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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Leistungsübertragungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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In herkömmlichen Telephonsystemen ist das Zentralamt
mit jeden einzelnen Fernsprechanschluß über eine Schleife
verbunden, die aus einem Paar von Adern besteht, über
das analoge Sprachsignale, Wählimpulse und
Gabelschaltersignalisierungen übertragen werden. Eine
Stromversorgungsquelle, beispielsweise eine herkömmliche
Amtsbatterie, ist an die Schleife einer herkömmlichen Anlage
angeschlossen und stellt die elektrische Leistung für den
Fernsprechanschluß sowohl für Sprach- als auch die
Signalübertragung zur Verfügung. Das Abheben des Telefonhörers
oder die Betätigung einer Standardwählscheibe hat die
Betätigung von Schaltern im Fernsprechapparat zur Folge und die
sich hieraus ergebenden Änderungen des Stromflusses in der
Schleife werden im Zentralamt detektiert, das hierauf in
angemessener Weise reagiert.
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In modernen digitalen Anlagen, beispielsweise in
dienstintegrierten Digitalnetzen, werden sowohl die Sprache als
auch die Signalisierung in digitaler Form zwischen dem
Zentralamt und dem Fernsprechanschluß über eine digitale
Fernsprechanschlußleitung übertragen. Anstatt auf die Detektion
von Änderungen im Schleifenstrom bei Abnahme eines Hörers im
Zentralamt angewiesen zu sein, sendet der Fernsprechanschluß
eine digital codierte Protokollnachricht an das Zentralamt, die
anzeigt, daß der Hörer abgenommen ist. Eine Anzahl anderer
Nachrichten, die Informationen über den Fernsprechanschluß und
über die Art des Anrufes, der ausgeführt werden soll enthalten
werden zwischen dem Zentralamt und Teilnehmereinrichtungen
ausgetauscht. Diese Schnittstellenprotokollnachrichten ebenso
wie die elektrische Schnittstelle zwischen dem Zentralamt und
der Teilnehmereinrichtung selbst , werden im Allgemeinen durch
eine Internationale Organisation, die als beratender Ausschuß
der Internationalen Fermeldeunion für den Telefon- und
Telegraphendienst (CCITT) bekannt ist, festgelegt. Um die
standardisierten Schnittstellenanforderungen zu erfüllen,
verbindet eine Schnittstelleneinheit, die normalerweise an oder
nahe der Räumlichkeit des Teilnehmers angeordnet ist, die
Übertragungsleitungen vom Zentralamt mit dem
Teilnehmeranschlüssen. Diese Schnittstelleneinheit umfaßt
Bauteile wie Echoauslöscheinrichtungen und andere
Schnittstellenübertragungsschaltungen. Die CCITT-Spezifikation
verlangt, daß die Schaltung in der Schnittstelleneinheit vom
Zentralamt versorgt wird, um von kommerziellen Stromversorgung
unabhängig zu sein und eine Notstromversorgung für mindestens
einen Teil der Teilnehmeranschlüsse zur Verfügung zu stellen.
Es wird eine erhebliche elektrische Leistung benötigt, um die
entfernten Schaltungen zu betreiben und die Leistungsverluste
in der zweiadrigen Schleife, die in herkömmlicher Art und Weise
benutzt wird, sind so hoch, daß die Entfernung, über die die
Leistung vom Zentralamt zu den Schnittstellenschaltungen
übertragen werden kann, sehr begrenzt ist.
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Aus der Druckschrift "Cables and Transmission", Bd.
33, Nr. 1 vom Jan. 1979 auf den Seiten 42-82, Paris, FR, Y:-N.
Le Grand: "T l alimentation des quipements de ligne en
courant alternatif et en courant continu", insbesondere der
Seite 51, Abbildung 6, ist eine Leistungsübetragungsanordnung
für die Verwendung in einer Kommunikationsanlage zur
gleichzeitigen Übertragung von Information und elektrischer
Leistung von einem Zentralamt zu einem entfernten Teilnehmer
vorbekannt. Eine derartige spezielle Schaltung wie die in
Abbildung 6 dieses Aufsatzes gezeigte, enthält ein
symmetrisches Leiterpaar und einen Hilfsleiter. Durch die zwei
Leiter des Paares wird ein Gleichstrom parallel geleitet und
die Rückleitung erfolgt durch den Hilfsleiter. Dementsprechend
werden drei Leitungen benötigt.
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Die US-A-3.036.220 offenbart eine
Leistungsversorgungseinrichtung, die einen konstanten
Gleichstrom einem Unterseekabel zur Versorgung von Unterwasser-
Repeatern zuführt. An beiden Enden des Kabels legen
Konstantstromquellen eine positive Spannung an den Innenleiter
eines Koaxialkabels. Der negative Anschluß der Stromquellen ist
an lokale Erde und somit an den Außenleiter des geerdeten
Kabels angelegt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf das Problem
gerichtet, eine Leistungsübertragungsanordnung von einem
Zentralamt zu entfernten Schaltungen mit einem verminderten
Leistungsverlust zur Verfügung zu stellen, um zu ermöglichen,
daß die Schaltungen in größerer Entfernung vom Zentralamt
aufgestellt werden können, ohne daß Repeater oder andere
Leistungsverstärkerschaltungen benötigt werden.
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Die Lösung des Problem ist im Anspruch 1
gekennzeichnet.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung
wird elektrische Leistung vom Zentralamt zu den entfernten
Schaltungen parallel über zwei Leitungen der digitalen
Anschlußschleife übertragen, wobei Erde den Rückleiter bildet,
während digitale Sprache/Daten in der Schleife in der üblichen
Art und Weise übertragen werden, wobei der Strom in den beiden
Adern der Schleife in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Vorteilhafterweise vermindert diese Anordnung die
Leistungsverluste in der Schleife ungefähr um den Faktor vier
gegenüber herkömmlichen Anordnungen, bei denen Leistung vom
Zentralamt zum Teilnehmeranschluß über eine Ader der Schleife
übertragen wird und die andere Ader als Rückleiter verwandt
wird.
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Eine Filterschaltung wird dazu verwandt,
niederfrequente Rauschsignale zu entfernen, die aus der
Erdverbindung und aus Störungen durch digitale Sprach- und
Datensignale auf der Schleife stammen können. In einer
speziellen Ausführungsform umfaßt die zweiadrige
Übertragungsleitung einen Transformator an jedem Ende zur
Übertragung digital codierter Sprache und Daten. Eine
Gleichstromquelle, die geerdet ist, ist an jede Leitung im
Zentralamt angeschaltet, um den beiden Adern der Leitung
einzeln die Leistung zur Verfügung zu stellen. An der
entfernten Schnittstelleneinheit empfängt ein geerdeter
Gleichspannungswandler die Leistung gleichzeitig von beiden
Adern. Folglich verläuft der Weg des Gleichstromes von der
Zentralamt-Stromquelle parallel über die beiden Adern der
Schleife zum Gleichspannungswandler und von dort über Erde
zurück zum Zentralamt.
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Vorteilhafterweise ermöglicht es die Erfindung, daß
Eine entfernte Netzwerksabschlußschnittstelle in einer
digitalen Anschlußschleife in weit größerer Entfernung vom
Zentralamt angeordnet werden kann, als in Anordnungen nach dem
Stand der Technik, wobei die Schnittstelleneinheit mit der
benötigten Leistung versorgt wird und die Bestimmungen des
CCITT erfüllt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung läßt sich besser anhand der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen
verstehen.
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Es zeigen:
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Fig. 1 und 2 eine Kommunikationsanlagenverbindung,
die eine Leistungsübertragungsanordnung in Übereinstimmung mit
der Erfindung umfaßt;
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Fig. 3 die Zuordnung der Fig. 2 und 3.
Detaillierte Beschreibung
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In einer beispielhaften Ausführungsform der hierin
gezeigten und beschrieben Erfindung verbindet eine digitale
zweiadrige Anschlußleitung 105 eine Netzwerk-
Abschlußschnittstelleneinheit 110 und ein Telefonzentralamt
130. Das Telefonzentralamt umfaßt normalerweise eine Vielzahl
von Leitungsschnittstellenschaltungen, beispielsweise eine
Schaltung 133, die jeweils an eine Netzwerk-
Abschlußschnittstelleneinheit 110 angeschaltet sind, wobei
diese wiederum an die Einrichtungen eines einzelnen Anschlusses
in der Anschlußräumlichkeit beispielsweise die
Anschlußeinrichtung 120 angeschaltet sind. Das Zentralamt
umfaßt eine Vermittlung 140, die ein Vermittlungsnetzwerk und
andere in der Zeichnung nicht gezeigte Einrichtungen umfaßt,
die dazu benötigt werden, selektiv verschiedene Anschlüsse über
die Leitungsschnittstellenschaltungen zu verbinden. Solch eine
Zentralamtstruktur ist aus dem Stand der Technik bekannt,
beispielsweise die SESS-Vermittlung, die im AT∂T Technical
Journal, Bd. 64, Nr. 6, Teil 2, Juli/Aug. 1985 beschrieben ist.
Das Zentralamt umfaßt herkömmlicherweise eine
Gleichstromquelle 150, die im Allgemeinen als
Zentralamtsbatterie bezeichnet wird, und standardmäßig die
Schaltungen im Zentralamt mit -48 V Gleichspannung versorgt.
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Die Teilnehmerschleife 105 ist im Zentralamt mit
einer Leitungseinheit 133 abgeschlossen, die eine separate
Stromversorgungseinheit 132 für jede Ader der Schleife und
einen Impulstransformator 131 zur Übertragung digital codierter
Sprache und Daten umfaßt. Das Zentralamt umfaßt die eine
solche Leitungsabschlußeinheit für jede Teilnehmerschleife 105,
die mit dem Zentralamt verbunden ist. Die
Stromversorgungseinrichtungen 132 werden von der Zentralamt-
Leistungsquelle 150 getrieben und jede dieser Einheiten ist an
Erde angeschlossen. Die Transformatoren 131 sind Standard-
Impulstransformatoren, die eine Transformatorwicklung 136
umfassen, an die die beiden Ader der Anschlußleitung 105
angeschlossen sind, und eine Wicklung 135, an die die
Zentralamt-Vermittlung zum Aufbau von Verbindungen nach
herkömmlicher Art in der Vermittlungsstelle angeschlossen sind.
Ein Paar von Sperrkondensatoren 137 ist zwischen die Anschlüsse
der Wicklung 136 und die Adern der Teilnehmerleitung 105
geschaltet, so daß der Gleichstrom aus den
Stromversorgungseinheiten 132 gesperrt wird. Jede
Stromversorgungseinheit 132 kann ein auf dem Markt erhältliches
elektronisches Bauteil sein, das auch als Konstantstromquellen
bekannt ist und eine angeschaltete Leitung mit einem
Konstantstrom bei einer Spannung von -48 V versorgt.
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Die Netzwerk-Abschlußschnittstelleneinheit 110
umfaßt eine Übertragungsschnittstelle 118, einen
Gleichstromwandler 115, der die Leistung an die
Übertragungsschnittstelle 118 liefert, und einen
Impulstransformator 111. Die Übertragungsschnittstelle 118 ist
eine Verbindungseinheit zwischen dem Impulstransformator 111
und den Einrichtungen beim Teilnehmer 120. Diese Einrichtungen
können einen digitalen Telefonapparat zum Empfang und zum
Senden digital codierter Sprache, wie den Apparat 121 umfassen,
ebenso wie ein Bildterminal 123 und andere Datenterminals,
beispielsweise das Datenterminal 124. Alle derartigen
Einrichtungen werden normalerweise an die
Übertragungsschnittstelle mit Hilfe eines vieradrigen Busses
angeschlossen. Die Übertragungsschnittstelle umfaßt dann eine
Schaltung, beispielsweise eine Gabelschaltung, um die
zweiadrige Übertragung von der Transformatorwicklung 114 in die
vieradrige Übertragung vom Teilnehmer umzuwandeln.
Darüberhinaus umfaßt diese Einrichtung typischerweise eine
Echoauslösch-Schaltung, die alle nicht unerheblich elektrische
Leistung benötigen.
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Die Übertragungsschnittstelle 118 empfängt ihre
Leistung vom Gleichspannungswandler 115. Dieser kann eine am
Markt erhältliche Schaltung sein, die eine Ausgangsspannung mit
einem gewünschten Pegel zur Verfügung stellt. Der Wandler
erhält seine Leistung von der Mittenanzapfung der
Transformatorwicklung 112 und ist über einen Tiefpaßfilter 117
geerdet. Leistung wird an den Gleichspannungswandler über die
Adern 106 und 107 parallel geliefert. Der Strom von der Leitung
106 fließt über den oberen Teil der Transformatorwicklung 112
zur Mittenanzapfung und der Strom in der Leitung 107 fließt
über den unteren Teil der Transformatorspule 112 zu der
Mittelanzapfung, wo dieser Strom hinzugefügt wird. Es wird -
angenommen, daß der Strom von den beiden
Konstantstromversorgungseinheiten 132, die die Leitungen 106
und 107 versorgen, etwa gleich groß ist. Die mittenangezapfte
Transformatorwicklung 112 sollte ebenfalls symmetrisch sein. In
einer derartigen symmetrischen Anordnung sollte jeder
Magnetfluß, der- durch den Gleichstrom in den beiden Teilen der
Transformatorwicklung erzeugt wird, ohne spürbaren oder mit nur
geringem Einfluß auf die digitalen Impulse, die über den
Transformator übertragen werden, ausgelöscht werden. Eine
alternative Anordnung, um einen Strom über die Adern 106 und
107 zur Verfügung zu stellen, ist ein mittenangezapfter
Transformator im Zentralamt. Beispielsweise würde in einer
solchen Anordnung die Wicklung 136 eine Mittelanzapfung
umfassen und der Strom würde sich in einer symmetrischen
Wicklung in etwa in gleicher Höhe zwischen die Adern 106 und
107 aufteilen. Bei einer solchen Anordnung würden keine
Sperrkondensatoren, wie der Kondensator 137 installiert werden.
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Die Zeichnung zeigt einen digitalen
Signalübertragungsweg von den Einrichtungen, die in den
Räumlichkeiten 120 des Teilnehmers aufgestellt sind, zum
Zentralamt 130. Digital codierte Sprache und Daten, die die
Protokollnachrichten umfassen, werden über den
Netzwerkabschluß-Schnittstellentransformator, der aus den
Wicklungen 112 und 114 besteht, und über die zweiadrige
digitale Anschlußleitung 105 übertragen, die im Transformator
131 des Zentralamtes endet. Die digitalen Signale führen durch
die Transformatorwicklungen 135 und 136 zu einem
Vermittlungsnetzwerk. Wenn ein digitales Signal in der
Transformatorwicklung 114 an der Netzwerkschnittstelle erzeugt
wird, wird ein korrespondierender Impuls in der
Transformatorwicklung 112 induziert, der einen seriellen
Stromfluß in den Leitungen 106 und 107 der digitalen Schleife
105 und in den Transformatorwicklungen 136 des Zentralamtes
verursacht. Folglich ist der Strom in der digitalen Schleife
105
für digital codierte Sprache und Daten analog, ebenso wie
bei analoger Sprache in herkömmlichen Telefonsystemen.
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Darüber hinaus stellt die zweiadrige Schleife 105
einen Teil der Leistungsübertragungsschaltung dar. Diese
Schaltung erstreckt sich vom Gleichspannungswandler 115 über
den durch die Schleifenadern 106 und 107 zur Verfügung
gestellten parallelen Weg und vom Wandler 115 über das Filter
117 und den geerdeten Rückweg zurück zur Stromversorgung 132.
Der begrenzende Faktor bei der Leistungsübertragung vom
Zentralamt zur entfernten Netzwerkabschlußschaltung 110 ist der
Widerstand der Adern 105 und 107. Eine beträchtliche Leistung
wird zum Betrieb der verschiedenen elektrischen Schaltungen der
Übertragungsschnittstelle 118 benötigt und mit einer Erhöhung
der Entfernung vom Zentralamt wird der Spannungsabfall aufgrund
des Übertragungsleitungswiderstandes derartig hoch, daß nur
ungenügende Leistung die Netzwerkabschlußschnittstelle
erreicht. Die Verwendung paralleler Übertragungsleitungen 106
und 107 und die Verwendung von Erde für den Rückweg vermindert
den Widerstand, der durch die Übertragungsleitungen eingeführt
wird, um den Faktor vier gegenüber herkömmlichen Anordnungen,
die eine Ader einer zweiadrigen Schleife als Weg in die eine
Richtung und die andere Ader als Rückweg benutzten. Ist
beispielsweise der Widerstand einer Ader gleich R, dann ist in
Übereinstimmung mit herkömmlichen Anordnungen, der gesamte
Widerstand, der den Spannungsabfall in der Leitung bestimmt,
gleich 2R. Wenn die Leitungen 106 und 107 parallel benutzt
werden, um einen Weg zur Verfügung zu stellen, dann ist der
Widerstand eines Weges gleich R/2., und daher wird der
Widerstand in den Übertragungsleitungen theoretisch um den
Faktor vier vermindert. In praktischen Fällen wird angenommen,
daß der Spannungsabfall, der von der Erde herrührt, abhängig
von den Bodenverhältnissen in der Größenordnung von 3 bis 5 V
liegt.
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Das Tiefpaßfilter 117, das zwischen den
Gleichstromspannungswandler 115 und Erde geschaltet ist,
ermöglicht das Fließen des Gleichstromes und verhindert, daß
Rauschsignale, beispielsweise Harmonische von 60 Hz, die von
der Netzfrequenz der Übertragungsleitungen und anderen Quellen
herrühren, mit den Impulsen, die die digital codierte Sprache
darstellen, und mit Daten, die über die Adern 106 und 107
übertragen werden, interferieren.
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Die hierin beschriebene Anordnung ist im speziellen
für digitale Übertragungssystem geeignet, die eine bipolare
Codierung umfassen. Das bipolare Codierungsschema ist ein
bekanntes Schema, das keine Gleichvorspannung verwendet und bei
dem niederfrequente Energie gedampft ist. Daher sollte der über
die Adern 106 und 107 übertragene Gleichstrom, selbst bei
normalen Schwankungen nicht mit der Übertragung von
Binärziffern in bipolarem Format oder in anderen Formaten, bei
< denen niederfrequente Energie gedämpft ist, interferieren.
Selbst bei Übertragungsverfahren, die stärker auf
niederfrequente Energie ansprechen, sind die Prinzipien dieser
Erfindung anwendbar, aber eine genauere Steuerung der
Versorgungsstromquelle 132 und engere Grenzen des
Tiefpaßfilters 117 können hierfür notwendig sein.