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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Telekommunikation und genauer Systeme und Verfahren
zur Verwendung beim Verbinden von Breitband-Sprach- und Datensignalen
mit Telefonnetzwerken.
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Hintergrund
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Der
zunehmende Einsatz des Internets und anderer auf Computer basierender
Kommunikationssysteme hat zur Entwicklung von Systemen und Verfahren
geführt,
um höheren
Bandbreitenzugriff für exisiterende
Telefonleitungen zu bieten. Eine herkömmliche Zugriffsschleife vom
Zentralamt (CO) zum Beispiel benutzt ein verdrilltes Kupferpaar,
und Übertragungssysteme,
die Technologien so wie Digital Subscriberline (Digitale Teilnehmerleitung;
DSL) implementieren, sind entwickelt worden, um sowohl Sprach- als
auch Breitband-Datensignale über
solche Zugriffsschleifen zu tragen.
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Wegen
der Tiefpaß-Filtereigenschaften
eines standardmäßigen verdrillten
Paares von Telefondrähten
wird die Amplitude eines empfangenen Signals mehr für Signale
mit höherer
Frequenz gedämpft als
für Signale
mit niedrigerer Frequenz. Als ein Ergebnis ist das empfangene Hochfrequenz-Datensignal
in der Amplitude kleiner als das niederfrequente Sprachensignal.
In einem System, das sowohl Sprache als auch Daten auf demselben
verdrillten Leitungspaar enthält,
wird der größte Anteil
des dynamischen Bereiches des Signals durch das größere (d.h. weniger
gedämpfte)
Sprachsignal belegt. Typische Schnittstellensysteme bauen eine Schaltung
ein, um die Datenband- und die Sprachband-Signale direkt am Leitungsverbindungspunkt
zu trennen und doppelte Schaltung für jedes getrennte Signalband
zu nutzen. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 6 035 029, erteilt
am 7. März
2000 an Little u.a. ein System, bei dem eine Netzwerk-Schnittstelleneinheit
am Ort des Kunden das klare alte Telefonsignal (POTS, Plain Old
Telephone Signal) von dem Datensignal trennt, und jedes wird getrennt
verarbeitet. Schaltungen dieses Typs enthalten typischerweise einen
teuren Wandler, und die Verdopplung von Komponenten im allgemeinen
trägt zu
den Systemkosten und Leistungsanforderungen bei.
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Da
die Sprach- und Datensignale in solchen Systemen voll duplex sind
(d.h. Senden und Empfangen gleichzeitig auf demselben verdrillten
Leitungspaar), erscheint ein Bruchteil der übertragenen Signale sowohl
von dem Sprach- als auch von dem Datenband über den Verbin dungspunkten
zum verdrillten Paar. Der Verbindungspunkt ist auch als „Tip and Ring" (Anstoßen und
Klingeln) bekannt. Diese unerwünschten
Signale müssen
für den
richtigen Signalempfang entfernt werden. Dies wird typischerweise in
einem System nur für
die Sprache vorgenommen, wobei eine analoge Schaltung verwendet
wird, die den geeigneten Bruchteil des auslaufenden (Bruchteil gesendet)
Signal von dem einlaufenden (empfangen und Bruchteil gesendet) Signals
subtrahiert. Das sich ergebende Signal ist allein das empfangende
Signal. Dies ist als eine transhybride Verlustschaltung bekannt.
Da der gesendete Bruchteil des einlaufenden Signales in demselben
Amplitudenbereich ist wie die empfangene Komponente des einlaufenden
Signals, kann in einem System nur für Sprache die transhybride
Verlustschaltungsfunktion digital nach der Analog-Digital-Wandlung
durchgeführt
werden, ohne viele Kompromisse bezüglich des dynamischen Bereiches
des Analog-Digital-Wandlers. Dies kann ein großes Problem in einem System
sein, das ein hochfrequentes Datensignal hat, da der gesendete Bruchteil
des einlaufenden Signals viel größer ist
als die empfangene Komponente des einlaufenden Signals.
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Die
EP 0 693 846 A2 offenbart
eine Teilnehmer-Schnittstelle für
ein Telefonsystem, in welchem eine 4-Draht-Übertragungspfad-Übertragungssignalverstärkung, eine
4-Draht-Übertragungspfad-Eingangssignalverstärkung und
eine 2-Draht-Impedanzanpassungskorrektur voneinander unabhängig sind.
Die Hybridschaltung für
die Teilnehmerleitungsschnittstelle beinhaltet eine synthetisierte
Impedanz zur Kontrolle des geerdeten 2-Draht-Reflexionsverlustes.
Die Impedanzanpassung und gegebenenfalls die Transhybridecholöschung werden
in einem integrierten Schaltkreis mit der Teilnehmerleitungs-Schnittstelle
vorgenommen.
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Die
GB 2 164 529 A beschreibt
einen digitalen Adaptivecholöscher
zur Löschung
von Echosignalen, die von transhybriden Verlusten in 2-Draht- auf 4-Draht-Konvertern
verursacht worden sind. Dieser Adaptivfilter weist einen ersten
und einen zweiten Adaptivfilter auf, die beide so angeordnet sind,
daß sie synthetische
Echosignale generieren. Eine Übertragungskontroll-Logik
vergleicht die Differenzsignale relativ zu dem Unterschied zwischen
dem synthetischen Echosignal, welches von dem ersten Filter generiert
wurde, und einem realen Echosignal und dem synthetischen Echosignal,
welches von dem zweiten Filter generiert wurde und dem realen Echosignal, und
verursacht, falls das synthetische Echosignal vom ersten Filter
mehr dem realen Echosignal ähnelt, die Übertragung
der Koeffizienten des ersten Filters zum zweiten Filter, so daß das synthetische
Signal mit dem übertragenen
Sprachsignal in einem bei Bedarf aktualisierten Mischer vermischt
wird.
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In
der Druckschrift Starr, T. et al., Understanding digital subscriber
line technology, Prentice-Hall, Upper
Saddle River, 1999, Seite 140 bis 142, wird der Echolöschungs-Duplexbetrieb
beschrieben. Bei einem solchen analogen Hybridschaltkreis wird das Übertragungssignal
von den empfangenen Signalen entkoppelt, wenn die Leitungsimpedanz
exakt mit einer entsprechenden Hybridimpedanz übereinstimmt. Dabei ist das
Eingangssignal des Echolöschers
ein abgetastetes digitales Übertragungssignal.
Der Echolöscher
produziert eine Schätzung
des Echosignals, welche er anschließend von dem hybriden Ausgangssignal
abzieht. Die Koeffizienten für
die Erlangung bester Echolöschung
hängen
von der Übertragungsleitung
ab, und werden folglich adaptiv bestimmt. Echolöscher müssen Echosignale von mehr als
50 dB abwehren können,
und um dies zu erreichen, muß der
Echolöscher
die adaptiven Echokoeffizienten mit hoher Präzision und Korrektheit ermitteln.
Die dazu verwendeten Low-Pass-Filter vergrößern normalerweise die Länge des
Echos. HDSL und ADSL benutzen größere Band weiten
und damit weisen ihre Low-Pass-Filter einen geringeren Verlängerungseffekt
auf, aber ihre Abtastraten sind ebenfalls höher, was im folgenden zu einem
noch größeren Rechenaufwand
führt.
Echolöscher
für HDSL
müssen
deshalb mehr als 100 Mio. Operationen pro Sekunde durchführen.
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Es
ist ersichtlich, daß der
beschriebene Stand der Technik kein Verfahren zur Verfügung stellt,
welches eine Möglichkeit
bietet, das Sprach- vom Datenband zu entkoppeln, wodurch eine gegenseitige
Beeinflussung von Sprachband- und Datenbandsignalen während des
Transportes mittels eines Übertragungsmediums
reduziert werden könnte. Dies
wird durch die unten beschriebene Erfindung gelöst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung trachtet danach, ein Schnittstellensystem
zum Verbinden von Breitband-Sprach- und Datensignalen zu einem Übertragungsmedium,
so wie einem verdrillten Paar für
die bidirektionale Kommunikation, zur Verfügung zu stellen, ohne daß die Sprachbandsignale
in beträchtlicher
Weise die Datenbandsignale beeinflussen und umgekehrt.
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Die
Erfindung ist geeignet dazu, jedoch nicht darauf beschränkt, eine
Schnittstelle für
eine analoge Vorderendschaltung für DSL zu einer Teilnehmerleitung
beim Vorliegen eines Sprachband- (DC-4000Hz)Signales zu bilden.
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Daher
wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt:
ein Verfahren zum Anschließen
einer Schnittstelle an einem Verbindungspunkt in einem Kommunikationssystem
zum Kommunizieren von Sprach- und Datenbanksignalen über ein gemeinsames
Kommunikationsmedium, das aufweist: Bereitstellen eines analogen
Filters in einer Rückverlustschaltung
für das Sprachband,
um Interferenz des Sprachbandes auf dem Datenbandsignal zu verhindern.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird zur Verfügung gestellt: ein Verfahren
zum Anschließen
einer Schnittstelle an einem Verbindungspunkt in einem Kommunikationssystem
zum Kommunizieren von Sprach- und Datenbandsignalen über ein
gemeinsames Kommunikationsmedium, das aufweist: Bereitstellen eines
analogen Filters in einer Rückverlustschaltung
für das
Datenband, um Interferenz des Datenbandes auf dem Sprachbandsignal
zu verhindern.
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Nach
einem noch weiteren Aspekt ist vorgesehen: Ein Verfahren zum Anschließen einer
Schnittstelle an einen Verbindungspunkt in einem Kommunikationssystem
zum Kommunizieren von Sprach- und Datenbandsignalen über ein
gemeinsames Kommunikationsmedium, das aufweist: Bereitstellen eines ersten
analogen Filters in einer Rückverlustschaltung für das Sprachband,
um die Interferenz des Sprachbandes auf dem Datenbanksignal zu verhindern,
und Bereitstellen eines zweiten analogen Filters in einer Rückverlustschaltung
für das
Datenband, um Interferenz des Datenbandes auf dem Sprachbandsignal
zu verhindern.
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Noch
weiter wird zur Verfügung
gestellt: Ein Verfahren zum Löschen
eines transhybriden Komponente und des Nahendechos von einem Datensignal an
einer Schnittstelle zu einem Kommunikationssystem für die bidirektionale
Kommunikation von Sprach- und Datenbandsignalen über eine gemeinsame Schnittstelle,
das aufweist: Bereitstellen einer analogen Schaltung zum Entfernen
des transhybriden Komponente und des Nahendechos aus einem einlaufenden
Signal; und Bereitstellen eines Bandfilters für analoge Daten zum Verhindern
der Interferenz des Datenbandes auf dem Sprachbandsignal.
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Noch
weiter wird zur Verfügung
gestellt: eine Anschlußschaltung
für eine
Teilnehmerleitungs-Schnittstelle, die mit einem Übertragungsmedium verbunden
ist, für
die bidirektionale Kommunikation sowohl von Sprachen- als auch von
Datensignalen, wobei die Anschlußschaltung aufweist: eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen von Sprach- und Datensignalen an einem Verbindungspunkt
zu dem Übertragungsmedium;
eine Rückverlusteinrichtung für das Sprachband,
welche die Sprach- und Datensignale überwacht und ein Rücksignal
für das Sprachband
erzeugt, das zu dem Verbindungspunkt geschickt wird, wobei das Rücksignal
eine Darstellung des Sprachbandsignales ist; und einen Sprachbandfilter,
der mit der Rückverlusteinrichtung
verbunden ist, wobei der Sprachbandfilter das Rückverlustsignal des Sprachbandes
von dem Datenbanksignal isoliert.
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Auch
wird zur Verfügung
gestellt: eine Anschlußschaltung
für eine
Teilnehmerleitungsschnittstelle, die mit einem Übertragungsmedium verbunden
ist, für
die bidirektionale Kommunikation sowohl von Sprach- als auch von
Datensignalen, wobei die Anschlußschaltung aufweist: eine Erfassungseinrichtung,
um Sprach- und Datensignale an einem Verbindungspunkt zu dem Übertragungsmedium
zu erfassen; eine Rückverlusteinrichtung
für das
Datenband, die die Sprach- und Datensignale überwacht und ein Rücksignal
für das
Datenband erzeugt, das zu dem Verbindungspunkt zurückgeschickt
wird, wobei das Rücksignal
des Datenbandes eines Darstellung des Datenbandsignales ist; und
einen Datenbandfilter, der mit der Rückverlusteinrichtung verbunden
ist, wobei der Datenbandfilter das Rückverlustsignal des Datenbandes
von dem Sprachbandsignal isoliert.
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Eine
Anschlußschaltung,
die Rückverlustschaltungen
für Sprache
und Daten hat, mit Sprachband- und Datenbankfiltern, wird jeweils
auch durch die Erfindung betrachtet.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die angehängte Zeichnung
beschrieben, wobei 1 ein Blockschaltungsschaubild
der Erfindung ist.
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Beschreibung der Erfindung
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1 ist
ein Blockschaubild, das auf einem hohen Stand die verschiedenen
Schaltungen und Komponenten veranschaulicht, die die Erfindung bilden.
Ein Leitungsanschluß liegt
vor, wo auch immer etwas mit einem verdrillten Leitungspaar verbunden ist.
Jegliches Signal, das entlang dem verdrillten Leitungspaar gesendet
wird, würde
einen Bruchteil seines Signales aufweisen, der zurück zu der
Quelle reflektiert wird. Dies ist als das Fernendecho bekannt. Die
Größe des reflektierten
Signals hängt
davon ab, wie genau die Anschlußimpedanz
an die Leitungsimpedanz angepaßt
ist. Da ein verdrilltes Paar Drähte für verschiedene
Frequenzen wie unterschiedliche Impedanzen aussehen, wird irgendeine
Anschlußschaltung,
die für
Hochfrequenzanwendungen optimiert ist, nicht für das Sprachband optimiert
sein und umgekehrt. Ein physikalischer Anschluß, der für beide Bänder geeignet ist, ist im allgemeinen
nicht möglich.
Ein Verfahren zum Erstellen eines physikalischen Anschlusses, der
aussieht, als hätte
er eine Anschlußimpedanz,
die unterschiedlich von der physikalischen Impedanz ist, muß einen
Bruchteil des Signals, das an dem Anschluß empfangen wird, durch eine
Rückverlustschaltung 114 modifizieren
und dann wieder heraus auf die Leitung übertragen. Dies moduliert die
Ausgangsimpedanz des Leitungstreibers, so daß der physikalische Anschluß so gemacht wird,
daß er
anders aussieht als ohne die Modulation.
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Typischerweise
werden Geräte,
die für
Daten benutzt werden, eine Einrichtung haben, um das sich ergebende
Fernendecho zu löschen,
das zu ihnen zurück
reflektiert wird, jedoch haben die meisten Sprachband-Einrichtungen
keine Mittel, das zu ihnen zurück
reflektierte Echo zu löschen,
Daher muß jeder,
der Sprachübertragung
machen möchte,
die Leitungsimpedanz besser anpassen als jemand, der nur Datenübertragung
vornimmt, der ignorieren kann, wieviel Fernendecho sie erzeugen.
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Das
Problem ist, daß die
Rückverlustschaltung 114,
die verwendet wird, um eine Leitung für Spracheigenschaften anzupassen,
tatsächlich
mit dem höher
frequenten Datensignal interferrieren kann. Um einen guten Anschluß für das Sprachband zur
Verfügung
zu stellen, ohne in beträchtlicher
Weise das Datenbandsignal zu beeinflussen, benutzt die Erfindung
einen Sprachbandfilter 113, um die Wirkungen der Modulation
auf das Sprachband zu isolieren. In ähnlicher Weise ist die Rückverlustschaltung 117 für das Datenband
auch darauf beschränkt,
nur das Datenband zu beeinflussen, durch den Datenbandfilter 116.
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Da
es für
die Systeme, die das Vorliegen sowohl von Sprache als auch von Daten über dasselbe verdrillte
Leitungspaar erfordern, erforderlich ist, in dem Sprachband nur
geringes Fernendecho zu erzeugen, ist eine Schaltung erforderlich,
um das erzeugte Fernendecho des Sprachbandes zu reduzieren. Da diese
Anforderung die Leistung des Datenbandsignales verschlechtern kann,
umfaßt
die Erfindung einen Sprachbandfilter 113, um den Einfluß auf das
Datenbandsignal zu minimieren. Diese Möglichkeit, eine Schaltung zur
Verfügung
zu stellen, die das Fernendecho im Sprachband reduziert, jedoch
wenig Einfluß auf
das Datenbandsignal hat, ermöglicht
eine gute Leistung des Sprachbandes ebenso wie einfachere Datenband-Empfangsschaltungen.
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Da
jede bidirektionale Übertragung
entlang eines verdrillten Leitungspaares sowohl das gesendete als
auch das empfangene Signal enthält,
wird ein Bruchteil des ausgehenden Signales über die Ausgänge von 103 und 104 über „Tip" (Tasten) 131 und „Ring" (Klingeln) 132 erscheinen.
Dieses wird als die transhybride Komponente bezeichnet. Auch jede Fehlanpassung
im Leitungsabschluß auf
der Übertragungsverbindung
zu der Leitung und der tatsächlichen
Leitung wird dazu führen,
daß ein
Bruchteil des ausgehenden Signales zurück reflektiert und zu dem einlaufenden
Signal addiert wird. Dieser Bruchteil wird als Nahendecho bezeichnet.
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Für Sprachbandsignale
haben das gesendete und das empfangene Signal ungefähr denselben Amplitudenbereich.
Daher wird das einlaufende Signal, das aus dem empfangenen Signal
plus dem Nahendecho plus der transhybriden Komponente besteht, nicht
sehr viel größer sein
als die Amplitude des empfangenen Signals allein. Daher muß die Auflösung des
Analog-Digital-Wandlers,
der erforderlich ist, das Sprachsignal mit Nahendecho und transhybrider
Komponente zu digitalisieren, nicht viel besser sein als die für das Sprachsignal
allein. Die Erfindung könnte
das Löschen
des Nahendechos und das Löschen
der transhybriden Komponente entweder mit einer analogen Schaltung
oder nach der Digitalisierung mit einer digitalen Schaltung durchführen. Daher
ist dies für
Sprachbandsignale im allgemeinen kein Problem Da das über die
Ausgänge
von 103 und 104 gesendete Signal für das Datenfrequenzband recht
groß ist,
verglichen mit dem Empfangssignal des Datenbandes über „Tip" (Tasten) 131 und „Ring" (Klingeln) 132,
kann jede transhybride Komponente oder das Nahendecho von seinem
gesendeten Signal auch viel größer sein
als ihr Empfangssignal, insbesondere für große Leitungslängen. Wenn
gegebenenfalls ein Analog-Digital-Wandler erforderlich ist, um das
empfangene Signal des Datenbandes zu digitalisieren, muß der dynamische
Bereich des Analog-Digital-Wandlers das empfangene Datenbandsignal
ebenso wie das Nahendecho und den transhybriden Verlust zulassen.
Dies erfordert es, daß die
Auflösung
des Analog-Digital-Wandlers
viel besser sein muß als
für das
Datenband-Empfangssignal allein.
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Eine
typische Lösung
würde es
sein, das Signal zu digitalisieren, wobei ein Analog-Digital-Wandler mit hoher
Auflösung
benutzt wird, und das Nahendecho und die transhybride Komponente
in dem digitalen Geltungsbereich zu löschen. Die Erfindung benutzt
eine analoge Schaltung 118, um die Abschätzung für die transhybride
Komponente und die Abschätzung
für das
Nahendecho durchzuführen,
und subtrahiert sie von dem einlaufenden Signal, um ein neues Signal
zu erzeugen, das nahe gerade dem empfangenen Signal allein ist.
Die Erfindung benutzt einen Datenbandfilter 119, um die
Wirkungen der Abschätzungen
auf das Datenfrequenzband zu begrenzen. Dies reduziert die transhybride
Komponente und ein Nahendecho auf einen Punkt, an dem die Auflösung des
Analog-Digital-Wandlers, der erforderlich ist, um das einlaufende
Datenbandsignal zu digitalisieren, nicht viel mehr Auflösung erfordert,
als es erforderlich ist, das Datenband-Empfangssignal allein zu
digitalisieren.
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Analog-Digital-Wandler
für den
Frequenzbereich des Datenbandes sind sehr schwierig herzustellen
und sind auch für
die hohe Auflösung
sehr teuer, indem daher die Anforderungen an die Auflösung des
Analog-Digital-Wandlers verringert werden, verringert die Erfindung
die Gesamtkosten des Systems und verbessert die Herstellmöglichkeiten.
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Für jedes
System, für
das gefordert ist, daß es
sowohl Sprache als auch Daten über
dasselbe verdrillte Leitungspaar behandelt, werden sowohl Sprachband-
als auch Datenbandkomponenten auf dem einlaufenden Signal sein.
Da die Eigenschaften der Leitung einen Tiefpaßfiltereffekt erzeugen, wird das
höherfrequente
Datenbandsignal stärker
als das niederfrequentere Sprachbandsignal gedämpft. Dies führt dazu,
daß das
empfangene Signal des Sprachbandes eine größere Amplitude hat, als das
empfangene Signal des Datenbandes.
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Daher
ist für
ein System, für
das gefordert ist, daß es
sowohl Sprach- als auch Datensignale empfängt, ein Analog-Digital-Wandler
mit einer Auflösung viel
besser als der, die gefordert ist, wenn nur das empfangene Signal
des Datenbandes an den Analog-Digital-Wandler gegeben wird, erforderlich,
aufgrund des Unterschiedes in den relativen Amplituden des Sprachbandsignales
und des Datenbandsignales. Dies ist ein typisches Verfahren in einem
System, das sowohl Sprache als auch Daten auf demselben verdrillten
Leitungspaar benutzt.
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Ein
Weg, es zu verhindern, daß ein
Analog-Digital-Wandler mit sehr hoher Auflösung benutzt werden muß, ist es,
analoge Filter 125 und 126 zu verwenden, die es
ermöglichen,
daß das
Sprachband und das Datenband jeweils getrennt werden. Dies ermöglicht es,
daß das
Sprachband und das Datenband durch zwei getrennte Analog-Digital-Wandler
mit niedrigerer Auflösung
digitalisiert werden. Da Analog-Digital-Wandler für das Sprachband
weniger teuer sind als die Breitband-Analog-Digital-Wandler für das Datenband,
werden die kombinierten Kosten eines Analog-Digital-Wandlers für das Sprachband und
eines Analog-Digital-Wandlers
für das
Datenband mit geringer Auflösung
geringer sein als die Kosten eines Analog-Digital-Wandlers mit einer
Auflösung,
die hoch genug ist, um ein Signal zu digitalisieren, das sowohl
Sprachband- als auch Datenbandkomponenten enthält.
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Ein
zweiter Weg, einen Analog-Digital-Wandler mit sehr hoher Auflösung zu
vermeiden, ist es, die Ausgänge
der Filter 125 und 126 unabhängig zu skalieren und zu summieren.
Dies würde
ein einziges Ausgangssignal liefern, das sowohl aus dem Sprachband
als aus dem Datenband besteht, wobei jedoch das Sprachband und das
Datenband so skaliert sind, daß sie
ungefähr
dieselbe relative Amplitude haben. Dies ermöglicht es, daß ein einziger Analog-Digital-Wandler benutzt
werden kann, um das Sprachband und das Datenband zu digitalisieren,
ohne es jedoch erforderlich zu machen, daß der Analog-Digital-Wandler
eine Auflösung
hat, die viel höher
ist, als die, welche erforderlich ist, um das Datenbanksignal allein
zu digitalisieren.
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Ein
dritter Weg, einen Analog-Digital-Wandler mit sehr hoher Auflösung zu
vermeiden, ist es, die Sprachband- und die Datenbandsignale eines
Systems das sowohl Sprache als auch Daten über dasselbe verdrillte Leitungspaar
erfordert, unabhängig zu
skalieren und zu summieren,
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.