“最后一英里”电信电缆中的用户接口装置的方法和软件的制作方法

专利名称：“最后一英里”电信电缆中的用户接口装置的方法和软件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信电缆，更具体地涉及用户到外部网络的所谓“最后一英里”连接所采用的电缆。本发明尤其涉及对在这种网络中对新型选路由的软件方面的改进。
本发明的背景和概述对按照通信技术进展的现有的传统陆上电路通信网络作一审视导致某些有趣的见解。一方面，当今建造的最新的长距离通信和信息基础结构是基于光纤和编码技术，它能有巨大的容量。另一方面，到终端用户的“最后一英里”本地下线通常仍是为电话服务安装了数十年的传统铜线。因为传统铜线设计的性能未能考虑当今光纤的能力，铜线的终端用户不能使用当代长距通信基础结构能提供的高比特率。用户受到用户到服务提供者的本地下线连接的限制。
注视当前为服务提供者所采用的通信系统体系结构，所有都经受隐含的假设，即保持基于链接的服务的观念，下面将讨论这些背景的方面“最后一英里”电信资源的使用已远超过单纯的电话呼叫。语音通信消息已不再是流过全球通信网络的主要信息类型。电信用户今日使用这些资源用于许多其他形式的信息。计算机数据和视频信息正是未来使用的例子。用户需要使他们到全球的通信链接具有高的带宽，即高的数字数据速率。传统的链接及中心话局(如电话交换机)的体系结构和其到用户的电缆不能对所有这些数据、视频和其他信息提供信息能力。
需要新的网络体系结构，它提供能达到现在和将来需要的到用户的宽带宽的路径。对任何这种新的电缆系统，应对今日用户利用电信号(非光信号)接口提供适当的带宽，当设备和终端用户带宽使用的需求逐渐发展时只要少量的附加开销就能有光信号转换的能力。对于现在和不久的将来，通常需要的最大用户带宽(甚至对双向通信)可能仍包含在提供总的通道容量在每秒一千兆比特以下的接口之内。从新网络的任何本地分布节点连接需要短跨距。大多数这种电缆在应用于此类电缆系统时的一英里距离(也称为“最后一英里”)之内运行良好，绝大多数(或“本地下线”)在半英里之内运行良好。链接展布在这种区域网络的许多节点的双向光纤通道可以用作这种新网络分布式“主干网”链接节点。随着数字信号发送的出现，对电缆系统的这些本地下线或“最后一英里”路程的性能需求提出新的与现有技术已经涉及到的十分不同的目标。
有可能以十分深奥的电的设计，这种最后一英里电缆甚至可以适合于某些短距的节点间的链接。
对各个用户安装任何电缆系统(不是线缆本身)的成本是主要的，而且是服务提供者所需的网络投资的最大部分。十分希望(若不是必不可少的)这种下线电缆的新的安装提供未来的容量的增长。
网络体系结构的范例转移过去的通信网络几乎全部基于“呼叫”或“消息型”话务，只在“呼叫”或“被呼叫”时用户被瞬时连到网络。这种基于链接的体系结构在呼叫者与接收者之间建立一个瞬时的链接，将来，通信将基于“分组”交换原则。分组消息带有地址信息，所以将此消息送给接收者，反之亦然。所有用户可以持续连到这种网上。用户只有在他们希望时选择主动参与并产生信息“消息”。在这种网络中的主要活动存在于数据流，这些数据流以不需要用户出现和主动参与的方式间断地但以极高频率传向用户并从用户传出。与现在基于呼叫链接的通信功能相比较，此类功能更象对用户的电力供应，其不同处是这种消息起源于用户的安装以及从用户位置以外的不同来源流向用户。这表示通信过程的新用途容纳由网络“代理人”或“化身”列举的功能，在它们功能需要时代理人或化身独立地工作，提供信息。类似地，用户的系统可以作为类似程序的结果发出信息。“被动”(即非用户有意命令)功能在不久的未来将成为由此网络完成的主要信息量。
未来需要在数据速率上大大增加。例如1997年，在所有长线中出现的信息流的总量，有些速率不到1×1014每秒比特。几年后很可能有十亿用户通过网络而连接，此时全球信息速率可能达到1×1019到1×1020每秒比特。
虽然现在世界上的许多光缆是隐蔽的，数据率的增长将最终提出挑战。波分复用(WDM)在光载体中的使用和光放大器以及色散校正能增加它们的容量数百倍。即使如此，仍需要大量新的光纤来支持更加庞大且更加雄心勃勃的应用。这更加剧了网络系统的用户端的基本带宽的需要。为满足此需要的改进必须以发送与接收的模式，最好是双向即同时发送与接收的模式，提供每秒数百兆比特的速率。
只有最后一英里线缆系线才有的许多需求大大地影响了最后一英里的设计并影响了其成本，耐久性和可靠性。现在的通信系统尽管它们在长距离的主干网和大多数本地交换机间路径是基于光纤的系统，只能为用户提供有限的带宽。现有的光纤路径通常只使用了这种光纤路径潜在信息带宽的极小部分。例如上面提到的1997年的技术，提供在单个光纤上发送许多信号，以及这种信号中每一个携载每秒10到20千兆比特的机会。
现在光纤到位了，只有需要终端连接达到这种结果。现在，某些“公共通信公司”在它们的网络长距部分已安装这种带宽增强装置以处理它们当前和计划的负载。在这些路径中仍然存在相当大的潜在带宽容量。但是，目前很少或不存在可行技术在现有通信网络的用户终端处提供基本双向带宽。更重要的是光纤使用的现状现在安装的大多数光纤是隐蔽的。即它们安装到位，但不传信号。现在带宽限制简单地在于将现有和潜在长距离带宽同时在本地提供给整个公众的方法。
上面参照的名为“Electrically optimized hybrid last密耳etelecommunications cable system”的Cotter和Taylor的相关美国专利申请号09/124,958揭示了一个线缆系统，它有利地被用于提供许多上面讨论的需求。
此外，现在的注意力集中到将无线技术与计算机系统结合起来。例如，正在建议用无线数据通信解除工作人员与他们桌面计算机的连接。这些结合采用适当的体系结构可望变得容易，至少因为如PCS网络开始就用全数字基础结构建立。为此，PCS体系结构能建立在现有铜或光纤到路边的基础结构上，可发展到建立无线局部环路。
但是，这些提议的系统并不提供从用户到局部环路的无线通信。它们提出的只是提供一个无线的局部环路。仍需要从一个用户到局部环路或到某些其他类型的通信基础结构的无线通信链路。
本发明说明新颖线缆系统和有关系统设备的制造和设计，它们用于提供将用户连接到有线通信网络的线缆系统的最后引线，能够提供给任何用户以大为增加的容量以及现在从公共通信公司可得到的多样化性。这里说明的主题涉及到必须用于将用户连到网络系统的实际物理链接。
本发明允许未来的增长。如上所述，安装任何一个最后一英里线缆系统到单独用户的成本是如此重要，使得任何新的安装必须考虑未来增长。将光纤加到这种局部下线缆中为真正提供未来增长的选择是重要的。而且，光纤本身的成本相当低，对整个初始成本只增加了一小部分。
因此，在混合结构中能够将宽带电和光信号路径结合在一起的优良工程化的电缆系统设计在迅速发展的通信领域中变得特别有意义。如果所有本地下线如此构造，现在的需求能实现，且在需要时容易实现将来到光纤使用的扩展。有了由本发明提供的优越性，容易将这类新网络结构看作长期得益的基础结构投资。
本发明通过实现混合型电/光信号传输电缆系统论述物理和功能上电信传递要求，该电缆系统具有适合于当前和近期可预见的通信需求的电缆带宽并有能力适应用于未来的光纤。在本发明的电缆系统设计中，在每个用户连接到系统中可以出现多个光纤。可以适应几个光纤到16个或更多个光纤的任何地方，而不干扰电缆系统的电信号性能。电信号预期的频率范围从直流到约1千兆赫或更高。
新颖的电缆系统具有两个独立的电路径，一个发送另一个接收。发送和接收信号路径具有相等的性能，在不互相干扰情况下实现它们的相等信号性能。该新系统的概念性体系结构强调维持“四线”连接，即发送路径与接收路径的分开。这种体系结构消除了许多回波，返回损失和“振鸣”等问题，这些问题使现有分布系统变复杂。新的电缆系统试图为整个当前和未来的需要服务。例如，本发明可适应于因特网用户、数字电视、高清晰度电视(“HDTV”)、多通道电视点播，高容量数字信息交换，在家工作与远程计算通信，经“代理人”和“化身”无数家庭和办公室服务，自动制造控制，电视“电话”，商务或私人电视会议，高容量图书馆文件的传输及搜索，和多声频“电话”服务通道。现在如此高度企盼的号码可携带性(如用户走到哪便带到哪的可携带个人“电话号码”)成为被所揭示系统采用的同步数字系列/同步光学网(SDH/SONET)信令基础的属性的一个简单派生物。
许多这种应用需要在两个方向很宽的带宽，混合电缆系统设计可以为各种类型用户服务，从需要光学宽带宽的少数用户到当前较少要求的大量用户。对后者，在他们未来拥有更多要求的应用以前，具有1千兆或略少的带宽(远超过现有的电话线能力)的高质量电信号路径是足够了。
有利地利用本发明的一个示例性结构示于

图1，它以示意形式示出从本地节点到用户接口。示出的本地节点51带有来自双向光纤路径53的输入。这一本地节点的特性在下面作更详细描述。这些可以方便地是使用SDH/SONET格式，ATM格式，或其他格式的光路径的链路。此外，通过使用WDM，单个光纤路径可以服务数百到数千的下线。图中示出的另一输入55对于可能的普通老式电话服务(“POTS”)路径。此外，电源57连到本地节点。这可以是在节点中基于电池的电源或可以源自该系该的其他位置。在本地节点51中，本地节点接口设备(“NID”)59将发送通道和接收通道耦合到光纤上。NID的基本通道包括连到接收光纤路径的光接收器和连到发送光纤路径的光发送器。这些光电元件的每一个提供数个用户通道(通常是16到32)。NID既能适应电方式61又能适应光方式63。在用户端连接类似的用户口设备65(“UID”)。按本发明的一个实施例的混合电缆被连接在NID63和UID65之间，且这里用数码67标记。UID可以具有到计算机、电视机、数据输入等的输出。还可提供许多其他下线，这些在图上用数字69表示。
图2示出可利用本发明的一个区域环结构。从全局网或主干网411开始，起始连接到交换和转移点(“STP”)401。主干网411通常是光学的也可使用电缆。主干网可以由诸如QWEST或WINSTAR这种公司提供。STP401连接到多个本地节点51。一个示例性的本地节点是51′。在图2中，本地节点51′连接到多个网络。一个网络用于商业区403。另一网络用于购物商场405。另一个网络用于工业园区409。又一个网络服务于多个邻区407。每个这种网可以通过电缆413连到本地节点51′上。电缆413可以采用本发明的电缆。在本地节点51′，示出一个NID415。在诸如工业园区的这种网络中示出一个UID 417。这些接口设备在上面叙述且在下面作更详细描述。
但应该注意到，按图2的地区环形网结构可以采取许多形式。例如，如果电缆413服务于一栋房子，在此房子的接入处可以有交换和转移点，它将信号从电缆分配到多个房间或设备。在此情况，每个房间可装备一个本地迷你节点，用于其中电器或设备。将设备从一个房间搬到另一个房间只需重新设置交换器或移动跳接线缆。如下面更详细的说明，节点或迷你节点可由被UID插入标题中的地址来定位。尤其是，用于房子时，可以使用下面叙述类型的电缆，但只要很少用诸如不锈钢编带这种屏蔽及加强的材料。以这样的方式，此电缆可以做得更紧溱，这对屋内使用是很需要的。
从节点到用户的典型距离通常小于2000英尺，在稠密市区一般小于1000英尺，主题发明的混合线缆系统设计甚至可以允许使用两对电导线作两个POTS线，后者可与宽带电操作同时使用，当然，光纤通道仍然独立于任何电模式的使用方式。这些电线也可以用于带有为驱动各种最后一英里线内信号再生器和用于用户终端设备的可能的网络设备所需的非常适量的功率，还仍可以运行而不扰在POTS操作中环路和“电池”电压功能。通过使用数字路径可以更好地使用POTS功能，通过在UID中的数字到语音的接口“线卡”提供一条或甚至多条“电话”线。
上述节点系统最好使用现在广泛用在现有局间和长距离光纤网中的SONET或SDH标准的信号格式。该新电缆系统因而是前后兼容的。这再次解决重要的成本/投资问题。现有的电话铜线网(“工厂之外”)包括在现有本地电话网络系统中总现有投资的四心之三以上。节点(有时称为本地节点)接入多重SDH宽带帧并能将其导向离开此节点的多个用户。
回顾一下有关最后一英里电缆系统的目标和原则的现有技术分析将发明者引向屏蔽4芯电线结构和系统元件的新形式，以及使用它的体系结构。该新电缆还容易地以新颖方式适应一系列及各种光纤。完全实现的四芯原则提供双向互相独立的无干扰的发送和接收电信号路径，所以对最后一英里的本地下线是重要的。四芯电缆的概念本身并不是新的，但是这一揭示内容解决了许多其他因素，通过改善其潜能的实现和扩展其结构的灵活性达到所有最后一英里电缆系统(包括光纤路径)所需的所有其它特征。
本发明还揭示新的结构，尤其适合于在整个目标宽带电性能谱上达到低串话(“XTLK”)所选的四芯线组几何所需的精度。本发明的电缆系统结构提供了用于包括各种光纤的新颖方法。
本发明还揭示增强阻止本发明电缆系统内电磁干扰的有效性的新技术。
唯一性能优越性来自于新颖平衡电源和所揭示的负载路端设备，它们可以很容易地加入到线内数字信号再生器模块中。
还揭示了一个新颖环形导线结构，它增强了电信号性能并改善了EMIR性能。进一步揭示了制造新的四芯线组结构的新颖经济方法，该方法还实现卓越的精度和机械结构的稳定性。
还揭示了一个无线端口，它可以接在本发明的最后一英里系统的数个位置的一个上。该端口可以是节点、NID或UID的一部分。该端口可以嵌入模块中，此模块将如CDMA或GSM这种无线协议转换成UID可使用的形式，如LINUX形式。
提供软件来运行本发明的设备。具体地，该软件特别能操作STP和UID及它们的互相操作。这些操作可以包括计费或信令中断等。
本发明的一个或多个实施例的细节将在附图及下面描述中给出。本发明的其他特征，目标和优点将从此描术和附图中，并从权利要求中变得显而易见。
附图描述图1是经过具有双向全带宽电或光路径的新颖电缆设计的为多个用户服务的本地节点的组织方块图。还示出对POTS服务的可能使用。
图2是区域通信环形网的组织示意图，采用到最终用户的最后一英里连接的新颖电缆设计。
图3是光纤接口设备和本地节点接口设备的示意性方块图。
图4是用户接口设备的示意性方块图。
图5是示出四芯线组环形导线中心支撑的示图，它维持电缆内导线位置和相对外屏蔽的精确性。
图6是包括光纤成分的复合电缆的一种形式的示意图。
图7是位于图6中电缆壁部分的示意剖面图。
图8是使用外阻抗匹配层的本发明的电缆的透视图。
图9示出为达到四芯电缆的平衡工作条件的可能驱动和终端装置的示意形式。
图10示出为达到对四芯电缆的平衡工作条件的可能驱动和终端装置的另一实施例的示意形式。
图11是新颖互锁定位器的一种形式的示意剖面图。
图12是图11的未锁定挤压的形式的视图。
图13是定位器的更详细的示意图。
图14说明分离互锁元件的定位器的一个实施例的分解示意图。
图15是本发明可采用的定位器的一种揿钮锁的形式的放大剖面示意图。
图16是四部分挤压定位器的完全圆形的剖面示意图。
图17示出一个新颖环形导线形状的剖面图，示出新颖被导线和可用于光纤的中心核心。
图18示出在图17的环形导线中一根线的剖面图。
图19示出一种么正管状环形导线(“UTAC”)的形式，它具有表面波导功能，且中间核心部分可容纳光纤和保护层。
图20示出图19的么正管状环形导线的示意剖面图。
图21示出在图18的环形导线组件中一根单独导线的剖面示意图。
图22是挤压成形器模具头与模体的示意剖面图，用它可形成本发明的实施例的定位器。
图23示出在图22的挤压成形机中的压力对时间的曲线。
图24示出在挤压成形步骤以后立即使用的压出物处理槽的示意性安排。
图25示出用于形成本发明的定位器的另一种模具的示意图。
图26示出为形成本发明一个实施例的定位器的可用于图25的设备中的压力对时间的曲线。
图27示出用于形成本发明一个实施例的定位器的过程的流程图。
图28示出SONET或SDH传输时分复用的基本时间帧的示意形式。
图29示出使用本发明的一个实施例的双轴电缆。
图30示出使用本发明的一个实施例的双同轴电缆。
在各图中类似的参考标号和标记指类似的元件。
详细描述系统和接口参照图2，其中图示了一个本地节点的系统，光纤环形网包括该区域系统的许多光纤，每个这种光纤路径可以遵循环形网拓扑，所以它在物理上从一个节点沿两个方向进行，完全与在图2中图示的区域STP(交换转移点)401连接。STP将区域环形网与光纤或电主干网相链接，且是非阻塞多信道传播设备，它将多个用户连接到全球网络，也能连接来自有线全球网络与多个用户的进入无线发送及进入有线信号。STP还能为区域环形网和为其每个本地节点以及为连接于其的UID提供工作电源。在系统遭受断电时，还可提供备用电。系统可使用双向路径设计，使得整个有分别的发送和接收路径。在图示的光纤束中至少有两根光纤与任何特定节点51接口。如图3中更详细地示出，光纤接口设备(“FID”)60将其光接收器61与光发送器62分别耦合到接收和发送光纤53。
正如这里所称，本地节点包括至少一个“FID”和每个FID的至少一个NID。通常，每个FID提供数个NID，如约16-64个NID。分用器(“DEMUX”)301将光纤上多通道信号转换成多个输出。发生分用的方式取决于数据的编码，如数据是否由TDM，WDM等编码。FID的元件对一个节点中由一个这种FID馈给的多个通道是共享资源。在一个节点中的任何一个FID可服务于从16到32或更高达到64个以上双向数据路径，因而服务于16到64或更多的NID。节点可以包含要服务的用户数目所需的那么多FID。每个FID的用户数目取决于所使用的SDH传输载体的复用的程度。例如，STS-384(10GBs)提供32通道STS-12(622Mbs)，单个本地节点可在其经济范围内服务3200个用户，如果最后一英里传播很短。若需要，622Mbs线可以分成数个T1或T3线，服务多个住户建筑物。
FID60和NID63单元可以在物理特征上模块化，一个节点机箱可以设计成容纳看似需要的大容量增加。地区光纤束环路也能规定成能包含附加的不受约束光纤，用于进一步扩展该系统所服务的用户。以这样的方式，单个节点通过连接更多的环形网络的光纤束到增加的FID和NID单元来容纳用户的扩展。当然，图3是一种非限制情况。只示出一个可能的FID仅连接一个NID。接收光纤/电串行接口61可以是只有有限灵敏度的光纤SDH宽带光纤接收器，因为光缆一般相当短，只围绕局域环形网。DEMUX和复用器(“MUX”)电路可以使用通常能得到的用于SDH的各种芯片的一个或一组。例如，Vitesse半导体公司的芯片组VS8021/8022是此类芯片组的一个例子，它可用于速率达到OC-48光纤数据速率，Triqnint半导体公司能提供以10Gbs速率运行的芯片组包。
FID可提供任何数目的附加功能。例如，FID可提供解码功能或其他常留给NID的功能。
NID包括负责将物理电缆连接到FID，因而连到整个网络系统的系统的那些单元。在图3中示出两个分别的路径。NID63包括那些部分，它们将串行接收路径从DEMUX输出端耦合到电缆67的接收对，并将电缆67的发送对耦合到一个MUX电路串行发送输入端。
NID接收器部分的驱动放大电路和发送路径的接收器小孔放大电路由安装者调节，在系统安装时给出最清楚的图案和最佳BER(比特差错率或误码率)。在发送和接收对终端的终端电阻是电阻匹配设备，使在这些点的反射最小。在所有驱动状态(即高位、低经及转换过程)电流源驱动器作为无穷阻匹配设备，使在这些点的反射最小。在所有驱动状态(即比特高、比特低以及过渡过程)电流源驱动器作为无穷阻抗出现在系统中。HPF和LPF元件帮助将DC功率与活动信号分离。电缆平衡的完整性通过对驱动器的电流源驱动器相位平衡，并通过该平衡输入放大器高度抑制在相应对上任何公共模式信号而得以补偿，这在下面详细解释。包含在最后一英里的光纤在示意图3或4中均未使用。在两幅图中示出它们，是可用作未来应用的光纤端。
在某些应用中，用户可能希望数据在通过此四芯电缆67之前或以后改变数据。例如，用户可能需要使用无线链路来改变通过该四芯电缆的数据。这里提到的“改变”的类型可以是使用小区站点打开或关掉在用户屋内一个电器的应用。为实现这一点，本发明还提供一种在若干地方的之一改变该数据的方法和装置，这样的装置连接到小区站点模块中。
为实现这一点，参照图3，在电缆终端后提供一个DEMUX303/MUX305芯片阻。该位置恰好是在信号进入四芯电缆67的位置。下面叙述，从无线模块307来的输入提供给DEMUX/MUX。此输入用于改变经DEMUX处理的数据。无线模块307又连接到无线天线309。
DEMUX/MUX不需要发生在规定的位置。例如，DEMUX/MUX可在地区环形网本身上在节点，FID或NID的位置提供一个光缆而非电缆。在图3中这种系统用相应元件303′到309′示出，尽管这种单元不同于元件303到309之处在于它们在光域内工作，而它们的功能恰是相似的。当然，在光纤被扩展到用户领域的最终情况中，所有光纤系统将是必须的。在此情况，DEMUX/MUX在UID等级上作光学操作。而且在此情况，SONET/SDH帧可能以各种方式被下发到UID。然后光学DEMUX可以在此帧上操作。这可能对星形/总线型体系结构的网络特别有利。
在另一个实施例中，无线输入作用在UID级的信号上。这可以是在电域或光域，具体讲，在全光系统中，DEMUX/MUX应作用在光域中。在若干方法中，作用在UID级上的信号可以是最方便实现的。
在该实施例中，基本结构可如下。已经知到，用户的可移动单元可以无线地连接到小区站点，它又转而连接到移动电话交换局。移动电话交换局通过陆上电话网络连到另一个移动电话交换局，后者转而又连接到服务于一个节点、NID或UID的小区站点。因此，小区站点上的用户能通过陆上电话或将信息发送到它们的UID。用户可能希望拥有一条专门为他们UID这一用途的陆上电话线。用户的呼叫可以通过POTS输入55选路由。在另一个实施例中，用户的呼叫可以从移动电话交换局直接选路由到光纤主干网上。但是，最后一个实施例可能需要大量资金投入。对一些专门情况，用户可以使用一个无线电设备来改变UID或NID中的数据。
但是该信号被接收，用户的呼叫可以引起在DEMUX数据帧(如SONET/SDH帧)中的数据的改变。例如，在图28中示出一个基本的SONET/SDH帧。基本帧每个单元有8位。通过改变此帧中的数据，用户可以发一个消息到他们的UID，导致发生一个希望的动作。该帧中的数据可以以各种方式改变。对于在图3中元件303-309的布置，对一特定UID，帧已经是唯一的，因此可以略去有关希望到哪个NID/UID的标题。对下面的施例也应如此，其中信号随着DEMUX由UID改变。
但是对于元件303′-309′的DEMUX/MUX的布置，帧还不是特定属于一个NID/UID，因此有关希望到哪个NID/UID的标题是需要的。在此后面的实施例中，将使用标题将光信号送到合适的FID，从它再发送到特定希望的UID。其余操作与以前的实施例相同。
这种改变操作需要对SONET帧中的数据解码，并确定新的数据是否冗余或与当前SONET帧的数据矛盾。可以确定一个协议，例如最后发出的数据优先。在这样的协议下，用户的数据优先于已存在于SONET帧中的矛盾数据。
在大多数情况下，新的数据简单地加到已存在于SONET帧的数据中去。因此，新的数据简单地附在SONET帧的最后数据项之后。若需要，可以建立新的帧来处理附加的数据。
应该注意，图3中所示的实施例示出了连接到FID60的无线链路。当然，如这里叙述的或本专业的熟悉人员所知晓的，另外实施例也可使用。例如，无线链路可以体现在其本身的在地区环形网络上不连接任何特定节点的一点上。这种链路可以服务于整个地区环形网络。如果无线信号到达地区环形网，则一部分DEMUX处理则需要增加附加标题以便将改变后的SONET帧发到适当节点。本实施例的一个优点，无线链路可以置于离最近节点一定距离处，包括某个高度上。在另外的实施例中，无线链路通过经STP将适当信号发送到另一地区环形网络而服务于另一地区环形网络。
在上述实施例的变化中，可以使用数个无线链路，它们通过标准无线-移动电话交换局-无线体系结构的分别实施可以互相通信。例如，无线发送器/接收器可以位于几幢建筑的每一个上。每个建筑可以服务一个本地节点，它可以包括数个相邻建筑。无线信号可以用来在具有无线链路的建筑之间传递信息。或者，这些建筑可以用如光纤连接电缆或经过一个单独地区环形网连在一起。建筑经微波或RF无线电链路也可以置于互相通信之中，当一幢建筑收到信息时，该信息可以固有地指定给由同一建筑服务的地区环形网中的UID或NID。可能是CDMA，TDMA或GSM等形式的信息被转换到环形网体系结构(如SONET)能理解的协议语言，并沿着地区环形网传送。可以使用的其他系统包括ATM，IP V6，W-CDMA等。通过STP可得到返回路径。此方法的优点是不昂贵并提供很高的带宽返回路径。可以认识到，在实施例中可以使用相似的体系结构，其中建筑物不是通过无线链路，而是通过宽带微波通信，光缆，或地区环形网链接。还可使用对称宽带网。
在又一个实施例中，给中央天线提供一个卫星下行链路。该中央天线可服务于多个社区。每个通信有一个子天线，它从中央天线接收信号。中央天线和子天线之间的通信链路可以通过如微波链路、RF无线电链路，或其他类似的链路，然后每个子天线被连接到它所服务的一个STP或地区环形网的其他部分。这尤其在经济上可行，因为当前的无线公司在他们建造的天线塔的数量方面不受限制。地区环形网随后可以连接数个本地节点，它们又通过电缆连接到各用户，而该电缆正是本发明的一个方面。这里将此结构称之为“会聚无线电缆”。
此系统模拟一个星形/总线体系结构，这在电缆公司是常见的。在星形/总线体系结构或拓扑中，在网络中的端点通过点对点链路连接到一个公共的中心交换器。从这些端点提供一条总线，将电缆服务扩展到如一个截取的数幢房子。在本发明中，一个区别是总线是一个地区环形网。当然在本发明中也出现许多其他的优点和差别。
会聚无线电缆的一个特别有力实施是传递HDTV。现在的电缆公司不能传递HDTV。但是，而以上揭示的中央天线和子天线能够结合发明的电缆以足够的带宽方便地得到，以使容易地从卫星或其他来源提供HDTV。分配HDTV或其他电缆系统的一种方法是通过使用微波多点分布或系统(“MMDS”)，它也是众知的多点多通道分布服务。该系统使微波发射从单个发射点到多个接收点分配电缆。这些系统可以在如2.3GHz下工作。使用这和所揭示的电缆可以提供HDTV而不带压缩。可以认识到，其他技术，如LMDS(速率达到28GHz)也能使用，虽然MMDS被认为相对于天气等影响更可靠。对于LMDS的情况，频率有益地下变频到FM(调频)范围以避免隐含在28GHz信号中的视线要求。这种转移对于当前正在考虑的更高频率，如38GHz，尤为重要。在这些系统中，所有的支持通道绕着地区环形网环循环，但是在某个时刻只有一个由电缆下送到用户。周期性地将适当计费信息通过电缆向上传送，使得用户可以为其HDTV付费，若希望的话通过计费机构观看。当然，本发明的电缆系统允许向上和向下的全双向通信。当前的FCC管理打开了用于这种双向通信的道路，而且本发明的电缆系统能有利地使用这种裕度提供高带宽的返回路径。
关于计费问题，注意到本发明可提供出色的计费功能，在工业中现在显然是缺乏的。双向通信允许方便地对有关于如电使用，无线费用，付费电视使用，下载如音乐或游戏等信息选择路由。尤其是通过各种接口和接口卡，能使用用户接口设备保持对经各种接口和接口卡连接到其的每个设备的使用的跟踪。计费或记帐数据库可以位于STP、本地节点等处。例如，以电表位于房子内的同样方式，计费数据库可位于UID。或者，记帐数据库可以位于STP的上方，在地区或中心位置。除了计费以外，其他重要的信息可以向上传送，包括停电或服务要求，订购者的观看和市场化数据，观看的广告等。市场化数据当涉及到更重要的个人信息时可以编码。
还需注意，这种子天线很适宜被安装并连接到每个地区环形网的STP。当然，小区站点也可物理放置在一个单独塔上并连接到地区环形网或直接连到STP上。无论子天线安装在何处，接收的信号经硬件、软件或固件在STP被转换到SONET/SDH帧(或其他协议)。即，可以提供IP协议将无线信号转换为光或电信号。对某些内容，制造商或分配者可以提供解码所必须的码。这类分配对例如动画特别有效，使其可统一地分配到全国范围。
转换过程的示例性流程图示于图3a。步骤302示出从卫星接收的信号。此信息可以如HDTV的信号。另外，可以从某些其他向上发送天线接收信号(步骤304)，该信号在中央天线收到(步骤306)。然后该信号通过例如MMDS或LMDA这种系统重新广播到子天线(步骤308)。子天线接收到些重新广播的信号(步骤310)，该信号被DEMUX处理(步骤312)。然后该信号被转换成适于环绕地区环形网传输的帧(步骤314)。在图3a中示出一个SONET/SDH帧，虽然将认识到其他格式也可使用。该数据格式可以是如光的或电的。然后该帧绕着地区环形网发射(步骤316)。
该实施例可以有利地用于居民区的应用和商业的应用。例如，居民区的应用可以对中央发送点到多个本地地区环形网使用同样格式。每个地区环形网可有其自己的天线接收该信号。
回到图3的结构。改变后的SONET帧在其发射到数据流以前可以先经MUX处理。在下面的实施例中，数据在经DEMUX处理以后再由UID改变，且不再需要MUX处理。
在该实施例中，数据在UID或靠近UID处被改变。在图4中示出UID。在此图中电缆67表示图3中示出的同样电缆67。为每个双向路径设想的示例信号是类似622 SDH的比特流。当然，其他类型的信号也可以使用，本专业人员都知道。处理为电缆线对的接收与发送路径以类似于图3的电路功能的方式操作。那些单元的操作分别类似于DEMUX和MUX单元171和172的缓冲器71、72。这些DEMUX/MUX单元以类似于图3中示出的较高速电路的方式操作，但在较低的单个用户比特流速度-622Mbs下操作。他们的作用是将SDH帧的适当单元分配到由系统设计指定的功能中。在图4中示出许多可能的这种分派典型选择，涉及一个视频接口，一个因特网接口，和包括无线通信或有线通信的多个任选接口。UID控制器173可以是一个微处理器或一台计算机。UID控制器173也可以将软件标题放到传送到附着于节点或迷你节点的各种设备的信号上。类似地，标题也可由UID放在向上发送到NID和FID的信号上，指出该信号应发向哪和该信号的性质。
用户有两条视频路径。其中每一个可作基带视频或作为适用于现有TV接收器的RF信号使用。这些输出可以通过通常在电视机上用的插孔或TV RG-59电缆连接器连接。当然，为了将数字UID接到模拟电视中需要一个视频接口81(图4)，它可应用数模转换器82。转换器82可以是一个单独线卡。对此功能的数字数据速率的指定可以是通道容量使用的任何希望水平；但是对此系统对每个为约100Mbs可能是最优的，允许传输十分高分辨率的视频。多功能调谐也能作为外加的模块使用，因为它允许调谐到各种不同的数字电视格式，在这样的系统中通过发出对节目来源及所希望节目的网络指令作出节目选择。另外，节目源也能允许用户指定所要节目播放延续时间。这种指令通过简单的键板输入系统在一个发送接口上发送。如果希望只接收广播类的视频发送，用户只简单地输入所希望节目的频道号。这种操作就象称为电视点播那样。图2的STP是系统中的一点，在那里执行这些交换和选择功能。此系统允许许多服务提供者通过该系统提供他们想提供的内容。可能选择的数目与可能地址的数目一样大。
至少可以提供2个因特网路径，每个具有宽带容量，可以是10Mbs，45Mbs或更高，取决于用户的需要及ISP提供数据速率的能力，当然此选择是任意的。这个带宽只用到双向622Mbs系统可得到的容量的很小比例，且比当前最好电话调制解调器大400多倍。
接口机械连接可以是如1394串口总线这种标准计算机格式之一。数字路径可编址到与系统连接的因特网服务提供商(ISP)。通过基于SDH的格式可相对广泛地延伸这种信息源的达到，它能在全球网络的任何一点处与信息源通信，而不论距离如何，因为数字格式不会随着距离增大而有任何很大程度的变坏。
图中示出系统用6根电话线，它通过SDH信号路径与数字网络连接。“线卡”单元将通常48V直流电流环路提供给标准电话机，且还提供20Hz振铃功能和语音数字化接收和发送路径。线卡输出可以是RJ-11型标准电话硬件。
如图4所示，还提供一个无线路径。在该路径中，示出通过任选无线电子系统407耦合到UID控制器173的一个无线发送器/接收器405。然后，该无线发送器/接收器405耦合到合适类型的天线409。可以看到，无线发送器/接收器405也可以放在系统中的其他位置。例如，无线发送器/接收器405可放在表示为位置411或411’的位置上。即，对无线发送器/接收器405的定位要求是要将它放在可以影响电路中一部分数据的地方。
使用无线发送器/接收器，用户可以通过象蜂窝电话这种无线连接影响UID。例如，用户可通过经无线链路与他们的接触UID的蜂窝电话打开一个家用电器。
在无线发送器/接收器405的图4所示的位置，在信号被物理分解成不同信号路径之前，在DEMUX171的电路下游的一点处用户可以影响或改变数据。取决于使用信号的类型，数据的改变类似于与上面结合图3叙述的这种。在某些情况，在信号到达DEMUX171之前会发生分别的DEMUX/MUX步骤。
在位置411，无线链路仅影响视频接口，因此这种位置只有有限的应用。在位置411’，无线链路能影响任选接口，因特网接口，和电话线。此外，改变后的数据可以有利地重新传送到发送电路。
无线电子电路407用于来自无线发送器/接收器405的信号的附加处理。例如，许多当前蜂窝系统系统使用称为码分多址(“CDMA”)的一种形式数字蜂窝电话服务。CDMA是扩展频谱技术，它将一个码分配给所有语音位，在空中发送编码语音的加扰发送，再对语音去扰为其原始格式。此技术提供频谱的非常可行和有效的使用。
因此，无线电子电路407可以是专门的无线端口，它使用以软件、硬件、固件或三者联合实现的算法来容纳以CDMA协议发送的信号，且允许将这种信号翻译成UID软件语言。例如，UID的一种可能语言是LINUX，且无线电子电路407能例如将CDMA翻译到LINUX。当然，软件随后也能将信号翻译到发送标准，如返回到CDMA，对于各种目的，如用于核对UID接收的信号。此外，插塞式模块能作替换，以适应不同类型的无线标准或更新。
在图3和图4的无线实施例中注意到，卫星无线通信也可以适用。换言之，同样的过程与方法可以应用，区别在于发送是从卫星来并发到卫星去。
在这些实施例的每一个中还注意到，可以提供一个“开放式工业标准端口”。例如，插座或协议的标准接口可以用于与控制器173的连接。这种标准端口的结构可以根据用户的一致需要而改变。但是一旦标准端口确定了，任何水平的控制可以使用。例如，控制水平可以从任选接口设备的简单电控制到与UID连接的每个设备的全自动控制。一种可能的开放式工业标准端口可以有利地采用Firewirt(固件)，如125sec标准Firewire，它有利地具有与SONET同样的时间基准。此特征允许在UID启动可编址视频，即允许用户与UID之间的交互作用。
在这些实施例的每一个中，还需注意到从UID到如房内电器的电缆可以用无线方式实现。但是看来，对这种目的，无线通信未必有效，且直接无线电链路是较佳的，从Diamond multimedia可得到其计算机模拟(用于计算机连网)。或者，在房内也可以用方便的方式提供电话插口，将设备互相连接并连接到UID。
软件考虑软件可驻留在系统的每个部件以运行各种功能。当然，软件可以以硬件、固件、微码或各种其他已知媒体来实现。
软件功能至少包括下列诸项。
无线信号到SONET/SDH的转换这方面更详细地在下面STP功能部分讨论，因为这种功能可以有利地在STP发生。但是，还注意到，UID软件也可以使用这些特征。例如，如果一个专用无线端口位于UID，则软件可以提供某些或全部的从无线模式到UID语言的转换，UID语言如C++或其他这种语言的转换，取决于控制UID的处理器。
信号在本地节点内的传送信号在用户接口设备中的传送用户接口设备需要将接收到信号从电缆传送到各种输入/输出设备的软件。用户接口设备软件也将从各种输入/输出设备接收的信号向上传送到电缆并进一步到本地节点。本发明的一个主要优点是双向高带宽通信路径。因此，软件必须包括控制服务各种输入/输出设备的各种接口卡的一组驱动程序。这些驱动程序必须是可替换和可更新的。
由UID的软件执行的信号流的示意图由图4a示出。由STP实现一个模拟系统。在图4a中示出一个线缆602，具有到接收器604和发送器606的输出。通信处理器608控制接收器604和发送器606。通信处理器608保持线路激活，执行某些帧差错校正，并执行同步化。存储器610服务于通信处理器608，并允许修改其协议。从接收器604来的数据被送入缓冲器612。为清除在接口后面的数据，提供一个检测器614和导出时钟616。导出时钟可由网络线驱动。清除数据随后由DEMUX618作分用处理，且由分布处理器620作分布。分布处理器620控制受从通用接口622来的指令支配的信号的分配。此通用接口622可以与在上面结合UID控制器173时提到的开放式工业标准端口相比，广义用户独特指令可以存入存储器624，服务于分配处理器620，然后一个总线控制器626可以将信号传送到接口卡628，630，632等。在发送一方，提供一个缓冲器634和一个复用器636，在将其发送到线缆620之前准备数据。还可提供一个差错校正电路638。对每个不同接口卡可提供若干个通用驱动程序。
通过与STP的通信的质量控制STP可以周期性地询问UID，以保证它们工作正常。如果不正常，可产生一个服务警报。另外，在STP和UID之间的通信可以允许两者之间的数据传输好象有记录保持或簿本保持的功能。
将地址附于出局分组UID中的软件从根本上消除了现在ISP的功能。软件将标题加到出局分组中，即将对一个数据包所必须的所有路由信息通过因特网发送到一个接收者。换言之，UID是这样准备消息的，使得该消息处于这样的状态，由路由器处理到所希望的地址而不需要再作处理。为提供此消息。地址不需要加、修改或减。标题也可以包括时间标记和发送者的地址。以这样的方式，在SDH中使用的概念自如至终对用户可用。尤其是，整个帧永远对用户可用。因此，该系统类似于当今的实用服务。不需要排队。用户从UID直接看到分布网络，而不是被ISP所分开的这种。
首先叙述数据包。数据包远不是单纯的有效负荷，虽然后者可能是包的最大部分。在有效负荷前面放置若干个标题。第一个标题可以是TCP/IP标题，其后是UID标题，再后面是UID有效负载。TCP/IP有效负载就是UID标题和UID有效负荷的组合。
UID的作用可以是将这些标题，如SONET标题，TCP/IP标题以及UID标题，放到有效负荷前面，使得为了使它能发送到其预期接收者不必要作包的进一步修改。对于如房内电器之间的切换这种子UID功能，标题引起这些命令放在有效负荷中，称之为“子标题”。
UID可以将标题放在从接口卡开始的有效负荷中。标题的这方面叙述该数据从哪个设备来。在此上游一点，如在分配处理器或复用器处，若需要的话可以将另一标题放上，表示数据来自于其的UID。如在这里参考引入的ChrisLewis(McGraw Hill 1998)写的Cosco TCP/IP选路由专业参考(29-40页)所揭示，可以放置另一个TCP/IP标题。
账单/记帐功能上面已提到由软件完成账单和记帐功能。这些包括鉴视任何或所有附到UID的任何或所有设备，取得各种参数，包括能源使用，时间的消耗等。例如，在付费看电视的情况，软件可以允许5分钟预看。如是观看者保持此频道超过5分钟，或者在预看阶段结束以后回到此频道，软件可以将观看者的帐记入借方，借预定数量的线。但是这些账单和记帐功能不在UID上发生。它们可以发生在STP，本地节点，或它们的组合。
这些账单和记帐功能可能被用于追踪如上所述的市场数据。信息可以作为消费者的统计和购买倾向而保持。然后可使用指导的市场信息，销售给预先选出的消费者。
STP软件功能由在本地节点或UID等级的软件提供的许多功能也能嵌入位于STP的软件，例如，可以使用在STP上的软件把地址标题放到出局数据或帧上，以识别这些包产生的地区环形网。在这个意义上STP的作用好象当时的ISP。
对于以反方向传输的数据，也能应用选路由软件将数据帧围绕地区环形网发送。对于冗余，可以围绕地区环形网以相反的方向发送两个相同的帧。一个帧达到所需的本地节点。另一个可以回到该STP。然后STP拆除此复制的消息以防止它发送到其他地方。在复制的消息在本地节点被收到，且被允许发送到UID的情况，此UID软件可以拆除两个入局消息中的一个。
也注意到，由STP的冗余复制帧被软件监视以检测光纤路径的断开。如果检测到这种断开，自动将服务警告发送到服务提供者。
在STP连到中央天线或子天线的情况，如上面所用的情况，STP软件也可以用来将输入的无线或卫星信号转换到帧或其他格式，如IP协议。例如，该帧可以是SONET/SDH帧，或可使用ATM格式。当帧被从地区环形网发送回到无线域时，STP软件也可完成一个逆向转换。在此情况，STP软件可以把一个无线标题放在无线数据或其他由所使用的无线通信协议所需要的标题上。在另一个实施例上，各种无线信号类型可由一个STP广播，而不是只有一个信号类型。这些可以包括CDPD，无线IP，或其他在本文中列举的协议，或其他类似的协议。
上面已提到，STP提供多信道广播。此多信道广播的可能性允许任何两个在地区环形网中用户的连接不需要将一个消息或数据包从用户发送到地区环形网的外面。
信号考虑和性能需求对于按照本发明一个实施例的网络本地下线电缆系统，若干主要性能需求是重要的。对即使最长的本地下线光路径传输损失是很小的。很少其他因素能影响光信号，少一些天气、水或到处存在的松鼠的物理上破坏(松鼠看来喜欢啃咬电缆)。但是，在宽带使用电缆方式中，最重要的性能限制主要取决于电缆系统对于三个主要信号恶化因素解决得多好1)特别在最高频率下电缆系统的传输损失和延迟时间特性(HFTL)2)屏蔽信号路径的电缆系统的抗电磁干扰(EMIR)3)在发送和接收路径之间的串话(XTLK)在现有技术工程工作中，电通信电缆系统的主要突破归功于得到了在尽可能宽的带宽上获得低的传输损失。对非常低传输损失的需要是从模拟模式引起的，它支配了那些过去信息传输的方法。当模拟量信号在每经过几英里距离的功率损失以后重复地放大时，其信噪比降低了。距离越大，经过的设备越多，串话和进入信号的干扰噪声的可能性就越大。随着现代信号理论的发展，数字信号传输的优越性变得明确了。新的理解和变得可能的数字错误校正码革新了通信系统的设计理念。结果，使用的硬件技术从根本上快速地改变。例如，在1997年实际上所有通信通道使用数字技术，至少在它们的路径的办公室内和长距离部分是这样。在模拟通信时代，主要考虑的是信噪比的恶化和其他噪音(失真和串话)随着信号传送距离而增加。现代的数字系统本质上不会有这种方式恶化，即使当面临围绕世界的距离挑战时也是如此。一旦进入数字的领域，电缆系统传输要求确定的规则从根本上改变。
信号传输损失和高频滚降(HFTL)不是由它自身判断，而是关系两个因素。
1)系统中内部噪声能量的大小，和2)信号能量和其他两个恶化能量，EMTR和XTLK之比。
很容易校正即使是实质性的损失或高频滚降和延迟漂移，后者是相当稳定或随时间缓慢地改变。这些问题的一部分能通过系统响应的自适应均衡化来克服。这样，即使大带宽信号也能在适度损失电缆系统上传输。自适应均衡器或其他匹配滤波和信号校正器(Amatched Filter@signal corrector)是诸如能够进行数据电话通信的个人计算机调制解调器这种最现代信号终端装备的一部分。因为实际上所有能在任何新系统中通信的信息将是数字形式，信号信息的可靠处理降低到通过信号检测与鉴别点区是“1”和“0”的设备能力。如果信号只是被噪声、跳动、干扰和/串话适度地恶化，信号电平的损失或高频响应的缺陷能被克服。用这种信号检测器完全能再生二进制数字信号，只要在传输路经上发生噪声串话处将峰值能恢复到远高于它们的水平。因此，信噪比(S/N)成为任何新“最后一英里”电缆系统技术规格的第一和最重要的部分。S/N的表现主要是电缆系统抗电磁干扰(EMIR)和使电缆系统中在发送和接收链路之间的串话(XTLK)最小。本发明的新颖的四芯结构论述了这些因素中的需要，允许在信号需要再生以前相当大的运行长度。现代集成电路技术允许这种设备做得足够小和成本相当低，使它们能放在几乎不比线缆直径大的容器中接到电缆中。揭示的系统使用这种技术在今日网络面临的变化的噪声环境中在性能上提供实质上的极限。
信号功率信号功率的实际大小不象如下面论述的是严重的障碍。为了估计为得到好的通信功能在信号系统的电或模拟方面需要的信号功率的大小，要考虑的第一个因素使系统具有的内部噪声极小化。在接收器输入端，超过不可减少的热噪声的内部噪声功率设定在任何系统噪声级上的较低的极限。此测量能以独立于系统工作带宽的形式用“等效输入噪声温度图”来表示。作为量化此参数的好的方法，人们首先测量从一个已知热温度电阻加到输入端的系统噪声能量输出，然后第二测量将那个输入连接到已知的冷得多的温度(电等效)电阻。将两个输出功率的最终比例与在热和冷电阻源中噪声功率的已知比例相比较，允许适本地计算由系统内部噪声作出的影响。两个试验电阻的每个热噪声功率正比于它们的绝对温度。热噪声功率是4KT，其中K是波兹曼常数，而T是Kelvin绝对温度。已知的热源/冷源比例，功率比例之间的差和在系统输出测量的差是对系统的到信号输入多少噪声的极好的精确的测量。当这样观察时，一个典型的宽带电系统将具有一个“噪声本底”，它远低于一个值，此值高于室内温度源电阻10dB。
在现实世界的工作系统中，本地下线电缆设计应只允许由于EMIR和XTLK的恶化能量水平相当小地加到系统的噪声本底上。例如，在EMIR和XTLK上很好的电缆系统性能可以将这种信号恶化保持到比建议的+10dB的系统噪声本底不高于10dB。因此，对信号所需的功率能通过确定工作带宽和最小化系统S/N10来计算。希望的S/N可以是50dB，对大多数要求的使用它提供很低的比特差错率。
带宽可以是1千兆赫兹。
因此，需要的功率可以计算如下总的噪声功率是噪声图、EMIR馈通和XTLK之和。示例的值设为高于热噪声20dB。环境热噪声(4KT)约为每赫兹带宽约1.65×10-20瓦，它在+20dB噪音假设增加100倍，且由于系统带宽进一步增加，所以总的系统等成本输入噪声功率变为1.65×10-20×102×109＝1.65×10-9瓦。对50dB S/N，信号功率必须提升此值50dB(105倍＝1.65×10-4瓦的信号功率)，因此所需的信号功率仅是非常适度的0.165毫瓦(-7.8dBm)。
即使假设EMIR和XTLK具有大得多的等级，如高于上述实际噪声本底+30dB(而不只是10dB)，系统仍只需要很小的信号功率，只是+12dBm或约16毫瓦。比较大的，但仍是适度的功率等级将需要仅1.3V信号穿过本发明电缆系统的标称电传输阻抗(约100欧姆)。这种数与用于较老模拟声音频率下线电路的能量电平相比有每频带单位较低的功率，作为一个类别，后者具有差得多的系统功率效率。老的模拟系统常使用在1万赫兹带宽-8dBm信号功率(约0.16毫瓦)的操作标准。如果这种低功率效率用于上例中的1千兆赫带宽，则信号功率需求将跳到+42dBm或约16瓦(每赫兹16毫微瓦的功率密度)。即使噪声较大的数字系统例子(+30dB干扰)也具有大于1000倍的信号功率的有效使用，(仅每赫兹16微微瓦)这些电缆系统没有考虑在电缆系统中的任何损失或任何高频响应转移。这种损失和转移会发生，且可以通过在信号发送端提高电平与频率响应并用升高接收系统的响应修正平衡不足容易地予以补偿。如果象通常这种，大多数直接损失和高频滚降也在恶化EMIR和XTLK上工作，则那些因素没有影响S/N那么多。在实际系统中此方法相当好。在以前的例子中，使用很保守的50dB S/N，且没有考虑在产生足低的信号恶化情况错误校正编码起的极其重要的作用。由世界上大多数数字通信系统使用的通常是SONET或SDH系统的错误校正编码几乎不需要这么好的S/N，在大多数的任何应用中对普通的错误30dB已足够。加上数字信号再生器的增强使用，只因适量的信号再生器性能可以设计得很高水平。在任何好的系统设计中，抗噪声干扰将是主要的限制，在这些例子中有很多余地来调节到任何实际系统要求。对“最后一英里”电缆系统的较大问题是EMIR和XTLK影响，好的设计必须有效地考虑，正是从这类信号恶化，现有的电话的外面设备(“铜线对”电缆)发展了其致命的限制，导致上面提到的废弃。这种较老电缆系统由于XTLK和EMIR的问题不能为多个用户提供足够的宽带信号。
能量损耗和HFTL如果在电缆设计中使用的绝缘材料是从较好的频率范围低于1千兆赫兹的现代塑料材料选出的，小直径电缆的HFTL主要是由电缆导线损失控制的，后者在高频下主要是导线中的“趋肤效应”结果。
趋肤效应在本专业中是公知的。由在导线上(或中)流的交流电流引起的明显的阻抗大大超过导线的直流阻抗。所描述的等式显示，对于频率超过与这种导线的直径反向相关的一个值时，其影响变得很大。看来当使用频率增加时，使电流越来在导线表面的很浅的深度流动。对很大尺寸的导线，即使在市电频率(50Hz)下，这种影响是明显的。从19世纪最早的研究就开始了，因为在交流电传输电缆系统中发现意外的高的损失。在较小的导线中，在兆赫范围内，趋肤效应变得十分大。在正常的导线材料中(如铜)主要的电流只在小于千分之几英寸的表面层中流。厚度大概正比于电流频率的平方根的倒数，因此对使用频率增加100倍，相对的表面深度减少到十分之一。“表面深度”认为是电流变成总电流值的1/e(约37％)时的深度。对非磁性铜导线材料(相对导磁率＝1)，计算表面深度的一个常用工程公式是d＝2.6*(f)^-0.5，其中d是以1/1000英寸(密耳)计，而f是以兆赫(MHz)计的频率。
F d@lMHz 2.6密耳@10MHz 0.822密耳@100MHz 0.26密耳@1GHz 0.082密耳趋肤效应已用多种方法予以分析，但是现有技术的分析存在一个重要的基本缺陷。它们缺乏因果关系的基础，当考虑一个交流电从零电流状态快速起动时会失败。一个不同的方法(本发明的某些方面依赖于此)开始于把趋肤效应作为从电磁能量传播到导线的高传导介质的过程来考虑。初始电流为了传导必须传播到导线中。
因此必须把趋肤效应考虑成由于波传播的需要引起的过程，而不是拟稳态的概念，后者难以推理高频现象，尤其是在电缆中信号的传播(一个趋肤效应的评论参考是H.B.G.Casimi和J.Ubbink在The Philips Technical Review，1967，V01.28，nos.9.10.和12中的三部分文章)。
在电通信电缆系统中，能量流过电缆的空间只是在电缆空间边界上的导体。这样看来，导线十分象镜子而不象能量传导体。当在下面详述本发明的电缆系统结构时，这个看法将更充分地描述。由于机械原因，在电缆中的空间必须填入某些绝缘物质。这个物质对电磁能量的流动也必须没有耗散的阻抗或干扰的效果，或者它将产生能量的损失或及时分散能量。这种绝缘材料(如电介质)能具有高频损失，许多材料也如此。例如，微波炉依靠这种损失加热和烹调。可得到一些现代塑料材料，它们在这里感兴趣的范围(低于1兆赫)内没有大的损失。此类可得到的热塑料允许经济的制造方法并具有足够低的电介绝缘体的损失，以致于使损失图主要是在路径的导线单元中阻抗损失的结果。
在极小化趋肤效应阻抗的努力中，已使用将电流重新分配到许多小的导线的技术。通过使用一个大的总的表面面积有可能在传导高频电流时维持一个实际损失水平。实现此原理的努力通过开发“绞合线(Litz wire)”和其他相似的尝试中得以说明，这些尝试是将许多小的多芯绞线互相缘形成一个组合导线或电缆。虽然在开发这种电缆过程中开始不完全满意，一个多芯绞线邻近另一个引起每个导线的交流磁场在相邻的导线上感应一个“涡流”，因此在从最接近邻近的多芯绞线区的每一个导线转移了电流。此“邻近效应”大大地增加了交流阻抗，以至于在足够高的频率，Litz结构的优点完全逆转了，上总的直径相近的实心导线相比变得更差。换言之，给定的“Litz”结构在某些频率范围内显示了改善，但在其改善范围中心的数倍频率处，标准的Litz电缆比同样直流传导电阻的单根实心线更坏。由分隔的互相绝缘的线制成的环形(管形)导线在高频处极小化传导材料的损失。但组成它的邻近导线仍然显示某些邻近效应。为了进一步克服这种邻近问题，使用导线的换位，使得有一个凹的或波纹形状，以阻断互相的邻近。这种方案在一个有限的频率范围具有某些意义。对宽的波长范围需要有更好的方法。当频率达到成数百或数千兆赫范围时，一个导线与另一导线的邻近成为限制问题。
在单根电缆中提供低XTLK可以使用两个分开的电缆以降低在发送和接收路径之间的XTLK，只要每个路径的屏蔽足以防止互相作用。因此这就把XTLK的责任推回给屏蔽。屏蔽永远不能是完善的，且如果高屏蔽衰减是一个目标，实际的限制仍然需要更加重和更硬的结构。用两根电缆，这一需要必然面临配对。总的成本和重量随之显著地增加，机械上的灵活性下降。本发明通过将两个电路径放在同一电缆系统中(在同一屏蔽之中)的方法避免了此问题。新的方法通过完善本发明的新颖四芯结构的对称性和借助围绕“类屏蔽”结构的新奇作用将电缆系统屏蔽功能(EMIR)的预防与XTLK统一起来。因此屏蔽的作用是通过EMIR的导入保持在满意的水平，所揭示的系统得益于由于在四芯结构中两个路径开发成真正的正交形成的平衡，特别好地抑制导入能量。新颖的电缆的加套提供了渗透场的均匀性。
数字信号的S/N和再生上面已经证明，通过本发明的新颖电缆特性S/N、XTLK和EMIR能够处理得特别好，这在下面详述。对数字信号，本专业熟知的另一个参数提高了系统的性能。对数字信号，有可能在恶化影响尚未变得大到扰乱数据可靠性的传输电缆线的某个距离处再生该信号。这对简单二进制或不归零(NRZ)数据特别有利。因为有关信号功率的已经示出，对仅有适度大小功率，S/N可能十分重要。二进制或NRZ能容忍产生普通数据错误的适度的噪声量。因此人们可以放置信号再生器，使得它的入口能精确地读出所谓信号“眼”的中心。为避免0或1的长运行，在这种检测器系统中，由SDH/SONET系统使用的线路码(Linecode)，如B3ZS，很容易地允许一个时钟信号来恢复，这就进一步提高了数字信号检测的可靠性。在电缆长度的某个距离上放置这种信号再生器系统完全再生了减弱的信号，恢复大的信噪比。在那个点上重新开始衰减的信号并带有高得多的能量，将信号电平提高到远离于系统噪声和串话(XTLK)的水平。可以使用这种信号再生方案，因为对于仅大于20到30dB的S/N，在实际系统中错误变得可以忽略。此能力可以用在两个传输方面有效地消除大部分在电缆长度上任何信号的恶化，那里信号的恶化是可以很小，因为用于“清洗”新的再生信号所需的能量是很容易得到。
设计者可以选择做此恢复的点。集成电路为专业人员所熟知，且可得到适合于所考虑的信号速度的性能。这种设备包括差分模式阈值触发检测器(具有某些有用的磁带)和决定阈值的时钟定位，使其与所谓的“眼中心”同步。用于两个路径的每一个的双再生器系统可以安装在很小的外壳内，甚至考虑防止它的静电和电放电。这种机壳可以放在几乎不大于电缆本身的小箱子内加入到最后一英里电缆中，允许此再生操作长途电缆中重复实现的导线可以很容易地传送所需的直流电源，用于这种信号再生器系统模块。传送系统电源为其他系统需要(如保证UID操作)的电缆的电导线的使用考虑是最后一英里线缆系统设计的功能的一部分。此方法允许应用此新颖电缆延伸容易用作典型的最后一英里电缆的长度，并为系统提供这种功能而不必依赖任何其他电源，这在由网络提供时不是那么可靠。可靠性的要求对于高水平的连续使用是十分重要的，这是本系统对网的用户能做得到的。
结构本发明提供“最后一英里”连接电缆系统，它向网络化通信系统的用户提供了等效宽带性能的双向独立电路径，并提供光纤作为现在和将来的需要。选定四芯结构，因为基本上两条电路径能完全没有互相作用。这个要求简单地就是非常好的对称性。对称性的属性在双路径的正交性(抑制XTLK)和每个路径在抑制电磁干扰的能力上起着重要的作用。
图5和图6在剖面图中示出这种四导线新颖四心安排可能采取的一般形式。在图5中，对四个导线71、73、75、77的每一个应达到基本上精确电气位置，且如果周围的“屏蔽”导体79是中心化的且沿周长其电磁特性(在感兴趣的频率上)是一致的，则两对将是精确地互相零感应位置。因为感兴趣的是每一对的电磁场，达到的平衡或对称程度可以通过测量从每个导线到屏蔽和到每个其他导线的电容量来估算。真匹配程度是电感和电容平衡(Ablance@)或那个陈列的对称性的测量。因此串话是可忽略地小且两对中的每一个能基本互相独立地操作。这方面正是吸引我们对双向，双通道宽带系统的注意。实现对称性的此方法包括如在下面讨论的专门模制的定位器。
图6更详细地示出一个四芯环形混合电缆的剖面图。四个导线71、73、75、77是如图5一样。周围的屏蔽导体79也示出，与四个导线对称。图6示出缓冲通道81、83、85、87，它们能支持一个或多个光纤。一个定位器或环形导体支撑绝缘器89提供了一个导体71、73、75、77通过它的结构。定位器的结构在下面叙述。
在每个缓冲通道81可以使用填充胶体91。填充胶体的类型可以适本地包括如基于石油的胶体这种超吸收的绝缘化合物。这种化合物用作两个目的。一个是保持包含在那里的玻璃纤维免受空气侵蚀。另一个目的是为把线拉着穿过电缆时提供润滑。
其他的优点产生于增加了四心内部导线结构的扭转，使得中心绝缘和定位的结构和导线的沿长度的线形成螺旋，每英尺电缆长度转1圈到2圈。这种结构具有有用特性，当适本地从平衡的源头馈信号且在平衡的接收器端结时，任何均匀地渗透到内部导线的场将不导致纯电流在两个对上流过。扭转线对的使用是已知的。但是本发明的螺旋结构的一个优越性是本发明的EMIR提到同样程度，它的XTLK是最小的。因此，在本发明的的电缆系统中减少XTLK，也降低了在现代环境中普遍存在的电磁污染的不须要的噪声侵入。在本发明的结构中的“屏蔽”功能不仅是衰减干扰能量，且通过将泄漏的能对称地分配到很好平衡的内部四心结构，对称化了侵入场的电磁传输。
四心平衡结构大大地抑制穿过的能量。这里使用的“屏蔽”术语指的是周围结构的行为而不指简单的能量屏障的普通使用意义。这种屏障总是不完善的，某些能量总气透过它们。对称化屏蔽以增加EMIR是克服现在不断增长的EMI的能级的一个颖的方法，EMI在其也情况是难以处理的。由本发明的精确结构作出的排斥干扰的程度从未被本发明者所知的现有技术达到过，现有技术寻求主要干扰的排斥技术，那怕是在他们的电缆设计中昂贵地使用很重的屏蔽。
内部对称化设计本发明使用围绕四心电缆的内部对称化。当然，本专业熟练人士知道四心电缆本质上是不需要的，对双四芯电缆，同轴电缆等可以使用所揭示的结构作为围绕电缆。在本地下线电缆系统的一个实施例中内部对称化结构以剖面形式示于图7，它也类似地应用在所有其他例子中。图7的设计建立了在渗入电缆内部的衰减的电磁场方面的高度对称性，因此比以前用强力的屏蔽层且没有导线对称性实现的方法大大地提高了排斥能力。
例子1图7示出通过电缆壁的部分看，位于图6中示出的打点部分的内部对称物的示例性剖面图。层是从最靠近导线71、73、75、77的层开始叙述。每层的功能在下面列出的简短参照表中叙述。当然，下面的表仅是示例性的。事实上这是十分具体的，而且可以改变这是材料而不背离本发明的精神及范围


合成的外套能增加基本四芯电缆OD(外经)直径约0.210英寸(没有任选外波纹蒸汽防护层)。这产生对四芯电缆的约5/8英寸的总直径(采用0.042″加工直径管状环形四芯导线)，它不需要蒸汽防护层来保护导线可以包含的光纤。
组成的层在下面进一步描述。
铝箔材料101可以用适当的塑料载体衬托，后者可以是Amylar@或某些其他本专业熟知的耐久性材料，它适合于温度范围且最好是基本上不吸潮的。此配对的箔卷应以反方向缠绕，每一卷多属与金属充分接触约半圈并本身折叠一次。两个不同的配对层(101&105)可以需要某些不同的卷的螺旋以达到适当的可弯曲的特性。当然，层101&105可以用其他形式的传导材料替代。
胶体状碳或再生人工碳粒材料102从Asbury Graphite Mills Asbury，NJ，可得到，其粒子尺寸小于每平方英寸325粒或更细，它小到足以在将它作为电缆复盖原以前将其完全与选定的粘合剂混合。在凝固后的粘合剂中的混合物的表面，直流电阻率低于每平方(英寸)500欧姆。可用于此层的其他材料包括有相似传导性的材料。
从OMG America，Research Triamgle Park，North Carklina可以得到碳酰铁粉材料103。当前能提供的最佳和最细的粒子尺寸是K291A，适合于这里的使用。无论如何，均匀和彻底与粘合剂混合是根本的。柔韧的尿烷材料可从多个来源得到，倒如B.F Goodrich Company提供多种上述材料。可用于此层的其他材料包括具有类似磁性的材料。
高频镍-锌铁材料104，通过在几个步骤的粉并然后Aball Milling@该材料生产出粒子，其最终粒子以重量计可归类于尺寸小于5微米。适合的材料可具有复杂的导磁率，适合于100MHz到1000MHz的频率范围。Milled PhilipsFerroxcube制造的4型材料对此目的完令人满意的。考虑在高频材料性中的各向异性是重要的，这从在0.25到0.60泰斯拉(tesla)范围内的强磁场导出。其他可用于此目的材料包括有相似磁场性，如剩磁、介电常数和导磁率的材料。
不锈钢编带106可以从每股厚度在4到6密耳的材料中选择，那种材料显示了高的抗拉强度并在室外悬挂电缆的使用情况的张力水平下只有很小蠕类。其必能用于此目的材料包括有高拉伸强度的材料。
外套108可以是在32到40密耳通常厚度下的坚固聚氨基甲酸材料，可用于此目的其他材料包括有相似强度特性的材料。
图7的层分布在电缆内的渗透场，使得它们在信号路径上产生平衡效果。此技术的此非限性例子的层101的出现有若干理由。首先，它对四芯信号线对的内部场起了一个场的镜子的作用，层101通过提供一个从层102到渗透场的传导场短路线也作用在外面的渗透场，使得表面电流好象存在于层102这种成为更加平均地颁。层102与层101的铝金属层相比具有相当高的阻抗，后者在从相当有损耗的阻抗的102层的材料来的场上起一个大的分散作用。EM波速在层102的材料中相当高，并102层做成一定厚度使重要的场重新分布。层102与其上毗连层区域103，它具有相当高的导磁率(在重要的频率范围内5到50)和具有相当低的EM波速的介质传导性。与层102结合形成更大的分散作用。上一层，层104选择是在高频区域(50-500MHZ，其中其EM速度相当低)具有相当高的导磁率。其结果是，层104比层103稍厚，层104在与层103的边界上具有大的EM速度差，且场的分散因而加大了。层105是一个薄的高传导率层，它象“屏蔽”这种产生通常的场电流短路，但其主要的价值在于与子层的磁耦合得到所述的好处，因为它对外界的场只有小的屏蔽效果。抗拉层106是为了强度需要，虽然这同时在编带上提供某些电流吸收。层107(末显示)也可以使用。不锈钢的蒸汽防护性质也提供了屏蔽效果和某些抗拉的好处。外套108用于天气的保护和其他环境和施工处理的保护。
上述层的每一个可以改变或可使用另外的分层组合。改变在不同EM传播的突然接合处的EM特性的原则实现了重要的对称化效果，它正是所需的特征。本质上，衰减不是所述结构的主要目标。
为了评估可能的结构，人们可以构造一个所述类型的完美的螺旋形四芯线，并用它作为试验设备，比较通过带有或不带有所述类型可能的对称化外层的电缆的平衡信号传播的影响。其差别反映了“准直”或对称化性质的相对优点。
外阻抗匹配保护层第二种形式的外壳发展了有些不同于传统的屏蔽装置的特性，其目的是减少电磁能量的有效的类似天线这种聚集，这是任何导线组在室外环境下会呈现出来的。因为不可能做出不被电磁场渗透的物理上可实现的“屏蔽”，本发明者已找到另外的途径来实现减少对这种电磁干扰的脆弱性。已讨论了研究的电缆系统设计的对称性和平衡特征。另二个方法允许使用不同因素。
空间本身具有特征阻抗，它表征电磁场的传播。此辐射阻抗的量约为377欧姆，此值从空间的介电常数与空间的导磁率的比导出(或从空间的电感和电容量的比导出)。如果一个电缆的表面显示出抗御传播电磁场的能力，而该电磁场与空着的空间有相同的值，则该电缆将产生一个面积小得多的天线效应，因此吸收比与那个电缆相同的末匹配好的导线少得多的能量。此好象天线的作用是很小的，只收集流过比其光的表面的投影稍大的面积的能量。实际上对一个辐射电磁场它几乎是看不到的。无论外套的内层如何设计，如果此影响存在，如这种内层的屏蔽效果将大为增加。
表面或外表观阻坑匹配于空间辐射的这一设计按照本发明使用外阻抗匹配保护层来实现，并示于图8。参照图8，示出的电缆301具有四芯导线结构303。外阻抗匹配保护层加在芯导线303的周围。此外保护层具有与空间辐射特征匹配的外表辐射阻抗，且对相当宽的频率范围使用去聚氨基乙酸的外套材料中耗散填料实现。带有如Asbury Graphite Mills(上面引出)A99材料(或更细微)这种人造石墨碳粒子和如ASTM NO2200级雾化纯镍粉的OMG America(上面引出)AN325(或更细微)的金属粉末的混合物能提供必需的辐射耗散特性。
在选择材料及其组合中，对于耗散电阻匹配方面所希望的效果匹配于外阻抗匹酸保护层的表面特性，应考虑两个方面。首先，有一种方法，借此方法人们可以估计材料和结构在极小化该材料遇到的辐射电磁场的性能。这是人们可以选择合适材料的一种方法。使用一个为在感兴趣的频率范围内的RF场设计的无反射的房间，人们可以在无反射的墙上发射相对平面波的RF场。然后可以构造一个定向的RF接收器来观察从这种墙上反向回来的能量大小。能使用脉冲的发射和检测以使返回的杂散能量极小。通过把与要估算的电缆相同剖面的金属传导物体放置在同一墙上，它的反射能被记录。拿掉试验零件，并且将具有要评估的材料保护层的电缆放在试验零件处。重复此测量。这样得到的值给出了试验材料接近对空间的好的匹配的程度的相对测量。使用这样的或其他方法，人们可以尝试可能使用的其他形式的碳或类似材料。例如，某些天然的或矿物的片状石墨和/或结合各种金属的其他粒子或纤维，带有或没有非常小的不锈钢粒子或纤维，可能是很适合的。存在若干个的材料，在这样方式中是有效的，尤其是那些材料，它们很接近与空间的特性匹配，以致于在感兴趣的频率范围内使辐射EM场的“检取”极小化。
为了估计一个电缆不将能量从外面的场传送到它的信号路径的能力，一个众知的试验方法是在美国年方技术规格密耳-C-85485A项4.7等所规定的已建立的“表面传输阻抗”测量。但是，当遇到平衡的四芯结构时，此试验达不到其目标(确定侵入效果)。在它同轴电缆系统的主要领域此试验甚至不完全足够。此概念，如果适本地应用于本发明的结构，将显示出极低的能量传输值，这是由平衡排斥作出影响的结果，此影响远超过屏蔽本身的能量衰减。作为对此密耳技术规格的试验问题，和其他试验问题以及电缆设计的测量的结果的参考，见下列两篇参考文献“Introduction to Electromagnetic Compatibility”byClayton R.Paul(1992，John Wiley&Sons，Inc.，New York)Chapters 10，11，p.491-666；“Cable Shielding for Electromagnetic Compatibility”by AnatolyTsaliovich，(1995，by Van Nostrand Reinhold)，尤其是第3章。
围绕四芯结构的内部蔽层还可用作另外的目的，其作用好象电磁场的镜子限制了四芯导线的内部场，因而防止信号能量的损失。作为另一个好处，此导线结构也由于更加阻止了场的传播而减少了信号能量的损失。再参照图7，靠近四芯非传导的定位器89的外表面的传导层101设计成极小化这种损失。此表面是最好地对称的，所以在它与四芯电线之间的空间相对于导线对的空间是大的，有助于维持精确的对称性并极小化屏蔽(“镜子”)的影响。直径大概应等于或大于导线对之间空间的两倍。(见Bell System Technical Journal，Vol.15，No.2，pp248-283，Estel I.Green，F.A.Leibe和H.E.Curtis)。
为维持四芯线的内部平衡，源设备和端接设备也是重要的。任何电缆的内部平衡的重大扰动在这些端接设备上产生了不需要的能量进入的增加，并另外增加了在线对之间的内部口扰。新颖的平衡-到不平衡耦合器(平衡-不平衡变换器baluns)和电缆驱动电路平衡-不平衡变换器示于图9和图10，并形成信号再生器的重要部分，如在图1-4的系统示意图中所示的NID和UID。在下面“好平衡的驱动和端接”章节中还要对它们作深入讨论。
本发明对达到在电磁结构几何形状的精度的另一贡献来自于图11所示的导线定位器结构。用4根放好的导线拉出一个四芯电缆的工作有许多重大的可变性，即使当做了许多努力来控制此过程也是如此。1968年6月25日发表授于法国巴黎Compagnic General d’Electricite的Eyrand和Delorme的加拿大专利号788,603致力于通过机械上碾磨四个螺旋形槽到一个连续柱形的包括热塑绝缘材料(可能挤压成形的)的“茎干”，而建立好的对称性，它中心由玻璃纤维线加强，并随后将导线放入四个螺旋形槽内。此专利示出槽的螺旋形，以提供所希望的四芯线方向的螺旋形转动。然后这种组装件用合适的附加绝缘介质覆盖，加屏蔽并外加保护层。其塑料的“茎干”材料和它的处理(可能挤压成形到适合机械加工的形状)没有讨论。
本专业中众知的是在形成这种形状的材料中通常存在相当大的应力。机械加工释放了了这些应力导致很大松驰的应变。这就影响了最终加工的“茎干”的精度，影响包括初始影响和由于在工作现场老化和由于室外电缆系统所经受的每日温度周期地变化随时间逐渐增加的影响。Eyraud专利的方法，不管它的建立“茎干”的方法的任何限制，简单地遇到另外一组精度问题，问题来自于把它的“茎干”放到某些周围的绝缘材料和屏蔽中去，因为这样做的任何误差也将转变为最终系统的不平衡。此专利没有揭示完成制造的这一最后阶段的方式。
本发明通过提供一个精确的绝缘和定位结构(如图11所示)避开了这种问题，它将导线71、73、75、77锁定到在电磁围绕的最后形式的精确位置。在一种形式中，定位器89使用在下面“挤压成形方法”章节中揭示的特别高稳定性的拉伸过程，作为四个连接的纵向段来制造。此过程保证四部分如此制造的形状保持一致并且不仅在制造过程而且以后在广泛使用和工作现场老化的过程中保持稳定。本发明方法释放了通常与在标准的挤压成形方法(即使当使用如此螺丝塑化方法的混合)中出现的压力和温度梯度有关的应力。无论是室内或室外，本发明的电缆系统的寿命性能可能会大于100年。选择现代材料和本发明的制作方法使此令人想往的目标很经济地达到。
在若干较佳形式中，这些新颖的绝缘和定位零件围绕精确的环形信号导线(下面要揭示的专门形式)互相锁定。这些四个定位器零件的一般形状的某些例子进一步示11016。这些图说明了一个典型的凸的和凹的互锁组如何能配置来抓住并保持四芯导线的定位器结构的单元的相互位置。参照图11，定位器89以四个分别的部分示出。这些部分编号为305，307，309和311。每个部分一般是心型，且包括一个凸出部313，它装入槽315。这些单元进一步示于图12。图12又示出若干个铰接点317，它允许这部分方便地挤压出。一旦挤压成形如图12，每一部分能相对于眦邻的部分旋转以形成完整的定位器89’。
图13示出模压的铰链317。可以看到在四部分挤压中，通常三个连结或铰链317b是合适的。
这些部分可以转动以形成完全的定位器89’或可以形成定位器前在铰接点分开。图14示出它们被分开的实施侧。图14不示出每个定位器的凸出部分313，它在柯以插入槽315的位置。
此情况在图15中更详细地示出。尤其是，图15示出了一个可以搭锁的结构的例子。一个围绕凸出部分313的环形的环装入槽315的相应部分以便更安全地稳定位器89’的各部装在一起。
圆周可以具有任何方便的形状，如图16所示，其中它是圆的。图16也示出任选圆周槽，用于放光纤或其他导线。在此结构的另外形式中槽319可以不出现，圆周就是圆形对称的表面。在此例子的结构中，四芯导线以外的光纤或导线完全在四芯导线的内部。
回到图6，高出在定位器的空隙或缓冲通管81，83，85和87中有足够的空间安装光纤线。此外定位器形状89’可以构造得适合任何希望的电缆形状。但是这四个区域的定位和绝缘特性必须保持四芯线的内部电的对称性。这四个区域必须在它们的电特性方面均匀，虽然作为光纤的孔架这方面的功能不起任何作用。
本发明还发现另外方法将光纤包含在新的四芯结构中。如图11所指出，四个环形导线71’，73’，75’和77’中的每一个或任何几个可以用于包括光纤321，而不干扰乱电的平衡。例如，在四个环形导经的每个中间可以提供1到16根或更多的光纤，使电性能独立于光纤的绝缘性能。这个优点是很大的，因为四芯排列的所希望的螺旋形扭转(一个非限制性的例子使用约每英尺2档)也将为光纤的弹性卸载提供重要的极限，使其避免热膨胀、运动或从电缆运动来的机械应变。在例子中提出的螺旋形结构在电缆中需要相对于它整个外面电缆长度110％长的导线和光纤。
图17在剖面上示出本发明一种可能类型的环形导线(这里以71’为例)，它的中心区域92允许光纤在制造过程中装入或在电缆安装以后吹入。在电缆铺设以后安装光纤的一种方法包括光纤吹入技术。在此技术中，一个蘑菇状设备附在光纤的末端，而光纤的尖端放在电缆内。高压空气接入蘑菇状设备，推动光纤穿过该电缆。如本专业所敦另一种技术也可以使用。图17示出该革新设计的一个环形导线的一个例子的剖面。中心环形支撑护层94只需要使其厚度足以支撑编成编带的专门电导线110。内部光纤导管94可以是低摩擦材料，如一种含氟聚合物。这就允许为适应光纤有大范围的可能选择。可应用于此例的36根独立的线端每一个的结构可以从极小化趋肤效应和极小化大编织的多导线结构中发现的邻近损失的新的方法导出。趋肤效应的讨论已在上面题为“能量损耗和HFTL”的章节中导入。在考虑电磁波在桧介质中的表现时，在材料中运动的实际物理能的群速(考虑到它是电场效应)，变得十分小。此速度是在自由空间光传播速度的极小部分。例如，叙述对上述铜趋肤效应数据的情况，此群速在1MHZ时为47米/秒，且在100MHZ时只升到470米/秒。环形导线的空间和形状可以选择适合光纤的需要而不必损害环形导线的质量。随时间的维移，光纤可能会对由水蒸汽来的侵蚀的危险敏感。可使用超吸收的化学物填入塑料防护的光纤周围中心区域92的空间。这些材料吸收并固定那些进入包得很好相当防水的电缆结构的小水滴。这种电缆的外防护层94必须是相当不渗水的。
图18示出一个环形导线，它使用本发明结构的一个实施例来改善36股39尺寸的磁材料线(在图中作末端示出)的性能，如下面结合图12所述，50％用铜涂覆导电。如图18所示36股的每一根线具有铜材料的第一传导层353，包着一个钢抗拉核心351。接着是如下所述的具有高度介电常数各向异性的高频磁性材料基质355，再用含氟聚合物绝缘层357加保护。为形成环形导线，这些线被编织成2×18的织带填入0.42英寸OD中空外层的周围部分，此结构适合于包含光纤或其他导线。编带是一个紧密的编物使该设计的外直径维持到保持标称的设计阻抗值所需的值。
如图19所示，环形导线的又一种形式是借助实心金属管102的固有水蒸汽防护，对其包在里面的光纤提供更加好的保护。在图19中示出用于光纤的中心区，围绕此区的壁厚得足以支持弯曲和遇到的磁场强度。围绕此区域的层98，由管状的磁性材料构成，这层对光纤提供环形支撑保护层。最后是在层98上的覆盖层102。如图20所示覆盖层可有三层。第一层覆盖层104由传导层组成。在本例中，第一层覆盖层104可以是28微米厚的铜。第二层106提供具有各向异性的μ和ε的磁性填料。在本例中第二层106约10-20微米厚。第三层108由绝缘覆盖层构成，在本例中为4-8微米厚。这些层的示意性描述示于图20。
环形导线这里揭示的环形导线具有补充若干功能的单元和结构，这些功能是在本发明中四个导线实现的。环形导线可以按照专门的准则选择。满意的环形导线至少实现6个功能中的某些1.有两个具有可接收的高频分散的信号路径。
2.带有给在线信号再生器、UID外围设备和有关设备的电源，且可选地允许POTS信号流。
3.保持在每线对的宽带特征传播阻抗方面的精度及平衡。
4.维持信号民损失在可控制的等级，尤其在高频处。
5.对于为现在和将来使用的光纤作为保护性导管。
6.对四芯组合提供附加的强度和稳定性，以帮助维持对低XTLR和高EMIR的几何形状。
如上面参考图18所讨论的，图21示出这类单独线的剖面。它的设计在许多重要方面不同于现有技术，这些方面使用在传导介质内或其上的鲜为人知的波传播效应的性质。本发明的这些方面具有改善信号运载单元的性能的目标，且通过改变下列因素来帮助排斥不需要的外来电磁能a)单根导线的趋肤效应性质；和b)在本质上修改一个导线对相邻导线的邻近效应的互相作用。
电磁信号能的传播到导线结构内的一个修改是以非对称方式实现的，这促成其沿着导线长度传播并改善对导线单元的渗透。
导线至少有下列主要特征中的某一些1.它们使用从诸多材料中选出的高强度的铁磁材料芯线351，它当轴向磁化时也具有大的磁性剩磁。
2.在这种芯线表面使用高传导率金属我层353。在图21所示的情况，对铜包层的精制线所选的直流阻值是完全由铜制成的等直径线的传导性的50％。用铜作为导电材料，只需要在铁磁材料上薄的铜导。
3.此传导层还用高频磁性材料的薄的包层355覆盖，它具有适度的导磁率并显示出下列其他特性。包层材料355从诸多材料中选择，且是如下方法构成，使得在覆盖金属线处它的导磁率(μr)和介电常数(εr)可被偏置磁场实际值的强度和方向显著地改变。当该被磁化，空间的各向异性导致μr值和εr值。对络定的应用和关心的频率范围进一步选取磁性材料，使其在那个频率范围内导磁率随频率具有所希望的适当变化，并具有能量耗散损失的所希望的有限大小。
4.磁性包层355可以提非常小的粒子材料(如毫微级)和填料粘合剂的混合，它的选择是使其导磁率和介电常数基本上永久地指向在组合线制造过程中的磁场，并与其对齐，因此产生在这些参数(ε和μ)中的主要的和希望的空间各向异性。这就在导线的圆周区域提供磁的导磁率，它基本上不同于轴向方向，且在周向及轴向介电常数中是相关的各向导性。这可以通过混合半液体半圆体形式的磁性材料的粘合剂完成，它在制造过程中固化且在施加的足够大的磁场的作用下。
磁性材料可以是一类高频铁氧体，如Philips Ferroxcube 4型镍锌材料的一种，将其燃烧后粉碎再细磨，使重量98％的粒子尺寸小于5微米。
还发现所希望的是加了编置磁场，使保场的极性以某种方式反向，它使得各向异性连续出现指向线的长度，但带着铁磁材料线芯的剩磁磁化和有关磁性分子的极性，这些极性在空间周期性地反转指向线的长度方向。空间周期性是根据在铁磁材料线芯中的去磁效应，还根据在此电缆系统传送的最高频谱的波长和对这种频谱所希望的传播性质而选择的。
此各向异性的结构和功能基本上不同于以前的系统。存在许多例子，其中使用丁磁性材料，过去只是简单地将其加到信号导线上以增加导线的电感，提高了它的传播阻抗，因而减少了信号损失且补偿了频率响应的下降。几个美国专利的例子是授予Elmen的美国专利号1,586,887，“Inductively LoadingSignaling Conductors”；授予Fondille的美国专利号1,672,979“LoadedConductor”；授予Prache的美国专利号2,669,603“Transmission Line withMagnetic Loading”；授予Raisbeck的美国专利号2,787,656；授予Josse的美国专利号4,079,192“Conductor For Reducing Leakage AT High Frequencies”，且在不同影响级别上是授予Barlow的美国专利号3,668,574“Hybrid ModeElectric Transmission Line Using Accentuated Asymmetrical Dual SurfaceWave”；授予Lorber等人的美国专利号4,017,344，“Magnetically EnhancedCoaxial Cable With Improved Time Delay Characteristics”；授予Broomall等人的美国专利号5,574,260“Composite Conductor Haring Improved HighFregquency Signal Transmission Characteristics”。Elmen和Prach是电感载荷等价于线中集中电感的效应的例子。Prache是第一个开展磁性材料对加载电缆阻抗的绝缘效果的分析的人。Raisbeck‘656(1957年4月2日颁发)通过加入包括被Prache忽略的绝缘损失的所有完善了此分析。Raisbeck的分析在他的1958年发表的Bell System Technical Journal的文章中(pp361-374)作进一步的阐述。那些作者的重点在于极小化对给定尺寸(主要在同轴类型的线)的传输损失。他们并不试图直接改变如表面或邻近等效应。
Fondill‘979(颁发于1928年6月12日)叙述了用挤压成形方式用磁性材料包层一个导线，他通过向电线送一个“强的直流电”磁化了磁性材料。叙述的包层材料是粘合剂中的铁粉。该专利说明了实现了直流电流磁化来提高了包层的导磁率因而增加每单位长度电感，然后建立了通过提高传输线的阻抗水平来降低损失的方法。
Josse揭示了用磁性材料包层导线主要降低由于邻的中的涡流产生的损失，并使用此原则到Litz线的应用。他也将此过程用于超导电缆和非常高电流功率线频率的应用，那里的焦点看来是涡流的影响。
后面的三个专利(Barlow，Lordenet al.和Broomall等人)是不同的。所有的都叙述了实验结果，它们用经典的传输线和导线理论是不容易解释的。只有Barlon发展了影响波传播的表面波特性理论。Lorber在他的结构中观察到一个异常低的时间延迟，但是提出提高有效电感与电缆的旁路电容串联，并作了解释。在他发明的另外部分提出一个“波导”效应，作为所观察到行为的原因之一。Lorber也引用了Kehler&Coren 1970年文章(见Kehler et al.，Susceptibility&Ripple Studies in Cylindrical Film，J.of Appl.Phy.，Vol.41，No.3(March 1，1970)pp 1346，1347)，它示出在用作同轴结构中心导线的一个薄磁性包怪线的一小段中在110MHz处的非经传播效应的证明。
Broomall等人纯粹通过趋肤效应行为发展了他们对异常传播效应的解释。他们的结构与Lorbor的不同处在于将磁性层用作他们的基本结构，虽然他们也建议三层结构，将磁性材料放在中间层。他们给出的例子在损失和延迟行为方面只有适度的重要性，且没有作出提高，有一个传播领域的过程。从他们的文章中不清楚对其他材料或尺寸如何优化他们的方法。
Barlow只保留这些例子中的一个，提出对波传播过程的直接影响。如前所讨论，在由这些专利使用的高传导和/或可渗透介质中作为趋肤效应是作为传播效应最有效被处理的。Barlow认识到在他的叙述中缺少一个分析的数学处理。他叙述了一族试验，他用来证明他称之为非TEM模式的新疑传播模式。他使用一个绝缘层来发展此新颖的模式并给出宽范围的厚度，用来复盖从1MHZ到10GHZ的频率范围。他的杂志文章和在专利中给出的曲线显示了作为加入薄绝缘层的函数在衰减方面的大的改变。
看来通过改变能量传播的能量陷阱行为所有这三个专利是很理解。
现有技术没有论述本发明所论述的传播效应，他们也未能讲出将各向异性结合到介电常数和磁性的进展和影响。上面讨论的铁类材料只是可能的材料的一种，它们具有的微结构特性使得在适度值(小于1 Telsa)磁场的影响下，它们的电磁特性(绝缘磁性)关于磁场的强度和方向有实质性的变化。其他晶体半晶体或甚至某种非晶体物质也可显示内部有序的特性，这发展成比较大的各相异性。本发明部分地使用这种影响来达到人些性质的非平常的空间分布导出的传播特的提高。
5.合成的线可以用绝缘外层357进一步包层。然后此绝缘结构完成了将组成部分的合成导线分离到编织的或螺旋式缠绕的环形导线中，后果在支撑苣上成形如图17所示。
环形导线的另一个实施例图19示出可以用于四芯电缆的又一个非限制性的环形电缆的实施例。首先参照图20，此中空的环形导线可以作为单个磁性材料管98形成，用导电(金属)层104包层，再加一个薄薄的磁性基质层106，用非常薄的绝缘层108作外包层。此结构类似于上述单根线的层次结构。对很多应用，此单一的管状磁性核心形状是有利的。例如，它允许四根环形导线的每一根将光纤包在防蒸汽管内而不需要整个电缆完全防蒸汽。这种管了有机会增加其中央空间的直径可以用于光纤超吸收防护材料的填入。在可磁化管子中的剩磁，传导层的比例和基质层的各向异性特征能够调节以提供有效的低损失和均匀的传播行为，导致比上述编带线形式基本上相同或更好的性能。这样简化了电缆的结构，降低了成本并产生较轻或小一些的电缆。电缆例子的抗拉强度部分似应是抗腐蚀高强度编带，加到外套层的贴的里面。外钨层应使用EMI对称化子和具有抵抗空间阻抗设计的阻抗匹配外套，两者均已在上面描述。
这些环形导线具有至少下列独有的新颖的特性，且在许多基本方法上不同于本发明者所知的现有技术。
磁载荷结构和现有技术的系统一般着眼于相对于用于发射的传递能量的导线系统的损失行为，简单地提高传输线传播电磁能的阻抗水平。在这样的策略下，抵抗这种导线损失的大小成为传输系统的阻抗的较小的部分，因为减少了那佧引起的能量损耗的部分。这些努力既没有实质性地影响传播特性，也没有减少趋肤效应阻值，它支配了导线的交流阻值-尤其在高频段。这些方法具有的缺点是，作为减少损失的代价，他们减少了适用的带宽。只有极少的例外情况处理上面讨论的涡电流和邻近效应。大多数这些技术是窄带或固定频率的电源传输应用，不能应用于也不适合于宽带信号能的传输(见美国专利号3,160,702，Lapsley和3,592,492，Bader)。
另一方面，本发明已改变在导线中的趋肤效应，并改变沿着传输电路径能量传播的方式。这种方法不需提高结构的阻抗实现改进，而且带宽不是以什么为代价的。
导线结构的慎重的选择需要他的目标与保持传输能量损耗一起为任何给定的应用的需示。这种选择的平衡由先进的四芯结构系统对象作为例证，它着重于信噪比，因此强调在XTLK和EMIR行为方面的高性能。这些特征一起使能达到实现最后一英里电缆系统需要必须的网络性能。
孤子传播在某些条件下，在主电缆内的传播显示与孤子传播特性相关的低能量散布特征，孤子传播特性在19世纪中叶(1834，由J.S.Russell)作为由苏格兰一条运河上拖驳造成的令人注意的一类远距行走水波曾被注意到。在Russell之后其他人从数学上用Korteweg&deVries发展的一个重要基本描述等式(1895)研究了此现象。Fermi和其他人在1955年研究了这种波系统的数学，但是当Zabusky&Kruskal作更加深入分析，杜撰了一个词“孤子”来描述这些波现象的类相干群特征时走迈出重要的下一步。在这个题目上的大多数数学和实际工作出现在其后的30多年。孤子传播已经用到光纤系统，在其光学模式方面获得所希望的改进。当今用的光纤使用了孤子技术。
按照本发明的电磁传播状态的新颖各向异性的本质允许使用空间传播非线性(即相对突变且空间周期变化的μ和ε)，以类似于孤子的方式发射和接收能量，它具有非常低的散射因而有非常好的高速波形保真。因为孤子群速特征可带着信号能量经过相当大距离而保持其在空间与时间上的能量与波形，孤子传播显现了低能量损耗，长距离行走的较大有效信号带宽的优点。
为实现这样的信号源和负载耦合装置可能略为复杂且昂贵，但是当需要时也能认为是合算的。本发明者尚未发现任何现有技术对基本上是全部电能传播的模式将这种方法用于在亚光学波长范围内的电磁波的孤子传播。上面引证的三个专利(Barlow，Lorber和Broomall)都建议非传统的传播，但是既没有解释也没有教实现象这样优化的一个方法。本发明的本实施例，考虑如所述的这种各向异性安排，这将方便信号传播的低能量模式并显示了数字信号的较高速单元低的能量散布。在上述有关专门的环形导线结构的章节中描述的其他各向异性波传播效应也可以通过磁场的选择而改变，观察对任何给定信号的最优。
定位器制造的例子为了对四芯电缆所需的对称性的精确度，希望定位器保持基本上不变的电磁功能，尽管有由它的环境条件可预见的变化引起的改变。典型的热塑挤压成形包含很大的内应力，它导致在成形以后形状和尺寸的改变，尤其是当室外使用的老化期间。为了本质上克服这种问题，本发明者发展了在成形过程中减少这种应力产生的技术。
热塑熔化的振动，模具壁和挤压成形机能用于改善流动的速率并改进加工好产品的质量。在现有技术中使用在0.7和20,000HZ之间范围的振动频率在生产各种热塑产品时实现各种目标。
本发现者在处理热塑材料时引入一个新疑的方法。本发明者发现，在挤热处理过程中频繁地重复突然的降压及压力回升导致大大地平稳流动并大大地降低在最终挤压的形状中的内部应力。示于图23和26的中高-低-高压力循环足以快得使成为绝热。
实际上循环是一种反锻造过程，通过此过程，引入的膨胀波促成聚合物的阻碍和互锁的松开和解开。本发明的关键是在最终成形时的压力松驰到基本上大气压力，且在从刚高于玻璃转变温度冷却到基本是固化状态的过程中维持这种低压。由于在逐渐形成的过程中只有小的材料和过程的变化，定位器的所有段能在同时的过程中使用共同的模制流成形。
对于其玻璃转变温度低则在于低于600EF的融化温度牙提供足够的塑性的热塑材料，最好用下面例A示出的过程。对于如聚四氟乙烯(PFTE)这种其他热塑材料(它实际上不完全融化但需要一个烧结过程)例B的实施例可能更合适。这些例子在下面叙述并高于图22-27中例A在此过程中一个重要因素是在融化成形和挤压过程中压力的快速和频率脉冲形的释放。这些热塑聚合物具有的分子形式是变化的分子重量以及变化的聚合物链长度，它促成链的互锁，导致非牛顿流动特征，此特性产生用通常持续高压定型方法产生的锁定应力。图22示出一个挤压成型模头201，它连到挤压模体203。一个挤压模螺丝205位于挤压模体203内。一个或多个带有活塞209的液压活塞组件207用于调节体积以及压力变化。为了使压力大大下降所需的体积改变量是小的。因此，围绕恰在挤压成形模前的最终混合腔的小的液压活塞只需要移动很短的冲程，足以允许产生快速的压力变化且带有比用移动螺钉增塑剂或主压力活塞小得多的惯性。本发明者发现，剂压模沿着汽缸腔有小的锥度，以避免紊流混入到最终形成小孔的路径。
对此过程，合适的压力可以从0psi到2000psi的范围，此压力可以每1到10毫秒循环一次。当热的压出物冷却到从-50EC到+50EC的玻璃转变温度时，周期压力可以作用其上。
脉冲式挤压阶段之后是在槽211中控制的缓慢冷却，其目的是防止在压出物中出现大的冷却梯度，这可能形成应力。在图24中示出缓慢冷却的流程图。图24指出在挤压以后压出物(约100EC-300EC)处理槽的示意性安排。在步骤213中，热的压出物从模头出现。在步骤215，热的压出物出现在第一槽中，它保持比压出物温度低约20-50E。在下步骤217中，热的压出物稍作冷却后出现在第二槽，它保持比步骤215低约20-50E。在下一步骤219中，压出物出现在第三槽中，它保持比步骤217低20-70E之间。最后在步骤221，压出物出现在清洁槽中，维持约145-150EF。在清洁槽后提供一个暖漂洗(步骤223)来清洁压出物，然后用暖空气干燥。在每一步骤的过程中在进入下一步退火前提供穿过压出物的温度平衡。每一步的时间根据剖面的形状和压出物品尺寸而变。
在检查此脉冲释放压力的方法的生产结果时，完全冷却并老化的样本的挤压长度被浸入均匀加热的槽中以确定是否观察到任何变形。当经例A中描述的过程处理与未经处理的产生的被挤压材料进行比较时，未经这种技术处理的零件的主要变形方面差别变得十分明显。被处理的零件只要显示小的或没有形状或尺寸的改变。观察到的改进被认为是从互锁和受应力的分子链得到的，它们在脉冲的短暂的低压部分期间解开或松弛了。挤压的最后成形阶段可以在低压状态期间完成，在此状态其流动特性被大为提高了。固化阶段应在压力低得只提供与压模接触的情况，通常接近1巴(bar)。
脉冲释放过程提高了压出物的流动性。使用的锥度解决于要生产的剖面的形状和尺寸。对大多数相对小的形状，对如聚乙烯、聚丙烯、高分子重量聚乙烯和某些共聚物混合物这种材料从2到15度的锥度可以包括最佳的范围。锥度控制的一个重要参数是产生推出挤出物压力增加的截面体积的减少与绝热温度升高的比例。所需锥度的大小将随着融化性质(粘度和非牛顿行为)而改变。角度的选择将直接关系到截面的体积，且在理想情况在复杂的形状将随着截面的厚度而变化。对许多融化的行为有效体积的减少将在1-7百分比的范围内。
压出物的初始剂出具有很短的空气冷却段，再进入第一退火槽。第一槽的温度的挑选是通过试验选择的，使相对于如它形状、截面厚度和排出体积、速度等特性，稳定该特定材料在最小应力状态。考虑到在排出挤压模时由于压力下降总有一些绝热的冷却，这可以是低于压出物出口温度的20EF到100EF。三阶段顺序槽温度的下降对应力释放及稳定大多数的形状是足够了。加入每个槽的压出物的长度和花费的时间由当压出物从槽中浮出时它的温度的稳定性确定。在最后退火槽以后，一个清洁槽去除退火槽材料的任何残留物。对于较高温度的热塑材料，初始槽可以是一种适于调节温度的低酸纯净矿物油。较清洁的槽除去某些残留物和任何其他重要的表面杂物。
例B含氟聚合物因为它们的低绝缘常数和在10MHZ到1GHZ范围内的低损失特性是令人满意的，但具有很难成形性质。这些材料不是象例A中讨论的热塑材料，而是实际上不融化的。以粒子形式开始的含氟聚合物材料以类似于粉末治金的方式处理。它用粘合剂被压成，如Agreen@形的形状，然后烧结成最后的固体形式和形状。在压成这种绿色形状的过程中，类似的脉冲式压力释放对于均匀性和从成形后的烧结过程的结果具有有利的效果。图25-27描述了应用于这种材料与形状的方法。例如在完全烧结和处理PTFE以后，在静止的大气中和在产生1％以3％的快速高-低-高体积变化的脉冲压力成形模中的热材料的成形后处理提高了最后形状的稳定性和精确度。压力变化过程步骤的顺序组成对这种材料的例B。
参照图25，示出一个惰性大气腔251，其中以带状形式的烧结材料253连续地馈入。图中示出一个带状加热腔255，在惰性大气腔内对带加热。一个锥形成形模组257接收带253。脉冲压力活塞259施加退火压力波络加热的烧结带253，因而减少了内中应力并改善了形状的稳定性。脉冲压力活塞259可使用具有类似于如图26中示出的时间图的脉冲。百分数压缩由挤压模的制动点设定。
这些步骤示于图27的流程图。尤其是步骤261示出在引入到静止的大气腔251以前的热压FTPE带。步骤263示出带在低温下进入烧结腔。步骤265示出热的带送入如图25所示的惰性大气脉冲压模组。步骤267是最后一步，热的带被送入低温下和冷腔。
螺旋扭转本四芯电缆发明的一个实施例的最终成形步骤涉及定位器给予适当的扭转。所希望的螺旋扭转是在组装设有导线的中心定位器过程中产生的，因而在热的阶段通过维持在低于玻璃转变温度(Tg)的温度下的成形模系统将所希望的螺旋扭转加到组装件。在下一阶段，冷却的组装件基本上部分开放的，此时导线被装入它们的槽内。接着在进入下该组装件被压着关上，然后内屏蔽(或镜面)材料被装入电缆预成品。然后，此组装件准备好用屏蔽段，抗拉部分和外套作最后的外包层。
在挤压过程以后，定位器就可以安装了。对定位器的合适的材料可以是这种，定位器材料的电阻率约在105到1018欧姆-秒之间，它的介电常数在约1.05到4.0之间，它的低的绝缘损失在通常直到高于1GH的目标频率具有小于0.1损失频率。
其他材料特性是，定位器材料具有老化和风化特性，对于-50℃到+50℃的温度范围和0-100％的湿度范围，电磁功能小于1％的变化。对定位器的可接收的塑性材料的抗挠模数在最小约0.07×109帕斯卡(0.01×106psi，通常是软聚乙烯，可能是PTFE)到最大6.89×109帕斯卡(1.00×106psi，通常是PAEK)。这些类型的材料是可模制的或需要“烧结”，所以它们有各种类型。一个注入玻璃的聚丙烯也是任选材料。也能使用这些材料的各种混合物。
良好平衡的驱动和端接对本发明考虑的网络操作有三个特别重要的频率领域1)直流或低频范围，用于电源或很低的频率信令，如在20HZ附近的POTS振铃电压；2)约375HZ到约3400HZ的低频或声频范围；3)达到约1GHZ用于数字数据的宽带高频范围。
考虑的驱动装置和端接装置能有效地分离这三个范围，以致隔离它们之间任何相互作用。根据世界上现有的标准，最希望的数字数据格式类型是SONET或SDH格式，这旨可接收的当前标准，大多数世界范围的光纤通信用它们操作。这个时分口用方案的基本帧或Atime box-car@的一个基本帧设成125微秒时间段，即每1/8000秒一组。这两种格式的时间电的结构在图28中示出。每一帧的组织用810个时间片或“鸽子洞”来表示，它们示于9行90列的矩陈283。每格281包含一个八位字或字节。去每个125微秒帧，字段逐行流动，次序从1开始到810结束。因此每帧有6480位，以每秒8000次计，给出每秒51.84兆比特的基本的比特率。这仅是基本的或最小的比特率，或电形式的STS-1格式。当用于产生对光纤的光信号时，此格式被称为一个OC-1(光载体)。SONET和SDH标准包括使用称为B3ZS的8位编码方案，它通过以允许真实源数据的解码和恢复的方式修改数字避免长期走1或走0。发展此方法是从变换信号的基线防止大的低频能，它会转而扰乱数字信号的精确恢复。因此，此格式避免了在51.84MHZ信号中的低频分量。
基本的STS-1帧用作进一步的时分，即直到192次将数据放到此基本桢。即，每125微秒帧将每个810格再分成多对192个字，每个为8位长。这乘此比特率高达192倍，导致当前最大9.9456GHZ倍数据速率。当前的标准在全世界使用的工作通信系统中通常使用3，12，24，48，96和192倍的乘数。对于在这里揭示的某类最后一英里电缆系统考虑的电信号模式通常是STS-3(155.52MHZ)或STS-12(622.08HZ)。在这些情况，在由本发明使用的平衡的驱动或端接装置的部分只需要有限的低频响应。
大多数信号处理电路拓扑(尤其是使用路技术的)是单端的或非平衡的设计。必须使用装置将平衡的四芯设计耦合到这种非平衡单端电路同时保持电缆的EMIR和XTLK的性能。以前使用具有类似转换性质的平衡-不平衡变换器于此目的。C.L.Ruthroff在Proceedings of IRE 1959年8月期(pp1337-42)发表了有关此题目换经典文章。这种设计具有有限共模抑制(CMR)和某些有关的带宽限制。多孔铁芯的准传输线设备被用于做平衡-不平衡变换器，这些难于达到在宽的带宽内CMR好于25到30dB。两个美国专利的例子是授予Crowhurst的No5,220,297“Transmission Line Transformer Device”；和授予McCorkle的5,379,006“Wideband(DC to GHZ)Balun”。
图9和图10细述了在本发明中可以使用的驱动和端接设备。在此新颖的驱动器和平衡的接收器系统中，端接阻抗主要由“delta”(三相)结构的电阻器控制。在两个情况，这些小的薄膜电阻器通过所示的高通滤波器501和加到每三相电阻器陈列的小的电容隔离在线上的直流和低频分量。
如图9所示，平衡驱动器包括驱动该电缆的推-拉信号电流源503和505，加上源和端接电阴器阵列，从而极小化在转换或在“1”或“0”状态的阻抗变化。尤其是，图9示出进入驱高频增强电路507的STS格式数据流。高频增强电路507裣了损失。高频增强线507用接收器小孔增强电路509(图10)来调节以满足BER技术规格。高频增强电路的输出送到分相器508。分相器508的输出是有180°相位差的两个信号。由线511示出的第一个信号进入一个宽带电流源驱动器503。由线513示出的另一个信号进入宽带电流源驱动器505。一个平衡的高通滤波器501接收此两个信号。这些穿过电阻器陈列515进到四芯电缆517。在图9中显示出低通滤波器519，它从辅助的低频服务和直流电源接收输入。这些低频信号也送到电缆517，提供如图2的线55和57。
如图10所示，平衡线的接收端在耦合到推-拉栅阴差动输入放大器的无源电阻陈列515’处端接。此阶段将信号耦合到该系统或耦合到逞在全带宽有很好的CMR的数字时钟比较器。图10更详细地示出了平衡的电缆接收器系统。电缆517的接收端在无源电阻陈列515’处被接收。信号的低频分量通过低通滤波点519’到辅助的低频服务并提供直流电源。高频分最通过高通滤波器501’。高频分量通到一个平衡的输入放大器521。此平衡的输入放大器521可具有差动的栅阴差动放大结构。平衡的输入放大器的CMR可以在带宽内大于40dB。平衡输入放大器的输出可通过一个直流恢复同步箱位系统523。箱位系统的输出送到接收器小孔增强电路509。接收器小孔增强电路509可用于修整所谓的“眼模式”以满足BER技术规范。接收器小孔增强电路509的输出是数据流。
这种驱动器和接收器已经证明了好于50dB CMR的性能。在全集成电路设计中，此性能等级应近似达到相当低的成本。这里讨论的输和输出类型很容易加入到信号再生品模块，用于上面所揭示的电缆系统。
在上述图中示出的还有瞬态电压箱位设备以避免从各种可能来源来的高压脉冲(如静电放电，附近的照明或EMP，或连续，或服务瞬间)。
使用四芯线于“Firewire”应用最近用于计算机外围设备的一个新的口行数据总线标准开始得到了广泛的使用。此新的标准是IEEE1394或在国际IEC1883的相近的等价标准。名称“Firewire”已被广泛地用来命名此新的总线和系统。这些系统的物理互连电缆在外面屏蔽的内部使用两上双绞对和两根电原。FIREWIRE开始试图用于将各种辅助设备在相当短距离地互连到一台个人计算机。这些标准在范围和数据速率上增加了，使得最初的100兆比特/秒的限制成为到400MB/S的范围，且建议达到如1200Mb/s这种高的速率。这种电缆，作为本发明的修改可以非常适合于边疆许多当前和遍布家庭和办公室的家电、信息设备和辅助设备。
本发明的电缆的形式很容易借用于这种目标。该电缆可以容易的修改使其中包括两根电源线。对室内的环境当然能设计一个缩小尺寸的改型。此电缆开式的独特的优点可以利用于这种使用，且对此更有限的应用有很大的成本降低。
有意思的是，由标准所选的根本的总线周期使用与SDH和SONET协议相同时间产隔-125微秒。考虑到所揭示的全球通信系统永远有效连接的用户接口和FIREWIRE的高数据速率的目标，这些系统看来耦合很好，其数据功能很容易与本地环境接口。新疑电这种FIREWIRE形式和这种应用完全由本发明仔细考虑。
制造过程的例子本例使用图16形状的定位器，但其中对光纤的径向定位空间被忽略了。对此例所选的材料是PTFE。被组装的核心的直径是0.420英寸。它是如上所述通过“半成品”挤压成形，烧结和最后的锻造操作成形的。它被预装配，并随后在惰性大气加热通道中成形，以给出螺旋把转(每英尺1.8转)。幺正管状环形线(UTAC)在中心处互相隔开0.200英寸，且正交的四芯排列在0.420英寸的直径上环绕着核心支撑的中心。UTAC用0.0384英寸的OD(外径)管，软退火并从可以轴向磁化到大于0.6Tesla的高镍钱合金成形。管子的内径约0.026英寸，此管子作为连续长度的成形的，滚动的和熔合的材料制成的，它产生带有光滑内表面的“无缝”结构。它用铜电镀并电抛光到光滑明亮的表面，并且达到28微米的厚度。然后此表面通过压制如上面描述的包含Ni-Zn铁粉的尿烷塑料的磁性基质来包层，使得在轴向磁化场中固化以后表面的附加厚度为11-14微米。然后，固化后的组装在多阶段的浸入和干燥过程中(类似于用于在磁导线上包层绝缘层的过程)包层了厚度为4到6微米的软尿烷塑料材料。很方便用颜色编码此层以便识别在最终电缆中的UTAC的每一根。这就完成了UTAC的成形，在此阶段应将它存放在至少4英尺直径的线筒上。
对导线的下一个处理步骤是将长度为最终电缆长度(从如4000英到使用的最短，通常为400英尺)的需要数目的光纤控制所选的管子中，光纤是单模，塑料包层并有用于识别的颜色编码。精致的钢的线头把它们与超吸收化合物一起拉入管中，后者也起着拉光纤操作中的润滑剂。根据应用，光纤可以插入仅仅一个或几个UTAC中。建议光纤最少存量是在每个双电信线对的每一个中每个UTAC一个。
四个适当选择长度的管子接着组装成一个连续部分，再组装PTFE定位器。在这时，预选的核心电缆长度已经就续可以根据上面在屏蔽设计章节描述的计划屏蔽组装。外包层应使用EMI“对称化”第一屏蔽层(对称子)和上述的(外阻抗匹配保护层)具有电阻的空间阻抗设计的第二(最外)屏蔽层。这些屏蔽步骤完成了最终电缆的组装。成品电缆应存在最小4英尺直径的线筒上。
电缆制造以后，最终目标是要在不同的环境下完成，在那里电头要切到适当长度以允许光纤裁剪到适当的使用长度，存放在某个塑料存放管中。光纤可保留上缮将来使用，或在选定的连接点终结。同时，管状的环形导线在电上与皱缩套的铰接头相连接，提供很短的到源驱动器和接收点端接设备的连接。
此电缆的例子可以STS0-3(155Mb/sec)或STS-12(622Mb/sec)的速率用于Node系统。
已经叙述了本发明的若干个实施例。然而可以理解，在不背景本发明的精神的范围的情况下可以作出各种修改。例如，双称性和外阻抗匹配保护层可以用在同轴电缆。它还可用在双同轴电缆(图29)其中两根同轴电缆1601，1603可装在单个外套1609中。双同心环形导线1605和1607在该实施例中提供。类似地，参照图30，某些如超VHS或Y/C这种电缆格式使用两根同轴电缆，其中回路不是同轴的。这些可以类似地从阻抗匹配的外保护层1707得到好处。当然，任何电缆也能进一步从对称化层得到好处。
例如，还可以指出，每根电缆，如1701和1703也可以是四芯电缆。本发明者还考虑3轴电缆。
因上经，其他实施例在下面权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种双向传递数据的系统，其特征在于所述系统包括连接到网络的本地节点接口设备，它包括用于传递低频信号、功率、或直流信号的低频电路；和用于传递数据的高频电路；连接到本地节点接口设备的电缆；用于将电缆连接到多个数据设备的用户接口设备，它包括用于传递低频信号、电源直流信号的低频电路；用于传递数据的高频电路；和用于与多个输入设备相互传递信号的多个接口，从而使至少一个本地节点接口设备和所述用户接口设备进一步包括一个为无线通信配置的端口。
2.如权利要求1的系统，其特征在于所述用户接口设备进一步包括一个无线端口；并进一步包括与所述无线端口耦合的POTS线。
3.如权利要求2的系统，其特征在于所述用户接口设备进一步包括一个用于与外围设备通信的无线电端口，所述无线电端口通过无线电波，RF波或微波之一与外围设备进行通信。
4.如权利要求1的系统，其特征在于该用户接口设备进一步包括用于用户接口设备控制的开放式工业标准端口，其中控制的水平可以通过该开放式工业标准端口输入到用户接口设备。
5.如权利要求1的系统，其特征在于所述本地节点接口设备、电缆和用户接口设备在光域内工作。
6.如权利要求1的系统，其特征在于所述本地节点接口设备、电缆和用户接口设备在电域内工作。
7.如权利要求1的系统，进一步包括一个连接到本地节点接口设备的光纤接口设备。
8.如权利要求7的系统，进一步包括一个本地节点，其中所述本地节点包括多个光纤接口设备和本地节点接口设备。
9.如权利要求7的系统，进一步一个为耦合到本地节点的无线通信而配置的端口。
10.如权利要求1的系统，其特征在于为无线通信而配置的端口设置在本地节点接口设备中。
11.如权利要求10的系统，其特征在于为无线通信而配置的端口被耦合到一个电路。
12.如权利要求1的系统，其特征在于为无线通信而配置的端口进一步包括一个插塞模块，它具有将蜂窝协议的信号翻译为不同协议的信号的翻译器。
13.如权利要求12的系统，其特征在于所述不同协议是LINUX计算机语言。
14.如权利要求12的系统，其特征在于该蜂窝协议是CDMA。
15.如权利要求12的系统，其特征在于该蜂窝协议CDPD。
16.如权利要求12的系统，其特征在于该蜂窝协议是WAP。
17.如权利要求12的系统，其特征在于该蜂窝协议是TDMA。
18.如权利要求12的系统，其特征在于该蜂窝协议是GSM。
19.一种用于传递数据的系统，其特征在于它包括一个连接到网络的本地节点接口设备，包括用于传递低频信号、电源和直流信号的低频电路；和用于传递数据的高频电路；一个连接到所述本地节点接口设备的电缆；一个将所述电缆连接到多个数据设备的用户接口设备，包括用于传递低频信号，电源和直流信号的一个低频电路；用于传递数据的一个高频电路；和用于与多个输入设备互相传递信号的多个接口，至少一个本地节点接口设备和所述用户接口设备进一步包括一个用于卫星通信电路的端口。
20.一种通信系统，其特征在于包括多个地区环形网，每个地区环形网包括一个交换转移点；和在一个环形结构中与所述交换转移点耦合的多个节点，每个节点包括至少一个光纤接口设备；和接口设备；每两个地区环形网之间的一个桥接电路，允许在地区环形网之间作数据转移；和多个用户接口设备，每个用户接口设备通过一电缆被连接到相应的本地节点接口设备，其中交换转移点、地区环形网、节点、桥接电路，或用户接口设备中至少有一个进一步包括一个无线通信的端口。
21.如权利要求20的系统，其特征在于该桥接电路包括微波通信链路。
22.如权利要求20的系统，其特征在于每个节点有16到64个本地节点接口设备。
23.如权利要求20的系统，进一步包括与所述用户接口设备耦合的用于用户接口控制器的端口。
24.一种在通信系统中改变数据的方法，其特征在于包括接收预定数据格式帧中的数据；对该预定数据格式帧进行分用；接收来自无线网络的发送；根据来自无线网络的发送改变预定数据格式帧中的数据；和对该预定数据格式帧进行复用。
25.一种在通信系统中改变数据的方法，其特征在于包括接收预定数据格式帧中的数据；对该预定数据格式帧进行分用；接收来自无线网络的发送；根据来自无线网络的发送改变已分用的数据；和发送该已改变的数据。
26.如权利要求25的方法，其特征在于该预定数据格式帧是SONET/SDH帧或ATM帧中的一个。
27.一种在通信系统中改变数据的方法，其特征在于包括接收SONET/SDH帧中的数据对该预定数据格式帧进行分用；接收来自无线网络的以CDMA格式的发送；将以CDMA格式的发送翻译成一种不同格式；根据来自无线网络的发送改变分用后的数据；发送改变后的数据；产生所述不同格式的状态信号；将所述状态信号翻译成CDMA格式；和发送所述状态信号。
28.一种在通信系统中改变数据的方法，包括接收SONET/SDH帧中的数据；接收从无线网络经POTS线来的发送；将发送从POTS格式翻译成不同的格式；根据从无线网张的发送改变信号后的数据；发送改变后的数据；产生一个不同格式的状态信号；将状态信号翻译到POTS格式；和发送该状态信号。
29.一种在通信系统中改变数据的方法，包括接收预定数据格式帧的数据；对该数据格式帧进行分用；接收来自卫星网络的发送；根据来自该卫星网络的发送改变预定数据格式帧中的数据；和对该预定数据格式帧进行复用。
30.一种在通信系统中改变数据的方法，包括接收预定数据格式帧的数据；对该数据格式帧进行分用；接收来自卫星网络的发送；根据来自所述卫星网络的发送改变分用后的数据；和发送该改变后的数据。
31.如权利要求30的方法，其特征在于所述改变发生在用户接口设备中。
32.如权利要求31的方法，进一步包括根据改变后的数据将信号发送到接口设备。
33.如权利要求32的方法，其特征在于该接口设备控制一种电器的操作。
34.一种通信系统，包括一个中央天线；与所述中央天线通信的多个子天线；与多个子天线中每一个通信的一个地区环形网，每个地区环形网包括一个交换转移点；和以环形结构耦合到交换转移点的多个节点，每个节点包括至少一个光纤接口设备；和与每个光纤接口设备耦合的至少一个本地节点；和多个用户接口设备，每个用户接口设备通过一根电缆连接到一个对应的本地节点接口设备。
35.如权利要求34的系统，进一步包括一个微波通信链路，其中所述中央天线通过所述微波通信链路与多个子天线中每一个通信。
全文摘要
提供一种通信系统,它包括具有多个本地节点(51)的地区环形网,每个节点包括至少一个光纤接口设备(53)和至少一个本地节点接口设备(59),用于连接到全球电和光纤网络。本地节点接口设备(59)通过一根电缆(67)连接到一个用户接口设备(65)。本地节点(51),本地节点接口设备(59)和用户接口设备(65)每一个都可以接收和处理从无线网络发送的信号。
文档编号G06F3/00GK1346556SQ99815921
公开日2002年4月24日 申请日期1999年11月30日 优先权日1998年11月30日
发明者J·A·泰勒, M·D·维乔雷克 申请人:卡姆辛技术有限公司