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Dokumentenidentifikation DE69637055T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000727883
Titel Netzwerksystem für Informationsaustausch, zentrale Kontrolleinrichtung für Informationsaustausch und in dem System verwendete Einrichtung für Informationsaustausch, Verfahren zum Senden von Information und Verfahren für Modulation
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Kobayashi, Hiroshi, Minato-ku, Tokyo 105, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 80333 München
DE-Aktenzeichen 69637055
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.02.1996
EP-Aktenzeichen 961019049
EP-Offenlegungsdatum 21.08.1996
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H04B 10/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04L 12/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Informationskommunikations-Netzwerksystem, das auf einem baumförmigen Informationskommunikations-Netzwerk, das durch ein bidirektionales CATV dargestellt wird, oder einem sternförmigen Informationskommunikations-Netzwerk, das durch ein optisches Fasersystemnetzwerk (auch „FTTH" (fiber to the home) genannt) dargestellt wird, aufgebaut wird, um gleichzeitig einen verbindungslosen Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikations-Netzwerkdienst und/oder ebenfalls einen Telefon- und Datendienst der verbindungsorientierten Art ähnlich einem LAN (Local Area Network) zu erreichen, eine zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung und Informationskommunikations-Terminals, die beide bei diesem Informationskommunikations-Netzwerk verwendet werden, und außerdem auf ein Informationsübertragungsverfahren und Informationsmodulationsverfahren.

Die jüngste Popularität von Personal-Computern (hier nachstehend einfach „Computer" oder „PC" genannt) ist sehr bemerkenswert. Die Verwendung dieser Computer dehnt sich schnell auf hochwertige Informationskommunikations-Dienste, wie beispielsweise einen sogenannten PC-Online-Dienst und das Internet aus, ganz zu schweigen von ihrer herkömmlichen Verwendung als einzelne Computer-Einheiten. Die gegenwärtig verfügbaren Mittel zum Verbinden von allgemeinen Teilnehmern mit einem derartigen PC-Online-Dienst und dem Internet ist lediglich eine analoge Telefonleitung der verbindungsorientierten Art oder eine schmalbandige ISDN-Digitalleitung. Die analoge Telefonleitung kann lediglich einen Dienst mit einer Übertragungsrate von 2,4 kbps bis 28,8 kbps über Modems bereitstellen, während das schmalbandige ISDN lediglich einen Dienst mit einer Übertragungsrate von 16 kbps oder 64 kbps bereitstellen kann. Diese Begrenzung wird zu einem großen Engpass beim Empfangen oder Genießen von hochwertigen Informationskommunikations-Diensten, wie beispielsweise Zugreifen über ein Netzwerk auf Information wie Dokumente mit Multimedia-Technologie, die in letzter Zeit bemerkenswerte Fortschritte macht.

In einem begrenzten Nutzungsbereich innerhalb Gebäuden oder in einem LAN ist Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikation mit einer Rate von 10 Mbps oder schneller mit einem verbindungslosen LAN verfügbar, sodass eine derartige Informationskommunikation von großen Firmen zu kleinen oder mittleren Firmen weit verbreitet ist. Es gibt jedoch kein spezifisches Mittel, das ermöglicht, einen dem LAN entsprechenden verbindungslosen Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikationsdienst als einen der öffentlichen Informationskommunikations-Dienste im Heim zu verwenden, und die Entwicklung und praktische Verwendung derartiger spezifischer Mittel werden stark nachgefragt.

Um einen verbindungslosen Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikationsdienst als einen öffentlichen Informationskommunikationsdienst mit niedrigen Kosten zu verwirklichen, ist es unbedingt erforderlich, für den Dienst benötigte Kommunikationsressourcen geeigneter und effizienter bereitzustellen. Hinsichtlich der letzten bemerkenswerten Entwicklung von Server-Klientensystemen ist es typisch, dass ein Klient-Computer in einem Server gespeicherte Information wiederherstellt. In diesem Fall sei bemerkt, dass die Kommunikation eine asymmetrische Übertragung ist, wobei die Menge von Information, die abwärts zu einem Klient-Computer von dem Server übertragen wird, viel größer als die Menge von Information ist, die aufwärts zu dem Server von dem Klient-Computer transferiert wird. Bei dem Ethernet, das eine typische Art von LAN ist, wird beispielsweise von einem Terminal übertragene Information an alle Terminals gesendet. Wenn dieses Übertragungssystem direkt als ein öffentlicher Informationskommunikations-Dienst verwendet wird, wird Information auf einer Aufwärts-Übertragungsleitung, die von einem Klienten übertragen wurde, direkt auf Abwärts-Übertragungsleitungen übertragen. Dieses System verschwendet demgemäß die Kommunikationsressourcen der Abwärtsübertragungsleitung. Dies bedeutet, dass die auf dem LAN-Gebiet kultivierte Technologie nicht direkt auf öffentliche Informationskommunikations-Dienste angepasst werden kann.

Zugriffsystem-Netzwerke, die Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikationsdienste mit einer Übertragungsrate von 10 Mbps oder schneller als öffentliche Informationskommunikations-Dienste benutzen können, umfassen ein sogenanntes CATV-Netzwerk, das in den USA sehr verbreitet ist und von dem erwartet wird, dass es sich in Japan ebenfalls verbreitet, ein HFC (hybrid fiber and coaxial), das durch Ersetzen eines Teils des CATV-Netzwerkes mit einem optischen Fasersystem verwirklicht wird, und ein optisches Fasersystem-Netzwerk (FTTH: fiber to the home), von dem erwartet wird, dass es bald in praktischen Gebrauch gebracht wird. Die Technologien, die auf diese Netzwerke angepasst werden können, sind bedeutsam beim schnellen Erreichen der erwähnten Dienste.

Was diesen Netzwerken gemein ist, ist die Verwendung von baumförmigen oder sternförmigen bidirektionalen Übertragungsleitungen, die in Aufwärts-Übertragungsleitungen und Abwärts-Übertragungsleitungen getrennt sind (Leitungen können physikalisch getrennt sein, oder die gleiche Leitung kann durch Frequenzen oder Wellenlängen getrennt sein), wie in 1 und 2 gezeigt ist. Es ist ebenfalls bedeutsam, dass die Technologien die Leistungen dieser Übertragungsarten berücksichtigen sollten.

Wenn ein Telefon- und Datendienst der verbindungsorientierten Art zur gleichen Zeit bereitgestellt werden kann, wenn der oben erwähnte verbindungslose Dienst erreicht ist, kann eine Geschäftsfirma, die beabsichtigt, diese Dienste zu präsentieren, die Anzahl von Computer-Kommunikationsbenutzern und die Anzahl von Telefonbenutzern ohne doppelte Investitionen erhöhen. Es kann daher erwartet werden, dass Benutzer beide Übertragungsdienste mit niedrigen Kosten empfangen können, und dass ein neuer Dienst durch mit Telefonen verknüpfte Computer, sodass beispielsweise Benutzer, die eine Telefonkommunikation durchführen, gleichzeitig dieselbe Information durch Computer sehen können, möglich gemacht wird.

Um einen verbindungslosen Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikationsdienst in einem baumförmigen oder sternförmigen Netzwerk bereitzustellen, sollten verschiedene Sachen, wie beispielsweise Fairness, kein verlorenes Paket, hohe Geschwindigkeit und hoher Durchsatz, eindringendes Aufwärts-Rauschen, schlechte Qualität der Abwärts-Übertragung, lange Netzwerklänge und Informationsleckage, bewältigt werden.

Das Attribut „Fairness" hat Computern eine akzeptable Übertragungserlaubnis als Informationskommunikations-Terminals zu geben, wo immer sie in einem Netzwerk lokalisiert sind. In einem Konkurrenzsystem, wie CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection), das beim Ethernet verwendet wird, kann beispielsweise der folgende Fall auftreten, wenn sich die Pegel von kollidierten Signalen bedeutend voneinander in einem vorbestimmten Zugriffssteuerverfahren unterscheiden. Wenn Signale mit hohem Pegel kollidieren, wird die Kollision nicht erfasst, und ein Paket wird das Ziel ordnungsgemäß und unzerstört durch die Kollision erreichen. Wenn Signale mit niedrigem Pegel kollidieren, wird andererseits die Kollision erfasst und ein Paket zerstört, und ein Computer versucht ein erneutes Senden, sodass es schwierig wird, die Übertragungserlaubnis zu erhalten. Der Unterschied zwischen diesen Signalpegeln wird durch die Position der Verbindung eines Computers mit der Übertragungsleitung oder der chronologische Änderung in der Ausgangsvorrichtung verursacht, sogar wenn die Pegel des von dem Computer ausgegebenen Signals gleich sind. Ein Computer, der mit der Position einer großen Dämpfung verbunden ist, oder ein Computer, dessen Ausgangssignale gedämpfte Pegel aufgrund der chronologischen Änderung in der Ausgangsvorrichtung aufweist, ist gegenüber anderen Computern im Nachteil.

Das Attribut „verlorenes Paket" kann auftreten, wenn ein empfangenes Paket viele Bitfehler enthält, sodass die Senderadresse nicht unterschieden werden kann, und der Empfänger nicht von dem Sender verlangen kann, das Paket nochmals zu senden. Genauer gesagt versucht der Sender ein nochmaliges Senden, wenn es keine Antwort von dem Empfänger gibt, wenn eine vorgegebene Zeit (z.B. 30 Sekunden) abgelaufen ist. Dieses Phänomen verschlechtert den Durchsatz erheblich.

Das Attribut „hohe Geschwindigkeit und hoher Durchsatz" gibt beispielsweise das Ethernet (maximale Länge von 2,5 km) an, das eine Übertragungsrate von 10 Mbps und höhere Durchsatzkennlinien als das herkömmliche CSMA-System aufweist. Diese Leistung sollte ebenfalls auf einer Übertragungsleitung mit einer erheblichen langen Netzwerklänge (maximale Länge von etwa 15 km oder mehr), ähnlich der von CATV, gezeigt werden.

Das Attribut „eindringendes Aufwärts-Rauschen" ist eine elektromagnetische Welle (Rauschen) ähnlich einem privaten Band, das aufwärts von einem am Ende eines Koaxialkabels bereitgestellten Verbinder auftritt, wenn der Verbinder offen oder lose ist. Da derartige Geräusche bei einzelnen Abschnitten auftreten, die zusammenzumischen sind, steigt der Rauschpegel an, womit schließlich die Qualität der Aufwärts-Übertragung verschlechtert wird.

Das Attribut „schlechte Qualität der Abwärts-Übertragung" bedeutet, dass die der Abwärts-Übertragung zugeordnete Rauschumgebung vorübergehend oder dauerhaft schlecht wird. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Kabel etc. an einer alten etablierten Stelle aufgrund chronologischer Verwendung beschädigt wurden, sodass es wahrscheinlich ist, dass Rauschen von außen eintritt, oder der Rauschindex des Trunk-Verstärkers zum Kompensieren der Signaldämpfung schlecht wird, oder wenn eine riesige Interferenzquelle, wie beispielsweise Radar, in der Nähe lokalisiert ist, sogar wenn Kabel neu sind.

Das letzte Attribut „Informationsleckage" bedeutet, dass es keine Möglichkeit zum Abgreifen und unautorisierter Verwendung von Information gibt, weil die abwärts zu übertragenden (rundzusendenden) Signale durch jeden Computer empfangen werden können.

Um die gleichzeitige Information zu gewährleisten, sollte sich der Übertragungs- und Telefondienst einer großen technologischen Herausforderung gegenüber sehen, um Kommunikationssysteme vom sowohl der verbindungslosen als auch der verbindungsorientierten Art, die in der Leistung ziemlich unterschiedlich sind, auf dem gleichen System zu erreichen, ohne ihre eigenen Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Die US-A 4 920 533 offenbart ein bidirektionales Kabelkommunikationssystem mit einem Kopfende und einem bidirektionalen Übertragungsnetzwerk, das mit dem Kopfende zum Übertragen von Signal stromabwärts von dem Kopfende zu einer Mehrzahl von Teilnehmerstationen und zum Übertragen von Datensignalen stromaufwärts zu dem Kopfende von den Teilnehmerstationen verbunden ist, einem Mittel an dem Kopfende zum Erfassen von Kollisionen zwischen Signalen, die von den Teilnehmerstationen empfangen werden, und zum Erzeugen eines Kollisionssignals, einem Mittel an dem Kopfende zum Übertragen stromabwärts auf dem Übertragungssystem von Statusbits eines Datensignals, die die Kollision angeben, wodurch bei deren Erfassung durch eine Teilnehmerstation es aktiviert werden kann, um die Übertragung zu stoppen.

YOSHIHIRO SAITO: „IMPROVEMENTS IN TDMA CIRCUIT SWITCHING SERVICES ON A TREE-SHAPED BROADBAND NETZWORK" ELECTRONICS & COMMUNICATIONS IN JAPAN, PART I – COMMUNICATIONS, Bd. 75, Nr. 7, 1. Juli 1992, Seiten 1–11, XP000330972, offenbart den Zustand eines gemeinsamen Zugriffskanals in einem baumförmigen Breitbandnetzwerk durch Messen der Ausbreitungsverzögerung und des Signalpegels zu erfassen.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Informationskommunikations-Netzwerksystem bereitzustellen, das die verschiedenen erwarteten Probleme bewältigt, wie beispielsweise Fairness und die Aufrechterhaltung eines hohen Durchsatzes zwischen Informationskommunikations-Vorrichtungen, um dadurch einen verbindungslosen Hochgeschwindigkeits-Informationskommunikations-Netzwerkdienst als ein öffentliches Informationskommunikations-Netzwerksystem zu verwirklichen, und das ebenfalls einen Telefon- und Datendienst der verbindungsorientierten Art, eine zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung und Informationskommunikations-Terminals, die beide für die Verwendung bei diesem Informationskommunikationssystem sind, ein Informationsübertragungsverfahren und ein Modulationsverfahren gewährleisten kann.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe durch ein Informationsübertragungsverfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Informationskommunikations-Netzwerksystem gemäß Anspruch 4, durch eine zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2 und durch eine Informationskommunikations-Vorrichtung gemäß Anspruch 3 erreicht.

Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:

1 ein Diagramm, das ein Netzwerksystem beispielhaft darstellt, das baumförmige Übertragungsleitungen verwendet;

2 ein Diagramm, das ein Netzwerksystem beispielhaft darstellt, das sternförmige Übertragungsleitungen verwendet;

3 ein schematisches Strukturdiagramm eines CATV-Netzwerksystems gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung;

4 ein Diagramm, das die Struktur eines Übertragungsbandes in baumförmigen Übertragungsleitungen bei dem in 3 gezeigten System zeigt;

5 ein Diagramm, das die Übertragungsformate eines Abwärts-Übertragungssignals und eines Aufwärts-Übertragungssignals bei dem in 3 gezeigten System zeigt;

6 ein Diagramm, das eine Aufwärts-Zugriffsfunktion eines Statusindikators zeigt;

7 ein Ablaufsequenzdiagramm zum Erläutern eines Signalübertragungsvorgangs, wenn keine Signalkollision bei dem in 3 gezeigten System auftritt;

8 ein Ablaufsequenzdiagramm zum Erläutern eines Signalübertragungsvorgangs mit einem Kollisionsvermeidungsvorgang, wenn eine Signalkollision bei dem in 3 gezeigten System aufgetreten ist;

9A und 9B Schaltblockdiagramme, die die Struktur einer zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (SCS) zeigen, die an einem Verteilungs-Hub bei dem in 3 gezeigten System bereitgestellt wird;

10 ein Schaltblockdiagramm, das die Struktur einer Informationskommunikations-Vorrichtung (PCB) bei dem in 3 gezeigten System zeigt;

11 ein Diagramm, das ein Signalübertragungssystem durch ein 64QAM-Modulationssystem zeigt;

12 ein Durchsatzkennliniendiagramm zum Erläutern der Vorteile der ersten Ausführungsform dieser Erfindung; 13 ein schematisches Strukturdiagramm eines CATV-Netzwerksystems gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;

14 ein Diagramm, das multiplexte Signalumwandlung bei dem in 13 gezeigten System zeigt;

15 ein Diagramm, das die Übertragungsformate eines Abwärts-Übertragungssignals und eines Aufwärts-Übertragungssignals bei dem in 13 gezeigten Systems zeigt;

16 ein Diagramm, das die Struktur eines Abwärts-Multiplexmodulationssystems bei einer SCS bei einem CATV-Netzwerksystem gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beispielhaft darstellt; und

17 ein Diagramm, das die Struktur eines Abwärts-Modulations-/Extraktionssystems bei einer PCB bei dem CATV-Netzwerksystem gemäß dieser Modifikation der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beispielhaft darstellt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

3 zeigt die schematische Struktur eines Systems gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, die eine Computer-unterstützte Informationskommunikation mit einem CATV-Netzwerksystem gewährleisten kann. Die Darstellung der intrinsischen Funktionen und der Einrichtung eines CATV, wie ein TV-Rundsendedienst, wird in 3 weggelassen, um die diagrammatische Komplikation zu vermeiden.

Das CATV-Netzwerksystem gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Kopfende (H/E) 10, eine Mehrzahl von Verteilungs-Hubs (D/H) 30a bis 30c, die mit diesem Kopfende 10 über Leitungen 20a bis 20c verbunden sind, eine Mehrzahl von Faserknoten (F/N) 50a, 50b, 50c, ..., die mit diesen Verteilungs-Hubs 30a bis 30c jeweils über optische Faserkabel 40a, 40b, 40c, ... usw. verbunden sind, und baumförmige Übertragungsleitungen 60a, 60b, 60c, ..., die mit den jeweiligen Faserknoten 50a, 50b, 50c usw. verbunden sind.

Jedes der optischen Faserkabel 40a, 40b, 40c, ... besteht aus einem Paar einer Aufwärtsfaser und einer Abwärtsfaser. Jede der baumförmigen Übertragungsleitungen 60a, 60b, 60c, ... besteht aus einem Koaxialkabel, dessen Ende in jedes Heim geführt wird. In jedem Heim werden ein Wandler (nicht gezeigt) und Informationskommunikations-Vorrichtungen (PCB) 70b1, 70b2, 70b3, ... mit diesem Koaxialkabel verbunden, wobei ein Fernsehgerät und/oder Computer (PC) als eine Informationsvorrichtung 80b1, 80b2, 80b3, ..., mit jedem dieser Wandler und Informationskommunikations-Vorrichtungen (PCB) 70b1, 70b2, 70b3, ... verbunden ist.

Wie in 4 gezeigt ist, werden Frequenzbänder der baumförmigen Übertragungsleitungen 60a, 60b, 60c, ...in ein Aufwärts-Übertragungsband (5 MHz bis 40 MHz) und ein Abwärts-Übertragungsband (70 MHz bis 750 MHz) getrennt. Ferner wird jedes dieser Aufwärts- und Abwärts-Übertragungsbänder in Subbänder von 6 MHz aufgeteilt, die als Kanäle verwaltet und verwendet werden. Dieses System wird ein „Subsplit-Verfahren" genannt. Ein Verfahren, bei dem das Aufwärts-Frequenzband auf 100 MHz verbreitet wird, wird ein „Midsplit-Verfahren" genannt.

Das Kopfende umfasst einen asynchronen Transfer-Mode-Schalter (ATM-Schalter) 11 mit einer Routing-Funktion (hier nachstehend „ATM-Router" genannt) basierend auf einer IP-Adresse (eine Adresse in dem TCP/IP-Protokoll, das international weit verbreitet ist. Mit diesem ATM-Router 11 sind eine Mehrzahl von Gateways (G/W) 12a, 12b, ..., eine Mehrzahl von Servern 13a, 13b, ... und eine Netzwerk-Managementvorrichtung (NM) 14 verbunden. Die Gateways (G/W) 12a, 12b usw. verbinden die lokale Vorrichtung (lokales Netzwerk) mit einem anderen Informationskommunikations-Netzwerksystem, wie beispielsweise dem Internet, über Leitungen NWLa, NWLb usw. Die Server 13a, 13b usw. werden verwendet, wenn ein Anbieter, der einen Dienst, wie CATV bereitstellt, einen originellen Dienst, wie TV-Shopping oder ein öffentliches Anschlagbrett, bereitstellt. Die Netzwerk-Managementvorrichtung (NW) 14 weist eine Funktion auf, um das Netzwerk-Management des gesamten Systems durchzuführen. Von der NM 14 ausgesendete Pakete werden an welche Leitungen auch immer durch den ATM-Router 11 vorgesehen werden, transferiert.

Die Verteilungs-Hubs 30a bis 30c weisen jeweils ATM-Hubs 31a bis 31c auf, wobei eine Mehrzahl von zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen (SCS) mit jedem ATM-Hub verbunden sind. Beispielsweise umfasst das Verteilungs-Hub 30b den ATM-Hub 31b und eine Mehrzahl von zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen (SCS) 32a, 32b, 32c, ..., die mit dem ATM-Hub verbunden sind. Jeder der ATM-Hubs 31a bis 31c wandelt Paketinformation, die zwischen den Leitungen 20a bis 20c und den zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen 32a, 32b, 32c transferiert werden, usw., in ATM-Zellen um, die ihrerseits multiplext und verteilt werden. Die ATM-Hubs 31a bis 31c führen eine Umwandlung von Paketinformation basierend auf einer in einem Paket beschriebenen MAC-Adresse durch. Neben einer Aufwärts-Zugriffssteuerfunktion, die später zu beschreiben wird, weisen die zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen 32a, 32b, 32c, ... eine Funktion auf, um Pakete, die als Frequenzmultiplexte Signale auf den optischen Faserkabeln und Koaxialkabeln 60a, 60b, 60c zu übertragen sind, in Basisbandsignale umzuwandeln, die durch den ATM-Hub verarbeitet werden können.

Analoge Signale basierend auf dem NTSC-System sind dem oben erwähnte Ferseh-Rundsenden ähnlich, werden Mehrkanalmultiplext in Frequenz-multiplexte Abwärts-Signale, die zu den optischen Faserkabeln 40a, 40b, 40c, ... usw. von den zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen 32a, 32b, 32c, ... usw. gesendet werden. Eine Laserdiode, die ein derartiges Frequenz-multiplextes Signal in ein optisches Signal umwandelt, sollte insbesondere eine ausgezeichnete lineare Kennlinie aufweisen. Heute ist eine derartige Laserdiode sehr kostspielig. Im Allgemeinen wird daher eine Laserdiode in jeder zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung 32a, 32b, 32c, ... bereitgestellt, sodass ein von dieser einzelnen Laserdiode ausgegebenes Frequenz-multiplextes Signal zu einer Mehrzahl von optischen Faserkabeln 40a, 40b, 40c, ... transferiert wird (d.h. zu einer Mehrzahl von Faserknoten 50a, 50b, 50c, ...).

Genauer gesagt werden in einer Abwärts-Richtung die gleichen Signale im Allgemeinen durch Bündeln von etwa fünf Faserknoten übertragen. Im Gegensatz dazu werden in einer Aufwärts-Richtung unterschiedliche Signale über jeweils Koaxialkabel, Faserknoten und Faserkabel übertragen, und optische Signale oder modulierte Signale werden nicht direkt in dem Verteilungs-Hub gemischt. Dies bedeutet, dass die modulierten Signale für jeden Faserknoten unabhängig sind, sodass mit anderen Worten der gleiche Frequenzkanal verwendet werden kann. Dies wird als eine „Frequenzwiederverwendung" bezeichnet.

Der Ausdruck „zu einer Mehrzahl von Faserknoten 50a, 50b, 50c, ..." sollte nicht notwendigerweise die Faserknoten 50a, 50b, 50c, ... selbst angeben, sondern können baumförmige Netzwerke umfassen, die durch die Koaxialkabel gebildet werden.

Jeder der Faserknoten 50a, 50b, 50c, ... wandelt direkt ein Frequenz-multiplextes Abwärts-Signal, das durch eines der zugeordneten optischen Faserkabel 40a, 40b, 40c, ... transferiert wird, in ein elektrisches Signal um, das seinerseits zu einer zugeordneten der baumförmigen Übertragungsleitungen 60a, 60b, 60c, ... durch die Koaxialkabel transferiert wird, und ein Aufwärts-Frequenz-multiplextes Signal, das durch eine zugeordnete der baumförmigen Übertragungsleitung 60a, 60b, 60c, ... transferiert wird, direkt in ein optisches Signal umwandelt, das seinerseits in ein zugeordnetes der optischen Faserkabel 40a, 40b, 40c, ... transferiert wird.

Bei dem oben beschriebenen System verwendete Übertragungssignale weisen die folgenden Strukturen auf.

5 zeigt die Übertragungsformate des Abwärts-Übertragungssignals und des Aufwärts-Übertragungssignals; in diesem Fall weist das Abwärts-Übertragungssignal eine physikalische Übertragungsrate von 8,192 Mbps und das Aufwärts-Übertragungssignal eine physikalische Übertragungsrate von 2,048 Mbps auf, indem die Asymmetrie von Abwärts- und Aufwärts-Verkehr in dem Server-Klientensystem berücksichtigt wird, wie oben beschrieben ist. In dem Fall, in dem Quadratur-Phasentastung (QPSK = quadrature phase shift keying) als das Modulationsverfahren angenommen wird, werden die belegten Bänder des Aufwärts-Übertragungssignals und Abwärts-Übertragungssignals gleich 6 MHz bzw. 1,5 MHz.

Das Abwärts-Übertragungssignal weist eine Frame-Länge von 5120 Bytes je 5 ms auf, und ein Frame wird durch Zeitteilungs-Multiplexen von 80 Sub-Frames gebildet. Ein Statusindikatorsignal (SI-Signal) ist an dem Kopf jedes Sub-Frames lokalisiert. Dieses SI-Signal dient als ein Frame-Synchronisationssignal und dient ebenfalls dazu, den Aufwärts-Zugriff zu steuern. 6 stellt beispielhaft die Aufwärts-Zugriffsfunktion des SI-Signals dar.

Bei dem Abwärts-Übertragungssignal folgt ein Zuweisungssignal (ASGi-Signal) direkt dem Frame-Synchronisationssignal SI. Das ASGi-Signal wird verwendet, um eine Ausbreitungsverzögerungs-Zeitsteuerung, Signalpegelsteuerung und OA&M-Funktion (Operation, Administration and Management function) in Zusammenarbeit mit einem Antwortsignal (RSPi-Signal) auszuführen, das eine Art eines Aufwärts-Übertragungssignals ist. Dem ASGi-Signal folgt ein Nutzlastbehälter (DWPL), der ein Abwärts-Paket transferiert, während ein SI-Signal mit einem DWPL eines anschließenden Sub-Frames dazwischen angeordnet wird. Dieser DWPL ist im Stande, Information mit einer Rate von 8 Mbps zu transferieren.

Die Aufwärts-Übertragungssignale werden in einem Bereich, der „Steuerfenster" genannt wird, und einen Bereich, der „Nutzlastfenster" genannt wird, getrennt. Das Steuerfenster wird verwendet, um das Antwortsignal (RSPi-Signal) zu übertragen. Das Nutzlastfenster wird verwendet, um einen Kollisionsvermeidungs-Zufallsimpuls und ein Aufwärts-Benutzerpaket zu übertragen.

Eine Beschreibung wird nun von einem Vorgang zum Übertragen von Benutzerinformation in dem CATV-Netzwerksystem gemäß dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Struktur gegeben. 7 und 8 veranschaulichen die Ablaufsequenzen dieses Vorgangs.

Der Buchstabe „i", der an dem oben erwähnten ASGi und RSPi angebracht ist, ist eine Identifikationsnummer (hier nachstehend „PCB-ID" genannt), die spezifisch jeder Informationskommunikations-Vorrichtung (PCB) zugewiesen wird, und ASGi bedeutet ein Signal, das für eine PCB mit der ID-Nummer i bestimmt ist, während RSPi ein Signal, das von der PCB übertragen wird, mit der ID-Nummer i bedeutet. ASGi-Signale umfassen diejenigen, die ähnlich wie OA&M-Information an die gesamten PCBs oder andere PCBs als die PCBi zu melden sind.

In 7 erreicht das ASGi in dem Aufwärts-Übertragungssignal, das von einer SCS übertragen wird, die PCBi nach einer Abwärts-Ausbreitungszeit Tdi. Nach dem Empfang des ASGi sendet die PCBi das RSPi nach einer Sub-Frame-Zeitspanne (Ts) aus. Dieses RSPi erreicht die SCS nach einer Aufwärts-Ausbreitungsverzögerungszeit Tui. Die SCS kann die Abwärts- und Aufwärts-Ausbreitungsverzögerungszeiten oder die Umlaufverzögerungszeit durch Messen der Ankunftszeit des RSPi erfassen und eine effiziente Zugriffssteuerung (die später beschrieben wird) durch Mitteilen des Ergebnisses ausführen. Wenn die Zeitbreite des oben erwähnten Steuerfensters auf 2Ts eingestellt wird, ist es möglich, eine Netzwerklänge von bis zu etwa 10 km zu bewältigen. Die Netzwerklänge kann, wenn sie länger als dieser Wert ist, ebenfalls durch Einstellen der Länge des Steuerfensters auf 3Ts oder Verschieben des Steuerfensters zu der Zeitposition bewältigt werden, die unter Berücksichtigung der Ausbreitungsverzögerungszeit zwischen der SCS und dem Faserknoten (F/N) bestimmt wird.

Die SCS misst den Signalpegel des empfangenen RSPi, erfasst die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und einem Bezugssignalpegel, und weist die PCBi an, den Pegel des Übertragungssignals und diese Differenz auszugleichen. Es ist daher möglich die Empfangspegel bei der SCS der Signale, die von allen PCBs übertragen werden, zueinander gleich einzustellen. Jeder PCB wird das Messergebnis über das ASG-Signal mitgeteilt.

Wenn das SI-Signal in einem Zustand „CA-Impulsübertragung (Kollisionsvermeidungs-Impulsübertragung) aktivieren" ist, sendet die PCBi, die übertragene Benutzerpakete gespeichert hat, einen CA-Impuls in Zufallszeitintervallen nach 2Ts – (Tdi + Tui) nach der Ankunft des SI-Signals aus, und beginnt das Benutzerpaket nach dem CA-Impuls zu senden. Das Ausgabe-Timing für diesen CA-Impuls wird so eingestellt, dass lediglich zehn CA-Impulse in einer Zufallsschlitzposition in einer Zeitschlitzbreite übertragen werden, die beispielweise ermöglicht, dass eine Gesamtzahl von 20 Impulsen übertragen wird. Die SCS beginnt, die Anzahl der CA-Impulse zu messen, die nach 2Ts nach dem Zustand „CA-Impulsübertragung Aktivieren" angekommen sind. Wenn lediglich 10 CA-Impulse innerhalb der Zeit Ts empfangen wurden, bestimmt die SCS, dass es keine Kollision gibt, und bringt das SI-Signal in „Kontinuierliches Senden von Benutzerpaket aktivieren", wie in 7 gezeigt ist. Die PCBi, die dieses SI-Signal empfangen hat, setzt die Übertragung des Benutzerpakets fort, dessen Übertragung bereits im Gange war, bis die Paketübertragung abgeschlossen ist.

Die SCS empfängt zuletzt das Benutzerpaket, wenn der CA-Impuls normal erfasst wird, und überträgt es zu dem Kopfende über den ATM-Hub nach Durchführen von notwendigen Verarbeitungen, wie beispielsweise einer Fehlerkorrekturverarbeitung. Die SCS bestimmt, dass eine Kollision auftritt, wenn der CA-Impuls abnormal erfasst wird und bringt PCBs dazu, die die Benutzerpakete senden, das Übertragen der Pakete durch das SI-Signal zu stoppen, und gibt Anweisungen, einen Kollisionsvermeidungsvorgang auszuführen. Die empfangenen Pakete sind aufzugeben.

Wenn die Paketlänge länger als die Frame-Länge ist, teilt die SCS der PCBi, das Übertragen des Steuerfensters zu stoppen, in dem nächsten Frame mit dem SI-Signal mit, das das Frame-Synchronisationssignal wird. Die PCBi kann die Paketübertragung ohne Unterbrechen der Paketübertragung auf die obige Art und Weise abschließen.

Wenn eine Kollision auftritt, wird andererseits ein Kollisionsvermeidungsvorgang in der folgenden Sequenz ausgeführt. 8 zeigt den Sequenzablauf dieses Vorgangs. Wenn unterschiedliche PCBi und PCKi CA-Impulse zur gleichen Zeit übertragen haben, beobachtet die SCS mehr als 10 Impulse innerhalb Ts. Wenn Impulse erfasst werden, deren Menge größer als eine vorbestimmte Anzahl ist, bestimmt die SCS, dass eine Kollision auftreten wird, und teilt der PCBi und PCBk „Kollisionsvermeidungsvorgang starten" durch das SI-Signal mit. Die PCBi und PCBk, denen dieses Ereignis mitgeteilt wird, stoppen sofort die Übertragung eines Pakets, um eine vorbestimmte Kollisionsvermeidungssequenz einzuleiten, und warten, dass das SI-Signal in den Zustand „CA-Impulsübertragung aktivieren" kommt.

Obwohl die Abwärts-Übertragungsrate beispielsweise auf 8,192 Mbps bei der ersten Ausführungsform eingestellt wird, ist sie nicht auf diese bestimmte Rate begrenzt. Wenn das 64QAM-Modulationsverfahren anstatt des QPSK-Modulationsverfahrens verwendet wird, kann die verdreifachte Übertragungsrate in dem Band von 6 MHz eingestellt werden. D.h., die Annahme eines viel besseren Modulationssystems kann eine Informationsübertragung in einem schnelleren und breiteren Band sicherstellen, sogar wenn die belegte Bandbreite die gleiche ist.

9A bis 10 sind Blockdiagramme, die die Funktionsstrukturen der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (SCS) 32a, 32b, ... und Informationskommunikations-Vorrichtungen (PCB) 70b1, 70b2, ... zum Erreichen des oben beschriebenen Übertragungsvorgangs zeigen.

Die Strukturen der SCSs 32a, 32b, ... und PCBs 70b1, 70b2, ..., die in 9A bis 10 gezeigt werden, basieren auf den Fall, in dem drei logische Systeme #1, #2 und #3, die jeweils im Stande sind, Information mit einer Rate von 8,192 Mbps zu übertragen, durch fünf Faserknoten (F/N) gemeinsam benutzt werden, indem das 64QAM-Modulationsverfahren auf die Abwärts-Übertragung angepasst wird, und ein logisches System, das im Stande ist, Information mit einer Rate von 2,048 Mbps zu übertragen, durch fünf Faserknoten (F/N) für die Aufwärts-Übertragung gemeinsam benutzt wird.

In 3 wird das Aufwärts-Übertragungssignal, das beispielsweise von dem Computer (PC) 80b1 über ein Verbindungskabel 200 übertragen wurde, in die PCB 70b1 eingegeben. Bei dieser PCB 70b1 wird das Aufwärts-Übertragungssignal über einen Bus 200 und eine 10BASE-T-Schnittstelle (I/F) 201 in eine Übertragungs-MAC-Adressenerfassungsschaltung 203 eingegeben, die die MAC-Adresse des Senders erfasst. Die erfasste MAC-Adresse wird zu einer Paketextrahierschaltung 244 transferiert, die bestimmt, ob die MAC-Adresse in einer Managementtabelle registriert ist, die bei dieser Paketextrahierschaltung 244 bereitgestellt wird. Wenn die empfangene MAC-Adresse eine unregistrierte neue MAC-Adresse ist, wird sie in der Managementtabelle registriert.

Das Aufwärts-Übertragungssignal wird dann zu einem Paketausgangspuffer 204 transferiert, bei dem die PCB-ID an ihm angebracht wird. Ein Fehlerkorrekturcode wird dann an dem resultierenden Signal in einer FEC-Schaltung (forward error correction Schaltung) 205 angebracht. Eine OA&M-Steuerschaltung 210 und ein Verschlüsselungsschlüssel-Generator 209 erzeugen OA&M-Managementinformation und Verschlüsselungsschlüssel-Information basierend auf der empfangenen ASG-Ausgabe von einem ASG-Codierer 238. Diese Informationen werden in eine RSP-Ausgangspufferschaltung 211 eingegeben. Diese RSP-Ausgangspufferschaltung 211 stellt das RSPi-Signal basierend auf der Eingabeinformation zusammen, und an dem resultierenden Signal wird ein Fehlerkorrekturcode in einer FEC 212 angebracht. Ferner aktiviert eine Zugriffssteuerschaltung 206 einen CA-Impulsgenerator 207 und eine Ausgangs-Timing-Steuerschaltung 208 in Übereinstimmung mit dem Inhalt des von einem SI-Decodierer 240 ausgegebenen SI-Signals (siehe 6). Als Ergebnis erzeugt der CA-Impulsgenerator 207 einen CA-Impuls. Die Ausgangs-Timing-Steuerschaltung 208 kennzeichnet Ausgangs-Timings an dem Paketausgangspuffer 204, dem CA-Impulsgenerator 207 und der RSP-Ausgangspufferschaltung 211, um die Übertragung eines Benutzerpakets, eines CA-Impulses oder eines RSPi-Signals anzuweisen.

Das auf die oben beschriebene Art und Weise übertragene Übertragungssignal 261 wird in einem QPSK-Modulator 215 eingegeben, der eine QPSK-Modulation eines Trägersignals 262 mit dem übertragenen Übertragungssignal 261 durchführt. Das modulierte Trägersignal 263 läuft durch ein Bandpassfilter 216 und tritt in eine Übertragungsschaltung 217 ein. Die Übertragungsschaltung 217 fügt das modulierte Trägersignal 264 in ein vorbestimmtes Übertragungssignal ein und steuert den Pegel des Trägersignals, um ein vorbestimmter Übertragungssignalpegel zu sein, unter der Steuerung einer Steuerschaltung 220. Das Ausgangssignal der Übertragungsschaltung 217 wird dann zu den Aufwärts-Übertragungsleitungen einer baumförmigen Übertragungsleitung 60b über einen Koppler 221 ausgesendet.

Eine Übertragungszustand-Überwachungsschaltung 218 überwacht, um zu prüfen, ob das Signal aufgrund eines Ausfalls oder dergleichen weiter hinübertragen wird, oder ob die PCB 70b1 fehlerhaft arbeitet. Die Übertragungszustand-Überwachungsschaltung 218 umfasst eine Fähigkeit, die Leistung der Übertragungsschaltung 217 abzuschalten, wenn der Betrieb des gesamten Systems sehr gestört werden kann, wie in dem Fall, in dem das Signal übertragen bleibt. Die Leistungsversorgungsschaltung 214 liefert Leistung an die PCB 70b1.

Das an die baumförmige Übertragungsleitung 60b von der PCB 70b1 übertragene Aufwärts-Übertragungssignal wird durch den Faserknoten (F/N) 50b in ein optisches Signal umgewandelt, das seinerseits an die zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung (SCS) 32a in dem Verteilungs-Hub (D/H) 30a geliefert wird. Dieses optische Signal wird dann in ein elektrisches Signal durch einen nicht dargestellten O/E-Wandler umgewandelt, und dieses elektrische Signal wird in fünf Empfangsschaltungen 101a bis 101eeingegeben, die in 9A gezeigt sind. Die anderen Empfangsschaltungen empfangen Aufwärts-Übertragungssignale, die über die zugeordneten Faserknoten F/N übertragen werden. Die Aufwärts-Übertragungssignale werden verstärkt und dann in jenen Empfangsschaltungen 101a bis 101e frequenzgewandelt. Die von den Empfangsschaltungen 101a bis 101e ausgegebenen Empfangssignale laufen durch jeweilige Bandpassfilter 102a bis 102e und werden in jeweiligen Demodulatoren 103a bis 103e demoduliert. Jene fünf demodulierten Übertragungssignale werden durch eine ODER-Schaltung 105 ODER-verknüpft.

Die Demodulatoren 103a bis 103e werden jeweils mit Schaltungen 104a bis 104 ausgestattet, von denen jede den Empfangspegel des als Antwort auf das ASGi-Signal übertragenen RSPi-Signals misst. Die Erfassungsinformation der durch jene Messschaltungen 104a bis 104e erfassten Empfangssignalpegel werden zu einer in 9B gezeigten Signalpegelsteuerschaltung 122 transferiert. Auf der Grundlage der Erfassungsinformation der Empfangssignalpegel führt diese Steuerschaltung 122 einen Vorgang durch, um den Übertragungssignalpegel für jede der PCBs 70b1, 70b2 usw. zu steuern.

Das von der ODER-Schaltung 105 ausgegebene Aufwärts-Übertragungssignal wird an einen RSP-Decodierer 106, einen CA-Impulsdecodierer 109 und einen Paketdecodierer 110 in Übereinstimmung mit verschiedenen Timing-Signalen verteilt, die von einer Frame-Synchronisiations-/Takterzeugungsschaltung 160 ausgegeben werden, und werden durch jene Decodierer 106, 109 und 110 decodiert. Von den verteilten Signalen werden das RSPi-Signal und das Benutzerpaket einer Fehlerkorrektur/Codierung in FEC-Schaltungen 107 bzw. 111 unterworfen.

Eine Ausbreitungsverzögerungszeit-Messschaltung (DL) 108 ist mit dem RSP-Decodierer 106 verbunden, um die Ausbreitungsverzögerungszeit basierend auf dem Empfangs-Timing des RSP-Signals zu messen. Die gemessene Ausbreitungsverzögerungszeit wird zu einer Ausbreitungsverzögerungszeit-Steuerschaltung 123 transferiert, die die Ausbreitungsverzögerung für jede der PCBs 70b1, 70b2, ... basierend auf den Messergebnissen steuert. Die Information in dem RSPi-Signal wird ebenfalls zu einer OA&M-Schaltung 121 transferiert. Diese OA&M-Schaltung 121 verwaltet die Betriebszustände für die jeweiligen PCBs 70b1, 70b2 usw. basierend auf der transferierten Information und transferiert die Managementinformation zu der Netzwerkmanagementvorrichtung (NM) 14, die in dem Kopfende (H/E) 10 bereitgestellt wird, periodisch oder nach Bedarf. Die OA&M-Schaltung 121 empfängt ebenfalls das Signal von der NM 14 und gibt eine Managementinformation an den Kanalsteuerabschnitt aus.

Eine PCB-ID-Beseitigungs-/MAC-Adressenerfassungsschaltung 112 beseitigt die PCB-ID des von dem Paketdecodierer 110 ausgegebenen Aufwärts-Benutzerpakets und erfasst die MAC-Adresse in dem Paket. Das Aufwärts-Benutzerpaket wird über ein Verbindungskabel 114 zu dem ATM-Hub 31a von einer 10BASE-T-Schnittstelle (I/F) 113 gesendet.

Die PCB-ID und die MAC-Adresse, die jeweils durch die PCB-ID-Beseitigungs-/MAC-Adressenerfassungsschaltung 112 beseitigt und erfasst werden, werden zu einer Verschlüsselungsschlüssel-Steuerschaltung 125 transferiert. Diese Verschlüsselungsschlüssel-Steuerschaltung 125 prüft, ob die PCB-ID und die MAC-Adresse in der Managementtabelle registriert sind, und registriert sie neu, wenn sie unregistriert sind.

Das über ein Verbindungskabel 130 von dem ATM-Hub 31a transferierte Abwärts-Paketsignal wird über eine 10BASE-T-Schnittstelle 133 in eine MAC-Adressenerfassungsschaltung 132eingegeben, bei der die MAC-Adresse erfasst wird. Das Abwärts-Paket wird dann in eine DWPL-Verwürfelungseinrichtung 133 eingegeben, bei der ein Fehlerkorrekturcode an das Paket durch eine FEC 134 angebracht wird, und wird basierend auf dem Verschlüsselungsschlüssel entsprechend der MAC-Adresse verwürfelt, die durch die Verschlüsselungsschlüssel-Steuerschaltung 125 verwaltet wird.

Die Zugriffssteuerschaltung 124 führt Zugriffssteuerung und Management der Aufwärts-Übertragungsleitungen aus, die von fünf Faserknoten gemeinsam benutzt werden, und das Ergebnis wird als ein SI-Signal durch eine SI-Pufferschaltung erzeugt. Eine CRC-Schaltung 136 bringt einen Fehlerprüfcode an diesem SI-Signal an.

Die OA&M-Steuerschaltung 121 erzeugt OA&M-Information für jede PCB oder alle PCBs basierend auf der von der NM 14 gesendeten QA&M-Information, die an dem Kopfende (H/E) 10 lokalisiert ist. Diese QA&M-Information wird in eine ASG-Pufferschaltung 137 zusammen mit der Information eingegeben, die durch die Signalpegelsteuerschaltung 122 die Ausbreitungsverzögerungszeit-Steuerschaltung (Ausbreitungs-DL-Steuerschaltung) 123 erzeugt wird. Auf der Grundlage der empfangenen Information stellt die ASG-Pufferschaltung 137 ein ASGi-Signal zusammen, an das ein Fehlerkorrekturcode durch eine FEC-Schaltung 138 angebracht wird.

Das durch die DWPL-Verwürfelungseinrichtung 133 codierte Abwärts-Übertragungssignal, das durch die SI-Pufferschaltung 135 erzeugte SI-Signal und das durch die ASG-Pufferschaltung 137 erzeugte Abwärts-ASGi-Signal werden in eine Frame-Anordnungsschaltung 139 eingegeben, um ein in 5 gezeigtes Frame-Format angeordnet zu werden.

Von den oben beschriebenen Schaltungen bilden die 10BASE-T-Schnittstelle 131, die MAC-Adressenerfassungsschaltung 132, die DWPL-Verwürfelungseinrichtung 133, die SI-Pufferschaltung 135, die ASG-Pufferschaltung 137 und die Frame-Anordnungsschaltung 139 eine einzelne Einheit, die für jedes logische System bereitgestellt wird. Weil die Vorrichtung in 9 ausgestaltet ist, um drei logische Systeme #1, #2 und #3 zu bewältigen, gibt es drei Einheiten.

Das durch jede Einheit gebildete Abwärts-Übertragungssignal wird in eine in 9A gezeigte Symbolanordnungsschaltung 150 eingegeben. Die Symbolanordnungsschaltung 150 benutzt die Tatsache, dass ein einzelnes Symbol aus sechs Bits besteht, wie in 11 gezeigt ist, wobei Frame-Signale von jeweils zwei Bits vorbestimmten Positionen in einem Symbol für die jeweiligen logischen Systeme #1, #2 und #3 zugewiesen werden, wodurch logisches Multiplexen gewährleistet wird. Das ein logisches Multiplexen durchgemachte Abwärts-Übertragungssignal wird zu dem 64QAM-Modulator 151 transferiert. Dieser 64QAM-Modulator 151 führt eine 64QAM-Modulation eines Trägersignals mit dem empfangenen Abwärts-Übertragungssignal aus. Das modulierte Trägersignal wird über ein Bandpassfilter 152 in eine Übertragungsschaltung 153 eingegeben, die eine Frequenzwandlung und Übertragungsverstärkung durchführt. Das resultierende Signal wird dann an einen E/O-Wandler (nicht gezeigt) gesendet, der in dem Verteilungs-Hub (D/H) 30a bereitgestellt wird. Bei diesem E/O-Wandler wird dieses Signal mit anderen Videosignalen oder dergleichen in ein optisches Signal umgewandelt, das seinerseits zu einem optischen Faserkabel 40 ausgesendet wird.

In 9A und 9B wird, weil eine Zustandüberwachungsschaltung 154 und eine Leistungsversorgungsschaltung 161 die gleichen Funktionen wie diejenigen in 10 aufweisen, deren Beschreibung weggelassen. Eine Frame-Synchronisations/Takterzeugungsschaltung 160 erzeugt Takte für die Synchronisation der Vorgänge der einzelnen Abschnitte. Die NM 14 sendet eine Frequenzkanalnummer, die durch die Abwärts- und Aufwärts-Übertragungsleitung verwendet wird, an die Kanalsteuerschaltungen 155, 156 (SCS) und 220 und 231 (PCB) über die OA&M-Steuerschaltung 121 (SCS) bzw. 210 (PCB). Die Kanalsteuerschaltung 155, 156 und 220, 231 steuern die Übertragungs- oder Empfangsfrequenzen der Übertragungsschaltung 153 (SCS) und 217 (PCB) und der Empfangsschaltung 101 (SCS) und 230 (PCB), um jeweils der Frequenzkanalnummer zu entsprechen.

Das Abwärts-Übertragungssignal, das sequentiell das optische Faserkabel 40b, den Faserknoten (F/N) 50b und die baumförmige Übertragungsleitung 60b sequentiell durchlaufen hat, erreicht die PCM 70b1. Bei der PCB 70b1 wird, wie in 10 gezeigt ist, das Abwärts-Übertragungssignal über einen Koppler 221 in eine Empfangsschaltung 230 eingegeben, bei der eine Empfangsverstärkung und Frequenzumwandlung des empfangenen Signals durchgeführt werden. Dieses empfangene Signal wird über ein Bandpassfilter 232 an einen 64QAM-Demodulator 233 transferiert, um demoduliert zu werden. Dieser Demodulator 233 ist mit einer Entzerrerschaltung (EQL) 234 zum Unterdrücken von Echosignalen von dem offenen Ende der baumförmigen Übertragungsleitung 60b ausgestattet. Die in dem empfangenen Signal enthaltene Echosignalkomponente wird durch diese Entzerrerschaltung 234 unterdrückt.

Das von dem 64QAM-Demodulator 233 ausgegebene demodulierte Signal wird in eine Frame-Synchronisations-/Takterzeugungsschaltung 235 und eine Gepaarte-Bit-Extrahierschaltung 236 eingegeben. Auf der Grundlage des demodulierten Signals erzeugt die Frame-Synchronisations-/Takterzeugungsschaltung verschiedene Synchronisationssignale und Timing-Signale, die ihrerseits an die einzelnen Schaltungen in der PCB 70b1 geliefert werden. Die Gepaarte-Bit-Extrahierschaltung 236 extrahiert ein 2-Bit-Paar, das PCB-weise durch das ASGi-Signal mitgeteilt und den logischen Systemnummern entspricht, zu der die lokale PCB 70b1 gehört, aus einer Sequenz von sechs Bits. Die extrahierten gepaarten Bits werden zu einem ASG-Decodierer 238 und einem SI-Decodierer 240 transferiert. Wenn das demodulierte Signal ein Datenpaket ist, wird es direkt zu einer DWPL-Entwürfelungseinrichtung 242 transferiert. Die Logischer-Knoten-Steuerschaltung 237 spezifiziert ein 2-Bit-Paar, das der eigenen PCB entspricht, aus den 6-Bit-Reihen von 1-Symbolen und steuert die Gepaarte-Bit-Extrahierschaltung 236.

Der ASG-Decodierer 238, der SI-Decodierer 240 und die DWLP-Entwürfelungseinrichtung 242 werden jeweils mit FEC- oder CRC-Schaltungen 239, 241 und 243 ausgestattet. Die oben erwähnten gepaarten Bits werden einer Fehlerkorrektur in der FEC-Schaltung 239 oder 243 vor oder nach Durchmachen einer Entwürfelung unterzogen. Das durch den ASG-Decodierer 238 erfasste ASGi-Signal wird zu einer Ausgangs-Timing-Steuerschaltung 208, einem Verschlüsselungsschlüssel-Generator 209, einer OA&M-Steuerschaltung 210 und Signalpegel/Kanalsteuerschaltungen 220 und 231 transferiert, und das SI-Signal und sein CRC-Ergebnissignal, das durch die SI-Decodierer 240 und CRC 241 erfasst werden, werden zu einer Zugriffssteuerschaltung 206 zum Steuern des Aufwärts-Zugriffes transferiert.

Das Ausgangssignal der DWPL-Entwürfelungseinrichtung 242 wird zu einer Paketextrahierschaltung 244 transferiert, die die in jedem Paket beschriebene Ziel-MAC-Adresse prüft, und nach Bedarf gerade das Paket extrahiert, das an die MAC-Adresse gerichtet ist, die zu der lokalen PCB gehört. Dieses an die lokale PCB gerichtete Paket wird zu dem Computer (PC) 80b1 über das Verbindungskabel 200 von der 10BASE-T-Schnittstelle 201 ausgesendet.

Um eine Kollision des Abwärts-Paketsignals und des Aufwärts-Paketsignals in der 10BASE-T-Schnittstelle 201 zu vermeiden, sollte ein Pufferspeicher in der Paketextrahierschaltung 244 bereitgestellt werden, sodass die Übertragung des Abwärts-Pakets zu der 10BASE-T-Schnittstelle 201 in dem Pufferspeicher gehalten wird, bis die Übertragung des Aufwärts-Paketsignals von dem Computer abgeschlossen ist.

Das ASGi-Signal wird sequentiell und wiederholt an alle registrierten PCBs 70b1, 70b2 usw. von den SCSs 32a, 32b usw. übertragen, ungeachtet dessen, ob die PCBs 70b1, 70b usw. angeschaltet sind. Demgemäß werden die Ausbreitungsverzögerungs-Zeitsteuerung und die Signalpegelsteuerung der angeschalteten PCB in einer kurzen Zeitspanne abgeschlossen, um die Übertragung zu ermöglichen. Weil das ASGi-Signal wiederholt von der SCS danach übertragen wird, kann die PCB sicher chronologische Änderungen des Übertragungsverstärkers etc. der Übertragungsschaltung verfolgen.

Weil ein Verschlüsselungsschlüssel häufig geändert werden kann, ist es möglich, die Decodierung oder unautorisierte Benutzung durch einen Dritten erheblich schwieriger zu machen.

Bei der obigen Beschreibung wird angenommen, dass alle von den Computern 80b1, 80b2 usw. gesendeten Aufwärts-Pakete zu dem Kopfende 10 über die SCSs 32a, 32b, ... und den ATM-Hubs 31a usw. transferiert werden. Bei der Kommunikation zwischen den Computern (PC) 80b1, 80b2, ... kann das Paket in die Abwärts-Richtung basierend auf dem MAC-Adressen zurückgeführt werden, die durch die SCSs 32a, 32b usw. oder dem ATM-Hub 31a etc. erfasst werden.

Gemäß dem System dieser Ausführungsform messen, wie oben beschrieben, die SCSs 32a, 32b usw., die jeweils in den Verteilungs-Hubs (D/H) 30a, 30b usw. bereitgestellt werden, die Ausbreitungsverzögerungszeit zwischen den PCBs 70b1, 70b2 usw. und den Pegel des empfangenen Signals, und führen eine Kollisionserfassung mit dem CA-Impuls und die Übertragung eines Benutzerpakets basierend auf diesen Messungen aus.

Daher ist es möglich, alle Pegel der Aufwärts-Übertragungssignale, die die SCSs 32a, 32b usw. von den PCBs 70b1, 70b2 usw. erreichen, einander gleich einzustellen, und die Rauschabstände aller Signale mit Bezug auf das Eindringende Rauschen auf die konstanten und optimalen Bedingungen einzustellen. Dies kann den Paketverlust verringern, der durch die Verschlechterung des Rauschabstandes des Aufwärts-Übertragungssignals verursacht wird, und demgemäß einen hohen Durchsatz halten. Weil die Pegeldifferenz der die SCSs 32a, 32b usw. von den PCBs 70b1, 70b2 usw. erreichenden Signale ohne Rücksicht auf die verbundenen Positionen der PCs 80b1, 80b2 usw. in dem Netzwerk beseitigt werden können, kann die Fairness zwischen den PCs 80b1, 80b2 usw. beibehalten werden.

Durch Senden und Erfassen des CA-Impulses basierend auf den Ergebnissen des Messens der Ausbreitungsverzögerungszeit und des Empfangssignalpegels kann die Ankunftszeit des CA-Impulses zwischen den PCBs 70b1, 70b2 usw. konstant gemacht und der Schwellenwert des Impulsdetektors erhöht werden. Es ist daher möglich, die Impulsbreite des CA-Impulses zu verkürzen und die Anzahl von CA-Impulsen zu erhöhen, die innerhalb einer vorbestimmten Zeit gehalten werden können, sodass eine Kollision mit einer höheren Wahrscheinlichkeit vermieden werden kann.

Außerdem kann das Problem eines Kompromisses zwischen einer höheren Durchsatzkennlinie und einer längeren Netzwerklänge durch Steuern des Ausgangs-Timings oder dergleichen der CA-Impulse basierend auf dem Ergebnis des Messens der Ausbreitungsverzögerungszeit überwunden werden.

12 zeigt die Durchsatzkennlinie des CATV oder HFC mit der Netzwerklänge von 10 km verglichen mit der Durchsatzkennlinie des Ethernets mit der Netzwerklänge von 2,5 km und der Durchsatzkennlinie des CSMA-Systems. Die Kennlinien in 12 wurden durch Simulation erfasst, indem das Strukturverhältnis des längsten Pakets zu dem kürzesten Paket auf 8:2 eingestellt wurde. Wie aus 12 offensichtlich ist, weist, obwohl die Netzwerklänge dieser Erfindung das Vierfache der des Ethernets ist, diese Erfindung einen Durchsatz auf, der so gut wie der des Ethernet ist.

Obwohl an CA-Impuls übertragen wird, um eine Kollision bei der oben beschriebenen Ausführungsform zu vermeiden, können Zufallsdaten oder spezifische Daten, an die ein Fehlerprüfcode (CRC) angebracht ist, anstatt des CA-Impulses übertragen werden, sodass das Auftreten einer Kollision durch Prüfen bestimmt werden kann, ob es ein Fehler in den Zufallsdaten oder den spezifischen Daten gibt, die durch die SCS empfangen werden.

Ferner ist es möglich, mit einem System mit einer längeren Netzwerklänge durch Einstellen der Steuerfensterlänge von Aufwärts-Übertragungssignalen oder der Position des Steuerfensters basierend auf dem Ergebnis des Messens der Ausbreitungsverzögerungszeit geeignet umzugehen.

Gemäß dieser Erfindung wird die Verschlüsselungscodierung von Abwärts-Paketsignalen möglich, indem sowohl die SCSs 32a, 32, ... und die PCBs 70b1, 70b, ... mit der MAC-Adressenerfassungsfunktion ausgestattet werden, womit die Notwendigkeit für eine Gegenmaßnahme gegen Informationsleckage auf der Anwendungsebene durch Benutzer beseitigt wird.

Weil die Aufwärts-Zugriffssteuerinformation abwärts als das SI-Signal übertragen wird, kann der Zusatzaufwand minimiert werden, sodass der Nutzlastbehälter (DWPL) zum Übertragen von Abwärts-Paketen vergrößert werden kann.

Wenn 64QAM zur Abwärts-Übertragung verwendet wird, kann, wenn die Struktur eine Ein-Systemstruktur mit einer Informationstransferrate von 24 Mbps ist, Überlauf bei der 10BASE-T-Schnittstelle auftreten. Um dieses Problem zu bewältigen, sollte eine Fluss-Steuerfunktion mit einem Pufferspeicher großer Kapazität in jeder PCB bereitgestellt werden, wobei ein bedeutender Kostenanstieg unvermeidbar ist. Weil das Gesamtsystem drei logische Systeme mit einer Transferrate von 8 Mbps bei dieser Ausführungsform aufweist, kann jedoch ein derartiger bedeutender Kostenanstieg vermieden werden.

Obwohl die MAC-Adressenerfassungsfunktion und dergleichen bei der oben beschriebenen Ausführungsform bereitgestellt werden, um Abwärts-Paketsignale basierend auf durch jede PCB erzeugten Verschlüsselungsschlüssel zu codieren, ist es ebenfalls möglich, die Codierung auf der Anwendungsebene auf der Computerseite oder der Serverseite auszuführen. Diese doppelten Sicherheitssysteme können eine beständigere und zuverlässigere Sicherheit gewährleisten sicherstellen. Wenn die Codierung auf der Anwendungsebene ausreichend ist, ist es unnötig, eine MAC-Adresse paketweise in jeder SCS oder PCB zu erfassen, was demgemäß zu niedrigeren Herstellungskosten führen wird.

Obwohl diese Ausführungsform beschrieben wurde, wie sie eine MAC-Adresse verwendet, kann stattdessen eine IP-Adresse verwendet werden. In diesem Fall ist die Beschreibungsposition einer IP-Adresse in einem Paket nicht festgelegt, sodass eine Software-basierte Verarbeitung notwendig wird.

13 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das die zweite Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, die gleichzeitig einen Telefon- oder Datendienst der verbindungsorientierten Art und den oben erläuterten verbindungslosen Informationskommunikations-Dienst bereitstellt. Um die redundante Beschreibung zu vermeiden, werden ähnliche oder gleiche Bezugsziffern denjenigen Komponenten in 13 gegeben, die die gleichen Funktionen oder Leistungen aufweisen und die gleichen wie die entsprechenden Komponenten in 3 sind. Die folgende Beschreibung wird im Wesentlichen den verbindungsorientierten Telefon- oder Datendienst erläutern.

In 13 wird das Kopfende 10 mit einer Leitungsvermittlungsvorrichtung 16, die über eine Relaisleitung NWR verbunden ist, zusätzlich zu dem oben erwähnten ATM-Router 11 ausgestattet. Diese Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 ist über Leitungen 26a, 26b, 26c, ..., mit Multiplex-Umwandlungsvorrichtungen 36a, 36b, 36c, ... verbunden, die in den Verteilungs-Hubs (D/H) 30a, 30b, 30c usw. bereitgestellt werden.

Die Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36a führt eine Multiplex-Umwandlung auf eine solche Art und Weise durch, dass Abwärts-Kommunikationszeitschlitze mit einer Frame-Periode von 125 &mgr;s und ein gemeinsamer Steuerzeitschlitz für die Anruf-/Ankommender-Anruf-Steuerung, die mit der Leitung 26a zwischen der Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36a und der Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 multiplext verbunden sind, wie beispielsweise in 14 gezeigt ist, mit dem Format mit einer Frame-Periode von 5 ms übereinstimmen, das in 5 gezeigt ist, und gibt die resultierenden Zeitschlitze auf Leitungen 33a, 33b, 33c zwischen der Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36a und den zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtungen (SCS) 32a, 32b, 32c, usw. aus. Die Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36a führt ebenfalls eine umgekehrte Multiplex-Umwandlung auf Aufwärts-Kommunikationszeitschlitzen und einem gemeinsamen Steuerzeitschlitz durch und gibt die resultierenden Zeitschlitze an die Leitung 26a aus. Jede der SCSs 32a, 32b, 32c usw. ist mit einer Schaltung zum Handhaben der Kommunikationszeitschlitze und des gemeinsamen Steuerzeitschlitzes, einer Telefonnummer/PCB-ID-Managementtabelle zum Managen der Korrelation zwischen den Telefonnummern von Teilnehmern und den den Telefonnummern zugewiesen PCB-IDs und einer Schaltung zum Codieren der Abwärts-Kommunikationszeitschlitze basierend auf dem oben erwähnten Verschlüsselschlüssel, zusätzlich zu der oben beschriebenen Schaltung, die die ASGi- und RSPi-Signale und Paketinformation handhabt, ausgestattet. Jede der Informationskommunikations-Vorrichtungen (PCB) 70b1, 70b2, 70b3 usw. ist auf ähnliche Weise mit einer Schaltung zum Handhaben der Kommunikationszeitschlitze und des gemeinsamen Steuerzeitschlitzes, einer Schaltung zum Decodieren von codierten Abwärts-Kommunikationsschlitzen und einer Telefonschnittstellenschaltung, die Telefone 86b1, 86b2, 86b3 usw. verbindet, ausgestattet.

15 stellt beispielhaft das Übertragungsformat von Abwärts- und Aufwärts-Übertragungssignalen für die gleichzeitige Präsentation des verbindungslosen Paketkommunikationsdienstes und des Telefon- oder Datendienstes der verbindungsorientierten Art mit der obigen Struktur dar. Ein Abwärts-Übertragungssignal weist eine Frame-Länge von 5 ms je logisches System und eine physikalische Transferrate von 8,192 Mbps gemäß der ersten Ausführungsform auf. Das gleiche gilt für das ASGi-Signal und den Nutzlastbehälter DWPL innerhalb des Abwärts-Pakettransferfensters, die verwendet werden, um die Ausbreitungsverzögerungszeit zu steuern, mit dem Unterschied, dass ein Abwärts-Kommunikationszeitschlitz-Transferfenster in dem zweiten Halbabschnitt des Frame bereitgestellt wird und Kommunikationszeitschlitze DT1 bis DTn und ein gemeinsamer Zeitschlitz DC für die Anruf-/Ankommender-Anruf-Steuerung in diesem Fenster eingestellt werden.

Jedes der Aufwärts-Übertragungssignale weist ebenfalls ein Frame von 5 ms auf, wobei jedoch ihre Transferrate 3,076 Mbps schneller als die der Abwärts-Übertragungssignale ist. Ähnlich dem Abwärts-Übertragungssignal weist das Aufwärts-Übertragungssignal Kommunikationszeitschlitze UT1 bis UTm und einen gemeinsamen Steuerzeitschlitz UC auf, die in dem zweiten Halbabschnitt eingestellt werden. Jene Zeitschlitze werden alle der Ausbreitungsverzögerungszeit-Steuerung und der Signalpegelsteuerung unterworfen, sodass Bitsynchronisierte Signale mit vorbestimmten Signalpegeln und vorbestimmten Längen bei vorbestimmten Positionen eingefügt werden, wie es in dem Fall des oben erläuterten verbindungslosen Paketkommunikationsdienstes durchgeführt wird.

Mit der oben beschriebenen Struktur werden Telefonanrufe und Rufen wie folgt ausgeführt. Wenn ein „Anruf" zu dem Telefon 86b1 von einem externen Leitungsvermittlungsnetzwerk durchgeführt wird, macht das Rufen zuerst eine „Empfangsanforderung" an die Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 über die Leitung NWR. Diese Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 prüft die Empfängertelefonnummer, um den Verteilungs-Hub (30a) und die SCS (32b) zu finden, denen diese Empfängertelefonnummer zugewiesen ist, und sendet die „Empfangsanforderung" an die SCS 32b und kennzeichnet einen Kommunikationszeitschlitz über die Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36a und den gemeinsamen Steuerzeitschlitz auf der Leitung 26a. Die SCS 32b bezieht sich auf die Telefonnummer/PCB-ID-Managementtabelle, um die PCB-ID (70b1) zu finden, der die Rufzieltelefonnummer zugewiesen ist, aktiviert „Aktivierung bei Empfang" der PCB-ID 70b1 über den in 15 gezeigten gemeinsamen Steuerzeitschlitz DC und kennzeichnet die Aufwärts- und Abwärts-Kommunikationszeitschlitze (beispielsweise DTb1 und UTb1). Bei der PCB 70b1 wird die Telefonschnittstellenschaltung aktiviert, um das Telefon 86b1 zu rufen. Wenn das Telefon 86b1 in den abgehängten Zustand gesetzt wird, sendet die PCB 70b1 „Antwort" an die Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 über den Aufwärts-Kommunikationszeitschlitz UTb1 in dem umgekehrten Pfad. Demgemäß wird der Kommunikationszustand über die Abwärts- und Aufwärts-Zeitschlitze aufgebaut.

Wenn das Telefon 86b1 ein Telefon ruft, das mit einem externen Leitungsvermittlungsnetzwerk verbunden ist, wird der abgehängte Zustand des Telefons 86b1 durch die Telefonschnittstellenschaltung der PCB 70b1 erfasst, und der Empfang eines Wählimpulses wird sofort eingeleitet. Wenn der Empfang des Wählimpulses abgeschlossen ist, wird eine „Rufanforderung" an die Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 über den gemeinsamen Aufwärts-Steuerzeitschlitz UC und die Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36b der SCS 32b gestellt. Die Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 prüft die Empfängerzielnummer, sendet eine „Empfangsanforderung" an den gewünschten Empfänger über die NWR und kennzeichnet der PCB 70b1 einen Kommunikationszeitschlitz über den gemeinsamen Steuerzeitschlitz. Die „Antwort" von dem Empfänger stellt den Kommunikationszustand ein.

Bei der vorhergehenden Beschreibung wird zur Zeit des Durchführens eines Anrufs von dem Telefon 86 eine „Rufanforderung" über den gemeinsamen Steuerzeitschlitz übertragen. Da dieser Zeitschlitz von einer Mehrzahl von PCBs gemeinsam benutzt wird, kann eine Kollision auftreten, obwohl die Wahrscheinlichkeit sehr klein ist. Das Zugriffssteuersystem, das eine derartige Kollision bewältigt, hat einen Fehlerprüfcode beispielsweise in dem gemeinsamen Aufwärts-Steuerzeitschlitz UC bereitzustellen, die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Fehlers in dem Schlitz UC durch die SCS zu prüfen, bestimmt, dass keine Kollision aufgetreten ist, wenn es keinen Fehler gibt, und transferiert den empfangenen Inhalt in der vorhergehenden UC zu der zugeordneten PCB zur Bestätigung über den gemeinsamen Abwärts-Steuerzeitschlitz DC. Wenn ein Fehler erfasst wird, wird andererseits bestimmt, dass eine Kollision aufgetreten ist, sodass die zugeordnete PCB über den Schlitz veranlasst wird, einen vorbestimmten Kollisionsvermeidungsvorgang einzuleiten, wobei danach das nochmalige Senden des Übertragungssignals angewiesen werden kann.

Gemäß dieser Erfindung werden, da die oben beschriebene Signalpegelsteuer sogar bei einem derartigen Kollisionsvorgang ausgeführt wird, die Pegel von Kollidierenden zwei oder mehr Signalen ungefähr einander gleich, sodass die Zerstörung von lediglich einem spezifischen Signal vermeidbar sein kann oder nicht. Es ist daher möglich, die Fairness zu halten.

Obwohl das Zugriffssteuerverfahren bei dem verbindungslosen System der ersten Ausführungsform einen Kollisionsvermeidungs-Zufallsimpuls verwendet hat, kann die Zugriffssteuerung durch Senden von Daten, an die ein Fehlerprüfcode angebracht ist, und Prüfen eines Fehlers in diesen Daten, wie bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, ausgeführt werden.

Die Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 kennzeichnet Kommunikationszeitschlitze, die auf den Multiplexleitungen 26 und 33 zu verwenden sind, sowie auch die optischen Faserkabeln 40 und 60. Wenn die Leitungen 26 zwischen der Leitungsvermittlungsvorrichtung 16 und der Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36 nicht konzentriert sind, kann der Frontend-Schalter, der die Konzentrationsfunktion durchführt, anstatt der Multiplex-Umwandlungsvorrichtung 36 bereitgestellt werden, und ein Zeitschlitz kann für jede Anruf- oder Empfangsanforderung zugewiesen werden.

Das Leitungsvermittlungsnetzwerk führt im Allgemeinen die Vermittlung durch die Einheiten von 64 kbps durch. Weil eine größere Anzahl von Kommunikationszeitschlitzen mit der in 15 gezeigten Frame-Struktur verbunden sind, können Zeitschlitze zwei bis achtmal so groß wie zuvor erlaubt durch Anpassen und zusätzliches Verwenden der Bandkompressionstechnik, wie beispielsweise ADPCM (32 kbps) oder VSELP (kbps, 8 kbps), verbunden werden. Diese Vorgehensweise kann die Anzahl von Teilnehmern, um den Dienst zu empfangen, demgemäß erhöhen.

Wenn die Kommunikationszeitschlitze Transferraten von 64 kbps aufweisen, werden Kommunikationsressourcen von 1,536 Mbps sowohl für Aufwärts- als auch Abwärts-Übertragungen verwendet, um 24 Zeitschlitze zu verbinden. Wenn das ADPCM-Codiersystem verwendet wird und die Transferrate je Zeitschlitz 32 kbps ist, können ungefähr 48 Zeitschlitze, das Zweifache des vorhergehenden Falls, verbunden werden. Wenn das VSELP-Codiersystem verwendet wird, können etwa 96 bis 192 Zeitschlitze verbunden werden. Diese Bandkompressionsschaltungen können in den Multiplex-Umwandlungsvorrichtungen 36 und den PCBs bereitgestellt werden.

Außerdem kann bei einem später beschriebenen Datendienst der verbindungsorientierten Art eine Datenkommunikationsumgebung der verbindungsorientierten Art mit Breitband bereitgestellt werden, indem eine Mehrzahl von Zeitschlitzen einem einzelnen Benutzer zugewiesen wird.

Es ist ebenfalls möglich, einen effizienteren Informationskommunikations-Netzwerkdienst durch dynamisches Zuweisen von verbindungslosen Übertragungsbändern und Übertragungsbändern der verbindungsorientierten Art in Übereinstimmung mit dem individuellen tatsächlichen Verkehr zuzuweisen. Weil die Übertragungsbänder in das Pakettransferfenster zur verbindungslosen Kommunikation und das Kommunikationszeitschlitzfenster zur Kommunikation der verbindungsorientierten Art zusätzlich zu dem Steuerfenster getrennt werden und in dieser Form bei dieser Erfindung gesteuert und verwaltet werden, kann der oben erwähnte Informationskommunikations-Netzwerkdienst ohne weiteres durch geeignetes Verschieben der Grenzen zwischen den Fenstern in Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Verkehr erreicht werden.

Obwohl ein Telefon vom Wählimpulstyp, genannt ein Standardtelefon, als ein Beispiel eines Telefons erläutert wurde, ist es offensichtlich, dass ein Drucktastentyp sowie auch die ISDN-Terminals die gleichen Dienste durch geeignetes Verwenden des gemeinsamen Steuerschlitzes empfangen können. Außerdem kann ein Datendienst der verbindungsorientierten Art durch Kombinieren des obigen Systems der verbindungslosen Art zusätzlich zu dem Telefondienst bereitgestellt werden. D.h., dass in 13 der Datendienst der verbindungsorientierten Art und der der verbindungslosen Art gleichzeitig beispielsweise durch Verbinden der Vermittlungseinrichtung 16 mit dem ATM-Router 11 über die Schnittstelle 17 und Kombinieren der Schaltung für die verbindungsorientierte Art und der Schaltung für die verbindungslose Art über die Paketextrahierschaltung 244 gleichzeitig verwirklicht werden kann. Der Vorteil dieser Struktur ist wie folgt.

Bei dem Dienst der verbindungslosen Art kann, da die Übertragungsleitung durch eine große Anzahl von Benutzern gemeinsam genutzt wird, in einem Fall, in dem viele Daten auf der Übertragungsleitung in einer langen Zeit durch wenige Benutzer oder durch einen abnormalen Vorgang übertragen werden, ein anderer Benutzer keine gewünschte Datenkombination ausführen. Bei der obigen Situation kann der Dienst der verbindungsorientierten Art immer den Datendienst, der eine konstante Geschwindigkeit aufweist, ohne einen Einfluss des Verkehrs von anderen Benutzern gewährleisten. Eine gleichzeitige Verwendung des Dienstes der verbindungslosen Art und der verbindungsorientierten Art macht es möglich, einen geeigneten Dienst (verbindungslose Art oder verbindungsorientierte Art) gemäß der Anforderung des Benutzers auszuwählen, und ist sehr wirksam, um die Flexibilität des Dienstes zu verbessern.

Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen beiden Ausführungsformen begrenzt. Es sei angenommen, dass ein hypothetisches Verkehrsverhältnis der Abwärts- und Aufwärts-Übertragungsleitungen jeweils Td:Tu ist, und ein wirksamer Durchsatz (der wirksame Durchsatz wird durch einen Durchsatz für maximalen durchschnittlichen Verkehr definiert. In 12 erreicht der Aufwärts-Durchsatz etwa 60%, wenn der angebotene Verkehr zunimmt. Beim tatsächlichen Arbeiten, da Kollisionen zunehmen und die Verzögerungszeit extrem zunimmt, wird der maximal durchschnittliche angebotene Verkehr auf etwa 50% eingestellt, und ein System ist ausgestaltet, den maximalen durchschnittlichen angebotenen Verkehr nicht zu überschreiten.) jeweils Pu und Pd sind, wird ein Informationsübertragungsvermögen-Verhältnis Idealerweise jeweils auf Td/Pd:Tu/Pu eingestellt.

Genauer gesagt beträgt in einem Fall, wenn das hypothetische Verkehrsverhältnis 30:1 ist, ein wirksamer Abwärts-Durchsatz ohne Konkurrenz etwa 70% und ein wirksamer Aufwärts-Durchsatz, der Konkurrenzsteuerung basierend auf CSMA/CD durchführt, etwa 30% (siehe 12), das ideale Aufwärts-Informationsübertragungsvermögen-Verhältnis etwa 13:1. Dies gibt an, dass ein logisches System mit dem Informationsübertragungsvermögen von 2 Mbps drei logischen Abwärts-Systemen zugewiesen werden kann, die die Informationsübertragungsvermögen von 8 Mbps aufweisen, die das in 7 und 8 erläuterte 64QAM-Verfahren annehmen. D.h., dass bei diesem Beispiel eine 64QAM-Übertragung durch Verwenden eines Kanals mit 6 MHz Frequenzbandbreite, eine QPSK-Übertragung durch Verwenden eines Kanals mit 1,5 MHz Frequenzbandbreite in einer Aufwärts-Richtung ausgeführt wird, und Signale in der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (SCS) logisch multiplext werden, wie oben beschrieben ist.

Andererseits wird bei einem Web-Serverzugriff etc. über das Internet angenommen, dass der Aufwärts-Verkehr etwa 1/10 des Abwärts-Verkehrs ist, aufgrund der auf TCP-Protokoll basierten Übertragungsbestätigung und Zugriffsinformationsübertragung an den Web-Server. In diesem Fall wird das ideale Informationsübertragungsvermögen-Verhältnis etwa 4:1, und ein logisches Aufwärts-System (2 Mbps) kann dem einen logischen Abwärts-System (8 Mbps) zugewiesen werden. Bei diesem Beispiel kann, wenn angenommen wird, das der Verkehr, den alle in dem Faserknoten verwenden, von einem logischen System gehalten werden kann, ein Kanal von 1,5 MHz zur QPSK-Übertragung zugewiesen werden, indem die in der Abwärts-Richtung festgelegte Frequenzwiederverwendung auf einen Abwärts-Kanal von 6 MHz der 64QAM-Übertragung angepasst wird. Es ist offensichtlich, dass die logischen Aufwärts-Systeme in der SCS nicht logisch multiplext werden und jeweils vorbestimmten logischen Abwärts-Systemen entsprechen.

Das QAM-Modulationsverfahren kann ermöglichen, dass die gleiche Hardware (Modulator/Demodulator) als ein 256QAM-Modulator/Demodulator, ein 64QAM-Modulator/Demodulator, ein 16QAM-Modulator/Demodulator und ein QPSK-Modulator/Demodulator abhängig von der Einstellung der Parameter verwendet werden kann (als ein „Fallback" bezeichnet). Es sei jedoch bemerkt, dass, je höher die Multiplexität (die Anzahl von Bits, die ein Symbol bilden) ist, desto schlechter die Kennlinie des Rauschens als Funktion der Bitfehler wird.

Für Übertragungsleitungen, deren Abwärts-Übertragungsqualität ausgezeichnet ist, können vier logische Systeme mit 256QAM-Modulation (8 Bit/Symbol) multiplext werden, und aus 64QAM (die Anzahl von multiplexten logischen Systemen: 3), 16QAM (die Anzahl von multiplexten logischen Systemen: 2) und QPSK (die Anzahl von multiplexten logischen Systemen: 1) kann eines selektiv nach Bedarf in Übereinstimmung mit dem Grad der Verschlechterung der Übertragungsqualität aktiviert werden.

Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, die 256QAM-Modulation für eine Stelle auszuwählen, die nicht viel nach dem Aufbau gealtert hat und eine ausgezeichnete Rauschumgebung aufweist, und das Modulationsverfahren auszuwählen, dessen Multiplexität mit der Rauschumgebung übereinstimmt, sodass das System flexibel in Überstimmung mit dem Zustand der einzelnen Faserknoten oder der einzelnen Stellen verwaltet werden kann. Wenn das oben beschriebene Verfahren adaptiv benutzt oder wenn eine Art von Rauschen vorübergehend in die Abwärts-Übertragungsleitungen eintritt, ist es beispielsweise möglich, das Modulationsverfahren auf dasjenige mit einer niedrigen Multiplexität umzuschalten und es in das Modulationsverfahren mit der ursprünglichen Modulationsleistung, nachdem das Rauschen beseitigt ist, während des eindringenden Rauschens zurückzuführen, womit die Möglichkeit einer Dienstunterbrechung oder Qualitätsverschlechterung verringert wird.

Obwohl, nachdem ein Fehlerkorrekturcode an einer logischen Systemeinheit angebracht ist, die aus gepaarten zwei Bits bestehen, die gepaarten Bits multiplext werden, um ein einzelnes Symbol bei diesen Ausführungsformen zu bilden, können die in 16 und 17 gezeigten Strukturen benutzt werden. Wie in 16 gezeigt ist, können Abwärts-Übertragungssignale 301a bis 301d, die jeweils aus gepaarten zwei Bits bestehen, die über logische Systeme #1 bis #4 in die Frame-Anordnungsschaltungen 302a bis 302d eingegeben werden, durch einen Bit-Multiplex/Puffer 303 multiplext und die multiplexten 2-Bit-Paare einer Fehlerkorrektur/Codierung unterworfen werden, wobei danach ein Symbol für jede vorbestimmte Anzahl von Bits durch eine Symbolanordnung 305 extrahiert wird. Dieses Symbol wird durch einen QAM-Modulator moduliert, der die gleiche Funktion wie der oben erwähnte QAM-Modulator aufweist, und über ein nicht dargestelltes Bandpassfilter an die Übertragungsschaltung ausgegeben. Natürlich können die oben erläuterten Vorteile erlangt werden, indem gepaarte zwei Bits multiplext werden, an denen ein Fehlerkorrekturcode angebracht ist, die multiplexten 2-Bit-Paare einer weiteren Fehlerkorrektur/Codierung unterzogen werden und dann ein Symbol für jede vorbestimmte Anzahl von Bits extrahiert wird.

In diesem Fall wird die Schaltungsanordnung auf der Modulationsseite ausgestaltet, wie in 17 gezeigt ist, und das bei der Empfangsschaltung empfangene Signal wird über ein nicht dargestelltes Bandpassfilter in einen QAM-Demodulator 322 eingegeben. Das durch den QAM-Demodulator 322 demodulierte Signal wird durch einen Decodierer 324 decodiert, und ein Fehlerkorrektur-/Decodierprozess wird an sämtlichen multiplexten 2-Bit-Paaren durch eine FEC 325 durchgeführt. Danach wird das resultierende Signal durch eine Geschwindigkeitsumwandlungsschaltung 326 zu einer Gepaarte-Bit-Extrahierschaltung 327 gesendet, bei der gepaarte zwei Bits, die ein logisches System bilden, extrahiert und an die Abwärts-Signalübertragungsverarbeitungsschaltung übertragen werden. Eine Frame-Synchronisations-/Erzeugungsschaltung 323 in 17 weist die gleiche Funktion wie die Frame-Synchronisations-/Erzeugungsschaltung 235 in 10 auf. Das logische System, das Steuersignale 308 und 329 multiplext, spezifiziert 2-Bit-Paare entsprechend der eigenen PCB aus 6-Bit-Reihen aus 1-Symbol und steuert die Gepaarte-Bit-Extrahierschaltung 236.

Der Grund, warum ein logisches System aus gepaarten zwei Bits bei der obigen Ausführungsform besteht, ist lediglich, weil das QPSK-Modulationsverfahren als das Standard-Modulationsverfahren benutzt wird. Eine beliebige Anzahl von Bits gleich oder größer als 1 können als ein Bezugspaar (Bitgruppe) behandelt werden. Ferner können Bitgruppen mit unterschiedlichen Anzahlen von Bits miteinander multiplext werden. Außerdem kann, obwohl QAM als ein Beispiel des Modulationsverfahrens bei der vorhergehenden Beschreibung beschrieben wurde, diese Erfindung natürlich auf ein mehrwertiges Modulationsverfahren, wie Frequenzumtastung (FSK = Frequency Shift Keying), angepasst werden.

Das oben erläuterte gesamte Multiplexsystem wird „symbol division multiplexing (YDM)" bei dieser Erfindung gegenüber solchen, wie Zeitteilungs-Multiplexen (TDM = time division multiplexing), Frequenzteilungs-Multiplexen (FDM = frequency division multiplexing), Codeteilungs-Multiplexen (CDM = code division multiplexing) oder Wellenlängen-Multiplexen (WDM = wavelength division multiplexing) etc., genannt. Ferner wird das Multiplexen, bei dem multiplexte Bitgruppen direkt ein Symbol bilden, „explizites YDM (E-YDM)" genannt, und das Multiplexen, bei dem ein Prozess, wie Fehlerkorrektur/Codierung an, dem gesamten multiplexten Bitgruppen durchgeführt wird, wird „impliziertes YDM (I-YDM)" genannt.

Das YDM-Verfahren weist eine Mehrzahl von logischen Systemen jeweils vorbestimmten Bitgruppen zu, bildet ein Symbol aus einem Satz von jenen Bitgruppen und moduliert das Symbol. Das E-YDM ermöglicht einer Menge von Bitgruppen ein Symbol zu bilden, wohingegen das I-YDM ein Symbol extrahiert, nachdem Fehlerkorrektur/Codierung an einer Menge von Bitgruppen durchgeführt ist. Dieses Multiplexen kann, ob es das E-YDM oder I-YDM ist oder ob nicht, die Unabhängigkeit zwischen logischen Systemen, die zu multiplexen sind, verbessern und kann selektiv die geeignete Anzahl von logischen Systemen verwenden, die zu multiplexen sind, wodurch die Anpassungsbedingungen des Systems hinsichtlich der Übertragungsleitungsqualität gelockert werden.

Bei dem E-YDM-Verfahren wird ein Fehlerkorrekturcode für eine Bitgruppe angebracht, und dies weist die Möglichkeit des Konzentrierens von Fehlern auf eine spezifische Gruppe durch Modulationsverfahren und Anordnungsverfahren der Bitgruppe auf. Als Maß zum Egalisieren der Fehlerrate zwischen den Gruppen kann eine Anordnung von Bitgruppen gemäß einer vorbestimmten Regel geändert werden.

Obwohl die vorhergehende Beschreibung jener Ausführungsformen den Fall des Verwendens eines CATV oder HFC-Netzwerkssystems erläutert hat, das grundlegend Frequenz-Multiplexen benutzt, kann diese Erfindung ebenfalls auf ein sternförmiges optisches Netzwerksystem angepasst werden. Das sternförmige optische Netzwerksystem weist die gleichen Eigenschaften wie das baumförmige Netzwerksystem auf und weist erleichterte Bedingungen für die Übertragungsqualität als das Koaxialkabel-basierte Netzwerk, wie beispielsweise geringere Signalpegeldämpfung und kein Auftreten von eindringendem Rauschen, aufgrund der Verwendung von optischen Fasern als Übertragungsleitungen auf. Daher weist, wenn diese Erfindung auf das sternförmige optische Netzwerksystem angepasst ist, dieses System die gleichen Vorteile wie das baumförmige Netzwerksystem auf.

Ferner kann ein Wellenlängen-Multiplexübertragungsverfahren als ein Signalübertragungsverfahren anstatt des oben beschriebenen Frequenz-Multiplexübertragungsverfahrens verwendet werden. Diese Modifikation beseitigt die Notwendigkeit für ein moduliertes Signal, sodass eine Informationsübertragung mit Basisbandsignalen erreicht werden kann.

Jede der Übertragungsleitungen des obigen baumförmigen Netzwerks und sternförmigen Netzwerks ist nicht auf die optische Faser, koaxiale Übertragungsleitung etc. begrenzt und kann durch drahtlose Übertragung verwirklicht werden.


Anspruch[de]
Informations-Übertragungsverfahren zum Ausführen von Informations-Übertragung zwischen einer zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) und einer Mehrzahl von Informationskommunikations-Vorrichtungen (70), mit:

einem ersten Schritt zum Erfassen bei der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) einer Ausbreitungs-Verzögerungszeit mit Bezug auf eine Informationskommunikations-Vorrichtung (70) und/oder eines Empfangspegels eines Übertragungssignals (ASGi, RSPi) von einer Informationskommunikations-Vorrichtung (70), das an die zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) übertragen wird;

einem zweiten Schritt zum Erzeugen von Informationskommunikations-Zugriffssteuerinformation bei der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) basierend auf einem Ergebnis der bei dem ersten Schritt durchgeführten Erfassung und Übertragen der Informationskommunikations-Zugriffssteuerinformation an eine zugeordnete Informationskommunikations-Vorrichtung (70);

einem dritten Schritt zum Empfangen der Informationskommunikations-Zugriffssteuerinformation, die bei dem zweiten Schritt übertragen wurde, bei der zugeordneten Informationskommunikations-Vorrichtung (70) und zum Steuern der Informationskommunikations-Verarbeitung basierend auf der empfangenen Informationskommunikations-Zugriffssteuerinformation;

einem vierten Schritt zum Übertragen einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen (CA) von den Informationskommunikations-Vorrichtungen (70) zu der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) mit zufälligen Zeitintervallen in einem vorbestimmten Übertragungszeitschlitz; und

einem fünften Schritt zum Ausführen bei der zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) eines Kollisionsvermeidungs-Vorgangs, wenn die zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) mehr als besagte vorbestimmte Anzahl von Impulsen (CA) innerhalb eines vorbestimmten Empfangszeitschlitzes empfängt.
Zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) in Kommunikation mit einer Mehrzahl von Informationskommunikations-Vorrichtungen (70), wobei die zentrale Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) Mittel umfasst, die angepasst sind, um die ersten, zweiten und fünften Schritte des Verfahrens von Anspruch 1 auszuführen. Informationskommunikations-Vorrichtung (70) in Kommunikation mit einer zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32), wobei die Informationskommunikations-Vorrichtung (70) Mittel umfasst, die angepasst sind, um die dritten und vierten Schritte des Verfahrens von Anspruch 1 auszuführen. Informationskommunikations-Netzwerksystem mit einer zentralen Informationskommunikations-Steuervorrichtung (32) gemäß Anspruch 2 und einer Mehrzahl von Informationskommunikations-Vorrichtungen (70) gemäß Anspruch 3.






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