DE69918960T2

DE69918960T2 - Übertragen von Sprachbandsignalen in einem Netzleitungs-Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69918960T2
Application number: DE69918960T
Authority: DE
Inventors: Leslie Roy Bishop's Stortford WILLIAMS; Paul Robin Harlow RICKARD; Brent Martin Chelmsford DANIELLS
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: ATE272273T1; EP1062738B1; US6404773B1; WO1999048223A1; GB9805475D0; DE69918960D1; AU2737599A; GB2335335A; EP1062738A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von Sprachband-Telekommunikationssignalen, wie zum Beispiel Sprache- und Faksimile-Signalen, über ein Stromnetz-Kommunikationssystem.
Hintergrund der Erfindung
Eine Sprache- und Datenübertragung wird üblicherweise zwischen Teilnehmer-Endgeräten über ein PSTN (öffentliches Fernsprechwählnetz) geführt, wobei die örtliche Teilnehmer-Anschlussleitung durch verdrillte Aderpaare gebildet ist.
Es hat eine Anzahl von Vorschlägen gegeben, Sprache- und Datensignale über die begrenzten Entfernungen einer elektrischen Verkabelung innerhalb eines Gebäudes zu übertragen und eine Zählerablesung und Lastkontroll-Anwendungen bei niedrigen Bitraten auf einem Elektrizitätsverteilungsnetz außerhalb von Gebäuden durchzuführen. Bis in letzterer Zeit wurde das Verteilungsnetzwerk außerhalb eines Gebäudes nicht zur Übertragung von Sprache- oder Datenkommunikationen mit hoher Bitrate verwendet.
Die Internationalen Patentanmeldungen WO 95/29537 A1 (Norweb) und WO 98/06188 A1 (Northern Telecom) beschreiben Elektrizitäts-Verteilungsnetze, die Telekommunikationssignale übertragen. Die Bereitstellung eines Telekommunikationsdienstes auf diese Weise ist attraktiv, weil sie die Notwendigkeit der Installation einer Verkabelung zu jedem Teilnehmer beseitigt, was einen der größten Kostenanteile bei der Bereitstellung eines neuen Telekommunikationsnetzes darstellt. Vorhandene Netzleitungen werden zur Übertragung der Telekommunikationssignale an Teilnehmer verwendet.
Die Internationale Patentanmeldung WO 95/29537 beschreibt die Verwendung vorhandener leitungsvermittelter Telefon-Normen, wie zum Beispiel CT2, zur Übertragung von Telekommunikationssignalen über ein Stromleitungsnetz. Übliche CT2-Ausrüstungen werden an Teilnehmer-Endgeräten verwendet und die Ausgangssignale dieser Ausrüstungen, die im Frequenzband um 866 MHz liegen, werden in ein annehmbares Frequenzband zur Übertragung über das Stromleitungsnetz umgesetzt.
Es ist aus der US-A-4815106 bekannt, eine Kommunikationseinrichtung zu schaffen, die zur Übertragung von Sprachbandsignalen über ein Stromnetz-Kommunikationssystem geeignet ist und eine Stromnetzleitung zur Verteilung von Elektrizität zu einer Vielzahl von Standorten und eine mit der Stromnetzleitung gekoppelte Kommunikationsstation umfasst, wobei die Einrichtung Einrichtungen zur Codierung der digitalisierten Signale in Datenpakete, Einrichtungen zur Übertragung von Datenpaketen von der Station über einen Teil der Leitung, die außerhalb der Standorte liegt, unter Verwendung eines Datenpaket-Kommunikationsprotokolls, und eine Schnittstelle zum Empfang von Signalen von der Kommunikationsausrüstung umfasst. Die Vorrichtung dieser Patentschrift empfängt jedoch weder Sprachbandsignale noch hat sie Einrichtungen zur Digitalisierung derartiger Sprachbandsignale.
Es ist aus der WO 95/19070 bekannt, eine Kommunikationseinrichtung/ein Kommunikationsverfahren zur Übertragung von Sprachbandsignalen über eine Stromnetzleitung zur Verteilung von Elektrizität zu einer Vielzahl von Standorten sowie eine mit der Stromnetzleitung gekoppelte Kommunikationsstation und eine Schnittstelle zum Empfang von Sprachbandsignalen von einer Sprachband-Kommunikationsausrüstung bereitzustellen.
Die US-A-4815106 offenbart ein Verfahren zur Übertragung von Signalen über ein Stromnetz-Kommunikationssystem, das eine Stromnetzleitung 120 zur Verteilung von Elektrizität zu einer Anzahl von Standorten S1 bis S6) und eine Kommunikationsstation (B5) umfasst, die mit der Stromnetzleitung gekoppelt ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

– Empfangen von Signalen von einer Kommunikationausrüstung an der Kommunikationsstation;
– Kodieren der Signale in Datenpakete; und
– Übertragen der Datenpakete zwischen der Station und den Standorten über einen Teil der Stromnetzleitung, die außerhalb der Standorte liegt, wobei ein Paketdaten-Kommunikationsprotokoll verwendet wird.

Die Stromnetzleitungs-Übertragung ist eine von verschiedenen Möglichkeiten zur Bereitstellung von Kommunikationen zu Teilnehmer-Standorten und steht daher in kritischem Wettbewerb mit vorhandenen Kupferleitungen und neueren Alternativen, wie zum Beispiel der Lichtleitfaser-/Koaxialkabel-Zuführung und festen Funkzugangstechniken. Daher besteht der Wunsch, ein System zu schaffen, das eine annehmbare Dienstegüte bei Kosten liefern kann, die für einen Teilnehmer attraktiv sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf die Schaffung einer alternativen Möglichkeit zur Übertragung von Sprachbandsignalen, wie zum Beispiel Sprachesignalen, über ein Stromnetz-Kommunikationssystem gerichtet.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ergibt ein Verfahren zur Übertragung von Signalen über ein Stromnetz-Kommunikationssystem, das eine Netzleitung (120) zur Verteilung von Elektrizität zu einer Vielzahl von Standorten (S1 bis S6) und eine Kommunikationsstation (B5) umfasst, die mit der Netzleitung gekoppelt ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

– Empfangen von Signalen an der Kommunikationstation von Kommunikationsausrüstungen;
– Kodieren der Signale in Datenpakete; und
– Übertragen der Datenpakete zwischen der Station und den Standorten über einen Teil der Netzleitung, die sich außerhalb der Standorte befindet, unter Verwendung eines Paketdaten-Kommunikationsprotokolls, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es den Schritt der Digitalisierung der Signale vor ihrer Kodierung in Datenpakete einschließt, und dass die an der Kommunikationsstation empfangenen Signale Sprachbandsignale von Sprachband-Kommunikationsausrüstungen sind, und die Datenpakete so gebildet werden, dass sie jeweils eine Länge von zwischen 2 und 5 Millisekunden haben.

Die Übertragung der Sprachbandsignale in digitalisierter Form unter Verwendung eines Paketdaten-Protokolls ermöglicht es, dass die Sprache in einer robusten Weise über die Netzleitung übertragen wird. Die Paketlänge und die Zeitsteuerung der Pakete kann auf die Netzleitungs-Umgebung zugeschnitten werden. Dies ermöglicht es weiterhin, dass eine Mischung von Sprachen und Daten von einer Anzahl von unterschiedlichen Teilnehmern über einen gemeinsamen Kanal in einer paketvermittelten Weise übertragen wird, wodurch ein wesentlich effizienterer Gebrauch des verfügbaren Spektrums auf der Netzleitung gemacht wird.
Die Übertragung der Sprachbandsignale über die Netzleitung in Form von Datenpaketen kann einen Vorteil haben, dass die Standorte an der Netzleitung nicht „aufbereitet" werden müssen. Der Ausdruck „aufbereitet" bedeutet, dass die Standorte mit Tiefpaßfiltereinheiten versehen werden, um zu verhindern, dass Störungen von den Standorten in die Netzleitung eintreten und Kommunikationssignale stören. Die Vermeidung der Notwendigkeit einer Aufbereitung des Netzes verringert erheblich die Kosten des Aufbaus eines Stromnetz-Kommunikationssystems.
Der Ausdruck „Sprachband"-Signale soll Sprache-Telefonie, Faksimile- und andere Sprachbandsignale abdecken, die üblicher Weise über ein PSTN übertragen werden.
Das Paketdaten-Protokoll ist vorzugsweise ein Aufrufprotokoll, bei dem Kommunikationsstationen auf der Netzleitung der Reihe nach aufgerufen oder abgefragt werden, um es ihnen zu ermöglichen, einen Zugriff auf die gemeinsam genutzte Ressource des Frequenzbandes oder der Frequenzbänder auszuführen, die für Kommunikationen über das Stromnetz verwendet werden. Es können auch andere Protokolle verwendet werden, wie zum Beispiel das Sendeberechtigungsverfahren (token-passing) oder CSMA.
Jede Kommunikationsstation hat eine Adresse und das Datenpaket schließt eine Adresse ein, die die vorgesehene Empfängerstation des Paketes identifiziert.
Die Sprachbandsignale können in ein Format kodiert werden, in dem sie über die Netzleitung übertragen werden, oder sie können auch in ein anderes Format kodiert werden, wie zum Beispiel das Internet-Protokoll (IP), und sie können außerdem in das Paketdaten-Kommunikationsprotokoll kodiert werden, das auf der Netzleitung verwendet wird. Dies ist besonders nützlich, wenn der angerufene Teilnehmer eine Person ist, die ein mit dem Internet gekoppeltes Computer-Endgerät zur Durchführung eines Telefongesprächs verwendet.
Die Netzleitung kann Erd- oder Freileitungen oder eine Kombination hiervon umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um in Form eines Beispiels zu zeigen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann, werden nunmehr Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Elektrizitätsverteilungsnetz zeigt, das zur Übertragung von Telekommunikationssignalen ausgebildet ist;
2 eine Ausrüstung an einem Teilnehmer-Standort zeigt;
3 ein Beispiel eines Kommunikationsnetzwerkes zeigt, das mit der Netzleitung nach 1 gekoppelt ist;
4 eine PSTN-Überleiteinrichtung zur Verwendung in dem Netzwerk nach 3 zeigt;
5 die auf dem Kommunikationsnetz verwendeten Protokolle zeigt;
6 eine Kundenstandort-Ausrüstung CPE zeigt;
7 die Kundenstandort-Ausrüstung mit weiteren Einzelheiten zeigt;
8 ein Ablaufdiagramm einer Sprache-Verbindung ist;
9 ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung von Sprache an der Kundenstandort-Ausrüstung ist;
10 ein Beispiel einer Basisstations-Ausrüstung zeigt;
11 die Beziehung zwischen einem IP-Rahmen und einem Netzleitungs-Protokoll-Rahmen zeigt.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Elektrizitätsverteilungsnetz, das zur Übertragung von Telekommunikationssignalen ausgebildet ist. Die Elektrizitätsversorgung tritt in das Netz von einer 11 kV oder 6,6 kV Zuführungsleitung 105 ein und wird an einer Unterstation 100 in eine 400 V Versorgung transformiert, die über ein Verteilungskabel 120 an Kundenstandorte S1 bis S6 geliefert wird. Eine Unterstation 100 hat typischerweise zwischen 4 und 8 Verteilungskabel der bei 120 und 121 gezeigten Art, die von der Unterstation abgehen, wobei jedes Verteilungskabel eine Anzahl von Standorten versorgt. Ein Verteilungskabel kann sich mehrere hundert Meter erstrecken. Das Verteilungskabel 120 umfasst blaue, rote und gelbe Phasenleitungen und eine neutrale oder Erdleitung. Kundenstandort-Ausrüstungen CPE befinden sich typischerweise in Häusern oder Geschäftsräumen. Ein vollständiges System schließt üblicherweise mehr als die sechs hier gezeigten Standorte ein und schließt typischerweise ein aufwendigeres Baum- und Zweig-Verteilungsnetzwerk ein. Teilnehmerstandorte können eine Einphasen-Elektrizitätsversorgung (230 V) oder eine Dreiphasen-Elektrizitätsversorgung (400 V) erhalten. Privatkunden-Standorte erhalten üblicherweise eine Einphasen-Versorgung und benachbarte Teilnehmerstandorte sind üblicherweise mit unterschiedlichen Phasenleitungen gekoppelt. In 1 ist ein Teilnehmer S1 gezeigt, der mit der roten Phasenleitung gekoppelt ist, und ein Teilnehmer S2 ist mit der gelben Phasenleitung gekoppelt. Dies trägt dazu bei, die Netzlast gleichmäßig auf die drei Phasen zu verteilen.
Eine Basisstation BS koppelt Datenkommunikationssignale auf das Verteilungskabel 120. Die Basisstation kann mit einer oder mehreren Verteilungskabeln 120 an einem Punkt in der Nähe der Unterstation 100 gekoppelt sein, wie dies in 1 gezeigt ist, oder sie kann mit den Sammelschienen an der Unterstation 100 gekoppelt sein, wobei die Sammelschienen als Sternpunkt zur Versorgung aller Verteilungskabel dienen. Die Kommunikationssignale breiten sich über das Kabel zu CPE's an den Teilnehmerstandorten S1 bis S6 aus, wobei eine Koppeleinheit CU die Kommunikationssignale zu und von der Netzleitung koppelt. Die Teilnehmerstandorte sind mit einer Phasenleitung des Verteilungskabels 120 über eine Stichleitung 150 gekoppelt. In Netzaufwärts-Richtung werden Kommunikationssignale von den CPE's in Richtung auf die Basisstation ausgesandt. Kommunikationssignale werden vorzugsweise zwischen einer Phasenleitung und der neutralen oder Erdleitung übertragen.
Die Kommunikationssignale können innerhalb der Frequenzbänder 2,2 bis 3,5 MHz (PLT1) und 3,8–5,8 MHz (PLT2) übertragen werden. Diese Bänder fallen zwischen die Mittelwellen- und Kurzwellenbänder, die für Rundfunk-Aussendungen verwendet werden, und vermeiden dass Funkamateurband bei 3,5 bis 3,8 MHz. Es gibt einen reduzierten Pegel an Hintergrundrauschen in diesen Bändern, und die Abstrahlung von Netzleitungs-Kommunikationssignalen in diesem Frequenzband ruft eine minimale Störung von Funkempfänger-Ausrüstungen an Teilnehmerstandorten hervor. Andere Frequenzbänder in dem Bereich von beispielsweise 2 – 30 MHz können verwendet werden, obwohl es bevorzugt wird, die niedrigeren Frequenzen zu verwenden, weil die Dämpfung über die Verteilungskabel niedriger ist.
Zusätzlich zu dem Hintergrundrauschen gibt es Impulsstörungen, die überwiegend durch Funkenbildung (beispielsweise durch fehlerhafte Thermostate) hervorgerufen werden. Diese Störungen haben ein breites, ziemlich ebenes Spektrum. Die Mehrzahl der Stör-Bursts, die den Schwellenwert übersteigen, weisen eine Länge von weniger als 1 ms auf. Für einen zuverlässigen Betrieb ist es erforderlich, ein Träger-/Störverhältnis von zumindest 10 dB aufrechtzuerhalten. Gelegentliche Störspitzen oberhalb dieses Pegels können toleriert werden, vorausgesetzt, dass die mittlere Zeit zwischen Störereignissen wesentlich größer als die Dauer eines übertragenen Datenpakets ist. Es wurde festgestellt, dass eine kurze Paketlänge von ungefähr 2 bis 5 ms ein gutes Betriebsverhalten ergibt, weil die kurze Länge statistisch eine große Wahrscheinlichkeit hat, dass sie zwischen einen hohen Pegel aufweisende Impulsstörungs-Bursts paßt.
Daten können unter Verwendung einer Vielzahl von Leitungskodierungs- oder Modulationstechniken übertragen werden. Der Anmeldung verwendet die Frequenzumtastungs-(FSK)-Modulation um eine Mittenfrequenz von 2,9 MHz für das Frequenzband PLT1. Die Netzaufwärts- und Netzabwärts-Aussendungen benutzen vorzugsweise ein gemeinsames Frequenzband, wobei die Netzaufwärts- und die Netzabwärts-Aussendungen unterschiedliche Zeiten belegen.
2 zeigt die Ausrüstung an einem Teilnehmerstandort. Kommunikationssignale werden zu/von der Netzleitung 150 über eine Koppeleinheit CU gekoppelt. Die Koppeleinheit befindet sich typischerweise vor dem Elektrizitätszähler des Kunden und schließt ein Hochpaßfilter ein, um Kommunikationssignale bei Hochfrequenz weiterzuleiten und das Fließen des elektrischen Stroms zu sperren. Eine Kundenstandort-Ausrüstung CPE ist mit der zu der Koppeleinheit führenden Leitung verbunden, um Kommunikationssignale zu der Netzleitung zu senden und von dieser zu empfangen, und sie ist weiterhin mit der Kommunikations-Ausrüstung in dem Haus verbunden, die ein Telefon 200, eine Faksimile-Maschine 201 und ein Computer-Endgerät 202 einschließt. Die CPE wandelt Daten von einem Format, in dem sie über die Netzleitung übertragen werden, in ein Format um, in dem sie der Heim-Kommunikations-Ausrüstung zugeführt werden können. Es ist weiterhin möglich, die CPE mit einer Telefonleitung zu verbinden, um eine alternative Route für Sprache-Verkehr bereitzustellen. Das Telefon 200 kann ein übliches Telefon oder ein Telefon sein, das speziell zur Verwendung mit der CPE angepasst ist.
3 zeigt ein Beispiel eines Telekommunikationsnetzes, das eine Verbindung mit dem Elektrizitäts-Verteilungsnetz nach 1 herstellen kann. Eine Anzahl von Basisstationen BS, die jeweils ein Elektrizitäts-Verteilungsnetz versorgen, ist mit einer Hauptstation MS verbunden. Die Hauptstation kann Verkehr lenken und ist mit einem eine hohe Kapazität aufweisenden Transportnetzwerk verbunden, wie zum Beispiel einem synchronen Digital-Hierarchie-Netzwerk (SDH). Eine Anzahl von SDH-Transportringen kann miteinander verbunden sein. Ein oder mehrere Server 210, 220 führen eine Datenbank über Einzelheiten von Kommunikations-Teilnehmern in dem System und sprechen auf Signalisierungs-Anforderungen von Hauptstationen an. Die Server befragen ihre Nachschlagetabelle, um zu identifizieren, wo sich ein Teilnehmer in dem System befindet, wodurch es den Hauptstationen ermöglicht wird, Verkehr zu einem Ziel zu lenken.
Ein Stromnetzleitungs-Kommunikationsteilnehmer S1 in dem Gebiet 1 kann es wünschen, eine Sprache-Verbindung:

(i) zu einem Teilnehmer auf der gleichen Netzleitung oder einer Gruppe von Leitungen auszuführen, die von der Basisstation BS 1 versorgt werden;
(ii) zu einem Netzleitungs-Teilnehmer herzustellen, der von einer anderen Basisstation BS2 mit Diensten versorgt wird;
(iii) zu einem entfernt angeordneten Teilnehmer S10 herzustellen, der von einer Basisstation BS3 auf einem Verteilungsnetzwerk einer anderen Elektrizitätsgesellschaft mit Diensten versorgt wird;
(iv) zu einem Teilnehmer S11 auf dem PSTN herzustellen;
(v) zu einer Person S12 herzustellen, die ein IP-basiertes Netzwerk (INTERNET) verwendet, die Sprache-über-Internet-Software auf ihrem Computer verwendet; oder
(vi) zu irgendeiner anderen Form von Teilnehmer herzustellen, wie zum Beispiel einem Mobilfunkbenutzer.

Eine Überleiteinrichtung G/WAY stellt eine Schnittstelle zwischen dem Anbindungs- oder Zubringernetzwerk und dem PSTN bereit, um es Teilnehmern auf dem Stromnetzleitungs-Netzwerk zu ermöglichen, mit Teilnehmern auf einem PSTN zu kommunizieren. Die Überleiteinrichtung führt die folgenden Funktionen aus:

– sie schließt eine Verbindung in dem Sprache-über-Daten-Paketformat, das auf dem Anbindungsnetzwerk verwendet wird, ab leitet eine Verbindung in einem üblichen Analog- oder TDM-Format ein;
– sie wandelt Signalisierungsdaten zwischen dem auf dem Anbindungsnetzwerk verwendeten Format und dem IN, Nr. 7, ISDN oder anderen Standard-PSTN-Format um;
– sie verarbeitet FAX-Verbindungen, um die höchste QoS-Betriebsart zu ermöglichen;
– sie ermöglicht in Verbindung mit den Servern 210, 220, dass ankommende PSTN-Verbindungen an Netzleitungs-Teilnehmer gelenkt werden.

Eine Überleiteinrichtungs-Architektur ist in 4 gezeigt. Steuer- und SignalisierungsInformation wird zwischen dem auf dem Anbindungsnetzwerk verwendeten Format und dem auf dem PSTN verwendeten Format durch eine Signalisierungsmaschine 261 umgewandelt. Audio-Transcoder 262 wandeln Audio-Daten zwischen den Kodierungsformaten und -raten um, die auf den zwei Netzwerken verwendet werden.
Das Heranführungs-Netzwerk ist weiterhin mit einem oder mehreren Internet-Diensteanbietern (ISP) über eine ISP-Überleiteinrichtung (ISP G/WAY) zum Senden/Empfangen von Datenpaketen im IP-Format über das Internet verbunden.
5 zeigt ein Beispiel, wie Sprachbandsignale über das Stromnetzleitungs-Kommunikationssystem übertragen werden können. An der CPE wird die Sprache zur Bildung digitaler Daten digitalisiert, paketisiert und über die Netzleitung entsprechend einem Paket-Daten-Protokoll übertragen, das für die Netzwerksumgebung geeignet ist, und wird dann an der Basisstation in ein Format zur Übertragung über das Anbindungs-Transportnetzwerk umgewandelt. Zusätzlich kann an der CPE die digitalisierte Sprache auch entsprechend einem Internet-Protokoll (IP) kodiert werden.
6 ist ein Funktions-Blockschaltbild der CPE. Kommunikationsignale in einem Paket-Datenformat werden von einem Modem 300 ausgesandt/empfangen. Das Modem wandelt die Signale zwischen der Hochfrequenz (typischerweise 2–5 MHz) und dem Basisband um. Das Modem führt weiterhin eine Verstärkung und Detektion der Signale aus. Das Ausgangssignal des Modems wird einem Netzleitungsprotokoll-Prozessor 305 zugeführt, der Datenpakete zusammenfügt/zerlegt und weiterhin die Übertragung dieser Pakete über die Netzleitung in Abhängigkeit von Aufruf-Befehlen von der Basisstation BS verwaltet.
Eine Netzwerk-Verwaltungseinheit 310 empfängt Netzwerk-Verwaltungsmitteilungen von dem Netzleitungs-Netzwerk zur Steuerung des Betriebs der CPE. Die Einheit kann Software-Aktualisierungen über das Kommunikationsnetzwerk empfangen.
Eine Zentralprozessor-Einheit CPU 315 steuert den Betrieb der Einheit und kann ein 80386-Prozessor oder ein ähnlicher Prozessor sein. Das Sprache-über-Daten-Modul 320 ist mit dem Netzleitungs-Protokoll-Prozessor 305 und der CPU verbunden und ist weiterhin mit externen Sprachband-Ausrüstungen verbunden, unter Einschluss eines Telefons 200, einer FAX-Maschine 210 und einer externen Telefonleitung PSTN. Obwohl lediglich eine von jeder Art von Ausrüstung gezeigt ist, können mehrere vorhanden sein. Die CPE hat geeignete Anschlüsse, wie zum Beispiel RJ45-Verbinder, um Verbindungen mit dem Telefon, Fax-Gerät und der PSTN-Leitung zu ermöglichen.
Das Sprache-über-Daten-Modul führt die folgenden Aufgaben aus:

– eine Schnittstellenverbindung mit externen Ausrüstungen und Bereitstellung der Merkmale, die ein Telefon und eine Fax-Maschine normalerweise erwarten würde, wie zum Beispiel einen Rufton, wenn es ein ankommendes Gespräch gibt, einen Wählton, wenn der Hörer abgenommen wird, und eine Leistungsversorgung;
– eine Signalisierungs-Umwandlung zwischen der üblichen Telefon-Signalisierung (DTMF) und einem digitalen Format, das über die Netzleitungs-Datenpakete übertragen werden kann;
– eine Codierung/Decodierung von Sprachsignalen, unter Einschluss einer D/A- und A/D-Umwandlung und irgendeiner anderen digitalen Codierung, die erforderlich ist.

Die auf der Netzleitung verwendete Signalisierung weist die Form von digitalen Mitteilungen auf – die übliche Analogsignalisierung, die von Telefonen und Fax-Maschinen verwendet wird, wird nicht einfach durch einen A/D-Wandler umgewandelt. Das Sprache-über-Daten-Modul detektiert die Analog-Signalisierung und wählt dann eine geeignete digitale Mitteilung aus, die über die Netzleitung zu senden ist. Der gleiche Prozess wird in der Rückwärtsrichtung für eine ankommende Signalisierungsmitteilung verwendet, beispielsweise eine digitale Mitteilung auf der Netzleitung, die anzeigt, das ein ankommendes Gespräch an dem Sprache-über-Daten-Modul erfasst wurde, und triggert die Erzeugung eines Rufstons für die Telefonausrüstung 200.
Die CPE kann weiterhin Daten von der Daten-Ausrüstung über einen weiteren Anschluss 326 empfangen. Die Daten werden von einem Datenprozessor, wie zum Beispiel einem Ethernet-Prozessor 325, bearbeitet, der die Daten, die von dem Anschluss 326 empfangen werden, in ein Format umwandelt, in dem sie von dem Netzleitungsprotokoll-Prozessor 305 verarbeitet werden können.
7 zeigt die CPE mit weiteren Einzelheiten. Das Sprache-über-Daten-Modul 320 schließt folgendes ein:

– eine Signalisierungs-Umwandlungseinheit, wie vorstehend beschrieben;
– einen Sprache-über-Daten-Codec zur Durchführung einer A/D-, D/A-Umwandlung und Codierung;
– ein FAX-Modem;
– ein Telefon-Rufgerät;
– einen Telefonschalter zum Lenken einer Verbindung über das PSTN oder die Netzleitung.

Es wird bevorzugt, das FAX-Modem für FAX-Verbindungen zu verwenden, weil es die von dem FAX-Anschluss empfangenen Töne decodieren und sie in ein digitales Format zum Einfügen in die Netzleitungspakete umsetzen kann, in einer ähnlichen Weise wie die Analog-Telefon-Signalisierung abgewickelt wird, statt einfach eine A/D-Umwandlung der FAX-Töne durchzuführen. Eine Gruppe von FAX-Modems an den PSTN-Überleiteinrichtungen 230, 240 in 3 führt eine ähnliche Funktion aus.
Beispiel einer Telefonverbindung
Ein Beispiel einer Telefonverbindung von einem Netzleitungs-Teilnehmer wird nunmehr unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm nach 8 beschrieben.
Ein Teilnehmer nimmt den Hörer ab; dieser Zustand wird von dem Sprache-über-Daten-Modul an der CPE im Schritt 400 festgestellt. Das SBD-Modul 320 erzeugt einen Wählton für das Telefon im Schritt 402. Der Teilnehmer wählt die Nummer des angerufenen Teilnehmers und diese Signalisierung wird von der CPE festgestellt und im Schritt 404 in ein Digitalformat umgewandelt, das mit dem Netzleitungs-Kommunikationssystem kompatibel ist. Die Signalisierung wird von der CPE im Schritt 406 paketisiert und von der CPE im Schritt 408 ausgesandt, wenn die CPE von der Basisstation aufgerufen wird. Die Signalisierung wird über die Netzleitung an die versorgende Basisstation ausgesandt, in ein Format zur Übertragung über das Heranführungsnetzwerk umgewandelt und von einem Server empfangen. Der Server bestimmt den Ort des Teilnehmers und liefert die Weglenkungsinformation an die Hauptstation zurück, um die Weglenkung der Verbindung zu ermöglichen. Ein Signalisierungspfad wird zu dem angerufenen Teilnehmer unter Verwendung der Wegelenkungsinformation im Schritt 412 hergestellt, und dann nimmt der angerufene Teilnehmer den Hörer ab, und dieser Aushängezustand wird zurück zu dem anrufenden Teilnehmer im Schritt 414 signalisiert. Die CPE hört auf, einen Rufton zu erzeugen, und der Sprachpfad ist hergestellt.
Gemäß 9 werden während der Sprachband-Kommunikationen Sprache- oder Facsimile-Signale digitalisiert (Schritt 430), kodiert (Schritt 432), in ein Format zur Übertragung über die Netzleitung paketisiert (Schritt 436) und von der CPE ausgesandt, wenn die CPE aufgerufen wird (Schritt 438).
Sprache wird über die Netzleitung in Form von Datenpaketen übertragen. Ein Paketdatenprotokoll ermöglicht es Teilnehmer-Endgeräten, einen Zugriff auf das gemeinsam genutzte Medium, das heißt das verfügbare Netzleitungs-Kommunikations-Frequenzband, eines zu einer Zeit, in einer paketvermittelten Weise auszuführen. Es wird bevorzugt, es der Basisstation zu ermöglichen, den Zugang an das Medium zu kontrollieren und CPE's einzeln aufzurufen. Die Kommunikation zwischen einer vorgegebenen CPE und der Basisstation erfolgt daher über eine Serie von Paketen, die zeitlich einen Abstand aufweisen, und die sowohl in Netzaufwärts- als auch in Netzabwärts-Richtungen übertragen werden. Dies ist ein Halbduplex-Schema. Aufgrund der hohen Bitrate, die zur Übertragung der Datenpakete verwendet wird (250 kbps, 500 kbps, 1 Mbps oder mehr) und der kurzen Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Aufrufen eines vorgegebenen Teilnehmers, wird bei dem Sprache-Teilnehmer der Eindruck erweckt, dass er einen Vollduplex-Kommunikationspfad hat.
Pakete schließen eine Fehlerdetektions-Codierung, wie zum Beispiel eine Paritätsprüfung ein, um die Feststellung von Fehlern, die während der Übertragung über die Netzleitung hervorgerufen werden, an einer empfangenden Station festzustellen. Es wurde festgestellt, dass es die Art der Störungen auf einer Netzleitung ermöglicht, einen hohen Durchsatz durch erneutes Aussenden von beeinträchtigten Datenpaketen (jedes Paket enthält gerade die Fehlerdetektions-Codierung) statt durch Einsatz eines hohen Fehlerkorrektur-Codieraufwandes in jedem Paket und durch Versuche zu erzielen, Fehler an dem Empfänger zu korrigieren.
Bei der Bestimmung der Länge (Dauer) eines Datenpakets sind die folgenden Faktoren von Bedeutung:

– die Wirkung, die die Dauer auf Stationen hat, die auf eine Übertragung warten;
– das Verhältnis zwischen dem Nutzdateninhalt und dem Zusatzaufwand in jedem Paket (und damit der Datendurchsatz);
– die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung des Pakets.

Es wurde festgestellt, dass eine kurze Paketlänge von ungefähr 2 bis 5 ms eine gute Betriebsleistung bietet, weil die kurze Länge statistisch eine große Wahrscheinlichkeit hat, dass sie zwischen einen hohen Pegel aufweisende Impulsstörungs-Bursts passt. Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, dass die Zeitsteuerung der Übertragung von Datenpaketen so gewählt wird, dass sie mit ruhigen Perioden auf der Netzleitung zusammenfällt, wie zum Beispiel mit den Perioden zwischen den Punkten, an denen das Wechselspannungs-Netzsignal den Null-Spannungspegel durchquert.
Datenpakete, die über den Netzleitungs-Kommunikationspfad beeinträchtigt werden, beispielsweise durch einen hohen Pegel aufweisende Übergangsstörungen, können erneut ausgesandt werden. Durch Puffern der ausgesandten Pakete an der CPE für eine kurze Periode, nachdem sie abgesandt wurden, kann die CPE auf eine Anforderung zur erneuten Aussendung eines fehlenden oder beeinträchtigten Pakets ansprechen und das Paket aus seinem Puffer erneut aussenden. Eine kurze Pufferung von empfangenen Paketen an dem Ziel-Endgerät gibt Zeit, damit irgendwelche fehlenden Pakete erneut ausgesandt und in ihrer richtigen Reihenfolge angeordnet werden, bevor sie zum Teilnehmer überspielt werden. Alternativ werden Fehler durch die Verwendung einer Fehlerkorrektur-Codierung oder anderen Techniken verdeckt, beispielsweise durch Wiederholen des Pakets oder eines Teils des Pakets, das den beeinträchtigten Daten vorangeht; Stummschalten des Ausgangs; oder Vorhersagen des Wertes der fehlenden Daten.
Um die Ende-zu-Ende-Verzögerung bei der Übertragung von Sprache über das Netzleitung-Netzwerk zu einem Minimum zu machen, können die Netzleitungspakete eine Menge an Sprache-Daten übertragen, die größer als die Paketlänge ist, beispielsweise eine Menge von 10 ms an Sprache in einem 2 ms Paket, indem Kompressionstechniken verwendet werden. Dies kompensiert die Aufrufverzögerung, die bei einer Station auftritt, die auf den Zugang an die Netzleitung wartet.
10 zeigt ein Beispiel der Ausrüstung, die an der Basisstation BS vorgesehen ist. Kommunikationssignale mit Hochfrequenz werden von Netzleitungs-Koppeleinheiten an den Netzleitungstreibern empfangen. Diese Signale werden Hochfrequenz-Modems zugeführt, die die Hochfrequenzsignale in das Basisband umwandeln Die digitale Schnittstelle verwaltet das Protokoll und führt eine Umwandlung der Netzleitungspakete in ein Format zur Übertragung an das Heranführungs-Netzwerk aus.
11 zeigt eine Möglichkeit zur Handhabung von Sprachdaten, die entsprechend dem Internet-Protokoll (IP) angeordnet sind. IP-Rahmen sind im allgemeinen wesentlich länger als die Pakete (Rahmen), die auf der Netzleitung verwendet werden. Daher enthält ein einzelner IP-Rahmen eine Anzahl von kürzeren Netzleitungs-Protokoll-Paketen (Rahmen). Jedes Netzleitung-Paket in einem IP-Rahmen kann erneut ausgesandt werden, ohne darauf zu warten, dass der Fehler eines IP-Rahmens berichtet wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 hat ein Teilnehmer die Option, eine von zwei Routen für seine Sprache/Fax-Verbindung zu verwenden:

(i) das Netzleitungs-Kommunikations-Netzwerk;
(ii) das PSTN.

Die Weglenkung für eine Verbindung kann auf eine Anzahl von Arten ausgewählt werden. Diese werden nunmehr beschrieben:

– Die Weglenkung kann manuell von dem Teilnehmer unter Verwendung eines Schalters an der CPE ausgewählt werden.
– Das Sprache-über-Daten-Modul 320 kann auf einen vorgegebenen Signalisierungston oder eine Folge von dem Telefon 200 ansprechen, um die bevorzugte Weglenkung des Teilnehmers zu wählen. Beispielsweise „#1" für die Netzleitung, „#2" für PSTN. Die Wahl wird von dem Teilnehmer selbst ausgeführt.
– Das Sprache-über-Daten-Modul 320 kann eine Weglenkung entsprechend der Tageszeit auswählen, beispielsweise eine Verwendung der Netzleitung während der Zeiten, zu denen bekannt ist, dass dieser Weg billiger ist. Diese Information kann in der CPE gespeichert und über Daten aktualisiert werden, die über die Netzleitung übertragen und von der Netzleitwerk-Verwaltungseinheit 310 empfangen werden.
– Das Sprache-über-Daten-Modul 320 kann eine Weglenkung entsprechend dem Zustand der Netzleitung und der PSTN-Kommunikationspfade wählen, beispielsweise das PSTN wählen, wenn der Netzleitungspfad bereits in Gebrauch ist.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Signalen über ein Stromnetz-Kommunikationssystem mit einer Netzleitung (120) zur Verteilung von Elektrizität zu einer Vielzahl von Standorten S1–S6, und einer Kommunikationsstation B5, die mit der Netzleitung gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Empfangen von Signalen an der Kommunikationsstation von Kommunikationsausrüstungen; – Codieren der Signale in Datenpakete; und – Übertragen der Datenpakete zwischen der Station und den Standorten über einen Teil der Netzleitung, der sich außerhalb der Standorte befindet, unter Verwendung eines Paketdaten-Kommunikationsprotokolls, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es den Schritt der Digitalisierung der Signale vor ihrer Codierung in Datenpakete einschließt, und dass die an der Kommunikationsstation empfangenen Signale Sprachband-Signale von Sprachband-Kommunikationsausrüstungen sind und die Datenpakete so gebildet werden, dass sie jeweils eine Länge von zwischen 2 und 5 Millisekunden haben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Sprachband-Signale Telefonie-Sprachsignale sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Sprachband-Signale Telefax-Signale sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sprachband-Signale Sprache und Signalisierung umfassen, wobei das Verfahren weiterhin die Umwandlung der Signalisierung zwischen einem Analogformat, das von der Kommunikationsausrüstung verwendet wird, und digitalen Mitteilungen umfasst, die über die Netzleitungs-Datenpakete übertragen werden können.
Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin die Erzeugung einer Analog-Signalisierung für die Kommunikationsausrüstungen umfasst, die mit der Station verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Analog-Signalisierung eine oder mehrere der Möglichkeiten: Wählton, Rufanzeige umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Datenpakete über die Netzleitung in dem Frequenzbereich oberhalb von 1 MHz übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Datenpaket-Kommunikationsprotokoll ein Aufrufbetrieb ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sprachband-Signale außerdem in das Internetprotokoll (IP) codiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin den Empfang der Datenpakete an einer Basisstation, die mit der Netzleitung gekoppelt ist, und die Übertragung der Datenpakete über ein Anbindungsnetzwerk zu einem anderen Kommunikationsteilnehmer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der andere Kommunikationsteilnehmer ein weiterer Netzleitungs-Teilnehmer ist, der von einer anderen Basisstation mit Diensten versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der andere Kommunikationsteilnehmer ein PSTN-(öffentliches Fernsprech-Wählnetz-)Teilnehmer ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der andere Kommunikationsteilnehmer sich auf einem Internetprotokoll-(IP-)basierten Netzwerk befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–13, bei dem der Schritt der Übertragung der Datenpakete über ein Anbindungsnetzwerk zu einem anderen Kommunikationsteilnehmer die Feststellung der Position des anderen Teilnehmers einschließt.
Verfahren nach Anspruch 14, das die folgenden Schritte einschließt: – Empfangen der Pakete an einer Basisstation, die mit der Netzleitung gekoppelt ist; – Bestimmung des Ziels der Pakete; – Senden der Pakete über ein Anbindungsnetzwerk zu einer anderen Kommunikationsstation entsprechend des festgestellten Ziels, und – Zurückliefern von Signalisierungsinformation an die Kommunikationsstation.
Kommunikationsvorrichtung zur Übertragung von Signalen über ein Netzleitungs-Kommunikationssystem, das eine Netzleitung (120) zur Verteilung von Elektrizität zu einer Vielzahl von Standorten (S1–S6) und eine Kommunikationsstation B5 umfasst, die mit der Netzleitung gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: – eine Schnittstelle zum Empfang von Signalen von der Kommunikationsausrüstung; – Einrichtungen zur Codierung der Signale in Datenpakete; – Einrichtungen zur Übertragung der Datenpakete zwischen der Station und den Standorten über einen Teil der Leitung, die außerhalb der Standorte liegt, unter Verwendung eines Paketdaten-Kommunikationsprotokolls, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Einrichtungen zur Digitalisierung der Signale vor ihrer Codierung in Datenpakete und Einrichtungen zur Formung der Pakete derart einschließt, dass sie jeweils eine Länge von zwischen 2 und 5 Millisekunden haben, und dass die Schnittstelle zum Empfang der Signale von der Kommunikationsausrüstung zum Empfang von Sprachband-Signalen von Sprachband-Kommunikationsausrüstungen ausgebildet ist.