CN1288577C - 无线分配和收集系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于数据传输和接收的系统，该系统包括使用一个或多个无线广播转发器，从数据网络将引出数据广播到多个用户的无线数据广播系统。无线数据返回路径系统从多个用户接收引入数据并且将引入数据提供到数据网络。无线数据返回路径系统进一步包括从预先确定的一组多个用户接收数据的一个或多个无线收集器系统，和一个或多个返回路径转发器系统从一个或多个预先确定的无线收集器系统接收数据。系统还结合卫星数据传输系统使用地面视力线广播。

Description

无线分配和收集系统
相关申请的交叉引用
本发明要求于2002年1月18日提交的U.S临时专利申请60/349,315，以及于2002年1月24日提交的未授权U.S专利申请10/056,663的优先权，其中于2002年1月24日提交的未授权U.S专利申请10/056,663还要求于2001年5月24日提交的U.S临时专利申请60/292,940和于2001年5月24日提交的临时专利申请60/292,946的优先权，将它们中的每一个在这里完全包括并且全文引入作为参考。
技术领域
本发明涉及数据传输领域，并且具体的说涉及用于无线宽带数据传输的系统和方法。
背景技术
今天，互联网和万维网(WWW)是互联网络工业成长中最有活力的区域。和计算机工业的时间线有关，互联网已经发展了很多年，但是互联网的私人化和WWW的增殖以甚至高于最乐观的预期的速率加速成长。
在互联网上传输的数据量的数量越来越大，并且在多媒体内容方面越来越丰富。网页和提供的程序的数量变得很大，使得使用拨号连接进行下载或显示变得不现实，其中拨号连接是大多数互联网用户使用的方法。人们需要速度来以合理的时间实现它们在互联网上的任务。互联网工业经常产生新的想法和方法来提供高速互联网连接，其中一些方法现在已经很流行，比如ISDN，DSL，CABLE，以及最后但不是最少的无线方法。
大多数提供无线接入的售主在点对点，或在一些情况中在点对多点中使用扩频无线电。扩频无线电提供使用直接连接方法的互联网连接。它具有有限数量的信道，仅能够服务有限数量的人，并且在和无线电连接的人们当中平均的划分速度。就是说，如果无线电连接到T1(1.54Mbps)互联网连接，那么将在使用它的人中划分这个速度。如果将无线电和它的全部容量(254个用户)连接，每一客户将得到比拨号调制解调器更小的速度。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于传输并接收数据的系统和方法，其能够克服现有的传输和接收数据的问题。
具体的说，提供了一种用于传输并接收数据的系统和方法，其允许不需要信道分配的高速无线连接。
根据本发明的示例性实施例，提供用于数据传输和接收的系统。该系统包括无线数据广播系统，其使用一个或多个无线广播转发器将引出数据从数据网络广播到多个用户。无线数据返回路径系统从多个用户接收引入数据并且将引入数据提供到数据网络。无线数据返回路径系统进一步包括从预先确定的一组多个用户接收数据的一个或多个无线收集器系统，以及从一个或多个预先确定的无线收集器系统接收数据的一个或多个返回路径转发器系统。该系统还结合卫星数据传输系统使用地面视距(line-of-sight)广播。
本发明提供很多重要的技术优点。本发明的一个重要技术优点是用于数据传输和接收的系统和方法在双向环境中使用卫星数据传输系统来提供地面数据传输网络。本发明结合卫星数据传输技术使用收集器和转发器来提供高速上行链路，从而提供使用卫星或电缆技术无法提供的双向高速数据网络。
通过下面结合附图的详细说明，本领域普通技术人员将进一步认可本发明的优点和有益特征及其重要方面。
附图说明：
图1是根据本发明的示例性实施例，用于数据的广播传输的系统视图；
图2是用于无线分配和收集(WDCS)的系统视图，该系统包括一个或多个示例性的系统和组件，其可以包括在网络中心中来收集并分配来自终端用户的视频，音频和数据，并且该一个或多个示例性的系统和组件可由终端用户使用来使用用户终端设备接收并传输信息到网络中心；
图3是根据本发明的示例性实施例的，用于广播转发器和分配器来将广播数据提供给在覆盖区域中的终端用户的系统视图；
图4是根据本发明的示例性实施例的，用于通过无线链路提供高速收集系统或返回路径的系统视图；
图5是根据本发明的示例性实施例的，用于数据转发器的系统视图；
图6是根据本发明的示例性实施例的，用于分配器和收集器的系统视图；并且
图7是使用接口模块，路由器，以及返回路径系统分类器/多路复用器的系统视图。
具体实施方式
在下面的描述中，这个说明和附图中相似的部分将分别以相同的参考数字标记。附图可能并不成比例，并且可能以概括的或示意的形式示出特定组件，并且为了清楚和简明的目的由商用指示识别。
图1是根据本发明的示例性实施例，用于数据的广播传输的系统100的视图。在一个示例性实施例中，系统100可以用于为多个用户广播分配在互联网上传输的数据。
用户1_126或用户2_128可以是个人计算机，机顶盒，或其他合适的通用或特殊目的处理平台。用户1_126或用户2_128可以使用比如TCP/IP的传输协议或其它合适的协议和网络中心120连接。在一个示例性的实施例中，当网络中心120从用户1_126接收用于信息的请求(RFI)时，使用代理服务器1_116和代理服务器2_118或其它合适的代理服务器，网络中心120从互联网，内部网，或其他合适的网络中检索相应信息，并且使用网关112，调制解调器110，发射器108和天线102将检索的信息广播到用户1_126。用户1_126可以通过碟型天线132和相关组件，比如通用目的处理平台的接收卡接收信息。使用在公共交换电信网络(PSTN)上的规则拨号上行链路连接，可以调节下行链路速度使其等于合适的速度，比如超过1.54Mbps。
图2是用于无线分配和收集(WDCS)的系统200的视图，该系统包括可以包括在网络中心120中来收集并分配来自终端用户的音频，视频和数据的一个或多个示例性的系统和组件，以及可以由终端用户使用来使用用户终端设备接收并传输信息到网络中心120的一个或多个示例性的系统和组件。
接口模块214提供与一个或多个网络和路由器215的示例性连接。接口模块214可以在合适的数据接口，比如合适数量的T1，T3，OC3，DS1，DS3或OC3数据连接，或其它数据连接接收并传输数据。内部路由可以由路由器215以合适的数据处理速度，比如12.6吉比特每秒(Gbps)或更高的速度来处理。路由器215可以包括合适数量的输入-输出接口，比如如图所示的12个，其中每一接口提供预先确定的数据带宽，可以使用相等的数据带宽，或其他合适的配置。在一个示例性实施例中，路由器215的前面板可以提供火线接口，状态照明设备，交换机，速度计和其它信息，并且路由器215的后部可以用来提供输入接口，测试端口和管理端口。路由器215可以是特殊目的路由器，配置其来独立使用合适数量的数据连接，比如四个T1数据连接，从而执行负载平衡和/或将一个或多个独立数据连接组合进单独的一个数据连接。在另一示例性实施例中，可以配置每一输入/输出端口来允许用户管理每一端口的功能。
接口模块214和企业网络202连接，并且可以是可以容纳PSTN212、互联网204、帧中继、ATM交换机、专用网络或其他合适的数据业务的载体类模块。如在这里所使用的，术语“连接”和它的同类属于比如“多个连接”和“连接的”，可以包括物理连接(比如铜导体)，虚拟连接(比如通过数据存储设备的随机指定的存储器位置)，逻辑连接(比如通过半导体设备的逻辑门)，其它合适的连接，或这些连接的合适的组合。在一个示例性实施例中，系统和组件和其它系统和组件通过介入系统和组件，比如操作系统连接。路由器215可以将上行链路216连接到合适的端口，比如端口12，并且将下行链路218连接到不同的合适端口，比如端口1。上行链路216是以高速将数据传输到终端用户的合适的系统，比如互联网广播系统，卫星系统，或电缆系统。通常提供卫星系统和电缆系统用于将广播数据传输到终端用户，但是不能配置其来从用户接收数据。然而系统200可以用来独立或和其它系统结合的传输和接收数据。
用户终端设备可以包括天线226，上行转换器242，下行转换器228，调制器236，解调器230，路由器232，带有外部交换站(FXS)接口238和FXS电话240的POTS网关237，通用目的处理平台234，电视信号显示系统，或其它合适的系统或组件。
在一个示例性的实施例中，用户计算机234可以将一个或多个RFI分组通过路由器232，调制器236，上行转换器242和天线226传输到接口模块214。网络中心120直接接收RFI分组，或通过经天线222的返回路径系统转发器224，下行转换器223，并且在使用返回路径系统分类器-多路复用器218分类和多路复用之后接收。将比如TCP/IP分组数据或其它合适数据的、来自返回路径系统分类器-多路复用器218的数据通过路由器215和接口模块214发送到互联网或其它合适的目的地。
路由器215可以包括处理引入数据来提取目的地数据，处理控制数据或其它合适的数据的软件栈，并且路由器215可以执行在用户和网络中心120之间的信号交换和稳固链接处理。路由器215可以将数据路由到互联网204，PSTN212，或专用网络，或其它合适的位置，或者从这些位置路由数据，路由器215还可以使用上行链路216从这些位置向用户返回数据。
当请求的信息到达路由器215时，可以将数据通过上行链路216，上行转换器220，天线222，在用户位置的天线226，下行转换器228，解调器230传输到用户，其中解调器230还可以解码数据来提取根据另一合适的协议传输的TCP/IP分组或数据。路由器232将数据路由到合适的本地目的地，比如终端用户计算机，电话或电视。
图3是根据本发明的示例性实施例的系统300的视图，该系统用于广播转发器310A和310B及分配器312A和312B，从而将广播数据提供到在覆盖区域314A，314B和314C中的终端用户。
上行链路216可以将数据通过IP数据网关304，调制器306，上行转换器220，天线222传输到用户。可以使用合适的数据压缩，调制和编码处理，比如MPEG2，MPEG4，DVB和QPSK压缩数据，编码数据用于传输，并且通过可用的频谱传输数据。上行转换器220和天线222可以在合适的频率，比如2.0和40.0GHz之间的频率上操作任务。可以配置IP网关304和调制器306来以合适的速度基于传输频率，比如240Mbps传输数据。
如在区域314A中所示的，终端用户可以直接从天线22接收数据，或如在区域314A中所示的从分配器312A，通过广播转发器310A直接接收数据，或者通过如区域214B中所示的分配器312B，通过如在区域314C中所示的广播转发器310A和广播转发器310B接收数据，或者以其它合适的方式。系统300还可以允许用户接收高速下载并使用PSTN拨号连接用于加载，比如用于传递视频点播，远程课堂内容传递，从应用服务提供商传递丰富媒体内容，或在其它用户不需要高速返回路径的应用中。
图4是根据本发明的示例性实施例的系统400的视图，该系统用于提供高速和通过无线链路的收集系统或返回路径。在服务区域314A，314B和314C中的收集器408A，408B和408C分别从在它们各自的相关服务区域中的用户收集数据，并且将数据通过天线222，返回路径系统转发器406A和406B，或其它合适的处理发送到网络中心120。网络中心120可以通过载体微波或其它合适的无线频率接收宽带数据，比如每秒几百万数据分组。通过下行转换器223下行转换信号并且将其传输到返回路径系统分类器-多路复用器218，在那里对数据进行解调和解码。可以通过互联网204，本地区域网，或其它合适的媒介传输提取的数据分组。
图5是根据本发明的示例性实施例的、用于数据转发器的系统500的视图。广播转发器310A是在频率F1在天线504上接收引入载体波并且将频率转换为F2用于使用天线502传输到用户或分配器506的转播发射机(transposer)。
返回路径系统转发器224在频率F3从终端用户或从收集器508接收载体波，并且将频率转换为F4，用于使用天线504传输到网络中心120或另一转发器。
广播转发器310和返回路径转发器224可安装在相同的位置，如杆和塔上，或不同的位置上，或其它适合的位置，可以选择广播转发器310和返回路径转发器224的位置，以适应服务区人口的分布。
图6是根据本发明的示例性实施例的，用于分配器506收集508的系统600的视图。分配器506和收集器508可以安装在单一外壳中，分开的外壳中，也可以安装在相同的位置以方便维修和服务，或者安装在不同位置中，或以其它合适的方式，而且分配器506和收集器508还可以包括低功率频率转播发射机。分配器506可以从网络中心120或广播转发器310使用天线512在频率F5接收载体波，并且将频率转换到F6来使用天线510将其传输到用户。收集器508可以从用户通过天线510在频率F7接收数据，并且可以将信号转换到频率F8，用于使用天线512传输到网络中心120，返回路径转发器224，或其它合适的系统或组件。
在一个示例性实施例中，终端用户可以使用任一路径，如在广播信道上接收数据和在合适的现有连接上发送数据。在另一示例性的实施例中，用户可以将数据传输到网络中心120并且使用现有电缆系统，卫星系统，或其它合适的系统来接收数据。同样的，可以排他的使用系统100的广播和返回路径，或使用其它合适的实施例。
系统600允许使用广播转发器224，将引出和引入无线数据传输独立转发到可以延伸的距离，比如其中通过使用DVB/MPEG编码或其它合适的处理，网络中心120用来广播高带宽内容。网络中心120可以使用一个或多个收集器508(在低功率)从用户接收数据，其中收集器508位于用户附近并且传输数据，而数据返回路径转发器224反过来将数据发送到网络中心120，这允许相对其它无线数据广播系统，比如那些从相同无线电收发机发送并接收数据从而覆盖有限区域的系统，显著扩大系统100的服务区域。仅在网络中心120需要和网络的连接，然而现有技术在每一收发机都需要互联网连接。
系统600允许网络中心120在超过1.54Mbps的速度基于需要的负载服务大量用户，当它是多点传输系统时它可以在大于等于100Mpbs的速度向单一用户传递内容，并且可以在6Mbps或更快的速度从单一用户接收内容。可以使用工作在12.6Gbps的路由器215，并且以这个比率，可以允许在网络中心120有超过50,000个用户。内容的高速缓存，直接从网络中心120提供内容，或在VPN连接上提供内容，都可以用来最大化互联网带宽使用，以及其它合适的处理。通过使用PSTN网络和网关，还可以使用网络来传输语音线。
图7是使用接口模块214，路由器215，以及返回路径系统分类器/多路复用器218的系统700的视图。返回路径系统分类器/多路复用器218可以容纳返回路径数据。在一个示例性实施例中，比如通过使用20个卡702，返回路径系统分类器/多路复用器218可以支持2000个用户，其中每一卡处理来自多达100个用户的引入的高速数据分组。返回路径系统分类器/多路复用器218可以为每一用户解调并解码数据，并且将其指定到预先确定的时隙。使用时间延迟分类和多路复用处理(TDSM)，返回路径系统分类器/多路复用器218可以操作在大于等于兆赫兹范围的时钟速度。本发明使用提出两个分组不能在完全相同的时间到达的数学原理。这允许每一用户在相同频率传输，使得CPE的配置不成为网络中心120限制，从而避免了扩频处理需要发射器和接收器同步的限制条件。
在一个示例性实施例中，如在这里所示的无线分配器和收集器系统可以从中心位置，比如和互联网，PSTN，专用网络，或其它合适的数据源连接的网络中心120将无线微波链路提供给用户。比如，通过使用全向天线，在地面环境中(也就是，表面视力线广播)，到用户的传输路径可以使用卫星传输技术来在多点传输处理中，在高于100Mbps向用户广播语音数据，视频数据，分组数据，和其它合适的数据。每一用户使用用户终端设备(CPE)接收，解码，并且解调信号，而且可以使用现有卫星数据传输技术在高于6Mbps的速度完成这些。虽然用户可以按照它们的意愿使用返回路径，比如拨号或ISDN，在合适的地方，返回路径转发器224也可以将数据传输回网络中心120。可以配置网络中心120来容纳多于50,000个用户，并且通过使用返回路径转发器224和分配器506，提供覆盖由多于50英里半径包围的区域。相同的，使用45度，60度，90度或180度广播和接收扇区可以分别提供每个网络中心120，800，600，400或200Mbps的数据吞吐量。
返回路径系统包括可以从用户收集数据并且将数据传输到网络中心120的收集器508。用户的CPE可以包括调制器，上行转换器和天线来将数据以RCC认可的低功率级发送到收集器508。收集器508可以在第一频率接收数据并且将数据传输到网络中心120或在第二频率接收数据并将数据传输到返回路径转发器224。收集器508包围较小的范围，比如3到5英里半径并且配置采用的成本很低，而且比如通过使用合适数量的返回路径转发器224，其还允许将数据传输到离用户50英里或更远的网络中心120。使用6Mhz或更小的带宽，每一用户的调制器可以操作在超过10Mbps的速度。每一用户可以在相同或不同频率发送信号，并且数据可以在相同或不同时间到达网络中心120。返回路径系统分类器/多路复用器可以使用时间延迟多址(timedelay multiple access)，而不是时分多址，从而允许为多达2000个用户或更多用户，对引入的数据业务分类，并将其指定到特定时隙。通过添加更多的返回路径系统分类器/多路复用器，可以扩展网络中心120来容纳合适数量的用户。
可以提供在广播和返回路径数据上操作的路由器，其操作在12.6Gbps并且允许广播和返回路径独立工作或彼此一起工作。如果独立使用广播系统，用户可以使用其它合适的处理，比如拨号或ISDN发送信息，并且可以从广播路径高速接收下载。相同的，可以独立使用返回路径或结合广播路径。
系统可以操作在合适的频率，比如在2GHz到40GHz之间，从而适于，在FCC建议的超组HIPERLAN UNIT中，在300Mhz频谱，在分别为200mW，1Watt，和4Watts功率的5.15-5.25Ghz(可以用于CPE)，5.25-5.35Ghz(可以用于收集器/转发器)，和5.725-5.825Ghz(可以用于网络中心)上使用。
虽然在这里详细描述了本发明的系统和方法的示例性实施例，本领域普通技术人员将认可在不脱离所附权利要求的范围和精神的情况下，可以对该系统和方法做出多种修改和替代。

Claims (1)

1.一种用于数据传输和接收的系统，其包括：
无线数据广播系统，其将从数据网络引出的数据广播到多个用户，该无线数据广播系统进一步包括：
一个或多个无线广播转发器；
无线数据返回路径系统，其从多个用户接收引入的数据并将引入的数据提供到数据网络，该无线数据返回路径系统进一步包括：
一个或多个无线收集器系统，其从预先确定的一组多个用户接收数据；
一个或多个返回路径系统转发器，其从一个或多个预先确定的无线收集器系统接收数据；以及
其中该系统结合卫星数据传输系统使用地面视距广播。
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