CH694031A5

CH694031A5 - Datenuebertragungseinrichtung fuer Koaxialkabel.

Info

Publication number: CH694031A5
Application number: CH14099A
Authority: CH
Inventors: Hans-Rudolf Schlegel
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2004-06-15

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kommunikationstechnik. Sie bezieht sich auf eine Datenübertragungseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Stand der Technik

Die Betreiber von elektrischen Netzen sind darauf angewiesen, Daten zwischen Schaltanlagen austauschen zu können. Dazu werden beispielsweise Erdseile von Hochspannungsleitungen mit Koaxialkabeln versehen. Erdseile dienen primär dem Schutz bei Blitzen und Kurzschlüssen sowie dem Potenzialausgleich. Die Lebensdauer eines Erdseilkoaxialkabels beträgt etwa 40 bis 45 Jahre. Die Datenübertragung über ein solches Erdseilkoaxialkabel geschieht mittels Frequenzmultiplexgeräte im Frequenzbereich von 4 bis 250 kHz. Die verwendeten analogen Frequenzmultiplexgeräte haben eine Lebensdauer von etwa 20 bis 25 Jahren. Aus der unterschiedlichen Lebensdauer von Kabeln und Frequenzmultiplexgeräten ergibt sich die Notwendigkeit, Frequenzmulti -plexgeräte aus existierenden Verbindungen zu ersetzen.

Wegen der hohen Kosten einer Neuverkabelung können bestehende Erdseilkoaxialkabel nicht ohne Weiteres durch zum Beispiel Erdseile mit Glasfaserkabeln ersetzt werden.

Die bestehenden analogen Frequenzmultiplexgeräte verschieben einen Satz von 12 oder 24 Niederfrequenz-Kanälen mit einer Bandbreite von je 4 kHz einzeln in den Bereich zwischen 100 und 250 kHz. Vorhandene Ansätze, die bestehenden Geräte zu ersetzen, basieren auf dem gleichen Prinzip des Frequenz-Multiplexing einzelner Kanäle. Ein erster Ansatz ist, die bestehenden Geräte in analoger Bauweise nachzubilden. Ein zweiter Ansatz ist, die darin vorkommenden Funktionen, zum Beispiel Filter und Mischer, mittels digitaler Signalprozessoren nachzubilden. Beide Möglichkeiten sind jedoch in der Entwicklung und/oder in der Realisierung zu aufwändig. Darstellung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Daten-übertragungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich vorhandener Erdseilkoaxialkabel bedient und kostengünstig realisierbar ist.

Diese Aufgabe löst eine Datenübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemässe Datenübertragungseinrichtung weist ein Koppelfilter, eine Schutzeinheit und einen Transceiver (Sende- und Empfangseinheit) auf. Der Transceiver bewerkstelligt die Übertragung von digitalen Signalen gemäss der DSL(Digital Subscriber Line)-Technologie (tec, Das technische Magazin der ascom, 1/94). Der Transceiver codiert und übermittelt die gegebenen digitalen Signale als moduliertes Signal in einem Frequenzbereich von 4 bis 250 kHz. Dieses modulierte Signal wird über die Schutz-einheit, das Koppelfilter und ein Koaxialkabel übermittelt. Das Koppelfilter dient insbesondere der Impedanzanpassung an die asymmetrischen Eigenschaften des Koaxialkabels sowie dem Anlagenschutz und der Elimination von aus der Leitung stammenden Störsignalen.

Die DSL-Technologie wurde im Telefoniebereich für den Einsatz auf Teilnehmeranschlüssen entwickelt. Obwohl die DSL-Technologie ursprünglich für die Signalübertragung über ein bis drei verdrillte Kupferdrahtpaare entwickelt wurde, die jeweils symmetrische Leiteranordnungen darstellen, wird es in der erfindungsgemässen Datenübertragungseinrichtung mit Koaxialkabeln verwendet, die asymmetrische Leitereigenschaften aufweisen. Dazu wird der Wellenwiderstand des Koaxialkabels in geeigneter Weise angepasst. Als Koaxialkabel werden insbesondere Erdseilkoaxialkabel verwendet, obwohl bei diesen, im Gegensatz zur ursprünglichen Anwendung der DSL-Technologie, Störeinflüsse von Spannungen und Strömen im kV- respektive kA-Bereich vorliegen, währenddem sich die Signalpegel der DSL-Signale im mV-Bereich befinden.

Dadurch dass ein Koaxialkabel im Hochfrequenzbereich bessere Übertragungseigenschaften hat als ein verdrilltes Leiterpaar, lassen sich mit der erfindungsgemässen Einrichtung bei gleicher Signalleistung sogar grössere Distanzen als über ein verdrilltes Adernpaar überwinden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Transceiver über eine Digitalschnittstelle mit einer Schnittstelleneinheit verbunden, die ein Einspeisen von analogen und/oder digitalen Signalen zulässt. Dadurch, dass ein Einspeisen von analogen Signalen möglich ist, kann das Aufrüsten einer bestehenden analogen Übertragungseinrichtung allein durch Austausch jeweils eines Frequenzmultiplexgerätes durch einen Transceiver und eine Schnittstelleneinheit bewerkstelligt werden, ohne dass das Koppelfilter angepasst oder ausgetauscht werden muss.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bisherigen analogen Geräten ist, dass nicht nur analoge Daten, sondern auch digital vorliegende Daten direkt in die Übertragungseinrichtung eingespiesen werden können. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten der Übertragungseinrichtung stark erweitert. Insbesondere kann eine erfindungsgemäss ausgerüstete Strecke auf einfache Weise in ein digitales Kommunikationsnetz eingebunden werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Übertragungseinrichtung; Fig. 2 eine Schutzeinheit; Fig. 3 ein Koppelfilter; Fig. 4 ein Filter eines Koppelfilters und Fig. 5 einen Transceiver in HDSL-Technologie.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemässe Datenübertragungseinrichtung, wie sie über ein Erdseil einer Hochspannungsleitung eingesetzt wird. Eine Signalschnittstelle 11 zur Übertragung von digitalen und/oder analogen Daten führt auf eine Schnittstelleneinheit 12. Diese ist über eine Digitalschnittstelle 13 mit einem Transceiver 14 verbunden, der wiederum über zwei Adern mit einer Schutzeinheit 15 verbunden ist. Die Schutzeinheit ist über ein abgeschirmtes Kabel 16 mit geerdeter Abschirmung mit einem Koppelfilter 17 verbunden. Das Koppelfilter 17 ist an ein Koaxialkabel 18 angeschlossen, das einen Innenleiter und einen Mantel aufweist.

Der Transceiver 14 ist in DSL-Technologie aufgebaut und besteht gemäss Fig. 5 vorteilhafterweise aus einem Sender 51, einem Senderwandler 52, einem digitalen Echokompensator 53, einem Hybridteil 54, einem Empfängerwandler 55 und einem Empfänger 56.

Die Schutzeinheit 15 besteht gemäss Fig. 2 vorteilhafterweise aus einem Breitband-Schutzübertrager 22 und einem Überspannungsableiter 21, der modulatorseitig zwischen die beiden Adern 57 zwischen Transceiver 14 und Schutzübertrager 22 geschaltet ist. Der Schutzübertrager 22 weist auf der Leitungsseite einen Mittelabgriff auf.

Das Koppelfilter 17 besteht gemäss Fig. 3 vorteilhafterweise aus einem Filter 31, einer ersten Drossel 32, einem ersten Varistor 33, einem Innenleiteranschlusspunkt 34 zum Anschluss des Innenleiters des Koaxialkabels 18 sowie einem Mantelanschlusspunkt 35 zum Anschluss des Mantels des Koaxialkabels 18. Ein erster leitungsseitiger Anschluss 501 des Filters 31 ist mit dem Innenleiteranschlusspunkt 34 verbunden, ein zweiter leitungsseitiger Anschluss 502 des Filters 31 ist geerdet. Der Mantelanschlusspunkt 35 ist ebenfalls geerdet. Zwischen dem Innenleiteranschlusspunkt 34 und dem Mantelanschlusspunkt 35 sind die erste Drossel 32 und der erste Varistor 33 geschaltet.

Das Filter 31 besteht gemäss Fig. 4 vorteilhafterweise aus einem ersten Kondensator 41 und einer ersten Wicklung 42, die parallel zu einem ersten Anschlusspaar 40 geschaltet sind. Die erste Wicklung 42, ein Ferritkern 43 und eine zweite Wicklung 44 mit Abschirmung 45 bilden einen Übertrager 51. Parallel zur zweiten Wicklung 44 sind ein zweiter Kondensator 46, ein zweiter Varistor 47 und eine zweite Drossel 48 geschaltet. Ein erster Pol dieser Parallelschaltung ist direkt mit einem ersten Anschluss 501 eines Anschlusspaares 50 verbunden, ein zweiter Pol der Parallelschaltung ist über einen Kondensator 49 mit einem zweiten Anschluss 502 des Anschlusspaares 50 verbunden.

Vorteilhafterweise befindet sich das Koppelfilter 17 im Schaltfeld, das heisst im Freien, währenddem sich Schutzeinheit 15, Transceiver 14 und Schnittstelleneinheit 12 in einem Betriebsgebäude, zum Beispiel in einem Telecomraum einer Schaltanlage, befinden.

Die Schaltung funktioniert wie folgt: Die Schnittstelleneinheit 12 wandelt die Daten der Signalschnittstelle 11 in digitale Daten der Signalschnittstelle 13 sowie digitale Daten der Signalschalttstelle 13 in Daten der Signalschnittstelle 11 um. Dabei weist die Signalschnittstelle 11 einen oder mehrere Analogkanäle sowie einen oder mehrere Digitalkanäle auf. Es ist aber auch möglich, dass die Signalschnittstelle 11 ausschliesslich Analog- oder ausschliesslich Digitalkanäle aufweist.

Die digitalen Daten der Signalschnittstelle 13 werden im Transceiver gemäss dem DSL-Verfahren moduliert und gesendet. Entsprechend werden empfangene Signale demoduliert und in digitale Daten umgewandelt. Die DSL-Technologie umfasst verschiedene Varianten (HDSL, ADSL, VDSL, SDSL), die sich zum Beispiel in der Anzahl benötigter Kabelpaare, der Datenrate und der Übertragungsdistanz unterscheiden. Die erfindungsgemässe Einrichtung verwendet vorteilhafterweise die HDSL(High bit-rate Digital Subscriber Line)-Methode, wobei diese wiederum vorteilhafterweise auf der CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation)-Modulationsmethode aufbaut. Die HDSL-Technologie zeichnet sich durch eine Kombination von automatischer Anpassung an die Kanalimpedanz, Echokompensation, Adaption an den Frequenzgang des Kanals und eine mehrstufige Analogcodierung eines Digitalsignals aus.

Die Anordnung gemäss Fig. 5 funktioniert wie folgt: In einem Sender 51 werden digitale Eingangssignale aus der Digitalschnittstelle 13 vorverarbeitet und dann gemäss der CAP-Modulationsmethode digital moduliert. Der Begriff "Modulation" wird auch als Codierung bezeichnet. Das Ausgangssignal des Senders 51 wird in einem Senderwandler 52 in ein Analogsignal umgewandelt, gefiltert und über einen Hybridteil 54 auf die Leitungsadern 57 gegeben. Der Hybridteil 54 bewerkstelligt unter anderem die Trennung der gesendeten und empfangenen Signale und weist, als Leitungsausrüstung des Transceivers, vorteilhafterweise einen Feinschutz sowie Sende- und Empfangsverstärker auf. Empfangene Signale werden durch einen Empfängerwandler 55 gefiltert und digitalisiert.

Ein digitaler Echokompensator 53 bildet die im Kanal entstehenden Echos von durch den Senderwandler 52 gesendeten Signalen nach und kompensiert sie durch Addition der nachgebildeten Echos zum Ausgang des Empfängerwandlers 55. Das Resultat dieser Addition wird im Empfänger 56 aufbereitet und gemäss der CAP-Modulationsmethode demoduliert oder decodiert. Die resultierenden Digitalsignale werden über die Digitalschnittstelle 13 ausgegeben.

Als Übertragungsband wird vorteilhafterweise der Frequenzbereich von 4 bis 250 kHz verwendet. Die obere Grenze dieses Frequenzbereiches ist durch hochfrequente Störungen, meist hervorgerufen durch transiente Vorgänge auf der Energieübertragungsstrecke, zum Beispiel Schaltvorgänge, Blitze und Koronaentladungen, gegeben. Die untere Grenze ist durch die Netzfrequenz von 50 Hz und ihre Oberwellen gegeben.

Die Schutzeinheit 15 dient zum Personenschutz durch Potenzialtrennung sowie durch Ableitung von Überspannungen zwischen den Leitungsadern.

Das abgeschirmte Kabel 16 weist vorteilhafterweise symmetrische Leitungseigenschaften auf, indem es zum Beispiel zwei oder vier verdrillte Adern aufweist. Im zweiten Fall, einem so genannten Sternvierer-Kabel, werden nur zwei Adern für die Übertragung verwendet und die anderen zwei Adern zum Beispiel beidseitig mit Widerständen abgeschlossen. Dadurch können bereits verlegte Sternvierer-Kabel in bestehenden Anlagen weiter verwendet werden.

Das Koppelfilter 17 dient zur Anpassung an die Leitungseigenschaften sowie zum Anlagenschutz des Kabels 16 und der Geräte im Betriebsgebäude. Das Filter 31 dient dazu, niederfrequente Störungen zu eliminieren, die zum Beispiel durch eingekoppelte Spannungen mit Netzfrequenz entstehen. Die Drossel 32 leitet Potenzialdifferenzen zwischen dem Mantel und dem Innenleiter des Koaxialkabels ab. Der Wert der Drosselinduktivität liegt zwischen 2 mH und 2,5 mH, vorzugsweise zwischen 2,18 mH und 2,41 mH. Die Drossel dient auch dazu, die bei einem Erdschluss im Koaxialkabel entstehende Spannung, die 10 kVeff übersteigen kann, auf Werte unter 300 V zu begrenzen. Der Varistor 33 begrenzt auftretende Überspannungen auf maximal 3,7 kV.

Das Filter 31 bildet zusammen mit der ersten Drossel 32 ein Hochpassfilter dritten Grades. Die erste und zweite Drossel 32, 48 sind eisenlos und daher klirrfrei. Der zweite Varistor 47 wirkt als Feinschutz und begrenzt transiente Spannungen über dem Übertrager 51 auf maximal annähernd 500 V.

Der Übertrager 51 transformiert den Wellenwiderstand des Koaxialkabels 18, der vorzugsweise annähernd gleich 60 Ohm asymmetrisch ist, auf die Impedanz des abgeschirmten Kabels 16, die vorzugsweise annähernd gleich 150 Ohm symmetrisch ist.

Mit der erfindungsgemässen Datenübertagungseinrichtung lassen sich bis etwa 15 km lange Strecken überwinden. Bei Einsatz eines Zwischenverstärkers oder Boosters lässt sich diese Distanz auf ca. 25 km erhöhen. Es wird dabei eine Übertragungsrate von 2 Mbit/s erzielt, also z.B. von 30 Kanälen zu 64 kBit/s. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung lässt sich die maximale Übertragungsrate durch Parametrierung des Transceivers an die Länge der Übertragungsstrecke anpassen. Bei kürzeren Strecken wird die Übertragungsrate erhöht. Umgekehrt können bei Reduktion der Übertragungsrate längere Strecken überwunden werden. Bezugszeichenliste

11 Signalschnittstelle

12 Schnittstelleneinheit

13 Digitalschnittstelle

14 Transceiver

15 Schutzeinheit

16 Kabel

17 Koppelfilter

18 Koaxialkabel

21 Überspannungsableiter

22 Schutzübertrager

31 Filter

32 erste Drossel

33 erster Varistor

34 Innenleiteranschlusspunkt

35 Mantelanschlusspunkt

40 erstes Anschlusspaar

41 erster Kondensator

42 erste Wicklung

43 Ferritkern

44 zweite Wicklung

45 Wicklungsabschirmung

46 zweiter Kondensator

47 zweiter Varistor

48 zweiter Drossel

49 dritter Kondensator

50 zweites Anschlusspaar

501 erster leitungsseitiger Anschluss

502 zweiter leitungsseitiger Anschluss

51 Sender

52 Senderwandler

53 digitaler Echokompensator

54 Hybridteil

55 Empfängerwandler

56 Empfänger

57 Leitungsadern

Claims

1. Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung von Daten über ein Koaxialkabel (18), insbesondere ein Erdseilkoaxialkabel einer Hochspannungsleitung, wobei die Datenübertragungseinrichtung ein Koppelfilter (17), ein Kabel (16), eine Schutzeinheit (15) und einen Transceiver (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (14) gemäss der Digital-Subscriber-Line-Technologie aufgebaut ist.

2. Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (14) durch eine digitale Schnittstelle (13) mit einer Schnittstelleneinheit für digitale und/oder analoge Signale (12) verbunden ist.

3.

Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (14) mit der Schutzeinheit (15) verbunden ist und dass die Schutzeinheit (15) über das Kabel (16) mit dem Koppelfilter (17) verbunden ist.

4. Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (14) einen Carrierless-Amplitude-and-Phase- Modulation-Modulator aufweist.

5.

Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelfilter (17) einen Innenleiteranschlusspunkt (34) zum Anschluss des Innenleiters des Koaxialkabels (18), einen Mantelanschlusspunkt (35) zum Anschluss des Mantels des Koaxialkabels (18) sowie eine zwischen Mantelanschlusspunkt (35) und Innenleiteranschlusspunkt (34) geschaltete Drossel (32) mit einer Induktivität zwischen 2 mH und 2,5 mH, vorzugsweise zwischen 2,18 mH und 2,41 mH, aufweist.

6. Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (16) zwischen Schutzeinheit (15) und Koppelfilter (17) abgeschirmt ist und mindestens zwei verdrillte Adern aufweist.

7.

Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelfilter (17) eine Drossel (32), einen Varistor (33), einen Innenleiteranschlusspunkt (34) zum Anschluss des Innenleiters des Koaxialkabels (18), einen Mantelanschlusspunkt (35) zum Anschluss des Mantels des Koaxialkabels (18) sowie ein Filter (31) aufweist, wobei die Drossel (32) und der Varistor (33) parallel zueinander sowie zwischen Innenleiteranschlusspunkt (34) und Mantelanschlusspunkt (35) geschaltet sind und ein erster leitungsseitiger Anschluss (501) des Filters (31) mit dem Innenleiteranschlusspunkt (34) verbunden ist sowie ein zweiter leitungsseitiger Anschluss (502) des Filters (31) geerdet ist.

8.

Datenübertragungseinrichtung gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (31) eine Anpassung des Wellenwiderstandes des asymmetrischen Koaxialkabels (18) an den Wellenwiderstand des symmetrischen Kabels (16) ist.

9. Verwendung eines Transceivers (14) gemäss der Digital-Subscriber-Line-Technologie in einer Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Übertragung von Daten über ein Koaxialkabel, insbesondere über ein Erdseilkoaxialkabel.