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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation. Insbesondere
betrifft die Erfindung das Gebiet der Multiplex-Kommunikation. Ganz
besonders betrifft die Erfindung die Bereitstellung gesicherten
Fernsprechens in einem Koaxialkabelnetzwerk. Zur weiteren Kennzeichnung,
aber nicht zu ihrer Einschränkung,
verwendet die Erfindung eine Sperre, um ein Überwachen einer Telefonkommunikation
eines Teilnehmers durch einen anderen Teilnehmer im Netzwerk zu
verhindern.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Informationen
und Zugang zu ihnen haben in letzter Zeit deutliche Aufmerksamkeit
erhalten. Der Aufbau einer „Informationsautobahn" vergleichbar zum
nationalen Bundesautobahnsystem, welches in den 1950er-Jahren begann,
wurde zu einer nationalen Dringlichkeit erhoben. Es gibt gegenwärtig drei leitungsgebundene
Transportelemente, welche für eine
derartige Autobahn verfügbar
sind: (1) Lichtwellenleiterkabel; (2) Koaxialkabel; und (3) Kabel
mit verdrillten Kupferleitungspaaren („verdrilltes Leitungspaar"). Gegenwärtig herrschen
Kabel mit verdrillten Leitungspaaren zweifellos im Abschnitt des Ortsanschlussbereichs
von Telefonnetzwerken vor. Koaxialkabel wurden weithin von Kabelfernsehgesellschaften
verwendet. Sowohl Telefongesellschaften als auch Kabelgesellschaften
haben Lichtwellenleiter für
den Haupt- oder Fernleitungssignaltransport verwendet. Wie beispielsweise
in WO 92/10038 offenbart wird, werden Koaxialkabel weiterhin bei CATV-Systemen
einschließlich
einem Breitbandübertragungsprogramm
für eine
Vielzahl von Teilnehmern eingesetzt.
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Ein
Lichtwellenleiterkabel kann mehr Informationen über einen größeren Abstand übertragen als
ein Koaxialkabel, während
ein Koaxialkabel mehr Informationen über einen größeren Abstand übertragen
kann als verdrillte Leitungspaare. Weil verdrillte Leitungspaare
wenigstens in der Telefonbranche die vorherrschende Technik im Ortsanschlussbereich sind,
wurden Versuche unternommen, Techniken zu entwickeln, welche die Übertragungskapazität von Kupfer
steigern. Tatsächlich
ist Kupferdraht ein sehr effizientes Transportmittel für herkömmliche
Telefondienste.
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Innerhalb
der Fernsprechbranche bezeichnet der Begriff „Breitband" eine sehr hohe digitale Leitungsgeschwindigkeit,
wie beispielsweise die 156 Megabits pro Sekunde (Mb/s) der optischen
Leitungsgeschwindigkeit neuer optischer Lichtwellenleitersysteme
des SONET OC3-Levels. Der Begriff „Basisband" beschreibt die ursprüngliche
(unmodulierte) Form des elektrischen oder optischen Signals, welches
einem Einzeldienst zugeordnet ist, welcher typischerweise durch
einen Teilnehmer in das Netzwerk gegeben wird, und die Endform dieses
Signals, welches aus dem Netzwerk an einen Teilnehmer gegeben wird.
Das Basisbandsignal kann entweder in analoger oder digitaler Form
vorliegen und ist weiterhin als die unmittelbare elektromagnetische
Repräsentation
der Grundinformationen gekennzeichnet, welche übertragen werden sollen, wobei
keine andere Träger-
oder Subträgerenergie
vorhanden ist. Ein Basisbandsignal kann unmittelbar auf einer Übertragungsleitung
transportiert werden, wie beispielsweise einem verdrillten Paar
isolierter Kupferdrähte
oder einer optischen Faser. Ein Basisbandsignal kann auch verwendet
werden, um ein Trägersignal
zur Übertragung
auf verschiedenen Übertragungssystemen
zu modulieren (z. B. Funk). In der Telekommunikation beschreibt
der Begriff „Durchlassband" den Bereich des
Frequenzspektrums, welcher bei niedrigem Übertragungsverlust durch ein
lineares Übertragungssystem
durchgelassen werden kann. Modulierte Trägersignale, welche in ein derartiges
System gegeben werden, werden in ihrer ursprünglichen Form mit minimalem
Verlust und Verzerrung geliefert, solange derartige Signale innerhalb
der absoluten Grenzen des Frequenzbereichs des Durchlassbands und
des Dynamikbereichs der Signalamplitude für ein gegebenes lineares Übertragungssystem
fallen.
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Ein
Beispiel sollte helfen, die Beziehung zwischen Basisband und Durchlassband
zu klären.
Das elektrische Signal, welches an einer Telefondose während eines
Gesprächs
vorhanden ist, ist die elektrische Basisband-Signalrepräsentation
der Stimme des Sprechenden. Dieses Basisbandsignal wird typischerweise
durch ein verdrilltes Paar isolierter Kupferdrähte zur Fernsprechvermittlungszentrale
transportiert. Bei der Vermittlungsstelle geht das Signal durch
den Vermittlungsschalter und wird typischerweise in eine digitale
Form umgewandelt und zur Übertragung
durch digitale Basisband-Übertragungssysteme,
welche derartige Signale in Kupfer- oder Lichtwellenleiterkabeln
an andere Orte transportieren, in der Zeitdomäne gemultiplext. Das digitale
Basisband-Übertragungssystem
kann Tausende von individuellen Telefonanrufen auf der gleichen Übertragungsleitung
transportieren. Sogar obwohl mehrere Anrufe auf der gleichen Übertragungsleitung
bearbeitet werden, wird ein derartiges System noch als „Basisband" definiert, weil
es nirgendwo im System eine Modulation eines Träger- oder eines Subträgersignals
gibt und zu jedem gegebenen Zeitpunkt eigentlich nur ein Signal
eines einzelnen Teilnehmers an einem gegebenen Punkt in der Leitung
vorhanden ist. Bei der Ankunft des Signals des ursprünglichen
Sprechers an der anderen Vermittlungszentrale, welche in den Anruf
einbezogen ist, wird es zurück
in die ursprüngliche
analoge Form umgewandelt und abermals in Basisbandform auf das Kupferleitungspaar gegeben,
welches mit dem Telefonapparat am anderen Ende verbunden ist.
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Es
können
auch Durchlassbandverfahren verwendet werden, um Telefondienste
bereitzustellen. Bei Kabelfernsehsystemen, welche für Telefondienste
konfiguriert sind, wird das analoge Basisband-Telefonsignal verwendet,
um ein Träger signal zu
modulieren. Das modulierte Trägersignal
kann einer bestimmten Frequenz innerhalb des Durchlassbands des
linearen Übertragungssystems
zugeordnet werden. Eine Anzahl derartiger modulierter Trägersignale,
welche jeweils einer unterschiedlichen Trägerfrequenz im Durchlassband
zugeordnet sind, kann gleichzeitig ohne gegenseitige Störung übertragen
werden. Am anderen Ende muss ein ausgewähltes moduliertes Trägersignal
demoduliert werden, um das Trägersignal
zu entfernen und das Basisbandsignal, welches zum Dienst gehört, wieder
herzustellen. Wenn das lineare Übertragungssystem
richtig funktioniert, wird das erlangte Signal abermals in Basisbandform
an den Telefonapparat am anderen Ende geliefert.
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Während es
eine Technik gibt, welche digitale Leitungsgeschwindigkeiten in
der Größenordnung von
100 Mb/s für
kurze Entfernungen bei Gebäudeverdrahtungen
mit verdrillten Leitungspaaren unterstützt, liegt die praktische Grenze
für herkömmliche Strecken
mit verdrillten Kupferleitungspaaren im Umfeld von Teilnehmerleitungen
(von der beliefernden Vermittlungsstelle zum Teilnehmer) in der
Größenordnung
von 1,5 Mb/s bei einem maximalen Abstand von ungefähr 3658
m (12 Kilofuß (KF)).
Eine neu entstehende Technik, welche in der Lage ist, diese praktische
Grenze für
verdrillte Leitungspaare zu erreichen, ist als digitale Teilnehmerleitung
mit hoher Geschwindigkeit (High-speed Digital Subscriber Line, HDSL)
bekannt. Eine ähnliche
kupferbasierte Technik, bekannt als asymmetrische digitale Teilnehmerleitung
(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL), kann den Transport eines
Signals mit 1,5 Mb/s in Vorwärtsrichtung
zum Teilnehmer und einen Kanal für die
Rückwärtsrichtung
von vielleicht 16 Kilobits pro Sekunde (Kb/s) alles auf einem einzelnen
Kupferleitungspaar bis zu 5486 m (18 KF) von der beliefernden Vermittlungsstelle
erlauben. Statt ihr Netzwerk zu modifizieren, damit es mehr Lichtwellenleiter- und/oder
Koaxialkabel umfasst, setzt min destens eine Telefongesellschaft
die ADSL-Technik ein (USA Today 29.4.93, Seite B1).
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Während sie
für ihren
vorgesehenen Zweck geeignet sind, bringen diese neu entstehenden
kupferbasierten Techniken einige Unsicherheiten und spezielle Einschränkungen
mit sich, welche ihre Anwendbarkeit bei Kupferstrecken von Teilnehmerleitungen
reduzieren. Hierbei deutet das Szenario des besten Falls darauf
hin, dass eine derartige Technik nur bei unbespulten Kupfer-Teilnehmerleitungen
innerhalb von 3658 m (12 KF) (HDSL) bzw. 5468 m (18 KF) (ADSL) verwendet
werden könnte.
Folglich wäre diese
Technik in deutlich weniger als 100 Prozent des gegenwärtigen Umfelds
einsetzbar. Andere Beschränkungen
(z. B. Unverträglichkeit
innerhalb der gleichen Abschirmung mit anderen Diensten wie beispielsweise
ISDN) reduzieren den Prozentanteil der maximalen Durchdringung wahrscheinlich
weiter.
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Die
maximale praktische Entfernung, über welche
echte Breitbandgeschwindigkeiten (z. B. 156 Mb/s und mehr) in Kupferstrecken
mit verdrillten Leitungspaaren unterstützt werden können, liegt
in der Größenordnung
von 30,5 m (100 Fuß).
In Anbetracht, dass die neu entstehenden kupferbasierten HDSL- und
ADSL-Techniken Leitungsgeschwindigkeiten bereitstellen, welche zwei
Größenordnungen
unter echten Breitbandgeschwindigkeiten liegen und dann im besten
Fall deutlich weniger als 100 Prozent der Kundenbasis abdecken,
ist Kupfer als eine echte Breitbandtechniklösung klar nicht praktikabel.
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Basisband-Signalkomprimierungsverfahren bieten
Möglichkeiten
zum wirksamen Einsetzen der eingebetteten Kupferstrecke für bestimmte
spezifische Dienste. Es wurden Basisband-Komprimierungsverfahren
vorgeführt,
welche ein Standard-Filmunterhaltungsfernsehsignal mit „VCR-Qualität" auf einem 1,5 Mb/s-Kanal
(einschließlich
Audio) komprimieren, sowie Vorrichtungen mit geringerer Geschwindigkeit, welche
für Videokonferenz-
und Bildfernsprechanwendungen vorgesehen sind. Die offenkundige
Ansicht ist, dass eine Trägerkanal-Technik, wie
beispielsweise ADSL (oben stehend beschrieben), und eine Basisband-Komprimierungstechnik zusammengenommen,
eine realistische Alternative für
Videodienste bieten könnten,
welche eine große Bandbreite
erfordern, wobei ein fortgesetzter Gebrauch der vorhandenen Kupferstrecke
zugelassen wird und der Bedarf an lichtwellenleiterbasierten oder anderen
Breitband-Verbindungen vermieden wird.
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Bedauerlicherweise
verwenden Basisband-Komprimierungsverfahren bewusst einen Kompromiss
bei einem oder mehreren technischen Parametern, welche vernünftigerweise „geopfert" werden können, da
sie wenig oder keine Wirkung auf einen gegebenen Dienst aufweisen.
Beispielsweise erreichen Codierer mit niedriger Bit-Rate für Sprache
und Video Bandbreiteneffizienzen durch die Kosten einer Übertragungsverzögerung.
Eine Verarbeitungsverzögerung
von vielleicht einer halben Sekunde durch den Codierungs- und Decodierungsvorgang
weist wenig oder keine Wirkung bei einem Einweg-Rundfunkdienst auf,
kann jedoch den natürlichen
Rhythmus von Sprache bei einer Zweiweg-Bildfernsprechanwendung stören, wobei
sich ergibt, dass der Zweiwegdienst schwierig zu benutzen ist. Basisband-Komprimierungsverfahren
sind für
bestimmte Anwendungen (z. B. Bildfernsprechen) innerhalb generischer
Dienstklassen (z. B. Video) beschränkt entworfen und stellen keine
vollständige
Transparenz eines digitalen Basisbandsignals bereit.
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Leitungscode-Komprimierungsverfahren, welche
verwendet werden können,
um ADSL-Fähigkeiten
bereitzustellen, bieten Bandbreiteneffizienzen auf verschiedenen
Wegen. In einer Kategorie wurden Quadraturamplitudenmodulationsverfahren
(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) verwendet, um digitale Informationen
zur Übertragung
auf Mikrowellen-Funksystemen und (in jüngster Zeit) Kanalschlitze
in Kabelfern sehsystemen zu codieren. Ein QAM-Codierer mit 16 Zuständen bietet
eine Effizienz von 4 Bit pro Hertz (4 B/Hz); ein QAM-Codierer mit
64 Zuständen
bietet eine Effizienz von 6 Bit pro Hertz (6 B/Hz). Dies bedeutet
einfach, dass ein digitales Eingabesignal mit der Geschwindigkeit
von 1,5 Mb/s mit einer QAM mit 16 Zuständen in ein analoges Frequenzspektrum
von ungefähr
0,38 Megahertz (MHz) codiert werden kann, wobei ermöglicht wird,
dass es auf Kupferdrahtpaaren über
längere
Entfernungen transportiert werden kann. Ähnliche Verfahren sind auch
auf Satelliten- und CATV-Systemen möglich, um sowohl digitale Signaltransport- und digitale Spektrumseffizienzen
auf diesen Medien bereitzustellen.
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In
der Kurzfassung führt
ein Verwenden von Basisband-Signalkomprimierungsverfahren zu Bandbreiteneffizienzen,
welche auf Kosten eines oder mehrerer technischer Parameter gewonnen werden.
Ein derartiger Kompromiss kann im Fall eines unterschiedlichen Dienstes
auf dem gleichen Medium nicht möglich
sein. Im Fall von Drahtleitungs-Codierverfahren, welche das Signal
nach einer Basisband-Komprimierung behandeln, begrenzen es die technische
Komplexität
und die Kosten im Allgemeinen auf eine Spektrumseffizienz von 6
B/Hz. Folglich können
kupferbasierte Systeme, wie beispielsweise HDSL und ADSL, begrenzte
Anwendung im Telefonnetzwerk finden. HDSL ist eigentlich eine reine
Kostensenkungsalternative bei Teilnehmerleitungen für Systemeinrichtungsanordnungen,
welche Kunden mit digitalem Dienst mit hoher Übertragungskapazität von 1,5
Mb/s (High Capacity Digital Service, „HICAP") bedienen. Die Kosteneinsparungen werden
eventuell durch die Fähigkeit
realisiert, zugewiesene unbespulte Leitungspaare in der Außenstrecke
der Teilnehmerleitung an Stelle festgelegter Leitungspaare zu verwenden
sowie längere
Entfernungen ohne Umsetzer in der Außenstrecke zu überwinden.
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Die
ADSL-Technik könnte
einen frühen Markteintritt
für Video
mit eingeschränkter
VCR-Qualität
oder für
andere Anwendungen der asymmetrischen 1,5 Mb/s bereitstellen. Vorteile
von ADSL umfassen die Verwendung vorhandener Kupferstreckeneinrichtungen
und eine Maximierung der Netzwerkfunktionalität. Nachteile umfassen die Kosten von
Set-Top-Wandlern,
welche nicht wieder verwendbar sind, nachdem ADSL veraltet sein
wird. ADSL bietet außerdem
nur Einkanaldienst. Zusätzlich
kann der Dienst nur eine begrenzte Anzahl von Kunden erreichen,
und elektrische Störungen
vom Telefondienst können
zu Video-Verzerrung führen.
ADSL ist über
längere
Teilnehmerleitungen auch Störungen durch
HF-Übertragungen
ausgesetzt.
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Lichtwellenleiter-basierte
Systeme sind gegenüber
kupferbasierten Netzwerken, sogar mit HDSL oder ADSL, wegen ihrer
Transportfähigkeit
mit hoher Bitrate bevorzugt. Informationsdienste, welche echte Breitbandgeschwindigkeiten
erfordern, benötigen
zweckmäßigerweise
eine Lichtwellenleiter- oder Koaxialkabeltechnik. Sogar Dienste
im unteren Bereich (d. h. herkömmlicher
Telefondienst, POTS „plain
old telephone sevice")
zeigen niedrigere Kosten pro Teilnehmer auf Lichtwellenleiter im
Vergleich zu gegenwärtigen
kupferbasierten Belieferungssystemen. Es wird erwartet, dass insbesondere
lichtwellenleiterbasierte Systeme, welche Gruppen von 4 bis 8 Teilnehmern
Fernsprechen am Wohnort mit Lichtwellenleitern bis zum Schaltverteiler
(Fiber to the Curb, FTTC) bereitstellen, in naher Zukunft Kostengleichheit
mit Kupfer erzielen werden. Die Kosten zum Ersetzen der vorhandenen
Kupferstrecken in den USA durch Lichtwellenleiter werden jedoch
auf Hunderte Milliarden Dollar geschätzt. Folglich könnte die
erforderliche Zeitdauer zum Erzielen dieser Umwandlung Jahrzehnte
betragen.
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Eine
mögliche
Alternative zu Lichtwellenleiter- oder Kupfernetzwerken ist ein
hybrides Netzwerk, welches vorhandene Einrichtungen verwendet und
Lichtwellenleiter, Koaxialkabel- und Kupferverdrahtung einsetzt.
Ein derartiges Netzwerk würde
die Belieferung vieler fortgeschrittener Dienste erlauben und dennoch
kosteneffizienter sein, um eine frühere Umwandlung zu einem Breitband-Netzwerk
mit deutlicher eingeschlossener faseroptischer Fähigkeit zuzulassen. Mindestens
eine Gesellschaft hat Pläne
für ein
derartiges hybrides Netzwerk angekündigt (Denver Post, 24.4.93,
Seite Cl).
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Im
Allgemeinen kombinieren hybride Netzwerke ein Fernsprechnetzwerk
und ein Videonetzwerk, wie beispielsweise in EP-A2-0 421 602 offenbart
wird. Ein Nachteil eines derartigen Netzwerks besteht in einer Verdoppelung
mancher Geräte,
welche zum Transport der getrennten Signale erfordert werden. Das
bedeutet beispielsweise, dass wenn die Telefondienste über das
Videonetzwerk gesendet werden könnten,
ein wesentlicher Abschnitt der Kosten und der Komplexität des hybriden
Netzwerks dann eliminiert werden könnte. Um jedoch Fernsprech-
und Videosignale über
das gleiche Transportmedium zu schicken, müssen die einzigartigen Eigenschaften
jedes Signals behandelt werden. Für Videosignale ist dies nicht
so schwierig wie für
manche der Problemkreise, welche den Transport von Telefonsignalen
betreffen. Das bedeutet, dass Videosignale im Allgemeinen in eine
Richtung vom Anbieter zum Teilnehmer gesendet werden, während Fernsprechen
einen Zweiwegetransport erfordert. Mit der Entwicklung von Video
in interaktives Video werden die Problemkreise des Zweiwege-Videosignaltransports
jedoch auch deutlich.
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Fernsprechen
weist zusätzlich
zum Erfordern einer Zweiwegekommunikation zwei andere Anforderungen
auf, welche nicht notwendigerweise durch Videonetzwerke behandelt
werden: die Stromversorgung und die Privatsphäre der Kommunikation. Bei Videonetzwerken
wird die Stromversorgung zum Betrieb des Fernsehapparats des Teilnehmers beispielsweise
durch den Teilnehmer bereitgestellt. Das bedeutet, dass der Teil nehmer
sein oder ihr Fernsehgerät
und/oder Videoaufnahmegerät
in eine elektrische Steckdose einsteckt, welche eine Stromversorgung
am Ort des Teilnehmers bereitstellt. Im Fall eines Stromausfalls,
aus welchem Grund auch immer, ist der Teilnehmer nicht in der Lage,
fernzusehen, außer
er oder sie besitzt eine Notstromversorgung (d. h. eine Batterie
oder einen Generator). Wenige Menschen besitzen eine derartige Notstromversorgung.
Beim Fernsprechen erwarten die Teilnehmer andererseits einen Telefondienst,
ob Elektrizität verfügbar ist
oder nicht. Die folgenden Absätze
diskutieren die Geschichte der Stromversorgung im Fernsprechnetzwerk.
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Telefone
in den frühen
handvermittelten Netzwerken wiesen ihre eigenen Batteriefächer auf, welche
Trockenzellen enthielten. Diese Batterien wurden verwendet, um die
Kohlemikrofone mit Strom zu versorgen. Zusätzlich lieferte ein Generator
mit Handkurbel im Telefon die erforderliche Signalisierung, um andere
auf der gleichen Leitung oder den Vermittler anzurufen. Diese beiden
Stromquellen innerhalb des Telefons ließen zu, dass ein Teilnehmer einen
Anruf absetzen und mit anderen Teilnehmern sprechen konnte. Keine
dieser Quellen war vom Haushaltsstrom abhängig, was es zuließ, dass
Anrufe sogar vor der Elektrifizierung ländlicher Gebiete getätigt werden
konnten.
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Als
ein automatisches Vermitteln in das Netzwerk eingeführt wurde,
wurde das Batteriefach durch eine gemeinsam genutzte Batterie einschließlich einer
gemeinsam genutzten Klingelspannungsquelle im Vermittlungsschalter
ersetzt. Der Vermittlungsschalter der Vermittlungsstelle brauchte
auch Strom, um zu arbeiten und Verbindungen zwischen Teilnehmern
herzustellen. Die Stromversorgung jedes Telefons erlaubte Stromfluss
und die zeitliche Unterbrechung dieses Stroms (Wählimpulse), um dem Vermittlungsschalter
die Absichten des Teilnehmers zu signalisieren. Zusätzlich konnte
der Strom des Besetztzustands von Telefon verwendet werden, um das
Kohlemikrofon mit Strom zu versorgen.
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Wegen
des Erfordernisses, den Vermittlungsschalter und die Telefonverbindungen
vor Dienstunterbrechungen zu schützen,
wurde das Stromaggregat an der Vermittlungsstelle durch große Nasszellenbatterien
ergänzt.
Diese Batterien wurden wiederum oft durch motorgetriebene Generatoren
ergänzt.
Es wurden einige verschiedene Spannungen innerhalb des Netzwerks
verwendet, doch die primäre
Versorgung betrug –48
Volt Gleichstrom (V =) und ±105
Volt bei 20 Hz.
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Als
das Telefonnetzwerk mit der Zeit in der Größe wuchs und die Dienstdurchdringung
100 Prozent erreichte, wurde die Dienstverfügbarkeit (-Zuverlässigkeit)
eine der wichtigsten Verpflichtungen des Netzwerks. Eine Zeit lang
gehörten
die Telefone bei den Teilnehmern zuhause zum Netzwerk und wurden
durch den Netzwerkeigner unterhalten. In den vergangenen 20 Jahren
hat sich die Eigentümerschaft
des Telefons erneut verändert,
und Kohlemikrofone werden nicht mehr verwendet. Doch die neuen elektronischen
Telefone mit ihren Silizium-Chips sind bei einer Stromversorgung
für eine
Gesprächsüberwachung
und sogar für
eine Speicheraktualisierung immer noch auf das Netzwerk angewiesen.
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Dienstverfügbarkeit
ist eine Verantwortung, welche vom Netzwerk und vom Teilnehmer geteilt wird.
Das Netzwerk ist verantwortlich, den Vermittlungsschalter und die
Verbindungsleitungen zu unterhalten sowie die individuellen Leitungen
zu jedem Teilnehmer zu testen und zu unterhalten. Der Teilnehmer
trägt auch
zur Dienstverfügbarkeit
bei, indem er das Telefon aufgelegt hält, wenn es nicht gebraucht wird,
indem er die Gebäudeverdrahtung
unterhält und
Teilnehmerendgeräte
in gutem Zustand hält
und indem er die Gesamtzahl von Geräten begrenzt, welche mit einer
Leitung verbunden sind.
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Der
Unterhalt der Batterien im Batteriefach des Telefons war schwierig.
Folglich ist eine Stromversorgung vom Netzwerk bevorzugt. Zuallererst
wären die
finanziellen Kosten, welche mit dem Platzieren des Anschlussstroms
zurück
in die Teilnehmerendgeräte
verbunden wären,
enorm. Die Versorgung und der Unterhalt der benötigten Batterien würde entweder
vergessen (wie bei denjenigen in Rauchmeldern) oder eliminiert werden.
Beide dieser Ergebnisse würden
die Dienstverfügbarkeit
des Teilnehmers begrenzen. Der zweite Grund, dass die Stromversorgung
wahrscheinlich im Netzwerk verbleiben wird, liegt an den Genehmigungsbehörden, welche
mit „Lebensader-" Diensten befasst
sind. Dies betrifft einen Telefondienst, welcher, wie oben stehend
ausgeführt,
als eine Notwendigkeit wahrgenommen wird. Es wird erwartet, dass
ein grundlegender Telefondienst jedermann zu vernünftigen
Kosten 24 Stunden am Tag verfügbar
ist.
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Es
gibt einige wenige Ausnahmen. Einige Dienste werden heute durch
den Teilnehmer mit Strom versorgt. Mit dem künftigen Einführen weiterer Dienste
können
die Teilnehmergeräte,
welche diesen neuen Diensten zugeordnet sind, auch nicht durch das
Netzwerk mit Strom versorgt werden. Ein gutes Beispiel sind die
breitbandigen diensteintegrierenden digitalen Netzdienste (Integrated
Services Digital Network, ISDN), ob mit Basis- oder mit Primärratenschnittstellen.
Mit ISDN versorgt das Netzwerk seinen Abschnitt der Schaltung mit
Strom und die Teilnehmer versorgen die Teilnehmerendgeräte mit Strom.
Auch die meisten Datendienste fallen in diese Kategorie.
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Über ein
faseroptisches Netzwerk kann Strom nur unter großen Schwierigkeiten und Kosten bereitgestellt
werden. Wie oben stehend diskutiert, kann und wird Strom leicht über ein
kupferbasiertes Netzwerk bereitgestellt. Es gibt heute Videosysteme, welche
Kabeltelefonsysteme verwenden, bei welchen Fernsprechen über ein
Videonetzwerksystem bereitgestellt wird. Derartige Systeme erfordern
jedoch, dass sie vom Teilnehmer mit Strom, gewöhnlich in den Räumlichkeiten
des Teilnehmers in der Form von Wechselstrom und (in manchen Fällen) von
Batterien, versorgt werden. Zusätzlich
wird eine adaptive Hardware in der Form von Wandler-Boxen benötigt, um
das Telefonsystem zu verwenden.
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Das
Sicherstellen der Privatsphäre
der Kommunikation ist eine fundamentale Regel in der Telefonbranche.
Dies ist vom Gesetz vorgeschrieben und Übertretern des Gesetzes wird
mit schweren Strafen gedroht. Telefonteilnehmer weisen die Erwartung auf,
dass ihr Gebrauch und ihre Kommunikation vertraulich bleibt. Die
Anforderung nach Privatsphäre
erstreckt sich auf die Identität
der Kommunikationspartner und sogar auf die Tatsache, dass die Kommunikation
stattgefunden hat. Herkömmliche
Anschlussstreckenarchitektur stellt jedem Teilnehmer über den ganzen
Weg bis zurück
zur vermittelnden Vermittlungsstelle einen festgeschalteten Übertragungsweg bereit.
Außer
beim wohldurchdachten Fall des Gruppendienstes, gewährleistet
die physikalische „Stern-" Topologie, dass
die Kommunikation jedes Teilnehmers anderen nicht verfügbar ist,
welche nicht an der Kommunikation teilnehmen. Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Netzwerkarchitektur vom Sterntyp gezeigt.
Eine Sternarchitektur ist eine physikalische Punkt-zu-Mehrpunkt-Anordnung. Es gibt
zwei Typen von Sternarchitekturen. In 1A wird
ein privater Sternleitungstyp gezeigt. Das bedeutet, das jede Leitung
1, 2, 3, ...(n) getrennt und eindeutig ist und einen festgeschalteten Übertragungsweg
zur Vermittlungsstelle bereitstellt. In 1B wird
ein Gruppensternleitungstyp gezeigt. In diesem Fall kann jede der
auf diese Weise untereinander verbundenen Gruppen jeder der anderen
zuhören.
Es gibt keine Privatsphäre. Derartige
Gruppenleitungskonfigurationen, einst aus Kostengründen üblich, werden
mit der Modernisierung der Netzwerke schrittweise eliminiert.
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Kabelfernsehsysteme
werden in einer Rundfunk-Busarchitektur konfiguriert, und alle Dienste, welche
auf derartigen Systemen transportiert werden, sind von Natur aus
allen Teilnehmern verfügbar, welche
mit dem Bus verbunden sind, einschließlich der Telefonkanäle, welche
im Durchlassband transportiert werden. In 2A wird
eine Architektur vom Logikbustyp illustriert. Bei einer Busarchitektur
teilen sich alle Teilnehmer gemeinsame Bandbreite, wie bei einer
Gruppen-Sternleitungsarchitektur. Im Allgemeinen setzen Kabelgesellschaften
eine Busarchitektur im „Baum-und-Zweig-" Stil ein (2B).
Dies ist im Wesentlichen ein Logikbus auf einer physikalischen Baum-und-Zweig-Struktur.
Genauso ist eine Gruppenleitungsarchitektur (1B) im
Wesentlichen ein Logikbus auf einem physikalischen Stern. Auf jeden Fall
gewährleistet
die busartige Architektur, welche von Kabelgesellschaften verwendet
wird, während sie
zur Lieferung von Videodiensten ausreicht, keine Privatsphäre der Kommunikation
bei Fernsprech- oder interaktiven Videodiensten. Während Verschlüsselungsverfahren
verwendet werden können, um
das potenzielle Problem zu entschärfen, verursachen sie weitere
Kosten und sind nicht betriebssicher. Mit dem Gedeihen interaktiver
Dienste, welche Sprachantworteinheiten verwenden, werden mehr Kunden
eines Massenmarkts routinemäßig derartige Informationen
wie Kreditkartennummern und PIN-Autorisierungen eintippen. Jede
busbasierte Architektur, welche Fernsprech- oder interaktive Videodienstfähigkeit
bereitstellt, muss ein Mittel zum Gewährleisten der Privatsphäre der Kommunikation
einbeziehen.
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Schließlich ist
es nötig,
irgendein Mittel zum Segregieren von Diensten (in der Telefonbranche
gewöhnlich
als „Grooming" bezeichnet), welche
durch die Vermittlungsstelle bereitgestellt werden, in zwei grundlegenden
Kategorien bereitzustellen: „vermittelte
Dienste" (z. B.
POTS), welche auf der Leitungsseite der Vermittlungsmaschine der
Vermittlungsstelle terminiert werden; und „Sonderdienste" (z. B. Einbruchsalarm,
Programmkanaldienste usw.), welche auf anderen Geräten in der
Vermittlungsstelle terminiert werden. Die Segregation in diese beiden
Kategorien wird in modernen Telefonnetzwerken durch die Verwendung
von Geräten
erzielt, welche einen Zeitschlitzaustausch (Time Slot Interchange,
TSI) digitaler Signale bereitstellen.
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Moderne
digitale Vermittlungsschalter erkennen nur Signale, welche mit diskreter
digitaler Geschwindigkeit und Format übertragen werden. Das bedeutet,
dass der Vermittlungsschalter das übertragene/empfangene Signal
in Inkrementen von 64 Kb/s sieht. Um das Signal für den Vermittlungsschalter verständlich zu
machen, muss es in diesem grundlegenden Format vorgelegt werden.
Bei POTS erwartet der Vermittlungsschalter, ein digitales Signal
mit einem spezifischen Leitungscode, Leitungsgeschwindigkeit, Einerdichte,
Datenübertragungsblockformat und
Signalisierungsbit-Konvention zu „sehen", wobei andere Bits für eine Mu-law-Sprachcodierung der Stimme
des Sprechers verwendet werden. Signale von Sonderdiensten liegen
gewöhnlich
nicht in einer Form vor, welche durch den Vermittlungsschalter erkennbar
ist. Herkömmliche
Netzwerke verwenden Impulscode-Modulationsverfahren, um von analog nach
digital und vice versa umzuwandeln, und verwenden dann einen Zeitmultiplexbetrieb,
um eine Anzahl von Diensten in einem gemeinsamen Bitstrom zur Übertragung
der Reihe nach zu ordnen (zu verpacken). Zeitmultiplexbetrieb teilt
die Zeit, während
welcher jede Nachricht entlang der Datenverbindung übertragen
wird, in diskrete Zeitintervalle auf. Jeder Port des Multiplexers
wird dann der Reihe nach für das
Zeitintervall abgetastet und diese Datenabtastung wird sequenziell
oder seriell mit einer Anzahl von anderen Datenabtastungen aus anderen
Ports übertragen.
Ein Demultiplexer am empfangenden Übertragungsende setzt dann
die seriell übertragenen
Daten in dem Port wieder zusammen, welcher dem Signalursprung entspricht.
Während
er für
seinen vorgesehenen Zweck geeignet ist, erfordert dieser Übertragungsverfahrenstyp
teure Zeit schlitzaustauscher, um die Zeitschlitze umzuordnen, um
Vermittlungsschalterdienste von Sonderdiensten zu trennen. Zusätzlich ist
das TSI-Verfahren nicht für alle
der Bits transparent. Das bedeutet, dass die Fähigkeit zum Durchführen bestimmter
Funktionen, wie beispielsweise eines zyklischen Redundanzprüfungscodes
(CRC6) auf einer End-End-Basis
mit dem TSI-Verfahren verloren geht.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen von
Telefondiensten für
einen Teilnehmerort, wie in Anspruch 1 bzw. 4 definiert. Es werden
Sperrvorrichtungen verwendet, um Videosignale selektiv an einen
Teilnehmerort zu übertragen.
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Die
Erfindung ist auf die Verwendung einer Infrastruktur mit Lichtwellenleiter-/Koax-Durchlassband
als der grundlegende Trägerkanal
für alle Dienste
im häuslichen
Massenmarkt angewiesen, welcher durch das Netzwerk bedient wird.
Die selektive Belieferungsvorrichtung wird physikalisch an der Stelle
einer schaltverteilerseitigen optischen Netzwerkeinheit (Optical
Network Unit, ONU) lokalisiert und subsummiert alle grundlegenden
Fernsprechfunktionen („Sprech-" Batterie, Anrufen,
Testen usw.). Die selektive Belieferungsvorrichtung arbeitet als
das Quellen-/Senkenelement
für das
Basisband-Fernsprechen, wird über
die Koaxialkabelstrecke vom optischen Knoten mit Strom versorgt,
welcher typischerweise bis zu 400 Teilnehmer bedient, und stellt eine
vollständige
Transparenz für
das gesamte Zweiweg-Durchlassbandspektrum in 4 bis 8 Wohnhäuser bereit,
abgesehen von den Kanalschlitzen, welche zum Transportieren von
Telefondiensten verwendet werden. Bei einer Ausführungsform besteht die eigentliche
Verbindung zum Wohnhaus aus einer zweiadrigen Koaxialkabel-„Zuführung", welche die Stöpselspitzen-/Stöpselring-RJ-11-Schnittstelle
von den mittleren Leitern des Koaxialkabelpaares an einer Netzwerkschnittstelle
(Network Interface, NI) ableitet, welche mit allen vorhandenen Fernsprech-Innenverdrahtungsanordnungen
verträglich
ist. Der andere Ausgang der NI ist ein Standard-CATV-Steckverbinder
vom F-Typ, welcher
mit der vorhandenen Koaxialkabel-Innenverdrahtung
verträglich
ist. Die schaltverteilerseitige Vorrichtung beherbergt auch die Durchlassband-Sperrvorrichtung.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
umfasst die NI am Wohnhaus nur passive Filter und keine aktive Elektronik.
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Die
Erfindung spricht den Problemkreis der Kommunikationsprivatsphäre an, indem
alle Telefonkanäle
im Durchlassband für
beide Übertragungsrichtungen
dauerhaft gesperrt werden. Die Sperrung wird außerhalb der Räumlichkeiten
aller so bedienten Teilnehmer erzielt. Kein moduliertes Telefonsignal
erscheint jemals in wiederherstellbarer Form auf der Koaxialkabelzuführung, wobei
eine vollständige
Privatsphäre
der Kommunikation gewährleistet
wird. Diese Sperrung kann durch verschiedene Mittel erzielt werden.
Ein Verfahren bezieht die dauerhafte Einfügung eines wirklich zufälligen Störsignals
in den Teil des Durchlassbands ein, welcher die Fernsprech-Durchlassbandkanäle in der Übertragungsrichtung
zum Kunden hin enthält.
Ein alternatives Verfahren bezieht die Verwendung einer negativen Fangstelle
(z. B. Bandsperrfilter) ein, welche verhindert, dass einer der Fernsprech-Durchlassbandkanäle das Zuführungskabel
zum Teilnehmer erreicht. Im Satz der Durchlassbandfrequenzen für die Rückwärtsübertragungsrichtung
(zur Vermittlungsstelle) hindern ein Trennverstärker und eine geeignete Richtungskoppleranordnung
jeden individuellen Teilnehmer am Überwachen der Vorwärtstelefonkanäle anderer
Fernsprechteilnehmer auf dem Bus. Herkömmliche Stör- oder negative Fangstellenverfahren
in der Vorwärtsübertragungsrichtung
sind nicht geeignet, da es andere Anwendungen gibt, welche von den Räumlichkeiten
des Teilnehmers ausgehen, welche einen Abschnitt der Vorwärtsfrequenzen
verwenden. Dies erfordert eine Übertragungstransparenz
vom Teilnehmer zum Netzwerk hin. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung verwendet eine modifizierte Sperrvorrichtung außerhalb
der Räumlichkeiten
der Teilnehmer, um diese Funktion zu erzielen.
-
Unvermittelte
Fernsprechsonderdienste (Einbruchsalarme usw.) müssen aus den gewöhnlich vermittelten
Telefondiensten aussortiert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform
führt die
vorliegende Erfindung diese Funktion durch eine Frequenzzuordnung
an entfernten Fernsprechkanalmodulatoren und -Demodulatoren durch.
Dies wird durch ein entferntes Einstellen sowohl der Sende- als auch
der Empfangsfrequenzen der individuellen Kanäle von der Vermittlungsstelle
erzielt. An der Vermittlungsstelle werden die Blöcke vermittelter Dienste modulierter
Telefonkanäle
im Durchlassband in das/aus dem digitale/n Format mit Datenübertragungsblöcken umgewandelt,
welche vom Telefonvermittlungsschalter erfordert werden, und die
Blöcke unvermittelter
Sonderdienste werden in das digitale Format mit Datenübertragungsblöcken umgewandelt und
umgehen den Vermittlungsschalter oder werden weiter an andere Orte
transportiert. Folglich wird die Verwendung des Zeitschlitzaustausch-(Time
Slot Interchange, TSI)-Verfahrens mit seinen gemischten Begrenzungen
und kostspieligen Geräten
eliminiert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 illustriert eine Netzwerkarchitektur vom „Stern-" Typ mit einer Privatleitungsarchitektur (1A)
und einer Gruppenleitungsarchitektur (1B);
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2 illustriert eine Architektur vom „Bus-" Typ mit einem herkömmlichen
Bus (2A) und einem Bus vom Kabeltyp (2B);
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3 illustriert
eine hybride Breitband-Lichtwellenleiter-/Koaxialkabel-Netzwerkarchitektur;
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4 illustriert
eine alternative hybride Lichtwellenleiter-/Koaxialkabel-Netzwerkarchitektur;
-
5 illustriert
eine hybride Lichtwellenleiter-/Koaxialkabel-Netzwerkarchitektur;
-
6 ist
eine Schemaansicht, welche ein Basisband unter einer Durchlassband-Schaltverteilereinheit
illustriert;
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7 ist
eine Schemaansicht, welche die Sperrvorrichtung zum Gewährleisten
des Schutzes der Privatsphäre
für die
bevorzugte Ausführungsform illustriert;
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8 ist
eine Schemaansicht, welche eine Netzwerkschnittstelle für die bevorzugte
Ausführungsform
illustriert; und
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9 ist
eine ausführlichere
Zeichnung, welche die Kombinator- und Aufspaltereinheit illustriert.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen durchgängig
eine gleiche Struktur in der Beschreibung der verschiedenen Figuren.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine hybride Breitband-Lichtwellenleiter-/Koaxialkabel-Netzwerkarchitektur
gezeigt. Ein digitaler Vermittlungsschalter 11 und eine
Videoübertragungsvorrichtung 12 einschließlich eines
HF-Modulators 9 und
elektrischer/optischer Wandler 10 werden in einer Vermittlungsstelle 13 gezeigt.
Digitale Fernsprechsignale werden über DS1-Leitungen 6 durch
einen SONET-Multiplexer 19 zu einem Lichtwellenleiterkabel 14 transportiert.
Diese Architektur repräsentiert
eine Architektur vom Lichtwellenleiter-zum-Schaltverteiler-(FTTC)-Typ
mit einer Videoferntransport-Überlagerung.
Das bedeutet, dass Lichtwellenleiterkabel 14 digitale Fernsprechsignale (SONET
OC3) von der Vermittlungsstelle durch einen digitalen Fernanschluss 18 zu
einer optischen Netzwerkeinheit 15 (Optical Network Unit,
ONU) transportieren. ONU 15 kann eine Videosperrvorrichtung 16 umfassen,
oder eine Sperrvorrichtung 16 kann separat lokalisiert
sein, wie in 3 gezeigt. Die analogen Videosignale
(AM-FDM) von einer Anzahl von Videoinformationsanbietern 23 werden durch
Lichtwellenleiterkabel 14 zu einem oder mehreren entfernten
Knoten transportiert, welche einen analogen Durchlassband-Videoempfänger 17 umfassen
können,
welcher optische/elektrische Wandler umfasst, wo die analogen optischen
Signale in analoge elektrische Signale in einem Koaxialkabel 24 umgewandelt
werden.
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Ein
Stromversorgungskabel 20, welches ein Elektrokabel von
22 Gauge sein kann, liefert Strom unmittelbar von einer Stromquelle 32 in
der Vermittlungsstelle 13 zur optischen Netzwerkeinheit 15.
Von der optischen Netzwerkeinheit 15 können den Räumlichkeiten der Teilnehmer 21 Fernsprechdienste über eine
herkömmliche
Kupferleitung mit verdrilltem Leitungspaar 22 an einem
Telefon 27 bereitgestellt werden. Typischerweise bedient
ein ONU bis zu acht Teilnehmerorte. Videodienste von einer Anzahl
von Videoinformationsanbietern 23, wie beispielsweise Satellitensysteme
oder Videospeicher-/-Abspielgeräte
oder andere Anbieter werden den Räumlichkeiten der Teilnehmer 21 durch
ein Koaxialkabel 24 bereitgestellt. Ein Video-Set-Top-Wandler 25 kann
oder kann nicht erforderlich sein, um diese Videosignale für ein Fernsehgerät 26 zu
entmischen.
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Das
in 3 dargestellte Netzwerk vermeidet verschiedene
Probleme, welche mit der Lieferung von Fernsprech- und Videosignalen
zum Wohnhaus verbunden sind. Da die Signale auf getrennten Transportsystemen
transportiert werden, bedeutet das, dass jedes der Signale separat
behandelt werden kann. Beispielsweise kann ein Telefon 27 in
den Räumlichkeiten
eines Teilnehmers 21 von der Vermittlungsstelle 13 aus
mit Strom versorgt werden, wie es beim herkömmlichen Fernsprechen geschieht. Die
Stromversorgung des Set-Top-Wandlers 25 und des Fernsehgeräts 26 kann
in den Räumlichkeiten des
Teilnehmers 21 geschehen. Zusätzlich werden Problemkreise
der Privatsphäre
hinsichtlich der Fernsprechdienste über Kupferdraht 22 wie
in einem herkömmlichen
Fernsprechnetzwerk behandelt. Wie in der Technik bekannt ist, kann
mehr als eine ONU mit Anschluss 18 verbunden werden. Genauso
kann mehr als ein Sperranschluss 16 mit Empfänger 17 verbunden
werden. Die Nachteile mit dem in 3 gezeigten
Netzwerk umfassen Komplexität
und Kosten. Das bedeutet, dass ein Lichtwellenleiterkabel 14, ein
Stromkabel 20 und ein Koaxialkabel 24 von jeder Vermittlungsstelle 13 zu
jeder optischen Netzwerkeinheit 15 oder zu den Räumlichkeiten
jedes Teilnehmers 21 gelegt werden muss. Zusätzlich sind
zusätzliche
Geräte,
wie beispielsweise digitale Fernanschlüsse 18 erforderlich,
um die optischen Signale wirksam zu transportieren.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 wird ein alternatives hybrides
Lichtwellenleiter-Koax-Netzwerk illustriert. Wie bei 3 umfasst
Vermittlungsstelle 13 Telefonvermittlungsschalter 11 und
Videoübertragungsgeräte 12, über welche
einen Systemmanager 28 verschiedene untergeordnete Funktionen
der Videodienste steuern, welche von den Anbietern 23 geliefert
werden. Wie bei der Architektur in 3 werden
Fernsprechsignale und Videosignale von der Vermittlungsstelle 13 im
Lichtwellenleiterkabel 14 durch den Speiseabschnitt der
Außenstrecke 29 transportiert.
Die Fernsprechsignale werden durch digitale Fernanschlüsse 18 durchgeleitet
und durch ein Lichtwellenleiterkabel 14 zur optischen Netzwerkeinheit 15 geliefert.
Die Videosignale werden zum Videoempfänger 17 transportiert,
wo sie von optischen in elektrische Signale im Koaxialkabel 24 umgewandelt
werden. Die Videosignale werden dann an die Sperrvorrichtung 16 am
Ort der optischen Netzwerkeinheit 15 geliefert. Bei dieser Ausführungsform werden
die ONU 15 und die Sperrvorrichtung 16 verbunden
und vorzugsweise gemeinsam installiert. Der Hauptunterschied zwischen 4 und 3 ist, dass
Strom über
ein Koaxialkabel 24 durch eine Stromversorgung 32 geliefert
werden kann, welche eine elektrische Verbindung zum Stromnetz und
zu Notstrombatterien umfassen kann. Folglich wird ein Stromversorgungskabel 20 in 3 eliminiert.
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Die
Eliminierung des Stromversorgungskabels 20 stellt eine
deutliche Kosteneinsparung gegenüber
der Architektur der 3 dar. Wie bei 3 werden
die Videosignale über
ein Koaxialkabel 24 zu den Räumlichkeiten des Kunden 21 durch
die Sperreinheit 16 geliefert, welche in der optischen
Netzwerkeinheit 15 enthalten ist. Nun wird Strom von der Stromversorgung 32 über ein
Koaxialkabel 24 und ONU 15 an das Telefon 27 geliefert.
Das Koaxialkabel 24 von der Sperrvorrichtung 16 zu
den Räumlichkeiten
des Kunden 21 liefert nur Videosignale zum Fernseher 26 und
liefert keinen Strom. Wie bei 3 kann ein
Video-Set-Top-Wandler 25 in das System eingeschlossen sein
oder nicht. 4 stellt dadurch eine wesentliche
Verbesserung gegenüber
des in 3 gezeigten Netzwerks dar, dass die Eliminierung
des Stromversorgungskabels 20 zu deutlichen Kosteneinsparungen
führt und
die Architektur vereinfacht.
-
Während die
Architektur der 4 eine Verbesserung gegenüber der
in 3 ist, wäre
sie sogar noch deutlicher, wenn die Fernsprechsignale und die Videosignale
auf einem üblichen
Transportsystem transportiert werden könnten, wobei folglich die sowohl
in 3 als auch in 4 gezeigte
Doppelführung
des Lichtwellenleiterkabels eliminiert würde. Durch ein Transportieren
der Video- und Fernsprechsignale über ein gemeinsames integrales
Netzwerkübertragungssystem
entstehen jedoch andere Problemkreise. Hauptproblemkreis unter diesen
ist ein Problemkreis der Privatsphäre. Das bedeutet, dass wenn
die Fernsprech- und Videosignale beide über die gleiche Leitung zu
den Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 gesendet werden, es für einen
Teilnehmer aller Nachbarn, welche mit dem Koaxialkabelbus verbunden
sind, möglich
sein kann, die Fernsprechsignale „anzuzapfen". Dies würde durch
Abstimmen und Demodulieren aus den Myriaden von Trägerkanälen auf
dem Koaxialkabel im Bereich der Fernsprechsignale geschehen. Es
wäre relativ
einfach für jemand
mit minimalen Elektronikkenntnissen Mittel zu ersinnen, welche auf
diese Fernsprechkanäle „abgestimmt" werden könnten, welche
im Spektrum transportiert werden. Dies ist möglich, weil die anderen Fernsprechsignale
im Beispiel auch vom entfernten optischen Knoten 17 ausstrahlen
würden.
Mit einem Koaxialkabelsystem, welches alle diese Signale transportiert,
ist ein Teilnehmer in der Lage, auf die Signale dieser anderen Teilnehmer
zuzugreifen.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird die bevorzugte Ausführungsform
einer Lichtwellenleiter-/Koax-Transportarchitektur gezeigt, bei
welcher die Fernsprech- und Videosignale durch ein gemeinsames integrales
Netzwerk transportiert werden. Das bedeutet, dass Vermittlungsstelle 13 Fernsprechvermittlungsschalter 11 und
Videoübertragungsgeräte 12 umfasst,
wie in 3 und 4 gezeigt. Alternative Videoanbieter 23 können Videosignale
zu den Videoübertragungsgeräten 12 liefern.
Fernsprechsignale vom Vermittlungsschalter 11 und von Geräten für Sonderdienste 33 werden
an eine digitale Umwandlungs-HF-Modulator-/Demodulatoreinheit 34 geliefert.
Die Fernsprechsignale müssen
moduliert werden, damit sie auf dem analogen Durchlassband-Lichtwellenleiterkabel 14 transportiert
werden können.
Die Videosignale von den Videoübertragungsgeräten 12 werden
mit den Fernsprechsignalen in einer Kombinator-Sendeempfängereinheit 35 kombiniert.
Diese optischen Signale werden auf dem Lichtwellenleiterkabel 14 zu/von
einem optischen Knoten 17 gesendet (und empfangen), welcher
eine optische/elektrische Umwandlungseinheit umfasst, wie in
-
3 und 4 gezeigt.
Der digitale Fernanschluss 18, wie in 4 gezeigt,
wird eliminiert, weil die von ihm durchgeführte Verteilungsfunktion nicht
mehr länger
benötigt
wird. Das Stromaggregat 32 ist gemeinsam mit dem optischen
Knoten 17 installiert. Durch eine Eliminierung des digitalen
Fernanschlusses 18 und der zugeordneten Lichtwellenleiter
im Hauptlichtwellenleiterkabel werden deutliche Kosteneinsparungen
durch diese Architektur gegenüber
der in 4 gezeigten erzielt. Es ist die Eliminierung des
digitalen Fernanschlusses 18 auf der ONU 15, welche
den Problemkreis der Privatsphäre aufwirft.
Die kombinierten Fernsprech- und Videosignale vom optischen Knoten 17 zusammen
mit der Stromversorgung vom Stromaggregat 32 werden im Koaxialkabel 24 zu
einem selektiven Belieferungsmittel transportiert, welches eine
Basisband-unter-Durchlassband-(Basisband
Below Passband, BBP)-Vorrichtung 37 umfassen kann. Gerät 37 umfasst
viele der Funktionen, welche durch die optische Netzwerkeinheit 15 in 3 und 4 durchgeführt werden,
mit deutlichen Zusätzen
und Modifikationen. Fernsprech- und Videosignale werden durch eine Netzwerkschnittstelle 43 zum
Telefon 27 und zum Fernseher 26 in den Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 geliefert.
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Unter
Bezugnahme auf 7 wird die BBP-Einheit 37 ausführlicher
gezeigt. Die BBP-Vorrichtung 37 umfasst eine Sperrvorrichtung 16,
welche auch für
das Fernsprechen verwendet wird, eine Modulator-/Demodulatoreinheit 39 und
eine Stromumwandlungseinheit 41. Die Sperrvorrichtung 16 ist eine
Modifikation der Standard-Sperrvorrichtung, welche in der Technik
bekannt ist und in Videonetzwerken verwendet wird. Das bedeutet,
dass eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Sperreinheit mit acht
Ports, welche bei Scientific Atlanta Corporation (Modell-Nr. 9508-021)
erhältlich
ist, so modifiziert werden kann. Die Standard-Sperrvorrichtung verwendet einen Störoszillator 49,
um bestimmte Kanäle zu
stören
und nur diejenigen zu übertragen,
welche dem Teilnehmer verfügbar
gemacht werden. Er satzweise kann eine negative Fangstelle (bestehend
aus Bandsperrfiltern) an der Stelle von Oszillator 49 als eine
Sperrvorrichtung verwendet werden, um die nicht gelieferten Kanäle unter
das Grundrauschen zu dämpfen.
Sperrvorrichtung 16 wird bei der bevorzugten Ausführungsform
modifiziert, indem Trennverstärker 47 und
Vorwärtskoppler 48 derartig
in die Rückwärtsübertragungsrichtung
eingeschlossen werden, dass nur das Basisbandfernsprechsignal zum
und vom bedienten Teilnehmer an einem gegebenen Teilnehmerort verfügbar ist.
Das bedeutet, dass die Standard-Sperrvorrichtung so modifiziert wird,
dass alle vorwärts
gerichteten Fernsprechkanäle
gesperrt werden und jeder vorwärts
gerichtete Port mit 5 bis 30 MHz getrennt wird. Folglich wird verhindert,
dass ein Teilnehmer sich auf Telefonanrufe anderer Teilnehmer im
Netzwerk abstimmt.
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Unter
Bezugnahme auf 5, 6 und 7 wird
der Schutz der Privatsphäre
illustriert, welcher durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird.
Vermittlungsstelle 13 sendet Video- und Fernsprechsignale „vorwärts gerichtet" in die Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 und empfängt Signale, welche zu Video-
sowie zu Fernsprechsignalen gehören,
welche aus den Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 rückwärts gerichtet
gesendet werden. Die Architektur ist im Wesentlichen eine Architektur
vom „Bus-" Typ (seihe 2). Folglich kann ohne jede Schutzmaßnahme jeder
Teilnehmer die Video- und/oder Fernsprechsignale von anderen Teilnehmern
auf dem Bus überwachen.
Für das
vorwärts
gerichtete Video ist dies kein Problem. Die Kabelfernsehgesellschaft
verwendet heute diesen Systemtyp, und das einzige Anliegen ist es,
ausgewählte
Vorzugskanäle
zu sperren (zu stören
oder abzufangen), für
welche der Teilnehmer nicht bezahlt hat. Wenn jedoch interaktives
Video und/oder Fernsprechen zugefügt werden, wird die Privatsphäre wichtig.
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Um
die Privatsphäre
in diesem Netzwerktyp zu gewährleisten,
wird zusätzlich
zur Sperrvorrichtung 16 und zur Modulator- /Demodulatorvorrichtung 39 ein
zusätzlicher
Schutz benötigt.
Außer
sie wird modifiziert, gewährleistet
Sperrvorrichtung 16, dass nur ausgewählte vorwärts gerichtete Videokanäle in die
Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 geliefert werden. Modulator-/Demodulatorvorrichtung 39 gewährleistet,
dass nur ausgewählte
Fernsprechkanäle
zu und von den Räumlichkeiten
des Teilnehmers über die
Fernsprechleitung geliefert werden. Für interaktives Video jedoch,
und um das selektive Abstimmen auf Telefonkanäle anderer Teilnehmer über die
interaktive Videoleitung 24, welche mit einem Steckverbinder 46 vom
F-Typ verbunden ist, zu verhindern, wird eine zusätzlich Sperre
benötigt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
werden ein Trennverstärker 47 und
ein Vorwärtskoppler 48 zu
einem modifizierten Störoszillator 49 in
der Sperrvorrichtung 16 hinzugefügt.
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Verstärker 47 und
Koppler 48 können
wahlweise mit Bandpassfiltern (nicht gezeigt), wie in der Technik
bekannt ist, kombiniert werden, um selektiv eine Untergruppe der
rückwärts gerichteten
Signale zu übertragen.
Wie oben stehend diskutiert, wird die Bandbreite von 5 bis 30 MHz
für Telefon-
und interaktive Signale, welche der Videokommunikation zugeordnet
sind, verwendet. Es gibt drei verwendbare 6-MHz-Kanäle
in dieser Bandbreite von ungefähr
8 bis 26 MHz. Da jeder 6-MHz-Kanal über 400 individuelle Telefonkanäle transportieren
kann, werden bei der bevorzugten Ausführungsform im Allgemeinen nur
zwei Kanäle
zum Fernsprechen benötigt.
Der andere 6-MHz-Kanal ist für
interaktive Steuer-/Anforderungssignale verfügbar, welche den Videodiensten zugeordnet
sind. Verstärker 47 und
Koppler 48 (wahlweise mit selektiven Filtern) übertragen
selektiv nur die interaktiven Signale, welche Videokanälen in der Rückwärtsrichtung
zugeordnet sind. Alle Kanäle, welche
für das
Fernsprechen verwendet werden, werden in der Vorwärtsrichtung
durch Sperrvorrichtung 16 eliminiert. Folglich gibt es
für keinen
bestimmten Teilnehmer eine Möglichkeit,
den Fernsprechkanälen
eines anderen Teilnehmers in keiner Übertragungsrichtung zuzuhören. Die
Privatsphäre ist
folglich gewährleistet.
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Unter
Bezugnahme auf 5 und 6 demoduliert
die Modulator-/Demodulatorvorrichtung 39, welche eine Kabelfernsprechvorrichtung,
wie beispielsweise ein „CablePhone®", sein kann, welche
im Handel von Jerrold, Inc., erhältlich
ist, das Fernsprechsignal aus Koaxialkabel 24 und kann
das demodulierte Fernsprechsignal durch Standard-Kupferstöpselspitzen-
und -Stöpselringdrähte 42 unmittelbar
an das Telefon 27 senden. Modulator-/Demodulatoreinheit 39 empfängt auch
die Basisbandfernsprechsignale vom Telefon 27 in den Räumlichkeiten des
Teilnehmers 21 und moduliert dieses Signal auf das Koaxialkabel 24.
Wahlweise kann die Modulator-/Demodulatoreinheit 39 das
Basisbandfernsprechsignal an Kombinator 44 senden, um mit Durchlassbandsignalen,
wie beispielsweise Video auf dem Koaxialkabel 24, kombiniert
zu werden. BBP-Vorrichtung 37 umfasst auch einen Stromumwandler 41,
welcher –48
Volt Gleichstrom, ± 105
Volt Anrufwechselstrom und anderen umgewandelten Strom für die Modulator-/Demodulatoreinheit 39 zur Stromversorgung
des Telefons 27 wie bei einem Standard-Fernsprechnetzwerk
liefert.
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Unter
Bezugnahme auf 5, 6 und 7 empfangen
das Telefon 27 und der Fernseher 26 in den Räumlichkeiten
des Teilnehmers 21 die Video- und Fernsprechsignale über eine
Netzwerkschnittstelle 43. Bei der in 5 gezeigten
Ausführungsform
werden die Videosignale von der Sperrvorrichtung 16 und
die Fernsprechsignale von der Modulator-/Demodulatorvorrichtung 39 in
einer Kombinatoreinheit 44 (6) kombiniert
und dann über duale
Koaxialkabelzuführungen
zu einem Aufspalter gesendet. Unter Bezugnahme auf 8 ist
der Aufspalter 36, 38 in der Netzwerkschnittstelleneinheit 43 enthalten.
Das bedeutet, dass auch passive Elektronik in der Netzwerkschnittstelle 43 eingeschlossen ist.
Die Netzwerkschnittstelleneinheit 43 umfasst einen Hochpassfilter 36 mit
Gleichstromsperre, um HF-Transparenz
für alle
Durchlassbandfrequenzen bereitzustellen und alle Fernsprechsignale
zu blockieren. Ein Tiefpassfilter 38 mit Gleichstromtransparenz
entfernt Durchlassband-HF-Energie und lässt alle Fernsprechsignale
durch. Eine Zwillings-Kohleblitzableitereinheit 50, wie
in der Technik bekannt, ist auch eingeschlossen. Ein Standard-RJ-11-Fernsprechsteckverbinder 45 und
ein Steckverbinder 46 vom F-Typ, welcher im Videokabelfernsehnetzwerk Standard
ist, sind eingeschlossen. Weil die Steckverbinder 45 und 46 Standard
sind, müssen
die Räumlichkeiten
des Teilnehmers nicht erneut verdrahtet oder lokal mit Strom versorgt
werden, um Dienste aus diesem Netzwerk zu liefern. Während die
gezeigte Ausführungsform
die bevorzugte Ausführungsform ist,
ist es auch möglich,
das Koaxialkabel von der modifizierten Sperrvorrichtung 16 unmittelbar
mit der F-Typ-Verbindung
der Netzwerkschnittstelle 46 und den Kupferdraht 42 von
der Modulator-/Demodulatorvorrichtung 39 unmittelbar mit
dem RJ-11-Steckverbinder an der Netzwerkschnittstelle 43 zu
verbinden. In beiden Fällen
werden die modulierten Fernsprechsignale, welche andernfalls auf
dem Koaxialkabel 24 transportiert würden, zusammen mit den Videosignalen
bei der Sperrvorrichtung 16 derartig eliminiert, dass einem
bestimmten Teilnehmer nur das demodulierte Fernsprechsignal von
der Demodulatorvorrichtung 39 verfügbar ist. Folglich wird jede
Möglichkeit eines
Teilnehmers, Telefonanrufe von anderen Teilnehmern zu belauschen,
eliminiert. Wenn mehr als ein Koaxialkabel, welches Videodienste überträgt, an die
Netzwerkschnittstelle 43 geliefert wird, kann beispielsweise
ein P-eigenleitend-negativ-(P-Intrinsic-Negative, PIN)-Diodenvermittlungsschalter
oder andere in der Technik bekannte Vorrichtungen verwendet werden,
um dem Teilnehmer ein Auswählen zu
erlauben, welche Gruppe von Diensten er oder sie zu einem bestimmten
Zeitpunkt bevorzugt.
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Die
BBP-Einheit 37 befähigt
die in 5 gezeigte Netzwerkarchitektur, die besten Merkmale
der beiden grundlegenden Drahtleitungsansätze einer häuslichen Zugangsarchitektur
(Basisband-FTTC und Durchlassband-Kabelfernsehen) bereitzustellen, und
löst die
jeweiligen Probleme jedes Ansatzes mit Kosten, welche deutlich geringer
sind, als beim Verwenden beider Netzwerktypen, wie in 3 und 4 gezeigt.
Die in 5 offenbarte Netzwerkarchitektur stellt ein echtes
Breitbandnetzwerk bereit, welches alle vorhandenen Dienste und alle
künftigen Dienste
für Fernsprech-
und Videodienste mit Kosten subsummiert, welche wesentlich geringer
sind als bei anderen Typen hybrider Netzwerke.
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Unter
Bezugnahme auf 9 wird eine ausführlichere
Beschreibung des Kombinators 44 und des Aufspalters 36, 38 gezeigt.
Wie zuvor beschrieben, ist der Kombinator 44 in der BBP-Einheit 37 enthalten.
Kombinator 44 umfasst vorzugsweise die schematisch gezeigten
im Handel erhältlichen Grundhalbglieder 52.
Diese Filter sind in HF-abgeschirmten Gehäusen 53 untergebracht,
welche eine Trennung zwischen jedem der Koaxialkabel 24 gegenüber dem
Durchlassband von mehr als 65 dB bereitstellen. Der Aufspalter umfasst
im Handel erhältliche
Hochpassfilter 36 und Tiefpassfilter 38, welche
in der Netzwerkschnittstelle 43 enthalten sind. Wie beim
Kombinator sind die Filter in HF-abgeschirmten Gehäusen 53 untergebracht,
welche eine Trennung zwischen den Koax-Kabeln 24, welche
mit dem F-Typ-Steckverbinder 46 verbunden sind, von mehr als
65 dB bereitstellen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet Frequenzteilungs- statt Zeitschlitzaustausch-(Time
Slot Interchange, TSI)-Verfahren, um die Signale für eine Übertragung
zu bearbeiten. Dadurch werden die Kosten, welche mit TSI-Geräten verbunden
sind, und die Nicht-Aktivierung bestimmter Funktionen, wie beispielsweise
ein Überwachen
der Signalverschlechterung (CRC6), entfernt. Obwohl TSI im Netzwerk
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden könnte, werden Frequenzzuordnungsverfahren
bevorzugt, weil die Signale schon in der Frequenzdomäne für eine Übertragung
vorliegen. Die vorliegende Erfindung verwendet einen linearen Kanal,
welcher die Signale gleichzeitig parallel in der Zeit statt seriell
in der Zeit überträgt. Es gibt
keine gegenseitige Störung
unter den gleichzeitig übertragenen
Signalen im linearen Kanal, weil sie bei verschiedenen Frequenzen übertragen
werden.
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Es
gibt einigen deutlichen Nutzen des neuen BBP-Elements. Der Erste
ist die Eliminierung des Basisband-Lichtwellenleiter-zum-Schaltverteiler-(FTTC)-Abschnitts
der zuvor bekannten hybriden Netzwerke. Dies wird durch die Einbeziehung
der Telefondienste in den Durchlassband-Abschnitt des Netzwerks
ermöglicht,
wobei die Gesamtkomplexität des
Außenstreckenabschnitts
der Architektur stark vereinfacht wird. Die Telefondienste werden
durch ein Kabelfernsprechverfahren bereitgestellt, welches Signalmodulation
mit einigen wichtigen Unterschieden einsetzt. Da Sprechbatterie
und Anrufspannung vom Netzwerk mit Strom versorgt werden, werden
lokale (innerhalb des Hauses) Stromversorgungsprobleme eliminiert.
Da die Durchlassbandfrequenzen, welche Telefondienste transportieren, über die
selektive Lieferungsvorrichtung hinaus blockiert werden, ist es
nicht möglich,
die Kommunikation anderer Telefonteilnehmer von einem gegebenen
Wohnort aus zu überwachen.
Folglich werden die Problemkreise der Privatsphäre eliminiert, welche mit Telefondiensten
verbunden waren, welche zuvor durch hybride Netzwerke vom Videotyp
bereitgestellt wurden.
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Während die
Erfindung hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform offenbart wurde,
können Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden, welche innerhalb des vorgesehenen
Schutzumfangs der Erfindung liegen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.