專(zhuān)利名稱(chēng)：用于同時(shí)雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)的局域網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及局域網(wǎng)，特別是涉及用于同時(shí)雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)的局域網(wǎng)。
可傳輸視頻帶寬信號(hào)的局域網(wǎng)是已經(jīng)知道的。


圖1-3示出一些先有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。圖1中，有一個(gè)集線(xiàn)器10，該集線(xiàn)器包含一個(gè)中央處理器和N×N交叉點(diǎn)接線(xiàn)器，N是連接到該集線(xiàn)器10的用戶(hù)通路18的數(shù)目(輸入的數(shù)目及輸出的數(shù)目)。集線(xiàn)器10中的N×N交叉點(diǎn)接線(xiàn)器允許集線(xiàn)器10上的所有的用戶(hù)12彼此通信，但是它僅限于N個(gè)用戶(hù)。
圖2示出圖1的設(shè)置可擴(kuò)大到包含更多用戶(hù)的一種方式。在這種設(shè)置中，三個(gè)用戶(hù)12已經(jīng)從每一個(gè)集線(xiàn)器10除去，其它用戶(hù)端口用于沿著通路14連接其它集線(xiàn)器10。以這種方式，可彼此連接更多的用戶(hù)，但是可連接到這一系統(tǒng)上的用戶(hù)的個(gè)數(shù)是有一個(gè)限度的，因?yàn)槊慨?dāng)添加一個(gè)新的集線(xiàn)器時(shí)，一個(gè)用戶(hù)必須從所有其它集線(xiàn)器上除去。
圖3示出多個(gè)集線(xiàn)器10通過(guò)將它們沿通路16連接到一個(gè)總線(xiàn)20的而能夠相互連接的一種方式。以這種設(shè)置，連接到左邊的集線(xiàn)器10A的用戶(hù)12A與連接到右邊的集線(xiàn)器10C的用戶(hù)12C，可通過(guò)沿著各自至集線(xiàn)器10A的通路18A，沿著至總線(xiàn)20的通路16A傳輸一個(gè)信號(hào)而能夠彼此進(jìn)行通信，其中該信號(hào)占據(jù)了沿整個(gè)總線(xiàn)20的一個(gè)信道，該信號(hào)通過(guò)沿著至集線(xiàn)器10C的通路16C并然后到用戶(hù)12C可被用戶(hù)12C接收。這種設(shè)置的局限在于，一旦總線(xiàn)20上的所有信道被全部占用，則不能再有另外的信號(hào)從集線(xiàn)器到集線(xiàn)器傳輸。如果在用戶(hù)12A與用戶(hù)12C之間在信道1上正在舉行電視會(huì)議，則用戶(hù)12F與12G(頁(yè)面右側(cè)之外)不能同時(shí)在信道1上舉行電視會(huì)議。
圖3的設(shè)置在每一集線(xiàn)器10和總線(xiàn)20之間的連線(xiàn)16數(shù)目上也有嚴(yán)格的限制，使得如果集線(xiàn)器10A與總線(xiàn)20之間只有一個(gè)連線(xiàn)16A，則在任何一個(gè)時(shí)刻只能由用戶(hù)12A使用總線(xiàn)20的一個(gè)信道。這意味著，如果用戶(hù)12A與用戶(hù)12C在信道1上舉行一個(gè)電視會(huì)議，那么另一個(gè)用戶(hù)12A就不能同時(shí)在總線(xiàn)20的另一個(gè)信道上觀看電視。為了向總線(xiàn)20提供更多的連線(xiàn)，用戶(hù)12將不得不從集線(xiàn)器10除去，這又限制了網(wǎng)絡(luò)的功能。
先有技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題在于，如果它們使用雙絞線(xiàn)，則它們?cè)谛盘?hào)衰減到不能使用之前所能夠傳送信號(hào)的距離是非常有限的。
本發(fā)明提供了一種非常通用且價(jià)錢(qián)合理的用于同時(shí)雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)的局域網(wǎng)。
本發(fā)明提供了可用于電視會(huì)議、錄像帶或者攝像機(jī)的遙控及觀看等的局域網(wǎng)。
本發(fā)明提供了允許信道分割的局域網(wǎng)，使得信號(hào)可以在一個(gè)交換矩陣停止并由另一個(gè)在同一信道上向下一個(gè)交換矩陣傳播的信號(hào)替代。這允許比普通的同一信號(hào)在給定的信道上傳輸給所有的用戶(hù)的典型總線(xiàn)做法有更大的靈活性。
本發(fā)明還提供了用于自動(dòng)平衡信號(hào)以補(bǔ)償信號(hào)衰減，使得信號(hào)可通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳送。
圖1是先有技術(shù)中已知的星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖2是先有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)另一類(lèi)型的示意圖；圖3是先有技術(shù)的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖5是圖4的一些網(wǎng)絡(luò)交換性能的簡(jiǎn)略的概念化表示；圖6是表示圖4的一些網(wǎng)絡(luò)交換性能的簡(jiǎn)略的概念化表示；圖7是表示本發(fā)明交換矩陣的一個(gè)最佳實(shí)施例的示意圖；圖7A是類(lèi)似于圖7的示意圖，但是示出了與矩陣中的轉(zhuǎn)換器連接的中央處理器(CPU)；圖8是表示圖7的交換矩陣如何被相互連接以增加更多上行與下行信道的示意圖；圖9是信號(hào)離開(kāi)圖4的在雙絞線(xiàn)上的集線(xiàn)器時(shí)所經(jīng)過(guò)的簡(jiǎn)略的電路圖；圖10是信號(hào)到達(dá)圖4的在雙絞線(xiàn)上的集線(xiàn)器時(shí)所經(jīng)過(guò)的簡(jiǎn)略的電路圖；圖11是表示在本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中，在雙絞線(xiàn)上信號(hào)如何從一個(gè)雙絞終端模塊傳輸?shù)搅硪粋€(gè)雙絞終端模塊的最佳實(shí)施例；圖12是表示通過(guò)一個(gè)集線(xiàn)器(包含交換矩陣)從一用戶(hù)接口到另一個(gè)用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)信號(hào)流的圖示；圖13是表示直接從用戶(hù)接口到用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)信號(hào)流的圖示；圖14是表示通過(guò)一個(gè)集線(xiàn)器從一用戶(hù)接口到另一個(gè)用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)信號(hào)流的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示；
圖15是表示圖14的集線(xiàn)器中的矩陣交換系統(tǒng)的圖示；圖16是表示圖15的用戶(hù)交換系統(tǒng)部分的細(xì)節(jié)的圖示；圖17是表示圖15的信道交換系統(tǒng)部分的細(xì)節(jié)的圖示；圖18是表示圖15的信道雙絞線(xiàn)接口部分的細(xì)節(jié)的圖示；圖19是表示圖14的頻率耦合器及共?！钅?common-to-differential-mode)轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)的圖示；圖20是表示圖14的雙絞終端模塊接收部分、頻率分離器、及頻移鍵控調(diào)制器的圖示；圖21是表示通過(guò)一個(gè)集線(xiàn)器從一用戶(hù)接口到另一個(gè)用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)以及高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)流的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示；圖22是類(lèi)似于圖21的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示，所不同在于與視頻、音頻及數(shù)據(jù)一樣高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)同一矩陣交換系統(tǒng)；圖23是表示兩組直接地從一個(gè)用戶(hù)接口到另一用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)信號(hào)流的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示；圖24是表示直接地從具有外部數(shù)字接口的一用戶(hù)接口到另一個(gè)用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)以及高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)流的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示；以及圖25是表示直接地從具有內(nèi)部數(shù)字接口的一用戶(hù)接口到另一個(gè)用戶(hù)接口的視頻、音頻及數(shù)據(jù)以及高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)流的本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的第一實(shí)施例的一個(gè)例子示于圖4。在這一設(shè)置中示出了幾個(gè)交換集線(xiàn)器100A到F。每一集線(xiàn)器100具有幾個(gè)用戶(hù)102，沿著通路104連接到它們的集線(xiàn)器100。每一集線(xiàn)器100包含一個(gè)中央處理器以及多個(gè)互連的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)以形成一矩陣，這將在以下詳述。在該最佳實(shí)施例中，如同以下將要說(shuō)明的，集線(xiàn)器100也對(duì)信號(hào)進(jìn)行某些處理。
圖4中所示的裝置通過(guò)沿節(jié)點(diǎn)間通路106增加更多的集線(xiàn)器能夠繼續(xù)增加更多的用戶(hù)。如同圖3的總線(xiàn)20那樣，節(jié)點(diǎn)間通路106允許增加更多的集線(xiàn)器，但是因?yàn)槊恳患€(xiàn)器內(nèi)部交換矩陣功能，它具有增加的優(yōu)點(diǎn)，它可對(duì)于由通路106所傳送的信道進(jìn)行分割，使得沿集線(xiàn)器100A與100B之間的節(jié)點(diǎn)間通路106AB的信道1上所載的信號(hào)不同于沿集線(xiàn)器100B與100C之間的節(jié)點(diǎn)間通路106BC的信道上所載的信號(hào)。這意味著，每一信道沿其長(zhǎng)度可傳送各種不同的信號(hào)，因而大大增加了由給定網(wǎng)絡(luò)規(guī)模所能夠傳送的信號(hào)數(shù)目。除了節(jié)點(diǎn)間通路106之外，還有用于傳送數(shù)字信號(hào)的位于集線(xiàn)器100之間的節(jié)點(diǎn)間數(shù)字鏈路103。稍后將詳述該節(jié)點(diǎn)間數(shù)字鏈路103的目的。
在圖2所示的先有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，從一個(gè)集線(xiàn)器到另一個(gè)集線(xiàn)器的每一連接與用戶(hù)連接是相同的。于是如果一個(gè)集線(xiàn)器適配于連接到十個(gè)其它的集線(xiàn)器和六個(gè)用戶(hù)(十六個(gè)輸入和十六個(gè)輸出)，則該集線(xiàn)器必須包含16×16個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)(帶有256個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn))。
在圖3所示的先有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，如果總線(xiàn)20帶有64個(gè)信道，每一集線(xiàn)器10具有到所有64個(gè)信道的通路，并且每一集線(xiàn)器10具有處理16個(gè)用戶(hù)的容量，則根據(jù)先有技術(shù)的原理，每一個(gè)集線(xiàn)器10必須具有(16＋64)×(16＋64)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)(80個(gè)輸入乘八十個(gè)輸出)，或一個(gè)其中具有6400個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明的集線(xiàn)器100中交換矩陣不同于先有技術(shù)在于，它規(guī)定了用戶(hù)、上行通路及下行通路，并提供了優(yōu)化這些通路的功能同時(shí)使得開(kāi)關(guān)點(diǎn)的數(shù)目變得最少的開(kāi)關(guān)。如圖4所示，上行通路及下行通路是節(jié)點(diǎn)間的通路106。例如，對(duì)于矩陣100C，上行通路可以是通路106BC，而下行通路可以是通路106CD。用戶(hù)是用戶(hù)102C。如該圖所示，用戶(hù)102包含一個(gè)用戶(hù)接口，并且不論什么外部裝置都連接到該用戶(hù)接口上，諸如多媒體計(jì)算機(jī)終端，攝像機(jī)，錄像機(jī)，磁帶錄音機(jī)，視頻監(jiān)視器，或者其它產(chǎn)生或接收信號(hào)的裝置等。在該網(wǎng)絡(luò)的首端或者在該網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點(diǎn)間通路106處還可能有一個(gè)用于向網(wǎng)絡(luò)引入諸如有線(xiàn)電視信道的信號(hào)源120。在每一集線(xiàn)器100上還可以有數(shù)字端口，以便使得集線(xiàn)器100除了連接到節(jié)點(diǎn)間通路106之外還能夠由數(shù)據(jù)鏈路103互連。
圖5和6概括了集線(xiàn)器100B內(nèi)的交換矩陣的交換性能。先看圖5，對(duì)于給定的任何直接連接到集線(xiàn)器100B的用戶(hù)102B(稱(chēng)為用戶(hù)102B-1)，當(dāng)用戶(hù)102B-1向集線(xiàn)器100B發(fā)送一信號(hào)時(shí)，該集線(xiàn)器100B內(nèi)的交換矩陣對(duì)于這一信號(hào)進(jìn)行三個(gè)獨(dú)立類(lèi)型的交換作用。它可向任何一個(gè)或者多個(gè)上行通路106AB發(fā)送該信號(hào)或者不向任何上行通路發(fā)送該信號(hào)(第一類(lèi)型交換作用)。它可向任何一個(gè)或者多個(gè)連接到同一集線(xiàn)器100B的用戶(hù)102B發(fā)送該信號(hào)或者不向該集線(xiàn)器上的任何用戶(hù)102B發(fā)送該信號(hào)(第二類(lèi)型交換作用)。第三，它可向任何一個(gè)或者多個(gè)下行通路106BC發(fā)送該信號(hào)或者不向任何下行通路發(fā)送該信號(hào)(第三類(lèi)型交換作用)。這三個(gè)交換作用是獨(dú)立的，因而用戶(hù)102B-1可以同時(shí)作這所有的三件事-即，發(fā)送同一信號(hào)到同一集線(xiàn)器上的其它用戶(hù)，發(fā)送該信號(hào)上行，以及發(fā)送該信號(hào)下行。對(duì)于任何給定的用戶(hù)，所有這些交換作用可以在任何給定的時(shí)刻接通或者斷開(kāi)。
圖6表示當(dāng)用戶(hù)102B-1接收來(lái)自集線(xiàn)器100B的信號(hào)時(shí)。它又顯示出三種不同的交換作用。該用戶(hù)102B-1可以在接收來(lái)自其它任何用戶(hù)之一的信號(hào)時(shí)，能夠接收來(lái)自任何上行通路的一個(gè)信號(hào)，或者可以接收來(lái)自任何下行通路的一個(gè)信號(hào)。雖然這些交換作用也是獨(dú)立的，集線(xiàn)器100B中的中央處理器(CPU)的智能將只允許單一用戶(hù)通路在一個(gè)時(shí)間接收來(lái)自一個(gè)信號(hào)源的信號(hào)，以免信號(hào)的混雜。
圖5和6所示的設(shè)置對(duì)于連接到集線(xiàn)器100B的每一用戶(hù)102B都是正確的，于是在每一用戶(hù)102B與其它每一用戶(hù)102B之間、在每一用戶(hù)102B與每一上行通路106AB之間、以及在每一用戶(hù)102B與每一下行通路106BC之間都實(shí)際存在著雙向通—斷開(kāi)關(guān)。在一個(gè)單交換矩陣中這三種不同的交換作用的效應(yīng)是信道分割。這意味著，例如從下行通路來(lái)到集線(xiàn)器100B的一個(gè)信號(hào)可在集線(xiàn)器100B處停止并由來(lái)自用戶(hù)102B的一個(gè)信號(hào)代替。這在圖3所示的先有技術(shù)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中是不可能的。在諸如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)中這似乎是可能的，但是該網(wǎng)絡(luò)由于其結(jié)構(gòu)而在規(guī)模上必然受到嚴(yán)重的限制。
例如，本發(fā)明中，對(duì)于同一個(gè)用戶(hù)102C通信的一個(gè)用戶(hù)102A將占用沿通路106AB與106BC的一個(gè)信道，但是該信道在其它節(jié)點(diǎn)間通路中將又是開(kāi)放的，諸如106CD，106DE，106EF，等等，于是例如同一個(gè)信道還可由用戶(hù)102D使用與用戶(hù)102F通信。
在圖3的先有技術(shù)的總線(xiàn)設(shè)置中，在集線(xiàn)器處的上行通路與下行通路之間是沒(méi)有區(qū)別的。對(duì)于總線(xiàn)20，從每一集線(xiàn)器10僅存在一個(gè)上行通路或者一個(gè)下行通路—而不是兩者。圖3中的集線(xiàn)器10B開(kāi)關(guān)可向總線(xiàn)20發(fā)送信號(hào)并接收來(lái)自該總線(xiàn)20的信號(hào)。它不能停止信號(hào)沿總線(xiàn)20的傳輸或者以一個(gè)不同的信號(hào)代替沿總線(xiàn)20傳輸?shù)囊粋€(gè)信號(hào)。分割信道的能力給予本發(fā)明對(duì)于固定規(guī)模的節(jié)點(diǎn)間通路106以及固定規(guī)模的交換矩陣100以很大的靈活性。
例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每一集線(xiàn)器100能夠連接到16個(gè)不同的用戶(hù)，64個(gè)上行通路，和64個(gè)下行通路。在先有技術(shù)的總線(xiàn)設(shè)置中，如果在總線(xiàn)20上有64個(gè)不同的通路，則這將是能夠通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘?hào)的最大的數(shù)目。然而，在本發(fā)明中，由于集線(xiàn)器100A與集線(xiàn)器100B之間的64個(gè)通路106AB可以傳送與來(lái)自由集線(xiàn)器100B與100C之間的64個(gè)通路106BC所傳送的那些不同的信號(hào)，而這些信號(hào)又可以不同于沿集線(xiàn)器100C與100D之間的64個(gè)通路沿64個(gè)通路106CD所傳送的信號(hào)，故遠(yuǎn)多于64個(gè)的不同的信號(hào)可沿該網(wǎng)絡(luò)在任何給定的時(shí)間傳輸。于是，由本發(fā)明的集線(xiàn)器100中的交換矩陣使之成為可能的信道分割大大增加了超過(guò)先有技術(shù)的總線(xiàn)設(shè)置的給定規(guī)模的信號(hào)傳送硬件的容量。
如果圖3的先有技術(shù)的集線(xiàn)器10是這樣制成的，使得它們能夠分割沿總線(xiàn)20行進(jìn)的信道，那么根據(jù)先有技術(shù)的原理，這就是必須存在一個(gè)N×N交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，N是進(jìn)出該集線(xiàn)器的通路數(shù)目，每一集線(xiàn)器將不得不包含大量的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，這使得它過(guò)于昂貴。例如，參見(jiàn)圖3的網(wǎng)絡(luò)，如果使得每一集線(xiàn)器10處理16個(gè)用戶(hù)并使得集線(xiàn)器20傳送64個(gè)信道上行和64個(gè)信道下行，則集線(xiàn)器10中的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)將必須為(16＋64＋64)×(16＋64＋64)，或者是具有20，736的開(kāi)關(guān)點(diǎn)的一個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)。然而，圖7所示的本發(fā)明的較佳實(shí)施例，通過(guò)規(guī)定上行端口，下行端口，以及用戶(hù)端口，并設(shè)置多個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)以滿(mǎn)足這種設(shè)置所必須的功能，則僅需要八個(gè)插件板，每一個(gè)有6個(gè)8×16個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，即6144個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)(開(kāi)關(guān)點(diǎn)數(shù)目的減小大約為70％)。這將在以下進(jìn)一步詳述。。在圖4所示的本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的每個(gè)矩陣盒或集線(xiàn)器100，包括一個(gè)中央處理器并包括除了如上描述的交換功能以外的功能，這些功能將在后面詳細(xì)描述?，F(xiàn)在，我們將更為仔細(xì)地專(zhuān)門(mén)考察矩陣盒或集線(xiàn)器100的交換功能。在圖4所示的本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，每個(gè)矩陣盒或集線(xiàn)器100包括圖7所示的幾個(gè)交換矩陣200。圖7所示的交換矩陣200配置為與八個(gè)雙向上行通路202(信道1-8)、八個(gè)雙向下行通路204(信道1-8)，16個(gè)用戶(hù)輸入通路206(TX用戶(hù)1-16)，以及16個(gè)用戶(hù)輸出通路208(RX用戶(hù)1-16)進(jìn)行通信。配置矩陣200和所有的通路以能夠處理視頻帶寬。
如圖7所示的交換矩陣200的一個(gè)較佳實(shí)施例，包括六個(gè)8×16交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)210，212，214，216，218，220。一個(gè)可被使用的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)的例子是Harris模型CD22M3494。每一個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)具有八個(gè)Y坐標(biāo)和十六個(gè)X坐標(biāo)以及用于連接到控制該開(kāi)關(guān)的中央處理器的連接引線(xiàn)腳。在圖7的左上角的上行交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)210具有其連接到八個(gè)雙向上行信道的Y坐標(biāo)(對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)間通路106)，具有其連接到八個(gè)左到右通路211的第一八個(gè)X坐標(biāo)(X0-X7)，和其連接到八個(gè)右到左通路213的第二八個(gè)X坐標(biāo)(X8-X15)。
在圖7的右上角的下行交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)212類(lèi)似地具有其連接到八個(gè)雙向下行通路204的Y坐標(biāo)(對(duì)應(yīng)于另外的節(jié)點(diǎn)間通路1 06)。其第一八個(gè)X坐標(biāo)連接到八個(gè)左到右通路211，并且其第二八個(gè)X坐標(biāo)連接到八個(gè)右到左通路213。上行和下行交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)210，212之間的十六個(gè)通路的方向由多個(gè)放大器/緩存器222確定，這種多放大器/緩存器有諸如共線(xiàn)性(Comlinear)模型CLC 414或者線(xiàn)性技術(shù)(Linear Technology)模型LT 1230。
第一傳輸交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)214具有其連接到上行和下行交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)210，212之間的八個(gè)左到右通路211的Y坐標(biāo)，及其連接到十六個(gè)用戶(hù)輸入206(TX用戶(hù)1-16)的X坐標(biāo)。如同稍后將說(shuō)明的那樣，用戶(hù)輸入信號(hào)在它們到達(dá)集線(xiàn)器100的時(shí)刻與它們到達(dá)用戶(hù)輸入點(diǎn)206的時(shí)刻之間被處理。
第二傳輸交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)220具有其連接到上行和下行交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)210，212之間的八個(gè)右到左通路213的Y坐標(biāo)，及其連接到十六個(gè)用戶(hù)輸入206(TX用戶(hù)1-16)的X坐標(biāo)。
第一接收交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)216具有其連接到八個(gè)右到左通路213的Y坐標(biāo)及連接到十六個(gè)到用戶(hù)208(RX用戶(hù)1-16)的輸出點(diǎn)的X坐標(biāo)。而且如同將在下面說(shuō)明的那樣，到用戶(hù)的信號(hào)將在它們離開(kāi)輸出點(diǎn)208的時(shí)刻和它們到達(dá)集線(xiàn)器100上的用戶(hù)輸出端口的時(shí)刻之間被處理。
第二接收交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)218具有其連接到八個(gè)左到右通路211的Y坐標(biāo)及連接到十六個(gè)到用戶(hù)208(RX用戶(hù)1-16)的輸出點(diǎn)的X坐標(biāo)。
如同以上所述，對(duì)于每一進(jìn)入和離開(kāi)矩陣200的信號(hào)，有幾種交換的可能性。一些例子列出如下1.來(lái)自一個(gè)用戶(hù)并到另一個(gè)用戶(hù)的信號(hào)。
我們假設(shè)User 1正在向矩陣200發(fā)送一個(gè)信號(hào)。該信號(hào)到達(dá)TX用戶(hù)1點(diǎn)，該用戶(hù)點(diǎn)與第一傳輸開(kāi)關(guān)214的XO引線(xiàn)腳以及第二傳輸開(kāi)關(guān)220的XO引線(xiàn)腳通信。通過(guò)傳輸開(kāi)關(guān)214、220之一該信號(hào)可以到達(dá)另一個(gè)用戶(hù)。如果它通過(guò)第一傳輸開(kāi)關(guān)214，它將終止在左到右通路211之一上，然后將通過(guò)第二接收交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)218，并通過(guò)該用戶(hù)的RX用戶(hù)點(diǎn)到達(dá)所選擇的用戶(hù)。如果它通過(guò)第二傳輸開(kāi)關(guān)220，它將終止在右到左通路213之一上，將進(jìn)到第一接收開(kāi)關(guān)216，并然后通過(guò)該用戶(hù)的RX用戶(hù)點(diǎn)輸出到所選擇的用戶(hù)。如果希望發(fā)送該信號(hào)到多于一個(gè)用戶(hù)，那么適當(dāng)?shù)慕邮臻_(kāi)關(guān)216與218可將單一左到右或者右到左通路上的信號(hào)同多個(gè)RX User點(diǎn)連接。
2.來(lái)自一個(gè)用戶(hù)并到一個(gè)上行通路的信號(hào)。
仍然是用戶(hù)1向矩陣盒100發(fā)送一個(gè)信號(hào)，并且該信號(hào)被處理，然后在TX用戶(hù)1點(diǎn)被接收。這個(gè)信號(hào)為了能夠到達(dá)一個(gè)上行通路，它必須通過(guò)第二傳輸開(kāi)關(guān)220，該開(kāi)關(guān)將該信號(hào)置于一個(gè)右到左通路213上，其中該信號(hào)進(jìn)入上行開(kāi)關(guān)210的引線(xiàn)腳X8-X15之一并在該開(kāi)關(guān)的Y引線(xiàn)腳之一離開(kāi)而到節(jié)點(diǎn)間通路106上的一個(gè)上行信道。當(dāng)然，如果需要(雖然并不象是這樣)該上行開(kāi)關(guān)210可被命令發(fā)送該信號(hào)到多于一個(gè)上行信道上，因?yàn)樯闲型肥且槐Ａ舻摹６襾?lái)自用戶(hù)1的信號(hào)可在它如同在上面1中所述那樣到達(dá)另一用戶(hù)的同時(shí)進(jìn)到一個(gè)上行通路。
3.來(lái)自一個(gè)用戶(hù)并到一個(gè)下行通路的信號(hào)。
來(lái)自U用戶(hù)1的該信號(hào)將必須通過(guò)第一傳輸開(kāi)關(guān)214，從而它終止在一個(gè)左到右通路211上。它然后到達(dá)下行開(kāi)關(guān)212的引線(xiàn)腳X0-X7之一并通過(guò)Y引線(xiàn)腳之一離開(kāi)該開(kāi)關(guān)212。
4.來(lái)自一個(gè)上行通路并到一個(gè)用戶(hù)的信號(hào)。
來(lái)自上行通路的信道1的一個(gè)信號(hào)通過(guò)Y引線(xiàn)腳之一到達(dá)上行開(kāi)關(guān)210并通過(guò)X0-X7引線(xiàn)腳之一離開(kāi)而到左到右通路211上。然后它由第二接收開(kāi)關(guān)218接收，在此它是通過(guò)該開(kāi)關(guān)的Y引線(xiàn)腳之一進(jìn)入的。然后它通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)X引線(xiàn)腳離開(kāi)該開(kāi)關(guān)通過(guò)RX用戶(hù)點(diǎn)208而到一個(gè)或者多個(gè)用戶(hù)。又，該信號(hào)在用戶(hù)1的信號(hào)通過(guò)矩陣200的同時(shí)可由一個(gè)或者多個(gè)用戶(hù)接收。例如，用戶(hù)1在它向該矩陣發(fā)送信號(hào)的同時(shí)能夠從一個(gè)上行通路接收一個(gè)信號(hào)，或者用戶(hù)2在用戶(hù)3正在接收一個(gè)上行信號(hào)的同時(shí)能夠接收用戶(hù)1的信號(hào)。然而軟件將會(huì)防止用戶(hù)2同時(shí)從兩個(gè)不同的信號(hào)源接收信號(hào)。
5.來(lái)自一個(gè)上行通路并到一個(gè)下行通路的信號(hào)。
使同一信道1輸入至上行開(kāi)關(guān)210，該信號(hào)將通過(guò)第一八個(gè)X引線(xiàn)腳(X0-X7)之一又離開(kāi)該上行開(kāi)關(guān)210，將到達(dá)左到右通路211之一，并將通過(guò)第一八個(gè)X引線(xiàn)腳(X0-X7)之一進(jìn)入下行開(kāi)關(guān)212，并將通過(guò)下行開(kāi)關(guān)212的Y引線(xiàn)腳之一離開(kāi)而到下行信道204之一。它能夠通過(guò)作為信道1的Y0引線(xiàn)腳離開(kāi)，或者它能夠通過(guò)作為另一信道的另一引線(xiàn)腳離開(kāi)。而且，這顯示出信道分割對(duì)于增加系統(tǒng)的容量是有效的。進(jìn)入作為信道1的的矩陣200的一個(gè)信號(hào)可離開(kāi)作為另外某個(gè)信道，使得信道1通路在網(wǎng)絡(luò)的下行通路部分另作它用。
6.來(lái)自一個(gè)下行通路到一個(gè)用戶(hù)的信號(hào)。
一個(gè)信號(hào)來(lái)自該下行通路的信道5并通過(guò)引線(xiàn)腳Y4進(jìn)入下行開(kāi)關(guān)212。它通過(guò)第二八個(gè)X引線(xiàn)腳(X8-15)之一離開(kāi)下行開(kāi)關(guān)212并到達(dá)右到左通路213。它被第一接收開(kāi)關(guān)216接收并然后通過(guò)離開(kāi)接收開(kāi)關(guān)216的一個(gè)或者多個(gè)X引線(xiàn)腳而發(fā)送到一個(gè)或者多個(gè)用戶(hù)。
7.來(lái)自一個(gè)下行通路并到一個(gè)上行通路的信號(hào)。
一個(gè)信號(hào)來(lái)自該下行通路的信道5并通過(guò)引線(xiàn)腳Y4進(jìn)入下行開(kāi)關(guān)212。如同在先前的例子中，它通過(guò)引線(xiàn)腳(X8-15)之一離開(kāi)下行開(kāi)關(guān)212并到達(dá)右到左通路213。它被上行開(kāi)關(guān)210在引線(xiàn)腳(X8-15)之一處接收并通過(guò)Y引線(xiàn)腳之一而離開(kāi)。
圖7A示出如同圖7所示的同樣的矩陣200，但是它還示出中央處理器及其到矩陣200中的模擬交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)的數(shù)字控制連接。
在矩陣盒或者集線(xiàn)器100中，是多個(gè)如圖8中所示互連的這些矩陣200。相同的TX用戶(hù)點(diǎn)206與矩陣盒100中的所有的矩陣200通信，并且相同的RX用戶(hù)點(diǎn)208與矩陣盒100中的所有的矩陣200通信。每一矩陣200連接到八個(gè)不同的上行信道202(生成將到達(dá)其它矩陣盒的節(jié)點(diǎn)間通路106的部分)以及八個(gè)不同的下行信道204(生成將到達(dá)其它矩陣盒的節(jié)點(diǎn)間通路106的部分)，從而通過(guò)堆積這些矩陣200，矩陣盒100可處理更多的信道。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，有八個(gè)堆積的這種矩陣200而允許同64個(gè)上行信道202以及64個(gè)下行信道204進(jìn)行通信。
在第一較佳實(shí)施例中，模擬視頻信號(hào)在一組矩陣200上被交換，而音頻信號(hào)在一組不同的矩陣200上被交換，于是用于16個(gè)用戶(hù)及64個(gè)信道之中的同時(shí)、雙向的音頻和視頻傳輸，在單獨(dú)一個(gè)矩陣盒100中有八個(gè)節(jié)點(diǎn)間矩陣200用于視頻信號(hào)以及八個(gè)節(jié)點(diǎn)間矩陣200用于音頻信號(hào)。在單獨(dú)一個(gè)矩陣盒100中所有矩陣200由該矩陣盒100的中央處理器控制。
再來(lái)參見(jiàn)圖4，在每一用戶(hù)102或者信號(hào)源120與網(wǎng)絡(luò)之間的是一個(gè)用戶(hù)接口(102的部分)。在該較佳實(shí)施例中，信號(hào)以共模沿節(jié)點(diǎn)間通路106傳輸。信號(hào)從集線(xiàn)器100到用戶(hù)102沿以104所示的通路傳輸，該通路最好是雙絞纜。信號(hào)也可能從一個(gè)用戶(hù)接口102通過(guò)雙絞纜直接傳輸?shù)搅硪粋€(gè)用戶(hù)接口102。在本發(fā)明中，當(dāng)信號(hào)是通過(guò)雙鉸線(xiàn)傳送時(shí)，它們是以差模傳送的，于是在通過(guò)雙鉸線(xiàn)傳送出這些信號(hào)之前用戶(hù)接口102與矩陣盒100把要輸出的信號(hào)從共模轉(zhuǎn)換為差模，并且在從雙鉸線(xiàn)接收信號(hào)時(shí)把信號(hào)從差模轉(zhuǎn)換為共模。
可以設(shè)想，用戶(hù)接口102與集線(xiàn)器100之間的導(dǎo)線(xiàn)104(參見(jiàn)圖4)將包含四對(duì)雙鉸線(xiàn)，最好是以具有八個(gè)引線(xiàn)腳的RJ45接頭終止。在該較佳實(shí)施例中，引線(xiàn)腳1與2傳輸帶有控制數(shù)據(jù)的音頻，引線(xiàn)腳4與5傳輸視頻，引線(xiàn)腳3與6接收帶有控制數(shù)據(jù)的音頻，以及引線(xiàn)腳7與8接收視頻。于是，這樣在一條八線(xiàn)雙絞纜中可傳輸同時(shí)的、雙向的、實(shí)時(shí)的音頻、視頻、和數(shù)據(jù)信號(hào)。在該較佳實(shí)施例中，帶有64個(gè)雙向共模音頻和視頻信道傳輸容量的節(jié)點(diǎn)間通路是由128條電纜構(gòu)成的。
為了易于說(shuō)明，我們將參照用戶(hù)接口盒102以及矩陣盒100部分，這些部分作為雙鉸線(xiàn)終端模塊350處理這一信號(hào)的轉(zhuǎn)換。如果需要，這些終端模塊350也可以在盒100、200之外獨(dú)立地操作。圖11示出雙鉸線(xiàn)終端模塊350及其處理信號(hào)的方式。
來(lái)自外部裝置的信號(hào)現(xiàn)在參見(jiàn)圖11，有兩個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊350通過(guò)雙鉸線(xiàn)316連接在一起。在上面的雙鉸線(xiàn)終端模塊350的左上部分是系統(tǒng)輸入300。這是共模輸入(例如，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)終結(jié)NTSC信號(hào))。它可以來(lái)自一個(gè)攝像機(jī)，一有線(xiàn)電視信道，一話(huà)筒，或者其它信號(hào)源。該信號(hào)通過(guò)一個(gè)視頻緩沖器310，由一轉(zhuǎn)換器312轉(zhuǎn)換為差模，通過(guò)作為一個(gè)運(yùn)算放大器的差模線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器314，然后通過(guò)雙鉸線(xiàn)316輸出。執(zhí)行這些功能的電路示于圖9中，并在后面說(shuō)明。
來(lái)自雙鉸線(xiàn)的信號(hào)沿著下面的雙鉸線(xiàn)終端模塊350的左側(cè)的雙鉸線(xiàn)316，我們可見(jiàn)當(dāng)差模信號(hào)在該模塊350被接收時(shí)所發(fā)生的過(guò)程。首先，該信號(hào)在轉(zhuǎn)換器318從差模轉(zhuǎn)換為共模。它通過(guò)平衡電路320以補(bǔ)償信號(hào)衰減，它通過(guò)共模視頻驅(qū)動(dòng)器322，并然后向一外部輸出324輸出。執(zhí)行這些功能的電路示于圖10中并在后面說(shuō)明。
由于平衡電路320，故能夠使得同時(shí)、雙向信號(hào)通過(guò)同一電纜中的兩對(duì)雙鉸線(xiàn)。本發(fā)明克服了困擾先有技術(shù)裝置的信號(hào)衰減和串音問(wèn)題。
圖11的右側(cè)與左側(cè)相同但是相反。看下面的雙鉸線(xiàn)終端模塊350的右下角，又有一個(gè)系統(tǒng)輸入300，該輸入通過(guò)視頻緩存器310，通過(guò)轉(zhuǎn)換該信號(hào)從共模為差模的轉(zhuǎn)換器312，通過(guò)差模線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器314，并通過(guò)雙鉸線(xiàn)316輸出。當(dāng)差分信號(hào)通過(guò)上面模塊350的右側(cè)雙鉸線(xiàn)316被接收時(shí)，它在轉(zhuǎn)換器318從差模轉(zhuǎn)換為共模，該信號(hào)在320被平衡，并且該信號(hào)通過(guò)共模驅(qū)動(dòng)器322到一輸出324，該輸出可能是視頻監(jiān)視器，揚(yáng)聲器，等等。在圖11中可以看出，該平衡電路是數(shù)字式控制的。這一控制最好來(lái)自該電路所位于的盒中的中央處理器。
圖9表示用于通過(guò)雙鉸線(xiàn)以共模輸入而以差模輸出的信號(hào)的電路。它的功能如下信號(hào)在端口300進(jìn)入(對(duì)應(yīng)于圖11中系統(tǒng)的輸入300)，并通過(guò)運(yùn)算放大器A1，該放大器提供與外部系統(tǒng)匹配的信號(hào)電平與阻抗。第二運(yùn)算放大器A2是作為反相器接入的，并產(chǎn)生差分信號(hào)的負(fù)向分量，同時(shí)通過(guò)阻抗匹配電阻器驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路。第三運(yùn)算放大器A3是作為非反相驅(qū)動(dòng)器接入的，并產(chǎn)生差分信號(hào)的正向分量，同時(shí)通過(guò)阻抗匹配電阻器驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路。差分信號(hào)的負(fù)向分量在點(diǎn)252離開(kāi)到達(dá)雙鉸線(xiàn)316之一，而差分信號(hào)的正向分量在點(diǎn)254離開(kāi)到達(dá)另一雙鉸線(xiàn)316。圖10表示用于作為差分信號(hào)經(jīng)過(guò)雙鉸線(xiàn)316輸入雙鉸線(xiàn)終端模塊350而以共模離開(kāi)的信號(hào)的電路。它的功能如下差分信號(hào)在兩對(duì)雙鉸線(xiàn)上到達(dá)點(diǎn)256、258。運(yùn)算放大器A5提供輸入電阻匹配的阻抗，信號(hào)電平匹配，幅度/頻率補(bǔ)償(平衡)，以及差分信號(hào)到共模信號(hào)的轉(zhuǎn)換。單元C1到C5由無(wú)源電路構(gòu)成并由A5放大器使用以提供幅度/頻率補(bǔ)償(平衡)。每一單元調(diào)諧到雙鉸線(xiàn)的特定的長(zhǎng)度。中央處理器知道來(lái)到點(diǎn)256、258的雙鉸線(xiàn)316的長(zhǎng)度并數(shù)字化控制模擬多路復(fù)用器DC1與DC2，這些多路復(fù)用器引導(dǎo)單元C1到C16以便對(duì)于該長(zhǎng)度提供適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。放大器A4是與外部系統(tǒng)接口的輸出驅(qū)動(dòng)器。
圖12是一簡(jiǎn)略的圖示，該圖有助于認(rèn)清雙鉸線(xiàn)終端模塊350在用戶(hù)接口102及矩陣盒100中是如何起作用的，以及音頻、視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)是如何通過(guò)圖4的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹榱藥椭闯鍪裁词巧闲幸约笆裁词窍滦?，圖12中的矩陣盒或集線(xiàn)器標(biāo)為盒100C，上行信道在通路106BC之中，到達(dá)集線(xiàn)器100B，并且下行信道在通路106CD之中，到達(dá)集線(xiàn)器100D。示出兩個(gè)用戶(hù)102C1與102C2，每一個(gè)由連接到集線(xiàn)器100C的兩對(duì)雙鉸線(xiàn)連接。當(dāng)然，連接到集線(xiàn)器100C的每一個(gè)用戶(hù)102C將具有類(lèi)似的連接。
視頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳輸首先看用戶(hù)接口102C1的左上部分，其中有在點(diǎn)400的到用戶(hù)接口102C1的視頻輸入。這一視頻輸入是共模。例如該輸入通過(guò)同軸電纜可來(lái)自攝像機(jī)、有線(xiàn)電視、或者錄像機(jī)。該模擬視頻信號(hào)通過(guò)雙鉸線(xiàn)終端裝置350，該裝置已經(jīng)參見(jiàn)圖9、10及11進(jìn)行了說(shuō)明。然后該視頻信號(hào)在點(diǎn)402作為差分信號(hào)離開(kāi)該終端裝置350。該信號(hào)通過(guò)雙鉸線(xiàn)404傳送并在集線(xiàn)器100C的用戶(hù)輸入端口406被接收，其中該信號(hào)通過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端裝置350，該裝置將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為共模并平衡該信號(hào)。然后該視頻信號(hào)到達(dá)矩陣200V的TXUser，該矩陣與關(guān)于圖7所作描述的矩陣200相同。該視頻信號(hào)通過(guò)矩陣200V被交換控制，以盒100C的中央處理器在需要對(duì)該信號(hào)選定正確的方向時(shí)閉合交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)點(diǎn)。如果該信號(hào)進(jìn)到上行信道106BC，則不再作信號(hào)的進(jìn)一步處理，并且該信號(hào)通過(guò)上行信道端口之一離開(kāi)盒100C。類(lèi)似地，如果該信號(hào)進(jìn)到下行信道106CD，則不再作信號(hào)的進(jìn)一步處理，并且該信號(hào)通過(guò)下行信道端口之一離開(kāi)盒100C。如果該信號(hào)進(jìn)到連接到盒100C的另一用戶(hù)，諸如示于集線(xiàn)器100C右側(cè)的用戶(hù)102C2，則信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)腞X User點(diǎn)離開(kāi)矩陣200V并通過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊350，在此該信號(hào)被轉(zhuǎn)換為差模并通過(guò)雙鉸線(xiàn)408發(fā)送出去。該信號(hào)在用戶(hù)接口102C2接收，經(jīng)過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊350，在此該信號(hào)被轉(zhuǎn)換回共模，被平衡，并通過(guò)端口410離開(kāi)用戶(hù)接口102C2到達(dá)錄像機(jī)，視頻監(jiān)視器，或者其它用于接收視頻信號(hào)的裝置。
音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)的傳輸再看圖12中的第一用戶(hù)接口102C1的左邊，一個(gè)模擬音頻信號(hào)進(jìn)入端口420的該用戶(hù)接口。這實(shí)際上是兩個(gè)音頻信號(hào)，左和右立體聲，來(lái)自帶有聲音的攝像機(jī)，磁帶錄音或者錄像機(jī)或者共模的其它音頻信號(hào)源。而且，數(shù)據(jù)可以在四個(gè)不同的點(diǎn)輸入到該用戶(hù)接口102C1。紅外遙控信號(hào)形式的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)可通過(guò)IR窗口422輸入。諸如鼠標(biāo)或者鍵盤(pán)命令等其它數(shù)字控制數(shù)據(jù)可通過(guò)端口424或者426輸入。還可通過(guò)端口428輸入外部載頻。
在端口420輸入的左和右音頻信號(hào)在調(diào)頻器(FMM)被調(diào)頻。通過(guò)端口422、424或者426輸入的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)首先通過(guò)用于用戶(hù)接口的中央處理器(CPU)，然后以數(shù)字信號(hào)的形式到達(dá)頻移鍵控調(diào)制器(FSK M)，該調(diào)制器將該信號(hào)送往頻率耦合器(FC)。該頻率耦合器使得音頻信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)耦合。如果一個(gè)信號(hào)已經(jīng)通過(guò)外部載頻端口428輸入，則該信號(hào)直接進(jìn)到該頻率耦合器(FC)，在此該信號(hào)與音頻及控制數(shù)據(jù)耦合在一起。然后這一共模音頻/數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入雙鉸線(xiàn)終端模塊350，在此該信號(hào)以差模離開(kāi)雙鉸線(xiàn)430并到達(dá)集線(xiàn)器100C。該信號(hào)通過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊350，在此該信號(hào)被轉(zhuǎn)換為共模。然后這一音頻/數(shù)據(jù)組合信號(hào)通過(guò)頻移鍵控分離器(FSK S)，在此系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)是通過(guò)端口422、424或426進(jìn)入用戶(hù)接口102C1的)作為數(shù)字信號(hào)被分離出并被送往集線(xiàn)器100C的中央處理器(CUP)，該中央處理器控制集線(xiàn)器盒100C中的音頻與視頻矩陣200A與200V。多路復(fù)用的音頻/外部載頻信號(hào)通過(guò)音頻矩陣200A并能夠通過(guò)節(jié)點(diǎn)間通路106BC進(jìn)到上行信道，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間通路106CD進(jìn)到下行信道，或者通過(guò)到頻移鍵控耦合器(FSKC)442而到達(dá)連接到同一盒100C的用戶(hù)102C。
該中央處理器(CUP)作用在它從頻移鍵控解調(diào)器(FSK D)接收到的數(shù)字控制信號(hào)以及它從上行和下行數(shù)字鏈路103所接收到的任何數(shù)字信號(hào)。如果該控制信號(hào)是一個(gè)路由信號(hào)，例如指示在102C1上的用戶(hù)希望建立與在102C2的用戶(hù)以及同上行用戶(hù)和下行用戶(hù)的進(jìn)行通信的信號(hào)，則該CPU控制在它自己的盒100C中的必要的視頻與音頻矩陣交換以建立這些路由。該中央處理器還將通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)字鏈路103向上行矩陣盒(諸如100A與B)及下行矩陣盒(諸如100D和E)的CPU發(fā)送信號(hào)，以便引起這些CPU閉合它們的矩陣盒100中的適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)用于通向更遠(yuǎn)的用戶(hù)。如果盒100C處的CPU通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路103收到來(lái)自另一個(gè)用戶(hù)102C或者來(lái)自上行或者下行盒的數(shù)字控制信號(hào)，或者如果在盒100C處的CPU產(chǎn)生了它自己的而應(yīng)當(dāng)傳送到在盒100C的用戶(hù)102C的信號(hào)(諸如控制用戶(hù)接口102C2或者連接到用戶(hù)接口102C2的攝像機(jī)的信號(hào))，則它將通過(guò)頻移鍵控調(diào)制器440(FSK M)發(fā)送該控制信號(hào)或者多個(gè)信號(hào)，該調(diào)制器發(fā)送該信息到頻移鍵控耦合器(FSK C)442，在此該信息信號(hào)分量與離開(kāi)音頻矩陣200A到用戶(hù)接口102C2的信號(hào)多路復(fù)用。從以上的說(shuō)明，顯然控制數(shù)據(jù)不會(huì)通過(guò)帶有音頻信號(hào)和外部載頻的矩陣傳輸。這允許在系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)集線(xiàn)器100C時(shí)對(duì)其進(jìn)行隔離。原始信號(hào)被讀出，其指令被輸出，并且該信號(hào)終止。然后該CPU使得該信號(hào)重新格式化或者產(chǎn)生它自己的信號(hào)，并如果必要?jiǎng)t在適當(dāng)?shù)姆较蛏习l(fā)送所輸出的控制信號(hào)。離開(kāi)了頻移鍵控耦合器442的組合的音頻/數(shù)據(jù)信號(hào)又通過(guò)雙鉸線(xiàn)終端模塊350，通過(guò)一個(gè)輸出端口離開(kāi)集線(xiàn)器100C，通過(guò)雙鉸線(xiàn)450到達(dá)用戶(hù)接口102C2，在此該模擬音頻/數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)另一雙鉸線(xiàn)終端模塊350的接收側(cè)，繼續(xù)到達(dá)了頻率分離器(FS)452，該頻率分離器分離出到通路454上的控制信號(hào)，分離出到通路456上的外部載頻，并向通路458發(fā)送出多路復(fù)用的音頻信號(hào)。該外部載頻離開(kāi)用戶(hù)接口102C2而沒(méi)有進(jìn)一步的信號(hào)處理。多路復(fù)用的音頻信號(hào)由調(diào)頻解調(diào)器460進(jìn)行去復(fù)用并作為分離的左和右音頻信號(hào)離開(kāi)。然后在通路454上的控制數(shù)據(jù)通過(guò)將其還原為數(shù)字形式的一個(gè)頻移鍵控解調(diào)器(FSK D)并而后到達(dá)用戶(hù)接口102C2的CPU。然后該CPU通過(guò)數(shù)字輸入/輸出端口RS-232A，RS-232B之一，或者紅外窗口IR發(fā)送需要向一個(gè)裝置輸出的任何控制信號(hào)。
從以上所述顯然，這是一個(gè)雙向網(wǎng)絡(luò)，于是例如第二個(gè)用戶(hù)接口102C2可按照第一個(gè)用戶(hù)接口102C1同樣的方式發(fā)送出信號(hào)，并且第一個(gè)用戶(hù)接口102C1可按照第二個(gè)用戶(hù)接口102C2的同樣的方式接收信號(hào)。類(lèi)似地，信號(hào)可以按照它們離開(kāi)的同樣的方式從上行和下行來(lái)到矩陣盒100C。
圖13示出用戶(hù)接口之間的直接連接。這些用戶(hù)接口102單獨(dú)存在而不連接到任何集線(xiàn)器。由于這是簡(jiǎn)單地點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，而不需要交換。在這種情形下，視頻信號(hào)從共模轉(zhuǎn)換為差模以通過(guò)用戶(hù)接口102之間的雙鉸線(xiàn)輸送，并在接收時(shí)還原為共模。音頻信號(hào)被多路復(fù)用并與數(shù)據(jù)信號(hào)組合。組合的音頻/數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為差模用于在雙鉸線(xiàn)上傳輸。在通過(guò)雙鉸線(xiàn)接收時(shí)，組合的音頻/數(shù)據(jù)信號(hào)被轉(zhuǎn)換還原為共模，該數(shù)據(jù)被分離出，并且音頻被解復(fù)用。
根據(jù)本發(fā)明所制成的交換矩陣的另一實(shí)施例示于圖14。圖14示出一個(gè)集線(xiàn)器750和連接到集線(xiàn)器750的兩個(gè)用戶(hù)530C1及530C2。從交換矩陣500發(fā)出的“上行”信道860與“下行”信道870允許集線(xiàn)器750被連接到其它集線(xiàn)器。在這一較佳實(shí)施例中，有16個(gè)用戶(hù)通路830通向集線(xiàn)器750，16個(gè)用戶(hù)880離開(kāi)該集線(xiàn)器，八個(gè)雙向“上行”信道860和八個(gè)雙向“下行”信道870。(圖14中只表示出兩個(gè)用戶(hù)，但是該較佳實(shí)施例設(shè)定有十六個(gè)用戶(hù)被連接到該集線(xiàn)器上。)圖14的集線(xiàn)器750中的交換矩陣500完成基本上類(lèi)似于圖7的矩陣200的功能，但是具有較少的開(kāi)關(guān)點(diǎn)。
如果圖3的先有技術(shù)的集線(xiàn)器10是這樣制成的，使得它們能夠分割沿總線(xiàn)20傳輸?shù)男诺溃瑒t根據(jù)先有技術(shù)原理，必須有N×N個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，N是出入該集線(xiàn)器的通路數(shù)，每一集線(xiàn)器將不得不包含大量的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，而使得它非常昂貴。例如，看圖3的網(wǎng)絡(luò)，如果要使得每一集線(xiàn)器10處理16個(gè)用戶(hù)，并且使得總線(xiàn)20傳輸8個(gè)信道上行和8個(gè)信道下行，則集線(xiàn)器10中的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)將是(16＋8＋8)×(16＋8＋8)，即具有1,024個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)。圖14的實(shí)施例具有三個(gè)8×16交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)3(8×16)和16個(gè)雙路開(kāi)關(guān)16(2×1)以完成同樣的功能，即416個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)。這比NxN交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)所需開(kāi)關(guān)點(diǎn)的一半還少。
組合的音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)可沿用戶(hù)到集線(xiàn)器通路830從用戶(hù)接口530C1及530C2傳輸?shù)郊€(xiàn)器750矩陣系統(tǒng)500，這里它們可以沿集線(xiàn)器到用戶(hù)通路880到另一用戶(hù)，或者輸出到一個(gè)上行信道860或者下行信道870。信號(hào)可在一個(gè)上行信道860上進(jìn)入到矩陣系統(tǒng)500，并可輸出到用戶(hù)530C1及530C2，或者可輸出到下行信道870上。信號(hào)還可以進(jìn)入在一個(gè)下行信道870上的矩陣系統(tǒng)500，并可輸出到用戶(hù)530C1及530C2，或者輸出到上行信道860上。矩陣系統(tǒng)500中的所有的開(kāi)關(guān)點(diǎn)是由中央處理器(CPU)700數(shù)字控制。一個(gè)用戶(hù)通過(guò)從鍵盤(pán)輸入命令來(lái)控制該系統(tǒng)中信號(hào)的交換和在該系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)路由，這些命令沿用戶(hù)通路830傳送到集線(xiàn)器750，在此它們被解釋引起CPU 700向矩陣交換系統(tǒng)500給出適當(dāng)?shù)拿睢?br> 矩陣交換系統(tǒng)500更為詳細(xì)地示于圖15之中。矩陣交換系統(tǒng)500包括具有一個(gè)傳輸部分602和一個(gè)接收部分604的用戶(hù)交換系統(tǒng)600。它還包括一個(gè)信道交換系統(tǒng)640和具有一個(gè)上行信道部分654和一個(gè)下行信道部分656的信道雙鉸線(xiàn)路接口658。沿十六個(gè)用戶(hù)傳輸通路任何一個(gè)到達(dá)矩陣500的信號(hào)進(jìn)入用戶(hù)交換系統(tǒng)600的傳輸部分602。傳輸部分602包括對(duì)于這些輸入的信號(hào)選擇沿八個(gè)傳輸通路606通往信道交換系統(tǒng)640的路由的開(kāi)關(guān)，信道交換系統(tǒng)640包括可按照路由沿著傳輸通路612發(fā)送這些信號(hào)到上行信道雙鉸線(xiàn)路接口654和/或沿著傳輸通路614到下行信道雙鉸線(xiàn)路接口656。八個(gè)傳輸通路612分別通往八個(gè)上行信道860，并且八個(gè)傳輸通路614分別通往八個(gè)下行信道870。在信道雙鉸線(xiàn)路接口658沒(méi)有交換或者路由選擇發(fā)生。接口658只是用來(lái)轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)從共模為差模，以及轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)從差模為共模，因?yàn)樾盘?hào)是以差模沿信道860，870傳輸，但是它們以共模通過(guò)矩陣交換系統(tǒng)500。
在矩陣500處接收的來(lái)自上行通路860的信號(hào)在雙鉸線(xiàn)路接口658的“上行”信道部分654被轉(zhuǎn)換為共模，并沿各自的上行信道接收通路616到達(dá)信道交換系統(tǒng)640。在矩陣500處接收的來(lái)自下行通路870的信號(hào)在雙鉸線(xiàn)路接口656的“下行’信道部分656被轉(zhuǎn)換為共用模式，并沿各自的下行信道接收通路618到達(dá)信道交換系統(tǒng)640。信道交換系統(tǒng)640平衡該輸入信號(hào)并將其發(fā)送到用戶(hù)接收信道608或者到上行傳輸通路612或者到下行傳輸通路614，這取決于CPU所接收的命令。在用戶(hù)接收信道608上傳送的信號(hào)進(jìn)入用戶(hù)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)600的接收部分604，在此這些信號(hào)被傳送到一個(gè)或者多個(gè)用戶(hù)接收通路520。圖15中的模塊的細(xì)節(jié)示于后繼的附圖中。信號(hào)的平衡也將在后面詳述。
圖16更為詳細(xì)地示出圖15的用戶(hù)交換系統(tǒng)600。傳輸部分602表示在用戶(hù)交換系統(tǒng)的上半部分，接收部分604表示在下半部分。傳輸部分602包括一個(gè)數(shù)字控制的8×16個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)610。沿用戶(hù)傳輸通路510到達(dá)的信號(hào)進(jìn)到交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)610。從交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)610有八個(gè)通路606通往信道交換系統(tǒng)640。交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)610可將任何輸入的用戶(hù)通路510與任何一個(gè)或者多個(gè)信道傳輸通路606連接起來(lái)。
用戶(hù)交換系統(tǒng)600的接收部分604包括一個(gè)數(shù)字控制的8×16個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)620。接收部分640接收沿著八個(gè)接收信道608來(lái)自信道交換系統(tǒng)640的信號(hào)并交換它們到十六個(gè)用戶(hù)接收通路520中的一個(gè)或者多個(gè)。
圖17詳示出圖15的信道交換系統(tǒng)640。由用戶(hù)所發(fā)送的信號(hào)離開(kāi)用戶(hù)交換系統(tǒng)600，沿傳輸信道600傳輸，并進(jìn)入信道交換系統(tǒng)640。信號(hào)還可從雙鉸線(xiàn)路接口658的上行信道部分654沿通路616進(jìn)入信道交換系統(tǒng)640，或者從雙鉸線(xiàn)路接口658的下行信道部分656沿通路618進(jìn)入。沿著通路616、618從上行或者下行信道到達(dá)信道交換系統(tǒng)640的信號(hào)進(jìn)到信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642。到達(dá)信道交換系統(tǒng)640的信號(hào)可分別通過(guò)上行和下行信道交換開(kāi)關(guān)644，646發(fā)送到上行或者下行信道或者用戶(hù)。上行信道雙路交換開(kāi)關(guān)644用于發(fā)送來(lái)自用戶(hù)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)600的傳輸部分602的信號(hào)到上行信道傳輸通路612，并用于發(fā)送來(lái)自信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642的信號(hào)到上行信道傳輸通路612。下行信道雙路交換開(kāi)關(guān)646用于發(fā)送來(lái)自用戶(hù)交換系統(tǒng)600的傳輸部分602的信號(hào)到下行信道傳輸通路614，并用于發(fā)送來(lái)自信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642的信號(hào)到下行信道傳輸通路614。上行信道傳輸通路612把信號(hào)通過(guò)上行信道雙鉸線(xiàn)路接口654送到上行信道通路860。下行信道傳輸通路614把信號(hào)通過(guò)下行信道雙鉸線(xiàn)路接口656送到上行信道通路870。
沿著上行信道接收通路616和下行信道接收通路618到達(dá)信道交換系統(tǒng)640的信號(hào)進(jìn)到數(shù)字控制的8×16交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)630，該交換開(kāi)關(guān)沿著八個(gè)通路619之一發(fā)送這些信號(hào)到信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642。
信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642平衡在沿著雙鉸線(xiàn)傳輸時(shí)該信號(hào)出現(xiàn)的衰減。信道交換系統(tǒng)640中的自動(dòng)平衡的細(xì)節(jié)與圖14中所示的雙絞終端模塊550的接收部分540中的自動(dòng)平衡是相同的。在雙絞終端模塊550中的自動(dòng)平衡將在圖20的描述中說(shuō)明。
離開(kāi)信道自動(dòng)平衡系統(tǒng)642的信號(hào)能夠沿著通路608到達(dá)用戶(hù)交換系統(tǒng)600的接收部分604。該信號(hào)也可以通過(guò)被選擇的上行和下行信道交換開(kāi)關(guān)644，646的傳送在集線(xiàn)器之間繼續(xù)傳送到通向上行信道的通路612或者傳送到通向下行信道的通路614。該上行信道和下行信道雙路交換開(kāi)關(guān)644，646和交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)630是由中央處理器(CPU)700數(shù)字式地控制的。
圖18更詳細(xì)地示出圖15的雙鉸線(xiàn)信道接口658。該雙鉸線(xiàn)信道接口658包括一個(gè)交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)635。它接收來(lái)自輸入通路612，614，來(lái)自上行信道860，和來(lái)自下行信道870的輸入。它沿著輸出通路616，618，上行信道860，以及下行信道870向外發(fā)送信號(hào)。數(shù)字式控制的8×16交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)635被包含在雙鉸線(xiàn)信道接口658中，僅為阻抗匹配之用。交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)635不涉及信號(hào)的任何交換或路由發(fā)送。來(lái)自信道交換系統(tǒng)640的信號(hào)沿著通路612和614到達(dá)并且傳輸?shù)剿鼈兏髯缘碾p向雙鉸線(xiàn)接口650。然后，在信號(hào)沿著一個(gè)輸出的上行信道通路860或者下行信道通路870的離開(kāi)雙鉸線(xiàn)信道接口658之前，各自的雙向雙鉸線(xiàn)接口650將信號(hào)從共模轉(zhuǎn)換成差模。在雙鉸線(xiàn)路接口658處，將要被接收的來(lái)自八個(gè)上行信道860以及八個(gè)下行信道870的信號(hào)進(jìn)入它們各自的雙向雙鉸線(xiàn)接口650，在此，它們從差模轉(zhuǎn)換成共模然后沿著它們各自接收的通路616(對(duì)于上行信道)或者618(對(duì)于上行信道)傳送到信道交換系統(tǒng)640。
已經(jīng)說(shuō)明了矩陣交換系統(tǒng)500的各分量，現(xiàn)在我們可以轉(zhuǎn)向圖14看看信號(hào)是如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹?br> 視頻信號(hào)來(lái)源于用戶(hù)接口的視頻輸入800，諸如用戶(hù)接口530C1，并且可以來(lái)自例如視頻編碼解碼器，視盤(pán)播放器，攝像機(jī)，有線(xiàn)電視，或者錄像機(jī)。這一模擬信號(hào)是共模的。該信號(hào)傳送到頻率耦合器810，在此信號(hào)向集線(xiàn)器750傳輸之前與音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)組合。該頻率耦合器更詳細(xì)地示于圖19，稍后我們將參見(jiàn)該圖。
音頻信號(hào)來(lái)源于用戶(hù)接口音頻輸入900、902，諸如用戶(hù)接口530C1。這些音頻信號(hào)，左和右立體聲，可能來(lái)自視頻編碼解碼器、視盤(pán)播放器、有聲攝像機(jī)、磁帶錄音或者錄像機(jī)、或者共模的其它音頻源。左和右音頻信號(hào)通過(guò)頻率調(diào)制器920、922。被調(diào)制的音頻信號(hào)也傳輸?shù)筋l率耦合器810，在此它們通過(guò)傳輸線(xiàn)路830輸出到集線(xiàn)器750之前與視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)組合。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)在數(shù)據(jù)輸入910處輸入到一個(gè)用戶(hù)接口，諸如用戶(hù)接口530C1。通過(guò)數(shù)據(jù)輸入910輸入的用戶(hù)數(shù)據(jù)首先通過(guò)用于用戶(hù)接口530C1的中央處理器(CPU)701，然后仍然以數(shù)字信號(hào)的形式輸送到第一頻移鍵控調(diào)制器930。系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)從中央處理器701輸送到第二頻移鍵控調(diào)制器940。這些第一與第二頻移鍵控調(diào)制器930、940將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)施加到模擬數(shù)據(jù)信號(hào)上。被調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)到它們的用戶(hù)接口530C1的頻率耦合器810，在此它們與音頻及視頻信號(hào)組合。
然后來(lái)自用戶(hù)接口530C1的頻率耦合器810組合的音頻、視頻與數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)其各個(gè)雙鉸線(xiàn)終端裝置550的傳輸部分560，該裝置將該信號(hào)從共模轉(zhuǎn)換為差模。圖19更為詳細(xì)示出頻率耦合器810與共模到差模轉(zhuǎn)換器560?；氐綀D14，組合信號(hào)離開(kāi)雙鉸線(xiàn)終端裝置550的傳輸部分560，通過(guò)雙鉸線(xiàn)830，并在集線(xiàn)器750的另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端裝置550的接收部分540處被接收。當(dāng)該信號(hào)在該集線(xiàn)器處被接收時(shí)，它被轉(zhuǎn)換回共模并被平衡，這將參見(jiàn)圖20詳述。然后它以共模傳送到頻率分離器850。該頻率分離器850從組合的音頻、視頻與用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)分離出系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)，傳送該系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)到頻移鍵控解調(diào)器857，并沿著通路510傳送該余留的組合音頻、視頻和用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)到矩陣交換系統(tǒng)500。頻移鍵控解調(diào)器857將該系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并將它送往中央處理器700。來(lái)自各種用戶(hù)的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)將告訴中央處理器700如何連接矩陣交換系統(tǒng)500中的數(shù)字控制的交換開(kāi)關(guān)。CPU 700可以向其它集線(xiàn)器750沿著數(shù)字鏈路570發(fā)送系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)以便向其它集線(xiàn)器提供系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)。
如同對(duì)于圖15所進(jìn)行的說(shuō)明，余留的組合的音頻、視頻和用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)沿著用戶(hù)傳輸通路510到達(dá)矩陣500。該信號(hào)通過(guò)矩陣500被交換，集線(xiàn)器750的中央處理器700使得交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)610、620、630以及兩路交換開(kāi)關(guān)644、646的開(kāi)關(guān)點(diǎn)按照需要打開(kāi)與閉合，以便以正確的方向發(fā)送該信號(hào)。(這些開(kāi)關(guān)可在圖16與17中找到。)如果該信號(hào)進(jìn)到上行信道通路860，則如同圖18所討論的，該信號(hào)通過(guò)一個(gè)雙向雙鉸線(xiàn)路接口，并且該信號(hào)通過(guò)上行信道860之一離開(kāi)集線(xiàn)器750。類(lèi)似地，如果該信號(hào)進(jìn)到下行信道通路870，則如同圖18所討論的，該信號(hào)通過(guò)一個(gè)雙向雙鉸線(xiàn)路接口，并且該信號(hào)通過(guò)下行信道870之一離開(kāi)集線(xiàn)器750。如果該信號(hào)要進(jìn)到連接到集線(xiàn)器750的另一個(gè)用戶(hù)，諸如在集線(xiàn)器750的右側(cè)所示的用戶(hù)530C2，那么該信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)挠脩?hù)接收通路520離開(kāi)矩陣500并進(jìn)入另一個(gè)頻率耦合器810，在此組合的音頻、視頻和用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)與來(lái)自CPU 700的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)信號(hào)組合。該組合的信號(hào)通過(guò)圖14的集線(xiàn)器750的右側(cè)所示的雙鉸線(xiàn)終端模塊550的傳輸部分560，在此它被轉(zhuǎn)換回到差模并向外發(fā)送到雙鉸線(xiàn)880上。該信號(hào)在用戶(hù)接口530C2處被接收，通過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊550的接收部分540，在此該信號(hào)被轉(zhuǎn)換回到共模并被平衡。然后該組合信號(hào)通過(guò)將該信號(hào)分離為音頻、視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)的用戶(hù)接口530C2的頻率分離器850。視頻信號(hào)通過(guò)視頻輸出958離開(kāi)該用戶(hù)接口到視頻編碼解碼器、錄像機(jī)、視頻監(jiān)視器，或者其它用于接收視頻信號(hào)的裝置。左和右音頻信號(hào)分別通過(guò)第一和第二頻率解調(diào)器950、952，并然后通過(guò)音頻輸出960、962離開(kāi)該用戶(hù)接口530C2到視頻編碼解碼器、磁帶錄音或者錄像機(jī)、或者其它音頻接收器。數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)第一和第二頻移鍵控解調(diào)器855、857，在此它們從模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后該數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到用戶(hù)接口530C2的CPU701并可通過(guò)數(shù)據(jù)輸出964離開(kāi)。
圖19示出在圖14的用戶(hù)接口530C1或者530C2處所接收的信號(hào)在傳輸?shù)郊€(xiàn)器750之前被組合以及被轉(zhuǎn)換為差模的途徑。圖20表示信號(hào)在集線(xiàn)處被接收、被平衡以及被轉(zhuǎn)換為共模的途徑。
一般來(lái)說(shuō)，圖19表示了除了視頻信號(hào)以外的各個(gè)信號(hào)被調(diào)制。如同下述，用于調(diào)制用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)和系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)信號(hào)的兩個(gè)載頻被設(shè)定為基準(zhǔn)頻率并在后來(lái)用于所接收的信號(hào)的平衡。
圖19示出用于以共模輸入到用戶(hù)接口530并以差模輸出到雙鉸線(xiàn)上的信號(hào)的電路。一音頻信號(hào)以共模進(jìn)入并緩存在視頻輸入800。進(jìn)入并緩存在音頻輸入900、902的音頻信號(hào)由調(diào)制器920、922處的調(diào)頻被轉(zhuǎn)移到新的頻譜位置。離開(kāi)中央處理器700的用戶(hù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)控制信號(hào)由調(diào)制器930、940處的頻移鍵控調(diào)制被轉(zhuǎn)移到新的頻譜位置。FM1、FM2、FSK1以及FSK2調(diào)制的信號(hào)和視頻信號(hào)都到達(dá)頻率耦合器810，在此這些信號(hào)被組合。然后被組合的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換共模信號(hào)為差模的雙鉸線(xiàn)終端模塊550的傳輸部分560。然后所組合的音頻、視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)沿著通路830傳輸?shù)郊€(xiàn)器750。
圖19還描述了用于從集線(xiàn)器750向用戶(hù)接口530傳輸?shù)碾娐贰Ｎㄒ坏膮^(qū)別在于，音頻、視頻以及用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)已經(jīng)被調(diào)制，于是頻率耦合器810僅僅將系統(tǒng)控制信號(hào)與音頻、視頻以及用戶(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)組合起來(lái)。
圖20示出，在用戶(hù)接口或者在集線(xiàn)器處所接收的一個(gè)信號(hào)將被轉(zhuǎn)換回到共模并被自動(dòng)地校驗(yàn)用于與雙鉸線(xiàn)傳輸相關(guān)的信號(hào)衰減?；鶞?zhǔn)頻率被濾出并校驗(yàn)信號(hào)衰減。然后該信號(hào)基于基準(zhǔn)頻率已經(jīng)被衰減的量被自動(dòng)地平衡。
圖20表示用于作為差分信號(hào)輸入到圖14的雙鉸線(xiàn)終端模塊550的接收部分540的信號(hào)的電路。組合的音頻、視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)雙鉸線(xiàn)到達(dá)，在通路702、704上到達(dá)雙鉸線(xiàn)終端模塊550的接收部分540。轉(zhuǎn)換器706將差模信號(hào)轉(zhuǎn)換為共模信號(hào)。然后該共模信號(hào)傳輸?shù)綄⒃试S或者是現(xiàn)有的信號(hào)通過(guò)或者是平衡的信號(hào)通過(guò)的模擬交換開(kāi)關(guān)708。從這一模擬交換開(kāi)關(guān)708，與第二頻移鍵控調(diào)制器(FSK2)相關(guān)的基準(zhǔn)頻率通過(guò)濾波器710鑒頻以測(cè)試信號(hào)衰減。已經(jīng)被調(diào)制為基準(zhǔn)頻率的FSK2信號(hào)是正弦波的形式。然后這一正弦波信號(hào)在頻移鍵控解調(diào)器857處被轉(zhuǎn)換為DC信號(hào)。然后這一模擬DC信號(hào)在轉(zhuǎn)換器714處被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這一數(shù)字信號(hào)以通過(guò)傳輸線(xiàn)路所發(fā)生的輸入信號(hào)衰減為特征。然后信號(hào)衰減量由該集線(xiàn)器的中央處理器700計(jì)算。(如果在用戶(hù)接口中正在出現(xiàn)平衡，則該用戶(hù)接口的CPU 701將控制該平衡。)取決于衰減量的計(jì)算，交換開(kāi)關(guān)718、720、722、724、726、728、730、和/或732可由數(shù)字控制716約束而通過(guò)連接不同的平衡電路與平衡放大器734相互作用。如果需要平衡，則模擬交換開(kāi)關(guān)708連接到放大器734以便允許平衡的組合的音頻、視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)繼續(xù)沿著通路510到達(dá)頻率分離器850以及矩陣交換系統(tǒng)。
與FSK2相關(guān)的基準(zhǔn)頻率僅用于從用戶(hù)接口530到集線(xiàn)器750的起始通路的自動(dòng)平衡。與FSK1相關(guān)的基準(zhǔn)頻率用于集線(xiàn)器到用戶(hù)接口通路以及由該信號(hào)所涉及的后繼通路的自動(dòng)平衡。FSK2用于起始通路信號(hào)衰減的是由于FSK2已經(jīng)是解調(diào)的以便獲得系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)。這一設(shè)置是更為有效的，因?yàn)樽詣?dòng)平衡也使用基準(zhǔn)頻率信號(hào)的解調(diào)并且將沒(méi)有理由解調(diào)另一個(gè)信號(hào)。
雖然這一實(shí)施例是作為具有八個(gè)信道討論的，實(shí)際上正如前面關(guān)于圖8所進(jìn)行的討論它傾向于擴(kuò)大到64個(gè)信道。與前面圖4的實(shí)施例不同，這一實(shí)施例只需要兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)以在用戶(hù)與集線(xiàn)器之間同時(shí)地并雙向地發(fā)送音頻、視頻與數(shù)據(jù)。然而，由于使用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線(xiàn)，實(shí)際上在用戶(hù)與集線(xiàn)器之間有四對(duì)導(dǎo)線(xiàn)，這在圖14中未示出。因而，這一實(shí)施例在用戶(hù)與集線(xiàn)器之間余出兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)執(zhí)行其它功能。該多余的兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)可用來(lái)傳輸另一組音頻、視頻與數(shù)據(jù)信號(hào)，或者可用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的高速傳輸，諸如用于以太網(wǎng)或其它高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
圖21示出一實(shí)施例，其中使得在每一用戶(hù)接口532C1與532C2的高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信通路能夠使用用戶(hù)接口與集線(xiàn)器750之間的空閑的雙鉸線(xiàn)。一高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)一個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)接口965，諸如以太網(wǎng)接口，進(jìn)入用戶(hù)接口532C1。該信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)字匹配接口970，在此該信號(hào)被衰減，在這一實(shí)施例中最好衰減到300mV，以便減少干擾。然后該衰減的信號(hào)通過(guò)其各個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊550的傳輸部分560，在此該信號(hào)從共用模式被轉(zhuǎn)換為差分模式并且添加基準(zhǔn)頻率。這種情形下必須添加基準(zhǔn)頻率用于自動(dòng)平衡，因?yàn)闆](méi)有頻率載體添加到該數(shù)字信號(hào)上。然后該信號(hào)經(jīng)過(guò)雙鉸線(xiàn)972到達(dá)集線(xiàn)器750，在此該信號(hào)通過(guò)另一個(gè)雙鉸線(xiàn)終端模塊550的接收部分540。這一模塊將該信號(hào)轉(zhuǎn)換回到共模并平衡該信號(hào)。該信號(hào)然后然后通過(guò)另一個(gè)數(shù)字匹配接口971，在此它被放大到它原來(lái)的電平。然后該信號(hào)通過(guò)諸如以太網(wǎng)或者令牌環(huán)(Token Ring)集線(xiàn)器，在此該信號(hào)沿雙鉸線(xiàn)974可被送往另一個(gè)集線(xiàn)器750或者可傳輸?shù)疆?dāng)前集線(xiàn)器750的另一個(gè)用戶(hù)。于是，本發(fā)明允許使用音頻、視頻與數(shù)據(jù)同高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)同一四對(duì)導(dǎo)線(xiàn)傳輸，在其整個(gè)通路上高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)字的形式。
圖22示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通路象組合的音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)那樣共享同一交換矩陣500。
這一實(shí)施例類(lèi)似于圖21中所描述的實(shí)施例，所不同在于，數(shù)字信號(hào)不通過(guò)在集線(xiàn)器750中的數(shù)字匹配接口971，保持低電壓通過(guò)該集線(xiàn)器，并且象組合的音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)那樣通過(guò)同一矩陣交換系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)以圖15，16，17與18中描述的組合的音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)相同的方式通過(guò)矩陣交換系統(tǒng)500。該數(shù)字信號(hào)無(wú)需頻率分離直接到達(dá)矩陣500，因?yàn)橄到y(tǒng)控制數(shù)據(jù)已經(jīng)添加到該音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)。在這一實(shí)施例中，八個(gè)用戶(hù)通路將專(zhuān)門(mén)用于高速數(shù)據(jù)信號(hào)，而其余八個(gè)用戶(hù)通路將用于組合的音頻、視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)。一個(gè)用戶(hù)通路如果需要也可以專(zhuān)用于局部數(shù)字網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或者數(shù)字公用網(wǎng)絡(luò)接口。
本實(shí)施例中，用戶(hù)可以不用對(duì)于每一信號(hào)分開(kāi)連接而向另一用戶(hù)傳輸音頻、視頻、數(shù)據(jù)以及高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。因而，這一組合系統(tǒng)將提供較大的靈活性及效率。
圖23示出兩個(gè)用戶(hù)能夠不經(jīng)過(guò)集線(xiàn)器而直接進(jìn)行通信的另一個(gè)實(shí)施例。在這一實(shí)施例中，兩個(gè)用戶(hù)接口531C1與531C2同它們之間的兩組雙向音頻、視頻及數(shù)據(jù)通路連接在一起。這些用戶(hù)接口531C1、531C2與用戶(hù)接口530C1、530C2除了包含在用戶(hù)接口上額外的雙向音頻、視頻及數(shù)據(jù)通路是相同的。例如，如果兩個(gè)用戶(hù)舉行電視會(huì)議的同時(shí)交換全動(dòng)態(tài)視頻信息，這可能被應(yīng)用。
圖24示出在兩用戶(hù)532C1、532C2之間有一個(gè)雙向音頻、視頻及數(shù)據(jù)通路另一實(shí)施例，使得在該兩個(gè)用戶(hù)之間的一個(gè)高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信通路能夠使用用戶(hù)接口之間電纜的空閑的雙鉸線(xiàn)。這與圖22是相同，但是去掉了集線(xiàn)器。這可用于在音頻、視頻及數(shù)據(jù)通路上舉行電視會(huì)議，同時(shí)還在高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通路上觀看諸如x-射線(xiàn)，cat(計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試)—掃描圖象等等。
圖25示出另一實(shí)施例，該實(shí)施例與圖24的實(shí)施例類(lèi)似，所不同在于向每一用戶(hù)接口533C1，533C2添加了一個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信控制器980，使得高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信通路不需要如圖24中的外部接口。
雖然信號(hào)傳輸?shù)妮^佳模式已經(jīng)通過(guò)上述說(shuō)明表示出，顯然，其它傳輸模式也是可以使用的。
顯然對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)熟練的人員而言，在不脫離本發(fā)明的范圍的情形下可對(duì)于上述較佳實(shí)施例作出修改。
權(quán)利要求
1.一種由多個(gè)交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)構(gòu)成的矩陣交換開(kāi)關(guān)，其特征在于該矩陣規(guī)定了上行連接，下行連接，以及用戶(hù)連接，并提供了上行與下行連接之間、每一用戶(hù)與每一上行連接之間，每一用戶(hù)與每一下行連接之間，以及每一用戶(hù)與每一連接到該矩陣的其它用戶(hù)之間的雙向交換能力，同時(shí)需要少于將所有輸入和輸出互連的標(biāo)準(zhǔn)的單N×N交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)所需要的交換點(diǎn)數(shù)目一半的交換點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所制成一種矩陣交換開(kāi)關(guān)，還包括用于在接收信號(hào)時(shí)并在將該信號(hào)引導(dǎo)到矩陣交換開(kāi)關(guān)之前平衡該信號(hào)的一個(gè)電路。
3.一種網(wǎng)絡(luò)，包括用于每一用戶(hù)的一個(gè)用戶(hù)接口和至少一個(gè)如同權(quán)利要求2中所述矩陣交換開(kāi)關(guān)，其中每一用戶(hù)接口還包括用于在該用戶(hù)接口從該矩陣接收信號(hào)時(shí)平衡信號(hào)的一個(gè)電路。
4.如同權(quán)利要求3中所述的一種網(wǎng)絡(luò)，還包括在雙鉸線(xiàn)上將信號(hào)發(fā)送出矩陣之前將信號(hào)從共模轉(zhuǎn)換為差模的電路。
5.用于在局域網(wǎng)環(huán)境中同時(shí)、雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)的一種裝置，包括多個(gè)用戶(hù)端口；多個(gè)上行信道端口；多個(gè)下行信道端口；一個(gè)交換矩陣，包括多個(gè)互連的NC×NU個(gè)交叉點(diǎn)的交換開(kāi)關(guān)，其中NC是上行信道端口數(shù)，而NU是用戶(hù)端口數(shù)；以及，規(guī)定交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)之間的傳輸方向的多個(gè)緩存器；其中所述交換矩陣允許在用戶(hù)之間、在用戶(hù)與上行信道之間、以及在用戶(hù)與下行信道之間同時(shí)雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)。
6.在雙鉸線(xiàn)電纜上同時(shí)傳輸模擬視頻與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的一種方法，包括步驟在第一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上傳輸模擬視頻信號(hào)；在同一雙鉸線(xiàn)電纜中第二對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；在第三對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上以同第一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上發(fā)送信號(hào)方向相反的方向傳輸?shù)诙M視頻信號(hào)；以及，在第四對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上以同第二對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上發(fā)送數(shù)據(jù)方向相反的方向傳輸?shù)诙?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；所有這四對(duì)導(dǎo)線(xiàn)在同一雙鉸線(xiàn)電纜中。
7.在雙鉸線(xiàn)電纜上同時(shí)傳輸模擬視頻與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的一種方法，包括步驟在第一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上傳輸模擬視頻信號(hào)；在同一雙鉸線(xiàn)電纜的第二對(duì)導(dǎo)線(xiàn)上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；在以差模通過(guò)雙鉸線(xiàn)發(fā)送出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)之前使得該信號(hào)衰減以降低其電壓，從而減小數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)與模擬視頻信號(hào)之間的干擾。
8.如同權(quán)利要求7所述的在雙鉸線(xiàn)電纜上同時(shí)傳輸模擬視頻與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的一種方法，還包括在通過(guò)雙鉸線(xiàn)接收信號(hào)時(shí)平衡視頻與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的步驟。
9.權(quán)利要求7中所述的一種方法，還包括向同一交換矩陣發(fā)送模擬視頻和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的步驟，從而所有這些信號(hào)可被交換并發(fā)送到連接到該交換矩陣的各個(gè)用戶(hù)。
10.自動(dòng)平衡通過(guò)雙鉸線(xiàn)發(fā)送的信號(hào)的一種方法，包括與要被平衡的信號(hào)一起在雙鉸線(xiàn)上發(fā)送已知的基準(zhǔn)頻率信號(hào)；在一個(gè)接收點(diǎn)接收該信號(hào)；在該接收點(diǎn)從要被平衡的該信號(hào)中分離出該基準(zhǔn)頻率信號(hào)；在該接收點(diǎn)測(cè)量基準(zhǔn)頻率信號(hào)的衰減量；提供多個(gè)可放大信號(hào)變化量的電路；以及，自動(dòng)地有選擇地連接所述電路以便根據(jù)所測(cè)量的基準(zhǔn)頻率衰減量平衡該信號(hào)。
11.如同權(quán)利要求10中所述自動(dòng)平衡信號(hào)的一種方法，其中有待平衡的所述信號(hào)具有傳輸模擬視頻信號(hào)足夠的帶寬。
12.如同權(quán)利要求11中所述自動(dòng)平衡通過(guò)雙鉸線(xiàn)發(fā)送的信號(hào)的一種方法，還包括，雙向?qū)嵭性摲椒ǖ牟襟E，使得接收點(diǎn)也是發(fā)送點(diǎn)，并且發(fā)送點(diǎn)也是接收點(diǎn)，并且基準(zhǔn)頻率在兩種點(diǎn)處接收信號(hào)時(shí)都被測(cè)量，并且各個(gè)電路根據(jù)于在兩種點(diǎn)處接收時(shí)所測(cè)量的基準(zhǔn)頻率的衰減量在兩種點(diǎn)處自動(dòng)地有選擇地被接通。
13.傳輸并交換模擬視頻與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的一種方法，包括提供具有輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的一個(gè)交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)；發(fā)送視頻信號(hào)到至少一個(gè)所述輸入點(diǎn)；同時(shí)向至少另一個(gè)所述輸入點(diǎn)發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；交換所述交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)，使得視頻和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)連接到各個(gè)輸出點(diǎn)；使得模擬視頻信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)通過(guò)同一交叉點(diǎn)交換開(kāi)關(guān)。
全文摘要
用于同時(shí)、雙向傳輸視頻帶寬信號(hào)的局域網(wǎng)包含一個(gè)經(jīng)濟(jì)的交換矩陣。
文檔編號(hào)H04N7/173GK1133663SQ94193872
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1994年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月20日
發(fā)明者雷米·L·非諾爾 申請(qǐng)人:視頻局網(wǎng)技術(shù)公司