专利名称：一种hfc网络高频宽带接入技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络通讯领域中宽带网络的接入技术。
背景技术：
随着网络通讯技术的发展，通过宽带网为家庭用户提供互动视频娱乐服务正逐步成为一个巨大的新兴产业。目前，核心网带宽资源已经非常丰富，接入网带宽的不足成为限制这一产业发展的主要瓶颈。
HFC网络具有非常高的传输带宽，是现有各种接入网络中最佳的承载平台。但是由于现有技术的限制，使得同轴电缆的巨大带宽优势没有得以充分发挥。
现有HFC网宽带接入技术中比较成熟的是Cable Modem系统。Cable Modem系统由头端设备CMTS和用户端Cable Modem构成。CMTS一般放置在有线网分前端机房，实现IP数据与射频信号的转换，提供IP网络接口和HFC网上下行通道射频接口。Cable Modem置于用户家中，从有线电缆传来的射频信号中解调出IP数据，并输出给电脑、IP机顶盒等网络终端。
但是，Cable Modem系统在实际应用中存在以下三方面问题1.网络接入带宽不足每个CMTS的下行通道最大支持51Mbps的带宽，上行通道最大为30Mbps的带宽。每台CMTS设备至少要为4-8个光节点下的2000-4000个用户提供接入服务，平均到每个用户，最多只有几百K比特的传输速率。
2.网络连接稳定性差
Cable Modem系统下行信道稳定性较好，上行信道稳定性比较差。根据DOCSIS标准，系统上行信道工作在5-42MHz(美标)或5-65MHz(欧标)的低频段，这一频段很容易受到各种噪声的干扰。同时，所有在用户端引入的噪声都会随上行信号汇聚到CMTS上行输入口，形成漏洞噪声效应。使得上行信号的信噪比恶化，用户上网很容易掉线。
3.网络改造工程量大，投资高应用Cable Modem系统，必须先对现有HFC网络进行双向改造。改造内容包括增加反向光发射机、反向光接收机、反向放大器等设备。同时，为改善上行信道的信号质量，还需要更换用户盒及屏蔽性较差的用户电缆。这使得网络改造的工程量和前期的投资非常大，运营商的运营风险很高。
由于以上原因，Cable Modem系统目前在国内还没有得以广泛的应用。
随着网络通讯技术的发展，HFC网络整体架构和网络传输技术都发生了很大的变化。目前，大部分地区的有线网络都进行了光纤化改造，光纤铺设到了各居民小区，每个小区光节点一般都会留有4-6根光纤接口，除去用于传输有线电视的光纤外，还有富余的光纤可用于传输宽带数据。利用目前技术成熟、价格低廉的以太网光交换机和光收发器等设备，只需一根连接分前端机房和有线光节点的单模光纤，就可将1000Mbps甚至10Gbps的双向宽带数据接到小区的光节点。
从用户家中到小区光节点的网络接入可利用有线同轴电缆实现。同轴电缆具有非常高的1Ghz以上的带宽。目前，有线运营商只利用了其中860MHz以下的频段传输单向电视节目，860Mhz以上的频段没有被利用，这是对同轴电缆频谱资源的一种巨大浪费。利用860Mhz以上的高频段传输双向数据信号，可以为用户提供非常高的网络接入带宽，同时不会影响现有电视节目的传输。
发明内容
本发明旨在解决Cable Modem系统网络接入带宽低、稳定性差、网络改造成本高等方面的问题，提供一种能够充分利用HFC网络带宽资源的新型宽带接入技术。
一种HFC网络高频宽带接入技术，其系统由网关、网桥和终端组成网关将数据信号调制为860MHz-1.4GHz频段的高频信号，与860MHz以下频段的电视信号混合后发送给网桥或终端；网桥跨接在放大器两侧，保证双向高频数据信号顺利通过单向放大器；终端将混合信号分离，将数据信号解调后发送给通讯终端；数据信号实行双向传输，电视信号单向传输。
数据信号上行和下行传输信道采用同频点半双工的通讯机制，上行和下行的数据信号采用QAM和OFDM调制复用技术。
通过频率转换模块实现中频数据调制信号与860MHz-1.4GHz高频数据调制信号的相互转换，利用MAC双向收发控制信号控制频率转换模块中频率转换和功率放大电路的工作状态，实现双向信号的频率转换和功率放大。
局端的频率转换模块，与局端MAC处理和QAM调制共用同一晶振信号；用户端的频率转换模块，与用户端MAC处理和QAM调制共用同一晶振信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明充分利用了现有HFC网络带宽资源，解决了CableModem系统网络接入带宽低、稳定性差、网络改造成本高等方面的问题。
(2)由于上下行通道都工作在高频段，解决了低频噪声干扰的问题，提高了用户网络连接质量。
(3)由于利用了860MHz-1.4GHz的高频段，有500MHz以上的频谱资源可以充分利用，不会受Cable Modem系统6MHz或8MHz模拟频道带宽的限制，可以为每个接入用户提供至少50Mbps以上的接入带宽。
(4)采用了QAM和OFDM调制复用技术，使整个接入系统具有极强的抗干扰性和非常高的接收灵敏度。
图1为系统连接结构示意图；图2为网关结构示意图；图3为网桥结构示意图；图4为终端结构示意图。
具体实施例方式
现结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参考图1，整个接入系统的结构如图所示。系统中，数据信号102实行双向传输，电视信号101实行单向下行传输，数据信号102与电视信号101在同轴电缆中合并。
下行传输时，网关103将数据信号102调制到860MHz-1.4GHz频段，与电视信号101混合后，发送给下游网桥104；网桥104将网关103传来的混合信号分离，电视信号101送到放大器105，经放大器105输出后与数据信号102再混合，发送给分支适配器106；再传送给终端108，最终将电视信号101分配给电视机111，将数据信号102解调后分配给计算机110；分支适配器106后面还可以根据需要连接分支适配器107，同理传给终端109，进而分配给计算机112和电视机113。
上行传输，终端108和终端109将数据信号102调制到860MHz-1.4GHz，再通过相应的分支适配器发送给网桥104和网关103，网关103再将数据信号102解调后，通过上行接口，发送到前端的数据骨干网络。
参照图2，网关103的结构如图所示。每台网关提供一路千兆以太网光接口、四路射频输入接口、四路射频输出接口。网关的以太网光接口通过光纤连接位于分前端机房的网络设备；四路射频输入口分别连接光接收机的四路射频输出；四路射频输出分别连接四个方向的电缆分配网络。每个光节点只需要一台网关设备，可以为该光节点下的小区用户提供200Mbps以上的网络带宽。
网关103安装在HFC网络光节点处，下行数据信号102通过光纤进入网关后，网关根据目的地址，将数据分发到四路输出对应的某一网络端口，进行MAC层网络处理201和调制解调202，并将数据调制信号的频率转换到860MHz-1.4GHz频段内。光接收机输出的四路860MHz以下电视信号进入网关后，与对应端口的数据调制信号混合，通过射频接口输出给下游电缆传输系统。上行射频信号通过射频接口进入网关，经过下变频、解复用、解调以及MAC层协议转换后，还原为网络数据，并通过光纤上行接口发送给核心网。
参考图3，网桥104的结构如图所示。网桥104跨接在电缆分配网络中放大器105的两端，解决860MHz-1.4GHz双向高频数据信号无法通过单向放大器的问题，实现宽带网络数据的双向传输。网关103输出的混合信号206进入网桥105后，网桥105将860MHz以下的电视信号101与860MHz-1.4GHz的下行数据信号204分离，有线电视信号101被输出到原放大器105放大后再送入网桥104，数据信号204经过直通、放大或再生后与放大后的电视信号101混合，输出给下游的电缆分配网络。终端或下游网桥输出的上行信号只包含数据信号，经过网桥后数据信号经过直通、放大或再生后，输出给上游的网关或网桥设备。
参照图4，终端108的结构如图所示。终端设备通常放置在用户室内使用。网关103或网桥104输出的混合信号206进入终端108后被分为860MHz以下的电视信号101与下行数据信号102。电视信号101直接输出给电视机111或数字电视机顶盒等设备。数据信号102经上/下变频402、QAM/OFDM解调403、MAC层网络处理404后通过以太网接口或USB接口送入计算机110或IP机顶盒、IP电话机等网络终端设备，实现用户上网，视频点播，以及拨打IP电话等业务。
数据信号的调制复用系统利用正交频分多路复用(OFDM)和正交调幅(QAM)技术实现对双向数据信号的调制和复用。
各子信道采用正交调幅(QAM)技术实现对双向宽带数据的调制解调。系统支持256QAM、64QAM、16QAM等多种调制方式，并可根据具体信道传输质量自由选择。采用QAM调制技术为整个系统提供了非常高的数据传输率和抗干扰性。
采用OFDM多路复用技术将一个高速的数据载波分成若干个低速的子载波，然后并行地发送这些子载波。OFDM调制技术中子载波的信道间隔非常近，可以有效地使用频谱。每个子载波之间是正交的，可以保证子载波之间不会互相干扰。采用OFDM复用技术，可以保证宽带接入系统具有非常强的抗干扰性，非常有效地解决窄带脉冲干扰问题。通过联合编码，即使某一个子信道受到严重的干扰，还可以通过其他信息进行传输，整个网络通道仍然可以正常工作。
工作频段选择目前，有线电视网络中5-65MHz用于传输Cable Modem系统上行数据，87-860MHz用于传输电视节目，860MHz以上的频段没有被利用。
射频信号在有线同轴电缆上传输会产生衰减，衰减强度与信号频率的平方根成正比，信号频率越高，衰减越大。同时，有线网络中的各种无源器件对射频信号也会产生衰减。根据实际测试表明，分支分配器等无源器件对频率在1.4GHz以下的射频信号衰减比较小，并具有较高的一致性。由于采用了QAM和OFDM的调制复用方式，系统具有非常高的接收灵敏度。同时由于系统具有较高的信号发射功率，完全可以解决由于信息传输频率较高所带来的衰减较大的问题。将工作频段选择在860MHz以上的高频段，不会与现有电视节目的传输发生冲突，同时也避免了工作在低频段易于引入的噪声干扰问题。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，本发明不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种HFC网络高频宽带接入技术，由网关、网桥和终端组成，其特征在于网关将数据信号调制为860MHz-1.4GHz频段的高频信号，与860MHz以下频段的电视信号混合后发送给网桥或终端；网桥跨接在放大器两侧，保证双向高频数据信号顺利通过单向放大器；终端将混合信号分离，将数据信号解调后发送给通讯终端；数据信号实行双向传输，电视信号单向传输。
2.如权利要求1所述的接入技术，其特征在于数据信号上行和下行传输信道采用同频点半双工的通讯机制。
3.如权利要求1或2所述的接入技术，其特征在于上行和下行的数据信号采用QAM和OFDM调制复用技术。
4.如权利要求1所述的接入技术，其特征在于通过频率转换模块实现中频数据调制信号与860MHz-1.4GHz高频数据调制信号的相互转换，利用MAC双向收发控制信号控制频率转换模块中频率转换和功率放大电路的工作状态，实现双向信号的频率转换和功率放大。
5.如权利要求1或4所述的接入技术，其特征在于 局端的频率转换模块，与局端MAC处理和QAM调制共用同一晶振信号；用户端的频率转换模块，与用户端MAC处理和QAM调制共用同一晶振信号。
全文摘要
本发明公开了一种基于HFC网络的高频宽带接入系统，该系统利用光纤以太网技术实现从小区光节点到城域网的宽带接入，利用同轴电缆的860MHz－1.4GHz频段传输经过射频调制的宽带数据信号，实现有线电视用户的宽带网络接入。整个系统由网关、网桥、终端等设备构成，可为每个HFC网络光节点下的全部小区用户，提供200Mbps以上的接入带宽，单个用户接入带宽可达到50Mbps以上。该系统为家庭用户开展视频点播、视频会议、网络游戏、IP电话等各种宽带互动业务提供了充足的带宽资源，同时不会影响现有860MHz以下电视节目的正常传输。
文档编号H04L12/40GK1878109SQ200610090999
公开日2006年12月13日 申请日期2006年7月6日 优先权日2006年7月6日
发明者魏强 申请人:魏强