对射频数据信号封闭，至少一个对射频数据信号开放而对有线电视信号封闭。
所述的频率转换器至少由波滤器，放大器，混频器，复合交换器或复合滤波器，以及频率合成器组成，其中，频率合成器和时分双工开关由调制解调器控制；传输链路中输出功率大小由反馈线路被反馈到调制解调器中。
安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备包括多路以太网收发器、多组调制解调器、带宽检测器、频率转换器和可调复用器，每一组中的调制解调器分别和多路以太网收发器连接，进行双向数据通信，从而构成多路的混合/分离设备。
安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备也可以包括一个调制解调器、一个带宽检测器，一个频率转换器，一个分配器，和多个可调复用器，频率转换器通过分配器和多个可调复用器连接，扩展成多路设备。
本发明用带宽探测器来自动检测分配网上的未用子频带，当未用子频带具备足够的带宽用于提供至少一路的数据信道时(数据信道的带宽由系统的设计指标决定)，即可认为其是适用于本发明的；由于调制解调器的本身操作频率(设为f1)和前述能用于数据传输的子频带频率(设为f2)往往不同，因此本发明采用了频率转换器，频率转换器把射频信号从f1转到f2以便传输，而在接收端则把射频信号从f2转移到f1，以便接收；频率转换器可以作为一个独立的设备，也可以集成在调制解调器中。
采用本发明来进行数据通讯，有线电视信号和数据通信信号在频域内利用互干扰抵制技术进行自适应的信号混合/分离；双向通讯设备基于一组条件选择一个可用的子频带来和网络适配器进行双向数据通信。本发明充分利用了有线电视网的介质，开发了频道资源，本发明的上下行数据信道是对称的，互不干扰，带宽宽，能满足宽带应用的要求；本发明不需要改造现有的线路；增加的设备相应简单，特别是需要大量安装在用户终端的网络适配器，仅需一个调制解调器、一个频率转换器和一个可调复用器即可，可以是一个单独的设备，也可以和其他用户终端设备，如路由器、交换机、机顶盒、或无线局域网接入设备等进行集成，这种集成可以是在一块半导体晶片内，或是在一个芯片封装内，或是在一块集成电路板上进行，价格低廉且体积小巧，其性价比很高，适合大规模的应用；本发明的局端设备，即安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备，其安装位置可以是在分配网络的任何一个节点上，组网灵活，扩容也更方便。
图1是本发明的流程示意图。
图2是一个双向通讯设备的实施例。
图3是另一个双向通信设备的实施例。
图4是一个网络适配器的实施例。
图5是带宽探测的示意图。
图6是未用子频带的示意图。
图7是一个调制解调器的实施例。
图8是一个频率转换器的实施例。
图9是一个可调复用器的实施例。
图10是一个用户终端网络的实施例。
具体实施例方式
参见图1。本发明的双向数据通讯设备3安装在有线电视网的分配网络节点上，它一方面和有线电视网1进行连接，另一方面和服务供应网络2进行连接，服务供应网络2由网络管理服务器21，SNTP服务器22，FTP服务器23，Vod服务器24，Web服务器25，电邮服务器26，AAA服务器27等组成；有线电视网的信号和服务供应网络的数据信号在双向数据通讯设备处混合后，通过有线电视分配网络发送到用户家中，安装在用户家中的网络适配器4将混合信号分离成广播信号和数据信号，广播信号发送到电视机5，或经机顶盒51发送到电视机5，数据信号发送到电脑6。
参见图2。本实施例的双向数据通讯设备包括一个多路以太网收发器31；带宽探测器321、调制解调器331、频率转换器341和可调复用器351为一组，调制解调器331和多路以太网收发器31连接，接收数据信号IP，并通过频率转换器341与可调复用器351连接，带宽探测器321检测有线电视分配网络的广播信号TV，同时和调制解调器331连接，向其发送频道信息，调制解调器331并与频率转换器341和可调复用器351相连，向它们发送控制信号；可调复用器351同时接收来自有线电视分配网络的广播信号，并将其与来自频率转换器341的数据信号混合，形成混合信号MS；同时，带宽探测器322、调制解调器332、频率转换器342和可调复用器352为一组，其连接关系与另一组完全一样；类似的组可以有多个，从而本实施例构成多路的混合/分离设备。
参见图3。本实施例的双向数据通讯设备包括一个调制解调器331、一个带宽检测器321，一个频率转换器341，一个分配器36，和多个可调复用器351、352…，频率转换器通过分配器36和多个可调复用器连接，从而将本实施例扩展成多路设备。本实施例的调制解调器331通过单路的以太网收发器31与服务供应网络连接，接收数据信号，并通过频率转换器341、分配器36，与多个可调复用器351、352连接，带宽探测器321检测有线电视分配网络的广播信号，同时和调制解调器331连接，向其发送频道信息，调制解调器331并与频率转换器341和可调复用器351、352相连，向它们发送控制信号；可调复用器351、352同时接收来自有线电视分配网络的广播信号TV，并将其与来自分配器36的数据信号IP混合，形成混合信号MS。
参见图4。本实施例的网络适配器包括一个调制解调器43、一个频率转换器44、一个以太网收发器45和一个可调复用器46，可调复用器接收来自有线电视网络的混合信号MS，将电视信号和数据信号分别发送，其中数据信号IP是通过频率转换器44、调制解调器43、以太网收发器45连接用户的数据设备，实现数据信号的双向传输；调制解调器同时与可调复用器连接，发送控制信号。
参见图5，图6。在有线电视同轴电缆网络的整个可用频宽(以A表示)上，总是有部分空白的子频带(以a表示)，一个可用的空白子频带必须具备足够的带宽用于提供至少一路的数据信道。带宽探测器通过对有线电视广播信号TV进行频率扫描、能量检测和门限确定的分析处理，结合系统预设的对数据信道的设计指标，获知可用的空白子频带a。带宽探测器的输出信号用于指示潜在的可用数据通信子频带，包括子带的带宽和对应的噪声参数的信息。
参见图7。本实施例的调制解调器由一个控制处理器、一个基带信号处理器和一个射频收发器组成。控制处理器用于提供媒体访问控制功能，数据输入输出接口，时间和频率控制功能，以及其他系统和网络功能。信号处理器提供物理层的数据通信功能，诸如调制和解调，编码和译码，信道估计，同步，数模转换，模数转换和增益控制。射频收发器提供典型无线传输功能，包括过滤、放大基带信号到无线信号的上变频发送以及无线信号到基带信号的下变频接收。
本实施例可以产生命令信号来控制外围部件、电路和设备。例如，调制解调器对于频率合成器、频率转换器中的时分双工转换开关和可调复用器提供控制信号。
本实施例可以工作在单一无线频带或多个无线频带中；本实施例也可以工作在时分复用或频分复用模式。它可以采用不同的多用户访问方式，例如载波侦听多用户访问方式、正交频分复用多用户访问方式或码分复用多用户访问方式。调制解调器的实现可以采用一个现有的工业标准，诸如IEEE 802.11或IEEE 802.16。
参见图8。本实施例的频率转换器包括波滤器，放大器，混频器，以及频率合成器。频率合成器由调制解调器控制以便将发射器调制到某一特定频率，这样使得转换器的输出中心频率正好以目标频率f2为中心。在时分复用的情况下，调制解调器也提供了时分复用信号来控制复合交换器。
参见图9。本实施例的可调复用器可用于局端的双向通讯设备，也可用于用户终端的网络适配器。该可调复用器由两个可调带通滤波器501和502组成，滤波器501对有线电视信号TV开放而对射频数据信号封闭，通过F型接口接入有线电视信号，滤波器502对射频数据信号IP开放而对有线电视信号封闭，通过SMA接口接入数据信号；调制解调器通过频率控制信号TDD来控制两个可调带通滤波器。
在另外的实施例中，在图2和图3所示，一排列的复用器可集成为单独的器件。
参见图10。网络适配器可以连接到各种不同的用户终端设备，包括图象显示装置、机顶盒、数字装置和路由器/交换机等。网络适配器将混合信号MS分离后，其中电视信号TV直接接入用户的电视机，也可通过机顶盒接入用户的电视机；数据信号IP经由路由器或转换器或无线局域网收发器，接入用户电脑。
权利要求
1.利用有线电视网进行双向通讯的方法，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，其特征在于双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯；在下行方向，数据信号在位于分配网络节点的双向数据通讯设备中转换至前述未用的子频带上，然后和广播信号混合，混合信号通过有线电视分配网络，传输到位于用户终端的网络适配器。网络适配器自动确定用于数据转送的频道，再将所述混合信号分离成广播信号和数据信号，并将数据通信信号转换成数据包，发送到用户终端的数据处理设备；在上行方向，用户终端的网络适配器利用前述的未用子频带将数据通信信号传送到位于分配网络节点的双向数据通讯设备，然后将这些数据包通过数据通讯装置发送到相应的网络设备目的地。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于双向数据通讯设备可以安装在有线电视电缆分配网的任意节点上；一台双向数据通讯设备对应于多个安装在用户终端的网络适配器。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在混合过程中，广播信号和数据信号分别经过不同设置的可调带通滤波器后被混合；在分离过程中，混合信号经过不同设置的可调带通滤波器后被分离成广播信号和数据信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于带宽探测器通过对有线电视广播信号进行频率扫描、能量检测和门限确定的分析处理，如发现空白子带的带宽比数据信道及其两边保护带之和要宽，则选择该子频带用于传输混合信号。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于用于数据传输信道的信息通过导频信道传送至网络接口适配器，其中，在导频信道中标的导频信号使用扩频方式实施来传输，包括接序列扩频或跳频扩频展布频谱，或通过在有线电视频谱之外设置的一个固定的导频信道来传输。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于网络接口适配器自行检测数据传输信道，其中，双向数据通讯设备通过已定义好的数据信道来周期性地传输一个指示信号，以便网络适配器寻找数据信道和进行时间和频率同步；网络适配器通过改变可调复用器的频率来逐个检测可用子频带中的指示信号。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于数据信号被转换至前述未用或指定的子频带上来传输，其中，频率合成器被调制解调器控制来产生某一特定频率；传输链路中有关功率大小的信息被反馈到调制解调器中，调制解调器则据此来调整其输出以使频率转换器的输出功率维持在某一范围；以及，时分双工开关由调制解调器控制。
8.利用有线电视网进行双向通讯的装置，包括有线电视分配网络，其特征在于在有线电视网的分配网络节点上安装有双向数据通讯设备，它一方面和服务提供商的核心网络进行连接，另一方面通过同轴电缆或其他线路和有线电视分配网络进行连接，它至少包括一个调制解调器、一个带宽检测器、一个频率转换器和一个可调复用器，调制解调器连接到核心网络，并通过频率转换器与可调复用器连接，由此实现数据信号的双向传输；另一方面，带宽探测器检测有线电视分配网络的广播信号，同时和调制解调器连接，向其发送频道信息，调制解调器并与频率转换器和可调复用器相连，向它们发送控制信号；可调复用器同时接收来自有线电视分配网络的广播信号，并将其与来自频率转换器的数据信号混合；在用户终端安装有网络适配器，它至少包括一个调制解调器、一个频率转换器和一个可调复用器，可调复用器接收来自网络的信号，一方面连接用户的电视终端，用于收看电视，另一方面通过频率转换器、调制解调器连接用户的数据设备，实现数据信号的双向传输；调制解调器同时与可调复用器连接，发送控制信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述的可调复用器由至少两个可调带通滤波器组成，滤波器由调制解调器通过频率控制信号来控制，其中至少一个对有线电视信号开放而对射频数据信号封闭，至少一个对射频数据信号开放而对有线电视信号封闭。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述的频率转换器至少由波滤器，放大器，混频器，复合交换器或复合滤波器，以及频率合成器组成，其中，频率合成器和时分双工开关由调制解调器控制；传输链路中输出功率大小由反馈线路被反馈到调制解调器中。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备包括多路以太网收发器、多组调制解调器、带宽检测器、频率转换器和可调复用器，每一组中的调制解调器分别和多路以太网收发器连接，进行双向数据通信，从而构成多路的混合/分离设备。
12.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于安装在分配网络节点上的双向数据通讯设备包括一个调制解调器、一个带宽检测器，一个频率转换器，一个分配器，和多个可调复用器，频率转换器通过分配器和多个可调复用器连接，扩展成多路设备。
全文摘要
本发明涉及一种利用有线电视网进行双向通讯的方法和装置，包括双向数据通讯设备和网络适配器，网络适配器安装在用户终端，双向数据通讯设备安装在有线电视网的分配网络节点上，其中还包括广播信号/数据信号的混合/分离模块和带宽探测器，带宽探测器自动检测在有线电视电缆分配网的可用带宽中的未用子频带，将其用于双向数据通讯。本发明充分利用了频道资源，且上下行数据信道是对称的，互不干扰，带宽宽，能满足宽带应用的要求。
文档编号H04L29/00GK1917502SQ20061005304
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月21日 优先权日2006年8月21日
发明者孟军, 李克民, 黄海明 申请人:雷科通技术(杭州)有限公司