專利名稱：千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法及其系統(tǒng)結構，尤其涉及在同軸電纜中設置射頻數(shù)字平臺，即數(shù)字信號的多路模擬射頻調制、發(fā)射和接收及其單向環(huán)狀網(wǎng)絡系統(tǒng)結構。
隨著因特網(wǎng)的日益普及，電視、電話、計算機三網(wǎng)合一的數(shù)碼港概念已被逐漸接受，數(shù)碼大廈、數(shù)碼小區(qū)、數(shù)碼校園等陸續(xù)提出。其核心部分便是高帶寬的網(wǎng)絡設備。
由于多媒體技術的發(fā)展，計算機局域網(wǎng)在軟件的支持下已具有傳輸電視、電話和數(shù)據(jù)的各項功能，但帶寬和實時仍是其運用的主要限制。為此，代表計算機局域網(wǎng)主流技術方向的以太網(wǎng)從10M、100M發(fā)展到了千兆，現(xiàn)正作為數(shù)碼小區(qū)的主流網(wǎng)絡設備來考慮。
但千兆以太網(wǎng)的問題仍比較突出1、由于信號傳輸?shù)呐鲎矙z測方法，使得信息傳輸?shù)膶崟r性不能得到保證；2、在用戶增多的情況下，傳輸效率會大幅度下降；3、對線路要求高，干擾比較敏感。4、價格比較昂貴，一般僅作服務器之間相連。5、在用戶端仍需電纜線、電話線和計算機網(wǎng)線分別引入。現(xiàn)有的這個方法沒有真正地站在三網(wǎng)合一的基礎之上。
本發(fā)明的目的是根據(jù)現(xiàn)有技術的發(fā)展，采用一種新方法設置千兆射頻數(shù)字平臺--建一個能將三網(wǎng)的技術精華有機地結合起來、達到并超過其基本的技術指標，真正替代三網(wǎng)工作、克服上述存在問題、擁有廉價高速、高可靠性的新型信息網(wǎng)絡。
本發(fā)明的方法是這樣實現(xiàn)的千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，將數(shù)字信號分成多路，然后在數(shù)字信號多路模擬射頻調制，將數(shù)字信號分成多路，然后在同軸電纜中，用數(shù)字信號的模擬調制方法，各路分別以頻分或時分對電視傳輸中對應的頻道進行模擬射頻調制，再在接受端從各個頻道的模擬射頻信號中分別介調出各路數(shù)字信號，最后將各路的數(shù)字信號組合起來，達到了高達千兆以上的數(shù)字信號傳輸速率。
千兆射頻數(shù)字平臺的系統(tǒng)是，其結構包括單向的環(huán)狀拓樸結構整個網(wǎng)絡分為多層，每層均采用環(huán)狀的拓樸結構。每個環(huán)首尾連接到環(huán)路控制器上，用戶掛接在環(huán)路上。用戶僅接受所在環(huán)路控制器的信號，并僅向所在環(huán)路控制器發(fā)送信號，用戶之間的信號以頻分或時分的方法加以區(qū)別。因此，信號只需單一方向的傳輸，不會互相干擾，也不會發(fā)生堵塞，能滿足語音等要求實時性高場合的使用，并且不需要線路的雙向改造。
為達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明方法還可以對射頻數(shù)字信號作進一步處理即動態(tài)地分配帶寬，根據(jù)用戶的對帶寬資源占用的要求(包括上下行信號)由環(huán)路控制器進行處理。每個用戶均可對整個帶寬加以利用，這樣即可克服現(xiàn)有有線電視雙向改造帶來的上下行帶寬不平衡的限制，提高了信道資源的利用率；又可避免信道中的嚴重噪音區(qū)和故障區(qū)，提高信號傳輸?shù)男旁氡群蛷娊⌒?；并且簡化了對傳輸信息流和網(wǎng)絡設備的要求。
本發(fā)明的特點是用本發(fā)明方法的數(shù)字平臺能真正替代三網(wǎng)工作、克服現(xiàn)有存在問題、擁有廉價高速、高可靠性的新型信息網(wǎng)絡。本發(fā)明的系統(tǒng)具有可擴展性由于各個用戶掛接在用戶控制器上，用戶控制器掛接在小區(qū)控制器上，各個小區(qū)控制器又可掛接在更高一層的環(huán)路控制器上(例如城域、省域控制器)，依此類推。因此只要增加環(huán)的層次，系統(tǒng)的容量便可無限地擴展，其尋址方式不僅支持IPV4，而且支持IPV6，每個用戶具有唯一性地址碼，系統(tǒng)簡單、可靠、高速率和無堵塞的特征不會受到影響，僅受限于光纜的傳輸速率和環(huán)路控制器的運算能力。
本發(fā)明將有線電視系統(tǒng)的樹狀拓樸結構改為首尾都連結到環(huán)路控制器的環(huán)狀拓樸結構，每個用戶均具有接受和發(fā)送信號的能力，但只接受環(huán)路控制器信號，也只向環(huán)路控制器發(fā)出信號。因此，信號便只需單一方向的傳輸，簡化了信號傳輸和網(wǎng)絡設備的要求，并能動態(tài)分配每個用戶的帶寬，提高了資源利用率和質量管理，避免了上下行的不平衡。
本發(fā)明用于將小區(qū)范圍的閉路有線電視系統(tǒng)改造成千兆射頻數(shù)字平臺，以低價格、高性能支持電視、電話和計算機三網(wǎng)的真正融合，并為今后Internet2的發(fā)展奠定了堅實的基礎。本發(fā)明將整個系統(tǒng)改成多層的環(huán)狀結構，有線電視網(wǎng)成為了高速寬帶網(wǎng)的基礎，也可作為計算機局域網(wǎng)的骨干線路。分層的環(huán)狀拓樸結構具有無限的可擴展性，具有簡單、可靠、高速率、無堵塞的特征，能夠作為下一代因特網(wǎng)的基礎。
以下結合附圖并根據(jù)實施例對本發(fā)明作進一步說明

圖1為多路模擬射頻調制示意2單向環(huán)狀結構示意3為小區(qū)信息網(wǎng)絡的框圖為此，根據(jù)圖3，我們從一個新建小區(qū)信息網(wǎng)絡的建設說明
具體實施例方式一、小區(qū)概況該小區(qū)有10萬平方米的建筑面積，一千多戶住家，范圍約2平方公里，需要閉路電視、電話、監(jiān)視系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡——這一整套現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡。
二、出發(fā)點(一)考慮現(xiàn)代的信息網(wǎng)絡有二個基本點1、三網(wǎng)合一。由于多媒體技術的發(fā)展，電視、電話和計算機三網(wǎng)已可以在數(shù)字化的基礎上合而為一，不必再化大力氣分別建設。
2、寬帶。由于現(xiàn)在提供給用戶的主要是電話的64Kbps通道，因此只要超過64K就有人說是寬帶了，也有干線加寬一點(至多到幾個G)也說是寬帶。我們認為這是不準確的，寬帶不僅是為了改善現(xiàn)有的通訊質量的概念，而且更重要的是著眼于人們未來的需求，因此寬帶至少應有這二個方面的內容1)用戶端不僅有視頻級的接入，而且也應有視頻級的送出，因為人類最直接、最客觀、最感興趣、最多信息量的接受方式是視頻流，這就需要M級以上的雙向信號傳輸速率(具體數(shù)字還不能確定，因為VCD是1.5M,SDTV是5M,HDTV是20M，虛擬3D空間則更多。)簡單地說，在不遠的未來，每家都能擁有一個視頻級發(fā)送的帶寬，“全世界將有50億個電視臺”。
2)干線應擁有幾乎無限的帶寬，只有這樣才能支持最終用戶端的雙向的視頻流，才能不發(fā)生傳輸堵塞，才能有高的QOS?，F(xiàn)在有人在考慮T級(M級的百萬倍)的信號傳輸速率，還不夠，應再擴大1000倍，到P級(M級的十億倍)的信號傳輸速率，甚至更高，日本從2000年開始構筑東京到大坂的“信息新干線”已是P級了。
因此，我們要做的主要工作是將視頻級的用戶接入無限帶寬的干線，這好比構筑高速公路的立交橋系統(tǒng)，或建設大河的灌溉與泄洪系統(tǒng)。
(二)用戶端用戶端的接入分無線與有線二類。無線有電視，手機、微波、衛(wèi)星直播等，這些雙向比價困難，帶寬增加受自然資源的限制；有線有電話雙絞線、電視同軸電纜、計算機多芯線、電力線、光纜等。電話雙絞線頻帶比較窄，雖然最高的ADSL可作到下行6Mbps，上行384Kbps，但雙向不平衡，程控交換機也不能再起通道作用了；計算機多芯線，首先要擁有計算機，許多用戶的廣域網(wǎng)需要昂貴的投資；電力線，帶寬和干擾還有待克服；光纜到戶由于優(yōu)越的性能，當然是最理想的，但價格是目前無法推廣的因素；電視同軸電纜，因其低廉的價格、連接的廣泛性和G級的信號帶寬而被列為首選，問題在于提高射頻調制介調器性能價格比，使之能為我國的消費水準所接受。
(三)主要網(wǎng)絡設備目前，有采用局域網(wǎng)的INTERNET/INTRANET技術，有采用電信的ATM或IP技術......這些都是引進的，一次性投資相當大，也不能滿足三網(wǎng)的全部技術指標。一種高性價比的通信控制器應是解決問題的關鍵。
三、實施方案圖3中小區(qū)信息網(wǎng)絡的框圖考慮到我國國情，可以采用模擬電視和數(shù)字電視并存，廣播發(fā)送和點播發(fā)送并存，數(shù)據(jù)和語音并存。因此，信息分為三種類型1、廣播式發(fā)送的電視和數(shù)據(jù)；2、單向指定式發(fā)送的電視和數(shù)據(jù)；3、雙向交互式的語音和數(shù)據(jù)。也可分為模擬和數(shù)字二類。
(一)入戶端頻道分配有線電視的入戶端現(xiàn)在一般是550MHz60套系統(tǒng)。對數(shù)字電視可根據(jù)具體情況，采用普及型數(shù)字電視(PDTV)、標準清晰度數(shù)字電視(SDTV)或高清晰度數(shù)字電視(HDTV)。本發(fā)明方案廣播式傳送保留模擬電視30個頻道，再逐漸以數(shù)字方式替代；數(shù)字的廣播式發(fā)送(數(shù)字電視)和單向指定式發(fā)送(視頻點播VOD)20個頻道，可放60-80套SDTV或200-260套PDTV。雙向的數(shù)據(jù)通道為10個頻道，由250-500個用戶共享200-400Mbps以上的帶寬，可由用戶控制器根據(jù)需要和可能動態(tài)地進行分配。
(二)小區(qū)層考慮最多到2000個用戶，需一個小區(qū)控制器(即一種環(huán)路控制器)，再配4--8個用戶控制器(即另一種環(huán)路控制器)。用戶控制器以頻分的方法共享小區(qū)干線的資源，當小區(qū)控制器要給用戶層發(fā)送數(shù)據(jù)時，只需在對應的頻道送出信號即可，不會發(fā)生碰撞，同時小區(qū)控制器還可支持以同樣的帶寬與更高一層的環(huán)路控制器進行雙向的信號交流。見圖2和圖1。
(四)用戶層每250-500個用戶組成一個用戶層，以一臺用戶控制器為中心，除廣播式發(fā)送和單向指定式發(fā)送的50個頻道外，250-500個用戶以頻分或時分的方式分享10個頻道的200-400Mbps帶寬，可向用戶提供M級傳輸速率的服務。同時，信號傳輸?shù)臅r延也能控制在一定的范圍之內，滿足電話的基本要求。本發(fā)明對每個用戶提供唯一性的地址碼，不僅支持IPV4，而且支持IPV6。
(五)信息流的控制信息流的控制分為以下五種情況模擬電視的傳輸流和數(shù)字電視的傳輸流、數(shù)字電話的信息包、計算機通信數(shù)據(jù)的信息包及系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)信息包。模擬電視的傳輸流和數(shù)字電視的傳輸流與通常一樣以廣播式或單向指定式發(fā)送到每個用戶，控制器不加以控制，但可以加以監(jiān)管。數(shù)字電視傳輸流另外有地址碼(IP碼)開關，用于指定用戶端的射頻調制介調器是否能接受，廣播式、準點播式和點播式的數(shù)字電視傳輸流在地址碼控制上可有所不同。
數(shù)字電話的信息包是由數(shù)字電話機負責將信令和語音部分A/D或D/A轉換，壓縮和介壓，編碼和介碼，分包和介包，發(fā)送和接受......再通過射頻調制介調器接入網(wǎng)絡，與環(huán)路控制器進行雙向信息交流。在信息流的控制上，首要條件是傳輸實時性的保證。
同樣的，計算機通信數(shù)據(jù)的信息包是由計算機負責將數(shù)據(jù)部分分包和介包，發(fā)送和接受，再通過射頻調制介調器接入網(wǎng)絡，與環(huán)路控制器進行雙向信息交流。在信息流的控制上，主要要求為帶寬、傳輸質量和重發(fā)控制。
系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)信息包在專門的頻道或時段流動，對傳輸速率和帶寬要求并不高，可靠性是第一位。
(六)擴展性當然，為了支持將來更高速率的傳輸，在用戶層可以以減少用戶的數(shù)量來增加其余用戶的可使用帶寬，也可以在用戶控制器上增加使用的頻道數(shù)量。最終還可以讓用戶直接掛接在小區(qū)層上，這樣每個用戶便能達到20-40Mbps以上的傳輸速率，而用戶的射頻調制介調器并不需要改換。
此外，模擬電視的回掃部分也可用來作數(shù)字的上行，數(shù)字電視或視頻點播部分的使用頻道也可進行調整，550M系統(tǒng)還可擴展到750M，甚至于1G系統(tǒng)，這樣使用的帶寬可以大大增加。
從這個規(guī)劃可以看出它支持模擬電視和數(shù)字電視的廣播發(fā)送，也支持視頻節(jié)目點播；它可以64Kbs的標準支持實時的語音通話，并能將時延控制在可接受的范圍之內；它以M級的雙向速率支持數(shù)據(jù)通信。這些已包含了三網(wǎng)的基本功能，其指標遠遠超過了美國目前的水平，而整個投資則少得多。
四、編者上所述，本申請的主要發(fā)明點為1、利用數(shù)字信號的多路模擬射頻調制方法，在電視傳輸?shù)拿總€頻道中，以頻分或時分的方法，分別用數(shù)字信號對模擬信號進行調制(目前主要有CN99114023申請的RGB調制方法及QAM、QPSK、8VSB等)，然后在接受端從模擬射頻信號介調出數(shù)字信號。這樣，在有線電視同軸電纜中，以多個頻道組合的方法，便能達到完全的千兆以上的數(shù)字信號傳輸速率。
見圖1。
2、本網(wǎng)絡采用首尾相連到環(huán)路控制器的分層單向環(huán)狀拓樸結構，信號只需單一方向的傳輸，發(fā)送和接受信號以頻分或時分的方法來區(qū)別，多個用戶互相之間不會產生干擾，并且可以及時得到線路的傳輸情況，便于監(jiān)管、調整和校驗，能夠滿足語音等要求實時性高的場合的使用。見圖2。
3、每個用戶均可發(fā)送和接受信號，并能對整個帶寬的資源加以利用，這樣既可克服上下行帶寬不平衡的限制，提高信道的利用率；又可避免信道中的嚴重噪音區(qū)和故障區(qū)，提高信號傳輸?shù)男旁氡群蛷娊⌒浴?br> 4、由于網(wǎng)絡的拓樸結構是分層的，每個用戶掛接在各自的用戶控制器上，每個用戶控制器又掛接在各自的小區(qū)控制器上，只要增加層次，系統(tǒng)的容量便可無限的擴展下去，而系統(tǒng)的復雜性并不會相應的增加，僅受限于光纜的傳輸速率和環(huán)路控制器的運算能力。
5、該網(wǎng)絡的主要設備為自行研制、支持IP協(xié)議的射頻調制解調器、各種環(huán)路控制器(用戶控制器、小區(qū)控制器等)、數(shù)字電話機、數(shù)字電視介碼器等。
6、通過軟硬件的結合，用存儲轉發(fā)的方式，能方便地接入局域網(wǎng)、電話交換網(wǎng)、因特網(wǎng)等。
權利要求
1. 千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，其特征是將數(shù)字信號的多路模擬射頻調制，數(shù)字信號分成多路，然后在同軸電纜中，用數(shù)字信號的模擬調制方法，各路分別以頻分或時分對電視傳輸中對應的頻道進行模擬射頻調制，再在接受端從各個頻道的模擬射頻信號中分別介調出各路數(shù)字信號，最后將各路的數(shù)字信號組合起來，達到了高達千兆以上的數(shù)字信號傳輸速率，并通過環(huán)路控制器對信號進行控制。
2. 千兆射頻數(shù)字平臺的系統(tǒng)，其特征是將同軸電纜和光纜構成單向的環(huán)狀拓樸結構整個網(wǎng)絡分為多層，每層均采用環(huán)狀的拓樸結構，每個環(huán)首尾連接到環(huán)路控制器上，用戶掛接在環(huán)路上。
3. 由權利要求1所述的千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，其特征是用戶僅接受所在環(huán)路控制器的信號，并僅向所在環(huán)路控制器發(fā)送信號，用戶之間的信號以頻分或時分的方法加以區(qū)別。
4. 由權利要求1所述的千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，其特征是信號只需單一方向的傳輸。
5. 由權利要求1所述的千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，其特征是動態(tài)分配帶寬每個用戶均可對整個帶寬的資源加以利用。
6. 由權利要求5所述的千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法，其特征是同時在用戶層還可利用模擬電視的回掃部分作數(shù)字的上行，數(shù)字電視或視頻點播部分的使用頻道也可進行調整。
7. 由權利要求2所述的千兆射頻數(shù)字平臺系統(tǒng)，其特征是各個用戶掛接在用戶控制器上，用戶控制器掛接在小區(qū)控制器上，各個小區(qū)控制器又可掛接在更高一層的環(huán)路控制器上。
全文摘要
千兆射頻數(shù)字平臺的設置方法及其系統(tǒng),本發(fā)明是以數(shù)字信號的多路模擬射頻調制方法在同軸電纜中高速傳輸數(shù)字信號,利用電視的每個頻道做到20－40Mbps的數(shù)字信號傳輸速率。用于將小區(qū)范圍的閉路有線電視系統(tǒng)改造成千兆射頻數(shù)字平臺,以低價格、高性能支持電視、電話和計算機三網(wǎng)的真正融合,并為今后Internet2的發(fā)展奠定了堅實的基礎。本發(fā)明將整個系統(tǒng)改成多層的環(huán)狀結構,有線電視網(wǎng)成為了高速寬帶網(wǎng)的基礎。
文檔編號H04L12/42GK1323120SQ00112268
公開日2001年11月21日 申請日期2000年5月10日 優(yōu)先權日2000年5月10日
發(fā)明者劉靜波 申請人:劉靜波