JP4515918B2 - ローカル電話回線上で直流電力を提供するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、電力の伝送に関し、特に、稼動中の電話配線を利用した構内での直流（ＤＣ）電力の提供に関する。

［背景技術］
（「旧式の普通の電話サービス（Plain Old Telephone Service）」すなわち、「ＰＯＴＳ」としても知られる)従来のアナログ電話通信は、「加入者ループ」として知られるワイヤ対を用いて電話機に接続された電話局（ＣＯ）または構内交換機（ＰＢＸ）に基づいている。ほとんどの場合、建物内のワイヤの電話機側は電話アウトレットを用いて終端されており、電話機はこのアウトレットに接続されている。ＰＢＸ／ＣＯは、その回線に接続された電話の電話オフフック/オンフック状態を検出するために、低電圧（通常、約４８ＶＤＣ）、低出力の直流を提供している。従来のアナログ電話では、受け台から受話器を持ち上げる（オフフック状態）と、回線全体に抵抗負荷を付与するスイッチが閉じ、これにより、加入者ループに直流電流が流れる。この電流は、電話オフフック状態を知らせるために、また、従来の「パルスダイアル方式」のスイッチシステム用として、ＰＢＸ／ＣＯにおいて検出される。このような直流電力は、当初は電話オフフック状態およびパルスダイアル方式を検出する目的だけに意図されていたが、電話機器内で用いられる電気回路やこれらに付随する通信およびデータ伝送の使用に関係する装置といった、その他の目的のために低電圧電力を供給するためにも広く用いられている。 本発明の目的において、１つまたはそれ以上の電話にローカル電話回線を提供するあらゆる施設は、構内交換機（ＰＢＸ）、電話局（ＣＯ）、または同様のシステムと機能的に同等であると考えられ、本明細書においては、「ＰＢＸ／ＣＯ」という用語によって示す。 図１は、基本的な構内ＰＢＸ／ＣＯ・電話間接続構成１０を示す模式図である。ＰＢＸ／ＣＯ１１は、電話機１３ａおよび１３ｂがそれぞれ２線の接続回線を介して接続された配線１４で構成される２線式電話回線のローカルループまたは加入者ループを有する。「電話機」としては、電話、ファクス装置、ダイアルアップモデムおよびその他のあらゆる電話通信機器が含まれるが、これらに限定されるものではない。ほとんどの場合、各電話機は、電話アウトレット１２ａおよび１２ｂによりそれぞれ電話線に接続している。 構内の配線１４は、配線が１つのアウトレットから次へと線形に接続されている、直列、すなわち「デイジーチェーン型」のトポロジに通常は基づいているが、星型、ツリー型、または任意のトポロジといったその他のトポロジを用いることもできる。しかし、トポロジにかかわらず、住居内の電話配線システムには、常に配線式媒体が用いられる。すなわち、２つまたは４つの銅線であり、これらは、これら配線に電話機に接続するための直接的なアクセスを提供する１つまたはそれ以上のアウトレット内で終端している。

本明細書において「電話アウトレット」という用語は、建物内に設置された電話配線に対する外部装置の簡単かつ迅速な接続および切断を容易にする電気機械装置を指す。一般に、電話アウトレットは、配線への固定接続を有し、通常はフェースプレート内の統合コネクタを用いて外部機器を所望の通りに容易に接続可能にしている。上記アウトレットは、通常、壁に機械的に取り付けられるか、または壁の中に設置される。本明細書で用いられる「電話アウトレット」は、配線への固定接続を有し、かつ壁に機械的に取り付けられるかあるいはまたは壁の中に設置される部分と、最初に述べた部分に着脱可能に機械的に取り付けられかつ電気的に接続された部分とで構成される装置、すなわち、第１の部分が電気的接続および機械的連結の両方に用いられるジャックまたはコネクタである装置であってもよい。 本明細書において「壁」とは、垂直壁の他に、これらに限定するものではないが天井および床を含む建物のあらゆる内面または外面を指す。 稼動中の電話回線を介して、電話信号だけでなく電力を搬送することができれば望ましい。このことにより、特に、電話配線が既に存在している施設において追加のケーブル配線を行なう必要がなくなる。例えば、電話回線を介して搬送された電力は、電話配線、多機能電話機およびその他の電話通信関連機器および非電話通信機器の至る所において、中継器およびその他のあらゆるメディエーションデバイスへの電力供給に用いることができる。電力供給は、通常、接続された電話がオフフックおよびオンフックである場合に必要となる。 ディヒター（Dichter）の米国特許第６，２１６，１６０号およびラベンコ（Rabenko）らの米国特許出願公報２００２／０００３８７３は、電話信号および電話配線を介して搬送されるその他の信号への妨害を避けるために、周波数領域多重化（ＦＤＭ）を用いて交流電力を稼動中の電話配線を介して搬送することを開示している。この電力供給方法は、非遮蔽電話配線に対して、例えばＦＣＣによって課されている放射規制に起因する欠点を有している。さらに、このような実施には、非常に複雑でコストの高いフィルタリング回路が必要である。 オーテル（Ortel）の米国特許第６，１５７，７１６号には、稼動中の電話回線を介して直流電力を搬送する技術が開示されている。ダイオードと、様々なオンフックおよびオフフック状態において示されるインピーダンスとに基づき、電話回線を用いて直流電流を印加および抽出することが可能である。直流電力供給を用いることにより、交流電力供給に伴う放射およびフィルタリングの問題が軽減される。しかし、オーテルにより開示された技術では、非常に制限された量の電力しか電話配線を介して搬送することができない。 従来技術による一般的なシステム２０が図２に示されており、同システムは、電源２２から電力が供給され、その電力を稼動中の電話配線１４に結合する電源カプラ（ＰＳＣ）２１を備えている点でシステム１０と異なる。電源２２への電力は、標準プラグ２５を介して商用交流電源から供給される。負荷カプラ２３は、電話回線から電力を抽出し、負荷２４へ給電する。このようなシステムでは、配線１４を介して同時に搬送される電話信号への妨害を最小限にするために、電源２２は、稼動中の電話配線１４を用いて負荷２４への給電を行なう。 建物内やオフィス内のＰＢＸ／ＣＯによる電話回線といった稼動中の電話回線を介してより多くの直流電力を遠隔機器に供給するシステムを有することは、非常に有利である。この目的は、本発明により達成される。

本発明は、大量データ処理・操作回路等の電力負荷に稼動中の電話回線を介して適切な量の電力を供給するという目的を達成するためのシステムおよび方法を提供する。 本発明は、加入者ループに供給された信号を交流信号および直流信号に分離することに基づいている。交流信号すなわち成分は、システムを介してＰＢＸ／ＣＯから（１つまたは複数の）電話機に転送される電話信号である。直流信号すなわち成分は、遮断されかつ配線を介して交流信号と共に搬送された別個に生成された直流信号に置き換えられる。負荷は、交流信号に影響を与えることなく、直流信号を送るカプラを介して配線に接続することが可能である。これにより、負荷には、ＰＢＸ／ＣＯの直流特性とは関係のない方法で、直流信号により電源を供給することが可能となる。交流信号を通過させるかつ直流信号を遮断または処理して電話の直流特性に適合させる従来の電話カプラにより、電話機を配線に接続することが可能である。したがって、本発明により、あらゆる所望の電圧レベルおよび電力内容を有する直流信号を、電話信号を妨害することなく加入者ループに印加することが可能となる。 ＰＢＸ／ＣＯの直流電流ループから（本発明の目的のために）分離された回線に接続された電話機において電話オフフック状態を検出するＰＢＸ／ＣＯの能力を維持するため、本発明は、電話機からＰＢＸ／ＣＯに配線を介して搬送された非直流専用電話オフフック信号方式をさらに可能にする。この目的のために、電話端末に接続され、オフフック状態が存在する場合に配線を介してオフフックトーンを生成するオフフック検出装置を提供する。このトーンは、配線に接続された装置によって検出され、ＰＢＸ／ＣＯへの直流オフフック状態信号の生成および送信を可能にし、それにより完全なオフフックおよびオンフック機能を提供する。 本発明によるシステムは、電話機、ＰＢＸ／ＣＯ、別個の独立型機器、または電話アウトレットに部分的にまたは完全に組み込むことができる。 本発明によるシステムは、電話回線を介して建物やオフィス内、または電話局、構内交換機もしくは同様の施設によって電話サービスが提供されているその他のあらゆる環境内でローカル電力を供給するのに適している。同様に、上記システムは、直流搬送用のワイヤ対を介した電話サービスの搬送に用いることができる。したがって、本発明の説明は例示的なものであり、本発明の適用を構内交換機、電話局またはその他の特定の施設に特に接続された電話回線に限定するものではない。

［図面の簡単な説明］
以下、本発明を、添付図面を例示目的にのみ用いて説明する。

図１は、住宅およびオフィスにおいて一般的である従来技術のＰＢＸ／ＣＯ・電話間接続の模式図である。 図２は、従来技術によるローカル電話回線を介した電力供給方法を示す模式図である。 図３は、最初はＰＢＸ／ＣＯによって電話に供給された直流電力が分割されて専用ローカル電源からの電力に置き換えられる様子を示す、本発明による電話施設の模式図である。 図４は、本発明による電話オフフック状態の操作を示す機能ブロック図である。 図５は、本発明による機能の電力ユニット（ＰＵ）および電話ユニット（ＴＵ）へのグループ化を示す機能ブロック図である。

図６は、本発明による実施形態例を示すブロック図である。 図７は、上記電力が電話機への電力供給にも用いられている、本発明による実施形態例を示す機能ブロック図である。 図８は、本発明によるアウトレットの描写図である。 図９は、従来技術による電話回線を介したデータ通信の実現方法を示す模式図である。 図１０は、上記電力がデータ通信回路への電力供給にも用いられている、本発明による実施形態例を示す機能ブロック図である。 図１１は、本発明によるアウトレットの別の描写図である。 図１２は、本発明の特定の例示的な実施形態を示す図である。

［発明の詳細な説明］
電話回線を介してローカル電力を提供するための本発明による原理およびシステム動作は、図面およびそれに付随する説明を参照することにより理解される。図面および説明は、本発明の原理に向けられている。実際の実施において、１つの部品は、１つまたはそれ以上の機能を実行することが可能である。または、各機能は、複数の部品および回路によって実行することが可能である。図面および説明において、同一の符号は、異なる実施形態または構成に共通の部品を示す。 アナログ電話信号は、音声（音声信号）、呼び出し信号、ＤＴＭＦ信号、ならびにオンフック・オフフック表示器、パルスダイアル方式および電話機への電力供給に用いられる直流（一般的には、４８ＶＤＣ）等の多くの成分を含みうる。本発明は、直流信号（以下、「直流電話信号」または「直流信号」と呼ぶ）をその他の全ての信号（非直流信号、以下、「交流電話信号」または「交流信号」と総称する）から分離すると共に、交流信号が電話配線を介して透過的に搬送される間に、直流信号を以下に詳細に説明するように別個に処理することを要件とする。

［交流/直流分離］
以下に、図３に示すシステム３０を参照して、本発明をより詳細に説明する。このシステムにおいて、交流通過／直流中断装置３４は、ＰＢＸ／ＣＯ１１と図１および図２の配線１４に相当する電話配線３８との間に直列に挿入されている。装置３４は、交流に対して完全に透過であり、交流信号を配線３８に流すことができるが、電話信号の直流成分は通過させない。同様に、直流通過／交流中断装置３５もまた、ＰＢＸ／ＣＯユニット１１に接続されている。この装置は、直流に対して完全に透過であり、ＰＢＸ／ＣＯ１１に結合された電話信号の交流成分を中断させつつ直流信号を接続３７に流すことを可能にしている。交流通過／直流中断装置３４は、コンデンサや変圧器等の部品を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。同様に、直流通過／交流中断装置３５は、インダクタやチョーク等の部品を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。直流電源２２は、商用交流電源からプラグ２５を介して電力を受け取るとともに、配線３８を介して搬送された交流信号を妨害するあるいはこれらによって妨害されることなく直流電力を電話配線３８へ印加することを主たる機能とする電源カプラ３３を介して配線３８に結合されている。負荷３２は、これらの回線を介して搬送される交流信号を妨害することなくあるいはこれらによって妨害されることなく配線３８から電力を抽出する負荷カプラ３１を介して配線３８に接続されている。電話機１３ａは、配線３８を介して搬送される直流電力を妨害することなく電話機１３ａに通常の電話インタフェイスを付与するよう動作する電話カプラ３６を介して電話配線３８に任意に接続される。例えば、カプラ３６は、電話の動作に適した直流電力の提供を可能にするＤＣ／ＤＣ変換器を含んでもよい。カプラ３６のその他の機能については以下に説明する。

交流通過／直流中断装置３４および電話カプラ３６は、交流信号に対して透過であり、直流通過／交流中断装置３５、電源カプラ３３および負荷カプラ３１は、この信号に影響を及ぼさない。よって、交流信号により、ＰＢＸ／ＣＯ１１は電話機１３ａに適切に接続される。ＰＢＸ／ＣＯ１１からの直流電話信号は、電源２２によって生成される直流電力信号から分離される。直流電話信号は、電話配線３８を介して転送されず、直流通過／交流中断装置３５を介して接続３７に転送される。その代わりに、電源３２によって生成され負荷３２により消費される直流電力信号が、配線３８を介して搬送される。なお、このような構成において、電話回線３８によって搬送することが可能な電力に対して電話通信に関連する規制は存在しないため、高い直流電圧レベルおよび高い電力レベルの搬送が可能となる。

［電話オフフック状態の操作］
上述の通り、電話オフフック状態およびパルスダイアル信号は、加入者ループにおける電流の流れに基づいてＰＢＸ／ＣＯ１１により検出される。しかし、図３に示すシステム３０では、ＰＢＸ／ＣＯ１１と電話機１３ａとの間で直接的な直流結合を行なうことができないため、ＰＢＸ／ＣＯによってオフフック状態を検出することができない。よって、システム３０は、インターコムや連続接続といった、オフフック信号方式を用いない電話システムに用いることができる。 図４に、オフフック検出を実現するシステム４０を示す。オフフック状態の検出を可能にするために、電話カプラ３６と電話機１３ａとの間にオフフック検出装置４１が付加されている。オフフック検出装置４１は、電話機１３ａのオフフック状態を検出する働きをする。このような検出は、電話機１３ａを流れる電流を測定する（ＰＢＸまたはＣＯによって用いられている方法と同様）または電話機１３ａの接続間の電圧低下を測定することによって行なうことができる。図４のオフフック検出装置４１は電話機１３ａと直列接続されているが、使用する検出方法によっては、並列接続も適切でありうる。 オフフック状態を検知すると、オフフック検出装置４１は、そのような状態をオフフック送信装置４２に知らせる。オフフック送信装置４２は、電話配線３８を介して信号を送信してオフフックの検出を示すように動作する。この信号は、電話配線３８の両端に接続されたオフフック受信装置４４によって受信される。オフフック受信装置４４は、次に、オフフック状態をシミュレートする信号を生成するオフフックシミュレータ４３を作動させ、直流通過／交流中断装置３５を介して接続されたＰＢＸ／ＣＯにその信号を送信する。簡単な実施において、オフフックシミュレータ４３は、電話機１３ａがＰＢＸ／ＣＯ１１に直接的に直流接続されていた場合に生じたであろう電流の流れと同様の電流の流れを接続３７に生じさせる。このように、電話機１３のオフフック状態は、ＰＢＸ／ＣＯ１１によって確実に検知される。オンフック状態は、オフフック状態が検知されない時には常に存在しているため、上記の完全な電話サービス動作は、図１に示すシステムの性能と機能的に全く同等である。

オフフック送信装置４２からオフフック受信装置４４へ流れるオフフック表示信号は、従来技術において用いられている直流信号を一切利用しておらず、交流型の信号方式を用いている。このような送信方法としては以下があげられるが、これらに限定されるものではない。

ａ．配線３８を介して送信されるトーン（ＤＴＭＦ信号と類似）。

ｂ．電話配線を介してデータネットワーク信号も搬送されている場合、オフフック状態は、データネットワークを介して搬送されるメッセージとして符号化してもよい。

ｃ．オフフック送信装置４２は、特定の周波数に対してインピーダンス変化を示すことができ、これは、その周波数における引出電流（すなわち電流変化）としてオフフック受信装置により検知される。

上記の全ての場合において、オフフック信号方式は、オフフック表示がオフフック状態が存在する間中送信される連続状態であってもよいし、あるいは、オンフックからオフフックへの、およびその逆への移行が表示される状態変化表示として用いられてもよい。

本発明を１つの電話機１３ａに関して説明したが、本発明は、各電話がカプラ３６、オフフック検出装置４１およびオフフック送信装置４２に結合されているあらゆる台数のそのような電話に同様に適用されると理解される。または、上記のユニットの１組に多数の電話機を接続することが可能である。同様に、本発明を１つの負荷３２に関して説明したが、本発明は、各負荷がカプラ３１によって結合されているあらゆる個数のそのような負荷に同様に適用されると理解される。

システム４０において上記に説明したオフフック信号機構は、電話側のオフフック検出装置４１およびオフフック送信装置４２、ならびにＰＢＸ／ＣＯ側のオフフック受信装置４４、オフフックシミュレータ４３および直流通過／交流中断装置３５で構成される。このオフフック信号機構は、図３に示す電力提供システム３０の補助として働くものとして示されているが、このような機構は、直流電力の供給および負荷がオフフック状態の検出に利用されていないあらゆる実施形態においても同様に用いることができることは明らかである。例えば、いくつかの実施形態においては、ガルバニック絶縁が要求され、上記配線を介して直流電力を搬送する必要がなくなる。このような場合、上述のオフフック信号機構を同様に適用することができる。

本発明を交換器（ＰＢＸ）またはＰＳＴＮ（公衆交換電話網）電話局（ＣＯ）に関して説明したが、本発明は電話機を接続することが可能なあらゆる電話回線源に同様に適用されると理解される。電話信号の発生には、回路交換およびパケット交換の両方を用いることができる。例えば、電話サービスがＣＡＴＶネットワークの一部として発生するＶｏＩＰ ＭＴＡ（マルチメディア端末アダプタ）を、独立形式またはケーブルモデムもしくはセットトップボックスに組み込まれた形式で使用することができる。同様に、ＶｏＤＳＬ（ボイスオーバーＤＳＬ）に基づく電話通信を電話回線源として用いることができる。

本発明をプラグ２５を介して商用交流電源から給電が行われる直流電源２２に関して説明したが、本発明は、交流を直流に変換するあらゆる交流電源に同様に適用されると理解される。さらに、カプラ３３に直接給電を行なうことにより電源２２が不要となる、または電源２２がＤＣ／ＤＣ変換を行なう、直接的な直流給電法を用いても良い。いずれの場合においても、電力は、商用交流電源もしくは電池から発生させるか、またはあらゆるネットワーク（例えばＨＦＣネットワーク）から外部供給されてもよい。例えば、主要電源が停止した際にも電話サービスの動作を保証するＵＰＳ（無停電電源）システムを用いることができる。また、電源２への入力は、電力システムにプラグによって接続するのではなく、ハード配線することができる。

一般に、システム４０が果たす機能は２つに分けられる。すなわち、電力挿入機能と電話機機能である。電力挿入機能は、電源２２、電源カプラ３３、交流通過／直流中断装置３４、直流通過／交流中断装置３５、オフフックシミュレータ４３およびオフフック受信装置４４を指す。単純な導入例および実施例の場合、これらの機能の一部また全部を、以下において「電力ユニット」（ＰＵ）５１と呼ばれ、図５においてシステム５０の一部として示されている、上記の機能全てを果たす（ただし、紙面の都合上、図６に示す負荷の接続は図示しない）１つの装置に組み込むことが有益である。ＰＵ５１は、次に示す少なくとも３つのポートで構成される。
ａ．電力ユニット５１のＰＢＸ／ＣＯ１１への接続を可能にする入力電話回線インタフェイス５２。
ｂ．内部に負荷３２および電話機１３ａが結合される、電話配線３８へ電力ユニット５２を接続するための出力電話回線インタフェイス５３。
ｃ．プラグ２５を介して例えば商用交流電源から電力ユニット５１に電力を供給することを可能にする電力インタフェイス５４。

上記に説明したように、適切な直流電力が直接供給される場合には、電源２２を省略してもよい。同様に、電力ユニット５２に含まれるその他の機能も、取り除くかあるいはその他の装置に組み込んでもよい。

本発明を独立型の別個の装置である電力ユニット５１に関して説明したが、本発明は、電力ユニット５１が部分的にまたは完全にその他の装置に組み込まれている場合にも同様に適用されると考えられる。具体的には、電力ユニット５１は、電話回線インタフェイスを有するあらゆるユニットに組み込むことが可能である。１つの実施形態において、電力ユニット５１は、ＰＢＸ／ＣＯ１１のユニットに組み込まれる。例えば、電力ユニット５１は、ケーブルテレビ産業に用いられＶｏＩＰ ＭＴＡを使用するケーブルモデムまたはセットトップボックス、およびＶｏＤＳＬ機器に組み込んでもよい。

別の実施形態において、電力ユニット５１は分界点、通信クローゼット、アウトレットおよび接続箱などの配線装置に組み込まれる。好ましい実施形態において、電力ユニット５１は電話アウトレットに組み込まれている。このようなシステムにおいては、電話機をアウトレットに接続する２線式ケーブルは、電話信号および電力（ならびに、該当する場合には、データ通信信号などのその他の信号）の両方を搬送することができる。

図６に、このようなアウトレットを含むように改変された、システム５０に類似したシステム６０を示す。システム６０は、アウトレット内に組み込まれた電力ユニット５１と同一でありうるＰＵ６１を含む。電力ユニット５１のインタフェイス５２と相関関係にあるインタフェイス６２は、好ましくは壁の中にある既存の電話ワイヤ対である電話配線１４にＰＵ６１を接続している。ＰＵ６１には、電力ユニット５１のインタフェイス５４に相当するインタフェイス６４に接続されたプラグ２５を介して上記電源から交流電力が供給される。電話機１３ａおよび負荷３２は、電力ユニット５１のインタフェイス５３に相当するＰＵ６１のインタフェイス６３に接続されたワイヤ対６５を介して接続されている。このような構成においては、１つのワイヤ対６５を用いて、電話および電力の両方が電話機１３ａに、同時に電力が負荷３２に搬送される。

同様に、電話機に付随する機能は、独立型の別個の装置内にまとめることができる。図５に、このようなユニット５５を、部分的なシステム５０の一部として示す。電話カプラ３６、オフフック検出装置４１およびオフフック送信装置４２は、全て電話ユニット（ＴＵ）５５に組み込まれている。このようなＴＵ５５は、以下の２つのポートを含んでいる。
ａ．電話配線３８とアウトレット１２ａとを介してＴＵ５５をＰＵ５１に接続する電話配線インタフェイス５７、および
ｂ．好ましくは独立型の電話通信接続装置（例えば、北米においてはＲＪ−１１）を用いてＴＵを電話機１３ａに接続する電話機インタフェイス５６。

１つの実施形態によると、ＴＵ５５は、別個の独立型装置である。しかし、付加装置は、美的でなく、取り扱いも容易ではないため、その他の実施形態では、ＴＵ５５を電話機１３ａに組み込み、それにより外部モジュールを不要としている。しかし、独立型の実施例および電話組込型の実施例のいずれに場合おいても、電話機（通常の、変更されていないもの）を直接アウトレットに接続し、それによってユニットに損傷を与えうる電力レベルに接続してしまうという危険性がある。よって、好ましい実施形態によると、ＴＵ５６は、アウトレット、好ましくは、電話アウトレットに組み込まれる。このような構成においては、別個の外部装置の必要はなく、特別な方法を用いることなく電話機をアウトレットに接続することができる。

本発明を１つの一般的な負荷３２に関して説明したが、多数の負荷を用いることができると理解される。本発明の一部の実施形態において、負荷３２は、電話機１３ａの一部または全ての機能を行なうために必要な電力を示している。例えば、電話機１３ａは、ファックス装置、コードレス電話、留守番電話装置、多機能電話、またはオフフック状態中に電話回線から得られる通常の電力では十分ではないその他のあらゆる電力消費機能で構成されてもよい。従来技術において、このような電力要件は、電池または交流電源のいずれかによって、通常小型の変圧器を用いて供給される。本発明による電話回線を介した電力供給により、電池または交流電源への接続といった追加の電源が不要となる。

本発明による電話配線を介して搬送される電力が電話機機能への電力供給に用いられる全てのケースにおいて、負荷カプラ３１は、以下の形式で実施することができる。
ａ．電話配線への接続によって電力が供給され、電話機への給電を行なう別個の独立型ユニット。
ｂ．電話ユニット（ＴＵ）５５装置に組み込まれる。
ｃ．アウトレットに組み込まれる。

後者のケースを、図７のシステム７０によって示す。図示される電話機は、ファックス装置７１ａおよび７１ｂであり、一般にこれらはその通常動作のために外部電源を必要とする。ほとんどの場合、このような電力は、（ユニット内部に含まれうる）変圧器によって提供され、商用交流電源から供給される。このような構成を、接続７３ａを介してファックス７１ａに接続された変圧器７２ａを介してプラグ２５ａにより上記電源から電力が供給されるファックス７１ａに対して示す。ファックス７１ａの電話接続には、図５を参照して上記に説明したＴＵ５５ａが利用されている。

システム７０は、ＴＵ５５ｂ、負荷カプラ３１および任意にはＤＣ／ＤＣ変換器７６を組み込んだアウトレット７７も有している。アウトレット７７は、本発明による電力信号および電話信号の両方を搬送する電話配線３８にインタフェイス７８を介して結合されている。アウトレット７７内において、電話配線は、そのインタフェイス５７ｂを介してＴＵ５５ｂに引き回されている。好ましくは標準電話コネクタ（例えば、北米においてはＲＪ−１１）を用いたアウトレット７７のポート７４は、ＴＵ５５ｂの出力５６ｂに接続し、それにより本発明による通常の電話接続が可能となっている。同時に、負荷カプラ３１には、電話配線ポート７８も接続されている。カプラ３１は、電力を接続のみから抽出し、それをポート７５を介してファックス７１ｂの電力インタフェイス７３ｂに供給する。したがって、ファックス７１ａに必要であるような変圧器は不要である。さらに、近傍に電力アウトレットが不要であり、ファックス７１ｂに接続された両方のケーブルは同じアウトレット７７で終端されているため、ファックス７１ｂのアウトレット７７への接続はより簡単である。ほとんどの場合において、ファックスに必要な電圧レベルは電話回線を介して搬送される電圧レベルよりはるかに低い（例えば、ファックス動作には９−１２ＶＤＣ必要である一方、電話回線を介した電圧レベルは４０ＶＤＣを超えうる）ため、異なる電圧レベルを適合させるためにＤＣ／ＤＣ変換器７６が必要となる場合がある。

図７において、アウトレット７７は電話機器への電力供給に関して説明したが、電力インタフェイス７５は、あらゆる一般的な負荷に同様に電力を供給することが可能であると理解される。さらに、アウトレット７７内の負荷カプラ３１は、必要であればＴＵ５５ｂの能動回路への電力供給に用いてもよい。

図８に、アウトレット７７の一例の描写図を示す。アウトレットは、北米における通常の電話アウトレットの代替品として使用ができるような形状を有し、２つの締結用ねじ８１ａおよび８１ｂを含んでいる。アウトレット７７は、ＲＪ−１１型でありうるコネクタ７４、および一般の直流ジャックに類似した円形型の電源コネクタ７５を具備している。加えて、アウトレットでの電力の存在を示すために表示器８２が備えられている。

［電話配線を介したホームネットワークキング］
既存の電話配線を電話およびデータネットワーキングの両方に同時に用いることはしばしば望ましい。このようにすれば、追加の配線を設置する必要がないので、家屋またはその他の建物における新たなローカルエリアネットワークの構築がより簡単になる。 周波数分割多重化（ＦＤＭ）の概念は従来技術においてよく知られており、配線によって搬送される帯域幅を、アナログ電話信号を搬送可能な低周波数帯域とデータ通信またはその他の信号を搬送可能な高周波数帯域とに分割する手段を提供している。主として非対称ディジタル加入者ループ（ＡＤＳＬ）である、ｘＤＳＬシステムもまた広く用いられている。

この分野における関連従来技術としては、フォーリー（Foley）の国際公開ＷＯ９９／１２３３０およびディヒターの米国特許第５，８９６，４４３号に開示されている、一般にＨｏｍｅＰＮＡ（家庭用電話線ネットワーキング連盟）として知られる技術が挙げられる。ディヒターらは、周波数分割多重化（ＦＤＭ）技術を住宅向け電話配線に適用して電話信号およびデータ通信信号の同時搬送を可能にする方法および装置を提案している。配線上の利用可能な帯域幅は、アナログ電話信号を搬送可能な低周波数帯域とデータ通信信号を搬送可能な高周波数帯域とに分割される。このようなメカニズムにおいては、電話通信は影響を受けることはなく、同時に家庭内の既存の電話配線を介してデータ通信機能が提供される。 なお、本発明によるシステムにおいては、配線を介して搬送される交流信号は直流信号の影響を受けないため、高周波数スペクトルを用いる電話回線によるデータ通信が損なわれることはない。図９に、従来技術によるＨｏｍｅＰＮＡシステム９０の一例を示す。データ通信信号によって用いられる周波数スペクトルにおける妨害および印加を回避するために、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９１ａおよび９１ｂが、電話機１３ａおよび１３ｂにそれぞれ直列接続されている。コンピュータ９５ｃおよび９５ｄ（またはその他のあらゆるデータユニット)は、ＨｏｍｅＰＮＡ技術によりそれぞれ電話回線モデム（ＰＮＣ）９３ｃおよび９３ｄを用いて通信を行うことが可能である。モデム９３ｃおよび９３ｄは、高スペクトルを用いて電話信号への妨害を防ぐ高域通過フィルタ（ＨＰＦ）９２ｃおよび９２ｄのそれぞれを介して電話線配線１４上で通信を行なうことが可能である。ＰＮＣ９３ｃおよび９３ｄは、一般に標準データインタフェイスプロトコル（例えば、ＵＳＢ、イーサネット１０／１００ＢａｓｅＴ）である各接続９４ｃおよび９４ｄを介してコンピュータ９５ｃおよび９５ｄにそれぞれ接続している。 各ＰＮＣ９３は能動回路を含み、そのため、動作のために電力を必要とする。この電力は、コンピュータ９５によって供給してもよく（ＰＮＣ９３がコンピュータ９５に組み込まれている場合にはしばしばそうである）、あるいはＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続の場合のようにリンク９４を介して供給してもよい。しかし、多くの場合、（一般にＨＰＦ９２を組み込んだ）ＰＮＣ９３は、商用交流電源（図９では図示せず）から電力が供給される独立型ユニットである。これには、多くの接続の確立を必要とする複雑な設置が伴う。このような複雑性は、ＰＮＣ９３の動作に必要な電力の搬送にも電話配線が用いられる本発明によって回避することができる。 図１０に、ＰＮＣ９３への給電が電話配線３８を介して行なわれる本発明によるシステム１００を示す。ＰＮＣ９３ｃは、リンク９４ｃを介してコンピュータ９５ｃに接続するものとして示されている。ＰＮＣ９３ｃは、電話配線３８を介したネットワーキングを可能にしており、ＨＰＦ９２ｃと電話アウトレット１２ｃとを介して同配線に接続されている。負荷カプラ３１ｃもまたアウトレット１２ｃに接続しており、その電力出力はリンク１０１を介してＰＮＣ９３ｃに電力を供給するために用いられる。このような構成においては、追加の電源や商用交流電源への接続は不要である。 設置および使用における複雑性を軽減するとともにスペースおよび配線の削減を行なうため、ＰＮＣ９３を電話アウトレットに組み込むことが提案されている。このようなアウトレットは、本出願人による国際公開ＷＯ０１／７１９８０「電話回線を介したローカルエリアネットワークのための電話アウトレットおよびシステム」に記載されている。このような構成においては、ＰＮＣへの電力供給機能もアウトレットに組み込むことが好ましい。図１０に、このようなアウトレット１０２をシステム１００の一部として示す。アウトレット１０２は、上記のＰＮＣ機能を含むように改変された図７に示すアウトレット７７に基づいている。ＴＵ５５ｂを用いたインタフェイス７４を介した電話サポートが維持されており、このサポートにおいては、データネットワーキング信号の印加およびこれらへの妨害を防止するために、データ信号を遮断するＬＰＦ１０４がＴＵ５５ｂに直列に付加されている。インタフェイス７５を介した外部ユニットへの電力の供給も行なわれている。（ＨＰＦ９２ｄと共に）ＰＮＣ９３ｄもアウトレット１０２に含まれ、コンピュータ９５ｄなどのデータ装置がポート１０３およびリンク９４ｄを介してこれらに接続することが可能となっている。ポート１０３は、好ましくはイーサネットＩＥＥＥ８０２．３の１０／１００ＢａｓｅＴやＵＳＢといった標準データ通信インタフェイスである。図１０に示すように、ＰＮＣ９３ｄには、接続１０５を介して負荷カプラ３１によって電力が供給されているため、専用電源が不要となっている。 図１１に、アウトレット１０２の描写図を示す。図８のアウトレットに付加されているのは、ＩＥＥＥ８０２．３の１０／１００ＢａｓｅＴ接続に一般に用いられ、ＲＪ−４５として示されるコネクタインタフェイス１０３である。 アウトレット１０２は、３つの別個のポート、すなわち、電話機インタフェイス７４、電力供給インタフェイス７５およびデータユニットポート１０３をサポートするよう構成されているが、本発明によれば、１つまたは２つのポートからなるあらゆるサブセットを実施することができると理解される。 負荷カプラ３１によって供給される電力は、上記アウトレットに組み込まれたＰＮＣ９３への給電に加えて、ＰＮＣ９３ｄにネットワーク接続されたアウトレット内のその他の機能への電力供給にも用いることができる。例えば、本出願人の名による国際公開ＷＯ０１／８０５４３には、アウトレットに組み込まれたＲＦ送受信装置が開示され、これもまた本出願人の名による国際公開ＷＯ０１／８０５９５においては、アウトレットを用いた電話交換ネットワークが開示されている。このような場合の全てにおいて、アウトレットに組み込まれた回路にもまた、負荷カプラ３１によって電力を供給することができる。

［実施形態］
図１２のシステム１２０は、図４に示すシステム４０および本明細書に開示されるその他の実施形態を実施するための具体的な構成部品例を含んでいる。図示される直流通過／交流中断ユニット３５(は、システム４０の等価ユニット３５の実施形態例である。図示されるように、インダクタ１２１および１２２は、当業界において公知の通り、直流信号を通過させつつ交流信号を中断するために用いられている。より良い結果を得るために、ジャイレータ回路（能動インダクタ）を用いてもよい。図示されるオフフックシミュレータ４３(は、システム４０の等価ユニット４３の実施形態例である。抵抗器１２３が示されており、同抵抗器は、スイッチ１２４が閉じている場合に直流電流が流れることを可能にし、それによりＰＢＸ／ＣＯ１１に対してオフフック直流電流をシミュレートするように動作する。ほとんどのＰＢＸ／ＣＯ１１は、オフフック表示信号として２０ミリアンペアを必要とする。よって、直流レベルを４８ＶＤＣと仮定すると、抵抗器１２３は、４８／０．０２０＝２４００オームの抵抗を有していなければならない。スイッチ１２４は、抵抗器１２８の両端の電圧を測定する閾値検出器１２５によって作動される。場合によっては、スイッチ１２４および閾値検出器１２５の一部として光カプラを使用し、ガルバニック絶縁を可能にすることが推奨される。インダクタ１２６と直列であるコンデンサ１２７は、オフフックトーンを通過させながらその他の全ての信号を遮断しかつ印加しない帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）として機能する。このようなＢＰＦとしては、ノッチフィルタも推奨される。１つの好ましい実施形態において、３００〜４０００ヘルツの電話通信スペクトルから十分に離れ、かつ１００キロヘルツというより低い周波数規制値から始まるＡＤＳＬ信号からも十分に離れた、１８キロヘルツのトーンがオフフック信号トーンとして用いられる。したがって、ＢＰＦにより、上記トーンが通過し、閾値検出器１２５がスイッチ１２４を作動させることができる電流レベルを抵抗器１２８内に発生させることが可能となる。 交流中断／直流通過ユニット３５(と同様、システム４０の等価ユニット３３および３１の実施形態例としてそれぞれ示される電源カプラ３３(および負荷カプラ３１(は、直流信号を通過させ、交流信号を中断させる働きをする。電源カプラ３３(は、インダクタ１３１および１３２で構成され、負荷カプラ３１(は、インダクタ１３３および１３４と同様の装置によって構成される。ここでもまた、インダクタにジャイレータを実装することが好ましい。 電話カプラ３６(は、交流信号を電話機１３ａに送り、直流をユニット２２(から受け取る働きをする。電話カプラ３６(は、システム４０のカプラ３６の実施形態例である。カプラ３６(は、分割型中間タップ変圧器１３９を利用している。コンデンサ１４０および１４１は、変圧器１３９の１次巻線および２次巻線の両方において中間タップに接続され、それにより交流信号がアウトレット１２ａから電話機１３ａへ流れることを可能にしている。電話配線上の直流電力は、コンデンサ１４１によって抽出され、ＤＣ／ＤＣ変換器１３８に注入される。このＤＣ／ＤＣ変換器は、電圧レベルを電話機１３ａによって要求されるレベル（典型的には４８ＶＤＣ）に適合させる働きをする。ＤＣ／ＤＣ変換器１３８からの出力は、これを交流信号と合成するためにコンデンサ１４０の両端に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換器１３８は、電流規制および出力インピーダンスといった、電話通信に共通するその他の機能を含んでもよい。 システム４０のオフフック検出装置４１の一例であるオフフック検出装置４１(は、不足電圧閾値検出器１３５に基づいている。電話機１３ａがオフフック状態に移行すると、その端子上の直流電圧は２０ＶＤＣ未満に低下する。この電圧レベルが不足電圧検出器１３５によって検出され、同検出器は、次に、システム４０のオフフック送信装置４２の一例であるオフフック送信装置４２(内のスイッチ１３６を閉じる。トーン（正弦波）発生器１３６は、スイッチ１３５の接点が閉じる際に電話回線上に付与されるオフフックトーンを供給する。 システム４０の交流通過／直流中断ユニット３４の一例である交流通過／直流中断ユニット３４(は、直流信号を遮断しかつ交流信号を通過させるために、２つのコンデンサ１２９および１３０を使用している。 本明細書において引用された全ての特許文献は、引用により本明細書に援用される。

本発明を稼動中の電話回線を介した電力の印加に関して説明したが、本発明は、電話通信接続が直流搬送配線を介して印加されるあらゆる施設に同様に適用されると理解される。

本発明をアナログ（ＰＯＴＳ）電話通信に関して説明したが、本発明は、ＩＳＤＮ（統合ディジタル通信サービス網）電話通信、および配線接続された遠隔装置への電力供給に規制された直流電力を用いるあらゆるケースに同様に適用されると理解される。

本発明を構内施設に関して説明したが、本発明は、住宅、オフィス、工場、企業やＭＤＵ（共同住宅）といった、稼動中のＰＯＴＳ電話配線を用いるあらゆる施設に同様に適用されると理解され、構内または家屋外部のいずれにあってもよく、また両方にあってもよい。

本発明を限られた数の実施形態について説明したが、本発明は、多くの変更、修正、派生、組み合わせおよびその他の応用が可能である。本発明は、添付の請求項の範囲に含まれるそのような全ての改変を包含するものである。

住宅およびオフィスにおいて一般的な従来技術のＰＢＸ／ＣＯ・電話間接続の模式図。 従来技術によるローカル電話回線を介した電力供給方法を示す模式図。 ＰＢＸ／ＣＯによって電話に最初に供給された直流電力が分割され、専用ローカル電源からの電力によって置き換えられる様子を示す、本発明による電話施設の模式図。 本発明による電話オフフック状態の操作を示す機能ブロック図である。 本発明による機能の電力ユニット（ＰＵ）および電話ユニット（ＴＵ）へのグループ化を示す機能ブロック図。 本発明による実施形態例を示すブロック図。 上記電力が電話機への電力供給にも用いられる、本発明による実施形態例を示す機能ブロック図。 本発明によるアウトレットの描写図。 電話回線介した従来技術によるデータ通信の実現方法を示す模式図。 上記電力がデータ通信回路への電力供給にも用いられる、本発明による実施形態例を示す機能ブロック図。 本発明によるアウトレットの描写図。 本発明の特定の例示的な実施形態を示す図。

Claims (19)

1. 交流電話信号と直流電話信号とを含むアナログ電話信号のうち交流電話信号を電話回線源から電話セットへ、直流電力信号を電源から負荷へ、ワイヤ対を介して同時に搬送するためのシステムであって、
   直流電力信号を供給する電源と、
   前記電源からの直流電力信号を前記ワイヤ対に供給する第１のカプラと、
   前記負荷に対して、前記ワイヤ対からの前記直流電力信号のみを通過させる第２のカプラと、
   前記電話回線源から前記ワイヤ対へ前記交流電話信号を通過させかつ前記直流電話信号を遮断する第１の装置と、
   前記電話信号を前記ワイヤ対と前記電話セットとの間で搬送する第３のカプラとを含むシステム。
2. 前記電話セットのオフフック状態を検出する検出装置と、
   検出されたオフフック状態を表す交流信号を、前記ワイヤ対へ送信するオフフック送信装置と、
   前記ワイヤ対を介して前記交流信号を受信し、オフフック通知信号を提供する受信装置と、
   前記オフフック通知信号に応じて起動されるシミュレータとを備え、
   前記シミュレータは、オフフック状態をシミュレートする信号を、直流信号を通過させ交流信号を遮断する第２の装置を介して、前記電話回線源へ送信する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記オフフック状態が、１つまたはそれ以上のトーン、可変インピーダンス、およびデータ通信網を介して送信されるメッセージ、のうちいずれか１つに応じて検出される請求項２に記載のシステム。
4. 前記第３のカプラおよび前記第２のカプラのうち少なくとも１つが、電話セットおよび電話アウトレットの少なくとも１つに組み込まれている請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のカプラおよび前記第１の装置のうち少なくとも１つが、電源、前記電話回線源、ケーブルモデム、セットトップボックス、ＶｏＩＰ ＭＴＡ、電話回線モデム、および電話アウトレットのうち少なくとも１つに組み込まれている請求項１に記載のシステム。
6. 前記ワイヤ対がデータ通信媒体としてさらに機能し、前記負荷がモデムを含む請求項１に記載のシステム。
7. 交流電話信号と直流電話信号とを含むアナログ電話信号のうち交流電話信号を電話回線源から電話セットへ、直流電力信号を電源から負荷へ、ワイヤ対を介して同時に搬送するための方法であって、
   前記ワイヤ対に直流電力信号と直流電話信号とを供給するステップと、
   前記負荷に対して、直流電力信号を供給するステップと、
   前記電話回線源から前記ワイヤ対へ前記交流電話信号を通過させかつ前記直流電話信号を遮断するステップと、
   前記電源からの前記直流電力信号と前記直流電話信号とを前記ワイヤ対に供給するステップと、
   前記ワイヤ対と前記電話セットとの間で前記電話信号を搬送するステップとを含む方法。
8. 前記電話セットのオフフック状態を検出するステップと、
   前記オフフック状態を検出すると、前記電話回線源へ、擬似オフフック通知を供給するステップとをさらに含む請求項７に記載の方法。
9. 前記オフフック状態を検出するステップが、
   １つまたはそれ以上のトーン、可変インピーダンス、およびデータ通信網を介して送信されたメッセージ、のうちいずれか１つを検出するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 電話回線源とワイヤ対との間に直列接続可能であり、電話回線源から電話セットへ交流電話信号と直流電話信号とを含む電話信号を、電源から負荷へ直流電力信号を、ワイヤ対を介して同時に搬送するための器具であって、
    前記電話回線源および前記ワイヤ対にそれぞれ接続する第１のコネクタおよび第２のコネクタと、
    前記電源から前記ワイヤ対に直流電力を供給するカプラと、
    前記交流電話信号を通過させかつ前記直流電話信号を遮断する装置とを含む器具。
11. 前記第２のコネクタに接続され、前記ワイヤ対においてオフフック通知を識別する受信装置と、
    前記受信装置と前記第１のコネクタとに接続され、前記ワイヤ対において前記オフフック通知を識別すると、前記電話回線源へ模擬オフフック通知を供給するシミュレータとをさらに含む請求項１０に記載の器具。
12. 前記受信装置が、１つまたはそれ以上のトーン、可変インピーダンス、およびデータ通信網を介して送信されたメッセージ、のうちいずれか１つに応じて、前記オフフック通知を供給する請求項１１に記載の器具。
13. 電話セットとワイヤ対とに接続可能な、前記ワイヤ対に非直流オフフック状態通知を供給するための器具であって、前記器具は、
    前記電話セットと前記ワイヤ対との間にそれぞれ接続された第１のコネクタおよび第２のコネクタと、
    前記第１のコネクタに接続され、前記電話セットのオフフック状態を検出する検出装置と、
    前記検出装置と前記第２のコネクタとに接続され、前記ワイヤ対にオフフック通知を供給する送信装置とを含む器具。
14. 前記検出装置が、１つまたはそれ以上のトーン、可変インピーダンス、およびデータ通信網を介して送信されたメッセージ、のうちいずれか１つに応じて前記オフフック状態を検出する検出手段を含む、請求項１３に記載の器具。
15. 前記器具のうち少なくとも一部が、電話アウトレット、前記電話セット、および電話回線モデム、のうちのいずれか１つの内部に収容されている請求項１３に記載の器具。
16. 前記電話回線源を前記電話セットに接続する接続手段をさらに備えた請求項１に記載のシステム。
17. 前記電話回線源から前記ワイヤ対へ前記交流電話信号を通過させかつ前記直流電話信号を遮断するステップにおいて、前記ワイヤ対に対して、交流電話信号のみを実質的に通過させ、前記電話線源からの交流信号を遮断する、請求項７に記載の方法。
18. 前記シミュレータから前記オフフック通知を受けたことを表す交流および直流成分を含む信号を受信する装置であって、前記直流成分を通過させ、前記交流成分を実質的に遮断する装置をさらに備えた、請求項１１に記載の器具。
19. 前記オフフック通知を表す信号を前記第２のコネクタへ供給するカプラをさらに備えた、請求項１４に記載の器具。

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