按照一种宽带传输技术设计的面向宽带的数据流的无绳传输方法

摘要

按照本发明的方法,面向宽带的数据流,特别是面向ATM的数据流,无绳地通过从属于一个中央宽带通信装置(ZKE)的一个基础装置(BE),借助于一个无绳传输装置(UE),被传输到从属于至少一个分散的宽带通信装置(DKE1…3)的接入装置(AE1…3)上。从而为高比特率传输设计的宽带应用,通过传输媒体“无线电通道”是可以经济地实现的。

说明书

在开发新的宽带服务-也称为多媒体服务-的日益增长的用户认可以及技术进步导致了在已经存在的，也就是说已经安装的通信网上对宽带传输资源的需求的增长。特别是用户接入网-ACCESS网络-的技术和结构，由于市场需求的变化、通信市场的自由化和它的技术进步而受到影响。现实提供的多媒体服务可以分为私人的和商务的应用。商务应用的重点是在通信领域，并且在提供为此而要求的传输资源情况下，保证语言和数据的可靠传输，例如对于一个“联网”或进行一个视频会议。对于私人应用的例子如“视图予付”(“Advancedpay per view”)-APPV-，”视频点播“-VOD-，视频游戏，电子的，交互的信息或培训以及电子金融交易-例如电话购物，电话银行业务，旅行登记-以及电子通信-例如视频电话或在家上班-数据网存取。为了使多媒体服务有效地和经济地提供并且传输给用户，要求一个宽带的通信网，特别是一个宽带的用户接入网。

在电信报导(Telecom Report)第17号(1994)第五期中“多媒体终端-至-终端-产品战略”的第190至193页中说明了一个为提供多媒体服务设计的宽带通信网。这个宽带通信网被分为一个用户区(CPE)，一个用户访问区(ACCESS)和一个核心网(CORE)。在私人用户范围有各种终端机。一般娱乐服务(Unterhaltungsdienste)和信息服务需要通过电视机(TV)。其它的来自金融交易领域的服务-例如电话银行业务是通过个人计算机进行的。为了使多媒体服务的利用通过电视机或计算机成为可能，这些必须具备附加功能，例如数据信号的解压，包括转换成所要求的输出信号(例如PAL)以及网络信号化和提供一个用户友好的操作接口。对于现实的电视机这些功能是通过一个一般被称为“机顶盒”的装置实现的。置顶盒也可以直接集成在电视机中。置项盒有另外的接口，例如对于红外-遥控，声频信号-输出，智能卡和操纵器。

网络终端-NT-将用户接入网-ACCESS网络-与用户装置分开，并且将在屋内的各种电缆与一个唯一的传输部件连接。在用户接入网上的最重要的传输部件是光纤/同轴混合技术-HFC-和光纤环路技术-FITL。混合的光纤同轴-接入网络-HFC-使用一个电缆电视网-CATV-与光纤技术-LWL-连接，此时一根光纤导线传送给供应范围约为200至400的用户。在该供应范围内的用户装置用树状结构通过同轴电缆被连接在一起。通过这种用户接入网所有的服务均被预备好并且被传送。信息的传输是以模拟方式通过传输媒体载波调制完成的。此外数字信号-例如语言，“视频点播”，游戏等，-首先借助于一种调制方法转换为模拟信号-例如通过64倍的正交调幅QAM-和随后在一个载波信号上调制。用这种方法例如在一个8MHz的PAL通道上可以达到传输率约为40Mbit/s。这种传输技术的优点是使现代化服务，如未来的多媒体服务与模拟分布电视的低价并存。

先纤环路-FITL-方法是建立在数字化基带传输基础上的。在此光纤是在使用无源光学网络-PON-条件下被传输给4至50个用户。用户装置是经铜双芯电缆与光学网络装置-ONU-星形地连接在一起的。通过这种连接技术除了传统的电视分配以外的所有服务-例如语言，交互视频和数据-被数字化地传输。

核心网络-CORE-一方面将一个用户访问区-ACCESS-与交换系统相连接，并且另一方面将交换系统相互连接。多媒体服务对交换系统提出了各种极不相同的要求。对于私人和商务领域的大量流入的数字化信息必须柔性地和有效地经过核心网络被传输出去。将等时的(isochrone)或脉冲串式的，单向的，不对称的或双向的连接同时交换，异步转送方式技术ATM在交换和传输技术中代表了关键技术。

通过电信，消费电子，电子数据处理EDV和娱乐领域的融合，和通过因此而产生的促进引入一个宽带基础建设，特别是在用户接入领域-ACCESS网络-必须将已经存在的通信网进行现代化以及扩展和安装新的宽带通信网。

本发明的基本任务是，将已经存在的通信网，尤其是将用户接入网特别简单和经济地扩展成为提供附加的宽带服务。此任务是通过权利要求1的特征解决的。

按照本发明方法的主要观点，为了在一个中央宽带通信装置和至少在一个分散宽带通信装置之间，传输按照一个宽带传输技术设计的面向宽带的数据流在于，通过从属于中央宽带通信装置的一个基础装置，借助于一个无绳的传输装置，将面向宽带的数据流无绳地传输给从属于至少一个分散的宽带通信装置的一个接入装置上。

本发明的优点是，通过面向宽带的数据流经过传输媒体“无线电通道”传输，建立在高比特传输率上的宽带服务以及宽带应用，以简单的，也就是说用经济的方法是可以实现的。现代化的多媒体服务不用高昂的费用就可以被引入到已经敷设好的光缆以及铜缆上。此外，通过无绳地引入提供高数据传输率的宽带传输技术，经过用户接入网到最终用户，可加速经济地提供附加的宽带服务，如交互的多媒体服务，在线服务或“视频点播”以及宽带数据服务-例如LAN连接和高比特率的数据服务。

由至少一个分散的宽带通信装置，传送到从属于这个的接入装置的面向宽带的数据流，借助于一个无绳传输装置，无绳地传送到从属于中央宽带通信装置的基础装置上-权利要求2。通过将面向宽带的数据流由分散的宽带通信装置传送到中央宽带通信装置-“上行方向”-通过传输媒体“无线电通道”，尤其可以使高比特率的，交互的，也就是说指定一个反向通道的宽带服务，例如国际互联网的接入和视频基础上的服务得以实现。这样就可以放弃至今为止使用的窄带传输媒体“电话线”  作为反向通道-例如通过一个ISDN连接。

按照一个优异的结构，中央宽带通信装置，至少一个分散的宽带通信装置以及面向宽带的数据流是按照同步数字分级结构(SDH)-权利要求3-或按照异步转送方式(ATM)-权利要求4-设计的。通过将已经存在在宽带通信网上，特别是在核心网上，成功地使用的传输技术的集成不必要为高比特率的交换和传输开发新设计的装置；更多的是可以将已经提供使用的和已经成熟的装置以及仪器家族不需要大的花费就可以被匹配到传输媒体“无线电通道”上-例如通过代表OSI-参考模型的层1(物理层)的比特传输系统的匹配。

优异的是输入到和无绳地被传输到一个基础装置上以及一个接入装置上的面向宽带的数据流，借助于一种调制方法被转换为模拟信号。随后将模拟信号在传输装置中被转换为无线电信号。同样，在一个传输装置中将输入的无线电信号被转换为模拟信号，和该模拟信号在基础装置以及在接入装置上借助于一个解调方法被解调，并且转换为面向宽带的数据流-权利要求5。为了使网络经营者使一个简单的网络规划成为可能，并且达到无线电频率范围的有效利用，对信噪比-SNR-要求小的调制方法被用于面向宽带的数据流的调制，以及接收信号的解调。按照一个优异的结构，调制方法和解调方法是通过一个四倍相移键控-QPSK-权利要求6，有时用超外差接受实现的。

按照一个另外的优异结构，调制方法和解调方法是通过一种二倍幅移键控-ASK，-权利要求7，(有时用直接放大接收)或是通过一种格码调制-TCM-用八倍-相移键控-8PSK实现的-权利要求8，其中具有最大误比特率为10^-10的面向宽带的数据流被无绳传输-权利要求10。

为了提高被传输的面向宽带的数据流的传输安全性和抗干扰性，在基础装置上以及在接入装置上生成冗余数据用于提前误差修正，和补充给在基础装置以及在至少一个接入装置上输入的和无绳传输的，面向宽带的数据流。在无绳传输的，面向宽带的数据流中出现的“比特误差码”借助于冗余数据被修正-权利要求11。通过使用前向误差修正，在信噪比-SNR方面的改善达到5dB，从而无线电网络规划被进一步简化。

优异的是为具有比特率为155Mbit/s的面向宽带的数据流的无绳传输，安排一个频率范围为37和39.5GHz之间的无线电信号-权利要求12。为此所需要的电路部件是作为MMIC单片微波集成电路，用砷化镓或磷化铟技术已经可以商业供应了。此外，由于8mm的短波长，特别是可以实现适合的，也就是说很紧凑的天线。

为了将面向宽带的数据流无绳传输给至少一个分散的宽带通信装置，安排了具有第一个频率的无线电信号，和为了将面向宽带的数据流无绳地传输给一个中央宽带通信装置，安排了具有第二个频率的无线电信号-权利要求16。从而用优异的方式在传输媒体“无线电通道”上同时提供一个来到和返回通道，这样就实现了交互的多媒体服务。

按照本发明方法的一个另外的优异结构，由至少一个分散的宽带通信装置向中央宽带通信装置无绳传输的面向宽带的数据流是按照TDMA存取方法传输的-权利要求19。

优异的是调制方法，解调方法，无线电信号的频率，以及传送功率和传输装置的接收灵敏度是这样确定的，在具有误比特率为10^-10的面向宽带的数据流的无绳传输时达到最大有效距离为500米-权利要求20。不仅从属于基础装置而且从属于接入装置的传输装置用最大为100mW发送。当基础装置连续地发送无线电信号时，只有一个用户装置同时发送无线电信号，从而在用户接入范围内不会超过无线电功率200mW。

按照本发明方法的另外的优异结构从另外的权利要求中获悉。

下面按照本发明方法的一个实施例借助于两个附图被进一步地叙述。其中表示

附图1在一个方框图上一个具有无绳传输媒体“无线电通道”的ATM通信网和

附图2在一个按照附图1的ATM通信网上为了发送和接收数据所必要的发送和接收单元。

附图1在一个方框图上表示了具有一个无绳传输媒体“无线电通道”的，按照异步转送方式-ATM-设计的ATM通信网，通过该网代表多个用户装置的分散的ATM通信终端装置DKE1...3是与一个中央宽带通信装置ZKE连接在一起的。中央宽带通信装置ZKE表示一个ATM交换装置，并且是与一个基础装置BE连接在一起的，在其上连接一个无绳传输装置UE。无绳传输装置UE也可以是基础装置BE的集成部件。基础装置BE和无绳传输装置UE构成了一个一般被称为基站BS的单元。基站BS在空间上是安排在一个无线电区域FB内的中心，其中从属于分散的ATM-通信终端装置DKE1...3的分散的无绳传输装置DUE1...3与基站BS的传输装置UE有一个直视连接。基站BS例如可以集成在一个公众街道上的一个照明装置上。

每个分散的ATM-通信终端装置DKE1...3是各自与一个接入装置AE1...3相连接的，在其上与一个无绳传输装置DUE1...3连接在一起。无绳传输装置DUE1...3可以是接入装置AE1...3的组成部件。从属于接入装置AE1...3的无绳传输装置DUE1...3的天线A有很强的方向性和是瞄准基站BS的并且是这样设计的，传输装置DUE1...3与基站的距离达到500米。

在这个实施例中无绳的ATM通信网代表了一个建立在ATM-传输技术上的电视分配网，例如它除了其它以外提供交互的宽带服务“视频点播“。从代表一个ATM-交换装置的中央宽带通信装置ZKE向基站BS传输的数据-例如视频-或多媒体数据-以及从ATM单元构成的ATM-数据流，在基础装置BE中为点到多点传输作准备，随后在无绳传输装置UE中被转换成为代表传输媒体“无线电通道”FK的无线电信号并且传输给单个的分散的传输装置DUE1...3-其中被称为“下行方向”。从基站BS以及从无绳传输装置UE，通过无线电通道FK连续地发送具有第一频率和比特率为155.52 MBit/s的ATM单元，和在从属于分散的ATM通信终端装置DKE1...3的传输装置DUE1...3上被接收。传输率155.52Mbit/s对应于传输容量为80个按照视频质量压缩标准MPEG1编码的电视通道。在用户一侧，在接入装置AE1...3上，对于各自的ATM通信终端装置DKE1...3有关的数据以及ATM单元是通过对在ATM单元信头中所包含的信息的分析进行选择的。私人数据的保护，这些数据通过多次存取至少在物理上同等地提供给所有用户，在这里与移动电话一样是得到保证的。分散的ATM通信终端装置DKE1...3，在这个实施例中代表了各自的一个ATM机顶盒，借助于它在接入装置AE1...3中选择的ATM单元被转换为视频-或TV-信号以及为了选定或要求TV数据-例如电视通道-将所必须的控制信号转换为ATM单元。由ATM-通信终端装置DKE1...3向基站BS的数据传输-其中被称为“上行”方向-发生在第二个频率情况下一例如一个从属的相邻频率。按照TDMA存取方法，各个ATM通信终端装置DKE1...3在此前由基站BS分配的时隙内传送应发送的数据以及ATM单元(Zellen)。从来不可以多于一个ATM通信终端装置DKE1...3同时在发送。在叙述过的无绳通信网上可以与基站BS连接128个ATM通信终端装置DKE1...3，此时，总传输容量155Mbit/s，根据要求被分配给ATM通信终端装置DKE1...3。一个ATM通信终端装置DKE1...3可以被提供的传输容量可以达到50Mbit/s。

基础装置BE和从属的无绳传输装置UE以及安装在用户方的接入和传输装置AE1...3，DUE1...3主要的结构是相同的。下面借助于在基站BS上安装的发送-和接收单元，代表所有的接入和传输单元AE1...3，DUE1...3详细地叙述面向宽带的数据流的发送和接收-见附图2：

一个由中央ATM交换装置ZKE向基础装置BE传送的ATM数据流ds被传送到调制单元MO，此时，由中央ATM交换装置ZKE发送出来的ATM数据流，在这以前在一个没有示出的单元传送部件(Zelltransporteinheit)中被准备成一个点到多点传输。被准备好的ATM数据流通过一个在调制单元MO中已经实现的调制方法-例如4倍相移键控QPSK-被转换为适合于转换为无线电信号的模拟信号。QPSK-调制的信号-以下被称为发送信号qs-随后在一个中间频率-转换单元ZUE中被转换为一个中间频率，以便调整在发送-和接收频率之间的准确的双工距离(Duplexabstand)。双工距离以及频率差是标准化的并且在实施例中叙述的系统中被调整为1.26GHz。被转换的发送信号zs，被继续传送到传输装置UE，并且借助于在那里安装的一个高频转换单元HFU与高频带混频，也就是说被转换为一个高频的发送信号hs。为此，在一个振荡单元OE中形成的载波信号t被传送给高频转换单元HFU。由于经济上的原因例如振荡单元OE可以按照单一振荡器方案设计并且通过一个本机振荡器来实现。高频发送信号hs通过一个在传输装置UE中安装的放大器单元V-例如功率放大器-放大到最大功率20dBm(100mW)，被传送给一个发送-和接收予选器(Weiche)以及分频器DP-也被称为双工器，并且通过一个天线A发送给ATM通信终端装置DKE1...3。对于基础站BS例如使用一个弱聚束的喇叭形发射器作为天线A。在用户方安装的传输装置DUE1...3是用强聚束的抛物面反射镜构成的。在传输装置UE，DUE1...3中进行的发送-和接收工作是用同样的天线A进行的。发送-和接收信号hs，he通过在传输装置UE中安装的分频器DP被分开。一个被接收的高频信号he被传送给一个最佳的，低噪声的前置放大器，没有示出，在那里被放大和通过一个转换单元NFU被转换为一个模拟的，低频的信号ne。低频信号ne被传送给基础装置BE和在那里在一个放大器中-没有示出-经过进一步的放大被传入一个解调单元DMO，此时低频的和例如借助于幅移键控ASK调制的信号ne被解调，并且被转换为一个面向宽带的数据流de。被接收的面向宽带的数据流随后经过单元传送部件继续传送给中央ATM交换装置ZKE。

为了选定适合无线电信号的频带以及选定适合的调制方法，在实现无绳通信网时，在相关无线电网的简单的可计划性情况下的廉价的可提供性代表了重要的判据。

在选定一个适合的频带时，必须考虑国际组织的频率占用计划-特别是通过CEPT。对于在实施例中叙述的无绳ATM通信网所要求的带宽，用低频在GSM-，DECT-和CDMA-系统中是不能实现的，因而只能用较高的频率传输。由CEPT安排了对于地域固定的系统频率范围为22.0...29.5GHz，37.0...39.5GHz，40.5...42.5GHz(多点视频播送)和54.25...66.0GHz。由于经济上的原因对于那些相对以高批量生产的系统经证实，尽可能低的频率范围是合适的。因为频率范围为38GHz左右已经有作为MMIC’S的重要的部件-单片微波集成电路-用砷化镓或磷化铟工艺可以提供商业应用了，对于在实施例中所叙述的无绳ATM通信网被选定为37.0至39.5GHz。在波长为8mm的这个频率范围内天线A可以很紧凑地被实现。这样，用户天线例如用大小为一种白炽灯150W的反射器就可以实现。这种天线A与为卫星-TV接收设计的抛物面反射镜相反可以不引人注意地被插入街道形象中。在不久的未来也可以用商业提供的60GHz频率范围作为MMIC’S的所有的重要部件。频率范围在22.0至29.5GHz之间对工艺的要求较少，然而目前它在很少国家内是可用的。

为使无绳通信网经营者在无线电频率方面使简单的网络计划和有效的资源利用成为可能的要求，主要决定了调制方法的选定。特别是使用一个对干扰不敏感的调制方法，它此外尽可能地在频谱方面是高效率的。考虑到这些要求，在所叙述的无绳通信网中，在下行方向建议使用具有混频接收的QPSK调制方法。QPSK调制方法对信噪比SNR提出很少的要求。使用一种混频接收方法的优点是数据传输的抗干扰性。在上行方向用直接放大接收的两级的ASK作为调制方法是优异的。直接放大接收使对单个数据流的节拍短的同步时间成为可能，因为与混频接收相反，不要求在这以前按照载波频率的节拍的同步。为了进一步提高无绳传输的抗干扰性，在调制方法中附加地使用前向误差修正FEC-用虚线注明的。这样例如就用一个程序段编码，它可以修正每个ATM-单元达到8个误差，信噪比的改善可以达到5dB。

与在实施例中叙述的，在一个ATM-通信网上的宽带无线电接入以及无线电通道FK提供给网络经营者使用ATM-通信网的廉价的ATM-通信终端装置DKE1...3的接入。附加地这种无线电接入在很短的时间内可以实现，因为省掉了电缆和导线铺设的费用以及时间。