专利名称：千兆射频数字平台的设置方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种千兆射频数字平台的设置方法及其系统结构，尤其涉及在同轴电缆中设置射频数字平台，即数字信号的多路模拟射频调制、发射和接收及其单向环状网络系统结构。
随着因特网的日益普及，电视、电话、计算机三网合一的数码港概念已被逐渐接受，数码大厦、数码小区、数码校园等陆续提出。其核心部分便是高带宽的网络设备。
由于多媒体技术的发展，计算机局域网在软件的支持下已具有传输电视、电话和数据的各项功能，但带宽和实时仍是其运用的主要限制。为此，代表计算机局域网主流技术方向的以太网从10M、100M发展到了千兆，现正作为数码小区的主流网络设备来考虑。
但千兆以太网的问题仍比较突出1、由于信号传输的碰撞检测方法，使得信息传输的实时性不能得到保证；2、在用户增多的情况下，传输效率会大幅度下降；3、对线路要求高，干扰比较敏感。4、价格比较昂贵，一般仅作服务器之间相连。5、在用户端仍需电缆线、电话线和计算机网线分别引入。现有的这个方法没有真正地站在三网合一的基础之上。
本发明的目的是根据现有技术的发展，采用一种新方法设置千兆射频数字平台--建一个能将三网的技术精华有机地结合起来、达到并超过其基本的技术指标，真正替代三网工作、克服上述存在问题、拥有廉价高速、高可靠性的新型信息网络。
本发明的方法是这样实现的千兆射频数字平台的设置方法，将数字信号分成多路，然后在数字信号多路模拟射频调制，将数字信号分成多路，然后在同轴电缆中，用数字信号的模拟调制方法，各路分别以频分或时分对电视传输中对应的频道进行模拟射频调制，再在接受端从各个频道的模拟射频信号中分别介调出各路数字信号，最后将各路的数字信号组合起来，达到了高达千兆以上的数字信号传输速率。
千兆射频数字平台的系统是，其结构包括单向的环状拓朴结构整个网络分为多层，每层均采用环状的拓朴结构。每个环首尾连接到环路控制器上，用户挂接在环路上。用户仅接受所在环路控制器的信号，并仅向所在环路控制器发送信号，用户之间的信号以频分或时分的方法加以区别。因此，信号只需单一方向的传输，不会互相干扰，也不会发生堵塞，能满足语音等要求实时性高场合的使用，并且不需要线路的双向改造。
为达到本发明的目的，本发明方法还可以对射频数字信号作进一步处理即动态地分配带宽，根据用户的对带宽资源占用的要求(包括上下行信号)由环路控制器进行处理。每个用户均可对整个带宽加以利用，这样即可克服现有有线电视双向改造带来的上下行带宽不平衡的限制，提高了信道资源的利用率；又可避免信道中的严重噪音区和故障区，提高信号传输的信噪比和强健性；并且简化了对传输信息流和网络设备的要求。
本发明的特点是用本发明方法的数字平台能真正替代三网工作、克服现有存在问题、拥有廉价高速、高可靠性的新型信息网络。本发明的系统具有可扩展性由于各个用户挂接在用户控制器上，用户控制器挂接在小区控制器上，各个小区控制器又可挂接在更高一层的环路控制器上(例如城域、省域控制器)，依此类推。因此只要增加环的层次，系统的容量便可无限地扩展，其寻址方式不仅支持IPV4，而且支持IPV6，每个用户具有唯一性地址码，系统简单、可靠、高速率和无堵塞的特征不会受到影响，仅受限于光缆的传输速率和环路控制器的运算能力。
本发明将有线电视系统的树状拓朴结构改为首尾都连结到环路控制器的环状拓朴结构，每个用户均具有接受和发送信号的能力，但只接受环路控制器信号，也只向环路控制器发出信号。因此，信号便只需单一方向的传输，简化了信号传输和网络设备的要求，并能动态分配每个用户的带宽，提高了资源利用率和质量管理，避免了上下行的不平衡。
本发明用于将小区范围的闭路有线电视系统改造成千兆射频数字平台，以低价格、高性能支持电视、电话和计算机三网的真正融合，并为今后Internet2的发展奠定了坚实的基础。本发明将整个系统改成多层的环状结构，有线电视网成为了高速宽带网的基础，也可作为计算机局域网的骨干线路。分层的环状拓朴结构具有无限的可扩展性，具有简单、可靠、高速率、无堵塞的特征，能够作为下一代因特网的基础。
以下结合附图并根据实施例对本发明作进一步说明
图1为多路模拟射频调制示意2单向环状结构示意3为小区信息网络的框图为此，根据图3，我们从一个新建小区信息网络的建设说明
具体实施例方式一、小区概况该小区有10万平方米的建筑面积，一千多户住家，范围约2平方公里，需要闭路电视、电话、监视系统和计算机网络——这一整套现代化的信息网络。
二、出发点(一)考虑现代的信息网络有二个基本点1、三网合一。由于多媒体技术的发展，电视、电话和计算机三网已可以在数字化的基础上合而为一，不必再化大力气分别建设。
2、宽带。由于现在提供给用户的主要是电话的64Kbps通道，因此只要超过64K就有人说是宽带了，也有干线加宽一点(至多到几个G)也说是宽带。我们认为这是不准确的，宽带不仅是为了改善现有的通讯质量的概念，而且更重要的是着眼于人们未来的需求，因此宽带至少应有这二个方面的内容1)用户端不仅有视频级的接入，而且也应有视频级的送出，因为人类最直接、最客观、最感兴趣、最多信息量的接受方式是视频流，这就需要M级以上的双向信号传输速率(具体数字还不能确定，因为VCD是1.5M,SDTV是5M,HDTV是20M，虚拟3D空间则更多。)简单地说，在不远的未来，每家都能拥有一个视频级发送的带宽，“全世界将有50亿个电视台”。
2)干线应拥有几乎无限的带宽，只有这样才能支持最终用户端的双向的视频流，才能不发生传输堵塞，才能有高的QOS。现在有人在考虑T级(M级的百万倍)的信号传输速率，还不够，应再扩大1000倍，到P级(M级的十亿倍)的信号传输速率，甚至更高，日本从2000年开始构筑东京到大坂的“信息新干线”已是P级了。
因此，我们要做的主要工作是将视频级的用户接入无限带宽的干线，这好比构筑高速公路的立交桥系统，或建设大河的灌溉与泄洪系统。
(二)用户端用户端的接入分无线与有线二类。无线有电视，手机、微波、卫星直播等，这些双向比价困难，带宽增加受自然资源的限制；有线有电话双绞线、电视同轴电缆、计算机多芯线、电力线、光缆等。电话双绞线频带比较窄，虽然最高的ADSL可作到下行6Mbps，上行384Kbps，但双向不平衡，程控交换机也不能再起通道作用了；计算机多芯线，首先要拥有计算机，许多用户的广域网需要昂贵的投资；电力线，带宽和干扰还有待克服；光缆到户由于优越的性能，当然是最理想的，但价格是目前无法推广的因素；电视同轴电缆，因其低廉的价格、连接的广泛性和G级的信号带宽而被列为首选，问题在于提高射频调制介调器性能价格比，使之能为我国的消费水准所接受。
(三)主要网络设备目前，有采用局域网的INTERNET/INTRANET技术，有采用电信的ATM或IP技术......这些都是引进的，一次性投资相当大，也不能满足三网的全部技术指标。一种高性价比的通信控制器应是解决问题的关键。
三、实施方案图3中小区信息网络的框图考虑到我国国情，可以采用模拟电视和数字电视并存，广播发送和点播发送并存，数据和语音并存。因此，信息分为三种类型1、广播式发送的电视和数据；2、单向指定式发送的电视和数据；3、双向交互式的语音和数据。也可分为模拟和数字二类。
(一)入户端频道分配有线电视的入户端现在一般是550MHz60套系统。对数字电视可根据具体情况，采用普及型数字电视(PDTV)、标准清晰度数字电视(SDTV)或高清晰度数字电视(HDTV)。本发明方案广播式传送保留模拟电视30个频道，再逐渐以数字方式替代；数字的广播式发送(数字电视)和单向指定式发送(视频点播VOD)20个频道，可放60-80套SDTV或200-260套PDTV。双向的数据通道为10个频道，由250-500个用户共享200-400Mbps以上的带宽，可由用户控制器根据需要和可能动态地进行分配。
(二)小区层考虑最多到2000个用户，需一个小区控制器(即一种环路控制器)，再配4--8个用户控制器(即另一种环路控制器)。用户控制器以频分的方法共享小区干线的资源，当小区控制器要给用户层发送数据时，只需在对应的频道送出信号即可，不会发生碰撞，同时小区控制器还可支持以同样的带宽与更高一层的环路控制器进行双向的信号交流。见图2和图1。
(四)用户层每250-500个用户组成一个用户层，以一台用户控制器为中心，除广播式发送和单向指定式发送的50个频道外，250-500个用户以频分或时分的方式分享10个频道的200-400Mbps带宽，可向用户提供M级传输速率的服务。同时，信号传输的时延也能控制在一定的范围之内，满足电话的基本要求。本发明对每个用户提供唯一性的地址码，不仅支持IPV4，而且支持IPV6。
(五)信息流的控制信息流的控制分为以下五种情况模拟电视的传输流和数字电视的传输流、数字电话的信息包、计算机通信数据的信息包及系统控制数据信息包。模拟电视的传输流和数字电视的传输流与通常一样以广播式或单向指定式发送到每个用户，控制器不加以控制，但可以加以监管。数字电视传输流另外有地址码(IP码)开关，用于指定用户端的射频调制介调器是否能接受，广播式、准点播式和点播式的数字电视传输流在地址码控制上可有所不同。
数字电话的信息包是由数字电话机负责将信令和语音部分A/D或D/A转换，压缩和介压，编码和介码，分包和介包，发送和接受......再通过射频调制介调器接入网络，与环路控制器进行双向信息交流。在信息流的控制上，首要条件是传输实时性的保证。
同样的，计算机通信数据的信息包是由计算机负责将数据部分分包和介包，发送和接受，再通过射频调制介调器接入网络，与环路控制器进行双向信息交流。在信息流的控制上，主要要求为带宽、传输质量和重发控制。
系统控制数据信息包在专门的频道或时段流动，对传输速率和带宽要求并不高，可靠性是第一位。
(六)扩展性当然，为了支持将来更高速率的传输，在用户层可以以减少用户的数量来增加其余用户的可使用带宽，也可以在用户控制器上增加使用的频道数量。最终还可以让用户直接挂接在小区层上，这样每个用户便能达到20-40Mbps以上的传输速率，而用户的射频调制介调器并不需要改换。
此外，模拟电视的回扫部分也可用来作数字的上行，数字电视或视频点播部分的使用频道也可进行调整，550M系统还可扩展到750M，甚至于1G系统，这样使用的带宽可以大大增加。
从这个规划可以看出它支持模拟电视和数字电视的广播发送，也支持视频节目点播；它可以64Kbs的标准支持实时的语音通话，并能将时延控制在可接受的范围之内；它以M级的双向速率支持数据通信。这些已包含了三网的基本功能，其指标远远超过了美国目前的水平，而整个投资则少得多。
四、编者上所述，本申请的主要发明点为1、利用数字信号的多路模拟射频调制方法，在电视传输的每个频道中，以频分或时分的方法，分别用数字信号对模拟信号进行调制(目前主要有CN99114023申请的RGB调制方法及QAM、QPSK、8VSB等)，然后在接受端从模拟射频信号介调出数字信号。这样，在有线电视同轴电缆中，以多个频道组合的方法，便能达到完全的千兆以上的数字信号传输速率。
见图1。
2、本网络采用首尾相连到环路控制器的分层单向环状拓朴结构，信号只需单一方向的传输，发送和接受信号以频分或时分的方法来区别，多个用户互相之间不会产生干扰，并且可以及时得到线路的传输情况，便于监管、调整和校验，能够满足语音等要求实时性高的场合的使用。见图2。
3、每个用户均可发送和接受信号，并能对整个带宽的资源加以利用，这样既可克服上下行带宽不平衡的限制，提高信道的利用率；又可避免信道中的严重噪音区和故障区，提高信号传输的信噪比和强健性。
4、由于网络的拓朴结构是分层的，每个用户挂接在各自的用户控制器上，每个用户控制器又挂接在各自的小区控制器上，只要增加层次，系统的容量便可无限的扩展下去，而系统的复杂性并不会相应的增加，仅受限于光缆的传输速率和环路控制器的运算能力。
5、该网络的主要设备为自行研制、支持IP协议的射频调制解调器、各种环路控制器(用户控制器、小区控制器等)、数字电话机、数字电视介码器等。
6、通过软硬件的结合，用存储转发的方式，能方便地接入局域网、电话交换网、因特网等。
权利要求
1. 千兆射频数字平台的设置方法，其特征是将数字信号的多路模拟射频调制，数字信号分成多路，然后在同轴电缆中，用数字信号的模拟调制方法，各路分别以频分或时分对电视传输中对应的频道进行模拟射频调制，再在接受端从各个频道的模拟射频信号中分别介调出各路数字信号，最后将各路的数字信号组合起来，达到了高达千兆以上的数字信号传输速率，并通过环路控制器对信号进行控制。
2. 千兆射频数字平台的系统，其特征是将同轴电缆和光缆构成单向的环状拓朴结构整个网络分为多层，每层均采用环状的拓朴结构，每个环首尾连接到环路控制器上，用户挂接在环路上。
3. 由权利要求1所述的千兆射频数字平台的设置方法，其特征是用户仅接受所在环路控制器的信号，并仅向所在环路控制器发送信号，用户之间的信号以频分或时分的方法加以区别。
4. 由权利要求1所述的千兆射频数字平台的设置方法，其特征是信号只需单一方向的传输。
5. 由权利要求1所述的千兆射频数字平台的设置方法，其特征是动态分配带宽每个用户均可对整个带宽的资源加以利用。
6. 由权利要求5所述的千兆射频数字平台的设置方法，其特征是同时在用户层还可利用模拟电视的回扫部分作数字的上行，数字电视或视频点播部分的使用频道也可进行调整。
7. 由权利要求2所述的千兆射频数字平台系统，其特征是各个用户挂接在用户控制器上，用户控制器挂接在小区控制器上，各个小区控制器又可挂接在更高一层的环路控制器上。
全文摘要
千兆射频数字平台的设置方法及其系统,本发明是以数字信号的多路模拟射频调制方法在同轴电缆中高速传输数字信号,利用电视的每个频道做到20－40Mbps的数字信号传输速率。用于将小区范围的闭路有线电视系统改造成千兆射频数字平台,以低价格、高性能支持电视、电话和计算机三网的真正融合,并为今后Internet2的发展奠定了坚实的基础。本发明将整个系统改成多层的环状结构,有线电视网成为了高速宽带网的基础。
文档编号H04L12/42GK1323120SQ00112268
公开日2001年11月21日 申请日期2000年5月10日 优先权日2000年5月10日
发明者刘静波 申请人:刘静波