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CN101155036A - 有线接入网络系统头端设备 - Google Patents

有线接入网络系统头端设备 Download PDF

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CN101155036A CNA2006101406272A CN200610140627A CN101155036A CN 101155036 A CN101155036 A CN 101155036A CN A2006101406272 A CNA2006101406272 A CN A2006101406272A CN 200610140627 A CN200610140627 A CN 200610140627A CN 101155036 A CN101155036 A CN 101155036A
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张军彪
章志刚
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    • HELECTRICITY
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Abstract

在有线电视网络中实现双向通信的接入网络头端系统,包括合并和分离数字信号与电视信号的合路分路器,多个接入单元,用于处理数据信号实现双向数据信号转换和传输的信号处理模块,调制解调模块,功率放大模块,该功率放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大,所述调制解调模块对下行信号和上行信号采用不同的调制方法。其中多个接入单元采用时分技术进行数据传输,每一个接入单元使用独立的时隙,并且物理位置相邻的接入单元间的数据传输同步。通过本发明头端系统的技术方案,以不同的传输速率支持上行链路与下行链路的通信,并通过同步时分通信,增强了信号的接收灵敏度,提高了传输质量。

Description

有线接入网络系统头端设备
技术领域
本发明涉及实现双向数据通信的有线接入网络技术领域,特别是涉及一种在有线接入网络系统中应用的头端设备。
技术背景
CATV在历史上是单向介质,其出发点是设计以最低可能成本给最大数量的用户提供广播模拟视频信道。近年来,有线宽带技术在双向数据传输方面所能提供的高潜力已经被充分认识到,并且已有很多有线网络技术被开发和应用。其中熟知的技术有:已经在北美推广和发展的DOCSIS 1.1标准,采用由用户直接购买所选择的有线调制解调器的模式,其前端采用的CMTS(Cable modem termination system)设备。同时在家庭网络技术的发展中,利用有线网络的同轴电缆作为传输介质的有线家庭网络,例如MoCA(Multimedia over COAX Alliance),HCNA(Home Cable NetworkAccess),以及PLC(Power line Communication)等技术应用也随之得以发展。
在另一方面,由于WIFI技术的成熟,WIFI适配卡的成本随之降低,为在混合光纤/同轴网络中提供接入手段提供了又一种可能性。在这个领域里已公开的技术如中国专利申请CN1620132描述了一种电视、网络传输一体化装置,将IEEE802.11信号调制为0-65MHz信号在同轴网络上传输。其特征在于利用正交频分复用或正交调幅或正交相移调制方法将IEEE802.11的标准的2.4GHz频段的信号调制到0-65MHz,然后通过同轴电缆来传输IEEE802.11的信号。但是在这一技术方案中,只有提供一个信道的频带范围,因而不能适应真正高速宽带数据传输的要求。
总的来说,在现有的有线接入网络技术领域,仍存在以下问题:
1.在采用多信道的系统架构中,由于并存多个接入单元,分别在不同的信道上同时通信,信道与信道之间的信号干扰影响到数据传输的速度和信号敏感度,造成数据包丢失和回传增加,进而影响传输效率;
2.在上述采用多信道的系统架构中,当其中一个接入单元向远程客户端发送数据,而在同一个时刻,当另一个并置的接入单元正从远程客户端接收数据,微弱的上行数据信号,可能被淹没在周围的噪音中,无法被辨识出来;
3.在传统的有线接入网络中,当大量的客户端使用同一个信道的时候,协调管理所用的负载较高,使整体的传输率/数据吞吐量下降。
因此亟需提供一种能够解决上述技术问题的有线接入网络,满足具有广大市场潜力的技术需求。
发明内容
本发明的目的在于利用现有的有线电视网络提供互联网络接入功能,该系统包括用于实现双向数据通信的网络接入的头端系统,客户终端,以及管理服务器等。头端系统与客户终端利用例如IEEE802.11标准中制定的现有规范,通过有线电视网络进行通信,利用同轴电缆作为传输介质。
本发明所提供的有线接入网络的头端系统,包括一个用于合并和分离数字信号与电视信号的合路分路器,和多个接入单元,每个接入单元设有连接互联网络的第一接口,连接所述合路分路器的第二接口,用于处理数据信号实现双向数据信号转换和传输的信号处理单元,信号调制解调单元,以及多级信号功率发大器,其特征在于所述多级信号功率放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大。
通过上述本发明所提供的头端系统的技术方案,由于下行信号的强度比上行信号的强度大,从而以不同的传输速率支持上行链路与下行链路的通信,实现双向数据通信。
本发明的另一个方面在于提供一种在有线电视接入网络的头端系统,其中所述多个接入单元被设置成采用时分技术进行下行和上行的数据传输,每一个接入单元使用独立的时隙,并且物理位置相邻的接入单元之间的数据传输为同步,即同时发送和接收数据。
通过上述本发明头端系统的技术方案,上行链路与下行链路的通信采用的是同步时分技术,从而增强了信号的敏感度,提到了信号质量。
本发明的又一方面在于提供一种在有线电视接入网络的头端系统,其中所述多个接入单元中至少设有一个备用接入单元,工作于一个用于监测其他接入单元的数据通信的监测模式,以及另一个用于代替发生故障的接入单元传输数据的通信模式之间。
通过上述本发明头端系统的技术方案,保证由备用接入单元检测到故障的发生,并在故障发生时自动转到通信模式,从而有利地保证客户端正常工作而不中断,保证整个系统的正常运转。
本发明的还有一个方面在于提供一种在有线接入网络的头端系统,其中所述接入单元发出的数据中包含有表示其剩余可供分配的上行链路带宽的信息,使得客户端的设备可以根据这一信息来确定其剩余可供分配的上行链路带宽,从而选出具有最多剩余可供分配带宽的接入单元。
通过上述本发明的头端系统的技术方案,整个接入网的带宽资源能够被最有效地利用,同时流量负载也能在所有的接入单元之中均衡负担。
附图说明
图1为根据本发明的在有线电视接入网络中实现双向数据通信的系统架构示意图。
具体实施方式
为了在现有的有线电视网络上提供价格低廉的双向数据通信业务,本发明提出了一种综合的系统架构,如图1所示。
如图1所示,本发明提出了一种利用现有的有线电视接入网提供互联网接入功能的系统结构。由业务提供商在有线电视网10和互联网20之间部署头端系统30,该头端系统30包括多个接入单元(AP1...APn),并由频带合路/分路器32整合在一起与有线电视网10连接。而在有线电视网10中的用户侧,如图所示的(家庭1...家庭n),放置合路/分路器使数据信号与有线电视的信号在用户侧分离,分别传输给相应的终端(STA),即调制解调装置(Modem),以及电视接收机。
接入单元和终端利用类似于802.11系列标准中制定的规范进行通信,也可以利用其他规范,例如MoCA(Multimedia over Coax Alliance),运用同轴电缆作为传输媒体,而不是802.11系列标准中使用的空气介质。每一个接入单元设有连接互联网10的第一接口和连接合路/分路器的第二接口,还设有用于处理数据信号实现双向数据信号传输的信号处理模块,信号调制解调模块以及信号功率放大模块。因为基本上所有终端具有相似的信号强度,所以整个系统可以看成所有终端环绕着头端系统的接入单元。频带合路/分路器用于将数据载波和其他波带在头端系统中合成,而在用户侧分离。另外在该系统结构中还设有一个管理服务器,用于管理各个接入单元、终端及其自身。因此,该系统结构中的关键设备包括有:接入单元(AP),终端(STA),频带合路/分路器(band splitter)和管理服务器(MS)。
为了提供更高的数据速率和更好的性能,需要在以上所描述的系统架构中实现如下功能:
非对称性:在整个系统中,接入单元和终端的上行和下行链路将使用不同的调制方法,从而支持不同的数据速率。在传统的家庭网中,由于一个典型的家庭中房间数不会很多,所以在家庭网中的信号的传输距离不长,信号衰减比较小;而在有线电视接入网中,信号发射端与接收端的距离比较长,这样发射信号经过接入网多级传输后到达接收端时,信号强度衰减比较大,导致在发射端与接收端的信号环境差别比较大。其中,由接入单元输出的下行信号强度为122-0/+3dBuV,对其使用QAM64(QAM代表QuadratureAmplitude Modulation.);在上行链路为低载噪比信道的条件下,由终端输出的上行信号为弱信号,其强度为109-3+0dBuV,对其将使用QAM16或者PSK(PSK代表Phase-shift Keying.)。
同步:整个系统将使用TDMA(时分多路复用)技术。对于上行和下行的数据传输,接入单元将使用独立的信道来进行通信,并且,各个接入单元之间的数据通信将同步进行,使得它们能够同时发送和接收数据,从而提高接入端接收信号的敏感度,防止接收信号被其他AP的发送信号所淹没。
备份:在头端系统30中,还将部署一个或者多个备份的接入单元,这些备份的接入单元可切换于两种工作模式之间,一个是监测模式下,当系统正常运行时,用于监测本网络中其他运行在通信模式下的接入单元所发出的同步帧。如果在这个备份接入单元监测范围内的所有其他接入单元都在正常的时间间隔内发送同步帧,这个备份接入单元将一直保持在监测模式下;一旦这个备份接入单元发现一个在其监测范围内的接入单元未能在若干个连续的正常的时间间隔内发送同步帧,这表示此接入单元出现了故障。在此情况下,这个备份接入单元将立即从监测模式转到通信模式,然后向它所在的有线电视接入网发送同步帧,使得系统中的终端能够利用这个备份接入单元来进行数据通信,从而连接上互联网。依靠这种机制,即使在整个系统中有个别接入单元发生了故障,系统中的备份接入单元也能很快的承担起通信的职能,使终端的正常通信不至于中断,保证了整个接入网的正常运转。
负载管理和均衡:也就是说,整个有线电视接入网络中的数据通信流量能够被网络中的所有接入单元均衡地承担,而不会出现有的接入单元负载过重,而有的接入单元负载过轻的情况。
一般的,在Wi-Fi系统中有n个相互独立,互无干扰的信道。所以,在同一个有线电视接入网中,可以部署n个接入单元,其中每个接入单元都利用这n个独立信道中的一个信道进行通信。同时,在由接入单元发出的同步帧中,将携带有表示上行链路带宽的信息。在这个接入网中的终端决定与哪个接入单元进行连接之前,终端将检查由这些接入单元发出的同步帧中的上行链路带宽信息,在其中选出具有最多剩余的可供分配带宽的接入单元,然后调谐到这个接入单元所在的信道之中,发送注册帧向其注册。利用这种机制,整个接入网的带宽资源能够被最有效的利用,同时流量负载也能在所有的AP之中均衡的承担。
例如,在现有的符合802.11系列规范的Wi-Fi系统中,有3个独立的信道(信道1、信道6和信道11)。所以,如上图所示,因为信道1、信道6和信道11相互独立,互无干扰,所以STA1、STA2和STA3可以分别与运行在信道1的AP1、在信道6的AP2和在信道11的AP3连接,同时进行通信。
下面主要详细介绍一下本发明的系统中各种设备的的主要功能。
1.接入单元的功能如下:
通过同轴电缆接入STA
提供二层交换,在本地接入和数据网络之间传输信息作为STA的代理,在STA和管理系统之间提供鉴权和授权给管理系统提供管理信息
根据用户属性限制用户接入带宽
提供PPPOE系统的代理
提供DHCP系统的代理
终端的主要功能如下:
在用户主机和AP之间传送数据信息
给管理系统提供管理信息
作为鉴权和授权系统的客户端
作为PPPOE系统的客户端
作为DHCP系统的客户端
2.合路/分路器的功能如下:
合路/分路器在2.4GHz的Wi-Fi频段和900MHz之间转换RF TX信号,因为900M信号比较适合于在同轴电缆中传输。其作用是:
分离/合并数字电视信号和在900MHz左右的频段上传输的Wi-Fi信号的频带;
减少上行和下行链路的功率损耗;
确保由这种在同轴电缆上传输数据业务的系统所引起的数字电视系统的衰减小于5dB。
3.管理服务器的功能如下:
管理服务器,是网络中的所有接入单元、终端和系统本身的管理实体,它向上提供和计费系统的接口,支持计费、运维以及告警等等网管功能的集成;向下提供对接入单元和终端的管理。管理服务器通过对DHCP的接口实现对接入用户的IP信息管理,通过对RADIUS Server的接口实现对用户接入的认证管理。其具体作用包括:
拓扑管理
配置管理
性能管理
安全管理
告警管理
计费支持

Claims (8)

1.一种在有线接入网络中实现双向数据通信的头端系统,其特征在于所述头端系统包括
合路分路器,用于合并和分离数字信号与电视信号;和
多个接入单元,其中每个接入单元设有连接互联网络的第一接口,连接所述合路分路器的第二接口,用于处理数据信号实现双向数据信号传输的信号处理模块,信号调制解调模块,以及功率发大模块;并且
所述接入单元输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大。
2.根据权利要求1的头端系统,其中所述多个接入单元被设置成采用时分技术进行数据传输,每一个接入单元使用独立的信道,并且各接入单元之间的数据传输为同步,即同时发送和接收数据。
3.根据权利要求2的头端系统,其中所述多个接入单元中设有至少一个备用接入单元,该至少一个备用接入单元可操作地切换于两种工作模式之间,一个是监测模式,当系统正常运行时,用于监测其他接入单元的数据通信,另一个是通讯模式,当其他非备份接入单元发生故障时,用于代替发生故障的接入单元传输数据。
4.根据权利要求1至3的头端系统,其中所述接入单元发出的数据中包含有表示上行链路带宽的信息。
5.根据权利要求1至3的头端系统,其特征在于所述多级放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大0至50dBuV。
6.根据权利要求5的头端系统,其特征在于所述多级放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大10至20dBuV。
7.根据权利要求4的头端系统,其特征在于所述多级放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大0至50dBuV。
8.根据权利要求7的头端系统,其特征在于所述多级放大器输出的下行信号强度比客户端输出的上行信号强度大10至20dBuV。
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