DE19639162C2 - Verfahren zum Übertragen von elektrischen Signalen und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur leitungsgebundenen Sig­ nalübertragung mit einer Übertragungsrate mit mehr als 10 Mbits/s zwischen einem Sender und einem Empfänger.

Signalübertragungsverfahren solcher Art sind aus der Praxis bekannt. Sie arbeiten lei­ tungsgebunden, wobei alternativ sogenannte twisted-pair Kabel bzw. Koaxialkabel als Übertragungsstrecke eingesetzt werden. Die Übertragungsrate einer solchen Leitung ist auf eine Obergrenze von etwa 10 Mbit/s bei Koaxialkabeln bzw. 100 Mbit/s bei twisted- pair Kabeln beschränkt, da bei höheren Übertragungsraten der Einfluss von Störsignalen bzw. von Leitungsdämpfung stark zunimmt.

Aus der DE 21 28 016 A1 ist ein System zum Übertragen von elektrischen Signalen be­ kannt, welches insbesondere für digitale Signale Verwendung findet. Bei diesem System ist entlang der Übertragungsstrecke ein Kabel mit einer Vielzahl von paarweise zusam­ mengehörigen Leitungen verlegt, in welches in bestimmten Abständen Regeneratoren zum Empfang und zur Erneuerung der Signale eingeschaltet werden. Diese zur Verstär­ kung der Signale dienenden Regeneratoren (Repeater) stellen einen hohen Kostenauf­ wand dar.

Seitens des Patentamtes wurde das DE-Buch: MEINKE, H. H.: Einführung in die Elekt­ rotechnik höherer Frequenzen, Berlin, Springer-Verlag, 1961, D. 161-179 als Entgegen­ haltung (1) aufgeführt. Die Erfindung geht aber deutlich über den in dieser Quelle be­ schriebenen Stand der Technik hinaus. Der Autor geht von einer Energieübertragung zum Zwecke der Signalübertragung aus und beschreibt einerseits, dass die Leistungsan­ passung das geeignete Mittel ist, um die Eignung von Leitungen zur Signalübertragung zu verbessern, andererseits, dass und warum eine fehlangepasste Leitung nicht hierfür sondern vorzugsweise zur Widerstandstransformation geeignet ist. Gerade durch die bewusste Fehlanpassung gemäß dem hier zum Patent angemeldeten Verfahren wird die nachfolgend beschriebene Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt und zwar im Widerspruch zu den formulierten Thesen von Meinke.

Zur Vermeidung der in DE 21 28 016 A1 beschriebenen Störeffekte wird her­ kömmlicherweise die Anpassung zwischen Sender, Übertragungsleitung und Empfänger so vorgenommen, dass eine möglichst weitgehende Leistungsanpassung erfolgt. Allerdings ist auch hierbei ohne den Einsatz zusätzlicher Repeater eine Übertragungsstre­ ckenlänge von mehr als 100-750 m, je nach Leitungsart, praktisch nicht realisierbar. Auch beim Einsatz von Repeatern lässt maximal eine Erhöhung der Streckenlänge um den Faktor 4 erreichen. Für höhere Frequenzen und längere Übertragungsstrecken wer­ den ausschließlich Glasfasern als Übertragungsmedium eingesetzt, wodurch sich eine Erhöhung der Datenrate bis hin zu mehr als 2,4 Gbit/s erzielen lässt. Allerdings ist der Einsatz von Glasfasern systembedingt viel kostenaufwendiger.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zugehörige Vorrichtung dahingehend weiter zu entwickeln, das kostengünstig eine Erhöhung der Daten­ übertragungsrate und/oder der Länge der Übertragungsstrecke ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst; die Vorrichtung betreffend durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass von der herkömmlichen zwangsweise durchgeführten Leistungsanpassung an der Einkoppelstelle bzw. Auskoppelstelle zur der Übertragungsleitung Abstand genommen wird. Vielmehr erfolgt gemäß der Erfindung bewusst eine signifikante Nicht-Anpassung, so dass am Empfänger eine nahezu 100%ige Reflexion des Signals erfolgt und im weiterem Verlauf am Sender aufgrund der dort angeordneten weiteren Fehlanpassung des Einkoppelelementes absorbiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht die Stromstärke des zu übertragenen Sig­ nals durch die Fehlanpassung in der Einkoppelstufe praktisch gegen 0 und die Impedanz damit gegen Unendlich, so dass es sich bei der Übertragung über die Leitung um eine reine Spannungsübertragung handelt. Das Eingangssignal steht dadurch vollständig am Ende der Übertragungsstrecke, also am Ausgang der ebenfalls fehlangepassten Auskop­ pelstufe zur Auswertung durch einen hochempfindlichen Verstärker zur Verfügung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist hierzu mit 1 ein Sender bezeichnet, mit dem das, insbesondere digitale, Signal erzeugt wird. Am Ausgang des Senders 1 befindet sich ein als sogenannte "sour­ ce termination" ausgeführter Impedanzwandler 2, mit dem die Impedanz vom üblichem Wert der Leitungsimpedanz von 50/75 Ohm auf mindestens 500 Ohm erhöht wird. Im Anschluss an die Einkoppelstelle 2 erstreckt sich die Übertragungsleitung 3, die als her­ kömmliches Übertragungskabel (Koaxialkabel oder twisted-pair) ausgelegt ist. Am En­ de der Übertragungsleitung 3 befindet sich eine Auskoppeleinheit 4, die als Resonator ausgebildet ist. Am Ausgang der Auskoppeleinheit 4 ist ein Empfänger 5 angeordnet, dessen wesentliches Schaltungselement, ein z. B. aus der Satellitenempfangstechnik an sich bekannter low noise amplifier LNA ist. Vom Ausgang des Empfängers 5 aus wird das Signal in der gewünschten Weise weiter verarbeitet.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung ist wie folgt:
Die Übertragung vom Sender 1 erfolgt zunächst über die Einkoppelstufe 2 und die als Kupferkabel ausgeführte Übertragungsleitung 3. Aufgrund der fehlenden Leistungsan­ passung im Bereich der Auskoppelstelle 4 des Empfängers 5 wird das Signal weitestge­ hend reflektiert und durch die Übertragungsleitung 3 zum Sender 1 zurückgeführt. Auf­ grund der Ausführung der Einkoppelstufe 2 als source termination erfolgt dort eine Eli­ mination des reflektierten Signals. Das an der Auskoppelstufe 4 detektierbare Signal be­ wirkt aufgrund der Hochohmigkeit des Empfängers 5 einen Phasensprung, wodurch selbst bei äußerst geringer Leistung ein vom Empfänger auswertbarer Spannungshub entsteht. Da der Empfänger als low noise amplifier aufgebildet ist, lässt sich hierin das Signal hochwertig für die weitere Verarbeitung aufbereiten.

Mit der beschriebenen Vorrichtung lassen sich bei gleicher maximaler Datenrate, die heute bei den unterschiedlichen Kabeltypen und Protokollen möglich sind, mindestens die 4-fachen Entfernungen ohne Repeater überbrücken (entsprechend höher mit Repea­ tern) oder alternativ bei gleichen Übertragungsdistanzen mindestens die 4fachen Daten­ raten erzielen, die heute bei den unterschiedlichen Kabeltypen möglich sind. Man kann so, je nach Anwendungsfall, Datenraten oder Entfernungen erzielen, die üblicherweise nur über Glasfasertechnik bzw. höherwertige Kupferkabel (ggf. mit Repeater) abgedeckt werden können. Demgegenüber ergibt sich durch die Ausführung gemäß der Erfindung ein deutlicher Kostenvorteil.

Auch ergibt sich die Möglichkeit einer Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit beliebig ausgeprägten Netzwerken (Stern-Baum-/Ringvertei­ lung). Dabei sind alle Bereiche der Computerkommunikation und der Mess-/Steuerungs- und Regelungstechnik, in denen es auf eine Optimierung von Über­ tragungsreichweite und Übertragungsgeschwindigkeit ankommt, für die beschriebene Technik prädestiniert. Das beschriebene Verfahren eignet sich gleichermassen für digi­ tale wie für analoge Signale.

Claims (5)

1. Verfahren zum Übertragen analoger Signale oder digitaler Signale mit einer Übertra­ gungsrate von mehr als 10 Mbit/s über eine Koaxialleitung oder eine twisted-pair- Leitung oder eine mindestens zweiadrige Kupferleitung zwischen einem Sender und einem Empfänger, gekennzeichnet durch eine Spannungssignalübertragung, bei der das vom Sender (1) abgegebene Signal über eine hochohmig fehlangepasste Einkoppelstufe (2) auf die Ü­ bertragungsleitung (3) gelangt und über eine ebenfalls hochohmig fehlangepasste Aus­ koppelstufe (4) mit einem Phasensprung versehen einem hochempfindlichen rauschar­ men Eingangsverstärker des Empfängers (5) zugeführt wird, wobei der an der fehlange­ passten Auskoppelstufe (4) reflektierte Signalanteil von der Einkoppelstufe (2) absor­ biert wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Sender (1), einer Einkoppelungsstufe (2), einer Übertragungsleitung (3), einer Auskoppelungsstufe (4) und einem Empfänger (5), gekennzeichnet durch eine in Bezug auf die Übertragungsleitung (3) hochohmig fehlan­ gepasste Einkoppelungsstufe (2) und Auskoppelungsstufe (4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Leitungsimpedanzen zwischen 50 und 75 Ohm die Impedanzen von Einkoppelungsstufe (2) bzw. Auskoppe­ lungsstufe (4) mindestens 500 Ohm betragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Einkoppe­ lungsstufe (2) ein als source termination ausgeführter Impedanzwandler verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelungsstufe (4) als Resonator ausgebildet ist.