DE2538638C2

DE2538638C2 - Integriertes Nachrichtensystem

Info

Publication number: DE2538638C2
Application number: DE19752538638
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 1000 Berlin Ohnsorge
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Priority date: 1975-08-30
Filing date: 1975-08-30
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2538638A1

Description

a) zu jedem an das Nachrichtensystem angeschlossenen Teilnehmer führt von seiner zugehörigen, zentralen und die bisher üblichen Fernsprechvermittlungseinrichtungen enthaltenden Vermittlungsstelle aus eine Leitung mit den beiden für Sende-und Empfangsrichtung gesonderten Glasfasern (Sternnetz);

b) auf der Sendefaser werden Daten und/oder Fernsprech- sowie Videosignale zur Bildkommunikation vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle und auf der Empfangsfaser von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer gemeinsam oder alternativ Fernsehsignale, Videokommunikationssignale und Fernsprechsignale bzw. Datensignale jeweils mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens übertragen;

c) in der Fernsprechzentrale ist für Bildkommunikation ein Videokoppelfeld installiert, das von der Steuerung der Fernsprechvermittlung mitgesteuert wird;

d) in der Fernsprechzentrale ist für Fernsehsignale ein Videokoppelfeld installiert, das von der Steuerung der Fernsprechvermittlung mitgesteuert wird.

2. Integriertes Nachrichtensystem nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zeitmultiplexverfahrens, bei dem die digitalisierten Videosignale einer Bildfernsprechkamera den Takt und die Übertragungsrate bestimmen, und jedes n-te Binärzeichen der Bildfernsprechsignale unterdrückt und durch ein Binärzeichen der digitalisierten Fernsprechsignale ersetzt wird.

3. Integriertes Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zeitmultiplexverfahrens, bei dem die Summe der Bitraten eines digitalisierten Fernsehsignals und eines Bildfemsprechsignals gleich der Übertragungsrate auf der Glasfaser ist, und die digitalisierten Fernsprechsignale zum Teilnehmer übertragen werden.

4. Integriertes Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Fernsehen und Bildfernsprechen die gleiche Bitrate verwendet wird, und daß auf der Glasfaser periodisch jeweils ein Fernsehzeichen und ein Bildfernsprechzeichen nacheinander gesendet werden.

5. Integriertes Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung in den Bildaustastlücken bestimmte Binärzeichenfolgen ausgesendet werden.

6. Integriertes Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung des Fernsprechapparates ergänzt wird durch eine Tastatur, mit der wie beim Wählvorgang ein Standardprogramm über das Fernseh- (Video-)koppelfeld auf die Empfangsleitung des Teilnehmers geschaltet werden kann oder von dem Kabelfernsehstudio ein Wahlprogramm abgefordert und ebenfalls über das Fernseh- (Video-)koppelfeld an die Teilnehmerempfangsleitung vermittelt werden kann.

7. Integriertes Nachrichtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die AD-Wandler für Fernsehen, Bildfernsprechen und Fernsprechen phasensynchron miteinander arbeiten und damit die Trennung der Kanäle des Zeitmultiplexverfahrens allein durch phasenrichtiges Schalten durchzuführen ist

Die Erfindung betrifft ein integriertes Nachrichtensystern, in dem in der Teilnehmerebene Bild-, Ton- und Datensignale vermittelt und über gesonderte Glasfasern für die Sende- und die Empfangsrichtung übertragen werden.

Stand der Technik

Im heutigen Fernsprechnetz sind Fernsprechdienste und Datendienste über Modems integriert.

Die Teilnehmerleitungen werden allerdings entweder für Fernsprechen oder zur digitalen Datenübertragung mit Hilfe eines modulierten Trägers benutzt. Seit einiger Zeit wird die Verlegung eines neuen Netzes in der Bundesrepublik für Kabelfernsehen evtl. mit interaktiven Diensten diskutiert [I]. Versuchsnetze dieser Art sind in Nürnberg [3] und Hamburg [4] installiert und ein Netz mit interaktivem Verkehr soll in Kassel [2] entstehen. In diesen Anlagen ist ein breitbandiges Baumnetz [5] vorgesehen, an das alle Teilnehmer angeschlossen sind. Zu dem Breitband-Koaxkabel, das bis zu 30 TV-Programme im Frequenzmultiplex verteilen kann, ist ein sog. Beipack aus Zweidrahtkupferleitungen verlegt, mit denen eventuell später die interaktiven Dienste oder auch Kommunikationsdienste eingeführt werden können. Es handelt sich also bei Kabelfernsehen um ein völlig neu zu verlegendes Netz, das parallel und unabhängig vom bestehenden Fernsprechnetz entstehen soll.

In den Vereinigten Staaten von Amerika wurde ein erster Versuch für die Einführung des Bildfernsprechens unternommen [6]. Man verwendete hier für die

so Fernübertragung das vorhandene Trägerfrequenznetz und in der Ortsebene freie Fernsprechkupferleitungen mit Analogübertragung der Videosignale. Auch in der Bundesrepublik Deutschland wurde ein Bildfernsprechversuchsbetrieb zwischen Darmstadt und München mit der gleichen Technik wie in den USA durchgeführt [7J [8]. In beiden Fällen wurde mit einer Bandbreite von 1 MHz im Gegensatz zur Fernsehbandbreite von 5 MHz gearbeitet, da aus Übersprechgriinden Videosignale mit mehr als 1 MHz auf heutigen Fernsprech-Teilnehmeranschlußleitungen nicht übertragen werden können.

Ein integriertes Nachrichtensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches ist aus [9] bekannt. Es setzt Laser-Glasfaserkanäle voraus, die mit 1 Gbit's arbeiten, und erfordert völlig neue Vermittlungseinrichtungen im ganzen Netz. Dabei handelt es sich um ein Kommunikationssystem, bei dem die unterschiedlichen Nachrichtenarten mit dezentraler

Vermittlung in einem Verzweigungsnetz zwischen den Teilnehmern ausgetauscht bzw. ihnen zugeführt werden sollen. Das bedeutet, bei jedem Teilnehmer ist die gesamte in das Netz eingespeiste Information vorbeizuführen, und bei der Verzweigungsstruktur ist dazu zwischen Empfangs- und Senderichtung zu unterscheiden. Jeder Teilnehmer ist also an eine gesonderte Hin- und Rückleitung anzuschließen, wobei diese beiden Leitungen allen angeschlossenen Teilnehmern gemeinsam sind und ihnen im Vielfachzugriff zur Verfugung stehen.

Optische Übertragungskanäle mit Übertragungsraten von S lOOMbit/s lassen sich ohne technische Probleme für kommerzielle Zwecke realisieren unter Anwendung von LED (Licht emittierende Dioden) und Multimode-oder Gradientenfasern [10]. Über derartige Fasern wurden auch bereits Videosignale versuchsweise übertragen durch Anwendung von Frequenzmodulation und Übertragung der Nulldurchgänge dieser Trägerschwingung als Digitalsignale (eine Art Pulslängenmodulation). Dieses Verfahren gestattet es nicht, mehrere verschiedenartige Signale, z. B. Bild- und Fernsprechsignale über eine Faser gemeinsam zu übertragen ohne Anwendung von Frequenzmultiplex.

Maßnahmen, die sich auf die Vermittlung von Breitbandkanälen beziehen, können nicht nur darauf beschränkt bleiben, die benötigten Koppelfelder als solche vorzusehen. Wesentlich dabei ist auch die Steuerung der Vermittlungseinrichtungen für die Schmalband- und die Breitbandkanäle. Da eine Integration verschiedenartiger Nachrichtenarten in sinem System, insbesondere bei öffentlichen Netzen auf Schwierigkeiten stoßen kann, werden vielfach auch Lösungen mit getrennten Netzen für Schmalband- und Breitbanddienste, und damit auch mit getrennten, autonomen Vermittlungssystemen in Betracht gezogen. In dieser Hinsicht ist z. B. die aus [13] bekannte Lösung für ein autonomes Drahtfunksystem von Bedeutung, das ausschließlich der — wenn auch auswählbaren — Verteilung von Fernsehsignalen dient. An eine Vermittlung von Breitbandkanälen, d. h. eine Herstellung einer breitbandigen Verbindung zwischen zwei angeschlossenen Teilnehmern, ist dabei nicht gedacht, so daß diese bekannte Lösung nicht ohne Modifikationen, also nicht unmittelbar für ein integriertes Nachrichtensystem übernommen werden kann.

Mit dem heutigen Stand der Technik, nach den bisher bekannten Vorschlägen, ist zwar Kabelfernsehen und Bildfernsprechen technisch realisierbar, aber aus Kostengründen kaum einführbar.

Aufgabenstellung und Lösung

Die Erfindung hat zum Ziel, bei den heute noch üblichen Strukturen öffentlicher Fernmeldenetze, also insbesondere in der Teilnehmerebene mit Sternnetzen, die Einführung neuer Dienste, z. B. des Kabelfernsehens und der Bildkommunikation (Bildfernsprechen) mit Fernsehqualität (mindestens 5 MHz Videosignalbandbreite) bei tragbaren Kosten mit technologisch bereits realisierbaren Komponenten zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Kombination des ersten und mindestens eines weiteren der folgenden Merkmale:

b) auf der Sendefaser werden Daten und/oder Fernsprech- sowie Videosignale zur Bildkommuni-

kation vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle jnd auf der Empfangsfaser von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer gemeinsam oder alternativ Fernsehsignale, Videokommunikatioijssignale und Fernsprechsignale bzw. Datensignale jeweils mit Hilfe eines Zeitmultiplex Verfahrens übertragen;

Im einzelnen bedeutet das:

— Im Sternnetz in der Teilnehmerebene, ist jeder Teilnehmer mit der zentralen Vermittlungsstelle über ein Paar Glasfasern verbunden. Die beiden Glasfasern sind für die Senderichtung einerseits und für die Empfangsrichtung andererseits bestimmt und stehen nur dem betreffenden Teilnehmer zur Verfügung. Zur Vermittlung der Schmalbanddienste (Fernsprechen, Datenverkehr) dienen in der zugehörigen, gemeinsamen, zentralen Vermittlungsstelle die bisher üblichen Fernsprechvermittlungseinrichtungen.

— Die Signale für die einzelnen Nachrichtenarten, d. h. für die Schmal- und Breitbanddienste, die der

^J5 betreffende Teilnehmer von der Vermittlungsstelle empfängt bzw. an sie aussendet, werden in den beiden Richtungen jeweils zeitlich ineinander verschachtelt übertragen.

— Videokoppelfelder für Bildkommunikation, d. h. für die Vermittlung von Breitbandkanälen, und für die

Auswahl von Fernsehsignalen, d. h. für die Verteilung von Breitbandkanälen, werden von der Steuerung der Fernsprechvermittlung, also der oben erwähnten Steuerung für die Vermittlung der «5 Schmalbanddienste, mitgesteuert.

Die Verwendung von Glasfasern, die Integration der Dienste in der Teilnehmerebene und die Mitbenutzung vorhandener Vermittlungseinrichtungen bringt erhebliehe Kostensenkungen gegenüber den bekannten Vorschlägen für die Einführung des Kabelfernsehens und des Bildfernsprechdienstes. Auch die Qualitätsanforderungen (Fernsehqualität) können für Bildkommunikation erfüllt werden im Gegensatz zu den bisher erprobten Bildfernsprechsystemen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes erläutert.

Zu jedem Teilnehmer A, B,... wird eine Glasfaser 1 zur Sendung und eine Glasfaser 2 zum Empfang von den &5 Signalen von der nächsten Fernsprechvermittlungsstelle aus verlegt.

Für die Bildkommunikation besitzt der Teilnehmer A, B, ... eine Videokamera 3, deren Basisbandsignale in

dem AD-Wandler in Digitalsignale umgesetzt werden. Vorzugsweise wird hier 4 Bit-DPCM mit ca. 48 Mbit/s für Schwarz-Weiß-Bildübertragung vorgesehen. Eine Umstellung auf Farbbildübertragung mit z. B. 64 Mbit ist ohne Schwierigkeiten möglich. Für die Fernsprechübertragung wird vorzugsweise d-Modulation mit ca. 48 kbit/s benutzt, alternativ könnte auch PCM mit 64 kbit/s eingesetzt werden. Vorzugsweise ist jedoch die Video-Bitrate als ganziahliges Vielfaches der Fernsprech-Bitrate zu wähle--.. Beide Signale werden auf der Sendefaser 1 wie folgt üt ertragen:
Der konstante Bitfluß de; AD-Wandlers 4 wird über den Schalter 5 in die Glasfaser 1 über eine LED oder einen Laser eingespeist. Die Abtastung der Fernsprechsignale in dem AD-Wandler 6 erfolgt durch Frequenzteilung synchron zu dem AD-Wandler 4, so daß bei jedem n-ten Videosignal-Bit (z. B. η = 1000 bei 4 Bit-DPCM mit 48 Mbit/s und ^-Modulation mit 48 kbit/s) ein Fernsprechsignal-Bit am Schalter 7 anliegt. In diesem Moment wird der Schalter 5 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen. Auf diese Weise wird jeder n-te Videosignal-bit unterdrückt und durch ein Fernsprechsignal-Bit ersetzt. Unterdrückt wird dabei jeweils das unkritischste Bit des 4-Bit-DCPM-Wortes [H]. Der hierdurch entstehende Fehler bei der Bildwiedergabe ist kaum erkennbar und kann durch Interpolationsmethoden auf der Seite des Bildwiedergabegerätes völlig unterdrückt werden. Eine Alternative zu diesem Verfahren wäre die Verwendung der bekannte Methode» Ton im Bild«, bei der die Fernsprechsignale in der Zeilenlücke übertragen werden. Dieses Verfahren ist jedoch aul wendiger als das oben erläuterte.

Die Trennung von Bild- und Fernsprechsignal erfolgt dann in der Vermittlungsstelle mit Hilfe der Schalter 9 und 10, nachdem die Lichtimpulse durch eine Avalanche-Diode in elektrische Impulse in bekannter Weise umgewandelt wurden. Bei jedem n-ien Bit öffnet der Schalter 9 und schließt der Schalter 10, so daß die beiden Binärflüsse über die DA-Wandler 11 und 12 in Analogsignale riickgewandelt werden können, wie es das Ausführungsbeispiel der Erfindung vorsieht. Die Fernsprechsignale werden dann über eine in der Fernsprechtechnik übliche Weiche 13 dem konventionellen Sprechwegenetzwerk, Koppelfelder 14, zur Vermittlung zugeführt, während die analogen Videosignale vom DA-Wandler 11 einem neu in der Vermittlungsstelle zu installierenden Videowegenetzwerk, Videokoppelfeld 22, zugeführt werden von der Art, wie es z. B. in [12] beschrieben ist Nicht dargestellt ist die Entnahmeschaltung für die Fernsprechsignalisierung (z. B. Wahlsignale) und die Vermittlungssteuerung, da dies bekannte, eingeführte Einrichtungen sind. Das Videokoppeifeid 22 wird von der Steuerung der Fernsprechvermittlung mit durchgeschaltet.

Die Fernsprechsignale des Gesprächspartners (TIn. B) gelangen über das Sprechwegenetzwerk 14 und die Weiche 13 zu dem AD-Wandler 15 und digitalisiert über den Schalter 17 auf die Empfangsfaser 2 des Teilnehmers A, während die Videosignale von Teilnehmer B über das Videokoppelfeld 22 und den AD-Wandler 16 zur Einspeisung in die Empfangsfaser 2 durch den Schalter 18 geführt werden.

Während die Sendefaser i mit der Bitrate des Videosignals arbeitet, überträgt die Empfangsfaser 2 vorzugsweise mit der doppelten Geschwindigkeit, denn hier soll gleichzeitig noch ein Fernsehprogramm (Fernsehsignal) übertragen werden. Dies geschieht in folgender Weise:

Ein Kabelfernsehstudio liefert vorzugsweise analoge Videosignale in die Vermittlungsstelle (FS-PX, FS-P2, ...), die dort mit Hilfe der AD-Wandler 20.1, 20.2,... in Digitalsignale umgesetzt und an ein Videokoppelfeld 21 ·, weitergeleitet werden. Dieses Videokoppelfeld 21 muß in der Lage sein, die Datenrate von 48 oder 64 Mbit/s durchzuschalten; dies bereitet heute noch einige technische Schw.erigkeiten, dürfte jedoch realisierbar sein. Alternativ dazu kann man wie bei Koppelfeld 22

κι die Videosignale analog durchschallen; das hat dann allerdings den Nachteil, daß jedem Kabelfernsehteilnehmer ein eigener AD-Wandler zugeordnet werden muß, während bei Vermittlung der digitalen Videosignale nur so viele AD-Wandler erforderlich sind, wie Programme vom Studio an die Vermittlungsstelle gleichzeitig geliefert werden können. Der Teilnehmer (z. B. Tin. A) wählt bei Bedarf an Fernsehübertragung zunächst die Vermittlungsstelle mit Hilfe seines Fernsprechapparates 23, die eine bestimmte Nummer erhält. Dann gibt er über eine kleine Tastatur 24, die an das Fernsprechgerät 23 angeschlossen ist, die Nummer des gewünschten Programmes ein, die die Steuerung der Vermittlung — wie jede Wahlinformation — entgegennimmt Die Steuerung schaltet dann das gewünschte Programm in dem Koppelfeld 21 auf die Spalte des Teilnehmers A, so daß dieser die digitalen Fernsehsignale über den Schalter 19 auf seiner Empfangsfaser 2 erhält. Es ist nun — entsprechend des Ausführungsbeispiels der Erfindung — notwendig, daß die AD-Wandler 15, 16, 20.1,

so 20.2, ... synchron arbeiten. Während der Dauer eines Binärzeichens aus den Wandlern 16 und 20.1 schaltet erst der Schalter 18 und dann der Schalter 19 einmal durch. So gelangen die Bildkommunikationssignale und die Fernsehsignale im Zeitmultiplex auf die Empfangsfa-

ser 2, die mit der doppelten Videobitrate überträgt. Die Fernsprechsignale werden wieder wie bei der Sendefaser 1 anstelle jedes n-ten Videosignalbits des Bildkommunikationssignals über den Schalter 17 in die Empfangsfaser 2 eingespeist. Über die Tastatur 24 kann

auch vom Kabelfernsehstudio ein Einzelprogramm abgefordert werden, das dann den gleichen Weg nimmt,

wie die ständig an den Wandlern 20.1, 20.2, ...

anliegenden Standardprogramme.

Aus diesen Erläuterungen folgt praktisch zwangsläufig der Empfangsvorgang an Teilnehmer A (Tin. A):
Die Schalter 25,26,27 werden zyklisch im Rhythmus der eintreffenden Signale geschlossen, so daß an die DA-Wandler 28 das Fernsehsignal, 29 das Bildkommunikationssignal und 30 das Fernsprechsignal gelangen.

Nach der DA-Wandlung werden die Signale dem Fernsehgerät (FS)M, dem Bildfernsprechgerät (Bit) 32 und dem Fernsprechgerät 23 zugeleitet

Beim Teilnehmer und in der Vennitilungsste'ie sind Synchronisiereinrichtungen erforderlich, die nicht dar-

gestellt wurden, da diese Stand der Technik sind. Es sei nur noch erwähnt, daß erfindungsgemäß jeweils in der Bildaustastlücke Synchronisiersignale gesendet werden, die zur Unterscheidung der Fernseh-Bfldkommunikations- und Fernsprechsignale dienen. Dies geschieht in der Weise, daß durch ein Synczeichen der Beginn eines Bildkommunikationssignals pro Halbbild festgelegt wird. Auf der Empfangsseite der Faser 1 zählt dann ein Zähler π — 1 Empfangsbits ab, so daß das n-te Bit, das zum Sprachsignal gehört, über Schalter 10 entnommen

werden kann. In der gleichen Weise wird auf der Empfangsseite der Faser 2 verfahren, nur daß hier auf jedes digitale Bildkommunikationszeichen unmittelbar ein Fernsehzeichen folgen kann.

Vorteile der Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik

Das heutige Fernsprechnetz hat z. Z. ca. 12 Mio. Teilnehmer, für 15 Mio. Anschlüsse ist vermutlich bereits das Teilnehmernetz verlegt. Die mittlere .eitungslänge vom Teilnehmer bis zum ersten Vermittiingsamt beträgt 1,3 km. Eine Teilnehmerleitung be-Meht aus zwei Kupferadern mit (vorwiegend) 0,6 mm Ourchmesser. Mit diesen Zahlen läßt sich leicht ausrechnen, daß unser Fernsprech-Teilnehmeranschlußietz allein schon ein Kupferbergwerk mit 100 000 Tonnen Kupfervorkommen darstellt. Der Wert dieses Kupfer beträgt nach heutigen Preisen ca. 600 Mio. DM.

Ersetzt man die beiden Kupferadern durch zwei Glasfasern, dann ergeben diese 2 χ 15 Mio. χ 1,3 km Fasern ein Glasgewicht von 200 Tonnen bei 50 μΐη Faserdurchmesser.

Dies allein zeigt bereits einen Vorteil, der beim Ersatz der Teilnehmerkupferleitungen durch Glasfasern entsteht. Das hier vorgeschlagene System spart das Teilnehmerleitungsnetz für Kabelfernsehen und für die Bildkommunikation, da diese Dienste von der Fernsprechteilnehmerleitung mit übernommen werden. Die dafür erforderlichen optischen Kanäle sind bereits heute realisierbar, da LED als Sender verwendet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integriertes Nachrichtensystem, in dem in der Teilnehmerebene Bild-, Ton- und Datensignale vermittelt und über gesonderte Glasfasern für die Sende- und für die Empfangsrichtung übertragen werden, gekennzeichnet durch die Kombination des ersten und mindestens eines weiteren der folgenden Merkmale: