CN1167558A

CN1167558A - 数字农村用户集中器系统

Info

Publication number: CN1167558A
Application number: CN94194426A
Authority: CN
Inventors: A·S·格里加; S·H·迪阿兹
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1997-12-10
Also published as: CA2177582A1; TW238444B; US5592475A; PL314727A1; ZA949249B; HU9601383D0; EP0733296A1; PL175810B1; IL111638A0; HUT75276A; CZ155996A3; KR960706754A; JPH09506489A; CO4290468A1; PE45795A1; US5692043A; BR9408252A; AU1102195A; WO1995016328A1; IL111638A

Abstract

一种具有分布结构的数字环路系统，它以高可靠性和高质量提供电话业务，并能成本合理的安排。该系统由中心局供电，并使用中继单元接口与大范围的机械和电子交换机接口。中继单元接口经由数字传输线路接至远程终端。该远程终端通过短用户环路驱动大数量的用户电路。分布数字环路系统采用密封和坚实的封装，适合灵活的室外安装。远程终端所用的电子电路分为灵活的模块，可以逐步增加系统的配置。

Description

数字农村用户集中器系统

发明的背景技术

本发明一般地涉及电话通信系统，更具体地涉及一种基于成本合理、可靠地提供基本电话业务的分布结构的数字环路载波系统。

现用电话交换网典型地包括装有选组级单元的中心局(CO)，该选组级单元与数个用户级单元(LUS)相连接。在一种典型的结构配置中，选组级单元提供一般的交叉连接功能，并经由四个E1链路上的120条话路接至每一个LU。每一个LU支持700至1000门远端用户电话。所以，需要有700至1000条传送电话信号的扭绞线对铜线，将各个电话机与位于CO处的每一个LU相连接。来自700至1000门电话的业务量集中到120条话路上(即由700至1000门电话共用120条话路)，使阻塞概率低得可以接受。中心局经由中继线与其它类似的中心局相连接，以便在更宽广的地理区域上进行电话通信。这些中继线在格式是标准化的。通常使用的标准是R2D和SST。

为了控制用户交换接入设备的生产制造，各主要交换机制造者在每一个LU和选组级单元之间的E1链路上采用了专用的信令制式，此外，每一交换机制造者还研制开发了不同的接口标准。因此，不仅接入各电话交换网受到严重限制，使一种型号的设备与几种不同型号的交换机相接口也是昂贵和复杂的。为扩大业务，为新开发的区域服务，用户必须订购现用的交换机，或者必须采购和安装与现用网路相兼容的交换机。

在现用电话网基础设施就位的地区(如美国)，新的硬件增加的费用与不同类型系统有关的额外支持和维护费用相比较，是相对不重要的。然而，在世界上那些电话线路还要向各人口区发展的地区里，与获得和安装新CO交换机以及在每个用户的长距离上建立铜扭绞线对有关的费用，会是扩充业务的主要承受费用。

根据上述内容可以看到，需要有一种成本费用合理的方法，为需要新增大量电话用户地方提供基本电话业务。

发明概述

本发明是一种基于新型分布结构的数字环路载波系统，这种结构对大用户数的电话业务可以提供快速而费用合理的发展。

本发明的分布数字环路(DDL)系统采用中继单元接口(TUI)与中心局(CO)交换系统相连接，并与之数字接口。该TUI还经由数字传输线路接至一个分配单元(DU)，后者一般位于用户的附近。该DU经由数字线路与多个远程终端(RT)相连接。每个RT位于十分靠近用户的地方，并产生等效于16至160个用户的电话线路。这种业务典型情况是，用扭绞线对铜线传送到各用户。因为这种安排的分布结构特性和相对高的用户密度，所以使各用户环路均很短，通常小于500英尺。这种分布结构和短的用户环路还使费用大大节省。

本发明的DDL系统胜过常规电话网的主要优点是，在远程终端(位于靠近用户处)和TUI/CO交换系统之间的长距离上以数字方式传送信号的能力。在从CO至DU之间仅仅使用六条E1链路(12条线对)便可以实现这一优点，而在从DU至RT之间仅仅使用一条E1链路(二条线对)便可实现。因此，除改善传输质量外，所需铜线数量的大大减少还使成本费用显著节约。为使一个TUI与一个DU相连接，仅需12条线对，而无需用约1000条线对来建立一个新的线路单元。该DU还可支持数个远程终端，而每个远程终端可以产生多达160个电话电路。

由于远端电子单元十分靠近用户，使DDL系统具有许多优点。但这要求一种其配置十分灵活的系统，以容纳各种各式的可能被集中的网络布局拓扑。按照本发明的最优实施例，DDL系统采用模块结构和封装，允许灵活利用靠近各种网络布局拓扑的用户的复用电子单元。这使得能够根据业务需求，以小的增容量来利用系统的成本最高的部分的电子设备，并使初始成本最小。这种特点除大大减少所需的电缆数量外，还使系统的建立安装成本十分合理、有效。

因为这种利用方法需要以相对小的室外分系统来安排复用电子设备，本发明对所有系统组成部分提供十分安全和灵活的环境保护。因此，在最优实施例中，本发明的DDL系统对各远程终端提供模块封装，该远程终端至少包括一个具有凝胶密封连接器的底板模块，适合收纳至少一个特殊密封的有源电子模块。该底板模块与一个终端单元相连接，而该终端单元装有一组凝胶密封的终端。底板模块还包括一个用以与其它底板模块相接的凝胶密封连接器。这种灵活的模块封装允许本发明的各分系统随着系统的增大和更先进的数字业务的需求而扩充和重新安排。

对于本发明的DDL系统的特点和优点的进一步理解，可以通过参考以下详细描述和附图来获得。

附图简述

图1表示一种常规电话交换网；

图2表示与常规电话交换网相连接的根据本发明的一种分布数字环路(DDL)系统；

图3更详细地表示出本发明的DDL系统的结构；

图4表示本发明的DDL系统的逻辑配置；

图5A、5B和5C表示本发明的DDL系统各种配置的中继单元接口的各组成部分；

图6表示按照本发明一个实施例的分配单元的各组成部分；

图7表示用于本发明的DDL系统中的远程终端示例的配置；

图8表示用于本发明的DDL系统的远程终端中的电子装置模块封装的一个示例；

图9表示DDL系统所用的功率分配方式。

具体实施例的描述

在美国和世界上现用的模拟电话网是长时间沿革形成的。这种沿革的结果是，在模拟电话线路上形成了连接用户和交换局的分级树型网，这种模拟电话线路在工业发达的国家中是长期建立起来的。图1是表示部分典型本地电话网的简化示意图。各用户100通过模拟电话线路104接至一个中心局(CO)102。在CO102处有几个用户级单元106，每个处理700至1000门电话业务。每一用户级单元106将700至1000门电话线集中到120条数字话路上，后者经由四条E1型链路接至交换机的选组级单元108。每条E1链路包含30条话音通路和二条附加的信令通路。交换机选组级单元108提供一般的交叉连接功能以及分别通过计算机系统110和112的管理和计费功能。在北美电话网体制中，这种等级的CO交换机称作端局，该端局使用基于诸如R2或SST一类的标准信令与其它各类似的端局和长途中心114相连接。长途中心114实质上是一个交换机选组级单元，它提供几个端局和其它各长途中心之间的交叉连接交换。北美电话网以这种方式采用多达五级的分级体制，以构成某个网路。

在常规本地或端局系统设计中，由这些组成部分的每一部分所执行的功能有以下各种情况：用户级单元106执行的任务为，在相对长距离的电话线104上向用户电话机100传送信号，并在集中话务量后将它传送给选组级单元108。如上面所指出的那样，选组级单元执行一般的交叉连接功能，以及管理和计费功能。选组级单元108和用户级单元106之间的连接一般是交换机生产者专用的。

集中实质上是为了经济的交换机设计。即使在高峰话务小时也仅有少数用户同时要求服务。通过仅提供足够的交叉点来支持这种高峰话务量，可以大大降低选组级单元的成本。因此用户级单元106装有一个集中器，其功能是确保那些需要连接的少数用户通过链路送到选组级单元108。当然，这一过程的实效很大程度上取决于接至用户级单元的集中器的用户组群的大小。组群越大，则会更有效地集中。这导致了用户级单元106应当相当大。大的用户组群(图2中多达1000个用户)要求用户级单元106达到长距离，以便覆盖分散着1000个用户的更宽广的地理区域。这种在更长的距离上传送模拟信号的要求使系统承受严重的功耗和成本代价。这些代价在常规结构中是不可避免的。本发明的独特分布结构使数字环路系统的这些成本和功耗代价大大降低，该数字环路系统不管它们的生产者是谁都可以与大多数选组级单元配合工作。

图2表示按照本发明的一种数字环路载波系统200，它是基于一种新的分布结构，该结构能够直接地接入现用电话网。分布数字环路(DDL)系统200采用中继单元接口(TUI)202，后者为DDL系统的公共控制。TUI202提供与CO102交换机相接口以及选组级单元108和用户级单元106的某些功能的组合(管理、计费、维护和集中)。TUI202通过多达四个采用标准R2中继信令的标准接口中继与选组级单元通信。虽然这种连接与长途中心114和选组级单元108之间的连接相类似，但TUI202在物理位置上最好与连接它的交换机处于同一建筑物中。这种结构安排提供一种至网路的多用、标准接口。所以，不管生产制造者是谁，TUI202能够与大多数现用CO交换机相接口，而无需任何修改。

因为本发明的DDL系统不使用交换机选组级单元108的计费和管理资源，所有必要通过操作员接口提供这些功能。TUI202采用诸如个人计算机(PC)204一类的小型计算机达到这一目的。TUI202能够收集信令信息和集中从用户100来到的话务量，而后重新安排这一话务量使之与中继标准相一致，以便使选组级单元108接受该话务量，犹如该话务量是从远距离交换机抵达的一样。然而，电子系统的其余部分则分布在十分靠近用户的位置，以便优化功耗和性能。

因此，包含数条(如六条)E1链路的数字传输线路将TUI202接至位于用户100区域上的远端分配单元(DU)208上。DU208则经由单一E1链路(需要二条线对)与多个远程终端(RT_s)210相连接。每一远程终端(RT)210位于十分靠近用户100的位置，通常在1000英尺以内。自RT210至用户的传输为模拟传输。由单一RT210服务的用户100的数目随网路布局拓扑而变化。在典型应用中，RT210会经由扭绞线对铜线供给16至160门电话。

图3更详细的示出本发明的DDL系统。为保持与常规系统相同的阻塞概率，用多达六个E1链路300(即180条传输通路)将DU208接至TUI202，用4个E1链路302将TUI202接至选组级单元202。DU208执行几个功能，第一，通过将它装在现用电缆交叉连接箱处，使它提供分散信号的方便的分配点，并为各个RT_s210供电。第二，它提供将几个小的RT_s210接至单一的E1链路300的装置，以增加系统的整体实效。第三，它提供六个E1链路300共用电源的装置，如果一个E1链路300传送大话务量时，它可以从统计上负荷不大的其它E1链路300吸收电源。

图3表示DU208的物理安排的例子。DU208分为共同地由单一个处理器(后面一节说明)控制的三个独立部分。每部分包括二条E1链路300和一个远端的可交换的交叉连接304，并能支持多达八个RT_s210。一条线对引至一个RT210，一条线对返回。返回线对308而后在DU208环到环路上的下一个RT210。这种方式可以使多个RT_s共用单一个E1环路。单一个环路可以从一个RT至8个RT_s210。RT_s之间的连接形成一个逻辑环和物理的星型结构。这样提供几个优点，该逻辑环连接由于每一RT210再生信号可以避免由时延不等产生的时间偏移问题，而在逻辑星型方式中这种不等时延是常常发生的。同时，因为物理的星型结构，铜导体的交叉截面最大，可用来从DU208至RT_s210之间传送电能和信号。DU208的第四个功能是提供远端的可交换交叉连接304，这使重新安排六条E1_s300上的RT_s成为可能。在图3中应当注意，每一RT210接入到返回TUI202有两个E1链路300。当发生故障时，远端的可交换交叉连接304用来从一个E1至另一E1重新分配RT_s210。

图4表示DDL系统的逻辑配置。DU208由从TUI202来的信号控制，这些信号通过TUI202和远程终端210间的六个E1链路之一上的信令通路部分传送。对于信令目的而言，DU208视TUI202正如其所在的另一环路成员。其余五条链路是DU208至RT210环路的简单重复。因此，从TUI202的观点来看，有六条至远端设备的环路，每一远端设备均包含RT_s210，而其中的一个包含DU208和RT_s210。下面将详细描述系统的各组成部分。

中继单元接口

TUI202是DDL系统的主控制器，它包含提供呼叫处理功能和通信的各种电路。图5A、5B和5C分别地表示常规R2接口、具有R2接口的小系统与具有SST接口系统的TUI202的组成部分。TUI202包括双音多频(DTMF)卡500，每卡装有12个DTMF收号器，用以翻译用户DTMF电话号码。根据话务量不同，DDL系统中可以有一个或二个DTMF卡500。一种TSI/CLK/ToneGen卡502提供时隙交换(TSI)、时钟同步和信号音发生器。TSI允许将任一内部DDL时隙接至任一CO交换机中继时隙。时钟同步电路允许从CO交换机102来的四条E1线路中的任一条用作DDL系统的主时钟。音信号发生器电路产生提供用户服务所需的信号音(如拔号音、回铃音、重新拔号音等)。

TUI202包括一个控制TUI202工作的处理器504。除通常的处理器电路(68000型处理器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM))之外，处理器504包括大量的非易失性存储器，用以存储关键的程序软件。DDL系统在TUI202和RT_s210之间采用同步数据链路控制(SDLC)协议。所以TUI202包括二个SDLC控制器，使得允许处理器504与RT_s210和DU208通信。处理器504具备与两套(冗余)PC_s通信的两个端口，这样处理器504能够不断地访问一个功能PC，以存储计费帐单和其它关键数据。典型的情况，是有一个PC(图2中的PC204)，提供计费、管理和维护用途的用户接口。这一单元还会提供一个RS-485串行总线兼容端口，于是在同一中心局的多个DDL系统可以共享一个PC。第二PC执行同样的功能，并提供可选的备份。处理器504中所包括的大量非易失性存储器，使系统即使在二个PC都不工作的情况下也能工作数小时，而不丢失数据。所以，处理器504可以处理所有的呼叫处理、维护和管理的功能。

TUI202还包括E1成帧器卡506，它们控制E1链路。当采用标准的E1传输格式时，必须确定每一数据帧起点，这一功能由一个E1成帧器卡506来实现。每个E1成帧器卡506提供二个交换链路和三个DDL链路。根据系统的大小，在DDL系统中可以有一个或二个E1成帧器卡。E1成帧器卡506还提供分配给DU208的幻电源。

本发明的DDL系统支持与模拟和数字两种交换机接口，这是由于两种类型的交换机都具有标准中继接口。为便于与数字R2交换机接口，TUI202装有一和R2MF卡508，该卡提供R2协议的信号音发生和检测。R2是一种带内互控信令协议，它使用特定的信号音传送信令信息。除这些信号外，通过操作控制E1信令通路16上的很少几位也可以使在每个方向上的线路状态进行通信。SS7信令体制是一种全数字体制，但该协议指示，一个交换机必须经过连续地核查后才能与另一交换机通话。第一交换机发送测试音，该测试音必须由接收交换机收到并证实。当TUI202与一个SS7交换机接口时，音信号检测卡510提供SS7协议的连续测试音的检测。

TUI202可以包括第二处理器512，它与处理器504相同，并使用其二个SDLC控制器与CO交换机102通信。第二处理器512用来在软件修改最少的条件下提供与不同类型的交换机链路相接口的兼容性。这使得大多数TUI202软件的编写不依赖于交换机接口。使R2中继接口改为SS7中继接口，需要将R2MF卡508换为一个音检测卡510，并给第二处理器512装入新的软件。在主处理器504中不需要改变软件。第二处理器512提供交换机接口协议，控制R2MF卡508或音检测卡510，并控制E1成帧器卡506。第二处理器512与第一处理器504配合工作，提供完整的DDL呼叫处理功能。

最后，TUI202包括一个附加槽514，它在底板上做为备用槽，用于未来的增容。控制总线516提供各TUI组成部分之间相互连接。附加槽514还具有安装跳线卡518的能力，以连接TUI202的控制总线516，所以在小系统中不需要第二处理器。

分配单元

图6表示在典型的配置中DU208的组成部分。DU208包括各种电路：给各RT_s210配电的电路、在TUI202和RT_s210间中继E1数据的电路，以及为了话务量控制和故障修复目的，提供在E1链路的子设备间交换RT_s210的装置的电路。有一个处理器600，它控制所有的DU208的电路，包括交叉点接线器卡602。处理器600使用六条E1链路(图2和图3)之一的一个通路(如通路16)中SDLC协议与TUI202通信。处理器600经由底板控制总线604控制交叉点接线器卡602的配置。处理器600监视几个参数，以确定是否有严重故障发生。它监视在至TUI202和RT_s210的E1链路中的数字误码率，它还查找这些链路中的任一链路上的电源短路。如果识别出一个故障，则DU208将问题报告TUI202，并跟踪指令。如果与TUI202的通信中断，DU208则按其本地存储器中存储的既定的故障纠正程序行事。TUI202会作出反应，诸如使一个RT210从一个E1链路交换到另一个E1链路，或者使故障的RT210单元退出工作。在这一典型配置中，每一交叉点交换卡602将二个TUI E1链路接至11个RT E1链路。DU208包括三个交叉点接线器卡602，每个都能以环路方式将八个RT E1链路的任一个接至二个TUI E1链路的任一个。例如，能够将一个TUI E1与三个RT_s210以环路方式链接，还能将另一个TUI E1与五个RT_s210以环路方式链接(参见图3和图4)。DU208的配置允许任一个RT_s210为了维护目的而与各环路完全隔离。此外，处理器600可以将它的控制通路接至TUI E1_s的几个控制通路的一个。

在六个E1链路300上给DU208和RT_s210供电的电源，用二极管“或”网络的方法在DU处汇合。由于该“或”二极管网络，任一RT_s210可以从六个E1链路300中的任一个上得到供电。图9表示电源经由六个E1链路与六个相应二极管900的逻辑连接。六个二极管900的输出一起接至公共节点902，该节点902又接至所有的RT_s210。这允许按照RT_s的需要对来自所有六个E1链路300电源功率进行分配，若一个E1链路传送大话务量时，它可从其余E1链路300得到供电。

远程终端

图7表示RT210的组成部分。RT210提供对几个(如十个)用户卡700的控制，用户卡700与用户电话机100接口。每个用户卡700包含16个单个的用户接口电路706。RT210包括一个处理器702，它控制所有的RT210的电路，包括用户卡700。处理器702使用RT210连接的E1链路的通路16中的SDLC协议与TUI202通信，并经由底板控制总线704控制用户卡700的工作。处理器702监视RT210的功耗，若超过门限功率则起保护作用。处理器702扫描用户卡700的监督位，并向TUI202报告用户线路状态。仅在与TUI202的所有通信都丢失的情况下，RT210控制TUI202方向的用户卡700，并独立地控制用户卡的电路。用户卡700是一种多端口(本例为16个口)模拟用户电路，它为用户100提供模拟塞尖和塞环接口。用户卡700的16个用户电路中的每一电路706完成用户话音的模拟至数PCM变换。用户环路十分短的DDL的独特结构，可供用户电路706的低成本和高度电效率设计之用。在用户电路706的设计上的一个重要考虑是，长线噪声的数量，该噪声是由于电话线对与电力线之类的能源线的电感性耦合而积累的。用户环路中的电流流动是由于对电缆屏蔽地线和其它结构的电容性耦合引起的。为了解决这一问题，需要十分仔细地平衡作为用户电路706一部分的用户环路接口电路(SLIC)，以便使这些对于线对中两条线的作用互相抵消。但在本发明的DDL系统中，用户环路十分短，使得感性耦合噪声数量更小，对地电容更低。因此，在本发明的系统中用户电路的平衡比之位于传送长达18000英尺的CO处用户电路的平衡简单的多，这允许使用低费用的设计。用户电路706设计的另一重要因素是十分昂贵的中心局机房面积。因此，有必要使常规用户级单元106(含1000门)尽可能小。然而，在DDL设计中，用户级单元106的功能上有装在室外的6至24个RT_s210。在这种情况下，面积便很少考虑了。所以，即使比当前用于CO设备中的固态SLIC_s庞大，低成本和更牢靠的变压器方式的SLIC_s仍能用于用户电路。这就进一步降低了与固态SLIC需要的额外电子保护有关的成本。

本发明的DDL系统支持全数字用户设备，从而不受模拟电话机100的限制。RT210可以装备各种不同的用户电路706，以便给诸如数字电话机710和计算机712一类的用户设备提供如64Kbit/s的数字业务。付费电话RT210能够支持的另一种类型的用户设备。

除了灵活性和节约成本之外，本发明的用户电路706还满足一些特殊性能要求，由于功耗最低，使1000门的整个系统可以从CO供电，现场不需要蓄电池。下面将描述供电的考虑。

供电管理

本发明的DDL系统的一个优点在于，能够仅通过将CO接至DU208的12条线对(六条E1链路)，而后仅通过将DU208接至每一RT210的二条线对(一条E1链路)给1000门的DDL系统供电。这是借助一种组合装置实现的。首先，采用通常用的超幻象电路结构，以升高的电压传送电能。诸如Bellcore-TR-NWT-001089一类的行业标准建议，为了技工的安全，任何导体对地的电压应小于140伏，任何线对传送的功率应小于100瓦。在优选实施例中，将对地+130VDC的电压供给线对的一条线，而将对地-130VDC的电压供给线对的另一条线。这提供一个260伏的工作电压，而仍能满足上面列出的安全要求。这是一种在遇有长传输距离的农村电话中所采用的通用技术。

第二，系统的供电管理包括话务量的考虑。虽然有1000个用户，但只有120个通路接入交换机。因此，最大只需要给120个电话供电。在多于120个用户同时呼叫的少有情况下，会给阻塞的第121个主叫送特定的警告音15秒钟，而后关断那个环路的所有电源。由于即使仅有5％的占空比该特定音也能清楚地听到，产生警告音仅需很小的功率。在实际中，随着各门电话的摘机，系统所用的功率将增加，直到总数120门电话都摘机为止。而后，当有更多的电话摘机时(直至所有1000门电话摘机)，系统的功耗仅仅微小地增大。

进一步的节电是通过在用户环路设计中包括几项措施并支持系统降低电话摘机所需的功耗实现的。对于正常的摘机操作，电话机最少需要20mA。此外，一些应答机在挂机状态正常工作需要35伏电压。所以，用户电路706设计得能在用户设备挂机状态提供35伏电压小于1mA的电源。但当用户电话进入摘机状态时，用户电路中的电源调节器电路转换到恒流方式，供出约20mA电流。因为用户环路的长度十分短，给在摘机状态的环路供电仅有500mW左右。由于环路长度短，铃流发生器也可以在降低的电压(因而是低功率)下工作。已经设计出一种简单、能效高的电话铃流发生器，在三个方波发生器的输出端相加，而后用小电容器平滑其波形。借助于可以支持系统其它数字功能的数字设备，很容易产生这种类型的方波波形。

降低系统所需功率另一重要考虑涉及挂机的功耗。在给定的时间中，系统的大多数电话机处于挂机状态。例如，在话务量很大的周期中，100门电话摘机，而900门电话挂机。因为挂机数目很大，使挂机电话机的功耗十分关键。用于本发明的DDL系统中的变压器方式的SLIC挂机状态的功耗仅有4mW，而常规的SLIC设计为100至150mW。由于这些节省功率的措施，每一在挂机状态的用户环路的总功耗约为10mW。与常规的系统相比，几乎小了一个数量级。

本发明的DDL系统的另一特点是电源分配方式。通过六条E1链路300给DU 208和RT_s210供电的电源经过滤波，使得任一RT_s210可以从六条E1链路300的任一条或多条得到供电。图9表示这种电源分配方式。在TUI202处，电源滤波器900接收+/-130VDC电压，并将它送到六条E1链路300。在E1的DU端使用了类似的滤波器900，使电源与每一链路上的信号分开，使各链路上的电源均能为各RT_s210所用。这允许按照RT_s210的需要分配所有六条E1链路上的电源，如果一个E1链路300传送大的话务量，由它可从另一E1链路300取得电源。电源滤波器900可以用公知的低通滤波技术实现，诸如幻线变压器网络或二极管“或”网络。

内部通信

交换网的信令功能系指在网路的各种终端、交换节点和用户之间转移网路有关的控制信息的装置。本发明的DDL系统在TUI202、DU208和RT_s210间的E1链路上采公共信道信令(CCS)。CCS的特征在于，对于与一组数据通路相关的各信令功能使用单一个专用控制通路。在本发明描述中，系统各组成部分使用每一E1链路的时隙16(或通路16)作为控制通信。

对于同步的传输，须使用特定的线路编码，以保证每一接收机能使本地取样时钟与来向信令速率同步。本发明的DDL系统采用数据通信的同步数据链路控制(SDLC)协议。SDLC基于一种零比特插入(a Zero-bit-insertion)算法，除包含一个环路工作的特定轮询标志外，类似于CCITT的高级数据链路控制(HDLC)。作为链路控制器的TUI202，给RT_s210发送消息，并轮询它们，以收集它们给TUI202的任何消息。RT_s210和DU_s208由于没有要传送的控制信息而相互不进行通信。当TUI202对于收集E1链路上RT_s210来的消息准备就绪后，它发出一个轮询标志(11111110)。当RT210检测到该轮询标志后，它须确定是否它有要发送的消息。如果它没有，则简单地重复该轮询标志，送回到环路。如果它有要发送的消息，则改变轮询标志的最后一位为1，使之成为一个正常的帧间填充标志，并将它的消息传送给环路。当消息发出后，RT210将一个轮询标志送回环路，所以链接的下一个RT210可以传送它的消息。TUI202的作用既是始发者又是终止者，所以它发送的每一消息最终被收到。

呼叫处理、维护和管理

关于呼叫处理，每一RT210通过扫描用户卡700检查用户100的状态，并将状态报告TUI202。TUI202确定要采取的适当运作，与CO交换机102通信，并给RT210发送命令，控制用户卡700。DU208不参与呼叫处理。

关于维护，每一DDL组成部分对它的处理器电路进行后台检查。每一部分还负责监视电源，若超过电源功率门限，则采取保护措施。TUI202的维护软件控制对所有其它电路测试和检查的执行。TUI202的维护软件还负责告警处理、故障隔离及差错修复。对所有应用系统的组成部分的软件装入由TUI202的维护软件协调。TUI202、DU208和RT210都具有维护接入端口(MAPs)，这种端口允许维护人员通过诸如RS-232一类的通信用的数字口将一个小型便携式计算机接入系统，借此监视系统的关键的功能。这种连接借助电子插接件在TUI202上进行。因为在室外常受到潮湿和环境污染，DU208和RT210的有源电子器件都放在特制的密封盒内。因此，DU208和RT210的MAP_s最好通过类似家用电器遥控器所用的红外线链接装置构成。密封盒上具有透明窗，使得在不暴露电子电路板的条件下，允许这些信号从处理器板传送到装在窗附近模块上一个红外线收发机。对于即使几百次插接之后仍须可靠密封的密封连接，本系统不再需要。后面一节中对DDL系统的封装进行详细描述。

管理方式是由在TUI202中的管理软件控制的。当RT_s210和DU208从TUI202接收到管理命令时，其具有简单的管理软件能够管理它们的各自部分。

传输媒介

上面描述的传输通路是采用线对，但这些通路也可以用各种设备实现，包括同轴电缆、点对点微波链路及光纤。

利用诸如同轴电缆或光纤一类的频带更宽的传输媒介，可以更经济地实现大电路数目的应用。一条同轴电缆可以代替100条扭绞线对，从而大大减少所需金属线的数量。此外，更宽频带的同轴电缆系统考虑到同时传送多路并具有明显优点的闭路电视信号。闭路TV的频谱通常大约限制在50MHz至500MHz，约有75个频道，每个频道带宽6MHz。这留下更低频的50MHz范围用于电话信号。

一个诸如本发明的DDL系统一类的系统，能够支持1000个用户，需要约13Mbit/s的数字带宽。在另一实施例中，本发明的DDL系统采用同轴电缆。这个实施例使用一种单频调制解调器设计，在电缆频谱的前50MHz频带容纳电话数据流。应用诸如正交幅变调制(QAM)一类编码技术，该系统在3MHz频谱上插入电话数据。为便于同时传输CATV和电视信号，在DU 208处的滤波机制分开各个E1_s后将它们送到RT_s210。同轴电缆将TUI202连接到DU208，而DU208与RT210的连接可以使用同轴电缆、扭绞线对或两者的组合。电源也可以通过同轴电缆或分开的扭绞线对进行传送。然而，在采用光纤系统的实施例中，电源须通过分开的扭绞线对进行传送，或在本地(分配单元附近)提供蓄电池。

同轴电缆系统的一个缺点是，它对较高频率的信号产生大的衰减。因此，沿传输线路需要中继器电路，以便对信号进行再生和放大。附加的电路增大了潜在的可靠性问题。然而，在电话所处的较低频率上几乎不遇到很大的衰减。因此，当中继器故障时，旁路所有中继器电路的一个低通滤波器允许低损耗的电话信路旁路故障的中继器。这就排除了与同轴电缆有关的任何潜在的电话可靠性问题。

同轴传输媒介进一步降低了RT210电子装置的成本。如前面所讨论过的，RT210包括E1成帧器电路，用以确定每一数据帧的起点。在每条E1链路的每一端都必须安装一个这种电路。给出一个附加的线对，便可以将必要的定时信息与数字数据一起传送，消除了对于昂贵的成帧器电路的需要。很清楚，在使用扭绞线对的系统中，这是不实际的，由于这使铜的重量增加50％。然而，因为同轴电缆频带宽，在不同频带传送定时信息是可能的，这消除了系统中的许多昂贵的成帧器电路。

DDL系统的封装

DDL系统组成部分的封装已做了专门设计，适于成本合理的应用，便于安装。室外电子设备通常封装在通风的机箱内，它使电子装置不受雨淋。由于温度变化引起的凝结借助于这些大、小功率系统中由于功耗的散发的热量防止。仅需几度的温差便足以防止机箱内电路板上水气凝结，从而防止水损坏。但为了满足本发明的上述性能和成本目标，须将本系统的室外部分安排在十分靠近用户的小单元中。此外，如在其它节描述的那样，系统的室外部分必须工作在十分低的功耗状态，以消除对现场蓄电池的需要。因此，DDL系统使用密封的模块封装单元，它分别地密封每一电路板，并采用密封的连接器，允许根据用户的要求灵活的安排。

建立一个DDL系统初始投资包括，位于中心局的一个TUI202和一个PC204，用于连接中心局与RT_s210的12条扭绞线对，以及RT210的室外机箱，该机箱安装在墙的外表面或支柱上。图8表示不带其保护盖的RT210，以图示其内部所用的模块封装。机箱的外表面具有防止机械损坏和故意破坏的措施，但不能赖以防止潮湿，因为技工常常探入，它本身又是低成本的结构。因此，RT机箱内的所有电子组成部分都进行了特殊地密封。

RT210包括一个密封的底板800，它是设计上的模块。每一底板模块800包括几个(例如三个)密封的连接器802，它接受密封的有源电子模块804。连接器802也最好用Raychem公司研制的专门密封凝胶进行密封，这种密封凝胶在美国专利No.5,111,497中有详细描述。

密封的有源电子模块804包括支持一组用户终端所需的所有RT210有源电路，它包括一个透明窗812，该窗用来观察安装在电路板上的状态指示灯。该透明窗还考虑到将红外线信号送到装在模块上的红外线收发器，以连接到维护接入口(MAP)。

每一底板模块800可以利用一个总线跳线器806和凝胶密封的总线跳线连接器808连接到另一个模块800。底板模块800连接到一个终端单元810，后者装有许多个(例如96个)密封的终端。在应用系统过程中，可能在一段时间是不使用某些连接器802和808，不使用的连接器易于受水和残渣损坏。为了防止这类损坏，每个连接器备有一个帽，用来保护连接器，直到它被使用为止。为保证所有连接器或与一个模块连接，或由保护帽罩盖，保护帽和有源模块804中有两个插脚，用以起动一个“未罩盖连接器告警”。在最优实施例中，这两个插脚一起被短路。RT210或DU208的处理器扫描这些接点，并确定它们是否都被短路。如果有任何不被短路的情况，则TUI202中响起告警声向管理人员告警，所以能够使状态得到改正。

由于在本发明的最优实施例中将其电子装置的主要部分放在室外，确保每一有源模块804的密封完整是关系重大的。为了监视这些密封模块的状态，在每个有源模块804中安装有湿度传感器。如果在密封模块周围的湿度超过某一水平，例如70％，TUI202中会发出告警声向管理人员告警，所以漏气的模块可以被替代和修理。

应当指出，本发明的DDL系统具有独特的分布特性和模块化设计，考虑到了终端、连接器和模块的密封。在功耗和设备密度十分高的常规系统中，主要关注的是过热。因此，不断的空气流通是最紧要的，大多数情况下必须消除密封材料的使用。

RT_s210放在安全的机壳中，最好有两个机箱，一个机箱密封电子组成部分(有源电子模块804)，另一个密封接线终端(终端单元810)。这些机箱用两个特制的扳手锁定，一个扳手只开接线的机箱，而另一个可以打开两个机箱。为了更安全起见，RT210机壳装备有干扰告警装置。可以采用霍尔效应或类似的装置，以触发在中心局指示任一机箱开门的告警状态。在管理台上可以要求告警无效。

因此，本系统允许用户在一段时间里获得更昂贵的电子模块804，使初始成本最低。由于在新发展的建设阶段对所有潜在用户安装了用户接线(从RT_s210至用户100，一个相对短的距离)，DDL系统增加更多用户变得十分容易，只需插入一个新的有源电子模块804。

作为结论，本发明提供一种具有分布结构的数字环路载波系统，它提供快速和成本合理地推广使用电话业务。虽然上面是对本发明的优选实施例进行的完整描述，但使用各种改变修改和等效方案也都是可能的。所以，本发明的范围不应根据以上描述确定，而应当根据所附的权利要求书及其等效物的全部范围确定。

Claims

1.一种为许多用户提供电话业务的分布数字环路(DDL)电话系统，包括：

一个中继单元接口，位于中心局，并经由第一数字传输媒介与一个中心局交换机相连接，同时能够与所述中心局交换机接口；

至少一个分配单元，位于靠近所述许多个用户，并经由第二数字传输媒介接至所述中继单元接口，所述分配单元用于分配电源和管理话务室；及

至少一个远程终端，位于靠近所述许多个用户，并经由第三数字传输媒介接至所述至少一个分配单元，所述至少一个远程终端用于支持许多个用户设备。

2.权利要求1的DDL系统，其中，所述第一数字传输媒介包括第一多条E1链路，所述第二数字传输媒介包括第二多条E1链路。

3.权利要求2的DDL系统，其中，所述第一多条E1链路包括四条E1链路，所述第二多条E1链路包括六条E1链路。

4.权利要求1的DDL系统，其中，所述第一数字传输媒介采用同轴电缆。

5.权利要求1的DDL系统，其中，所述第二数字传输媒介采用同轴电缆。

6.权利要求1的DDL系统，其中，所述第一和第二数字传输媒介采用同轴电缆，其中所述同轴电缆传送电话和电视信号。

7.权利要求1的DDL系统，其中，所述第一数字传输媒介包括传送数据的光纤和传送电源的扭绞线对。

8.权利要求1的DDL系统，还包括一个接至所述中继单元接口的用户接口装置，用于DDL系统的用户管理和维护。

9.权利要求8的DDL系统，其中，所述用户接口装置是一个个人计算机。

10.权利要求8的DDL系统，其中，所述中继单元接口还包括：

一个处理器装置，接至所述用户接口装置，用于响应来自所述用户接口装置的命令，控制系统的配置和管理；

一个时隙交换单元，用于将任一内部DDL时隙接至任一中心局交换机时隙；

一个时钟同步电路；

至少一个双音多频(DTMF)卡；

一个接至所述处理器的信号音发生器，用于产生用户业务所需的信号音；及

一个控制总线，将所述的处理器接至所述时隙交换单元、所述时钟同步电路、所述至少一个DTMF卡和所述信号音发生器。

11.权利要求10的DDL系统，其中，所述中继单元接口还包括：

至少一个E1成帧器卡，接至所述控制总线，用于控制E1链路；及

一个接至所述控制总线的R2MF卡，用于提供R2协议的信号音发生和检测。

12.权利要求11的DDL系统，其中，所述中继单元接口还包括：

一个第二处理器装置，接至所述控制总线，提供与多个不同类型的交换机链路的接口；

一个信号音检测装置，接至所述控制总线，用于检测SS7协议的连续测试音；及

一个附加插槽，接至所述控制总线，用于系统的扩充。

13.权利要求2的DDL系统，其中，所述至少一个远程终端是多个远程终端，所述至少一个分配单元包括：

一个交换网路，连接在所述第二多条E1链路和所述多个远程终端之间，所述交换网路用于将所述多个远程终端的任一个交换到所述第二多条E1链路的任一条；及

一个处理器装置，接至所述交换网路，用于控制所述交换网路。

14.权利要求13的DDL系统，其中，所述多个远程终端以逻辑环形和物理星形与所述分配单元相连接。

15.权利要求13的DDL系统，其中，所述处理器装置经由所述第二多条E1链路中的一条与所述中继单元接口通信，所述处理器根据所述多个远程终端的功耗控制所述交换网络的交换。

16.权利要求13的DDL系统，其中，所述分配单元还包括接至所述第二多条E1链路的装置，用于对电源滤波，以允许所述多个远程单元的任一个能够从所述第二多条E1链路中的任一条或多条取得电源。

17.权利要求1的DDL系统，其中，所述至少一个远程终端包括：

多个用户电路，用于驱动相应的多个用户设备；及

一个处理器装置，接至所述多个用户电路，用于控制所述多个用户电路。

18.权利要求17的DDL系统，其中所述多个用户设备包括模拟和数字电话机的任意组合、计算机、付费电话机。

19.权利要求17的DDL系统，其中所述多个用户电路中的每一个包括采用变压器装置的一个用户环路接口电路。

20.一种分布数字环路(DDL)电话系统，为多个用户提供电话服务，包括：

一个中继单元接口，位于中心局，并经由第一数字传输媒介接至中心局交换机，能够与所述中心局交换机接口；及

至少一个远程终端，位于靠近所述多个用户，并经由第二数字传输媒介接至所述中继单元接口，所述至少一个远程终端用于支持多个用户设备；

其中，所述至少一个远程终端和多个用户从所述中心局供电。

21.权利要求1的DDL系统，其中，所述中继单元接口能够与大多数中心局交换机接口，而与生产者无关。

22.权利要求17的DDL系统，其中所述用户电路的功耗在挂机状态小于20mW。

23.权利要求17的DDL系统，其中，所述用户电路在挂机状态提供35伏电压，在摘机状态提供21mA电流，在阻塞状态下小于1mA。

24.权利要求1的DDL系统，其中，所述至少一个远程终端放在一个安全的机壳中，该机壳包括：

至少一个底板，该底板包括至少一个连接器；

至少一个有源电子模块，它具有一个连接器，适合插入所述至少一个底板上的所述至少一个连接器，所述模块用于组合支持多个用户子设备所需有源电路；及

一个终端单元，接至所述至少一个底板，用于组合多个终端。

25.权利要求24的DDL系统，其中，所述至少一个底板包括有桥连接器，用于与另一个使用桥总线的底板相连接。

26.权利要求25的DDL系统，其中，所述至少一个底板上的所述至少一个连接器中的任一连接器和所述桥连接器之一不使用的连接器，应用匹配帽罩盖。

27.权利要求26的DDL系统，其中，所述至少一个底板上的所述至少一个连接器中的任一连接器和所述桥连接器之一个未盖帽的连接器应启动告警。

28.权利要求25的DDL系统，其中，所述至少一个远程终端的容量，可以通过在所述底板连接器上加装若干所述至少一个有源电子模块的方法予以扩充。

29.权利要求28的DDL系统，其中，所述至少一个有源电子模块用特殊的密封罩保护，其中所有的连接器都加以密封。

30.权利要求29的DDL系统，其中，所述连接器是凝胶密封的。

31.权利要求29的DDL系统，其中所述密封罩包括一个透明窗，用以观察发光器件。

32.权利要求28的DDL系统，其中，所述至少一个有源电子模块还包括一个接至系统处理器的湿度传感器。

33.权利要求32的DDL系统，其中，如果所述湿度传感器指示所述至少一个有源电子模块内部的温度大于预定的门限，所述系统处理器则启动一次告警。

34.在一个对多个用户提供电话业务的分布数字环路电话系统中，有一分配单元，位于靠近所述多个用户的子设备处，所述分配单元包括：

一个处理器；

多个交叉连接接线器；及

一个控制总线，用于连接所述处理器和所述多个交叉连接接线器。

35.权利要求34的分配单元，其中，所述多个交叉连接接线器中的每一个将从中心局来的至少一条传输线路，与以环路接至相应多个用户的多条传输线路相连接。

36.权利要求35的分配单元还包括汇合电源的装置，该装置汇合从每一所述多个交叉连接接线器的至少一条传输线路上所收到的电源；

借此，以所述环路接至所述的相应多个用户的所述的多条传输线路中的任一条，可以从所述的中心局起始的至少一条传输线路的任一条上取得电源。