一種wifi適配器及使用該適配器的數字電視信號分發系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種WIFI適配器及使用該適配器的數字電視信號分發系統。所述的WiFi適配器包括有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊。所述的有線數字電視信號接收模塊包括：（A）QAM信號接收模塊、（B)網絡傳輸部件、（C)主控及數據處理單元。所述的無線路由交換模塊包括：以太網交換處理芯片、依次與以太網交換處理芯片連接的多個以太網信號變壓器和多個LAN（局域網）接口和1個WAN（廣域網）接口、WiFi處理芯片、與所述WiFi處理芯片連接的無線信號收發天線。本實用新型將有線數字電視業務擴大到各種手持、便攜式移動設備，大大方便了家庭用戶的使用。
【專利說明】—種WIFI適配器及使用該適配器的數字電視信號分發系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數字電視網絡傳播，尤其涉及ー種WIFI適配器及使用該適
[0002]配器的數字電視信號分發系統。
【背景技術】
[0003]隨著下一代廣播網絡(NGB)建設的推進，有線數字電視網絡將逐漸完成寬帶、雙向化改造。在傳統的標清、高清直播數字電視業務仍然保留的前提下，具備交互能力的標清和高清的視頻點播(VOD)業務將成為數字電視業務的主流。直播和點播視頻節目通過位于網絡邊緣的IPQAM調制器向同軸電纜分配網進行傳輸。多個下行視頻節目流由IPQAM調制器組合為若干個復用的傳輸流后，在若干經信道編碼和QAM調制后的物理信道中傳輸。終端一般為支持QAM解調和信道解碼的機頂盒，該機頂盒從指定的頻點解調出信號，然后從中取出指定業務ID的節目流進行播放。這要求每個機頂盒都必須具備有線數字電視信號接收和信道解碼相關的硬件。而當前家庭用的許多其他的具備視頻播放功能的設備，例如臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦和智能手機等，都不具備QAM信號接收和解調硬件。這導致這些設備無法享受有線電視運營商通過同軸電纜網絡提供的直播和互動數字電視業務。
[0004]家庭終端享受數字電視業務還有另外的途徑，那就是以OTT為代表的網絡電視。此種情況下數字電視內容由云端服務器通過互聯網、骨干網和用戶接入網送給家庭內的各種數字電視終端設備。這種情況下，用戶可以接收的視頻內容的速率將最終受到家庭接入帶寬的限制。目前，除了基礎通信設施特別發達的國家和地區之外，城市家庭互聯網接入帶寬一般不超過IOMbps ;此種情況下，如果家庭內有1-2個終端設備通過互聯網同時觀看平均碼率為4-5Mbps的高清數字電視節目，就會出現因接入帶寬不足導致的節目播放不流暢或者Internet數據業務受到嚴重影響的狀況。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是針對上述現有技術存在的缺陷，提出ー種WIFI適配器
[0006]及使用該適配器的數字電視信號分發系統。
[0007]本實用新型提出的WIFI適配器包括有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊，其中，
[0008]所述的有線數字電視信號接收模塊包括:
[0009](A) QAM信號接收模塊，由射頻輸入端子、信號分配電路、多路由下變頻、QAM解調、糾錯解碼部分構成的信道解碼子模塊構成；
[0010](B)網絡傳輸部件，由以太網交換處理芯片、變壓器、以太網物理接ロ端子構成；
[0011](C)主控及數據處理単元，由傳輸流解復用子模塊、碼流解擾子模塊、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成；
[0012]所述的無線路由交換模塊包括:[0013](A)以太網交換處理芯片；
[0014](B)依次與以太網交換處理芯片連接的多個以太網信號變壓器和多
[0015]個LAN (局域網)接口和I個WAN (廣域網)接ロ；
[0016](C)WiFi處理芯片，通過ー個介質無關接ロ(MII)與以太網交換處理芯片相連；
[0017](D)與所述WiFi處理芯片連接的無線信號收發天線；
[0018]所述的有線數字電視信號接收模塊通過網線，或者通過差分線對直接與所述以太網交換處理芯片連接，所述無線路由交換模塊的WAN端ロ連接到接入網的用戶終端設備。
[0019]所述的以太網交換處理芯片可采用小型/家用辦公(SOHO)用的路由交換芯片，該芯片有若干網絡端ロ通過介質相關接ロ(MDI)連接到變壓器和RJ45接ロ端子，其中ー個端ロ為廣域網(WAN)接ロ，通過該接ロ連接到家庭寬帶接入終端設備，其他接ロ為局域網(LAN)接ロ。
[0020]所述路由交換芯片內置或者通過MII接ロ與ー個CPU連接，該CPU為連接到無線路由交換模塊的各個WiFi工作站主機和主機分配IP地址，同時實現對以太網交換處理芯片的控制。
[0021]所述的主控及數據處理単元可采用網絡處理器、數字信號處理器(DSP)或者高性能的通用處理器。
[0022]所述的主控及數據處理単元與所述網絡傳輸部件中的以太網MAC層電路一體設計。
[0023]本實用新型還提出一種使用上述WiFi適配器的數字電視信號分發系統，包括與有線電視網絡連接的同軸電纜；設置在同軸電纜接入口處的WiFi適配器；和與WiFi適配器進行無線通訊的無線終端；所述的WiFi適配器由有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊組成，其中，
[0024]所述的有線數字電視信號接收模塊包括:
[0025](A) QAM信號接收模塊，由射頻輸入端子、信號分配電路、多路由下變頻、QAM解調、糾錯解碼部分構成的信道解碼子模塊構成；
[0026](B)網絡傳輸部件，由以太網交換處理芯片、變壓器、以太網物理接ロ端子構成；
[0027](C)主控及數據處理単元，由傳輸流解復用子模塊、碼流解擾子模塊、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成；
[0028]所述的無線路由交換模塊包括:
[0029](A)以太網交換處理芯片；
[0030](B)依次與以太網交換處理芯片連接的多個以太網信號變壓器和多
[0031]個LAN (局域網)接口和I個WAN (廣域網)接ロ；
[0032](C)WiFi處理芯片，通過ー個介質無關接ロ(MII)與以太網交換處理芯片相連；
[0033](D)與所述WiFi處理芯片連接的無線信號收發天線；
[0034]所述的有線數字電視信號接收模塊通過網線，或者通過差分線對直接與所述以太網交換處理芯片連接，所述無線路由交換模塊的WAN端ロ連接到接入網的用戶終端設備。
[0035]本實用新型提出了 ー種將數字電視信號由同軸電纜轉WiFi適配器的設計思路。它將來自同軸電纜網絡的經QAM調制的直播或者點播數字電視碼流通過WiFi(IEEE.802.lla/b/g/n等標準)信道向家庭數字電視終端設備進行分發。該適配器可以是ー個獨立的設備，也可以是家用WiFi路由器或者數字電視智能終端的一個功能模塊。它可以從同軸電纜網絡接收和解調多個頻點的QAM調制信號，從中解析出若干個數字電視節目碼流，并通過基于WiFi的上層傳輸協議向各個家用的、具備WiFi工作站模塊的數字電視終端設備(智能手機、平板電腦、筆記本電腦等，以下稱為WiFi數字電視終端)進行轉發。
[0036]本實用新型的應用將使得同軸電纜通過WiFi向其他本來沒有同軸電纜物理接ロ的電子設備進行延伸。安裝這種裝置之后，在家庭WiFi信號所覆蓋的范圍之內，其他WiFi數字電視終端，將能夠通過WiFi作為“中繼”接收到有線數字電視信號，這樣可以很方便地移植原來只有有線數字機頂盒才具備的數字電視和點播電視等軟件，從而享受有線電視運營商提供的直播和點播數字電視業務。
[0037]與互聯網電視相比，由有線電視運營商所提供的數字電視內容已經通過同軸電纜網絡到達了用戶家庭，因此通過本發明由WiFi轉送出來的信號速率將不受家庭互聯網出ロ帶寬的限制，而只受本地WiFi物理帶寬的限制；而當前基于IEEE.802.11/g/n標準的WiFi設備之間的數據通信速率可以達到54Mbps或者320Mbps，完全可以滿足同時為多個WiFi數字電視終端傳輸多套高清數字電視節目的要求。
[0038]隨著本實用新型的應用，有線數字電視運營商的潛在數字終端用戶的數量將因為各種手持、便攜式設備的加入而大大増加；同時，各種具備WiFi工作站、顯示屏和音頻處理硬件的家用消費電子設備，將得以增加各種豐富的數字電視應用，特別是高清互動點播應用，且這些應用的用戶體驗可以達到與使用有線數字電視智能機頂盒基本一致的水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1是本實用新型提出的WiFi適配器的系統構成圖；
[0040]圖2是使用圖1所示WiFi適配器的數字電視信號分發系統示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖和實施例對實用新型進行詳細的說明。
[0042]如圖1所示，本實用新型提出的WiFi適配器由有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊兩大部分構成。
[0043]有線數字電視信號接收模塊包括:(A) QAM信號接收模塊，由射頻輸入端子和信號分配電路，加上多路由下變頻、QAM解調、糾錯解碼等部分構成的信道解碼子模塊構成；(B)網絡傳輸部件，由以太網MAC層電路，以太網物理層電路、變壓器、以太網物理接ロ端子構成；(C)主控及數據處理単元，由傳輸流解復用子模塊、碼流解擾子模塊(可選)、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成。如果所選用的主控及數據處理単元(可以是網絡處理器、DSP或者高性能的通用處理器)包含以太網MAC層電路，則無需外置MAC電路。
[0044]無線路由交換模塊包括:(A)以太網交換處理芯片(MAC/物理層交換)，該芯片一般包括多個LAN (局域網)接口和I個WAN (廣域網)接ロ ；(B)多個以太網信號變壓器和物理接ロ ；(C)WiFi處理芯片(MAC/基帯/射頻處理芯片)，可以采用IEEE.802.lla/b/g/n標準；(d)無線信號收發天線等部分。WiFi處理芯片通過介質相關接ロ MII (實際可采用IEEE802.3 100BASE-T)與以太網交換芯片相連。[0045]有線數字電視信號接收模塊用超5類或者6類網線通過RJ45端子連接到無線路由交換模塊，也可通過差分線對直接連接到無線路由交換模塊的某個LAN端ロ ；后ー種連接方式可以節省傳輸變壓器。
[0046]無線路由交換模塊的WAN端ロ連接到接入網的用戶終端設備，例如ADSL用戶端、線纜調制解調器、光網絡終端(ONT)等。
[0047]WIFI適配器工作原理如下:
[0048]A.有線數字電視信號接收模塊
[0049]有線數字電視信號接收模塊完成如下功能:對一路或者多路來自同軸電纜的QAM調制信號進行接收；完成數字電視碼流的解復用/解擾(可選)/再復用；將所需要的數字電視碼流進行IP封裝和向WiFi數字電視終端進行傳輸；實現與各個WiFi數字電視終端之間的管理控制協議。
[0050]QAM信號接收模塊在主控及數據處理單元的控制之下完成QAM調制信號的接收。該模塊首先對信號進行下變頻，即通過混頻和濾波將載頻處于105MHz?862MHz的射頻信號下變頻到36MHz左右的中頻；下變頻模塊的本振頻率由主控及數據處理單元設置。中頻信號經過AD變換、載波恢復、符號時鐘恢復、QAM解調、去交織、RS糾錯解碼、去隨機化和MPEG幀成形處理還原為MPEG-2傳輸流即TS幀(每個幀長度為188字節，以幀識別符即PID標識)，通過高速串行接ロ送給主控和數據處理単元處理。因為不同的數字電視終端所需要接收的數字電視信號可能處于不同的載頻，因此QAM信號接收模塊需要信號分配電路和多個信道解碼子模塊。
[0051]主控和數據處理単元由傳輸流解復用子模塊、碼流解擾子模塊(可選)、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成，完成傳輸流解復用/解擾(可選)/再復用、碼流封裝、網絡協議棧、管控協議處理等功能。傳輸流解復用部分負責接收解調模塊傳來的多路MPEG-2傳輸流數據，從中解析出ー個或者多個數字電視節目碼流。碼流解擾部分將加擾的節目碼流還原為透明的節目碼流，如采用，其解擾算法應與數字電視前端系統對碼流加擾的算法對應(由于碼流加擾算法一般采用DVB-CSA算法進行，導致解擾過程比較復雜，因此在本裝置中完成節目碼流的解擾，可以降低WiFi數字電視終端的復雜程度并節省其功耗)。碼流再復用子模塊對節目碼流的PID (包識別符)進行置換，或者解析出所需要節目相關信息(在直播應用下需要的EPG信息)。碼流封裝模塊將傳輸流解復用/再復用模塊產生的傳輸流封裝成為IP包，即以每I?7個TS包為單位，封裝為UDP數據報，然后傳遞給網絡協議棧子模塊進行傳輸。網絡協議棧子模塊完成TCP/IP協議所需處理，它通過MII接ロ與媒體訪問控制(MAC)層電路通信實現MAC幀收發；后者可以是主控和數據處理単元內置的電路，也可以是外部的芯片。管控協議處理子模塊實現與各個WiFi數字電視終端的管理控制通信協議，根據協議處理結果該子模塊會對解調和信道解碼、傳輸流解復用/再復用、碼流封裝等子模塊的工作參數(例如需要解調的QAM信號的頻率、調制方式、符號率，傳輸流解復用/再復用模塊需要接收的節目的ID，碼流封裝模塊所產生的數據報的源、目的IP地址和端口號等)進行控制，或者向WiFi數字電視終端發送節目列表、電子節目指南等業務相關信息(SI)。主控和數據處理単元的數據傳輸和協議處理采用同一個IP地址，該地址一般由無線路由交換模塊的主控CPU通過DHCP協議進行分配；該地址也是各個WiFi數字電視終端與本適配器通信的唯一目的IP地址；WiFi數字電視終端通過設備發現協議獲得該地址。
[0052]B.無線路由交換模塊
[0053]無線路由交換模塊實現各種數據包在有線數字電視信號接收模塊、各個WiFi數字電視終端以及Internet之間的路由和交換。該模塊由以太網交換處理芯片(MAC/ PHY交換電路)，主控CPU，WiFi處理芯片(MAC/基帶/射頻處理電路)和若干變壓器、網絡物理接ロ等構成。
[0054]以太網交換處理芯片一般可以選用小型/家用辦公(SOHO)用的路由交換芯片，該芯片有若干網絡端ロ通過介質相關接ロ(MDI)連接到變壓器和RJ45接ロ端子。其中ー個端ロ為廣域網(WAN )接ロ，通過該接ロ連接到家庭寬帶接入終端設備(ADSL用戶端、光網絡単元0NU、線纜調制解調器等)，其他接ロ為局域網(LAN)接ロ。路由交換芯片還通過ー個介質無關接ロ(MII)連接到WiFi處理芯片(MAC/基帶/射頻處理電路)；以太網交換處理芯片還應內置或者通過MII接ロ連接到ー個CPU，該CPU要實現DHCP (動態主機配置協議)月艮務器功能，為連接到無線路由交換模塊的各個WiFi工作站主機和主機分配IP地址，同時實現對路由交換芯片的控制。WiFi處理芯片也可以選用專用芯片，它完成IEEE802.11 WLAN協議，以太網MAC，2.4G/5.8G射頻處理，功率放大(信號發送)和低噪聲信號放大(接收)等功能，外接ー個拉桿天線完成信號收發。
[0055]C.通信協議
[0056]為了實現直播和點播數字電視應用需求，有線數字電視信號接收模塊的主控和數據處理単元和各個WiFi數字電視客戶端之間需要實現ー套通信協議，該協議要求雙方傳遞ー系列的消息。這些消息分為設備發現、綜合管控、直播管控、點播管控、碼流傳輸等類。其具體用途、描述發送和接受者、包類型和基本內容如下表所示:
[0057]
【權利要求】
1.ー種WiFi適配器，其特征在于所述的適配器包括有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊，其中， 所述的有線數字電視信號接收模塊包括: (A)QAM信號接收模塊，包括射頻輸入端子、信號分配電路、多路由下變頻、QAM解調、糾錯解碼部分構成的信道解碼子模塊； (B)網絡傳輸部件，由以太網交換處理芯片、變壓器、以太網物理接ロ端子構成； (C)主控及數據處理単元，由傳輸流解復用子模塊、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成； 所述的無線路由交換模塊包括: (A)以太網交換處理芯片； (B)依次與以太網交換處理芯片連接的多個以太網信號變壓器和多個局域網接口和1個廣域網接ロ； (C)WiFi處理芯片，通過ー個介質無關接ロ與以太網交換處理芯片相連； (D)與所述WiFi處理芯片連接的無線信號收發天線； 所述的有線數字電視信號接收模塊通過網線，或者通過差分線對直接與所述以太網交換處理芯片連接，所述無線路由交換模塊的WAN端ロ連接到接入網的用戶終端設備。
2.如權利要求1所述的WiFi適配器，其特征在于:所述的主控及數據處理單元還包括碼流解擾子模塊。
3.如權利要求1所述的WiFi適配器，其特征在于:所述的以太網交換處理芯片采用小型/家用辦公用的路由交換芯片，該芯片有若干網絡端ロ通過介質相關接ロ連接到變壓器和RJ45接ロ端子，其中一個端ロ為廣域網接ロ，通過該接ロ連接到家庭寬帶接入終端設備，其他接ロ為局域網接ロ。
4.如權利要求3所述的WiFi適配器，其特征在于:所述路由交換芯片內置或者通過MII接ロ與ー個CPU連接，該CPU為連接到無線路由交換模塊的各個WiFi工作站主機和主機分配IP地址，同時實現對路由交換芯片的控制。
5.如權利要求1所述的WiFi適配器，其特征在于:所述的主控及數據處理単元采用網絡處理器、DSP或者高性能的通用處理器。
6.如權利要求5所述的適配器，其特征在于:所述的主控及數據處理単元與所述網絡傳輸部件中的以太網MAC層電路一體設計。
7.ー種使用權利要求1所述WiFi適配器的數字電視信號分發系統，包括與有線電視網絡連接的同軸電纜；設置在同軸電纜接入口處的WiFi適配器；和與WiFi適配器進行無線通訊的無線終端；其特征在于，所述的WiFi適配器由有線數字電視信號接收模塊和無線路由交換模塊組成，其中， 所述的有線數字電視信號接收模塊包括: (A)QAM信號接收模塊，包括 射頻輸入端子、信號分配電路、多路由下變頻、QAM解調、糾錯解碼部分構成的信道解碼子模塊； (B)網絡傳輸部件，由以太網交換處理芯片、變壓器、以太網物理接ロ端子構成； (C)主控及數據處理単元，由傳輸流解復用子模塊、碼流再復用子模塊、碼流封裝子模塊、網絡協議棧子模塊、管理控制協議處理子模塊組成；所述的無線路由交換模塊包括: (A)以太網交換處理芯片； (B)依次與以太網交換處理芯片連接的多個以太網信號變壓器和多個局域網接口和I個廣域網接ロ； (C)WiFi處理芯片，通過ー個介質無關接ロ與以太網交換處理芯片相連； (D)與所述WiFi處理芯片連接的無線信號收發天線； 所述的有線數字電視信號接收模塊通過網線，或者通過差分線對直接與所述以太網交換處理芯片連接，所述無線路由交換模塊的WAN端ロ連接到接入網的用戶終端設備。
【文檔編號】H04N21/43GK203457263SQ201320421670
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年7月16日 優先權日:2013年7月16日
【發明者】王新兵 申請人:王新兵