專利名稱：電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法
技術領域：
本發明是一種利用層次多維頻率方法，經過重復的層次調制將多個待調制的數據(信號頻率)分別調制到指定的頻率軸、頻率層次和指定頻率上，經過線性疊加，構成層次多維頻率調制波，經過電信部門的銅質雙絞線雙向傳輸，再經過線性分支，選頻放大、檢波濾波，將原始信息還原出來的新的信息傳輸方法。
大量事實表明，網絡速度慢和收費高是我國Internet發展的兩大障礙。很多用戶在尋求一種上網速度快而性能價格比高的上網方式。用戶接入網(從本地電話局到用戶之間的部分)是電信網的重要組成部分，是電信網的窗口，也是信息高速公路的“最后一英里”(the last mile)。但用戶接入網仍以銅線為主，成為現代電信網的瓶頸。Internet技術的快速發展使網絡上傳送的視頻音頻及高清晰度影像等多媒體數據越來越多，這些信息以可怕的速度吞噬著有限的信道帶寬資源，因此傳統的接入網必須向高帶寬化發展。作為新的寬帶接入手段，光纖接入網是電信網中最先進的接入網技術。然而電信公司耗費巨資鋪設的龐大的雙絞線銅纜網不可能全部被光纜所取代，因而在現有的銅雙絞線上開發的數字用戶線(xDSL)接入技術，成為電信公司占領接入網市場的主要接入技術。
ADSL是一種高速的Internet解決方案，它使用世界上用得最多的普通電話線作為傳輸介質。傳統的電話線傳輸，它只使用了0～4KHz的低頻段，而電話銅線理論上有接近2MHz的帶寬，ADSL正是使用了26KHz以后的高頻帶才提供了如此高的速度。然而，即便是接近2MHz的帶寬，其頻率資源仍然是十分有限的。
本發明的目的是提供一種提高電信網絡的傳輸能力，增加基帶的寬度，提高傳輸速度的電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法。
本發明的方案是采用層次調制的方法，經過重復的層次調制將多個待調制的數據(信號頻率)分別調制到指定的頻率軸、頻率層次和指定頻率上。這個指定的頻率就是一個載波，這樣一個經過多層次調制的載波就不是一個頻率的概念了，而是層次多維頻率的概念，即一個載波可以對應有很多層次多維的頻率，他在頻道一定和帶寬一定的情況下，經過多層次和多維的頻率利用，傳輸的信息量將是十分巨大的。將被調制的載波電信網絡上傳輸，在接收端，通過線性分支器，選頻放大器和檢波濾波器，將各個數據還原出來。
其具體方案采用層次調制的方法將多個待傳輸的信號頻率經過重復的逐層調制，分別調制到指定的頻率軸、指定的頻率層次和指定的頻率上，再將被調制的載波直接或數字化后通過電信網進行雙向傳輸，在接收端，利用“剝離器”，采用線性接收，帶通濾波器(如選頻放大器)，逐層將層次多維頻率剝離出來，最后經檢波濾波還原出原數據(信息)。采用層次調制方法將許多待調制的頻率分別調制到指定的調制層次和指定的頻率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即將若干個待調制的頻率f1(1)至f1(k1)用調制器將它們逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第一層調制的f2(1)至f2(k2)，再將分別調制后的頻率f2(1)至f2(k2)經過調制器將它們再次逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第二層調制的f3(1)至f3(k3)，以此類推經過n-1次的層次調制形成第n層調制的fn(1)至fn(kn)。調制后的頻率fn(jn)大于等于調制前被調制頻率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待調制的頻率有“k”個，即f1(1)至f1(k)，在1至k個頻率中的第j個頻率是f1(j)。相對原頻率第n層調制的頻率即為fn(1)至fn(k)，第j個頻率在n層的調制結果fn(j)。采用的調制器為調幅波調制器或調頻波調制器或調相調制器或頻率幅度兼調調制器。系統的接收采用剝離器，即采用線性接收，帶通濾波，檢波濾波，分層剝離。本發明的優點在于這一方法使層次多維頻率同時使用在一個給定的頻率上。
這一方法完全不同于一般意義上的頻分復用的概念，使用這一方法可以在保持一定帶寬和一定傳輸速率的前提下，大幅度提高信息的傳輸能力，特別是在解決單信道中大幅度提高信息傳輸能力的前提下，可以使給定的一個傳輸通道傳輸很多門電話或數據，使得只需要有限的通道就可以滿足人們對寬帶、網絡速度的需求。采用調制(解調)、復用(解復用)技術，在目前的條件下，器件比較便宜，性能也可靠，電濾波器可以設計為高效的、近乎理想的多點濾波器。整個設計方法，電路簡單。
由于本發明極大地增加了頻率資源，在頻率資源十分富裕的情況下，我們就可以修改現有頻率的分配方案，擴大頻段和頻道到的帶寬，從而提高信息傳輸的速度，從更高層次上提高電信網絡的使用效率。
這一方法，在無需修改任何現有協約和網絡結構，只是在電信公司的線路出口和用戶的電話線路入口各加一臺調制解調器的情況下，即可在電訊公司與最終用戶間架起一座高速通道。最關鍵的是它可以使用遍布全球的超過6億條的銅制雙絞線，對于提供電信服務的公司來說，他們不用再需要為更換線路投入天文數字的資金，他可以為用戶提供更多的網上服務，而且能帶來很好的經濟效益。對于已經安裝了電話的用戶，互聯網上的多媒體服務不在是想象中的事了，可以上網上點播各種視頻音頻節目、參加視頻會議、在家里享受遠程教育。實施這一技術，可以大大降低通信領域基礎設施建設的強度和資金的投入，形成全新的電信網絡的信息傳輸系統，對加速信息化進程和推進信息產業的發展將是一個重大的突破。
圖1為傳統的電話線傳輸、基于ADSL技術電話線傳輸和基于層次多維技術的電話線傳輸的原理示意圖。
圖1a為傳統電話線頻率資源的利用。
圖1b為ADSL系統對頻率資源的利用。
圖1c、1d為層次多維頻率資源的利用。
圖2為層次多維頻率的構造和信息還原的原理圖。
圖3為傳統電話用戶線路網絡及層次多維頻率構造的調制器與剝離器的配置位置。
圖4為m條頻率軸中第k一條頻率軸上的載波fa、fb……fn同時對data1、data2、……datan進行處理和模擬傳輸的示意圖之2。
圖5為m條頻率軸中第k一條頻率軸上的載波fa、fb……fn同時對data1、data2、……datan進行處理和傳輸的示意圖之3。
圖6為m條頻率軸中第k一條頻率軸上的載波fa、fb……fn同時對data1、data2、……datan進行處理和數字傳輸的示意圖以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
如圖1a所示，基于傳統的電話線的信息傳輸，它只使用了0～4KHz的低頻段，還有4KHz-2G Hz的帶寬沒有使用。圖1b表示利用了ADSL技術，使用了26KHz以后的高頻帶，并將26KHz～1.1MHz頻帶以4K的寬度分為25個上行子通道和249個下行子通道。圖1c、圖1d表示利用層次多維頻率技術形成多層次的車輛和立體的交通，從而增加信息的流量。
由于公路的寬度有限(0MHz-2GHz)，在這有限的路寬上能夠劃分出來的通道就非常有限，劃分的通道越多，單個通道的寬度就越窄，傳輸速度越低。因此，在現有的情況下或未來對信息量需求增大的情況下，不是感到因為頻道資源不夠造成的業務不能滿足要求，就是感到信息傳輸的速度跟不上。
我們采用層次多維頻率方法，即采用層次調制方法將許多待調制的頻率分別調制到指定的調制層次和指定的頻率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即將若干個待調制的頻率f1(1)至f1(k1)用調制器將它們逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第一層調制的f2(1)至f2(k2)，再將分別調制后的頻率f2(1)至f2(k2)經過調制器將它們再次逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第二層調制的f3(1)至f3(k3)，以此類推經過n-1次的層次調制形成第n層調制的fn(1)至fn(kn)。調制后的頻率fn(jn)大于等于調制前被調制頻率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待調制的頻率有“k”個，即f1(1)至f1(k)，在1至k個頻率中的第j個頻率是f1(j)。相對原頻率第n層調制的頻率即為fn(1)至fn(k)，第j個頻率在n層的調制結果fn(j)(圖2)。
目前，ADSL使用的調制器有QAM、CAP和DMT。DMT本質上就是多頻頻分復用技術，他0-1.104MHZ頻帶分割為256個由頻率指示的正交子信道(每個子信道占用4KHz帶寬)，輸入信號經過比特分配和緩存，將輸入數據劃分為比特塊，經TCM編碼后再進行512點離散傅利葉反變換將信號變換到時域，這時比特塊將轉換成256個QAM子字符。隨后對每個比特塊加上循環前綴(用于消除碼間干擾)，經數據模變換和發送濾波器將信號送上信道。在接收端則按相反的次序進行接收解碼。
按照層次多維頻率技術，在26KHZ-1.104MHz頻帶上，按照每個子信道占用4KHz帶寬進行構造，在一維頻率軸上所能安排的信道為270，在二維和三維上，則所能安排的信道分別為1.12×104和6.99×104；按照每個子信道占用30KHz帶寬進行構造，在一維頻率軸上所能安排的信道為35，在二維和三維上，則所能安排的信道分別為224和284。
表1在一維、二維和三維頻率軸上支持的用戶數的對比
圖3指示了在傳統電話用戶線路網絡及層次多維頻率構造的調制器與剝離器的配置位置。
圖4為我們方案的構架之示意1。
(1)振蕩器A與隔離器1、隔離器2、……隔離器n組成了一個載波。
(2)振蕩器1與視頻信號或語音信號組成了調制器1，調制器1的輸出與振蕩器A又組成了調制器2，振蕩器2與視頻信號或語音信號組成了調制器3，調制器3的輸出與振蕩器A又組成了調制器4，……。
(3)將調制器2、調制器4、……，調制器n的輸出頻率進行線性疊加。
需要滿足的條件為振蕩器A的振蕩頻率應大于等于3倍的調制器1、調制器2、……，調制器n中輸出的最高頻率。
(4)將若干個載頻經過線性疊加，經過電信網絡傳輸，進入與線性疊加相對應的線性分支器，將線性疊加的語音信號分路處理。
(5)選頻放大器1、選頻放大器3、……、選頻放大器m，進行第一次選頻，選頻放大器2、選頻放大器4、……選頻放大器n進行第二次選頻，兩次選頻放大的目的就是增加選頻放大的效果。
(6)經過檢波濾波器還原出視頻信號或語音信號。
圖5為我們方案的構架之示意2，表示了在m條頻率軸中的某一頻率軸上的某一個頻率上的n個層次的頻率資源層次的的復用方法。這樣我們可以形象化地認為是利用一個載波同時傳輸data1、data2、……、datan，也可以利用其他頻率的載波同時傳輸視頻信號或語音信號1、視頻信號或語音信號2、……視頻信號或語音信號n。
本項發明同時提出基于層次多維頻率的數據壓縮方法。
如圖6所示，對于data1、data2、……、datan為數字信息，他們可以是經過壓縮處理的。圖示的虛框第一部分增加層次多維頻率形成部分，將載波fa、fb……fk數字化，即經過模數轉換，這種模數/數模轉換方式有多種，技術比較成熟。再將經過模數轉換得到的數字信息壓縮發送，經過電話線傳輸。在虛框的第二部分，經過數模變換，層層剝離，進行信息還原。
本發明的接收系統的關鍵點是在接收端利用“剝離器”，對層次多維頻率調制波采用線性接收，帶通濾波器(如選頻放大器)，逐層將層次多維頻率剝離出來，最后經檢波濾波取出數據(信息)。
其具體的實施例如下為了證明上述的設計方案，我們進行了m條頻率軸中第k一條頻率軸上的載波fa同時對data1、data2、……、datan進行處理和傳輸樣機研制。
振蕩器產生的振蕩頻率為1.4MHz，振蕩器1、振蕩器2、振蕩器3、振蕩器4產生的振蕩頻率分別為100KHz、150KHz、200KHz、250KHz。data1、data2、data3、data4為可以為視頻信號也可以為音頻信號。
data1調制在100KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上；data2調制在150KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上；data3調制在200KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上；data4調制在250KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上；1.4MHz調制波都滿足100KHz、150KHz、200KHz、250KHz調制波中的最大值的3倍。
再將data1調制在100KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上形成的調制波與data2調制在150KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上形成的調制波，data3調制在200KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上形成的調制波，以及data4調制在250KHz上形成的調制波再調制在1.4MHz上形成的調制波進行線性疊加。
將1.4MHz載波(1)直接，(2)數字化后在電信網絡中進行雙向傳輸。
選頻放大器1和選頻放大器2分進行兩次選頻選出100KHz的頻率；選頻放大器3和選頻放大器4分進行兩次選頻選出150KHz的頻率，選頻放大器5和選頻放大器6分進行兩次選頻選出200KHz的頻率；選頻放大器7和選頻放大器8分進行兩次選頻選出250KHz的頻率。(6)經過100KHz的頻率、150KHz的頻率、200KHz的頻率和250KHz的頻率的檢波濾波分別還原出data1、data2、data3和data4。
權利要求
1．一種電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法，其特征在于采用層次調制的方法將多個待傳輸的信號頻率經過重復的逐層調制，分別調制到指定的頻率軸、指定的頻率層次和指定的頻率上，再將被調制的載波直接或數字化后通過電信網進行雙向傳輸，在接收端，利用“剝離器”，采用線性接收，帶通濾波器，逐層將層次多維頻率剝離出來，最后經檢波濾波還原出原數據。
2．根據權利要求1所述的電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法，其特征在于層次調制的方法，即采用層次調制方法將許多待調制的頻率分別調制到指定的調制層次和指定的頻率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即將若干個待調制的頻率f1(1)至f1(k1)用調制器將它們逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第一層調制的F2(1)至f2(k2)，再將分別調制后的頻率f2(1)至f2(k2)經過調制器將它們再次逐個調制在分別對應指定的任一個頻率上，形成第二層調制的f3(1)至f3(k3)，以此類推經過n-1次的層次調制形成第n層調制的fn(1)至fn(kn)，調制后的頻率fn(jn)大于等于調制前被調制頻率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。
3．根據權利要求1或2所述的電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法，其特征在于采用的調制器為調幅波調制器或調頻波調制器或調相調制器或頻率幅度兼調調制器。
4．根據權利要求1所述的電信網絡中層次多維頻率傳輸方法其特征在于采用剝離器，即采用線性接收，帶通濾波，檢波濾波，分層剝離。
全文摘要
電信網絡中層次多維頻率的傳輸方法是一種將多個待傳輸的信號頻率疊加在一體進行傳輸的方法,采用層次調制的方法將多個待傳輸的信號頻率經過重復的逐層調制,分別調制到指定的頻率軸、指定的頻率層次和指定的頻率上,再將被調制的載波直接或數字化后通過電信網絡進行雙向傳輸,在接收端,利用“剝離器”,采用線性接收,帶通濾波器(如選頻放大器),逐層將層次多維頻率剝離出來,最后經檢波濾波還原出原數據(信息)。
文檔編號H04M11/06GK1305305SQ0110801
公開日2001年7月25日 申請日期2001年1月5日 優先權日2001年1月5日
發明者閭國年, 朱燦生, 袁惠仁, 葉春, 吳平生 申請人:南京師范大學, 朱燦生, 袁惠仁, 吳平生