DE69833658T2

DE69833658T2 - Leitungsschnittstelle für Daten- und Leistungsversorgung

Info

Publication number: DE69833658T2
Application number: DE69833658T
Authority: DE
Inventors: Jarmo MÄKINEN; Ville HÄMÄLÄINEN; Antti Raimovaara
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: FI973168A0; EP1000469A2; EP1641136A1; JP2001512915A; DE69833658D1; WO1999007082A2; US20030007462A1; FI104134B1; FI973168A; WO1999007082A3; EP1000469B1; CN1265790A; CN1248426C; FI104134B; ATE319231T1; US6563801B2; ES2257814T3; AU8443598A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kabelverbindung, durch welche zwei Teile einer Telekommunikationsausrüstung einander Daten senden und voneinander Daten empfangen können und durch welche ein Teil der Ausrüstung den anderen Teil der Ausrüstung mit der Betriebsspannung versorgen kann, die er benötigt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verbindung zum Verbinden einer Einheit, die sich in der Nähe einer Antenne in einer geteilten Funkverbindung befindet, und eine Einheit, die etwas weiter weg angeordnet ist, wobei ein Kabel die Einheiten miteinander verbindet.
TECHNISCHER HINTERGRUND
1 ist eine vereinfachte Ansicht der Hauptbestandteile einer geteilten Funkverbindung. Die Funkverbindung kann zum Beispiel eine Mikrowellenverbindung sein. Die Hauptbestandteile weisen eine Inneneinheit 2 auf, die in dem Innenraum eines Ausrüstungsschranks oder dergleichen angeordnet ist und in dem die Verarbeitung des empfangenen Rx-Signals erfolgt. Das Signal wurde von einer Außeneinheit 5 empfangen, die physikalisch in der Nähe einer Antenne 1 angeordnet ist. Sie hat ein Funkfrequenzsignal von der Antenne empfangen und hat dieses nach einer Frequenzumwandlung über das Kabel an die Inneneinheit weiter gesendet. Die Inneneinheit 2 in dem Innenraum empfängt infolgedessen ein Signal von dem Netzwerk (nicht gezeigt) und führt es zu dem Übertragungsbestandteil Tx der Einheit, welcher es weiter entlang eines Kabels an die Außeneinheit sendet. Diese überträgt es weiter an die Antenne 1.
Die Datenübertragung zwischen beiden Einheiten erfolgt mit Hilfe eines koaxialen Kabels. Der Abstand zwischen den Einheiten, und somit die Kabellänge, kann von einigen Metern bis zu einigen hundert Metern reichen. Das Kabel ist an jede Einheit durch eine Kabelschnittstelle CI angeschlossen, welche die Daten, die von dem Sender der Einheit an das Kabel gesendet werden, und infolgedessen die Daten, die vom Kabel an den Empfänger der Einheit gesendet werden, anpasst.
Abgesehen von Daten muss das Kabel auch elektrischen Strom von der Inneneinheit an die Außeneinheit übertragen, falls letztere an einem solchen Ort, z. B. in einem Masten, angeordnet ist, wo keine eigene Stromquelle zur Verfügung steht.
Das Problem besteht darin, wie in einer geteilten Funkverbindung Daten in zwei Richtungen, das heißt in Duplexform, übertragen und geregelt werden können und wie die Versorgung mit Strom von einer Einheit zur anderen durchgeführt werden soll.
Für dieses Problem wurden drei grundlegende Lösungen nach dem Stand der Technik vorgelegt. Gemäß der ersten Lösung werden zwei getrennte koaxiale Kabel verwendet, wobei in einem Kabel nützliche Daten und Regelungssignale von der Inneneinheit zur Außeneinheit übertragen werden, während in dem anderen Kabel die Übertragung von der Außeneinheit zur Inneneinheit erfolgt. Der Kern eines Kabels leitet die Betriebsspannung von dem Ende der Inneneinheit sowie Informationen, die von der Inneneinheit übertragen werden, während der Kern des anderen koaxialen Kabels Informationen, die von der Außeneinheit empfangen wurden, an die Inneneinheit leitet.
Gemäß eines anderen Verfahrens wird nur ein Kabel verwendet, wobei die Übertragung von Daten von beiden Übertragungsrichtungen auf eine Zwischenfrequenz moduliert wird.
Gemäß eines dritten Verfahrens wird auch ein Kabel verwendet, wobei aber Signale in jeder Richtung mit unterschiedlichen Zwischenfrequenzen übertragen werden.
Ein Nachteil bei dem ersten Verfahren besteht darin, dass ein zusätzliches Kabel benötigt wird, wodurch entsprechende Kabelanpassungen erforderlich sind. Das Verfahren zur Umsetzung ist teuer. Da Daten in beide Richtungen in getrennten Kabeln übertragen werden, sind Störungsfreiheit und nicht vorhandenes Nebensprechen auf dem Übertragungspfad Vorteile dieser Lösung. Ein weiterer Vorteil besteht in dem Umstand, dass die Basisbandübertragung von Daten in beide Richtungen möglich ist.
Der Nachteil des zweiten Verfahrens ergibt sich aus dem Umstand, dass die Daten mit einer Zwischenfrequenz in eine Richtung übertragen werden. Die Kabelschnittstelle erfordert dabei Schaltungen, die in dem Sender eine Aufwärtswandlung und in dem Empfänger eine Abwärtswandlung notwendig machen. Dadurch werden zusätzliche Komponenten auf der Platine benötigt, was wiederum zu erhöhten Kosten führt. Natürlich ist der Umstand, dass nur ein Kabel benötigt wird, ein Vorteil.
Der Nachteil des dritten Verfahrens besteht – wie im zweiten Verfahren – darin, dass aufgrund von zwei unterschiedlichen Zwischenfrequenzen zusätzliche Komponenten benötigt werden. Zwischenfrequenzen an sich sind verfügbar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen die Vorteile der bekannten Verfahren vereint werden. Somit besteht die Aufgabe in einer Anordnung, bei der die Übertragungsanforderung mit nur einem Kabel und auf solche Weise erfüllt werden kann, dass die Basisbandübertragung von Daten und Regelungssignalen in beiden Richtungen möglich ist. Eine weitere Aufgabe besteht in der Übertragung des Versorgungsstroms im selben Kabel, in dem die Basisbandsignale übertragen werden.
Die UK-Patentanmeldung GB-A-2 290 441 betrifft eine digitale Signalübertragung zwischen Einheiten.
Die dargestellten Aufgaben werden mit den in den unabhängigen Ansprüchen dargelegten Merkmalen erfüllt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird derselbe Draht eines Kabels sowohl für das Übertragen von Daten zwischen einer Inneneinheit und einer Außeneinheit als Basisbandübertragung in Vollduplex-Form als auch für das Übertragen der Betriebsspannung von der Außeneinheit zur Inneneinheit verwendet. Etwaige notwendige Anordnungen werden in einer Kabelschnittstelle CI durchgeführt.
Die zu übertragenden Daten, die nützliche Daten oder Regelungsdaten sein können, werden in dem Senderzweig auf dem Basisband durch eine Hybridverbindung mit dem Kabel übertragen, wo sie sich zur Einheit einer verteilten Funkverbindung am anderen Ende ausbreiten. Infolgedessen kommen die Daten, die von einer Einheit an dem anderen Ende gesendet werden, auf dem Basisband auf demselben Kabel an, werden zu dem Hybridfeld geleitet, welches die gesendeten und empfangenen Daten trennt und die empfangenen Daten an den Empfängerzweig leitet. Wenn die Versorgungsspannung in demselben Kabel mit Vollduplex-Daten übertragen wird, wird ein Diplexer zwischen der Hybridverbindung und dem Kabelende verwendet, wobei das gemeinsame Tor des Diplexers mit dem Kabel verbunden ist, ein Tor mit der Spannungsversorgung/dem Empfangspunkt und ein Tor mit dem Hybriden. Somit sorgt der Diplexer für Trennung durch Filterung der Versorgungsspannung und der Basisbanddaten, die aus dem Kabel ankommen. Wenn ein Diplexer verwendet wird, „reiten" die analogen Daten auf der Betriebsspannung im Kabel zum Empfangsende.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Hybridfeld einen Wandler, der verwendet wird, um umgekehrte Daten aus den zu übertragenden Daten für eine Echo-Eliminierung und für vorübergehende Speicherung auszubilden und die umgekehrten und nicht-umgekehrten Daten des Puffers zu synchronisieren, und eine Schaltung auf, die einen Punkt aufweist, an dem Daten und umgekehrte Daten summiert werden, so dass die zu übertragenden Daten in einer Variation des Potentials dieses Punktes gesehen werden. Dieser Punkt ist ein virtueller Null-Punkt, der ein Tor des Hybriden ausbildet, und die Daten, die aus dem Kabel ankommen, können an diesem Punkt gelesen werden. In dem Empfängerzweig werden die aus dem Kabel empfangenen Daten in der gewünschten Weise verarbeitet. Die Verarbeitung hängt von dem Leitungscode der Daten ab und kann in analoger oder digitaler Weise und als Kombination von beiden ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Anwendungsumgebung der Erfindung;
2 eine Rohansicht einer Kabelschnittstelleneinheit;
3 ein Blockdiagramm des digitalen Teils der Schnittstelle;
4 ein Blockdiagramm des analogen Teils der Schnittstelle;
5 den Block für die Entscheidungsfindung und den Gleichstrompegelrückkopplungsblock;
6 die Ausbildung eines Takts; und
7 eine mögliche Gabelverbindung.
Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
2 ist eine grobe Darstellung der Kabelschnittstelleneinheit. Die Schnittstelleneinheit setzt die CI (Kabelschnittstelle) zwischen dem Kabel und der Telekommunikationseinheit um. Die Einheit kann eine Inneneinheit oder eine Außeneinheit sein, wie in 1 gezeigt. Die Schnittstelle 2 wird durch zwei unterschiedliche Blöcke ausgebildet: den digitalen Teil 21, wo alle Funktionen digital sind, und den analogen Teil 22, wo infolgedessen alle Funktionen analog sind. Alle Regelungen, die möglicherweise vom analogen Teil benötigt werden, werden im digitalen Teil ausgebildet, von dem aus sie zum analogen Teil transferiert werden. Die Schnittstelle enthält Anordnungen, durch welche sowohl Daten als auch eine Versorgungsspannung zu demselben Draht in einem Kabel übertragen werden können, und infolgedessen können die Daten und die Versorgungsspannung aus demselben Draht empfangen und voneinander getrennt werden. Die Daten können eigentliche nützliche Daten oder auch Regelungsdaten sein. Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, die Verarbeitung der empfangenen Daten soweit wie möglich in einer digitalen Weise durchzuführen, wobei die Anzahl an Schaltungen im analogen Teil klein sein kann, mit nur dem Hybriden oder einem Teil davon und dem Diplexer.
Eingaben des digitalen Teils sind die TX-Daten, die von der Innen-/Außeneinheit und dem TX-Takt gesendet werden. Die Daten sind für eine Übertragung durch die Schnittstelle 2 in einer analogen Form zum Kabel 23 gedacht. Ausgänge dieses Teils sind die RX-Daten, die aus dem Kabel 23 empfangen werden, und der RX-Takt der Daten.
Der analoge Teil wiederum empfängt die RX-Daten, die in eine analoge Form umgewandelt wurden, aus dem Kabel und sendet infolgedessen die analogen TX-Daten an das Kabel. Darüber hinaus überträgt der analoge Teil an das Kabel eine Versorgungsspannung V, die als Betriebspannung für die Einheit am anderen Ende des Kabels gedacht ist. In dem in 1 als Beispiel gezeigten Fall stellt eine Kabelschnittstelle 3 die Versorgungsspannung bereit. Eine wichtige Aufgabe des analogen Teils besteht darin, die Trennung der gesendeten und empfangenen Daten und der Versorgungsspannung durchzuführen.
Nun folgt eine Beschreibung einer möglichen Kabelschnittstelleneinheit. Diese als ein Beispiel beschriebene Schnittstelle wird speziell für die Verarbeitung von NRZ-Daten (Nonreturn to Zero) konstruiert. Vorteile von NRZ-Daten sind, dass der Takt im Verhältnis zur Bitrate klein ist und die Verwendung von zwei Pegeln Störungen beim Empfang reduziert. Der Hybrid in der Schnittstelle und die Verarbeitung des empfangenen Signals im Beispiel sind somit für die Verarbeitung eines Zwei-Pegel-Signals ausgestaltet. Wenn ein anderer Leitungscode verwendet wird, müssen der Hybrid-Block und der Block für die Verarbeitung des empfangenen Signals gemäß des Leitungscodes angepasst werden. Die Erfindung stellt keine Beschränkung des Leitungscodes oder der Bitrate von Daten dar, obwohl im Allgemeinen Raten zwischen 30 und 40 Mbit/s verwendet werden.
Nun folgt eine Beschreibung des Betriebs der Schnittstelleneinheit, die als ein Beispiel dargestellt und für NRZ-Daten gedacht ist, wenn Daten an ein Kabel übertragen werden.
3 zeigt ein Blockdiagramm des digitalen Teils. Der digitale Teil ist aus einem Sender 31 und einem Empfänger 32 ausgebildet. Die TX-Daten eines NRZ-Typs, die aus der dezentralisierten Einheit ankommen, werden zum Verwürfler 34 geleitet. Der Verwürfler wandelt die ankommenden digitalen Daten in einen Pseudozufalls-Bit-String um. Die Umsetzung von Block 34 ist sehr einfach und erfolgt durch Verwendung eines Schieberegisters und von Flip-Flops. Es ist festzuhalten, dass der Verwürfler aus Sicht der Erfindung kein wesentlicher Block ist, obwohl er bei praktischen Umsetzungen erforderlich sein kann.
Der Bit-String, der aus dem Block 34 ankommt, wird zu einer Hybridschaltung geleitet, wie in 7 gezeigt, einschließlich eines umkehrenden und nicht umkehrenden Verstärkers 35, 36, eines Puffers 42 und eines Anpassungsnetzwerkes 49. Der Betrieb des Hybriden wird im Folgenden beschrieben. Unter Bezugnahme auf 3 werden in dem Hybriden die Daten zu zwei parallelen Zweigen geführt, wobei in einem von diesen der Bit-String umgekehrt wird, während dies im anderen nicht der Fall ist. Dies kann z. B. durch einen nicht-umkehrenden Pufferverstärker 36 und durch einen umkehrenden Pufferverstärker 35 erfolgen. Das führt zu zwei Leitungen, wobei in einer von diesen ein nicht-umgekehrter TX-Daten P-Bit-String wandert, während ein umgekehrter TX-Daten N-Bit-String in der anderen wandert. Bipolare Daten werden in der Hybridschaltung des analogen Teils benötigt, da sie eine wirksame Echo-Eliminierung fördern. Es ist wesentlich, dass die Daten in bipolare Daten umgewandelt werden, weil es dadurch im Anpassungsnetzwerk 49 des Hybriden möglich ist, 7, einen virtuellen Punkt zu bilden, von dem empfangene Daten zu Empfangsschaltungen geführt werden können.
4 zeigt Blöcke des analogen Teils. Der Betrieb wird näher vom Standpunkt der an das Kabel übertragenen Daten beschrieben. Der Daten-P-Bit-String und der umgekehrte TX-Daten-N-Bit-String, die aus den Pufferverstärkern ankommen, werden zum Puffer 42 geführt. Der Puffer ist mit der Tx-Taktfrequenz der ankommenden Daten getaktet, 3. Es ist vorteilhaft, einen Puffer zu verwenden, weil in der Praxis Leiterpfade unterschiedlicher Länge für die umgekehrten und die nicht-umgekehrten Daten zu Verzögerungen unterschiedlicher Länge führen werden. Durch die Verwendung eines Puffers ist es möglich, die umgekehrten und die nicht-umgekehrten Daten genau zu synchronisieren, wodurch die Wirkung von Verzögerungen auf den Betrieb des Hybriden vermieden werden kann, so dass das Potential des virtuellen Punktes, das noch später beschrieben wird, aufgrund der übertragenen Daten nicht variieren wird.
Aus dem Puffer werden die Daten zum Anpassungsnetzwerk 43 geführt. Der Puffer und das Anpassungsnetzwerk bilden gemeinsam eine so genannte Gabelverbindung 41. Das Prinzip einer Gabelverbindung als solches ist z. B. aus der Telefontechnologie bekannt und kann widerstandsmäßig umgesetzt werden, wie in diesem Beispiel, oder als eine Wandlerverbindung.
7 ist eine detailliertere Ansicht einer Gabelverbindung, die einen Puffer und ein Anpassungsnetzwerk aufweist. Umgekehrte und nicht-umgekehrte Daten, die übertragen werden sollen, werden zu den Puffern 42 geleitet, die mit der TX-Taktfrequenz der ausgehenden Daten getaktet sind. Das Anpassungsnetzwerk, das nach den Puffer angeordnet und hier widerstandsmäßig durch Widerstände, die als Kästchen dargestellt sind, ausgeführt ist, ist so dimensioniert, dass es, vom Kabel 23 aus betrachtet, an die Kabelimpedanz, hier 50 Ω, angepasst ist. Durch diese Dimensionierung wird insbesondere erreicht, dass ein virtueller Punkt P in die Verbindung mit einem Potential eingebracht wird, welche dieselbe bleibt aufgrund der Summierung von nicht umgekehrten und umgekehrten Daten in dem Punkt und unabhängig von dem Pegel der übertragenen Tx-Daten. Da aus diesem Grund der Spannungspegel bei Punkt P aufgrund des Übertragungssignals nicht variiert, werden nur RX-Daten, die aus dem Kabel ankommen, eine Variation verursachen. Vom Standpunkt der empfangenen Daten aus betrachtet, ist der Punkt P der virtuelle Null-Punkt der übertragenen Daten. Somit können die empfangenen Daten aus dem virtuellen Punkt gelesen werden, selbst wenn zum selben Zeitpunkt eine Übertragung von Daten durchgeführt wird.
Die aus dem virtuellen Punkt gelesenen Daten werden zum Empfängerzweig geleitet. Das TX-Daten-Übertragungssignal wird vom Puffer 42 direkt zu einem Draht im Kabel 23 geleitet.
Gemäß der Erfindung kann auch eine Versorgungsspannung, die für eine Einheit am anderen Ende bestimmt ist, zum Kabel geleitet werden. Ein Diplexer-Filter 44, 4, wird hiermit zwischen dem Hybriden und dem Kabelende angeordnet. Sein Zweig, der einen Hochpassfilter enthält, ist zwischen dem Kabel und dem Hybriden angeordnet, während der Zweig, der den Niederpassfilter enthält, zwischen dem Kabel und dem Versorgungspunkt einer Gleichstromspannung V angeordnet ist. Eine Versorgungsspannung, die von dem anderen Ende des Kabels aus zugeführt wird, kann natürlich von demselben Punkt getrennt werden. Da die spezifische Impedanz des Diplexers nicht bei allen Frequenzen 50 Ω beträgt, wird sie in dem Empfängerzweig des Anpassungsnetzwerkes ein Ungleichgewicht auslösen. Das kann in einer bekannten Weise korrigiert werden, in dem ein Ausgleichsschalter in dem Anpassungsnetzwerk (nicht gezeigt) angeordnet wird.
Mit den oben beschriebenen Mechanismen werden sowohl das TX-Daten-Übertragungssignal als auch die Versorgungsspannung V zum selben Kabel geleitet. Die Daten „reiten" somit auf der Betriebsspannung. Im Folgenden wird der Betrieb der Kabelschnittstelleneinheit näher betrachtet, während Daten aus dem Kabel empfangen werden und eine Versorgungsspannung an dem anderen Ende des Kabels in der oben beschriebenen Weise zugeführt wird.
Nun wird weiter auf 4 Bezug genommen. Die RX-Daten, die aus dem Kabel 23 ankommen, werden von der Versorgungsspannung V durch den Diplexer 44 getrennt. Daraufhin leitet die Hybridschaltung die Daten gemäß 7 an den Empfänger, wo das Signal analog geformt wird, bevor die Signalverarbeitung im digitalen Teil erfolgt. Das Datensignal wird zuerst im Niederpassfilter 45 gefiltert. Die Filterung erfolgt auf solche Weise, dass die gefilterten Daten dem Mygvist-Kriterium entsprechen. Dies bedeutet, dass jene Frequenzen weggefiltert werden, die oberhalb der Abtastfrequenzhälfte sind. Die Filterung führt zu einer Impulsform mit niedrigem Gradienten.
Das gefilterte Datensignal wird danach in einem AGC (Automatische Verstärkungsregelung)-Verstärker 46 verstärkt, dessen Verstärkung durch ein AGC-Anpassungsregelungssignal geregelt wird, das aus dem digitalen Teil erhalten wird, um den Amplitudenfehler zu korrigieren. Die Bildung dieses Signals wird später beschrieben. Theoretisch ist keine Pegelanpassung erforderlich, weil die Niedrigfrequenzabschwächung in dem Kabel nahe bei Null ist. In der Praxis werden jedoch Komponententoleranzen AGC erfordern.
Der AGC-Verstärker 46 verstärkt und schwächt alle Frequenzen in derselben Weise ab, und aus diesem Grund wird das analoge Signal in dem Ausgleicher 47 weiter verarbeitet, der etwaige Verzerrungen ausgleicht, die durch den Übertragungspfad an den RX-Daten verursacht werden. Er verstärkt höhere Frequenzen. Die vom Ausgleicher durchgeführte Frequenzverarbeitung wird durch ein Frequenzanpassungsregelungssignal geregelt, das aus dem digitalen Teil erhalten wird. Die Bildung dieses Signals wird später beschrieben. Die Frequenzanpassung ist nur erforderlich, wenn es wünschenswert ist, ein langes Kabel zu verwenden, wobei jegliche Verzerrung des Frequenzwiderstandes deutlich zunehmen wird. Wenn ein kurzes Kabel verwendet wird, ist keine Frequenzanpassung notwendig.
Der Zweck der auf dem empfangenen Signal in dem analogen Teil durchzuführenden Verarbeitung besteht darin, das empfangene Signal auf solche Weise zu formen, dass seine Amplitude bei den Frequenzen, die für die nächste auszuführende Abtastung wesentlich sind, so stabil wie möglich ist.
Schließlich wird das geformte analoge RX-Datensignal zu einem AD-Wandler geführt, der das analoge Signal in ein 8-Bit-Digitalsignal umwandelt, welches zum digitalen Teil der Kabelschnittstelleneinheit geführt wird. Die Abtastfrequenz ist dieselbe wie die Bit-Frequenz des ankommenden Datensignals und die Abtastfrequenz wird in einer später zu erläuternden Weise gebildet.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun die Verarbeitung eines digitalisierten RX-Datensignals beschrieben. Ein 8-Bit digitalisiertes Signal, das aus dem analogen Teil ankommt, wird in den Block 39 (Gleichstrompegelrückkopplung) geführt. Die Rückkopplung muss deshalb durchgeführt werden, weil im Diplexer 44 im analogen Teil, 4, eine Hochpassfilterung ausgeführt wurde und das hat zu Baseline-Wanderung des Grundpegels des bipolaren Datensignals insbesondere während langer „0"- und „1"-Sequenzen geführt. Veränderungen beim Grundpegel werden sich auch ergeben, wenn der kurzfristige Mittelwert von Symbolen ungleich geteilt wird. Etwaige Fehler, die durch fehlende Niederfrequenzen verursacht werden, müssen korrigiert werden, um ein korrektes Augendiagramm zu erhalten. Sollte die Rückkopplung nicht durchgeführt werden, kann es zu Bit-Fehlern kommen, und die Wiederherstellung der Taktung wäre schwierig und würde Phasengeräusche verursachen. In diesem Block 39 wird eine Abtastung wieder dadurch gebildet, dass eine Gleichstrompegelkorrektur von Fehlern als Feedback verwendet wird. Hier steht Gleichstrompegel für bestimmte Anfangsdaten für den AD-Wandler.
Der Gleichstrompegelrückkopplungsblock 39 gibt zwei Ausgangssignale ab, wobei ENTSCHEIDUNG eine Entscheidung darüber ist, ob das ankommende Symbol Null oder Eins ist, das heißt, ENTSCHEIDUNG wird einen Wert von 0 oder 1 aufweisen. Die Entscheidung erfolgt ausschließlich auf der Grundlage der Vorzeichenziffer der rückgekoppelten Abtastung. FEHLER, das andere Ausgangssignal, wird zum Eingang rückgeführt.
5 zeigt einen Rückkopplungsblock 39 des Gleichstrompegels. Wenn ein 8-Bit-Wandler verwendet wird, ist es möglich, 256 Pegel (256 Symbole) zu bilden. Als Definition kann festgelegt werden, dass die Anfangsdaten 128 des Wandlers ein digitaler Gleichstrompegel sind und dass ein negatives und positives Eingangssignal von diesem Pegel gleichmäßig beabstandet wäre. Somit gilt, dass – wenn das Symbol eines AD umgewandelten Signals z. B. zwischen 128 und (128 + 31) ist, es als Eins interpretiert wird, und wenn der Wert zwischen 128 und (128 – 32) ist, es als Null interpretiert wird. Die Interpretation ist direkt das Ausgangssignal der ENTSCHEIDUNG. Da der Gleichstrompegel von ankommenden Symbolen in der Filtrierung verschwunden ist, die auf der analogen Seite durchgeführt wurde, und er (als ein digitaler Wert) in Block 52 rückgekoppelt werden muss, kann der Gleichstrompegel von dem idealen Wert von 128 abweichen.
Um den Fehler zu minimieren, weist der Block 52 einen negativen Feedback-Zweig auf, der einen Integrator 53 enthält, in dem die Integration des FEHLER-Werts der Signalspannung erfolgt, welche die Entscheidungsfindung beeinflusst. Der Wert drückt aus, um wie viel die Spannung in dem Augenblick der Abtastung versetzt wurde, vorausgesetzt, die ENTSCHEIDUNG ist korrekt. Dieser Fehler-Wert der Signalspannung, welche die Entscheidungsfindung beeinflusst, wird integriert, und der Integral wird verwendet, um den Gleichstrom-Versatz des Eingangssignals von Block 52 anzupassen.
Das ENTSCHEIDUNG-Signal, welches die Entscheidung in Bezug darauf, was das empfangene Symbol ist, anzeigt, ist gleichzeitig ein empfangener Pseudozufalls-Bit-String, der echte Datenbits enthält. Um die echten Daten herauszufinden, die aus dem anderen Ende des Kabels gesendet werden, wird der ENTSCHEIDUNG-Bit-String zum Entwürfler 310 geleitet. Er wandelt den Pseudozufalls-Bit-String in einen echten Bit-String um, der durch den Modulator gebildet wird, der im Sender in dem anderen Ende des Kabels ausgebildet ist.
Alle Schaltungen des digitalen Teils und der AD-Wandler des analogen Teils benötigen eine Taktfrequenz. Um den Rx-Takt aus dem empfangenen RX-Datensignal zu bilden, werden die ENTSCHEIDUNG- und FEHLER-Signale, die durch den Gleichstrompegelrückkopplungsblock 39 erzeugt werden, zum digitalen phasengekoppelten Regelkreis 311 geleitet. Der Zweck besteht darin, den RX-Daten-Takt von den empfangenen Daten zu trennen.
6 zeigt einen phasengekoppelten Regelkreis. Hier steht der Regelkreis für einen digitalen Phasendetektor 61, einen Vorfilter 62, einen eigentlichen Regelkreisfilter 63 und einen Sigma-Delta-Wandler 64, die nacheinander angeordnet sind. Der digitale Phasendetektor kann z. B. durch einen bekannten Muller-Mueller-Algorithmus umgesetzt werden. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators, geteilt durch einen möglichen Teiler 313, und die ENTSCHEIDUNG- und FEHLER-Signale werden zum Eingang des Phasendetektors geleitet. Im Regelkreisfilter 63 wird der Ausgang in einen analogen Ausgang durch den Sigma-Delta-Wandler 64 umgewandelt, die Filtrierung wird in einem analogen Filter (nicht gezeigt) durchgeführt – falls erforderlich – und das Endergebnis ist eine Regelungsspannung des spannungsgeregelten Oszillators (VCO) 312.
Die Frequenz f_VCO, die durch den Oszillator 312 erzeugt wird, wird im Teiler 313 geteilt, und die geteilte Frequenz ist die RX-Taktfrequenz des Eingangssignals, welches als ein Takt zu den Schaltungen des digitalen Teils des Empfängers und von der Kabelschnittstelleneinheit auch weiter zu einer anderen Einheit geleitet wird.
Das ENTSCHEIDUNG-Signal, das somit ein ausgedrücktes Symbol ist, und FEHLER, welcher der erfasste Fehler ist, werden auch verwendet, um AGC-Anpassung und Frequenzanpassung des AGC-Verstärkers im analogen Teil und für die Regelungen des Ausgleichers zu bilden.
Um eine Regelung für den AGC-Verstärker des analogen Teils zu bilden, werden die ENTSCHEIDUNG- und FEHLER-Signale an den Block 38 der automatischen Verstärkungsregelung geleitet. Der Amplitudenfehler der empfangenen Daten muss korrigiert werden, und die Notwendigkeit für eine Korrektur wird durch die Länge des Kabels zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit beeinflusst. Der Block 38 der automatischen Verstärkungsregelung berechnet die Notwendigkeit für eine Verstärkung mit Hilfe von Eingangssignalen, und mit dem AGC-Anpassungsregelungssignal, das er gebildet hat, stellt er die Verstärkung des AGC-Verstärkers des analogen Teils ein. Im Prinzip kann der Regelkreis 38 vom selben Typ wie der PLL-Regelkreis sein, außer, dass statt des Phasendetektors die Signale zu einem Verstärkungsdetektor geleitet werden. Seine Ausgangssignale werden gefiltert und durch den Sigma-Delta-Wandler in analoge Form umgewandelt. Das resultierende analoge Signal wird danach gefiltert, und die gefilterte AGC-Anpassungsspannung wird als Regelungsspannung an den AGC-Verstärker in dem analogen Teil geliefert.
Die ENTSCHEIDUNG- und FEHLER-Signale werden auch dem Kabelkompensationsblock 37 zugeführt, welcher das Regelungssignal des Ausgleichers bildet. Der Ausgleich erfolgt im analogen Teil, weil höhere Frequenzen stärker als geringere abschwächen, je länger das Kabel zwischen den Einheiten ist. Beim Ausgleichen werden die Amplituden von hohen Frequenzen so verstärkt, dass die Amplituden-Frequenz-Kurve so gleichmäßig wie möglich ist, bis zu einer Hälfte der Abtastfrequenz hin.
Die Blöcke 37, 38 und 311, die oben angeführt werden, bilden die Regelungssignale und Taktfrequenz des analogen Teils.
Ein analoger Teil und digitaler Teil, die gemäß den oben beschriebenen Prinzipien arbeiten, sind in der Lage, ein exakt gleiches Datensignal zu rekonstruieren, das in einem Sender ausgebildet wird, der an dem anderen Ende des Kabels angeordnet ist, und eine Taktfrequenz aus dem Datensignal zu erzeugen. Die Kabelschnittstelleneinheit gemäß der Erfindung ist gegenüber den Einheiten, die an den Enden des Kabels angeordnet sind, vollkommen transparent.
Die Regelungssignale können als getrennte Rahmen zwischen anderen Datenflüssen übertragen werden. Es ist auch möglich, Regelungssignale gemeinsam mit nützlichem Verkehr zu übertragen, wobei sie mit derselben Frequenz, aber mit einer kleineren Amplitude, nahe dem Schnittstellenrand, übertragen werden. Die Regelungssignale können dann beobachtet werden, wie sie in „einem Subträger" wandern.
Das Verfahren gemäß der Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Erstens sind durch die Verwendung desselben Kabels für das Übertragen von Daten und die Versorgungsspannung in beide Richtungen die Kabel- und Installationskosten geringer. Die Durchführung ist einfach und verbraucht wenig Strom. Der digitale Teil kann in eine ASIC-Schaltung integriert werden, wobei die Anzahl von Komponenten geringer ist, so dass dadurch die Fehlerhäufigkeit und der mittlere Ausfallabstand (MTBF) verbessert werden.
Im Rahmen der Ansprüche ist es natürlich möglich, den Bereich der Komponenten auch auf andere Weisen auszuführen als in jener, die in der bevorzugten Ausführungsform oben beschrieben wurde. Somit kann z. B. die automatische Verstärkungsregelung AGC als eine digitale Regelung im digitalen Teil ausgeführt werden. Der PLL-Regelkreis und die Blöcke, welche die AGC-Anpassung und die Frequenzanpassungsregelungen erzeugen, können in jeder anderen Weise als den oben dargestellten durchgeführt werden, die dem Fachmann bekannt ist.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Informationen zwischen zwei Telekommunikationsvorrichtungen (2, 5) einer Kommunikationsverbindung, wobei beide Telekommunikationsvorrichtungen Mittel zum Übertragen von Informationen zu einem Kabel (23) und zum Empfangen von Informationen, die aus dem Kabel kommen, enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Anlegen einer Versorgungsgleichstromspannung (V) über einen Diplexer (44) an das Kabel (23) an einem Ende des Kabels und Extrahieren der Versorgungsgleichstromspannung (V) aus dem Kabel über einen anderen Diplexer an einem gegenüberliegenden Ende des Kabels; Liefern eines Basisbandübertragungssignals an einen Hybrid-Schaltkreis (35, 36, 42, 49), welcher das Basisbandübertragungssignal über den Diplexer an das Kabel überträgt; Leiten eines empfangenen Basisbandsignals, das von dem Kabel kommt, über den Diplexer zu dem Hybrid-Schaltkreis, welcher das empfangene Basisbandsignal an einen Empfänger (32) überträgt, wobei das empfangene Basisbandsignal Informationen eines ursprünglichen Signals trägt; und Verarbeiten des empfangenen Basisbandsignals unter Verwendung von analogen sowie digitalen Signalverarbeitungsmitteln (ANALOGE EINHEIT, DIGITALE EINHEIT) zum Abrufen einer Darstellung des ursprünglichen Signals, wobei die Basisbandübertragung und die empfangenen Signale in Vollduplexform in demselben Kabel (23) wandern wie die Versorgungsgleichstromspannung (V).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Liefern des Basisbandübertragungssignals umfasst: Umkehren des Basisbandübertragungssignals; vorübergehendes Speichern des umgekehrten und des nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals in einem Puffer (42), aus dem sie zum selben Zeitpunkt ausgetaktet werden; Liefern des unveränderten nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals an das Kabel; Liefern des umgekehrten und des nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals an ein Anpassungsnetzwerk (49), wo ein virtueller Nullpunkt (P) zum Summieren des umgekehrten und des nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals angeordnet ist, so dass eine Spannung in dem virtuellen Nullpunkt gleich bleibt, unabhängig von dem Pegel des Basisbandübertragungssignals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner umfasst: Umwandeln des empfangenen Basisbandsignals in einem Wechselstromwandler (48) in ein digitales Signal; Vergleichen eines Symbolwertes, der von dem Wechselstromwandler erhalten wird, mit einem voreingestellten Wert, der einen Gleichstrompegel darstellt, zum Erzeugen eines Entscheidungssignals, um zu bestimmen, ob das empfangene Basisbandsignal ein logisches Null-Signal oder ein logisches Eins-Signal ist, und zum Erzeugen eines Fehlersignals, wobei das Entscheidungssignal das ursprüngliche Signal darstellt; und Korrigieren des Gleichstrompegels mit einem Korrekturwert, der auf dem Symbolwert und dem voreingestellten Wert basiert.
Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner das Durchführen von digitalen Signalverarbeitungskontrollen auf dem analogen Signalverarbeitungsmittel (ANALOGE EINHEIT) unter Verwendung des Entscheidungssignals und des Fehlersignals umfasst.
Kabelschnittstelleneinheit zum Übertragen von Informationen von einer Telekommunikationsvorrichtung (2, 5) einer Kommunikationsverbindung zu einem Kabel (23) und zum Übertragen von Informationen, die aus dem Kabel empfangen wurden, an die Telekommunikationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelschnittstelleneinheit umfasst: einen Diplexer und einen Hybrid-Schaltkreis; wobei der Diplexer (44) an das Kabel (23) und an den Hybrid-Schaltkreis (35, 36, 42, 49) angeschlossen ist, wobei der Diplexer einen Anschluss aufweist, um an das Kabel eine Versorgungsgleichstromspannung (V) anzulegen, die für eine andere Telekommunikationsvorrichtung gedacht ist, die sich an einem gegenüberliegenden Ende des Kabels befindet, oder um aus dem Kabel eine Versorgungsgleichstromspannung zu extrahieren, welche durch die andere Telekommunikationsvorrichtung bereitgestellt wird, die sich an dem gegenüberliegenden Ende des Kabels befindet; den Hybrid-Schaltkreis (35, 36, 42, 49), der zum Übertragen eines Basisbandübertragungssignals über den Diplexer (44) zu dem Kabel (23) und zum Übertragen eines Basisbandsignals, das über den Diplexer empfangen wird, von dem Kabel zu einem Empfänger (32) geeignet ist, wobei das empfangene Basisbandsignal Informationen eines ursprünglichen Signals trägt; und die Kabelschnittstelleneinheit umfasst ferner: analoge und digitale Signalverarbeitungsmittel (ANALOGE EINHEIT, DIGITALE EINHEIT), um aus dem empfangenen Breitbandsignal eine Darstellung des ursprünglichen Signals abzurufen.
Kabelschnittstelleneinheit nach Anspruch 5, wobei der Hybrid-Schaltkreis umfasst: einen Wechselrichter (35) zum Umkehren eines digitalen Basisbandübertragungssignals; einen Puffer (42) zum vorübergehenden Speichern des nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals (TX DATA P) sowie des umgekehrten Basisbandübertragungssignals (TX DATA N) und zum Austakten des nicht umgekehrten und des umgekehrten Übertragungssignals zum selben Zeitpunkt, wobei der Puffer ferner für das Liefern des nicht umgekehrten Basisbandsignals an das Kabel (23) geeignet ist; und ein Anpassungsnetzwerk(49), das an den Ausgang des Puffers (42) angeschlossen ist, der sowohl das nicht umgekehrte als auch das umgekehrte Basisbandübertragungssignal umfasst, wobei das dazupassende Netzwerk einen virtuellen Nullpunkt (P) für das Summieren des umgekehrten und des nicht umgekehrten Basisbandübertragungssignals aufweist, die aus dem Puffer (42) kommen, so dass eine Spannung in dem virtuellen Nullpunkt (P) gleich bleibt, unabhängig von dem Pegel des Basisbandübertragungssignals, und für das Liefern des empfangenen Basisbandsignals von dem virtuellen Nullpunkt (P) an einen Empfänger (32).
Kabelschnittstelleneinheit nach Anspruch 5 oder 6, wobei das digitale Signalverarbeitungsmittel (DIGITALE EINHEIT) eine digitale Gleichstrompegelrückkopplungsschleife (39) und das analoge Signalverarbeitungsmittel (ANALOGE EINHEIT) einen Wechselstromwandler (48) umfasst, wobei die digitale Gleichstrompegelrückkopplungsschleife geeignet ist, Symbole zu empfangen, die durch Abtasten des empfangenen Basisbandsignals in dem Wechselstromwandler (48) erhalten wurden, und Symbolwerte mit einem voreingestellten Wert, der einen digitalen Gleichstrompegel darstellt, zu vergleichen und ein Entscheidungssignal (ENTSCHEIDUNG) zu erzeugen, um zu bestimmen, ob das empfangene Basisbandsignal ein logisches Eins-Signal oder Null-Signal ist, und um ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei das Entscheidungssignal das ursprüngliche Signal darstellt.
Kabelschnittstelleneinheit nach Anspruch 7, wobei das digitale Signalverarbeitungsmittel (DIGITALE EINHEIT) ferner umfasst: eine erste Regelungserzeugungsschleife (38), um als Reaktion auf das Entscheidungssignal und das Fehlersignal eine erste Regelung für automatische Verstärkungsregelungseinstellung durchzuführen; eine zweite Regelungserzeugungsschleife (37), um als Reaktion auf das Entscheidungssignal und das Fehlersignal eine zweite Regelung für die Frequenzeinstellung durchzuführen; und einen phasengekoppelten Regelkreis (311, 312), um als Reaktion auf das Entscheidungssignal und das Fehlersignal eine synchronisierte Taktfrequenz in dem empfangenen Basisbandsignal zu erzeugen.
Kommunikationsverbindung, die eine Inneneinheit (2), eine Außeneinheit (5), eine Kabelschnittstelleneinheit (3), die sich an der Inneneinheit befindet, eine Kabelschnittstelleneinheit (4), die sich an der Außeneinheit befindet, und ein Kabel aufweist, wobei beide Kabelschnittstelleneinheiten über das Kabel verbunden sind, wobei die Inneneinheit geeignet ist, das Verarbeiten eines empfangenen Signals aus der Außeneinheit durchzuführen und ein Übertragungssignal an die Außeneinheit zu übertragen, und die Außeneinheit geeignet ist, das von der Inneneinheit empfangene Übertragungssignal an eine Antenne (2) zu übertragen und an die Inneneinheit ein von der Antenne empfangenes Signal zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kabelschnittstelleneinheit einem der Ansprüche 5 bis 8 entspricht.