通信網中帶寬重複使用的方法和裝置的製作方法
2023-10-09 16:41:54 5
專利名稱：通信網中帶寬重複使用的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於寬帶通信，更具體地說是關於在雙向通信系統中節約帶寬。
通常，在雙向通信系統中的系統總帶寬被分成兩段(即就是頻段)。進來和出去的信息每個都有一專用的帶寬。因此，一個給定方向的總帶寬只有系統總帶寬的一半。
例如，如圖I中所示的點對多點傳輸系統中，中心局或頭端(CO/HE)10沿單根傳輸線102廣播下行信息到遠端非交換型分裂器19，非交換型分裂器19進一步將信息分別沿傳輸線130、140、150、160分配到多端用戶30、40、50、60。端用戶(EUs)也沿線路130、140、150、160發送上行信號到遠端分裂器19，分裂器19進一步沿單根傳輸線104將那些信息轉移到CO/HE 10。
由於分裂器19的消極的分裂，所有用戶可通過調諧到合適的信道(頻率、時隙等等)來接收所有的下行信息。因些，不能保證隱私。而且，由於每一個EU將同一根物理線路用於雙向傳輸(線路130、140、150、160)，上行和下行業務需要被分配到非交疊的頻帶上(頻率，時隙，碼，或者波長，等等)。由於在遠端分裂器19裡沒有採用交換功能，每一個EU也需要跟從一定的算法以避免與其它的沿共享的上行傳輸線104傳輸的EU衝突(即就是頻分多址FDMA；時分多址TDMA；波分多址WDMA；或者碼分多址CDMA)。
對於一個在下行傳輸中採用頻分復用，上行傳輸中採用FDMA的系統中，帶寬的分配如圖2所示。用於EUs30、40、50和60的下行信息AD、BD、CD和DD從CO/HE10沿單根傳輸線102廣播到遠端分裂器19。下行信息AD用於EU30，下行信息BD用於EU40，下行信息CD用於EU50，而下行信息DD用於EU60。遠端分裂器19進一步將所有的下行信息分配到所有的EU。接著，每一個EU調諧到合適的頻段以接收到達那個特定EU地址的信息。對於上行傳輸，每一個EU將在一個頻段上發送信號，該頻段既不同於其它EUs，也不與下行頻帶交疊，如圖2所示。例如，通過使用一低通濾波器將下行信息分組成具有較低頻率的多個帶寬，而上行信息則通過使用一高通濾波器而被分組成且發送於具有較高頻率的多個帶寬。通常，每個上行和下行帶寬佔總頻譜的一半。
基於相同的原理，在一個於下行傳輸採用時分復用(TDM)，上行傳輸採用TDMA的系統中，下行信息將被廣播到所有的EUs(TDM)。每一個EU將調諧到合適的時隙以接收它的信號。每一個EU將利用分配給該EU的時隙用於上行傳輸(TDMA)。由於單根線130、140、150、160既用於上行也用於下行傳輸(假定使用同一頻率，同一光波波長，或者同一碼)，時分雙工(TDD，也稱作桌球法)可被用來避免上行和下行業務之間的衝突。
以上系統的兩個缺點是由於將上行和下行業務分配到兩個不同的頻帶而浪費帶寬資源，並缺乏私密性。
提供一種重複使用帶寬的系統和方法，其中總傳輸帶寬被分成多段。該系統和方法達到了整個信道的高效利用和維護終端使用者的隱私。
該方法包括以下步驟在第一個帶寬段內發送第一個下行信息，在第二個帶寬段內發送第二個下行信息。信息被分別引導到第一和第二個目的地。從第一個目的地發送的第一個上行信息是在用於下行傳輸的不同於第一個帶寬段的一帶寬段內發送，從第二個目的地發送的第二個上行信息是在用於下行傳輸的不同於第二帶寬段的一帶寬段內發送。即就是，從一給定目的地來的上行信息是在一個與下行信息接收所使用的帶寬不同的帶寬上發送的。優選地，第一個上行信息在第二個帶寬段內發送，而第二個上行信息在第一個帶寬段內發送。
在一個採用FDM技術的系統中，提供多個濾波器以用於從各目的地來或到各目的地去的信息的尋址。在TDM的條件下，提供時鐘交換以用於將上行和下行信息尋址到它們的目的地。
本發明的其它目的，優點和重要的特徵將通過結合附圖的詳細描述闡明。它也公開了本發明的一個推薦實施方式。
本發明將結合以下附圖描述，其中同樣的參考數字指同樣的組成部份，其中
圖1是表示一般系統結構的方框圖；圖2表示一個傳統的FDM系統；圖3表示本發明的一個FDM系統配置；圖4表示用於本發明的一個FDM實施方式的遠端分裂器；圖5表示本發明的一個TDM結構；圖6表示用於TDM實施方式的遠端分裂器。
推薦實施方式的詳細描述圖3表示採用本發明的方法和裝置的一個雙向傳輸系統。圖3中的組成部分相應於圖1中它們的相同組成部份。然而，根據本發明，圖I中的遠端分裂器19被遠端分裂器20代替，分裂器20將在後面結合圖4描述。概括地說，遠端分裂器20將每一個下行信息只發送到一個特定的EU，而遠端分裂器19則發送下行信息到所有的EUs。當發送上行信號時，只有用於下行傳輸的帶寬段為了那個特定的EU而被阻塞。因此，不象以前的技術那樣，要求寬帶帶寬的一半來發送上行信息，本發明在整個寬帶帶寬上發送上行信息。每一個上行信息優選地在一個帶寬段上發送，該段不同於用於那個特定EU的下行帶寬段。
特別地，中心局(CO/HE)10沿單根傳輸媒質102發送一個下行信號到遠端分裂器20。在遠端分裂器20，每一個下行信號被引導到端用戶30，40，50和60中的某一個，而不是結合圖2所述的所有的終端用戶。終端用戶通過遠端分裂器20和單根傳輸媒質104發送上行信號到中心局CO/HE10。
圖3表示使用FDM/FDMA的根據本發明的原理的一般結構。用於EU30的第一個下行信息AD在第一個帶寬1內沿傳輸媒質102發送。用於EU40的第二個下行信息BD在第二個帶寬2內沿傳輸媒質102發送。用於EU50的第三個下行信息CD在第三個帶寬3內發送，而用於EU60的第4個下行信息DD在第4個帶寬4內發送。
遠端分裂器20引導下行業務，使得第一個目的地30隻接收在第一個帶寬1內的第一個下行信息AD。第二個目的地40隻接收在第二個帶寬2內的第2個下行信息BD，第三個目的地50隻接收在第三個帶寬3內的第三個下行信息CD，以及第4個目的地60隻接收在第4個帶寬4內的第4個下行信息DD。換句話說，遠端分裂器20引導各自的下行信息到各自的EUs，而阻止其它的信息發送到這個EU。因此維護了每個EUs的隱私。
由於遠端分裂器20隻允許各自的下行信號沿傳輸線130，140，150，160發送到各自的EU，沿傳輸線130，140，150，160的上行傳輸可以被安排，使得每一個EU在一個其它EU用於下行傳輸的帶寬段內發送上行信息。
特別是，第一個目的地30推薦地在第3個帶寬3內發送第一個上行信息Au。第二個目的地40在第4個帶寬4內發送第二個上行信息Bu，第三個目的地在第一個帶寬1內發送第三個上行信息Cu，以及第4個目的地60在第二個帶寬2內發送第4個上行信息Du。或者，第一個目的地30在第4個帶寬4或第二個帶寬2內發送第一個上行信號Au，第二個目的地40在第一個帶寬1或第三個帶寬3內發送第二個上行信息Bu，第三個目的地50在第二個帶寬2或第4個帶寬4內發送第三個上行信息，以及第4個目的地60在第三個帶寬3或第一個帶寬1內發送第4個上行信息Du。對於熟悉此技術的人很明顯，發送上行信息的其它實施方式也在本發明的範疇之內，包括採用多於或少於4個帶寬。
這樣安排以後，所有EU的上行信號將在遠端分裂器20裡被動地組合以後，按頻率排列(A，B，C，D分別在帶寬3，4，1，2裡)，並且從1到4的所有帶寬在上行發送期間被復用。即就是，上行和下行業務每一個都利用整個頻段。因此，與圖2中所示的下行發送使用帶寬段的一半和上行發送用帶寬段的一半的現在技術的實現方式相比，每一個方向的帶寬被加倍。
本發明的一個FDM實現方式的遠端分裂器20如圖4所示，它使用的濾波器可以是例如雙帶通濾波器或具有低通和高通濾波器的雙工器。第一個下行信息AD的發送是從遠端分裂器20a沿著路徑14，通過雙工器12和低通濾波器13，以及沿著路徑34到第一個目的地30。雙工器12和低通濾波器13被設計成在第一帶寬1上只通過下行信息，而阻止在其它帶寬發送的下行信息。第二個下行信息BD是通過遠端分裂器20a沿著路徑15，通過雙工器22，和高通濾波器23，以及沿著路徑35到第二個目的地40。雙工器22和高通濾波器23被設計成在第二帶寬2上只通過下行信息，而阻止在其它帶寬上的其它下行信息。
第三個下行信息CD是通過遠端分裂器20a，沿路徑16，通過雙工器32，低通濾波器33，到路徑36，路徑36與第三個目的地50聯接。雙工器32和低通濾波器33在第三個帶寬3上只通過下行信息，而阻止其它下行信息。第4個下行信息DD是通過遠端分裂器20a，沿路徑17到雙工器42，通過高通濾波器43，以及沿著路徑37到第4個目的地60。同樣地，雙工器42和高通濾波器43在第4帶寬4上只通過下行信息，而阻止在其它帶寬上的其它下行信息。
另一方面，第一個目的地30沿著路徑34，通過低通濾波器13，和通過雙工器12，再沿著路徑24發送上行信息。由於具有雙工器12和低通濾波器13，只有第三帶寬3上的信號可以通過。第二個目的地40沿路徑35，通過高通濾波器23，通過雙工器22，沿著路徑25，發送第二個上行信息Bu。由於具有雙工器22和高通濾波器23，只有第4帶寬4上的信號可以通過。第三目的地50沿著路徑36，通過低通濾波器33和通過雙工器32，沿路徑26發送第三個上行信號信息Cu。由於具有雙工器32和低通濾波器33，只有位於第一帶寬1內的信號可以通過。最後，第四目的地60沿著路徑37，通過高通濾波器43和通過雙工器42，沿著路徑27發送第4個上行信息Du。由於具有雙工器42和高通濾波器43，只有位於第二帶寬2裡的信號可以通過。因此，下行發送信道的整個頻譜在上行發送期間被復用。然而，每一個用戶只在選定的帶寬上接收和發送。整個信道也被高效地應用於上行和下行發送。而且，這對於正如在相關技術中的隱私問題很合適。
圖5中示出根據本發明的原理的一個TDM/TDMA實現方式。在這個TDM/TDMA實施方式中，方塊1，2，3，4，5，6，7和8代表時隙。對於下行發送，使用TDM，使得下行信息以每一個EU的信息分配於一定的時隙裡的方式，被廣播到遠端節點21。不象常規的TDM系統那樣將所有的下行信號進一步廣播到所有的EU，某些功能，正如以下將要討論的，將被應用於遠端節點21裡，使得各自的下行信號(在特定的時隙裡)被引到各自的EU。例如，第一個下行信息AD在第一個時隙I裡從CO/HE10發送到遠端節點21，節點21進一步將它只引導到第一個目的地30。第二個下行信息BD在第二個時隙2裡被發送到遠端節點21，節點21將它只引導到第二個目的地40。第三個下行信息CD在時隙3裡被發送到遠端節點21，節點21接著將它只引導到第三個目的地50，第四個下行信息DD在第四個時隙裡只被引導到第4個目的地。這個過程在時隙5-8中進一步重複，等等。
通過使用這種分配方式，第一個下行信息只到達第一個目的地30，第二個下行信息只到達第二個目的地40，第三個下行信息只到達第三個目的地50，以及第四個下行信息只到達第四個目的地60。
對於上行傳輸，TDMA用於多個EU(30，40。50，60)以在遠端節點21不使用緩衝區或其它復用方案的情況下，共享公共傳輸線104。由於遠端節點21的引導功能，只允許各自的下行信號(在各自的時隙裡)到達各自的EU，上行TDMA可以被用來使得一個EU可以在其它EU的下行時隙裡發送它的上行信號。例如，不必等待直到每一個目的地發到它們各自的下行發送，第一個目的地30可以在寸隙3裡開始發送第一個上行信息Au。第二個目的地40可以在時隙4裡開始發送第二個上行信息Bu。第三個目的地50在第5個時隙裡發送第三個上行信息Cu。第四個目的地50在第6個時隙裡發送上行信息Du。第一個目的地30再在時隙7裡發送上行信息EU。最後，第二個目的地40在第8個時隙裡發送上行信息Fu。在遠端節點21裡，上行信號按時間排列，並可被直接地發送到CO/HE，而不要任何緩衝。以上描述的實施方式不限於為每一個目的地而特別討論的時隙。沿傳輸線130，140，150，160傳輸的上行信號被安排使得每一個EU在一個另一個EU用於下行發送的時隙裡發送上行信息。
圖6表示TDM/TDMA實施方式中的一個遠端節點21。時鐘70要麼基於下行信號而同步，要麼預設，它控制開關54-57的操作，使得信息在適當的時隙期間被傳遞到EU30，40，50，和60。第一個下行信息從分裂器21a沿著路徑44發送。開關54隻在時隙1期間閉合到線路44，使得信息可以被發送到第一個目的地30。第二個下行信息從分裂器21a沿著路徑45發送到開關55，開關55隻在時隙2期間閉合到線路45，使得信息可以被發送到第二個目的地40。
第三個信息沿路徑46使用開關56發送，開關56隻在第3個時隙期間閉合到線路46，使得信息被發送到第三個目的地50。最後，第四個信息從分裂器21a沿路徑47下行使用開關57發送，開關57隻在時隙4期間閉合到線路47，使得信息被發送到第4個目的地60。
上行信號可以在參考圖5所指示的時隙期間被發送。即就是，第一個上行信息Au通過開關54到線路48，再到分裂器21a，在時隙3裡被發送。第二個上行信息Bu通過開關55，到線路49，再到分裂器21b，在時隙4裡被發送。第三個上行信息Cu通過開關56，到線路51，再到分裂器21b，在時隙5裡被發送。最後，第4個上行信息通過開關57，到線路52，再到分裂器21b，在時隙6裡被發送。
因此，在TDM/TDMA實施方式中，每一個用戶在接收到下行信息後直到發送上行信息，延遲相同的時間量(例如，一個時隙)。雙向發送易於同步。這適合於對稱雙向發送。對於極端的不對稱，在兩個相鄰的上行或下行時隙之間需要更多的間隙。
為了達到動態復用，時隙可根據用戶要求，使用帶內或帶外信令來動態地分配。
在TDM/TDMA情況下，我們假定遠端節點21和每一個EU之間的距離大約相同。如果有很大的不同，某些定時或定限(rang-ing)技術應被用來確保從每一個EU來的上行信號在合適的時間上到達遠端節點21，使得沒有交疊(衝突)。
在以上描述的實施方式中，每一個終端用戶有一條專用傳輸路逕到遠端分裂器20或遠端節點21。在共享媒質條件下，碼分復用(CDM)可被用來與FDM/FDMA或TDM/TDMA方案組合，以分離上行和下行發送。
將CDM與FDM/FDMA方案組合，CO/HE用FDM在同一發送媒質上發送用一組碼編碼了的下行信號到多個EU。每個EU遵循如前所述的同一算法，用FDMA發送它的上行信號。所有EU的上行信號用與下行的組正交的同一組碼編碼。因此，在共享的媒質上可以實現如上所述的同一個操作方案，而上行和下行可以被CO/HE和EU根據完全不同的碼，很容易地分離。同樣的算法也用於TDM/TDMA情況。
雖然本發明結合相關的具體實施方式
說明，很明顯，對於熟悉此項技術的人來說許多替代，修改和變化是很顯然的。例如，圖4的節點20中的20a和20b或圖6的節點21中的21a和21b的分裂/組合功能，和12，13，22，23，32，33，42和43的濾波或34，55，56和57的開關，可在不同的物理位置上執行。因此，這裡所述的本發明的推薦實施方式是用於說明的，而不是用於限制的。即就是，在不脫離以下權利要求書中所定義的本發明的範圍的情況下，可作各種變化。
權利要求
1.在一個將總帶寬分成多個段的系統中重複使用帶寬的方法，該方法包括以下步驟在第一個帶寬段內發送第一個下行信息；在第二個帶寬段內發送第二個下行信息；將在第一個帶寬段內發送的第一個下行信息尋址到第一個目的地；將在第二個帶寬段內發送的第二個下行信息尋址到第二個目的地；在一個用於下行發送的不同於第一個帶寬段的帶寬段內，從第一個目的地發送第一個上行信息。
2.權利要求1的方法，進一步包括以下步驟在一個用於下行發送的不同於第二個帶寬段的帶寬段內，從第二個目的地發送第二個上行信息。
3.權利要求2的方法，其中第一個上行信息是在第二個帶寬段內發送，第二個上行信息是在第一個帶寬段內發送。
4.權利要求2的方法，還包括以下步驟在第三個帶寬段內發送第三個下行信息；將在第三個帶寬內發送的第三個下行信息尋址到第三個目的地；以及在一個用於下行發送的不同於第三個帶寬段的帶寬段內，從第三個目的地發送第三個上行信息。
5.權利要求4的方法，還包括以下步驟在第四個帶寬段內發送第四個下行信息；將在第四個帶寬段內發送的第四個下行信息尋址到第四個目的地；以及在一個用於下行發送的不同於第四個帶寬段的帶寬段內，從第四個目的地發送第四個上行信息。
6.權利要求2的方法，其中總帶寬包括一個頻率範圍。
7.權利要求6的方法，還包括以下步驟通過第一個濾波器裝置尋址第一個下行和上行信息；以及通過第二個濾波器裝置尋址第二個下行和上行信息。
8.權利要求7的方法，其中第一和第二個濾波器裝置包括雙帶通濾波器。
9.權利要求7的方法，其中第一和第二個濾波器裝置包括雙工器，低通濾波器和高通濾波器。
10.權利要求2的方法，其中第一個下行信息和第二個下行信息從一個頭端沿著第一個傳輸媒質發送；以及第一個上行信息和第二個上行信息被該頭端沿著第二個傳輸媒質接收。
11.權利要求10的方法，其中第一個下行信息的尋址步驟包括將第一個下行信息通過第三個傳輸媒質從第一個傳輸媒質尋址到第一個目的地，第一個上行信息的發送步驟包括將第一個上行信息通過第三個傳輸媒質從第一個目的地發送到第二個傳輸媒質。
12.權利要求11的方法，其中第二個下行信息的尋址步驟包括將第二個下行信息通過第四個傳輸媒質從第一個傳輸媒質尋址到第二個目的地，第二個上行信息的發送步驟包括將第二個上行信息通過第4個傳輸媒質從第二個目的地發送到第二個傳輸媒質。
13.權利要求2的方法，其中總帶寬包括一個時間範圍。
14.權利要求13的方法，進一步包括以下步驟通過第一個時鐘控制的開關尋址第一個上行和下行信息；通過第二個時鐘控制的開關尋址第二個上行和下行信息。
15.權利要求13的方法，其中第一個下行信息尋址步驟包括根據一個時鐘控制的開關將在一個遠端節點的第一個下行信息從第一個傳輸媒質尋址到第一個目的地，第二個下行信息的尋址步驟包括將在該遠端節點的第二個下行信息根據時鐘控制的開關從第一個傳輸媒質尋址到第二個目的地。
16.權利要求15的方法，其中第一個上行信息發送步驟包括根據時鐘控制的開關將第一個上行信息從第一個目的地發送到第二個傳輸媒質，以及第二個上行信息發送步驟包括根據時鐘控制的開關將第二個上行信息從第二個目的地發送到第二個傳輸媒質。
17.權利要求2的方法，其中第一個下行信息，第二個下行信息，第一個上行信息和第二個上行信息都是編碼信息。
18.一個重複使用帶寬的系統，該系統具有一個被分成多段的帶寬，該系統包括一個頭端，它在第一個帶寬段內發送第一個下行信息，在第二個帶寬段內發送第二個下行信息；以及一個路由器，它將在第一個帶寬段內發送的第一個下行信息尋址到第一個目的地，將在第二個帶寬段內發送的第二個下行信息尋址到第二個目的地，將起源於第一個目的地的第一個上行信息在一個用於下行傳輸的不同於第一個帶寬段的帶寬段內尋址到該頭端。
19.權利要求18的系統，其中路由器將起源於第二個目的地的第二個上行信息在一個用於下行傳輸而不是第二個帶寬段的帶寬段內尋址到該頭端。
20.權利要求19的系統，其中第一個上行信息在第二個帶寬段內發送，第二個上行信息在第一個帶寬段內發送。
21.權利要求19的系統，其中總帶寬包括一個頻率範圍。
22.權利要求21的系統，其中路由器包括第一個濾波器裝置，該裝置將第一個下行信息尋址到第一個目的地，並將它的上行信息尋址到該頭端；以及第二個濾波器裝置，該裝置將第二個下行信息尋址到第二個目的地，並將它的上行信息尋址到該頭端。
23.權利要求22的系統，其中第一個和第二個濾波器裝置包括雙帶通濾波器。
24.權利要求22的系統，其中第一個和第二個濾波器裝置包括雙工器，低通濾波器和高通濾波器。
25.權利要求19的系統，其中頭端沿著第一個傳輸媒質從頭端發送第一個下行信息和第二個下行信息；以及第一個上行信息和第二個上行信息被頭端沿第二個傳輸媒質接收。
26.權利要求25的系統，其中所述的第一個下行信息從第一個傳輸媒質經由第三個傳輸媒質被尋址到第一個目的地；第一個上行信息從第一個目的地經由第三個傳輸媒質發送到第二個傳輸媒質。
27.權利要求26的系統，其中第二個下行信息通過第4個傳輸媒質從第一個傳輸媒質尋址到第二個目的地；以及所述的第二個上行信息通過所述的第4個傳輸媒質從第二個目的地發送到第二個傳輸媒質。
28.權利要求19的系統，其中總帶寬包括一個時間範圍。
29.權利要求18的系統，進一步包括第一個時鐘控制的開關，它將第一個下行信息尋址到第一個目的地，以及第二個時鐘控制的開關，它將第二個下行信息尋址到第二個目的地。
30.在一個通信系統中復用帶寬的方法包括以下步驟在第一個帶寬段內從一個節點發送下行信息到第一個目的地；在一個相應的至少一個其它的帶寬段內，從所述的節點發送下行信息到至少一個其它的目的地；以及在所述的至少一個其它的帶寬段中的一個內從所述的第一個目的地發送上行信息到所述的節點。
31.權利要求30的方法，其中所述的帶寬段是頻率段。
32.權利要求31的方法，其中所述的第一個帶寬段和所述的所述的至少一個其它帶寬段中的一個相隔一個頻率段。
33.權利要求30的方法，其中所述的帶寬段是時隙段。
34.權利要求33的方法，其中所述的第一個帶寬段和所述的所述的至少一個其它帶寬段中的一個相隔一個時隙。
35.權利要求30的方法，其中所述的下行信息至少部份地在一個共享的傳輸媒質上發送的。
36.權利要求30的方法，其中所述的上行信息至少部份地在一個共享的傳輸媒質上發送的。
全文摘要
在一個將總帶寬分成多個段的系統中重複使用帶寬的方法和裝置,該方法包括以下步驟:在第一個帶寬段內發送第一個下行信息;在第二個帶寬段內發送第二個下行信息;將在第一個帶寬段內發送的第一個下行信息尋址到第一個目的地;將在第二個帶寬段內發送的第二個下行信息尋址到第二個目的地;在一個用於下行發送的不同於第一個帶寬段的帶寬段內,從第一個目的地發送第一個上行信息。
文檔編號H04J1/10GK1190296SQ97125350
公開日1998年8月12日 申請日期1997年12月4日 優先權日1996年12月5日
發明者陸曉林(音譯) 申請人:美國電報電話公司