DE2550624C3 - Übertragungsverfahren für interaktive Nachrichten- bzw. Datendienste eines Breitbandkommuiükatioiissystems - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungsverfahren für interaktive Nachrichten- bzw. Datendienste eines Breitbandkommunikationssystems mit alphanumerischer auditiver und/oder visueller Informationsverarbeitung, bei dem sowohl die Anzahl der von einer Zentrale angebotenen, jeweils die volle Bandbreite eines Fernsehkanals beanspruchenden Dienste als auch die Anzahl der simultan die Dienste nutzenden Teilnehmer wesentlich größer ist als die Anzahl der im Leitungsnetz verfügbaren breitbandigen Kanäle und bei dem ferner ein auf den jeweiligen Inhalt der von den einzelnen Teilnehmeranschlüssen abrufbaren Einzeldienste Bezug nehmender Dialogverkehr zwischen Teilnehmer und der im Bereich der Teilnehmeranschlüsse vorgesehenen Klein-Datenverarbeitungsanlage und/oder einer zentralen Datenverarbeitungsanlage in der Weise stattfindet, daß über schmalbandige Rückkanäle alphanumerische, auditive oder dergl. schmalbandige Daten ausgetauscht werden.

Neben Großgemeinschaftsantennen- und Kabelfernsehanlagen sind auch Breitbandkommunikationssysteme mit Rückkanal bekannt, bei denen zusätzlich zur üblichen Verteilung von Fernseh- und Hörprogrammen auch eine Nachrichtenübertragung in Gegenrichtung von jedem beliebigen Teilnehmer zur Zentrale möglich ist. Solche Anlagen bieten dadurch die Voraussetzung für eine zusätzliche Nutzung durch Dienste, die sich in die Kategorie »Sammeln durch Zentrale«, »Verteilen -, nach Anforderung« und »Dialog mit Zentrale« einteilen lassen.

Kabelfernsehanlagen heutiger Technik sind in ihrer typischen Form als Ein-Kabel-System mit Baum-Konfiguration ausgeführt. Sie haben gewöhnlich einen

ίο Übertragungsfrequenzbereich von 47 bis 300 MHz in Verteilrichtung bzw. von 5 bis 30 MHz in Sammelrichtung. Die sich daraus ergebende Kapazität von bis zu etwa 30 Fernseh-Kanälen dient der Programm-Verteilung (Bild und Ton) von der Zentrale an die

ι > angeschlossenen Teilnehmer. Am häufigsten wird dafür unter Verwendung von Ein-Tuben-Koaxialkabeln das Frequenz-Multiplex-Verfahren angewandt.

Für die Sammelrichtung können nur wenige Kanäle zur Verfügung gestellt werden, um die ohnehin geringe

:o Kanaikapazität in Verteilrichtung nicht noch weiter zu vermindern. Andererseits kann die Kanalkapazität von Breitbandkommunikationsanlagen nicht nennenswert vergrößert werden, besonders wenn wirtschaftliche Gesichtspunkte in die Betrachtungn einbezogen wer-

2> den. Dies gilt, um nur einige Beispiele zu nennen, sowohl für die Verwendung von Mehrfach- oder Mehrtubenkabeln als auch für die Erweiterung des Übertragungsfrequenzbereichs auf die Fernsehbänder IV/V (470 bis 862 MHz), wodurch theoretisch (bei Nachbarkanalbele-

JD gung) weitere 49 Fernsehkanäle genutzt werden können.

Aus der Zeitschrift: »Electronics«, Sept. 1971, Seiten 44 bis 55, sind verschiedene Kabelfernseh- bzw. Breitbandkommunikationssysteme mit Ein- bzw. Zwei-

li wegebetrieb bekannt, bei denen für den Teilnehmer die Möglichkeit besteht, von der Zentrale entweder über Telefon oder über eine Rückkanalverbindung verschiedene Dienste anzufordern. Dabei ist grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Kategorien von Diensten

4i) zu unterscheiden. Die erste Kategorie setzt sich aus einer Vielzahl von Kurzinformationen mit einer Gesamtübertragungsdauer von z.B. insgesamt 10 see zusammen, wobei sämtliche Programme zyklusweise in einem einzigen Kanal fortlaufend übertragen werden.

4) Aus dieser Liste von z. B. 600 Einzelprogrammen kann dann jeder Teilnehmer einzelne Programme mit z. B. jeweils Vm see Periodendauer auswählen und sie mit Hilfe eines dem Teilnehmer eigenen Videosignalspeicher vorgeschalteten Zusatzgeräts als Standbild am

>o Fernsehempfangsgerät wiedergeben. Zur zweiten Kategorie gehören breitbandige audiovisuelle Lehrprogramme, insbesondere für Zwecke des computerunterstützten Unterrichts, die jeweils die volle Bandbreite eines Fernsehkanals beanspruchen, so daß in Anbetracht der

■)·> begrenzten Kanalkapazität in Breitbandkommunikationssystemen zwangsläufig nur eine sehr geringe Anzahl derartiger Dienste angeboten werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Übertragungsbedingungen für in einem

w) Breitbandkommunikationssystem angebotene audiovisuelle Dienste, über die eingangs genannten Erweiterungsmöglichkeiten hinaus, in der Weise zu verbessern, daß der Zugriff für jeden empfangsberechtigten Teilnehmer zu jedem beliebigen Informationsdienst

h"> möglichst kurz und vor allem auch dann gewährleistet ist, wenn sowohl die Anzahl der von einer Zentrale angebotenen, jeweils die volle Bandbreite eines Fernsehkanals beanspruchenden Dienste als auch die

Anzahl der simultan die Dienste nutzenden Teilnehmer deutlich größer ist als die Anzahl der im Leitungsnetz verfügbaren breitbandigen Kanäle. Dabei soll sowohl die Individualität der Programmauswab, des Beginnzeitpunktes des Programmablaufs als auch die Möglichkeit der Unterbrechung des Programmablaufs an beliebiger Stelle sowie der Wahl des Zeitpunkts für den Wiedereintritt in das Programm gewährleistet sein. Außerdem soll eine individuelle Interaktion (Dialogverkehr) zwischen den Teilnehmern und der Zentrale in freier oder formatierter Fcrm mit Daten oder bei entsprechender Geräteausstattung bei den einzelnen Teilnehmern auch mit auditiver und/oder visueller Information möglich sein.

Ausgehend von einem Übertragungsverfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß zunächst die breitbandige Programminformation während einer von der Sendezentrale vorgegebenen Sendezeit übertragen und in eine beim jeweiligen Teilnehmeranschluö bereitgestellte Speichervorrichtung eingespeichert wird, und daß der Dialogverkehr zu einem dem jeweiligen Teilnehmer genehmen Zeitpunkt in der Weise stattfindet, daß zu diesem Zeitpunkt nur die schmalbandigen Datenkanäle beansprucht werden, während gleichzeitig der breitbandige Programminhalt von der beim Teilnehmer vorgesehenen Speichereinrichtung abgerufen wird.

Mit einem derart ausgebildeten Breitbandkommunikationssystem besteht somit in einfacher Weise die Möglichkeit, daß einer Vielzahl von Teilnehmern eine Vielzahl von Programmen nach individueller Wahl angeboten werden kann, und zwar dadurch, daß derjenige Teil des Dienstes, der große Bandbreiten erfordert (Übermittlung und Abarbeitung der aus Bewegt- und Festbildern sowie Ton bestehenden Programm- bzw. Dialogteile), durch Benutzung zufällig oder außerhalb der üblichen Sendezeiten regelmäßig frei werdender Kanäle auf beim Teilnehmer oder in von mehreren Teilnehmern gemeinsam benutzten Einrichtungen aufzustellende, mit lokaler Intelliganz für Prozeßsteuerungs- sowie einfache Informationsverarbeitungsaufgaben versehene Speichereinrichtungen mit Wiedergabemöglichkeit auf Anforderung übertragen wird. Die beim Teilnehmer vorhandenen .Speichereinrichtungen gestatten nämlich die Bereitstellung und Überspielung der einzelnen Programme z. B. in sendefreien Zeiten, während die Verarbeitung des Programms im Dialogverkehr mit der Zentrale ohne Inanspruchnahme eines breitbandigen Kanals mit einem gegenüber der ursprünglichen Sendezeit festen oder durch den Teilnehmer wählbaren Zeitversatz erfolgen kann. Das Programmangebot setzt sich insbesondere aus Programmen zu Zwecken der Information, wie z. C. Waren- und Dienstleistungbangebote, oder aus Programmen des Bildungssektors zum Zwecke der Aus-, Fort- oder Weiterbildung zusammen. Diese Programme können ganz oder zu großen Teilen aus Bewegtbildern

κι bestehen sowie eine Vielzahl von Verzweigungen aufweisen, wobei der der Verzweigung folgende Programmablauf entweder durch freie Wahl des Teilnehmers (z. B. bei Bildungsprogrammen mit Informationscharakter) entsprechend seinem Interesse oder anhand der Bewertung einer im Programmablauf berücksichtigten oder interpretierbaren Antwort nach Zweckmäßigkeitsgewichtspunkten (z. B. Lehrprogrammen) erfolgen kann.
Einzelheiten der Erfindung werden für eine beispiel-

.'» hafte Systemkonfiguration anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Zentrale in einem Breitbandkommunikationssystem gemäß der Erfindung,

:i F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine beim Teilnehmer vorgesehene Einrichtung.

Ausgangspunkt für das im folgenden näher beschriebene Breitbandkommunikationssystem ist eine Großgemeinschaftsantennenanlage bekannter Art bzw, eine Kabelfernsehanlage, bei der neben den ortsüblich empfangbaren Programmen des Fernseh- und Hörrundfunks weitere snlageninterne und am jeweiligen Ort d '!'. ht empfangt·· re Programme verteilt werden. Derartige Anlagen sind nun durch verschiedene

r> Einrichtungen zu ergänzen, und zwar durch Prozeßsteuerungs- und Informationsverarbeitungseinrichtungen, durch Speichereinrichtungen für Dienste-Inhalte, soweit sie aus Daten und/oder alphanumerischen Zeichen (-Ketten) bestehen sowie durch Speicherein-

w richtungen für Dienste-Inhalte, soweit sie aus Bewegt-/ Festbildern oder anderen Bilddarstellungen (z. B. Graphiken) bestehen.

Entsprechend der gewünschten oder angebotenen Beschaffenheit der Dienste, der Ausführungsform der

•n BBK-/Kabelfernsehanlage bzw. ihrer Anlagentechnik sowie entsprechend dem jeweiligen Stand der Technik der verwendeten, zusätzlichen Einrichtungen können sich diese grundsätzlich an folgenden Stellen des Übertragungsnetzes befinden:

Zusätzliche Einrichtungen	Standort	in Unter	beim Teil
	zentral	zentralen	nehmer

Für die Prozeßsteuerung

Für die Speicherung/Verarbeitung der
Diensteinhalte [Daten, an-Zeichen (-ketten)]

Für die Speicherung der Diensteinhalte
(Bewegt-/Festbilder, andere Bilddarstellungen) X
X

X
X

X
X

In der obigen Matrix sind sämtliche Variationen (horizontal, vertikal und Kombinationen) möglich. h> Beispielsweise sind in den Teilnehmereinrichtungen neben dem Bildspeichergerät (z. B. handelsübliche Magnetbandaufzeichnungsgeräte, erhältlich auch mit Schaltuhr, Fernsehtuner, Standbildwiedergabe etc. oder auch Magnetplattengeräte) auch Mikroprozessoren enthalten, die ganz oder teilweise die Prozeßsteuerung übernehmen.

Ebenso könnte die im Rahmen der angebotenen

Dienste notwendige Informationsverarbeitung ganz oder teilweise beim Teilnehmer abgewickelt werden.

Schließlich wird für einen nachfolgend beispielhaft erläuterten Verfahrensablauf hinsichtlich der Netzkonfiguration und Anlagentechnik vorausgesetzt, daß ausgehend von einem Ein-Kabel-Baumnetz oder Vermittiungseinrichtungen (Eintuben-Koaxialkabel), in Verteilrichtung ca. dreißig Fernsehkanäle im Bereich zwischen 47 und 300 MHz. in Sammelrichtung drei Fernsehkanäle im Bereich zwischen 5 und 30 MHz sowie ca. 10 000 bi-direktional im Adressenmultiplex benutzbare Datenkanäle (dafür wird ein Fernsehkanal benötigt) und 10 Streckenabgänge von der Zentrale zur Verfügung stehen. Die Übertragung der Datensignale erfolgt digital im Adressenmultiplex, während für die audio-visueiie information ein entsprechend der iandesspezifischen Fernsehnorm gemäß CCIR aufgebautes amplitudenmoduliertes Bildsignal vorgesehen ist, welches im Bedarfsfalle ebenfalls adressiert werden kann.

In F i g. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Zentrale für ein Breitbandkommunikationssystem in Form einer beispielhaften Anordnung der dort vorhandenen Einrichtungen dargestellt. Neben den in einer Großgemeinschafts- bzw. Kabelfernsehanlage üblicherweise vorhandenen Empfangseinrichtungen 1, 2, 3, 4 für Hörrundfunk, VHF-Fernsehfunk, UHF-Fernsehfunk sowie für weitere, über Richtfunk, Satellit, Kabel oder dergleichen angelieferte Programme enthält die Zentrale eine Speichereinheit 5 mit zum Beispiel mehreren Magnetaufzeichnungsgeräten, Filmlesegeräten, Diaabtastern usw. sowie eine Datenverarbeitungsanlage 6 für Echt-Zeit-Verarbeitung mit Datenbank, an die nacheinander ein Adressencoder/-Decoder 7 und ein Modem 8 angeschaltet sind. Die Ausgänge der Empfangseinrichtungen 1 bis 4, der zentralen Speichereinheit 5 sowie des Modem 8 sind über eine Weiche 9 auf das Verteilnetz 10 zusammengeschaltet.

Fig.2 zeigt den beispielhaften Aufbau der beim Teilnehmer vorhandenen Einrichtung. Sie zeigt im einzelnen eine Eingangsweiche 11, deren Hochpaßausgang einerseits mit einem Fernseh-Empfangsgerät 12 und andererseits mit einem Kleinrechner mit Datenspeicher 13 verbunden ist, während der Tiefpaßausgang an ein Modem 14 angeschaltet ist. Dieses Modem 14 steht über einen Adressen-Coder/-Decoder 15 ebenfalls mit dem Kleinrechner 13 in Verbindung, der für Prozeßsteuerungs- sowie für Verarbeitungsaufgaben geringen Umfanges ausgelegt ist Ausgangsseitig ist der Kleinrechner 13 über einen Frequenzumsetzer 16 mit durchstimmbarem Eingangs- sowie festem Ausgangskanal mit meinem Bildspeicher 17 verbunden. Dieser Bildspeicher ist z. B. ein Magnetband- oder Magnetpiattengerät und enthält zusätzlich einen Fernseh-Tuner, eine Schaltung zur Wiedergabe von Standbildern sowie eine Schaltuhr. Ein weiterer Ausgang des Kleinrechners 13 ist mit einem Datenwiederholspeicher 18 verbunden, der ebenso wie der Bildspeicher 17 an das Fernseh-Empfangsgerät 12 angeschaltet ist. An den Kleinrechner 13 kann bei Bedarf noch ein Drucker 19 angeschlossen werden. Schließlich enthält jede Einrichtung noch eine alphanumerische Tastatur 20, die sowohl mit dem Kleinrechner 13 als auch mit dem Datenwiederholspeicher 18 verbunden ist

Unter den obengenannten Voraussetzungen und Annahmen ergibt sich für die Inanspruchnahme eines Dienste:: von der Anforderung bis zur Beendigung folgender Ablauf:

Ein Teilnehmer hat die Absicht, ein bestimmtes Programm zu beziehen und drückt deshalb zum Zwecke der Anmeldung eines Dialogs mit der in der Zentrale vorhandenen Datenverarbeitungsanlage 6 eine in seinei Tastatur 20 vorgesehene Meldetaste.
Der dem Teilnehmer zugehörige Kleinrechner Ij übernimmt daraufhin selbsttätig alle Prozeduren (Aussenden der Adresse des Teilnehmers sowie der Nachricht, daß eine Programmanforderung/-auswah vorgenommen werden soll) und meldet schließlich derr

ίο Teilnehmer, daß eine Verbindung hergestellt und dei Dialog aufgenommen werden kann. Nun enthält dei Teilnehmer von der zentralen Datenverarbeitungsanlage 6 auf den Bildschirm seines Fernseh-Empfangs-Gerätes 12 eine numerische Übersicht projiziert, welche die möglichen Arten des Verkehrs mit der Zentrale enthäli (z. B. Programmanforderung, informationsanforderung Programmbearbeitung, Inanspruchnahme der Rechenkapazität usw.). Die Übersicht kann auch die möglicher Dienste enthalten (z. B. Informationsprogramm, BiI-dungsprogramm anfordern/bearbeiten, Einkauf usw.) Der Teilnehmer gibt daraufhin die Kennummer des gewünschten Dienstes »Bildungsprogramm anfordern« mit der Tastatur 20 ein. Anschließend erhält er eine numerierte Übersicht über das Angebot an Bildungs-Programmen, z. B. nach Sachgebieten geordnet, durch übergeordnete Begriffe sinnvoll zusammengefaßt bzw detaillierbar. Nach Eingabe der Kennummer des speziellen Bildungsprogrammes erhält er von der zentralen Datenverarbeitungsanlage 6 die Nachricht, oh ein Kanal zum sofortigen Überspielen des Programmes frei ist oder nicht Kann das Überspielen sofort erfolgen so erhält der Kleinrechner 13 des Teilnehmers die Anweisung, den Frequenzumsetzer 16 mit durchstimmbarem Eingang auf den entsprechenden Ausgangskanal zu schalten sowie den Bildspeicher 17, z. B. eir Magnetbandgerät in Betriebsbereitschaft zu bringen. lsi beispielsweise keine Bandkassette eingelegt, so teilt dies der Kleinrechner 13 dem Teilnehmer auf derr Fernseh-Bildschirm mit; ebenso fragt er an, ob eine bespielte Kassette tatsächlich gelöscht werden soll.

Wenn kein Kanal für ein sofortiges Überspielen frei ist, so wird der Teilnehmer auf eine vom Zentralrechnei 6 geführte Warteliste gesetzt, die dieser systematisch durch Zuteilung freiwerdender Kanäle abarbeitet Insbesondere während der Nachtstunden und übriger sendefreien Zeiten der an die Allgemeinheit der Teilnehmer nur verteilten Programme ist dies über das Kabelnetz möglich. Im übrigen obliegt dem Rechnet auch Erstellung und Bekanntgabe von Prognosen über den voraussichtlichen Zeitpunkt der Kanalzuteilung.

Besonders Ausbildungsprogramme werden eine bemerkenswerte Anzahl von Verzweigungen enthalten Alle Verzweigungspunkte sowie die »on ihnen abgehenden Wege werden vom Zentralrechner 6 numeriert und seriell vom Bildspeicher 17 aufgezeichnet und parallel dazu auch im Kleinrechner 13 des Teilnehmers gespeichert, damit später das Programm vom Teilnehmer möglichst ohne Inanspruchnahme des Zentralrechners 6 abgearbeitet werden kann. Dem Kleinrechner 13 fällt also in Zusammenarbeit mit dem Zentralrechner t die Aufgabe zu, während der Abarbeitung des Programmes den Bildspeicher 17 entsprechend der Aktionen des Teilnehmers so zu steuern, daß zui richtigen Zeit an der richtigen Stelle die richtiger Verzweigungen bzw. die von ihnen ausgehender Te'labläufe zur Verfügung stehen. Dazu kann es ζ. Β auch nötig sein — wenn das im Programm yorgeseher ist —, den Bildspeicher 17 auf Standbildwiedergabe zi

schalten bzw. auch den Ablauf zu stoppen, beispielsweise weil an dieser Stelle im Programm eine Interaktion (Dialog) mit dem Zentralrechner 6 vorgesehen ist. Schließlich wird durch den Kleinrechner 13 auch der Drucker 19 in Betrieb gesetzt bzw. abgeschaltet. ■-,

Nach Beendigung der Abarbeitung des Programmes durch den Teilnehmer wird die Verbindung zwischen dem Zentralrechner 6 und dem Kleinrechner 13 auf Anweisung des Teilnehmers unterbrochen. Grundsätzlich kann dasselbe Programm mehrfach durchgearbeitet ι ο werden. Der Teilnehmer braucht dann nur die bespielte Kassette aufzubewahren und kann nach seiner zeitlichen Wahl erneut mit dem Zentralrechner 6 in Verbindung treten.

Um den Nutzen der Erfindung hinsichtlich der i"> Versorgung einer großen Teilnehmerzahl mit individuellen Programmen zu quantifizieren, kann folgende Rechnung gemacht werden:

Es wird eine Übermittlungsdauer von 20 Minuten für den Teil jedes Programmes angenommen, der auf die außerhalb der Zentrale (meist beim Teilnehmer) aufgestellten Speichereinrichtungen über das Breitbandkommunikationsnetz übertragen wird. (Die Dauer der Inanspruchnahme durch den Teilnehmer kann im Vergleich dazu erheblich langer sein.)

Bei 3 Programmen pro Stunde können demnach auf 30 verfügbaren Kanälen in einer Stunde 90 Programme übermittelt werden.

Wenn man ferner von einer Breitbandkommunikationsanlage mit zehn jeweils von der Zentrale abgehenden Streckenäste ausgeht, denen jeweils 1000 Teilnehmer zugeordnet sind, dann können also 10 000 Teilnehmer erreicht werden.

Da für diese Übermittlungszwecke in jedem Strekkenast jeweils unterschiedliche Programme im gleichen Kanalraster übertragen und bei den Teilnehmern vorhandenen Speichereinrichtungen zugeführt werden können, verzehnfacht sich die genannte Kanalkapazität, so daß pro Stunde 900 individuelle Programme innerhalb dieser Anlage überspielt werden können. Geht man davon aus, daß derzeit im Durchschnitt eine sendefreie Zeit von ca. 15 Stunden pro Tag zur Verfügung steht, so ergibt sich damit die Möglichkeit, 13 500 individuelle Programme innerhalb von 24 Stunden zu übermitteln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Übertragungsverfahren für interaktive Nachrichten- bzw. Datendienste eines Breitbandkommunikationssystems mit alphanumerischer auditiver und/oder visueller Informationsverarbeitung, bei dem sowohl die Anzahl der von einer Zentrale angebotenen, jeweils die volle Bandbreite eines Fernsehkanals beanspruchenden Dienste als auch die Anzahl der simultan die Dienste nutzenden Teilnehmer wesentlich größer ist als die Anzahl der im Leitungsnetz verfügbaren breitbandigen Kanäle und bei dem ferner ein auf den jeweiligen Inhalt der von den einzelnen Teilnehmeranschlüssen abrufbaren Einzeldienste Bezug nehmender Dialogverkehr zwischen Teilnehmer und der im Bereich der Teilnehmeranschlüsse vorgesehenen Klein-Datenverarbeitungsanlage und/oder einer zentralen Datenverarbeitungsanlage in der Weise stattfindet, daß über schmalbandige Rückkanäle alphanumerische, auditive oder dergl. schmalbandige Daten ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die breitbandige Programminformation während einer von der Sendezentrale vorgegebenen Sendezeit übertragen und in eine beim jeweiligen Teilnehmeranschluß bereitgestellte Speichervorrichtung eingespeichert wird, und daß der Dialogverkehr zu einem dem jeweiligen Teilnehmer genehmen Zeitpunkt in der Weise stattfindet, daß zu diesem Zeitpunkt nur die schmalbandigen Datenkanäle beansprucht werden, während gleichzeitig der breitbandige Programminhalt von der beim Teilnehmer vorgesehenen Speichereinrichtung abgerufen wird.

2. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der breitbandigen Programminforrnation in außerhalb der üblichen Fernsehsendezeit liegenden Zeitspannen, insbesondere während der Nacht, erfolgt.