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.