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Procédé et dispositif pour fournir une voie téléphonique numérique multiplexée.
La présente invention concerne des systèmes de télécommunications et, en particulier, un système de communication téléphonique et de transmission de données fournissant des lignes téléphoniques d'abonné.
A l'heure actuelle, la plupart des abonnés au service téléphonique utilisent le service téléphonique ordinaire (Plain Old Telephone Service"POTS") analogique traditionnel pour passer des appels téléphoniques ordinaires. Le POTS est en règle générale fourni par une ligne principale d'abonné de fils de cuivre installés entre chaque emplacement d'abonné, tel qu'un domicile privé ou un bureau, et le central téléphonique de la compagnie de téléphone régionale ( compagnie de téléphone ). Des signaux vocaux sont transmis par le biais de la paire de fils de cuivre entre des abonnés et le central téléphonique de la compagnie de téléphone. Le central téléphonique fournit alors un équipement de commutation de circuits pour établir des connexions entre abonnés.
Dans un tel système à commutation de circuits, une connexion de circuits est établie pour chaque appel et est maintenue pendant la durée de l'appel.
Récemment, des services informatiques en ligne, tel que l'Internet, ont modifié la façon dont les abonnés utilisent leurs téléphones. Les services informatiques en ligne mettent en règle générale un numéro de téléphone commuté à la disposition des utilisateurs munis d'un modem pour accéder au service. De nombreux utilisateurs de services informatiques en ligne passent aujourd'hui plusieurs heures chaque jour au téléphone connectés à des services tels que l'Internet. Un tel schéma d'utilisation mobilise le téléphone, empêchant la réception d'appels entrants, et
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met a rude épreuve les autres membres du menage qui souhaitent téléphoner. En réaction, les ménages ont ajouté une seconde ligne téléphonique pour le trafic de données informatiques.
Afin de fournir une seconde ligne téléphonique, une seconde paire de fils de cuivre est généralement disposée entre l'emplacement de l'abonné et le central téléphonique de la compagnie de téléphone.
Outre davantage de câblage de cuivre, une seconde ligne téléphonique exige également un matériel de connexion et de transmission de central supplémentaire.
Des services de transmission de données à plus grande capacité sont depuis peu disponibles pour acheminer les données informatiques d'un abonné vers des systèmes informatiques distants. De tels services de transmission de données acheminent souvent des données sur la même paire de cuivre que celle utilisée par le POTS. Afin de permettre un service de données et de POTS simultané et de fournir une largeur de bande supérieure, des services de données à plus grande capacité fonctionnent à des fréquences supérieures à la bande des fréquences vocales de 1 kHz à 4 kHz utilisée par le POTS. De tels services de données peuvent par exemple fonctionner dans la gamme de fréquences oscillant autour de 80 kHz ou plus.
La popularité croissante des services informatiques en ligne a en outre remis en question les hypothèses sur lesquelles le réseau téléphonique a été bâti. Le réseau téléphonique public commuté (PSTN) est conçu sur la base de l'hypothèse que seuls environ 10% des utilisateurs résidentiels et 20% des utilisateurs professionnels utilisent le téléphone à un moment donné. La ligne téléphonique PSTN et le matériel de commutation de circuits connexe sont donc conçus pour être partagés par uniquement la fraction d'abonnés utilisant réellement le téléphone à un moment donné. Or, de
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nombreux ménages utilisent le téléphone pendant plusieurs heures par jour pour acheminer le trafic de données vers les services informatiques.
Utiliser une communication téléphonique à commutation de circuit POTS pour acheminer le trafic de données mobilise les ressources matérielles de manière inefficace, car une commutation de circuits spécialisée est mobilisée pendant toute la durée de l'appel.
Plus récemment, des réseaux de commutation de données par paquets ont été établis pour acheminer le trafic de données à grande vitesse entre des systèmes informatiques répartis. En plus d'assurer des débits de données plus élevés, les réseaux de commutation par paquets sont plus performants sur le plan matériel que les réseaux à commutation de circuits pour acheminer des données. Un réseau de commutation par paquets établit une connexion de circuits virtuelle qui n'utilise les ressources de transmission que lorsque des données sont réellement transmises. Une telle connexion virtuelle convient parfaitement aux utilisateurs de services informatiques qui sont connectés pendant de longues périodes de temps et ne consacrent qu'épisodiquement une proportion de temps relativement réduite à réellement transmettre et recevoir des données.
Malgré le changement des besoins de communication et des schémas d'utilisation, la majorité du trafic de données depuis les domiciles privés ou les petits bureaux se fait par lignes téléphoniques POTS.
La présente invention permet à un abonné au téléphone d'utiliser une ligne principale d'abonné de données numériques pour fournir ou multiplexer une ligne téléphonique supplémentaire pour compléter la ligne du service téléphonique ordinaire (POTS) analogique. Les abonnés utilisent d'ordinaire le POTS conventionnel comme leur service de communication téléphonique
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primaire, tandis que la ligne principale d'abonné numérique achemine des données numériques à partir de dispositifs tels qu'un système informatique électronique. La ligne principale d'abonné numérique fournit également une ligne téléphonique supplémentaire pour les communications téléphoniques.
Dans une première forme de réalisation de l'invention, une ligne téléphonique analogique et une ligne de données numériques partagent la même ligne principale d'abonné. La ligne analogique fournit une ligne téléphonique conventionnelle. La ligne de données numériques, en plus d'assurer un service de données numériques, fournit également une ligne téléphonique numérique. La ligne téléphonique analogique est de préférence une ligne téléphonique POTS conventionnelle, et la ligne de données numériques est de préférence une ligne d'abonné numérique à haute capacité ou asymétrique. La ligne de données numériques met de préférence en application un protocole de transmission par mode de transfert asynchrone (ATM).
Dans un autre aspect de l'invention, une unité d'interfonctionnement (IWU) fournit une interface entre la ligne téléphonique numérique et un dispositif à commutation de circuits. La voie téléphonique numérique est de préférence transmise par un protocole de transport ATM. Par comparaison, pour se lancer sur le réseau téléphonique public, la communication téléphonique numérique doit en règle générale être commutée par un dispositif à commutation de circuits utilisant un protocole de commutation conventionnel. L'IWU convertit le protocole de transport ATM de la communication téléphonique numérique en le protocole de commutation du dispositif à commutation de circuits. La communication téléphonique numérique est alors reliée au PSTN pour être commutée comme une communication
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téléphonique ordinaire.
Grâce à la présente invention, les abonnés disposeront à la fois d'une ligne téléphonique POTS et d'une ligne de transmission de données numériques. Un abonné utilise en règle générale la ligne téléphonique POTS pour les communications téléphoniques et la ligne de données numériques pour la transmission de données à des services informatiques en ligne. La ligne de données numériques est de préférence un réseau de commutation par paquets qui utilise peu de ressources de transmission hormis lors d'une transmission effective de données. En outre, lorsque la ligne téléphonique POTS est utilisée, des communications téléphoniques supplémentaires peuvent être effectuées en utilisant une ligne téléphonique multiplexée à partir de la ligne de données numériques.
La ligne téléphonique numérique multiplexée fournit aux abonnés une ligne téléphonique supplémentaire.
Il est entendu que tant la description générale ci-dessus que la description détaillée cidessous sont fournies à titre d'exemple et d'explication et ont pour propos d'étoffer l'explication de l'invention revendiquée. L'invention, de même que d'autres avantages recherchés, sera mieux comprise si l'on se réfère à la description détaillée suivante, conjointement avec les dessins annexés.
La Fig. 1 est un schéma fonctionnel d'un système de réseau téléphonique ;
La Fig. 2 est un schéma du central téléphonique du système de réseau téléphonique de la Fig. 1 ;
La Fig. 3 est un schéma de l'emplacement de l'abonné du système de réseau téléphonique de la Fig. 1 ;
La Fig. 4 est un schéma de l'emplacement tandem du système de réseau téléphonique de la Fig. 1,
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et
La Fig. 5 est un schéma fonctionnel de l'unité d'interfonctionnement de la Fig. 4.
La Fig. 1 représente un schéma d'un réseau téléphonique. Les abonnés au téléphone 10 sont en règle générale desservis par des lignes téléphoniques analogiques acheminées au central téléphonique 20 par une ligne principale d'abonné 12 comprenant des paires torsadées de fils de cuivre. Un certain nombre d'abonnés 14 peuvent également être connectés par des lignes principales d'abonnés à un terminal distant 16 qui combine un certain nombre d'abonnés 14 sur une ligne de données multiplexée numérique 18 pour la transmission au central téléphonique 20. Par exemple, une ligne Tl multiplexée à 24 voies est couramment utilisée en Amérique du Nord pour la ligne de données 18.
En règle générale, un certain nombre de centraux téléphoniques 20 sont connectés par des circuits de jonction directs 22 ou par des emplacements tandem 30. Les emplacements tandem 30 fournissent des circuits de jonction 22 pour connecter les centraux téléphoniques ou d'autres emplacements tandem 30. Les emplacements tandem 30 peuvent ainsi fournir des connexions entre des centraux téléphoniques qui ne sont pas dotés de jonction d'interconnexion directes. Il est entendu que des réseaux de commutation téléphonique pourront présenter de multiples niveaux de commutation en tandem ou d'autres topologies de réseau.
La Fig. 2 représente un schéma fonctionnel du central téléphonique de la compagnie de téléphone 20 de la Fig. 1. Le central téléphonique 20 comprend de préférence un dispositif pour fournir une ligne téléphonique analogique telle qu'un POTS conventionnel. Un POTS conventionnel est en règle générale pris en charge par le dispositif de commutation téléphonique
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local 23. Des dispositifs de commutation téléphonique locaux tels qu'un DMS-100 de Northern Telecom ou un NO 5 ESS de ATT sont bien connus de l'homme de l'art. Dans d'autres formes de réalisation, une ligne téléphonique analogique pourra également être fournie par un service de type Centrex ou un central d'abonné (PBX).
Comme l'homme de l'art le sait, un service téléphonique analogique pourra également être fourni par un système multiplex numérique tel qu'un multiplex Tl ou autre type de concentrateur.
Outre un service POTS, le central téléphonique pourra également comprendre un dispositif pour fournir une ligne de données numériques. Une ligne de données numériques peut être mise en oeuvre par un multiplexeur d'accès à la ligne d'abonné numérique (DSLAM) 24 pour multiplexer le trafic depuis des lignes principales d'abonné numériques. Des lignes principales d'abonné numériques ou des systèmes multiplex numériques fournis par un terminal distant 16 et un terminal de central 25 fournissent des lignes de données numériques qui permettent aux abonnés 10 (Fig. 1) de transmettre de grandes quantités de trafic de données multiplexées numériques par la ligne téléphonique à paires torsadées POTS. La ligne principale d'abonné numérique est de préférence une Ligne d'Abonné Numérique Asymétrique (ADSL).
L'ADSL met en règle générale en oeuvre une ligne d'abonné numérique avec un débit de données maximal de données du central téléphonique 20 vers l'abonné 10 qui est supérieur au débit maximal disponible de l'abonné 10 vers le central téléphonique 20. Par exemple, l'ADSL assure en règle générale un débit de données asymétrique
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de 1, 5 Megabits/seconde (Mbps) vers l'abonné depuis le central téléphonique, et d'environ 400 kilobits/seconde (kbps) depuis l'emplacement de l'abonné vers le central téléphonique. L'ADSL met de préférence en oeuvre un
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protocole de transmission de données ATM entre l'abonné 10 (Fig. 1) et le central téléphonique 20. Bien entendu, d'autres types de protocoles de transmission de données pourront être utilisés.
Dans d'autres formes de réalisation, la ligne de données numériques peut être fournie par d'autres types de systèmes multiplex numériques tels qu'un système numérique de type SONET.
Comme le montre la Fig. 2, les paires de lignes principales d'abonné 12 acheminant à la fois le trafic vocal analogique et le trafic de données numériques depuis les abonnés 10 vers le central téléphonique 20 sont reliées à un répartiteur principal (MDF) 26. À partir du MDF 26, les lignes principales d'abonné 12 sont connectées à un dispositif de séparation des fréquences vocales POTS 32 du trafic de données numériques 4 tel qu'un séparateur 28, par exemple. Le séparateur 28 est de préférence mis en oeuvre par le DSLAM 24. Le fonctionnement interne du séparateur 28 sera décrit plus en détails ci-dessous, relativement à un séparateur chez l'abonné 10.
Le séparateur 28 dispose de préférence de deux sorties : l'une pour les signaux POTS et l'autre pour le trafic de données. A partir du séparateur 28, les signaux vocaux POTS séparés 32 sont renvoyés au MDF 26 et au dispositif de commutation local 23 prenant en charge les communications téléphoniques POTS. La sortie de trafic de données du séparateur 28 est dirigée vers le DSLAM 24 afin de multiplexer les données numériques en un format adapté au transport sur un réseau de données 40. Le DSLAM 24 multiplexe et conditionne de préférence un certain nombre de lignes de données numériques à vitesse de signal inférieure en un signal à vitesse OC-3 ou DS-1 SONET qui est acheminé par un réseau de fibres optiques.
En fonction du réseau de données 40, le DSLAM 24 pourra fonctionner à des débits
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binaires plus élevés tels que ceux convenant au OC-12 SONET. Il est entendu que le réseau de données 40 pourra présenter de nombreuses topologies différentes. Le réseau de données 40 est de préférence connecté à un emplacement tandem 30 pour permettre d'accéder à d'autres centraux téléphoniques.
Dans le cas de lignes principales d'abonné qui sont reliées au central téléphonique par un système multiplex à ligne principale numérique (c'est-à-dire un terminal distant 16 et un terminal de central 25), le DSLAM 24 et son séparateur 28 sont de préférence disposés au terminal distant 16. Les signaux de données et vocaux sont séparés grâce au séparateur 28, comme décrit plus haut. Les signaux vocaux sont acheminés sur le système multiplex à ligne principale numérique vers le terminal de central 25 où ils sont connectés par le MDF 26 au commutateur de circuit local 23. Les signaux de données sont de préférence acheminés sur une fibre optique distincte ou une séquence SONET dans le système multiplex, de manière qu'ils puissent être aisément séparés des signaux vocaux dans le terminal de central 25.
Lesdits signaux sont transmis depuis le terminal de central vers le réseau de données 40.
La Fig. 3 représente un schéma d'un emplacement d'abonné au téléphone 10, tel qu'un domicile privé ou un petit bureau traditionnels. Un dispositif de raccordement au réseau (NID) 41 connecte l'abonné au réseau téléphonique public commuté (PSTN). La ligne principale d'abonné 12 entre l'abonné 10 et le central téléphonique 20 est reliée au NID 41. Du matériel installé chez le client (CPE) 52, tel qu'un poste téléphonique standard ou autre matériel CPE tel qu'un système d'intercommunication, un PBX ou un réseau informatique pour accéder au PSTN, est connecté au NID 41. Des signaux vocaux provenant d'une ligne
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téléphonique analogique 53 et des signaux de données provenant d'une ligne de données numériques 55 sont généralement acheminés vers l'abonné 10 sur la même paire d'abonné 12.
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, le NID 41 comprend un dispositif de séparation des signaux à fréquences vocales des signaux de données. Un séparateur 44 sépare de préférence les signaux à fréquences vocales du trafic de données partageant la paire de fils de la ligne principale d'abonné 12. Par exemple, pour séparer le trafic POTS du trafic de données, le séparateur 44 comprend en règle générale un filtre passe-haut 46 et un filtre passe-bas 48. Pour séparer les signaux vocaux POTS, le filtre passe-bas 48 bloque des signaux haute fréquence, par exemple des signaux au-dessus de 5 kHz, ne laissant passer que les signaux-à fréquences vocales inférieures sur une ligne principale POTS CPE conventionnelle 50.
Les signaux vocaux sur la ligne principale POTS CPE 50 sont connectés à des téléphones standard 52 tel qu'un poste Bell 103 fournissant un service POTS conventionnel. Il convient de souligner qu'un modem informatique conventionnel 54 peut également utiliser la ligne principale POTS CPE conventionnelle 50.
Afin de récupérer un trafic de données, le filtre passe-haut 46 bloque-des signaux basse fréquence, par exemple des signaux en dessous de 5 kHz, permettant uniquement d'envoyer des signaux de trafic de données haute fréquence sur-un ligne principale de réseau de
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données CPE distincte-56. La ligne principale de réseau de données CPE 56 est connectée à un CPE équipé pour accéder au trafic de données, par exemple, un réseau d'ordinateurs personnels. Dans la forme de réalisation préférée, le réseau de données CPE 56 met en place un réseau à mode de transfert asynchrone (ATM). Chacun des
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ordinateurs personnels 58 est équipé d'une carte d'interface de réseau local (NIC) pour permettre à l'ordinateur d'accéder au réseau de données CPE 56.
La NIC 41 comprend en outre de préférence une fonction de segmentation et de réassemblage des données (SAR) pour mettre en paquets des données à transmettre sur le réseau de données 56. D'autres types de réseaux informatiques, tels qu'un réseau Ethernet, pourront bien entendu être également mis en oeuvre.
Le réseau de données CPE 56 est de préférence également équipé d'un ou de plusieurs téléphones numériques 60 capables de relier le réseau de données 56 pour permettre à un abonné de passer une communication téléphonique vocale par le réseau de données CPE 56. Un téléphone numérique 60 pourra par exemple être mis en oeuvre avec l'un des ordinateurs personnels 58 sur le réseau de données 56 en ajoutant un combiné et une NIC appropriée avec fonctions téléphoniques. Le combiné transmet et reçoit des signaux vocaux analogiques, à l'image d'un combiné conventionnel. L'ordinateur/NIC fournit une fonction SAR pour convertir les signaux vocaux analogiques en une suite de paquets numériques à transmettre sur le réseau de données CPE 56. Le réseau de données 56 achemine également les fonctions de signalisation téléphonique de base.
Un tel système, capable de fournir un tel téléphone numérique, est un système téléphonique reposant sur un réseau ATM conçu par Sphere Communications, de Lake Bluff, Illinois, USA.
Grâce au réseau de données CPE 56, l'abonné 10 peut passer une communication téléphonique en utilisant une ligne téléphonique multiplexée à partir de la ligne de données numériques. Le service POTS fonctionne comme un service classique par le câblage POTS 50 pour fournir un service téléphonique classique tel qu'une ligne téléphonique acheminant des signaux vocaux analogiques.
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En outre, le réseau de données 56 avec téléphone numérique 60 offre également la possibilité de passer des communications téléphoniques vocales en utilisant une ou plusieurs lignes téléphoniques multiplexées mises en oeuvre via le réseau de données, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous.
La Fig. 4 représente un schéma fonctionnel d'un emplacement tandem qui contient un commutateur de liaison locale tandem (non représenté), un commutateur de liaison locale de classe 5 70 et un dispositif pour fournir un accès à des réseaux de données numériques. Le commutateur de liaison locale de classe 5 70 relie en règle générale des lignes principales d'abonné locales au réseau téléphonique, alors qu'un commutateur de liaison tandem distinct (non représenté) fournit des connexions commutées en mode circuit pour diriger un trafic POTS entre des centraux téléphoniques 20 (Fig. 1) du PSTN. Des commutateurs à liaison locale de classe 5, tels que le 5 ESS de AT & T et le DMS 100 de Nortel, et des commutateurs vocaux tandem tels que le 4 ESS de AT & T et le DMS 250 de Nortel sont connus de l'homme de l'art.
Par comparaison, le dispositif pour fournir un accès aux réseaux de données est de préférence un commutateur de paquets prenant en charge un trafic de données numériques. Par exemple, un commutateur tandem d'accès au réseau 72 fournit un accès à des réseaux de données acheminant un trafic de données numériques. Les réseaux de données sont de préférence équipés pour accepter des connexions par paquets ATM. Le commutateur tandem d'accès aux données 72 est un commutateur à structure ATM configuré pour fournir des connexions virtuelles à la demande entre les utilisateurs finaux et les fournisseurs de réseaux de données et de services. Le commutateur tandem d'accès aux données 72 pourra connecter des utilisateurs finaux à divers fournisseurs
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de services de réseau (NSP) tels que UUNet, MCI, Sprintnet et AADS.
L'emplacement tandem 30 pourra également comprendre un dispositif pour relier le tandem d'accès aux données 72 et le commutateur de classe 5. L'unité d'interfonctionnement (IWU) 74 pourra par exemple mettre en oeuvre une interface entre le commutateur tandem d'accès aux données 72 et le commutateur de classe 5 70 du PSTN. L'IWU 74 permet à des communications téléphoniques vocales acheminées par le réseau de données 40 d'accéder au PSTN par le commutateur de classe 5 70. L'IWU 74 est capable de convertir une communication téléphonique vocale, dans le protocole de réseau de données, du commutateur tandem d'accès aux données 72 au protocole à commutation de circuits du commutateur de classe 5 70.
L'IWU 74 relie de préférence une suite de données en paquets ATM à un protocole à commutation de circuits multiplexé avec allocation dynamique des voies à fréquences vocales tel que le TR-303.
L'IWU 74 effectue par exemple, comme le montre la Fig. 5, le SAR 76 des données vocales en un signal vocal analogique à partir d'une suite ATM. Le signal vocal analogique est ensuite converti 78 dans le protocole TR-303, comme le savent les spécialistes. Comme le montre la Fig. 6, l'IWU 74 convertit avec préférence les suites vocales ATM mises en paquets en un format PCM numérique qui est ensuite converti dans le protocole TR-303 souhaité. Il convient de souligner que le commutateur à liaison locale 70 peut également être directement connecté à un tandem d'accès au réseau 72 sans l'interface IWU 74. Les commutateurs numériques de la dernière génération peuvent être capables d'assurer une liaison directe au protocole de transfert de données du tandem d'accès au réseau 72.
Par exemple, les
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commutateurs de circuits de la dernière génératior peuvent accepter directement une suite de données ATM pour commuter dans le PSTN sans nécessiter la présence d'une IWU.
Grâce au système des Fig. 1 à 5, une ligne téléphonique vocale multiplexée utilisant le réseau de données peut être mise en oeuvre et utilisée de la manière suivante avec le système décrit ci-dessus.
Un appelant passe une communication téléphonique numérique semblable à une communication téléphonique ordinaire en utilisant le téléphone numérique 60 de la Fig. 3. La fonction SAR du téléphone numérique 60 convertit les signaux vocaux analogiques de l'appelant en une suite de données numériques mise en paquets à transporter sur le réseau de données d'abonné 56. La suite de données mise en paquets est de préférence au format ATM.
Le réseau de données de l'abonné 56 achemine la suite de données par ligne téléphonique multiplexée vers la ligne d'abonné 12 où elle est transportée sur une ligne de données numériques vers le central téléphonique 20 avec le trafic POTS. Il est à noter que la ligne téléphonique multiplexée utilise la ligne de données numériques du réseau de données de l'abonné 56, laissant la ligne téléphonique POTS en mesure de recevoir des communications vocales téléphoniques analogiques.
Au central téléphonique 20 représenté à la Fig. 2, le séparateur 28 sépare la suite de données par ligne téléphonique multiplexée du trafic POTS. La suite de données par ligne téléphonique multiplexée est multiplexée par le DSLAM 24 avec un certain nombre de suites de données ou de suites de données par ligne téléphonique multiplexée provenant d'autres abonnés. Par exemple, le DSLAM 24 peut combiner des suites de données
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provenant d'un certain nombre d'abonnés différents en un signal numérique à débit plus élevé tel qu'un signal DS-3 ou OC-3. La suite de données par ligne téléphonique est alors acheminée par le signal OC-3 à travers le réseau de données 40 vers l'emplacement tandem 30.
A l'emplacement tandem 30 représenté à la Fig. 4, la ligne téléphonique multiplexée et les sessions de transmission de données sont commutées par le tandem d'accès au réseau 72. Les sessions de transmission de données vers un NSP sont de préférence directement commutées par le tandem d'accès au réseau 72 vers le NSP souhaité sans passer par le PSTN. Pour les communications vocales qui doivent passer par le PSTN, le tandem d'accès au réseau 72 dirige les suites de données par ligne téléphonique multiplexée vers l'IWU 74.
L'IWU 74 convertit de préférence la suite de données par ligne téléphonique multiplexée en un signal vocal sous format TR-303 qui peut être commuté par le commutateur téléphonique de classe 5 70. Par le commutateur de classe 5 70, la communication vocale multiplexée accède au PSTN et est commutée sous la forme d'une communication POTS. Si nécessaire, un commutateur tandem distinct établit une commutation de circuits vers le central téléphonique souhaité 20.
Il est entendu que tant la description générale ci-dessus que la description détaillée qui la suit sont fournies à titre d'exemple et d'explication et ont pour propos d'étoffer l'explication de l'invention revendiquée. De nombreuses modifications et variantes sont possibles. L'objectif est que la description détaillée ci-dessus soit considérée comme illustrative plutôt que limitative. Ce sont les revendications suivantes, tout équivalent compris, qui ont pour objectif de définir le cadre de la présente invention.
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Method and device for providing a multiplexed digital telephone channel.
The present invention relates to telecommunications systems and, in particular, to a telephone communication and data transmission system providing subscriber telephone lines.
Today, most telephone subscribers use the traditional analog plain telephone service (POTS) to make ordinary telephone calls. POTS is generally provided by a main subscriber line of copper wires installed between each subscriber location, such as a private home or office, and the telephone exchange of the regional telephone company (telephone company). ). Voice signals are transmitted through the pair of copper wires between subscribers and the telephone company's central office. The telephone exchange then provides circuit switching equipment for establishing connections between subscribers.
In such a circuit-switched system, a circuit connection is established for each call and is maintained for the duration of the call.
Recently, online IT services, such as the Internet, have changed the way subscribers use their phones. Online IT services generally make a dial-up phone number available to users with a modem to access the service. Many users of online IT services today spend several hours each day on the phone connected to services such as the Internet. Such a usage pattern mobilizes the phone, preventing the reception of incoming calls, and
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severely tests other members of the household who wish to telephone. In response, households added a second telephone line for computer data traffic.
In order to provide a second telephone line, a second pair of copper wires is generally placed between the location of the subscriber and the telephone exchange of the telephone company.
In addition to more copper wiring, a second telephone line also requires additional central office connection and communication equipment.
Larger capacity data transmission services have recently become available to route a subscriber's computer data to remote computer systems. Such data transmission services often carry data over the same copper pair as that used by POTS. In order to allow simultaneous data and POTS service and to provide greater bandwidth, higher capacity data services operate at frequencies above the 1 kHz to 4 kHz voice frequency band used by POTS. Such data services can for example operate in the frequency range oscillating around 80 kHz or more.
The growing popularity of online IT services has further challenged the assumptions on which the telephone network was built. The public switched telephone network (PSTN) is designed on the assumption that only around 10% of residential users and 20% of professional users use the telephone at any given time. The PSTN telephone line and related circuit switching equipment are therefore designed to be shared by only the fraction of subscribers actually using the telephone at any given time. Now, from
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many households use the phone for several hours a day to route data traffic to IT departments.
Using POTS circuit-switched telephone communication to route data traffic mobilizes hardware resources inefficiently because dedicated circuit switching is mobilized for the duration of the call.
More recently, packet data switching networks have been established to route high speed data traffic between distributed computer systems. In addition to providing higher data rates, packet switched networks are more efficient in hardware than circuit switched networks for routing data. A packet switching network establishes a virtual circuit connection which uses transmission resources only when data is actually transmitted. Such a virtual connection is ideal for users of IT services who are connected for long periods of time and only sporadically spend a relatively small amount of time actually transmitting and receiving data.
Despite the change in communication needs and usage patterns, the majority of data traffic from private homes or small offices is done by POTS telephone lines.
The present invention allows a telephone subscriber to use a primary digital data subscriber line to provide or multiplex an additional telephone line to supplement the analog regular telephone service (POTS) line. Subscribers typically use conventional POTS as their telephone communication service
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primary, while the main digital subscriber line carries digital data from devices such as an electronic computer system. The digital subscriber main line also provides an additional telephone line for telephone communications.
In a first embodiment of the invention, an analog telephone line and a digital data line share the same main subscriber line. The analog line provides a conventional telephone line. The digital data line, in addition to providing a digital data service, also provides a digital telephone line. The analog telephone line is preferably a conventional POTS telephone line, and the digital data line is preferably a high capacity or asymmetric digital subscriber line. The digital data line preferably implements an Asynchronous Transfer Mode (ATM) transmission protocol.
In another aspect of the invention, an interworking unit (IWU) provides an interface between the digital telephone line and a circuit switched device. The digital telephone channel is preferably transmitted by an ATM transport protocol. By comparison, to get started on the public telephone network, digital telephone communication must as a rule be switched by a circuit-switched device using a conventional switching protocol. The IWU converts the ATM transport protocol of digital telephone communication to the switching protocol of the circuit-switched device. The digital telephone communication is then connected to the PSTN to be switched as a communication
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ordinary telephone.
With the present invention, subscribers will have both a POTS telephone line and a digital data transmission line. A subscriber generally uses the POTS telephone line for telephone communications and the digital data line for transmitting data to online IT services. The digital data line is preferably a packet switching network which uses few transmission resources except during actual data transmission. In addition, when the POTS telephone line is used, additional telephone communications can be made using a multiplexed telephone line from the digital data line.
The multiplexed digital telephone line provides subscribers with an additional telephone line.
It is understood that both the above general description and the detailed description below are provided by way of example and explanation and are intended to flesh out the explanation of the claimed invention. The invention, as well as other desired advantages, will be better understood if reference is made to the following detailed description, together with the attached drawings.
Fig. 1 is a block diagram of a telephone network system;
Fig. 2 is a diagram of the telephone exchange of the telephone network system of FIG. 1;
Fig. 3 is a diagram of the location of the subscriber of the telephone network system of FIG. 1;
Fig. 4 is a diagram of the tandem location of the telephone network system of FIG. 1,
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and
Fig. 5 is a block diagram of the interworking unit of FIG. 4.
Fig. 1 shows a diagram of a telephone network. Telephone subscribers 10 are generally served by analog telephone lines routed to the telephone exchange 20 by a main subscriber line 12 comprising twisted pairs of copper wires. A number of subscribers 14 can also be connected by main subscriber lines to a remote terminal 16 which combines a number of subscribers 14 on a digital multiplexed data line 18 for transmission to the telephone exchange 20. For example , a 24-channel multiplexed T1 line is commonly used in North America for data line 18.
Generally, a number of telephone exchanges 20 are connected by direct trunk circuits 22 or by tandem locations 30. Tandem locations 30 provide trunk circuits 22 for connecting telephone exchanges or other tandem locations 30. The tandem locations 30 can thus provide connections between telephone exchanges that do not have direct interconnection junction. It is understood that telephone switching networks may have multiple levels of tandem switching or other network topologies.
Fig. 2 shows a block diagram of the telephone company's telephone exchange 20 of FIG. 1. The telephone exchange 20 preferably comprises a device for supplying an analog telephone line such as a conventional POTS. A conventional POTS is generally supported by the telephone switching device
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local 23. Local telephone switching devices such as a DMS-100 from Northern Telecom or a NO 5 ESS from ATT are well known to those skilled in the art. In other embodiments, an analog telephone line could also be provided by a Centrex type service or a subscriber exchange (PBX).
As those skilled in the art know, analog telephone service may also be provided by a digital multiplex system such as a Tl multiplex or other type of concentrator.
In addition to a POTS service, the telephone exchange may also include a device for providing a digital data line. A digital data line can be implemented by a digital subscriber line access (DSLAM) 24 to multiplex traffic from main digital subscriber lines. Digital subscriber main lines or digital multiplex systems provided by a remote terminal 16 and a central office terminal 25 provide digital data lines which allow subscribers 10 (Fig. 1) to transmit large amounts of multiplexed data traffic digital by the POTS twisted pair telephone line. The main digital subscriber line is preferably an Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL).
ADSL generally implements a digital subscriber line with a maximum data rate of data from the telephone exchange 20 to subscriber 10 which is greater than the maximum available speed from subscriber 10 to telephone exchange 20. For example, ADSL typically provides asymmetric data throughput
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1.5 Megabits / second (Mbps) to the subscriber from the central office, and approximately 400 kilobits / second (kbps) from the location of the subscriber to the central office. The ADSL preferably implements a
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ATM data transmission protocol between subscriber 10 (FIG. 1) and the central office 20. Of course, other types of data transmission protocols may be used.
In other embodiments, the digital data line can be provided by other types of digital multiplex systems such as a digital system of the SONET type.
As shown in Fig. 2, the subscriber main line pairs 12 carrying both the analog voice traffic and the digital data traffic from the subscribers 10 to the telephone exchange 20 are connected to a main distributor (MDF) 26. From the MDF 26 , the main subscriber lines 12 are connected to a device for separating the POTS voice frequencies 32 from the digital data traffic 4 such as a splitter 28, for example. The separator 28 is preferably implemented by DSLAM 24. The internal operation of the separator 28 will be described in more detail below, relative to a separator at subscriber 10.
The splitter 28 preferably has two outputs: one for POTS signals and the other for data traffic. From the splitter 28, the separate POTS voice signals 32 are returned to the MDF 26 and to the local switching device 23 supporting POTS telephone communications. The data traffic output from the separator 28 is directed to the DSLAM 24 in order to multiplex the digital data in a format suitable for transport over a data network 40. The DSLAM 24 multiplexes and preferably conditions a certain number of digital data lines at lower signal speed into an OC-3 or DS-1 SONET speed signal that is routed through a fiber optic network.
Depending on the data network 40, the DSLAM 24 will be able to operate at speeds
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higher binaries such as those suitable for OC-12 SONET. It is understood that the data network 40 may have many different topologies. The data network 40 is preferably connected to a tandem location 30 to allow access to other telephone exchanges.
In the case of main subscriber lines which are connected to the telephone exchange by a digital main line multiplex system (that is to say a remote terminal 16 and a central office terminal 25), the DSLAM 24 and its splitter 28 are preferably arranged at the remote terminal 16. The data and voice signals are separated by the separator 28, as described above. The voice signals are routed over the digital main line multiplex system to the central office 25 where they are connected by the MDF 26 to the local circuit switch 23. The data signals are preferably routed over a separate optical fiber or sequence SONET in the multiplex system, so that they can be easily separated from the voice signals in central office 25.
Said signals are transmitted from the central office terminal to the data network 40.
Fig. 3 shows a diagram of a telephone subscriber location 10, such as a private home or a small traditional office. A network connection device (NID) 41 connects the subscriber to the public switched telephone network (PSTN). The main subscriber line 12 between subscriber 10 and the telephone exchange 20 is connected to the NID 41. Equipment installed at the customer's premises (CPE) 52, such as a standard telephone set or other CPE equipment such as a system intercom system, a PBX or a computer network to access the PSTN, is connected to NID 41. Voice signals from a line
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analog telephone 53 and data signals from a digital data line 55 are generally routed to subscriber 10 over the same subscriber pair 12.
In the preferred embodiment of the invention, the NID 41 includes a device for separating voice frequency signals from data signals. A splitter 44 preferably separates the voice frequency signals from the data traffic sharing the wire pair of the main subscriber line 12. For example, to separate POTS traffic from data traffic, the splitter 44 generally comprises a high-pass filter 46 and a low-pass filter 48. To separate POTS voice signals, low-pass filter 48 blocks high-frequency signals, for example signals above 5 kHz, allowing only the signals- at lower voice frequencies on a conventional POTS CPE main line 50.
The voice signals on the main line POTS CPE 50 are connected to standard telephones 52 such as a Bell set 103 providing a conventional POTS service. It should be noted that a conventional computer modem 54 can also use the conventional POTS CPE main line 50.
In order to recover data traffic, the high pass filter 46 blocks low frequency signals, for example signals below 5 kHz, allowing only to send high frequency data traffic signals on a main line of network of
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separate UEY data-56. The main CPE data network line 56 is connected to a CPE equipped to access data traffic, for example, a network of personal computers. In the preferred embodiment, the CPE 56 data network sets up an asynchronous transfer mode (ATM) network. Each of the
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personal computers 58 is equipped with a local area network interface card (NIC) to allow the computer to access the CPE data network 56.
The NIC 41 preferably further comprises a data segmentation and reassembly (SAR) function for packetizing data to be transmitted over the data network 56. Other types of computer networks, such as an Ethernet network, could of course also be implemented.
The CPE data network 56 is preferably also equipped with one or more digital telephones 60 capable of connecting the data network 56 to allow a subscriber to pass a voice telephone call through the CPE data network 56. A digital telephone 60 could for example be implemented with one of the personal computers 58 on the data network 56 by adding a handset and an appropriate NIC with telephone functions. The handset transmits and receives analog voice signals, like a conventional handset. The computer / NIC provides a SAR function to convert analog voice signals into a series of digital packets to be transmitted over the CPE data network 56. The data network 56 also carries basic telephone signaling functions.
One such system capable of providing such a digital telephone is a telephone system based on an ATM network designed by Sphere Communications, of Lake Bluff, Illinois, USA.
Thanks to the CPE data network 56, subscriber 10 can make a telephone call using a multiplexed telephone line from the digital data line. The POTS service operates like a conventional service using POTS 50 cabling to provide a conventional telephone service such as a telephone line carrying analog voice signals.
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In addition, the data network 56 with digital telephone 60 also offers the possibility of making voice telephone calls using one or more multiplexed telephone lines implemented via the data network, as will be described in more detail below.
Fig. 4 is a block diagram of a tandem location which contains a tandem local link switch (not shown), a class 5 local link switch 70 and a device for providing access to digital data networks. The Class 5 local link switch 70 typically connects local main subscriber lines to the telephone network, while a separate tandem link switch (not shown) provides circuit switched connections to direct POTS traffic between telephone exchanges 20 (Fig. 1) of the PSTN. Class 5 local link switches, such as AT&T 5 ESS and Nortel DMS 100, and tandem voice switches, such as AT&T 4 ESS and DMS 250 from Nortel are known to skilled in the art.
By comparison, the device for providing access to data networks is preferably a packet switch taking care of digital data traffic. For example, a tandem network access switch 72 provides access to data networks carrying digital data traffic. Data networks are preferably equipped to accept ATM packet connections. The tandem data access switch 72 is an ATM structure switch configured to provide virtual on-demand connections between end users and data and service network providers. Tandem data access switch 72 will be able to connect end users to various providers
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network services (NSP) such as UUNet, MCI, Sprintnet and AADS.
The tandem location 30 may also include a device for connecting the data access tandem 72 and the class switch 5. The interworking unit (IWU) 74 may for example implement an interface between the tandem switch d 72 and the PSTN class 5 switch 70. The IWU 74 allows voice telephone communications routed over the data network 40 to access the PSTN via the class 5 switch 70. The IWU 74 is capable of converting voice telephone communication, into the data network protocol , from the tandem data access switch 72 to the circuit switched protocol of the class 5 switch 70.
The IWU 74 preferably links an ATM packet data series to a multiplexed circuit switched protocol with dynamic allocation of voice frequency channels such as the TR-303.
The IWU 74 performs for example, as shown in Fig. 5, the SAR 76 voice data into an analog voice signal from an ATM suite. The analog voice signal is then converted 78 into the TR-303 protocol, as specialists know. As shown in Fig. 6, the IWU 74 preferably converts the packaged ATM voice suites into a digital PCM format which is then converted into the desired TR-303 protocol. It should be noted that the local link switch 70 can also be directly connected to a tandem network access 72 without the IWU interface 74. The latest generation digital switches may be able to provide a direct link to the protocol data transfer network tandem 72.
For example,
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Circuit switches of the latest generation can directly accept an ATM data sequence to switch into the PSTN without requiring the presence of an IWU.
Thanks to the system of FIGS. 1 to 5, a multiplexed voice telephone line using the data network can be implemented and used in the following manner with the system described above.
A caller makes a digital telephone call similar to an ordinary telephone call using the digital telephone 60 in FIG. 3. The SAR function of digital telephone 60 converts the analog voice signals of the caller into a packetized digital data stream to be transported over the subscriber data network 56. The packetized data stream is preferably at ATM format.
The subscriber data network 56 routes the data stream by multiplexed telephone line to the subscriber line 12 where it is transported on a digital data line to the telephone exchange 20 with POTS traffic. It should be noted that the multiplexed telephone line uses the digital data line of the subscriber data network 56, leaving the POTS telephone line able to receive analog telephone voice communications.
At the telephone exchange 20 shown in FIG. 2, the separator 28 separates the data series by multiplexed telephone line from the POTS traffic. The multiplexed telephone line data suite is multiplexed by DSLAM 24 with a number of data suites or multiplexed telephone line data suites originating from other subscribers. For example, DSLAM 24 can combine data suites
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from a number of different subscribers into a higher bit rate digital signal such as a DS-3 or OC-3 signal. The telephone line data sequence is then routed by the OC-3 signal through the data network 40 to the tandem location 30.
At the tandem location 30 shown in FIG. 4, the multiplexed telephone line and the data transmission sessions are switched by the network access tandem 72. The data transmission sessions to an NSP are preferably directly switched by the network access tandem 72 to the DK desired without going through the PSTN. For voice communications which must pass through the PSTN, the tandem of access to the network 72 directs the data suites by multiplexed telephone line to the IWU 74.
The IWU 74 preferably converts the data series by multiplexed telephone line into a voice signal in TR-303 format which can be switched by the class 5 telephone switch 70. By the class 5 switch 70, the multiplexed voice communication accesses to PSTN and is switched in the form of a POTS communication. If necessary, a separate tandem switch establishes circuit switching to the desired central office 20.
It is understood that both the above general description and the detailed description which follows are provided by way of example and explanation and are intended to flesh out the explanation of the claimed invention. Many modifications and variations are possible. The aim is that the detailed description above should be considered illustrative rather than limiting. It is the following claims, including all equivalents, which are intended to define the scope of the present invention.