DE69535205T2

DE69535205T2 - Frequenzveränderliches breitbandkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69535205T2
Application number: DE69535205T
Authority: DE
Inventors: J. Leo Lilburn THOMPSON; Alexander John Duluth RITCHIE; Thomas Gregory Atlanta DUBBERLY
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2015-03-29
Also published as: KR970702636A; AU2200695A; JPH10500541A; WO1995027350A1; EP0763291A1; CA2186879A1; EP0763291B1; AU686368B2; EP0763291A4; BR9507232A; DE69535205D1; US5594726A; CN1173252A

Description

Hintergrund der Erfindung
Um die vorliegende Erfindung und die Probleme, die sie löst, vorzustellen, ist es zweckmäßig, einen Überblick über ein herkömmliches KFS-Breitband-Kommunikationssystem zu geben und dann bestimmte frühere Lösungsansätze für Probleme zu untersuchen, auf die man trifft, wenn man versucht, Fernsprechsignale in die Breitband-Umgebung einzufügen.
Herkömmliche Kabelfernsehnetze (KFS)
Kabelfernsehnetze, die gelegentlich als Gemeinschaftsantennen-Fernsehnetze (KFS-Netze) bezeichnet werden, sind Breitband-Kommunikationsnetze aus Koaxialkabeln und Glasfasern, die Fernseh-, Audio- und Datensignale zu Wohnungen oder Geschäften von Teilnehmern verteilen. Bei einem normalen KFS-Netz versorgt eine einzige zweckmäßig angeordnete Antennenanlage, die ein Kabelnetz speist, jeden einzelnen Teilnehmer mit einem nutzbaren Fernsehsignal.
Seit den Pioniertagen haben Kabelnetze in den Vereinigten Staaten, insbesondere in städtischen Netzen, enormes Wachstum und enorme Erweiterung erfahren. KFS-Netze erreichen schätzungsweise etwa 90 % der Bevölkerung in den Vereinigten Staaten, wobei zurzeit etwa 60–65 % aller Haushalte angeschlossen ist. Obwohl Kabelnetze ursprünglich sehr einfache Architekturen hatten und eine begrenzte Anzahl verschiedener Fernsehsignale bereitstellten, hat die steigende Anzahl von Fernsehsendern und Fernseh-Eigentümern in den letzten Jahrzehnten zu viel komplexeren und teureren modernen Kabelverteilungssystemen geführt.
Ein typisches KFS-System weist vier Hauptelemente auf: eine Kopfstelle, ein Fernleitungsnetz, ein Verteilungsnetz und Teilnehmer-Abzweigungen.
Die „Kopfstelle" ist ein Signal-Empfangs- und -Verarbeitungszentrum, das Signale erfasst, ordnet und verteilt. Die Kopfstelle empfängt von Satelliten gesendete Video- und Audio-Programmiersignale, drahtlos gesendete Fernsehstationssignale und Netzspeisesignale, die von terrestrischen Mikrowellen- und anderen Kommunikationssystemen gesendet werden. Außerdem können Kopfstellen Ortsrundfunk, wie etwa Werbesendungen und Live-Programme, die in einem Studio hergestellt werden, in das Paket von Signalen einspeisen, die an Teilnehmer gesendet werden.
Die Kopfstelle enthält eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die den Ausgangspegel der Signale steuert, das Signal-Rausch-Verhältnis regelt und unerwünschte Außerbandsignale unterdrückt. Eine typische Signalverarbeitungsvorrichtung weist einen Überlagerungsprozessor oder ein Demodulator-Modulator-Paar auf. Die Kopfstelle moduliert dann empfangene Signale auf gesonderte Hochfrequenz(HF)-Träger und kombiniert sie zur Übertragung über das Kabelnetz.
Das „Fernleitungsnetz" ist die Hauptschlagader des KFS-Netzes, die die Signale von der Kopfstelle zu mehreren Verteilerstellen in der Gemeinschaftsantennenanlage überträgt. Ein modernes Fernleitungsnetz weist normalerweise eine Kombination aus Koaxialkabel und Glasfasern mit Fernleitungsverstärkern auf, die in regelmäßigen Abständen zum Kompensieren der Signaldämpfung entlang der Leitung angeordnet sind. Solche modernen Fernleitungsnetze, die Glasfasern und Koaxialkabel verwenden, werden häufig als „Glasfaser/Koax-Netze" bezeichnet.
Die „Verteilungsnetze" nutzen eine Kombination aus Glasfasern und Koaxialkabel, um Signale vom Fernleitungsnetz für einzelne Umgebungen zur Verteilung an Teilnehmer bereitzustellen. Um verschiedene Verluste und Verzerrungen zu kompensieren, die der Übertragung von Signalen entlang dem Kabelnetz innewohnen, werden Leitungserweiterungsverstärker in bestimmten Abständen längs des Kabels angeordnet. Jeder Verstärker erhält genau so viel Verstärkung, dass der Dämpfungsverlust des ihm vorausgehenden Abschnitts des Kabels überwunden wird. Ein Verteilungsnetz wird auch als „Versorgungsleitung" bezeichnet.
In der KFS- und Telekommunikationsbranche besteht der starke Wunsch, Glasfasern möglichst tief in die Gemeinschaftsantennenanlagen zu verpflanzen, da die Glasfaser-Kommunikation mehr Signale als herkömmliche Netze übertragen kann. Aufgrund von technologischen und ökonomischen Beschränkungen hat es sich noch nicht als machbar erwiesen, Glasfasern bis zur Wohnung des Teilnehmers bereitzustellen. Heutige „Glasfasertiefe" KFS-Verteilungsnetze mit Glasfasern und Koaxialkabel werden oft als „Glasfaser-bis-zum-Abnahmebereich"- oder „FTSA"-Netze bezeichnet.
„Teilnehmer-Abzweigungen" sind Abzweigungen im Verteilungsnetz, die einzelne 75-Ω-Koaxialkabelleitungen zu Fernsehgeräten von Teilnehmern oder Teilnehmer-Endgeräten führen, die häufig als „subscriber premises equipment" oder „customer premises equipment" („CPE"; „Teilnehmer-Endgerät") bezeichnet werden. Da die Abzweigung der letzte Dienstpunkt unmittelbar vor dem Teilnehmer-Grundstück ist, ist oftmals Kanalautorisierungs-Schaltungstechnik in der Abzweigung vorgesehen, um den Zugriff auf verschlüsselte oder Premium-Programme zu steuern.
Kabelverteilungsnetze sollten ursprünglich Fernseh- und Funksignale nur in der „Stromabwärts"-Richtung (d. h. vom Standort einer zentralen Kopfstelle zu mehreren Teilnehmer-Standorten, auch als „Vorwärts"weg bezeichnet) verteilen. Daher ist die Komponenten-Ausrüstung vieler älterer Kabelnetze, zu der Verstärker und Kompensationsnetze gehören, normalerweise so eingerichtet, dass sie Signale nur in der Vorwärtsrichtung bereitstellt. Für Vorwärts-Übertragungen sehen typische KFS-Netze eine Reihe von Fernsehkanälen mit einer Bandbreite von jeweils 6 MHz vor, die über das Vorwärtsband im Bereich von 50 MHz bis 550 MHz Frequenz-gemultiplext sind. Wenn die Glasfaser tiefer in die Versorgungsbereiche in Glasfaser/Koax- und FTSA-Konfigurationen gedrängt wird, wird sich die Bandbreite des Koaxialkabel-Teils voraussichtlich auf über 1 GHz erhöhen.
Das Erscheinen von Pay-per-View-Diensten (Zahlung-pro-Video-Diensten) und anderen interaktiven Fernseh-Anwendungen hat die Entwicklung von bidirektionalen oder „Zweiweg"-Kabelnetzen angefacht, die auch das Senden von Signalen von Teilnehmer-Standorten zurück zur Kopfstelle ermöglichen. Das wird oft als „Stromaufwärts"-Richtung oder „Rückwärts"weg bezeichnet. Diese Technologie hat es Kabelnetzbetreibern ermöglicht, viele neue interaktive Teilnehmerdienste im Netz, wie etwa Impulse-Pay-per-View (IPPV), anzubieten. In zahlreichen KFS-Netzen wird das Signalband von 5 MHz bis 30 MHz für Rückwärtsweg-Signale verwendet.
Die Topologie eines typischen KFS-Netzes, die wie ein „Baum und Zweige" mit der Kopfstelle am Fuß und Zweigen nach außen zu den Teilnehmern aussieht, führt jedoch zu technischen Schwierigkeiten beim Senden von Signalen in der Rückwärtsrichtung zur Kopfstelle. Beim herkömmlichen Baum-und-Zweig-Kabelnetz wird eine normale Gruppe von Vorwärtssignalen an jede Teilnehmerwohnung im Netz verteilt. Rückwärtssignale, die von einem einzelnen Teilnehmer zur Kopfstelle fließen, gehen an allen anderen Rückwärts-Teilnehmerwohnungen in dem Segment des Verteilungskabels vorbei, das die Umgebung versorgt.
Es hat sich erwiesen, dass die übliche Baum-und-Zweig-Topologie zum Senden von Signalen von den einzelnen Teilnehmer-Standorten zurück zur Kopfstelle, wie es für bidirektionale Kommunikationsdienste erforderlich ist, nicht gut geeignet ist. Baum-und-Zweig-Kabelverteilungsnetze sind hinsichtlich der Kabel- und Verteilungsnutzung die effizientesten, wenn Signale nur in der Vorwärtsrichtung verteilt werden müssen. Ein Kabelverteilungsnetz ist in der Regel eine sehr verrauschte Umgebung, insbesondere auf dem Rückwärtsweg. Störsignale können aus mehreren üblichen Quellen entstehen, wie etwa Flugzeuge, die darüber fliegen, oder Jedermannfunk (CB-Funk), der im Gleichwellenbetrieb von 27 MHz arbeitet, was innerhalb der typischen Rückwärtskanal-Bandbreite von KFS-Netzen liegt. Da die Rückwärtsrichtung einer Baum-und-Zweig-Konfiguration als umgekehrter Baum erscheint, breitet sich das Rauschen von mehreren Verteilungspunkten zu einem einzigen Punkt, der Kopfstelle, aus. Daher summieren sich alle einzelnen Rauschbeiträge kollektiv, sodass eine sehr verrauschte Umgebung und ein Kommunikationsproblem an der Kopfstelle entstehen.
Moderne FTSA-Netze erleichtern die Übertragung von Signalen in Rückwärtsrichtung durch Unterteilen der Teilnehmerbasis eines Kabelnetzes in verwaltbare Versorgungsbereiche von etwa 400–2500 Teilnehmern. Das ermöglicht die Wiederverwendung von begrenzten Rückwärtsband-Frequenzbereichen für kleinere Gruppen von Teilnehmern. Die Kopfstelle dient als zentraler Hub einer Sternkonfiguration, mit dem jeder Versorgungsbereich durch einen optischen Übertragungsweg, der in einem Glasfaserknoten endet, verbunden ist. Der Glasfaserknoten ist über ein Koaxialkabel-Verteilungs-Teilnetz aus Versorgungsleitungen und Abzweigungen in jedem Versorgungsbereich mit den Teilnehmern des Versorgungsbereichs verbunden. Bei der FTSA-Konfiguration sind einige der Signale in der Vorwärtsrichtung (z. B. Fernsehprogramm-Signale) für jeden Versorgungsbereich identisch, sodass der gleiche Teilnehmerdienst für alle Teilnehmer bereitgestellt wird. In der Rückwärtsrichtung stellt die Konfiguration ein eigenständiges Spektrum von Frequenzen bereit, die auf den speziellen Versorgungsbereich beschränkt sind. Die FTSA-Architektur bietet somit den Vorteil, dass die Bandbreite der Rückwärtsteile des Frequenzspektrums mit der Anzahl der Versorgungsbereiche multipliziert wird.
Die Forderung nach Fernsprechdienst
Der sich immer stärker ausdehnende Einsatz der Glasfaser-Technologie in KFS-Netzen im ganzen Land lässt Kabelnetzbetreiber sich darum kümmern, eine ganze neue Palette von interaktiven Diensten im Kabelnetz anzubieten. Ein Gebiet, das von besonderem Interesse ist, ist Fernsprechdienst. Wegen der jüngsten Fortschritte in der Technologie sowie wegen der Lockerung von Bestimmungen sind die einst scharfen Grenzen zwischen dem Kabelfernsehnetz und dem Telefonnetz erheblich verschwommen. Zurzeit gibt es einen großen Bedarf an einem Breitband-Kommunikationssystem, das einen Fernsprechdienst effizient über das vorhandene Kabelverteilungsnetz bereitstellen kann.
Außerdem besteht ein von Fernsprechnetz-Betreiberfirmen geäußertes erhebliches Interesse an der Idee einer größeren Bandbreite zur Bereitstellung von neuen Diensten für Fernsprechteilnehmer, wie etwa Fernsehen; interaktives Rechnen, Einkaufen und Unterhaltung; Abhaltung von Videokonferenzen usw. Der gegenwärtige „Kupfer"-gestützte Fernsprechdienst (so bezeichnet wegen der Verwendung von Kupferdrähten für Fernsprechleitungen) ist sehr bandbreitenbegrenzt – auf etwa 3 kHz – und kann es Telefongesellschaften nicht ermöglichen, solche verbesserten Dienste ohne massive Änderungen an der Fernsprechnetz-Infrastruktur bereitzustellen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bestehende Kommunikationssysteme zum Übertragen von Fernsprechsignalen im Kabelnetz nicht gut geeignet sind. Ein System zum Übertragen von Fernsprechsignalen muss so konfiguriert sein, dass es eine Einpunkt-zu-Einpunkt-Verteilung (d. h. von einem einzelnen Teilnehmer zu einem einzelnen Teilnehmer) ermöglicht. Im Gegensatz zu den Telefongesellschaften mit ihren alten staatlichen Zweiweg-Netzen ist jedoch die Kabelnetz-Branche in Tausende einzelne Systeme zersplittert, die in der Regel nicht miteinander kommunizieren können. Das Kabelnetz ist stattdessen idealerweise für eine Einpunkt-zu-Mehrpunkt-Signalübertragung (d. h. von einer einzelnen Kopfstelle vorwärts zu mehreren Teilnehmer-Standorten) konfiguriert.
Außerdem haben KFS-Netze nicht die Schaltfähigkeiten, die für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung notwendig sind. Ein Kommunikationssystem für die Übertragung von Fernsprechsignalen muss daher mit den öffentlichen Fernsprechnetzen (public switched telephone networks, „PSTN"), die von den Telefongesellschaften betrieben werden, kompatibel sein. Um bei der Übertragung von Fernsprechsignalen zweckmäßig zu sein, muss sich ein KFS-Netz nahtlos an ein Fernsprechnetz an einem Punkt anschließen lassen, wo es rentabel ist, Fernsprechsignale zu übertragen. Es muss außerdem Signale bereitstellen, die ohne umfangreiche Modulation oder Protokoll-Änderungen zu anderen Teilen der vermaschten Fernsprechnetze weitergeleitet werden können, um dadurch Bestandteil des internationalen Fernsprechnetzes zu werden.
Telefonie in Datenübertragungsnetzen
Ein Lösungsweg, der zum Bereitstellen eines bidirektionalen Breitband-Kommunikationssystems gewählt wird, ist im US-Patent Nr. 5.084.903 von McNamara et al. beschrieben ist, das auf First Pacific Networks (nachstehend als „FPN" bezeichnet) übertragen worden ist. Dieses Patent beschreibt eine Methode zum Übertragen von Fernsprechsignalen, die in erster Linie dafür gedacht zu sein scheint, in einer Büro-Datenübertragungsnetz-Umgebung (z. B. Ethernet) zu funktionieren. Datenübertragungsnetze sind normalerweise Bandbreiten-symmetrisch, das heißt, die Vorwärts- und Rückwärts-Signalwege verbrauchen gleiche Mengen an Bandbreite, und sie haben eine Stern- oder Serien-Topologie, keine Baum-und-Zweig-Topologie. Im Gegensatz dazu sind KFS-Netze Bandbreiten-asymmetrisch, mit einer starken Zuweisung von Bandbreite zur Verwendung in der Vorwärtsrichtung und begrenzter Rückwärts-Bandbreite. Wie die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden haben, ist das Rauschproblem in der Rückwärtsrichtung bei einer Breitband-Bandbreiten-asymmetrischen Baum-und-Zweig-Topologie schwierig, nicht aber bei einem symmetrischen Büro-Datenübertragungsnetz.
Das in dem FPN-Patent beschriebene System verwendet zwei verschiedene Modulationsschemen zum Übertragen von Informationen zwischen einer zentralen Kopfstelle und einer Vielzahl von Teilnehmerknoten. Bei der Vorwärtsübertragung sendet das FPN-System kontinuierlich Signale in mehreren 6-MHz-Breitbandkanälen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein AM-PSK-Modulator im Vorwärtsweg verwendet. Bei der Rückwärtsübertragung sendet das FPN-System Pakete aus Informationen in Bursts unter Verwendung eines offset-quadraturphasenmodulierten (OQPSK) Modulators zu einer Kopfstelle.
Das FPN-Kommunikationssystem kann zwar zum Übertragen von Fernsprechsignalen in einem Datenübertragungsnetz wie Ethernet geeignet sein, löst aber nicht bestimmte Probleme, die bei der Übertragung von Fernsprechsignalen in einem Breitband-Kabelnetz auftreten. Aufgrund der Einpunkt-zu-Mehrpunkt-Konfiguration (Baum-und-Zweig-Konfiguration) des KFS-Netzes müssen Rückwärtsübertragungen von Fernsprechsignalen mit mehreren Rauschquellen fertigwerden, da Zweigsignale von jedem Teilnehmer zur Kopfstelle hin vermischt werden.
Es wird jedoch angenommen, dass die Methode des Burst-Betriebs, die im Rückwärtsweg des FPN-Systems verwendet wird, für diese Rauschprobleme besonders anfällig ist. Insbesondere wird angenommen, dass die Framing-Bits und die Sequentialisierung der Datenströme störanfällig sind, wenn ein Störsignal eine bedeutende Zeit lang (d. h. länger als die Länge eines Datenframes) irgendwo in einem der 6-MHz-Bandbreiten-Kanäle gehalten wird, die zum Übertragen von Fernsprechsignalen verwendet werden.
Es wird außerdem angenommen, dass die Unterbrechung der Framing-Bits zum Verlust des Inhalts aller in dem unterbrochenen Datenframe verkörperten Telefongespräche führen kann. In einer Datenübertragungsumgebung ist diese Signal-Unterbrechung möglicherweise nur als Verlangsamung im Netz erkennbar und kann, obwohl sie ungünstig ist, als annehmbar angesehen werden. Diese Verschlechterung der Signalqualität in einer Kabelnetz- und Fernsprech-Umgebung ist jedoch unerwünscht und kann inakzeptabel sein.
In dem FPN-Patent werden Mittel zum Einfügen oder Entfernen von Fernsprechsignalen in das oder aus dem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN) nicht diskutiert. Das FPN-System scheint nur ein lokales Fernsprechnetz bereitzustellen, das in erster Linie für Übertragungen zwischen Büros (wie etwa Büro-Büro-Gegensprechanlagen) gedacht ist, da nur ein begrenzter Zugriff auf das PSTN vorgeschlagen wird. Es gibt mehrere verschiedene Stellen in der FPN-Anlage, wo Fernsprechsignale eingefügt oder entfernt werden könnten, aber das Patent beschreibt keine Mittel zum Einfügen oder Entfernen von Signalen und erörtert auch nicht die mit der Signal-Einfügung oder -Entfernung verbundenen Probleme. Bestenfalls werden Fernsprechsignale anscheinend an Netzknoten eingefügt oder entfernt, die direkt mit den Breitbandmedien (z. B. dem Koaxialkabel) verbunden sind, wie in Spalte 3, Zeile 30, vorgeschlagen wird. Das Patent zeigt nicht auf, wie diese Einfügung und Entfernung direkt aus dem Breitbandmedium am besten erfolgen sollte, und schweigt zu Problemen, die mehrere Fernsprechkanäle betreffen.
Daher wird ein Breitband-Kommunikationssystem benötigt, das mit den vorhandenen öffentlichen Fernsprechnetzen kompatibel ist und das nicht für Rausch- oder andere Störprobleme, insbesondere auf dem Rückwärtsweg, anfällig ist. Außerdem wird ein Breitband-Kommunikationssystem benötigt, das Bandbreiten-effizient ist und eine höhere Spektralleistung als gegenwärtige Systeme bietet, wodurch die Anzahl von Teilnehmern erhöht wird, die von jedem Breitbandnetz mit Fernsprech- und verbesserten Diensten versorgt werden können, die von KFS-Netzbetreibern, Fernsprechnetz-Betreibergesellschaften und anderen angeboten werden.
Verwiesen sei auch auf US-A-5225902, die ein Verfahren zum automatischen Wählen von optimalen Frequenzen zum Senden von Daten von entfernten Endgeräten rückwärts zu einem Netzverwalter beschreibt. Der Netzverwalter wählt zunächst eine Gruppe von Frequenzen aus einer größeren Gruppe von verfügbaren Frequenzen aus und sendet einen Befehl vorwärts zu jedem entfernten Endgerät, der angibt, welche Frequenzen verwendet werden sollen. Jedes entfernte Endgerät überträgt Datennachrichten auf der gewählten Frequenz in Reaktion auf adressierte Befehle, die von dem Netzverwalter erzeugt werden. Der Netzverwalter empfängt und zählt die Datennachrichten auf jeder der Frequenzen, und schließt, nachdem eine statistisch signifikante Anzahl von Nachrichten empfangen worden ist, die Frequenz mit der niedrigsten Anzahl von empfangenen Datennachrichten von der Nutzung aus. Diese Frequenz wird ersetzt durch entweder (1) eine bisher unerprobte Frequenz, oder wenn alle Frequenzen erprobt worden sind, (2) eine vorher erprobte Frequenz mit der höchsten Anzahl von empfangenen Datennachrichten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden neue Frequenzen von der Nutzung ausgeschlossen und nur dann zur Nutzung hinzugefügt, wenn die Anzahl von empfangenen Datennachrichten und der auf einer bestimmten Frequenz empfangene Signalpegel in bestimmte vorgegebene Bereiche fallen. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Übertragungspegel für eine bestimmte Frequenz neu kalibriert, wenn die Anzahl von empfangenen Datennachrichten und der empfangene Signalpegel in andere vorgegebene Bereiche fallen. Bei einer weiteren Ausführungsform werden zwei oder mehr Gruppen von optimalen Frequenzen automatisch für verschiedene Tageszeiten gewählt und der Netzverwalter kann zu den entsprechenden Zeiten direkt zwischen diesen Gruppen umschalten.
Verwiesen sei auch auf US-A-5125980, die ein synchrones digitales Mehrkanal-Kommunikationsnetz (SMDCN) mit einer kopfstellenseitigen Einheit und Teilnehmer-Einheiten beschreibt, die eine große Anzahl von simultanen getrennten digitalen Zweiweg-Wähl-Kommunikationskanälen zwischen einer gemeinsamen kopfstellenseitigen Einrichtung und einer großen Anzahl von Teilnehmer-Einrichtungen über ein Breitband-Übertragungsmedium, wie etwa Koaxialkabel oder Glasfaser, bereitstellen, die in einer Bus- oder Baum-Topologie, wie etwa einem lokalen Netz (LAN) oder einem Kabelfernseh(KFS)netz, angeordnet sind. Der beschriebene digitale Grundkanal ist ein Datenstrom von 64.000 Bit je Sekunde, der aktuelle Standard der digitalen T1-Technologie der Telefonbranche, und soll angeblich Sprach-Fernsprechdienste bewerkstelligen. Das SMDNC gestattet durch Nutzung einer netzweiten Synchronisationstechnik die Bereitstellung von normalen T1-Kommunikationsdiensten mit Digitaltelefon, wobei der Teilnehmer-Zugriff auf einer individuellen DS0-Kanal-Grundlage für Wohnungs- und Geschäfts-Teilnehmer über ein solches Netz möglich ist. Dadurch kann ein KFS-Netzbetreiber außer den normalen Video-Unterhaltungsdiensten auch Fernsprech- und Computervernetzungsdienste und neue Pay-per-View-Unterhaltungsdienste über das gleiche Kabel für seine Teilnehmer bereitstellen. Das KFS-Netz soll angeblich eine „lokale Schleife" sein, die alle Dienste bereitstellt, die eine lokale Telefongesellschaft anbietet. Außerdem soll angeblich in einer Lokales-Netz(LAN)-Anwendung das SMDCN eine große Verbesserung gegenüber anderen Technologien bei der Ausnutzung der Bandbreite des Übertragungsmediums darstellen, sodass eine größere Anzahl von Nutzern in einem wesentlich längeren Netz untergebracht wird.
Verwiesen sei nach Paragraph 54(3) EPÜ auch auf WO 95/08228, die ein Breitband-Kommunikationssystem zum Koppeln von Fernsprech- oder anderen digitalen Netzen mit einem KFS-Netz beschreibt. Das System umfasst das Übertragen eines Multiplexes aus Fernsprechsignalen in 3-MHz-Kanälen im Vorwärtsband des KFS-Netzes. Jeder 3-MHz-Kanal wird auf einen Träger QPR-moduliert und enthält mehrere Teilnehmer-Fernsprechsignale. Die Vorwärts-Fernsprechkanäle werden von einer Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten in einzelne an einen adressierten Teilnehmer gerichtete Fernsprechsignale demoduliert und gedemultiplext. Das individuell adressierte Fernsprechsignal wird dann an eine Leitungskarte angelegt, die das Teilnehmer-Telefongerät mit dem System verbindet. Audio- und Steuersignale, die von dem Teilnehmer zurückkehren, werden in normale Fernsprechsignale digitalisiert und auf einen Träger in dafür vorgesehenen 50-kHz-Fernsprechkanälen in das Rückwärtsband des KFS-Netzes moduliert. Die Vielzahl von Rückwärtsband-Fernsprechkanälen wird in ein normales Fernsprechsignal demoduliert und gemultiplext, das direkt an das Fernsprechnetz gesendet werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das KFS-Netz eine Glasfaser-bis-zum-Versorgungsbereich-Architektur, die zur Erhöhung der Anzahl von Rückwärtsbandkanälen verwendet werden kann, die für das Breitband-Kommunikationssystem verfügbar sind. Für das System werden mehrere Konfigurationen beschrieben, bei denen die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle beide an der Kopfstelle oder beide an einem Glasfaserknoten angeschlossen werden können oder die eine an der Kopfstelle und die andere an einem Glasfaserknoten angeschlossen werden kann.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine Breitband-Kommunikation, unter anderem eine bidirektionale Fernsprechkommunikation, über ein Kabelverteilungsnetz bereitstellen kann. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung ein integriertes KFS-/Fernsprechnetz bereitstellen, das mit modernen öffentlichen Fernsprechnetzen kompatibel sein kann und außerdem Video-, Datensicherheitsüberwachungs- und andere Dienste liefern kann, ohne gebräuchliche wohnungsinterne Leitungen oder Geräte zu beeinträchtigen.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Übertragen von Fernsprechsignalen von einem Fernsprechnetz zu den KFS-Teilnehmern im Vorwärtsband des Kabelnetzes und das Übertragen von Fernsprechsignalen von den KFS-Teilnehmern zu dem Fernsprechnetz im Rückwärtsband des Kabelnetzes.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Digitalisieren einzelner Teilnehmer-Fernsprechsignale in ein gemultiplextes Signal, das auf einem Frequenzgemultiplexten (FDM) Träger im Vorwärtsband des Kabelnetzes übertragen wird. Das digitale gemultiplexte Signal wird auf einen Träger, der sich in einem ansonsten unbenutzten Teil des KFS-Netz-Vorwärtsbands befindet, QPR-moduliert (QPR: quadrature partial response). Bei der erläuterten Ausführungsform hat das QPR-Signal vorzugsweise eine Bandbreite von etwa 3 MHz und passt problemlos in einen normalen 6-MHz-Videokanal. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann ein QPR-Signalpaar in einem ansonsten ungenutzten Kanal in der verkabelten Leitung untergebracht werden, um etwa 6 MHz Bandbreite zu nutzen. Durch Herstellen eines Systems, das ein stabiles digitales Signal verwendet, kann die Bandbreite des KFS-Vorwärtsbands effizient zugewiesen werden. Der Netzbetreiber kann diese Zuweisungen flexibel planen und ändern, wenn neue Dienste verfügbar gemacht werden oder alte Dienste vom Netz genommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Teilnehmer-Fernsprechsignale zum Fernsprechnetz digitalisiert und einzeln auf einen Träger im Rückwärtsband des KFS-Netzes moduliert. Als erläutertes Beispiel wird eine Teilnehmer-DS0-Fernsprechleitung in ein 50-kHz-Bandbreiten-Signal QPSK-moduliert und auf dem Rückwärtsband des KFS-Netzes Frequenzgemultiplext. Die einzelnen Fernsprechsignale werden in ein normales Zeit-gemultiplextes (TDM) Fernsprechsignal gemultiplext, das so angepasst werden kann, dass es direkt in einen SONET-Kanal oder eine andere normale Fernsprechverbindung, wie etwa ein DS1-, DS2- oder DS3-Format-Signal, des Fernsprechnetzes eingekoppelt wird.
Durch Nutzung des Rückwärtsbands des KFS-Netzes in kleinen Stufen von 50 kHz wird die Flexibilität des Rückwärtssignalbands nicht gefährdet. Der Netzbetreiber kann immer noch interaktive TV-Dienste, IPPV-Dienste und andere Rückwärtswegsignale bereitstellen, während er Fernsprechdienste bereitstellt.
Die Anzahl von Teilnehmern, die von dem Fernsprechdienst versorgt werden, kann mehrfach erhöht werden, wenn das KFS-Netz ein FTSA-Netz ist. Das Raum(Frequenz)multiplexen (FDM), das im Rückwärtsband verwendet wird, macht es wirtschaftlich, eine beträchtliche Anzahl von Teilnehmern in einem Versorgungsbereich mit einem Fernsprechdienst zu versorgen. Wenn ein Versorgungsbereich 500 Teilnehmer umfasst, dann wäre die Bandbreite, die für ein Zweiweg-Netz mit 50 kHz je Teilnehmer benötigt wird, 25 MHz in dem 5- bis 30-MHz-Rückwärtsband der am weitesten verbreiteten Splitbandnetze.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Rückwärtsband-Schaltsystem frequenzagil und reagiert auf Kanal-Informationen, die in einem Verzeichniskanal im Vorwärtsband von der Kopfstellen-Schnittstelleneinheit zum Einstellen einer oder mehrerer gewählter Rückwärtsband-Frequenzen zum Modulieren der Fernsprechsignale von der Kunden-Schnittstelleneinheit in das eine oder die mehreren gewählten Frequenz-Teilbänder bereitgestellt werden. Die Funktion der Frequenzagilität gestattet die selektive Zuweisung von Bandbreite, um Teilnehmer-Forderungen zu erfüllen und Rückwärtsband-Kanäle in Reaktion auf das Rauschen in einem Kanal zu ändern. Durch die Frequenzagilität kann die Erfindung eine dynamische Bandbreiten-Zuweisung durchführen, um unterschiedliche Dienstebenen, z. B. Einsprachenkanal, Mehrsprachenkanal, ISDN, Datenübertragung usw., für Teilnehmer zu erreichen und bestimmte Rückwärtsband-Kanäle, die rauschanfällig und/oder dem Rauschen ausgesetzt sind, zu meiden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das System so betreibbar, dass es eine geeignete Dienstebene bestimmt, um Datenübertragungen für einen bestimmten Teilnehmer bereitzustellen und ein oder mehrere gewählte Frequenz-Teilbänder im Rückwärtsband des Bezahlnetzes zuzuweisen, um wählbar variable Bandbreite bereitzustellen, die der bestimmten geeigneten Dienstebene entspricht. Die Identität des einen oder der mehreren Frequenz-Teilbänder wird dem speziellen Teilnehmer in einem Verzeichniskanal im Vorwärtsband mitgeteilt. Ankommende Fernsprechsignale werden wie bei anderen Ausführungsformen der Erfindung im Vorwärtsband der Frequenzen zu dem speziellen Teilnehmer übertragen. An dem Teilnehmer-Endgerät, das dem speziellen Teilnehmer zugeordnet ist, wird die Identität des einen oder der mehreren Frequenz-Teilbänder zur Übertragung zurück zur Kopfstelle durch Überwachung des Verzeichniskanals empfangen. Teilnehmer-Fernsprechsignale werden dann in dem einen oder mehreren gewählten Rückwärtsfrequenz-Teilbändern an die Kopfstelle gesendet.
Bei der alternativen frequenzagilen Ausführungsform wird ein Teilnehmer-DS0-Fernsprechleitungspaar in ein 108-kHz-Bandbreiten-Signal mit einem 20-kHz-Sicherheitsband QPSK-moduliert und im Rückwärtsband des KFS-Netzes Frequenz-gemultiplext. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Verarbeitungskapazität im 5-30-MHz-Rückwärtsband 388 DS0-äquivalente Fernsprechkanäle. Um 388 Teilnehmer mit einem einzigen DS0-Fernsprechdienst zu versorgen, ermittelt sich die für ein Zweiwegsystem benötigte Bandbreite wie folgt: 194 Vorwärtskanäle im 5-30-MHz-Rückwärtsband der am weitesten verbreiteten Splitbandnetze, wobei jeder Kanal zwei DS0's mit jeweils 128 kHz überträgt, was etwa 25 MHz ergibt.
Der Zugriff auf das Breitband-Kommunikationssystem erfolgt mittels einer Wohnungs-Schnittstelleneinheit, die auch als „Kunden-Schnittstelleneinheit" (customer interface unit; CIU) bezeichnet wird, die außen auf dem Grundstück des Teilnehmers installiert ist. Die Breitband-Fernsprechsignale werden am Ende des KFS-Abzweigungskabels beendet und durchlaufen die Wohnung als normale Zweidraht-Fernsprechsignale. Das innere Fernsprechnetz des Teilnehmers kann vom Kupfernetz der Telefongesellschaft getrennt werden und direkt oder über einen Überbrückungsdraht mit der CIU verbunden werden.
Das spezielle Modulationsverfahren, das im Vorwärtsweg verwendet wird, führt zu einer höheren Spektralleistung des Kommunikationssystems als bei herkömmlichen Methoden. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die 194 Doppel-DS0-Rückwärtskanäle mit jeweils 128 kHz verwendet, ermittelt sich die Spektralleistung wie folgt: Spektralleistung = (388 DS0's × 64 Kbps/DS0)/25 MHz = 1 Bit je Hz.
Wie beschrieben, ist einer der Hauptvorzüge der vorliegenden Erfindung seine Frequenzagilität und die Fähigkeit, den Teilnehmern Bandbreite auf Verlangen zuzuweisen. Die Funktion Frequenzagilität wird vorzugsweise im Rückwärtsband des Kommunikationssystems bereitgestellt und ist zum Modulieren eines Fernsprechsignals von einem Teilnehmer in ein oder mehrere Frequenz-Teilbänder im Rückwärtsband des Bezahlnetzes betreibbar, um wählbar variable Bandbreite in dem zweiten Band, das den gewählten Teilnehmer-Datenübertragungsfunktionen entspricht, bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Teilnehmer einen Einsprachenkanal-Fernsprechdienst, Mehrsprachenkanal-Fernsprechdienst, ISDN-Fernsprechdienst, Orts- oder Weitverkehrsnetz-Kommunikationsdienste (z. B. ETHERNET, Appletalk), Sicherheitsüberwachungs-Kommunikationsdienste oder dergleichen abonnieren.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich daher von herkömmlichen Systemen dadurch, dass sie eine dynamische Frequenzzuweisung bereitstellt, bei der jedem Teilnehmer Bandbreite bedarfsgerecht zugewiesen wird. Die Methode bietet die Möglichkeit, die Frequenz zu ändern, wenn ein Störträger während des Verlaufs eines Gesprächs eingebracht wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gibt das bevorzugte System jedem Teilnehmer-Grundstück eine eindeutige Adresse, die in der CIU, wie etwa einem FLASH ROM oder PROM, ständig konfiguriert wird. Dadurch kann die Kopfstelle des Kabelnetzes mit jeder CIU einzeln kommunizieren. Wenn ein Teilnehmer mit der Kopfstelle kommuniziert, um einen Fernsprechdienst anzufordern, kann die Kopfstelle die Ebenen des Teilnehmer-Dienstes oder der Funktionen, die für den anfordernden Teilnehmer autorisiert sind, überprüfen und es kann angemessene Bandbreite (z. B. DS0-Kanäle) entsprechend der autorisierten und angeforderten Ebene des Dienstes oder der Funktion zugewiesen werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sieht das bevorzugte System außerdem die Fähigkeit vor, die Signalleistung jederzeit zu überwachen oder zu überprüfen.
Bei der alternativen Ausführungsform werden Schritte des Überwachens des Rauschpegels in den im Rückwärtsspektrum bereitgestellten 128-kHz-Teilbändern und des Änderns der Frequenz eines gewählten Teilbands ausgeführt, das einem gewählten Teilnehmer zur Bereitstellung eines Dienstes in Reaktion auf eine Feststellung, dass der Rauschpegel in dem überwachten Teilband eine vorgegebene Schwelle überschreitet, zugewiesen wird. Das erlaubt eine dynamische Neuzuweisung eines Fernsprechsignals aus einem bestimmten Bereich in dem Rückwärtskanalspektrum, der dem Rauschen oder einer Störung ausgesetzt sein kann, um die Rückwärtsband-Übertragung in einen Bereich des Spektrums zu verschieben, der sauberer ist.
Während jeder normale DS0-Fernsprech-Sprachkanal normalerweise 64 Kbps erfordert, stellt das vorliegende System zwei 64-Kbps-DS0-Sprachkanäle und einen digitalen 16-Kbps-Overhead-Kanal bereit, um insgesamt 144 Kbps tatsächliche Daten pro 128-kHz-Kanal zu erhalten. Der Overhead-Kanal überträgt Informationen, die die Identität des Anrufers, die Telefonnummer des rufenden Teilnehmers, die Telefonnummer des gerufenen Teilnehmers, die Schaltstellung und die Leitungslage umfassen. Die Overhead-Informationen können auch die Datenkapazität enthalten. Beispielsweise kann ein Bitfehlertest in einem Schleifenrückführungszustand in den Zusatzbits während des Gesprächs gesendet werden, um die Signalqualität zu beurteilen. Wenn die Signalqualität unter eine vorgegebene Schwelle (die von dem Nutzer oder dem System festzulegen ist) absinkt, ändert das System den Rückwärts- oder Vorwärtsträger.
Ein erfindungsgemäß gestaltetes System bietet den weiteren Vorteil, dass es mit einem wachsenden Markt kompatibel ist. Da Kabelnetzbetreiber beginnen, Fernsprechdienste über das Kabelnetz bereitzustellen, kann es zweckmäßig sein, zunächst nicht die gesamte Rückwärtsbandbreite für Rückwärts-Fernsprechsignale vorsehen zu müssen. Und da Fernsprech-Anwendungen zunehmen, kann es gleichermaßen zweckmäßig sein, für Fernsprech-Anwendungen mehr Bandbreite als die nominellen 25 MHz vorzusehen, die in der beschriebenen Ausführungsform bereitgestellt werden. Idealerweise wollen die Kabelnetzbetreiber Hardware einsetzen und Architekturen modifizieren, wenn es die Verbraucher-Nachfrage diktiert. Außerdem kann es Fälle geben, wo ein Teilnehmer eine Anwendung haben kann, die einen größeren Bandbreitenbedarf hat (z. B. Abhalten von Video-Telekonferenzen mit 384 Kbps). Systeme, die jedem Teilnehmer ein vorgegebenes, unveränderliches Bandbreiten-Segment zuweisen, haben jedoch nicht die Flexibilität, Bandbreite in Reaktion auf den Bedarf zu erweitern oder wählbar zuzuweisen. Stattdessen muss jedem Teilnehmer Hardware zur Verfügung gestellt werden, die auf eine bestimmte Frequenz eingestellt ist. Statt jedem Teilnehmer eine spezielle Frequenz zuzuweisen, stellt die vorliegende Erfindung so viele Kanäle wie benötigt in Reaktion auf Forderungen nach einer bestimmten Dienstebene bereit. Somit kann das vorliegende System Teilnehmer bei Bedarf mit Diensten wie Abhaltung von Video-Telekonferenzen, Faxleitungen, Mehrfachsprachkanäle, ISDN usw. versorgen.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorzüge der Erfindung dürften beim Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden und vollständiger erkannt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein System-Blockdiagramm eines Breitband-Fernsprechsystems, das erfindungsgemäß gestaltet ist.
2 ist ein System-Blockdiagramm einer Ausführungsform des in 1 gezeigten Breitband-Kommunikationssystems, das mit einem Fernsprechnetz verbunden ist.
3A ist eine bildliche Darstellung der Frequenzzuweisung bei typischen KFS-Splitsystemen, die deren Vorwärts- und Rückwärts-Signalbänder zeigt.
3B ist eine bildliche Darstellung der Frequenzzuweisung bei dem in 2 gezeigten Breitband-Kommunikationssystem.
3C ist eine bildliche Darstellung der Frequenzzuweisung bei einer alternativen Ausführungsform des Breitband-Kommunikationssystems.
4 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Fernsprechnetz-KFS-Netz-Eingangsschnittstelle bei dem in 2 gezeigten System.
5 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Ausgangsschnittstelle zwischen dem Fernsprechnetz und dem KFS-Netz bei dem in 2 gezeigten System.
6 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Fernsprech-Endgeräts zum Empfangen von Fernsprechsignalen von dem Fernsprechnetz über das KFS-Netz und zum Senden von Fernsprechsignalen über das KFS-Netz zum Fernsprechnetz.
Die 7A und 7B sind detaillierte Blockdiagramme der DS1-zu-DS2-Multiplexer der in 4 gezeigten Eingangsschnittstelle.
8 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Modulators für das in 6 gezeigte Fernsprech-Endgerät.
9A ist eine bildliche Darstellung des Framing-Protokolls des in 8 gezeigten Modulators.
9B ist eine bildliche Darstellung des Framing-Protokolls oder Datenformats der Rückwärtswegsignale, das in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9C ist eine bildliche Darstellung des Framing-Protokolls oder Datenformats der Vorwärtswegsignale, das in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
10 ist ein detailliertes Blockdiagramm des Demodulators des Tuners/Demodulators der in 5 gezeigten Ausgangsschnittstelle.
11 ist ein Blockdiagramm einer Kopfstellen-Schnittstelleneinheit (HIU), die nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
12 ist ein detailliertes Blockdiagramm einer Kunden-Schnittstelleneinheit (CIU), die nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
13 ist ein detailliertes schematisches Blockdiagramm des Rückwärts-Modulators, der in der in 12 gezeigten Kunden-Schnittstelleneinheit (CIU) verwendet wird.
14 ist ein detailliertes schematisches Blockdiagramm des Rückwärts-Demodulators, der in der in 10 gezeigten Kopfstellen-Schnittstelleneinheit (HIU) verwendet wird.
15 zeigt eine Dienstebenen-Tabelle, die von der Kopfstellen-Schnittstelleneinheit (HIU) von 11 gehalten wird, um unterschiedliche Dienstebenen bereitzustellen, die von Teilnehmern mit verschiedenen Rückwärtskanalfrequenzen angefordert werden.
16 zeigt das Verfahren, das in den alternativen HIU und CIU der 11 und 12 zur dynamischen Bandbreitenzuweisung und Frequenzzuweisung in den Rückwärtskanälen ausgeführt wird.
17 zeigt das Verfahren, das in den alternativen HIU und CIU der 11 und 12 zur Verarbeitung einer Mitteilung für einen Anrufer ausgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 ist ein Breitband-Kommunikationssystem gezeigt, das erfindungsgemäß gestaltet ist. Das System wird zwar in Verbindung mit der Übertragung von Fernsprechsignalen beschrieben, aber es ist klar, dass auch andere Signale ähnlicher oder entsprechender Art verwendet werden können. Obwohl digitale Fernsprechsignale beschrieben werden, kann das System auch analoge Fernsprechsignale oder andere Arten von digitalen Signalen übertragen. Fernsprechsignale vom Fernsprechnetz werden in das KFS-Netz 12 eingekoppelt und werden über das KFS-Netz zu einem adressierten Teilnehmer-Grundstück 30 gesendet. Der adressierte Teilnehmer 30 sendet Fernsprechsignale über das KFS-Netz 12 zurück, die dann in das Fernsprechnetz 10 eingekoppelt werden. Das System dient als Erweiterung des Fernsprechnetzes 10, mit dem Teilnehmer in das Fernsprechnetz 10 herausrufen können oder Anrufe aus dem Fernsprechnetz empfangen können. Dieser Dienst wird zusätzlich zu den herkömmlichen Video-, Audio-, Daten- und anderen Diensten bereitgestellt, die für jeden Teilnehmer von dem KFS-Netz 12 bereitgestellt werden.
Die „Kopfstelle" soll nicht auf eine herkömmliche koaxiale KFS-Kopfstelle wie 14 beschränkt sein, sondern auch einen Glasfaserknoten wie 16 oder einen anderen Kommunikationsknoten berücksichtigen, der die Funktionen Empfangen von gemultiplexten Kommunikationssignalen von einer Signalquelle, wie etwa einer Fernsprech-Vermittlungsstelle, und Senden dieser Signale an Teilnehmer in Breitbandnetz erfüllen kann. Wie in der nachstehenden Diskussion zu erkennen sein wird, ist eine KFS-Kopfstelle 16 die bevorzugte Ausführungsform zum Ausführen dieser Funktionen.
Eine bevorzugte Implementierung des Breitband-Kommunikationssystems ist in 1 dargestellt. Das System weist ein Fernsprechnetz 10 auf, das über eine Eingangsschnittstelle 32 mit dem KFS-Netz 12 verbunden ist. Das KFS-Netz 12 ist außerdem über eine Ausgangsschnittstelle 34 mit dem Fernsprechnetz 10 verbunden. Fernsprechsignale werden an Teilnehmer des KFS-Netzes 12 über die Eingangsschnittstelle 32 an ein Teilnehmer-Grundstück 30 gesendet. Fernsprechsignale von dem Teilnehmer-Grundstück 30 des KFS-Netzes 12 werden über das KFS-Netz 12 und über die Ausgangsschnittstelle 34 an das Fernsprechnetz 10 gesendet. Das Breitband-Kommunikationssystem führt keine Schalt-Operationen aus und nutzt somit die Stärke des KFS-Netzes 12 für seinen Breitband-Kommunikationsweg und die Stärke des Fernsprechnetzes 10 für seine Verbindungs- und Schaltkapazität aus.
Das KFS-Netz 12 ist mit einer Glasfaser-bis-zum-Versorgungsbereich-Architektur (FTSA-Architektur) dargestellt. Eine Kopfstelle 14 stellt KFS-Programme bereit, die über ein Verteilungsnetz an eine Vielzahl von Teilnehmern in deren Teilnehmer-Grundstücken 30 verteilt werden. Das Verteilungsnetz versorgt einer Vielzahl von „Versorgungsbereichen", wie etwa den, der mit 20 bezeichnet ist. Versorgungsbereiche sind Gruppen von Teilnehmern, die nahe beieinander sind. Jeder Versorgungsbereich besteht aus Gruppen, die eine Größe von etwa 50 bis etwa 2500 Wohnungen haben. Die Kopfstelle 14 ist über eine Glasfaser 18, die in einem Glasfaserknoten 16 endet, mit jedem Versorgungsbereich in einer Sternkonfiguration verbunden. Die KFS-Programm- und Fernsprechsignale werden von einem HF-Breitbandsignal in Lichtmodulation an der Kopfstelle 14 umgewandelt, über die Glasfaser 18 übertragen und dann in ein HF-Breitbandsignal am Glasfaserknoten 16 zurückgewandelt. Ein koaxiales Teilnetz aus Versorgungsleitungen 22 mit bidirektionalen Verstärkern 24 und bidirektionalen Leitungserweiterungen 25 zum Verstärken des Signals breitet sich strahlenförmig von jedem der Glasfaserknoten 16 über seinen gesamten Versorgungsbereich 20 aus.
Das HF-Breitbandsignal wird an jedes der Teilnehmer-Grundstücke 30 durch Abzweigen eines Teils des Signals von der nächstgelegenen Versorgungsleitung 22 mit einer Abzweigung 26 verteilt, die dann über eine normale Koaxialkabel-Abzweigung 28 mit dem Teilnehmer-Grundstück verbunden wird. Das KFS-Netz stellt somit einen Breitband-Kommunikationsweg von der Kopfstelle 14 zu jedem der Teilnehmer-Grundstücke 30 bereit, deren Anzahl sich auf mehrere Hunderttausend belaufen kann.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die mit dem Glasfaserknoten 16 verbundene Eingangsschnittstelle 32 und die mit der Kopfstelle 14 verbundene Ausgangsschnittstelle 34 zeigt, ist klar, dass die Einfügung und Extraktion von HF-Fernsprechsignalen nicht auf diese eine Architektur beschränkt sein muss. Sowohl die Eingangsschnittstelle 32 als auch die Ausgangsschnittstelle 38 (im Phantom dargestellt) können am Glasfaserknoten 16 angeschlossen werden. Alternativ können die Eingangsschnittstelle 36 (im Phantom gezeigt) und die Ausgangsschnittstelle 34 beide mit der Kopfstelle 14 verbunden werden. Außerdem kann die Eingangsschnittstelle 36 mit der Kopfstelle 14 verbunden werden, während die Ausgangsschnittstelle 38 mit dem Glasfaserknoten 16 verbunden werden kann. Bei Kabel-Architekturen, die nicht einer Sternkonfiguration entsprechen, ist es in der Regel am günstigsten, die HF-Fernsprechsignale an der Kopfstelle einzufügen und sie an der Kopfstelle aus dem System zu extrahieren. Jede Architektur hat ihre eigenen Vorteile, wie später näher beschrieben wird.
Die Eingangs- und Ausgangsschnittstellen 32 und 34 ermöglichen ein einfaches Verfahren zum Einfügen der Fernsprechsignale in der einen Richtung und zum Extrahieren der Fernsprechsignale in der anderen Richtung. Die Fernsprechsignale werden in kompatible HF-Signale umgewandelt, die fast genauso wie andere Programmsignale an verschiedenen Punkten im Netz in das KFS-Netz 12 eingefügt oder aus diesem extrahiert werden können. Die Kompatibilität von HF-Fernsprechsignalen mit den früheren HF-Signalen im KFS-Netz 12 erlaubt ihre Übertragung in einer transparenten Weise über das Netz ohne Störung der anderen Signale oder spezielle Vorkehrungen für ihre Übertragung.
Theoretisch ist der von dem KFS-Netz 12 bereitgestellte Breitband-Kommunikationsweg bidirektional, sodass Informationen in jeder Richtung durchgelassen werden können. Da es aber üblich ist und wegen des Einpunkt-zu-Mehrpunkt-Charakters der meisten Netze ist der Rückwärtsweg, d. h. Nachrichten, die vom Teilnehmer-Grundstück 30 stammen und zur Kopfstelle 14 gesendet werden, wesentlich begrenzter. Normalerweise sind die Rückwärtsverstärker 25 bandbreitenbegrenzt und weisen Diplexer auf, die das KFS-Spektrum aufgrund der Frequenz in Vorwärts- und Rückwärtswege trennen.
2 zeigt eine bevorzugte Implementierung des Breitband-Kommunikationssystems, das als Erweiterung eines Fernsprechnetzes konfiguriert ist. Zum Verbinden mit dem Fernsprechnetz 10 wird ein Class-5-Switch 41 verwendet. Der Schalter 41 hat ein geeignetes Schaltsystem zum Verarbeiten von herkömmlichen Orts-, Verbindungsleitungs- und Interconnect-Signalen, die den Schalter in Ortsbereichs-, nationale und internationale Rufnetze integrieren. Der Schalter 41 hat ein Schaltnetz aus Koppelpunkten, die einen von einer Vielzahl von Eingängen auf eine Vielzahl von Ausgängen umschalten können. Insbesondere hat der Schalter 41 eine Einrichtung zum Bereitstellen von DS1-Format-Schnittstellen.
Wie Fachleuten bekannt ist, ist ein „DS0"-Signal ein normales Fernsprechformat, das einem digitalen 64-Kbps-Kanal entspricht, der für Sprach-, Daten-, Audio- und andere Signale verwendet werden kann. Somit kann ein einzelnes DS0-Fernsprechsignal als einzelnes Telefongespräch angesehen werden. Ebenso entspricht ein „DS1"-Signal einem digitalen 1,544-Mbps-Kanal, der 24 DS0-Kanäle enthält. Die nachstehende Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Bitraten der normalen digitalen Fernsprechformate und ihre Beziehungen zueinander: Tabelle 1
Außerdem hat der Schalter 41 Mittel zum Demultiplexen von DS1-Signalen in eine Vielzahl von DS0-Signalen, die dann zu abgehenden Punkten geleitet werden können. Das System verwendet einen Vorwärtsweg, der eine Vielzahl der DS1-Kanäle an der Eingangsschnittstelle 32 empfängt und sie über das KFS-Netz 12 mit den Teilnehmer-Grundstücken 30 verbindet. Das Teilnehmer-Grundstück 30 sendet Fernsprechsignale über das KFS-Netz 12 zur Ausgangsschnittstelle 34, die sie in die gleiche Anzahl von DS1-Signal- Kanälen zum Senden zum Schalter 41 zurückwandelt. Wenn der Schalter 41 nahe an der Eingangsschnittstelle 32 und der Ausgangsschnittstelle 34 angeordnet ist, können sie direkt verbunden werden. Wie es der am weitesten verbreitete Fall sein dürfte, kann alternativ, wenn eine Kopfstelle oder ein Glasfaserknoten nicht in der Nähe des Class-5-Switch angeordnet ist, eine Glasfaserverbindung zum Verbinden des Schalters 41 und der Schnittstellen 32 und 34 verwendet werden.
In der Vorwärtsrichtung wandelt ein Glasfaser-Sender 43 die Vielzahl von DS1-Fernsprechsignalen in ein optisches Signal um, das zu einem Glasfaser-Empfänger 45 gesendet wird. Der Glasfaser-Empfänger 45 wandelt das optische Signal in die DS1-Format-Fernsprechsignale zurück. Ebenso wandelt ein Glasfaser-Sender 49 im Rückwärtsweg die abgehenden DS1-Fernsprechsignale in ein optisches Signal um, das von einem Glasfaser-Empfänger 47 zur Rückwandlung in die DS1-Format-Fernsprechsignale empfangen wird.
Das DS1-Fernsprechsignal-Format wurde gewählt, weil es ein Standard-Fernsprechformat ist und zum Umwandeln und Senden herkömmliche optische Verbindungen für die Sender 43, 49 und für die optischen Empfänger 45, 47 ohne weiteres zur Verfügung stehen.
Das System verwendet diese bidirektionale Übertragungsart, bei der jedes DS1-Signal 24 DS0-Kanäle enthält, die als Gruppen von digitalen 64-Kbps-Datenkanälen angesehen werden können. Die 64-Kbps-Kanäle können jeweils für Sprach-, Daten-, Audio- (Musik, gespeicherte Informationen) und andere Signale verwendet werden. In der Regel ist bei Fernsprechsignalen jeder DS0-Kanal, der von einer angeschlossenen DS1-Verbindung stammt, an einen bestimmten Teilnehmer adressiert und diesem zugeordnet. Die bevorzugte Ausführungsform sieht den Transport jedes DS0-Signals in der angeschlossenen DS1-Verbindung zu dem speziellen Teilnehmer durch Vorwärts-Übertragen von ankommenden Fernsprechsignalen in einem gewählten DS0-Vorwärtskanal im Vorwärtsweg des Breitbandsystems vor und hat einen entsprechenden DS0-Rückwärtskanal, der diesem Teilnehmer im Rückwärtsweg des Breitbandsystems für abgehende Fernsprechsignale zugewiesen wird. Die von den Teilnehmern empfangenen DS0-Signale werden dann zu dem entsprechenden DS0-Zeitschlitz in der DS1-Verbindung für abgehende Signale geleitet. Dadurch kann der Schalter 41 eine der Orts-, Verbindungsleitungs- oder Interconnect-Rufstellen mit einem der DS0-Kanäle im Vorwärtsweg verbinden und kann seinen zugeordneten DS0-Kanal im Rückwärtsweg mit den gleichen Orts-, Verbindungsleitungs- oder Interconnect-Rufstellen verbinden, um den Kommunikationsweg fertigzustellen. Jeder der Teilnehmer 30 erscheint als ein anderer DS0-Teilnehmer, der direkt mit dem Class-5-Switch 41 verbunden ist. Das Verteilungssystem des KFS-Netzes 12 ist für den Schalter 41 transparent und braucht keine weiteren Nachrichten, Informationen oder Verbindungen mit dem Breitband-Kommunikationssystem.
3A zeigt eine typische Frequenzzuweisung für viele der installierten Splitband-KFS-Netze. Die für die Programmierung verwendeten Frequenzen, die dem Netzbetreiber die Einnahmen bringen, werden im Vorwärtsband von 50 MHz bis etwa 550 MHz übertragen. Obwohl die Frequenzen über 550 MHz gegenwärtig nicht verwendet werden, besteht ein wachsendes Interesse an der Bereitstellung zusätzlicher Dienste in dieser unbenutzten Vorwärtsbandbreite, von der man zurzeit annimmt, dass sie sich auf etwa 1 GHz erweitern wird.
Herkömmlich weist das Vorwärtsband eine Reihe von Videokanälen mit einer Bandbreite von jeweils 6 MHz auf, die über das Vorwärtsband Frequenz-gemultiplext werden. Mehrere Bereiche werden nicht benutzt, und jeder Videokanal hat ein Sicherheitsband von 1,5 MHz zwischen anderen benachbarten Kanälen.
In Kombination mit dem Vorwärtsband enthält das typische KFS-Spektrum ein Rückwärtsband von etwa 5–30 MHz. Diese Frequenzen sind für Signale vorgesehen, die vom Teilnehmer an die Kopfstelle zurückgesendet werden. Herkömmlich ist dieses Band wegen des starken Rauschens aufgrund der Trichterwirkung der Vielzahl von Mehrpunkt-Signalen, die zu einem einzelnen Punkt hinzugefügt werden, relativ schmal. Außerdem bedeutet die frühere Bandbreite, die vom Vorwärtsband übernommen wird, weniger Einnahmen aus anderen Diensten. Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für diese Probleme, indem sie ein System bereitstellt, bei dem die Fernsprechsignale an ein Teilnehmer-Grundstück im Vorwärtsband des Spektrums übertragen werden und die Fernsprechsignale von einem Teilnehmer-Grundstück im Rückwärtsband des KFS-Netzes übertragen werden.
Wie in 3B zu erkennen ist, verwendet das Breitband-Kommunikationssystem eine Vielzahl von Frequenz-gemultiplexten Trägern im Vorwärtsband, um die Fernsprechsignale an die Teilnehmer zu senden. In der dargestellten Ausführungsform werden fünf Kanäle von etwa 3 MHz verwendet, um von dem Fernsprechnetz 10 ankommende Fernsprechsignale zu übertragen. Jeder Vorwärtskanal ist ein QPR-modulierter Träger, bei dem die Modulation als 6,312-Mbps-Digital-Datenstrom, insbesondere in einem DS2-Fernsprechsignal-Format mit vier DS1-Fernsprechsignalen, erfolgt. Die Übertragungskapazität eines solchen Systems beträgt dann 20 DS1-Kanäle oder reicht für 480 DS0-Sprachkanäle.
Jedes der Rückwärtsbandsignale hat eine Bandbreite von 50 kHz, die so schmal ist, dass sie problemlos an verschiedenen Frequenz-gemultiplexten Stellen im Frequenzspektrum untergebracht werden kann. Die Modulatoren sind frequenzagil und können aufgrund des Verkehrs im System, des Rauschens, des Kanalzustands und der Nutzungsdauer Frequenzen neu zuweisen. Die 50 kHz breiten Träger können an irgendeiner Stelle im Rückwärtsband, an der Platz für sie ist, untergebracht werden. Je nach KFS-Netz, d. h., ob es im Verteilungsnetz einen Rückwärtsverstärkungsweg gibt, könnten sie auch für Frequenzen vorgesehen werden, die normalerweise für Vorwärtsband-Übertragungen reserviert sind. Außerdem kann dieses System durch Bandbreite für andere Zwecke als den einzelnen Fernsprechsignalen erweitert werden. Wenn beispielsweise ein bestimmter Teilnehmer einen Rückweg mit einer größeren Bandbreite als 50 kHz anfordert, könnte die Bandbreite problemlos dieser Anwendung zugewiesen werden, ohne dass das System völlig neu konfiguriert werden muss. Zu solchen Anwendungen können schnelle Datenübertragungen, Fernverbindungen für kleine Vermittlungsstellen, Video-Dienste, die vom Fernsprechnetz stammen, und andere Anwendungen, die eine nicht normgerechte Bandbreite erfordern, gehören.
Das beschriebene Breitband-Kommunikationssystem hat eine Reihe von Vorteilen. Es nutzt das Rückwärtsband effizient aus und nutzt nur den Teil des Vorwärtsbands, der benötigt wird. Die digitale QPR- und QPSK-Modulation wird verwendet, um digitale und Fernsprechdienste für den Teilnehmer bereitzustellen und ein stabiles Signalisierungsverfahren zu ermöglichen, mit dem die Vorwärts- oder Rückwärtssignale irgendwo im KFS-Band auf hohen oder niedrigen Frequenzen ohne Signal-Rausch-Verhältnis-Sorgen untergebracht werden können. Außerdem werden in der Vorwärtsrichtung die Trägersignale so minimiert, dass es nicht zu einer Träger-Überlastung kommt und dass die 3-MHz-Kanäle dort untergebracht werden können, wo Platz zu finden ist.
3C zeigt eine alternative Frequenzzuweisung für ein Splitband-KFS-Netz, die in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert ist, die in Verbindung mit späteren Figuren beschrieben wird. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen werden die für Fernsehprogramme verwendeten Frequenzen, die dem Netzbetreiber die Einnahmen bringen, im Vorwärtsband von 50 MHz und darüber erzeugt. Das Spektrum in 3C umfasst das Rückwärtsband von etwa 5 MHz bis etwa 30 MHz. Das 5-30-MHz-Band wird für Vorwärts-Fernsprechsignale in Form von 388 DS0's verwendet, die zu DS0-Paaren verbunden werden und in 128-kHz-Rückwärtskanälen oder -Teilbändern, die mit UP1, UP2, ..., UP194 bezeichnet sind, QPSK-moduliert werden, wobei jeder Vorwärtskanal UPn zwei DS0's überträgt. Um also 388 DS0's zu bewerkstelligen, werden 194 QPSK-Träger oder -Kanäle benötigt. Jeder der Rückwärtskanäle UPn verbraucht 128 kHz Bandbreite, bestehend aus 108 kHz Platz für das modulierte Signal und 20 kHz für das Sicherheitsband. Die Formatierung der modulierten digitalen Signale wird in Verbindung mit 9B beschrieben.
Der Vorwärts-Fernsprechdienst wird in Vorwärtskanälen DN1, DN2, ..., DN480 bereitgestellt, wobei jedes DN einem DS0 entspricht. In der bevorzugten alternativen Ausführungsform werden insgesamt 15,840 MHz Bandbreite in 3,168-MHz-Teilbändern bereitgestellt, wobei jedes 3,168-MHz-Teilband das Äquivalent des DS2-Fernsprechsignals (96 DS0's), das die in Verbindung mit 9C beschriebene Formatierung hat, bei der QPR-Modulation überträgt.
Ein detailliertes Blockdiagramm der Eingangsschnittstelle 32 ist in 4 gezeigt. Die Eingangsschnittstelle 32 hat die Funktion, die 20 DS1-Fernsprechsignale in fünf QPR-modulierte HF-Signale umzuwandeln, die im Vorwärtsband des KFS-Netzes 12 an die Teilnehmer gesendet werden. Die Eingangsschnittstelle 32 ist mit einer optischen Schnittstelle 40 verbunden, die einen Glasfaser-Empfänger 45 und einen Demultiplexer 44 aufweist. Der Glasfaser-Empfänger 45 ist so betreibbar, dass er das optische Signal in ein digitales HF-Signal eines normalen Fernsprechformats umwandelt. Der Demultiplexer 44 empfängt das digitale DS3-Fernsprechsignal und trennt es in seine 28 Teil-DS1-Signale, wobei jedes DS1-Signal 24 DS0-Signale umfasst. Mit Hilfe der optischen Schnittstelle 40 kann eine Adressier- und Steuereinheit 42 Overhead- und Framing-Bits decodieren und aus dem Signal entfernen.
Die Eingangsschnittstelle 32 weist eine Serie von fünf Multiplexern 46 auf, die jeweils vier der DS1-Signale aus dem Demultiplexer 44 nehmen und sie mit Signalisier- und Adressierbits aus der Adressier- und Steuereinheit 42 zu einem seriellen digitalen 6,312-Mbps- Signal verbinden. Jedes der fünf digitalen Signale wird von einem zugehörigen QPR-Modulator 48 auf eine gewählte Trägerfrequenz moduliert. Die fünf Fernsprechsignale von den Ausgängen des Modulators 48 werden gemeinsam in einem HF-Kombinator 50 Frequenz-gemultiplext, bevor sie herkömmlich in das KFS-Netz 12 eingefügt werden.
Nachstehend wird die Ausgangsschnittstelle 34 unter Bezugnahme auf 5 näher beschrieben. Die Ausgangsschnittstelle 34 funktioniert so, dass sie die 480 digitalen DS0-Signale, die auf die Rückwärtsbandträger QPSK-moduliert sind, in das optische Format zum Einkoppeln in das Fernsprechnetz 10 umwandelt. Die Ausgangsschnittstelle 34 extrahiert die Rückwärtsbandsignale in einer herkömmlichen Weise und fächert sie mit einem Signalteiler 60 zu einer Vielzahl von Tunern/-Demodulatoren 62 aus. Jeder der Tuner/Demodulatoren 62 ist so eingerichtet, dass er eine der Trägerfrequenzen der Rückwärtsbandsignale einstellt und sie in ein digitales DS0-Format-Signal demoduliert. Die Tuner der Tuner/Demodulatoren 62 können variabel oder fest sein, oder sie können so eingerichtet sein, dass sie nur bestimmte Bänder des Rückwärtsspektrums einstellen. Das Ausgangssignal der Tuner/Demodulatoren 62 umfasst 480 DS0-Signale, die durch Steuerung der Adressier- und Steuereinheit 66 in Gruppen von DS1-Signalen von einer Gruppe von Multiplexern 64 konzentriert werden.
Jeder der Multiplexer 64 gibt 24 DS0-formatierte Signale ein und gibt ein DS1-formatiertes Signal an einen Glasfaser-Sender 49 aus. In dem Glasfaser-Sender 49 werden die 20 DS1-Signale von einem Multiplexer 68 zu einem einzigen digitalen DS3-Signal konzentriert, das in einen optischen Sender 70 eingegeben wird. Die Adressier- und Steuereinheit 66 fügt die erforderlichen Steuerinformationen in dem optischen Sender 70 hinzu, bevor sie die digitalen DS1-Signale in einem optischen Format überträgt. Der optische Sender 70 wandelt außerdem das HF-Signal in Licht um, sodass es die Glasfaser des Fernsprechnetzes übertragen kann.
Ein detailliertes Blockdiagramm der Systemgeräte im Teilnehmer-Grundstück 30 ist in 6 gezeigt. In der Regel wird der Teilnehmer KFS-Video- oder andere Dienste halten wollen und hat zu diesem Zweck ein KFS-Endgerät 84, das zwischen eine KFS-Abzweigleitung 28 und einen Fernseh-Empfänger 88 geschaltet ist. Das KFS-Endgerät ist mit einem Splitter/Kombinator/Diplexer 80 verbunden, der mit der Abzweigleitung 28 von einer der Versorgungsleitungen des KFS-Koaxialkabel-Teilnetzes verbunden ist.
Da das hier beschriebene Breitband-Kommunikationssystem nicht störend auf die herkömmlichen KFS-Programm- und -Frequenzzuweisungen einwirkt und sie nicht verschiebt, kann das KFS-Endgerät 84 in der Regel ohne Modifikation oder Änderung des Betriebs der installierten Endgerätebasis verwendet werden. Der Netzbetreiber braucht den Betrieb seines Verteilungsnetzes nicht zu verändern oder neu zu konfigurieren, und der neue Fernsprechdienst ist mit der von ihm installierten KFS-Teilnehmer-Endgerätebasis kompatibel.
Der Breitband-Kommunikationsdienst wird durch Zwischenschalten eines Fernsprech-Endgeräts, das auch als „Kunden-Schnittstelleneinheit" 82 bezeichnet wird, zwischen den Splitter/Kombinator/Diplexer 80 und ein Fernsprechgerät 86 bereitgestellt. Die Kunden-Schnittstelleneinheit 82 wandelt die bei einem Teilnehmer ankommenden Fernsprechsignale in analoge Signale um, die über ein Paar verdrillte Drähte 85 von einem normalen Handapparat 86 verwendet werden können. Die Kunden-Schnittstelleneinheit 82 wandelt außerdem die analogen Signale, die von dem Handapparat 86 abgehende Fernsprechsignale darstellen, in ein QPSK-moduliertes Signal um, das in das KFS-Netz eingekoppelt wird. Zur Veranschaulichung ist hier ein normaler Handapparat 86 dargestellt, aber es könnte in der Tat irgendein Gerät sein, das normalerweise mit einer Fernsprechleitung zum Zweck der digitalen Übertragung verbunden ist.
Das Fernsprech-Endgerät 82 hat zwei Kommunikationswege. Der erste Weg für ankommende Signale weist einen Tuner/Demodulator 92, einen Demultiplexer 96 und einen Teil der Leitungskarten 98a-n auf, und der zweite Weg für abgehende Signale weist einen Teil der Leitungskarten 98a-n und eine Vielzahl von Modulatoren 94a-n auf. Der Tuner/Demodulator 92, die Modulatoren 94, der Demultiplexer 96 und die Leitungskarten 98 werden von einer Adressier- und Steuereinheit (CPU) 90 gesteuert.
Für die in den 3-MHz-Kanälen empfangenen ankommenden Fernsprechsignale, die auf einen FDM-Träger moduliert sind, lässt die Steuereinheit 90 den Tuner/Demodulator 92 den Träger einstellen, auf dem die an den Teilnehmer gerichteten speziellen Ruf-Informationen übertragen werden. Der Träger definiert einen der fünf 3-MHz-Kanäle mit 4 DS1- oder 3 E-1-Fernsprechsignalen, die auf diesen QPR-moduliert sind.
Die Fernsprechsignale werden von dem Tuner/Demodulator 92 in einen seriellen digitalen Strom, der 4 DS1- oder 3 E-1-Fernsprechsignale enthält, demoduliert, bevor sie in den Demultiplexer 96 eingegeben werden. Der Demultiplexer 96 wählt den speziellen digitalen DS0-Fernsprechkanal, der dem Teilnehmer zugewiesen wird, mit einer Eingaberate von 64 Kbps aus und gibt die Daten in einen Eingangsanschluss der Leitungskarte 98 ein. Die Steuereinheit 90 legt fest, welcher Vorwärts-Fernsprechkanal eingestellt werden soll und welches DS0-Signal aus diesem Kanal aus den Signal- und Adressier-Informationen gewählt werden soll, die sie durch ihre Verbindung mit dem Splitter/Kombinator/Diplexer 80 über eine Leitung 89 empfängt.
Das digitale DS0-Format gibt einem Sprachkanal ausreichend Bandbreite für Sprach-Übertragungen. Das DS0-Format ist ein 64-Kbps-Datenstrom aus Bytes, die zeitlich definierte Abtastwerte eines analogen Sprachsignals darstellen. Dadurch entsteht ein Sprachsignal, das mit einer Abtastgeschwindigkeit von 8 kHz und einer Bandbreite von 4 kHz auf 8 Bit je Abtastwert (256 Werte) quantisiert wird.
Die Leitungskarte 98 empfängt das digitale Fernsprechsignal im DS0-Format und wandelt es in geeignete analoge Spannungen und Signale um, um den Handapparat 86 anzusteuern. Außerdem stellt die Leitungskarte 98 Rufstrom, eine Endgerät-Identifikation und andere Standardfunktionen bereit, die von der Steuereinheit 90 gesteuert werden. Die Leitungskarte 98 empfängt die analogen Fernsprechsignale von dem Handapparat 86 und wandelt sie in ein digitales DS0-Format um. Wählsignale und andere Adressier- und Steuersignale vom Handapparat 86 werden ebenfalls von der Leitungskarte 98 digitalisiert. Die digitalisierten abgehenden Fernsprechsignale werden dann von der Leitungskarte 98 kombiniert und mit 64 Kbps zu einem DS0-Format formatiert und in den Modulator 94 eingegeben.
Der Modulator 94 wählt durch Steuerung der Steuereinheit 90 eine Trägerfrequenz im Rückwärtsband und QPSK-moduliert das DS0-Fernsprechsignal darauf. Der QPSK-modulierte Träger mit einer Bandbreite von etwa 50 kHz wird über den Splitter/Kombinator/Diplexer 80 in das KFS-Netz eingekoppelt.
Die 7A und 7B zeigen ein detailliertes Blockdiagramm der Umwandlungsmittel zum Umwandeln von vier digitalen DS1-Format-Signalen in ein digitales DS2-Format-Signal. Jedes der DS1-Signale hat, wenn es von einem normalen optischen Fernsprech-Empfänger, wie etwa dem in 4 gezeigten Glasfaser-Empfänger 45, bereitgestellt wird, eine analoge Spannung und kann differentiell presentiert werden zur Übertragung über eine Teilnehmerschleife. Dieses Signal wird von einem Transformator 51 in digitale Signalpegel umgewandelt, die dann als Eingangssignale für eine Taktregenerierungsschaltung 52 dienen, die das DS1-Signal in ein Datenstrom-Takt-Paar trennt. Das Daten-Takt-Paar wird mit der DS1-Datenübertragungsgeschwindigkeit in einen 8-Bit-Puffer 53 eingegeben. Die Puffer 53 sollen eine Änderung auf Zeitbasis von der DS1-Datengeschwindigkeit auf die DS2-Datengeschwindigkeit in einem Multiplexer 54 ermöglichen. Der Multiplexer 54 nimmt die Daten aus jedem der vier Puffer 53 und multiplext sie in einen einzigen Kanal von Daten, die über einen Puffer-Verstärker 55 an den QPR-Modulator 48 ausgegeben werden. Der Takt für die DS2-Format-Daten stammt von einem Oszillator 56, der den Multiplexer 54 antreibt.
Jeder der Puffer 53 wird durch Anzeigen, dass er fast voll ist (STUFF REQ), in die Lage versetzt, Daten an den Multiplexer 54 zu senden. Wenn diese Situation eintritt, werden die Puffer 53 in die Lage versetzt, die Daten mit der DS2-Datenübertragungsgeschwindigkeit zu übertragen, bis die Puffer so leer sind, dass die DS1-Signale sie wieder füllen können.
Der Multiplexer 54 umfasst im Wesentlichen einen 4:1-Multiplexer, der zwei der DS1-Kanäle in einen nicht-invertierten Zustand und die anderen beiden in einen invertierten Zustand bringt und sie in ein serielles Datensignal Zeit-multiplext, das dann von einem PRBS-Randomisierer randomisiert wird. Die randomisierten Daten werden dann von einem Daten-Framer geframt und schließlich auf die DS2-Datenübertragungsgeschwindigkeit mit dem DS2-Takt resynchronisiert.
Die Steuerung für die Puffer 53 und den Multiplexer 54 erfolgt mit einer Multiplexer-Steuerung, die Zählwerke und Decodierer umfasst. Die Multiplexer-Steuerung steuert außerdem zwei Multiplexer, die Daten- und Framing-Bits für den DS2-Signalisierungs-Overhead zu den genauen Zeitpunkten und an den richtigen Stellen in dem Signal bereitstellen.
Eine noch detailliertere schematische Darstellung des Modulators 94 für jedes Endgerät ist in 8 gezeigt. Der Modulator funktioniert so, dass er die Datenübertragungsgeschwindigkeit von dem 64-Kbps-Sprachsignal in der Leitungskarte auf 68 Kbps ändert, wodurch Framing-Bytes zu dem Signal hinzugefügt werden können. Der Modulator kombiniert auch die Daten mit einer Pseudozufalls-Bitfolge (PRBS), die die Daten zur Übertragung über das KFS-Netz randomisiert. Das Signal wird dann unter Verwendung der Differenzcodierung auf einen Träger QPSK-moduliert.
In 8 werden die Sprachdaten nach ihrer digitalen Codierung in einen Dreistufen-Puffer 100 mit 64 Kbps verschoben und aus dem Puffer 100 mit 68 Kbps verschoben. Dadurch kann in Abständen von 16 Byte ein Zusatzbyte zu dem Datenstrom hinzugefügt werden, sodass ein Subframe von 17 Byte entsteht. Das spezielle Byte oder Framing-Byte dient zur Signalisierung, Frame-Erkennung, Fehler-Erkennung und -Korrektur oder dergleichen.
Wenn die Frequenz des Datenstroms erhöht worden ist, wird das Signal in einem Framer 102 geframt, der alle 16 Datenbytes die speziellen Framing-Bytes einfügt. Das Framing-Format ist dem europäischen E-1-Format ähnlich, wo Bytes zu geradzahligen und ungeradzahligen Frame-Zeiten zu einem Datensignal hinzugefügt werden. Hierfür gibt es zwei Gründe: Das DS0-Format ist bereits Byte-orientiert, und gebündelte Framing-Folgen sind in den nicht-gebündelten Folgen leichter zu framen.
Dann wirkt ein Randomisierer 104 so auf die Daten ein, dass die Energie des Signals auf längere Zeiträume verteilt wird. Bekanntlich ist diese Randomisierung für die Taktregenerierungsschaltungen der Demodulatoren in der Mitte oder an der Kopfstelle günstig. Die Randomisierung erfolgt durch Erzeugen einer Pseudozufalls-Bitkette (PRBS) und nachfolgendes Byte-weises Hinzufügen dieser Kette zu dem Datensignal. Je länger und zufälliger die Kette ist, umso stärker ist die Randomisierungswirkung, die diese Operation auf die Daten hat. Die PRBS kann mit vielen Methoden erzeugt werden, aber die einfachste ist die mit einem Schieberegister, das die Folge ständig im Kreislauf führt, wobei bei der bevorzugten Implementierung ein 127-Bitmuster verwendet wird. Das Ausgangssignal kann bekanntlich dadurch derandomisiert werden, dass die gleiche Folge in der gleichen Reihenfolge, in der sie zu dem Bitstrom addiert wurde, subtrahiert wird.
Die Framing-Folge oder das Framing-Datenformat für die bevorzugte Ausführungsform ist in 9A gezeigt. Die Framing-Folge oder das Framing-Datenformat für eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in den 9B und 9C gezeigt, die in Verbindung mit der alternativen Ausführungsform diskutiert werden.
In 9A ist das Framing als geradzahlige und ungeradzahlige Subframes von 17 Byte eingerichtet, wobei es unterschiedliche Frame-Ausrichtungsfolge(FAS)-Bytes für jeden Subframe gibt. Die Subframes werden in Gruppen mit einem Vielfachen von 8 in einem Mehrframe oder Superframe eingeteilt, um höhere Tätigkeiten, wie etwa CRC-Berechnung, zu ermöglichen. Die Framing-Folge ist x0011011 in den geradzahligen Subframes und x1xxxxxx in den ungeradzahligen Subframes. Die Egal(x)-Bits können für spezielle Zustände verwendet werden, sind aber zum Framen nicht wichtig. Die Framingmuster verwenden die primären und sekundären FAS-Werte, um sicherzustellen, dass keine falschen Framingstellen in den Daten vorkommen. Die primäre FAS muss 7 Bit haben, um zu passen, während die sekundäre FAS nur ein Bit hat, aber es befindet sich an einer Stelle, wo die primäre FAS eine Null hat. Wenn es in den Daten zu dem primären Muster kommt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es gleichzeitig in der sekundären FAS zu Daten eins kommt, gering.
Der Framer 102 kann auf zwei Arten betrieben werden, zum einen mit einem Prüfsummencode (CRC) und zum anderen ohne CRC. Wenn das erste Bit in jedem der FAS- Bytes stets eins ist, wird kein CRC verwendet und es gibt nur zwei Subframes (kein Mehrframe). Wenn das erste Bit in den ungeradzahligen Subframes das in 9 gezeigte Muster ist, wird der CRC-Mehrframe erkannt. Die Definition des Mehrframes lässt eine Übertragung eines CRC-Rests im ersten Bit der FAS in den geradzahligen Subframes zu. Die Bits C1, C2, C3 und C4 übertragen einen CRC-4-Rest für das vorhergehende Frame. Die CRC-Berechnung lautet X⁴ + X + 1 und ist durch CCITT G.704 zur Verwendung mit dem E1-Fernsprechformat definiert. Die CRC-Berechnung gibt die Qualität der Datenübertragung an. Dieses Framingformat gestattet die abwechselnde Verwendung jedes Kanals als Datenübertragungskanal. Es kann ein 64-Kbps-Datenstrom (Daten oder Sprache) übertragen werden, was eine Unterstützung von direkten digitalen Diensten (DDS) ermöglicht.
Einer der Hauptvorzüge der vorliegenden Erfindung ist ihre Frequenzagilität und das Vermögen, Teilnehmern Bandbreite bedarfsgerecht zuzuweisen. Die Funktion Frequenzagilität wird vorzugsweise im Rückwärtsband des Kommunikationssystems bereitgestellt und ist zum Modulieren eines Fernsprechsignals von einem Teilnehmer in ein oder mehrere Frequenz-Teilbänder im Rückwärtsband des Bezahlnetzes betreibbar, um wählbar variable Bandbreite in dem zweiten Band bereitzustellen, das gewählten Teilnehmer-Kommunikationsfunktionen entspricht. Beispielsweise kann ein Teilnehmer einen Einsprachenkanal-Fernsprechdienst, Mehrsprachenkanal-Fernsprechdienst, ISDN-Fernsprechdienst, Orts- oder Weitverkehrsnetz-Kommunikationsdienste (z. B. ETHERNET, Appletalk), Sicherheitsüberwachungs-Kommunikationsdienste oder dergleichen abonnieren.
Die DL-Bits bilden eine 500-Bit/s-Datenverbindung. Die Datenverbindung verwendet einen HDLC-Formatierer, um Nachrichtenpakete oder bitorientierte Status-Informationen zu übertragen. Das AL-Bit ist ein Warnbit, das ein Problem an der Leitungskarte anzeigt. Ein Daten-Bitwert 1 gibt „Kein Alarm" an, und ein Daten-Bitwert 0 gibt Alarm an. Die Bits A, B, C und D sind Signalisierungsbits, die 16 mögliche Signalisierungszustände vorsehen. Es ist klar, dass noch mehr Zustände definiert werden können, indem die Bits mit bestimmten Raten umgeschaltet werden. Die Signalisierungsbits sind wie folgt definiert: Bit A = 1 „aufgelegt"; Bit A = 0 „abgehoben"; Bit B = 1 „ruft nicht an" und Bit B = 0 „ruft an". Der Zustand des entsprechenden Zustandsdetektors wird einmal in 4 ms gelesen und in die entsprechenden Bitstellen in der ungeradzahligen FAS eingefügt.
Der HF-Modulator 106 empfängt einen 68-Kbps-Datenstrom, um einen HF-Träger (5 MHz bis 30 MHz) zu QPSK-modulieren, und sendet die Informationen über das Koaxialkabel-Teilnetz in einem 50-kHz-Kanal an die Kopfstelle. Die digitalen Daten werden von dem Codierer 108 auf I- und Q-Kanäle aufgeteilt und differenzcodiert, um Phasen-Mehrdeutigkeiten bei der Träger-Regenerierung auf der Empfangsseite zu entfernen. Die I- und Q-Kanäle der codierten Informationen werden dann einzeln in Filtern 110 gefiltert, um zu gewährleisten, dass die Daten mit einem Minimum an Intersymbolstörung übertragen werden können. Die Filter 110 sind digital implementiert und entsprechen einem Raised Cosine Filter mit Alpha = 1,5. Getrenntes Filtern im Basisband ermöglicht den Einsatz von Tiefpassfiltern anstatt eines komplexeren Bandpasses am Ausgang des Modulators.
Die I- und Q-Signale werden dann auf entsprechende Pegel verstärkt, um einen einwandfreien Betrieb der Mischstufen zu gewährleisten. Der Quadraturmodulator 112 erzeugt zwei um 90° phasenverschobene phasenverriegelte ZF-Träger, die jeweils mit einem Kanal der codierten und gefilterten Daten PSK-moduliert werden.
Die beiden Kanäle werden so rekombiniert, dass ein Quadratursignal entsteht, und sie werden vor der Frequenzumsetzung in den entsprechenden Sendekanal verstärkt. Das Umsetzen ist frequenzagil, und der Sendekanal ist über die Vorwärts-Datenverbindung programmierbar. Das Sendesignal wird dann von einem Puffer-Verstärker verstärkt, wodurch ein voll belastetes System mit 480 Kanälen etwa die gleiche Belastung wie fünf Videokanäle im Rückwärtsband erzeugen kann.
Der Demodulator 480 für das QPSK-Signal, der eine Bandbreite von 50 kHz hat, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 10 näher beschrieben. Die spezielle Trägerfrequenz, auf die das QPSK-Signal moduliert wird, wird mit einem Wandler 114 eingestellt, in den die Kanalnummer als Eingangssignal von der Adressier- und Steuereinheit 90 eingegeben wird. Der Wandler 114 wählt die spezielle Frequenz und wandelt sie in eine Zwischenfrequenz, vorzugsweise 455 kHz, um. Das Zwischenfrequenz-Signal wird mit einem Bandfilter 116 gefiltert und dann mit einem Verstärker 118 mit automatischer Verstärkungsregelung verstärkt. Der Takt für das QPSK-Signal wird über einen Hüllendetektor 120 und ein Bandfilter 122 regeneriert, das die Symbolrate, in diesem Fall 32 kHz, an einen Komparator 124 sendet. Dieser Takt wird zum Takten von zwei D-bistabilen Elementen verwendet, die die I- und Q-Phasen des QPSK-Signals abtasten. Die Abtastwerte der I- und Q-Phasen werden differenzdecodiert und dann im Wandler 126 von parallel nach seriell umgewandelt und anschließend als digitales 64-Kbps-Signal ausgegeben.
Die Demodulation erfolgt in einem Zweiweg-Demodulator, der jede Phase dieses Signals mit einem regenerierten Träger von einem VCO 128 multipliziert. Der VCO 128 hat nominell die vierfache Symbolrate und ist in einen gleichphasigen Weg und einen Quadraturphasenweg unterteilt. Eine Phase des Trägersignals wird an einen doppelsymmetrischen Modulator 130 angelegt, der ein demoduliertes symmetrisches Ausgangssignal und dessen Umkehrung erzeugt, die dann mit einem Tiefpassfilter 132 gefiltert werden und mit einem Komparator 134 differenzverglichen werden, um zum Eingangssignal für das D-bistabile Element zu werden. Die andere Phase des Trägers wird an einen Vervielfacher angelegt, der das Zwischenfrequenz-Signal mit dem regenerierten Träger demoduliert und dann das Ergebnis tiefpassfiltert und es an einen Komparator sendet. Das Ausgangssignal des Komparators wird zum Eingangssignal für das D-bistabile Element, wo es zu der Symbolzeit abgetastet werden kann, um den Wert des Bits zu decodieren.
Der Träger wird durch Ansteuern des spannungsgesteuerten Oszillators 128 vom Ausgang einer Integrierschaltung 136 regeneriert, die die Phasen jedes der demodulierten Signale und ihrer Umkehrungen über Multiplexer vergleicht. Die Multiplexer-Eingangssignale werden von den Werten des Signalkanals und den inversen Ausgangssignalen selektiv gesteuert.
Kurz gesagt, stellt die vorliegende Erfindung eine Breitbandkommunikation mit digitalen Kommunikations-, Fernsprech- und fernsprechbezogenen Dienste durch effiziente Nutzung eines KFS-Netzes bereit, ohne dass kostspielige Schalttechnik und eine Neugestaltung dieser Systeme erforderlich sind. Das Breitband-Kommunikationssystem erfordert kein Schalten im normalen Sinn, wenn Fernsprechverbindungen von oder zu einem Teilnehmer hergestellt werden. Über das System kann eine Fülle von Gesprächen unter effizienter Ausnutzung der großen Bandbreite des KFS-Netzes so angemeldet werden, dass seine besten Merkmale genutzt werden und dass das Schalten zum Herstellen der Verbindungen von dem Fernsprechnetz so vorgenommen wird, dass seine besten Merkmale genutzt werden.
Es gibt zwei Arten von Telefonrufen im Breitband-Kommunikationssystem, wobei der eine ein ankommender Ruf und der andere ein abgehender Ruf ist. Mit Kombinationen dieser Arten von Rufen können alle notwendigen Verbindungen zu oder von einem anderen Telefon und zu oder von einem KFS-Netz-Teilnehmer hergestellt werden. Der Teilnehmer kann einen anderen Teilnehmer in dem KFS-Netzsystem anrufen (oder von diesem angerufen werden), ein Ortstelefon im Ortsbereich des Fernsprechnetzes anrufen (oder von diesem angerufen werden) oder das Fernsprechnetz anrufen (oder von diesem angerufen werden), um es mit den Weitverkehrs- und internationalen Fernsprechnetzen zu verbinden.
Ein ankommender Ruf wird dadurch an einen speziellen Teilnehmer des KFS-Netzes gerichtet, dass das Fernsprechnetz erkennt, dass der Ruf an einen Teilnehmer aus der Gruppe von zu dem KFS-Netz gehörenden Teilnehmern gerichtet wird. Der Ruf wird dann von dem Fernsprechnetz zu dem OC-1- oder einem anderen normalen Fernsprechsignal geschaltet, das in dem Zeitschlitz, der dem Teilnehmer zugewiesen wird, in das KFS-Netz eingekoppelt wird. Das Adressier- und Steuersystem des KFS-Netzes decodiert dann die gemultiplexten Informationen und setzt sie in eine Frequenz- und Zeitposition im Vorwärtsmultiplex um, die dem speziellen Teilnehmer zugewiesen worden ist. Das Adressier- und Steuersystem stellt außerdem die erforderliche Steuerung bereit, damit das Teilnehmer-Endgerät klingelt oder den Teilnehmer auf einen ankommenden Ruf aufmerksam macht.
Das Fernsprechnetz und das KFS-Netz erhalten die Verbindung aufrecht, bis sie ein Signal, das anzeigt, dass einer der Teilnehmer „aufgelegt" hat, oder ein anderes Signal empfangen, das anzeigt, dass das Gespräch beendet ist, wie etwa ein Übermittlungsschlusszeichen oder dergleichen. Unter „Aufrechterhalten der Verbindung" ist zu verstehen, dass das Fernsprechnetz die Datenpakete des gerufenen Teilnehmers weiterhin an die zugewiesene DS0-Position in dem Standard-Fernsprechsignal schafft und das Breitband-Kommunikationssystem die Pakete weiterhin in die Lage und Frequenz im Vorwärtsmultiplex umwandelt, der an den speziellen Teilnehmer gerichtet ist.
Bei abgehenden Rufen erkennt das Fernsprechnetz aus der DS0-Position im Standard-Fernsprechsignal, welches Datenpaket zu einem speziellen rufenden Teilnehmer des KFS- Netzes gehört. Das ist eine zugewiesene Position, und das KFS-Netz wandelt auf jeder Trägerfrequenz, die in die Demodulatoren eingegeben wird, Daten in diese zugewiesene Position im Rückwärtsmultiplex um. Daher sieht das Fernsprechnetz bei abgehenden Rufen das Standard-Fernsprechsignal als Gruppe von einzelnen DS0-Signalen an, deren Position im Rückwärtsmultiplex den rufenden Teilnehmer identifiziert.
Alternative Ausführungsform – Zuweisung von wählbarer Bandbreite
Anhand von 11 wird die bevorzugte Ausführungsform einer Kopfstellen-Schnittstelleneinheit (HIU) 301 beschrieben, die nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Die alternative HIU 301 ist für den Einsatz entweder als Einrichtung mit der Kopfstelle 14 oder als Einrichtung mit dem in 1 gezeigten Glasfaserknoten 16 geeignet, die beide so betreibbar sind, dass sie gemultiplexte digitale Fernsprechsignale in einem Standard-Fernsprechformat, wie etwa DS3, DS2, DS1, empfangen und diese Signale in eine Eingangsschnittstelle 32, 36 oder eine Ausgangsschnittstelle 34, 38 einkoppeln. Die bevorzugte Ausführungsform wird zwar in Zusammenhang mit einer Koaxialleitungs-HIU beschrieben, aber es ist klar, dass die Grundsätze auch auf eine Glasfaser-HIU anwendbar sind, die Methoden zum Übertragen von Breitbandsignalen mittels Amplitudenmodulations(AM)verfahren verwendet, wie etwa die, die in dem US-Patent Nr. 5.262.883 beschrieben sind, das der Abtretungsempfänger der vorliegenden Erfindung innehat. Kurz gesagt, ist die HIU 301, so betreibbar, dass sie mit einem gemultiplexten Standard-Fernsprechsignal einer Telefongesellschaft verbunden werden kann, die ankommenden Fernsprechsignale an die Teilnehmer in dem Breitbandnetz mittels QPR-Modulation im Vorwärtsweg vorwärts richtet und abgehende Fernsprechsignale von Teilnehmern rückwärts in dem Breitbandnetz in einem oder mehreren gewählten Teilbändern in dem Rückwärtswegspektrum empfängt, das Dienstebenen oder Funktionen entspricht, die von Teilnehmern gewählt werden.
Die in 11 gezeigte alternative HIU 301 ist eine zurzeit bevorzugte Ausführungsform, die die Verwendung von digitalen Leitungskarten 303 umfasst, die digitale Signale für eine digitale Bus- oder Rückwandplatine 305 bereitstellen, die mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 308 zusammenwirkt, die der in den 4 und 5 gezeigten Adressier- und Steuereinheit 42 entspricht.
Die HIU 301 weist eine Vielzahl von DS1-Leitungskarten 303a...303n, wobei n in der beschriebenen Ausführungsform 17 ist, zum Verbinden mit dem Fernsprechnetz 10 oder einem höheren Multiplexer/Demultiplexer auf, der ein höheres Multiplexen, wie etwa DS2 oder DS3, durchführen kann. Man wird sich erinnern, dass jedes DS1 einer T1-Leitung entspricht, wobei jede T1-Leitung 24 DS0-Standard-Fernsprechkanäle umfasst. Zur Bereitstellung von 388 DS0's müssen also etwas mehr als 16 DS1's untergebracht werden. Bei 17 DS1-Leitungskarten 303 müssen mehrere Leitungen als Reserve vorgesehen werden.
Jede DS1-Leitungskarte 303 sieht Schnittstellen vor, die mit dem Dokument „ANSI Doc. T1.403" (in der Fassung von 1989) im Einklang sind, dessen Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich als geoffenbart gilt und das Bestandteil dieser Anmeldung ist. Jede Leitungskarte 303 stellt ein digitales Ausgangssignal bereit, das in die digitale Rückwandplatine 303 eingekoppelt wird. Die Rückwandplatine arbeitet so, dass sie alle Leitungskarten 303 verbindet und Signale zwischen den Leitungskarten und den Vorwärts- und Rückwärtsweg-Modulatoren sendet, die noch beschrieben werden. Die Rückwandplatine 305 umfasst vorzugsweise bis zu fünf serielle digitale 8-Bit-Busse, die jeweils mit 8,192 MHz getaktet sind. Jeder Bus stellt somit einen digitalen 8,192-Mbps-Weg bereit, der so betreibbar ist, dass er digitale Signale von jeder der Leitungskarten in einem Zeitmultiplex(TDMA)-Format empfängt. Es ist wohlverstanden, dass fünf parallele digitale 8,192-Mbps-Busse ausreichen, um die 388 einzelnen 64-Kbps-Signale zu verarbeiten.
Die Rückwandplatine 305 weist außerdem einen CPU-Bus auf, der zwischen einer als Datenbank-Steuergerät verwendete CPU 308 und den einzelnen Leitungskarten 303 geschaltet ist. Die CPU 308 ist so betreibbar, dass sie die zugewiesenen Beziehungen zwischen bestimmten ankommenden und abgehenden Fernsprechleitungen mit vorgegebenen Trägerzuweisungen im Rückwärtsweg und Vorwärtsweg steuert, den Rauschpegel im Rückwärtsweg überwacht und DS0-Kanäle im Rückwärtsweg zuweist, die Teilnehmer-Funktionen und dergleichen entsprechen. Außerdem ist die CPU 308 so betreibbar, dass sie nachstehend beschriebene Schritte des Überwachens des Rauschens in den Rückwärtswegkanälen ausführt, wie in Zusammenhang mit 16 beschrieben wird, Bandbreite dynamisch zuweist, wie in Zusammenhang mit 17 beschrieben wird, und eine in 15 gezeigte Dienstebenen-Tabelle im Speicher hält, die die Zuordnung zwischen Rückwärtskanal-Trägerfrequenzen, Teilnehmer-Identifikation, Dienstebene, Telefongesellschafts-DS0-Identifikation, Signalisierungsstatus, Fehleranzahl zur Rausch-Überwachung und dergleichen angibt.
Die bevorzugte CPU 308 ist ein 32-Bit-Mikroprozessor des Typs Motorola 68360 mit integriertem Speicher(DRAM)-Steuergerät und ist so betreibbar, dass sie mit einem 2-MB-Schreib-Lese-Speicher (RAM) verbunden werden kann. Einzelheiten zu der bevorzugten CPU sind der vom Hersteller gelieferten Literatur zu entnehmen.
Nun wieder zu 11. Die Rückwandplatine 305 weist weiterhin einen Signalisierungskanalbus auf, der zwischen der CPU 308 und jedem einer Vielzahl von Vorwärtskanal-Modulatoren 320 und Rückwärtskanal-Demodulatoren 330 geschaltet ist. Der Signalisierungskanalbus überträgt Status-Informationen, die zu einer Fernsprechleitung gehören, wie etwa „abgehoben", „aufgelegt", „besetzt", Anruf, Sicherheitsstatus und dergleichen. Bits, die mit speziellen Zuständen des Teilnehmer-Telefons und der zugeordneten Leitung der Telefongesellschaft assoziiert sind, sind enthalten und werden mit digitalisierten Fernsprechsignalen kombiniert und an die CIU's 400 gesendet, wie später beschrieben wird.
In der beschriebenen Ausführungsform weist die HIU 301 eine Vielzahl von Vorwärtskanal-Modulatoren 320a...320n und eine Vielzahl von Rückwärtskanal-Demodulatoren 330a...330m auf. Die Vorwärtskanal-Modulatoren 320 koppeln abgehende Fernsprechsignale in das Breitbandnetz im Vorwärtsspektrum ein, während die Rückwärtskanal-Demodulatoren Fernsprechsignale von CIU's im Rückwärtsspektrum über das Breitbandnetz empfangen. Jeder der Vorwärtskanal-Modulatoren 320 ist mit einem Kombinator 322 verbunden, der so betreibbar ist, dass er die HF-Signale von dem Vorwärtskanal-Modulator kombiniert und ein Ausgangssignal für ein Diplexfilter 325 bereitstellt. Das Diplexfilter 325 ist vorzugsweise ein Bandfilter, das in dem Vorwärtsspektrum mit einer Frequenz von 15,840 MHz, das in der alternativen Ausführungsform vorgesehen ist, deren spektrale Zuordnung in 3C gezeigt ist, Signale nach außen durchlässt. Das Ausgangssignal des Bandfilters, dessen Frequenz an einer geeigneten Stelle entlang dem Spektrum zentriert ist, das für Vorwärtssignale vorgesehen ist, wird dann in einen Mehrweg-Splitter 340 eingekoppelt, der mit dem Breitband-Kommunikationsnetz verbunden ist.
Es ist wohlverstanden, dass das Breitband-Kommunikationsnetz (nicht dargestellt), das mit dem Mehrweg-Splitter verbunden ist, entweder ein Koaxialkabelnetz oder alternativ eine zusätzliche Glasfaser-Verbindung sein kann, die amplitudenmoduliert ist, um das Breitbandsignal in einer Fachleuten bekannten Weise zu übertragen.
In 11 weist die HIU 301 weiterhin eine Vielzahl von Rückwärtskanal-Demodulatoren 330a...330m auf, die so geschaltet sind, dass sie Signale von dem Mehrweg-Splitter 340 empfangen. Die Rückwärtskanal-Demodulatoren sind ähnlich gestaltet, wie in Verbindung mit 14 beschrieben. Für jede mögliche Frequenz, die im Rückwärtsspektrum für die Rückwärts- Fernsprechsignale bereitgestellt wird, ist ein Rückwärtskanal-Demodulator vorgesehen, also ist in der beschriebenen Ausführungsform m = 194.
Der Mehrweg-Splitter 340 enthält vorzugsweise mindestens ein Tiefpassfilter-Segment, das die Signale in dem 5-30-MHz-Bereich trennt, der in der alternativen Ausführungsform für Rückwärtsweg-Fernsprechsignale bestimmt ist.
12 zeigt eine frequenzagile Kunden-Schnittstelleneinheit oder CIU 400, die nach der alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Die CIU 400 wird in der gleichen Weise verwendet, wie vorstehend in Zusammenhang mit dem Fernsprech-Endgerät 82 beschrieben, und sie enthält die gleichen Grundkomponenten, wie in Zusammenhang mit 6 beschrieben. Es gibt jedoch bestimmte Unterschiede, wie nachstehend dargelegt wird.
Die CIU 400 ist besonders zur Verwendung mit wählbaren Bandbreiten-Funktionen oder -Diensten eingerichtet, die von einem Teilnehmer abonniert werden können, z. B. Einfachleitungs-Fernsprechdienst, Mehrfachleitungs-Fernsprechdienst, ISDN-Dienst, Datenübertragungsdienst, Orts- oder Weitverkehrsnetz für Datenübertragungen, wie etwa ETHERNET, oder dergleichen.
Um die wählbaren Abrufdienste zu implementieren und die unterschiedlichen Bandbreiten für diese Dienste bereitzustellen, weist die CIU 400 eine oder mehrere Leitungskarten 98' auf, die im Wesentlichen genauso wie die in 6 gezeigte Leitungskarte 98 gestaltet sind. Je nach Charakter des zuzuschaltenden Dienstes gibt es verschiedene Arten von alternativen Leitungskarten 98'. Beispielsweise ist die Leitungskarte 98'a für zwei herkömmliche Sprachkanäle 402a, 402b eingerichtet, die herkömmliche paarweise verdrillte Zweidraht-Kupferleitungen mit a-Ader (T) und b-Ader (R) aufweisen, die Fachleuten bekannt sind. Hingegen ist die Leitungskarte 98'b für ISDN eingerichtet und weist einen normalen ISDN-Kartenstecker auf. Es können weitere Arten von Leitungskarten 98'n zum Anschließen anderer Arten von Kundendatendiensten vorgesehen sein, wie etwa Ortsnetz-Datenübertragung (z. B. ETHERNET), Sicherheitsüberwachungssysteme, Abhalten von Videokonferenzen usw.
Somit ist klar, dass die Leitungskarten 98' Stecker aufweisen, die für die spezielle Art von Datendienst geeignet sind, der für den Kunden bereitgestellt werden soll. Beispielsweise weist eine Leitungskarte, die zum Verbinden mit einem Sicherheitsalarmnetz konfiguriert ist, einen kompatiblen physischen Stecker zum Verbinden mit dem Alarmsystemnetz des Kunden sowie ein Schaltsystem zum Umwandeln von Daten aus dem Alarmsystemnetz in den für Rückwärts-Datenübertragungen vorgesehenen 64-Kbps-Digital-Datenstrom auf.
Die normale Fernsprechleitungskarte 98'a weist ein Paar Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltungen (SLIC) 405 auf, die so eingerichtet sind, dass sie Signale in Sprachkanälen 402 empfangen und sie in einen Codierer/Decodierer (Codec) 407 zur Digitalisierung einkoppeln. Die Sprachkanäle 402 können mit dem Heimverdrahtungsnetz eines Teilnehmers gekoppelt werden, sodass mehrere parallelgeschaltete Teilnehmertelefone auf eine bestimmte Fernsprechleitung Zugriff haben können.
Die bevorzugten SLIC's 405 sind AM7943 oder AM7949, hergestellt von Advanced Micro Devices in Sunnyvale, Kalifornien. Die Codecs 407 sind so betreibbar, dass sie die Sprachkanäle in serielle digitale 64-Kbps-Daten digitalisieren. Die bevorzugten Codecs 407 sind vom Typ AM79C02, hergestellt von Advanced Micro Devices.
Das Ausgangssignal des Codecs 407 umfasst digitale serielle Daten, die in Reaktion auf Befehle von einer Steuer-CPU 410 ausgegeben werden, die eine Funktion erfüllt, die der Adressier- und Steuereinheit 90 in der in 6 gezeigten Ausführungsform entspricht.
Eine ISDN-fähige Leitungskarte, wie etwa 98'b, ist im Wesentlichen die Gleiche wie die Leitungskarte 98'a, mit der Ausnahme, dass das SLIC-Schaltsystem so betreibbar ist, dass es eine entsprechende ISDN-Verbindung bereitstellt, aber immer noch zwei 64-Kbps-Digital-Datenströme als Ausgangssignale liefert. Die Hauptanforderung an die Leitungskarten 98' ist die Herstellung einer geeigneten physischen Verbindung für Kundendaten in Form von normalen Ausgangsanschlüssen oder -steckern und die Bereitstellung von Digital-Datenströmen als Ausgangssignale in Reaktion auf Befehle von der CPU 410. Außerdem können in Abhängigkeit von den speziellen Arten von Diensten, die für den Kunden bereitgestellt werden sollen, mehrere Leitungskarten in einem bestimmten Kundengrundstück vorgesehen werden.
Es ist klar, dass die Art des Dienstes, der an einer bestimmten CIU 400 bereitgestellt wird, voridentifiziert und im Speicher in der HIU 301, die als Fernsprechnetz-Schnittstelle verwendet wird, vorgespeichert werden muss, um bei Bedarf die Bereitstellung des gewählten Dienstes zu ermöglichen. In Reaktion auf eine Anforderung eines Dienstes, die von einem Teilnehmer an einer gewählten CIU stammt, oder auf eine Anforderung eines bei einem Teilnehmer ankommenden Dienstes, die von außerhalb des Netzes stammt, auf Statussignale, wie etwa „Teilnehmer hebt ab", oder einen Rufzustand in einer ankommenden Leitung veranlasst das System die Auswahl und Zuweisung von entsprechender Bandbreite, DS0-Kanälen, Rückwärtskanälen, Trägern usw., die zum Bereitstellen der wählbar variablen Bandbreite, die dem gewählten Dienst entspricht, erforderlich sind.
In 12 wird/werden die Leitungskarte(n) 98' vorzugsweise mit einer Rückwandplatine 412 in der CIU verbunden, sodass Signale von den verschiedenen Leitungskarten in entsprechende Modulatoren und Demodulatoren eingekoppelt werden können und Steuersignale von der CPU 410 empfangen werden können. Die bevorzugte Rückwandplatine 412 weist einen seriellen digitalen 4,096-Mbps-Bus auf, der so betreibbar ist, dass er 64-Kbps-Daten von einem gewählten Codec 407 in einer gewählten Leitungskarte an einen gewählten Rückwärtskanal-Modulator 415 TDMA-sendet. Außerdem ist ein zweiter digitaler 4,096-Mbps-Bus zum Senden von Daten von einem Vorwärtskanal-Demodulator 420 zu dem gewählten Codec 407 in einer gewählten Leitungskarte für abgehende Übertragungen vorgesehen. Die CPU 410 ist so betreibbar, dass sie die Auswahl von Leitungskarten, Rückwärtskanal-Modulatoren und Vorwärtskanal-Demodulatoren steuert. Die bevorzugte Ausführungsform zeigt zwar die Verwendung von zwei parallelgeschalteten digitalen 4,096-Mbps-Bussen, aber Fachleuten dürfte klar und wohlverstanden sein, dass auch ein einziger digitaler 8,192-Mbps-Bus verwendet werden könnte.
Die Rückwandplatine 412 in der CIU 400 weist weiterhin einen Signalisierungsbus auf, der Steuersignale zwischen den Leitungskarten 98' und der CPU 410 einkoppelt. Der Signalisierungsbus überträgt Statussignale, die den Status der Fernsprechleitungen betreffen, wie etwa „abgehoben", „aufgelegt", Meldezeichen, „besetzt" und Anruf, zur Einbeziehung als Bestandteil der Statusinformationen, die den gewählten Dienst betreffen.
Von den Leitungskarten 98' abgehende Daten werden für Rückwärtskanal-Modulatoren 415 zur Bereitstellung für das Breitbandnetz bereitgestellt. Jede Leitungskarte stellt in der Regel ein Paar DS0(64 Kbps)-Datenströme bereit, die von einem einzelnen Rückwärtskanal-Modulator 415 kombiniert und im Rückwärtsweg auf einem Träger übertragen werden. Einzelheiten des bevorzugten Rückwärtskanal-Modulators 415 werden in Zusammenhang mit 13 beschrieben.
Vom Breitbandnetz ankommende Daten werden von mindestens einem Vorwärtskanal-Demodulator 420 abgeleitet, der so betreibbar ist, dass er einen zuvor festgelegten Kanal in dem QPR-modulierten Vorwärtskanal überwacht, der für ankommende Fernsprechsignale verwendet wird. Der bevorzugte Vorwärtskanal-Demodulator 420 arbeitet in der vorstehend beschriebenen Weise, um ein QPR-moduliertes Vorwärtskanalsignal in dem festgelegten Fernsprech-Vorwärts-Teilband von 15,840 MHz zu demodulieren und den Verzeichniskanal und Signalisierungskanäle, die als Teil der Overhead-Daten bereitgestellt werden, zu überwachen.
Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Rückwärtskanal-Modulatoren 415a...415n erforderlich sein kann, um die entsprechende Bandbreite bereitzustellen, die für eine bestimmte Dienstebene benötigt wird. Wenn beispielsweise ein gewählter Dienst das Äquivalent von vier DS0's erfordert, werden vier Rückwärtskanal-Modulatoren 415 benötigt. Außerdem wird man sich erinnern, dass jeder Modulator 415 frequenzagil ist und nicht unbedingt auf einer bestimmten festen Rückwärts-Trägerfrequenz arbeitet, da Rückwärtskanäle dynamisch und in Reaktion auf sich ändernde Bedingungen, wie etwa Rauschpegel und Neuzuweisung von Bandbreite entsprechend dem Bedarf des Teilnehmers, neu zugewiesen werden können.
Die Vielzahl von Rückwärtskanal-Modulatoren 415 wird mit einem Kombinator 425 verbunden, sodass das HF-Ausgangssignal in das Koaxialkabel eingekoppelt werden kann. Der Ausgang des Kombinators 425 ist mit einem Diplexfilter 430 verbunden, das ein Signal im 5-30-MHz-Bereich zum Einkoppeln in einen Splitter 432 durchlässt, der mit der Koaxialkabel-Abzweigung des Teilnehmers verbunden ist. Das Diplexfilter 430 ist außerdem so betreibbar, dass es Signale in dem gewählten 15,840-MHz-Vorwärtsspektrum für Rückwärtssignale an den Rückwärtskanal-Modulator 420 sendet, sodass der Verzeichniskanal, der Signalisierungskanal und die Vorwärts-Fernsprech-DS0's demoduliert und in die entsprechenden Leitungskarten eingekoppelt werden können.
Der Splitter 432 ist ein herkömmlicher Splitter und arbeitet so, dass er Signale vom Diplexfilter 430 im 5-30-MHz-Rückwärtskanal empfängt und sie in die Koaxialkabel-Abzweigung einkoppelt, ankommende Vorwärts-Fernsprechsignale im Vorwärts-Frequenzband empfängt und sie in den Vorwärtskanal-Demodulator 420 einkoppelt und Signale über 30 MHz (im herkömmlichen KFS-Programmspektrum) an das Fernsehgerät des Teilnehmers sendet.
Es ist klar, dass die CIU 400 entweder als einzelnes Teilnehmer-Endgerät, das sich in oder in der Nähe von Fernsprech-Punch-Blöcken eines Teilnehmers befindet, oder als KFS-Set-Top-Terminal mit einem oder mehreren RJ-11- oder ähnlichen Telefonsteckern physisch konfiguriert sein kann. Außerdem kann die CIU, da sie einen Computer (CPU 410) und ein zugehöriges Schaltsystem aufweist, zur herkömmlichen KFS-Signalverwaltung, wie etwa Payper-View-Steuerung, Descrambling usw., verwendet werden. Die bevorzugte CIU, gleichgültig, ob mit Set-Top-Terminal oder getrenntem Schaltsystem, weist daher eine Steuerverbindung auf, die von der CPU 410 für einen Schalter 435 bereitgestellt wird, der mit der Signalleitung zwischen dem Splitter 432 und dem Fernsehgerät des Teilnehmers verknüpft ist. Dadurch können bei Nichtzahlung oder bei der Entscheidung, ein bestimmtes Programm nicht zu empfangen, die Programmsignale von einem Teilnehmer getrennt werden.
Schließlich ist jede CIU 400 mit einer vorgegebenen Adresse im Netz verknüpft. Diese Adresse wird vorzugsweise intern in einem Festspeicher gepflegt. Die Adresse der CIU ist eine digitale 64-Bit-Nummer, die in dem Rückwärtskanal immer dann für die HIU bereitgestellt wird, wenn die CIU den Dienst anfordert. Die Adress-Informationen werden von der HIU zum Prüfen der Dienstebenen-Tabelle (15) verwendet, um den mit den Adress-Informationen assoziierten Teilnehmer zu identifizieren und die richtige und autorisierte Dienstebene, die bereitgestellt werden soll, zu bestimmen. Wenn beispielsweise ein mit der CIU verbundenes Telefon abgehoben wird, wird die Adresse der CIU in Verbindung mit den „abgehoben"-Statusinformationen im Rückwärtskanal an die HIU gesendet, wo sie empfangen und geprüft wird, um die entsprechenden Dienstebenen, DS0-Zuweisungen, Frequenzzuweisungen usw. zu bestimmen.
13 zeigt einen frequenzagilen Rückwärtskanal-Modulator 415, der nach der alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Der Rückwärtskanal-Modulator 415 ist so betreibbar, dass er serielle Daten empfängt, die von dem digitalen Bus in einer CIU in Form von zwei DS0's mit 64 Kbps eingegeben werden, auf Steuersignale von der CPU 410 (Adressier- und Steuereinheit) reagiert und die ankommenden Daten zum Einkoppeln in das Rückwärtskanal-Frequenzspektrum in einen gewählten Kanal QPSK-moduliert. Der Modulator ist so betreibbar, dass er das QPSK-Signal in einem gewählten 108-kHz-Teilband auf einer gewählten Trägerfrequenz bereitstellt.
Der bevorzugte Rückwärtskanal-Modulator ist um ein digitales XILINX-Steuergerät 470, Typenbezeichnung XC4005, hergestellt von Xilinx in San Jose, Kalifornien, aufgebaut. Das Serielle-Daten-Steuergerät 470 stellt unterschiedliche Ausgangssignale für die anderen Komponenten bereit, wie nachstehend beschrieben wird.
Das Steuergerät 470 empfängt die zwei 64-Kbps-Signale von einer angeschlossenen Leitungskarte 98' und trennt die Daten zur Vierphasen-Umtastung in zwei Signalwege I und Q. Das Steuergerät 470 empfängt außerdem 16 Kilobit des Overheads, der die Frame-Ausrichtungsfolge (FAS), den CRC-Rest und die die Signalisierungsinformationen übertragende Datenverbindung enthält. Die Ausgabe umfasst ein Ausgangssignal I DATA IN (I-Daten-Eingabe) mit 72 Kbps und ein Ausgangssignal Q DATA IN (Q-Daten-Eingabe) mit 72 Kbps. Diese werden für ein digitales Nyquist-Filter 473 bereitgestellt, um festgelegte FILTERED I DATA (gefilterte I-Daten) und FILTERED Q DATA (gefilterte Q-Daten) auszugeben. Das Steuergerät 470 stellt eine Verstärkungsregelung für das Nyquist-Filter 473 bereit, die sich zwischen 0 und -25 dB bewegt.
Das Nyquist-Filter 473 formt das modulierte Spektrum so, dass es in die besetzte 108-kHz-Bandbreite mit Null-Intersymbolinterferenz passt. Als Nebenprodukt des Filters wird eine Verstärkungsregelung von 25 dB erhalten.
Die Ausgangssignale FILTERED I DATA und FILTERED Q DATA werden für ein Mischstufen-Paar 476a, 476b bereitgestellt, wo die digitalen Signale I und Q mit um 90° phasenverschobenen Zwischenfrequenz(ZF)-Trägern von 10,24 MHz überlagert werden. Dadurch entsteht ein Quadratur-bezogenes QPSK-Signalpaar.
Die in die Mischstufen 476 eingespeisten 10,24-MHz-ZF-Träger werden von einem Phasenregelkreis (PLL-Schaltung) 480 abgeleitet, der über eine Division-durch-acht-Schaltung (÷ 8) 479 bereitgestellt wird, um den 10,24-MHz-ZF-Teilträger zu erhalten. Der ZF-Teilträger wird für die Mischstufe 476a und über eine 90°-Phasenverschiebungsschaltung 482 für die Mischstufe 476b bereitgestellt. Die Ausgangssignale der Mischstufen 476a, 476b werden in einer Summierschaltung 487 kombiniert.
Das 81,92-MHz-Signal wird auch für eine dritte Mischstufe 485 bereitgestellt, die es mit dem Signal von der Summierschaltung 487 mischt. Das Ausgangssignal der dritten Mischstufe 485 wird für ein Bandfilter 492 mit einem Durchlassband von etwa 3 MHz, das bei 71,68 MHz zentriert ist, bereitgestellt, um unerwünschte Mischprodukte von den ersten drei Mischstufen abzuschwächen. Das 71,68-MHz-Ausgangssignal wird mit einem Abwärtswandler 490 abwärtsgewandelt, der das 71,68-MHz-QPSK-Signal vom Filter 492 mit einem 75-105-MHz-HF-Träger von einem einstellbaren Phasenregelkreis 494 überlagert, der als Frequenzsynthesizer dient. Das Ausgangssignal des Abwärtswandlers 490 wird dann mit einem Tiefpassfilter (LPF) 496 Tiefpass-gefiltert, um das Ausgangssignal auf unter 35 MHz zu begrenzen. Das HF-Ausgangssignal vom LPF 496 ist ein QPSK-Signal auf einer gewählten Ausgangsfrequenz, die zwischen 5,120 MHz und 29,824 MHz für den Rückwärtskanal liegt und in Abhängigkeit von der Frequenz gewählt wird, die von dem Träger bereitgestellt wird, der von dem PLL 494 ausgeht.
Der einstellbare PLL 494 empfängt sein Signal, das die gewählte Trägerfrequenz für den gewählten Rückwärtskanal UP1, UP2 usw. angibt, über ein Signal CONTROL/FREQ REF vom Steuergerät 470. Wie vorstehend dargelegt worden ist, empfängt das Steuergerät 470 die festgelegte Frequenz zum Betrieb des Rückwärts-Modulators von einem Steuersignal, das durch Überwachen des Verzeichniskanals empfangen wird.
Es ist klar, dass der beschriebene Rückwärts-Modulator 415, der in 13 gezeigt ist, seine Frequenz in Reaktion auf Befehle von der HIU sehr schnell ändern kann, wenn festgestellt wird, dass ein bestimmter Träger im Rückwärtskanal zu starkem Rauschen ausgesetzt ist.
14 zeigt einen frequenzagilen Rückwärtskanal-Demodulator-Wandler 114', der in der in 11 gezeigten HIU verwendet wird. Es ist klar, dass einer der Rückwärtskanal- Demodulator-Wandler 114' für jedes DS0-Signalpaar bereitgestellt wird, das in einem der in 3C gezeigten Rückwärtskanäle UP1, UP2, ..., UP194 bereitgestellt wird. Die Rückwärtskanal-Demodulator-Wandler 114' sind wie ihre Rückwärtskanal-Modulator-Pendants in der CIU frequenzagil und können selektiv auf vorgegebene Trägerfrequenzen in der Fernsprech-Rückwärtsbandbreite des 5-30-MHz-Bereichs eingestellt werden. Die in 14 gezeigte Ausführungsform ist vorzugsweise zwischen 5,12 MHz und 49,9 MHz betreibbar, sodass eine künftige Erweiterung oder Nutzung der Rückwärtskanal-Bandbreite bis zu etwa 50 MHz möglich ist, die eine zusätzliche Rückwärtskanal-Kapazität über die 388 DS0's der beschriebenen Ausführungsform hinaus ermöglichen würde.
Jeder Rückwärtskanal-Demodulator-Wandler 114' empfängt ein HF-Eingangssignal und stellt es für einen Aufwärtswandler oder eine Mischstufe 520 bereit, wo das ankommende Signal mit einer selektiv variablen Frequenz zwischen 80 und 124,8 MHz überlagert wird, die sich in Inkrementen von 128 kHz ändert. Das 80-124,8-MHz-Überlagerungssignal wird von einem Phasenregelkreis 522 abgeleitet, der vorzugsweise ein MC145170, hergestellt von Motorola, ist. Der PLL 522 ändert seine Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von einem Signal CONTROL, das von der Kopfstellen-Einheit (HIU) 301 bereitgestellt wird. Der PLL schaltet sich auf ein 128-kHz-Signal auf, das von einer Divison-durch-32(÷ 32)-Schaltung 525 eingespeist wird, die mit einem 4,096-MHz-Takt angetrieben wird. Das Signal CONTROL von der HIU, das die Frequenz angibt, auf die die Schaltung eingestellt wird, wird auf dem Signalisierungskanal bereitgestellt, der von der CPU 308 (11) bereitgestellt wird. Dieses Signal ändert sich von N = 625 bis 975, was Ausgangsfrequenzen von 80,0 bis 124,8 MHz entspricht.
Das 128-kHz-Signal von der Division-durch-32-Schaltung 525 wird außerdem für eine zweite Division-durch-32-Schaltung 526 bereitgestellt, die ein 4-kHz-Signal ableitet, das für einen zweiten Phasenregelkreis 528 bereitgestellt wird. Das Ausgangssignal des zweiten PLL 528 ist ein 220-kHz-Signal, das dann für einen dritten PLL 530 bereitgestellt wird, der ein stabiles 85,58-MHz-Ausgangssignal bereitstellt, das für die Abwärtswandlung verwendet wird.
Die Bezugsfrequenz 4 kHz wird zunächst mit dem PLL 528 bis auf 220 kHz vervielfacht, um unerwünschte spektrale Nebenprodukte aus dem Ausgangssignal des PLL 530 einfacher abzuschwächen. Unerwünschte Bezugsfrequenz-Seitenbänder werden so leichter herausgefiltert, da die Bezugsfrequenz 220 kHz von der Bandbreite der Schleife des PLL 530 (ca. 120 Hz) stärker getrennt wird, als wenn die 4-kHz-Bezugsfrequenz direkt verwendet werden würde.
Zurück zur Mischstufe 520. Ihr Ausgangssignal, das zwischen 80 MHz und 124,8 MHz liegt, wird durch ein Bandfilter 532 gefiltert, das ein Durchlassband von etwa 3 MHz hat und auf 74,88 MHz zentriert ist. Das Ausgangssignal des Bandfilters 532 wird für eine Mischstufe oder einen Abwärtswandler 535 bereitgestellt. Der Abwärtswandler überlagert das Eingangssignal mit der 85,58-MHz-Frequenz vom PLL 530. Das Ausgangssignal des Abwärtswandlers 535 ist ein 10,7-MHz-Signal, das mit einem Ausgangssignal-Bandfilter 538 bandgefiltert wird, dessen Ausgangssignal ein QPSK-moduliertes 10,7-MHz Trägersignal ist, das aus einem gewählten 128-kHz-Teilband in dem 5-30-MHz-Rückwärtsfrequenz-Bereich rückgewonnen wird.
Das Ausgangssignal von dem Rückwärtskanal-Demodulator-Wandler 114' wird dann für einen herkömmlichen QPSK-Demodulator bereitgestellt, der in der bekannten Weise arbeitet, um das digitale Ausgangssignal mit einem DS0-Paar mit 64 Kbps zu erhalten, wie bereits dargelegt worden ist.
Es ist zu beachten, dass die von dem PLL 522 gewählten Frequenzen zwischen 80 und 124,8 MHz so gewählt werden, dass das Ausgangssignal bei 74,88 MHz das gewählte Signal ist, das das gewünschte Fernsprechsignal in dem speziellen gewählten Rückwärtskanal-Teilband mit einer Breite von 128 kHz enthält.
Kommen wir nun zu 15, um das Verfahren zu erörtern, mit dem unterschiedliche Ebenen des Dienstes für einen Teilnehmer entsprechend einer gewählten Dienstebene bereitgestellt werden und entsprechende Bandbreite zugewiesen wird, um den Dienst auszuführen. Die in 15 angegebenen Informationen werden in der CPU 308 in der Kopfstellen-Schnittstelleneinheit (HIU) 301, die in 11 gezeigt ist, gespeichert. Die CPU 308 speichert in ihrem Speicher eine Datentabelle, die verschiedene Informationen korreliert, z. B. die Frequenz des Rückwärtskanals, der einem bestimmten Teilnehmer zu einem bestimmten Zeitpunkt zugewiesen wird, Teilnehmer-Identifikationsinformationen, Dienstebenen-Informationen, Telefongesellschafts-DS0-Identifikationsinformationen (d. h. die Identität der Leitungen in dem gemultiplexten eingegeben Fernsprechsignal, das von der Telefongesellschaft bereitgestellt wird), Signalisierungs-Statusinformationen, Fehleranzahl- und -schwellen-Informationen, die den Rauschpegel in einem gewählten Kanal angeben, und ein Flag „Verrauschter Kanal", das angibt, ob das Rauschen in einem gewählten Kanal eine vorgegebene Schwelle überschritten hat und daher geändert werden muss.
Die Tabelle von 15 wird in Verbindung mit Beispielen für unterschiedliche Dienstebenen beschrieben, die von einem Teilnehmer gewählt werden können. Man wird sich erinnern, dass jeder Rückwärtskanal (128-kHz-Kanal) zwei QPSK-modulierte DS0-Signale mit jeweils 64 Kbps überträgt. Somit hat der erste Rückwärtskanal UP1 eine nominelle Träger-Mittenfrequenz von 5,12 MHz, wenn man unterstellt, dass das Teilband für den Kanal bei genau 5,064 MHz beginnt und sich auf 5,192 MHz erweitert. In dem ersten Beispiel eines Kanals UP1 hat ein Teilnehmer, der mit S1 bezeichnet ist, eine Standard-Dienstebene gewählt, die einen Kanal für den Sprach-Fernsprechdienst mit 64 Kbps angibt. Die Tabelle gibt an, dass die Telefongesellschafts-DS0-Leitung die DS0-6 ist, was bedeutet, dass die Leitung DS0-6 im Eingabemultiplex die entsprechende Eingangs-/Ausgangsleitung ist, die eine Datenübertragung für diesen Teilnehmer zu diesem speziellen Zeitpunkt überträgt. Es ist wohlverstanden, dass die Telefongesellschafts-DS0-Nummer wegen der hier beschriebenen Frequenzagilität des Rückwärtskanal-Schaltsystems mit einem bestimmten Kanal assoziiert werden kann.
Der Status der Leitung DS0-6 wird in 15 als „aufgelegt" und somit inaktiv angegeben. Es ist auch ein mit einem Kanal assoziiertes Fehleranzahl- und -schwellenfeld vorgesehen, das in dem beschriebenen Beispiel nicht zutreffend ist, wenn der Kanal inaktiv ist. Die Fehlerschwelle ist mit 256 angegeben, obwohl dieser Wert vom Systembetreiber wählbar geändert werden kann. Schließlich ist ein Flag „Verrauschter Kanal" vorgesehen, in dem 0 gleich „OK" oder „annehmbar" ist und 1 gleich „verrauscht" ist. Eine in dem Flag „Verrauschter Kanal" gesetzte „1" gibt an, dass eine Frequenz-Änderung für den Rückwärtskanal vorzunehmen ist, da festgestellt worden ist, dass der Rauschpegel zu hoch ist.
Man wird sich erinnern, dass jeder Kanal UPn bis zu zwei DS0-Signale überträgt. Dementsprechend zeigt 15, dass die zweite DS0-Kapazität für den Kanal UP1 bei diesem Beispiel ungenutzt ist.
Beachten Sie als zweites Beispiel die Funktionen, die mit dem mit S2 bezeichneten Teilnehmer assoziiert sind. Wie angegeben, ist der Teilnehmer S2 der ersten Kanalfrequenz 5,284 MHz in UP2 zugeordnet und er hat zwei Sprachkanäle gewählt, die den DS0's DS0-7 und DS0-204 der Telefongesellschaft zugewiesen worden sind. Das Signalisierungsstatusfeld zeigt an, dass DS0-7 „abgehoben" und somit aktiv ist. Umgekehrt ist DS0-204 als „aufgelegt" und somit inaktiv angezeigt. Für die aktive Leitung DS0-7 ist zu beachten, dass eine Fehleranzahl von 6 im Fehleranzahlfeld gespeichert worden ist, die innerhalb der annehmbaren Schwelle von 256 liegt.
Als nächstes betrachten wir die Dienstebene, die dem Teilnehmer S3 zugewiesen wird. Nehmen wir bei diesem Beispiel an, dass der Teilnehmer S3 den Grundgebühr-ISDN-Fernsprechdienst gewählt hat, der in der herkömmlichen Konfiguration zwei Träger- oder „B"-Kanäle plus einen Daten- oder „D"-Kanal (2B + D) umfasst. Jeder B-Kanal arbeitet mit 64 Kbps und jeder D-Kanal mit 16 Kbps, was nominell 144 Kbps ergibt. Fachleuten dürfte klar sein, dass die primäre Signalübertragungsfunktion des ISDN-Dienstes mit den beiden 64-Kbps-B-Kanälen allein erreicht werden kann; der D-Kanal ist für die ISDN-Grundgebühr-Geräte optional und kann getrennt von den B-Kanälen übertragen werden. Eine ISDN-2B+D-„S"-Schnittstelle wird als Grundgebühr-Schnittstelle (BRI) bezeichnet und verwendet normalerweise vier unabgeschirmte normale Telefondrähte oder zwei paarweise verdrillte Drähte, um zwei 64-Kbps-B-Kanäle und einen 16-Kbps-D-Kanal zu versorgen. Jeder der beiden 64-Kbps-B-Kanäle kann zum Übertragen eines Gesprächs oder eines schnellen Datenkanals oder mehrerer Datenkanäle, die zu einer schnellen 64-Kbps-Datenleitung gemultiplext sind, verwendet werden. Der D-Kanal mit 16 Kbps überträgt Steuer- und Signal-Informationen, um Sprach- und Datenanrufe aufzubauen und zu unterbrechen.
Für den Teilnehmer S3 in 15 benötigt der nominelle ISDN-Dienst beide DS0's des Kanals UP3, die den DS0-Kanälen der Telefongesellschaft mit DS0-12 und DS0-13 zugewiesen worden sind. Um den D-Kanal von ISDN unterzubringen, wird ein Viertel (1/4) eines zusätzlichen DS0-Kanals benötigt, wenn der D-Kanal zusammen mit den zugehörigen B-Kanälen übertragen werden soll. Das ist als einem Teil des Rückwärtskanals UP4 zugewiesen, der dem DS0-144 der Telefongesellschaft zugewiesen ist, angegeben. Alle diese Kanäle sind als aktiv angegeben und summieren daher eine Fehleranzahl, die jeweils unter der Schwelle von 256 liegt und daher annehmbar ist.
Betrachten wir in 15 als nächstes die Dienstebene, die dem mit S4 bezeichneten Teilnehmer zugewiesen ist. In diesem Beispiel wird angenommen, dass ein einzelner Teilnehmer S4 den T1-Fernsprechdienst, der 24 DS0's umfasst, gewählt hat. Diese 24 DS0's sind den Kanälen DS0-155 bis DS0-179 der Telefongesellschaft zugeordnet worden. Es ist wohlverstanden, dass eine entsprechende Anzahl von Rückwärtskanal-Modulatoren, Leitungskarten usw. bereitgestellt werden muss, um diese vielen DS0-Kanäle in einem CIU-Gerät unterzubringen. Der T1-Dienst ist normalerweise mit gewerblichem Gebrauch verbunden, während typische Heimgeräte nur wenige DS0's ermöglichen.
Betrachten wir nun den Dienst, der durch den mit S5 bezeichneten Teilnehmer angegeben ist. Eine spezielle Funktion, die bereits beschrieben worden ist, ist die der Sicherheitsüberwachungsdienste, wie in der Verbindung eines mit einem Teilnehmer-Grundstück verknüpften Sicherheitsalarmnetzes mit einer der Leitungskarten 98' (12). Entsprechend wird der Rückwärtskanal UP30 dem Teilnehmer S5 zugewiesen, der eine Sicherheitsüberwachungs-Dienstebene gewählt hat. Der Signalisierungsstatus gibt einen „normalen" Status an. Daher braucht zu diesem speziellen Zeitpunkt kein Telefongesellschafts-DS0 bereitgestellt zu werden, und es müssen keine speziellen Signale übertragen werden, bis ein Alarmzustand auftritt.
Betrachten wir in diesem Zusammenhang den Teilnehmer S6, der ebenfalls eine Sicherheitsüberwachungs-Dienstebene gewählt hat. Der Signalisierungsstatus gibt einen Alarmzustand an, und eine Telefongesellschaftsleitung, die mit DS0-191 bezeichnet ist, ist diesem speziellen Kanal zum Überwachen aller Signale zugewiesen worden, die vom Sicherheitsalarmnetz des Kunden bereitgestellt werden können. Die Sicherheitsüberwachungssignale werden rückwärts für die HIU und von dort über die DS0-191-Leitung für einen Sicherheitsdienst bereitgestellt (z. B. zur Entsendung einer bewaffneten Wachmannschaft oder zur Fernüberwachung der Lage über Daten, die über das System übertragen werden). Es ist daher wohlverstanden, dass die der Sicherheitsüberwachung zugeordnete Bandbreite nicht unbedingt bereitgestellt wird, bevor ein Alarmzustand auftritt, und dass die Bandbreite für die Rückwärtsübertragung nur in Reaktion auf einen Alarmzustand genutzt wird.
Ein Alarmzustand kann in Reaktion auf eine Unterbrechung des Koaxialkabels zu einem bestimmten Teilnehmer-Endgerät angezeigt werden. Man wird sich aus der vorstehenden Diskussion erinnern, dass jede CIU 400 vorgegebene Adress-Informationen enthält, die immer dann auf dem Rückwärts-Signalisierungskanal an die HIU gesendet werden, wenn ein Dienst von einem Teilnehmer angefordert wird oder wenn ein Kanal aktiv ist. Ebenso werden die Adress-Informationen im Verzeichniskanal vorwärts übertragen, sodass eine CIU den von der HIU befohlenen Rückwärtskanal einstellen kann oder ein Rufsignal für ein mit der CIU verbundenes Telefon bereitstellen kann. Die CPU 410 (12) in der CIU ist so betreibbar, dass sie den Vorwärts-Verzeichniskanal auf ankommende Signale überwacht, die an sie adressiert sind, und eine Rückwärts-Datenübertragung bereitstellt, die sich selbst und alle relevanten Signalisierungsinformationen in dem zugewiesenen Rückwärtskanal UPn identifiziert. Vorzugsweise werden in Reaktion auf einen Befehl von der HIU, eine bestimmte Rückwärtskanalfrequenz einzustellen und Signalisierungsinformationen mit Adresse und Status zu übertragen, die Adress-Informationen und die Signalisierungsinformationen von allen CIU's rückwärts an die HIU gesendet. Das ist im Grunde eine „Polling"-Operation (zyklisches Abfragen), bei der eine CIU mit einer bestimmten Adresse auf einen Befehl oder eine zyklische Abfrage von der HIU so reagiert, dass sie mit einer Datenübertragung in einem bestimmten Rückwärtskanal antwortet. Wenn jedoch die Breitbandkommunikationsleitung unterbrochen worden ist oder eine Störung auftritt, kann die CIU ihre Adress- und Statusinformationen nicht an die HIU senden.
Daher wird, wenn das Koaxialkabel getrennt wird und die CIU 400 ihre Identitäts- und Statusinformationen in Reaktion auf eine zyklische Abfrage durch die HIU nicht überträgt, ein Alarmzustand angezeigt und die entsprechenden Statusinformationen werden in dem Signalisierungsstatusfeld in 15 angezeigt. In der bevorzugten Ausführungsform bewirkt der Alarmzustand das Setzen eines Alarmzustandsindikators im Dienstebenenspeicher, der mit dem speziellen Teilnehmer verknüpft ist, sodass Abhilfsmaßnahmen angezeigt werden können. Es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die HIU entsprechende Fernsprechnachrichten für einen Sicherheitsüberwachungsdienst erzeugen kann, um einen Wachdienst auf den Alarmzustand aufmerksam zu machen.
Bevor wir 15 verlassen, sei erwähnt, dass die Dienstebenen-Tabelle eine Anordnung von Datenfeldern umfasst, die zum Speichern in einer Datenbank geeignet sind, die von der CPU 308 der HIU gepflegt wird. Vorzugsweise wird diese Tabelle für einen schnellen Zugriff in einem RAM gepflegt. Außerdem sollte die Tabelle vorzugsweise unter Verwendung von herkömmlichen Datenbank-Indexierungsverfahren indexiert werden, sodass die Tabelle schnell nach Teilnehmernamen, Teilnehmer-Adresse, Telefongesellschafts-DS0-Nummer, Rückwärts-Trägerfrequenz usw. durchsucht werden kann. Die Verwendung von Indexmethoden gewährleistet ein schnelles Nachschlagen der Dienstebene und eine minimierte Reaktionszeit, wenn ein Teilnehmer einen Dienst anfordert.
Aus dem Vorstehenden geht hervor und ist wohlverstanden, dass die frequenzagile CIU so betreibbar ist, dass sie Fernsprech- und andere Signale von einem Teilnehmer in eine Vielzahl von Frequenzbändern im Rückwärtsband eines Breitband-Bezahlnetzes moduliert, um wählbar variable Bandbreite im Rückwärtsband entsprechend einer gewählten Teilnehmer-Datenübertragungsfunktion, wie etwa Einsprachenkanal-, Mehrsprachenkanal-, ISDN-, Sicherheitsüberwachungs-Dienste und dergleichen, bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bandbreite in diskreten Einheiten von DS0's wählbar zugewiesen, die natürlich so kombiniert werden können, dass sie digitale Datenkanäle höherer Kapazität in Reaktion auf unterschiedliche Bedürfnisse von Teilnehmern bereitstellen.
Außerdem ist klar, dass die frequenzagile CIU so betreibbar ist, dass sie in Reaktion auf eine Feststellung, dass der Rauschpegel in einem bestimmten gewählten Teilband, wie etwa UP1 ... UPn, einen vorgegebenen Wert überschreitet, Signale in einem gewählten Teilband einem anderen Teilband auf einer anderen Frequenz neu zuweist.
Schließlich wird mindestens ein Rückwärts-Signalisierungskanal bereitgestellt, der von jeder angeschlossenen CIU 400 zum Bereitstellen von Signalisierungsinformationen, wie etwa „abgehoben" und Alarmzustände, zusammen mit Adress-Informationen verwendet wird. Jeder CIU 400 wird normalerweise mindestens eine Rückwärtsfrequenz (entweder DS0-1 oder DS0-2 des 128-kHz-Kanals) zugewiesen, die einen Teil der 16-Kbps-Datenkanäle umfasst, der mit zwei 64-Kbps-Datenkanälen zu 144 Kbps für jedes Rückwärtsfrequenz-Teilband kombiniert wird. Die 16-Kbps-Signalisierungs- und -Statusinformationen umfassen die Teilnehmer-Adresse sowie Statusinformationen, die mit der Adresse eines Teilnehmers assoziiert sind.
Kommen wir in diesem Zusammenhang nun zu 16, um die Art und Weise zu erörtern, in der die vorliegende Erfindung funktioniert, um den Rauschpegel zu überwachen und Frequenzen zuzuweisen.
16 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Folge von Operation darstellt, bei denen ein rufender Teilnehmer eine Datenübertragung und eine Fernsprech-Anforderung startet und das Gerät durch Zuweisen von Bandbreite und Festlegen eines Rückwärtskanals, Übertragen der Identität eines gewählten Kanals in einem Vorwärts-Verzeichniskanal zum Empfangen durch die anfordende CIU, Messen der Signalqualität in dem Kanal usw. reagiert.
Der Prozess beginnt im Schritt 601, wo ein rufender Teilnehmer ein Telefongespräch durch „Abheben" an einem mit einer Leitungskarte 98' verbundenen Telefonapparat beginnt. In der Regel besteht der erste Schritt, der ausgeführt wird, darin, ein Signal bereitzustellen, das den geänderten Status des Telefonapparats in der Vorwärtsrichtung zum HIU-Gerät angibt.
Die Statusänderung von „aufgelegt" zu „abgehoben" wird in dem Rückwärts-Signalisierungskanal übertragen, der zur Verwendung durch die zugehörige CIU bestimmt ist. Wie in Zusammenhang mit 17 beschrieben wird, werden die Daten des geänderten Status zusammen mit der CIU-Adresse rückwärts zur HIU 301 übertragen, und die HIU reagiert so, dass sie bestimmt, ob es richtig ist, dass dieser spezielle Teilnehmer in dem festgelegten Rückwärtskanal für Übertragungen der Fernsprechsignale bleibt. In Ausführungsformen, die nur eine Signalfrequenz für Signalisierungskanalzwecke nutzen, auf die alle CIU's im TDMA zugreifen, wird ein Kanal für die Sprachkanal-Datenübertragung zugewiesen, und diese Informationen werden im Vorwärtskanal vorwärts übertragen.
Wenn man unterstellt, dass ein Rückwärtskanal zugewiesen worden ist, besteht der nächste Schritt, der bei 604 ausgeführt wird, darin, eine Analog-Digital-Umsetzung (A/D-Umsetzung) des Fernsprechsignals in der mit dem anfordernden Teilnehmer verknüpften Leitungskarte 98' unter Verwendung des Codecs 407 zu beginnen, um einen Digital-Datenstrom zu erhalten. Der Digital-Datenstrom wird im Schritt 608 von der CPU der CIU mit Framing-Bits kombiniert, um die Frames und Superframes zu erhalten, die in Zusammenhang mit 9C beschrieben worden sind.
Im Schritt 612 wird eine mit den Frames und Superframes verknüpfte CRC-Berechnung durchgeführt und in den entsprechenden Feldern mit dem Frame und Subframe addiert. Im Schritt 615 wird der Superframe für den QPSK-Modulator bereitgestellt, wo er im Breitbandnetz in dem zur Rückwärtsübertragung bestimmten Teilband rückwärts übertragen wird.
In der HIU 301, die bei anderen Ausführungsformen der Adressier- und Steuereinheit 90 entspricht, wird die spezielle Rückwärts-Trägerfrequenz, die für die Rückwärts-Datenübertragung zugewiesen wurde, auch für einen gewählten Rückwärtskanal-Demodulator-Wandler 114' bereitgestellt, wie in Zusammenhang mit 14 beschrieben worden ist. Der Wandler 114' stellt dann im Schritt 620 den festgelegten Rückwärtskanal UPn ein. Im Schritt 625 demoduliert dann der QPSK-Demodulator das Signal in den 144-Kbps-Datenstrom. Der Datenstrom wird durch Prüfen der Framing-Bits zum Begrenzen des Superframes zum Superframe geformt.
Im Schritt 630 werden die mit dem Superframe verknüpften CRC-Werte geprüft, und wenn der CRC-Wert falsch ist, wird die in 15 angegebene Fehleranzahl, die mit einem festgelegten Rückwärtskanal assoziiert ist, inkrementiert. Wenn die von dem HIU-Computer ermittelte Fehleranzahl die festgelegte Schwelle in einem vorgegebenen Zeitraum überschreitet, wird der Kanal als zu stark verrauscht eingestuft. Das ist im Schritt 632 angegeben. Im Schritt 635 wird die Fehleranzahl regelmäßig mit der festgelegten Fehleranzahl-Schwelle verglichen, um zu ermitteln, ob das Rauschen zulässige Pegel überschreitet. Im Schritt 635 müssen die Frequenzen für die Rückwärts-Datenübertragung nicht geändert werden, solange die Signalqualität annehmbar ist. Jedoch ist in Reaktion auf eine Feststellung aus Schritt 635, dass die Fehleranzahl die festgelegte Schwelle überschreitet, die HIU 301 so betreibbar, dass sie die Trägerfrequenz ändert.
Wenn die Signalqualität im Schritt 635 annehmbar ist, geht das Verfahren zum Schritt 605 zurück und überträgt die Fernsprechdaten in der beschriebenen Weise weiter.
Wenn ein Fehler erkannt wird, werden die Daten nicht erneut von der CIU an die HIU gesendet. Vielmehr werden die Daten demoduliert und im Schritt 640 für eine Telefongesellschaftsleitung bereitgestellt, die mit einem bestimmten Teilnehmer zur Datenübertragung im Fernsprechnetz assoziiert ist.
17 zeigt das bevorzugte Verfahren der dynamischen Bandbreitenzuweisung in Reaktion auf gewählte Dienstebenen, die von Teilnehmern angefordert werden. Es gibt zwei Wege zum Ausführen des Verfahrens, das mit der dynamischen Bandbreitenzuweisung für einen Kunden verbunden ist: (1) wenn ein rufender Teilnehmer eine Anforderung eines Fernsprechdienstes auslöst, die von der CIU stammt, und (2) wenn ein ankommender Ruf für einen Teilnehmer auf einer bestimmten ankommenden Telefongesellschafts-DS0-Leitung aus dem Fernsprechnetz empfangen wird. Beide Wege erfordern, dass das System die entsprechende Dienstebene und die entsprechende Bandbreite für den Ruf ermittelt. Diese Schritte sind bei 701 bzw. 702 angegeben. Es ist wohlverstanden, dass ungeachtet dessen, ob der Teilnehmer einen Anruf beginnt oder ein ankommender Ruf für den Teilnehmer empfangen wird, die übrigen Schritte im Wesentlichen gleich sind.
In dem Fall, dass der rufende Teilnehmer den Anruf im Schritt 701 beginnt, wird das in Zusammenhang mit 17 beschriebene Verfahren zur Bereitstellung der „abgehoben"-Statusinformationen in dem festgelegten Rückwärtskanal für die HIU 301 bereitgestellt, sodass ein entsprechender Rückwärtskanal zugewiesen werden kann, wenn keiner standardmäßig zugewiesen wird.
Dann wird im Schritt 705 in Reaktion auf den Empfang der Statusinformationen, die eine Dienst-Anforderung (wie etwa einen „abgehoben"-Status) angeben, oder auf den Empfang eines ankommenden Anrufs an der HIU die Identität des Kunden durch Prüfen der Dienstebenen-Tabelle festgestellt, die von der HIU 301 im Speicher gehalten wird.
Im Schritt 706 wird die angeforderte und autorisierte Dienstebene für den identifizierten Kunden festgestellt. Das ist beispielsweise damit verbunden, dass festgestellt wird, dass der Teilnehmer einen Dienst, wie etwa ISDN, angefordert hat und autorisiert ist, den ISDN-Dienst oder andere ähnliche Dienstebenen, wie etwa Einsprachenkanal-, Mehrsprachenkanal-, Datenübertragungs-, Sicherheitsdienste usw., zu empfangen.
Nachdem die entsprechende angeforderte und autorisierte Dienstebene für den speziellen Teilnehmer festgestellt worden ist, wird im Schritt 711 die Anzahl von DS0's ermittelt, die für die gewählte Dienstebene benötigt wird. Beispielsweise erfordert ISDN mindestens zwei DS0's (und möglicherweise mehr, wenn ein 2B+D-Dienst bereitgestellt wird), ein normaler Einsprachenkanal erfordert einen DS0, Mehrsprachenkanäle erfordern mehrere DS0's, Sicherheitsdienste erfordern eine regelmäßige Überwachung der CIU, usw.
Im Schritt 713 wird die gewählte Anzahl von benötigten DS0-Datenkanälen unter Verwendung eines Index für die Dienst-Tabelle, die zahlenmäßig nach der Telefongesellschafts-DS0-Anzahl geordnet ist, bestimmt, um zu ermitteln, welche DS0's unbenutzt sind und zur Verwendung zur Erfüllung der Dienst-Anforderung gewählt und zugewiesen werden können. Ebenso wird eine entsprechende Anzahl von Rückwärtskanälen UPn für die gewählte Dienstebene bestimmt. Man wird sich erinnern, dass es in der beschriebenen Ausführungsform 388 verfügbare DS0-Datenkanäle im Rückwärtsspektrum gibt.
Im Schritt 715 wird oder werden der eine oder die mehreren gewählten DS0's im Rückwärtskanal mit bestimmten DS0-Kanälen vom Fernsprechnetz verknüpft, oder bei einem ankommenden Anruf wird die spezielle ankommende DS0-Leitung vom Fernsprechnetz mit dem einen oder mehreren gewählten DS0's im Rückwärtskanal verknüpft. Die gewählten DS0's werden dann einer oder mehreren entsprechenden Rückwärtskanalfrequenzen UPn zugewiesen. In diesem Zusammenhang wird die Dienstebenen-Tabelle von 15 so aktualisiert, dass sie die Zuordnung zwischen Fernsprech-DS0-Kanal-Nummern und Rückwärtskanalfrequenzen im Rückwärtsspektrum widerspiegelt. Das geschieht durch Prüfen der Dienstebenen-Tabelle, um verfügbare Rückwärtskanäle zu ermitteln.
Schließlich werden im Schritt 720 durch Übertragen der CIU-Adresse und Rückwärtskanalkennung gewählte Rückwärtskanalfrequenzen an den speziellen Teilnehmer im Vorwärts-Verzeichniskanal gesendet. Die Identität des Vorwärtskanals DS0 wird auch in der Dienstebenen-Tabelle für ankommende Signale im Vorwärts-Verzeichniskanal erkannt, sodass ankommende Signale aus dem Fernsprechnetz zu einer entsprechenden Vorwärtskanalfrequenz und einem entsprechenden DS0-Kanal zur Bereitstellung für die Teilnehmer-CIU geleitet werden können, die den entsprechenden DS0-Kanal im Vorwärtsspektrum überwacht. Somit ist klar und wohlverstanden, dass Bandbreite in einer wählbar variablen Weise zugewiesen werden kann, um entsprechende Dienstebenen bereitzustellen, die von einem Kunden gewählt worden sind.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 9B und 9C das Daten-Framing oder Datenformat für die digitalen Rückwärtsweg- und Vorwärtsweg-Daten beschrieben, die in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. In 9B umfasst das Rückwärtsweg-Datenformat, das bei der QPSK-Modulation rückwärts übertragen wird, vier Subframes von 27 Byte, um einen einzigen Superframe zu bilden. Die einzelnen Superframes sind identisch und umfassen jeweils ein Framing-Byte (FB) von acht Bit, zwei Datenverbindungs(DL)-Bytes, die jeweils acht Signalisierungsbits enthalten, und 24 DS0-Datenbytes (192 Bit). Der DS0-Datenbyte-Teil entsteht durch Multiplexen der beiden DS0's.
Ein Superframe besteht aus vier Subframes, und ein CRC wird über den Superframeblock berechnet. Das Framing-Byte jedes Subframes umfasst sieben Synchronisationsbits und ein CRC-Bit. Somit gibt es vier CRC-Bits, die mit jedem Superframe übertragen werden, der den CRC-Rest umfasst, der mit dem unmittelbar vorhergehenden Superframe assoziiert ist.
Die DL-Bytes jedes Superframes dienen zum Übertragen von Nachrichten, die die erforderliche Fernsprech-Signalisierung, wie etwa „aufgelegt" und „abgehoben", in der Rückwärtsrichtung angeben. In der bevorzugten alternativen Ausführungsform wird die Zuordnung zwischen einer Teilnehmer-CIU und der Signalisierung durch die HIU-Adressier- und Steuereinheit 42 (4) oder die HIU 301 (11) erreicht. Die Zuordnung zwischen einer Teilnehmer-CIU und einem „aufgelegt"- oder „abgehoben"-Signal wird vorzugsweise durch die vorgegebene Verknüpfung einer bestimmten Rückwärtskanalfrequenz mit einer bestimmten CIU-Adresse bestimmt, die in der von der HIU gehaltenen Dienstebenen-Tabelle gehalten wird. Alternativ könnte die Zuordnung durch Bereitstellen von Adress-Informationen in den DL-Bytes erfolgen, die angeben, welches Gerät des speziellen Teilnehmers die spezielle Signalisierung anzeigt.
Für Rauschüberwachungszwecke enthält jeder Subframe ein CRC-Bit als Teil des Framing-Bytes (FB) und jeder der Subframes enthält auch ein CRC-Bit, das den berechneten CRC für den gesamten Superframe angibt. Wie hier an anderer Stelle in Zusammenhang mit der alternativen Ausführungsform beschrieben ist, weist die Berechnung von falschen CRC's in einem empfangenen Superframe auf das Rauschen in dem Kanal hin und eine zu hohe Anzahl solcher CRC-Fehler, die eine vorgegebene Schwelle überschreitet, führt dazu, dass die Trägerfrequenz bei der alternativen Ausführungsform geändert wird.
9c zeigt das Datenformat oder -Framing im Vorwärtsweg, das bei der QPR-Modulation vorwärts übertragen wird. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Framing als geradzahlige und ungeradzahlige Subframes von 99 Byte organisiert. Die Subframes werden in Vielfache von acht in einem Mehrfachframe oder Superframe eingeteilt, um die CRC-Berechnung zu ermöglichen. Im Gegensatz zu 9A beinhaltet das Datenformat für den Vorwärtsweg bei der alternativen Ausführungsform eine Bereitstellung von 1 Byte für einen Verzeichniskanal (DIR), von 1 Byte für einen Signalisierungskanal (SIG) und von 96 Byte für die Fernsprechdaten, die für jeden Träger 96 DS0's umfassen. Es ist zu erkennen, dass der Verzeichniskanal (DIR) und der Signalisierungskanal (SIG) in jedem Subframe im Vorwärtsweg enthalten sind. Die Kanäle DIR und SIG werden somit ständig an alle mit den CIU's verknüpften Vorwärtsweg-Demodulatoren gesendet, sodass jede CIU den Verzeichniskanal ständig überwachen kann und gegebenenfalls schnell auf einen Befehl zum Ändern von Frequenzen im Rückwärtsspektrum reagieren kann und sehr schnell auf eine Übermittlung der für eine bestimmte CIU bereitgestellten Informationen, z. B. einen Rufzustand für ein gewähltes Teilnehmer-Telefon, reagieren kann. Um den Verzeichniskanal (DIR) unterzubringen, werden bis zu 480 Adresswörter bereitgestellt, an die sich Freimachungsvermerke anschließen, die einen gewählten Kanal angeben, den eine bestimmte adressierte CIU für ihre Rückwärtskanal-Datenübertragung zusammen mit entsprechenden Signalisierungs-Statusinformationen, die mit den adressierten Informationen verknüpft sind, nutzen soll.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, dürfte Fachleuten klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Bidirektionales Signalübertragungssystem zum Empfangen eines gemultiplexten Eingangssignals mit einer Vielzahl von Eingangsdatenkanälen und zum Bereitstellen eines gemultiplexten Ausgangssignals mit einer Vielzahl von Fernsprech-Ausgangskanälen, wobei jeder Eingangsdatenkanal in dem gemultiplexten Eingangsdatensignal einem bestimmten einer Vielzahl von Zielen entspricht, die über ein Breitband-Kommunikationsmedium verbunden sind, und wobei jeder Fernsprech-Ausgangskanal einem bestimmten einer Vielzahl von Quellen entspricht, die über das Breitband-Kommunikationsmedium verknüpft sind, wobei das System Folgendes aufweist: einen ersten Wandler (32) zum Umwandeln von Daten in den Eingangsdatenkanälen in modulierte Vorwärtsträger in Vorwärtskanälen, die mit bestimmten Zielen assoziiert sind; einen ersten Sender (14) zum Senden der modulierten Vorwärtsträger an die Vielzahl der Ziele; mindestens einen Demodulator (92) zum Demodulieren eines zugewiesenen Trägers der modulierten Vorwärtsträger an einem Ziel und zum Rückgewinnen von ankommenden Daten in einem bestimmten Datenkanal, der mit dem bestimmten der Ziele verknüpft ist; mindestens einen Modulator (94) zum Modulieren von abgehenden Fernsprechsignalen von der bestimmten der Vielzahl von Quellen auf einen zugewiesenen Träger für einen einer Vielzahl von Rückwärtskanälen, wobei der zugewiesene Träger aus einer entsprechenden Einzelträgerfrequenz besteht; mindestens einen zweiten Sender (80) zum Senden des modulierten zugewiesenen Trägers von der bestimmten der Quellen und einen zweiten Wandler (34) zum Umwandeln der zugewiesenen Träger in den Rückwärtskanälen in die Fernsprech-Ausgangskanäle für das gemultiplexte Ausgangssignal, gekennzeichnet durch: einen Rauschmonitor zum Überwachen des Rauschpegels in einem bestimmten Rückwärtskanal und ein Gerät (301) zum Neuzuweisen von abgehenden Fernsprechsignalen zu einem Träger auf einer anderen Frequenz in einem anderen Rückwärtskanal in Reaktion auf den überwachten Rauschpegel, der einen vorgegebenen Pegel in dem bestimmten Rückwärtskanal überschreitet.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemultiplexte Eingangssignal ein digitales Standardtelefonsignal ist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Standardtelefonsignal mindestens ein Element aus der Gruppe DS0-Format-Signal, DS1-Format-Signal, DS2-Format-Signal und DS3-Format-Signal umfasst.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemultiplexte Ausgangssignal ein digitales Standardtelefonsignal ist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Standardtelefonsignal mindestens ein Element aus der Gruppe DS0-Format-Signal, DS1-Format-Signal, DS2-Format-Signal und DS3-Format-Signal umfasst.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt die Kopfstelle (14) eines KFS-Netzes ist und die Quellen und Ziele von Daten Teilnehmer des KFS-Netzes sind.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen und Ziele von Daten Teilnehmer in einem Baumnetz sind, das von dem Mittelpunkt ausgeht.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes aufweist: ein Gerät (301), das so betreibbar ist, dass es mindestens einen Rückwärtskanal mit einem Telefonapparat eines bestimmten Teilnehmers verknüpft; und ein Gerät (301) zum Verknüpfen mindestens eines Vorwärtskanals mit dem Telefonapparat.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 7, das weiterhin eine Kunden-Schnittstelleneinheit (CIU) (82) aufweist, die ein Ziel für ankommende Daten und eine Quelle für abgehende Daten definiert, wobei die CIU (82) den mindestens einen Demodulator, den mindestens einen Modulator und den mindestens einen zweiten Sender aufweist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, das weiterhin ein Gerät (301) zum Verknüpfen einer Vielzahl von Rückwärtskanälen und einer Vielzahl von Vorwärtskanälen mit einem einzigen Teilnehmer, um einen Dienst mit wählbar variabler Bandbreite bereitzustellen, aufweist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dienst mit wählbar variabler Bandbreite einen Fernsprechdienst aus der Gruppe Einfachleitungsdienst, Mehrfachleitungsdienst, ISDN-Dienst und T1-Dienst umfasst.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtskanäle einem ersten Band von Frequenzen des Breitband-Kommunikationsmediums entsprechen und die Rückwärtskanäle einem zweiten Band von Frequenzen des Breitband-Kommunikationsmediums entsprechen und dass: mehrere der Modulatoren (94) zum Modulieren der abgehenden Fernsprechsignale von einer bestimmten Quelle in eine Vielzahl von Frequenz-Teilbändern in dem zweiten Band von Frequenzen vorgesehen sind, wobei jeder Modulator ein frequenzagiler Modulator ist, um wählbar variable Bandbreite in dem zweiten Band entsprechend einer gewählten Datenübertragungsfunktion bereitzustellen; der erste Wandler einen Fernsprechnetz-Modulator (32) zum Modulieren von ankommenden Fernsprechsignalen von einem Fernsprechnetz in das erste Band des Breitband-Kommunikationsmediums unter Verwendung eines ersten Modulationsschemas aufweist und die mehreren frequenzagilen Modulatoren zum Modulieren der abgehenden Fernsprechsignale unter Verwendung eines zweiten Modulationsschemas konfiguriert sind.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modulationsschema QPR ist und das zweite Modulationsschema QPSK ist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 12, das weiterhin eine Adressier- und Steuereinheit (ACU) zum Verknüpfen von Frequenz-Teilbändern in dem zweiten Band des Breitband-Kommunikationsmediums mit Teilnehmer-Quellen aufweist.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ACU eine Zuordnungstabelle im Speicher hält, die Informationen zur Verknüpfung aus der Gruppe Teilnehmer-Identifikation, Frequenz-Teilband, Rauschpegel, Dienstebene, Sicherheitsstatus und Leitungsstatus speichert.
Bidirektionales Kommunikationssystem nach Anspruch 12, das weiterhin Folgendes aufweist: eine Broadcast-Message-Nachrichtenquelle zum Erzeugen einer Fernsprechnachricht zum Senden an eine gewählte Gruppe von Zielen in dem Breitband-Kommunikationsmedium und ein Gerät zum Koppeln der Broadcast-Message mit einem Träger in dem ersten Band des Breitband-Kommunikationsmediums zur Datenübertragung zu der gewählten Gruppe von Zielen, wodurch eine Fernsprechnachricht an einer einzigen Quelle erzeugt wird und an mehrere Ziele gesendet wird.
Kunden-Schnittstelleneinheit zum Verbinden mit einem Breitband-Kommunikationsnetz, die so betreibbar ist, dass sie erste Signale in einem ersten Frequenzband von einer mit dem Breitband-Kommunikationsnetz verknüpften Kopfstelle empfängt, zweite Signale von der Kopfstelle empfängt und Fernsprechsignale zwischen einem Teilnehmer und der Kopfstelle überträgt, wobei die Kunden-Schnittstelleneinheit einen ersten Demodulator (92; 420) zum Demodulieren der ersten Signale in das erste Frequenzband und zum Einkoppeln der ersten Signale in einen Ausgangskanal der Kunden-Schnittstelleneinheit aufweist, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (90; 410) zum Empfangen der zweiten Signale und zum Identifizieren, aus den zweiten Signalen, eines einer Vielzahl von Frequenz-Teilbändern in einem zweiten Band von Frequenzen in dem Breitband-Kommunikationsnetz zum Senden von Fernsprechsignalen an die Kopfstelle und einen frequenzagilen Modulator (94; 415a-n), der auf das identifizierte der Vielzahl von Frequenz-Teilbändern in dem zweiten Band von Frequenzen reagiert, zum Modulieren der Fernsprechsignale von der Kunden-Schnittstelleneinheit in das identifizierte Frequenz-Teilband.
Kunden-Schnittstelleneinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Signale eine Nachricht mit Adress-Informationen, die einem gewählten Teilnehmer entsprechen, und mit Frequenz-Teilband-Informationen, die dem einen oder den mehreren gewählten Frequenz-Teilbändern entsprechen, umfassen.
Kunden-Schnittstelleneinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzagile Modulator (94) so betreibbar ist, dass er die Frequenz, auf der Fernsprechsignale an die Kopfstelle gesendet werden, in Reaktion auf einen als zweites Signal empfangenen Befehl von einem ersten Frequenz-Teilband auf ein zweites Frequenz-Teilband ändert.
Kunden-Schnittstelleneinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Fernsprechsignale von der Kopfstelle, die an den Teilnehmer gesendet werden, auch in dem ersten Frequenzband als Vorwärtssignale übertragen werden, wobei die Kunden-Schnittstelleneinheit weiterhin einen zweiten Demodulator zum Demodulieren der Vorwärtssignale in das erste Frequenzband, um ein ankommendes Fernsprechsignal zu erhalten, und zum Einkoppeln des ankommenden Fernsprechsignals in einen Fernsprechkanal aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines bidirektionalen Kommunikationssystems so, dass Fernsprechsignale mit und von einem Fernsprechnetz und mit und von einer Vielzahl von Teilnehmern eines Bezahlsystems mit einem Breitband-Bezahlnetz, das von einer Kopfstelle bis zu den Teilnehmern reicht, gekoppelt werden, mit den Schritten: Empfangen eines gemultiplexten Fernsprechsignals, das eine Vielzahl von vorgegebenen Fernsprechsignalen enthält, in einer Vielzahl von Fernsprechkanälen; Demultiplexen des gemultiplexten Fernsprechsignals, um ein bestimmtes Fernsprechsignal aus einem bestimmten Fernsprechkanal zu erhalten; Senden des bestimmten Fernsprechsignals von der Kopfstelle an einen bestimmten Teilnehmer an einem Teilnehmer-Ziel, das mit dem bestimmten Teilnehmer verknüpft ist, in einem ersten Frequenzband in dem Bezahlsystem; Auswählen eines bestimmten Teilbands in einem zweiten Frequenzband in dem Bezahlsystem, um Teilnehmer-Fernsprechsignale von dem bestimmten Teilnehmer zu empfangen; Senden von Teilnehmer-Fernsprechsignalen von dem bestimmten Teilnehmer an dem Teilnehmer-Ziel an die Kopfstelle in dem gewählten bestimmten Teilband und Einkoppeln der Teilnehmer-Fernsprechsignale in den bestimmten Fernsprechkanal, gekennzeichnet durch: Überwachen des Rauschpegels in dem gewählten bestimmten Teilband und Ändern, in Reaktion auf den überwachten Rauschpegel, der Frequenz von dem gewählten Teilband in dem zweiten Frequenzband auf ein anderes Frequenz-Teilband während einer Datenübertragungsverbindung, die den bestimmten Teilnehmer betrifft.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt des Sendens der Identität des gewählten Teilbands in dem zweiten Frequenzband von der Kopfstelle an den bestimmten Teilnehmer, damit das Teilnehmer-Endgerät die Fernsprechsignale des Teilnehmers in dem gewählten Teilband überträgt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Sendens der Identität des gewählten Teilbands in dem zweiten Frequenzband an den bestimmten Teilnehmer den Schritt des Bereitstellens eines Signalisierungskanals zum Übertragen von Statussignalen zwischen einem Teilnehmer und der Kopfstelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, das weiterhin den Schritt des Überwachens des Rauschpegels in dem gewählten Teilband aufweist und bei dem der Schritt des Änderns der Frequenz des gewählten Teilbands in Reaktion auf eine Feststellung in dem Überwachungsschritt, dass der Rauschpegel in dem gewählten Teilband eine vorgegebene Schwelle überschreitet, ausgeführt wird.