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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen einer Reichweite einer
Datenverbindungsstrecke für
eine DSL-Datenverbindung
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In
der Fachzeitschrift für
Aus- und Weiterbildung (Unterrichtsblätter Nr. 5, C 10964 vom 10.Mai 1999)
wird das Prinzip eines Frequenzgetrenntlage-Verfahrens (Data-over-Voice)
für ADSL-Systeme erläutert.
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Ein
Merkmal dieser Systeme ist, dass sie gleichzeitig mit einem bestehenden
Telefonanschluss oder ISDN-Basisanschluss über eine
Leitung betrieben werden können.
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Eine
Trennung der Übertragungsrichtungen für Breitbanddaten
von einer Vermittlungsstelle zu einem Kunden (Abwärtskanal
bzw. Downstream) beziehungsweise vom Kunden zur Vermittlungsstelle (Aufwärtskanal
bzw. Upstream) kann ebenfalls durch Frequenzgetrenntlage geschehen.
Für jede Übertragungsrichtung
wird ein Frequenzband reserviert.
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Aufgrund
der physikalischen Eigenschaften der Telefonkabel ergibt sich aus
der Kabellänge
eine Obergrenze einer übertragbaren
Bitrate. Um diese verfügbare
Bitrate optimal ausnutzen zu können,
ist es bekannt, nicht in beide Richtungen die gleiche Bitrate zu übertragen.
Bekannt ist, damit der Kunde im Internet (World Wide Web) optimal „surfen" kann, dass eine
asymmetrische Bitratenverteilung erfolgt. Für das Herunterladen von Daten
aus dem Internet steht dem Kunden daher eine höhere Bitrate zur Verfügung. Ohne
Zwischenverstärker
lassen sich zum Beispiel etwa 2 Mbit/s über 4 km, 4 Mbit/s über 3 km oder
6 Mbit/s über
2 km realisieren.
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Ebenfalls
bekannt ist ein sogenanntes Discrete Multitone Modulations Verfahren
(DMT). Dieses ist ein Mehrträgerverfahren,
bei dem der verfügbare Frequenzbereich
in 255 schmale Frequenzbänder zerlegt
wird. Das DMT-Verfahren
baut in jedem der Frequenzbänder
eine eigene Datenverbindung auf, so dass sozusagen 255 „kleine
Modems" parallel
arbeiten. Jedes dieser „Modems" kann individuell
eingestellt oder auch abgeschaltet werden. Ist die Übertragungsqualität im jeweiligen
Frequenzband gut, wird dort eine hohe Datenrate übertragen. Sind die Übertragungsbedingungen
schlecht, werden nur wenige Bits pro Sekunde übertragen.
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Bei
diesen Systemen findet eine Übertragung
in einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 1,1 MHz statt. Die Kabeldämpfung ist
stark frequenzabhängig.
Daher ist die übertragbare Übertragungsrate stark
frequenzabhängig.
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Beim
ADSL-Frequenzlage-Verfahren wird der Datenstrom zum Kunden (Abwärtsrichtung)
und der Datenstrom vom Kunden (Aufwärtsrichtung) über einen
Filter getrennt.
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Ein
Splitter dient zur Trennung des Schmalbandsignals (Telefon) und
des Breitbandsignals bzw. DSL-Signals (Internet). Er umfasst einen
Tiefpassfilter und einen Hochpassfilter. Hierbei ist eine Lösung bekannt,
bei der die Filter eine Grenzfrequenz von 10 kHz aufweisen. Dadurch
wird das Telefonsignal durch den Tiefpassfilter übertragen und das DSL-Signal,
welches oberhalb von 20 kHz liegt, passiert den Hochpassfilter.
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In
der Praxis spielt die Reichweite eine große Rolle. Bei Kunden, die mit
bekannten Lösungen
einen DSL-Anschluss
möchten,
darf der Abstand zur Vermittlungsstelle wegen der vorhandenen Kabeldämpfung des Übertragungskabels
nicht größer als
4 bis 5 km sein. Dies reicht in vielen Fällen jedoch nicht aus. In weiter
entfernt liegenden Gebieten müssen Zwischenverstärker eingesetzt
werden.
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Diese
Verstärker
sind aufwändig
und teuer und sind außerdem
störanfällig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 anzugeben, das in einfacher weise eine höhere Reichweite
in vereinfachter Weise erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass lediglich ein Frequenzbereich des Abwärtskanals durch die Verstärkervorrichtung
verstärkt
wird.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Datenübertragung
in Aufwärtsrichtung
aufgrund der tiefen Frequenzlage bei den benötigten Entfernungen sowie auch bei
größeren Entfernungen ohne
Verstärkung
sicher betreibbar ist. Eine zu hohe Kabeldämpfung ist nämlich durch
die Leitungsinduktivität
und die Leitungskapazität
nur bei hohen Frequenzen vorhanden. Bei tiefen Frequenzen spielt
die von einer Übertragungsstrecke
abhängige
Leitungsinduktivität
und -kapazität
eine untergeordnete Rolle.
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Um
die Reichweite für
DSL-Anschlüsse
zu erhöhen,
genügt
es also ausschließlich
den hohen Frequenzbereich für
die Signale in Abwärtsrichtung zu
verstärken,
was den Aufbau einer Verstärkervorrichtung
sehr vereinfacht. Der Verstärker
kann für diesen
zu verstärkenden
Frequenzbereich optimiert werden.
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Ein
weiterer durch die Erfindung geschaffener Effekt ist, dass die zur
Verstärkung
benötigte Leistungsaufnahme
gesenkt wird, weil nur ein Teil der Signale zu verstärken ist.
Hierdurch kann die Verstärkervorrichtung
mit einem geringeren Strom arbeiten. Dadurch ist es sogar möglich, die
Verstärkervorrichtung
unabhängig
von einer separaten Stromquelle – Anschluss von einem Energieversorger – in Außengehäusen (Outdoorgehäusen) zu
betreiben, wie nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen
ist. Ein Stromversorgung kann (intern) durch eine oder mehrere Doppeladern
vom Amt erfolgen, wobei dann über
eine zur Stromversorgung verwendete Doppelader mehrere erfindungsgemäße Verstärkervorrichtungen
versorgt werden sollen. Auch kann die Stromversorgung (intern) von POTS-System
eines/des jeweiligen Anschlusses erfolgen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Telefonanschluss
bei einem Ausfall des Verstärkers
dennoch funktioniert. Daher ist es günstig, wenn die Filter als
passive Filter ausgeführt
sind.
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Außerdem funktioniert
der Aufwärtskanal weiter,
wenn der Verstärker
ausfallen sollte. Dieser Kanal kann dann zum Absetzen einer Störungsmeldung
genutzt werden.
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Wenn
beispielsweise der Kunde seinen DSL-Anschluss kündigt, kann eine Schaltung
mit dem Verstärker
mit Filtern in der Leitung verbleiben. Die POTS-Anschlüsse sind
weiterhin betreibbar.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass der gesamte Frequenzbereich des Abwärtskanals verstärkt wird.
Während
es grundsätzlich
möglich
ist, dass nur der höherfrequentere
Bereich des Abwärtskanals
verstärkt
wird, ergibt sich eine einfache Schaltung, wenn der gesamte Bereich
verstärkt
wird. Eine Teilverstärkung
kann sinnvoll sein, wenn Aufwärtskanal
und Abwärtskanal
sich im Frequenzbereich überlappen
oder mangels Steilheit der Filter Rückkopplungen zu erwarten sind.
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Besonders
günstig
ist es, dass ein von der Vermittlungsstelle kommendes Signal im
Abwärtskanal über einen
Hochpassfilter zu dem Verstärker
zugeführt
wird, während
ein vom einem Kunden kommendes Signal im Aufwärtskanal unverstärkt durch einen
Tiefpassfilter durchgeführt
wird. Der Tiefpass verhindert eine Rückkopplung der höheren Frequenzen
auf den Eingang des Verstärkers.
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Der
Hochpass verhindert eine Rückkopplung der
tiefen Frequenzen.
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Die
Grenzfrequenz der Filter liegt vorzugsweise bei mindestens 200 kHz,
insbesondere bei etwa 270 bis 280 kHz (276 kHz). Die Leitungsdämpfung im
Bereich ab 200 kHz ist relativ hoch, so dass ohne Verstärkung die
Vermittlungsstelle keine 8 km vom Anschluss entfernt sein darf.
Durch die erfindungsgemäße Verstärkung oberhalb
dieses Frequenzbereiches ist aber eine solche Reichweite möglich. während ohne
Verstärkung
bei 8 km lediglich Datenübertragungsraten
von 224 KBit/s im Aufwärtskanal
und 96 KBit/s im Abwärtskanal
möglich sind,
was unrentabel ist, kann durch die Verstärkung oberhalb von 200 kHz
die Geschwindigkeit stark erhöht
werden.
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Durch
die geringe Stromaufnahme der einfachen Verstärkerschaltung wird es möglich, dass
eine Stromversorgung für
mehrere Verstärkervorrichtungen
durch eine Doppeladern vom Amt erfolgen kann bzw. eine Stromversorgung
für eine
Verstärkervorrichtung
vom POTS System des jeweiligen Anschlusses erfolgen kann. Da der
Verstärker
eine geringere Leistungsaufnahme hat, ist dies möglich.
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Geeignet
ist die Erfindung für
eine Übertragungsstrecke
mit einer gemeinsamen Übertragungsleitung.
Es wird ein unteres Frequenzband für einen Telefonanschluss, ein
oberes Frequenzband für
den Abwärtskanal
der DSL-Datenverbindung
und ein zwischenliegendes bzw. im unteren Bereich des oberen Frequenzbereiches
liegendes Frequenzband für
den Aufwärtskanal
genutzt.
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Der
Telefonanschluss muss nicht verstärkt werden, da dieser tiefe
Frequenzen nutzt, bei denen eine Leitungsdämpfung gering ist. Er kann
ein ISDN-Basisanschluss oder ein analoger Telefonanschluss sein.
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Da
bei einer DSL-Verbindung ein „Surfen" im Internet häufiger vorkommt
als eine Datenübertragung
vom Kunden zur Vermittlungsstelle, ist auch bei einer bevorzugten
Realisierung vorteilhaft, wenn ein asymmetrischer Betrieb vorhanden
ist und zwar derart, dass die Frequenzbreite des Abwärtskanals
größer ist
als die des Aufwärtskanals.
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Eine Übertragung,
bei der ein Übertragungsweg
in 255 Frequenzbänder
aufgeteilt ist, wird bevorzugt. Das Signal-Rauschverhältnis jedes
Frequenzbandes wird gemessen, damit eine Auswahl der nutzbaren Frequenzbänder möglich ist.
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Um
den Frequenzgang der Übertragungsleitung
zu kompensieren, hat der Verstärker
einen Frequenzgang, der einer Dämpfungsverzerrung
einer Leitung der Datenübertragungsstrecke
angepasst ist. Dadurch wird eine sichere Datenübertragung auch bei Leitungen
von etwa 8 km mit einer akzeptablen Betriebsrate möglich.
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Da
der Verstärker
hier höhere
Frequenzen des entsprechenden Frequenzbandes stärker verstärkt und niedrigere nur gering,
genügen
Filter mit geringer Steilheit, was einer kostengünstigen Bauweise zugute kommt.
Bei hochwertigen Filtern kann die Verstärkung erhöht werden, ohne dass Rückkopplung
eintritt, was der Reichweite zugute kommt.
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Dies
ist auch bei einer Teilbereichsverstärkung möglich. Hier könnte der
Verstärker
linear arbeiten.
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Vorteilhafter
Weise kann der Verstärker
mit symmetrischen Halbleiterschaltungen im Eingangs- und Ausgangsbereich
realisiert werden. Im Eingang ist beispielsweise ein Instrumentationsverstärker mit Opamps
sinnvoll. Bei derartigen Schaltungen kann dann auf Eingangs- und
Ausgangsüberträger verzichtet
werden, da eine symmetrische Anschaltung auch so gegeben ist.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden anhand der Figurenbeschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schaltungsanordnung zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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2 eine
bevorzugte Frequenzzuordnung mit einer Frequenzgetrenntlage.
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Das
Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf ein Verfahren bzw. auf ein System für einen
DSL-Anschluss. Das System umfasst einen Telefonanschluss und eine
DSL-Datenverbindung
mit einer gemeinsamen Leitung 7. Der Telefonanschluss kann ein
analoger Anschluss oder ein ISDN-Basisanschluss sein. Zur Trennung
von Telefonanschluss und DSL wird beim Kunden ein Splitter an eine TAE-Dose
angeschlossen.
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1 zeigt
eine Schaltungsanordnung bzw. Verstärkervorrichtung 1 zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das
beschriebene Verfahren dient zum Erhöhen einer Reichweite einer
Datenverbindungsstrecke für
die DSL-Datenverbindung
durch einen Verstärker 4.
Wie 2 zeigt, ist zur Datenübertragung ein DSL-Aufwärtskanal 13,
der von einem Kundenanschluss zu einer Vermittlungsstelle gerichtet
ist, vorhanden. weiterhin ist ein DSL-Abwärtskanal 14 zur umgekehrten
Datenübertragung
vorhanden. Der Abwärtskanal 14 weist
einen höheren
als auch breiteren Frequenzbereich beim Frequenzmultiplexverfahren (FDM)
oder einen breiteren Frequenzbereich als der Aufwärtskanal,
der auch den Frequenzbereich des Aufwärtskanals einschließen kann,
beim Verfahren mit Echokompensation (EC) auf. Hierdurch wird eine höhere Übertragungsleistung
im Abwärtskanal
gegenüber
dem Aufwärtskanal
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird lediglich
der Frequenzbereich des Abwärtskanal
durch die Verstärkervorrichtung 1 verstärkt. Dadurch
ergibt sich eine einfachere und effizientere Verstärkervorrichtung.
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Nach
diesem Beispiel wird der gesamte Frequenzbereich des Abwärtskanals 14 verstärkt.
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Die
Verstärkervorrichtung 1 liegt
in der Übertragungsleitung 7 zwischen
der Vermittlungsstelle bzw. dem Amt 6 und dem Kundenanschluss 5.
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Im
Pfad der Übertragungsleitung 7 befindet sich
ein Tiefpassfilter 2. Er filtert die höherfrequenteren Signale heraus
und lässt
nur tiefere Frequenzsignale vom Amt 6 zum Kundenanschluss 5 passieren, und
zwar den Frequenzbereich des Aufwärtskanals 13 und den
darunter liegenden Frequenzbereich 11 der POTS-Anwendung.
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Parallel
zum Tiefpassfilter 2 ist ein Hochpassfilter 3 geschaltet.
Ein von der Vermittlungsstelle bzw. Amt 6 kommendes Signal
im Abwärtskanal 14 wird
durch den Hochpassfilter 3 hindurchgelassen.
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Am
Ausgang des Hochpassfilters ist der Verstärker 4 geschaltet.
Er muss nur die hohen Frequenzen verstärken, die aufgrund der Leitungsinduktivität und Leitungskapazität einer
hohen Leitungsdämpfung
unterliegen. Dadurch dass weniger Frequenzanteile zu verstärken sind,
wird die Komplexität
und dadurch die Leistungsaufnahme der Verstärkervorrichtung geringer. Die
Verstärkervorrichtung
braucht dabei nur mit einem Verstärker und einfachen Filtern versehen
sein.
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Hieraus
ergibt sich ein Verfahren zum Erhöhen einer Reichweite einer
Datenverbindungsstrecke für
eine DSL-Datenverbindung
durch den Verstärker 4.
Dabei sind der DSL-Aufwärtskanal 13 zur
Datenübertagung
von einem Kundenanschluss 5 zu einer Vermittlungsstelle
(Amt 6) und ein DSL-Abwärtskanal 14 zur
umgekehrten Datenübertragung
vorgesehen, wobei der Abwärtskanal 14 in
einem höheren
Frequenzbereich als der Aufwärtskanal 13 liegt.
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Die
Filter 2 und 3 sind vorzugsweise als passive Filter,
beispielsweise mit Filterkondensatoren und Filter induktivitäten, ausgeführt. Dies
hat den Vorteil, dass bei einem Ausfall der Verstärkervorrichtung 1,
bei Stromausfall oder ähnliches,
der Aufwärtskanal sowie
die POTS Anwendung weiter betrieben werden kann. Durch diese Verstärkeranordnung
werden bei einem Ausfall des Verstärkers 4 nur Signale
im Abwärtskanal 14 unterbrochen,
wie der Schaltungsanordnung in 1 zu entnehmen
ist.
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Weiterer
Vorteil ist, dass die Verstärkervorrichtung
in der Leitung verbleiben kann, wenn der Kunde DSL gekündigt hat.
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Eine
Stromversorgung für
die Verstärkervorrichtung 1 kann
zum einen dadurch verwirklicht werden, dass die Verstärkervorrichtung 1 direkt
mit einer Energiequelle eines Energieversorgers vor Ort verbunden
wird.
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Eine
weitere Möglichkeit
bildet eine Fernversorgung mehrerer Verstärkervorrichtungen über eine separate
Doppelader der Leitung von der Vermittlungsstelle 6.
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Zudem
ist eine Stromversorgung auch dadurch möglich, dass die Betriebsspannung
des jeweiligen Anschlusses – POTS-Systems
(Telefon) – genutzt
wird.
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Die
Grenzfrequenz der Filter 2 und 3 ist etwa gleich.
Sie liegt bei mindestens 200 kHz, vorzugsweise bei etwa 270 bis
280 kHz, insbesondere bei 276 kHz.
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Wie 2 zeigt,
ist für
einen Telefonanschluss, der ein analoger und/oder ISDN-Telefonanschluss
sein kann, ein unteres Frequenzband 11 reserviert. Das
Frequenz band des Telefons wird, selbst bei einem ISDN-Basisanschluss, nicht
verstärkt,
zumindest nicht durch den erfindungsgemäßen Verstärker 4.
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Der
Aufwärtskanal 13 liegt,
wie 2 veranschaulicht, zwischen dem Frequenzbereich 11 des Telefonanschlusses
und dem Frequenzbereich 14 des Abwärtskanals. Die Übertragung
erfolgt also nach dem Frequenzgetrenntlageverfahren, dem sogenannten
Frequenzmultiplexverfahren – FDM.
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Der
Aufwärtskanal
kann alternativ im unteren Bereich des Abwärtsbereichs liegen, so dass
ein Teil des Frequenzbereiches für
beide Kanäle 13, 14 bestimmt
ist. Die Trennung der Richtungen erfolgt hier dann per Echokompensation.
Die Frequenzbandbreite des Abwärtskanals 14 ist
stets größer als
die des Aufwärtskanals 13.
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Vorzugsweise
ist der Übertragungsweg
in 255 Frequenzbänder
aufgeteilt, so dass praktisch 255 kleine Modems arbeiten. Eine Auswahl
der zu nutzbaren Frequenzbänder
wird durch Messung des Signal-Rauschverhältnis jedes Frequenzbandes
bei der Inbetriebnahme realisiert.
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Da
der Verstärker
hier höhere
Frequenzen des entsprechenden Frequenzbandes stärker verstärkt und niedrigere nur gering,
genügen
bei den Filtern 2 und 3 Filter mit geringer Steilheit,
was einer kostengünstigen
Bauweise zugute kommt. Bei hochwertigen Filtern kann die Verstärkung erhöht werden, ohne
dass Rückkopplung
eintritt, was der Reichweite zugute kommt.
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Dies
ist auch bei einer Teilbereichsverstärkung möglich. Hier könnte der
Verstärker 4 linear
arbeiten.
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Der
Verstärker 4 kann
auch mit symmetrischen Halbleiterschaltungen im Eingangs- und Ausgangsbereich
realisiert werden. Im Eingang ist beispielsweise ein Instrumentationsverstärker mit Opamps
sinnvoll. Bei derartigen Schaltungen kann dann auf Eingangs- und
Ausgangsüberträger verzichtet
werden, da eine symmetrische Anschaltung auch so gegeben ist.
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Weiterhin
weist der Verstärker 4 einen
Frequenzgang auf, der einer Dämpfungsverzerrung
der Leitung 7 der Datenübertragungsstrecke
angepasst ist.
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Wie
die 2 zeigt, werden ein unteres Frequenzband 11 für den Telefonanschluss,
wobei auch dies ein Faxanschluss sein kann, ein unteres Frequenzband 13 und
ein oberes Frequenzband 14 für die DSL-Datenverbindung benutzt.
Dem Telefonanschluss (POTS) ist der untere Frequenzbereich, beispielsweise
von 0 bis 120 Khz/s bei ISDN zugeordnet.
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Der
DSL-Aufwärtskanal 13 hat
beispielsweise ein Frequenzbereich von 138 bis 276 Khz/s. Der DSL-Abwärtskanal 14 hat
einen Frequenzbereich beispielsweise von 276 bis 1100 Khz/s.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Beispiele beschränkt. Einzelmerkmale
dieser Beschreibung können
untereinander kombiniert werden. Auch kann die Erfindung mit Merkmalen,
die eingangs in der Beschrei bung erläutert sind (Stand der Technik),
kombiniert werden.
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- 1
- Verstärkervorrichtung
- 2
- Tiefpassfilter
- 3
- Hochpassfilter
- 4
- Verstärker
- 5
- Kundenanschluss
- 6
- Amt
- 7
- Übertragungsleitung
- 11
- POTS-Frequenzbereich
(Telefon)
- 13
- DSL-Aufwärtskanal
- 14
- DSL-Abwärtskanal