CN1330485A - 用于将宽带语音和数据信号连入电话系统中的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在一种向塞尖和塞环电话提供话音频带和宽带信号的设备中,第一对驱动器分别为塞尖和塞环线路部件提供至少包括直流信号的信号,并且第二对驱动器为塞尖和塞环电话提供宽带信号。馈送部件为电话线路的塞尖和塞环部件组合所述各个驱动器的输出。

Description

用于将宽带话音和数据信号连入电话系统中的方法和设备
本发明涉及电话技术领域，具体涉及用于将宽带话音和数据信号连入电话系统的方法和设备。本发明适用于，但不局限于，在存在话音频带(直流-4000Hz)的信号时，将一个DSL模拟前端电路连接到一条用户线上。DSL(数字用户线)是一种允许将宽带数据信号添加到本地用户环路上的服务。
随着互联网的普及，电话公司正在为用户提供越来越多的宽带服务。一种这样的服务就是DSL(数字用户线)，其中话音频带的传统电话业务(POTS)和更高频段的DSL服务同时被提供到同一对铜线上。然而，这导致出现了几个问题。话音频带的POTS和DSL服务对交流和直流的要求都是不同的。POTS需要一个直流电压和电流用于线路信令和话音传输，而DSL服务仅在交流模式下工作。POTS的线路阻抗的范围是600到1000欧姆，实数域或复数域，而DSL的线路阻抗大约是100欧姆。
当POTS处于挂机状态时，没有话音(交流)信号被传送到塞尖/塞环对上。经过塞尖/塞环对的是大约40V到48V的直流电压。通常，塞尖上的直流电压大约是0到-5V，塞环上的直流电压大约是-40V到-56V。典型的DSL信号具有大约18V的峰值电压。当DSL信号在POTS的挂机状态中被传送时，典型的塞尖和塞环处的信号如图2所示。
目前有两种普通的方法用于在同一塞尖和塞环对中提供POTS和DSL服务。一种方法是使用一个变压器和一个分离器。其中如图3所示分离器包括两个用于与DSL接口相连的电容器和一个用于POTS连接的低通滤波器(LPF)。
这两个电容器充当一个高通滤波器并将DSL线路阻抗和话音频带的POTS线路隔开。该电容器还用于将POTS线路的直流电压与DSL的线路驱动器相隔离。这种方法的缺点是需要相对昂贵和体积庞大的变压器和分离器。
另一种方法如图4所示，使用普通的固态差动驱动器将POTS信号和DSL信号直接驱动到普通铜线对上。总的馈送阻抗，2Zf，与DSL的负载阻抗相适应。如图2所示，DSL信号需要一个大约是40Vpp的交流摆幅。当线路处于挂起(空闲)状态以满足中心局(CO)的要求时，POTS需要在塞尖和塞环之间具有大约是40V到48V的直流电压。如图2所示，在POTS的挂起状态中传送DSL信号的情况下，驱动器需要一个大约80V(V+减V-等于80V)的直流电源电压来将信号驱动到塞尖和塞环上。
对典型的100欧姆的DSL负载和一个3Vrms。的信号来说，驱动器需要提供大约30mA的电流。因此对一个80V的电源来说，功率消耗大约是2.4W。在这种配置下，为了提供所需要的塞尖/塞环直流电压，线路驱动器需要被偏移到80V而不是40V，因此大约50％的功率浪费在线路驱动器上。经过DSL负载和馈送元件而损耗的功率大约是0.2W，(2×(100欧姆×30mA2))。因此驱动器中的功率损耗大约是2.2W。对普通的集成话音和数据的电话线路服务来说，大部分时间POTS线路是处于挂起状态的，而DSL则处于激活状态。这就使得普通固态驱动器的功率效率低下。
本发明的一个目的是缓和这个问题。
根据本发明，提供了一种向塞尖和塞环电话线路提供话音频带和宽带信号的设备，包括用于向所述各个塞尖和塞环线路部件提供至少直流信号的第一对驱动器，用于向所述塞尖和塞环线路部件提供宽带信号的第二对驱动器，以及馈送部件，用于分别为所述电话线路的塞尖和塞环部件组合所述的各个驱动器的输出。
宽带信号通常是DSL信号。话音频带信号可以和直流信号一起从第一对驱动器通过，或是和宽带信号一起从第二对驱动器通过。
在一个实施例中，馈送部件在宽带信号的频带内将输出阻抗与线路阻抗相匹配，而话音频带中的输出阻抗通过话音频带传送信号的反馈而匹配。
驱动器通常是固态集成电路器件。
本发明还提供了一种提高塞尖和塞环电话的集成话音和宽带服务在传送中的功率效率的方法，包括通过第一对驱动器分别为所述塞尖和塞环线路部件提供至少直流信号，为所述塞尖和塞环线路部件向第二对驱动器提供宽带信号，用馈送元件为所述各个电话线路的塞尖和塞环部件组合所述各个驱动器的输出。
参考附图，将通过示例对本发明进行更为详尽的描述。其中：
图1是根据本发明的原理得到的连接电路的方框图；
图2是进行DSL传输的，处于POTS挂起状态中的塞尖/塞环电压；
图3是连接DSL到驱动器的变压器和电容器；
图4显示了对POTS和DSL传输的直接驱动。
在给出了根据本发明的原理而得到的连接电路的图1中，输入信号105、110被分别馈送到差动放大器104、109。信号105可以仅包含直流信号，也可以包含话音频带信号，但不包含宽带信号。信号110包括宽带信号，通常是DSL信号，如果在信号105中没有包含话音频带信号，则在信号110中也可以包括话音频带信号。
差动放大器104、109的非反相输出被分别馈送到驱动器103和108的输入端，再经过馈送网络102、106、107连接到电话线路的塞尖部件101。差动放大器104、109的反相输出被分别馈送到驱动器116、112的输入端，驱动器116、112经过馈送网络111、115、113与电话线路的塞环部件114相连。
驱动器103和116具有一个从直流到最小4kHz的工作频带。至少有两种方法使用驱动器103和116。
驱动器103和116可以以一种接近于传统POTS的单独SLIC(单线接口电路)驱动器的方法工作。驱动器103和驱动器116用于通过馈送阻抗102和115，在挂机和摘机状态中提供塞尖/塞环线路的直流电压和回路电流，来向塞尖101和塞环114发送话音、振铃以及其他声音频带信号。如特殊的CO应用要求所定义的那样，塞尖和塞环上的直流电压可以在大约0V到大约-60V之间变化。根据是支持平衡振铃还是支持不平衡振铃，向驱动器103和116提供的直流电可以在大约50V到200V之间变化。任何来自数据驱动器108和112的直流电压都被电容器106和113隔开，以免与在塞尖101和塞环114上的直流电压相干扰，反之亦然。
驱动器103和116还可以仅仅提供传统的POTS直流线路信令电压和回路电流，而不用传输任何话音频带的交流信号。
根据SLIC整个系统的构架，驱动器103和116可以仅仅提供直流信号或是同时提供直流和交流话音频带信号。交流信号驱动器
差动驱动器108和112用于将交流信号传送到塞尖101和塞环114上。交流信号可以仅仅是DSL类型的数据频带信号，也可以同时是DSL类型的数据频带信号和POTS话音频带信号。根据SLIC整个系统的架构，交流信号的类型可以仅仅是DSL类型的信号，也可以是DSL类型加上话音频带信号。
差动驱动器108和112通过馈送阻抗107和111以及电容器106和113将交流信号传送到塞尖101和塞环114上。由于电容器106和113可以将任何来自塞尖101和塞环114的直流电压与交流信号驱动器108和112相隔开，因此驱动器108和112的输出可以以任何对驱动器设计便利的直流电压电平来进行偏移。交流信号驱动器108和112仅仅需要满足最大交流信号幅度的要求。对DSL类型的信号来说最大幅度大约是40Vpp，这比用于POTS话音频带信号的要小得多。假定在DSL信号频带中塞尖101和塞环114的输出阻抗等于DSL负载阻抗，那么驱动器108或112的最大摆幅就与最大数据频带信号的幅度相等。由于话音频带信号也具有一个小得多的最大幅值，因此为驱动器108和112提供的电压等于最大数据频带信号的摆幅加上驱动器开销。对DSL类型的信号来说，最大信号摆幅大约是40Vpp。因此驱动器108和112需要提供的电压大约是45V到50V。这个提供电压是完全独立于POTS的直流电压要求的。
线路阻抗可以由无源馈送部件102、106、107、111、113和115单独设置，或是由无源馈送部件与经过实时传送作用再次返回到塞尖101和塞环114的来自塞尖101和塞环114的传送信号的反馈一起来设置。
线路阻抗值根据信号频带而变化。在话音频带(300-4000Hz)中，线路阻抗满足POTS线路阻抗要求。实际值依赖于CO应用并且范围是在600欧姆到1000欧姆，实域或复域。对DSL传送来说，传送频带内的线路阻抗大约是100欧姆。用于POTS的线路阻抗要求远比用于DSL类型的严格。一种满足POTS线路阻抗要求和DSL线路阻抗的优选方法是将无源馈送部件102、106、107、111、113和115与DSL线路阻抗在DSL频带中相适应，并使用无源馈送部件在话音频带传送信号反馈，以此在话音频段内提供POTS线路阻抗。
通用SLIC塞尖/塞环驱动器的总的功率消耗是驱动器103和116以及驱动器108和112的功率损耗的总和。每套驱动器的功率消耗与彼此的操作是独立的。与单独的差动塞尖/塞环驱动器相比较，功率损耗方面所作的最大改进是在POTS的挂机状态中，DSL正在操作的时候。
在POTS的挂机状态中，塞尖/塞环回路中没有通过直流电流。驱动器103和116的功率损耗仅仅是用在设置塞尖101和塞环114的直流偏移上。由于在DSL负载中没有直流电流通过并且驱动器都是交流耦合的，因此这种功率损耗完全独立于交流信号驱动器108和112的操作。对高效的驱动器设计来说，驱动器103和116可以只消耗0.1W的功率。
交流驱动器108和112的功率损耗等于流过DSL负载和POTS驱动器馈送部件102和115的电流与驱动器提供电压的乘积。对通常的DSL操作来说，总的电流大约是30mA，并且驱动器电源电压大约是40V。因此，DSL线路运行的功率损耗大约是1.2W。与用于直流驱动器的0.1W合在一起，总的功率损耗大约是1.3W。这与在第2部分中所述的一个单独的差动塞尖/塞环驱动器对所消耗的2.4W相比，节约了1.3W。
随着馈送阻抗在大约100欧姆时与DSL的负载阻抗相匹配，在DSL负载和馈送阻抗中损耗的功率大约是0.18W(200W×30mA2)。与第2部分所述的普通交流和直流驱动器设计的2.22W(2.4W-0.18W)相比较，驱动器中的功率损耗大约是1.12W(1.3W-0.18W)。
当DSL线路空闲时，数据频带驱动器108和112的功率损耗大约是0.1W。
在POT的振铃和摘机状态中，在话音频带信号通过驱动器101和106传送的情况下，驱动器103和116的功率损耗是典型POTS唯一的驱动器设计的值，再加上通过交流驱动器馈送部件106、107、111、113的电流与POTS驱动器电源电压的乘积。在话音信号通过交流驱动器108和112进行传送的情况下，由于提供交流驱动器108和112的电压小于驱动器103和116的电压，因此总的功率损耗要少于使用驱动器103和116的功率损耗。
上述设备避免了在一个在同一通信介质进行话音和数据传送的系统中使用变压器和分离器，并且提高了集成的话音和DSL的服务的功率效率。

Claims (18)

1.一种用于向塞尖和塞环电话线路提供话音频带信号和宽带信号的设备，包括：第一对驱动器，用于分别为所述塞尖和塞环线路部件提供至少包括直流信号的信号；第二对驱动器，用于分别为所述塞尖和塞环线路部件提供宽带信号；以及馈送部件，用于分别为所述电话线路的塞尖和塞环部件组合所述各个驱动器的输出。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述馈送部件是无源阻抗部件。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述馈送部件包括将所述第二对驱动器与直流信号相隔离的电容器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二对驱动器是差动驱动器。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括一对差动放大器，分别接收至少包括直流信号的第一信号和包括所述宽带信号的交流信号，所述第一对差动放大器的输出分别馈送到连到电话线路塞尖部件的驱动器，第二对所述差动放大器的输出分别馈送到连到电话线路塞环部件的驱动器。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述差动放大器的非反相输出被馈送到连接到电话线路塞尖部件的驱动器，所述差动放大器的反相输出被馈送到连接到电话线路塞环部件的驱动器。
7.如权利要求2所述的部件，其特征在于，所述馈送部件在宽带信号的频段中与线路阻抗相适应，并且发送信号的话音频带反馈被用于在话音频带提供与线路阻抗相匹配的输出阻抗。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述宽带信号是DSL信号。
9.一种方法，用于在一个塞尖和塞环电话的集成话音和宽带服务的传送中提高功率效率，包括：通过第一对驱动器分别为所述塞尖和塞环线路部件提供至少包括直流信号的信号；通过第二对驱动器分别为所述塞尖和塞环线路部件提供宽带信号；用馈送部件分别为所述电话线路的塞尖和塞环部件组合所述各个驱动器的输出。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述馈送部件是无源阻抗部件。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述馈送部件包括将所述第二对驱动器与直流信号相隔离的电容器。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二对驱动器是差动驱动器。
13.如权利要求9所述的方法，进一步包括：至少包括直流信号的第一信号和包括所述宽带信号的第二信号分别通过一对差动放大器，第一对所述差动放大器的输出被馈送到与电话线路塞尖部件相连的驱动器，第二对所述差动放大器的输出分别馈送到连到电话线路塞环部件的驱动器。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述差动放大器的非反相输出被馈送到连接到电话线路塞尖部件的驱动器，所述差动放大器的反相输出被馈送到连接到电话线路塞环部件的驱动器。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述馈送部件在宽带信号的频段中与线路阻抗相适应，并且发送信号的话音频带被反馈用于在话音频带提供与线路阻抗相匹配的输出阻抗。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述第一对驱动器提供话音频带信号和直流信号。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过第一对驱动器仅提供直流信号，并且通过所述第二对驱动器提供话音频带信号和宽带信号。
18.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述宽带信号是DSL信号。
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