-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft die Telekommunikation und
insbesondere eine digitale Teilnehmerleitungs-Schnittstelle zwischen
einer Telefonleitung und einer Vermittlungsstelleneinrichtung eines
Netzbetreibers, der sprachliche und digitale Teilnehmerdienste anbietet.
-
BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
-
Der Bedarf an mehr Bandbreite bei
bestehenden herkömmlichen
Telefonleitungen steigt, da mehr Kunden digitale Daten über Telefonleitungen senden
und empfangen. Im allgemeinen besteht eine herkömmliche Telefonleitung aus
einem Paar von Kupferleitern, die einen Telefonapparat mit der nächsten Vermittlungsstelle
verbinden, einem digitalen Teilnehmermultiplexsystem, einer Fernkoppelanordnung
oder irgendeiner anderen Einrichtung, die als die Erweiterung der
von der Vermittlungsstelle angebotenen Dienste dient. Bei diesem
Paar von Kupferleitern, das auch als ein verdrilltes Paar bezeichnet wird,
werden die Anschlußdrähte a-Ader
und b-Ader genannt. Die a/b-Ader-Nomenklatur
leitet sich von den elektrischen Kontakten eines Telefonsteckers des
alten Stils ab. Das Ersetzen dieser bestehenden Kupfertelefonleitungen
durch Hochgeschwindigkeits-Lichtleiterkabel ist häufig zu
teuer. Außerdem kann
ein Lichtleiterkabel nicht die elektrische Energie liefern, der
erforderlich ist, um die Sprach- und Zeichengabeschaltungen der
angeschlossenen Anlage wie etwa eines herkömmlichen Telefonapparats zu betreiben.
Daher muß die
Vermittlungsstelleneinrichtung diese Energie liefern. Ferner machen
erhebliche Investitionen in die bestehende Kupferinfrastruktur durch
Netzbetreiber im allgemeinen den fortgesetzten Gebrauch der Kupferinfrastruktur
erforderlich. Breitbandtechnologien, die bestehende Kupfertelefonleitungen
nutzen und mit herkömmlichem
Schmalband-Analogtelefondienst koexistieren können, sind also hoch erwünscht.
-
Eine solche Technologie ist das herkömmliche
diensteintegrierende digitale Telefonnetz bzw. ISDN. Das ISDN erhöhte Übertragungsraten über bestehende
Kupfertelefonleitungen auf 128 Kilobit pro Sekunde (kbps). Obwohl
Sprachdaten über
eine ISDN-Leitung übertragen
werden können,
müssen spezielle
Endgeräteadapter,
die eine externe Energieversorgung benötigen, dafür vorgesehen sein. Wenn diese
erforderlichen speziellen Endgeräteadapter
aufgrund eines Energieausfalls ausfallen, wird die ISDN-Leitung außer Betrieb
gesetzt. Diese unerwünschte
Eigenschaft von ISDN-Leitungen ist ein besonderes Problem, wenn
eine Notsituation eintritt und ein Energieausfall die ISDN-Leitung
für Sprachübertragung
unbrauchbar gemacht hat. In einer solchen Situation wäre ein Rettungsleitungs-Telefondienst
deaktiviert. Daher werden die meisten ISDN-Leitungen in Verbindung
mit einer konventionellen Telefondienst-Leitung bzw. POTS-Leitung
verwendet. POTS-Leitungen sind gegenüber Energieausfällen über längere Zeiträume immun,
wobei von dem Telefondienstbetreiber Reserveenergie von einer Batterie
geliefert wird. Konkurrierende Technologien, die keine dedizierte
zweite Leitung für
den ausfallsicheren Sprachfernsprechbetrieb benötigen, werden daher im allgemeinen
gegenüber
der ISDN-Technologie bevorzugt. Außerdem ermöglichen solche konkurrierenden
Technologien Übertragungsraten,
die den von der ISDN-Technologie gebotenen überlegen sind.
-
Eine andere Breitbandtechnologie,
die bestehende Kupfertelefonleitungen nutzen kann, ist die digitale
Teilnehmerleitung bzw. DSL. Es werden mehrere Abwandlungen der DSL-Technologie
entwickelt, wie etwa DSL mit hoher Bitrate bzw. HDSL, ISDN DSL bzw.
IDSL, symmetrische DSL bzw. SDSL, ratenadaptive DSL bzw. RADSL und
unsymmetrische DSL bzw. ADSL. ADSL ist für Verbraucher-Internetanwendungen
besonders interessant, wo der größte Teil
des Datenverkehrs im Downstream zu dem Teilnehmer stattfindet. Für genaue
Beschreibungen der ADSL-Technologie siehe die US-Patente Nr. 5 461 616,
5 534 912 und 5 410 343.
-
Einige DSL-Technologien wie etwa
ADSL haben den Vorteil, daß normale
Sprachdatenübertragungen
mit Digitaldatenübertragungen
die gleiche Telefonleitung teilen können. Der untere Frequenzbereich
der Telefonleitung wird für
Sprachdaten verwendet, während
die oberen Frequenzbereiche für Digitaldaten
verwendet werden. Da jedoch jeder dieser Frequenzbereiche auf derselben
Telefonleitung wirksam ist, verwendet die DSL-Technologie eine Weiche, um die Signale
jedes Bereichs zu trennen. Bei manchen An wendungen besteht diese
Weiche aus zwei passiven Filtern: (1) einem Tiefpaßfilter,
das die niederfrequenten Komponenten (POTS-Daten) der Übertragung
trennt, und (2) einem Hochpaßfilter, das
die hochfrequenten Komponenten (Digitaldaten) der Übertragung
trennt. Die Weiche ist auch als ein Mischer wirksam, um die hochfrequenten
Digitaldaten mit den niederfrequenten Sprachdaten zu vereinigen,
und führt
das vereinigte Signal der Telefonleitung zu.
-
Ein Problem bei der DSL-Vorgehensweise ist,
daß die
passiven Elemente (beispielsweise Induktionsspulen und Kondensatoren),
die zur Implementierung des Tief- und des Hochpaßfilters der Weiche verwendet
werden können,
sperrig und unhandlich sind. Diese zusätzliche Masse benötigt mehr physischen
Raum, um die Weiche unterzubringen, und nimmt infolgedessen mehr
physischen Raum in der Vermittlungsstelle der Telefongesellschaft
ein. Insgesamt betrachtet, führt
der aus dieser Vorgehensweise resultierende physische Platzbedarf
zu hohen Kosten. Ferner ist diese Vorgehensweise mit zusätzlichen
Material- und Herstellungskosten, die durch den Bau der Weiche entstehen,
sowie mit Kosten verbunden, die mit dem Einsatz dieser Weichen zusammenhängen.
-
Eine weitere Breitbandtechnologie,
die bestehende Kupfertelefonleitungen nutzen kann, um sowohl Sprach-
als auch Digitaldatenübertragungsfunktionen
auszuüben,
ist die Verwendung eines Silicium-Teilnehmeranschluß-Schnittstellenbausteins bzw.
SLIC. Diese Vorgehensweise sieht eine aktive diskrete Weiche vor,
die kompakter als eine passive Weiche ist. Eine solche Technologie
erfordert jedoch einen Hochspannungs-, Hochgeschwindigkeits-Siliciumprozeß und verbraucht
erheblich mehr Energie, wodurch die Dienstübertragungswegdichte begrenzt wird.
Außerdem
benötigt
diese Vorgehensweise zusätzliche
Reserveenergie, um die unterstützten Übertragungskanäle für die gleiche
Zeitdauer wie bei einem Nur-POTS-Dienst im Fall eines Energieausfalls
zu stützen.
-
Was gebraucht wird ist also eine
Schnittstelle zwischen einer Telefonleitung und der Vermittlungsstelle,
die niederfrequente POTS-Daten und hochfrequente Digitaldaten von
der Telefonleitung empfangen und trennen kann. Die Schnittstelle
sollte ferner imstande sein, niederfrequente Sprachdaten und hochfrequente
Digitaldaten auf einer Telefonleitung zu vereinigen und zu übertragen.
Die Schnittstelle sollte kompakt sein, während sie gleichzeitig das
erforderliche Filtern ermöglicht,
und sollte energiesparend sein. Außerdem sollte die Schnittstelle
eine POTS-Leitung bereitstellen, die gegenüber Energieausfällen immun
ist.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die hier beschriebenen Techniken
stellen eine weichenlose Vermittlungsstellen-Schnittstelle für digitale Teilnehmerleitungen
bereit. Ein Vorteil der bereitgestellten Techniken ist, daß die Menge
an physischem Raum, der benötigt
wird, um die Vermittlungsstellenschaltungen unterzubringen, verringert wird.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die
mit Materialien, Herstellung, Einsatz und Aufrechterhaltung verbundenen
Kosten gesenkt werden.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird bereitgestellt: ein System zum Anschließen einer Telefonleitung, die
einen ersten Draht und einen zweiten Draht hat, an eine Vermittlungsstelle
nach Anspruch 1.
-
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird bereitgestellt: ein Verfahren zum Anschließen einer
Telefonleitung, die einen ersten und einen zweiten Draht hat, an
eine Vermittlungsstelle nach Anspruch 5.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet eine reaktive Impedanz auf der Leitungsseite
des DSL-Koppeltransformators. Die POTS-Leitungskarte ist über die
reaktive Impedanz angeschlossen. Die reaktive Impedanz übt eine
Weichenfunktion zwischen den POTS- und DSL-Schaltungen aus. Die
Größe der reaktiven
Impedanz nimmt mit zunehmender Frequenz ab, wobei effektiv ein Kurzschluß erzeugt
wird, wogegen die Größe der reaktiven
Impedanz mit abnehmender Frequenz zunimmt, wobei effektiv eine Leerlaufschaltung
erzeugt wird. Bei niedrigen Frequenzen (beispielsweise POTS-Bereichsfrequenzen)
repräsentiert
die Größe der reaktiven
Impedanz also einen offenen Zustand, und bei hohen Frequenzen (beispielsweise
DSL-Bereichsfrequenzen) repräsentiert
die Größe der reaktiven
Impedanz einen geschlossenen Zustand. Eine umgekehrte Bedingung
gilt für
die Wicklungen des DSL-Koppeltransformators. Mit abnehmender Frequenz
nimmt die Größe der Impedanz
der Wicklungen (Reaktanz der Hauptinduktivität) ab, wogegen mit zunehmender
Frequenz die Größe der Impedanz der
Wicklungen zunimmt.
-
Die leitungsseitigen Wicklungen des DSL-Koppeltransformators
sind effektiv in Reihe mit der reaktiven Impedanz. Bei POTS-Bereichsfrequenzen
ist die Größe der reaktiven
Impedanz in ihrem hohen oder offenen Zustand, und die Größe der Impedanzen
der Wicklungen sind wirksam Kurzschlüsse. Dabei ist bei POTS-Bereichsfrequenzen
die POTS-Schaltung an die Leitung angeschlossen, als ob die DSL-Schaltung
nicht vorhanden wäre.
Bei DSL-Frequenzen ist die Größe der reaktiven
Impedanz in ihrem niedrigen oder geschlossenen Zustand, und die
Größen der
Impedanzen der Wicklungen sind effektiv Leerlaufschaltungen. Dabei
ist bei DSL-Bereichsfrequenzen die DSL-Schaltung an die Leitung
angeschlossen, als ob die POTS-Schaltung nicht vorhanden wäre. Die
reaktive Impedanz bietet also die Funktionalität einer Weiche. Nachteilige
Auswirkungen der reaktiven Impedanz auf POTS-Übertragungscharakteristiken
können
durch einen programmierbaren CODEC kompensiert werden.
-
Die vorliegende Erfindung kann mit
einem System unabhängig
von dem Typ des Rufstromkreises, der von diesem System verwendet
wird, implementiert werden. Im allgemeinen wird ein Rufsignal der
POTS-Verbindungseinrichtung von der Vermittlungsstelle zugeführt. Beispielsweise
wird das Rufsignal einem b-Leiter der Leitung zugeführt, während der
a-Leiter als der Rückpfad
geerdet ist. Dies bewirkt, daß ein
Telefonapparat klingelt. Relais werden typischerweise verwendet,
um das Rufsignal einzuschalten, während gleichzeitig die POTS-Leitungskarte
ausgeschaltet wird, um sie von dem Rufsignal zu trennen. Spezifikationen
für den
Rufgenerator in anwendbaren Standards geben an, daß dieser
eine bestimmte Wechselstromversorgungsimpedanz und einen bestimmten
Gleichstromwiderstandswert pro Anschlußleiter hat. Beispielsweise
sind Einzelheiten zu Rufanwendungsspezifikationen angegeben in:
Local Area Transport and Access (LATA) Switching Systems Generic
Requirements (SSGR) (es ist zu beachten, daß LATA SSGR als LSSGR bezeichnet wird);
FR-NWT-000064-LSSGR-Modul von Bellcore, und den anschließenden in
FR-NWT-000064 von Bellcore angegebenen Referenzen. Ferner sind für digitale
Teilnehmermultiplexsysteme beispielsweise Rufanwendungsspezifikationen
in TR-NWT-00057 von Bellcore angegeben.
-
Rufgeneratoren sind im allgemeinen übliche Geräte in Telekommunikationseinrichtungen
und können
daher dazu verwendet werden, das Rufsignal gleichzeitig einer Mehrzahl
von Leitungen zuzuführen.
Dieses gleichzeitige Zuführen
des Rufsignals sollte kei ne nachteilige Auswirkung auf die Leitungen haben,
die angerufen werden. Wie bereits erwähnt, wird eine POTS-Schaltung
von dem Rufsignal durch Relais getrennt. Dabei hat das gleichzeitige
Zuführen des
Rufsignals keine nachteilige Auswirkung auf die verschiedenen POTS-Schaltungen.
Dagegen wird die DSL-Schaltung von den Relais nicht ausgeschaltet.
Deshalb sind verschiedene Trennverfahren (beispielsweise Rufinduktionsspulen)
entwickelt worden, um sicherzustellen, daß die DSL-Schaltungen nicht mit
dem Rufstromkreis kreuzgekoppelt werden. Eine über die POTS-Schaltung gekoppelte
reaktive Impedanz nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gewährleistet
ferner, daß die
DSL-Schaltungen nicht mit dem Rufstromkreis kreuzgekoppelt werden.
Dies geschieht, ohne die Funktionsfähigkeit des Rufstromkreises
oder des verwendeten Trennverfahrens nachteilig zu beeinflussen.
Dabei kann die vorliegende Erfindung in einem System unabhängig von
dem Rufstromkreis wirksam sein und benötigt daher keine zusätzliche
Schaltungs-Hardware, um die Erfindung ungeachtet des Rufstromkreistyps
einzusetzen.
-
Dabei hat das Rufsignal eine signifikant
niedrige Frequenz, so daß dadurch
bewirkt wird, daß die Größe der reaktiven
Impedanz in einem hohen Zustand ist. Dagegen haben die leitungsseitigen
Wicklungen des DSL-Koppeltransformators keinen signifikanten Impedanzwert,
um das Rufsignal zu begrenzen. Daher wird das Rufsignal der Leitung
zugeführt, als
ob es mit der Leitung direkt gekoppelt wäre. Das DSL-Signal wird jedoch
von der Hochzustandsgröße der reaktiven
Impedanz nebengeschlossen. Dabei bleibt ein vernachlässigbares
Differenzsignal, das mit einer anderen Leitung gekoppelt ist, die
angerufen wird. Kurz gesagt, was den Rufgenerator betrifft, ist die
DSL-Schaltung effektiv nicht vorhanden. Gleichermaßen bewirken
DSL-Frequenzbereichsignale, daß die
Größe der reaktiven
Impedanz in einem niedrigen Zustand ist. Somit sind die POTS-Leitungskarte und
der Rufstromkreis effektiv von den DSL-Frequenzbereichsignalen getrennt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockbild einer herkömmlichen Vermittlungsstellen-Schnittstelle
für eine
digitale Teilnehmerleitung.
-
2 ist
ein Blockbild einer Vermittlungsstellen-Schnittstelle für eine digitale
Teilnehmerleitung nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
-
3 zeigt
beispielhafte Frequenzbereiche von POTS-Kommunikationssignalen und
DSL-Kommunikationssignalen und wie jeder Frequenzbereich mit der
Größe einer
reaktiven Impedanz nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in Beziehung steht.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
1 ist
ein Blockbild einer herkömmlichen Vermittlungsstellen-Schnittstelle
für eine
digitale Teilnehmerleitung. Die Schnittstelle weist auf: eine Weiche 115,
eine POTS-Leitungskarte 105 und
ein DSL-Modem 121. Außerdem
ist ein Rufstromkreis enthalten, der aus einer Energieversorgung 135,
einer Induktionsspule 135 und einer Induktionsspule 139 besteht.
-
Die Weiche 115 ist eine
herkömmliche
passive Weiche und dient dazu, die Telefonleitung mit der POTS-Leitungskarte 105 und
dem DSL-Modem 121 zu koppeln. Die Weiche 115 besteht
aus einem Tiefpaßfilter 117 und
einem Hochpaßfilter 119.
Das Tiefpaßfilter 117 trennt
das niederfrequente POTS-Signal (beispielsweise Sprach- und Faxdaten
unter 4 kHz) von der ankommenden Telefonleitung und führt dieses
POTS-Signal der POTS-Leitungskarte 105 zu. Das Hochpaßfilter 119 trennt
das hochfrequente DSL-Signal
von der ankommenden Telefonleitung und führt dieses DSL-Signal dem DSL-Modem 121 zu.
Jedes dieser Filter kann auf verschiedene Weisen implementiert werden,
die mit anwendbaren Weichenspezifikationen in Einklang stehen. Beispielsweise
kann das Tiefpaßfilter 117 ein
5-poliges Filter sein, das aus vier Induktionsspulen und einem Kondensator
besteht, wie 1 zeigt,
während
das Hochpaßfilter 119 ein
5-poliges Filter
sein kann, das aus vier Kondensatoren und einer Induktionsspule besteht, wie 1 zeigt. Für den Fachmann
sind verschiedene Filterkonfigurationen in Abhängigkeit von beispielsweise
der gewünschten
Systemleistung und den bestehenden Industriestandards denkbar.
-
Die POTS-Leitungskarte 105 besteht
aus einem Teilnehmeranschluß-Schnittstellenbaustein bzw.
SLIC 109, der mit einem programmierbaren CODEC 107 gekoppelt
ist. In der POTS-Leitungskarte 105 sind ferner Schalter 111 und 113 enthalten.
Der SLIC 109 dient dem Anschließen der Telefonleitung an den
programmierbaren CODEC 107 und kann beispielsweise Gleichstromzeichengabeschaltungen aufweisen,
um Gesprächsverbindungen
herzustellen, zu steuern und zu beenden. Er kann ferner einen Rufgenerator
und/oder einen Aushängezustandsdetektor
aufweisen. Der Fachmann weiß,
daß CODEC ein
Akronym für
Codierer und Decodierer ist.
-
Im einen Fall dient der programmierbare
CODEC 107 dazu, von der Leitung empfangene analoge POTS-Bereichsignale
in ihr digitales Äquivalent
umzuwandeln. Im allgemeinen wird ein Analog-Digital-Wandler bzw.
ADC verwendet, um diese Umwandlung durchzuführen. Im anderen Fall dient
der CODEC dazu, digitale POTS-Bereichsignale in ihr analoges Äquivalent
zur Übertragung
auf die Leitung umzuwandeln. Im allgemeinen wird ein Digital-Analog-Wandler
bzw. DAC verwendet, um diese Umwandlung durchzuführen. Ein CODEC kann ferner Sprachkomprimierungs-
und -dekomprimierungsfähigkeiten
haben. Ein CODEC ist typischerweise als ein integrierter Schaltungschip
oder eine solche Komponente erhältlich.
Der CODEC 107 kann beispielsweise mit einer PCM-Schnittstelle für die Übertragung
zu anderen Vermittlungsstellen oder anderen Netzen gekoppelt sein.
Der Fachmann kennt andere Schnittstellenprotokolle, die hier ebenso
implementiert werden können.
-
Die Schalter 111 und 113 sind
herkömmliche Relaisschalter.
Ein Schaltplan wie dieser kann zwar auf verschiedene Weise implementiert
werden; die gezeigte Konfiguration repräsentiert jedoch zwei zweipolige
Ein-Aus-Schalter, die eine gemeinsame Steuerleitung haben. Die Schalter
sind in ihren Ruhezuständen
gezeigt. Dabei werden gefilterte POTS-Daten über die Ruhebereiche (nc) jedes Schalters
mit dem SLIC 109 gekoppelt. Während eines Ruftakts werden
jedoch die Schaltersteuerleitungen (beispielsweise durch den SLIC 109)
aktiviert, so daß dadurch
die Relais erregt werden. Die Ruhebereiche der Schalter 111 und 113 öffnen dann,
und die Arbeitsbereiche (no) dieser Schalter schließen. Dieser
Schaltvorgang trennt den SLIC 109 von der Schaltung und
führt eine
Rufspannung ein, um den Rufstromkreis zu erregen. Die Rufspannung,
die von der Energieversorgung 135 geliefert wird, ist typischerweise
eine Wechselspannung (beispielsweise 20 bis 30 Hz bei 84 bis 104
V Effektivwert), die ein negatives Gleichstrom-Offset hat (beispielsweise 42,5 bis –56 V Gleichspannung).
Induktionsspulen 137 und 139 können dazu dienen, die erforderliche
Versorgungsimpedanz nach Vorgabe durch die anwendbaren Standards
zu liefern, obwohl der Fachmann andere Trennverfahren kennt, die
sicherstellen, daß die
DSL-Schaltungen nicht mit dem Rufstromkreis kreuzgekoppelt werden.
Wenn der Ruftakt beendet ist (beispielsweise im Anschluß an eine
Rufabschaltung oder in der Sprechpause eines Ruftakts) kehren die
Schalter 111 und 113 in ihre entregten Positionen zurück.
-
Das DSL-Modem 121 besteht
aus einem Digitalsignalprozessor bzw. DSP 123, einer analogen Vorstufe
bzw. AFE 125, einem Leitungstreiber 127 und einem
Transformator 129. Der Transformator 129 weist
einen Gleichstrom-Sperrkondensator 131 auf. Das DSL-Modem 121 kann
beispielsweise die unsymmetrische DSL-Technologie bzw. ADSL-Technologie oder
die G. Lite Technologie verwenden. Im allgemeinen wandelt dieses
Modem die von der Leitung empfangene Analogspannung in ihre ursprüngliche
digitale Form um. Diese Digitaldaten können dann einem Netz oder Stütznetz für die weitere
Verarbeitung oder Übertragung
zugeführt
werden. Ein typisches Protokoll, das bei der Übertragung dieser Daten implementiert
wird, ist der asynchrone Übertragungsmodus
bzw. ATM. Der Fachmann kennt andere Protokolle, die ebenso implementiert
werden können.
-
Der Transformator 129 ist
eine symmetrische Schnittstelle zum Koppeln der Leitung mit der DSL-Schaltungsanordnung.
Der Gleichstrom-Sperrkondensator 131 ist zwischen die Wicklungen
auf der Leitungsseite des Transformators 129 geschaltet. Dieser
Gleichstrom-Sperrkondensator 131 verhindert, daß Gleichstrom
durch die Leitungsseite des Transformators fließt. Eine Gleichstromkomponente des
Signals, das von der Telefonleitung empfangen wird, bewirkt also
nicht, daß der
DSL-Koppeltransformator 129 gesättigt wird. Die Empfehlungen
G.992.1 und G.992.2 des Telecommunications Standards Section der
International Telecommunication Union (manchmal mit ITU-T bezeichnet)
definieren jeweils Spezifikationen für einen solchen Gleichstrom-Sperrkondensator.
Die Empfehlungen G.992.1 und G.992.2 definieren ferner eine ADSL- Sender-Empfängereinheit
auf der Seite der Vermittlungsstelle und eine ADSL-Sender-Empfängereinheit
auf der Seite des entfernten Endgeräts oder des Kundenstandorts. Jede
dieser jeweiligen Empfehlungen wird hier summarisch eingeführt.
-
Der Transformator 129 ist
mit dem Leitungstreiber 127 gekoppelt. Der Leitungstreiber 127 führt beispielsweise
eine Zweidraht-Vierdraht-Umwandlung aus und ermöglicht das Filtern. Der Leitungstreiber 127 kann
ferner eine Hybridnachbildung aufweisen. Die AFE 125 ermöglicht die
Analog-Digital-Umwandlung an dem Signal, das von dem Leitungstreiber 127 empfangen
wird, und ist mit einem DSP 123 gekoppelt. Der DSP 123,
der als Software, Hardware, Firmware oder irgendeine Kombination
davon implementiert werden kann, ist die Maschine, die dazu dient,
Filter und DSL-Protokolle zu implementieren. Der DSP 123 kann
durch eine ATM-Schnittstelle mit einem Hochgeschwindigkeitsnetz-Stütznetz gekoppelt
sein.
-
Die vorstehende Erläuterung
betraf Daten, die von der Telefonleitung durch die Weiche 115 entweder
zu der POTS-Leitungskarte 105 oder zu dem DSL-Modem 121 fließen. Der
Fachmann weiß,
daß Daten
auf der Telefonleitung vollduplex und bidirektional sind. Dabei
können
niederfrequente POTS-Daten von der PCM-Schnittstelle oder einer
anderen geeigneten Schnittstelle empfangen, von der POTS-Leitungskarte 105 in
ihr analoges Äquivalent umgewandet
und der Weiche 115 zugeführt werden. Gleichermaßen können hochfrequente
Paket-Daten von der ATM-Schnittstelle oder einer anderen geeigneten
Schnittstelle empfangen, von dem DSL-Modem 121 in ihr analoges Äquivalent
umgewandet und einer Weiche 115 zugeführt werden. Wenn Daten in diese
Richtung laufen, vereinigt die Weiche 115 die niederfrequenten
Sprachdaten und die hochfrequenten DSL-Daten auf der Telefonleitung.
-
2 ist
ein Blockbild einer Vermittlungsstellen-Schnittstelle für eine digitale
Teilnehmerleitung nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Schnittstelle weist eine POTS-Leitungskarte 105 und
ein DSL-Modem 121 auf. Außerdem ist ein Rufstromkreis
enthalten, der aus einer Energieversorgung 135, einem Koppler 143 und
einem Koppler 145 besteht. Die POTS-Leitungskarte 105 und
das DSL-Modem 121 können
beispielsweise auf einem einzigen diskreten Chip oder separat auf
Einzelchips (beispielsweise einem Chipset, das aus einer Reihe von
Chips besteht) implementiert sein.
-
Weichenlose
Schnittstelle
-
Bei dieser Ausführungsform gibt es keine Weiche 115,
und die Telefonleitung wird direkt über die Leitungsseite des Transformators 129 des DSL-Modems 121 geführt. Wie
bereits erwähnt,
ist der Transformator 129 eine symmetrische Schnittstelle
zum Koppeln der Leitung mit der DSL-Schaltungsanordnung. Außerdem trennt
der Transformator 129 die DSL-Schaltungsanordnung physisch
von der Leitung. Eine reaktive Impedanz 141 ist mit der
Leitungsseite des Transformators 129 seriell gekoppelt. Diese
reaktive Impedanz 141 bildet eine Impedanz mit einer Größe, die
mit zunehmender Signalfrequenz abnimmt. Bei einer Ausführungsform
ist die reaktive Impedanz 141 ein Kondensator, der einen Wert
in einem Bereich hat, der in den Empfehlungen G.992.1 und G.992.2
angegeben ist. Bei dieser Ausführungsform
wirkt dieser Kondensator auch als ein Gleichstrom-Sperrkondensator,
um zu verhindern, daß eine
Gleichstromkomponente des Signals, das von der Telefonleitung empfangen
wird, den Transformator 129 sättigt.
-
Bei der gezeigten Ausführungsform
ist die Zweidraht-Schnittstelle der POTS-Leitungskarte 105 über die
reaktive Impedanz 141 verbunden. Typischerweise ist die
Strukturimpedanz einer Vermittlungsstellen-POTS-Leitungskarte ungefähr 900 Ohm.
Die Verbindung der reaktiven Impedanz 141 über die
Zweidraht-Schnittstelle der POTS-Leitungskarte
führt zu
einer Zweidraht- und Vierdrahtleitungs-Impedanz-Fehlanpassung und
zu verschlechterten Übertragungscharakteristiken,
wie in den anwendbaren Standards (beispielsweise Bellcore oder äquivalenten
Standards) angegeben ist, was in einer Tonqualität des POTS-Übertragungskanals resultiert, die
davon entfernt ist, optimal zu sein. Diese Impedanz-Fehlanpassung
kann jedoch kompensiert werden, indem der CODEC 107 richtig
programmiert wird durch Synthetisieren der richtigen Zweidraht- und Vierdrahtimpedanz
und durch die richtige Frequenzentzerrung des Sende- und Empfangszweigs.
-
Für
den Fachmann ist ersichtlich, daß der programmierbare CODEC 107 so
programmiert werden kann, daß er
gewünschte Übertragungscharakteristiken
synthetisiert, indem eine eingebaute DSP-Filterschaltungsanordnung
innerhalb des CODEC verwendet wird. Der CODEC 107 kann
auch so programmiert werden, daß er
physische Komponenten kompensiert, die mit der Zweidraht-Schnittstelle der
POTS-Leitungskarte 105 ver bunden sind. Im allgemeinen ist
ein Softwaretool mit integriertem Schaltungssimulationsprogramm
(beispielsweise PSPICE) von dem Lieferanten eines CODEC erhältlich.
Dieses Programm kann dazu dienen, den erforderlichen DSP-Code zu
berechnen und zu simulieren, um die gewünschten Übertragungscharakteristiken
ohne Verwendung irgendeiner zusätzlichen
Hardwareschaltungsanordnung an einer bestehenden POTS-Struktur zu implementieren.
Kurz gesagt, wenn die gewünschten Übertragungscharakteristiken
festgestellt und das physische Leitungsnetz als Modell gebildet
ist, kann das Simulationsprogramm dazu dienen, die gewünschte Leistung
von der POTS-Schaltung zu erhalten.
-
Die Weichenlose
Schnittstelle ist unabhängig
von dem Rufstromkreis wirksam
-
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der Rufstromkreis
den Koppler 143 und den Koppler 145 auf. Diese
Koppler können
Induktionsspulen sein, wie vorstehend erwähnt. Beispielsweise kann der
Koppler 143 zu der Induktionsspule 137 von 1 äquivalent sein, und der Koppler 145 kann
zu der Induktionsspule 139 von 1 äquivalent
sein. Es können
jedoch in Abhängigkeit
von der jeweiligen Spezifikation, die gerade implementiert wird,
andere Rufstromkreise und Trennverfahren verwendet werden. Die POTS-Leitungskarte 105 und
die von der Energieversorgung 135 gelieferte Rufspannung
sind über
die reaktive Impedanz 141 verbunden, die bei der Rufspannungsfrequenz
eine Offenzustandsgröße hat.
Dabei erscheint die Frequenzbereich-Momentanamplitude der Rufsignalspannung,
die über das
komplexe Netz der Transformator-Hauptinduktivität in Reihe mit der reaktiven
Impedanz 141 angelegt wird, zum größten Teil über der reaktiven Impedanz 141.
Dabei führt
ein elektrischer Netzübergang, der
von der reaktiven Impedanz 141 gebildet ist, die Signalleistung
zu der POTS-Schaltung
und nicht über
die Wicklungen des Transformators. Dabei manifestiert sich die Ruffrequenz
nicht auf der Schaltungsseite des Transformators 129. Was
die DSL-Bereichsfrequenzen
betrifft, hat die reaktive Impedanz 141 eine Geschlossenzustandsgröße. Dabei
wird der Rufstromkreis bei DSL-Bereichsfrequenzen effektiv kurzgeschlossen,
so daß dadurch
verhindert wird, daß dem
Rufstromkreis DSL-Frequenzbereichsignale
zugeführt
werden.
-
Im Idealfall ist die reaktive Impedanz 141 ein perfekter
offener Stromkreis (beispielsweise Impedanz unendlicher Größe) bei
Frequenzen im POTS-Bereich und ist ein per fekter Kurzschluß (Impedanz
der Größe Null)
bei Frequenzen in DSL-Bereichen. Die Leitungsseite des Transformators
ist daher bei POTS-Bereichsfrequenzen durch die reaktive Impedanz 141 in
den Leerlaufzustand gebracht, und infolgedessen empfängt die
POTS-Leitungskarte 105 die gesamte POTS-Signalleistung
von der Telefonleitung. Dagegen ist die POTS-Leitungskarte 105 bei DSL-Bereichsfrequenzen
durch die reaktive Impedanz 141 kurzgeschlossen, und infolgedessen
empfängt
das DSL-Modem die gesamte DSL-Signalleistung von der Telefonleitung.
-
Bei einer Ausführungsform ist die reaktive Impedanz 141 durch
einen Kondensator implementiert, der in den ITU-T-Empfehlungen wie
etwa G.992.1 und G.992.2 spezifiziert ist. Der Abstand im Frequenzspektrum
zwischen dem POTS-Bereich und dem DSL-Bereich gibt der reaktiven Impedanz 141 einen
Zwischenzustandsbereich für
den Übergang
von einer Impedanz großer
Größe zu einer
Impedanz geringer Größe. Bei
der gezeigten Ausführungsform
kann ein ankommender Fernsprechruf auf einer DSL immer noch empfangen
werden, auch wenn die Energie ausfällt. Der Grund dafür ist, daß bei dieser
Ausführungsform
die reaktive Impedanz 141 aus einer passiven Komponente
(beispielsweise einem Kondensator) besteht, die keine externe Energie
benötigt.
Eine einzige DSL kann also als Notruf-POTS-Leitung dienen. Das POTS
ist auf herkömmliche
Weise vorgesehen, und daher wird dem Erfordernis von Notbatterie-Reserveenergie
zur Aufrechterhaltung des Rettungsleitungs-POTS genügt. Der
DSL-Dienst ist nun jedoch auf dem gleichen Telefonkabel eingebettet.
-
Die vorstehende Erläuterung
betraf Daten, die von der Telefonleitung zu der Primärseite des Transformators 129 und
von der reaktiven Impedanz 141 zu der POTS-Leitungskarte 105 fließen. Der Fachmann
weiß,
daß Daten
auf der Telefonleitung vollduplex und bidirektional sind. Dabei
können
niederfrequente POTS-Daten von der PCM-Schnittstelle empfangen, von der POTS-Leitungskarte 105,
die über
die reaktive Impedanz 141 verbunden ist, in ihr analoges Äquivalent
umgewandet und der Telefonleitung zugeführt werden. Gleichermaßen können hochfrequente
Paket-Daten von der ATM-Schnittstelle
empfangen, von dem DSL-Modem 121 in ihr analoges Äquivalent
umgewandelt und über
die Schaltungsseite des Transformators 129 der Telefonleitung zugeführt werden.
Wenn Daten in diese Richtung laufen, werden die niederfrequenten
Sprachdaten und die hochfrequenten DSL-Daten auf der Telefonleitung
auf der Leitungsseite des Transformators 129 vereinigt.
-
3 zeigt
beispielhafte Frequenzbereiche von POTS-Kommunikationssignalen und
DSL-Kommunikationssignalen und wie jeder Frequenzbereich mit der
Größe einer
reaktiven Impedanz nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in Beziehung steht. Eine herkömmliche Kupfertelefonleitung
ist zur Übertragung
oberhalb des POTS-Frequenzbereichs
in der Lage, wo das nutzbare Frequenzspektrum von den Leitungsbedingungen
(d. h. überbrückte Abzweigungen,
Rauschen und Nebensprechen), der Übertragungsfrequenz und dem Drahtdurchmesser
abhängt.
-
Der POTS-Frequenzbereich 305 erstreckt sich
von ungefähr
Gleichstrom bis 4 kHz. Das öffentliche
Wählnetz
bzw. PSTN und unterstützende
Ortsanschlußnetze
arbeiten in dem POTS-Frequenzbereich 305. Die Übertragungsraten
in diesem Frequenzbereich sind ungefähr 56 kbps oder darunter. Der
DSL-Frequenzbereich 310 in diesem Beispiel erstreckt sich
von ungefähr
100 kHz bis zu 1 MHz. Für den
Fachmann ist ersichtlich, daß einige
DSL-Technologien separate Bereiche für Upstream-Daten und Downstream-Daten bereitstellen.
Beispielsweise könnte
ein Upstream-ADSL-Datenkanal innerhalb eines Frequenzspektrums im
Bereich von ungefähr
85 bis 95 kHz arbeiten. Eine Übertragungsrate
in diesem Frequenzspektrum kann bis zu ungefähr 2 Mbps auftreten. Ein Downstream-ADSL-Datenkanal
könnte
innerhalb eines Frequenzspektrums im Bereich von ungefähr 100 kHz
bis 500 kHz arbeiten. Datenübertragungsraten
zu Kunden in einem solchen Bereich können bis zu ungefähr 9 Mbps
auftreten.
-
3 zeigt
ferner die Größe einer
reaktiven Impedanz 315 relativ zu den Frequenzbereichen 305 und 310.
Diese reaktive Impedanz 315 kann beispielsweise mit der
Leitungsseite eines DSL-Koppeltransformators seriell verbunden sein,
wie es die in 2 gezeigte
reaktive Impedanz 141 ist. Mit zunehmender Frequenz nimmt
die Größe der reaktiven
Impedanz 315 ab. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die reaktive
Impedanz 315 einen hohen Größenbereich, der als der offene
Zustand 320 bezeichnet wird, einen Übergangsbereich, der als der
Zustand 325 bezeichnet wird, und einen niedrigen Größenbereich,
der als der geschlossene Zustand 330 bezeichnet wird. Der
offene Zustand 320 entspricht Größen der reaktiven Impedanz 315,
die auf Signale in dem POTS-Frequenzbereich 305 ansprechen.
POTS-Signale sollen beispielsweise von einer POTS-Leitungskarte
oder ihrem Äquivalent
empfangen werden. Der geschlossene Zustand 330 entspricht
Größen der
reaktiven Impedanz 315, die auf Signale in dem DSL- Frequenzbereich 310 ansprechen.
Solche Signale sollen beispielsweise von einem DSL-Modem oder seinem Äquivalent
empfangen werden. Der Übergangszustand 325 entspricht
Größen der
reaktiven Impedanz 315, die auf Signale in dem Frequenzbereich
zwischen dem höchsten
POTS-Frequenzbereich 305 (beispielsweise 4 kHz) und dem
niedrigsten DSL-Frequenzbereich 310 (beispielsweise 100
kHz) ansprechen. Die reaktive Impedanz 315 kann also eine
Offenzustandsgröße, eine
Geschlossenzustandsgröße oder
eine Übergangszustandsgröße haben.
-
Bei einer Ausführungsform ist die reaktive Impedanz 315 durch
einen Kondensator gebildet, der im Bereich von ungefähr 27 μF bis 47
nF liegt. Der Wert des Kondensators hängt jedoch von Faktoren wie
etwa der anwendbaren Spezifikation oder ITU-Empfehlung und von der speziellen Anwendung ab.
Der obige Bereich soll also nicht als eine Einschränkung, sondern
lediglich als ein beispielhafter Bereich dienen. Der Kondensatortyp
kann ein metallisierter selbstheilender Polyesterkondensator von 250
V sein; für
den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß der Kondensatortyp beispielsweise
in Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung variieren kann. Die Größe der Impedanz
des Kondensators kann durch die folgende Gleichung berechnet werden: 1/(2*π*F*C), wobei
F die Frequenz des an den Kondensator angelegten Signals ist und
C der Wert des Kondensators ist. Beispielsweise ist die Größe der Impedanz
eines Kondensators von 0,3 μF
bei 2 kHz ungefähr
265 Ohm. Die Größe der Impedanz
dieses Kondensators bei 4 kHz ist ungefähr 133 Ohm. Die Größe der Impedanz
dieses Kondensators bei 100 kHz ist ungefähr 5 Ohm. Die Größe der Impedanz dieses
Kondensators bei 500 kHz ist ungefähr 1 Ohm. Bei dieser Ausführungsform
ergibt der offene Zustand 320 der reaktiven Impedanz 315 eine
Impedanz, die eine Größe von ungefähr 133 Ohm
oder darüber
hat, wogegen der geschlossene Zustand 330 eine Impedanz
ergibt, die eine Größe von ungefähr 5 Ohm
oder darunter hat.
-
In Abhängigkeit davon, in welchem
Zustand die Größe der reaktiven
Impedanz 315 bei irgendeiner Frequenz ist, wird ein Anteil
der Signalleistung entsprechend dieser Frequenz einer POTS-Leitungskarteneinrichtung
zugeführt.
Gleichermaßen
wird ein Anteil der Signalleistung entsprechend dieser Frequenz
der DSL-Modemeinrichtung zugeführt.
Je mehr die Größe der reaktiven
Impedanz 315 bei zunehmenden Frequenzen abnimmt, desto
größer wird der
Anteil der diesen Frequenzen entsprechenden Signalleistung, der
der DSL-Modemeinrichtung zugeführt
wird und desto weniger Signalleistung entspre chend diesen Frequenzen
wird der POTS-Leitungskarteneinrichtung zugeführt. Je mehr die Größe der reaktiven
Impedanz 315 mit abnehmenden Frequenzen zunimmt, desto
größer wird
dagegen der Anteil der diesen Frequenzen entsprechenden Signalleistung,
der der POTS-Bereich-Leitungskarteneinrichtung zugeführt wird
und desto weniger Signalleistung entsprechend diesen Frequenzen
wird der DSL-Modemeinrichtung zugeführt.
-
Die Impedanz 315 kann so
implementiert werden, daß die
Signalleistungsmenge bei jeder einzelnen Frequenz optimiert wird,
die einer von der POTS-Leitungskarteneinrichtung
und der DSL-Modemeinrichtung zuzuführen ist. Optimale Mengen könnten beispielsweise
mit dem kleinsten Anteil der DSL-Bereich-Signalleistung korrelieren,
der bei einem bestimmten Frequenzspektrum der POTS-Leitungskarte
zugeführt
wird. Umgekehrt könnte
eine optimale Menge mit dem kleinsten Anteil der POTS-Bereich-Signalleistung
korrelieren, der bei einem bestimmten Frequenzspektrum dem DSL-Modem
zugeführt
wird. Für
den Fachmann ist ersichtlich, daß das jeweilige Frequenzspektrum
beispielsweise von dem verwendeten DSL-Modemtyp, den erforderlichen
Systembandbreiten für
Upstream- und Downstream-Übertragungskanäle und dem
Frequenzbereich dieser Übertragungskanäle abhängt.
-
Die vorstehende Beschreibung der
Ausführungsformen
der Erfindung dienen der Erläuterung und
Veranschaulichung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung
auf die offenbarte genaue Ausbildung begrenzen. Viele Modifikationen
und Abwandlungen sind im Licht der obigen Lehre möglich. Der
Umfang der Erfindung soll nicht durch diese genaue Beschreibung,
sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert
sein.