CN1113514C - 带有调制解调器接口的线路卡 - Google Patents

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Abstract

一种在话音频带通信环路上传递数据的设备(400)和方法。该设备(400)包括一个收发信机电路(421-424)、一个底板接口电路(402)、一个底板互连电路(413)和一个信令电路(431-434)。收发信机电路(421-424)在通信环路上发送和接收话音频带调制数据。底板接口(402)提供和底板的物理互连。底板互连电路(413)把收发信机电路(421-424)和底板接口(402)彼此连接起来用于数据传输，以允许收发信机(421-424)和底板之间的数字数据的交换。信令电路(431-434)在通信环路上发送和接收POTS呼叫控制信号。

Description

带有调制解调器接口的线路卡
技术领域
本发明涉及带有调制解调器接口的线路卡。
背景技术
利用调制解调器可以在普通老式电话业务(POTS)话音频带电话网络上发送数字化数据，例如计算机生成的数据。常规调制解调器利用和POTS兼容的电信令建立从POTS中心局交换系统到目的地调制解调器的话音频带通信信道。通过把数据编码成话音频带信号始发调制解调器和目的地调制解调器交换数字数据，其中在电话网络上端到端传送话音频带信号。
为了提供数字化数据的POTS兼容话音频带编码，存在不同的传输标准。例如，实施国际电信联盟(ITU)V.34标准的调制解调器可支持每秒28.8千比特(Kaps)的话音频带数据传输，而支持K56flex协议的调制解调器可支持速率高达56Kbps的传输。除其它因素之外，始发调制解调器和目的地调制解调器之间的最大数据通信速率是由所支持的调制解调器协议以及这些调制解调器之间的通信信道上的端到端电干扰决定的。
POTS电话信号(其中包括由POTS话音频带兼容调制解调器交换的POTS电话信号)典型地始发于POTS用户站设备(CPE)并且在终结到中心局POTS线路卡的双绞线环路上发送。POTS兼容线路卡提供信号传输功能，例如振铃电压脉冲、CPE电源、双音多频(DTMF)检音及脉冲拨号检测。常规POTS线路卡典型地和中心局POTS交换系统(某“POTS交换机”)接口。该POTS交换机通过把来自始发CPE的POTS呼叫路由选择到终接CPE建立话音频带数据连接。典型地，POTS话音频带信号被转换成64Kbps的脉码调制(PCM)数据流，以允许高达3.1千赫的话音频带频率被路由通过POTS网络。和其它POTS兼容业务一样，并且和调制解调器支持的数据速率无关，典型地把调制解调器产生的话音频带频率编码成64Kbps的PCM数据流，以路由通过电话网络。
把调制解调器始发数据路由通过POTS交换机要求把POTS交换机资源专用于始发调制解调器和目的地调制解调器之间的话音频带信道。例如，可利用64Kbps时分复用局间中继线提供话音频带信息。
发明内容
总的来说，本发明在一个方面上的特征是一种用于在通信环路和底板之间传递数据的设备。该设备包括收发信机电路、底板接口、底板互连电路、数据单元处理电路和信令电路。收发信机电路在通信环路上发送和接收话音频带调制数据。底板接口提供对底板的物理互连。底板互连电路使收发信机电路和底板接口相互连接以用于数据传输，并且实现收发信机和底板之间的数字数据的交接。数据单元处理电路，用于从底板互连电路接收数据单元、从所接收的数据单元的有效负载字段中提取数据并把提取的数据发送到第一收发信机电路。信令电路发送和接收通信环路上的POTS呼叫控制信号。
实施本发明可包括一个或多个下述特点。收发信机可实现V.34调制解调器协议。通信环路可以是双线环路。POTS呼叫控制信号可包括拨号音信号，并可包括双音多频(DTMF)信号。数据单元处理电路可实现ATM适配层5协议。
本发明还可包括下述一个或多个特点。该设备可以包括第二收发信机，用于在第二通信环路上发送和接收话音频带调制数据并和底板互连电路交换数字数据。该设备可包括和第一、第二收发信机电路以及底板互连电路连接的数据单元处理电路，以便从底板互连电路接收数据单元。该数据单元处理电路可以从数据单元提取有效负载数据，选择第一或第二收发信机中的一个，并且把提取的有效负载数据发送给选定的收发信机电路。数据单元处理电路可根据数据单元标题数据选择收发信机。
总的来说，本发明在另一个方面上的特征是一种在设备中接收数据的方法，该设备用于在通信环路和底板之间传递话音频带数据。该方法包括：建立通信环路上的话音频带连接，接收话音频带调制数据信号，把话音频带调制数据信号转换成数字数据，以及在底板总线上发送数字数据。
实施该方法可包括一个或多个下述特点。建立话音频带连接可包括生成POTS振铃信号以及检测通信环路上的摘机信号。把话音频带调制数据信号转换成数字数据可包括解调话音频带数据信号以生成数字数据并且生成数据单元，其中数据单元有效负载包含生成的数字数据以及数据单元标题包括数据单元路由选择数据。
总的来说，本发明在另一个方面上的特征是一种在设备中发送数据的方法，该设备用于在通信环路和底板之间传递话音频带数据。该方法包括：建立通信环路上的话音频带连接，从底板总线上接收数字数据，把数字数据转换成话音频带调制数据信号，以及在通信环路上发送话音频带调制数据信号。在各种实施中，接收数字数据可包括接收数据单元，而转换数字数据可包括把数据单元有效负载数据转换成话音频带调制数据信号。
该公开的设备改进了调制解调器和数据网络之间的数据传送。
附图说明
图1是POTS话音频带电话网络。
图2是依据本发明的通信网络。
图3是依据本发明的线路卡架。
图4是依据本发明的线路卡的功能图。
图5A、5B和5C说明标准ATM信元字段。
图6是依据本发明的线路卡的功能图。
具体实施方式
图1说明示例性POTS话音频带电话网络。在POTS网络100中，在用户站设备(CPE)101-107和电话公司中心局120之间交换话音频带POTS信号。中心局120包括线路卡架121-122。线路卡架121-122安装POTS线路卡以生成和终接在POTS环路111-117上交换的POTS信号。线路卡架121-122和中心局POTS交换机123连接。中心局POTS交换机123提供POTS呼叫在中心局120内的以及对远程交换设备通过中继线125和126的路由选择。中继线125和126把中心局交换机123和远程交换设备连接起来，并且例如是标准的每秒1.5兆比特(Mbps)电话T1中继线。
为了提供POTS话音频带信令并在CPE101-107和中心局120之间传送，线路卡架121和122包括把POTS话音频带模拟信号转换成和中心局交换机123兼容的形式的线路卡。在具有数字POTS交换机，例如朗讯技术公司5ESS交换机的中心局中，在POTS CPE 101-107和架121、122上的线路卡之间交换模拟POTS信号，而在架121、122上的线路卡和POTS交换机123之间交换每秒64千比特(Kbps)的脉码调制(PCM)数据流。理论上，标准64Kbps PCM信号编码可以支持频率高达4千赫(KHz)的话音频带模拟信号。然而在典型实施中，线路卡信号滤波和信号转换在3.1KHz之上的频率衰减。
可以利用带有调制解调器的个人计算机103和107通过POTS话音频带网络发送数据。调制解调器可支持V.34、K56flex或其它数据协议。调制解调器允许建立POTS上数据呼叫，其中利用标准POTS信令和POTS交换机123的话音呼叫路由选择从CPE调制解调器通过POTS话音频带网络传送数据。中心局设备121-123例如可在计算机103和107之间路由POTS上数据呼叫，或者可以从个人计算机103通过线路卡架121和中心局交换机123路由到例如因特网服务提供商显示点(POP)处的或其它数据服务提供商显示点处的终接调制解调器。
为了使从调制解调器始发的数据路由通过POTS交换机要求POTS交换机资源专用于始发的和终接的调制解调器之间的话音频带信道。POTS话音频道连接典型地由64Kbps PCM数据信道支持，和调制解调器的数据速率无关。此外，利用和环路111-117连接的标准POTS线路卡可能限制调制解调器的传输效率。
图2说明一种通信网络。在通信网络200中，在某调制解调器201-208和某线路卡架221、222中某线路卡之间向经双绞线环路211-216发送POTS话音频带数据。线路卡架221、222上的线路卡包括把POTS话音频带数据信号直接转换成数字数据的调制解调器能力。转换后的数字数据可能是固定长度的异步传输模式(ATM)信元形式，这种信元可通过ATM网络230中的互连ATM交换机231-234路由。替代地，可通过分组数据网络、固定带宽数据网络或其它数字数据网络路由转换后的数据。
图3说明具有十二个线路卡301-312的线路卡架300。每个线路卡301-312终接四个双绞环路连接，并且包括调制解调器收发信机支持，如V.34、K56flex或其它调制解调器协议。线路卡架300还可包括一个复用器卡330和一个中继线接口卡340。复用器卡330在多个线路卡301-312和中继线卡340之间路由数据。中继线卡340提供线路卡架和诸如ATM数据源(例如图2)的ATM交换机231或234、计算机系统、局域网或其它数据网络之间的接口。中继线接口例如是标准电话同步光纤网级3链接(SONET 0C-3C)接口、T3接口或以太网接口。在线路卡架底板上的导电信号通路上连接线路卡301-312复用器卡330和中继线接口卡340。
图4说明依据本发明的线路卡。线路卡400包括用于处理输入POTS呼叫请求的POTS呼叫控制及信令电路431-434，并包括用于终接最多达四个话音频带调制解调器连接的收发信机电路421-424。线路卡400还包括用于把语音频带调制数据转换成异步传输模式(ATM)信元的电路。ATM信元是长度固定的数据分组，它们可在通信通路上复用并且可由ATM交换节点(“ATM交换机”)231-234(图2)路由。ATM交换机是采用可提供数据传输交换和复用的虚拟信道的面向电路的低开销分组交换机。异步时分(ATD)及快速分组交换是替代的术语，在说明类似的传送技术中采用了这些术语。
ATM交换机和网络传送采用某种数据单元格式的信息，这种数据单元格式典型地遵守国际电信联盟(ITU)采纳的ATM信元格式中的一种。ITU标准ATM信元具有5字节的标题字段和48字节的有效负载字段。标题字段含有的信息和在通信网络中通过ATM交换设备传送并路由选择ATM信元有关。有效负载字段可以用来传送始发于或终止于调制解调器的数据。
图5A说明具有由ITU规定的53个字节格式的ATM信元。ATM信元500包括标题字段501和有效负载字段502。ITU标准标题字段501是用户-网络接口标题525(图5B)或网络-网络接口标题550(图5C)中的一种，它们各包括虚拟通道标识符(VPI)字段和虚拟信道标识符(VCI)字段。VPI和VCI字段包括用于路由ATM信元通过ATM网络的信息。可在ATM User-Network Interface Specification Version 3.1ATM Forum，1994中得到有关VPI及VCI标题字段以及有关GFC、PTI、CLP、HEC标题字段的其它信息。
重新参照图4，线路卡400包括收发信机电路421-424，它们分别通过POTS信令电路431-434和某通信环路连接。每个通信环路例如象双绞线环路211-216(图2)，在它们的上面可发送话音频带调制数据信号。POTS信令电路431-434生成诸如振铃信号和拨号音的POTS呼叫控制信号，并且接收诸如POST摘机指示器信号和双音多频(DTMF)拨号数字之类的POTS信号。处理机411和POTS信号电路431-434连接，以便控制POTS信号生成和处理线路卡从调制解调器CPE接收的POTS信号。POTS信号收发信机421-424和POTS电路431-434连接，以便沿通信环路交换话音频带调制信号。收发信机从调制解调器始发的话音频带调制信号提取数字数据流，并且把数字数据流发送到分段及重新装配(SAR)电路414。分段及重新装配(SAR)电路414把接收的入局数据转换成ATM信元。对ATM信元的转换可通过利用标准ATM适配层5业务(AAL-5)完成。AAL-5和其它AAL数据转换业务在Bellcore出版物GR-1113-CORE，Asynchronous Transfer Mode andATM Adaptation Layer(AAL)Protocols(1994)中定义。SAR电路414可以是一个编程成实现AAL-5或适配层协议的通用微处理机。替代地，SAR电路功能可由处理机411执行或者可由专用电路实现。
通过把接收到的数据放到ATM信元的有效负载字段中并且对数据增添ATM信元标题，SAR电路414把收发信机421-424接收的数据转换成ATM信元。ATM信元标题包括用于标识把数据传送到SAR电路的线路卡收发信机421-424的数据。例如，为了标识和某特定数据信元关联的线路卡收发信机421-424，SAR电路414向每个收发信机分配唯一VPI/VCI值。例如，SAR电路可在存储器412中存储四个唯一VPI/VCI值，并且把每个收发信机421-424和这四个唯一VPI/VCI值中的不同的一个相关联。在替代的实施例中，可对每个收发信机关联一个唯一入局数据VPI/VCI值和一个不同的唯一出局数据VPI/VCI值。可由线路卡处理411控制或者由网络管理处理机控制对VPI/VCI值和其它标题数据的分配，该网络管理处理机沿线路卡架底板向处理机411传递运行、管理、维护和保证(OAMP)数据。在不同的实施中，ATM信元标题可以是ITU标准网络-网络标题、用户-网络标题或者是非标准标题。
SAR电路414装配的ATM信元被发送到底板接口电路413。底板接口电路413控制通过线路卡架底板从线路卡到线路卡架复用器或其它线路卡架构件的数据传输。接口电路413例如包括ATM信元缓冲、总线信令及总线仲裁功能。总线接口电路413例如实施成CompactPCTTM总线接口、VMEbusTM接口或由待决申请“Transmission 0f ATM Cell(1997年11月24日提交)中定义的总线接口，该申请作为本文的参考资料。总线接口电路413和物理接口连接件402连接，该连接件提供对线路卡架底板上的电信号通道的电连接。
线路卡接收来自线路卡架复用器(图3)或其它线路卡架构件的ATM数据信元，并把数据信元转换成用于向CPE调制解调器传输的话音频带POST调制数据信号。线路卡底板接口电路413接收来自线路卡架复用器330或其它线路卡架构件的ATM信元，并且在发送到SAR电路414之前可能缓冲所接收的ATM信元。SAR电路414根据ATM标题数据(例如VPI/VCI数据)确定适当的收发信机421-424，从ATM信元有效负载中提取出局数据，并且把出局数据发送到目的地收发信机421-424以沿着通信环路传输到某调制解调器。在不同的实施中，SAR电路414、收发信机电路421-424和CPE调制解调器之间的数据交换可保持在用于向CPE调制解调器传输的ATM信元格式下，或者可转换成串行数据流。可在收发信机电路421-424中或SAR电路414中实现缓冲功能，以由收发信机调节数据流并保持和CPE调制解调器相容的传输比特速率。例如，可和CPE调制解调器交换串行数据开始位和停止位以指示何时发送有效数据。SAR电路可包含生成数据开始位和停止位的功能，以适当调节从线路卡到CPE调制解调器的数据流。例如，若不存在要从线路卡发送到CPE调制解调器的数据，可向CPE调制解调器发送数据停止位。
线路卡电路，例如处理机411，可实现高层协议功能，以便利从线路卡到CPE调制解调器的链路上的数据传输。例如，在不同的实施例中，线路卡可包括对通信协议的支持，诸如点对点协议(PPP)、串行线接口协议(SLIP)、网络控制协议(NCP)、网间协议(IP)、网间协议控制协议(IPCP)、通行字鉴别协议(PAP)以及询问信号交换鉴别协议(CHAP)。线路卡可包括一个对线路卡架控制处理机或其它处理部件的底板接口以实现对这些协议的处理。在另一些实施例中，线路卡可封装始发于CPE的数据并沿着ATM网络向服务器提供该数据，该服务器可处理各种通信协议。
在不同的实现中，包括着调制解调器收发信机和POTS信令的线路卡可具有一个对线路卡架底板的非ATM接口。图6说明一种依据本发明的线路卡。参照图4和图6，线路卡600包括收发信机电路621-624、POTS信令电路631-634、处理机611、存储器612、底板接口电路613和底板接口601及602。线路卡部件621-624、631-634、611-613以及601-602分别对应于线路卡400的收发信机电路421-424、POTS信令电路431-434、处理机411、存储器412、底板接口电路413以及底板接口401和402。
线路卡600包括和收发信机621-624以及底板接口电路613连接的复用电路614。复用电路614从收发信机621-624接收数据，并把该数据提供给底板接口电路613以便在线路卡架底板上传输。复用电路614可把来自收发信机621-624的数据装配成可变长度分组，或者把来自各收发信机621-624的数据和时分复用数据系统中的一个或多个时隙关联起来。收发信机、线路卡电路以及底板接口电路之间的其它连接也是可能的。
依据本发明的线路卡把数字数据调制成话音频带信号并且沿通信环路发送话音频带信号。在不同的实施例中，可取消常规POTS线路卡执行的话音频带信号滤波。在线路卡处取消信号滤波可允许在POTS环路上发送的接收带宽更宽的信号，从而可改进数据传输性能。
上述的说明是示范性的。在替代的实施例中，可把线路卡构造成带有多于或少于四个的调制解调器收发信机。可在一个或多个集成电路芯片上实现线路卡电路，并且可包含分立电路构件。
在不同的实施中，可以从线路卡沿底板接口发送ITU标准53字节ATM信元以及非标准ATM信元中的一种，或者发送ITU标准的以及非标准的ATM信元二者。例如，可通过对标准53字节信元添加一个附加的奇偶校验字节形成非标准的54字节信元。该附加的奇偶校验字节可对前面的53字节ITU标准ATM信元提供奇偶校验。例如可在线路卡和线路卡架复用架之间发送这种54字节的信元。在其它实施中，依据本发明的线路卡可包括对底板的非ATM接口。此外，线路卡和线路卡架可包括例如对线路卡架控制构件和网络管理系统的其它接口。
在不同的实施例中，线路卡收发信机可包括四线对双线混合功能，以把POTS发送和接收信号耦合到双线通信环路上，或者，可设置适用于把外部四线连接到双线混合接口的分离的发送双线和接收双线。
其它形成的实施例在下述权利要求书的范围之内。

Claims (14)

1.一种用于在通信环路和底板之间传递数据的设备，包括：
第一收发信机电路，运行成在通信环路上发送和接收话音频带调制数据；
一个底板接口，配置成提供对底板的物理互连；
底板互连电路，运行成使第一收发信机电路和底板接口彼此连接以用于数据传输，该互连电路可运行成接收来自第一收发信机电路的数字数据并且沿底板发送数字数据，而且接收来自底板的数字数据并提供给第一收发信机电路以在通信环路上传输；以及
数据单元处理电路，其和第一收发信机电路以及底板互连电路连接，数据单元处理电路运行成接收来自底板互连电路的数据单元、从接收的数据单元的有效负载字段中提取数据并把提取的数据发送到第一收发信机电路；
信令电路，运行成在通信环路上发送和接收普通老式电话业务呼叫控制信号。
2.权利要求1的设备，其中第一收发信机电路实施V.34调制解调器协议。
3.权利要求1的设备，其中通信环路包括双线环路。
4.权利要求1的设备，其中普通老式电话业务呼叫控制信号包括拨号音信号。
5.权利要求1的设备，其中普通老式电话业务呼叫控制信号包括双音多频信号。
6.权利要求1的设备，其中数据单元处理电路实施异步传输模式适配层5协议。
7.权利要求1的设备还包括：
第二收发信机电路，运行成沿第二通信环路发送和接收话音频带调制数据，并且其中底板互连电路可运行成接收来自第二收发信机电路的数字数据并且沿底板发送数字数据，而且接收来自底板的数字数据并提供给第二收发信机电路以在第二通信环路上传输。
8.权利要求7的设备，其中，
数据单元处理电路和第一、第二收发信机电路以及底板互连电路连接，数据单元处理电路运行成接收来自底板互连电路的数据单元、从数据单元中提取有效负载数据、选择第一或第二收发信机电路以及把提取的有效负载数据发送到选定的收发信机电路。
9.权利要求8的设备，其中数据单元处理电路根据数据单元标题数据选择第一或第二收发信机电路。
10.一种用于在通信环路和底板之间传递话音频带数据的设备中接收数据的方法包括：
建立通信环路上话音频带连接；
在该设备处接收话音频带调制数据信号；
把话音频带调制数据信号转换成数字数据；以及
在底板总线上发送数字数据。
11.权利要求10的方法，其中所述建立包括生成普通老式电话业务振铃信号以及检测通信环路上的摘机信号。
12.权利要求10的方法，其中把话音频带频带调制数据信号转换成数字数据包括解调话音频带数据以生成数字数据以及形成数据单元，其中数据单元有效负载包括所生成的数字数据，而数据单元标题包括数据单元路由选择数据。
13.一种用于在通信环路和底板之间传递话音频带数据的设备中发送数据的方法包括：
建立通信环路上话音频带连接；
在底板总线上接收数字数据；
把数字数据转换成话音频带调制数据信号；以及
在通信环路上发送话音频带调制数据信号。
14.权利要求13的方法，其中接收数字数据包括接收数据单元，并且其中转换数字数据包括把数据单元的有效负载数据转换成话音频带调制数据信号。
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