EP1243083A2 - Umsetzung eines bidirektionalen so-datenstroms für eine übermittlung über ein niederspannungsstromnetz - Google Patents

Umsetzung eines bidirektionalen so-datenstroms für eine übermittlung über ein niederspannungsstromnetz

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EP1243083A2
EP1243083A2 EP00991101A EP00991101A EP1243083A2 EP 1243083 A2 EP1243083 A2 EP 1243083A2 EP 00991101 A EP00991101 A EP 00991101A EP 00991101 A EP00991101 A EP 00991101A EP 1243083 A2 EP1243083 A2 EP 1243083A2
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EP
European Patent Office
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transmission
data
nsn
low
transmission packets
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00991101A
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English (en)
French (fr)
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Jörg STOLLE
Hans-Dieter Ide
Ralf Neuhaus
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H04Q2213/13292—Time division multiplexing, TDM

Definitions

  • a known data transmission method is the transmission of data via the power supply network, in the literature frequently referred to as 'power communication', abbreviated to 'PLC'.
  • 'PLC' power supply network
  • the power supply network is structured in Europe depending on the type of energy transmission, m different network structures and transmission levels.
  • the high-voltage level with a voltage range from 110 kV to 380 KVB is used for energy transmission over long distances.
  • the medium-voltage level with a voltage range of 10 kV to 38 kV serves to carry the electrical energy from the high-voltage network close to the consumer and is lowered to a low-voltage level with a voltage range of up to 0.4 kV by suitable network transformers.
  • the low voltage level is subdivided into a so-called out-of-home area - also known as a 'last mile' or 'access area' - and a so-called in-house area - also known as a 'last meter'.
  • the out-of-home area of the low-voltage level defines the area of the power supply network between the power transformer and a payer unit assigned to a consumer.
  • the domestic area of the low-voltage voltage level defines the range from the payment
  • the EN 50065 standard specifies four different frequency ranges for data transmission via the power supply network - often referred to in the literature as CENELEC bands A to D - with an approved frequency range from 9 kHz to 148.5 kHz and each with a maximum permissible transmission power which are reserved for data transmission based on 'Powerline Communication'.
  • a transmission of voice data For telecommunication applications, e.g. a transmission of voice data, data transmission rates in the range of a few Mbit / s are usually required. For the implementation of such a data transmission rate, a sufficiently large transmission bandwidth is required above all, which requires a frequency spectrum of up to 20 MHz with a suitable transmission behavior. A data transmission in the frequency range up to 20 MHz with a suitable transmission behavior can only be realized today in the low voltage level of the power supply network.
  • a known data transmission method for the transmission of digital voice data is the ISDN transmission method (Integrated Services Digital Network).
  • a data transmission Measured according to the ISDN transmission method which fulfills the above-mentioned conditions, for example on the basis of the known S o interface - often referred to in the literature as the basic connection.
  • the object of the present invention is to provide measures by means of which an S 0 interface can be implemented for data transmission on the basis of 'power communication'.
  • a major advantage of the method and device according to the invention is that by implementing the known S interface for data transmission based on 'powerline communication', conventional ISDN communication terminals are simple and inexpensive for data transmission via a low-voltage power network can be used.
  • An advantage of embodiments of the invention defined in the subclaims is, inter alia, that by using known compression methods or compression devices, for example based on the voice coding algorithm G.729 standardized by the ITU-T, the compression methods or compression devices are simply used for the transmission of a S 0 data stream over the low-voltage power grid required bandwidth can be reduced.
  • Another advantage of embodiments of the invention defined in the subclaims is that the existing tree structure of the low-voltage electricity network in the domestic area can be easily connected to a master-slave communication system. cation-configured relationship between a master device confi ⁇ , one each consumer assigned payers unit and the devices connected to the low voltage power grid, can be ⁇ chtung as slave I obligations configured Kirunikationsem ⁇ ch- displayed.
  • Another advantage of the embodiments of the invention defined in the subclaims is that by using the transmission mechanisms implemented for the S 0 interface, bidirectional and collision-free data transmission via the low-voltage power network with up to a maximum of 8 connected slave devices is implemented without additional implementation effort can be.
  • 1 a structural diagram for the schematic representation of a power supply network
  • 2 shows a structural diagram for the schematic representation of a conversion of an S 0 data stream encoded in an inverted AMI channel code and a binary-coded Sn data stream
  • 3 shows a structural diagram for the schematic representation of an implementation of the S data stream for transmission via a low-voltage network according to a first embodiment
  • 4 a structural diagram for the schematic representation of an implementation of the Sr data stream for a transmission via the low-voltage network according to a second embodiment
  • 5 a structural diagram for the schematic representation of a one carried out by a compression unit
  • FIG. 6 is a structural diagram for the schematic representation ei ⁇ ner linearization of binar coded So data ⁇ current.
  • the power supply network is structured depending on the type of energy transmission m different network structures or transmission levels.
  • the high-voltage level or the high-voltage network HSN with a voltage range of 110 kV to 380 kV is used for energy transmission over long distances.
  • the medium-voltage level or the medium-voltage network MSN with a voltage range from 10 kV to 38 kV is used to conduct the electrical energy from the high-voltage network close to the consumer.
  • the medium-voltage network MSN is connected to the high-voltage network HSN via a transformer station HSN-MSN TS that converts the respective voltages.
  • the medium-voltage network MSN is additionally connected to the low-voltage network NSN via a further transformer station MSN-NSN TS.
  • the low-voltage level or the low-voltage network with a voltage range of up to 0.4 kV is divided into a so-called AHB out-of-home area and a so-called IHB in-house area.
  • the outside area AHB defines the area of the low-voltage network NSN between the further transformer station MSN-NSN TS and a payment unit ZE assigned to a respective consumer.
  • the in-house area IHB defines the area from the payer unit ZE to the connection units AE arranged in the in-house area IHB.
  • a connection unit AE is, for example, a socket connected to the low-voltage network NSN.
  • the low-voltage network NSN in the IHB in-house area is usually designed as a tree network structure, the number of units ZE being the root of the tree network structure.
  • For transmission of digital voice data - insbesonde ⁇ re based on the S 0 -Schn ⁇ ttstelle - about Stromversor ⁇ supply network is a transmission bandwidth of several megabits / sec necessary with a suitable transmission response which option is currently available only in the low-voltage network NSN.
  • Em S c - data stream consists of a sequence of so-called S 0 frames SR to be transmitted one after the other.
  • the AMI channel code is a pseudoternary line code in which the two binary states "0" and "1" are represented by the three signal potentials' 0 ',' 1 'and' -1 *.
  • the binary state "1" is represented by the signal potential '0'.
  • Either positive or negative signal potential '1' or '-1' is assigned to the binary state "0", the polarity changing between two successive "0” states.
  • a So interface essentially comprises 2 user data channels, each of which is designed as an ISDN-oriented B channel with a transmission bit rate of 64 kbit / s and a signaling channel which is an ISDN-oriented D channel with a transmission bit rate of 16 kbit / s is configured.
  • a 4-wire transmission is generally provided for bidirectional data transmission via the So interface, the two transmission directions - hereinafter referred to as downstream direction DS and upstream direction US - being carried over separate lines.
  • the Downstream direction DS defines the data transmission over a transmission path from a central device controlling the transmission - hereinafter referred to as 'master' M - to further devices connected to the transmission path - hereinafter referred to as 'slaves' S ⁇ .
  • the upstream direction US defines the data transmission from the respective slaves S to the master M.
  • the payment unit ZE assigned to a domestic area IHB is designated as the master M - indicated by M in brackets in FIG. 1 - and via the
  • Connection units AE configured as slaves S to the low-voltage network NSN in the in-house area IHB connected communication devices.
  • a maximum of eight different slaves S can be addressed by the master M via the S 0 interface.
  • an S 0 frame SR m downstream direction DS and m upstream direction US is shown for a pseudoternar S 0 data stream encoded in the inverted AMI channel code.
  • Em S 0 frame SR has a frame length of 250 ⁇ s and comprises a total of 48 bits.
  • 16 bits of user information are transmitted via a first user data channel B1 and 16 bits of user information are transmitted via a second user data channel B2 and 4 bit signaling information is transmitted via the signaling channel.
  • additional control bits are transmitted in an S 0 frame SR, for example for access control, for a synchronization of the downstream data stream DS and the upstream data stream US and for the realization of higher system services in accordance with the OSI layer model.
  • the conditions for data transmission via the S 0 interface are standardized in the ITU-T (International Telecommunications Union) specification 1.430 "ISDN User Network Interfaces".
  • ITU-T International Telecommunications Union
  • the 48-bit information encoded in the AMI channel code of the So frame SR is converted into 48-bit binary-coded information and is converted to a 50 by a 2-bit header H Bit-long binary frame BR summarized.
  • the header H comprises a synchronization bit SYN and an initial state bit ANF.
  • the initial status bit ANF contains information about the signal potential associated with the first “0” status in the AMI channel code. Since the signal potential for the "0" state can have the potential 1 or -1, this information is necessary for the recoverability of the original AMI channel code on the receiver side.
  • the synchronization bit SYN is used to synchronize the mutually assigned S 0 frames SR for the downstream data stream DS and the upstream data stream US restored from the binary frames BR on the receiver side, since the mutually assigned S frames SR for the downstream - and the upstream data stream DS, US - as can be seen from the figure - are mutually offset by two bits.
  • FIG. 3 shows a structural diagram for the schematic representation of a conversion of the pseudoternar S 0 data stream coded in the inverted AMI channel code for transmission via the low-voltage network NSN according to a first embodiment.
  • the pseudotemary S 0 data stream coded in accordance with the m-shifted AMI channel code is converted by the conversion unit UE - as described with reference to FIG. 2 - into a binary coded S 0 data stream.
  • the binary coded, consisting of a sequence of binary frames BR S 0 data stream is subsequently to a log PE ⁇ unit for conversion to a lung for a data Mitt ⁇ provided via the low-voltage network NSN data formats passed mat.
  • a master-slave communication relationship is set up for data transmission between the devices connected to the NSN low-voltage network in IHB area and the ZE counter unit assigned to IHB in-house area.
  • the counter unit ZE arranged in the in-house area IHB and forming the root of the tree structure is defined as the master M and the other devices connected to the low-voltage network NSN via the connection units AE are defined as slaves S.
  • So-called PLC data packets each with a length of 250 ⁇ s, are provided for data transmission via the low-voltage network NSN, which are subdivided into a PLC header PLC-H and a user data area.
  • the PLC header PLC-H essentially contains address information for addressing the slaves S connected to the low-voltage network NSN.
  • the address information can be assigned by a MAC address (medium access
  • the MAC address is a unique 6-byte hardware address located on layer 2 of the OSI reference model.
  • the slave S connected to the low-voltage network NSN can be addressed using VPI / VCI addressing (Virtual Path I_dentifier / Virtual Channel I_dentifer) based on the ATM protocol (Asynchronous Transfer Mode).
  • the number of channels per PLC data packet corresponds to the maximum number of slaves S that can be connected to the low-voltage network NSN. As already described, a maximum of up to eight different slaves Sl - S8 can be addressed via the S ⁇ interface by the master M.
  • the useful data areas of the PLC data packets in the present exemplary embodiment are each subdivided into eight channels, each 50 bits long.
  • the respective subdivision of the user data areas of the PLC data packets of an equal number of channels is referred to in literature as symmetrical frame formation.
  • Each slave Sl - S8 is both for the downstream direction
  • the slave Sl-S8 can send or receive data, i.e. the binary frames BR assigned to the slaves S1-S8 are inserted or removed from the respective channel assigned to the slave S1-S8 by the protocol unit PE m.
  • the protocol unit PE m In the present master-slave communication relationship, for example, a cyclically fixed, hierarchical transmission process is implemented for each PLC data packet. In the literature, this broadcasting procedure is usually called
  • the PLC data packets are then transmitted from the protocol unit PE to a first or a second transmission unit UEE1, UEE2 for transmission via the low-voltage network NSN.
  • the first and the second transmission unit UEE1, UEE2 implement the data transmission, for example in accordance with the OFDM transmission method (Orthogonal Frequency Division Muliplex) with an upstream FEC error correction (Forward Error Correction) and an upstream DQPSK modulation (Differential Quadrature Phase Shift Keymg).
  • the first transmission unit UEE1 controls data transmission over the low-voltage network NSN in a first frequency range ⁇ f-DS and the second transmission unit UEE2 controls the data transmission in a second frequency range ⁇ f-US.
  • Further information on these transmission and modulation methods can be found in Jörg Stolle's previously unpublished thesis: "Powerline Communication PLC", 5/99, Siemens AG.
  • the useful data area of the PLC data packet m is divided into a total of 8 channels, each with a length of 50 bits.
  • a required transmission bit rate for the downstream direction DS and the upstream direction US - without taking the PLC header into account - there is a required transmission bit rate of:
  • an asymmetrical frame formation (not shown) can alternatively be realized.
  • Analog to the symmetrical frame formation for a realization of a bidirectional data transmission over the low-voltage network NSN for the downstream data stream DS and for the upstream data stream US different PLC data packets are defined, which with the help of the frequency duplex method by modulation m two different frequency ranges ⁇ f-DS, ⁇ f-US to be shifted.
  • the useful data area of the PLC data packet for the upstream data stream US is divided into eight channels, each 50 bits long, using the time division multiplex-based multiple access control method.
  • Each slave Sl - S8 is permanently assigned to a channel by allowing it to transmit, ie the binary frames BR assigned to the slaves Sl - S8 become the respective channel of the PLC data packet for the upstream assigned to the slave Sl - S8 by the protocol unit PE m - US data stream inserted.
  • the transmission process is also implemented in 'Pollmg'.
  • the useful data area of the PLC data packet for the downstream data stream DS comprises only a single 50-bit channel via which data is transmitted from the master M to the slaves S1-S8. Since the downstream direction DS sends the master M as the only device, the point-to-multipoint structure realized in the symmetrical frame formation can be dispensed with.
  • the useful information to be transmitted by the master M is sent in parallel to all slaves S1-S8. This transmission method is generally referred to as 'broadcasting operation'.
  • the PLC data packets are then transmitted from the protocol unit PE to the first or second transmission unit UEE1, UEE2 analogously to the symmetrical frame formation for transmission via the low-voltage network NSN.
  • the transmitted information according ei ⁇ ner further embodiment of the present invention within the framework of men ⁇ Binarrahmens BR is rimiert komp ⁇ .
  • FIG. 4 shows a structural diagram for the schematic representation of a conversion of the pseudoternar S 0 data stream coded in the inverted AMI channel code for transmission via the low-voltage network NSN according to the further embodiment of the present invention.
  • a compression unit KE is interposed, by means of which the binar frames BR are converted into compressed binar frames KBR.
  • the mode of operation of the conversion unit UE, the protocol unit PE and the transmission units UEE1, UEE2 is as described with reference to the first embodiment.
  • the compression of the information transmitted by the binar frame BR is carried out in more detail below.
  • only the user data information transmitted in the context of the user data channels B1, B2 is compressed.
  • the signaling information transmitted as part of the signaling channel D and the additional control information become transparent, i.e. transmitted without compression.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a method for compressing the binary-coded S 0 data stream consisting of a sequence of binary frames BR.
  • forty binar frames BR-Rl, ..., BR-R40 of a memory device ZSP are assigned to a transmission DS, US the compression unit KE temporarily stored.
  • a respective duration of the bar frames BR of 250 ⁇ s, this corresponds to a total duration of 10 ms.
  • the interim ⁇ rule stored Bmarrahmen BR-Rl, ..., BR-R40 m a Sepa ⁇ réellesemheit ASE respectively in logical units are divided and separated from each other.
  • Logical units form, for example, the header H, the first user data channel B1 and the second user data channel B2.
  • the signaling channel D and the additional control bits of the bar frames BR-Rl, ..., BR-R40 form further logical units depending on their position in the bar frame BR.
  • the logical units of the bar frames BR-Rl, ..., BR-R40 are then - as illustrated in the figure - combined to form a processing frame and forwarded to a linearization and compression unit LKE.
  • the processing frames formed from the header H, the signaling channel D and the additional control bits are carried out transparently, ie without compression by the linearization and compression unit LKE.
  • the processing frames assigned to the first and the second user data channel B1, B2, on the other hand, are each supplied to a linearization unit LE of the linearization and compression unit LKE.
  • the processing frame assigned to a user data channel B1, B2 comprises a total of 80 user data bytes assigned to a respective user data channel B1, B2, with two user data bytes in the processing frame being assigned to each bar frame BR-R1, ..., BR-R40.
  • the user data information transmitted in the context of the first and the second user data channel B1, B2 is coded as standard with an 8 bit resolution according to a non-linear, so-called A characteristic. In order to be able to use known compression methods, a linearization of the user data information preceding the compression is necessary.
  • the processing frames with the linearly coded useful data information are then each fed to a channel-specific compression unit KE-B1, KE-B2.
  • a channel-specific compression unit KE-B1, KE-B2 By ka ⁇ nalspezifischen compression units KE-Bl, B2 KE-compression of the payload data transmitted in the frame processing is performed according to the standardized by the ITU-T G.729 compression method.
  • This speech coding algorithm converts the linearly coded 16 bit samples with a sampling frequency of 8 kHz into an 8 kbit / s data stream.
  • a voice segment with a duration of 10 ms - that is, in the present exemplary embodiment corresponds to a length of 1280 bits of useful data information - is necessary for a parameter calculation to be carried out according to the algorithm.
  • G.729 compression method standardized by the ITU-T
  • other compression methods can also be used for compression.
  • the compressed processing frames KR-Bl, KR-B2 are subsequently fed to a frame forming unit RBE which contains the compressed useful data information contained in the compressed processing frames KR-Bl, KR-B2 in accordance with the originally uncompressed bar frames BR-Rl, ..., BR- R40 is separated and combined with the further information, which is transparently guided by the linearization and compression unit LKE, as shown in the figure, to form a compressed bar frame KBR.
  • a compressed binary frame KBR thus has 22 bits of information - 4 bits of user data information and 18 bits of additional information - with a duration of 250 ⁇ s.
  • the for the transmission of a compressed binary frame mens KBR benot costume transmission bandwidth is reduced so ⁇ with, in contrast to an uncompressed Bmarrahmen BR 200 kbit / s to 88 kbit / s.
  • the compressed bar frames KBR are then transmitted analogously to the first embodiment to the first or the second transmission unit UEE1, UEE2 for feeding into the low-voltage network NSN.
  • FIG. 6 now shows a schematic representation of a method for linearizing the useful data information summarized in the processing frame.
  • the user data information transmitted in the user data channels B1, B2 is briefly coded in accordance with the pulse code modulation PCM.
  • the pulse code modulation uses a non-linear, so-called "A-Kennlime" for coding.
  • the A-Kennlmie consists of a total of 13 sections - also referred to as segments.
  • each amplitude value of a signal to be sampled is represented by 8 bits.
  • the first bit indicates the sign of the sampled signal.
  • the next 3 bits define the relevant segment of the A-Kennlime and the last 4 bits define a quantization level within a segment. This results in a total of 256 quantization levels.
  • the linearization unit LE Through the linearization unit LE, the user data information coded according to the non-imear A characteristic is em, signal encoded according to a linear characteristic. At the same time, the 8-bit resolution used by the A-Kennlmie is converted to a 16-bit resolution. The use of a linear coding with a 16 bit resolution creates the conditions for a subsequent use of the compression method according to the ITU-T standard G.729.
  • the PLC data packets are read out from the low-voltage network NSN and converted into a pseudo-ternary S 0 data stream coded according to the inverted AMI channel code, analogous to the described mode of operation, only in the opposite direction.

Abstract

Der pseudoternäre, aus einer Folge von S0-Rahmen (SR) bestehende S0-Datenstrom wird in einen binären, aus einer Folge von Binärrahmen (BR) bestehenden Datenstrom umgewandelt. Anschließend werden mit Hilfe eines Frequenzduplexverfahrens (FDD) erste, für eine Datenübermittlung in eine erste Übertragungsrichtung (DS) vorgesehene Übertragungspakete in einen ersten Frequenzbereich (Δf-DS) und zweite, für eine Datenübermittlung in eine zweite Übertragungsrichtung (US) vorgesehene Übertragungspakete in einen zweiten Frequenzbereich (Δf-US) moduliert. Abschließend werden die Binärrahmen (BR) richtungsabhängig in das erste oder das zweite Übertragungspakets eingefügt und die ersten Übertragungspakete an eine erste Übertragungseinheit (UEE1) und die zweiten Übertragungspakete an eine zweite Übertragungseinheit (UEE2) zur Übermittlung über das Niederspannungsstromnetz (NSN) weitergeleitet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung eines bidirektionalen Sc-Datenstroms für eine Übermittlung über ein Niederspan- nungsStromnetz
Die starke Entwicklung des Telekommunikations arktes m den letzten Jahren hat zur Folge, daß der Suche nach bisher ungenutzten Übertragungskapazitäten mehr Bedeutung beigemessen wird, bzw. daß versucht wird vorhandene Übertragungskapazitäten effizienter zu nutzen. Ein bekanntes Datenubertragungs- verfahren ist die Übermittlung von Daten über das Stromversorgungsnetz, m der Literatur häufig als 'Powerlme Communi- cation' kurz mit 'PLC bezeichnet. Ein Vorteil der Nutzung des Stromversorgungsnetzes als Medium zur Datenübertragung liegt m der bereits bestehenden Netzinfrastruktur. So verfugt fast jeder Haushalt sowohl über einen Zugang zum Stro - versorgungsnetz als auch über ein bestehendes, weit verzweigtes Inhausstromnetz .
Das Stromversorgungsnetz gliedert sind m Europa j e nach Art der Energieübertragung m verschiedene Netzstrukturen bzw. Ubertragungsebenen. Die Hochspannungsebene mit einem Spannungsbereich von 110 kV bis 380 KVB dient einer Energieuber- tragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz m Verbrauchernahe zu fuhren und wird für den Verbraucher durch geeignete Netztransformatoren auf eine Niederspannungsebene mit einem Span- nungsbereich bis 0,4 kV abgesenkt. Die Niederspannungsebene untergliedert sich wiederum m einen sogenannten Außerhausbe- reich - auch als 'Last Mile' oder 'Access Bereich' bezeichnet - und in einen sogenannten Inhausbereich - auch als 'Last Meter' bezeichnet. Der Außerhausbereich der Niederspannungsebe- ne definiert den Bereich des Stromversorgungsnetzes zwischen Netztransformator und einer jeweils einem Verbraucher zugeordneten Zahlereinheit . Der Inhausbereich der Niederspan- nungsebene definiert den Bereich von der Zahleremheit bis zu den Anschlußeinheiten für den Verbraucher.
Für eine Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz sind m Europa durch die Norm EN 50065 vier unterschiedliche Frequenzbereiche - in der Literatur häufig als CENELEC-Bander A bis D bezeichnet - mit einem zugelassenen Frequenzbereich von 9 kHz bis 148,5 kHz und jeweils einer maximal zulassigen Sendeleistung festgelegt, die allem für eine Datenübermittlung auf Basis der 'Powerline Communication ' reserviert sind.
Durch die in diesem Frequenzbereich zur Verfugung stehende geringe Bandbreite und die eingeschränkte Sendeleistung sind hierbei jedoch nur Datenübertragungsraten von einigen 10 kBit/s realisierbar.
Für Telekommunikationsanwendungen, wie z.B. einer Übermittlung von Sprachdaten, werden m der Regel jedoch Datenübertragungsraten im Bereich von einigen MBit/s benotigt. Für die Realisierung einer solchen Datenübertragungsrate ist vor al- lern eine genügend große Ubertragungsbandbreite erforderlich, die ein Frequenzsprektrum bis 20 MHz mit geeignetem Ubertra- gungsverhalten bedingt. Eine Datenübertragung im Frequenzbereich bis 20 MHz mit einem geeigneten Ubertragungsverhalten ist heute ausschließlich in der Niederspannungsebene des Stromversorgungsnetzes realisierbar.
Eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten stellt zusatzlich zur Bandbreite hohe Anforderungen m Bezug auf die Echtzeit- fahigkeit und die zulassige maximale Bitfehlerrate - kurz BER - des Datenubertragungssystems . Zusätzlich bedingt eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten eine kollisionsfreie Punkt-zu-Multipunkt-Datenubertragung im Vollduplexbetrieb, d.h. eine fehlerfreie, gleichzeitige Datenübertragung m beiden Ubertragungsπchtungen zwischen mehreren Teilnehmern. Ein bekanntes Datenubertragungsverfahren zur Übertragung von digitalen Sprachdaten ist das ISDN-Ubertragungsverfahren (In- tegrated Services Digital Network) . Eine Datenübertragung ge- maß dem ISDN-Übertragungsverfahren welches die obengenannten Bedingungen erfüllt kann beispielsweise auf Basis der bekannten So-Schnittstelle - in der Literatur häufig auch als Basisanschluß bezeichnet - erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, durch welche eine Umsetzung einer S0- Schnittstelle für eine Datenübermittlung auf Basis einer ' Po- werlme Communication ' erfolgen kann.
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt erfmdungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 14.
Ein wesentlicher Vorteil des erfmdungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch eine Umsetzung der bekannten S -Schnittstelle für eine Datenübermittlung auf Basis der ' Powerline Communication' herkömmliche ISDN-Kommunikationsendgerate auf einfache und kostengünstige Weise für eine Datenübermittlung über ein Nie- derspannungsstromnetz verwendet werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen angegeben.
Ein Vorteil von in den Unteranspruchen definierten Ausgestaltungen der Erfindung besteht unter anderem darin, daß durch eine Nutzung von bekannten, z.B. auf Basis des von der ITU-T standardisierten Sprachkodieralgorithmus G.729 basierenden, Komprimierungsverfahren bzw. Komprimierungseinrichtungen auf einfache Weise die für eine Übermittlung eines S0-Datenstroms über das Niederspannungsstromnetz benotigte Bandbreite reduziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil von in den Unteranspruchen definierten Ausgestaltungen der Erfindung besteht darin, daß die bestehende Baumstruktur des Niederspannungsstromnetzes im Inhausbereich auf einfache Weise auf eine Master-Slave-Kommuni- kationsbeziehung zwischen einer als Master-Einrichtung konfi¬ gurierten, einem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Zahlereinheit und den am Niederspannungsstromnetz angeschlossenen, als Slave-E πchtung konfigurierten Kommunikationsemπch- tungen abgebildet werden kann.
Noch ein Vorteil von in den Unteranspruchen definierten Ausgestaltungen der Erfindung besteht darin, daß durch eine Nutzung der für die S0-Schnιttstelle implementierten Ubertra- gungsmechanismen eine bidirektionale und kollisionsfreie Datenübermittlung über das Niederspannungsstromnetz bei bis zu maximal 8 angeschlossenen Slave-Emrichtungen ohne zusätzlichen Implementierungsaufwand realisiert werden kann.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Stromversorgungsnetzes; Fig. 2: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umwandlung eines m einem invertierten AMI- Kanalkode kodierten S0-Datenstroms m einen binar kodierten Sn-Datenstrom;
Fig. 3: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des S -Datenstroms für eine Übermittlung über ein Niederspannungsnetz gemäß einer ersten Ausfuhrungsform; Fig. 4: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des Sr-Datenstroms für eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform; Fig. 5: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung ei- ner durch eine Komprimierunseinheit ausgeführten
Komprimierung des binar kodierten S0-Datenstroms; Fig. 6: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung ei¬ ner Linearisierung des binar kodierten So-Daten¬ stroms .
Fig. 1 zeigt ein Strukturbild mit einer schematischen Darstellung eines Stromversorgungsnetzes. Das Stromversorgungsnetz gliedert sind Abhängigkeit der Energieubertragungart m verschiedene Netzstrukturen bzw. Ubertragungsebenen. Die Hochspannungsebene bzw. das Hochspannungsnetz HSN mit einem Spannungsbereich von 110 kV bis 380 kV dient einer Energieübertragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene bzw. das Mittelspannungsnetz MSN mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz in Verbrauchernahe zu fuhren. Das Mittel- spannungsnetz MSN ist dabei über eine die jeweiligen Spannungen umsetzende Transformatorstation HSN-MSN TS mit dem Hochspannungsnetz HSN verbunden. Das Mittelspannungsnetz MSN ist zusätzlich über eine weitere Transformatorstation MSN-NSN TS mit dem Niederspannungsnetz NSN verbunden.
Die Niederspannungsebene bzw. das Niederspannungsnetz mit einem Spannungsbereich bis 0,4 kV gliedert sich einen sogenannten Außerhausbereich AHB und m einen sogenannten Inhausbereich IHB. Der Außerhausbereich AHB definiert den Bereich des Niederspannungsnetzes NSN zwischen der weiteren Transformatorstation MSN-NSN TS und einer einem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Zahleremheit ZE . Durch den Außerhausbereich AHB sind mehrere Inhausbereiche IHB mit der die Umsetzung auf das Mittelspannungsnetz MSN realisierenden weiteren Transformatorstation MSN-NSN TS verbunden. Der Inhausbereich IHB definiert den Bereich von der Zahlereinheit ZE bis zu im Inhausbereich IHB angeordneten Anschlußeinheiten AE . Eine Anschlußeinheit AE ist beispielsweise eine an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossene Steckdose. Das Niederspannungs- netz NSN im Inhausbereich IHB ist dabei m der Regel als Baumnetzstruktur ausgelegt, wobei die Zahleremheit ZE die Wurzel der Baumnetzstruktur bildet. Für eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten - insbesonde¬ re auf Basis der S0-Schnιttstelle - über das Stromversor¬ gungsnetz ist eine Ubertragungsbandbreite von einigen MBit/s mit einem geeigneten Übertragungsverhalten notwendig, welche zur Zeit nur im Niederspannungsnetz NSN realisierbar ist. Die So-Schnittstelle verwendet als Leitungskode standardmäßig ei¬ nen sogenannten 'invertierten AMI-Kanalkode ' (Alternate Mark Inversion) , welcher zur Umsetzung der S0-Schnιttstelle für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN in einen binaren Kode umgewandelt werden muß.
Fig. 2 zeigt em Strukturbild zur schematischen Darstellung der Umwandlung eines im invertierten AMI-Kanalkode kodierten So-Datenstroms m einen binar kodierten Sc-Datenstrom. Em Sc- Datenstrom besteht dabei aus einer Folge von nacheinander zu übertragenden, sogenannten S0-Rahmen SR. Bei dem AMI-Kanalkode handelt es sich um einen pseudoternaren Leitungskode, bei dem die beiden binaren Zustande "0" und "1" durch die drei Signalpotentiale '0', '1' und '-1* repräsentiert werden. Hierbei wird beim invertierten AMI-Kanalkode der binare Zustand "1" durch das Signalpotential '0' repräsentiert. Dem binaren Zustand "0" wird entweder em positives oder em negatives Signalpotential '1' oder '-1' zugeordnet, wobei sich die Polarität zwischen zwei aufeinanderfolgenden "0"-Zustan- den ändert .
Eine So-Schnittstelle umfaßt im wesentlichen 2 Nutzdatenkana- le, welche jeweils als ISDN-orientierte B-Kanale mit einer Ubertragungsbitrate von jeweils 64 kBit/s ausgestaltet sind und einen Signalisierungskanal, welcher als ISDN-oπentierter D-Kanal mit einer Ubertragungsbitrate von 16 kBit/s ausgestaltet ist. Für eine bidirektionale Datenübermittlung über die So-Schnittstelle ist in der Regel eine 4-Draht-Ubertra- gung vorgesehen, wobei die beiden Ubertragungsrichtungen - im folgenden als Downstream-Richtung DS und Upstream-Richtung US bezeichnet - über getrennte Leitungen gefuhrt werden. Die Downstream-Richtung DS definiert dabei die Datenübertragung über eine Übertragungsstrecke von einer zentralen, die Übertragung steuernden Einrichtung - im folgenden als 'Master' M bezeichnet - zu weiteren an der Ubertragungsstrecke ange- schlossenen Einrichtungen - im folgenden als 'Slaves' S be¬ zeichnet. Die Upstream-Richtung US definiert die Datenübertragung von den jeweiligen Slaves S zum Master M. Beim vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wird die einem Inhausbereich IHB zugeordnete Zahleremheit ZE als Master M - durch das Fig. 1 in Klammern gesetzte M angedeutet - und über die
Anschlußeinheiten AE an das Niederspannungsnetz NSN im Inhausbereich IHB angeschlossenen Kommunikationseinrichtungen als Slaves S konfiguriert. Über die S0-Schnιttstelle sind durch den Master M maximal bis zu acht unterschiedliche Sla- ves S adressierbar.
In der Figur ist für einen im invertierten AMI-Kanalkode kodierten, pseudoternaren S0-Datenstrom jeweils em S0-Rahmen SR m Downstream-Richtung DS und m Upstream-Richtung US dar- gestellt. Em S0-Rahmen SR weist eine Rahmenlange von 250 μs auf und umfaßt insgesamt 48 Bit. Im Rahmen eines S0-Rahmens SR werden jeweils 16 Bit Nutzinformation über einen ersten Nutzdatenkanal Bl und 16 Bit Nutzinformation über einen zweiten Nutzdatenkanal B2 sowie 4 Bit Signalisierungsmformation über den Signalisierungskanal übermittelt. Des weiteren werden m einem S0-Rahmen SR beispielsweise für eine Zugriffssteuerung, für eine Synchronisierung des Downstream-Daten- stroms DS und des Upstream-Datenstroms US und für eine Realisierung von höheren Systemdiensten gemäß dem OSI-Schichten- modell zusätzliche Steuerbits übermittelt. Somit ergibt sich sowohl für den Downstream- als auch für den Upstream-Daten- strom DS, US jeweils eine Ubertragungsbitrate von 192 kBit/s. Die Bedingungen für eine Datenübermittlung über die S0- Schnittstelle sind m der ITU-T (International Telecommunica- tion Union) Spezifikation 1.430 "ISDN User-Network Interfaces" standardisiert. Der im invertierten AMI-Kanalkode kodierte, pseudotemäre Sc- Datenstrom wird durch eine Umwandlungsemheit UE in einen bi¬ naren So-Datenstrom umgewandelt. Hierbei wird für den Downstream- und den Upstream-Datenstrom DS, US die im AMI- Kanalkode kodierte 48 Bit umfassende Information des So- Rahmens SR eine 48 Bit umfassende, binar kodierte Information umgewandelt und durch einen 2-Bιt langen Header H zu einem 50 Bit langen Binarrahmen BR zusammengefaßt. Der Header H umfaßt em Synchronisations-Bit SYN und em Anfangszustands- Bit ANF. Das Anfangszustands-Bit ANF beinhaltet eine Information über das dem ersten "0"-Zustand zugeordnete Signalpoten- tial im AMI-Kanalkode. Da das Signalpotential für den "0" Zustand das Potential 1 oder -1 besitzen kann, ist diese Information für eine Wiederherstellbarkeit des ursprünglichen AMI- Kanalkodes auf der Empfangerseite notwendig. Das Synchronisa- tions-Bit SYN dient einer Synchronisation der auf Empfangerseite aus den Binarrahmen BR wiederhergestellten, einander zugeordneten S0-Rahmen SR für den Downstream-Datenstrom DS und den Upstream-Datenstrom US, da die einander zugeordneten S -Rahmen SR für den Downstream- und den Upstream-Datenstrom DS, US - wie aus der Figur ersichtlich - gegenseitig um zwei Bit versetzt sind.
Somit ergibt sich für den binaren S0-Datenstrom sowohl für den Downstream-Datenstrom DS als auch für den Upstream-Datenstrom US jeweils eine Ubertragungsbitrate von
(48 + 2) Bit / 250μs = 200 kBit/s.
Fig. 3 zeigt em Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des im invertierten AMI-Kanalkode kodierten, pseudoternaren S0-Datenstroms f r eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz NSN gemäß einer ersten Ausfuhrungsform. In einem ersten Schritt wird der pseudotemäre, gemäß dem m- vertierten AMI-Kanalkode kodierte S0-Datenstrom durch die Umwandlungseinheit UE - wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben - m einen binar kodierten S0-Datenstrom umgewan- delt. Der binär kodierte, aus einer Folge von Binärrahmen BR bestehende S0-Datenstrom wird anschließend an eine Protokoll¬ einheit PE für eine Umwandlung in ein für eine Datenübermitt¬ lung über das Niederspannungsnetz NSN vorgesehenes Datenfor- mat weitergeleitet.
Aufgrund der im Inhausbereich IHB des Niederspannungsnetzes NSN bestehenden Baumstruktur wird für eine Datenübermittlung zwischen den an das Niederspannungsnetz NSN im Inhausbereich IHB angeschlossenen Einrichtungen und der dem Inhausbereich IHB zugeordneten Zählereinheit ZE eine Master-Slave-Kommuni- kationsbeziehung eingerichtet. Hierbei wird die im Inhausbereich IHB angeordnete, die Wurzel der Baumstruktur bildende Zählereinheit ZE als Master M und die weiteren, über die Anschlußeinheiten AE an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Einrichtungen als Slaves S definiert.
Für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN sind sogenannte PLC-Datenpakete mit einer Länge von jeweils 250 μs vorgesehen, die in einen PLC-Header PLC-H und in einen Nutzdatenbereich untergliedert sind. Der PLC-Header PLC-H umfaßt im wesentlichen eine Adreßinformation zur Adressierung der an das Niederspannungsnetz NSN angeschossenen Slaves S. Die Adreßinformation kann dabei durch eine den Slaves S je- weils eindeutig zugeordnete MAC-Adresse (Medium Access
Control) gebildet werden. Die MAC-Adresse ist eine eindeutige, auf der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells angesiedelte 6 Byte lange Hardware-Adresse. Alternativ kann eine Adressierung der an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Sla- ves S durch eine auf dem ATM-Protokoll (Asynchronous Transfer Modus) basierende VPI/VCI-Adressierung (Virtual Path I_denti- fer / Virtual Channel I_dentifer) realisiert werden.
Für eine Realisierung einer bidirektionalen Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN werden für den Downstream- Datenstrom DS und für den Upstream-Datenstrom US unterschiedliche PLC-Datenpakete definiert, die mit Hilfe des Frequenz- duplexverfahren - m der Literatur häufig als 'Frequency Di¬ vision Duplex' kurz 'FDD' bezeichnet - durch Modulation m zwei unterschiedliche Frequenzbereiche Δf-DS, Δf-US verschoben werden.
Für eine Gewährleistung einer kollisionsfreien Datenübertra¬ gung über das Niederspannungsnetz NSN werden die Nutzdatenbereiche der PLC-Datenpakete für den Downstream- und den Up- streambereich DS-B, US-B mit Hilfe des Zeit ultiplex-basier- ten Mehrfachzugriffssteuerungsverfahren - in der Literatur auch als 'Time Division Multiple Access' kurz 'TDMA' bezeichnet - m mehrere Kanäle - häufig auch als Zeitschlitze bezeichnet - untergliedert. Die Anzahl der Kanäle je PLC-Daten- paket entspricht dabei der maximalen Anzahl von an das Nie- derspannungsnetz NSN anschließbaren Slaves S. Wie bereits beschrieben sind über die Sτ-Schnιttstelle durch den Master M maximal bis zu acht unterschiedliche Slaves Sl - S8 adressierbar, so daß die Nutzdatenbereiche der PLC-Datenpakete im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel jeweils m acht jeweils 50 Bit lange Kanäle untergliedert werden. Die jeweilige Untergliederung der Nutzdatenbereiche der PLC-Datenpakete eine gleiche Anzahl von Kanälen wird in Literatur als symmetrische Rahmenbildung bezeichnet.
Jedem Slave Sl - S8 wird sowohl für die Downstream-Richtung
DS als auch für die Upstream-Richtung US em Kanal im Nutzdatenbereich des jeweiligen PLC-Datenpakets fest zugeordnet. In diesem Kanal darf der Slave Sl - S8 Daten senden bzw. empfangen, d.h. die den Slaves Sl - S8 zugeordneten Binarrahmen BR werden durch die Protokollemheit PE m den jeweiligen dem Slave Sl - S8 zugeordneten Kanal eingefügt bzw. aus diesem entnommen. Bei der vorliegenden Master-Slave-Kommunika- tionsbeziehung ist beispielsweise em zyklisch fester, hierarchischer Sendeablauf für jedes PLC-Datenpaket realisiert. Dieser Sendeablauf wird m der Literatur üblicherweise als
' Poll g' bezeichnet und laßt sich mit Hilfe des TDMA-Verfah- rens gut realisieren. Die PLC-Datenpakete werden anschließend für eine Übertragung über das Niederspannungsnetz NSN von der Protokollemheit PE an eine erste bzw. eine zweite Ubertragungsemheit UEEl, UEE2 übermittelt. Die erste und die zweite Ubertragungsemheit UEEl, UEE2 realisieren die Datenübertragung beispielsweise gemäß dem OFDM-Ubertragungsverfahren (Orthogonal Frequency Division Muliplex) mit einer vorgeschalteten FEC-Fehlerkor- rektur (Forward Error Correction) und einer vorgeschalteten DQPSK-Modulation (Differenz Quadratur Phase Shift Keymg) .
Hierbei steuert beispielsweise die erste Ubertragungsemheit UEEl eine Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN m einem ersten Frequenzbereich Δf-DS und die zweite Ubertragungsemheit UEE2 die Datenübertragung m einem zweiten Fre- quenzbereich Δf-US. Nähere Information zu diesen Ubertra- gungs- und Modulationsverfahren können aus der bisher nicht veröffentlichten Diplomarbeit von Jörg Stolle: "Powerline Communication PLC", 5/99, Siemens AG, entnommen werden.
Bei diesem ersten Umsetzungsmodus wird der Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets m insgesamt 8 Kanäle mit jeweils 50 Bit Lange aufgeteilt. Somit ergibt sich für die Downstream-Richtung DS und die Upstream-Richtung US - ohne Berücksichtigung des PLC-Headers - jeweils eine benotigte Ubertragungsbitrate von:
(8 x 50 Bit) / 250μs = 1600 kBit/s.
Im Gegensatz zur symmetrischen Rahmenbildung kann alternativ eine - nicht dargestellte - asymmetrische Rahmenbildung realisiert werden. Hierbei werden analog zur symmetrischen Rahmenbildung für eine Realisierung einer bidirektionalen Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN für den Downstream-Datenstrom DS und für den Upstream-Datenstrom US unterschiedliche PLC-Datenpakete definiert, die mit Hilfe des Frequenzduplexverfahren durch Modulation m zwei unterschiedliche Frequenzbereiche Δf-DS, Δf-US verschoben werden. Des weiteren wird für eine Gewahrleistung einer kollisions- freien Datenübertragung der Nutzdatenbereich des PLC-Daten- pakets für den Upstream-Datenstrom US mit Hilfe des Zeitmul- tiplex-basierten Mehrfachzugriffssteuerungsverfahrens in acht jeweils 50 Bit lange Kanäle untergliedert. Jedem Slave Sl - S8 wird dabei em Kanal fest zugeordnet, indem er senden darf, d.h. die den Slaves Sl - S8 zugeordneten Binarrahmen BR werden durch die Protokollemheit PE m den jeweiligen, dem Slave Sl - S8 zugeordneten Kanal des PLC-Datenpakets für den Upstream-Datenstrom US eingefügt. Bei der vorliegenden Master-Slave-Kommunikationsbeziehung wird der Sendeablauf e- benfalls im 'Pollmg' realisiert.
Der Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets für den Downstream- Datenstrom DS umfaßt bei der asynchronen Rahmenbildung nur einen einzelnen 50 Bit langen Kanal über den eine Datenübermittlung ausgehend vom Master M zu den Slaves Sl - S8 erfolgt. Da m der Downstream-Richtung DS der Master M als ein- zige Einrichtung sendet, kann auf die bei der symmetrischen Rahmenbildung realisierte Punkt-zu-Multipunktstruktur verzichtet werden. Bei der asynchronen Rahmenbildung wird die durch den Master M zu übermittelnde Nutzinformation parallel an alle Slaves Sl - S8 gesendet. Dieses Ubertragungsverfahren wird im allgemeinen als ' Broadcastmg-Betrieb ' bezeichnet.
Auf diese Weise kann die für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN m Downstream-Richtung DS benotigte Ubertragungsbitrate reduziert werden.
Die PLC-Datenpakete werden anschließend analog zur symmetrischen Rahmenbildung für eine Übertragung über das Niederspannungsnetz NSN von der Protokollemheit PE an die erste bzw. zweite Ubertragungsemheit UEEl, UEE2 übermittelt.
Somit ergibt sich bei der asymmetrischen Rahmenbildung - ohne Berücksichtigung des PLC-Headers - für die Downstream-Richtung DS eine benotigte Ubertragungsbitrate von 200 kBit/s und für die Upstream-Richtung US eine benotigte Ubertragungsrate
Um die für eine Datenübermittlung über das Niederspannungs- netz NSN benotigte Bandbreite zu reduzieren wird die im Rah¬ men eines Binarrahmens BR übermittelte Information gemäß ei¬ ner weiteren Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung komp¬ rimiert .
Fig. 4 zeigt em Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des im invertierten AMI-Kanalkode kodierten, pseudoternaren S0-Datenstroms für eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz NSN gemäß der weiteren Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird nach der Umwand- lungsemheit UE und vor der Protokollemheit PE eine Kompri- mierungsemheit KE zwischengeschaltet, durch welche die Binarrahmen BR in komprimierte Binarrahmen KBR umgewandelt werden. Die Funktionsweise der Umwandlungseinheit UE, der Protokollemheit PE und der Ubertragungsemheiten UEEl, UEE2 ist wie unter Bezugnahme auf die erste Ausfuhrungsform beschrieben.
Im folgenden wird auf die durch die Komprimierungseinheit KE ausgeführte Komprimierung der den Binarrahmen BR ubermit- telten Information naher eingegangen. Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsform der Erfindung wird nur die im Rahmen der Nutzdatenkanale Bl, B2 übermittelte Nutzdateninformation komprimiert. Die im Rahmen des Signalisierungskanals D übermittelte Signalisierungsmformation und die zusätzliche Steu- ermformation werden transparent, d.h. ohne Komprimierung u- bermittelt .
Fig. 5 zeigt m einer schematischen Darstellung em Verfahren zur Komprimierung des binar kodierten, aus einer Folge von Binarrahmen BR bestehenden S0-Datenstroms . Hierbei werden jeweils vierzig einer Ubertragungsπchtung DS, US zugeordnete Binarrahmen BR-Rl, ... , BR-R40 einer Speichere πchtung ZSP der Komprimierungseinheit KE zwischengespeichert. Bei einer jeweiligen Dauer der Bmarrahmen BR von 250 μs entspricht dies einer Gesamtdauer von 10 ms. Nachfolgend werden die zwi¬ schen gespeicherten Bmarrahmen BR-Rl, ... , BR-R40 m einer Sepaπerungsemheit ASE jeweils in logische Einheiten untergliedert und voneinander separiert. Logische Einheiten bilden beispielsweise der Header H, der erste Nutzdatenkanal Bl und der zweite Nutzdatenkanal B2. Der Signalisierungskanal D und die zusätzlichen Steuerbits der Bmarrahmen BR-Rl, ..., BR-R40 bilden je nach ihrer Position im Bmarrahmen BR weitere logische Einheiten. Die logischen Einheiten der Bmarrahmen BR- Rl, ..., BR-R40 werden anschließend - wie m der Figur veranschaulicht - zu jeweils einem Verarbeitungsrahmen zusammengefaßt und an eine Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE weitergeleitet . Die aus dem Header H, dem Signalisierungskanal D und den zusatzlichen Steuerbits gebildeten Verarbeitungsrahmen werden dabei transparent, d.h. ohne Komprimierung durch die Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE gefuhrt.
Die dem ersten und den zweiten Nutzdatenkanal Bl, B2 zugeordneten Verarbeitungsrahmen werden dagegen jeweils einer Lmea- πsierunsemheit LE der Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE zugeführt. Der einem Nutzdatenkanal Bl, B2 zuge- ordnete Verarbeitungsrahmen umfaßt insgesamt 80 einem jeweiligen Nutzdatenkanal Bl, B2 zugeordnete Nutzdaten-Bytes, wobei jedem B arrahmen BR-Rl, ..., BR-R40 jeweils 2 Nutzdaten- Bytes im Verarbeitungsrahmen zugeordnet sind. Die im Rahmen des ersten und des zweiten Nutzdatenkanals Bl, B2 übertragene Nutzdateninformation ist standardmäßig gemäß einer nichtlme- aren, sogenannten A-Kennlmie mit einer 8-Bιt Auflosung kodiert. Um bekannte Komprimierungsverfahren nutzen zu können, ist eine der Komprimierung vorgeschaltete Linearisierung der Nutzdateninformation notwendig. Gleichzeitig mit der Linean- sierung erfolgt eine Umsetzung der 8-Bιt Auflosung auf eine 16-Bιt Auflosung. Somit ergibt sich für den ersten und den zweiten Nutzdatenkanal Bl, B2 jeweils e Verarbeitungsrahmen mit einer Lange von 80 x 16 = 1280 Bit und einer Dauer von 10 ms .
Die Verarbeitungsrahmen mit der linear kodierten Nutzdatenm- formation werden anschließend jeweils einer kanalspezifischen Komprimierungseinheit KE-Bl, KE-B2 zugeführt. Durch die ka¬ nalspezifischen Komprimierungseinheiten KE-Bl, KE-B2 erfolgt eine Komprimierung der in den Verarbeitungsrahmen übermittelten Nutzdateninformation gemäß dem von der ITU-T standardi- sierten Komprimierungsverfahren G.729. Dieser Sprachkodieral- gorithmus wandelt die linear kodierten 16-Bιt-Abtastwerte mit einer Abtastfrequenz von 8 kHz in einen 8kBιt/s-Datenstrom um. Hierzu ist em Sprachsegment mit einer Dauer von 10 ms - d es entspricht im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel einer Lange von 1280 Bit Nutzdateninformation - für eine gemäß dem Algorithmus durchzuführende Parameterberechnung notwendig. Am Ausgang der kanalspezifischen Komprimierungseinheiten KE-Bl, KE-B2 ergeben sich somit für den ersten und den zweiten Nutzdatenkanal Bl, B2 jeweils komprimierte Verarbeitungsrahmen KR-Bl, KR-B2 mit 80 Bit komprimierter Nutzdateninformation und einer Dauer von 10 ms. Alternativ zu dem von der ITU-T standardisierten Komprimierungsverfahren G.729 können auch andere Komprimierungsverfahren zur Komprimierung verwendet werden.
Die komprimierten Verarbeitungsrahmen KR-Bl, KR-B2 werden nachfolgend einer Rahmenbildungsemheit RBE zugeführt, welche die m den komprimierten Verarbeitungsrahmen KR-Bl, KR-B2 enthaltene komprimierte Nutzdateninformation gemäß der ur- sprunglich unkomprimierten Bmarrahmen BR-Rl, ..., BR-R40 separiert und mit den transparent durch die Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE geführten weiteren Informationen - wie m der Figur dargestellt - zu einem komprimierten Bmarrahmen KBR zusammenfugt. Em komprimierter Binarrahmens KBR weist somit 22 Bit Information - 4 Bit Nutzdateninformation und 18 Bit Zusatzinformation - bei einer Dauer von 250 μs auf. Die für die Übermittlung eines komprimierten Binarrah- mens KBR benotigte Ubertragungsbandbreite reduziert sich so¬ mit im Gegensatz zu einem unkomprimierten Bmarrahmen BR von 200 kBit/s auf 88 kBit/s. Die komprimierten Bmarrahmen KBR werden anschließend analog zur ersten Ausfuhrungsform an die erste oder die zweite Ubertragungsemheit UEEl, UEE2 zur Ein- speisung in das Niederspannungsnetz NSN übertragen.
Somit ergibt sich bei der symmetrischen Rahmenbildung - ohne Berücksichtigung des PLC-Headers - sowohl für die Downstream- Richtung DS als auch für die Upstream-Richtung jeweils eine benotigte Ubertragungsbitrate von 704 kBit/s.
Bei der asymmetrischen Rahmenbildung ergibt sich - ohne Be¬ rücksichtigung des PLC-Headers - für die Downstream-Richtung DS eine benotigte Ubertragungsbitrate von 88 kBit/s und für die Upstream-Richtung US eine benotigte Ubertragungsrate von
Fig. 6 zeigt nun m einer schematischen Darstellung em Ver- fahren zur Lmearisierung der in den Verarbeitungsrahmen zusammengefaßten Nutzdateninformation. Die in den Nutzdatenka- nalen Bl, B2 übermittelten Nutzdateninformation ist gemäß der Puls-Code-Modulation kurz PCM kodiert. Die Puls-Code-Modula- tion verwendet für die Codierung eine nichtlineare, sogenann- te "A-Kennlime".
Die A-Kennlmie setzt sich insgesamt aus 13 Teilstucken - auch als Segmente bezeichnet - zusammen. Nach der Definition der ITU-T wird jeder Amplitudenwert eines abzutasteten Sig- nals durch 8 Bit dargestellt. Der erste Bit gibt das Vorzeichen des abgetasteten Signals an. Die nächsten 3 Bit definieren das relevante Segment der A-Kennlime und die letzten 4 Bit legen eine Quantisierungsstufe innerhalb eines Segments fest. Insgesamt ergeben sich somit 256 Quantisierungsstufen.
Durch die Lmearisierungsemheit LE wird die gemäß der nicht- imearen A-Kennlmie kodierte Nutzdateninformation em, gemäß einer linearen Kennlinie kodiertes Signal umgesetzt. Gleichzeitig erfolgt eine Umsetzung der von der A-Kennlmie verwendeten 8-Bιt Auflosung auf eine 16-Bιt Auflosung. Durch die Verwendung einer linearen Codierung mit einer 16-Bιt Auf- losung werden die Voraussetzungen für eine nachfolgende Verwendung des Komprimierungsverfahrens gemäß dem ITU-T-Standard G.729 geschaffen.
Auf der Empfangerseite erfolgt em Auslesen der PLC-Datenpa- kete aus dem Niederspannungsnetz NSN und eine Umwandlung m einen gemäß dem invertierten AMI-Kanalkode kodierten, pseudo- ternaren S0-Datenstrom analog zu der beschriebenen Funktionsweise lediglich m umgekehrter Richtung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Umsetzung eines S^-Datenstroms für eine U- bermittlung über em Niederspannungsstromnetz (NSN) , bei dem der pseudotemäre, aus einer Folge von S0-Rahmen (SR) bestehende So-Datenstrom m einen binaren, aus einer Folge von Bmarrahmen (BR) bestehenden Datenstrom umgewandelt wird, bei dem mit Hilfe eines Frequenzduplexverfahrens (Frequency Division Duplex FDD) erste, für eine Datenübermittlung ei- ne erste Ubertragungsrichtung (DS) vorgesehene Ubertragungs- pakete m einen ersten Frequenzbereich (Δf-DS) und zweite, für eine Datenübermittlung m eine zweite Ubertragungsrichtung (US) vorgesehene Ubertragungspakete m einen zweiten Frequenzbereich (Δf-US) moduliert werden, und bei dem die Bmarrahmen (BR) richtungsabhangig die ersten oder die zweiten Ubertragungspakete eingefügt und die ersten Ubertragungspakete an eine erste Ubertragungsemheit (UEEl) und die zweiten Ubertragungspakete an eine zweite Ubertragungsemheit (UEE2) zur Emspeisung m das Niederspannungs- Stromnetz (NSN) weitergeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsstrom- netz (NSN) eine Master-Slave-Kommunikationsbeziehung eingerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß m den ersten Ubertragungspaketen B arrahmen (BR) von einer Master-Einrichtung (M) zu mindestens einer Slave-Em- πchtung (Sl - S8) und den zweiten Ubertragungspaketen Binarrahmen (BR) von der mindestens einen Slave-E πchtung (Sl - S8) zur Master-Einrichtung (M) übermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch die Master-Einrichtung (M) im Pollmg-Verfahren Sende- und Empfangsrechte für die Slave-E richtungen (Sl - S8) vergeben werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ubertragungspakete mit Hilfe eines Zeitmultiplex- basierten Mehrfachzugriffssteuerungsverfahrens (Time Division Multiple Access TDMA) jeweils in mindestens einen Teilrahmen gegliedert werden, und daß die B arrahmen (BR) richtungsabhangig m einen Teilrahmen des ersten oder des zweiten Ubertragungspakets eingefügt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ersten und die zweiten Ubertragungspakete jeweils m acht Teilrahmen gegliedert sind, wobei jeder am Niederspannungsstromnetz (NSN) angeschlossenen Slave-Emrichtung (Sl - S8) für eine bidirektionale Datenübermittlung mit der Master- Einrichtung (M) jeweils em Teilrahmen m den ersten und in den zweiten Ubertragungspaketen fest zugewiesen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ersten Ubertragungspakete m einen einzelnen Teilrahmen und die zweiten Ubertragungspakete m acht Teilrahmen ge- gliedert sind, wobei jeder am Niederspannungsstromnetz (NSN) angeschlossenen Slave-Emrichtung (Sl - S8) für eine Datenübermittlung zur Master-Einrichtung (M) jeweils em Teilrahmen m den zweiten Ubertragungspaketen fest zugewiesen wird und eine Datenübermittlung von der Master-Einrichtung (M) zu den Slave-Emrichtungen (Sl - S8) gemeinsam über den Teilrahmen der ersten Ubertragungspakete erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei der Umwandlung eines S0-Rahmens (SR) zu einem Bmar¬ rahmen (BR) eine Information zur Ruckgewinnung des So-Rahmens (SR) eingefügt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Information em Anfangszustands-Bit (ANF) und em Synchronisations-Bit (SYN) in den Bmarrahmen (BR) eingefügt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine m einem Bmarrahmen (BR) enthaltene Nutzinformation aus dem Bmarrahmen (BR) separiert und nachfolgend komprimiert wird, daß die komprimierte Nutzinformation mit der unkomprimierten Informationen des Binarrahmens (BR) zu einem komprimierten B arrahmen (KBR) zusammengefaßt wird, und daß die komprimierten Bmarrahmen (KBR) richtungsabhangig in die ersten oder die zweiten Ubertragungspakete eingefügt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Nutzinformation gemäß dem durch die ITU-T standardisierten Komprimierungsverfahren G.729 komprimiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die einem ersten Nutzdatenkanal (Bl) zugeordnete Nutzinformation und die einem zweiten Nutzdatenkanal (B2) zugeordnete Nutzinformation getrennt in jeweils einer kanalspezifl- sehen Komprimierungseinrichtungen (KE-Bl, KE-B2) komprimiert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die gemäß einer nichtlmearen A-Kennlime kodierte, eine 8-Bιt Auflosung aufweisende Nutzinformation vor ihrer Kompπ- mierung em lineares, eine 16-Bιt Auflosung aufweisendes Signal umgewandelt wird.
14. Vorrichtung zur Umsetzung eines S0-Datenstroms für eine Übermittlung über em Niederspannungsstromnetz (NSN) , mit einer Umwandlungseinheit (UE) zur Umwandlung des pseudo- ternaren, aus einer Folge von S0-Rahmen (SR) bestehenden So- Datenstroms m einen binaren, aus einer Folge von Bmarrahmen (BR) bestehenden Datenstrom, mit einer Protokollemheit (PE) zum Einfügen der Bmarrahmen (BR) m für eine Datenübermittlung über das Niederspannungs- stromnetz (NSN) vorgesehene Ubertragungspakete, wobei mit Hilfe eines Frequenzduplexverfahrens (Frequency Division Duplex FDD) erste, f r eine Datenübermittlung m eine erste Ubertragungsrichtung (DS) vorgesehenen Ubertragungspakete m einen ersten Frequenzbereich (Δf-DS) und zweite, für eine Da- tenuoermittlung m eine zweite Ubertragungsrichtung (US) vor- gesenenen Ubertragungspaketen m einen zweiten Frequenzbereich (Δf-US) moduliert werden, mit einer ersten Ubertragungsemheit (UEEl) zum Einspeisen der ersten Ubertragungspakete und einer zweiten Ubertragungsemheit (UEE2) zum Einspeisen der zweiten Ubertragungspakete m aas Niederspannungsstromnetz (NSN) .
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, eine der Protokollemheit (PE) vorgeschaltete Kompπmierungs- emheit (KE) , mit einer Separierungsemheit (ASE) zum Separieren einer m einem Bmarrahmen (BR) enthaltenen Nutzinformation, - einer Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit (LKE) zum Komprimieren der separierten Nutzinformation, und einer Rahmenbildungsemheit zum Zusammenfassen der kompri¬ mierte Nutzinformation mit der unkomprimierten Information des Binarrahmens (BR) zu einem komprimierten Bmarrahmen (KBR) .
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Komprimierungseinheit (KE) gemäß dem durch die ITU-T standardisierten Komprimierungsverfahren G.729 ausgestaltet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lmearisierungs- und Komprimierungseinheit (LKE) zwei kanalspezif ische Komprimierungseinheiten (KE-Bl, KE-B2) aufweist .
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den kanalspezifischen Komprimierungseinheiten (KE-Bl,
KE-B2) jeweils eine Lmearisierungsemheit (LE) zur Umwandlung der gemäß einer nichtlmieraren A-Kennlime kodierte, eine 8-Bιt Auflosung aufweisenden Nutzinformation em lineares, eine 16-Bιt Auflosung aufweisendes Signal vorgeschal-
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsstrom- netz (NSN) eine Master-Slave-Kommunikationsbeziehung eingerichtet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine einem Inhausbereich (IHB) des Niederspannungsstrom- netzes (NSN) zugeordnete Zahlereinrichtung (ZE) als Master- Einrichtung (M) ausgestaltet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß über jeweils eine Anschlußeinrichtung (AE) mit dem In- hausbereich (IHB) des Niederspannungsstromnetzes (NSN) verbundene Kommunikationseinrichtungen als Slave-Emrichtungen (Sl - S8) ausgestaltet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß maximal acht Slave-Einrichtungen (Sl - S8) an das Niederspannungsstromnetz (NSN) anschließbar sind.
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