FI118786B - Järjestely datasignaalin välittämiseksi kaapelitelevisioverkossa - Google Patents

Description

118786 Järjestely datasignaalin välittämiseksi kaapelitelevisioverkossa

Keksinnön ala

Keksintö liittyy järjestelyyn datasignaalin välittämiseksi kaapelitele-5 visioverkossa, erityisesti käytettäessä kantataajuista datasignaalia.

Keksinnön tausta

Internetin käytön yleistyminen lisää jatkuvasti Intemet-kotiliittymien kysyntää. Perinteiset puhelinmodeemiliittymät ovat kapeasta kaistanleveydestä johtuen varsin hitaita ja ne tyypillisesti varaavat puhelinlinjan Internet-yhteyden 10 ajaksi. Suurempi siirtonopeus on tarjolla erilaisten xDSL-liittymien ja kaapeli-modeemiliittymien avulla. Varsinkin alueilla, joissa televisiosignaali tuodaan kotitalouksiin kaapeliverkon kautta, kaapeliverkko tarjoaa valmiin siirtotien myös datasignaalien välittämiseen.

DOCSIS-tyyppisessä (Data-Over-Cable Service Interface Specifica-15 tions) kaapelitelevisiojärjestelmässä (CATV, Community Antenna Television) datasignaali moduloidaan omalle taajuudelleen (kanavalle) kuten TV-signaalitkin, jolloin signaalit voidaan välittää samassa kaapelissa ja erottaa ne toisistaan vastaanottimessa. Kotitaloudet tarvitsevat erityisen kaapelimodeemin (CM) datayhteyden muodostamiseen tietokoneelle. Kotitalouksien kannal- ; 20 ta haittana on se, että kaapelimodeemit ovat melko kalliita. Kaapeliverkko- • ·· operaattoreiden kannalta ongelmaksi muodostuu se, että kaapelimodeemiyh-teyksiin käytettävä kallis verkkolaitteisto CMTS (Cable Modem Termination • · ·

System) pystyy tarjoamaan vain rajoitetun määrän yhteyksiä. Lisäksi kaapelini i modeemiliittymän haittana on se, että kyseessä on jaettu verkko, jossa käytös- 25 sä oleva siirtokapasiteetti (esim. CATV-verkon yhden haaran siirtokapasiteetti) • · · jaetaan kaikkien samanaikaisesti käytössä olevien liittymien kesken, jolloin yhden kotitalouden käyttöön tuleva siirtokapasiteetti voi jäädä pieneksi.

: Näiden haittojen välttämiseksi on kehitetty ratkaisu, jota kuvataan ··· · ;**·; tarkemmin patenttihakemuksessa EP 1099349. EP 1099349 kuvaa menetel- 30 män ja laitteen Ethernet-signaalin välittämiseksi kaksisuuntaisesti kaapeliver- • · · kon tilaajayhteydelle. Kaksisuuntaiset kahdessa erillisessä kaapelissa siirtyvät **·.·: Ethernet-signaalit yhdistetään haaroittimella yhdessä kaapelissa kahteen : suuntaan siirtyväksi signaaliksi ja lopuksi yhdistetään diplexer-suotimella perin- • · · » teiseen CATV-signaaliin. Muodostuva yhdistetty signaali voidaan välittää 35 CATV-verkon tilaajajohdossa. Vastaavasti yhdistetyn signaalin vastaanotossa 2 118786 (kotitalousliittymässä) erotetaan yhdistetystä signaalista suodattimien avulla Ethernet-signaali ja CATV-signaali. Kaksisuuntaisen Ethemet-signaalin siirto-suunnat erotetaan haaroittimella, ja lähetys- ja vastaanotto-signalit viedään omia kaapeleitaan pitkiin tietokoneelle, tyypillisesti verkkokorttiliitännän kautta.

5 CATV-signaali viedään normaalisti televisiolle.

Patenttihakemuksen EP 1099349 tarkoituksena on tarjota edulliset välineet CATV-verkon käyttämiseksi sekä CATV-signaalin että esimerkiksi tietokoneelle ohjattavan Ethernet-signaalin välittämiseksi ilman kaapelimodeemia. Koska kantataajuisen datasignaalin välittäminen ei edellytä moduloin-10 tia/demodulointia, CATV-signaalin ja kantataajuisen Ethernet-signaalin yhdistämiseen ja erottamiseen voidaan käyttää passiivisia komponentteja.

Käytännössä edellä kuvattu järjestely ei sellaisenaan ole käyttökelpoinen Ethernet-signaalin välittämiseen, sillä esitetty rakenne aiheuttaa liian suuren vaimennuksen, jotta tietokoneen verkkokortteja voitaisiin käyttää on-15 gelmitta. Ethernet-standardi IEEE 802.3 asettaa maksimiarvon 11,5 dB vaimennukselle 10 MHz:n taajuudella, jonka edellä kuvattu kaapeliverkkojärjeste-ly kuitenkin ylittää. Vielä suuremman ongelman muodostaa siirtokaistan alemmat taajuudet, koska esitetyssä koaksiaalikaapeliverkkojärjestelyssä pienemmät taajuudet vaimenevat enemmän kuin parikaapeliyhteydellä. Vaimennuk-20 sen suurin osakomponentti tulee haaroittimista, joissa kahteen eri suuntaan kulkevat signaalit yhdistetään yhteen johtoon ja vastaavasti erotetaan toisessa päässä lähetys- ja vastaanottohaaraan. Tällöin tunnetun tekniikan mukaisella verkkojärjestelyllä koko siirtokaistalla ei ole mahdollista saavuttaa haluttuja ··· : vaimennusarvoja, mikä aiheuttaa signaalin vääristymistä edelleen pienentäen 25 mahdollisuutta muodostaa linkkiä luotettavasti. Kun lisäksi tiedetään, että aina- · · "V kin jotkut tietokoneiden verkkokortit kadottavat linkin jo alemmillakin vaimen- "" nusarvoilla, on olemassa tarve pienemmän vaimennuksen toteuttavalle järjes- *··· telylle.

: Keksinnön lyhyt selostus 30 Nyt on kehitetty parannettu järjestely yllä mainittujen ongelmien vä- .•j·. hentämiseksi. Keksinnön eri aspekteina esitetään tietoliikennejärjestelmä, • · ♦ verkkoelementti ja haaroitinkytkentä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan **:*' itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat :.·*· epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

·:··: 35 Keksintö perustuu siihen, että edellä esitetyssä verkkojärjestelyssä käytetään haaroitinkytkentää, joka on kytketty integroidusti suuri-impedanssi- 3 118786 sen vastaanottoportin käsittävän dataverkon kytkentäpisteen ja kaapelitelevi-siosignaalia ja kantataajuista kaksisuuntaista datasignaalia yhdistävän yhdistimen väliin lähetettävän datasignaalin ja vastaanotettavan datasignaalin erottamiseksi omiksi haaroikseen mainittua kytkentäpistettä varten, jossa haaroi-5 tinkytkennässä mainittujen haarojen impedanssit on sovitettu olennaisesti erisuuriksi siten, että vastaanottohaaran impedanssi on sovitettu suuremmaksi koostuen olennaisesti mainitun vastaanottoportin impedanssista ja johon vas-taanottohaaraan on sovitettu jännitevahvistus vastaanottohaarassa olevan muuntajakytkennän ja mainitun vastaanottohaaran impedanssin avulla vas-10 taanottohaaran vaimennuksen kompensoimiseksi.

Toisin sanoen, keksinnön eräänä lähtökohtana on yhdistää Ether-net-kytkinpiiri ja edellä kuvattu haaroitin- ja suodatinjärjestely, joka integroituna näin muodostaa yhden laitekokonaisuuden. Tällöin eräistä tunnetun tekniikan mukaisista vaimennusta aiheuttavista komponenteista päästään eroon ja 15 samalla voidaan hyödyntää Ethernet-kytkinpiirin vastaanottoportin suurta impedanssia jännitevahvistuksen aikaansaamiseen.

Keksinnön mukaisen järjestelyn etuna on, että mitoittamalla haaroi-tinjärjestelyn komponentit sopivasti, voidaan linkkisegmentin häviötä pienentää jopa yli 2 dB.llä, jolloin koko linkkisegmentin kokonaishäviön arvoksi saadaan 20 n. 9,5 dB 10 MHz:n taajuudella. Lisäksi samalla linkin vaimennusta pienennetään koko käytettävällä taajuuskaistalla yli 2 dB ylöspäin, jolloin esimerkiksi noin 5 MHz.n taajuudella vaimenema on olennaisesti sama kuin tyypillisillä Ethernet-parikaapeleilla. Tällöin käytännössä kaikki markkinoilla olevat verkko- ·«· : .·. kortit pystyvät ylläpitämään tiedonsiirtoyhteyden tällaisella linkkisegmentillä.

• · · · • · : : 25 Kuvioiden lyhyt selostus ···

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh-teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaisen verkkojärjestelyn CATV-signaalin ja kantataajuisen kaksisuuntaisen datasignaalin välittämiseksi; 30 Kuvio 2 esittää kaavion tunnetun tekniikan mukaisen verkkojärjeste- lyn vaimennusvasteesta taajuuden funktiona;

Kuvio 3 esittää lohkokaaviona keksinnön erään edullisen suoritus- • · **:·’ muodon;

Kuvio 4 esittää yksinkertaistetun lohkokaavion keksinnön eräästä ·:··: 35 edullisesta suoritusmuodosta; ja 4 118786

Kuvio 5 esittää yksinkertaistetun kytkentäkaavion keksinnön eräästä edullisesta suoritusmuodosta.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 esitetään yksinkertaistetun lohkokaavion avulla patentti-5 hakemuksessa EP 1099349 kuvattu tunnetun tekniikan mukainen CATV-verkkojärjestely CATV-signaalin ja kantataajuisen kaksisuuntaisen datasignaa-lin välittämiseksi. Kuvion 1 mukainen järjestely kuvaa CATV-verkkojärjestelyä kotitalousliittymien olennaisessa läheisyydessä, jossa TV-signaali tuodaan jakelupisteelle DP laajakaistaisena yhteytenä tyypillisesti optista kuitua tai koak-10 siaalikaapelia pitkin. Jakelupisteestä DP eteenpäin verkko on toteutettu koak-siaaiikaapeliverkkona aina kotitalouden liityntäpisteeseen asti. Tästä koaksiaa-likaapeliverkko-osuudesta käytetään usein nimitystä "viimeiset 100 metriä” tai myös "viimeinen maili”.

Kuviossa 1 jakelupiste 100 esitetään havainnollisuuden vuoksi yh-15 tenä loogisena kokonaisuutena, mutta käytännössä jakelupisteen käsittämät komponentit ovat erillisiä ja ne voivat sijaita varsin etäällä toisistaan. Jakelupiste 100 käsittää analogisen ja/tai digitaalisen TV-signaalimodulaattorin 102, joka muuntaa kuva- ja äänisignaalin koaksiaaiikaapeliverkkoon sopivaan muotoon. Erityisesti TV-signaalimodulaattori 102 voi sijaita jopa kilometrien päässä jake-20 iupisteen muista komponenteista. Edelleen verkkojärjestely käsittää palvelimen 104, joka voi sijaita esimerkiksi koaksiaalikaapeliverkon päävahvistimen yhtey- ,*··. dessä, johon Ethernet-datasignaaii tuodaan laajakaistaisen yhteyden 106, • * esimerkiksi 100BaseT-parikaapeliyhteyden kautta. Palvelin 104 välittää da-tasignaalin soveltuvaa laitteistoa ja siirtomediaa käyttäen edelleen Ethernet-25 kytkimelle 108, joka käsittää useita portteja 110 (ns. Ethernet multitap), joihin « · · ···· datasignaali sovitetaan tyypillisesti lOBaseT-parikaapeliyhteydelle 112. Koak- siaaiikaapeliverkkoa varten jakelupiste käsittää pääasiassa suodattimien avulla toteutetun yhdistimen 114 (käytännössä diplexer-suodattimen), joka suodattaa j.·*: kantataajuisen Ethernet-datasignaalin omalla alipäästösuodattimellaan 116 ja 30 CATV-signaalin vastaavasti omalla ylipäästösuodattimellaan 118. Nämä suo-datetut signaalit yhdistetään, jolloin muodostuu koaksiaalikaapeliverkossa 122 välitettävä yhdistetty signaali. Lisäksi parikaapeliliittimen 120 yhteydessä on **:** haaroitinjärjestely, jolla meno- ja paluusuunnan Ethemet-signaalit erotetaan parikaapeliyhteyttä 112 varten.

*:»*: 35 Vastaavasti taloliittymän 124 yhteydessä sijaitsee maaerotin 126, joka suodattaa yhdistetystä signaalista alimmat häiriötaajuudet pois. Yhdistetty 5 118786 signaali viedään edelleen koaksiaalikaapeliyhteydellä 128 kotitalousliittymän seinäliittimelle 130 (’’pistorasia"), joka käsittää erottimen yhdistimelle 114 päinvastaisten toimenpiteiden suorittamiseksi: erotetaan ali- ja ylipäästösuodattimil-la 132 ja 134 (vastaavat suodattimia 116 ja 118) kantataajuinen Ethernet-5 datasignaali ja CATV-signaali toisistaan. Edelleen meno- ja paluusuunnan Et-hernet-signaalien erottamiseksi seinäliittimenä toimivassa parikaapeliliittimessä 136 käytetään vastaavanlaista haaroitinjärjestelyä kuin jakelupisteessä 100. Ethernet-signaali siis syötetään parikaapeliliittimen 136 ja parikaapeliyhteyden 138 kautta tietokoneelle 140. Vastaavasti paluusuunnan Ethernet-signaali kul-10 kee saman yhteyden kautta vastakkaiseen suuntaan. Edelleen CATV-signaali syötetään seinäliittimen 142 ja koaksiaalikaapelin 144 kautta televisiolle 146.

Kun tarkastellaan lähemmin tällaisen verkkojärjestelyn toimintaa Et-hernet-signaalin välittämisessä, havaitaan kuitenkin vakavia ongelmia. Siirrettäessä datasignaalia kaapeliverkossa tapahtuu tiedonsiirtolinkillä aina jonkin 15 verran häviöitä johtuen mm. kaapelivaimennuksesta, impedanssisovitusten epätäsmällisyydestä, ylikuulumisesta ja kytkentähäviöistä. Ethernet-standardi IEEE 802.3-2002 (kpl. 14.4.2.1) asettaa yhdellä linkkisegmentillä tapahtuville häviöille maksimiarvon 11,5 dB taajuudella 10 MHz. Kuvion 1 mukaisessa järjestelyssä linkkisegmentti muodostuu Ethernet-kytkimen 108 ja kotitietokoneen 20 140 välille. Tällä linkkisegmentillä olennaisia häviöitä aiheuttavat tekijät on merkitty kuvioon 1 kirjaimilla A - F.

Häviötekijä A aiheutuu parikaapeliliittimen 120, siihen yhdistetyn haaroitinkytkennän ja suodatinjärjestelyn yhdistelmästä, jossa kaikkien häviöi- ··· : .·. den yhteisvaikutus on n. 3,7 dB. Häviöt aiheutuvat lähinnä tavanomaisen haa- "V 25 roittimen vaimennuksesta. Häviötekijä B aiheutuu koaksiaalikaapelin 122 aihe-• · · “V uttamasta vaimennuksesta, joka 100 metrin matkalla tekee n. 2,3 dB tyypillisel- lä koaksiaalikaapelilla. Häviötekijä C johtuu maaerottimen datasignaaliin aihe- • « ***** uttamasta läpimenovaimennuksesta, jonka suuruus on luokkaa 0,2 dB. Myös häviötekijä D, joka aiheutuu arviolta n. 10 metrin mittaisesta koaksiaali- i.i: 30 kaapelista, on luokkaa 0,2 dB. Häviötekijä E aiheutuu vastaavasta rakenteesta ··· kuin häviötekijä A, jolloin myös E on suuruudeltaan n. 3,7 dB. Viimeinen hä- .*:*. viötekijä F, joka aiheutuu arviolta n. 20 metrin mittaisesta parikaapelista, on .···. luokkaa 1,6 dB. Näin ollen kaikki häviötekijät A - F yhteenlaskettuna link- • · *" kisegmentin kokonaishäviö on 11,7 dB, mikä ylittää standardin asettaman : 35 maksimiarvon taajuudella 10 MHz.

« * 6 118786

Alemmilla taajuuksilla syntyviä ongelmia voidaan havainnollistaa kuvion 2 mukaisella kaaviolla. Kaaviossa esitetään Ethemet-signaalien vai-mentumat taajuustasossa käytettäessä toisaalta Ethernet-verkoissa yleisesti käytettyjä CAT3- ja CAT5-parikaapeleita ja toisaalta edellä kuvatussa verkko-5 järjestelyssä käytettävää koaksiaalikaapelia (Coax) ja haaroittimia. 10BaseT-Ethernet-signaalin aaltomuoto on optimoitu parikaapelisiirtomediaa ajatellen. Kaaviosta nähdään, että koaksiaalikaapelijärjestelyn vaimennus esimerkiksi noin 5 MHz:n taajuudella on 2 - 3 dB enemmän kuin CAT3-parikaapelilla. Tästä seuraa se, että koko siirtokaistalla ei pystytä saavuttamaan vastaanottimen 10 linkin ylläpitoon tarvitsemaa signaalitasoa. Toisin sanoen, useat tietokoneiden verkkokortit eivät pysty muodostamaan tai ainakaan jatkuvasti ylläpitämään tiedonsiirtolinkkiä kuvion 1 mukaisessa verkkorakenteessa.

Keksinnön mukainen parannettu CATV-verkkojärjestely, jossa Et-hernet-kytkimen 108 ja kotitietokoneen 140 välisen linkkisegmentin vaimen-15 nusta on pienennetty n. 2 dB ja jossa kokonaishäviö tällöin asettuu selvästi alle Ethernet-standardin IEEE 802.3-2002 asettaman maksimiarvon 11,5 dB, perustuu nimenomaan edellä kuvatun häviötekijän A huomattavaan pienentämiseen.

Keksinnön perusideaa havainnollistetaan tarkemmin kuvion 3 mu-20 kaisella lohkokaaviolla, joka kuvaa keksinnön mukaisen jakelupisteen rakenteen yleisellä tasolla. Keksinnön eräänä lähtökohtana on yhdistää Ethernet-kytkinpiiri (Ethernet multitap, 108 kuviossa 1) kuviossa 4 tarkemmin selostetta-vaan haaroitin- ja suodatinjärjestelyyn, joka integroituna näin muodostaa yh- *·· : .·. den laitekokonaisuuden. Tällöin kuvion 1 mukaisesta parikaapelista 112 ja pa- 25 rikaapeliliittimestä 120 päästään eroon ja samalla voidaan hyödyntää Ethernet- • · · ”V kytkinpiirin vastaanottoportin erittäin suurta impedanssia jännitevahvistuksen aikaansaamiseen. Ethernet-kytkln käsittää edullisesti useita, esimerkiksi 10 - • · ***** 15 kappaletta 10BaseT- tai 100BaseT-tulo/lähtöporttipareja, joihin jokaiseen liitetään kuvion 4 mukainen haaroitin· ja suodatinjärjestely. Kuviossa 3 diple-: 30 xer-suodatin on kuvattu osaksi integroitua laitekokonaisuutta, mutta keksinnön toiminnan kannalta diplexer voidaan toteuttaa myös erillisenä, esitettyyn laite-.*:*. kokonaisuuteen kytkettynä suodattimena.

.···. Kuvion 4 mukainen lohkokaavio esittää Ethernet-kytkinpiiriin liitetyn "* epäsymmetrisen haaroitinjärjestelyn sekä suodattimien avulla toteutetun yhdis ti i 35 timen/erottimen kantataajuisen Ethernet-datasignaalin ja CATV-signaalin yh-* distämiseksi/erottamiseksi. Kuvion 4 haaroitinjäijestely käsittää Ethernet- 7 118786 kytkinpiiriä 400 varten erotetut lähetettävän (Tx) Ethernet-signaalin ja vastaanotettavan (Rx) Ethernet-signaalin. Sekä lähetettävä että vastaanotettava Et-hemet-signaali on galvaanisesti erotettu itse haaroitinkytkennästä 406 kahden muuntajan 402 ja 404 avulla. Jotta lähetettävän signaalin vaimennus saadaan 5 mahdollisimman pieneksi, on haaroitinkytkentä 406 suunniteltava siten, että läpimenovaimennus on hyvin pieni, olennaisesti noin 1 dB. Tästä aiheutuu vastaanotettavaan signaaliin voimakas vaimennus, joka tulee kompensoida.

Kompensoinnissa voidaan edullisesti hyödyntää Ethernet-kytkin-piirin vastaanottoportin suurta impedanssia, jolloin valitsemalla vastaanottopii-10 rin muuntajan käämitykset sopivasti voidaan järjestää riittävä jännitevahvistus kasvattamalla impedanssitasoa. Muuntajat 402 ja 404 ovat edullisesti epäsymmetrisiä käämitykseltään, minkä lisäksi Ethernet-kytkinpiirin vastaanotto-portin ja lähetysportin kuormaimpedanssit ovat erisuuria. Kasvaneen vastaan-ottohaaran impedanssin ansiosta vastaanottimeen voidaan järjestää jännite-15 vahvistusta vaimentuneen signaalin kompensoimiseksi. Tällöin erityisesti vas-taanottomuuntajan 404 käämitykset ja kuormavastukset sopivasti valitsemalla saadaan Ethernet-vastaanottosignaalin vahvistus ja haaroitinjärjestelyn impedanssisovitukset huomattavasti paremmiksi kuin tunnetun tekniikan mukaisessa haaroitinjärjestelyssä, minkä ansiosta haaroitinjärjestelyn aiheuttama häviö 20 pienenee huomattavasti.

Mittaukset osoittavat, että mitoittamalla kuvion 4 mukaisen haaroitin-järjestelyn komponentit (402, 404, 406) sopivasti, voidaan kuvion 1 häviöteki-jää A vastaava osuus linkkisegmentistä pienentää jopa yli 2 dB:llä, siis olen-: .·. naisesti arvoon 1,5 dB. Toisin sanoen, soveltamalla kuvion 4 mukaista järjeste- 25 lyä kuvion 1 osalta häviötekijän A minimointiin, saadaan koko linkkisegmentin • · * *’Y kokonaishäviön arvoksi n. 9,5 dB 10 MHz:n taajuudella. Tämä on selvästi alle *::: Ethernet-standardin IEEE 802.3-2002 asettaman maksimiarvon 11,5 dB. Li- • · ***** säksi samalla koaksiaalikaapelin ja haaroittimen yhteistä vaimennusta pienen netään käytettävällä taajuuskaistalla yli 2 dB ylöspäin, jolloin esimerkiksi noin 5 : 30 MHz:n taajuudella vaimennus on olennaisesti sama kuin CAT3-parikaapelilla.

Tällöin käytännössä kaikki markkinoilla olevat verkkokortit pystyvät ylläpitä-.*:*. mään tiedonsiirtoyhteyden tällaisella linkkisegmentillä.

.···. Edelleen kuviossa 4 esitetään keksinnön eräänä suoritusmuotona • * '*“ haaroitinjärjestelyyn kytketty kulkuaikakorjain 408 (Group Delay Equalizer), :.:: 35 jonka tehtävänä on korjata suodatuksen Ethernet-signaaliin aiheuttamaa ryh- mäviivettä. Lisäksi parikaapelin ryhmäviivekuvio poikkeaa koaksiaalikaapelin 8 118786 aiheuttamasta ryhmäviiveestä. Yleisesti ottaen 10Base-T Ethernet-signaalin vastaanotto on suunniteltu parikaapelin aiheuttamia vääristymiä huomioiden, joten edellä mainitut kanavan epälineaarisuutta aiheuttavat kulkuaikaerot tulee korjata. Kulkuaikakorjain 408 voidaan toteuttaa edullisesti yksinkertaisena 1-5 tyypin ryhmäviivekorjaimena, joka käsittää vain passiivisia LC-komponentteja.

Edelleen kuviossa 4 kuvataan ylijännitesuojaus 410, jolla suojataan haaroitinkytkennän komponentteja syöksyaalloilta. Erillinen ylijännitesuojaus on tarpeen, koska Ethernet-signaalin suodatuksen alataajuus on n. 100 kHz, jolloin esimerkiksi ukonilman aiheuttamat syöksyaallot pääsevät melko esteetit) tömästi haaroitinkytkennän ja muuntajien korkeisiin impedansseihin. Tällöin komponenttien vaurioituminen on todennäköistä, mikäli erillistä ylijännitesuojausta ei käytetä. On toki huomattava, että esitetyt kulkuaikakorjain ja ylijännitesuojaus eivät ole olennaisia vaimennuksen pienentämisessä ja siten keksinnön toteutuksen kannalta, mutta ne parantavat omalta osaltaan linkkisegmen-15 tin luotettavuutta.

Lisäksi kuviossa 4 kuvataan kuvion 1 mukaiset suodattimet (diple-xer-suodatin) kantataajuisen Ethernet-datasignaalin suodattamiseksi omalla alipäästösuodattimellaan 412 ja CATV-signaalin suodattamiseksi vastaavasti omalla ylipäästösuodattimellaan 414, joista suodatetuista signaaleista muodos-20 tetaan yhdistetty signaali 416 välitettäväksi koaksiaalikaapeliverkossa. Luonnollisesti vastaanotettaessa yhdistettyä signaalia vastaavat suodattimet erotta- **·.· vat yhdistetystä signaalista kantataajuisen Ethernet-datasignaalin ja CATV- • * .·**. signaalin.

: ", Kuviossa 5 esitetään keksinnön erään suoritusmuodon mukainen i I « |*V 25 kytkentäkaavio haaroitinkytkennän ja kulkuaikakorjaimen toteutuksesta. Ether- *'Y net-kytkin käsittää portit sekä lähetyssignaaliile (Tx) että vastaanottosignaalille *:::* (Rx). Lähettävä Ethernet-portti toimii käytännössä vuorovaihevirtaohjaimena, • · *···* joka tyypillisen 100 ohmin parikaapelin sijaan syöttää signaalin koaksiaalikaa peliin. Tässä kytkennässä muuntajan T1 muuntosuhde on valittu siten, että • · : 30 signaalin amplitudit ovat samat kuin parikaapelisovelluksessa, mutta verkon ι,,.ϊ kuormitusimpedanssi on pienempi. Lähtevä signaali syötetään muuntajan T1 kautta muuntajan T2 ensiöpuolen keskelle, jolloin virta jakaantuu puoliksi ko- ..... aksiaalikaapeliri ja puoliksi päätevastuksen R3 suuntaan. Kytkennän suuntaa- • · Y vuus syntyy siitä, että eri haaroihin menevät virrat ovat magneettikentän kan- • · ; 35 naita erisuuntaiset ja samansuuruiset, jolloin Ethemet-kytkimen vastaanotin- ·:**!* porttiin ei kytkeydy lähetyssignaalia. Vastuksen R3 mitoituksen on vastattava 9 118786 koaksiaalikaapelin impedanssia, jolloin muuntajan balanssi on parhaimmillaan ja suuntaavuus maksimissaan.

Ethernet-signaalin vastaanotossa signaali kulkee muuntajan T2 en-siökäämien läpi päätevastukselle R3. Vastukset R4 ja R5 kuvautuvat ensiö-5 puolelle muuntosuhteen mukaan pieninä impedansseina, jolloin koaksiaalikaapelin pääteimpedanssi on suurempi kuin nimellisimpedanssi. Lähetysportin vastukset R1 ja R2 pienentävät pääteimpedanssia, jolloin koaksiaalikaapelin sovitus paranee. Ensiöpuolen virta kuvautuu muuntajan T2 toisiopuolelle. Toi-siopuolta kuormitetaan korkeilla impedansseilla R4 ja R5, jolloin vastaanotettu 10 jännite nousee impedanssitason muutoksen avulla. Muuntajan kierroslukujen suhde määrää jännitevahvistuksen ja impedanssitason muutoksen. Sopivalla mitoituksella saadaan jännitevahvistuksella lähes kompensoitua suuntakytki-men vaimennus vastaanottohaaraan.

Kulkuaikakorjain on kuvion 5 esimerkissä toteutettu yksinkertaisesti 15 kahdella ristiinkytketyllä LC-piirillä, jotka käsittävät kelan L1 ja kondensaattorin C3 ja vastaavasti kelan L2 ja kondensaattorin C4. LC-piirit on kytketty haaroi-tinkytkennän lähetys- ja vastaanottohaaroihin ja edelleen yhdistettynä Ether-net-signaalina kohti ylijännitesuojaa. On huomattava, että edellä esitetty kytkentä on vain eräs esimerkki keksinnön mukaisen epäsymmetrisen haaroitin-20 kytkennän ja kulkuaikakorjaimen toteutuksesta. Alan ammattimiehelle on ilmeistä, että samaan vaikutukseen päästään useilla eri kytkentä- ja komponent-tivaihtoehdoilla.

• ♦ ··*·. Ethernet-vastaanottosignaalin vahvistusta säädetään vastaanotto- : .·. muuntajan käämitysten ja vastusten sopivalla valinnalla siten, että linkkibudjetti j* V 25 saadaan sovitettua standardin asettamiin rajoihin ja samalla riittävän alhaisek- **\j si, jotta verkkokortit toimivat linkin yli. Tässä suhteessa säätö on tehtävä melko ·;;; tarkasti, koska liian suuri vahvistus aiheuttaa ylikuulumista lähetys- ja vastaan-

• I

*···* ottosignaalien välillä ja täten signaalitehon häviöllistä kytkeytymistä. Toisaalta liian pieni vahvistus ei riitä linkkibudjetin sovittamiseen haluttuihin rajoihin.

V · : 30 Komponenttien valintaan ja säätöihin vaikuttaa ennen kaikkea käy- O tettävä Ethernet-kytkinpiiri ja sen vastaanottoportin impedanssi, jonka suhteen .···. muut komponentit on mitoitettava. Eräänä esimerkkinä voidaan esittää Marwell I..' SOHO Ethernet-kytkinpiiri 88E6063, jonka vastaanottoportin impedanssi on useita kilo-ohmeja ja jossa molempien porttien (TX, Rx) ohjausjännitteen suu-:.· * 35 ruus on 2,5 V. Lähetysportin ohjausvirta on 100 mA. Tällöin edellä esitetyt *:*·: komponentit voidaan mitoittaa esimerkiksi seuraavasti: vastukset R1, R2 ovat 10 118786 680 ohmia ja kondensaattori C1 on 4,7 μ F, päätevastus R3 on 75 ohmia, vastukset R4, R5 ovat 330 ohmia ja kondensaattori C2 on 100 nF. Lähetysmuun-tajan käämitysten muuntosuhde on n. 1:1,8 ja vastaanottomuuntajassa se on n. 15:1. Esimerkiksi tällaisella kytkennällä päästään siihen, että lähetettävän 5 signaalin läpimenovaimennus haaroitinkytkennässä on noin 1,5 dB. Vastaavasti vastaanotettavaan signaaliin aiheutuu voimakas n. 10,5 dB:n vaimennus, joka taas kompensoidaan lähes kokonaan n. 9 dB:n vahvistuksella, joka muodostuu vastaanottopiirin muuntajan ja vastaanottoportin impedanssin avulla. Tällöin vastaanotetun signaalin vaimennukseksi esitetyn haaroitinkytkennän 10 osalta jää n. 1,5 dB, mikä tuo n. 2 dB:n parannuksen linkkibudjettiin molempiin suuntiin. Käytettäessä jotakin toista Ethernet-kytkinpiiriä on komponentit mitoitettava kyseisen kytkinpiirin arvoihin sopivaksi, mikä on helposti toteutettavissa alan ammattimieheltä.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin-15 nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

• · • e · ·· • · «•f • · • · ··« • · • · · • · · *·· » * · • mm • · « ··· · ·· e ··»# ··· • · • mm • 1 • · « • · · ··· t

Ml • 9 • 1 • mm I i l • *·· • · • · *·· · I Φ t • mm • m· m 9 • m

Claims (9)

11 118786

1. Tietoliikennejärjestelmä kaapelitelevisiosignaalin ja kantataajuisen kaksisuuntaisen datasignaalin välittämiseksi yhdistettynä signaalina ko-aksiaalikaapeliverkossa, joka tietoliikennejärjestelmä käsittää 5 televisiosignaalimodulaattorin (102) kaapelitelevisiosignaalin muo dostamiseksi; dataverkon kytkentäpisteen (108) kantataajuisen datasignaalin välittämiseksi mainitun tietoliikennejärjestelmän ja ulkoisen dataverkon (106) tai palvelimen (104) välillä; 10 yhdistimen (114) kaapelitelevisiosignaalin ja kantataajuisen datasig naalin suodattamiseksi omille taajuuksilleen ja yhdistämiseksi koaksiaalikaape-liverkossa (122) välitettäväksi yhdistetyksi signaaliksi; erottimen (130) kaapelitelevisiosignaalin ja kantataajuisen datasignaalin suodattamiseksi vastaanotetusta yhdistetystä signaalista omille taajuuk-15 silleen ja erottamiseksi erillisiksi signaaleiksi; liitäntävälineet (136) mainitun erotetun kantataajuisen datasignaalin välittämiseksi edelleen ainakin yhdelle päätelaitteelle (140), tunnettu siitä, että mainittu dataverkon kytkentäpiste (108, 400) käsittää suuri-20 impedanssisen vastaanottoportin (110, Rx) ainakin yhdeltä päätelaitteelta (140) mainitun koaksiaalikaapeliverkon (122) kautta tulevan datasignaalin vas-taanottamiseksi; ja että tietoliikennejärjestelmä käsittää ainakin mainitun dataverkon kytkentäpisteen (108, 400) ja mainitun ··· : ;*; yhdistimen (114; 412, 414) välissä olevan epäsymmetrisen haaroitinkytkennän • · · · : .·. 25 (406) lähetettävän datasignaalin ja vastaanotettavan datasignaalin erottami- "V seksi omiksi haaroikseen (Tx, Rx) mainittua kytkentäpistettä varten, jossa haa- roitinkytkennässä ***** mainittujen haarojen (Tx, Rx) impedanssit on sovitettu olennaisesti erisuuriksi siten, että vastaanottohaaran (Rx) impedanssi on sovitettu suu- ··: · 30 remmaksi koostuen olennaisesti mainitun vastaanottoportin impedanssista ja ··· johon vastaanottohaaraan (Rx) on sovitettu jännitevahvistus vas- :*:*: taanottohaarassa olevan muuntajakytkennän (404, T2) ja mainitun vastaanot- • .···. tohaaran impedanssin avulla vastaanottohaaran vaimennuksen kompensoimi- 1 seksi. ♦ · : 35

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tietoliikennejärjestelmä, t u n - nettu siitä, että 12 118786 mainittu kantataajuinen kaksisuuntainen datasignaali on Ethernet-standardin mukainen signaali.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä,että 5 mainittuun epäsymmetriseen haaroitinkytkentään (406) on sovitettu kulkuaikakorjain (408) mainitun datasignaalin kulkuaikaerojen kompensoimiseksi mainitun dataverkon (106) ja mainitun kaapeliverkon (122) välillä.

4. Tietoliikenneverkon verkkoelementti, joka verkkoelementti käsittää 10 ensimmäiset liitäntävälineet (114) kaapelitelevisiosignaalin vastaan ottamiseksi; toiset liitäntävälineet (120) kantataajuisen datasignaalin vastaanottamiseksi; suodatinvälineet (116, 118) lähetettävän kaapelitelevisiosignaalin ja 15 lähetettävän kantataajuisen datasignaalin suodattamiseksi omille taajuuksilleen ja yhdistämiseksi koaksiaalikaapeliverkossa (122) välitettäväksi yhdistetyksi signaaliksi kolmansien liitäntävälineiden (416) kautta ja mainittujen kolmansien liitäntävälineiden (416) kautta vastaanotettavan kantataajuisen datasignaalin suodattamiseksi vastaanotetusta yhdistetystä signaalista omalle 20 taajuudelleen ja erottamiseksi erilliseksi signaaliksi, tunnettu siitä, että verkkoelementti käsittää integroidun dataverkon kytkentäpisteen (108, 400) kantataajuisen • · .·**. datasignaalin välittämiseksi mainitun tietoliikenneverkon ja ulkoisen dataverkon (106) tai palvelimen (104) välillä, joka kytkentäpiste käsittää suuri-25 impedanssisen vastaanottoportin (110, Rx) ainakin yhdeltä päätelaitteelta "V (140) tulevan datasignaalin vastaanottamiseksi; ja ·;;; mainitun dataverkon kytkentäpisteen (400) ja mainittujen suodatin- • · *·1·’ välineiden (116, 118; 412, 414) väliin kytketyn epäsymmetrisen haaroitinkyt- kennän (406) lähetettävän datasignaalin ja vastaanotettavan datasignaalin • : 30 erottamiseksi omiksi haaroikseen (Tx, Rx) mainittua kytkentäpistettä varten, ·,.]· jossa haaroitinkytkennässä .···. mainittujen haarojen (Tx, Rx) impedanssit on sovitettu olennaisesti « · · .···. erisuuriksi siten, että vastaanottohaaran impedanssi on sovitettu suuremmaksi • · "1 koostuen olennaisesti mainitun vastaanottoportin impedanssista; ja • 1 • · · • · · *·· · · 13 118786 johon vastaanottohaaraan on sovitettu jännitevahvistus vastaanot-tohaarassa olevan muuntajakytkennän (404, T2) ja mainitun vastaanottohaa-ran impedanssin avulla vastaanottohaaran vaimennuksen kompensoimiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen verkkoelementti, tunnettu 5 siitä, että mainittu dataverkon kytkentäpiste (400) käsittää Ethernet-kytkinpiirin, johon mainittu haaroitinkytkentä on integroitu yhdeksi laitekokonai-suudeksi.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen verkkoelementti, t u n -10 n e 11 u siitä, että mainittuun epäsymmetriseen haaroitinkytkentään (406) on sovitettu kulkuaikakorjain (408) mainitun datasignaalin kulkuaikaerojen kompensoimiseksi mainitun koaksiaalikaapeliverkon (122) ja ulkoisen dataverkon (106) välillä.

7. Haaroitinkytkentä tietoliikennejärjestelmää varten, jossa tietolii kennejärjestelmässä välitetään kaapelitelevisiosignaalia ja kantataajuista kaksisuuntaista datasignaalia yhdistettynä signaalina koaksiaalikaapeliverkossa (122), tunnettu siitä, että haaroitinkytkentä on kytketty suuri-impedanssisen vastaanottoportin 20 (110, Rx) käsittävän dataverkon kytkentäpisteen (108, 400) ja kaapelitelevisio-signaalia ja kantataajuista kaksisuuntaista datasignaalia yhdistävän yhdistimen (114; 412, 414) väliin lähetettävän datasignaalin ja vastaanotettavan datasig-naalin erottamiseksi omiksi haaroikseen (Tx, Rx) mainittua kytkentäpistettä • · · : ,·. varten, jossa haaroitinkytkennässä 25 mainittujen haarojen (Tx, Rx) impedanssit on sovitettu olennaisesti • · · “V erisuuriksi siten, että vastaanottohaaran impedanssi on sovitettu suuremmaksi koostuen olennaisesti mainitun vastaanottoportin impedanssista ja • · '·*** johon vastaanottohaaraan on sovitettu jännitevahvistus vastaanot- tohaarassa olevan muuntajakytkennän (404, T2) ja mainitun vastaanottohaa-: 30 ran impedanssin avulla vastaanottohaaran vaimennuksen kompensoimiseksi. ΦΜ

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen haaroitinkytkentä, tunnettu siitä, että • · · .···. mainittu kantataajuinen kaksisuuntainen datasignaali on Ethernet- • · T standardin mukainen signaali. • * : 35

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen haaroitinkytkentä, tunnettu *·'*· siitä, että 14 118786 lähetyshaara (Tx) käsittää muuntajan (T1), jonka muuntosuhde on sovitettu siten, että lähetettävän datasignaalin amplitudi vastaa olennaisesti parikaapeliin syötettävän Ethernet-signaalin amplitudia. • · • · · • »« • « # · • · *·· • · • · · « · « ·* · • · * · · • * · • * * · ··« • · · · »»» • · • · • · » • · • · · • « t ··* · ·* · • · • φ φ · φ • φ φ ® # # φ φ φ φ IM Φ Φ Φ Φ ΦΦΦ Φ Φ · Φ Φ · Φ Φ Φ ΦΦΦ Φ • Φ Φ 118786 15