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"Verfahren zur gleichzeitigen Ubertragung von Nachrichten verschiedener
Bandbreite in einem Zeitmultiplexübertragungssystem." Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Übertragung von verschiedenartiger Nachrichtensignale in einem Zeitmultiplexübertragungssystem.
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Stand-der Technik Sollen digitale Nachrichtensignale sehr unterschiedlicher
Bandbreite in einem Zeitmultiplex-Übertragungas-System übertragen werden, so gibt
es hierfür einige bekannte Möglichkeiten.
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1. Plan teilt zunächst die digitale Nachrichtensignale in geeignete
Impulsgeschwindigkeitsklassen auf und teilt diesen Klassen jeweils eine bestimmte
Anzahl von Zeitschlitzen des Zeitmultiplexrahmens fest zu. In einem sDeziellen Ausführungsbeispiel
würden dabei einen Fernsprechsignal ein Zeitschlitz, einem Tonrundfunksignal Zeitschlitze
und einem Farbfernsehsignal 1086 Zeitschlitze jeweils innerhalb der für die entsprechende
Klasse reservierten Rahmenabschnitte zugeordnet.
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(H. Geißler: "Zur Planung einer PCM-System-Hierarhie" NTZ-Report
8).
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2. Anstelle einer festen Zuordnung eines gegebenen RahDenabschnitts
an eine Signalklasse kann in einem Start-Stop-Verfahren das gerade vorliegende Signal
in direktem zeitlichen Anschliß an ein anderes Signal übertragen werden, indem ein
Nachrichtenblock, dessen Länge der Bandbreite des Signals entspricht, zwischen ein
Start- und ein Stop-Wort eingeschlossen ist (L.A. Self: "Party line working for
telegraph and data", Conf. on Switching Techniques for Telecommunications Networks,
1969, London, S. 337-341).
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Eine Kiodifikation dieses Verfahrens ergibt sich dadurcn', daß im
Start-Wort die Länge des nachfolgeden Nachrichtenblocks angegeben wird und dadurch
das Stop-Wort entfallen kann.
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Beiden Möglichkeiten haften gravierende Nachteile an. In ersten Fall
kann nur eine vorgegebene Zahl von Signalen einer Klasse übertragen werden, selbst
wenn die Zeitschlitzbereiche der anderen Signalklassen nicht voll ausgenutz sind,
da sich diese den einzelnen Klassen zugeordneten Bereiche nicht dem augenblicklichen
Bedarf anpassen.
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Auch im zweiten Fall kann eine volle Ausnutzung der Systemkapazität
nur selten erreicht werden, da durch die Hintereinanderschaltung von Nachrichtenblöcken
unterschiedlicher Länge nach dem Auflösen einzelner Nachrichtenverbindungen Lücken
unterschiedlicher Liege entstehen, die nicht immer der Blocklänge neuer Nachrichtenverbindungen
entsprechen.
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Insbesondere bei Nachrichtenübertragungssystemen nach dem Vielfachzugriffprinzip
entstehen dabei eine Reihe erhebliecher Probleme.
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Aufgabe Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, mit den eine dem jeweiligen
Verkehrsaufkommen der einzelnen Signalklassen angepaßte Belegung der Zeitschlitze
eines Zeitmultiplexübertragungssystems erreicht wird, die
Übertragungskapazität
voll genutzt wird und der Aufwand für die Zwischenspeicherung von Nachrichtenblöcken
zwischen dem Anliefern durch die Signalquelle und dem Übertragen sowie für die Speicherung
der Zeitschlitznummem für die Übertragung breitbandiger Signale nöglichst klein
ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zeitmultiplexrahmen
in m Unterrahmen unterteilt wird, daß jeder Unterrahmen in u Zeitschlitze unterteilt
wird und daß die Belegung des Zeitmultiplexrahmens durch Signale so erfolgt, daß
zunächst jeweils der i-te Zeitschlitz der Unterrahnen belegt wird und erst wenn
in allen Unterrahmen eine Zeitmultiplex-Rahmens der i-te Zeitschlitz belegt ist
ein benachbarter Zeitschlitz der Unterrahmen zusätzlich belegt wird.
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Jeitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gegeben.
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Vorteile Durch das erfindungsgemäße Verfahren der Zeitplatzzuweisun
existieren keine starren Grenzen in der den einzelnen Signalklassen zur Verfügung
stehenden Übertragungskapazität sondern es erfolgt eine flexible Anpassung an den
Verkehr
der Möglichkeit, die Systemkapazität vollständig auszunutzen.
Die Kennzeichnung der für eine Verbindung benutzten Zeitschlitze erfordert nur einen
geringen Speicherbedarf. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren in einem vielfachzugriffsysten
verwendbar, bei dem nicht mehr von einer zentralen Steuerung eine Zeitschlitzzuteilung
oaer eine Sendeaüfforderung erfolgt, sondern vielmehr jeder Teilnehmer serosttätig
die für die Übertragung seiner Nachrecht erforderlichen Zeitschlitze belegt.
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Erfordert beispielsweise ein Signal mehr als einen Zeitschlitz je
Zeitmultiplexrahmen, so werden, wenn die erforderliche Anzahl von Zeitschlitzen
der gleichen Schlitznummer in Unterrahmen mit vorgegebenem Abstand belegt werden,
Adressenbits eingespart.
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Wird die Erfindung gemäß dem Anspruch 3 ausgebildet, ist der Speicherbedarffür
die Zwischenspeicherung, insbesondere von Fernsehsignalen, nur gering und sowohl
die Realisierung als auch das Aufsuchen freier Zeitschlitze mit nur geringe Platz-
und Kostenaufwand verbunden.
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Werden für eine beidseitige Nachrichtenübertragung einander fest zugeordnete
Zeitschlitze belegt, innerhalb deren der eine Zeitschlitz für die ne und der andere
Zeitschlitz für die andere Übertragungsrichtung vorgesehen ist, so wird zusätzlich
Speicherplatz zur Kennzeichnung des Zeitschlitze des antwortenden Teilnehmers eingespart.
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einerseits andererseits Die Bereitstellung von fest zugeordneten und
frei verfügbaren Zeitschlitzen ermöglicht ein kurzzeitiges Auffinden freier Zeitplätze
und das Freihalten von für die Allgemein heit wichtigen Nachrichtenkanälen.
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Erläuterung der Erfindung Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 Hauptrahmen mit m Unterrahmen Fig. 2 Belegungsschema
eines Hauptrahmens mit Unterrahmen durch die verschiedenen Signalgruppen gemäß der
Erfindung.
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3 Blockschaltbilt einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Prüf-
und Steuerimpulsen für des Aufsuchen und Belegen eines freien zeitschlitzes.
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Sollen in einem Zeitmultiplexsystem Nachrichten verschiedener Bandbreiten
übertragen werden, so erscheint es sinnvoll, die Rahmenfrequenz und die Zeitschlitzgröße
an die Klesse der häufigsten Nachtensignale, z. B. Fernsprechen, anzupassen.
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Signale größerer Bandbreite lassen sich dann durch Belegung mehrere
mehrerer Zeitschlitze eines Rahmens und Signale entsprechend geringerer Bandbreite
lassen sich gemeinsam in einem dafür vorgesehenen Zeitschlitz übertragen. Die optimale
Anpassung der hierfür jeweils zur Verfügung gestellten Übertragungskapazität an
die Bandbreite jeder dieser Signalklassen ist geringem in der Regel mit nicht Aufwand
verbunden.
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Ausgehend von dem häufigsten Nachrichtensignal, dem Fernsprechsignal
mit 64 kbit/s sollen daher zur Erläuterung der Erfindung nur 3 weitere Gruppen mit
fplgenden maximalen tbertragungsraten betrachtet werden 1) Langsame Datenübertragung,
8 kbit/s E = 2,3,4 beispielsweise Fernschreiben K 2) Hochgeschwindigkeitsüber-1
. 64 kbit/s 1 = 2,1,4 tragung zwischen Rechenzentren
3) Fernsehbildübertragung
m . 64 kbits/s m = 100..300 ( i oss Bandbreitenverhältnis des Fernsehsignals zum
Fernsprechsignals) Diese vier Gruppen sollen nun gemäß der Aufgabe der Erfindung
so in dem Nachrichtensystem zusammengefaßt werden, daß, ohne eine vorgegebene Beschränkung
für eine dieser Gruppen, jede nach Bedarf die Kapazität des Übertragungskanals belegt.
Hierzu wird gemäß der Erfindung der Zeitmultiplexrahmen - im folgenden Hauptrahmen
genannt - in n Unterrahmen und ,jeder Unterrafmen in u Zeitschlitze unterteilt.
Die Belegung des Hauptrahmens durch Signale eefolgt so, daß zunächst jeweils der
i-te Zeitschlitz der Unterrahmen belegt wird und erst, wenn in allen Unterrahmen
eines Hauptrahmens der i-te Zeltschlitz belegt Ist, ein benachbarter Zeitschlitz
der Unterrahmen zusätzlich belegt wird.
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Geth man von einem 8 Bit - PCK-Wort für Fernsprechen (Abtastfrequenz
8 kHz) aus, so wird die Rahmenfrequenz fR = 8/K kHz gewählt. Man führt nun weiterhin
m Unterrahmen ein, deren frequenz m.fR ist. Ein Zeitschlitz muß so groß sein, daß
er
einen K .8 Bit großen Nachrichtenblock aufnehmen kann.
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In Figur 1 ist ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in m Unterrahmen
aufgeteilter Hauptrahmen gezeigt. Jeder dieser Unterrahmen besteht aus u Zeitschlitzen.
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Der geringste Aufwand an Speicherkapazität im Deilnehmergerät bei
günstigster Integration der verschiedenen Signal gruppen wird durch das in Figur
2 gezeigte te Belegungsschema erreicht.
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In Figur 2 sind die m Unterrahmen eines es Hauptrahmens, die alle
gleiche Längen aufwei'sen, getrennt und untereinander dargestellt, so daß Zeitschlitze
mit innerhalb der Unterrahmen gleicher Zeitschlitznummer untereinander zu stehen
kommen. Jeweils .8 Bit bilden einen Zeitschlitz, zwei Zeitschlitze einen Doppelzeitschlitz,
u Zeitschlitze te einen Unterrahmen und m Unterrahmen den üblichen Hauptrahmen.
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Für eine Fernsprechverbindung Fv wird ein Doppelzeitschli belegt,
wobei der rufende Teilnehmer der ersten, der gerufene Teilnehmer den zweiten Zeitschlitz
innerhalb b dieses Doppelzeitschlitzes für die Nachrichtenübertragung benut
Beispielsweise
belegt die erste Fernsprechverbindung in Figur 2 im (n+r+1)-ten Ünterrahmen den
ersten Doppelzeit schlitz.
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Bei einer Fernsehverbindung FSV zwischen zwei Teilnehmerr wird in
jedem Unterrahmen des Hauptrahmens jeweils derselbe Doppelzeitschlitz belegt. Hier
ist jeweils der erste der oeiden Zeitschlitze jedes Unterrahmens wieder für den
einen Teilnehmer, der zweite Zeitschlitz für cen anderen Teilnehmer einer Verbindung
bestimmt. Beispielsweise belegt die erste Fernsehverbindung in Figur 2 den a-ten
Doppelzeitplatz der Unterrahmen 1 bis m.
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tinte Verbindung mit schneller Datenübertragung oder eine Fernsprechkonferenzverbindung
KOV belegt in aufeinanderfolgenden Unterraren jeweils dieselben Doppelzeitschlitze,
wobei die Zahl der benötigten Unterrahmen einerseits durch den Wert # und andererseits
durch die Betriebsart (Simplex-oder Duplex-Betrieb) oder durch die Zahl der Konferenzteilnehmer
bestimmt ist. Beispielsweise belegt die erste sernsprechkonferenzverbindung in Figur
2 innerhalb des zweiten Doppelzeitschlitzes die Unterrahmen (n+r+2) bis (m-2)
Die
langsame Datenübertragung LDV belegt pro Datenkanal nur zwei 3its eines Zeitschlitzes.
Das erste Bit ist dabei eine "Belegungsanzeige" für den eigentlichen Datenkanal,
der durch das nächste Bit gegeben ist. Damit können K 8 Datenkanäle in einem Doppelzeitschlitz
untergebracht werden. Bei spielsweise belegt in Figur 2 die 1. Datenübertragung
K. 8 Bits 4 des ersten Zeitschlitzes des (n+1)-ten Unterrahmens.
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Dieses Belegungsschema ermöglicht einen, den momentanen Bedürfnlssen
angepaßten flexiblen Zugriff der verschiedenen Gruppen zu den Zeitschlitzen eines
Rauptrahnens. Daz ist beispielsweise folgende aus Figur 2 ersichtliche Strateie
beim Verbindungssaufbau vorteilhaft: Der jeweils erste Doppelzeitschlitze der n
ersten Unterrahmen wird für allgemeine Dienste ÖND - das sind allgemeine Nachrichten,
die für jeden angeschlossenen Teilnehmer bestimmt sind, wie z. B. Rundfunk, Uhrzeit
- fest reserviert. Die jeweils ersten Doppelzeitschlitze der nächsten r Unterrahmen
sind vorzugsweise für die Datenübertragung, beispielsweise Lb in Figur 2, bestimmt.
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Die Fernsprechübertragung FV begirrnt In isormalfall also im ersten
Doppelzeitschlitz des (n+r+1)-ten Unterrahmens.
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Die Fernsprechverbindungen belegen nun zunächst den jeweils ersten
Doppelzeitschlitz aller folgenden Unterrahmen, dann, wenn nötig, den jeweils zweiten
Doppelzeitschlitz sämtlicher Unterrahmen usw. . Damit ist sichergestellt, daß praktisch
alle Unterrahmen gleichmäßig von ihrem Anfang her belegt werden.
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Die öffentlichen Fernsehverbindungen ÖTV belegen die Unterrahmen von
deren letztem Doppelzeitschlitz her zur Mitte.
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Diesen schließen sich die Fernsehverbindungen FSV zwischen jeweils
zwei Teilnehmern an.
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Die Grenze zwischen Fernseh- und Fernsprechbelegungen ergibt sich
ausschließlich durch das Verkehrsaufkommen. Sind durch Fernsprech-, Sernseh- oder
schnelle Datenverbindungen sämtliche Zeitschlitze der Unterrahmen belegt, so kann
eine weitere Fernsprechverbindung im ersten Doppelzeitschlitz des (n+r)-ten Unterrahmens
aufgebaut werden, sofern dort keine Datenübertragung stattfindet. Ebenso kann, bei
übergroßem Datenverkehr der erste Doppelzeitschlitz des (n+r+1)-ten
Unterrahmens
für die langsame Datenübertragung genutzt werden, wenn dort keine Fernsprechverbindung
aufgebaut ist.
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Durch diese Strategie belegen genau n Fernsprechverbindungen die Zeit
schlitze einer Fernsprechverbindung und durch die 3elegung der Unterrahmen von beiden
Enden her kann die vorhandene Übertragungskapazität beliebig für die Übertragung
von langsamen Daten, schnellen Daten, Fernsprechsignalen und Fernsehsignalen verwendet
werden. Der Zugriff erfolgt dabei völlig selbsttätig und regelt sich durch das jeweilige
Verkehrsaufkommen.
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In Figur 3 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die für eine Prüfschaltung
die Impulse zum Belegen der Doppelzeitschlitze gemäß der Erfindung liefert. Die
Anordnung enthält 3 hintereinander geschaltete Binärzähler 203, 204 und 20,, deren
erster 203 und letzter 205 jeweils bis u/2, also bis zur Anzahl der Doppelzeitschlitze
eines Unterrahmens, zählen, und deren mittlerer Zähler bis m, also bis zur Anzahl
der Unterrahmen eines Hauptrahmens, zählt. Die sich entsprechenden Binärausgänge
der Zähler 203 und 205 sind jeweils mit den beiden Eingängen von Äquivalenzschaltungen
206 verbunden, deren Ausgänge mit den Eingängen eines UND-Gliedes 207 zusammengeschaltet
sind, welches einen Impuls 3 abgeben kann
Die Binärausgänge des
ersten und zweiten Zählers 203 und 204 führen ebenso wle die entsprechenden Binärausgänge
gleichstelliger Binärspeicher 201 und 202 einerseits zu jeweils einer Äquivalenzschaltung
216, und andererseits jeweils zu einer Übertragungseinheit aus beispielsweise einer
Vielzahl von UND-Glieder 13, deren jeweiliger erster Eingang mit den jeweiligen
Binärausgängen der Zähler 203 und 204 verbunden ist, deren Ausgang jeweils Eilt
den den 3inärausgängen der Zähler 203 und 204 entsprechenden Binäreingängen der
Speicher 201 und 202 verbunden ist und deren zweiter Eingang gemeinsam von einem
Setzimpuls 5 beeinflußt wird.
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Die Ausgänge der Äquivalenzschaltungen 216 sind nit den Eingängen
eines UND-Gliedes 217 verbunden, dessen Ausgang einen Impuls A abgeben kann.
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Da es sich um ein binäres System handelt, sind für den Speicher 201
und die Zähler 203 und 2C5 je s = 1 + ent ld (u/2) Stellen und ebensoviele Äquivalenzschaltungen
206 erforderlich.
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Pür den Speicher 202 und den Zähler 204 genügen je sm = 1 + ent ld
m Stellen und je ss+sm Äquivalenzschaltungen 216 und UND-Glieder 13.
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Die Anordnung steuert das Abfragen der Doppelzeitschlitze von dem
i-ten Doppelzeitschlitz des k-ten Unterrahmens auf den i-ten Doppelzeitschlitz des
(k+1)-ten Unterrahmens usw.
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und schließlich von i-tcn Doppelzeitschlitz des m-ten Unterrahmens
auf den (i+1)-ten Doppelzeitschlitz des ersten Unterrahmens, wie- es beispielsweise
für das Aufsuchen eines freien Zeitschlitzes beim Aufbau einer Fernsprechverbindung
notwendig ist.
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Die Arbeitsweise dieser Anoranung zum Aufsuchen eines freien Doppelzeitschlitzes
ist folgende: Den Zähler 203 wird ein Taktimpuls T, und zwar in diesen beispiel
mit der halben Zeitschlitztaktfrequenz zugeführt.
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Steht der Zähler 205 auf dem Zählerstand "0", so verursacht jeder
Doppelzeitschlitz mit der Zeitschlitznummer "0", d.h.
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Zählerstand "0" des Zählers 203, eine Koinzidenz und damit einen Ausgangsimpuls
B. Nach u m/2 Takten ist der gesamte
Hauptrahmen einmal durchlaufen
und die Zähler 203 und 204 sind an Ende ihres Zählbereiches angelangt. Die nun auf
den Zähler 205 übertragene "1" bewirkt, daß nunmehr jeder Doppelzeitschlitz mit
der Zeitschlitznummer 1 eines Unterrahmens eine Koinzidenz verursacht und damit
einen Ausgangsimpuls B hervorruft. Nachdem die Doppelzeitschlitze mit der Zeitschlitznummer
1 der n Unterrahnen je einen Ausgangsimpuls B verursachten, werden beim dritten
Durchlauf Ausgangsimpulse B jeweils bei jedem Doppelzeitschlitz der Zei schlitznummer
2 abgegeben usw.
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Der Impuls 3 steuert eine Prüfschaltung, die beim Finden eines leeren
und für den Teilnehmer zun Belegen erlaubten Doppelzeitschlitzes einen Setzimpuls
5 an die Anordnung gemäß Figur 3 abgibt. Dieser Setzimpuls bewirkt über die UND-Glieder
13 ein Einschreiben des den freien Doppelzeitschlitz kennzeichnenden Zählerstandes
der Zähler 203 und 204 in die Speicher 201 und 202 und damit ein Belegen dieses
Doppelzeitschlitzes des Hauptrahmens.
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Solange die laufende Nummer des Doppelzeitschlitzes in den Speionern
201 und 202 enthalten ist, sird jeweils bein Durchlaufen des entsprechenden Doppelzeitschlitzes
im Hauptrahmen
Koinzidenz durch die Koinzidenzschaltung, bestehend
aus den Äquivalenzschaltungen 216 und dem UND-Glied 217, gemeldet, und ein Ausgangsimpuls
A bei dem nunmehr von rufenden Teilnehmer belegten Doppelzeitschlitz abgegeben.
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Dieser Ausgangsimpuls A bewirkt beispielsweise das Aus lesen des zwische)gespeicherten
Nachrichtensignals des Teilnehmers, das nun jeweils während der entsprechenden Dauer,
beispielsweise während der Dauer eines Zeitschlitzes, gesendet wird.