在有线电视系统中构筑双向载波通道的方法 本发明涉及一种同轴电缆网络系统，特别是涉及一种在有线电视系统中构筑双向载波通道的方法。
有线电视系统因其极宽的频带有望成为信息高速公路的载体而引起了人们的广泛关注，但因其网络的树枝型结构造成回传噪声的漏斗效应以及难以实现网络的控制管理等问题，从而使其双向交互功能难以实现。由于有线电视的分布地域广阔，规模也在不断地快速膨胀，各地又往往采取分级就地供电的方式，再加上同轴电缆传输特性随温差变化较大，使现有网络的故障率持续偏高，而现有的系统功能又仅限于单向下行方式，因此造成有线电视网络无从了解系统中各部分的工作状态，更无法自动进行监控。这个问题正严重地困扰着各有线电视台网。若以现有的技术实现双向交互式业务，就必须在上/下行信号中各划出一段来专门传递信道的管理控制指令，而上行信道回传噪声地干扰又始终无法解决，因此就从根本上制约了双向交互式业务在现有同轴电缆网络中的开发应用。
本发明的目的是利用有线电视系统的同轴电缆网络，提供一种在有线电视系统的上/下行射频之外再搭建一条双向载波通道，来实现双向传输网络管理控制信令的方法。
本发明的目的是这样实现的，该载波通道是在有线电视系统中构筑一条比有线电视上/下行射频信号频带低的低频载波通道，该低频载波通道是通过在有线电视上/下行射频器件的接口处接入低频滤波构件实现的。所述的低频滤波构件是由滤波器构成的，其滤波器的截止频率应低于有线电视上行射频信号的最低频率。
由于网络系统的回传干拢噪声多数都是毫伏级的，此时低频载波可以采用大幅度的信号，从而使毫伏级的干扰噪声对其影响甚小。在具体应用时可采取分段方式，使需要低频载波传输的距离缩短，并使在每一段内的低频载波都可以不经过放大等中间环节，从而保证了信号传输的可靠性。具有结构简单、实施方便、工作可靠、成本低廉等优点。
图1为本发明的低频滤波构件的基本组成框图；
图2为本发明在有线电视系统中应用的一个具体实施方式方框图；
图3为本发明的低频滤波构件在具体应用中的一个基本电路原理图。
下面结合附图详细叙述本发明的具体实施方式：
目前有线电视系统采用的同轴电缆的传输信号频带均为0～1000MHz以上，而有线电视射频器件可实现的带宽约为5～1000MHz。我们就利用尚未采用的0～5MHz频段构筑一个低频载波通道。从有线电视的现有系统结构可划分为下行射频信号频带、上行射频信号频带及交/直流供电通路。其供电通路是一个过流型的低通滤波器(有些只是扼流线圈)。我们通过在有线电视上/下行射频器件(3)的接口处接入一个低频滤波构件(10)，就可以在保证通过电流能力的同时，又开辟出一段低频载波信号频带。所述的低频滤波构件(10)是由滤波器构成的，该构件因在电视网络系统中的实际应用位置不同，其具体结构也有所不同，如不需要供电通路而只需要低频载波通道时，该构件仅用一个低通滤波器f1(4)再联接一个高通滤波器f2(6)，同时应满足：上行射频信号的最低频率＞f1＞f2；当既需要过流电路又需要低频载波通道时，可在上述的低通滤波器f1(4)与高通滤波器f2(6)之间的连接点再并联一个电源低通滤波器f3(5)，同时满足：上行射频信号的最低频率＞f1＞f2＞f3。上述的低通滤波器f1(4)是为了隔离射频信号而提取低频载波及供电电流，高通滤波器f2(6)是为了从低频载波与供电电流中提取出低频载波，电源低道滤波器f3(5)是为了隔离低频载波且接通供电支路。对于需要两个以上接口接该低频载波通道时，可在上述结构原理的基础上进行合理扩展。
图2是一个加入低频载波通道的有线电视器件联接框图。这里的有线电视器件可以是有源器件，也可以是无源器件。为有效隔离供电电流及低频载波，可在有线电视上/下行射频器件(3)的接口上加入一个高通滤波器(2)。下面结合图2简要叙述上/行射频信号、供电电流及低频载波的工作流程：
1、上/下行射频信号的工作流程：来自上一级网络结构(1)的射频信号经上/下行射频信号高通滤波器(2)进入有线电视上/下行射频器件(3)中进行放大或分配等处理后，再经上/下行射频信号高通滤波器(11)传入下一级网络结构(12)。
2、供电电流的工作流程：当连接器J1连通时，供电电流直接经低通滤波器f1(4)、连接器J1、低通滤波器f1(4)为下一级网络结构(12)供电，同时供电电流还可经电源低通滤波器f3(5)、转换开关K为本级的电源装置供电。当电源装置为供电器时，供电电流可经转换开关K、电源低通滤波器f3(5)为系统供电。当连接器J1不连通时，供电电流经低通滤波器f1(4)、电源低通滤波器f3(5)、转换开关K向电源装置供电。此时如果连接器J2是连通的，则再经电源低通滤波器f3(5)经低通滤波器f1(4)送出为下一级网络结构供电。如果连接器J2是不连通的，则供电只到本级为止。如果电源装置为供电器，当连接器J2不连通时，则可由转换开关K决定向任一支路方向供电；当连接器J2是连通的，则向两个支路方向同时供电。这里供电电流所走的路线是为了将上级网络结构(1)与下级网络结构(12)之间的低频载波信号隔离开，以便实际应用时在网络中灵活地划分低频载波段。3、低频载波信号的流程：(a)、当连接器J1不连接时，来自上一级网络结构的低频载波信号经低通滤波器f1(4)、高通滤波器f2(6)，再进入调制解调器(7)进行解调后将数据送入处理器(8)中。处理器(8)识别数据如果是给自已的则存贮起来，如果不是则不理会；在给自已的数据中如果有的是需要处理器(8)向下一级继续传送的，则处理器(8)将该数据送入调制解调器(9)中调制后再经高通滤波器f2(6)、低通滤波器f1(4)传往下级网络结构(12)。处理器(8)如果有数据往回传递，则将该数据送入调制解调器(7)调制后经高通滤波器f2(6)、低通滤器f1(4)回传到上一级网络结构。这种情况适用于两段低频载波通道之间的数据传输。(b)、当连接器J1连通时，上一级网络结构(1)传来的低频载波经低通滤波器f1(4)，一路直接经连接器J1、低通滤波器f1(4)进入下一级网络结构(12)；另一路经高通滤波器f2(6)、通过解调后进入处理器(8)(过程同上)。此时可以去掉一个高通滤波器f2、调制解调器支路(这种情况适用于一个低频载波信号段内除该段与其它段的衔接点器件之外的其它器件)。由于低通滤波器f1(4)是为了隔离射频信号而提取的低频载波及供电电流，因此其结构应采用LC或LCR型低通滤波器，利用其电感支臂通过电流；电感线圈的线径应决定于供电电流的大小。电源低通滤波器f3(5)是为了隔离低频载波而通过供电电流给电源装置，其电感支臂的线径也应由供电电流决定。
具体实施时，上/下行射频信号高通滤波器(2)、(11)的截止频率应由国家标准所确定的上行信号最低频率决定，通常选定为5MHz。低通滤波器f1(4)、高通滤波器f2(6)和电源低通滤波器f3(5)的截止频率具体数值可根据各滤波器所能达到的水平决定，同时要使各个频率之间的影响最小。在具体元件参数的选择上除要考虑供电电流的因素外还要考虑耐压参数。以下我们提供一组具体参数：f1＝1MHz；f2＝40KHz；f3＝10KHz；
本发明所述低频滤波构件的一个具体电路原理已由图3给出。图中a、b两端分别与上、下级网络结构相接，c、d之间接有电视射频器件。因有线电视射频器件的种类、型号众多，这里不画出具体器件。e和f应接调制解调器及处理器系统，因这两种器件可选用不同型号且有现成产品，这里也不给出其具体形式。9接电源装置。转换开关可为单刀双掷开关。图中C1、C2、L1和C3、C4、L2组成两个5MHz的T型高通滤波器，C1＝C2＝C3＝C4≈430PF，L1＝L2≈2.4uH；L3、C5以及L4、C6组成两个1MHz的倒L型过流低通滤波器，L3＝L4≈12uH，C5＝C6≈2.1nF，C7、L5以及C8、L6组成两个倒L型的40KHz高通滤波器，C7＝C8≈54nF，L5＝L6≈300uH；L7、C9以及L8、C10组成两个10KHz的倒L型过流低通滤波器，L7＝L8≈1.2mH，C9＝C10≈210nF。
现有的有线电视网络从结构上看都是为5MHz以上的单向或双向射频信号而设计的，如要引入低频载波通道技术，则需要对网络结构进行适当的调整和改进。低频载波通道技术虽然开通了一个低频频带(在实际电路中我们取40KHz～1MHz)，但对于有线电视系统来讲这一点带宽是远远不够的。另外，由于距离、中间路由等问题也决定了低频波通道的传输范围不可能过大。因此我们对低频载波通道采取由前到后，逐级分段的结构，在每一段中都是一个独立的低频载波通道，而段与段之间对于低频载波而言是隔离的。这样每一段都可以充分利用全部的低频载波频带。两相邻段的低频载波通道之间的数据传输，可通过它们之间衔接点内的处理器进行接力。这样既可以使段内的低频载波畅通无阻，也可使段与段之间紧密地接起来，从而使整个网络联接成一个有机的整体。
由附图可知，各器件内基本上都设有处理器，而低频载波通道实际上就是各处理器之间通信的通道。考虑到有线电视系统控制的特点，在一个低频载波通道段内，各处理器之间应选用主/从工作方式，即以与上一段连接的衔接点的处理器为主处理器，段内的其它器件的处理器为从处理器，从处理器是与主处理器之间进行数据交换。通信方式可选用单工或双工方式。对于整个网络来说，前端的计算机将对网络的管理指令传给第一段，然后从前到后，一段一段地接力，直到该指令到达目的地为止。同样如果网络中某个器件要向前端发回某种回答或请求时，信令亦能经相反过程到达前端。
从前面介绍的情况来看，低频载波通道技术应用于小型有线电视系统中是比较合适的。因为如果将其应用于大型系统中，则需要许多中间低频载波段进行接力，既增加了联网的难度，又大大地降低了效率和可靠性。而在HFC网络中，由于每个光节点覆盖的范围越来越小，有的已将光节点设在500户以下的水平，这样在每个光节点范围内的低频载波段只需要铺设二到三级即能满足要求，从而使数据传输的效率和可靠性大大提高。随着近几年HFC网络技术的不断完善，必然会给低频载波通道技术的开发利用提供一个极为广阔的发展前景。
低频载波通道实际上是在有线电视的上/下行频带之外开设的第三条频带，各个器件都相当于并联在低频载波通道上，因此它没有方向上的限制，这为设计及应用带来了极大的方便。这里我们设定的低频载波带宽为40KHz～1MHz，在实际应用时可针对不同情况灵活运用。需要的速率较高时频带可以设定得宽一些，而需要的速率较低时可以窄一些。当然这必须是在充分考虑是否对其它信号带来影响的情况下。也可以把低频载波频带划分成若干部分，在开发某一种功能时占用一部分，开发另一种功能时再占用一部分，等等。同时因低频载波通道技术原理简单、频率低、可采用普通元器件等优点，而使其有望成为一种物美价廉的技术。
低频载波通道技术使我们可以比较容易地建立起有线电视网络管理系统。我们可以一级一级、一段一段地从干线开始，到支干线，再到用户分配网络，最后到达用户端。有了低频载波通道以后，再配以适当的软、硬件，我们就可以建立起网络管理系统，实现网络的实时监控、各器件运行参数的调整，从而大大地降低网络的故障率，提高可靠性。如果低频载波通道已达到用户分支器一级，则可以通过在用户分支器的分支出口设置射频开关的方法来达到是否为用户提供信号服务的目的。随着低频载波通道延伸到用户端，我们用它可以将用户收视情况、视频点播及以后开通电话时的电话号码等等信息传递出来，又可以将前端的回答传回用户端。如果用户要求视频点播服务，我们可以从低频载波通道中根据用户想要点播的具体节目，在前端审查其资质后利用空闲的某个频点播放该节目，同时通过低频载波通道告诉该用户的接收机需使用的频点、解码方式、密匙等。对于电话等双向通讯服务，前端在知道用户所要拨打的目的地号码、数据类型等以后，就可以指定通讯双方的收发频率、编解码方式、载波电平等具体参数，这样通信系统的交换与控制管理就不难实现了。