CN1350737A - 在家用网络中耦合模拟用户线的装置和方法 - Google Patents

在家用网络中耦合模拟用户线的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一个在客户前端内建置的家用网络环境(10),该客户前端有一个专用小交换机(PBX)(16),以将模拟电话信号输出至已安排成星状拓扑(18)的双绞配线,而建置的方式是沿着双绞配线,并行地加入一个高通滤波器(30)。在不干扰PBX(16)模拟电话信号的交换操作下,该高通滤波器(30)使位于成对电话线之间的网络数据信号得以传递,这里的成对电话线是指连接至PBX的电话线。高通滤波器(30)可以在PBX(16)内建置,作为改进的PBX系统,以符合家用网络,或者也可以让高通滤波器(30)以外加的方式,附加到PBX系统,作为现有的客户前端的改进操作功能。

Description

在家用网络中耦合模拟用户线的装置和方法
发明领域
本发明涉及网络接口，尤其涉及连接到电话线路媒体的网站与网站之间，控制数据传输的方法和系统。
发明背景
本地局域网络使用一条网络缆线或者其它形式的媒体将网站连接上网络，而每一种本地局域网络架构都会利用装置在每一台上的媒体存取控制致能网络适配卡(media access control(MAC)enablingnetwork interface cars)，分享对于该媒体的访问。
传统的本地局域网络架构使用的媒体存取控制，其操作的模式是根据半双工(half-duplex)或全双工(full duplex)的以太(Ethernet，ANSI/IEEE standard 802.3)协议，而这些协议所使用的如10 BASE-T之类预先规定好的网络媒体。较新的操作系统则需要一种网站以便可以检测网络是否存在。在一个以太10 BASE-T的环境中，网络的检测是借着一个连接脉冲(link pulse)信号的传送而达成，而该脉冲信号的发送是由物理层(physical layer，PHY)发射接收机(transceiver)所产生。在10 BASE-T媒体上的周期性连接脉冲是被一个PHY发射接收机所检测，根据这些周期性连接脉冲的检测，可以决定在网络媒体中另一个传送脉冲的网站是否存在。因此，无需数据封包的传送或接收，在网站A上的PHY发射接收机可以检测网站B是否存在，而该检测方法是通过接收网站B上PHY发射器所发射到10 BASE-T媒体上的连接脉冲。
一些努力已经在进行中，企图建立一种可以趋使计算机连接在一起的架构，这种架构使用传统的双绞电话线，而非如10 BASE-T之类已形成的本地局域网络媒体。像这样的安排，从现在起，本文称之为家用网络环境，这样的网络环境使用一般家庭现有的电话线以建构家用网络环境，在建构上具有相当的优势。然而，因为家庭中电器的影响，会产生噪声，进而干扰电话线的品质。这些会产生噪声的干扰源，例如调光器开关、家用电器的变压器等等。除了易被干扰外，双绞电话线还会受到摘机和挂机时瞬间开启变换的影响，也会受到标准POTS电话的噪声脉冲和电器与冷气空调等电力系统的影响。
电话连接网络还有其它的问题，也就是传送波形的信号条件(即形状)和网络连接拓扑很有关系。在双绞电话线媒体中众多的分支连接点，以及这些分支连接点的的长度，都有可能在传输网络信号当中产生多重信号反射。电话连接拓扑可能会使某一个网站的网络信号产生10到20微伏特等级的峰对峰(peak-to-peak)电压，然而另一个网站的网络信号可能有1到2伏特等级的电压。因此，所接收的脉冲的振幅和形状可能有很大的变形，使得从所接收到的脉冲复原其传送时序或数据是一件很困难的事。
因为欧洲电话系统使用网络终端基本存取(Network TerminationBasic Access，NTBA)器件，这种器件是用做居住客户前端(residential customer premises)和以综合业务数字网络(Integrated Services Digital Network，ISDN)为本的信号二者之间的接口，所述以综合业务数字网络为本的信号是由公共电话交换网络中的中心局负责发送和接收，所以欧洲电话系统还有另外一个问题，特别地，欧系电话系统通常使用一个专用小交换机(private branchexchange)，这些交换机脚耦合至NTBA的客户前端端，因此透过各别的双绞电话线传送载有连接语音信息的模拟电话信号，由此将模拟电话器彼此连接成复杂的拓扑。因此，具有客户前端的模拟电话会借着专用小交换机连接成星状(star-type)拓扑。但是，在PBX中的电话交话又被设计成可以传送4kHz以下的电话信号，以避免传送一秒一兆位或一秒一千万位数据传输率等较高频率的网络数据信号。
发明概述
需要一种安排，其可以将计算机端点和专用小交换机连接彼此连接，这里所述的计算机端点是指有电话线连接在其上，而专用小交换机是指可供模拟电话信号连通的交换机。
需要一种可以在欧洲系系统中实现家用计算机网络的安排，此种安排在现存的客户前端中只会有极小的变动，而欧洲系系统中采用了专用小交换机以提供居住电话服务。此外也需要一种安排，其可以在具有星状组织PBX系统的客户前端中实现可传输网络数据信号的家用网络。
这些和其它的需要都可以通过本发明而达成，在本发明中，有一个高通滤波器在电话线和专用小交换机之间彼此连接，以使在个别连接端站的电话线和电话线之间得以传输网络数据信号。
根据本发明的特点，其将提供一种方法以连接第一个与第二个的计算机终端站，而这些第一个与第二个的计算机终端站在家用电话网络中又分别和它们的第一对和第二对的电话线相连接，每一对电话线都有相对应的模拟端口和专用小交换机(PBX)连接，而PBX配置为可以在第一对或者第二对的电话线上传输模拟电话信号。所发明的方法包括将一个高通滤波器连接在第一对和第二对的电话线之间，经由该高通滤波器，在第一个和第二个的计算机终端站之间传送网络数据信号，而传送的信号频率可以大幅超过模拟电话信号。因此该高通滤波器可以使网络数据信号绕过PBX电路，而不会干扰模拟电话信号。
根据本发明的另一特点，计算机网络包含第一个和第二个终端站，第一对和第二对的双绞电话线，而这些电话配线上分别有第一端点耦合至第一和第二终端站，计算机网络也包含一个专用小交换机，其耦合第一和第二对双绞电话配线的第二端，且配置成可以在第一对和第二对的双绞电话线和高通滤波器中的任何一项之上传输模拟电话信号。高通滤波器连接在第一对和第二对的电话线之间，因此能在第一个和第二个的计算机终端站之间传送网络数据信号，而传送的信号频率可以大幅超过模拟电话信号。
其它关于本发明的优点和新特点，部份将在下面的说明中显明出来，而对本技术已熟悉的人士而言，在检视本发明的说明和实施，其它部份将变得清楚明了。本发明的优点可以通过权利要求中的阐述，得到更佳的了解。
附图说明
参考附图，其中相同的参考标号代表相同的组件，这些附图包括：
图1是一个方块图，用以展示根据本发明的实施例，实现于一个客户前端中的一个计算机网络，其中具有专用小交换机(PBX)。
图2是一个方块图，用以展示图1中网络的另一种变换形式，其中的高通电路耦合至PBX外部的双绞电话配线。
图3是一个方块图，用以展示图1和图2中根据本发明实施例中高通滤波器的详细内部构造。
实施本发明的最佳实施例
图1是根据本发明的一个实施例，所展示的是使用双绞线网络媒体的家用环境中所用的以太(IEEE 802.3)本地局域网络10。根据图1，家用环境包括一个网络终端基本存取(NTBA)组件12，该组件被设定将综合业务数字网络(ISDN)信号传送至公共电话交换网络，或由公共电话交换网络接收综合业务数字网络信号。就如本相关技术范围所认知，NTBA组件12是设定将ISDN形式的电话信号输出至一个4线S0数据总线(bus)14，该数据总线的2条线是传送路径，而另2条线是接收路径。一般而言，在欧洲家庭的实例中，该S0数据总线14可能有一个单独的端点，或者是多重的接头并行地连接，露在S0数据总线14之外。简单起见，只显示单独端点，如专用小交换机16所示。
专用小交换机16设定将S0数据总线14上的电话信号耦合至多对双绞配线18，该多对双绞配线被用来将模拟电话20或者透过调制解调器22的计算机连接至星状拓扑网络。
传统PBX系统，如图2所示的PBX16’，其包含一个第一个连接端24，它的功用是连接NTBA 12上的S0数据总线14，也包含一个模拟交换器26和多个模拟接口连接器28。交换器26被设定在NTBA12和模拟电话20之间交换电话信号，NTBA12是透过S0数据总线14和PBX连接，而模拟电话20则是透过双绞线18和PBX连接。因此，透过各自的双绞线18，交换器26可以将两具电话机20a和20b彼此连接，也可以透过NTBA 12将电话20连接至公共电话交换网络。交换器26提供8对双绞线(A，B)连接至连接端28。在PBX 16和16’中，每一对双绞线有其相对应的连接点(A，B)28。例如，电话20a的一对电话线即连接至接点A1和B1，而终端站22a的一对双绞线连接至接点A2和B2，电话20b的一对电话线连接至接点A3和B3，依此类推。
根据上面所陈述的，传统的PBX16’有一个限制，即为了在连接器28之间交换模拟电话信号，交换器26的频宽被限制在4kHz。因此，如果有一个使用者想要将终端站22a和22b直接连接至PBX16’，交换器26会将终端站22所产生的高频家用网络信号衰减下来。
根据所揭示的实施例，有一个高通滤波电路(HPF)30加至交换器26和被连接的双绞电话线18之间，这样可以使终端站22a和22b所传送的高频网络数据信号(即家用网络信号)绕过交换器26。因此，在具有星状拓扑电话网络的客户前端实现一个计算机网络。除此之外，高通电路30可以拒绝在模拟电话信号频宽内的低频信号，在不干扰模拟电话信号的正常交换操作下，使交换器不被经过而能传送网络数据信号。
如图1所示，PBX16包含一个在交换器26和连接器28之间耦合的高通电路。根据图3而即将详细描述的是图1和图2中高通滤波器30的实际连接情形，耦合每一对双绞电话线的对应线以形成高通电路，以使每一对双绞配线18是并行连接。
图2是一个方块图，用以展示图1中网络的另一种变换形式，其中的高通滤波器30耦合至PBX16’外部的双绞线媒体18。因此，图1的PBX16可视为传统PBX系统16’的改进形式，而如图2所示的结构的优点则在于其可以将现有的客户前端系统升级或更新，因为现有的客户前端已安装传统PBX系统16’。
图3是一个方块图，用以展示图1和图2中根据本发明实施例中高通滤波器的详细内部构造。如图3所示，高通滤波器30包含连接点40、42、44和46，以便和第一和第二对18的电话线相连接。特别的是，连接点40、42、44和46分别耦合至连接器28上对应的连接点A1、B1、A2和B2。因此，连接点40和42建立一个跨越对应至终点站20a的双绞线的高通滤波器，而连接点44和46建立一个跨越对应至终点站22a的双绞线的高通滤波器。
特别的情况是，跨越连接点A1和B1所形成的高通滤波器是由电容器C1和C2，以及电感组件50等组成，其中电感组件50在图中以阻塞器(choke)标示。此外，阻塞器50包含一个耦合至节点A和B的第一级线圈52。高通滤波器30的节点A和B是以电容性的方式耦合至每一对双绞线上相对应的电话线。例如，节点A是以电容性的方式耦合至端连接点A1、A2、A3、…、A8，而节点B是以电容性的方式耦合至端连接点B1、B2、B3、…、B8。因此，阻塞器50的第一级线圈52提供一个跨越在所有附属双绞电话线18之上的电感负载，形成一个和双绞电话线18并行的连接，因而可以在比模拟电话信号高出许多的频率下传输网络数据信号。
如图3所示，阻塞器50也包含一个第二级线圈54，它在电性上和第一级线圈相隔离。因为第二级线圈54是透过磁蕊56，以电感性的方式耦合至第一级线圈52，该电感耦合会复制一份被传输的网络数据信号至第二级线圈54。因此，第二级线圈54的端点可以作为额外的监视器，以监视通过第一级线圈52的被传输网络数据信号，而不会增加网络媒体的传输失真。
在某些情况，在端点A和B之间的电容值会非常的高，以致于在高频信号时，会在端点A和B之间形成一个短路。在这样的情况下，因此高通滤波器30需要一个第二高阻抗器件60，如图中所标示的阻塞器1，该阻塞器插在端点40和连接器28的真正端连接点A1之间，以及端点42和连接器28的真正端连接点B1之间，如此一来，该高阻抗器件60将会在该交换器26之内补偿高电容的效应，并消除高频网络信号时会发生的短路。
根据所揭示的实施例，有一个高通滤波器加到PBX之上，而且设定可供交换的模拟电话信号使用，它能在一个星状配线拓扑的客户前端电话系统，实现一个具并行形式且共享媒体的本地局域网络。因此，利用模拟PBX交换器，而且只有很小的变动，就能使家用网络技术在家庭前端中建置出来。
以上结合目前的最佳实施例对本发明进行了详细的说明，应当理解本发明并不局限于上述实施例。相反，本发明包括不脱离本发明权利要求的精神和范围的各种改进和等效替换。

Claims (16)

1.一种连接方法，根据该方法，可以连接第一个与第二个的计算机终端站，而这些第一个与第二个的计算机终端站在家用电话网络中又分别和它们的第一对和第二对的电话线相连接，每一对电话线都有相对应的模拟端口和专用小交换机(PBX)连接，而PBX配置为可以在第一对或者第二对的电话线上传输模拟电话信号，该方法包含：
将一个高通滤波器连接在第一对和第二对的电话线之间；以及经由该高通滤波器，在第一个和第二个的计算机终端站之间传送网络数据信号，而传送的信号频率可以大幅超过模拟电话信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中多对所述连接电话线被连接至所述的PBX，该方法更进一步包含：
将所述高通滤波器以并行的方式连接在多对连接电话线对之间，所述多对电话线包括该第一对和第二对电话线；以及
透过高通滤波器，在分别对应至计算机终端站的多对连接电话线之间，传送所述的网络数据信号。
3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括：在第一条电话线对的模拟端口和高通滤波器之间增加一个高电感组件，其作用是补偿PBX之内的高电容效应。
4.如权利要求3所述的方法，其中该高电感组件是一个共模(common mode)阻塞器。
5.如权利要求2所述的方法，其中的该高通滤波器包括第一和第二节点，每一节点分别以电容性的方式耦合至每一对应终端站的相对应电话线，也包括一个电感，其第一级线圈耦合至第一和第二节点。
6.如权利要求4所述的方法，其进一步包含：
电性隔离在该电感上的一个第二级线圈；以及
从该第二级线圈读取网络数据信号。
7.一个计算机网络包含：
第一和第二终点站；
第一和第二对双绞电话配线，而其第一对端点分别耦合至第一和第二终点站；
一个专用小交换机，耦合了第一和第二对双绞电话配线的第二端点，而且被设定在第一和第二对双绞电话配线的至少其中之一上传输模拟电话信号；以及
一个高通电路，其在第一对和第二对的电话线之间耦合，在第一个和第二个的计算机终端站之间传送网络数据信号，而传送的信号频率可以大幅超过模拟电话信号。
8.如权利要求7所述的计算机网络，其中的专用小交换机被一个4线S0数据总线所耦合，该专用小交换机包括一个第二内部4线S0数据总线，其作用是传输基于综合业务数字网络(ISDN)的信号。
9.如权利要求7所述的计算机网络，其中的高通电路包含：
第一和第二节点，每一节点分别以电容性的方式耦合至每一所述成对双绞电话配线上对应的电话线；以及
一个电感器，其包括一个耦合至第一和第二节点的第一级线圈。
10.如权利要求9所述的计算机网络，其中的电感器包括一个第二级线圈，而第二级线圈在电性上和第一级线圈相隔离，其作用是复制一份被传输的网络数据信号。
11.如权利要求9所述的计算机网络，其中的高通电路更进一步包括一个高电感组件，该高电感组件在第一和第二对双绞电话配线之间耦合，用于补偿专用小交换机内的高电容。
12.一个在客户前端使用的专用小交换机(PBX)，该专用小交换机包含：
一个第一连接器，用于网络终端基本存取(NTBA)组件的多个线路输出，而NTBA器件设定成可以将综合业务数字网络(ISDN)信号传送至公共电话交换网络，或由公共电话交换网络接收综合业务数字网络信号；
一组第二连接器，用于将对一电话服务的双绞电话线连接至一个客户前端计算机网络的终点站；
一个模拟电话交换器，配置为可在第一和第二连接器之间交换模拟电话信号；以及
一个高通电路，用于在比模拟电话信号高出许多的频率条件下，可在网络数据信号的第二连接器之间传输信号，而网络数据信号是被终点站所发送。
13.如权利要求12所述的PBX，其中的第一连接器用于4线S0数据总线，且被设定成用于传送或接收数字ISDN信号。
14.如权利要求12所述的PBX，其中的高通电路包含：
第一和第二节点，每一节点分别以电容性的方式耦合至每一所述成对双绞电话配线上对应的电话线；以及
一个电感器，其具有一个耦合至第一和第二节点的第一级线圈。
15.如权利要求14所述的PBX，其中的电感器包括一个第二级线圈，而第二级线圈在电性上和第一级线圈相隔离，用于复制一份被传输的网络数据信号，而PBX进一步包括一个测试用的端点，以监视复制的传输网络数据信号。
16.如权利要求14所述的PBX，其中的高通电路进一步包含一个高电感组件，该高电感组件在每一对双绞线的电话线之间耦合，用于补偿专用小交换机内的高电容。
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