DE2901235A1 - Digitales zweidraht-vollduplex- uebertragungssystem - Google Patents

Digitales zweidraht-vollduplex- uebertragungssystem

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DE2901235A1
DE2901235A1 DE19792901235 DE2901235A DE2901235A1 DE 2901235 A1 DE2901235 A1 DE 2901235A1 DE 19792901235 DE19792901235 DE 19792901235 DE 2901235 A DE2901235 A DE 2901235A DE 2901235 A1 DE2901235 A1 DE 2901235A1
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George Aneurin Howells
James Andrew Murray
Douglas Edwin Woodman
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    • H04L5/1423—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex for simultaneous baseband signals

Description

G.A.Howells 23-2-2
Digitales Zweidraht-Vollduplex-übertragungssystem
Die Erfindung betrifft ein digitales Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssystem, wie es in der Fernsprech-Ortsvermittlungsebene verv/endet werden kann.
Eine neue Entwicklung in der Fernsprechtechnik ist die Anwendung der digitalen Signalübertragung zwischen Teilnehmern und der Vermittlung in der Ortsebene unter Verwendung der Pulscodemodulationstechnik. Solche Systeme können die traditionellen Gabelschaltungen verwenden, um über eine einzige Zweidraht-Leitung, die die Vermittlung und die Teilnehmerendgeräte verbindet/eine doppelt gerichtete Übertragung zu ermöglichen. Jedoch ist die Güte von Systemen, die zur Trennung der digitalen Signale Gabelschaltungen verwenden, dadurch bestimrat, bis zu welchem Grad die Zweidraht-Übertragungsleitung angepaßt werden kann. Dies ist ein Wachteil, wenn mit einer normalen Teilnehmer-Gabelschaltung mit einer festen Anpassungsimpedanz eine Reihe von Leitungseigenschaften erfüllt werden soll.
Eine andere Technik, die zur Realisierung der doppelt gerichteten Übertragung angewendet werden kann, ist die zeitliche Trennung.
Diese Technik beinhaltet notwendigerweise die Verwendung von in ihrer Dauer kürzeren Signalen für jedes Bit der zu übertragenden Information. Die notwendige Übertragungsperiode wird sowohl durch die Anzahl der Bits"in den zeitlich getrennten Blöcken als auch durch die Entfernung zwischen den Endgeräten bestimmt. Die Anzahl der Bits in einem Block ist wiederum bestimmt durch die bewirkte Informationsübertragungsverzögerung und den Speicherbedarf.
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Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein digitales Zweidraht-Duplex-übertragungssystem anzugeben, welches unempfindlicher gegenüber Schwankungen der Leitungsimpedanz ist als ein System, bei dem die Trennung mittels einfacher Gabelschaltungen erfolgt, und welches ein niedrigeres Frequenzband als ein System mit einer Trennung im Zeitbereich erfordert, und dabei nicht die Nachteile der blockweisen Übertragung aufweist.
Lösung
Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Beschreibung
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 ein digitales Duplex-übertragungssystem,
Fig.2 die Grundform des Zwei-Impulse-Kodes und Varianten davon mit einem Tastverhältnis von 50 %,
Fig.3 eine zeitliche Beziehung zwischen den ausgesendeten
und den empfangenen im Zwei-Impulse-Kode kodierten Signalenim Teilnehmer-Endgerät,
Fig.4 mehrere unterschiedliche Möglichkeiten der zeitlichen Beziehungen zwischen den gesendeten und den empfangenen im Zwei-Impulse-Kode kodierten
Signalenim Vermittlungs-Endgerät,
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Fig.5 im Zwei-Impulse-Kode mit einem Tastverhältnis von 50 % kodierte Bits und entsprechende im AMI-Kode mit einem Tastverhältnis von 50 % kodierte binäre Bits,
Fig.6 eine zeitliche Beziehung zwischen gesendeten
AMI-Kode-Signalen und empfangenen Zwei-Impulse-Kode-Signalen im Teilnehmer-Endgerät und
Fig.7 eine Reihe von unterschiedlichen möglichen zeitlichen Beziehungen zwischen den gesendeten Zwei-Impulse-Kode-Signalen und den empfangenen AMI-
Kode-Signalen in einem Vermittlungs-Endgerät.
Im folgenden wird das in Fig.1 gezeigte System betrachtet. Dieses besteht aus einem vermittlungsseitigen Endgerät 1, einem teilnehmerseitigen Endgerät 2 und einer die beiden Endgeräte verbindenden Zweidraht-Übertragungsleitung 3. Jedes Endgerät enthält einen digitalen Modulator 11 bzw. 21, einen digitalen Demodulator 12 bzw. 22 und eine jeweils dazwischengeschaltete Einrichtung 13 bzw. 23, die eine Gabelschaltung zum Anschluß des jeweiligen Modulators und Demodulators an die Leitung 3 sein kann. Das Vermittlungs-Endgerät 1 sendet einen kontinuierlichen Strom von digitalen Daten aus, die binären 1-Signalen und O-Signalen einer zu übertragenden Nachricht entsprechen. Diese Signale müssen einen geeigneten Taktanteil enthalten, so daß im Teilnehnier-Endgerät 2 ein synchronisierter Takt abgeleitet werden kann zur Demodulation der ankommenden Signale. Es ist klar, daß dieser Takt auch
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zur Aussendung von Signalen durch das Teilnehmerendgerät 2 verwendet werden kann und daß, vorausgesetzt, die ankommenden Signalbits liegen in geeigneter Weise auseinander, die Eiapfangs-Bitperiode zeitlich getrennt werden kann von der Sende-Bitperiode. Bei den hier betrachteten Systemen wird jedoch von den freien Zeiträumen, die bei der bekannten Technik der Signaltrennung im Zeitbereich den Ausbreitungsverzögerungen in den beiden Richtungen entsprechen, kein Gebrauch gemacht.
Die Phasenbeziehung zwischen den im Vermittlungs-Endgerät empfangenen und den dort ausgesendeten Signalen ist willkürlich und bestimmt durch die Ausbreitungsverzögerung. Falls es keine freie Periode gibt, so ist es nicht möglich, in beiden Endgeräten eine vollständige zeitliche Trennung zu erreichen.
Die beiden nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind dazu ausgelegt, dieser Situation im Vermittlungs-Endgerät Rechnung zu tragen. Beide Ausführungsbeispiele verwenden denselben Sende-Kode in einer Richtung^ jedoch unterschiedliche Kodes und unterschiedliche Dekodierprinzipien in der anderen Richtung.
Beim ersten Ausführungsbeispiel beruht die Arbeitsweise des Vermittlungs-Endgeräts auf einer Kombination zwischen einer Trennung mittels einer Gabelschaltung und einer genügenden Trennung im Zeitbereich, so daß ein geeigneter Abschnitt jedes zum Dekodieren empfangenen Bitsignals immer außerhalb des bedeutenden Abschnitts jedes gesendeten Bitsignals vorliegt.
nicht Die Trennung mittels der Gabelschaltung fsTVvon fundamentaler Bedeutung für die Dekodierung, welche effektiv die der zeitlichen Trennung ist, sie verbessert jedoch die Güte des Systems beträchtlich.
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— ο—
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Das erste Ausführungsbeispiel beruht auf der Verwendung von zwei unterschiedlichen Varianten des Zwei-Impulse-Kodes für die Leitungsübertragung, jeweils eine Variante für jede Richtung. Die Grundform des Zwei-Impulse-Kodes zeigt die Fig.2a. Beim grundsätzlichen Zwei-Impulse-Kode wird jedes Bit dargestellt durch einen übergang von einem negativen zu einem positiven Spannungspegel oder umgekehrt, der in der Mitte der Bitperiode erfolgt. Dies ergibt ein sogenanntes gleichstromfreies Leitungssignal, wenn die Beträge der
Spannungspegel gleich sind. Im Falle eines Kodes mit einem Tastverhältnis von 100 % bleiben die relevanten Spannungspegel jeweils für die vollständige halbe Bitperiode bestehen. Die Fig.2b zeigt eine Variante der Grundform des Zwei-Impulse-Kodes mit einem Tastverhältnis von 50 %, bei der jeder Spannungspegel für nur ein Viertel der Bitperiode bestehen bleibt. Somit bilden das erste und das letzte Viertel der Bitperiode das, was als "pseudofreie Perioden" bezeichnet v/erden könnte. Die bedeutenden Teile der Bitperiode sind dabei auf den aus dem zweiten und dritten Viertel bestehenden Abschnitt beschränkt.
Die Fig.2c zeigt eine andere Variante der Grundform des Zwei-Impulse-Kodes mit einem Tastverhältnis von ebenfalls 50 %, jedoch werden in diesem Falle die Spannungspegel im ersten und im dritten Viertel gehalten, und die pseudofreien Perioden sind das zweite und das vierte Viertel. Andere Varianten der Grundform des Zwei-Impulse-Kodes mit ebenfalls einem Tastverhältnis von 50 % können leicht ins Auge gefaßt werden. Somit ist ein im Zwei-Impulse-Kode kodiertes Signal mit einem Tastverhältnis von 50 % definiert als ein Zwei-Impulse-Kode-Signal, bei dem für die Dauer einer Bitperiode der positive und der negative Spannungspegel jeweils für nur ein Viertel der Bitperiode bestehen bleibt.
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Bei dem System nach Fig.1 sendet nun der Modulator 11 des Vermittlungs-Endgeräts 1 die eine Variante eines Zwei-Impulse-Kode-Signals, beispielsweise die Variante nach Fig.2b aus, wogegen der Modulator 21 im Teilnehmer-Endgerät die andere Variante, z.B. die in Fig.2c gezeigte Variante, aussendet. Im Teilnehmer-Endgerät 2 wird (durch nicht gezeigte Mittel) von den Nulldurchgängen der empfangenen Signale, wie in Fig.3 gezeigt ein Takt abgeleitet. DieserTakt wird nicht nur zur Steuerung der Abtastung der empfangenen Signale zum Zwecke der Informationsgewinnung im Demodulator 22 verwendet, sondern auch zur Steuerung des Modulators 21. Dabei ist dafür gesorgt, daß wenigstens eines der bedeutenden Viertel der Bitperiode des gesendeten Signals im Modulator mit einem der pseudofreien Vierteln der Periode des empfangenen Signalbits (abhängig von der Wahl der verwendeten Varianten mit 50 % Tastverhältnis) zeitlich zusammenfällt. Die Fig.3 zeigt die feste zeitliche Beziehung zwischen den empfangenen und den gesendeten Signalen im Teilnehmer-Endgerät. Alternativ iur Ableitung des Takts vom übergang innerhalb des Zwei-Impulse-Kode-Signals nach Fig.2b, kann der Takt auch aus der Vorderflanke des im zweiten Viertel der Bitperiode auftretenden Signals abgeleitet werden. Wie im Falle des Vermittlungs-Endgerätes ist die Signaltrennung durch Verwendung einer Gabelschaltung nicht von fundamentaler Bedeutung, sie verbessert jedoch die Güte des Endgerätes.
Im Vermittlungs-Endgerät kann der Dekodiertakt (durch nicht gezeigte Mittel) von den ankommenden Signalen abgeleitet werden. Dies kann erleichtert werden, wenn man in jeder übertragungsrichtung eine freie Sendeperiode vorsätzlich
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einfügt, und dies in Intervallen, die nicht mit denen der jeweils anderen übertragungsrichtung zusammenfallen. Die dazu alternative und bevorzugte Methode besteht darin, den Grundtakt des Endgerätes zur Dekodierung zu verwenden, wobei die geeignete Phase durch einen Teil eines Synchronisationsprozesses und/oder aus dem während einer pseudofreien Sendeperiode empfangenen Signal wie in Fig.4 gezeigt gewonnen wird. Die Form der zur Dekodierung in jedem Endgerät empfangenen Signale kann durch Veränderung der ausgesendeten Signale verbessert werden. Dies entspricht einem bestimmten Grad einer Leitungs-Vorentzerrung. Eine geeignete Abänderung besteht darin, den Pegel der Leitungsspannung beim zweiten von zwei aufeinanderfolgenden Spannungspegeln mit derselben Polarität, wie in Fig.3 und 4 gezeigt, zu verkleinern. Wenn man das Maß der Verkleinerung von der Leitungsdämpfung abhängig macht, so kann man wie gewünscht eine Veränderung der Vorentzerrung erreichen. Dabei haben aufeinanderfolgende Spannungspegel mit reduzierter Amplitude eine gegensätzliche Polarität, so daß insgesamt eine gleichstromfreie Signalform erhalten bleibt.
Die zweite Ausführungsform beruht auf der Wahl eines geeigneten gleichstromfreien Sendesignals von dem Vermittlungs-Endgerät aus und eines nicht gleichstromfreien (nur für die Dauer einer Bitperiode) Sendesignals vom Teilnehmer-Endgerät aus, gekoppelt mit einer Integration über eine Bitperiode oder weniger als Mittel, um bei der Dekodierung den unerwünschten Gleichstromanteil der Gabelschaltung zu eliminieren. In diesem Falle wird ein Zwei-Impulse-Kode mit einem Tastverhältnis von 50 % von dem Vermittlungs-Endgerät ausgesandt und ein AMI-Kode mit einem Tastverhältnis von 50 % vom Teilnehmer-
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Endgerät (AMI = alternate mark inversion). Die Fig»5a zeigt eine geeignete Form eines Zwei-Impulse-Kodes mit einem Tastverhältnis von 50 %, bei der die bedeutenden Spannungspegel auf das zweite und dritte Viertel der Bitperiode beschränkt sind. Die Fig.5b zeigt eine Variante des AMI-Kodes mit einem Tastverhältnis von 50 %. Zu beachten ist, daß bei Bits mit dem einen Binärzustand, z.B. dem Binärzustand 0, während der ganzen Bitperiode kein Spannungspegel ausgesendet wird, wogegen bei Bits mit dem anderen Binärzustand, z.B. dem Binärzustand 1, normalerweise während der ersten Hälfte der Bitperiode eine positive Spannung erzeugt wird, die jedoch bei aufeinanderfolgenden 1-Bits zum Zwecke der übertragung in eine negative Spannung umgewandelt wird. Somit ist der AMI-Kode mit dem Tastverhältnis von 50 % gleichstromfrei (über eine Bitperiode) nur dann, wenn Binärwerte Null übertragen werden. Wann Binärwerte 1 übertragen werden, so ist es ein niete, gleichstromfreies Signal, wenn auch über eine Anzahl von Bitperioden der Leitungssignale sich ein akkumulierter gleichstromfreier Zustand einstellt.
Die Fig.6 seigt die vom Teilnehmer-Endgerät ausgesendeten Signale und die dort empfangenen Signale sowie die feste zeitliche Beziehung zwischen den Sende- und Empfangssignalen. Die Fig.7 zeigt die Vorgänge im Vermittlungs-Endgerät, wo die Phasenbeziehung, d.h. die Taktbeziehung, zwischen den ausgesendeten und den empfangenen Signalen willkürlich ist. Wie oben erwähnt, wird das empfangene Signal von dem Gleichstromanteil der Gabelschaltung durch eine Integration über eine Bitperiode getrennt. Damit eine Trennung erreicht werden kann, ist es notwendig, daß die Summe der bedeutenden
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Teile der Sende-Bitperiode und der größere Teil der bedeutenden Erapfangs-Bitperiode geringer ist als die Bitperiode. Außerdem müssen der bedeutende Anteil des Sendesignals und der bedeutende Anteil des Empfangssignals in der zur Integration verwendeten speziellen Bitperiode enthalten sein. Um dies zu erreichen, ist es sowohl notwendig als auch gebräuchlich, daß die Integrationsperiode durch den Beginn der Sende-Bitperiode definiert ist, vorausgesetzt, daß der Beginn des Empfangs-Bitsignals innerhalb der Sendeperiode liegt. Andernfalls ist es notwendig und üblich, daß die Integrationsperiode durch den Beginn des empfangenen Bitsignals definiert ist. Typische Beispiele für beide Fälle zeigt die Fig.7.
Im Teilnehmer-Endgerät wird der Takt nach dem bevorzugten Verfahren von dem übergang innerhalb des empfangenen Signals abgeleitet. Die Verwendung der Signaltrennung durch die Gabelschaltung ist nicht von fundamentaler Bedeutung, jedoch verbessert sie die Güte des Systems sehr.
Im Vermittlungs-Endgerät kann der Takt vom ankommenden Signal abgeleitet werden, vorausgesetzt, daß der AMI-Kode in einen bipolaren Kode hoher Dichte (High Density Bipolar code HDB 3) umgewandelt wird, um die Wirkung der aufeinanderfolgenden Impulspausen auszugleichen. Die Anfangssynchronisation der Integration kann dadurch geschehen, daß man den Sendebetrieb für die Dauer einer Bitperiode sperrt. Ein alternatives und bevorzugtes Verfahren besteht darin, den Takt des Vermittlungs-Endgerätes zu verwenden und eine geeignete Phase
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wiederum durch einen Synchronisationsprozess auszuwählen.
Die Form des im Vermittlungs-Endgerät zum Zwecke der Dekodierung empfangenen Signals kann durch eine Veränderung des vom Teilnehmer-Endgerät ausgesendeten Signals verbessert werden, wie durch die gestrichelte Ergänzung des Signals in Fig.6 angedeutet ist. Die Amplitude des ergänzenden Impulses kann so eingestellt werden,, daß sie von der durch die Signalamplitude angegebenen Leitungsdämpfung abhängig ist. Dieses Verfahren stellt eine einfache Vorentzerrung erster Ordnung dar, die notwendig ist, damit eine übermäßige Impulsverbreiterung durch die Leitung vermieden wird»
Eine Entzerrung wie oben für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, ist nicht auf die übertragungsrichtung von der Vermittlung zum Teilnehmer anwendbar, weil sie nämlich die Integration als ein Mittel zur Eliminierung des vom Sendesignal herrührenden Einflusses beeinträchtigen würde.
Wenn auch bisher nur auf die Verwendung eines im Zwei-Impulse-Kode oder im AMI-Kode kodierten Signals Bezug genommen wurde, so sollte doch festgestellt werden, daß auch andere Signalformate für die Verwendung in Frage kommen können, vorausgesetzt, daß sie sich nach der Grenze von 50 % für das Tastverhältnis richten. Ein solches Signalformat ist dasjenige, das als der sogenannte "Top Hat Code" bekannt ist, bei dem jedes Bit durch einen Signalpegel der einen Polarität dargestellt wird, welcher die Dauer der Hälfte des bedeutenden Teils der Bitperiode hat, d.h. ein Viertel der gesamten Bitperiode bei einem Kode mit einem Tastverhältnis von 50 %, wobei dem Signalpegel der einen Polarität jeweils ein Pegel
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der entgegengesetzten Polarität unmittelbar vorausgeht und nachfolgt/ die jeweils die Hälfte der Dauer des Pegels der einen Polarität haben, d.h. ein Achtel der gesamten Bitperiode. Üblicherweise ist die Dauer der bedeutenden Signalpegel auf den mittleren Teil der Bitperiode beschränkt, so daß die Bitperiode mit einem Anteil mit Spannungspegel O beginnt und mit einem solchen Anteil endet, die jeweils ein Viertel der gesamten Bitperiode andauern.
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Claims (10)

  1. 29U1235
    Patentanwalt
    Dipl„-Phys.Leo Thul
    Kurze Str.8
    7 Stuttgart 30
    G.A.Howells-J.A.Murray-D.E.Woodman 23-2-2
    INTERNATIONAL STAIiDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
    Patentansprüche
    Digitales Duplex-übertragungssystem mit zwei Endgeräten, die über eine Zweidrahtleitung miteinander verbunden sind und
    die jeweils Einrichtungen enthalten zum Senden und Empfangen von isochronen digitalen Signalen über die Zweidrahtleitung, wobei die digitalen Signale eine gemeinsame Bitfolgefrequenz haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (11) des einen Endgerätes (1) ihre digitalen Signale als auf eine erste Art impulskodierte Signale aussendet, deren Tastverhältnis weniger als 50 % beträgt, daß die Sendeeinrichtung (21) des anderen Endgerätes (2) ihre digitalen Signale als auf eine
    zweite Art impulskodierte Signale aussendet, deren Tastverhältnis ebenfalls weniger als 50 % beträgt und daß bei nur
    einem der beiden Endgeräte die ausgesendeten Signale in einer vorbestimmten festen zeitlichen Beziehung zu den dort empfangenen Signalen stehen, derart, daß die Perioden des Signalpegels
    Null in den ausgesendeten Signalen dieses Endgerätes mit den bedeutenden Teilen der dort empfangenen Signale zeitlich
    zusammenfallen.
    1O.O1„1979
    Kg/Sch
    989829/0*3$.
    G.A.IIowelis 23-2-2
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endgerät, bei dem die ausgesendeten und die empfangenen digitalen Signale in einer festen zeitlichen Beziehung zueinander stehen, das andere Endgerät (2) ist.
  3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von jedem Endgerät (1, 2) ausgesendeten Signale in einem Zwei-Impulse-Kode (Fig.2b, 2c) kodiert sind, wobei sich die Kodierung des einen Endgerätes von der des anderen Endgerätes unterscheidet.
  4. 4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom einen Endgerät ausgesendeten,Signale in einem Zwei-Impulse-Kode (Fig.5a) kodiert sind"Ydäß die vom anderen Endgerät ausgesendeten Signale einfache binäre Signale sind, die in einem Kode mit abwechselnd unterschiedlichem Zeichenpegel (AMI-Kode = alternate mark inversion code) (Fig.5b) kodiert sind.
  5. 5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem der Endgeräte ausgesendeten Signale in einem sogenannten "Top Hat Codeir-Format kodiert sind.
  6. 6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinrichtung (11, 12/ 21,
    22) jedes Endgerätes (1; 2) mittels einer Gabelschaltung (13; 23) miteinander verbunden sind.
  7. 7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung in dem einen Endger.ät Mittel enthält, um die von der Gabelschaltung empfangenen Signale über eine Zeitperiode
    9B9829/083S
    G.Ä.Howells 23-2-2
    zu integrieren, die nicht größer als eine Bitperiode ist, wobei die Integrationsperiode eine vorgegebene zeitliche Beziehung zu den von diesem Endgerät ausgesendeten oder zu den dort empfangenen Signalen hat.
  8. 8. System nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Endgerät Mittel enthält, um die Amplitude einer Signalspannung eines von diesem Endgerät ausgesendeten Zwei-Impulse-Kodes in einer Bitperiode zu reduzieren, wenn diese Signalspannung auf eine Signalspannung derselben Polarität in der unmittelbar vorausgegangenen Bitperiode folgt.
  9. ο System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von jedem Endgerät ausgesendeten Signale vorbestimmte freie Bitperioden enthalten und daß die von jedem Endgerät ausgesendeten freien Bitperioden nicht mit den dort empfangenen freien Bitperioden zusammenfallen.
  10. 10. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Endgerät Mittel enthält, um die vom anderen Endgerät her empfangenen Signale, gesteuert von einem in diesem einen Endgerät erzeugten Takt, zu dekodieren, wobei dieser Takt die gleiche Frequenz wie der Grundtakt dieses Endgeräts, jedoch eine vorbestimmte Phasenbeziehung dazu aufweist.
    9i9829/083S
DE19792901235 1978-01-17 1979-01-13 Digitales zweidraht-vollduplex- uebertragungssystem Withdrawn DE2901235A1 (de)

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