CN1173252A - 频率灵活的宽带通信系统 - Google Patents

Abstract

一种用于耦合电话(10)或其它数字网络到CATV网络(12)的宽带通信系统。该系统在CATV网络的正向频带发送一个复用的电话信号。每个正向频带在载波上是QPR调制的和含有多个用户的电话信号。该正向电话信道被解调和被多个用户终端复用到传送到一个编址的用户的个别电话信号。从用户返回的音频和控制信号被数字化为标准电话信号和QPR调制在CATV网络的反向频带的一个载波上。多个反向频带电话信号被解调和复用为一个直接与电话网络接口的标准电话信号。反向频带调制器是频率灵活的和在预订网络的反向频带的一个或多个频率子频带上调制来自用户的电话信号。

Description

频率灵活的宽带通信系统

本申请是1993年8月17日提交的申请号为№.08/123363的，名称为“宽带通信系统”的部分继续。

一般来说，该系统涉及宽带通信系统，诸如电缆或社区电视天线(CATV)网络，和更具体地涉及通过CATV和相当的网络传送电话信号，和其它或类似的信号。

为了介绍本发明和其所解决的问题，浏览一下常规的CATV宽带通信系统是有所裨益的，和而后当试图引人电话信号到宽带环境时检查一下某些现有技术的方法所遇到的问题。

电缆电视系统，有时称之为社区电视天线(CATV)系统是同轴电缆或光纤的宽带通信网络，该系统分配电视、音频、和数据信号到各用户的家中或各商社。在一般的CATV系统中，有优点地单个设置的馈送电缆网络的天线阵向单个用户提供有用的电视信号。

因为在开创时代，在美国电缆网络已经经历了不断的进步和发展，特别是城市网络。估计当前CATV网络普及到约90％的美国人口，约60-65％的家庭实际上已经被连网。虽然电缆系统固有地具有非常简单的结构和提供有限数目的不同的电视信号，但是由于电视广播数目和电视拥有者在近几十年来的增加，导致更为复杂的和高成本的现代电缆分配系统的产生。

典型的CATV系统包括四个主要的部件：首端、中继系统、分配系统、和用户下线件。

“首端”是信号接收和处理中心，该中心采集、编排和分配信号。首端接收通过卫星传送的，空间广播的TV台信号传送的，和通过地面微波和其它通信系统传送的视频和音频节目。此外，首端可以插入本地广播发送到各个用户的信号分组中，诸如在演播室制作的商业和生活节目。

首端包括信号处理设备，控制信号的输出电平，调节信噪比，和抑制不希望的带外信号。通常信号处理设备包括外差处理器或解调器—调制器对。首端然后调制接收的信号为分别的射频信号(RF)载被和组合它们用于通过电缆系统传输。

“中继系统”是CATV网络的从首端传输信号到社区中的多个分配点的主要干线。一般，现代中继系统包括具有周期地间隔的补偿沿线路信号衰减的中继放大器的同轴电缆和光纤的组合。这种利用光纤和同轴电缆的现代中继系统常常称为“光纤/同轴”系统。

“分配系统”利用光纤和同轴电缆的组合从中继系统传输到个别的街区以便分配给各个用户。为了补偿沿电缆网络的传输中的各种损耗和固有的失真，沿电缆的长度在某些间隔位置上设置了线路延伸器放大器。每个放大器被赋予刚好足以补偿传输信号的这段电缆的损耗。分配系统也称为“馈送器”。

在CATV和电信工业中强烈地希望尽可能地采用光纤，因为光纤通信比常规网络能够传输更多的信号。由于技术和经济上的限制，尚不能证明设置光纤到用户的家中是实际可行的。当前的包括光纤和同轴电缆的“光纤深度”CATV分配系统经常被称为“光纤到服务区”或“FTSA”系统。

“用户下线件”是在分配系统上的抽头，它馈送单独的75Ω同轴电缆进入用户的电视机或用户的终端。经常称为“用户房屋设备”或“消费者房屋设备”(“CPE”)。因为抽头是在用户房屋紧前面的最后的服务点，信道授权电路经常被放置小抽头上，控制接入到加扰码的或额外收费的节目。

电缆分配系统被固有地设计为仅以“下行”方向分配电视和无线信号(即，从中央首端位置到多个用户位置，也称为“正向”路径)。因此，许多包括放大器和补偿网络的老式电缆系统的部件设备一般仅适合于在正向方向传送信号。对于下行传输来说，典型的CATV系统提供一系列诸如6MHz带宽的视频信道，这些信道在50MHz到550MHz的频谱范围内的正向频带中是被频分复用的。当光纤被更为深入到光纤/同轴和FTSA组态中的服务区时，同轴部分的带宽希望增加到超过1Ghz。

随着每次收看每次收费服务(pay-per-view service)和其它交互式电视应用的出现已经助长了也要从用户位置传输信号返回到首端的双向或“双路”电缆系统的发展。这经常称为“上行”方向或“反向”路径。这种技术已经允许电缆操作员在网络上提供许多新的交互用户业务，诸如脉冲每次收看每次收费(impulse-pay-per-view IPPV)。在许多CATV系统中，从5MHz到30MHz的信号频段是用于反向路径信号。

但是，典型的具有首端在基部和分支延伸到各个用户的类似“树和枝”的CATV系统拓朴，在返回到首端的上行方向上发送信号产生了技术问题。在传统的树和枝电缆网络中，一组公共的下行信号被分配到网络中的每个用户家中。从一个单个用户朝着首端流向的上行信号被传送到在附近的分配电缆段上的其它上行用户的家中。

标准的树和枝拓朴尚未被证明当要求用于双向通信业务时，能够很好地适合于从每个用户位置发送信号返回到首端。当信号只需在下行方向上分配时，在电缆和分配的利用率的意义上讲，树和枝形电缆分配系统是最有效的。一般，电缆分配系统是一种高噪声环境，特别在反向路径。干扰信号可以产生自多个公共源，诸如飞机飞过上空或来自工作在CATV网络的反向信道带宽中的27MHz公共频率的城市波段(CB)无线电的干扰。因为树和枝形组态的反向呈现一种反树形，噪声从多个分配点到一个单一的点首端。因此，所有的噪声贡献彼此积累相加，产生非常大的噪声环境和在首端的通信问题。

当前的FTSA系统通过分割电缆网络的用户基站为约400-2500个用户的可管理的服务区，进行反方向的信号通信。首端起到一个星形组态的中枢的作用，每个服务区是利用在光纤节点的终点的光通信通路连接起来。光纤节点被通过在每个服务区的馈送器和下线件的同轴电缆分配子网络连接到服务区的各用户。在FTSA组态中，正向的某些信号(例如，电视节目信号)对于每个服务区都是相同的，以便相同的用户服务被提供到所有的用户。在反方向，这种组态提供了限制在特定服务区的一个独立的频谱。FTSA结构因此提供了频谱的各反向点的带宽乘以服务区的数量的优点。

               技术服务的需求

在全国范围的光纤技术在CATV系统中的日益发展使电缆电视系统的操作员预期提供在电缆网络上的全新的交互性服务。特别令人感兴趣的是电话服务。因为当前在技术上的进步以及规章制度的松散，电缆电视网络与电话网络之间的区别已经相当地模糊不清。当前存在一种对于宽带通信系统的相当大的需求，通过现存的分配网络可以有效地提供电话服务。

再有，电话系统的操作公司对增加宽带表现出浓厚的兴趣，以便对电话用户提供诸如，电视、交互计算、购物、文艺活动、电视会议等之类的新的服务。当前的基于电话服务的“铜”(之所以这样讲是因为利用铜线作为电话线)是非常受到带宽限制的，大约3KHz左右，和在不大规模地改变电话网络的基础设施的情况下，不能通过电话公司提供那些增强的服务。

但是，现存的通信系统尚不能证明能够很好的适合于在电缆网络上的电话信号的传输。用于传输电话信号的系统必须被组成为单点对单点的分配(即，从一个单一的用户到一个单一的用户)。

另外，CATV系统不具有提供点对点通信必须的交换能力。对于电话信号传输的通信系统必须能够与由电话运作公司操作的公共交换电话网络(PSTN)兼容。为了有用于电话信号的传输，CATV网络必须能够在传送电话信号商业上可行的点上无接缝地接口到电话网络。还必须在不要求增加调制或协议的变化的情况下，提供可以传送到互连的电话系统的其它部分的信号，从而，使其成为国际电话系统的一部分。

              在数据通信网上的电话

采取的提供双向宽带通信系统的一种方法被表示在McNamara等人的授让给First Pacific Network(下文称为“FPN”)的美国专利№5084903中。这个专利描述了主要设计用于操作在办公室型的数据通信网络环境(例如Ethernet)下的电话信号通信的一种方法。一般，数据通信网络的带宽是对称的，即，正向和反向信号通路使用相等的带宽，和其拓朴是星形或串行的，没有树形和分支。相反，CATV网络是带宽非对称的，着重分配带宽用于下行方向和限制上行的带宽。由于本发明人已经发现，与对称的办公室型数据通信网络一样，在宽带带宽非对称的树形和分支拓朴中的上行方向的噪声问题是困难的。

描述在FPN专利的系统对于在中央首端与多个用户节点之间传送信息采用两种不同的调制方案。对于下行通信，FPN系统连续以多个6MHz带宽信道发送机信号。在一个优选实施例中，在下行通路中利用AM-PSK调制器。对于上行通信，FPN系统利用偏移正交相移键控(OQPSK)调制器发送以脉冲串形式的信息组。

虽然FPN通信系统在诸如Ethernet之类的数据通信网络上可以适合传送电话信号，但是不能解决出现在宽带电缆网络上的电话信号传送的某些问题。由于CATV网络的单点到多点组态(树型和分支)，必须与多个噪声源进行斗争作为来自每个用户的分支信号的电话信号的上行传输被汇合在一起传送到首端。但是，确信用于FPN系统反向通路的脉冲串模式的方法对于这些噪声是特别敏感的。具体来讲，确信当干扰信号在用于传送电话信号的6MHz带宽信道之一的任何位置，持续任何明显时间长度(即，长于一个数据帧的长度)时，数据流的成帧比特和序列对于中断是敏感的。

另外还确信，成帧比特的中断可能导致表示在被中断的数据帧中的所有电话交谈的内容的丢失。在数据通信的环境，这种信号中断作为网络的延迟可能仅仅是令人注意的，虽然不方便，但是是可以接受的。但是，这种信号质量的恶化在电缆和电话环境中是不希望的和不可以接受的。

且不讨论在FPN专利的用于从公共交换电话网(PSTN)插入和去掉电话信号的任何装置。FPN系统似乎仅提供一种本地电话网络，设计为主要用于局间通信(诸如局到局的互相通信)，如果假定仅限制于连接PSTN的话。存在若干在FPN设备中的不同的位置，在这些位置可能出现电话信号的插入和去除，但是该专利未规定任何用于信号插入，或去除的装置，或讨论任何与信号的插入和去除有关的发生。最好是，似乎是电话信号将直接在连接到宽带媒介(例如，同轴电缆)的节点被插入和去除，正如在第3栏第30行所建议的。该发明没有指出如何从宽带媒介直接进行这种插入和去除将是最有效的，和没有提到包括多个电话信道的产生。

因此，存在一种与现存公共交换电话网兼容的和对于特别是反向通路的噪声和其它产生的干扰不敏感的宽带通信系统的需要。还存在一种带宽高效的和提供比当前系统高的频谱效率的宽带通信系统的需要，因此增加了可以由每个宽带网络通过CATV系统操作员、电话公司的操作公司、和其它等等提供的利用电话和增强服务的服务用户的数量。

本发明用于提供包括通过电缆分配网络的双向电话通信的宽带通信的方法和设备。具体地，本发明在不影响当前的家中的布线或设备情况下，提供一种综合的与当前公共交换电话网兼容的CATV/电话系统和可以传送视频、数据、保密监视、和其它服务。

在一个实施例中，该方法包括在电缆网络的正向频带从电话网络到CATV用户传送电话信号和在电缆网络的反向频带从CATV用户到电话网络传送电话信号。

在另外一个优选实施例中，该方法包括个别用户电话信号数字化为被频分复用(FDM)的载波在电缆网络的正向频带传送的复用信号。该数字复用信号是在一个载波上正交部分响应(QPR)调制的，该载被位于CATV网络的正向频带的一个其它未被利用的部分。在所说明的实施例中，QPR信号最好是3MHz带宽和容易安置到标准6MHz的视频信道。在另外一个优选实施例中，一对QPR信号可以被放置在电缆线的其它未利用的信道，利用约6MHz的带宽。利用设计一种健全数字信号的系统，正向CATV频带可以被有效的分配。系统操作员根据新的服务被启用和老的服务去除，可以灵活地规划和改变这些分配。

在一个优选实施例中，到电话网络的用户电话信号被数字化和分别调制在CATV系统的反向频带的载波上。作为一个说明的例子，用户的DSO电话线是QPSK调制到50KHz带宽的信号和频分复用在CATV网络的反向频带。个别电话信号被复用到标准时分复用(TDM)电话信号，该信号可以被适配，直接耦合到SONET口或其它的标准电话连接器，诸如电话网络DS1、DS2、或DS3格式的的信号。

如果CATV网络是FTSA网络，由电话业务服务的用户数量可以被增加若干倍。在反向频带中使用空(频)分复用(FDM)使其经济地在其服务区中提供大量的电话用户。若干个服务区包含500个用户，则对于50KHz的双通路系统的每个用户需要的带宽将是25MHz，在最普通的分割频带系统的5-30Mhz的反向频带内。

按照本发明的另一个方面，反向频带电路是频率灵活的，和响应于来自首端接口单元的在正向频带中在号簿信道提供的信道信息，用于调谐到一个或多个选择的反向频带频率，用于将来自用户接口单元的电话信号调制在一个或多个选择的频率子频带。频率灵活的特点允许满足用户需要的频带的选择分配和响应信道中的噪声改变反向频带电路信道。频率灵活的特点允许本发明进行动态信道分配，有效地改变对用户的服务水平，例如，单一话音线路、多话音线路、ISDN、数据通信等，和避免特定的对噪声敏感和/或经受噪声的反向频带电路信道。

按照本发明的另一个方面，该系统进行操作，确定提供与一个特定的用户通信的一个适当的服务水平，和分配在预定的网络的反向频带中的一个或多个选择的频率子信道，以便提供与确定的适当服务水平相一致的可选择的可变带宽。一个或多个选择的频率子频带的识别码在正向频带中的号簿信道被传送到该特定的用户。来话信号在各个频率的正向频带中被传送到该特定用户，与本发明的其它实施例一样。在与该特定用户相连的该以后终端，用于传送返回首端的一个或多个选择的频率子频带的识别码经过监视号簿信道被接收。然后以后电话信号在一个或多个选择频率的反向频率子频带被传送到首端。

在另外一个频率灵活的实施例中，一对用户DSO电话线路被QPSK调制到具有20KHz保护频带的108KHz带宽的信号上，和被频分复用到CATV网络的反向频带上。在这个实施例中，在5-30MHz的反向频带中具有处理388个DSO等效电话信道的容量。为了利用单一DSO电话服务服务于388个用户，对于双通路系统所需要的带宽安排如下：194个下行信道，每个信道传送2个DSO，每个信道占用128KHz，产生约25MHz的位于最普通的分割频带系统的5-30MHz的反向频带中的电话频带。

到宽带通信系统的连接是通过安置在用户房屋的外侧的住宅接口单元，还称为“用户接口单元”(CIU)。宽带电话信号被端接在CATV的下线电缆的终端和按照标准双线电话信号进入家中。用户的内部电话网络可以与电话公司的铜线网络断开和连接到或直接跨接到CIU。

利用在下行通路的部分调制技术使通信系统的频谱效率比传统方法有所增加。对于利用194个双DSO的每信道128KHz带宽的上行信道的该优选实施例，频谱效率按以下公式表示：

效率＝(388DSO×64kbps/DSO)/25MHz＝1bit/Hz

如上所述，本发明的一个主要优点是其频率灵活性，和按需要分配带宽给用户的能力。频率灵活性的特点最好提供在通信系统的反向频带，和进行操作用于将来自一个用户的电话信号调制到预定网络的一个或多个频率子频带，以便在第二频带提供与选择的用户通信特征相一致的可选择的可变带宽。例如，用户可以预定单一话音级线路电话服务、多话音级电话线路服务、ISDN电话服务局域或广域网通信服务(例如，ETHERNET、Appletalk)、保密监视通信业务等等。

因此，本发明不同于常规系统是由于提供动态频率分配，在这种动态分配中，每个用户按需要分配带宽。如果在交谈期间出现干扰载波，这种方法提供改变频率的能力。

按照本发明的另一个方面，该优选系统提供每个用户房屋以一个唯一的地址，该地址被永久地形成在诸如FLASH ROM或PROM之类的CIU中。这允许电缆系统的首端个别地与每个CIU通信。当一个用户与首端通信请求电话服务时，首端可以检查正在请求的用户被授权的用户服务水平或特征，和可以分配与服务或特征的所授权的和请求的水平相一致的适当的带宽。

按照本发明的另一个方面，该优选系统还提供在任何时间监视还检查信号性能的能力。

另外的实施例进行监视设置在反向频谱的128KHz子频带中噪声电平的步骤，和响应于在监视的子频带中的噪声超过一个预定的阈值的确定时改变分配给选择的用户提供服务的所选择的频率子频带的频率。这允许在反向信道频谱中的特定范围内电话信号的可以抑制噪声的动态分配，以便移动反向频带通信到频谱清洁的范围中。

虽然每个标准DSO电话话音信道通常具有64kbps的要求，本发明提供两个64kbps话音信道和一个16kbps数字额外开销信道，每128KHz信道具有总数144kbps的实际数据。额外开销信道传送包括主叫用户的识别码、主叫用户的电话号码、被叫用户的电话号码、交换机位置和线路位置的信息。额外开销信息可能还含有数据容量。例如，在环路反馈条件下的误码率测试可以在交谈期间在额外比特发送，以便评价信号质量。如果信号质量下降到某个阈值以下(将由用户或系统确定)，系统将改变上行或下行的载波。

按照本发明构成的系统还提供与正在发展的市场相兼容的优点。当电缆操作员通过电缆网络开始提供电话服务时，可能希望不必须一开始就分配对于上行电话信号的全部反向带宽。同样，随着电话应用的增加，可能希望分配比在公开在实施例中的一般的25MHz多的带宽给电话应用。理想地，电缆系统的操作员应当随着用户需求的增长调整硬件和修改结构。另外，可能有这样的例子，即，用户可能具有较高带宽要求的应用(例如，384kbps的电视会议)。系统分配一个预定的不可以改变的一段带宽给每个用户，但是，不具有响应有需要来扩展或可选择的带宽分配的灵活性。此外，每个用户必须提供设置在某个频率的硬件。代替分配给每个用户以专用的频率，本发明是响应特定服务水平的需求，分配按照需要那么多的信道。因此，本发明可以按照需求，提供给用户诸如电视会议、传真线路、多话音线路、ISDN等的服务。

如果结合后附的附图和权利要求书，阅读了下面的详细描述，本发明的这些和其它目的、特点和优点将是显而易见的。

图1是按照本发明构成的宽带通信系统的系统方框图；

图2是表示图1连接到电话网络的宽带通信系统的一个实施例的系统方框图；

图3A是说明其正向和反向信令频带的典型分割的CATV系统的频率分配的图形表示；

图3B是说明图2的宽带通信系统的频率分配的图形表示；

图3C是宽带通信系统的另外一个实施例频率分配的图形表示；

图4是表示在图2的系统的电话网络到CATV网络的输入接口的详细方框图；

图5是表示在图2的系统的电话网络到CATV网络的输出接口的详细方框图；

图6是用于通过CATV网络接收来自电话网络的电话信号和用于通过CATV网络发送电话信号到电话网络的电话终端的详细方框图；

图7A和7B是表示在图4的输入接口的DS1到DS2的详细方框图；

图8是用于表示在图6的电话终端的调制器的详细方框图；

图9A是表示在图8的调制器的成帧协议的图形表示；

图9B是利用在本发明的另外一个实施例的成帧协议或反向通路信号的数据格式的图形表示；

图9C图9B是利用在本发明的另外一个实施例的成帧协议或正向通路信号的数据格式的图形表示；

图10是表示在图5的输出接口的调谐器/解调器的解调器的详细方框图；

图11是按照本发明的另外一个实施例构成的首端接口单元(HIU)的方框图；

图12是按照本发明的另外一个实施例构成的用户接口单元(CIU)的方框图；

图13是表示利用在图12的用户接口单元(CIU)中的反向调制器详细示意方框图；

图14是表示利用在图10的首端单元(HIU)中的反向解调器变换器的详细示意方框图；

图15表示保持在图11的首端单元(HIU)中的服务水平表，根据用户的要求利用各种反向频带频率分配可变的服务水平；

图16表示交替地在图11和12的HIU和CIU中的反向信道进行动态带宽分配和频率分配的方法；

图17表示交替地在图11和12的HIU和CIU中进行处理主叫用户通信的方法；

现在参照图1，其中表示按照本发明构成的宽带通信系统。该系统将结合电话信号的通信进行描述，但是其它类似的或等效的信号也可以利用是显而易见的。另外，在描述数字电话信号的同时，该系统也能够传送模拟电话信号或其它类型的数字信号。来自电话网络的电话信号被耦合到CATV网络12和通过CATV网络被传送到已编址的用户房屋30。被编址的用户30通过已被耦合到电话网络10的CATV网络反向传送电话信号。该系统用作电话网络10的一种延伸，用户可以呼叫输出到电话网络10或接收来自电话网络的呼叫。这种服务附加在由CATV网络12提供给每个用户的常规的视频、音频、数据和其它业务中。

论及“首端”我们不意味着将限于诸如14的，常规的同轴CATV的首端，而且还认为包括诸如16的光纤节点或其它能够起到从诸如电话中心局之类的信号源接收复用的通信信号，和传送这个信号到宽带网络中的各用户作用的的通信节点。正如从下面的讨论可以看到的那样，CATV首端16是实现这些功能的优选实施例。

图1表示宽带通信系统的优选实施。该系统包括通过一个输入接口32接口到CATV网络12的电话网络10。CATV网络12还通过一个输出接口34接口到电话网络10。电话信号通过输入接口32到一个用户的房屋30被传送到CATV网络12的用户的。来自CATV网络12的用户房屋30的电话信号通过CATV网络12和通过输出接口被传送到电话网络10。宽带通信系统不进行交换和因此对于其宽带通信通路采取CATV网络12的强项和对于其连接与交换能力采取电话网络10的强项的优点。

CATV网络12被表示为具有一个到服务区(FTSA)结构的光纤。首端14提供CATV节目，这些节目经分配网络被分配到在他们的用户房屋30中的用户。分配网络起到多个“服务区”的作用，诸如以20标号的一个，它是一组彼此位于很近的用户。每个服务区包括一组规模在约50到约2500个范围的家庭。首端14通过其一端在光纤节点16的光纤18被以星形组态耦合到每个服务区。CATV节目和电话信号在首端14中，从RF宽带信号被变换为光调制信号，通过光纤18发送，和然后在光纤节点被变换回RF宽带信号。从每个光纤节点16通过其服务区20的辐射是一个具有用于放大信号的双向放大器24和双向线路扩展器25的馈送器22的同轴子网络。

通过利用抽头26，从最近的馈送器22抽取一部分信号，RF宽带信号被分配到每个用户房屋30，抽头26通过标准同轴电缆下线件28连接到用户的房屋。因此，CATV网络提供了从首端14到数量可以是成千上万的每个用户房屋30的宽带通信通路。

在本发明的一个实施例中表示耦合到光纤节点16的输入接口32和耦合到首端14的输出接口34的同时，显而易见RF信号的插入和提取不需要被限制在这种单一的结构。输入接口32和输出接口34(以虚线表示)两者可以被耦合到光纤节点16。另外一种方案，输入接口36(以虚线表示)和输出接口34两者可以被耦合到首端14。再有，在输出节点38可以被耦合到光纤节点16的同时，输入接口36可以被耦合到首端14。对于不符合星形组态的电缆结构，一般在首端插入RF信号和在首端从系统提取信号是主要的优点。每种结构具有其自己的不同优点，正如将在下文要更全面的描述的那样。

输入和输出接口32和34产生一种用于在一个方向插入电话信号和在另一方向提取电话信号的便捷的方法。电话信号被变换为兼容RF信号，可以被以与其它节目非常相似的方式，在网络的各个点上，从CATV网络12插入和提取。RF电话信号与在CATV网络12上的各种RF信号的兼容性允许它们以一种透明的方式通过网络，而不干扰其它信号或为它们的传送专门采取措施。

理论上，由CATV网络12提供的宽带通信通路是双向的，以便信息可以被在每个方向传送。然而，因为习惯和多数网络的单点到多点的性质，反向通路，即从用户房屋30始发的通信和传送到首端14受到太多的限制。一般，反向放大器25带宽受到限制和包括根据频率分开CATV的频谱为正向和反向通路。

图2表示组成为电话网络的一种延伸的宽带通信系统的优选实施例。为了连接电话网络10，利用一个5级交换机41。交换机41具有对于处理常规本地、中继和互连信号适合的电路，这些信号综合该交换机为本地、国内和国际呼叫的类别。该交换机具有一个多个交叉点的交换网络，可以交换多个输入端的任何一个到多个输出端的任何一个。具体地，交换机41具有提供DS1格式接口的设备。

对于本专业的技术人员所公知的“ DS0”信号是对应可以被利用于视频、数据、音频等的64kb/s数字信道的标准电话格式。因此，单一的DS0电话信号可以被视为一个单一的电话交谈。同样，“DS1”信号对应于含有24个DS0信道的1.544Mb/s数字信道。对于各种标准数字电话格式的比特速率一览和它们的相互关系，见下面的表1：

数字信号	比特率	DS0	DS1	DS3
					DS0	64kb/s	1	1/24	1/672
DS1(also T-1)	1.544Mb/s	24	1	1/28
					DS1C	3.152Mb/s	48	2	1/14
DS2	6.312Mb/s	96	4	1/7
					DS3	44.736Mb/s	672	28	1
OC-1	51.84Mb/s	672	28	1

另外，交换机41具有用于去复用DS1信号为然后可以被择径到各个输出点的多个DS0信号的装置。该系统利用了在输入接口32接收多个DS1信道的一个正向通路和通过CATV网络12连接它们到各个用户房屋30。各个用户房屋30通过CATV网络12发送电话信号到输出接口24，该接口变换回它们为相同数量的DS1信道，以便传送到交换机41。如果交换机41位于输入接口32和输出接口34附近，则它们可以被直接耦合。另外一种情况下，正如将是最经常出现的情况，首端或光纤节点不在5级交换机的附近，可以利用一个光纤链路连接交换机41到接口32和34。

在正向方向，光纤发送机43变换多个DS1电话信号为发送机到光纤接收机45的一个光信号。光纤接收机45变换回光信号为DS1格式的电话信号。同样，在反向通路中的光纤发送机49变换回通过光纤接收机47接收的光信号为DS1电话格式信号。

DS1电话信号格式被选择，是因为标准电话格式和常规光链路容易在发送机43、49和光接收机45、47中变换和传输。

该系统利用这种每个DS1信号含有24个每个可以被认为是64kb/s数据信道群的DS0信道的通信的双向模式。该64kb/s信道可以被用于话音、数据、音频(音乐、存储的信息)等任何一种。一般，对于电话类型的信号，从一个连接的DS1信道得到的每个DS0信道被寻址和连接到一个特定的用户。该优选实施例通过在宽带通信系统的正向通路中的一个选择的DS0下行信道中发送下行来话电话信号，和具有在宽带通信系统的反向通路中分配给该用户的用于去话电话信号的一个相应的DS0上行信道，提供了从在连接的DS1链路上的每个DS0信号到该特定用户的传输。从各个用户接收的DS0信号然后被择径到在DS1链路中用于去话信号的DS0时隙。这允许交换机41连接任何本地、中继或互连主叫点到在正向通路中的任何DS0信道和它的在反向通路中的相连的DS0信道，达到相同本地、中继或互连点，以便完成通信通路。每个用户30作为另外的直接连接到5级交换机41的DS0用户。CATV网络12的分配系统到交换机41是透明的和不需要任何进一步的通信、信息或连接到宽带通信系统。

图3A表示对于许多安置的CATV网络的频带分割的典型的频率分配。对系统操作员产生效益的用于节目的各个频率是在从50MHz到约550MHz频率范围传送的。虽然，高于550MHz的频率目前尚未被利用，但是在这个未被利用的正向带宽在提供附加服务方面已经引起人们的兴趣，近来考虑延申到约1GHz。顺便讲讲，正向频带包括一系列每个6MHz带宽的视频信道，它们在该正向频带中被频分复用。一些范围未被利用和在其它相邻的各信道之间，每个视频信道具有一个1.5MHz的保护频带。

在与正向频带的组合中，典型的CATV频谱包括一个从5MHZ到30MHz的反向频带。这些频率已经被分配给从用户返回到首端的信号。从传统上，因为来自多点的信号倍增到一点的漏斗效应产生的高噪声，这个频带已经相当地窄了。另外，从正向信道取得过多的带宽已经意味着从其它业务中减少效益。本发明通过提供一种系统对这些问题提供了解决办法，该系统是到一个用户房屋的的电话信号在该频谱的正向频带传送和来自用户的电话信号在CATV系统的反向频带传送。

正如在图3B所示，宽带通信系统利用了在正向频带的多个频分复用的载波传送电话信号到各个用户。在该说明的例子中，5个约3MHz的信道被传送来自电话网络10的来话电话信号。每个正向信道是一个QPR载波，其中调制是作为6.312Mb/s的数字数据流出现的，具体地讲，是以包括4个DS1电话信号的DS2电话信号格式。

每个反向频带信号是以50KHz的带宽，该带宽窄到足以被容易放置到频谱中的不同频分复用位置。各个调制器是频率灵活的和可以根据整个系统的通信业务、噪声、信道条件、和使用时间重新分配频率。该50KHz宽的载波可以被放置到为去留有空间的反向频带的任何位置。取决于CATV系统，即，是否在分配网络中存在反向放大通路，它们还可以被分配给通常留给正向频带传输的频率。另外，这种系统除了个别电话信号外，还可以通过频带扩展用于其它应用。例如，一个特定的用户要求宽于50KHz的带宽，则该带宽可能容易地分配给这个用户，而不需要完全重新组成系统。这种使用包括高速数据传输、对于小中心局的中继连接、始发自电话网络的视频业务、和其它要求非标准带宽的使用。

正如所描述的存在着多个宽带通信系统的优点。它有效地利用正向频带和仅利用部分需要的反向频带。数字QPR和QPSK调制被用于允许对用户的数字和电话服务并且提供一种增强的信令方法，允许正向和反向信号被放置在CATV频带的任何位置，或在高频率或在低频率，不涉及信号对噪声比。再有，在正向方向，载波信号被减小，使得不至于生产载波过载和3Mhz信道可以被放置在可以找到的空间位置。

图3C表示在本发明的另外一个与后面的各附图有关的所描述的实施例实现的CATV网络的分割频带的了一种频率分配。和前面的实施例相同，对于相同操作员产生效益的用于电视节目的的各频率是在从50MHz和以上的正向频带产生的。在图3C的频谱中包括从约5MHz到约30MHz的反向频带。高5-30MHz频带被用于以组合为DS0对的形式和在128KHz的上行信道或表示为UP1、UP2、…、UP194的各子频带中QPSK调制的388个DS0形式的上行电话信号，其中每个上行信道UP_n传送2个DS0。因此，为了容纳388个DS0，需要194个载波或信道。每个上行信道UP_n占用128KHz带宽，包括108KHz的已调信号空间和20KHz保护频带。已调数字信号是按照与图9B有关所描述的格式。

下行电话提供在下行信道DN1、DN2、…DN480中，每个DN对应于一个DS0。在另外一个优选实施例中，总的15.840MHz的带宽被提供给各3.168MHz的各子频带，每个3.168MHz子频带传送以QPR调制的DS2电话信号的等同量(96个DS0)，其格式描述在与图9C相关的图中。

输入接口32的详细方框图表示在图4。输入接口32的作用是变换20个DS1电话信号为5个QPR已调RF信号，该信号在CATV系统12的正向频带被发送到各用户。输入接口32被连接到包括光纤接收机45和去复用器44的光接口40。光纤接收机45进行操作变换光信号为标准电话格式的RF数字信号。去复用器44接收数字DS3的电话信号和分离它为其28个分量的DS1信号，其中每个DS1信号包括24个DS0信号。光接口40还允许寻址和扩展单元42从信号中解码和提取额外开销和成帧比特。

输入接口32包括一系列5个复用器46，每个复用器46从去复用器44中取4个DS1信号和利用来自寻址和控制单元42的信令和寻址比特组合它们为6.312Mb/s系列数字信号的形式。每5个数字信号被相连的QPR调制器48在选择的载波频率上进行调制。来自调制器48的输出端的5个电话信号在被常规地插入CATV网络12前，在RF组合器50中被频分复用在一起。

现在将参照图5更详细地描述输出接口34。输出接口34起变换QPSK调制在反向频带载波上的480个DS0数字信号为用于耦合到电话网络10的光格式。输出接口34以常规方式提取反向频带信号和利用一个信号分配器60扇出它们到多个调谐器/解调器62。每个调谐器/解调器62适合调谐一个反向频带信号的载波频率和解调它为一个DS0格式的数字信号。调谐器/解调器62可以是可变的或固定的，或可以自适应地仅调谐到反向频谱的某个频带。调谐器/解调器62的输出是在寻址和控制单元66的控制下利用复用器64的一个组集中到一组DS1信号的480个DS0信号。

每个复用器64输入24个DS0格式的信号和输出一个DS1格式的信号地区光纤发送机49。在光纤发送机49，20个DS1信号被复用器68集中为一个单一的DS3数字信号，这些信号被输入到光发送机70。寻址和控制单元66在以光格式传送数字DS1前，增加必要的控制信息到光发送机70。光发送机70还变换RF信号为光信号，以便电话网络的光纤可以发送它。

在用户房屋30中的系统设备的详细方框图表示在图6。一般，用户希望保持CATV视频或其它服务和具有一个用于这个目的的连接在CATV下线28和电视接收机88之间的CATV终端。CATV终端连接到一个耦合到CATV同轴子网络馈送器之一的分路器/组合器/双工器80。

由于目前所描述的宽带通信系统不干扰或变动常规的CATV节目和频率分配。CATV终端84在安装终端的基础上，一般可以不用修改或变化。系统操作员不需要改变或重组其分配网络操作和新的电话服务是与其已安装的用户终端基础是兼容的。

宽带通信服务是由耦合在分路器/组合器/双工器80和电话终端86之间的也称为“用户接口单元”82电话终端提供的。用户接口单元82变换到该用户的来话电话信号为通过扭绞线对85的可以由标准电话手机86所利用的模拟信号。另外，用户接口单元82变换代表来自手机的始发电话信号模拟信号为耦合到CATV网络的QPSK调制信号。表示一个标准电话手机是为了说明的目的，但是事实上可能是任何通常连接到电话线路上的由于数字通信目的的设备。

电话终端82具有两个通信通路。用于来话信号的第一个通路包括调谐器/解调器92、去复用器96、和线路卡98_a-n的一部分，和用于去话信号的第二通路包括线路卡98_a-n的一部分和多个调制器94_a-n。调谐器/解调器92、调制器94、去复用器96、和线路卡98是在寻址和控制单元(CPU)的控制下的。

对于调制在FDM载波在3MHz信道接收的来话电话信号，控制单元90使调谐器/解调器92调谐该载波上，在该载波上传送针对该用户的特定呼叫信息。该载波限定5个具有4个DS1或3个E-1的按照QPR调制的电话信号的3MHz信道之一。

电话信号在被输入到解复用器96之前被调谐器/解调器92解调成为含有4DS1或3E-1电话信号的串行数字流。解复用器96以64kb/s的输入速率选择分配给用户的特定的DS0数字电话信道，并向线路卡98的输入端输入数据。控制单元90借助于其通过线路89对分路器/组合器/双工器80的连接，根据其接收的信号和地址信息确定调谐哪个正向电话信道并该信道中选择哪个DS0信号。

DS0数字格式提供具有足够带宽的话路用于音质通信。DS0格式是64kb/s的数据流，其字节形成模拟话音信号的定时采样。这以8kHz的采样速率带宽为4KHz产生每个采样(256个值)量化为8位的话音信号。

线路卡98以DS0格式接收数字电话信号，并将其转换为合适的模拟电压和信号，用于驱动电话手机86。此外，线路卡98在控制单元90的引导下提供振铃电流、终端识别和其它的标准功能。线路卡98从电话手机86接收模拟电话信号，并将其转换为数字DS0格式。来自手机86的拨号信号和其他寻址及控制信号也被线路卡98数字化。然后，数字化的输出电话信号被线路卡98以64kb/s组合形成DS0格式并输入到调制器94。

调制器94在控制单元90的调整下在反向频带中选择载波频率，并QPSK调制其上的DS0电话信号。具有大约50KHz的带宽的QPSK调制的载波通过分路器/组合器/双工器80连到CATV网络上。

图7A和图7B说明用于转换4DS1数字格式信号成为DS2数字格式信号的转换装置的详细方块图。每个DS1信号，如果由标准电话光接收器例如图4所示的光纤接收器输入，将是模拟电压，并分别在用户环路上传送。这信号被转换器51转换成数字信号电平，然后作为把DS1信号分成数据流和时钟对的时钟恢复电路的输入。在DS1数据传输速率下的数据和时钟对被输入到8位缓冲器53。缓冲器53用于在复用器54中的从DS1数据速率到DS2数据速率的转换。复用器54从四个缓冲器的每个中取出数据，并通过缓冲放大器55到QPR调制器48将其复用成单个信道的数据输出。用于DS2格式的数据的时钟从驱动复用器54的振荡器56输入。

每个缓冲器53通过表明其几乎已满，这称作STUFF REQ，被启动，向复用器54传送数据。当这情况发生时，缓冲器53被启动，在DS2数据速率下传送数据，直到它们成为足够空的，以允许DS1信号再次填充它们。

复用器54基本上包括一个4∶1的复用器，它取在非反相状态下的两个DS1信道和反相状态下的另两个信道并将其时分复用成为串行数据信号，然后，由PRBS随机函数发生器随机化。然后，数字化的数据由数据帧形成器形成帧，最后，由DS2时钟同步于DS2数据速率。

对于缓冲器53和复用器54的控制由包括计数器和译码器的复用器控制提供，复用器控制还控制两个复用器，它们提供数据和成帧位，用于在信号中的正确时间和正确位置的DS2信号的辅助操作。

图8示出了每个终端的调制器94的详细的示意图。调制器用于改变线路卡的话音信号的64kb/s的数据速率到68kb/s，从而使成帧字节加到信号中。调制器还使数据和伪随机位序列(PRBS)组合，使数据随机化，供在CATV网络上传输。然后，用不同的编码在载波上QPSK调制信号。

现在参见图8，话音数据，在被数字编码之后，以64kb/s移入三级缓冲器100，并以68kb/s移出缓冲器100。这使得以16字节的间隔把额外字节加到数据流上，产生17字节的子帧。成帧字节的特定字节用于信号传输、帧识别、错误检测和校正等。当数据流的频率已被增加时，信号在成帧器102中成帧，每16数据字节插入特定的成帧字节。成帧格式类似于欧洲E-1格式，其中按偶数和奇数帧时把字节加到数据信号上。其两个理由是，因为DS0格式已经是定向字节，集中的成帧序列在非集中的序列上较容易成帧。

然后，随机函数发生器104作用在数据上，在较长的时间间隔内分配信号能量。众所周知，这种随机化在中心或头部位置对于解调器的时钟恢复电路是有利的。随机化通过产生一个伪随机位串(PRBS)完成，然后，将其一个字节一个字节地加到数据信号上。越长越随机的串，这种操作对数据产生的随机效果越大。PRBS可以以多种方式产生，但是最简单的是用移位寄存器，它连续地使序列循环，其中使用127位形式的最佳方式。众所周知，通过以加于位流的相同的顺序减去相同的序列，可以使输出解随机化。

最佳实施例的所述的成帧序列或数据格式如图9A所示。本发明的另一实施例的成帧序列或数据格式如图9B和9C所示，下面结合另一实施例进行讨论。

在图9A中，按17字节的偶数和奇数子帧组织成帧，对于每一个有不同的帧同步序列(FAS)字节。子帧被组合成为8倍的多帧或超帧，用于较高级的活动例如CRC的计算。在偶数子帧中，成帧序列是X0011011，在奇数子帧中，为X1XXXXXX。不被注意的(X)位可用于特定条件，但对于成帧并不重要。成帧形式使用第一和第二FAS值，以确保在数据中不出现伪成帧位置。第一FAS必须具有7位，以便匹配，而第二FAS只有一位，但它处于第一FAS不是零的位置。如果在数据中碰到第一图形，那么在第二SAS中同时碰到一个数据的机会是低的。

成帧器102可以以两种方式操作，一种用循环冗余码(CRC)，一种不用CRC。如果在每个FAS字节第一位总是1，则不使用CRC并只有两个子帧〔没有多帧〕。如果在奇数子帧中的第一位是如图9所示的形式，那么CRC复帧被识别。复帧的定义允许在偶数子帧的FAS的第一位中携带CRC余项。位C1、C2、C3和C4将携带先前帧的CRC一4余项。CRC计算是X⁴+X+1，由CCITT G.704定义，以便利用E1电话格式。CRC计算将表明数据传输的质量。这种成帧格式允许使用每个信道作为数据传输信道。任何64kb/s的数据流可以被传送〔数据或话音)，这将允许支持直接信号服务(DDS)。

本发明的主要优点之一是频率灵活性，以及按要求对用户分配带宽的能力。频率灵活性最好在通讯系统的反向带中提供，并且被操作用来在预定的网络的反向带中以一个或几个频率子带调制来自用户的电话信号，从而提供适用于选择的用户通信特点的第二带中的可选择的各种带宽。例如，用户可以预定一个话音级的线路电话服务、几个话音级线路电话服务、ISDN电话服务、本地的或宽广区域网络通信服务(例如ETHERNET，Appletalk)、保密监视通信服务等。

DL位形成每个第二数据链路的500位。数据链路将使用HDLC级格式器发送信息包或定向的状态信息位。AL位是报警位，它指示线路卡中的问题。1信号的数据位值没有报警，零信号的数据位值报警。位A、B、C和D是提供16种可能信号状态的信号位。显然，通过以某一速率触发这些位，可以定义更多的状态。信号位定义是：位A＝1挂机，位A＝0摘机，位B＝1无振铃，位B＝0振铃。每4ms读一次合适的状态检测器的状态并插入奇数FAS中的合适的位位置。

RF调制器106接收68kb/s数据流，QPSK调制载波(5MHz至30MHz)，通过同轴电缆子网络在50KHz的信道中把信息传送给头部。数字数据由编码器108分成I和Q信道，并分别被编码，以便除去在接收端的载波恢复中的相位模糊性。编码信息的I和Q信道在滤波器110中被分别滤波，以便保证可以以最小的符号间干扰传送数据。滤波器110是数字式的，并近似于α＝1.5的升余弦滤波器。以基带进行的分离滤波允许使用低通滤波器代替在调制器输出处的更复杂的带通滤波器。

然后，I和Q信号被放大到合适的电平，以便保证混频器的正确操作。正交调制器112产生两个差90度的锁相IF载波，其中的每个由编码并滤波的一个信道进行PSK调制。

两个信道被重新组合，以便产生正交信号，并在被频率转换到合适的传输信道之前被放大。转换操作是频率灵活的，传输信道是通过正向数据链路可编程的。然后，通过缓冲放大器放大传输信号，以便允许具有480信道的满载系统在反向带中产生应该是5个视频信道的近似相同的装载。

带宽为50kHz的用于QPSK信号的解调器480参照图10进行详细说明。QPSK信号被调制的特定的载波频率由转换器114进行调谐，它具有和地址与控制单元90相同的输入和信道数。转换器114选择特定的频率，并将其转换为最好455kHz的中频。中频信号由带通滤波器116滤波，然后，由具有自动增益控制的放大器放大。用于QPSK信号的时钟通过包络检波器120和带通滤波器122恢复，带通滤波器122在这种情况下向比较器124通过32kHz的符号速率。这时钟用于同步采样QPSK信号的I和Q相位的两个D型双稳态触发器。I和Q相位的采样被分别译码，在转换器126中从并行转换成串行，然后，作为64kb/s的数字信号输出。

解调发生在2通路解调器中，它用来自VC0128的恢复的载波乘以这信号的每个相位。VCO128一般是4倍的符号速率，并被分成同相通路和正交相位通路。载波信号的一个相位被送到双平衡调制器130，它产生平衡的输出调制信号及其反相信号，然后，由低通滤波器132滤波，并由比较器134比较，以便成为D型双稳态触发器的输入。载波的另一相被送到乘法器，它以恢复的载波解调中频信号，然后，对其低通滤波并送到比较器。比较器的输出成为D型双稳的输入，在那里它以符号时间被采样，以便译码位的值。

载波通过驱动电压控制振荡器128从积分器136的输出被恢复，积分器136分别比较调制信号的每个的相位和它们通过复用器的间隔。复用器输入由信号信道的值和反相输出被选择地控制。

总之，本发明用于宽带通信，包括数字通信、电话和以有效的方式利用CATV系统的和电话相关的服务。同时，不需要大量的交换设备和重新设计这种系统。宽带通信系统当连接用户的基于电话的通话时，不需要一般的上下文中的交换。通话的多重性可以通过有效地使用CATV网络的系统实现，以便利用其最好的特点，所述系统具有由电话网络进行的通话连接的交换，从而利用其最好的特点。

在宽带通信系统中有两类电话通话，一个是来话呼叫，另一个是去话呼叫。利用这些通话类型的组合，可以实现和另一电话装置以及CATV网络必须的连接。用户可以呼叫〔或被呼叫CATV网络中的另一用户，可以呼叫〔或被呼叫〕电话网络的局部区域内的局部电话装置，或可以呼叫(或被呼叫〕电话网络以便连接长距离以及国际电话系统。

进入的呼叫通过电话网络引导到CATV网络的特定用户，所述电话网络识别呼叫被引导于属于CATV网络中的一个用户组。然后，在分配给该用户的时隙中，呼叫被电话网络交换给OC-1或其它连接于CATV网络的标准的电话信号。然后，CATV网络的寻址和控制系统译码复用的信息，并将其转换为已经分配给具体用户的正向复用中的频率和时间位置。寻址和控制系统还提供用于使用户设备响铃或向进入呼叫的用户报警的所需控制。

电话网络和CATV网络保持连接，直到有一个来自另一方的“挂机”信号指示或另一表示通信完成的信号，例如消息数据形式等。保持连接指的是电话网络继续把被呼叫一方的数据包放进标准电话信号中的分配的DS0位置，并且宽带通信系统继续将其转换为指向特定用户的正向复用中的位置和频率。

对于出去的呼叫，电话网络根据标准电话信号中的DS0位置识别哪个数据包属于CATV网络的特定的原始数据。这是一个分配的位置，并且CATV系统根据怎样的载波频率被输入到解调器中，把数据转换到反向复用中的那一分配的位置。因此，对于出去的呼叫，电话网络认为标准的电话信号是一个单个的DS0信号组，其在反向复用中的位置识别原始用户。

参见图11，说明按照本发明的另一实施例构成的头部接口单元〔HIU〕301的最佳实施例。另一个HIU301适用于图1所示的包括头部14的设备或包括光纤节点16的设备，两者被操作用于接收标准电话格式的例如DS3、DS2、DS1的复用的数字电话信号，并把这种信号连接到输入接口32、36或输出接口34、38。虽然结合同轴线路HIU说明了最佳实施例，应该理解，这些原理可应用于基于光纤的HIU，它使用通过调幅〔AM〕方法传输带宽信号的方法，例如美国专利N0.5,262,883中所述，该专利由本发明的受让者所有。简单地说，HIU301被操作用于连接电话公司(telco)标准复用电话信号，把进入的电话信号在使用正向通路中的QPR调制的宽带网络上引入下游的用户，并在宽带网络上在反向通路频谱内的一个或几个选择的子带中接收从上游用户出去的电话信号，适应用户选择的服务等级与特点。

图11所示的另一种HIU301是涉及向数字总线或底板305提供数字信号的数字线路卡的使用的一种最佳实施例，它和相应于图4和5所示的地址和控制单元42的中央处理单元共同操作。

HIU301包括多个DS1线路卡303a…303n，其中在讨论的实施例中n是17，用于连接电话网络10或较高级的能够处理较高级的复用例如DS2或DS3的复用器/解复用器。应该记得，每个DS1相应于T1线路，每个T1线路包括24个DS0标准电话信道。因此，为了提供388个DS0，必须提供多于16个的DS1。具有17个DS1线路卡303，一些线路作为备用被提供。

每个DS1线路卡303提供和ANSI Doc.T1.403(1989版)相适应的接口，列于这里作为参考，并作为本说明的一部分。每个线路卡303提供送到数字底板305的数字输出信号。底板操作以便连接所有的线路卡303，并在线路卡和正向和反向通路调制器之间传送信号，如下所述。底板305最好包括5个8位串行数字总线，每个由8.192MHz的时钟同步。这样，每个总线提供8.192Mb/s的数字通路，用来以时分多址连接(TDMA)方式接收来自每个线路卡的数字信号。将会看出，并行的5个8.192Mb/s数字总线足够用于处理388个单独的64kbps信号。

底板305还包括连接在被用作数据库控制器的CPU308和每个线路卡303之间的CPU总线。CPU308利用在反向通道和正向通道中的预定的载波分配，用来控制特定电话线路以及进出之间的分配关系，监视反向通道中的噪声电平，并按照用户特定在反向通道中分配DS0信道。此外，CPU308用来进行如同结合图16所述的在反向通道信道中监视噪声的如下所述的步骤，并且如结合图17所述，动态地分配带宽，并如图15所示，在存储器中保存服务等级表，它表明在反向信道载波频率、用户识别、服务等级、电话公司DS0识别、信号状态、噪声监视的错误计数等之间的对应关系。

最佳的CPU308是Motorola 68360 32位的具有内装存储器(DRAM)控制器的微处理器，并连接于2MB的随机存储器(RAM)。最佳存储器的细节可从制造者提供的资料中得到。

再参见图11，底板305还包括连接在CPU308和多个正向信道调制器320的每个以及反向信道解调器330之间的信号信道总线。信号信道总线传送和电话线路相关的状态消息，例如摘机。挂机、忙、振铃、保密状态等。如下所述，和用户电话以及电话公司的特定状态相关的位被包括，并和数字电话信号组合，被传送到CIU400。

在所述的实施例中，HIU301包括多个正向信道调制器320a…320n和多个反向信道解调器330a…330m。正向调制器320连接出去电话信号到正向频谱的宽带网络，而反向信道解调器通过宽带网络接收来自反向频谱的CIU的电话信号。每个正向信道调制器320连接于组合器322，它用来组合来自正向信道调制器的RF信号，并向复用滤波器325提供输出。复用滤波器325最好是带通滤波器，它在另一实施例中提供的其频谱分配如图3C所示的15.840MHz频率的正向频谱内向外通过信号。带通滤波器的输出，其频率集中在沿着对正向或对下游电话信号分配的频谱的适当的位置，被连接到连接到宽带通信网络的多路分路器340。

可以看出，连接到多路分路器的宽带通信网络(未示出〕可以是同轴电缆网络，也可以是调幅的附加的光纤链路，以便以本领域人员熟知的方式传送宽带信号。

再参见图11，HIU301还包括多个反向信道解调器330a…330m，它们被连接以便接收来自多路分裂器340的信号。反向信道解调器的结构相同，如结合图14所述的。对于上游电话信号的在反向频谱内分配的每个可能的频率提供单独的反向信道解调器，因此，在讨论的实施例中，m＝194。

多路分裂器340最好包括至少一个低通滤波器部分，它隔离对于反向通道电话信号在另一实施例中分配的在5-30Mhz范围内的信号。

图12说明按照本发明的另一实施例的频率灵活的用户接口单元或CIU400。CIU400以和上述的结合电话终端82说明的相同方式被利用，并包括结合图6所述的相同的基本部分。不过，还有某些不同，下面进行说明。

CIU400尤其适用于利用可被用户规定的可选择的带宽特点或服务，例如单线路电话服务、多线路电话服务、ISDN电话服务、数据通信服务、数据通信的局部或宽广区域网络例如ETHERNET等。

为了实现可按要求选择的服务，并适应对于这种服务而改变的带宽，CIU400包括一个或多个线路卡98’，其结构和图16所示的基本相同。另一种线路卡98’是根据要被连接的服务的特点的变型。例如，线路卡98’a适用于两种通常的话音等级电话线路402a、402b，它们包括通常的本领域人员熟知的具有塞尖(T)和塞环(R)的双绞线对铜接头。在另一方面，线路卡98’b适用于ISDN，并且包括标准的ISDN接头。对于其它类型的用户服务的连接，例如局部区域网络数据通信(如ETHERNET)、保密监视系统、电视会议等，可以提供其它类型的线路卡98’n。

这样，应该理解，线路卡98’包括适用于由于用户而提供的数据服务的特定类型的接头。例如，用于连接安全报警网络的线路卡应包括匹配的接头，用于连接用户的报警系统网络，并包括用于把来自报警系统网络的数据转换为对上游通信提供的64kbps数字数据流。

标准的电话线路卡98’a包括一对用户线路接口电路(SLIC)405，它适用于接收话音等级电话线路402的电话信号，并将其送到编码器/译码器(CODEC)407进行数字化。话音等级电话线路402可以连接到用户家的线路网络，使得并行连接的许多用户电话可以连接给定的电话线路。

最佳的SLIC’s405是AM7943或AM7949型的，由Advanced MicroDevice in Sunnyvale，California制造的。CODEC407用于把话音等级电话线路数字化为64kbps的串行数字数据。最佳的CODEC407最好是AM79C02型的，由Advanced Micro Device制造。

CODEC407的输出包括数字串行数据，它响应来自控制CPU410的指令被输出，控制CPU的功能相应于图6所示的实施例中的地址与控制单元90。

可能的ISDN线路卡例如98’b除去SLIC电路用于产生合适的ISDN连接之外，基本和线路卡98’a相同，但是仍然提供两个64kbps的数字数据流作为输出。线路卡98’的主要要求是以标准输出端口或接头的形式提供用户数据的合适的物理连接，并响应来自CPU410的指令提供数字数据流作为输出。此外，根据对用户提供的服务的具体类型，可以在任何给定的用户住宅提供多个线路卡。

应该理解，在任何给定的CIU400提供的服务的性质必须被预先识别，并被预存在作为电话网络接口的HIU301的存储器中，使得能够根据指令提供选择的服务。响应由用户在选择的CIU产生的或在网络外部产生的进入用户的服务请求、状态信号例如摘机或在进入线路上的振铃状态，系统请求合适的带宽、DS0信道、反向信道、载波等的选择和分配，以便提供相应于选择的服务的可选择的不同的带宽。

再参见图12，线路卡98’，不管是一个或多个，最好连接到CIU的底板412上，使得来自不同线路卡的信号可以连接到合适的调制器和解调器，并接收来自CPU410的控制信号。最佳的底板412包括4.096Mbps的串行数字总线，用于以TDMA方式从选择的线路卡中的选择的CODEC407向选择的反向信道调制器415传送64kbps数据。还提供第二4.096Mbps数字总线，用于从正向信道解调器420向选择的线路卡中的选择的CODEC407传送数据，作为向外传送。CPU410用于控制线路卡、反向信道调制器、和正向信道解调器的选择。虽然最佳实施例说明了并行使用两个4.096Mbps的数字总线，应该理解，也可以使用单个的8.192Mbps的数字总线。

在CPU400中的底板412还包括连接线路卡98’和CPU410之间的控制信号的信号总线。信号总线传送和电话线路状态相关的信号，例如摘机、挂机、报警、忙、振铃，作为和选择的服务相关的状态消息部分。

向反向信道调制器415提供从线路卡98’出去的数据，以便供给宽带网络。每个线路卡一般提供一对DS0(64kbps)数据流，它通过单个反向信道调制器415在反向通道中在载波上被组合和传送。最佳的反向信道调制器415的细节结合图13进行说明。

来自宽带网络的进入的数据从至少一个正向信道解调器420得到，它用于监视为进入的电话信号利用的QPR调制的正向信道中的预分配的信道。最佳的正向解调器420按上述的方式操作，以便解调在15.840MHz的分配的电话下行子带中的QPR调制的正向信道信号，并监视查号信道和作为附加数据部分提供的信号信道。

应该注意，可能需要多个反向信道调制器415a…415n，以便提供对于给定的服务等级要求的合适的带宽。例如，如果选择的服务要求4个DS0的等效物，则需要4个反向信道调制器415。此外，应该记得，每个调制器415是频率灵活的，因而不需要在给定的固定的上行载波频率下操作，因为上行信道可被动态地重新分配，并响应变化的条件例如噪声电平和响应用户需要的带宽的重新分配。

多个反向信道调制器415连接到组合器425，使得RF输出信号可被连接到同轴电缆。组合器425的输出被连接到双工滤波器430，它通过5-30MHz范围内的信号，以便耦合到连接到用户的同轴电缆下线的分裂器432。双工滤波器430还用于通过在选择的正向15.840MHz频谱中的信号，作为正向信道调制器420的下行信号，使得查号信道、信号信道和下行电话DS0可被解调并被耦合到合适的线路卡上。

分裂器432是常规的，用于在5-30MHz的反向信道中接收来自双工滤波器430的信号，并将其连接到同轴电缆下线，用于接收正向频带中的进入的下行电话信号，并将其连接到正向信道解调器420，并向用户的电视设备输入30MHz以上(在常规的CATV编程频谱中)的信号。

应该理解，CIU400在物理上可以作为位于用户的电话穿孔组件内或其附近的单独的用户住宅设备，或作为包括一个或几个RJ-11或类似电话接头的CATV置顶终端被构成。此外，因为CIU包括计算机〔CPU410〕和有关电路，所以它可以用作常规的CATV信号管理，例如按观看次数计费，解密等等。因此，CIU不论是内装的还是独立的，最好包括从CPU410向和在分路器432和用户电视之间的信号线路有关的开关435提供的控制连接。这允许在用户不付费或不允许接收某一节目时使节目信号与用户断开。

最后，每个CIU400和网络中的预定地址相关。这地址最好被内部地保存在只读存储器中。CIU的地址是64位的数，当CIU请求服务时在上行信道中提供给HIU。HIU利用地址信息检查其服务等级表〔图15〕，以便识别和地址有关的用户，并确定要被提供的合适的和允许的服务等级。例如，当和CIU连接的电话摘机时，CIU的地址在上行信道中和摘机状态信息相关地传递给HIU，在那里它被接收并被检查以便确定合适的服务等级、DS0分配、频率分配等。

图13说明按照本发明另一实施例构成的频率灵活的反向信道调制器415。反向信道调制器415用于响应来自CPU410〔地址和控制单元〕的控制信号，接收来自CIU中的数字总线的64kbps的两个DS0’s的形式的串行数据输入，并把进入的数据以QPSK调制成所选择的信道，以便连接反向信道频谱。调制器用于以选择的108KHz在选择的载波频率下提供QPSK。

最佳的反向信道调制器由XILINX数字控制器470构成，型号为XC4005，由Xilinx，of San Jos，California制造。串行数据控制器470向下面要说明的其它元件提供各种输出信号。

控制器470从连接的线路卡98’接收两个64kbps信号，并把数据分成I和Q两个信号通道，用于正交相移键控调制。控制器470还接收16千位的附加位，其中包括帧分配顺序、CRC余项、和传递信号信息的数据链路。输出包括72kbps的I DATA IN和72kbps的Q DATA IN。这些被提供给数字奈奎斯特滤波器，473以便获得被分配的输出FILTERED IDATA和FILTERD Q DATA。控制器470对奈奎斯特滤波器473提供在0和-25dB之间变化的增益。

奈奎斯特滤波器473形成被调制的频谱，使其适用于108kKHz的占用带宽具有零符号间干扰。作为滤波器的辅助功能，获得了25dB的增益控制。

FILTERED I DATA和FILTERED Q DATA输出被供给一对混频器476a和476b，在那里I、Q数字信号随10.24Mhz 90°相移中频(IF)副载波振动，这便产生一对正交相关的QPSK信号。送入混频器476的10.24Mhz IF载波从81.92MHz的锁相环电路(PLL)480得到，它通过除8(/8)电路479被提供，用来获得10.24MHz IF副载波。IF副载波被提供给混频器476a并通过90°相移电路482提供给混频器476b。混频器476a和476b的输出在加法电路487组合。

81.92MHz的信号还被提供给第三混频器485，它和来自加法电路487的信号混合。第三混频器485的输出被提供给具有大约3MHz的带通的中心在71.68MHz的带通滤波器492，使得减小不需要的来自第一三个混频器的混合产物。71.68MHz的输出信号被降频转换器490降频转换，它用来自作为频率同步器的可调锁相环〔PLL〕电路494的75-105Mhz RF载波振动来自滤波器492的71.68Mhz QPSK信号。然后，降频转换器490的输出被低通滤波器496滤波，把输出信号限制在35MHz以下。来自LPF496的RF输出信号是QPSK信号，其所选择的输出频率对于反向信道在5.120MHz和29.84MHz之间变化，是从PLL494发射的载波提供的频率的函数。

可调的PLL494通过来自控制器470的CONTROL/FREQ REF信号接收其代表所选的上行信道UP1、UP2等的所选的载波频率的信号。如上所述，控制器470接收来自通过监视查号信道所接收的控制信号的用于反向调制操作的分配频率。应该理解，图13所示的所述的反向调制器415，当确定在反向信道中的特定载波的噪声太大时，可以响应来自HIU的指令，非常快地改变其频率。图14说明在图11所示的HIU中利用的频率灵活反向信道解调器转换器114’。应该理解，如图3C所示，对于在上行信道UP1、UP2…UP194之一提供的每对DS0信号，提供一个反向信道解调器转换器114’。反向信道解调器转换器114’象其在CIU中配对的反向信道调制器一样，是频率灵活的，可以被选择地调谐于5-30MHz范围内的电话上行带宽中的预定的载波频率。图14所示的实施例最好在5.12MHz和49.9MHz之间操作，以便允许将来的扩充，或利用高达大约50MHz的带宽，这将允许在所述实施例的388DS0之外，附加反向信道容量。

每个反向信道解调器转换器114’接收RF输入信号，并将其提供给上变频器或混频器520，在那里进入的信号用80和124.8MHz之间的选择的变化频率，以128KHz的增量变化。80-124.8MHz的振动信号从锁相环电路522得到，它最好是由Motorola制造的MC145170型。PLL522以从头部单元〔HIU〕301提供的CONTROL信号的函数改变其输出频率。PLL锁定于从除以32(/32)电路525输入的128kHz的信号，它被4.096MHz的时钟驱动。来自HIU的代表电路调谐的频率的CONTROL信号在由CPU308(图11〕提供的信号信道上提供。这信号相应于80.0-124.8MHz的输出频率从N＝625到975变化。来自除以32电路525的128kHz的信号还被提供给第二除以32电路526，在那里得到提供给第二锁相环电路528的4kHz的信号。第二锁相环528的输出上220kHz的信号，然后提供给第三PLL530，它提供用于降频变换的稳定的85.58Mhz的输出信号。

4kHz的参考频率首先由PLL528增加到220kHz，以便更容易地消除来自PLL530的输出的不需要的副产品。因此，更容易滤掉不需要的参考频率边带，因为参考频率220kHz离开PLL530的环带宽(大约120Hz)比如果直接使用4kHz的参考频率更宽。

再看混频器520，其在80Mhz和124.8MHz之间变化的输出通过大约3MHz带宽中心在74.88MHz的带通滤波器532滤波。带通滤波器532的输出提供给混频器或下变频器535。下变频器用来自PLL530的85.58MHz振动滤波输入信号。下变频器535的输出是被输出带通滤波器538滤波的10.7MHz的信号，其输出是在5-30MHz反向频率范围内选择的128kHz的子带中恢复的10.7MHz载波QPSK调制信号。

来自反向解调器转换器114’的输出信号然后被提供给以已知方式操作的常规的QPSK解调器，以便获得包括一对64kbps的DS0的数字输出信号。

应该注意，选择由PLL522在80-124.8MHz之间选择的频率，使得74.88MHz的输出信号是在特定的128kHz宽的选择的反向信道子带中含有所需电话信号的选择信号。

下面参看图15，讨论对用户提供不同的服务等级的方式，所述服务等级相应于选择的服务等级，并讨论为实现服务的合适的相应的带宽分配。图15说明的信息存储在图11所示的头部接口单元(HIU)301的CPU308中。CPU308在其存储器中存储使各种信息相关的数据表，例如，在给定时刻分配给特定用户的上行信道的频率，用户识别信息，服务等级信息，电话公司线路DS0识别信息(即由电话公司提供的复用输入电话信号中线路的识别)，信号状态信息，表示在选择的信道上的噪声电平的错误计数和门限信息，以及表示在选择的信道中的噪声是否已经超过预定门限因而需要改变的信息。

图15的表将结合可由用户选择的不同的范围等级的例子进行讨论。应该记得，每个上行信道(128kHz)传递两个DS0信号，每个的速率为64kbps，用QPSK调制。这样，第一上行信道UP1具有5.12MHz的普通载波频率，假定信道的子带精确地从5.064MHz开始，扩展到5.192MHz。在第一例子的信道UP1中，作为S1识别的用户已经选择了服务故障等级，表示一个以64kbps的话音级电话服务线路。该表表明，电话公司(telco)DS0线路是DS0-6，这表示在输入复用中DS0-6是在这一特定时刻为这一用户进行通信的合适的输入/输出线路。应该理解，电话公司DS0数可以和任意特定信道相关，这是因为这里说明的反向信道电路频率灵活的缘故。线路DS0-6的状态在图15中指示为“挂机”，因此无效。错误门限指示为256，虽然这值可按照系统操作员的选择改变。最后，提供“噪声信道”标志，其中0等于OK或可接受的，1等于噪声。在噪声信道标志中设定的“1”表示反向信道的频率变化要受影响，因为已被检测到过大的噪声电平。

应该记得，每个信道UPn传递多达两个DS0信号。因而，图15表明对于这个例子信道UP1的第二DS0容量未被使用。

作为第二个例子，注意和用户相关的函数标识为S2。用户S2表示在UP2中，分配给第一信道频率5.248MHz，并已经选择两个声音等级线路，它们已被分配给电话公司的DS0-7和DS0-204。信号状态字段表示DS0-7是“摘机”的，并因此是有效的。相反，DS0-204表示为挂机的，因此无效。对于有效的线路DS0-7，注意错误计数6已被存储在错误计数字段中，它处于可接受的门限256之内。

下面讨论分配给用户S3的服务等级。这一例子假定用户S3已经选择基本速率ISDN电话服务，在常规配置中它包括两个承载电路或“B”信道加上一个数据信道或“ D”信道(2B+D)。每个“B”信道为64kbps，每个“D”信道为16ksps，从而在名义上产生144kbps。本领域人员应该理解，ISDN服务的主要信号传递功能可以只用两个64kbps的B信道实现。对于ISDN基本频率设备，D信道是最佳的，并可以单独从B信道传递。ISDN 2B+D“S”接口被称为基本速率接口，并且一般利用4个无屏蔽的一般电话线或双绞线对，以便传递两个64kbpsx信道和一个16kbps的D信道。两个64kbpsx信道的每个可用于传递话音会话或一个高速数据或复用为一个64kbps的高速数据线路的几个数据信道。16kbps的D信道传递控制和信号信息，以便建立和打断话音和数据呼叫。

对于图15中的用户S3，一般的ISDN服务要求两个信道UP3的DS0，它们在DS0-12和DS0-13已被分配给电话公司的DS0信道。为了适应ISDN的D信道，如果D信道要被和相关的B信道一起发送，则要求四分之一(1/4)附加的DS0信道。这被表明分配给上游信道UP4的部分，分配给电话公司DS0-144。所有这些信道都被表示为有效的。因此，累计误差计数，其总和在256的门限以下，因此是可接受的。

接着在图15中考虑对识别为S4的用户允许的服务等级。在这一例子中，假定单个用户S4已经选择T1电话服务，其中包括24DS0。这些24个DS0已经通过DS0-179和电话公司信道DS0-155相关联。还应该理解，为了在CIU设备中容纳这么多DS0信道，必须提供相应数量的反向信道调制器，线路卡等等。T1服务一般和商业应用相关，而一般的家庭设备仅提供少的DS0容量。

下面考虑由识别为S5的用户表示的服务。以前讨论过的一种特定功能是监视服务的保密性功能，例如对一个线路卡98’(图12)的和用户住宅有关的安全报警网络的连接。因而，上行信道UP30被分配给用户S5，它已经选择了保密监视服务等级。信号状态表示“正常状态。因此，没有必要在这一特定时刻分配电话公司DS0，没有必要适应任何特定信号，直到报警发生。

在这方面，考虑用户S6，它也选择了保密监视服务等级。信号状态表示报警条件，识别为DS0-191的电话公司线路已被分配给这一特定信道，以便监视可从用户安全报警网络提供的任何信号。保密监视信号被在上行提供给HIU，并通过DS0-191线路提供给保密服务(例如用于发送报警警报或通过由系统联系的数据，在远方监视状态)。因而，应该理解，和保密监视有关的带宽在报警发生时才被分配，并且用于上行通信的带宽只需要响应报警条件被利用。

报警条件响应对于特定用户设备的同轴电缆的中断被指示。在上述的讨论中应该记得，每个CIU400含有预定的地址信息，当用户请求服务时，或当信道有效时，被在上行信号信道中发送给HIU。同样，地址信息在查号信道中向下行发送，使得CIU可以调谐于由CIU指令的上游信道，或对连接于CIU的电话提供振铃信号。在CIU中的CPU410(图12)用于对于被寻址的进入的信号监视正向查号信道，并且提供识别其自身的上游通信，并在分配的上游信道UPn上提供有关的信号信息。地址信息和来自所有CIU的信号信息最好响应来自HIU的指令，在上行发送给HIU以便调谐到特定的上行信道频率并发送包括地址和状态的信号信息。这实际上是“轮询”操作，其中特定地址CIU与特定上行信道中的通信相应，响应于来自HIU的指令或轮询。然而，如果宽带通信线路已被切断或发生故障，CIU则不能向HIU发送其地址和状态信息。

因此，在同轴电缆被切断以及CIU400不能响应HIU的轮询传递其识别和状态信息的情况下，将指示报警条件，并且在图15的信号状态字段指示合适的信息。在本最佳实施例中，报警条件导致设定和特定用户相关的服务等级存储器中的报警状态指示器。使得可以指示补救作用。显然，期望HIU可以对保密监视服务产生合适的电话消息，以便改变关于报警条件的安全防护服务。

在离开图15之前，应该注意服务等级表包括数据字段阵列，适合于存储在由HIU的CPU308保持的数据库中。最好这表被保持在RAM中，以便快速存取。此外，最好利用常规的数据库索引方法对表索引，使得可以按照用户名、用户地址、电话公司DS0号、上行载波频率等等快速地对表进行检索。索引方法的使用确保快速地查看服务等级，以及当用户请求服务时的最小的响应时间。

如前所述，应该理解，频率灵活CIU用于以在宽带预订网络的上游带宽中的多个子频带调制来自用户的电话和其它信号，从而提供相应于选择的用户通信特征，例如单话音线路、ISDN、安全监视服务等等在上行中提供可选择的可变带宽。在本最佳实施例中，带宽在DS0的分立单元中被可选择地分配。这应该被理解可以被组合，以便响应用户的不同需要，提供较高容量的数字数据信道。

此外，应该理解，频率灵活CIU用于响应确定在特定的选择的子带中的噪声电平超过预定电平，在另一频率下重新分配在选择的子带例如UP1…Upn中的信号到另一子带。

最后，提供至少一个上行信号信道，被每一连接的CIU400所利用，从而和地址消息一起，提供信号消息例如摘机、报警条件。每个CIU400一般被分配至少一个上行频率(或DS0-1或128kHz信道的DS02)，其中包括16kbps数据信道的部分，它和两个64kbps的数据信道结合，形成144kbps用于上行频率子带。16kbps信号和状态消息包括用户地址以及和其相关的状态消息。

在这方面，参看图16讨论本发明监视噪声电平和分配频率的方式。图16是说明操作顺序的流程图，其中主叫用户引起通信和电话请求，设备通过分配带宽并指定上行信道作出响应，在下游查号信道中广播所选信道的标识，用于由请求的CIU进行接收，以及在信道中信号质量的测量等等。

处理在步601开始，其中主叫用户通过对连接线路卡98’的电话设备“摘机”发出电话呼叫。一般的说，采取的第一步是要对HIU设备提供指示在上行方向的电话设备的改变的状态的信号。

由“挂机”到“摘机”的状态改变被在分配给有关的CIU使用的上行信号信道中传递。如结合图17所述，改变的状态数据和CIU地址一道在上行传递给HIU301；HIU作出响应，确定这一特定用户保留在用于传递电话信号的上行信道中是否合适。在利用一个信号频率于所有CIU以TDMA方式连接的信道的实施例中，信道将指定给话音信道通信，这信息在正向信道中向下游发送。

假定已经指定方向信道，在604所取的下一步是在和请求的用户有关的线路卡98’中开始电话信号的模数(A/C)转换，利用CODEC407获得数字数据流。数字数据流在步608由CIU的CPU和帧位组合，从而获得如结合图9C所述的帧和超帧。

在步612，和子帧以及超帧有关的CRC计算并加在帧和子帧内的合适的字段中。在步615，向QPSK调制器提供超帧，在其中它被在用于上游通信分配的子带上的宽带网络频谱上发送。

在HIU301，在其它实施例中，它相应于地址和控制单元90，被分配给上行通信的特定的上行载波频率也和结合图14说明的那样，被提供给选择的方向信道调制器转换器114’。然后，在步620，转换器114’调谐于指定的上行信道UPn。在步625，QPSK解调器解调信号成为144kbps的数据流。该数据流通过检查帧位定界超帧形成超帧。

在步630，检查和超帧有关的CRC值，如果CRC不正确，则图15所示的和指定的上行信道有关的误差计数器增加。在误差计数器超过在预定时间间隔内的预定门限时，按照HIU计算机的测量，则认为信道的噪声过大。这表示在步632。在步635，错误计数和预定错误计数门限比较，确定噪声是否超过可接受的程度。在步635，只要信号质量是可接受的，则不需要改变上行通信的频率。在另一方面，响应来自在步635错误计数超过预定门限的确定，HIU301进行操作，改变载波频率。

如果在步635的信号质量是可接受的，则返回步605，以所述方式继续发送电话数据。

在检测到错误的情况下，则不再从CIU向HIU继续发送数据。这时，数据被解调，并且在步640提供给和特定用户相关的电话公司线路，用于在电话网络上的通信。

图17表示响应由用户选择的服务等级，动态带宽分配的最佳方法。有两个通路用于调用关于为用户动态分配带宽的方法：(1)当主叫用户启动在CIU发出的电话服务请求时，以及(2)当进入的呼叫被来自电话网络的特定的进入电话公司DS0线路上的用户接收时。两个通路要求系统确定对于呼叫的合适的服务等级，以及相应的带宽。这些步骤分别表示在701和702中。应该理解，剩余的步骤基本相同，不管用户是否启动呼叫或进入的呼叫是否被用户接收。

在步701主叫用户启动呼叫的情况下，结合图17所述的提供“摘机”状态信息的步骤对于HIU301在指定的上行信道中被提供，从而使得当由于故障没有指定上行信道时，可以指定合适的上游信道。

下面看步705，响应接收表明请求服务的状态信息，(例如“摘机”状态)，或在HIU接收进入的呼叫，通过检查由HIU301在存储器中保持的服务等级表，确定用户的识别。

在步706，确定识别的用户的请求的和批准的服务等级。例如，这需要确定用户已经请求服务例如ISDN并且被批准接收ISDN服务，或其它类似的服务等级例如单线话音、多线话音、数据通信、保密服务等等。

在步711，当对于特定的用户已经确定正确的批准的和请求的服务等级之后，确定对于选择的服务等级所需的DS0的数量。例如，ISDN至少需要两个DS0(如果提供2B+D服务，则可能更多)，单个普通的话音信道要求一个DS0，多个话音信道需要多个DS0，安全服务需要周期地监视CIU等等。

在步713，通过使用对由电话公司DS0数数字地存储的服务表的索引，确定所需的DS0数据信道的选择数，以便确定哪些DS0未被使用并且可被选择和分配以便满足服务请求。同样，对于选择的服务等级确定相应的反向信道UPn的数量。应该记得，在所述实施例中，在反向频谱中有388个可利用的DS0数据信道。

在步715，在反向信道中选择的一个或多个DS0和来自电话网络的特定的DS0信道相关联，或在进入的呼叫的情况下，来自电话网络的特定的进入DS0线路和在反向信道中的选择的一个或几个DS0相关联。然后，选择的DS0被分配给一个或几个相应的反向信道频率UPn。在这方面，图15的服务等级表被更新，以便反映电话DS0信道数和上游频谱中的反向信道频率之间的相关性。这通过检查服务等级表确定可利用的反向信道进行。

最后，在步720，选择的反向信道频率通过发送CIU地址和上行信道识别被在正向查号信道中发送给特定用户。正向信道DS0的识别也在对于正向查号信道的进入信号的服务等级表中被识别，使得来自电话网络的进入信号可被发送给合适的正向信道频率和为用户CIU提供的DS0信道，用户CIU监视正向频谱中的合适的DS0信道。用这种方式，应该理解，可以以可选择的不同方式分配带宽，从而提供已经由用户选择的合适的服务等级。

现在参看图9B和9C，在本发明的另一实施例中利用的对于反向信道和正向信道数字数据的成帧数据或数据帧将被说明。在图9B中，在上行以QPSK调制发送的反向通道数据帧包括27个字节的4个子帧，在而形成一个超帧。每个超帧是相同的，包括8位的成帧字节，两个数据链路(DL)字节，每个含有8个信号位，和24个DS0数据字节(192位)。DS0数据字节部分由复用两个DS0形成。

一个超帧包括4个子帧，并且在超帧块计算CRC。每个子帧的成帧字节包括7个同步位和一个CRC位。这样，和每个子帧一起发送4个CRC位，其中包括和前一超帧相关的CRC剩余位。

每个子帧的DL字节用于在上行方向传递表示请求的电话信号的消息，例如挂机和摘机。在另一最佳实施例中，用户的CIU和信号之间的联系由HIU寻址与控制单元42(图4)或HIU301(图1)实现。用户CIU和挂机或摘机之间的联系最好由特定反向信道频率和特定CIU地址之间的预定的联系确定，所述预定的联系被保持在由HIU保持的服务等级表中。此外，可以通过在DL字节中提供地址信息，表明哪个特定用户的设备正在指示特定的信号来建立联系。

为了进行噪声监视，每个子帧包括CRC位作为成帧字节(FB)的一部分，每个子帧也包括对于整个超帧表明CRC循环的CRC位。如结合另一实施例所述，在接收的超帧上的不正确的CRC循环表示信道中的噪声，超过预定门限的过多的CRC错误使得载波频率按照另一实施例改变。

图9C说明在正向通道中的数据格式或成帧数据，它以QPR调制向下行发送。正如在最佳实施例中，成帧按99字节的偶数和奇数子帧组织。子帧被分组成为多帧中的多个8个子帧或超帧，以便允许CRC计算。和图9A相比，在另一实施例中的正向通道的数据格式包括用于查号信道(DIR)的1个字节、用于信号信道(SIG)的1个字节、以及分配给电话数据的96个字节，其中包括对于每个载波的96个DS0。将会看到，查号信道(DIR)和信号信道(SIG)被包括在正向通道中的每个子帧中。因此，DIR和SIG信道连续对和CIU相关的所有正向通道解调器广播，使得每个CIU可以连续监视查号信道，并且快速地响应反向频谱中的改变频率的指令。如果需要，还很快地响应提供给特定CIU的传递信息，例如选择的用户电话的振铃条件。为了适应查号(DIR)，提供多达480个地址字，其后具有指示特定地址的CIU对其反向信道通信要被利用的所选择的信道的标志，还有和地址信息有关的合适的信号状态信息。

虽然已经描述了本发明的最佳实施例，但是，对于本领域人员显然可以作出各种改变和改型，而不脱离权利要求限定的本发明的范围和构思。

Claims (94)

1.一种双向信号通信系统，该系统用于接收包括多个输入数据信道的复用的输入信号和用于提供包括多个输出数据信道的复用的输出信号，其中在复用的输入信号中的每个输入数据信道对应于经宽带通信媒介连接的多个目的地的特定的一个和其中每个输出数据信道对应于经所述宽带通信媒介连接的多个始发地中的特定的一个，所述系统包括：

第一变换器，用于变换所述输入数据信道的数据为在与各特定目的地相连的下行信道中的已调下行载波；

第一发送机，用于发送所述已调下行载波到所述多个所述目的地；

至少一个解调器，用于解调在目的地的所述已调下行载波的指定的载波和恢复与所述各目的地的所述特定一个相连的一个特定信道中的输入数据；

至少一个调制器，用于调制从在多个上行信道之一的一个指定的载波的所述多个始发地的所述特定的一个的输出数据；

至少一个第二发送机，用于发送来自所述各始发地的特定的一个所述已调指定的载波；

第二变换器，用于变换在所述上行信道中的所述指定的载波到所述输出数据信道，用作所述复用的输出信号；

噪声监视器，用于监视在一个特定上行信道中的噪声电平；和

响应于在所述特定上行信道中噪声超过一个预定电平，用于重新分配输出数据到一个不同上行信道的不同频率的载波的设备。

2.按照权利要求1所述的双向通信系统，其中：

所述复用的输入信号是一个标准的数字电话信号。

3.按照权利要求2所述的双向通信系统，其中：

所述标准数字电话信号包括DS-0格式信号、DS-1格式信号、DS-2格式信号、和DS-3格式信号的群中的至少一个。

4.按照权利要求1所述的双向通信系统，其中：

所述复用的输出信号是一个标准的数字电话信号。

5.按照权利要求4所述的双向通信系统，其中：

所述标准数字电话信号包括DS-0格式信号、DS-1格式信号、DS-2格式信号、和DS-3格式信号的群中的至少一个。

6.按照权利要求1所述的双向通信系统，其中：

所述中心点是CATV网络的首端；和

所述数据的各始发地和目的地是所述CATV网络的各用户。

7.按照权利要求1所述的双向通信系统，其中：

所述数据的各始发地和目的地是从所述中心点扩展的树形网络中的各用户。

8.按照权利要求7所述的双向通信系统，还包括：

进行操作用于连接至少一个上行信道与一个特定用户电话设备的设备；和

用于连接至少一个下行信道与所述电话设备的设备。

9.按照权利要求7所述的双向通信系统，还包括一个限定用于输入数据的目的地和用于输出数据的始发地的用户接口单元(CIU)，所述CIU包括所述至少一个解调器、所述至少一个调制器、和所述至少一个第二发送机。

10.按照权利要求1所述的双向通信系统，还包括：

用于连接多个上行信道和多个下行信道到一个单一的用户，用于提供可选择可变带宽服务的设备。

11.按照权利要求10所述的双向通信系统，其中所述可选择可变带宽服务包括从单一线路服务、多线路服务、ISDN服务、和T1服务选择的电话服务。

12.按照权利要求1所述的双向通信系统，还包括：

至少监视器，用于监视在特定上行信道中的噪声电平，和

响应于在所述特定上行信道中噪声超过一个预定电平，用于重新分配输出数据到一个不同上行信道的不同频率的载波的设备。

13.一种用于到和从一个电话网络，和到和从一个预订系统的多个用户之间电话信号通信的设备，该预订系统包括一个具有用于传送信号到该预订网络各用户的第一频带和用于从各用户传送信号的第二频带的预订网络，包括：

电话网络调制器，用于利用第一调制方式在所述预订网络的所述第一频带上调制来自电话网络的电话信号；

用户终端，包括用于解调在所述来自预订网络的第一频带的电话信号和耦合它们到一个用户的解调器；

至少一个频率灵活的第二调制器，用于利用第二调制方式在所述预订网络的第二频带的多个子频带中选择的一个上调制来自所述用户的电话信号；和

电话网络解调器，用于解调来自所述预订网络的第二频带的电话信号和耦合它们到电话网络。

14.权利要求13的设备，其中多个频率灵活的第二调制器进行操作，用于调制在该预订网络的所述第二频带的多个子频带上来自用户的电话信号，以便提供与一个选择的用户通信特点相一致的可选择可变带宽。

15.权利要求14的设备，其中所述选择的用户通信特点包括话音级别电话服务。

16.权利要求14的设备，其中所述选择的用户通信特点包括ISDN电话服务。

17.权利要求14的设备，其中所述选择的用户通信特点包括多话音级别电话服务。

18.权利要求14的设备，其中所述可选择可变带宽包括设置在所述预订网络的所述第二频带的至少一个子频带。

19.权利要求18的设备，其中所述子频带是128Khz。

20.权利要求18的设备，其中所述可选择可变带宽包括多个非邻接的128KHz子频带。

21.权利要求18的设备，还包括：

噪声监视器，用于监视在与一个选择的用户相连的所述子频带中的一个选择的子频带中的噪声电平；和

其中响应于在所述选择的子频带中的噪声电平超过一个预定的电平是所述噪声监视器的确定，所述频率灵活的第二调制器进行操作，重新分配在所述选择的子频带中的信号到在另外频率的另外的子频带上。

22.权利要求13的设备，其中所述第一调制方式是QPR，和所述第二调制方式是QPSK。

23.权利要求13的设备，还包括一个地址和控制单元(ACU)，用于在预订网络中的所述第二频带的各子频带的频率与各用户进行联系。

24.权利要求23的设备，其中所述ACU在存储器中保持一个分配表，该存储器存储从一组包括用户识别、频率子频带、噪声电平、服务级别、保密状态、和线路状态的可选择的信息。

25.权利要求13的设备，还包括：

广播消息信息源，用于产生一个用于广播到预订网络的所选择的一群用户的电话消息；

用于耦合所述广播消息到预订网络的正向频带中的一个载波，以便传送到所述选择的用户群，并

借此，一个电话消息在一个单一的源产生并被传送到多个用户的装置。

26.一种操作通信系统的方法，该方法从和到一个电话网络耦合电话信号，和从和到一个预订系统的多个用户，该预订系统包括从一个首端扩展到各用户的一个树形宽带预订网络，包括以下步骤：

提供一个电话网络接口，用于从电话网络到首端的电话信号；

提供一个用于从一个用户到连接到预订网络的一个用户终端的电话信号的接口；

提供一个第一频率频带，用于从首端传送信号到各用户；

利用第一调制方式在预订网络的第一频带上调制来自电话网络的电话信号；

提供一个第二频率频带，用于从各用户传送信号到首端；

再分第二频带的各频率为多个可选择的子频带；

响应于一个用户的电话服务请求，可选择地分配第二频率频带的多个可选择的子频带之一给该用户；和

利用第二调制方式调制来自该用户的电话信号在特定子频带上，发送来自该用户的所述电话信号到所述电话网络接口。

27.权利要求26的方法，其中第二调制方式包括一种在树和分支网络结构中在上行方向相对噪声稳定的调制方式。

28.权利要求27的方法，其中第二调制方式是正交相移键控(QPSK)。

29.权利要求26的方法，还包括在预订网络的第二频带中分配一个或多个选择的频率子频带的步骤，以便提供与选择的用户通信特征相一致的可选择可变带宽。

30.权利要求26的方法，其中用户发出的电话服务请求具有电话服务的缺省级别。

31.权利要求30的方法，其中电话服务的缺省级别是DS0(64kbps)。

32.权利要求26的方法，其中用户发出的电话服务请求具有该用户可利用的多个可选择的通信服务的级别之一的级别。

33.权利要求32的方法，其中多个可选择的通信服务的级别的每一个要求一个预定的数据通信带宽，和还包括在预订网络的第二频带中选择多个频率子频带的步骤。

34.权利要求33的方法，其中从一个用户发出的电话服务请求包括从以下选择的一个请求：单线路电话服务、多线路电话服务、ISDN电话服务、数据通信电话服务、电视会议服务、交互电视服务、视频游戏服务、保密监视服务。

35.权利要求32的方法，还包括以下步骤：

传送一个用于选择的服务级别请求到首端；

确定该用户请求的选择服务级别的识别码；

检验该用户被授权接收该请求的服务级别；

响应于该用户被授权接收该请求的服务级别，在预订网络的第二频带中分配一个或多个选择的频率子频带，以便提供与选择的服务级别相一致的可选择可变带宽；

传送一个或多个选择的频率子频带的识别码到该用户；和

在首端的一个或多个选择的频率子频带中从该用户接收信号。

36.权利要求26的方法，其中响应于传送到一个用户的来话通信在首端发出的电话服务请求，还包括以下步骤；

确定接收该来话通信的特定用户的识别码；

确定对该特定用户提供通信的一个适当的服务级别；

在预订网络的第二频带分配一个或多个选择的频率子频带，以便提供与确定的适当服务级别相一致的可选择可变带宽；

传送一个或多个选择的频率子频带的识别码到该特定用户；

在第一频带频率传送输入通信到该特定的用户；

在第一频率频带传送来话通信到特定的用户；在与该特定的用户相连的用户终端中，接收一个或多个选择的频率子频带的识别码，用于返回首端的通信；和

在一个或多个选择的频率频带中传送用户信号到首端。

37.权利要求36的方法，还包括以下步骤：

在一个或多个选择的频率子频带中在首端接收来自特定用户的信号；

解调该信号得到标准电话信号；

将来自该特定用户的标准电话信号择径到与传送到该特定用户的来话通信相连的一个通信口。

38.权利要求37的方法，还包括以下步骤：

复用从多个用户得到的多个标准电话信号为一个复用的标准电话信号。

39.权利要求38的方法，其中标准电话信号是DSO格式的，和其中复用的标准电话信号是从DS1、DS2、 S3、E1、T1、和SONET格式中选择的。

40.一种操作双向通信系统的方法，该系统从和到一个电话网络耦合电话信号，和从和到一个预订系统的多个用户，该预订系统包括从一个首端扩展到各用户的宽带预订网络，包括以下步骤：

接收一个含有在多个信道中预定的多个电话信号的复用电话信号；

去复用该复用的电话信号从一个特定的电话信道中得到一个特定的电话信号；

在该预订系统的第一频带中，从首端向在与特定的用户相连的用户目的地的一个特定用户传送特定电话信号；

选择预订系统的第二频带的一个特定子频带，从该特定用户接收信号；

在所选择的子频带中传送来自在用户目的地的特定用户的用户电话信号；

耦合该用户电话信号到该特定电话信道。

41.权利要求40的方法，其中复用的电话信号包括SONET信号。

42.权利要求40的方法，其中复用的电话信号经光纤链路从一个电话中心局传送到首端。

43.权利要求40的方法，其中复用的电话信号从电话中心局到首端，和经光纤链路从首端到光纤节点。

44.权利要求40的方法，还包括在第二频带中传送来自首端的选择的子频带的识别码到特定用户，以便使用户终端在选择的子频带中发送用户的电话信号的步骤。

45.权利要求44的方法，其中在第二频带中传送选择的子频带的识别码到特定用户的步骤包括：

在一个用户和首端之间提供用于状态信号通信的信令信道。

46.权利要求40的方法，还包括在包括该特定用户的通信期间，从在第二频带的选择的子频带到另外一个频率的子频带的改变频率的步骤。

47.权利要求46的方法，还包括在选择的子频带监视噪声电平的步骤，和其中选择的子频带的改变频率步骤是响应于监视步骤中确定选择的子频带中的噪声电平超过一个预定门限值的情况下进行的。

48.权利要求47的方法，其中用户电话信号是在多个数字数据分组中发送的数字信号，和其中在监视选择的子频带的噪声电平的步骤包括以下步骤：

在信号发送之前，确定每个包括用户电话信号的数字数据分组的循环冗余检测(CRC)值；

在首端接收CRC值；

响应于CRC值不正确的确定，差错计数寄存器加1；

将差错计数寄存器值与一个预定值相比较；

当差错计数寄存器值超过一个预定门限值时设置噪声信道状态标识；和

响应于设置的噪声信道状态标识，改变频率。

49.权利要求48的方法，其中差错计数寄存器值与一个预定门限值相比较的步骤是以一个周期为基础进行的，以便确定与在预定时间发送的分组的预定数目有关的传输差错的数目。

50.一种用于在有关电话网络和一个宽带通信网络之间传送电话信号的电话系统，该宽带通信网络包括有关与多个用户通信的首端，包括：

耦合在电话网络与首端之间的调制器，用于将来自电话网络的电话信号调制在宽带通信网络的第一频带中的一个载波上；

用于为一个特定用户确定选择的服务水平和用于传送实现该服务水平的指示在宽带通信网络的第二频率频带中的一个或多个选择的子频带的信息到该特定用户的设备；和

耦合在电话网络与首端之间的解调器，用于解调在一个或多个选择的频率频带中的来自该特定用户的电话信号和传送它们到电话网络。

51.权利要求50的系统，其中宽带通信网络包括一个用于解调在宽带网络中的第一频带的电话信号和耦合它们到该用户，和用于调制在宽带网络的第二频带中的一个或多个选择的频率子频带来自该用户的电话信号的用户终端。

52.权利要求51的系统，其中用户终端包括一个频率灵活的调制器，用于调制在第二频带的一个或多个选择的频率子频带中的电话信号，和还包括：

噪声监视器，用于监视在与一个特定用户相连的选择的频率子频带的噪声电平；和

当在选择的频率子频带的噪声电平超过一个预定门限值时，响应于噪声监视器用于传送一个频率变化信号到特定的用户的设备；

因此，当一个规定信道变为太大噪声时，该用户终端改变用于传送至少某些电话信号的频率为一个不同的选择的频率子频带。

53.权利要求50的系统，其中宽带通信网络是电缆电视(CATV)网络，和还包括用于在所述第一频带频率提供电视节目信号到各用户。

54.权利要求50的系统，其中用于确定选择的服务水平的设备包括：

用于在第一频带传送一个在号簿信道中的号簿消息，号簿消息含有用户的识别信息和与该用户识别信息相关的一个或多个选择的频率子频带的识别码。

55.权利要求50的系统，其中用于实现选择的服务水平的信息是由包括对应一个选择的用户地址信息和对应一个或多个选择的频率子频带信息组成的消息。

56权利要求55的系统，其中所述信道分配消息是在号簿信道发送的。

57.权利要求50的系统，还包括：

在用户终端中的频率灵活调制器，进行操作改变到该频率，响应于从首端接收的命令，在该频率上电话信号正在被从第一频率子频带到第二子频带传送首端。

58.权利要求57的系统，其中频率灵活调制器包括正交相移键控(QPSK)调制器，在5.12MHz的正常初始载波频率开始，以每信道144kbps的正常时间速率，在以各128KHz信道离散递增变化的可选择载波频率上操作。

59.权利要求58的系统，其中每个所述144kbps信道包括两个64kbpsDS0电话信道和一个包括数据报头、地址信息、和CRC数据的16kbps额外开销信道。

60.权利要求58的系统，其中每个128KHz信道包括108KHz带宽的数据信道和20Khz的保护频带。

61.权利要求50的系统，其中来自首端传送到该用户的电话信号被在所述第一频带作为下行信号发送和还包括：

用户接口单元，包括用于解调在第一频带的所述下行信号得到来话电话信号和耦合所述来话电话信号到一个电话接口的解调器。

62.权利要求61的系统，其中所述下行信号利用QPR调制被传送到用户接口单元。

63.权利要求61的系统，其中所述在第一频带传送的下行信号包括：

安排在多个信道的多个来话电话信号；

至少一个含有所述第二信号的号簿信道；和

至少一个含有状态信息的信令信道。

64.权利要求63的系统，其中下行信号包括一个3.168Mhz QPR调制的信令，该信令含有96个DS0数字来话电话信号、所述号簿信道、所述信令信道、和与一个数字信号帧有关的CRC数据。

65.一种用于连接到宽带通信网络的用户接口单元，该用户接口单元进行操作从与宽带通信网络相连的一个首端接收在第一频带的第一信号，用于从首端接收第二信号，和用于在一个用户和首端之间传送电话信号，所述用户接口单元包括：

第一解调器，用于解调在第一频带的第一信号和用于耦合它们到用户接口单元的输出口；

第二解调器，用于接收第二信号和用于从所述第二信号中识别在宽带通信网络的第二频带频率中的多个频率子频带的一个，用于传送电话信号到首端；和

频率灵活的调制器，响应于在第二频带的所述多个频率子频带之一的识别，用于将劳资用户接口单元的电话信号调制在被识别的频率子频带上。

66.权利要求65的用户接口单元，其中宽带通信网络是电缆电视(CATV)网络。

67.权利要求66的用户接口单元，其中所述第一信号包括电视节目信号，和其中所述输出口包括一个用于连接到CATV置顶变换器的视频信号口。

68.权利要求65的用户接口单元，其中所述输出口包括用于接收电话信号到用户接口单元的电话口。

69.权利要求65的用户接口单元，其中所述输出口包括：

一个用于耦合到电缆电视置顶终端的视频信号输出口；

至少一个用于耦合到一个用户的家庭电话网络的电话信号口。

70.权利要求69的用户接口单元，还包括：

一个用户输入口，用于接收与一个交互用户装置相连用户信号，该交互用户装置是从每收看一次付费一次电视、交互电视、视频游戏机、和购物信道电视选择的。

71.权利要求65的用户接口单元，其中第二信号是在第一频带传送的。

72.权利要求65的用户接口单元，其中第二信号包括一个包含对应一个选择的用户的地址信息和对应一个或多个选择的频率子频带的频率子频带信息的消息。

73.权利要求65的用户接口单元，其中所述第二信号是在号簿信道发送的。

74.权利要求65的用户接口单元，其中所述频率灵活调制器进行操作，响应作为第二信号接收的一个命令，电话信号正在被传送到首端的频率从第一频率子频带被改变为第二频率子频带。

75.权利要求65的用户接口单元，其中所述频率灵活调制器包括一个正交相移键控(QPSK)调制器，在5.12MHz的正常初始载波频率开始，以每信道144kbps的正常时间速率，在以各128KHz信道离散递增变化的可选择载波频率上操作。

76.权利要求75的用户接口单元，其中每个所述144kbps信道包括两个64kbps DS0电话信道和一个包括数据报头、地址信息、和CRC数据的16kbps额外开销信道。

77.权利要求75的用户接口单元，其中每个128KHz信道包括108KHz带宽的数据信道和20Khz的保护频带。

78.权利要求65的用户接口单元，其中从首端被传送到该用户的电话信号还在所述第一频带作为下行信号被发送，其中所述用户接口单元还包括：

第三解调器，用于解调在第一频带的所述下行信号，得到一个来话电话信号和耦合所述来话电话信号到一个电话口。

79.权利要求78的用户接口单元，其中所述下行信号经QPR调制被传送到用户接口单元。

80.权利要求78的用户接口单元，其中在第一频带传送的所述下行信号包括：

安排在多个信道置的多个来话电话信号；

至少一个含有所述第二信号的号簿信道；和

至少一个含有状态信息的信令信道。

81.权利要求80的用户接口单元，其中下行信号包括一个3.168MhzQPR调制的信令，该信令含有96个DS0数字来话电话信号、所述号簿信道、所述信令信道、和与一个数字信号帧有关的CRC数据。

82.一种操作宽带通信网络的方法，该网络包括一个用于连接到电话网络的电话网络接口，用于在各用户和电话网络之间传送信号，包括以下步骤：

从电话网络接收包括提供在一个标准的复用电话格式中的多个电话信号的复用的来话电话信号；

去复用来话复用的电话信号，得到至少一个选择的要发送到该宽带通信网络中的一个特定用户的来话电话信号；

在连接到与该特定用户相连的宽带通信网络的用户接口单元接收选择的来话电话信号；

耦合选择的经第一调制方式发送的来话电话信号到与该用户接口单元相连的电话口；

在该电话口接收去话电话信号；

利用第二调制方式，在宽带通信网络的第二频带中选择的子频带上的至少一个分配的载波发送去话电话信号；

解调经第二调制方式在选择的子频带发送的该去话电话信号，得到与该特定用户相连的去话电话信号；

复用来自该特定用户的去话电话信号和与其它用户相连的其它电话信号，得到要被送到电话网络的复用的去话电话信号，该信号包括在一个标准的电格式中的多个电话信号；和

耦合该复用的去话电话信号到电话网络。

83.权利要求82的方法，其中第二调制方式是正交相移键控(QPSK)。

84.权利要求82的方法，还包括：

在宽带通信网络的第二频带中分配一个或多个选择的频率子频带，以便提供可选择可变带宽服务。

85.权利要求84的方法，其中所述可选择可变带宽服务包括从单一线路服务、多线路服务、ISDN服务和T1服务中选择的电话服务。

86.权利要求82的方法，其中复用的来话电话信号包括SONET信号。

87.权利要求82的方法，其中复用的来话电话信号是经光纤链路从电话中心局传送到宽带通信网络的首端。

88.权利要求82的方法，其中复用的来话信号是从电话中心局传送到宽带通信网络的首端，和此后经光纤链路从首端传送到一个光纤节点。

89.权利要求82的方法，其中复用的去话电话信号经光纤链路从宽带通信网络的首端传送到电话中心局。

90.权利要求82的方法，其中复用的去话电话信号经光纤链路从一个光纤节点传送到宽带通信网络的首端，和此后从首端传送到电话中心局。

91.权利要求82的方法，还包括以下步骤：

在通信期间，将宽带通信网络的第二频带中的选择的子频带的频率改变为另外的子频带。

92.权利要求91的方法，还包括以下步骤：

监视在选择的子频带的噪声电平，和其中所述改变频率的步骤是响应于在监视步骤中确定在选择的子频带中的噪声电平超过一个预定的门限值时进行的。

93.权利要求92的方法，其中所述在选择的子频带监视噪声电平的步骤包括以下步骤：

在发送之前，确定每个包括电话信号的数字数据分组的周期冗剩检查(CRC)值；

在首端接收CRC值；

响应于CRC值不正确的确定，差错计数寄存器加一；

比较差错计数寄存器值与一个预定值；

当差错计数寄存器值超过一个预定门限值时，设置噪声信道状态标识；和

响应于设置噪声信道状态标识改变频率。

94.权利要求93的方法，其中比较差错计数寄存器值与一个预定门限值的步骤是以一个周期为基础进行的，以便确定与在一个预定时间中发送预定的数据组的数目有关的发送差错的数目。

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