专利名称：同轴电缆交换系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于同时接入网络数据信号和有线电视信号的数据接入技术和数据交换技术，特别涉及一种使用可实现平衡信号与不平衡信号转换的网络分配放大装置的同轴电缆交换系统及方法。
背景技术：
早期的有线电视网络是将广播电视信号高效传送到用户家庭的同轴电缆网络，这种有线电视网络可以高效地向用户传输模拟电视信号。近年来传统的有线电视网络广泛开始采用光纤同轴电缆混合网(HFC)传输结构，光缆干线和同轴电缆分配网通过光站结合而成。一般光纤干线采用星型拓扑，同轴电缆分配网则采用星型或树型结构，这种结构已广泛用于广播电视信号的分配。HFC中普遍采用适应于广播方式的网络拓扑结构，即电视信号→前端→光缆→小区节点→同轴电缆→用户的单向结构。这种结构使HFC双向传输成为可能。
伴随着数据通信等多种业务的需求激增，已经发现在同轴电缆上进行宽带数据业务和CATV电视信号的同时接入具有明显的技术优势。由此，近几年，有线电视网络宽带数据接入技术的发展很快，其中电缆调制解调器(Cable Modem，CM)技术是我国目前采用最多也是较成熟的一种。
CM技术是一种用于CATV网络同轴电缆上进行宽带数据接入的技术，同时不会影响到电视信号传输和收看效果，这种技术遵循的是电缆传输数据业务的接口规范(Data Over Cable Service InterfaceSpecification，DOCSIS)协议，该协议是一套关于在HFC上CM的通信和运营的接口规范。DOCSIS覆盖了向最终用户传递数据服务的全部运营，包括服务的提供、安全、数据接口和射频接口(RFI)。射频接口是实现有线电视设备互用性的关键。
但是CM技术需占用较多不同频段的频带资源，其设备复杂，应用成本较高。DOCSIS的RFI架构由3大块组成安装在有线电视运营商的头端即主设备中的前端CM端接系统(CMTS)、HFC网络基础设施和安装在用户房屋内的CM。CMTS与CM之间的通信是点到多点、全双工的，数据通信需要通过CMTS来转发，上行的频率在65MHz以下，下行的频率在550MHz以上。对于HFC，系统一般采用上、下行非对称信道的传输方式，在HFC网络有效频宽110～1000MHz之间的电视频道中划分出一条8MHz频宽信道，用于广播形式的下行数据发送，当信号采用256QAM(正交调幅)调制方式时，最高速率可达40Mbps，而上行数据则通过5～65MHz之间的一段2MHz频宽信道以共享模式的FDMA/TDMA进行回传。
尽管CM是当前一种技术较成熟的宽带接入技术，但是其最早是由美国提出并制定协议，这个协议虽然适用于其本地的有线电视网络结构和用户居住分布特点，却不适合我国的国情，所以目前CM技术在我国的推广和应用中出现了许多问题，许多地方的CM业务甚至出现了停滞，大大限制了有线电视网络数据接入业务的开展。其主要问题如下(1)回传噪声问题CM技术目前最大的难点是如何克服上行噪声。CM技术可以应用在树型网络的用户分配网中，这是它的优点，但是也同时带来汇聚噪声的问题。它的噪声源在用户端，用户噪声主要来自于用户家中电视机的信号入口，干扰根源在终端的各类家用电器，网络元器件电缆的蔽屏性能不好或变差，受干扰的频率范围在上行通道的5～40MHz之间为最强，当干扰信号的强度超过用户标准电平时，上行信号将无法正常传输。用户越多，各种噪声汇聚到前端后就形成漏斗效应，大大限制了用户的接入数，这是上行通道产生噪声的主要原因。其次还存在入侵噪声，如窄边带短波干扰、脉冲干扰。脉冲干扰频率很低，在60Hz～2MHz之间，它产生的谐波成分很大，造成的噪声干扰也特别严重。另外业余无线电台、有线电视的设备、各种器件接口松动、接触不良等也会形成入侵噪声。回传噪声给整个网络的宽带接入带来不稳定的因素，给CM方案实施带来许多困难，增加了工程的复杂程度。
(2)应用成本高运营商和终端用户投资成本高。CM业务在前端要投资CMTS设备，在用户端要投资CM，所以此业务开展的越多，CMTS和CM的投资就越大。尤其是回传噪声带来的接入数量的限制也增加了运营商的各用户接入端的投入成本。
(3)CM不适合我国国情CM的技术不适用于我国有线电视网络的结构和居民居住分布特点。我国居民的居住环境相对集中，以一栋居民小区楼为例，多则几百户少则几十户，而目前大多数有线电视网络的光节点一般都接到了楼，如何确定光节点的CM用户数成为一个困难。例如国际专利申请No.PCT/SE2004/000177公开了一种有线电视网中进行数据通信的方法和调制解调器，其采用基于调制技术的电力线上网接入方式，但是这种电力线上网接入方式显然不适合我国的国情。只有相应改变现有的有线电视网络拓扑才能适应CM的要求，而一旦建好的CATV网络结构不会轻易的改动。这种情况也大大限制了CM的发展。随着我国有线电视用户分配网星型改造工作的深入，CM技术在这方面的优势也越来越小。
为了解决上述存在的问题，以前的做法是运营商在用户接入部分就铺设一张由五类线所组成的Ethernet局域网，从而达到多个用户共用一个CM的目的，这样做其一可以大大减少上行的噪声；其二，是在相同的用户下，大大地减少CMTS和CM的投资额；其三，在技术层面来说，CM和LAN结合可以很容易地对流量进行控制，从而有效地防止“偷接”现象。缺点是运营商需要投入较大的资金建立Ethernet局域网。其次，也会出现同在一个Ethernet局域网的用户上网时的网络安全问题。在通常的情况下，少用户的LAN都是通过集线器(HUB)来连接设备的，集线器是多端口的信号放大分配设备，对信号不做储存处理的广播共享设备，局域网中的所有用户共享一个带宽，不具备VLAN划分功能，每个楼道内的用户都是网上邻居，存在用户计算机安全性问题。最后由于每个用户通信时都要占用整个传输通道，所以存在广播风暴的因素。
发明内容
鉴于上述现有技术中的不足，提出本发明。因此，本发明旨在提供一种用于有线电视网络同轴电缆上进行宽带数据业务和有线电视信号同时接入的交换技术，其可以同时实现通过有线电视网络宽带上网和看电视的功能，并能克服CM技术的回传噪声、应用成本高和不适合我国有线电视网络的结构的缺陷。
根据本发明的一个方案，提供一种同轴电缆交换系统，用于通过同轴电缆同时接入网络数据信号和有线电视信号，该同轴电缆交换系统包括基站主机组件和通过同轴电缆与其连接的用户终端组件，其中，该同轴电缆交换系统包括用于实现网络平衡信号与同轴电缆不平衡信号之间的相互转换的网络分配放大装置，该网络分配放大装置包括推挽功放电路和对消隔离变压器，该推挽功放电路用于对输入的网络平衡信号进行放大；该对消隔离变压器连接到该推挽功放电路，用于接收来自该推挽功放电路的放大信号，在一输出端向同轴电缆输出不平衡信号，并接收来自同轴电缆的不平衡信号，将其转换为网络平衡信号而在另一输出端输出。
上述同轴电缆交换系统中，该推挽功放电路为AB类推挽功放电路。
上述同轴电缆交换系统中，该对消隔离变压器为YZ-10型隔离变压器。
上述同轴电缆交换系统中，该对消隔离变压器的初级绕组中心抽头接电源，一个次级绕组向同轴电缆输出不平衡信号并接收来自同轴电缆的不平衡信号，另一次级绕组中心抽头接地，且将所述一个次级绕组的不平衡信号转换为网络平衡信号输出。
上述同轴电缆交换系统中，该同轴电缆交换系统中的网络数据信号为基带传输信号。
上述同轴电缆交换系统中，该基站主机组件包括数据交换模块、有线电视用户管理模块、数据/电视信号混合与控制模块以及所述网络分配放大装置，其中数据交换模块的上端口接入网络数据信号，下端口中除了一路与该有线电视用户管理模块双向连接之外，每一路都与一个所述网络分配放大装置双向连接；该数据/电视信号混合与控制模块分别与该有线电视用户管理模块、所述网络分配放大装置和同轴电缆双向连接，其接收有线电视信号和网络数据信号，并对该有线电视信号和网络数据信号进行混合及控制。
上述同轴电缆交换系统中，该数据交换模块为以太网交换核心，其支持基于端口的VLAN划分。
上述同轴电缆交换系统中，该数据交换模块的所述上端口工作在100Mbps全双工状态，其余端口工作在10Mbps半双工状态。
上述同轴电缆交换系统中，该有线电视管理模块为由微处理器和以太网控制器构成的以太网节点，该微处理器连接到该数据/有线电视信号混合与控制模块且该以太网控制器通过网络接口连接到该数据交换模块的一个下端口，该以太网节点用于向该数据/有线电视信号混合与控制模块输出控制信号来控制有线电视信号用户通道的通断，并用于处理自该数据/有线电视信号返回的用户通道的当前状态。
上述同轴电缆交换系统中，该微处理器为80C52单片机。
上述同轴电缆交换系统中，该以太网控制器为RTL8019AS。
上述同轴电缆交换系统中，该数据/电视信号混合与控制模块由受该有线电视用户管理模块控制的高频继电器和滤波电路组成。
上述同轴电缆交换系统中，该滤波电路包括高通滤波器和低通滤波器，有线电视信号输入该高通滤波器的输入端，来自该网络分配放大装置的网络数据信号输入到该低通滤波器的输入端，从该高通滤波器输出的电视信号与该低通滤波器的另一输入端相连接，该低通滤波器将经过滤波后的信号输入该用户终端组件，且来自该用户终端组件的网络数据信号经由该低通滤波器输入到所述网络分配放大装置。
上述同轴电缆交换系统中，该用户终端组件包括所述网络分配放大装置，即终端网络分配放大装置，所述终端网络分配放大装置接收来自同轴电缆的网络数据信号和电视信号，将有线电视信号输入到有线电视接口，所述对消隔离变压器将不平衡的下行网络数据信号转换为平衡的网络信号输入到终端网络接口；且来自终端网络接口的上行网络数据信号经所述推挽功放电路进行放大，由所述对消隔离变压器将其转换为不平衡的网络数据信号通过同轴电缆输送到该基站主机组件。
上述同轴电缆交换系统中，所述终端网络分配放大装置采用恒流源电路。
上述同轴电缆交换系统中，该用户终端组件包括适配器，其连接到基站主机组件与用户终端组件之间，用于分离多路有线电视信号。
根据本发明的又一方案，提供一种适用于同轴电缆交换系统的同轴电缆交换方法，用于通过同轴电缆同时接入网络数据信号和有线电视信号，该同轴电缆交换系统的基站主机侧包含数据交换模块，其特征是，该方法包括如下步骤从基站主机侧到用户终端侧网络数据信号接入该数据交换模块进行数据交换；从该数据交换模块输出的网络数据信号经由推挽功放电路放大，并经对消隔离变压器将平衡的网络数据信号转换为不平衡的网络数据信号；将从对消隔离变压器输出的不平衡的网络数据信号与有线电视信号进行混合，并将混合后的信号经同轴电缆传送到用户终端侧；以及在用户终端侧的有线电视接口输出电视信号，并经隔离对消变压器将不平衡的网络数据信号转换为平衡的网络数据信号而在终端网络接口输出，和从用户终端侧到基站主机侧来自终端网络接口的网络数据信号经推挽功放电路放大，并经对消隔离变压器将平衡的网络数据信号转换为不平衡的网络数据信号；来自对消隔离变压器的不平衡的网络数据信号经同轴电缆输送到基站主机侧；上述经同轴电缆输送的不平衡的网络数据信号与有线电视信号进行混合，混合后的信号中不平衡的网络数据信号经对消隔离变压器转换为平衡的网络数据信号；以及来自对消隔离变压器的平衡的网络数据信号接入数据交换模块进行数据交换。
上述同轴电缆交换方法中，在所述混合步骤前还包括如下步骤使有线电视信号通过高频继电器，用以控制有线电视信号通道的通断。
上述同轴电缆交换方法中，所述混合步骤包括如下步骤有线电视信号输入到高通滤波器，滤除干扰信号后与来自对消隔离变压器的网络数据信号一起输入到低通滤波器进行混合。
上述同轴电缆交换方法中，其中的网络数据信号的传输采用基带传输方式。
通过上述本发明的技术方案，在实现通过CATV网络做宽带的接入的同时能够收看到高质量的电视节目，提供10Mbps半双工稳定带宽，可以像管理以太网一样同时管理网络和CATV用户，安全性好，结构简单，成本低。不存在汇聚噪声和回传噪声的问题。同时，本发明具有通过计算机网络管理CATV用户的功能。
图1是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统的架构图；图2是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统的具体功能框图；图3是实现本发明的同轴电缆交换系统中的数据交换模块功能的示范性交换芯片端口连接图；图4是根据本发明优选实施例的同轴电缆数据交换设备中的网络分配放大装置及其对消隔离变压器的示例电路图；图5是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统接入到多个用户终端的示意图；图6是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统网络联接拓扑图；以及图7是应用根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统的适配器的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图详细描述本发明的优选实施例。
图1为根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统的架构图。如图1所示，多路(例如六路、十二路、十六路等)分配器将输入的有线电视信号平均分为多路(另一种形式是来自用户分配网的多路有线电视信号直接输入，不需要进行分配，此时，无有线电视多路分配模块)，经多路射频开关与数据交换模块输出，经过网络分配放大装置放大后的网络下行基带信号在信号混合模块中进行混合后输出，输出后的混合信号经过同轴电缆传输到用户终端盒。用户终端盒将混合信号分离为有线电视信号和网络下行信号，有线电视信号经电视信号输出接口接入电视后用户即可收看有线电视节目，来自用户终端的网络接口的上行基带信号放大后经同轴电缆(CATV用户分配网络的同轴电缆)上传到网络分配放大装置，被转换为平衡的网络信号后进入数据交换模块中，用以与基站的网络信号进行交换。嵌入式计算机连接于多路视频开关与数据交换模块之间，用于控制用户有线电视通道的通断。
图2示出根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统的各个具体功能组件。该同轴电缆交换系统包括主机组件以及通过同轴电缆与其连接的用户终端组件。该主机组件包括数据交换模块、CATV用户管理模块、网络分配放大装置以及DATA/TV信号混合与控制模块等。该用户终端组件包括终端网络分配放大装置等。
数据交换模块为以太网交换核心，其实现的是一个可管理二层以太网交换机的功能，其使用高性能的以太网数据交换芯片产品，在电路设计上也是一个标准的多口LAN二层以太网交换机，具体参数随着交换机芯片的升级而不断变化。其组成为高度功能集成的数据交换芯片、串行存储器、隔离变压器、显示电路和电源等。该数据交换模块的下端口除一路连接CATV用户管理模块外，每一路都连接有一个网络分配放大装置电路，再经过DATA/TV信号混合与控制模块与终端网络分配放大装置电路通过同轴电缆相连。网络数据传输使用基带传输方式，与电视信号一起在同轴电缆上传输，数据信号传输为双向，电视信号为单向，并且数据传输带宽为稳定的10M半双工。
CATV用户管理模块是一个以单片机控制系统为主要部分的模块，完成与数据交换模块之间的网络数据传输，从计算机网络获得指令，生成控制信号送往DATA/TV信号混合与控制模块，控制CATV信号用户通道的通断，并可以处理返回的CATV信号用户通道的当前状态。
例如，该CATV用户管理模块为由一个微处理器和一个以太网控制器构成的以太网节点，在结构上方便了实现计算机网络管理CATV用户CATV信号传输的功能。微处理器可选用80C52单片机，以太网控制器可选用RTL8019AS，它是一种NE2000兼容的ISA总线以太网控制芯片，符合IEEE802.310Base-T标准，支持自动奇偶校验及纠错，支持RJ45接口，支持全双工和半双工模式。以太网控制芯片通过RJ45接口与数据交换模块的一个下端口相连接。单片机与DATA/TV信号混合与控制模块相连接，为通过计算机网络控制CATV用户通道提供条件。具体地，该单片机负责RTL8019AS初始化及通过RTL8019AS实现网络协议，完成网络数据的接收和发送等通信任务。单片机的I/O口通过锁存器驱动控制在DATA/TV信号混合与控制模块上的高频继电器。
数据交换模块的下端口连接的网络分配放大装置电路包括由分立元件组成的AB类推挽功放电路和对消隔离变压器。作为AB类推挽功放的工作特点，满足负载小，工作电流大的电路要求。该对消隔离变压器可以实现网络平衡信号一同轴电缆不平衡信号之间的相互转换和双向传输以及阻抗变换，并实现对干扰信号的对消，最终实现信号通道的正确分配。AB类推挽功放电路对来自数据交换模块的网络信号进行放大，保证交换系统具有一定的连通距离(100米)。
DATA/TV信号混合与控制模块由受CATV用户管理单片机控制的高频继电器和滤波电路组成。CATV信号在各个通道进行混合前都要通过一个高频继电器，这个继电器由CATV用户管理模块发来的控制指令控制通断，若继电器处于断开状态，就断开了这个通道的电视信号，终端网络分配放大装置输出就没有电视信号。各个继电器的当前状态信息将定时由CATV用户管理模块中的单片机进行检测。滤波电路包括高通滤波器和低通滤波器，输入的CATV信号与高通滤波器的输入相连接。来自网络分配放大装置电路的网络数据信号与低通滤波器的输入相连接。从高通滤波器输出的电视信号与低通滤波器的另一输入端相连接，由此该DATA/TV信号混合与控制模块完成多路CATV信号和来自网络分配放大装置的不平衡网络信号的混合。混合后的信号通过CATV同轴电缆传送至终端网络分配放大装置，同时接收来自终端网络分配放大装置的不平衡的网络上行数据。
例如，在DATA/TV信号混合与控制模块中，电视射频信号首先通过高通滤波器，该高通滤波器的工作频率优选为50MHz，可以让约50MHz以上的射频信号通过，滤除50MHz以内的干扰信号，同时防止网络数据信号串入CATV系统。从单片机送来的控制信号，通过三极管控制高频继电器的状态，从而控制电视射频信号的通、断。继电器的实际通、断状态，可以通过在单片机IO口与高频继电器触点电路之间设置的电阻上的电压有、无，单片机对高低电平进行判断，此电压送给单片机进行状态检测。网络数据信号通过低通滤波器与电视射频信号进行混合，该低通滤波器的工作频率优选为30MHz，然后通过同轴电缆送给用户终端。同时，从用户终端送过来的数据信号又通过低通滤波器送到网络分配放大装置的输出端。低通滤波器还可以防止电视射频信号串入数据通道。
终端网络分配放大装置的结构与网络分配放大装置相似，电路中同样使用了对消隔离变压器和AB类推挽功放电路，但信号顺序相反。接收到同轴电缆的不平衡传输信号后，首先通过低通、高通滤波器，将电视信号和网络信号分离出来，其次完成不平衡的网络信号向平衡网络信号的转换，最后电视信号送往电视信号输出接口，网络信号送往网络接口例如RJ45网座，网座上联接的计算机返回的网络上行信号经过功放电路的放大，通过对消隔离变压器转换为不平衡信号后通过同轴电缆发送到DATA/TV信号混合与控制模块。由此实现数据的隔离、对消与分配，完成与用户计算机网络信号的正确交换。
交换系统内部通过同轴电缆给终端盒提供电源，由于使用的是恒流源电路，具有短路保护的功能。具体地，在芯线供电时，正常情况下，其供电电流小于恒流电路所设定的电流值，恒流电路中的三极管处于饱和导通状态，输出电压约12V，当出现芯线碰地短路的情况时，恒流电路处于恒流状态，其输出电流恒定，其内部三极管处于放大状态，不会因为芯线短路造成12V电源短路。
具体地，本发明的同轴电缆交换系统在CATV网络做接入的时候，使用的是星型用户分配网结构，这时CATV信号和100Mbps全双工以太网线路(非屏蔽五类线以上或光纤)已接到该系统，如图2所示。本发明适用的网络标准为IEEE802.3 10Base-T以太网以及IEEE802.3u 100Base-TX快速以太网等。以太网线路首先进入数据交换模块的以太网交换机电路的上端口，与以太网交换机的各个下端口建立联接和数据交换。下端口接收和发送的是标准的网络差分信号。输入该数据交换模块的网络数据信号为基带信号，其与电视信号一起在同轴电缆上传输，这种基带信号传输方式与CM技术采用的调制解调方式相比较，由于直接使用原始网络信号，避免使用调制和解调电路，简化了电路结构，降低了成本，同时网络基带信号的频率低，在15Mbps以下，不存在高频电路带来的电磁兼容性差的问题，相比CM技术占用的CATV频带资源要少得多，对电视信号的干扰小。由于采用了基带传输的方式，在系统前端可以直接使用支持IEEE802.3和IEEE802.3U协议规范的以太网交换机电路与多路网络信号直接相联，选用的网络交换芯片具有网络管理的功能和支持VLAN划分协议，数据传输不是面向整个网络的广播式，而是在同一时刻建立多对从源端口到目的端口的连接，既解决了由于所有用户共享一个带宽的速率太慢问题又避免了广播风暴。来自数据交换模块下端口的一路发送信号进入网络分配放大装置电路后首先经过AB类推挽功率放大电路进行放大，再经过对消隔离变压器将平衡信号转换为不平衡信号，送至DATA/TV信号混合与控制模块，通过低通滤波器与电视射频信号进行混合，再通过同轴电缆送给用户终端。CATV信号被分配器分为多路TV信号后进入DATA/TV信号混合与控制模块，首先，经过高通滤波器滤除例如50MHz以下干扰信号后与网络信号进行混合，同时此高通滤波器防止网络数据信号串入CATV系统。到达终端的混合信号首先通过低通、高通滤波器将其进行分离，例如将高于50MHz的射频TV信号送给终端网络分配放大装置的TV信号接口，低于30MHz的数据信号送给终端分配放大装置的网络数据接口。进入终端网络分配放大装置的数据信号，经过对消隔离变压器的转换，将不平衡的网络信号转变为平衡的网络信号送给计算机网卡的接收端，其中数据交换模块的下端口和计算机网卡都工作在10M半双工状态。计算机网卡的发送端发出的数据信号同样先经过AB类推挽功放电路进行放大，再经过对消隔离变压器将平衡信号转换为一路不平衡信号，通过同轴电缆送至DATA/TV信号混合与控制模块，这一路从用户终端送过来的不平衡数据信号再通过低通滤波器滤除30M以上干扰信号后送到网络分配放大装置模块。再经过网络分配放大装置电路中的对消隔离变压器的转换变为平衡的网络信号，最后送至数据交换模块，以太网交换机的下端口接收到这个网络信号，从而完成整个通信和传输的过程。
在上述整个过程中，对消隔离变压器除去完成平衡信号与不平衡信号之间的相互转换以外，还要完成隔离、对消作用，对消功能实现传输网络发送信号的时候，接收通道的信号近似为零，反之亦然，从而实现数据的正确分配。
图3是实现本发明的同轴电缆交换系统中的数据交换模块功能的示范性交换芯片端口连接图。选用的交换芯片RTL8309SB仅为本发明的数据交换模块交换芯片的一个例子，但是实际上可选择的高性能网络交换芯片种类很多，其处于不断更新换代的状态。在图3中，其中一个端口作为上端口，工作在100Mbps全双工状态，其余工作在10Mbps半双工状态。
图4示出根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统中的网络分配放大装置及其对消隔离变压器的示例电路图。其中网络信号为差分信号(平衡信号)，不平衡信号为双向信号，通过主机与用户终端盒之间的同轴电缆传输信号。数据交换模块发送的信号通过输入变压器将信号耦合到T1和T2管的基极。在图4中，输入变压器的次级具有中心抽头，由于中心抽头交流接地，工作时T1、T2的基极获得一对等值反相的信号。T1、T2为一对推挽管，工作在AB类状态，分别完成信号正、负半周的放大。放大后的信号通过输出变压器送给同轴电缆。输出变压器型号为YZ-10的对消隔离变压器。RJ45网口的输出差分信号经过T1、T2进入对消隔离变压器的一个绕组，绕组中心抽头接电源，在次级绕组输出不平衡信号例如送给阻抗为75欧姆的传输电缆。从D端返回的上行网络信号(不平衡信号)会在对消隔离变压器的另一个次级绕组上得到相应的信号，其中心抽头接地。此绕组产生等值反相的信号，其磁通量相互抵消。由于对消隔离变压器的该对消作用，在3、6端无信号输出，即数据交换模块发出信号时，不会将发送的信号反送到数据交换模块的信号接收端，而从传输电缆传送到对消隔离变压器的信号可以从3、6端输出给数据交换模块的信号接收端。由于T1、T2的单向控制作用，信号也不会通过T1、T2反送回对消隔离放大器的输入端。由此该对消隔离变压器可以很好的解决接收通道和发送通道的隔离、阻抗变换、通道分配和匹配问题；同时解决了平衡信号与同轴电缆上传输的不平衡信号之间的相互转换问题。
图5是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统接入到多个用户终端的示意图。该交换系统可以通过现有的CATV用户分配网将有线电视信号和互联网宽带接入到用户。作为支持多用户的交换系统，一台交换系统可以支持多个(本系统设计为6个，可以扩展到12个、14个、16个等)用户同时上网看电视，相互之间不受任何影响。
图6是根据本发明优选实施例的同轴电缆交换系统网络联接拓扑图。如图中所示，根据本发明的同轴电缆交换系统处于星型有线电视用户分配网的楼头位置，交换系统的输入为有线电视信号和网络信号，输出为有线电视和数据的混合信号。输入的有线电视信号可能来自下列情况之一光接收机输出的单路信号(同轴电缆)；以及集线器分配好的多路信号(同轴电缆)(此时交换系统接口为多输入多输出类型)。
网络信号有可能来自下列情况之一光纤接口(交换系统输入为网络光纤模块，光纤连接)；以太网接口(非屏蔽五类线以上)；以及CM的网口(非屏蔽五类线以上)。
交换系统输出的多路混合信号通过同轴电缆进入各个用户家中。安装在家中的墙插式终端盒将混合信号分离为有线电视信号和网络信号。网络接口为RJ45，数据带宽为10M半双工。有线电视信号输出为普通有线电视F座。如果用户多个房间需要多个有线电视接口时，需要连接适配器(图中黑框中的适配器和二分配现在已经集成为一个设备，通称适配器)，使用适配器可以将电视信号分为多路，根据需要，适配器可以是二分配、三分配等。
这样的典型应用，可以实现用户宽带上网的需要和多台电视机收看电视的需要，两者相互不会影响。
如果单用户家中有多台计算机同时上网的需求，则需要使用多用户数据接口的终端盒，可以保证一家用户共享10M半双工满负荷带宽。
同时，本同轴电缆交换系统集成了网管系统，可以对网络信号和电视信号分别进行远程管理，此外还有远程系统重启、端口监控等功能。
在如上所述的情况下，即，如果用户要求入户信号多于一个有线电视终端，则可以使用适配器分离多路有线电视信号。其功能等同于有线电视系统的二分配，该适配器的结构如图7所示。来自主机的混合信号进入适配器，经信号分离模块的高通滤波和低通滤波电路分离为电视信号和网络信号，电视信号进入一个普通的有线电视二分配模块平均分离为两路，一路输出至电视信号终端，另一路与网络信号经混合模块混合后输出至用户终端。
通过上述描述，可以得知本发明的网络分配放大装置、同轴电缆交换系统以及交换方法具有下述特点和优点1.网络分配放大装置中包含对消隔离变压器电路，该对消隔离变压器电路可以很好的解决接收通道和发送通道的隔离、阻抗变换、通道分配和匹配问题；同时解决了平衡信号与同轴电缆上传输的不平衡信号之间的相互转换问题。
2.数据传输采用的是基带传输方式，这种基带传输方式与CM技术采用的调制解调方式相比较，由于直接使用原始网络信号，避免使用调制和解调电路，简化了电路结构，降低了成本，同时网络基带信号的频率低，在15Mbps以下，不存在高频电路带来的电磁兼容性差的问题，相比CM技术占用的CATV频带资源要少得多，对电视信号的干扰小。
3.交换系统和方法采用单一同轴电缆入户，既符合原CATV网络规范又支持宽带数据业务，无需对现有的有线电视网络进行改造或重建，缩短了接入的工作周期，节约了经费。
4.交换系统和方法支持直接以太网和光纤等多种形式的100Mbps接入，在共用网络资源带宽的情况下，大大的减少投资，有效的降低了运营成本，也相应的减少了日常的网络维护量。
5.交换系统和方法采用网络管理的形式对CATV用户进行一体化管理，即通过交换系统的网络管理软件可以进行数据管理也可以进行CATV用户管理，控制接入用户端的CATV信号的通断。
6.电视信号/数据信号分离终端具备有线电视接口及10Base-T接口，并为升级至IP电话、智能卡抄表等多功能用户终端提供了扩展空间。
7.由于多个用户共用一个网络接入端，能有效的抑制有线电视同轴电缆上行通道的回传噪声，避免了漏斗效应的出现。
8.交换系统和方法具有VLAN的功能，保证一个用户一个VLAN，能够保证用户上网时计算机数据的安全。
9.该交换系统内部集成的数据交换模块，数据传输不是面向整个网络的广播式，而是在同一时刻建立多对从源端口到目的端口的连接。既解决了由于所有用户共享一个带宽的速率太慢问题又避免了广播风暴。由于该数据交换模块采用数据储存转发方式，提高了数据传输的安全性。
由此，本发明的交换系统和方法集数据业务的网络管理和电视信号用户管理于一体，在为用户提供10M宽带高速上网的情况下，交换系统的接入方式灵活多样、通信速度快、安全性好、应用成本低、功能强大、线路改造简单、工程周期短，符合CATV宽带综合业务网的多种扩展业务的发展要求，非常有利于广电系统HFC开展数据业务。
权利要求
1.一种同轴电缆交换系统，用于通过同轴电缆同时接入网络数据信号和有线电视信号，该同轴电缆交换系统包括基站主机组件和通过同轴电缆与其连接的用户终端组件，其特征是，该同轴电缆交换系统包括用于实现网络平衡信号与同轴电缆不平衡信号之间的相互转换的网络分配放大装置，该网络分配放大装置包括推挽功放电路和对消隔离变压器，该推挽功放电路用于对输入的网络平衡信号进行放大；该对消隔离变压器连接到该推挽功放电路，用于接收来自该推挽功放电路的放大信号，在一输出端向同轴电缆输出不平衡信号，并接收来自同轴电缆的不平衡信号，将其转换为网络平衡信号而在另一输出端输出。
2.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该推挽功放电路为AB类推挽功放电路。
3.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该对消隔离变压器为YZ-10型隔离变压器。
4.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该对消隔离变压器的初级绕组中心抽头接电源，一个次级绕组向同轴电缆输出不平衡信号并接收来自同轴电缆的不平衡信号，另一次级绕组中心抽头接地，且将所述一个次级绕组的不平衡信号转换为网络平衡信号输出。
5.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该同轴电缆交换系统中的网络数据信号为基带传输信号。
6.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该基站主机组件包括数据交换模块、有线电视用户管理模块、数据/电视信号混合与控制模块以及所述网络分配放大装置，其中数据交换模块的上端口接入网络数据信号，下端口中除了一路与该有线电视用户管理模块双向连接之外，每一路都与一个所述网络分配放大装置双向连接；该数据/电视信号混合与控制模块分别与该有线电视用户管理模块、所述网络分配放大装置和同轴电缆双向连接，其接收有线电视信号和网络数据信号，并对该有线电视信号和网络数据信号进行混合及控制。
7.如权利要求6所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该数据交换模块为以太网交换核心，其支持基于端口的VLAN划分。
8.如权利要求6所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该数据交换模块的所述上端口工作在100Mbps全双工状态，其余端口工作在10Mbps半双工状态。
9.如权利要求6所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该有线电视管理模块为由微处理器和以太网控制器构成的以太网节点，该微处理器连接到该数据/有线电视信号混合与控制模块且该以太网控制器通过网络接口连接到该数据交换模块的一个下端口，该以太网节点用于向该数据/有线电视信号混合与控制模块输出控制信号来控制有线电视信号用户通道的通断，并用于处理自该数据/有线电视信号返回的用户通道的当前状态。
10.如权利要求9所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该微处理器为80C52单片机。
11.如权利要求9所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该以太网控制器为RTL8019AS。
12.如权利要求6所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该数据/电视信号混合与控制模块由受该有线电视用户管理模块控制的高频继电器和滤波电路组成。
13.如权利要求12所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该滤波电路包括高通滤波器和低通滤波器，有线电视信号输入该高通滤波器的输入端，来自该网络分配放大装置的网络数据信号输入到该低通滤波器的输入端，从该高通滤波器输出的电视信号与该低通滤波器的另一输入端相连接，该低通滤波器将经过滤波后的信号输入该用户终端组件，且来自该用户终端组件的网络数据信号经由该低通滤波器输入到所述网络分配放大装置。
14.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该用户终端组件包括所述网络分配放大装置，即终端网络分配放大装置，所述终端网络分配放大装置接收来自同轴电缆的网络数据信号和电视信号，将有线电视信号输入到有线电视接口，所述对消隔离变压器将不平衡的下行网络数据信号转换为平衡的网络信号输入到终端网络接口；且来自终端网络接口的上行网络数据信号经所述推挽功放电路进行放大，由所述对消隔离变压器将其转换为不平衡的网络数据信号通过同轴电缆输送到该基站主机组件。
15.如权利要求14所述的同轴电缆交换系统，其特征是，所述终端网络分配放大装置采用恒流源电路。
16.如权利要求1所述的同轴电缆交换系统，其特征是，该用户终端组件包括适配器，其连接到基站主机组件与用户终端组件之间，用于分离多路有线电视信号。
17.一种适用于同轴电缆交换系统的同轴电缆交换方法，用于通过同轴电缆同时接入网络数据信号和有线电视信号，该同轴电缆交换系统的基站主机侧包含数据交换模块，其特征是，该方法包括如下步骤从基站主机侧到用户终端侧网络数据信号接入该数据交换模块进行数据交换；从该数据交换模块输出的网络数据信号经由推挽功放电路放大，并经对消隔离变压器将平衡的网络数据信号转换为不平衡的网络数据信号；将从对消隔离变压器输出的不平衡的网络数据信号与有线电视信号进行混合，并将混合后的信号经同轴电缆传送到用户终端侧；以及在用户终端侧的有线电视接口输出电视信号，并经隔离对消变压器将不平衡的网络数据信号转换为平衡的网络数据信号而在终端网络接口输出，和从用户终端侧到基站主机侧来自终端网络接口的网络数据信号经推挽功放电路放大，并经对消隔离变压器将平衡的网络数据信号转换为不平衡的网络数据信号；来自对消隔离变压器的不平衡的网络数据信号经同轴电缆输送到基站主机侧；上述经同轴电缆输送的不平衡的网络数据信号与有线电视信号进行混合，混合后的信号中不平衡的网络数据信号经对消隔离变压器转换为平衡的网络数据信号；以及来自对消隔离变压器的平衡的网络数据信号接入数据交换模块进行数据交换。
18.如权利要求17所述的同轴电缆交换方法，其特征是，所述网络为以太网。
19.如权利要求17所述的同轴电缆交换方法，其特征是，在所述混合步骤前还包括如下步骤使有线电视信号通过高频继电器，用以控制有线电视信号通道的通断。
20.如权利要求17或19所述的同轴电缆交换方法，其特征是，所述混合步骤包括如下步骤有线电视信号输入到高通滤波器，滤除干扰信号后与来自对消隔离变压器的网络数据信号一起输入到低通滤波器进行混合。
21.如权利要求17所述的同轴电缆交换方法，其特征是，其中的网络数据信号的传输采用基带传输方式。
全文摘要
本发明提供同轴电缆交换系统及方法，用于通过同轴电缆(CATV用户分配网络的同轴电缆)同时接入网络数据信号和有线电视信号。该同轴电缆交换系统及方法采用网络分配放大装置，其包括推挽功放电路和对消隔离变压器，该推挽功放电路用于对输入的网络平衡信号进行放大；该对消隔离变压器连接到该推挽功放电路，用于接收来自该推挽功放电路的放大信号，在一输出端向同轴电缆输出不平衡信号，并接收来自同轴电缆的不平衡信号，将其转换为网络平衡信号而在另一输出端输出。由此，在实现通过CATV网络做宽带的接入的同时能够收看到高质量的电视节目，安全性好，结构简单，成本低；并且不存在汇聚噪声和回传噪声的问题。
文档编号H04N7/10GK1889504SQ20061008732
公开日2007年1月3日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者袁麓, 张安堂, 帅梅, 方勇, 刘志刚 申请人:方勇