JP2006054910A - 同時、双方向にビデオ帯域幅信号を伝送するローカルエリアネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号を伝送しスイッチングするシステムを提供する。
【解決手段】複数の入力ポイントおよび複数の出力ポイントを有するクロスポイントスイッチと、アナログビデオ信号を入力ポイントの少なくとも１つに送る手段と、デジタルデータ信号を入力ポイントの少なくとも他のものに同時に送る手段と、クロスポイントスイッチをスイッチングして、アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号の両方を同時にそれぞれの出力ポイントに接続する手段とを具備し、アナログビデオ信号およびデジタルデータは同時に同じクロスポイントスイッチを経由して伝送する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ローカルエリアネットワークに関し、特に、同時、双方向にビデオ帯域幅信号を伝送するローカルエリアネットワークに関する。

ローカルエリアネットワークにおいて、ビデオ帯域幅信号が伝送されることは周知である。

図１〜図３は、従来のネットワークのいくつかを示している。図１において、ハブ１０は、セントラルプロセッサとＮ×Ｎのクロスポイントスイッチとを有し、Ｎ個のユーザパス１８（入力数および出力数）に接続された状態で設けられている。ハブ１０のＮ×Ｎクロスポイントスイッチにより、ハブ１０上の全てのユーザ１２は互いに通信することができるが、Ｎ数のユーザに制限される。

図２は、より多くのユーザを有するように、図１に示される構成を拡張した構成を示している。この構成においては、各ハブ１０の３つのユーザ１２を取り除き、他のユーザポートがパス１４を介して他のハブ１０に接続されている。このような方法ではより多くのユーザを相互接続することができるが、このシステムに接続可能なユーザの数が制限され、新しいハブが追加されるときは常に、他のハブ全てからユーザを取り去る必要がある。

図３は、多数のハブ１０がパス１６を介してバス２０に接続されることにより相互接続された一形態を示している。このような構成では、左側のハブ１０Ａに接続されたユーザ１２Ａは、信号が、それぞれのパス１８Ａから各自のハブ１０Ａに送られ、パス１６Ａから全体を介してチャネルが占有されたバス２０に送られ、パス１６Ｃからハブ１０Ｃを介してユーザ１２Ｃに送られることによりユーザ１２Ｃに受け取られ、これにより、ハブ１０Ｃに接続されたユーザ１２Ｃに通信することができる。このような構成では、バス２０上の全てのチャネルがいったん使用されると、さらなる信号をハブからハブに伝送することができない。もし、チャネル１上で、ユーザ１２Ａとユーザ１２Ｃとの間でテレビ会議が催された場合、ユーザ１２Ｆおよびユーザ１２Ｇ（図面の右側外）は同時にチャネル１上で他のテレビ会議を行うことができない。

図３の構成ではまた、各ハブ１０とバス２０との間の接続ライン１６の数においていくつかの制限があり、これにより、ハブ１０Ａおよびバス２０間で接続ライン１６Ａのみが設けられている場合、いかなる時においても一度には、バス２０上の一つのチャネルのみがユーザ１２Ａによって使用できる。これは、もしあるユーザ１２Ａがチャネル１上でユーザ１２Ｃとテレビ会議を行っている場合、他のユーザ１２Ａは同時にバス２０上の他のチャネルにおいてビデオを見ることができないということを意味する。バス２０への接続ラインを増やすためには、ユーザ１２はハブ１０から取り外さなければならず、再びネットワークの機能を制限する。

従来のネットワークにおける他の間題点は、ネットワークがツイストペア線を用いている場合、信号が劣化する前に信号を送る地点までの距離が大幅に制限され、実用的ではない。

この発明は、同時、双方向にビデオ帯域幅信号の伝送を行い、経済性に優れながら用途の広い、ローカルエリアネットワークを提供する。

この発明は、テレビ会議、ビデオテープまたはビデオカメラの遠隔制御およびビュウイング等に使用することのできるローカルエリアネットワークを提供する。

この発明は、チャネルセグメンテーションができ、これにより、信号がスイッチングマトリックスにおいて停止され、次のスイッチングマトリックスまで同じチャネル上で伝送される他の信号に置き換えられる、ローカルエリアネットワークを提供する。これにより、一般的なバスに比べて多大な柔軟性を有し、任意のチャネル上で同じ信号が全てのユーザに送信される。

この発明はまた、信号劣化を補正するための自動等化を提供し、これにより、信号をツイストペア線を介して遠距離に送信することができる。

この発明に基づいたネットワークの第１実施例の一例を図４に示す。この構成においては、複数のスイッチングハブ１００Ａ〜Ｆが示されている。各ハブ１００は、複数のユーザ１０２を有し、これらのユーザ１０２はパス１０４を介してそれぞれのハブ１００に接続されている。各ハブ１００は、セントラルプロセッサと、マトリックスを構成するように相互接続された複数のクロスポイントスイッチを含み、これらは後に詳細に説明する。この好適実施例において、後述するような信号処理を行う。

図４に示される構成は、インターノーダルパス１０６にさらなるハブを追加することにより、さらなるユーザを追加し続ける機能を有する。このインターノーダルパス１０６により、図３のバス２０と同様に、さらなるハブを追加することができ、また、各ハブ１００内でのスイッチングマトリックスの機能性により、パス１０６により伝送されるチャネルを分化することができ、これにより、ハブ１００Ｂと１００Ｃとの間のインターノーダルパス１０６ＢＣを介してチャネル１上で伝送される信号と異なる信号が、ハブ１００Ａと１００Ｂとの間のインターノーダルパス１０６ＡＢを介してチャネル１上で伝送されるというさらなる利点を有する。これは、各チャネルがそのチャネル長を通って各種信号を伝送することができ、これにより、ネットワークの所定の規模に従って伝送される信号数を大幅に増加することができるということを意味する。インターノーダルパス１０６に加え、ハブ１００間でデジタル信号を伝送するためのインターノーダルデジタルリンク１０３がある。このインターノーダルデジタルリンク１０３の目的は、後に詳述する。

図２に示される従来のネットワークでは、あるハブと他のハブとの各接続は、ユーザ接続と同じである。従って、もし、あるハブに他の１０のハブと、６つのユーザ（１６の入力および１６の出力）を接続する場合、ハブは１６×１６のクロスポイントスイッチ（２５６のスイッチポイントを有する）を有する必要がある。

図３に示される従来のネットワークでは、もし、バス２０が６４チャネルを伝送し、各ハブ１０が６４チャネル全てへのアクセスを有し、各ハブ１０が１６のユーザを取り扱う能力を有する場合、従来の教訓によれば、各ハブ１０は、（１６＋６４）×（１６＋６４）のクロスポイントスイッチ、（８０の出力による８０の入力）、即ち６４００のスイッチポイントを内部に有するスイッチを有する必要がある。

この発明のハブ１００内のマトリックススイッチは、ユーザ、アップストリームパス、およびダウンストリームパスを制限する点、および、スイッチングポイントの数を最小にしつつ、前記パス機能を適切するための切り換えを行う点で従来のものと異なる。このアップストリームパスおよびダウンストリームパスは、図４に示されるインターノーダルパス１０６である。例えば、マトリックス１００Ｃに対し、アップストリームパスはパス１０６ＢＣであってもよく、ダウンストリームパスはパス１０６ＣＤであってもよい。ユーザは、ユーザ１０２Ｃである。この図に示されるように、ユーザ１０２は、ユーザインターフェイスおよび、このユーザインターフェイスに接続されるあらゆる外部デバイス、例えば、マルチメディアコンピュータ端末、ビデオカメラ、ビデオレコーダ、オーディオテープレコーダ、ビデオモニタ、または、信号を生成または受信する他のデバイス等、を含む。このネットワークのヘッドエンド、またはネットワークのインターノーダルパス１０６の任意の位置には、ケーブルテレビチャネルをこのネットワークに取り込むためのソース１２０を設けることもできる。また、各ハブ１００にはデジタルポートが設けられ、これにより、ハブ１００は、インターノーダルパス１０６に加えて、データリンク１０３によっても相互接続される。

図５および６は、ハブ１００Ｂ内のスイッチのマトリックスのスイッチング機能の要旨を示す。先ず、図５を参照すると、ハブ１００Ｂに直接に接続されている任意のユーザ１０２Ｂ（以降、ユーザ１０２Ｂ−１と称する）において、ユーザ１０２Ｂ−１が信号をハブ１００Ｂ内に送信している時、ハブ１００Ｂ内のスイッチのマトリックスは、前記信号に対して３つの個別タイプのスイッチング機能を実施する。前記信号を一つもしくはそれ以上の任意のアップストリームパス１０６ＡＢに送るか、または、あらゆるアップストリームパスにも送らないことができる（スイッチング機能の第１タイプ）。同ハブ１００Ｂに接続されている一つもしくはそれ以上の任意のユーザ１０２Ｂに前記信号を送るか、または、同ハブ上のあらゆるユーザ１０２Ｂに信号を送らないことができる（スイッチング機能の第２タイプ）。第３に、一つもしくはそれ以上の任意のダウンストリームパス１０６ＢＣに信号を送るか、または、あらゆるダウンストリームパスに信号を送らないことができる。これらの３つのスイッチング機能は独立しており、これにより、ユーザ１０２Ｂ−１は、同時に全ての３つ機能を実行することができる、即ち、同じ信号を同じハブ上の他のユーザに送り、アップストリームに送り、ダウンストリームに送る。これらスイッチング機能はいずれも、任意のユーザのために、いかなる時でもＯＮまたはＯＦＦすることができる。

図６は、ユーザ１０２Ｂ−１がハブ１００Ｂより信号を受信している場合を示す。さらに、ここでは３つの異なるスイッチング機能が示されている。前記ユーザ１０２Ｂ−１は、任意の他のユーザから信号を受け取ることができ、任意のアップストリームパスから信号を受け取ることができ、任意のダウンストリームパスから信号を受け取ることができる。また、これらのスイッチング機能が独立している一方、ハブ１００Ｂのセントラルプロセッサ（ＣＰＵ）の処理機能により、単一のユーザパスが一つのソースから信号を受取り、同時に、信号が混同することを避けることができる。

図５および図６に示される構成は、ハブ１００Ｂに接続されている全てのユーザ１０２Ｂに対して有効であり、これにより、全てのユーザ１０２Ｂと他の全てのユーザ１０２Ｂとの間、全てのユーザ１０２Ｂと全てのアップストリームパス１０６ＡＢとの間、および、全てのユーザ１０２Ｂと全てのダウンストリームパス１０６ＢＣとの間における、双方ＯＮ−ＯＦＦ切り換えが有効となる。スイッチのシングルマトリックスにおける、これら３つの異なる機能の効果は、チャネルセグメンテーションである。これは、ダウンストリームパスからハブ１００Ｂ内に達した信号をハブ１００Ｂで止めることができ、例えば、ユーザ１０２Ｂからの信号に置き換えることができることを意味する。図３の従来のバス構成では、このようなことは不可能である。図２に示される構成のようなネットワークでは可能ではあるが、構成に依存する規模においていつくかの制限が必要となる。

例えば、この発明では、ユーザ１０２Ａがユーザ１０２Ｃと通信するためにパス１０６ＡＢおよび１０６ＢＣを介して一つのチャネルをタイアップする場合、このチャネルは、他のインターノーダルパス、例えば、１０６ＣＤ，１０６ＤＥ，１０６ＥＦ等を再度開放することができ、これにより、例えば、ユーザ１０２Ｄはユーザ１０２Ｆと通信するために同じチャネルを使用することができる。

図３に示される従来のバス構成では、ハブにおいてアップストリームパスとダウンストリームパスとの区別がない。バス２０については、各ハブ１０からのアップストリームパスまたはダウンストリームパスのいずれかのみが設けられ、その両方は設けられていない。図３のハブ１０Ｂのスイッチは、バス２０に信号を送り、バス２０から信号を受け取る。バス２０を介して伝送される信号は停止されず、また、バス２０を介して伝送される信号が異なる信号に置き換えられはしない。チャネルを分化する能力はこの発明に、インターノーダルパスの固定サイズ、およびスイッチングマトリックス１００の固定サイズにたいする非常に多大な柔軟性を提供する。

例えば、この発明の一実施例では、各ハブ１００は１６の異なるユーザ、６４本のアップストリームパス、および６４本のダウンストリームパスに接続することができる。従来のバス構成では、バス２０１に６４本の異なるパスがあると仮定すると、これがネットワークを介して伝送することができる信号の最大数となるであろう。しかし、この発明では、６４より多数の異なる信号をいかなる時でもこのネットワークを介して伝送することができ、これは、ハブ１００Ａと１００Ｂとの間の６４本のパス１０６ＡＢが、ハブ１００Ｂと１００Ｃとの間の６４本のパス１０６ＢＣにおいて伝送される信号と異なる信号を伝送することができ、さらに、ハブ１００Ｃと１００Ｄとの間の６４本のパス１０６ＣＤにおいて伝送される信号とも異なるためである。従って、この発明のハブ１００におけるスイッチングマトリックスにより可能となるチャネルセグメンテーションは、従来のバス構成を越えた、信号伝送ハードウェアの特定サイズの能力を大幅に向上する。

図３の従来のハブ１０をバス２０を通って設けられるチャネルを分化できるように構成すると仮定すると、従来の教訓によれば、Ｎがハブのパス入力および出力の数であれば、Ｎ×Ｎクロスポイントスイッチが必要となり、各ハブは大多数のクロスポイントスイッチを有する必要があり、高価な者となる。例えば、図３のネットワークを参照すると、各ハブ１０が１６のユーザを取り扱え、ハブ２０が６４チャネルのアップストリームおよび６４チャネルのダウンストリームを伝送できるようにしたと仮定すると、ハブ１０のクロスポイントスイッチは、（１６＋６４＋６４）×（１６＋６４＋６４）、即ち、２０，７３６のスイッチポイントを有するクロスポイントスイッチとなる。しかし、図７に示されるこの発明の好適実施例は、アップストリームポート、ダウンストリームポート、およびユーザポートで規定し、その構成の必要機能性を満足するように複数のクロスポイントスイッチを設けることにより、８つのボードのみを必要とし、各ボードは６つの８×１６クロスポイントスイッチ、即ち、６１４４スイッチングポイント（スイッチングポイント数の削減は、約７０％）を有する。これは後に詳述する。

図４に示されるこの発明の好適実施例における各マトリックスボックス、即ちハブ１００は、セントラルプロセッサを有し、また、前述したスイッチング機能に加えてさらなる機能を有し、これらの機能の詳細は後述する。ここでは特に、マトリックスボックス、即ちハブ１００のスイッチング機能の詳細に注目する。図４に示されるこの発明の好適実施例において、各マトリックスボックス、即ちハブ１００は、図７に示されるスイッチングマトリックス２００を複数有する。図７に示されるスイッチングマトリックス２００は、８本の双方向アップストリームパス２０２（チャネル１−８）、８本の双方向のダウンストリームパス２０４（チャネル１−８）、１６本のユーザ入力パス２０６（ＴＸユーザ１−１６）、および１６本のユーザ出力パス２０８（ＲＸユーザ１−１６）と通信できるように構成されている。このマトリックス２００および全てのパスは、ビデオ帯域幅を処理できるように構成されている。

図７に示されるスイッチングマトリックス２００の好適実施例は、６つの８×１６クロスポイントスイッチ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０を有する。使用可能なクロスポイントスイッチの一つにハリスモデルＣＤ２２Ｍ３４９４がある。各クロスポイントスイッチは、８つのＹコーディネイトと１６のＸコーディネイトを、セントラルプロセッサに接続するための接続ピンと同様に有し、スイッチを制御する。図７の左上かどに示されるアップストリームクロスポイントスイッチ２１０は、８つの双方向アップストリームチャネル（インターノーダルパス１０６に対応）に接続されているＹコーディネイトと、左から右への８本のパスに接続されている第１の８つのＸコーディネイト（Ｘ０−Ｘ７）と、右から左への８本のパス２１３に接続されている８つのＸコーディネイト（Ｘ８−Ｘ１５）とを有する。

図７の右上かどのダウンストリームクロスポイントスイッチ２１２は、８本の双方向ダウンストリームパス２０４（他のインターノーダルパス１０６に対応）に接続されているＹコーディネイトを同様に有する。これの第１の８つのＸコーディネイトは左から右への８本のパス２１１に接続されており、第２の８つのＸコーディネイトは右から左への８本のパス２１３に接続されている。アップストリームおよびダウンストリームクロスポイントスイッチ２１０，２１２間の１６本のパスの方向は、複数のアンプ／バッファ２２２、例えば、コムライナーモデルＣＬＣ４１４、またはライナーテクノロジーモデルＬＴ１２３０によって定められる。

第１送信クロスポイントスイッチ２１４は、アップストリームおよびダウンストリームクロスポイントスイッチ２１０，２１２間の左から右への８本のパス２１１に接続されているＹコーディネイトと、１６のユーザ入力（ＴＸユーザ１−１６）に接続されているＸコーディネイトとを有する。ユーザ入力信号は、後述するように、ハブ１００に到達した時点から、ユーザ入力ポイント２０６に達する時点までの間に処理される。

第２送信クロスポイントスイッチ２２０は、アップストリームおよびダウンストリームクロスポイントスイッチ２１０，２１２間の右から左への８本のパス２１３に接続されているＹコーディネイトと、１６のユーザ入力ポイント（ＴＸユーザ１−１６）に接続されているＸコーディネイトとを有する。

第１受信クロスポイントスイッチ２１６は、右から左への８本のパス２１３に接続されているＹコーディネイトと、ユーザ２０８（ＲＸユーザ１−１６）への１６の出力ポイントに接続されているＸコーディネイトとを有する。さらに、ユーザに送られる信号は、後述するように、出力ポイント２０８を発つ時点から、ハブ１００のユーザ出力ポイントに達する時点までの間に処理される。

第２受信クロスポイントスイッチ２１８は、左から右への８本のパス２１１に接続されているＹコーディネイトと、ユーザ２０８（ＲＸユーザ１−１６）への１６の出力ポイントに接続されているＸコーディネイトとを有する。

前述したように、マトリックス２００に到達および立ち去る全ての信号に対しいくつかのスイッチングポテンシャルがある。以下に、いくつかの例を列挙する。

１．あるユーザから入力され、他のユーザに出力される信号
ユーザ１がマトリックス２００に信号を送信していると仮定する。この信号は、第１送信スイッチ２１４のＸＯピンと第２送信スイッチ２２０のＸＯピンと通信状態にあるＴＸユーザ１ポイントに到達する。前記信号は送信スイッチ２１４，２２０のいずれかを介することにより、他のユーザに送ることができる。第１送信スイッチ２１４を介して送る場合、左から右へのパス２１１内の１本上に達し、第２受信クロスポイントスイッチ２１８を経て、選択されたユーザのＲＸユーザポイントを介してこの選択されたユーザに達する。第２送信スイッチ２２０を介して送る場合、右から左へのパス２１３内の１本上に達し、第１受信スイッチ２１６に入力され、選択されたユーザのＲＸユーザポイントを介してこの選択されたユーザに出力される。１つ以上のユーザに前記信号を送るのが望ましい場合、妥当な受信スイッチ２１６、または２１８が、単一の左から右への、または右から左へのパス上の信号を複数のＲＸユーザポイントに接続することができる。

２．ユーザから入力され、アップストリームパスに出力される信号
さらに、ユーザ１がマトリックスボックス１００に信号を送っており、この信号が処理されＴＸユーザ１ポイントに達すると仮定する。アップストリームパス上に前記信号を乗せるためには、この信号は、第２送信スイッチ２２０を介して、右から左へのパス２１３上に乗せられる必要があり、これにより、アップストリームスイッチ２１０のＸ８−Ｘ１５ピンの一つに入力され、このスイッチのＹピンの一つからインターノーダルパス１０６上のアップストリームチャネルに出力される。同然のことながら、アップストリームチャネル２１０は、必要であれば、一つ以上のアップストリームチャネルに同じ信号を送り出すように命令することができるが、アップストリームパスの保全のため恐らくないであろう。また、ユーザ１から入力される信号は、＃１で前述したように、他のユーザに出力されると同時に、アップストリームパスに出力することができる。

３．ユーザから入力され、ダウンストリームパスに出力される信号
ユーザ１から入力される信号は、第１送信スイッチ２１４を通過しなければならず、これにより、左から右へのパス２１１上に達する。そして、ダウンストリームスイッチ２１２のＸ０−Ｘ７ピンの一つに到達し、Ｙピンの一つを介してこのスイッチ２１２から出力する。

４．アップストリームパスから入力され、ユーザに出力される信号
アップストリームパスのチャネル１から入力される信号は、Ｙピン上の一つを介してアップストリームスイッチ２１０に到達し、左から右へのパス２１１上のＸ０−Ｘ７ピンの一つを介して出力される。そして、第２受信スイッチ２１８に着信し、このスイッチのＹピンの一つを介し入力される。そして、一つもしくはそれ以上のＸピンを介して前記スイッチから、ＲＸユーザポイント２０８を介して一つもしくはそれ以上のユーザに出力される。さらに、この信号は、ユーザ１の信号がマトリックス２００を通過すると同時に、一つもしくはそれ以上のユーザにより到達されることができる。例えば、ユーザ１はマトリックスに信号を送信していると同時にアップストリームパスから信号を受信することができ、または、ユーザ２は、ユーザ３がアップストリーム信号を受信していると同時にユーザ１の信号を受信することができる。しかし、ソフトウェアは、ユーザ２が異なるソースから同時に信号を受信することを防止する。

５．アップストリームパスから送られ、ダウンストリームパスに送出される信号
アップストリームスイッチ２１０への前記同様のチャネル１入力は、同じく、第１の８つのＸピン（Ｘ０−Ｘ７）の一つを介してアップストリームスイッチ２１０から出力され、左から右へのパスの１本に乗せられ、第１の８つのＸピン（Ｘ０−Ｘ７）の一つを介してダウンストリームスイッチ２１２に入力され、ダウンストリーム２１２のＹピンの一つを介してダウンストリームチャネル２０４の一つに出力される。チャネル１としてピンＹ０を介して送出することが、もしくは、他のチャネルとして他のピンを介して送出することができる。さらに、これは、システム能力の向上にいかにチャネルセグメンテーションが作用しているかを示す。チャネル１としてマトリックス２００に入力される信号は、他のチャネルとして出力することができ、他の何らかの目的のため、このネットワークのダウンストリーム部のチャネル１パスを開放することができる。

６．ダウンストリームパスから入力され、ユーザに出力される信号
ダウンストリームパスのチャネル５から信号が送られ、この信号は、ピンＹ４を介してダウンストリームスイッチ２１２に入力される。この信号は、第２の８つのＸピン（Ｘ８−１５）を介してダウンストリームスイッチ２１２から出力され、右から左へのパス２１３に乗る。この信号は、第１受信スイッチ２１６により受信され、この受信スイッチ２１６のＸピンの一つもしくはそれ以上から適切なユーザポイント２０８に出力されることにより、一つもしくはそれ以上のユーザに送信される。

７．ダウンストリームパスから入力され、アップストリームパスに出力される信号
ダウンストリームパスのチャネル５から信号が入力され、この信号は、ピンＹ４を介してダウンストリームスイッチ２１２に入力される。前述した例に示されるように、この信号は、ピン（Ｘ８−１５）を介してダウンストリームスイッチ２１２から出力され、右から左へのパス２１３に乗る。この信号は、ピン（Ｘ８−１５）の一つにおいてアップストリームスイッチ２１０に受信され、Ｙピンの一つを介して出力される。

図７Ａは、図７に示されると同様のマトリックス２００を示しているが、さらに、セントラルプロセッサおよび、このセントラルプロセッサによるマトリックス２００のアナログクロスポイントスイッチへのデジタル制御接続を示している。

マトリックスボックス、即ちハブ１００においては、複数のこれらマトリックス２００があり、図８に示されるように相互接続されている。同等のＴＸユーザポイント２０６は、ボックス１００の全てのマトリックス２００と通信し、同等のＲＸユーザポイント２０８はボックス１００の全てのマトリックス２００と通信する。各マトリックス２００は、８つの異なるアップチャネル２０２（他のマトリックスボックスに接続されるインターノーダルパス１０６の一部を形成する）、および８つの異なるダウンチャネル２０４（異なるボックスへの他のインターノーダルパス１０６の一部を形成する）に接続され、従って、マトリックス２００をスタックすることによりボックス１００は、より多くのチャネルを取り扱うことができる。好適実施例の一つにおいては、８つのこれらマトリックスがスタックされ、６４のアップストリームチャネル２０２、および６４のダウンストリームチャネル２０４を通信することができる。

この第１の好適実施例においては、アナログビデオ信号がある１組のマトリックス２００でスイッチオンされ、アナログ音声信号が異なる１組のマトリックス２００でスイッチオンされ、即ち、１６のユーザおよび６４のチャネル間の音声およびビデオの同時、双方向の伝送に対し、単一のボックス１００には、ビデオ信号に８つの相互接続マトリックス２００と、音声信号に８つの相互接続マトリックス２００とが設けられている。一つのボックス１００の全てのマトリックス２００は、ボックス１００のセントラルプロセッサによって制御される。

再び、図４を参照すると、全てのユーザ１０２またはソース１２０と、ネットワークとの間には、ユーザインターフェイス（１０２の一部）がある。この好適実施例においては、コモンモードで信号がインターノーダルパス１０６を伝送する。ハブ１００からユーザ１０２へ、好ましくはペア線である、１０４に割り当てられたパスウェイを通って信号が伝送される。また、ペア線を介してあるユーザインターフェイス１０２から他のユーザインターフェイスに信号を直接送ることも可能である。この発明では、信号がツイストペア線を介して送られる場合、ディファレンシャルモードで信号が送信され、これにより、ユーザインターフェイス１０２およびマトリックスボックス１００は、ツイストペア線を介して信号が送出される前に出力信号をコモンモードからディファレンシャルモードに変換し、ツイストペア線から信号を受信するとき、信号をディファレンシャルモードからコモンモードに変換する。

ユーザインターフェイス１０２とハブ１００との間の配線１０４（図４参照）が、４本のツイストペア線、好ましくは８ピンのＲＪ４５コネクタで終端されているツイストペア線を含むであろうことが考えられる。この好適実施例において、ピン１，２は制御データの付加された音声を送信し、ピン４，５はビデオを送信し、ピン３，６は、制御データの付加された音声を受信し、ピン７，８は、ビデオを受信する。従って、この方法では、同時、双方向、リアルタイムの音声、ビデオ、およびデータ信号が、ツイストペア線である８つのケーブル１組で伝送することができる。この好適実施例において、６４の双方向コモンモード音声およびビデオチャネル送信性能を有するインターノーダルパスウェイ１０６は、１２８ケーブルで構成される。

説明を容易にするため、ツイストペア終端モジュール３５０として信号変換を行う、ユーザインターフェイスボックス１０２およびマトリックスボックス１００の一部を参照する。これらの終端モジュール３５０を、必要に応じてボックス１００，１０２の外部で独立して機能させることもできる。図１１は、２つのツイストペア終端モジュール３５０とこれらの信号処理方法を示す。

外部デバイスから入力される信号：
図１１を参照すると、２つのツイストペア終端モジュール３５０がツイストペア線３１６により共に接続されている。上部ツイストペア終端モジュール３５０の左上部にはシステム入力３００がある。これはコモンモード（例えば、標準のシングル−エンデッドＮＴＳＣ信号）での入力である。これは、ビデオカメラ、ケーブルテレビジョンチャネル、マイクロフォン、もしくはそのほかのソースから入力することができる。この信号は、ビデオバッファ３１０を通過し、コンバータ３１２によりディファレンシャルモードに変換され、オペアンプであるディファレンシャルモードラインドライバ３１４を通過し、ツイストペア線３１６に出力される。このような機能を実行する回路は、図９に示されており後述する。

ツイストペア線から入力される信号：
ツイストペア線３１６に続き、左側の下部ツイストペア終端モジュール３５０へ、ディファレンシャル信号がこのモジュール３５０に受信された時に発生する処理について注目する。先ず、コンバータ３１８において、前記信号がディファレンシャルモードからコモンモードに変換される。この信号は、信号の劣化を補正する等価回路３２０を通過し、コモンモードビデオドライバ３２２を通過し、外部出力３２４に出力される。このような機能を実行する回路は、図１０にしめされており後述する。

等価回路３２０により、同じケーブルの２つのペア線を通過する同時、双方向信号を有することができる。この発明は、従来のデバイスで問題になる信号の劣化、クロストークという不具合を解消する。

図１１の右手側は、左手側と同様であるが反転している。下部ツイストペア終端モジュール３５０の右下かどには、再び、システム入力３００があり、これはビデオバッファ３１０を通過し、コモンモードからディファレンシャルモードに信号を変換するコンバータ３１２を通過し、ディファレンシャルモードラインドライバ３１４を通過し、ツイストペア線３１６に出力される。ディファレンシャル信号がツイストペア線３１６を介して右側の上部モジュール３５０に受信された時、コンバータ３１８においてディファレンシャルモードからコモンモードに変換され、この信号は３２０で等化され、この信号はコモンモードドライバ３２２を通過し、ビデオモニタ、スピーカ等の出力３２４に到達する。図１１では、等化回路がデジタル制御されている。この制御は、回路が設けられているボックスのセントラルプロセッサから入力されるのが好ましい。

図９は、コモンモードで入力され、ディファレンシャルモードでツイストペア線に出力される信号のために使用される回路が示している。これは、以下のように機能する。信号はポート３００（図１１のシステム入力３００に相当する）に入力され、外部システムに整合した信号レベルおよびインピーダンスを提供するオペアンプＡ１を通過する。第２のオペアンプＡ２は、インバータとして接続され、インピーダンスマッチングレジスタを介してラインが駆動される間、ディファレンシャル信号の負成分を生成する。第３のオペアンプＡ３は、非インバーティングドライバとして接続され、インピーダンスマッチングレジスタを介してラインが駆動される間、ディファレンシャル信号の正成分を生成する。ディファレンシャル信号の負成分は、ポイント２５２においてツイストペア線３１６の一方に出力され、ディファレンシャル信号の負成分は、ツイストペア線３１６の他方に出力される。図１０は、ツイストペア線３１６を介してディファレンシャル信号としてツイストペア終端モジュール３５０に入力され、コモンモードで出力される信号に使用される回路を示している。これは、以下のように機能する。ディファレンシャル信号がポイント２５６，２５８において２つのツイストペア線３１６に到達する。オペアンプＡ５は、入力抵抗とのインピーダンスマッチング、信号レベルマッチング、振幅／周波数補正（等化）、およびディファレンシャル信号からコモンモード信号への変換を提供する。セルＣ１，Ｃ１５は受動回路を構成し、Ａ５アンプによる振幅／周波数補正（等化）の提供に使用される。各セルは、ツイストペア線の長さにチューニングされる。セントラルプロセッサは、ポイント２５６，２５８に接続されるツイストペア線３１６の長さを認識し、この長さによる適切な補正を提供するためのセルＣ１，Ｃ１６を操作するアナログマルチプレクサＤＣ１およびＤＣ２をデジタル制御する。アンプＡ４は、外部システムとのインターフェイスを行う出力ドライバである。

図１２は、ツイストペア終端モジュール３５０がユーザインターフェイス１０２およびマトリックスボックス１００内でいかに機能するか、および図４のネットワーク介して音声、ビデオ、およびデータ信号がいかに伝送されるかの明確化を補助する模式図を示す。いずれがアップストリームおよびダウンストリームかを明確にするため、図１２のマトリックス、即ちハブ１０はボックス１００Ｃとして参照符号が記されており、アップストリームチャネルはパス１０６ＢＣ内にあり、ハブ１００Ｂに出力され、ダウンストリームチャネルはパス１０６ＣＤ内にあり、ハブ１００Ｄに出力される。２つのユーザ１０２Ｃ１および１０２Ｃ２が示されており、それぞれは２組のツイストペア線でハブ１００Ｃに接続されている。同然のことながら、ユーザ１０２Ｃの全ユーザは、類似の接続を有するハブ１００Ｃに接続されている。

ネットワークを介したビデオ信号の送信：
先ず、ユーザインターフェイス１０２Ｃ１の左上部を参照し、ここには、ポイント４００におけるユーザインターフェイス１０２Ｃ１へのビデオ入力がある。このビデオ入力は、コモンモード状態である。この信号は、例えば、同軸ケーブルを介して、ビデオカメラ、ケーブルテレビジョン、またはビデオレコーダから入力することができる。アナログビデオ信号は、ツイストペア終端デバイス３５０を介して伝送され、これは図９、図１０および図１１を参照して説明されている。このビデオ信号は、ディファレンシャル信号としてポイント４０２において終端デバイス３５０から出力される。この信号は、ツイストペア線４０４を介して伝送され、ハブ１００Ｃのユーザ入力ポート４０６に到達し、ここで、信号をコモンモードに変換し、信号を等化する他のツイストペア終端デバイス３５０を通過、伝送される。このビデオ信号は、図７を参照して説明したマトリックス２００と同じマトリックス２００ＶのＴＸユーザポイントに到達する。このビデオ信号は、ボックス１００Ｃのセントラルプロセッサにより信号が正しい方向に伝送されるのに必要とされるクロスポイントスイッチのスイッチポイントを閉じた状態でマトリックス２００Ｖを通過して切り換えられる。信号がアップストリームチャネル１０６ＢＣに出力される場合、さらなる信号処理は行われず、信号はアップストリームチャネルポートの一つを介してボックス１００Ｃから出力される。

同様に、信号がダウンストリームチャネル１０６ＣＤに出力される場合、さらなる信号処理は行われず、信号はダウンストリームチャネルポートの一つを介してボックス１００Ｃから出力される。信号がボックス１００Ｃに接続されている他のユーザ、例えば、ハブ１００Ｃの右に示されるユーザ１０２Ｃ２に出力される場合、信号は、適切なＲＸユーザポイントを通過してマトリックス２００Ｖから出力され、他のツイストペア終端モジュール３５０を通過し、ここで、ディファレンシャルモードに変換されてツイストペア線４０８上に出力される。この信号は、ユーザインターフェイス１０２Ｃ２において受信され、他のツイストペア終端モジュール３５０を通過し、ここで、コモンモードに戻されて、等化され、ポート４１０を通過してユーザインターフェイス１０２Ｃ２から、ビデオレコーダ、ビデオモニタ、または他のビデオ信号を受信する装置に出力される。

ネットワークを介した音声およびデータ信号の送信：
再び、図１２に示され第１ユーザインターフェイス１０２Ｃ１の左手側を参照し、ここでは、アナログ音声信号がユーザインターフェイスのポート４２０に入力されている。実際には、２つの音声信号が、ステレオのレフトとライトがあり、音声も可能なビデオカメラ、音声またはビデオテープレコーダ、または他のコモンモードの音声ソースから入力される。また、データは、ユーザインターフェイス１０２Ｃ１の４つの異なるポイントから入力することができる。赤外線の遠隔制御信号を形成するシステム制御データは、ＩＲウインドウ４２２を介して入力することができる。他のデジタル制御データ、例えば、マウスやキーボードのコマンドは、ポート４２４，４２６を介して入力することができる。また、外部搬送波周波数をポート４２８を介して入力することができる。

ポート４２０に入力されるレフトおよびライトの音声信号は、周波数変調器（ＦＭＭ）により周波数変調されている。ポート４２２，４２４または４２６に入力されるシステム制御データは、ユーザインターフェイスのためのセントラルプロセッサ（ＣＰＵ）を介して先ず送られ、デジタル信号の形式で周波数変位方式の変調器（ＦＳＫ Ｍ）に送られ、この変調器は信号を周波数カプラ（ＦＣ）に送出する。この周波数カプラは、音声信号をデータ信号に結合する。外部搬送周波数ポート４２８を介して信号が入力された場合、この信号は周波数カプラ（ＦＣ）に直接入力され、ここで、音声と制御データとが結合される。このコモンモード音声／データ信号は、ツイストペア終端モジュール３５０に入力され、ディファレンシャルモードでツイストペア線４３０を介して出力されてハブ１００Ｃに到達する。この信号は他のツイストペア終端モジュール３５０に入力され、コモンモードに変換される。この結合された音声／データ信号は、周波数変位方式の分離器に入力され、ここで、システム制御データ（ポート４２２，４２４，４２６を介してユーザインターフェイス１０２Ｃ１に入力される）がデジタル信号として取り除かれ、ハブボックス１００Ｃの音声およびビデオマトリックス２００Ａおよび２００Ｖを制御する、ハブ１００Ｃのセントラルプロセッサ（ＣＰＵ）に送られる。多重化された音声／外部搬送周波数信号は、音声マトリックス２００Ａを通過し、インターノーダルパス１０６ＢＣを介してアップチャネルに出力することも、インターノーダルパス１０６ＣＤを介してダウンチャネルに出力することも、周波数変位方式のカプラ（ＦＳＫ Ｃ）４４２に入力することにより、同じボックス１００Ｃに接続されているユーザ１０２Ｃに出力することもできる。

セントラルプロセッサ（ＣＰＵ）は、周波数変位方式の変調器（ＦＳＫ Ｄ）から受信するデジタル制御信号、およびアップストリームおよびダウンストリームデジタルリンク１０３から受信する全てのデジタル信号に基づいて動作する。制御信号が、例えば、１０２Ｃ１のユーザが１０２Ｃ２のユーザおよびアップストリームユーザおよびダウンストリームユーザとの通信のセットアップを要求することを示す経路信号の場合、ＣＰＵは、自身のボックス１００Ｃの必要なビデオおよび音声マトリックススイッチをこれらの経路をセットアップするために制御する。さらに、アップストリームマトリックスボックス（例えば、１００ＡおよびＢ）のＣＰＵ、およびダウンストリームマトリックスボックス（例えば、１００ＤおよびＥ）のＣＰＵに、これらＣＰＵがより遠方のユーザへの経路のためにマトリックスボックス１００の適切なスイッチをクローズするように、適切なデータリンク１０３を介して信号が送られる。ボックス１００ＣのＣＰＵが、他のユーザ１０２Ｃから、もしくはデータリンク１０３を介してアップストリームまたはダウンストリームボックスから信号を受信した場合、または、ボックス１００ＣのＣＰＵが、ボックス１００Ｃのユーザ１０２Ｃに送られる自身の信号（例えば、ユーザインターフェイス１０２Ｃ２、またはユーザインターフェイス１０２Ｃ２に接続されているビデオカメラを制御するための信号）を生成する場合、制御信号または信号が、周波数変位方式の変調器４４０（ＦＳＫ Ｍ）に送られ、変調器は周波数変位方式のカプラ（ＦＳＫ Ｃ）４４２に情報を送り、ここで、情報信号成分が、ユーザインターフェイス１０２Ｃ２に向かって音声マトリックス２００Ａから出力される信号と多重化する。制御データが、音声信号および外部搬送周波数と共にマトリックスを通過しないのは前述した説明から明かである。これは、ハブ１００Ｃに到着した信号からシステム制御信号を分離することを可能とする。オリジナル信号は解読され、その命令は実行され、終了される。ＣＰＵは信号のフォーマットを再設定し、またはそれの自身の信号を発生し、また、必要に応じて適正な方向に制御信号を出力する。周波数変位方式のカプラ４４２から出力される音声／データ合成信号は、ツイストペア終端モジュール３５０を通過し、出力ポートを介してハブ１００Ｃから出力され、ツイストペア４５０を介してユーザインターフェイス１０２Ｃ２に送られる。そこで、アナログ音声／データ信号はツイストペア終端モジュール３５０の他方の受信サイドを通って、周波数分離器（ＦＳ）４５２で処理される。周波数分離器４５２は、制御信号を分離してパス４５４に出力し、外部搬送周波数を分離してパス４５６に出力し、多重化された音声信号をパス４５８に出力する。外部搬送周波数は信号処理されること無くユーザインターフェイス１０２Ｃ２から出力される。多重化された音声信号は周波数変調復調器４６０によって復調され、レフトおよびライトの音声信号に分離される。パス４５４上の制御データは、周波数変位方式の復調器（ＦＳＫ Ｄ）でデジタル信号に戻され、ユーザインターフェイス１０２Ｃ２のＣＰＵに送られる。このＣＰＵは、必要な制御信号をデジタル入出力ポートＲＳ−２３２Ｃ，ＲＳ−２３２Ｂ、または赤外線ウインドウＩＲを経由してデバイスに送る。

上述したようにこれは双方向ネットワークであることが明確である。つまり、第２のユーザインターフェイス１０２Ｃ２は第１のユーザインターフェイス１０２Ｃ１と同じ経路に信号を送ることができる。また、第１のユーザインターフェイス１０２Ｃ１は第２のユーザインターフェイス１０２Ｃ２と同じ経路に信号を送ることができる。同様に、信号は、同じ方法でアップストリームとダウンストリームからマトリクスボックス１００Ｃに送られてくることもできる。

図１３は、ユーザインターフェイス１０２間の接続を示している。これらのユーザインターフェイス１０２はそれぞれ独立し、ハブには接続されていない。これは簡単にはポイント間の送信であり、スイッチングは不要であることを意味している。この場合、ビデオ信号は、コモンモードからディファレンシャルモードに変換され、ユーザインターフェイス１０２間のツイストペア線を介して受信される際にコモンモードに戻される。音声信号は、データ信号と多重化され結合される。結合された音声／データ信号は、ツイストペア上への送信を可能とするために、ディファレンシャルモードに変換される。ツイストペアから受信される際、結合された音声／データ信号は、コモンモードに戻され、データが分離され、音声は復調される。

（新しい実施例）
本発明によるスイッチングマトリクスの他の実施例は、図１４に示されている。図１４は、ハブ７５０と、ハブ７５０に接続された２つのユーザ５３０Ｃ１，５３０Ｃ２とを示している。スイッチングマトリクス５００からの“アップ”チャネル８６０と“ダウン”チャネル８７０は、ハブ７５０と他のハブとの接続を可能にしている。本実施例では、ハブ７５０に向かう１６本のユーザパス８３０と、ハブ７５０から離れる１６本のユーザパス８８０と、８本の双方向“アップ”チャネル８６０と、８本の双方向“ダウン”チャネル８８０とが設けられる。２つのユーザだけを図１４に示している。しかし、ハブには１６個のユーザが接続されることが好ましい。図１４のハブ７５０内のスイッチングマトリクス５００は、図７のマトリクス２００と本質的に同じ機能を達成するが、スイッチングポイントを有している。

図３の従来のハブ１０はバス２０に通じて複数のチャネルに分割可能に構成されている。従来では、Ｎ個のハブに対して、Ｎ×Ｎクロスポイントスイッチを必要とする。また、ハブ各々は、高価でより大きなクロスポイントスイッチを必要とする。例えば、図３のネットワークで示すように、ハブ１０各々が１６個のユーザを扱うように構成され、バス２０がアップストリームおよびダウンストリームにそれぞれ８チャネルずつ送るように構成され、バス２０内で（１６＋８＋８）×（１６＋８＋８）、即ち１０２４のクロスポイントスイッチが設けられる。図１４の実施例は、３つの８×１６個のクロスポイントスイッチ３（８×１６）と、１６個の双方向スイッチ１６（２×１）により、即ち４１６個のスイッチポイントにより同じ機能を達成する。これは、Ｎ×Ｎ個のクロスポイントスイッチによって必要とされるスイッチングポイントの半分より少ない。

結合された音声、ビデオおよびデータの信号は、ユーザ−ハブパス８３０を通って、ユーザインターフェイス５３０Ｃ１，５３０Ｃ２からハブ７５０のマトリクスシステム５００に送信可能である。上記信号は、ハブ−ユーザパス８８０を通って他のユーザに送信号可能で、またはアップチャネル８６０やダウンチャネル８７０に送信可能である。信号は、マトリクスシステム５００のアップチャネル８６０に出力可能で、ユーザ５３０Ｃ１または５３０Ｃ２に出力可能で、またはダウンチャネル８７０に出力可能である。また、信号は、マトリクスシステム５００のダウンチャネル８７０に出力可能で、ユーザ５３０Ｃ１または５３０Ｃ２に出力可能で、またはアップチャネル８６０に出力可能である。マトリクスシステム５００の全てのスイッチングポイントは、ＣＰＵ７００（ＣＰＵ）によりデジタル的に制御される。ユーザは、キーボードからコマンドを入力することにより、スイッチングとシステム内の信号のルーチンを制御する。これらのコマンドは、ユーザパス８３０を通ってハブ７５０に送られ、解読され、これにより、ＣＰＵ７００が適切なコマンドをマトリクススイッチングシステム５００に与える。

マトリクススイッチングシステム５００は、図１５により詳細に示されている。マトリクススイッチングシステム５００は、送信部６０２と受信部６０４とを有するユーザスイッチングシステム６００を有する。また、マトリクススイッチングシステム５００は、チャネルスイッチングシステム６４０と、アップチャネル部６５４とダウンチャネル部６５６とを有するチャネル・ツイストペア線インターフェイス６５８とを有する。１６のユーザ送信パスを介してマトリクス５００に到達した信号は、ユーザスイッチングシステム６００の送信部６０２入力される。送信部６０２は、入力された信号を８本の送信パス６０６を介してチャンネルスイッチングシステム６４０に選択的に送るためのスイッチを有している。また、送信部６０２は、信号を、送信パス６１２を通ってアップチャネルツイストペア線インターフェイス６５４に、また送信パス６１４を通ってダウンチャネルツイストペアラインインターフェイス６５６に選択的に送るためのスイッチを有している。８つの送信パス６１２は、８つのアップチャネルパス８６０にそれぞれ接続され、８つの送信パス６１４は、８つのダウンチャネルパス８７０にそれぞれ接続されている。スイッチングおよびルーティングはチャネル・ツイストペア線インターフェイス６５８では行われない。インターフェイス６５８は出力信号をコモンモードからディファレンシャルモードに変換し、入力信号をディファレンシャルモードからコモンモードに変換する。これは、信号はディファレンシャルモードでチャネルパス８６０，８７０を通るが、マトリクススイッチングシステム５００をコモンモードで通るためである。

アップチャネルパス８６０を通ってマトリクススイッチングシステム５００で受信された信号は、ツイストペアラインインターフェイス６５８のアップチャネル部６５４内で同相モードに変換され，それぞれのアップチャネル受信パス６１６を通ってチャネルスイッチングシステム６４０に到達する。ダウンチャネルパス８７０を通ってマトリクス５００で受信された信号は、ツイストペアラインインターフェイス６５８のダウンチャネル部６５６内でコモンモードに変換され，それぞれのダウンチャネル受信パス６１８を通ってチャネルスイッチングシステム６４０に到達する。チャネルスイッチングシステム６４０は、ＣＰＵ７００によって受信されたコマンドに従って、入力された信号を等化して、それをユーザ受信チャネル６１８、アップチャネル送信パス６１２またはダウンチャネル送信パス６１４に送る。ユーザ受信チャネル６０８を通る信号は、ユーザスイッチングシステム６００の受信部６０４に入力され、そこで１つ以上のユーザ受信パス５２０に送られる。図１５のモジュールの詳細は、以降の図に示されている。信号等化の詳細は後述される。

図１６は、図１５のユーザスイッチングシステム６００をさらに詳細に示している。送信部６０２がユーザスイッチングシステム６００の上半部に示されており、受信部６０４が下部に示されている。送信部６０２は、デジタル制御８×１６クロスポイントスイッチ６１０を含んでいる。ユーザ送信パス５１０を通って到着する信号は、クロスポイントスイッチ６１０に移動する。クロスポイントスイッチ６１０からは、チャネルスイッチングシステム６４０への８本のパス６０６がある。クロスポイントスイッチ６１０は、ユーザパス５１０の任意の入力を、一つあるいはそれ以上のチャネル送信パス６０６に接続することができる。

ユーザスイッチングシステム６００の受信部６０４は、デジタル制御８×１６クロスポイントスイッチ６２０を含んでいる。受信部６０４は８本の受信チャネル６０８を通ったチャネルスイッチングシステム６４０からの信号を受信し、これらを１６本のユーザ受信パス５２０の一つあるいはそれ以上に切り換える。

図１７は図１５のチャネルスイッチングシステム６４０を詳細に示している。ユーザから送信された信号は、ユーザスイッチングシステム６００から出力され、送信チャネル６０６を通って移動し、チャネルスイッチングシステム６４０に入る。また、チャネルスイッチングシステム６０４には、パス６１６を通ってツイストペア線インターフェイス６５８のアップチャネル部６５４からの信号が入り、パス６１８を通ってツイストペア線インターフェイス６５８のダウンチャネル部６５６からの信号も入る。アップまたはダウンチャネルからバス６１６，６１８を通ってチャネルスイッチングシステム６４０に到達する信号は、自動等化システム６４２に送られる。また、チャネルスイッチングシステム６４０に到達する信号は、アップまたはダウンチャネル、もしくはユーザに対しアップまたはダウンチャネルスイッチ６４４，６４６を通じて、それぞれ伝送され得る。二方向のアップチャネルスイッチ６４４は、ユーザスイッチングシステム６００の送信部６０２からの信号、および、チャネル自動等化システム６４２からの信号をアップチャネル送信パス６１２に伝送するために用いられる。二方向のダウンチャネルスイッチ６４６は、ユーザスイッチングシステム６００の送信部６０２からの信号、および、チャネル自動等化システム６４２からに信号をダウンチャネル送信パス６１４に伝送するために用いられる。アップチャネル送信パス６１２は、ツイストペア線インターフェイス６５４を介して信号をアップチャネルパス８６０に送る。ダウンチャネル送信パス６１４は、ツイストペア線インターフェイス６５６を介してダウンチャネルパス８７０に送る。

アップチャネル受信パス６１６およびダウンチャネル受信パス６１８を通ってチャネルスイッチングシステム６４０に到達する信号は、デジタル制御８×１６クロスポイントスイッチ６３０に送られる。このクロスポイントスイッチ６３０は、これらの信号を、８本のパス６１９のうちの１本を通じてチャネル自動等化システム６４２に送る。

チャネル自動等化システム６４２は、ツイストペア線を通じた送信中に発生する信号の劣化を防止する。チャネルスイッチングシステム６４０における自動等化システムの詳細は、図１４に示されるツイストペア端末モジュール５５０の受信部５４０における自動等化と同一である。ツイストペア端末モジュール５５０の受信部５４０における自動等化は、図２０において説明する。

チャネル自動等化システム６４２から出力された信号は、パス６０８を通ってユーザスイッチングシステム６００の受信部６０４に到達する。またその信号は、選択されたアップおよびダウンチャネルスイッチ６４４，６４６を通じたアップチャネルへのパス６１２またはダウンチャネルへのパス６１４への伝送により継続してハブ間を移動する。二方向のアップチャネルおよびダウンチャネルスイッチ６４４，６４６およびクロスポイントスイッチ６３０は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）７００によりデジタル制御される。

図１８は、図１５のツイストペア線チャネルインターフェース６５８をより詳細に示している。ツイストペア線チャネルインターフェース６５８は、クロスポイントスイッチ６３５を含んでいる。これは、入力側パス６１２，６１４、アップチャネル８６０、ダウンチャネル８７０からの入力を受信し、出力側パス６１６，６１８、アップチャネル８６０、ダウンチャネル８７０通じて出力を送信する。デジタル制御８×１６クロスポイントスイッチ６３５は、ツイストペア線チャネルインターフェース６５８において、インピーダンス整合のためにのみ含められている。クロスポイントスイッチ６３５は、あらゆる信号のスイッチングまたはルーティングを伴わない。信号は、チャネルスイッチングシステム６４０からパス６１２および６１４を通じて到達し、各々の双方向ツイストペア線インターフェイス６５０に移動する。続いて双方向ツイストペア線インターフェイス６５０の各々は、出力側アップチャネルパス８６０またはダウンチャネルパス８７０を通じて信号がチャネル・ツイストペア線インターフェイス（５５８から出力される前に、この信号をコモンモードからディファレンシャルモードに変換する。チャネル・ツイストペア線インターフェイス６５８にて受信された８本のアップチャネルおよび８本のダウンチャネルからの信号は、双方向ツイストペア線インターフェイス６５０にそれぞれ入力され、ここでディファレンシャルモードからコモンモードに変換され、そして、（アップチャネルのための）受信パス６１６または（ダウンチャネルのための）６１８のそれぞれを通じてチャネルスイッチングシステム６４０に伝送される。

ここで、マトリックススイッチングシステム５００の構成部分は既に説明したが、信号がどのようにネットワーク中を伝送するかは再度図１４を参照することができる。

ビデオ信号は、ユーザインターフェイス５３０Ｃ１といったユーザインターフェイスのビデオ入力８００に源を発し、例えば、ビデオコーディック、ビデオディスクプレーヤ、ビデオカメラ、ケーブルテレビジョン、または、ビデオレコーダから入力することができる。このアナログビデオ信号は、コモンモード状態にある。これは周波数カップラ８１０に伝送され、ここではハブ７５０への送信前に、音声信号とデータ信号との結合がなされる。周波数カップラは、図１９においてより詳細に示されており、後に参照する。

音声信号は、ユーザインターフェイス５３０Ｃ１といったユーザインターフェイスの音声入力９００，９０２に源を発する。これらの音声信号、レフトおよびライトステレオは、音声またはビデオテープレコーダ、音声付きビデオカメラ、ビデオディスクプレーヤ、ビデオコーディック、もしくはコモンモードにおける他の音声ソースから入ってくる。レフトおよびライト音声信号は、周波数変調器９２０，９２２を通過する。また、変調された音声信号は周波数カップラ８１０に伝送され、これらの信号はハブ７５０に向けて送信線８３０から出力される前に、ビデオおよびデータ信号に結合される。

デジタルデータ信号は、データ入力９１０のユーザインターフェイス５３０Ｃ１といったユーザインターフェイスへの入力となり得る。データ入力９１０を通じて入力されるユーザデータは、まず、ユーザインターフェイス５３０Ｃ１用の中央演算器（ＣＰＵ）７０１を介して伝送され、デジタル信号形式のまま、第１の周波数変位方式の変調器９３０に伝送される。システム制御データは中央演算器７０１から第２の周波数変位方式の変調器９４０に送信される。これら第１および第２の周波数変位方式の変調器９３０，９４０は、デジタルデータ信号を、アナログデータ信号に乗せる。変調されたデータ信号は、各々のユーザインターフェイス５３０Ｃ１の周波数カプラ８１０に送られ、ここでは、これらの信号は音声およびビデオ信号と結合される。

ユーザインターフェイス５３０Ｃ１の周波数カプラ８１０からの音声、ビデオおよびデータ信号の結合信号は、信号をコモンモードからディファレンシャルモードへ変換するそれぞれのツイストペア終端デバイス５５０の送信位置５６０の通過する経路で転送される。図１９は、周波数カプラ８１０およびコモン−ディファレンシャルモードコンバータ５６０の詳細を示す。図１４に戻ると、この結合信号は、ツイストペア終端モジュール５５０の送信部から出力され、ツイストペア線８３０上を進み、そして、ハブ７５０の他のツイストペア終端デバイス５５０の受信部５４０で受信される。この信号がハブで受信されたとき、信号はコモンモードへ再変換され、等化される。このことは図２０を参照して詳述する。この信号は、次に、コモンモードにおいて、周波数分離器８５０に進む。この周波数分離器８５０は、音声、ビデオおよびユーザデータの結合信号とシステム制御データとを分離し、このシステム制御データを周波数変位方式の復調器８５７に送信し、そして、残りの音声、ビデオおよびユーザデータの結合信号を、パス５１０を通してマトリクススイッチングシステム５００に送信する。この周波数変位方式の復調器８５７は、アナログ信号のシステム制御データをデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号をセントラルプロセッサ７００に送信する。種々のユーザから入力されるシステム制御データは、セントラルプロセッサ７００にマトリクススイッチングシステム５００におけるデジタル制御されたスイッチをどのように接続するかを通知する。ＣＰＵ７００は、他のハブにシステム制御データを供給するために、デジタルリンク５７０を通して、他のハブ７５０にシステム制御データを送ることができる。

残りの音声、ビデオおよびユーザデータの結合信号は、図１５において述べられたように、ユーザ送信パス５１０を通してマトリクスに到達する。この信号は、ハブ７５０のセントラルプロセッサ７００によって、正しい方向へ信号を転送するために必要とされるクロスポイントスイッチ６１０，６２０，６３０および二方向スイッチ６４４，６４６におけるスイッチポイントがオープンおよびクローズされた状態で、マトリックス５００を通して切り換えられる。（これらのスイッチは、図１６および図１７において参照される。）この信号がアップストリームチャネルパス８６０に送られる場合、この信号は、図１８において述べたように、双方向ツイストペア線インターフェイスを通過し、この信号は、アップストリームチャネル８６０のうちの１つを介して、ハブ７５０から出力される。同様に、信号がダウンストリームチャネルパスに進む場合、この信号は、図１８において述べたように、双方向ツイストペア線を通過し、そして、この信号は、ダウンストリームチャネル８７０のうちの１つを介してハブ７５０から出力される。この信号が、ハブ７５０の右側に示されたユーザ５３０Ｃ２のような他のユーザ接続されたハブ７５０に送られると、次に、この信号は適切なユーザ受信パス５２０を通して、マトリクス５００から出力され、他の周波数カプラ８１０に入力され、ここで、音声、ビデオおよびユーザデータの結合信号がＣＰＵ７００からのシステム制御データ信号と結合される。この結合信号は、図１４のハブ７５０の右側に示されたツイストペア終端モジュール５５０の送信部５６０を通過し、ディファレンシャルモードに再変換され、ツイストペア８８０上に送られる。この信号は、ユーザインターフェイス５３０Ｃ２で受信され、他のツイストペア終端モジュール５５０の受信部５４０を通過し、そして、コモンモードに再変換され、そして等化される。この結合信号は、この信号を音声、ビデオおよびデータ信号に分離するユーザインターフェイス５３０Ｃ２の周波数分離器８５０に転送される。このビデオ信号は、ユーザインターフェイスから出力され、ビデオ出力９５８を通して、ビデオコーディック、ビデオレコーダ、ビデオモニタ、またはビデオ信号を受信する他のデバイスに出力される。このレフトおよびライトの音声信号は、それぞれ第１および第２の周波数復調器に送られ、そして、ユーザインターフェイス５３０Ｃ２から出力され、音声出力９６０，９６２を通して、ビデオコーディック、音声またはビデオテープレコーダ、または他の音声受信器に送られる。データ信号は、第１および第２の周波数変位方式の復調器８５５，８５７に送られ、アナログ信号からデジタル信号に変換される。このデータ信号は、次に、ユーザインターフェイス５３０Ｃ２のＣＰＵ７０１に伝送され、データ出力９６４から出力される。

図１９は、図１４のユーザインターフェイス５３０Ｃ１または５３０Ｃ２で受信されたウェイ信号が、ハブ７５０に伝送される前に、結合され、そして、ディファレンシャルモードに変換されることを示している。図２０は、ウェイ信号がハブで受信され、等化され、そしてコモンモードへの変換されることを示している。

全体として、図１９は、ビデオ信号を除いて、個々の信号が変調されることを示している。ユーザデータ信号およびシステム制御データ信号を変調するために使用される２つの搬送周波数は、基準周波数と呼ばれ、下記に述べるように、後に、受信した信号の等化のために使用される。

図１９は、コモンモードにおいてユーザインターフェイス５３０から入力し、ディファレンシャルモードにおいてツイストペア線上から出力する信号に使用される回路を示す。コモンモードにおいて、ビデオ信号が入力し、このビデオ信号はビデオ入力８００にて蓄積される。音声入力９００、９０２における音声信号の入力および蓄積は、変調器９２０，９２２における周波数変調によって、新しいスペクトル位置に変換される。セントラルプロセッサ７００から出力されるユーザデータおよびシステム制御信号は、変調器９３０、９４０の周波数変位方式の変調によって、新しいスペクトル位置に変換される。ＦＭ１，ＦＭ２，ＦＳＫ１およびＦＳＫ２の変調された信号およびビデオ信号はすべて、周波数カプラ８１０に送られ、ここで信号が結合される。この結合された信号は、次に、コモンモード信号をディファレンシャルモードに変換するツイストペア終端モジュール５５０の送信部５６０を通り抜ける。この結合された音声、ビデオおよびデータ信号は、次に、パス８３０を通って、ハブ７５０に伝送される。

図１９は、また、ハブ７５０からユーザインターフェイス５３０への伝送のための使用される回路について述べている。唯一の違いは、音声、ビデオ、およびユーザデータ信号が、既に変調されているので、周波数カプラ８１０は、単に、システム制御データと音声、ビデオおよびユーザデータ信号とを結合することである。

図２０は、ユーザインターフェイスまたはハブで受信された信号がコモンモードに戻され、ツイストペア伝送に係わる信号劣化を自動的に検査することを示している。基準周波数はフィルタリングされ、信号劣化のために検査が行われる。これにより、信号は、基準周波数の劣化した量に基づいて自動的に等化される。

図２０は、異なる信号として図１４のツイストペア終端モジュール５５０の受信部５４０に入力される信号のために使用される回路を示している。結合された音声、映像、およびデータは、ツイストペア線上に送られ、ツイストペア終端モジュール５５０の受信部５４０のパス７０２、７０４に送られる。変換器７０６は、ディファレンシャルモード信号をコモンモード信号に変換する。そして、コモンモード信号は、アナログスイッチ７０８に送られる。このアナログスイッチ７０８は、現存信号および等化された信号のいずれかを通過させる。このアナログスイッチ７０８からは、第２周波数変位方式の変調器（ＦＳＫ）に係わる基準周波数が信号劣化のテストのためにフィルタ７１０を通して弁別される。基準信号に変調されたＦＳＫ２信号は、正弦波の形状をなしている。これにより、この正弦波信号は、周波数変位方式の復調器８５７においてＤＣ信号に変換される。そして、このアナログＤＣ信号は、変換器７１４においてデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、伝送線を通して起こる入力信号の劣化によって特徴づけられている。信号劣化の量は、ハブの中央処理ユニット７００によって計算される。（等化がユーザインターフェイスにおいて行われる場合、ユーザインターフェイスのＣＰＵ７０１が等化の制御を行うことになる。）減衰量の計算に基づき、スイッチ７１８、７２０、７２２、７２４、７２６、７２８、７３０、および／または７３２はデジタル制御７１６によって結合される。異なる等化回路との接続を通じて等化増幅器７３４に相互作用するためである。もし、等化が必要ならば、アナログスイッチ７０８が増幅器７３４に接続される。等化され結合された音声、映像、およびデータの信号をパス５１０を通じて周波数分離器８５０およびマトリクス交換システムに対して持続させるためである。

ＦＳＫ２に係わる基準周波数は、ユーザインターフェイス５３０からハブ７５０へのイニシャルパス上だけでの自動等化のために使用される。ＦＳＫ１に係わる基準周波数は、ハブからユーザへのインターフェイスパスおよび関連したパス上で受けた信号を自動等化するために使用される。ＦＳＫ２がイニシャルパス信号の減衰のために使用されるのは、システム制御データを得るためにＦＳＫ２信号がすでに復調されているからである。自動等化もまた基準周波数信号の復調を用いており、他の信号を復調する必要がないので、この構成は一層効果的である。

この実施例では８チャネルを有する場合について説明したが、図８を参照して既に説明したとおり、実際には６４チャネルに拡張したものを意図している。前述の図４の実施例とは異なり、この実施例では、音声、映像、およびデータを、ユーザおよびハブの間で同時にかつ双方向に送るため二対の線のみを必要とする。しかしながら、標準的な線が使用されるので、実際にはユーザーハブ間で４対の線がある。これは図１４には示されていない。従って、この実施例では、他の機能を持たせるためにユーザとハブとの間の線を一対としている。付加分の二対は、音声、映像、およびデータの信号の他の組を伝送するために使用されるか、または、イーサネット（登録商標）などの高速デジタルデータネットワークのためのデジタルデータの高速伝送のために使用される。

図２１は、各ユーザインターフェイス５３２Ｃ１、５３２Ｃ２における高速デジタルデータ通信パスがユーザインターフェイスとハブ７５０間のスペアのツイストペアケーブルを用いることにより構築される実施例を示している。高速デジタルデータの信号は、イーサネット（登録商標）インターフェイスのようなデジタルネットワークユーザインターフェイス９６５を介してユーザインターフェイス５３２Ｃ１に入力する。その信号はデジタル整合インターフェイス９７０を介して送られる。ここでその信号は減衰される。この場合、この実施例では、干渉を減少させるために３００ｍＶまで下げることが好ましい。減衰された信号は、それぞれのツイストペア終端モジュール５５０の送信部５６０を通る。ここでその信号は、コモンモードからディファレンシャルモードに変換され、基準周波数が付加される。この場合、基準信号が自動等化のために付加されなければならない。デジタル信号には周波数搬送波は付加されないからである。そして、その信号はツイストペア線９７２を通じてハブ７５０に進む。ここで信号は、他のツイストペア終端モジュール５５０の受信部５４０を通る。このモジュールは、その信号をコモンモードに戻すとともに、信号を等化する。そして、その信号は、他のデジタル整合インターフェイス９７１を通じて送られる。ここで信号は、増幅されて元のレベルに戻される。そして、その信号は、イーサネット（登録商標）やトークンリングハブのようなデジタルネットワークハブ９７６を通じて送られる。ここで信号は、他のハブ７５０に送られる、またはツイストペア線９７４を通じて現ハブ７５０上の他のユーザの方に送られる。従って、この発明は、バス上における高速デジタルデータをデジタル形式にしたままで、同じ四対の線上でその高速デジタルデータを伴って音声、映像、データを伝送するという使用ができるようになる。

図２２は、この発明の他の実施例を示している。ここでは、複数の高速データパスが、結合された音声、映像およびデータの信号として同じ交換マトリクス５００を共有している。

この実施例は、図２１で説明した実施例と類似している。但し、デジタル信号がハブ７５０におけるデジタル整合インターフェイス９７１を通らず、ハブでの通過においては低電圧が保たれ、その信号は結合した音声、映像、データの信号として同じマトリクス交換システムを通じて送られるという点は除く。図１５、１６、１７、および１８で説明したような結合した音声、映像、およびデータの信号の場合と同様にして、デジタル信号がマトリクス交換システム５００を通じて送られる。システム制御データが音声、映像およびデータの信号に付加されているため、そのデジタル信号は周波数の分割を要することなく直接にマトリクス５００に送られる。この実施例では、８本のユーザパスが高速データ信号用に割り当てられ、残りの８本のユーザパスが結合した音声、映像、およびデータの信号用に使用される。ユーザパスはまた、必要に応じて、局所デジタル網のサーバまたはデジタル公衆網のインターフェイスのために割り当てられる。

この実施例においては、ユーザは、音声、映像、データおよび高速デジタルデータの信号を、各信号ごとの接続を分離させたままで他のユーザに送信することができる。この結果、この結合したシステムは、一層柔軟でかつ効率的なものとなる。

図２３は、他の実施例を示している。ここでは、二人のユーザはハブを介することなしに直接に通信を行うことができる。この実施例において、二つのユーザインターフェイス５３１Ｃ１、５３１Ｃ２は、その間に二組の双方向音声、映像、およびデータのパスを伴って接続されている。これらユーザインターフェィス５３１Ｃ１、５３１Ｃ２は、付加の双方向音声、映像、およびデータのパスがユーザインターフェイス上に含まれていることを除き、ユーザインターフェイス５３０Ｃ１、５３０Ｃ２と等価である。これは、例えば、二人のユーザがビデオ会議において全動作の映像情報の交換を同時に行う場合に使用される。

図２４は、他の実施例を示している。ここでは、二人のユーザ５３２Ｃ１、５３２Ｃ２間における双方向音声、映像、およびデータのパスがあり、ユーザインターフェイス間のスペアのツイストペアケーブルを用いることにより二人のユーザ間における高速デジタルデータ通信パスを構築することが可能となる。これは図２２と同等であるが、ハブは取り除かれている。これは、音声、映像、およびデータのパス上でビデオ会議を伝えるために使用され、また、高速デジタルデータパス上で例えばＸ線、キャットスキャンなどの画像目視を行うために使用される。

図２５は、他の実施例を示している。これは図２４に示すものと同じである。但し、高速デジタルデータ通信パスが図２４に示すように外部インターフェイスを必要としないようにデジタルネットワークコントローラ９８０が各ユーザインターフェイス５３３Ｃ１、５３３Ｃ２に加えられていることを除く。

信号伝送のより好適な形態は、これまでの説明を通して示された。なお、その他の送信の形態を採用できるのは明かである。

この発明の範囲を逸脱しない範囲内で上記好適な実施例を変形させることは当業者にとって明かなことである。

図１は、周知である従来のスター構成のネットワークの図。 図２は、従来のネットワーク構成の他のタイプの図。 図３は、従来のバスネットワーク構成の図。 図４は、この発明に係るネットワークの図。 図５は、図４のネットワークのスイッチング機能の一部の概念図。 図６は、図４のネットワークのスイッチング機能の一部を示す概念図。 図７は、この発明のスイッチングマトリックスの好適実施例を示す模式図。 図７Ａは、図７の模式図の一部であって、マトリクス内のスイッチとセントラルプロセッサ（ＣＰＵ）との接続を示す図。 図８は、図７のスイッチングマトリックスに、さらなるアップストリームおよびダウンストリームチャネルを相互接続する方法を示す模式図。 図９は、ツイストペア線を介して図４のハブから送り出される信号路と同様の信号路の回路の模式図。 図１０は、ツイストペア線を介して図４のハブに到達する信号路と同様の信号路の回路の模式図。 図１１は、この発明のネットワークにおいて、ツイストペア線を介してあるツイストペア終端モジュールから他のツイストペア終端モジュールにどのように信号が送られるかの好適実施例を示す模式図。 図１２は、ユーザインターフェイスから、ハブ（スイッチングマトリックスを含む）を介し、他のユーザインターフェイスに送られる、ビデオ信号、音声信号、およびデータ信号の流れを示す模式図。 図１３は、ユーザインターフェイスからユーザインターフェイスに直接送られる、ビデオ信号、音声信号、およびデータ信号の流れを示す模式図。 図１４は、この発明の他の実施例であって、ユーザインターフェイスから、ハブを介し、他のユーザインターフェイスに送られる、ビデオ信号、音声信号およびデータ信号の流れを示す模式図。 図１５は、図１４のマトリックススイッチングシステムを示す模式図。 図１６は、図１５のユーザスイッチングシステム部の詳細を示す模式図。 図１７は、図１５のチャネルスイッチングシステム部の詳細を示す模式図。 図１８は、図１５のチャネルペア先インターフェイス部の詳細を示す模式図。 図１９は、図１４の周波数カプラおよびコモンモード−ディファレンシャルモードコンバータの詳細を示す模式図。 図２０は、図１４に示される、ツイストペア終端モジュールの受信部、周波数分離器、および周波数変位方式の復調器を示す模式図。 図２１は、この発明の他の実施例であって、ユーザインターフェイスから、ハブを介し、他のユーザインターフェイスに送られる、ビデオ信号、音声信号および高速デジタルデータ信号の流れを示す模式図。 図２２は、この発明のさらなる他の実施例であって、音声、ビデオ、およびデータと同じマトリックススイッチングシステムを高速デジタルデータが通過することを除き、図２１の実施例に類似した実施例の模式図。 図２３は、この発明のさらなる他の実施例であって、２セットの音声、ビデオ、データ信号があるユーザインターフェイスから他のユーザインターフェイスに直接送られる流れを示す模式図。 図２４は、この発明のさらなる他の実施例であって、音声、ビデオ、データ、および高速デジタルデータ信号が、あるユーザインターフェイスから外部デジタルインターフェイスを有する他のユーザインターフェイスに直接送られる流れを示す模式図。 図２５は、この発明のさらなる他の実施例であって、音声、ビデオ、データ、および高速デジタルデータ信号が、あるユーザインターフェイスから内部デジタルインターフェイスを有する他のユーザインターフェイスに直接送られる流れを示す模式図。

Claims (2)

1. アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号を伝送してスイッチングする方法において、
   複数の入力ポイントおよび複数の出力ポイントにクロスポイントスイッチを供給し、
   アナログビデオ信号を前記入力ポイントの少なくとも１つに送り、
   デジタルデータ信号を前記入力ポイントの少なくとも他のものに同時に送り、
   前記クロスポイントスイッチをスイッチングして、アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号の両方を同時にそれぞれの出力ポイントに接続し、
   これにより、アナログビデオ信号およびデジタルデータは同じクロスポイントスイッチを同時に伝送する方法。
2. アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号を伝送しスイッチングするシステムにおいて、
   複数の入力ポイントおよび複数の出力ポイントを有するクロスポイントスイッチと、
   アナログビデオ信号を前記入力ポイントの少なくとも１つに送る手段と、
   デジタルデータ信号を前記入力ポイントの少なくとも他のものに同時に送る手段と、
   前記クロスポイントスイッチをスイッチングして、アナログビデオ信号およびデジタルデータ信号の両方を同時にそれぞれの出力ポイントに接続する手段とを具備し、
   前記アナログビデオ信号およびデジタルデータは同じクロスポイントスイッチングを同時に伝送するシステム。

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