DE4435767A1 - Breitbandinformationssystem für Verteildienste und interaktive Dienste - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Breitbandinformationssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bereits heute sind zahlreiche Teilnehmer über Koaxialnetze mit Fernsehstationen verbunden. Über diese Netze kann neben dem Empfang von Kabelfernsehprogrammen auch Fernsehabruf­ betrieb (Pay per View, Pay TV) in einfacher Form abgewickelt werden, allerdings ohne Interaktion mit der Quelle. Video­ abruf (Video on Demand Vod) mit direktem Zugriff auf eine Videodatenbank ist nicht möglich.

Um eine bessere Ausrichtung auf die individuellen Wünsche der Teilnehmer zu erreichen, wurden bereits Anfang der achtziger Jahre Informationsabrufsysteme geplant. Ein solches ist in der Patentschrift DE 32 07 022 C2 beschrieben. Die Steuer­ signale zwischen den Informationszentralen und einzelnen Teilnehmern werden in schmalbandigen Dialognetzen übertragen, die auch als Kanale eines einziges breitbandigen Netzes realisiert sein können.

Das gesamte Breitbandnetz wird zunehmend mit Lichtwellen­ leitern aufgebaut werden, wobei jedoch bestehende Koaxial­ netze aus Kostengründen zunächst weiterverwendet werden. Generell erscheint eine Nutzung von Koaxialkabeln als Über­ tragungsmedien bis zu einer Frequenz von bis zu ca. 1 GHz möglich und wurde auch für die analoge Fernsehsignalver­ teilung in den USA bereits praktisch erprobt. Auch in der Bundesrepublik ist die Technik für eine analoge Übertragung bis ca. 860 MHz bereits entwickelt. Für die Übertragung der analogen Fernseh- und Tonsignale wird beispielsweise ein Bereich zwischen 47 MHz und 450 MHz benutzt. Für Rückkanäle ist ein Bereich unterhalb von 47 MHz vorgesehen, der jedoch bisher praktisch nicht genutzt wird und für Videoabruf als nicht ausreichend erscheint. Wegen der zunehmenden inter­ aktiven Dienste wird daher vorgeschlagen, in Aufwärtsrichtung zwischen ca. 700 und 1 GHz zu übertragen. Wegen der mit der Frequenz zunehmenden Dämpfung des Koaxialkabels sind oberhalb eines Frequenzbereiches von ca. 450 MHz entzerrende Verstär­ ker erforderlich. Beschränkt man die Übertragung von analogen Signalen jedoch bis auf einen Frequenzbereich von ca. 300 bis 450 MHz und überträgt in dem höheren Frequenzband digitale Signale, dann können die bisherigen koaxialen öffentlichen Netze weiterverwendet werden. Diese Netze sind jedoch in der Regel nur für den Frequenzbereich spezifiziert, in dem sie bisher betrieben werden. Es ist keineswegs gewährleistet, daß ältere Koaxialnetze bei höheren Frequenzen noch hinreichend brauchbare Übertragungseigenschaften aufweisen. Dasselbe gilt für sonstige passive und aktive Netzelemente, (Abzweiger, Verstärker). Es ist außerdem nicht auszuschließen, daß manche Anschlüsse nicht exakt abgeschlossen sind, was bei höheren Frequenzen zu zunehmenden Problemen durch Reflexionen führt. Auch sind viele Systeme elektrisch nicht ausreichend abge­ schirmt, was nicht nur zu unerwünschten Abstrahlungen, son­ dern auch zu unerwünschten Einstreuung führen kann, etwa durch starke UHF-Ortssender.

Die vorgenannten technischen Probleme gibt es verstärkt bei Hausverkabelungen. Diese "Teilnehmernetze" weisen in der Regel noch wesentlich schlechtere Eigenschaften auf als das öffentliche Netz.

Da insbesondere eine Neuverkabelung im privaten Bereich aber auch in öffentlichen Netzen wegen der erheblichen finanziellen Belastung nicht akzeptabel erscheint, gilt es, ein Breitbandinformationssystem zu fin­ den, welches zumindest in der Aufbauphase die Nutzung der bestehenden Netze ohne erhebliche Nachrüstungen oder Neu­ verlegung und die damit verbundenen Kosten ermöglicht.

Ein geeignetes erfindungsgemäßes Breitbandinformationssystem ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht in der zunächst mög­ lichen Weiterverwendung der bisherigen Verkabelungen. Das Informationssystem ist so aufgebaut, daß nicht jeder Teil­ nehmer die gesamte "downstream" gesendete Information empfängt, sondern ihm nur außer den Kabelfernsehprogrammen (und Hörfunkprogrammen) ein Teilnehmerkanal für die inter­ aktiven Dienste mit einer wesentlich geringeren Übertragungs­ kapazität und einer entsprechend geringeren Bandbreite oder unempfindlichen Modulation zur Verfügung gestellt wird.

Diese Teilnehmerkanäle können frequenzmäßig weit auseinander­ liegen, wodurch eine einfache Trennung mittels einfacher Filter möglich wird. Bei sternförmigen Teilnehmernetzen sind einzelne Teilnehmer oder Teilnehmergruppen an eigenen Koaxialleitungen angeschlossen.

Für die Übertragung von digitalisierten Videosignalen werden die neuesten Datenreduktions- und Übertragungsverfahren eingesetzt. Diese gestatten beispielsweise die Übertragung von digitalisierten Fernsehkanälen mit einer Datenrate von ca. 1,5 bis 4 Mbit/s.

Das Prinzip der Reduktion der Übertragungskapazität auf unterschiedlichen Netzabschnitten durch Anpassung an den Bedarf der Teilnehmer im Teilnehmernetz kann auch im öffent­ lichen Koaxialnetz praktiziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 den Prinzipaufbau des Breitbandinformationssystems,

Fig. 2 ein die Erfindung betreffendes Teilnetz,

Fig. 3 eine Variante des Teilnehmernetzes und

Fig. 4 einen Frequenzplan.

In Fig. 1 ist der Netzaufbau mit einem Teilnehmer Tb darge­ stellt, der über eine Netzabschlußeinheit NT an das öffent­ liche Breitbandnetz angeschlossen ist. Über ein ATM-Breit­ bandnetz ATN und eine ATM-Vermittlung ATV sind als Breit­ bandabruf zentrale eine Videoabrufzentrale VS und außerdem eine Fernsprechanschlußbaugruppe VH an mit einer Anschlußein­ heit CU verbunden, in die auch über eine Kopfstation HD - zunächst - analoge Kabelfernsehsignale eingespeist werden und Verbindungen zu Telefonnetzen TN hergestellt werden, die nicht über ATM-Verbindungen erfolgen.

An die Anschlußeinheit CU sind über ein optisches Breitband­ netz ON mehrere Umsetzer-/Verstärkerstellen HUB angeschaltet, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nur eine dargestellt ist. An jede Umsetzer-/Verstärkerstelle sind mehrere koaxiale Breitbandnetze KN1 bis KNn angeschlossen, die wiederum jeweils zu mehreren Netzabschlußeinheiten NT führen, an die wiederum jeweils über Teilnehmernetze (Hausnetze), meist mehrere Teilnehmer Tb angeschaltet sind. Mehrere Endgeräte der Teilnehmer, beispielsweise Fernseh­ empfänger TV, Telefone FS und Rechner CPE können an eine Netzabschlußeinheit angeschlossen werden. Der Fernseh­ empfänger wird hierbei über eine sogenannte SET-TOP-BOX SET angeschaltet, die die Umsetzung der von der Netzabschlußein­ heit NT abgegebenen Signale in vom Fernsehempfänger TV ver­ arbeitbare Signale umsetzt.

An eine modifizierte SET-TOP-BOX STB können auch mehrere Empfänger angeschaltet werden.

Die koaxialen Breitbandnetze können mit der Zeit durch Licht­ wellenleiter ersetzt werden. Die Netzabschlußeinheit NT muß dann mit einem entsprechenden opto-elektrischen Umsetzer versehen werden. Das optische Netz ON besteht entweder aus optischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen der Anschluß­ einheit CU und den Umsetzer-/Verstärkerstellen HUB oder aus einem oder mehreren passiven optischen Netzen (PON), in welchen eine optische Faser mehrfach passiv verzweigt wird, so daß an eine von der Anschlußeinheit CU abgehende Faser mehrere Umsetzer-/Verstärkerstellen HUB an unterschiedlichen Stellen angeschlossen werden können.

In Fig. 2 ist ein die Erfindung betreffendes Teilnetz darge­ stellt.

Die Übertragung der Kabelfernsehprogramme zwischen der Anschlußeinheit CU und den Verstärkerstellen HUB erfolgt zur Zeit noch analog. Dagegen sollen alle anderen Signale in digitalisierter Form über das optische Breitbandnetz ON übertragen werden.

Auch zwischen der Verstärkerstelle HUB den Netzabschluß­ einheiten NT werden die Kabelfernsehprogramme (über koaxiale Breitbandnetze KN) analog übertragen (anstelle der analogen Übertragung kann später auch eine digitale Übertragung erfol­ gen; insbesondere auch in den Fällen, in denen die öffent­ lichen Koaxialnetze durch Lichtwellenleiter ersetzt werden). Die Übertragungskapazität soll für die interaktiven Dienste in jedem koaxialen Breitbandnetz um einen Digitalkanal DK erweitert werden.

Da die Kabelfernsehkanäle CATV ein Frequenzband von ca. 50 bis 450 MHz einnehmen, werden im darüber liegenden Frequenz­ bereich von ca. 450-750 MHz Schmalband- und Breitbandkanäle NB/BB-D - entsprechend Fig. 4 oben - für interaktive Dienste gebildet.

Die digitale Übertragung kann in einem Zeitmultiplexverfahren (kombiniert mit einem Frequenzmultiplexverfahren) und mit oder ohne Verwendung des ATM-Verfahrens erfolgen. Während beim digitalen Verteil-TV beispielsweise mehrere jeweils in einem 8 MHz-Kanal übertragene digitalisierte TV-Programme zusammengefaßt werden, kann es bei Einsatz von ATM-Verfahren günstiger sein, höherwertige Multiplexsignale in einem brei­ ten Frequenzband zu übertragen (z. B. 155 Mbit/s).

In diesem Frequenzband können mehrere Digitalkanäle DK1 bis DK3 über Koaxialkabel übertragen werden. Vorteilhaft ist es aber, wenn nur jeweils einer, z. B. DK1, ebenfalls oberhalb von 450 MHz von der Verstärkerstelle in ein koaxiales Breit­ bandnetz, z. B. KN1, eingespeist wird.

Wenn das koaxiale Breitbandnetz die problemlose Übertragung aller Digitalkanäle gestattet oder durch ein optisches Netz ersetzt wird, können - obwohl nicht erforderlich - sämtliche Digitalkanäle bzw. Datenkanäle zu den Netzabschlußeinheiten NT übertragen werden.

Der Frequenzbereich zwischen 750 und 1000 MHz ist für digi­ tale Rückkanäle NB/BB-U von den einzelnen Netzabschlußein­ heiten NT zu einer Umsetzer-/Verstärkerstelle CU vorgesehen.

Der Bereich bis 10 (oder auch 50) MHz ist für Service-Kanäle SK und sonstige speziellen Dienste reserviert und wird in diesem Beispiel nicht für die Signale zusätzlicher inter­ aktiver Dienste genutzt.

Bei einer vorteilhaften Variante werden den Umsetzer-/Ver­ stärkerstellen HUB beispielsweise die Signale von mehreren (n = 3) Digitalkanälen DK1, DK2, DK3 mit einer Datenrate von 3 × 155 Mbit/s zugeführt. In Richtung zu den Netzabschlußein­ heiten NT sendet die Umsetzer-/Verstärkerstelle HUB die an die koaxialen Breitbandnetze KN1, KN2, . . . angepaßte Daten­ rate von jeweils 155 Mbit/s.

Die Signale der drei Digitalkanäle DK1, DK2, DK3 werden in einer Umsetzer-/Verstärkerstelle nicht in alle koaxialen Breitbandnetze KN eingespeist; vielmehr wird jedem koaxialen Breitbandnetz KN1, KN2 bis KNn einer der digitalen Kanäle, z. B. DK1, zugeordnet, der nur zur Übertragung der in diesem Netz gewünschten Information dient, die mit einer störsiche­ ren Modulationsvariante zusätzlich zu den (zunächst) analogen Kabelfernsehsignalen CATV oberhalb von deren Frequenzband übertragen wird.

Entsprechend dürfen natürlich alle an das Netz KN1 ange­ schlossenen Teilnehmer in Richtung von den Netzabschlußein­ heiten NT zur Umsetzer-/Verstärkerstelle HUB nur so viel Information senden, daß die erlaubte Summenbitrate nicht überschritten wird.

Sämtliche Netzabschlußeinheiten NT eines koaxialen Breitband­ netzes, z. B. des Breitbandnetzes KN1, erhalten von der Umset­ zer-/Verstärkerstelle HUB dieselben im Digitalkanal DK1 übertragenen Signale. In der Netzabschlußeinheit NT werden jedoch für die angeschlossene Teilnehmergruppe noch wesent­ lich geringere Datenraten benötigt. Es genügt daher, nur diese Information aus dem ankommenden Signal "auszufiltern" und in Richtung zu den Endgeräten weiterzusenden. Beispiels­ weise ist bei dem in Fig. 2 dargestellten sternförmig aufge­ bauten Teilnehmernetz TLN für jeden der Teilnehmer außer dem analogen Kabelfernsehprogramm nur ein Teilnehmerkanal TK1, TK2 oder TK3 mit einer Datenrate von je 16 Mbit/s vorgesehen. Da für ein digitales Fernsehsignal ca. 1,5 bis 4 Mbit/s benötigt werden, steht reichlich Übertragungskapazität sogar für mehrere Fernsehprogramme und damit für mehrere Empfänger oder Aufzeichnungsgeräte eines Teilnehmers zur Verfügung. Der Teilnehmerkanal beinhaltet neben dem interaktiven Videokanal auch Daten- und Fernsprechkanäle, die über separate Anschluß­ leitungen L1, L2, L3 der Netzabschlußeinrichtung NT zu den entsprechenden Endgeräten (Fig. 1) der Teilnehmer führen; bei zukünftigen Teilnehmernetzen kann auch eine Übertragung aller Dienste über ein "Kabel" des Teilnehmernetzes und die Auftei­ lung in verschiedene Dienste beim Teilnehmer erfolgen.

Für den Fall, daß mehrere Teilnehmer über eine einzige Koaxialleitung des Teilnehmernetzes TLN versorgt werden sollen, wie beispielsweise die Teilnehmer TL3 und TL4, kann die Übertragungsrate bei Bedarf auch vervielfacht werden.

In Fig. 3 ist ein Teilnehmernetz mit Baumstruktur darge­ stellt. Im Gegensatz zum Sternnetz werden sämtliche Teilneh­ merkanäle TK1 bis TK3 in das Teilnehmernetz eingespeist, und die Selektion des dem einzelnen Teilnehmers zugeordneten Teilnehmerkanals erfolgt jeweils im Teilnehmer-Anschlußgerät STB oder z. B. einem Rechner-Anschlußgerät (Line Card) usw.

Zweckmäßig erscheinen Teilnehmerzahlen zwischen 3 und 8 je Netzabschlußeinheit. Damit die gewünschte Information auch über einen relativ schmalen Teilnehmerkanal zum richtigen Teilnehmer gelangen kann, sind natürlich intelligente Ver­ stärkerstellen und/oder intelligente Netzanschlußstellen erforderlich, die die Information in den richtigen Digitalka­ nal und Teilnehmerkanal einfügen. Zur Steuerung können auch Abwärtssteuerkanäle DCK vorgesehen werden, die den Digitalka­ nälen zugeordnet sind.

In einer Netzabschlußeinheit sind in der Regel weitere Anschlüsse für Telefone FS, ISDN (integrated services digital network) oder andere Teilnehmergeräte CPE, beispielsweise ein Personalcomputer, vorgesehen, über die Daten über entweder daßelbe oder ein separates Hausnetz zum Teilnehmer gelangen.

Zur Übertragung zwischen Netzabschlußeinheit und den einzel­ nen Teilnehmern werden die Signale der interaktiven Dienste moduliert. Da die gesamte Bandbreite von 300 bzw. 450 MHz bis ca. 1 GHz für die interaktiven Dienste zur Verfügung steht, kann eine sehr einfache und unempfindliche Modulationsart, beispielsweise Zweiseitenband-Amplitudenmodulation oder Quadratur-Phasenmodulation gewählt werden und beispielsweise - wie in Fig. 4 unten dargestellt - in unterschiedlichen Teilnehmerkanälen TK1, TK2, TK3, . . . übertragen werden.

Zum Anschluß der Videoeinrichtungen sind bei den einzelnen Teilnehmern entsprechende Anschlußgeräte, sogenannte SET-TOP- Boxen vorgesehen, deren Aufgabe es ist, die empfangenen Signale zunächst zu demodulieren und anschließend in für den Fernseher (und gegebenenfalls für weitere Endgeräte) geeig­ nete Signale, beispielsweise im RGBS-Format, umzusetzen. Diese Umsetzung kann von der Netzabschlußeinheit nicht durchgeführt werden, da die zulässige Übertragungslage für diese Signale auf wenige Meter begrenzt ist.

Die Set-Top-Boxen können auch zum Anschluß mehrerer Fernseh­ empfänger oder auch zum Anschluß anderer Geräte wie Fern­ sprecheinrichtungen ausgebildet sein, also Funktionen der Netzabschlußeinheiten übernehmen.

In der "Aufwärtsrichtung" kann die Übertragung von den Teil­ nehmern zur Netzabschlußeinheit unterhalb des für die Kabel­ fernsehprogramme vorgesehenen Frequenzbandes in einem Auf­ wärtssteuerkanal UCK erfolgen. Hier können einfache Zeitmul­ tiplexverfahren angewendet werden oder durch zyklische Abfra­ ge der Teilnehmer durch die Netzabschlußeinheit ("Polling") Steuersignale abgerufen werden. Die Übertragung erfolgt im Basisband oder mittels einfacher Modulation zur Netzabschluß­ einheit.

Die Aufwärtssteuersignale werden in den Netzabschlußeinheiten in einheitliche Datenformate umgesetzt und im Zeitmulti­ plexbetrieb oder - noch günstiger - im ATM-Mode in Aufwärts­ richtung weitergeleitet.

Claims (10)

1. Breitbandinformationssystem für Verteildienste und interaktive Dienste mit einer Informationszentrale (CU, VS) und einem optischen Breitbandnetz (ON), an das über Umsetzer- /Verstärkerstellen (HUB) jeweils mehrere Breitbandnetze (BN1, BN2, . . . ) angeschaltet sind, die mit Netzabschlußeinrich­ tungen (NT) versehen sind, an die jeweils ein Teilnehmernetz (TLN) mit einem Teilnehmer (TL1) oder mehreren Teilnehmern (TL1, . . . , TL4) angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilnehmer (TL1, TL2, . . . ) oder jede Teilnehmergruppe (TL3, TL4) jeweils zum Empfang interaktiver Dienste über einen digitalen Teilnehmerkanal (TK1, TK2, TK3, . . . ), der eine reduzierte Datenrate (z. B. 16 Mbit/s) aufweist, mit einer zugeordneten Netzabschlußeinrichtung (NT) verbunden ist und daß in der Netzabschlußeinrichtung (NT) die Datenrate der in Richtung zu den Teilnehmern (TL1, TL2, . . . ) übertragenen Signale interaktiver Dienste reduziert wird und nur die für die angeschlossenen Teilnehmer (TL1, TL2, . . . ) bestimmte Information weitergesendet wird.

2. Breitbandinformationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Information der Teilnehmerkanäle (TK1, TK2, TK3, . . . ) oberhalb des Frequenzbandes für Kabelfernsehprogramme (CATV) übertragen wird.

3. Breitbandinformationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsdaten der interaktiven Dienste im Teilnehmer­ kanal (TK1, TK2, TK3, . . . ) moduliert zu einem Teilnehmer- Anschlußgerät (STB) übertragen werden und dort in Signale umgesetzt werden, die vom Videoempfänger (TV) verarbeitet werden können.

4. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der verschiedenen Teilnehmerkanäle (TK1, TK2, . . ) in unterschiedlichen Frequenzbändern übertragen werden.

5. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Teilnehmer (TL1, TL2, . . . ) eines Breitband­ netzes (BN1, . . . ) bestimmten Daten in einem Digitalkanal (DK) im ATM-Mode zwischen den Verstärkerstellen (HUB) und den Teilnehmeranschlußeinrichtungen (NT) übertragen werden.

6. Breitbandinformationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Anschlußeinheit (CU), ATM-Vermittlung (ATV) oder Informationsabrufzentrale (VS; VC) und einer Umsetzer- /Verstärkerstelle (HUB) die Signale mehrerer Digitalkanäle (DK1, DK2, DK3, . . . ) übertragen werden, die auf die einzelnen Breitbandnetze aufgeteilt werden.

7. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung zwischen einer Umsetzer-/Verstärkerstelle (HUB) und den Netzabschlußeinrichtungen (NF) über ein koaxia­ les Breitbandnetz (KB) erfolgt.

8. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der abrufbaren Videoinformation zwischen Umsetzer-/Verstärkerstelle (HUB) und den Netzabschlußein­ heiten (NT) digital erfolgt.

9. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Videoinformation eine mehrstufige Phasenmodulation verwendet wird.

10. Breitbandinformationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Videoinformation zwischen den Netz­ abschlußeinheiten (NT) und den Teilnehmern (TL1, TL2, . . . ) eine Zweiseitenband-Amplitudenmodulation vorgesehen ist.