DE2615592A1 - Datenuebertragungs-zeitsteuersystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL KERN, FEi LER & HÄNZEL

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Data Transmission Company
Vienna, Va₀, V_#St_eA.

Datenübertragungs-Zeitsteuersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überland-Datenübertragungssystem bzw» -netz und betrifft insbesondere ein voll
synchron arbeitendes Zeitsteuersystem für ein derartiges
Übertragungsnetzc Dieses System besteht aus einer Reihe von Netzstationen-Taktgebern an jeder Vermittlungsstation, von welcher Abzweig-Fernleitungen abgehen, sowie an den Endstationen, an denen die Fernleitungen enden_o

In den letzten zehn Jahren sind eindrucksvolle Fortschritte auf dem Gebiet der Rechnertechnologie gemacht worden, beispielsweise bezüglich leistungsstarker Rechen- und Periphergeräte, wie erweiterte Speicher, größere Speicherplatten,
Multiprozessoren, kostensparende Datenanschlüsse, tragbare Datenregistriergeräte und sogar Kleinrechner«, Diese Fortschritte zogen die Aufmerksamkeit auf den Gesamtbereich der Datenübertragungsdienste, da die Anwendung zahlreicher solcher Dienste für öffentliche Interessen ungeachtet der Vorteile aufgrund mangelnder Verfügbarkeit zweckmäßiger, wirt-

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INSPECTED

schaftlicher Datenübertragungseinrichtungen bisher nicht möglich war ο

Digitaldaten unterscheiden sich ganz erheblich von den Sprachübertragungen und der Übermittlung von persönlichen Nachrichten oder Mitteilungen, für welche die derzeit verwendeten Analog-Gemeinschaftsträgereinrichtungen ausgelegt sind₀ Die derzeit gebräuchlichen Analogsysteme sind im Laufe der Jahre aus einfachen Anfängen entwickelt worden, die nur wenige der derzeitigen Erfordernisse des die gesamte Nation umspannenden Datenaustauschmarkts umfaßten. Um neuen Anforderungen zu genügen, wurden diese Systeme entsprechend modifiziert, und zwar stets im Hinblick auf das Erfordernis, daß eine Vereinbarkeit oder Verträglichkeit mit der Analogübertragung von Sprachsignalen von vorrangiger Bedeutung ist.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist in den US-Poen 3 823 401 und 3 823 597 ein Sammel- oder Gemeinschaftsträgersystem offenbart, das speziell für die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Datenübermittlung ausgelegt und für die Bedienung des Datenaustauschmarkts aufgebaut ist und dabei Nutzen aus der sich ergebenden Wirtschaftlichkeit bei grobem Maßstab zieht. Dieses, derzeit im Bau befindliche System überspannt die Vereinigten Staaten von Amerika von Küste zu Küste mittels einer Mikrowellen-Hauptfernleitung (microwave backbone trunk) mit davon abgehenden Abzweig-Fernleitungen zur Bedienung weiterer Städte. Dieses Datenübertragungssystem besteht aus drei Grundelementen, nämlich einer Mikrowellen-Hauptfernleitung, einem Schaltsystem und einem lokalen Verteiler- oder Vermittlungsnetz. Diese Elemente sind in einen: Strecken-Datenübertragungssystem oder -netz (end-to-end daxa communication system or network) integriert, das speziell für die Übermittlung von Digitaldaten ausgelegt ist=, Dieses Syst.era wendet das Zeitteilungs-Multiplexen zur maximalen Ausnutzung des Frequenzspektrums an, und es verwendet einen Zeitteiler-

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schalter (time division switch), so daß praktisch alle an das System angeschlossenen Datenanschlüsse mit jedem anderen Datenanschluß in Digitalverbindung geschaltet werden können·

Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Synchronzeitsteuersystem für ein Netz der genannten Art. Das Hauptelement des Systems, welches das System synchronisiert hält, ist der Netzstation-Takt- oder-Zeitgeber. Diese Zeitgeber befinden sich an jeder Vermittlungsstation, von welcher die Abzweig-Fernleitungen abgehen, und an jeder Anschluß- oder Endstation bzw. jedem Endamt, an denen die Abzweigleitungen enden. Alle einzelnen Niedriggeschwindigkeitskanäle im System werden von Multiplexern an den Endstationen abgenommen. Der Stationszeitgeber stellt eine bit-synchronisierte Takt-oder Zeitgeberquelle für jeden Multiplexer an der Vermittlungsstation oder an der Endstation dar«,

Ein Stations-Zeitgeber besteht aus drei hauptsächlichen Hardwaie-iSlöcken, nämlich einem Taktgenerator, einem Synthesizer und einem Regler« Der Taktgenerator liefert das Haupt-Taktsignal für die Station und stellt für den Synthesizer eine Quelle für die Abnahme aller anderen, erforderlichen Zeitsteuersignale für die Station dar. Der Regler stellt den Ausfall eines der dreifach vorhandenen Taktgeneratoren nach einfachen Vergleichs- und Mehrheitswahlprinzipien fest. Dies schließt die Entscheidung und Datenreformation für Vergleichszwecke ein_e

Einer der Hauptbauteile des Zeitsteuersystems ist der Taktgenerator, der an jeder Netzverzweigungsstation, die einen Knotenpunkt im Netzwerk darstellt, einen spannungsgesteuerten Hochpräzisions-Kristalloszillator verwendet, welcher die eingehenden Zeitsteuer- bzw« Taktgrößen in einer phasenstarren Regelschleife synchronisiert, so daß ein ausreichend regel- _we barer Frequenzbereich gewährleistet und dennoch eine vergleichs

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hohe Stabilität aufrechterhalten wird. Bei diesem System wird "Zittern" bzw_e ein Synchronisationsfehler des vom Übertragungskanal abgenommenen Bezugstakts durch Verwendung des Äquivalents eines phasenstarren Kristalloszillatorsystems mit hohem Q-Wert beseitigte Bei dieser Anordnung ist die absolute Zeithaltung in bezug auf das Primärstandard ohne Bedeutung für die synchrone Taktsteuerung im Netz, vielmehr ist lediglich die Relativfrequenz im Netz von Wichtigkeit. Die Synchronisation wird hierbei durch eine Anordnung erzielt, die kostensparend ist und hohe Zuverlässigkeit sowie gute Wartbarkeit besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Datenübertragungsnetzes nebst einem verbesserten Taktoder Zeitsteuersystem für dieses Netz_e

Bei diesem Datenübertragungsnetz sollen alle betrieblichen Hauptbauteile voll synchronisiert sein, und dieses Netz soll eine Mikrowellenfunk-Hauptfernleitung mit einer Vielzahl von Vermittlungs- und Endstationen bzw. -ämtern aufweisen, die jeweils einen Taktgeber enthaltene

Bei dieser Mikrowellen-Hauptfernleitung sollen Abzweigungen (spurs) mit einer Anzahl von Stationen vorgesehen sein, wobei die eine Station einen Haupttaktgeber und die andere Station an den Haupt takt geber angekoppelte Taktgeber aufweist,,

Die Erfindung bezweckt damit auch die Schaffung eines Taktgebersystems für ein Datenübertragungsnetz, mit einem Kristalloszillator in einer phasenstarren Regelschleife_o

Im Zuge der genannten Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Schaffung eines Datenübertragungsnetzes mit mehreren auf Zeitteilerbasis arbeitenden Multiplexer/Demultiplexern mit unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeiten, wobei der Takt für alle Multiplexer vom Systemtaktgeber erhalten wird.

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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Darstellung eines transkontinentalen Datenübertragungssystems gemäß der Erfindung, das sich von San Francisco an der Westküste der Vereinigten Staaten von Amerika zur Ostküste erstreckt,

Figo 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Zeitmultiplexsystems,

Fig. 3 ein Blockschaltbild, welches den Anschluß eines Zeitteilschalters an eine Endstation-Multiplexerrangordnung beim erfindungsgemäßen System zeigt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Haupt-Nebentaktgeberverteilersystems für das synchrone Datenübertragungsnetz gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer typischen Vermittlungsstation in der erfindungsgemäßen Mikrowellen-Hauptfernleitung,

Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Digitalstationstaktgebers zur Veranschaulichung der verschiedenen Taktgeberein- und -ausgänge,

Fig. 7 ein detaillierteres Blockschaltbild des Digitalstati ons takt gebe rs gemäß Fig. 6 und

Figo 8 ein noch detaillierteres Blockschaltbild des Taktgeberbzw« Zeitsteuer-Untersystems eines Abschnitts des Taktgebers gemäß Fig« 7 mit einem zugeordneten elastischen Digitaldatenspeicher«,

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Das in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete System gemäß der Erfindung weist eine Reihe von untereinander verbundenen Mikrowellen-Hauptfernleitungen 12 mit hoher Kanaldichte auf, die einer Route zwischen .San Francisco, Los Angeles, Dallas, Minneapolis, St. Paul, Atlanta und Boston folgen. Da allgemein vorausgesetzt wird, daß der Markt für Datenübertragungsdienste ein großes Ausmaß annehmen wird, sobald wirtschaftliche Digitaldatenübermittlungsdienste zur Verfügung stehen, ist der Verlauf des Systems auf der Karte so aufgetragen, daß einer möglichst großen Zahl von potentiellen Teilnehmern ein einfacher Zugang zum System ermöglicht wird»

Das erfindungsgemäße System ist vom Gemeinschaftsträgertyp, wobei eine abgestufte Skala von Datenfolgen auf geschalteter oervice-Basis angeboten wird, um dem wachsenden Bedarf für zuverlässige, verfügbare und wirtschaftliche Datenübertragungseinrichtungen zu entsprechen, dabei aber die Vereinbarkeit mit bestehenden Datenübermittlungsanschlüssen aufrechtzuerhalten. Die Grundfrequenz des Systems beträgt 4800 Bits pro Sekunde, doch können gewünschtenfalls auch andere, höhere Frequenzen von z«B. 9600, 19200 und sogar 48000 Bits/s vorgesehen werden. Das System ist insofern für die herkömmlichen binären Digitaldaten vollständig transparent bzw. durchlässig, als ein Teilnehmer seine Signale nicht auf eine andere Übertragungsart umzuwandeln braucht, weil die Digitalsignale in ihrer ursprünglichen Form über das System übertragen werden können. Jede Mikrowellenstation in der Hauptfernleitung ist regenerativ, so daß sie das Symbol bzw. Bitmuster wiederherstellt und ein neues, deutliches und konditioniertes Signal überträgtc Das System zieht vollen Nutzen aus den TDM- bzw_e Zeitmultiplextechniken zur Erhöhung des Wirkungsgrads bzw. der Leistung der Datenübertragung₀ Die nach dem Zeitmultiplexverfahren erhaltenen signale werden an einen Modulator angelegt, der ein Mehrphasensignal liefert, das dann durch den Sender weiter verstärkt und zur Übertragung an eine

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.antenne angelegt wird,, Bei der TDM- bzw. Zeitmultiplextechnik wird .jedem Datenkanal ein bestimmter Zeitschlitz für die Datenübertragung zugeteilt.

ule Fernleitung 12 gemäß Figo 1 besteht aus Mikrowellenstationen, die jeweils entweder aus einem Verstärker (repeater) oder einem Zweig verstärker bestehen,. Jeder Verstärker dient zum Smpfangen, Verstärken und Übertragen aller Kanäle des Mikrowellenpfades ο Ein Zweigverstärker besitzt die zusätzliche Fähigkeit, die Einfügung eines Teils des Kanals zuzulassen₀ Die abgefallenen Kanäle können an diesem Punkt an einen Anschluß geführt oder über eine Mikrowellenabzweigung übertragen werden, um nicht auf der Hauptroute liegende Orte zu bedienen» An das Mikrowellensystem sind zwei Arten von Schaltämtern angeschlossen, von denen die eine als Regionalamt (RO) zur Steuerung der Aktivität bzw, des ßelegungszustands des Netzes und die andere als Bezirksamt (DO) bezeichnet wird. Jedes Regionalamt übt die Kontrolle über bis zu zehn Bezirksämter aus, an denen Lokalanschlüsse hergestellt werden oder an denen die Fernleitungskreise anfangen bzw₀ enden_o Jedes Bezirksamt des Netzes kann mit allen Regionalämtern in Verbindung treten und Endpunkte für etwa 1000 bis 10 000 Anschlüsse bieten*

Fig, 2 ist ein vereinfachtes Gesamt-Blockschaltbild des Grundsystems 10 gemäß Fig. 1, Bei diesem System ist ein erster Satz von Digitalteilnehmern 14 an einer Stelle des Systems mit einem zweiten Satz von Digitalteilnehmern bei 16 verbunden. Die Digitalteilnehmer sind dabei über lokale Digitalverteilerschleifen 18 bzw, 20 geschaltet«, Das lokale Verteilersystem ist über Digital-Schaltkreisschalter 22 und 24 an das Fernleitungssystem 12 angeschlossen· Auf ähnliche Weise ist das lokale Verteilersystem 20 über Digital-Schaltkreisschalter und 28 in die Fernleitung eingeschaltet«,

Die Übertragungen von den Digitalteilnehmern 14 gelangen über

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das lokale Verteilersystem 18 und den Schalter 22 zu einem Multiplexer 30, einem Modulator 32 und einem Sender 34, wo sie mittels einer Mikrowellenantenne 36 (und erforderlichenfalls über geeignete Verstärker) durch die Luft zu einer Empfangsantenne 38 übertragen werden_o Die empfangenen Signale laufen durch einen Empfänger 40, einen Demodulator und einen Demultiplexer 44, wobei sie über den Digital-Schaltkreisschalter 26 und die lokale Digitalverteilerschleife 20 an die Teilnehmeranschlüsse 16 angelegt werden» Auf ähnliche Weise werden die Signale von den Teilnehmeranschlüssen 16 über die lokale Verteilerschleife 20 und den Digital-Schaltkreisschalter 28 zu einem entsprechenden Multiplexer 46, einem Modulator 48, einem Sender 50 und einer Sendeantenne 52 geleitete Diese Signale werden von einer Empfangsantenne 54 aufgenommen und über einen Empfänger 46, einen Demodulator 58 und einen Demultiplexer 60 geleitet, um über den Digital-Schaltkreisschalter 24 und die Lokalschleifen 18 zu den Teilnehmeranschlüssen zu gelangen« Für die verschiedenen Komponenten sind bei 62 angedeutete Stromversorgungen vorgesehen, die aus den kommerziellen Stromnetzen, lokalen Generatoren zur Unterstützung und Batterie-Stromversorgungen bestehen, die ebenfalls zur Unterstützung dienen und durch die Generatoren aufladbar sind₀

Gemäß Fig. 2 beginnt und endet das Gesamtsystem mit den Digital teilnehmeranschlüssen_e Wie am äußersten rechten und linken Ende des Blockschaltbilds angedeutet, handelt es sich dabei um Datenquellen und -senken bzw«, Aufnahmestellen· Jeder Teilnehmer ist mittels einer lokalen Digitalverteilerschleife an das Gesamtsystem angeschlossen. Diese Schleifen sind ihrerseits an einen Digital-Schaltkreisschalter angeschlossen, welcher einen zweckmäßigen Schaltkreis für die eingeleitete Datenübertragung oder die Adresse auswählt, an welcher die eingehenden Daten beendet werden.

Beginnend mit der linken oberen Seite des Blockschaltbilds von

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2, ist ersichtlich, daß die Digital-Schaltkreisschalter über mehrere Dateneingangskanal-Kopplungsstufen mit dem Multiplexer gekoppelt sind_o Der Multiplexer 30 vereinigt die einzelnen Datenkanäle zu einem einzigen Hochgeschwindigkeit-Datenstrom, der eine Betriebsfrequenz von etwa 20 Megabits besitzt und der an den Modulator 32 angelegt wird, welcher ein 8-Phasensignal erzeugt, das wiederum durch den Sender 34 verstärkt und zur Übertragung an die Antenne 36 angelegt wird. Das empfangene Signal wird zunächst im Empfänger 40 verstärkt und dann im Demodulator 42 demoduliert, in welchem der Datenstrom außerdem konditioniert wird, um ein klares Hochgeschwindigkeit-Datensignal als Eingangssignal für den Demultiplexer 44 zu liefern. Letzterer trennt das zusammengesetzte Hochgeschwindigkeitssignal in entsprechende Untergruppen auf und legt diese Datenströme an den Digital-Schaltkreisschalter 26 an. Die Aufgabe dieses Schalters besteht darin, die entsprechenden Signalkanäle an die jeweiligen Teilnehmeranschlüsse oder Adressaten zu richten und diese Signale an die Datenabnahmesteilen anzulegen·

Da die gesamte Arbeitsweise voll im Duplexverkehr erfolgt, können die durch die Datenquellen oder -generatoren an den Teilnehmerstellen erzeugten Signale gleichzeitig zum anderen Ende des Systems zurück übermittelt werden. Die Datenverarbeitung entsp rieht der eben beschriebenen, weil die zwei Kanäle an Ober- und Unterseite des Blockschaltbilds gemäß Figo 2 identisch sind, wobei einer einen Signalweg von links nach rechts herstellt und der andere die Datenquellen an der rechten Seite sowie die Datenabnahmesteilen an der linken Seite bediente

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer typischen Dreistufenoder Dreipegel-Multiplexerrangordnung zur Bildung eines allgemein mit 70 bezeichneten Zeitmultiplexsystems. Die Teilnehmeroder Kunden-Digitalverbindungskonsole (DCC) 72 ist dabei, wie

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dargestellt, an einen A-Pegel-Multiplexer/Demultiplexer 76 (A-mux) angeschlossen, der seinerseits an einen mit B-inux bezeichneten B-Pegel-Multiplexer/Demultiplexer 80 angeschlossen ist. Letzterer ist seinerseits mittels eines Schalters 82 über eine Leitung 84 an einen Zeitteilschalter 86 angeschlossen, der eine Anzahl von Jchalterstraßenmodulen (oHM = switch highway modules) 88 aufweist. Falls an diesem Ende der Leitung kein Schalten erforderlich oder erwünscht ist, kann der Schalter 86 betätigt werden, um den Ausgang des B-Multiplexer/Demultiplexers 80 unmittelbar mit einem mit ü-mux bezeichneten C-Pegel-Multiplexer/Demultiplexer 92 zu verbinder., der seinerseits über ein Fernleitung-Funkgerät mit einer ^ende Empfangsantenne 94 verbunden ist. Zusätzliche Eingänge zu den Einheiten 76, 80 und 92 sind durch die Eingang/Ausgangsleitungen 74, 78 bzw,, 90 dargestellte Es ist zu beachten, dai. zahlreiche Konsolen 72 mit der Einheit 76 und mehrere dera.rtige Einheiten entweder unmittelbar oder über den Zeitteilschalter 86 an die Einheit 92 angeschlossen sind, so daß eine Multiplexer/Demultiplexer-Rangordnung (hierarchy) gebildet wird, bei welcher die rechte iieite (gemäß Fig_a 3) jedes Multiplexers an einer höheren Frequenz liegt als der vorher ge Ls= nde Multiplexer der Rangordnung.

Die Verbindung bzw» Schaltung der Einheiten (A-mux und b-mu:>:) 76 und 80 gemäß Fig_o 3 veranschaulicht die Übertragung un^r., den Empfang über die Mikrowellenfernleitung mittels aer Antenne 94, wobei diese Verbindung, wie dargestellt, je nach Fall entweder unmittelbar oder über den Zeitteilschalter 6c erfolgt«, Ein lokales Schaltsystem ist durch die zusätzliche Konsole 72 \ die A-Pegel-Multiplexer/Demultiplexereinheit (A-mux) 76^f und die B-Pegel-Einheit (B-mux) SO¹ dargestellt. Diese Einheiten bilden einen Teil eines lokalen Verteilerbzw. Vermittlungssystems, welches lokale Rufe über den Zeitteilschalter 86, wie durch die Eingangsleitung 96 zum behälter angedeutet, und die Ausgangsleitung 98 zur Einheit 80* zurück-

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schaltete Es ist darauf hinzuweisen, daß der Zeitteilschalter öS jeden Eingang mit jedem Ausgang verbinden kann, so daß er 3ovvohl Fernleitungsrufe als auch lokale Rufe schalten kann, louei die beiden unterschiedlichen Fälle durch die beispielhaften Konsolen 72 und 72' angedeutet sind₀

Einzelheiten der in Fig. 3 dargestellten Multiplexerrangfolge sind weiten Änderungen zugänglich, und sie können auf vielfältigen Überlegungen beruhen«, Lediglich als Beispiel kann kurz gesagt werden, daß die A-Pegel-Einheit 76 an ihrer niedrigen Seite an 34 Kanäle 74 angeschlossen sein kann, so daß sie eine maximale Übertragungsfrequenz von 4,8 Kilobits pro oekunde besitzt. Die hohe Seite der Einheit 76 besitzt eine ßitfolge von etwa 168 Kilobits/s, was durch synchrone Bitverschachtelung und andere Techniken erreicht wird, und 15 A-Pegel-Einheiten müssen an die niedrige Seite der B-Pegel-Einheit 80 angeschlossen sein, so daß die hohe Seite der Einheit 80 eine synchrone Bitfolge von 2,668 Megabits pro Sekunde besitzt. Dabei sind zehn B-Pegel-Einheiten 80 an die niedrige Seite der C-Pegel-Einheit 92 angeschlossen, so daß die hohe Seite der C-Pegel-Einheit 92 eine Bitfolge von 21,504 Megabits pro Sekunde besitzt. Hierdurch werden insgesamt 4480 4,8-Kilobits pro Sekundenkanal gewährleistete

Figo 4 ist ein Blockschaltbild eines Teils der Mikrowellen-Hauptfernleitung 12_e Mit J bezeichnete Vermittlungsstationen sind dabei bei 100, 102, 104 und 106 dargestellte Mit R bezeichnete Verstärker sind bei 108, 110 und 112 dargestellt. Jede Vermittlungsstation ist über zugeordnete Leitungen 114, 116, 118 und 120 angeschlossen«, Diese Mikrowellen-Übertragungsleitungen sind mit Klemmen oder Anschlüssen 122, 124 und 128 verbunden, die mit T bezeichnet sind.

Jede Vermittlungsstation 100 bis 106 enthält drei C-Pegel-Einheiten der in Fig. 3 bei 92dargestellten Art, nämlich je

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eine Einheit für jede der drei in die Vermittlungsstation einlaufenden Leitungen. Die eingehenden Daten werden demultiplext und dann erneut multiplext, bevor sie entweder längs der Fernleitung weitergesandt oder zu dem mit dieser Vermittlungsstation verbundenen Anschluß geleitet werden. In den Vermittlungsstationen sind außerdem Zeit- bzw_e Taktgeber 130, 132, 134 und 136 vorgesehen,, Einer dieser Stationen-Taktgeber, etwa der Taktgeber 132, ist willkürlich als mit M bezeichneter Haupttaktgeber ausgewählt, während alle anderen, mit S bezeichneten Taktgeber des Systems an ihn angekoppelt sind. Wie durch die Pfeile an den Leitungen 138, 140 und 142 angedeutet, liefert der Haupttaktgeber 132 Zeitsteuersignale an die drei C-Pegel-Einheiten in der Vermittlungsstation 102_o Der Nebentaktgeber, z.B. der Taktgeber 134, empfängt - wie durch den Pfeil auf der Leitung 144 angedeutet - Zeitinformationen vom Haupttaktgeber 132 und liefert diese Zeitinformationen zu nachgeschalteten Nebentaktgebern auf der Leitung, wie dies durch den Pfeil auf Leitung 146 angedeutet ist, sowie zum Anschluß 126 über die Leitung 148. Auf ähnliche Weise empfängt ein Nebentaktgeber an der anderen Seite des Haupttaktgebers 132, etwa der Taktgeber 130, auf die durch den Pfeil an der Leitung 150 angedeutete Weise Zeitinformationen vom Haupttaktgeber über die Fernleitung, und er liefert diese Informationen über die Leitung 152 in dieser Richtung zu den nachgeschalteten Stationen auf der Leitung sowie zu seiner End- oder Anschluß-C-Pegel-Einheit über.die Leitung 154.

Fig« 5 ist ein etwas detaillierteres Blockschaltbild der Vermittlungsstation 104e Diese Station enthält einen West-Smpfänger I56, einen West-Sender 158, eine West-C-Pegel-Einheit 160, eine Ost-C-Pegel-Einheit 162, einen Ost-Sender 164 und einen Ost-Empfänger 166« Außerdem weist sie eine Endleitungs-C-Pegel-Einheit 168_S einen End- bzw· Anschlußsender 170 und einen -empfänger 172 aaf_e Ein mit DSC bezeichneter Datran-Stationstaktgeber 134 arbeitet auf 21,504 MHz und liefert

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diese Frequenz als Zeitsteuersignal über eine Leitung 146 zur C-Pegel-Einheit 162 und über eine Leitung 148 zur End-C-Pegel-Einheit 168_O Das 21,504-MHz-Zeitsteuersignal vom Haupttaktgeber wird vom West-Empfänger 156 abgenommen und über eine Leitung 174 an den Nebentaktgeber (DSC) 134 angelegt, der seinerseits das Zeitsteuersignal über eine Leitung 176 zur C-Pegel-Einheit 160 liefert«, Die Arbeitsweise des Taktgebers 134 wird durch eine Störungs-_t Alarm- und Steuerschaltung (FACS) überwacht, die im gestrichelten Kästchen 147 angedeutet ist,

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des Datran-Stationstaktgebers 180, welcher dem Vermittlungstaktgeber gemäß Fig. 4 ähnelt, nur mit dem Unterschied, daß er für die Verwendung an einer End- oder Anschlußstation vorgesehen und zu diesem Zweck mit zusätzlichen Ausgängen für die B-Pegel- und A-Pegel-Einheiten der in Fig. 3 bei 76 bzw« 80 dargestellten Art, die in der End- oder Anschlußstation vorgesehen sind, versehen ist«. Der Taktgeber 180 gemäß Fig_o 6 weist einen ersten Satz von auf 21,504 MHz liegenden Ausgängen für die Stations-C-Pegel-Einheit (bei 182 angedeutet), einen zweiten Satz von Ausgängen 184 mit einer Frequenz von 2,688 MHz für die B-Pegel-Einheit und einen an einer Frequenz von 168 kHz liegenden dritten Satz von Ausgängen 186 für die A-Pegel-Einheit auf. Zusätzlich weist er Alarmausgänge 188 auf, und er wird, wie durch die Leitung 190 angedeutet, durch eine -48«V-Gleichspannungsversorgung betrieben. Die Zeitsteuersignale vom Haupttaktgeber gelangen in den Stationstaktgeber 180 über eine von drei Funkleitungen 192, wobei die betreffende Funkleitung entweder von Hand durch die Bedienungsperson bei der Installation des Systems oder durch Fernsteuerung vom FACS-System gewählt wird ο

Eine Unterbrechung des kontinuierlichen Zeitsteuersignalstroms vom Haupttaktgeber zum Nebentaktgeber 180 kann letzte-

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ren veranlassen, vorübergehend auf die Haupttaktgeberbetrie bsart überzugehen. Während der Rückkehr von seiner vorübergehenden Haupt- auf die Nebentaktgeberbetriebsart nach Rückkehr des Haupttaktgebersignalstroms kann der Takt durch ein Steuersignal von der C-Pegel-Einheit erhöht werden, wobei dieses Steuersignal zur Erhöhung der Taktfrequenz über eine Erhöhungsleitung 194 an den Taktgeber angelegt wird. Auf ähnliche Weise hat ein über eine Steuerleitung 196 angelegtes Signal von der C-Pegel-Einheit eine Verringerung der Taktfrequenz des Stationstaktgebers 180 zur Folge. Der Zweck dieser Frequenzerhöhung oder -verringerung besteht in einer Wiederzentrierung der "elastischen" (elastic) Speicherposition in der C-Pegel-Einheit. Ein Signal wird zur Anzeige der Rückstellung (recovery) über eine Leitung 198 vom Taktgeber an die C-Einheit-Steuerschaltung abgegeben, wodurch angezeigt wird, daß der Taktgeber in seine Nebentaktgeberbetriebsart zurückgekehrt ist und unter automatischer Frequenzsteuerung der C-Pegel-Einheit arbeitet.

Fig. 7 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des Stationstaktgebers 180 gemäß Fig. 4. Der Taktgeber weist als Grundbauteile drei Zeitsteuer- bzw. Taktgeneratoren, von denen zwei in gestrichelten Linien angedeutet und einer in ausgezogenen Linien bei 200 dargestellt ist, in Verbindung mit einer automatischen Betriebsart-Steuereinheit auf, die ebenfalls dreifach vorgesehen ist, wobei zwei Einheiten in gestrichelten Linien und eine bei 202 in ausgezogenen Linien dargestellt sind. Diese in Dreifachredundanz vorgesehenen Elemente werden nach Mehrheitswahltechnik (majority voting function) über Mehrheitslogikfunktionsblöcke 204, 206, 208 und 210 betrieben» Die Aufgabe der automatischen Betriebsartsteuereinheit 202 besteht darin, die Frequenzen und Signalpegel der drei Zeitsteuer- bzw. Taktgeneratoren zu vergleichen und über einen Schalter 210 unter der Steuerung durch den Mehrheitslogikfunktionsblock 206 an die Ausgangsleitung 212 ein Ausgangs-

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signal von dem Taktgenerator zuzuführen, welcher in der Frequenz und im Signalpegel dem Durchschnitt aller drei Generatoren am nächsten liegt„ Ein Ausgangssignal wird zur C-Eegel-Einheit über 21,504 MHz-Treiberstufen 214, zur B-Pegel-Einheit über einen Teiler 216 und Treiberstufen 218 und zur A-Pegel-Einheit über einen Teiler 220 und Treiberstufen 222 geleitet. Bei 224 ist eine Zustands- und Alarmeinheit angedeutet, die an das Störungs-, Alarm- und Steuersystem 147 angekoppelt ist. Die Auswahl des Takteingangs vom Haupttaktgeber erfolgt von Hand über einen Schalter 224_o

Fig. 8 ist ein noch detaillierteres Blockschaltbild der Hauptbauteile des Taktgebers 180 gemäß Fig. 7· Neben der Taktgeberkonstruktion zeigt Fig. 8 auch die eingehenden Daten auf der Leitung 226 und eine "elastische" Digitaldatenspeicherschaltung 228, die in die C-Pegel-Multiplexer/Demultiplexer-Einheit (C-Pegel-Einheit) und eine Ausgangsdatenleitung 230 einbezogen ist. Die Eingangsleitung 232 ist mit einer Taktextrahierschaltung 234 verbunden, die in den Mikrowellenfunk-Empfänger/Demodulator einbezogen ist und die über eine Leitung 236 einen Phasenkomparator 238 speist. Letzterer bildet einen Teil einer phasenstarren Eegelschleife mit einem Tiefpaßfilter 240, einem Analog/Digital-Wandler 256, einem Digitalfilter und -speicher 258, einem von 262 her gesteuerten Multiplexer 260, einem Digital/Analog-Wandler 264, einem spannungsgesteuerten Kristalloszillator 242, einem Impulsformnetz 244 und einer Rückkopplungsleitung 246 zum Phasenkomparator« Die Leitung 246 liefert außerdem ein Signal vom Impulsformnetz über eine Leitung 248 zu einem Prioritätstakt- bzw« -zeitsteuerschalter 25O, welcher die Auswahl unter der Steuerung eines Signals auf den Signalleitungen 248, 252 und 254 vornimmt. Die Position des "elastischen⁹¹ Digitaldatenspeichers 228 wird über Leitungen 268 und 270 zur Steuerung der Frequenzerhöhung !bzw» -verringerung des Oszillators VCXO 242 über den Digitalfilter und -speicher 258 verwendet, land zwar unter ©inem anderen Steuersignal 272 zum Datenspeicher 228.

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Der Schaltkreis gemäß Fig. 8 wirkt als Taktgeber, als Synchronisierschaltung, als "elastische^·" Speicher und als Reduzierschaltung für Datenimpuls-Taktzittern. Der Digitaldatenstrom wird durch die Taktextrahierschaltung 254 zur Erzielung einer Eingangsdatenzeitsteuerung vom Datenstrom verarbeitete Ein doppelt abgestimmter Kristall dient zum Extrahieren einer Sinuswelle, deren Frequenz der Digitaldatenfrequenz entspricht. Die Sinuswellen werden dann zur Lieferung der gewünschten Art der Einschreibimpulszeitsteuerung verarbeitet· Obgleich Sinusphasenkomparatoren verwendet werden können, werden Digitalphasenkomparatoren bevorzugt. Der Digitalphasenkomparator 238 besteht aus einem Flip-Flop, das durch die eingehenden Takt- oder Zeitsteuereinschreibimpulse gesetzt und durch die lokalen Bezugstakt-leseimpulse rückgestellt wirde Der Gleichspannungspegel des Rechteckimpulses am Ausgang des !Comparators ist dem Phasenunterschied zwischen den Einschreib- und Leseimpulsen linear proportional. Ein Tiefpaßfilter 240, bestehend aus einem RC-Glied oder einem komplizierteren Verzögerungsnetz, dient zur Glättung der Komparator-Ausgangsspannungο Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters dient zur Herbeiführung einer Änderung der reaktiven bzw. Blindimpedanz des Oszillators 242. Die reaktive Änderung verursacht eine Änderungfcier Oszillatorfrequenz in einer solchen Richtung, daß der Phasenunterschied zwischen den Einschreib- und Leseimpulsen abnimmt. Das Impulsformnetz 244 verarbeitet das Sinusausgangssignal des Oszillators zur Erzielung der geeigneten Digitalimpulse für die Datenauslesung.

Ein wesentliches Merkmal der phasenstarren Regelschleife besteht in ihrer Fähigkeit, Datenzeitsteuer-"Zittern" bzw. -Synchronisationsfehler zu unterdrücken. Derartiges "Zittern" bei der Digitaldaten-Zeitsteuerung kann durch drei verschiedene Ursachen eingeführt werden, nämlich aufgrund mangelnder Stabilität des Haupttaktgebers, aufgrund von Rauschen und Störungen auf dem Übertragungskanal und aufgrund von Einfüh-

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rung durch das Takt- oder Zeitsteuer-Regenerierungsverfaiiren. Die Digitaldaten am Ausgang des Regenerators können ein Takt-Zittern mit niedrigerer Frequenz besitzen als beim Eintritt in den Regenerator,, Je nach dem verwendeten Tiefpaßfilter wird über etwa 100 Hz das Takt-Zittern durch die spannungsgesteuerte Kristalloszillatorschleife um etwa 6 dB pro Oktave gedämpft. Niedrigfrequentes Zittern infolge des sehr langen Tandemaufbaus des Netzwerks wird durch Vergrößerung der Abmessungen des "elastischen" Digitaldatenspeichers 228 weitgehend vermindert. Ein durch den Stationstaktgeber erzielter, typischer Faktor der Zitter-Unterdrückung ist ein solcher von 40:1.

Die Taktverteilung und -synchronisation in der lokalen Verteiler- bzw. Vermittlungsschleife, z.B. innerhalb eines Radius der Fernleitung von etwa 160 km, wirft nur geringe Schwierigkeiten auf, sobald die Taktsynchronisation des Gesamt-Fernleitungsnetzes erreicht ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Übertragungsvariation innerhalb eines lokalisierten Bereichs kurzer Entfernung gering ist und eine manuelle Frequenzrückführung innerhalb eines lokalisierten Bereichs ohne weiteres vorgenommen werden kann₀ Außerdem kann mit geringen Schwierigkeiten eine gemeinsame, extern vorgesehene Bezugsgröße verfügbar gemacht werden«

Die Zeit- oder Taktsteuerung wird durch die gesamte lokale Verteilerschleife hindurch durchgeführt, wobei die lokale Taktverteilung die gesamte Rangordnung der Multiplexer/Demultiplexer und den Schaltkomplex umfaßt. Das Netzwerk-Taktsteuersystem liefert seine Taktsteuerung zur End- oder Anschlußstation des Netzes, und von da an wird der Systemtakt auf jeden Multiplexer und/oder jedes Schaltamt verteilt. Vorzugsweise ist das lokale Taktverteilungssystem so aufgebaut, daß bei einer Unterbrechung der Zeitsteuer- bzw« Taktkette jeder einzelne Multiplexer/Demultiplexer seinen eigenen kurzfristigen Takt besitzt, so daß er noch während einer kurzen Zeitspanne von ζ_βΒ_β einigen Stunden zu arbeiten vermag₀

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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung ein verbessertes Gemeinschaftsträger-Digitaldatenübertragungssystem bzw. -netz und insbesondere eine verbesserte Zeit- oder Taktsteueranordnung für ein solches System geschaffen wird. Bedeutsame Merkmale der Erfindung richten sich auf die Schaffung eines willkürlich ausgewählten Haupttaktgebers, vorzugsweise an irgendeiner Stelle etwa in der Mitte der Hauptfernleitung zur Unterstützung der Beseitigung von niedrigfrequentem Zittern bzw. Synchronisationsfehlern, und in der Kopplung aller anderen Taktgeber an den Haupttaktgeber. Weitere bedeutsame Merkmale befassen sich mit der Ausschaltung von Taktzittern (timing jitter) im System, was insbesondere durch ein phasenstarres Regelschleifensystem ermöglicht wird, das in Verbindung mit einem "elastischen" Digitaldatenspeicher arbeitet. Der Grundtakt liefert Frequenzen für alle Multiplexer/Demultiplexer, und zwar entweder unmittelbar oder über Teiler, sowie für den Zeitteilschalter. Auf diese Weise ist das System voll synchronisiert und für die durch das System hindurchlaufenden Digitaldaten voll durchlässig bzw. transparent.

Selbstverständlich kann die Erfindung in anderen speziellen Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird» Aus diesem Grund soll die vorstehend offenbarte Ausführungsform die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken, und die Erfindung soll alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen»

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Synchronzeitoder -taktsteuersystem für ein Digitaldatenübertragungsnetz geschaffene Dieses System weist einen willkürlich gewählten Haupttaktgeber auf, der über Übertragungsfernleitungen mit Nebentaktgebern an jeder Vermittlungs- und End- bzw« Anschlußstation gekoppelt ist. Die Taktgeber gewährleisten eine Zeit-

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oder Taktsteuerung der lokalen Verteilerschleifen über eine dreistufige Multiplexerrangordnung, für die Zeitteilerschalter über einen Hochpegel-Multiplexer und für die Hochpegel-Multiplexer an jeder Vermittlungsstation_e Die Taktgeber werden durch spannungsgesteuerte Kristalloszillatoren in phasenstarren Regelschleifen zur Verminderung von Zittern bzw«, Synchronisationsfehlern gebildet.

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Claims (1)

1. - 20 Patentansprüche

   [iy Zeit- oder Taktsteuersystem für ein Digitaldatenübertragungsnetz, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Vermittlungsstationen mit je einem Zeitsteuer-Taktgeber und mindestens einem Hochgeschwindigkeit-Multiplexer, wobei mindestens eine End- oder Anschlußstation einen Zeitsteuer-Taktgeber, Hoch- und Niedriggeschwindigkeit-Multiplexer sowie einen Zeitteilerschalter aufweist, und durch eine die Stationen miteinander verbindende Mikrowellen-Übertragungsfernleitung, über welche einer der Taktgeber Zeitsteuer- bzw· Taktinformationen an alle anderen Taktgeber liefert, wobei dieser Taktgeber als Haupttaktgeber wirkt und die anderen Taktgeber an ihn angekoppelt (slaved) sind«,

   2, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Haupttaktgeber in einer der Vermittlungsstationen befindet.

   3, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Stationen unter Bildung einer Kette in Tandem, d_#h„ hintereinander angeordnet sind und daß der Haupttaktgeber in einer Station vorgesehen ist, die zumindest im wesentlichen in der Mitte der Kette liegt, wodurch die Strecke vom Haupttaktgeber zu dem am weitesten davon entfernten Nebentaktgeber weitgehend verkürzt wird.

   4, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeber sämtlich spannungsgesteuerte Kristalloszillatoren sind»

   5· System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nebentaktgeber in eine phasenstarre Regelschleife eingeschaltet ist«

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   6, System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nebentaktgeber ein Taktsignal von einem benachbarten Taktgeber an der einen Seite empfängt und ein Taktsignal zu einem benachbarten Taktgeber an seiner anderen Seite liefert.

   7_e System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlungsstationen jeweils drei Kombinationen von Multiplexer/Demultiplexern aufweisen und daß die Nebentaktgeber jeder dieser Kombinationen ein mit dem empfangenen Taktsignal synchronisiertes Zeitsteuer- bzw. Taktsignal zuführen«

   8. System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlungsstation drei Sender und Empfänger aufweist und daß die Multiplexer/Demultiplexer-Kombinationen diese Sender und Empfänger miteinander verbinden.

   9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nebentaktgeber zur Abnahme eines Zeitsteuer- oder Taktsignals von einer benachbarten Station an einen der Empfänger angekoppelt ist und jeder Kombination der Multiplexer/Demultiplexer ein synchronisiertes Zeitsteuer- bzw. Taktsignal lieferte

   10. Zeit- oder Taktsteuersystem für ein Digitaldaten-Übertragungsnetz, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine End- oder Anschlußstation mit einer Multiplexer-Rangordnung, bestehend aus mehreren A-MuItiplexern (AMUX), mehreren mit letzteren gekoppelten B-MuItiplexern (B-MUX), mindestens einem C-MuItiplexer (C-MUX), einem den B- mit dem C-MuItiplexer koppelnden Zeitteilerschalter, einer an den Α-Multiplexer angekoppelten lokalen Verteilerschleife, einem an den A-MuItiplexer, den B-MuItiplexer, den Zeitteilerschalter und den C-MuItiplexer angekoppelten End- oder Anschlußstationstaktgeber, durch mehrere Vermittlungsstationen und durch Mikro-

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   wellen-Übertragungsglieder, welche diese Stationen unter Bildung einer Kette in Tandem bzw· hintereinander koppeln, wobei jede Vennittlungsstation einen Ost-, einen West- und einen Vermittlungs-C-Multiplexer sowie einen Taktgeber aufweist, wobei der Taktgeber der einen Vermittlungsstation einen Haupttaktgeber bildet und die restlichen Taktgeber über die Mikrowellen-Übertragungsglieder an den Haupttaktgeber angekoppelt (slaved) sind.

   11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupttaktgeber ein Zeitsteuer- bzw. Taktsignal an seine Stations-Ost-, West- und Vermittlungs-C-Multiplexer liefert,

   I2_e System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vermittlungsstation einen Empfänger aufweist und daß die Nebentaktgeber ein Taktsignal vom Empfänger erhalten und ein synchronisiertes Taktsignal an jeden ihrer Ost-, West- und Vermittlungs-C-Multiplexer liefern«»

   13β System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die End- oder Anschlußstation einen Empfänger aufweist ujjÄ daß der Taktgeber dieser Station ein Zeitsteuer- bzw. Taktsignal vom Empfänger aufnimmt und ein synchronisiertes Taktsignal zu den A-, B- und C-MuItiplexern der End- oder Anschlußstation liefert.

   14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der End- bzw. Anschlußstationstaktgeber über Teiler an den A- und den B-Multiplexer angekoppelt ist.

   15· System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der C-MuItiplexer der End- oder Anschlußstation Zeitsteuerbzw. Taktsignale an den Zeitteilschalter liefert.

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   16. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeber jeweils aus einem spannungsgesteuerten Kristalloszillator bestehen.

   17· System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder spannungsgesteuerte Oszillator in eine phasenstarre Regelschleife eingeschaltet ist·

   18. System nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß ein Digitalphasenkomparator vorgesehen ist, an dessen einen Eingang der Ausgang des Oszillators angekoppelt ist, und daß ein Taktextraktor eine eingehende Datenleitung an einen zweiten Eingang des Phasenkomparators ankoppelt.

   19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein "elastischer" Digitaldatenspeicher mit einer Dateneingangsleitung und einer Datenausgangsleitung sowie eine an die phasenstarre Regelschleife angekoppelte Einrichtung zur

   Lieferung von Lese- und Einschreibimpulsen an den "elastischen" Digitaldatenspeicher vorgesehen sind.

   20. System nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Taktextraktor an einen Einschreibeeingang des "elastischen" Digitaldatenspeichers angekoppelt ist und daß der Ausgang des Oszillators an einen Leseeingang des "elastischen" Digitaldatenspeichers angekoppelt ist₀

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