TRANSMISSÃO DE SINAL TELEFÓNICO ANALÓGICO, SIMULTANEAMENTE A SINAIS DE DADOS E ALIMENTAÇÃO EM MESMO CABO DE REDE”

Introdução

[001 ] Refere-se o presente relatório descritivo ao pedido de patente de invenção para um método de transmissão de sinal telefónico convencional analógico em um cabo de rede padrão que será injetado e extraído através de dispositivo de uso interno dotado de porta RJ- 1 1 instalado na residência do usuário, possibilitando assim que tanto os dados e a alimentação elétrica quanto o sinal de telefonia convencional analógica sejam transmitidos pelo mesmo cabo, desde um equipamento receptor e conversor de sinal de radiofrequência (RF) de uso externo até o dispositivo injetor e extrator, o qual irá fornecer ao usuário tanto os dados para conexão com a internet a partir de uma porta RJ-45 quanto o sinal telefónico a partir de sua porta RJ- 1 1 , podendo assim ser conectado a um aparelho telefónico convencional de baixo custo.

[002] Deste modo, o equipamento conversor de RF poderá encontrar- se a uma distância de até 100 metros da residência do usuário, sem a necessidade de uma fonte próxima de alimentação elétrica já que esta será fornecida pelo dispositivo injetor e extrator através do próprio cabo de rede.

Estado da técnica :

[003 ] Como é de conhecimento de técnicos no assunto, a tecnologia PoE, Power over Ethernet, obtida pelo padrão IEEE 802.3 af, permite a transmissão de energia elétrica juntamente com os dados para um dispositivo remoto, através do cabo de par trançado (cabo de rede) em uma rede Ethernet. Esta tecnologia é útil para fornecer energia elétrica a um ponto de acesso de redes sem fio, câmeras de rede, switches remotos, dispositivos embarcados e outros equipamentos cuj o fornecimento de energia separadamente acaba por ser inadequado, caro ou impraticável.

[004] Os cabos de rede tipicamente utilizados pra essa aplicação são classificados segundo as categorias 5, 5e ou 6. Estas categorias são definidas pelo padrão ANSI/EIA-568-A e permitem comprimento de cabo de até 100 metros, sem a perda de pacotes, para as taxas de 10, 100 ou 1000 Mbits por segundo.

[005] O cabo de rede é constituído de 4 pares trançados de fios e possui conectores do tipo RJ-45. A comunicação Ethernet é feita de forma diferencial, ou seja, o sinal de transmissão (Tx) utiliza um par de fios trançados (Tx+ e Tx-) e a comunicação no sentido oposto, ou seja, o sinal de recepção (Rx) utiliza um outro par diferencial de fios trançados (Rx+ e Rx-). A partir disso, segundo a tecnologia PoE há quatro tipos possíveis de modos de operação do padrão IEEE 802.3 af, exemplificados nos desenhos anexos através da tabela da figura 1 , nas quais :

[006] 10/ 100 Mbps modo B, utiliza alimentação DC nos dois pares vagos de fios trançados ;

[007] 10/ 100 Mbps modo A, utiliza alimentação DC sobre os pares dos dados (azul e marrom);

[008] 1000 Mbps modo B, utiliza alimentação DC sobre os pares de dados azul e marrom e;

[009] 1000 Mbps modo A, utiliza alimentação DC sobre os pares de dados verde e laranja.

[010] Na referida tabela da figura 1 , o modo 10/ 100 modo B está em destaque, envolto por linhas vermelhas pois será utilizado como exemplo mais à frente durante a descrição do invento. Este modo utiliza o quadro de representação de cores T568B para ilustrar a pinagem (de 1 a 8) representada no esquema da figura 2. Este esquema mostra os pares trançados de um cabo de rede (representado pelo quadrado de linhas pontilhadas) cuj os conectores RJ-45 (não mostrados) em suas extremidades estão conectados cada qual à porta RJ-45 de um dispositivo qualquer. Assim sendo, observa-se que os pinos 1 e 2 carregam, respectivamente, os sinais de recepção Rx+ e Rx-, os pinos 3 e 6 carregam, respectivamente, os sinais de transmissão Tx+ e Tx- e os pinos 4 e 5 e 7 e 8 carregam, respectivamente, a alimentação DC+ e DC- .

[01 1 ] Também é conhecido que um dispositivo que trabalha com tecnologia PoE tem sua fonte de energia externa já em DC, podendo enviar energia a outro equipamento compatível e que estej am conectados às suas portas RJ-45 através de cabo de rede. Assim sendo, baseado no que foi dito anteriormente, esse dispositivo permite a comunicação simultânea de recepção e transmissão de dados e alimentação elétrica com o equipamento e, portanto, o equipamento não necessita de fonte de energia. Esse é o caso do sistema do documento de patente BR 10 2016 028204-7, citado aqui apenas a título exemplificativo, o qual pleiteia um equipamento com sistema capaz de efetuar conexão de internet de longo alcance em locais distantes de torres de telefonia móvel como áreas rurais e que dispositivos tradicionais como telefones celulares, modems USB e roteadores teriam dificuldades com sinais baixos ou instáveis. Esse sistema faz uso de cartão“SimCard” de uma operadora de telefonia móvel habilitado com plano de dados e potencializa o sinal recebido de uma torre de telefonia celular, já que o equipamento é instalado externamente em um mastro dotado de um refletor, de forma agregada, formando uma antena “pentaband” que trabalha com tecnologias móveis como 2G, 3 G e 4G. O sistema também faz uso de um dispositivo como o descrito acima, que recebe um cabo de rede convencional e alimenta eletricamente o equipamento instalado externamente, podendo transmitir e receber dados da torre celular. Desse dispositivo sai um segundo cabo de rede para providenciar acesso à internet por meio de um computador ou de um roteador para sinal Wi-Fi.

[012] E também de conhecimento de técnicos no assunto que o sinal de telefone analógico é composto de um sinal de áudio (tensão alternada) bidirecional, já que pode ser gerado em qualquer uma de duas extremidades, e um de componente de tensão contínua para alimentação, em torno de 48V, sendo composto ainda pelos tons do protocolo DTMF, os quais são gerados pelo telefone quando é pressionada uma tecla, ou pela porta FXS quando se recebe uma ligação . Neste último caso os tons do protocolo DTMF são utilizados para identificação do número da ligação entrante. Uma interface FXS já há muito conhecida utilizada para simular esse tipo de sinal, ou seja, ela sobrepõe o sinal de áudio à tensão de alimentação do telefone . Ainda, é sabido que uma interface FXS é composta de dois condutores, sendo um destes denominado“TIP” e o outro denominado “RING”. Esse par de condutores transporta tanto o sinal analógico de áudio quanto a alimentação do telefone convencional bem como os tons utilizados para sinalizar os números discados (protocolos DTMF ou FSK) . Essa interface FXS trabalha normalmente integrada a um modem, o qual recebe sinais de dados enviados por rádio frequência (RF), ou por cabo coaxial, ou por fibra óptica, e é dotado de porta de saída do tipo RJ- 1 1 para a qual são direcionados os condutores de sinal“RING” e“TIP” e a partir da qual é conectado o cabo de um aparelho telefónico analógico.

Ob j etivo da patente

[013 ] A presente invenção pleiteia um dispositivo injetor e extrator, dotado de porta principal do tipo RJ-45, um transformador conectado aos pinos de recepção de dados da porta principal, um segundo transformador conectado aos pinos de transmissão de dados da porta principal além de uma porta secundária RJ-45 e uma porta RJ- 1 1 , da qual um condutor de sinal RING conecta-a ao ponto médio do enrolamento de um dos transformadores e um condutor de sinal TIP conecta-a ao ponto médio do enrolamento do outro transformador.

[014] Além do dispositivo injetor e extrator, e proporcionado por este, o inventor pleiteia um método que permite a injeção do sinal telefónico gerado por uma interface FXS integrada a um equipamento conversor de sinais de RF sobre um cabo de rede conectado ao dito dispositivo injetor e extrator, o qual transporta ainda sinais de dados e alimentação DC conforme padrão IEEE 802.3 af 10/ 100 modo B descrito no estado da técnica.

[015] Dessa forma, a partir desse método, com apenas um único cabo o usuário receberá no dispositivo receptor instalado em sua residência sinais de dados e sinal telefónico convencional analógico provindos de um equipamento receptor de sinais de RF externo . Isso proporciona aos usuários desprovidos de serviço de telefonia em sua região utilizar o serviço telefónico de uma operadora móvel através de um aparelho telefónico analógico de baixo custo e ainda ter acesso ao serviço de internet oferecido pela operadora.

[016] Por ter uma unidade provida de antena instalada externamente, num raio de até 100 metros, a uma altura maior do que a do telhado das casas, esse conversor de sinal de RF pode ter um alcance significativamente maior do que se fosse instalado internamente.

[017] Explicados superficialmente passam, dispositivo e método, a serem melhor compreendidos através dos desenhos anexos.

[018] As figuras 1 e 2 representam uma tabela e um esquema de informação e funcionamento do estado da técnica, onde:

[019] Figura 1 - mostra uma tabela representando os quatro modos do padrão IEEE 802.3 af para portas RJ-45 com destaque (em linhas vermelhas) para o modo de operação“10/ 100 Mbps modo B”, o qual serve como exemplo para o método a ser descrito mais à frente. Aqui, cada pino é representado por uma coloração única associada aos fios do cabo de rede a serem mostrados no esquema da próxima figura;

[020] Figura 2 - mostra um esquema onde as portas do tipo RJ-45 de dois dispositivos (representados pelos quadrados esquerdo e direito) estão conectados por um cabo de rede (quadrado de linhas tracejadas central) . Vê-se aqui que a coloração e posição dos fios em cada pino ( 1 , 2, 3 , etc) é associada à coloração e pinos da tabela anterior demonstrando, portanto, que os pinos 1 dos dispositivos irão transmitir e receber sinal positivo de recepção (Rx+) através do fio respectivo do cabo de rede e do mesmo modo com os demais pinos e fios, ilustrando assim as informações da tabela da figura anterior baseado no modo de operação“10/100 Mbps modo B”.

[021 ] As figuras 3, 4 e 5 relacionadas a seguir, apresentam esquemas do dispositivo e do método em questão, motivos desse pedido de patente de invenção :

[022] Figura 3 - vista de um esquema do invento (dispositivo + método) representando um equipamento de conversão de sinal RF (à direita) dotado de interface FXS, da qual são conduzidos o sinal RING ao transformador responsável pelos condutores de recepção de dados Rx+ e Rx- vindos do modem e o sinal TIP ao transformador responsável pelos condutores de transmissão de dados Tx+ e Tx- Os sinais de recepção são conduzidos aos pinos 1 e 2 e os sinais de transmissão são conduzidos aos pinos 3 e 6 da porta RJ- 45 do equipamento . A esquerda é representado o dispositivo injetor e extrator de sinais (conectado a um computador) dotado de porta RJ- 1 1 conectada a um aparelho telefónico convencional e da qual são conduzidos o sinal RING até o transformador dos condutores de recepção de dados, e o sinal TIP até o transformador dos condutores de transmissão de dados. Centralmente, representado pelo quadrado de linhas tracejadas, é visto o cabo de rede conectando as portas RJ- 45 do dispositivo receptor à do equipamento conversor por onde trafegam os sinais de dados juntamente com os sinais RING e TIP através dos pares de fios correspondentes aos pinos das portas RJ- 45. A alimentação, representada pelas linhas amarelas, é transmitida da fonte DC do dispositivo receptor através dos pinos 4, 5, 7 e 8 e pelo cabo de rede até os pinos correspondentes do equipamento conversor, alimentando-o . O detalhe A representa os pinos de transmissão e de recepção de dados, assim como os responsáveis pela energia elétrica;

[023 ] Figura 4 - mostra a tabela da figura 2, com destaque para o modo de operação“10/ 100 Mbps modo B” no qual, após aplicação do método motivo deste pedido de patente foram adicionados o sinal RING nos pares de fios Rx correspondentes e o sinal TIP nos pares de fios Tx correspondentes, a partir dos respectivos pinos 1 e 2 e 7 e 8 ;

[024] Figura 5 - mostra um desenho ilustrativo da aplicação do método que envolve a presente invenção contendo o equipamento conversor de RF externo com antena conectado por cabo de rede Ethernet ao dispositivo injetor e extrator de sinais interno, este por sua vez conectado através da porta RJ- 1 1 a um aparelho telefónico convencional conduzindo a este o sinal telefónico analógico, e sua porta secundária RJ-45 conectada ao computador da residência ou a um roteador Wi-Fi para prover a conexão à internet dos dispositivos do usuário.

[025] De acordo com as figuras anexas, o“DISPOSITIVO INJETOR E EXTRATOR E MÉTODO DE TRANSMIS SÃO DE SINAL TELEFÓNICO ANALÓGICO, SIMULTANEAMENTE A SINAIS DE DADOS E ALIMENTAÇÃO EM MESMO CABO DE REDE”, constitui-se de um dispositivo injetor e extrator de sinais ( 1) dotado de porta principal tipo RJ-45 (2) padrão IEEE 802.3 af 10/ 100 modo B, porta secundária RJ-45 (3) e uma porta RJ- l l (4) da qual um condutor de sinal RING (5) conecta-a ao ponto médio do enrolamento do transformador (6) dos pinos de recepção de dados (Rx) e um condutor de sinal TIP (7) conectando-a ao ponto médio do enrolamento do transformador (8) dos pinos de transmissão de dados (Tx) da porta principal RJ-45 (2) . O dispositivo injetor e extrator de sinais ( 1) incorpora também uma fonte de alimentação DC (9) conectada por condutores aos pinos de transmissão de energia (DC+) e (DC-) de sua porta principal RJ-45 (2).

[026] Utilizando-se deste dispositivo injetor e extrator de sinais ( 1) ou de qualquer dispositivo dotado de transformadores e que incorpore porta principal tipo RJ-45 (2) e uma porta RJ- l l (4), é aplicado um método de injeção de um sinal telefónico convencional juntamente com os sinais de dados e também alimentação com corrente DC para a transmissão via cabo de rede (C) de um equipamento conversor de RF (EQ) para um dispositivo injetor e extrator de sinais ( 1).

[027] Para isso, utiliza-se um equipamento conversor de RF (EQ) semelhante ao descrito pelo documento de patente BR 10 2016 028204-7 citado no estado da técnica que possua, além de antena multibanda para captação de sinais RF com entrada para cartão de módulo de identificação (simcard) de uma operadora de telefonia móvel, um modem (M) para conversão do sinal de RF 2G, 3 G, 4G ou similar enviado pela operadora e captado pela antena multibanda e uma porta RJ-45 (P) de padrão IEEE 802.3 af 10/ 100 modo B . Este equipamento (EQ) conterá uma interface FXS (I) cujos condutores de sinal RING (CR) e TIP (CT), ao invés de serem direcionados a uma porta RJ- 1 1 como é comumente feito, são direcionados aos transformadores (T l) e (T2) do equipamento (EQ) de forma que o condutor de sinal RING (CR) seja conectado ao ponto médio do enrolamento do transformador (T l) dos pinos de recepção de dados e o condutor de sinal TIP (CT) seja conectado ao ponto médio do enrolamento do transformador (T2) dos pinos de transmissão de dados da porta RJ-45 (P).

[028] Assim, o equipamento conversor de RF (EQ) será instalado externamente à residência (R) do usuário e o dispositivo injetor extrator de sinais ( 1 ) instalado dentro da residência (R) do usuário, sendo ligado à energia elétrica através de sua fonte de alimentação DC (9) e conectado a um aparelho telefónico convencional (AP) através de sua porta RJ- 1 1 (4). Um cabo de rede (C) é então instalado, conectando o equipamento conversor (EQ) externo ao dispositivo injetor extrator de sinais ( 1) interno através de suas respectivas, porta RJ-45 (P) e porta principal RJ-45 (2) . Por padrão definido para uma utilização correta e segura, um cabo de rede (C) pode ter um comprimento de até 100 metros, o que permite que o equipamento conversor (EQ) externo possa estar até 100 metros distante da residência do usuário, possibilitando sua instalação em local onde sua antena multibanda possa captar da melhor forma possível os sinais de RF enviados pela operadora, além de poder ser instalado em locais de grande altura ou improvisados já que este não necessitará de fonte direta de alimentação elétrica, sendo esta fornecida pelo dispositivo injetor extrator de sinais ( 1 ) através do cabo de rede (C) .

[029] A porta secundária RJ-45 (3) do dispositivo extra extrator de sinais ( 1) poderá então ser conectada via cabo de rede a um computador (PC) ou a um roteador Wi-Fi (RO) para distribuição do sinal de internet aos dispositivos pessoais (D) do usuário .

[030] Concluída a instalação, seu funcionamento, proporcionado tanto pelo equipamento injetor extrator de sinais ( 1) quanto pelo método, motivos deste pedido de patente, consiste na injeção de sinal telefónico convencional simulado pela interface FXS ou outra similar obtidos a partir da modulação dos sinais RF captados, nos pinos de recepção (Rx) e transmissão (Tx) de dados da porta RJ-45 (P) do equipamento conversor (EQ) através dos condutores de sinal RING (CR) e TIP (CT) inseridos ao meio do enrolamento em seus respectivos transformadores (T l) e (T2), onde dito sinal telefónico convencional é assim transportado pelo cabo de rede (C) juntamente com o sinal de dados por seus pares de fios trançados Rx+ e Rx - e Tx+ e Tx-, transmitindo e recebendo sinal telefónico convencional para o dispositivo inj etor extrator de sinais ( 1 ), o qual, simultaneamente, compartilha, recebe e transmite o sinal telefónico convencional pelo cabo de rede (C) através de seus condutores de sinal RING (5) e TIP (7) igualmente inseridos em seus respectivos transformadores (6) e (8) dos pinos de recepção (Rx) e transmissão (Tx) de dados da porta principal RJ-45 (2) onde está conectado o dito cabo de rede (C).

[03 1 ] E possível deduzir que o método aplicado, trabalhando com o dispositivo injetor extrator ( 1 ), permite a comunicação do aparelho telefónico convencional com a interface FXS (I) do equipamento conversor (EQ) externo através de um único cabo de rede (C) que igualmente transporta sinais de dados de internet e alimentação, reduzindo o excesso de cabeamentos e fontes de alimentação de sistemas utilizados para a finalidade similar, a um único cabo de rede (C).

[032] Um técnico no assunto consegue concluir que, por ser feita no ponto médio do enrolamento dos transformadores (6) e (T l), a injeção do sinal RING altera igualmente a tensão de ambos os condutores Rx+ e Rx- do par diferencial do cabo de rede (C) Ethernet e, como a comunicação do par é feita de forma diferencial, ou seja, ela só é sensível às diferenças de tensão entre as duas portas (P) e (2), a comunicação de dados não é afetada pelo sinal RING assim como este não é afetado pelo sinal de dados, podendo as duas comunicações ocorrerem simultaneamente. Analogamente, como a inj eção do sinal TIP é feita no ponto médio dos transformadores (8) e (T2), esta altera igualmente a tensão dos condutores Tx+ e Tx-, não perturbando a comunicação diferencial deste par, assim como o sinal TIP não é afetado pelo sinal de dados .

[033 ] O método aqui descrito, aplicado como exemplo ao modo de operação 10/ 100 Mbps modo B do padrão IEEE 802.3 af, poderá ser aplicado também aos modos de operação 1000 modo B e 1000 modo A, nos quais os sinais TIP e RING são sobrepostos aos sinais diferenciais de dados, conforme representado na tabela da figura 4. Cabe ainda mencionar que o par de fios que carrega o sinal RING pode carregar, ao invés deste, o sinal TIP e vice-versa, desde que os dois fios de um par tenham sempre o mesmo sinal, seja RING ou TIP.