DE2801469A1

DE2801469A1 - Verfahren zum senden und empfangen von signalen und senderempfaengeranordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2801469A1
Application number: DE19782801469
Authority: DE
Inventors: Piero Belforte
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2801469C2; US4162371A; IT1116705B; GB1592831A; FR2377732A1; FR2377732B1

Description

280U69

•c 67-j,DE

CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni S.p.A.,

1-10148 Turin

Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen und Senderempfängeranordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Senderempfängeranordnung zur Durchführung des Verfahrens und betrifft somit allgemein die "Transceiver"-Technik zur Anwendung bei der Ausführung von Zweiweg-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in Vollduplex zwischen zwei empfangenden und sendenden Untersystemen. Der Ausdruck "empfangendes und sendendes Untersystem" gibt hierbei den Sender mit Empfänger an, der am jeweiligen Ende einer Fernleitung eines Ubertragungssystems angeordnet ist.

Sollen zwei empfangende und sendende Untersysteme Punkt-zuPunkt in Vollduplex miteinander verbunden werden, so ist nach dem Stand der Technik jedes der Untersysteme mit körperlich getrennten Einheiten zum Senden und Empfangen versehen, die jeweils mit der Empfänger- bzw. der Sendereinheit des anderen Untersystems über einen in einer Richtung übertragenden physikalischen Träger verbunden sind.

Diese Technik erweist sich jedoch als erheblich nachteilig und teuer, da sie zwei in einer Richtung übertragende physikalische Träger je Punkt-zu-Punkt-Verbindung benötigt. Demgegenüber ermöglicht es die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung, mit einer einzigen körperlichen Leitung für beide Senderichtungen auszukommen und den Sender und den Empfänger in einem einzigen Gerät zu integrieren, ohne daß hierdurch die sich aus der Voll-Duplex-Übertragung ergebenden Vorteile verlorengehen.

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Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines von der Erfindung Gebrauch machenden Vollduplex-Übertragungssystems;

Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan, der das Prinzip, auf dem die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen nach Fig. 1 beruhen, veranschaulicht ;

Fig. 3 einen elektrischen Schaltplan, der das Prinzip, auf dem eine der Verbindungen beruht, veranschaulicht, und zwar für den speziellen Fall, daß der physikalische Verbindungsträger durch einen Kurzschluß dargestellt werden kann;

Fig. 4 einen Blockschaltplan eines Senderempfängers, in dem eine Digitalverarbeitung der empfangenen Signale stattfindet.

Fig. 1 zeigt ein aus zwei Untersystemen A1, A2, zwischen denen zwei Vollduplex-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu errichten sind, bestehendes Fernmeldesystem. Jedes Untersystem umfaßt eine Mehrzahl von Senderempfängern RT11 ... RT1n bzw. RT21 .. RT2n, die die durch die Erfindung verbesserten Gegenstände darstellen,

Senderempfänger mit übereinstimmender zweiter Indexzahl sind miteinander über einen einzelnen körperlichen Träger (Trägerleitung) L1 ... Ln verbunden, die für die Zweiwegübertragung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt die elektrische Verdrahtung der Verbindung zwischen einem allgemeinen Senderempfänger RT1 des Untersystems A1 und einem allgemeinen Senderempfänger RT2 des Untersystems A2. Im dargestellten Fall ist der physikalische Träger L eine

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zweidrahtige Übertragungsleitung mit kontrollierter Impedanz, nämlich mit genau definierter Impedanz Z , und mit einer Laufzeit t . Zur Vereinfachung der Zeichnung ist diese Leitung' durch ein Kabel dargestellt.

Die beiden Sender sind schematisch durch ideale Spannungsgeneratoren e~ bzw. e₂ dargestellt, die von diesen Generatoren erzeugten Spannungen sind also die tatsächlichen Analog- oder Digitalsignale, die vom Senderempfänger RT1 am gemeinsamen Träger L nach RT2 und umgekehrt zu übertragen sind.

Zwei Widerstände R1 und R2 bilden die Endwiderstände der Leitung und haben ohmsche Widerstandswerte gleich dem Wellenwiderstand Z der Leitung. Zwei ohmsche Spannungsteiler PR1 und PR2 bestehen jeweils aus zwei gleichen Widerständen Rp, nämlich R 1,R 1 bzw. R 2,R 2, und geben ausgangsseitig eine Spannung der Hohe e.. /2 bzw. e_?/2 ab. Das an den Enden des Trägers L an einem Punkt P1 bzw. P2 liegende Signal wird vom Ausgangssignal des Spannungsteilers PR1 bzw. PR2 durch eine entsprechende Vorrichtung, im besonderen durch einen Differenzverstärker AD1 bzw. AD2, subtrahiert, der eine unendliche Eingangsimpedanz hat und am positiven Eingang das Signal vom Punkt P1 bzw. P2 und am negativen Eingang das Ausgangssignal des Spannungsteilers PR1 bzw. PR2 empfängt. Die Differenzverstärker AD1 und AD2 geben ausgangsseitig das Differenzsignal zwischen den beiden Eingangssignalen ab, das aus später erläuterten Gründen um einen Faktor 2 verstärkt ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Zwei allgemeine zeitlich veränderliche Signale e^t) und e₂(t) sollen von RT1 nach RT2 bzw. umgekehrt übertragen werden. Da die Übertragungsleitung an beiden Enden angepaßt ist, wird die gesamte Leitung hinter P1 in der Richtung von RT1 nach RT2 vom Punkt P1 aus als Impedanz Z gesehen, so daß in P. eine Teilung zwischen zwei gleichen Impedanzen vorliegt und die Signalabgabe

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aufgrund von e. (t) den Wert e..(t)/2 hat.

Dieses Signal schreitet entlang dem Träger L fort und ergibt am Ankunftspunkt P2 ein Signal e^t-t )/2 (t = Laufzeit).

Die gleiche Betrachtung gilt für das Signal e₂, das am Punkt P2 zu einem Signal gleich e₂(t)/2 und am Punkt P1 zu einem Signal e₂(t-t )/2 führt.

Durch Überlagerung dieser Effekte tritt am Punkt Pl eine Gesamtspannung von Fe₁(t)+e„(t-t )]/2 und am Punkt P2 eine Spannung [e„( t)+e.. (t-t )] /2 auf. Um also im Senderempfänger RT1 das bei RT2 gesendete Signal zu erhalten, genügt es, von der Spannung am Punkt P1 die Spannung e..(t)/2 zu subtrahieren. Dieser Vorgang wird vom Differenzverstärker AD1 durchgeführt, der außerdem die Aufgabe hat, die ursprüngliche Amplitude des Signals e„ dadurch wiederherzustellen, daß er das Ausgangssignal um den Faktor 2 verstärkt abgibt.

Das wiedergegebene Signal beträgt dann e«(t-t ), also das Signal e₂(t), das um die Laufzeit t verzögert ist. Dieser Effekt gleicht demjenigen in den bekannten Empfängern aufgrund des Abstands zwischen dem Sender und dem Empfänger.

Was für den Empfang in RT1 beschrieben wurde, kann genau für den Empfang in RT2 wiederholt werden. Um das von RT1 gesendete Signal zu erhalten, genügt es, im Differenzverstärker AD2 von dem am Punkt P2 liegenden Signal die Spannung e₂(t)/2 zu subtrahieren und die Differenz um den Faktor 2 zu verstärken. Auf diese Weise wird das Signal e.. erhalten, nur mit der Abweichung der Laufzeitverzögerung.

Die bisherige Beschreibung bezieht sich auf den allgemeinsten Fall, bei dem entlang der Leitung eine Laufzeit gerechnet werden muß. Im Fall, daß die Signale e^ und e₂ hinsichtlich der Laufzeit auf dem Träger L als praktisch stationär betrachtet werden können, gilt die schematische Darstellung nach Fig. 3·

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In Fig. 3 haben die Bezugszeichen e^, e₂, PR1, PR2, AD1 und AD2 die gleiche Bedeutung wie nach Fig. 2. Der physikalische Träger L¹ in Form der Übertragungsleitung kann in diesem Fall als Kurzschluß betrachtet werden. Widerstände R'1, R¹2 stellen zwei gleiche Widerstände als LeitungsabschlUsse dar, die einen beliebigen ohmschen Wert haben können. Das vom Senderempfänger RT1 bzw. RT2 empfangene Signal wird an einem Punkt P abgenommen.

Die Schaltung nach Fig. 3 arbeitet analog wie diejenige nach Fig. 2 mit dem einzigen Unterschied, daß die Laufzeit prakttisch Null ist und am Ausgang von ADI und AD2 die Signale e₂(t) bzw. e-(t) tatsächlich auftreten. Außerdem sind die Widerstandswerte nicht entscheidend, solange sie nur gleich sind.

Diese Beschreibung bezieht sich auf zwei Idealfälle, nämlich mit idealen Sendern (idealen Spannungsgeneratoren), idealen Empfängern (nämlich mit unendlichem Eingangswiderstand) und einer idealen Übertragungsleitung (Leitung gesteuerter Impedanz ohne Verluste im Fall nach Fig. 2 und ein Kurzschluß im Fall nach Fig. 3). Wie dem Fachmann bekannt ist, ist eine Schematisierung dieser Art in vielen in der gegenwärtigen Technik interessanten Fällen zulässig, insbesondere im Fall der übertragung von Binärsignalen zwischen digitalen Untersystemen, wobei zu berücksichtigen ist, daß aufgrund der Entwicklung der Technik Geräte zur Verfügung stehen, deren Charakteristiken denen der idealen Geräte weitgehend entsprechen.

Sofern indessen die ideale Schematisierung die tatsächlichen Gegebenheiten nicht mehr ausreichend annähert, beispielsweise weil auf der Leitung Verluste auftreten, so ist das am Leitungsende eintreffende Signal nicht mehr genau gleich der Hälfte der Summe der beiden übertragenen Signale, deren Signalwertbeitrag allgemein durch eine Funktion von e. bzw. e₂ dargestellt wird. Dies kann durch die Dimensionierung der Abschlußwiderstände R1, R2 sowie der Spannungsteiler PR1, PR2 berücksichtigt werden, die beispielsweise, anstatt reine Widerstandselemente zu sein, Reaktanzkomponenten aufweisen können.

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Es kann dann allgemein gesagt werden, daß das am einen der beiden Punkte der Verbindung gesendete Signal am zweiten der Punkte dadurch abgenommen wird, daß von dem am Ende der Leitung am zweiten Punkt vorliegenden Signal der Wert subtrahiert wird, der dem Leitungssignal durch das am zweiten Punkt gesendete Signal zugegeben wird.

Wenn die Ubertragungscharakteristiken keine ideale Schematisierung ermöglichen, so kann es insbesondere schwierig sein, Differenzverstärker mit den beschriebenen Charakteristiken darzustellen. Es kann dann zweckmäßig sein, die beim Empfang ablaufenden Vorgänge mit Hilfe der digitalen Signalverarbeitung durchzuführen, selbst wenn die gesendeten Signale Analogsignale sind, da digitale Schaltungen mit quasi-idealen Charakteristiken leichter realisiert werden können.

Fig. 4 zeigt den Schaltplan eines der beiden Senderempfänger, beispielsweise von RT1, für den Fall der digitalen Signalverarbeitung. Hierbei bezeichnen die Bezugszeichen e.. , P1 , R1 und L die gleichen Bauteile wie in Fig. 2. Weiterhin sind zwei Analog-Digital-Umsetzer AN1, AN2 vorhanden, die das am Punkt P1 abgenommene Signal bzw. das Ausgangssignal von e.. digitalisieren. Ein digitales Filter FN führt die gleichen Operationen aus wie der Spannungsteiler PR1 in den Schaltungen nach Fig. 2 und 3, es bestimmt also den Beitrag aufgrund des Signals e.. (t) zu dem am Punkt P1 liegenden Signal. Ein Addierer S subtrahiert von den vom Umsetzer AN2 abgegebenen Werten die vom Filter FN ausgehenden Werte. Ein digitaler Multiplizierer M stellt die Amplitude des empfangenen Signals wieder her. Die Schaltungen S und M wirken insgesamt wie die Differenzverstärker AD1 nach den Fig. 2 und 3. Schließlich gibt ein Digital-Analog-Umsetzer NA- ausgangsseitig das gesuchte Signal e₂ ab, das bei Bedarf wieder in analoge Form zurückverwandelt ist.

Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 4 beruht auf dem vorher erläuterten Prinzip mit der Ausnahme der Analog-Digital-

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Umsetzungen und der Digital-Analog-Umsetzung. Die am Punkt P1 vorhandenen Signale und die von e ausgehenden Signale werden abgegriffen und in AN1 bzw. AN2 digitalisiert. Die von AN1 abgegebenen Angaben werden in FN gefiltert, um den von e.. zum Signal am Punkt P1 gelieferten Beitrag zu bestimmen, und werden dann'im Addierer S von den Angaben subtrahiert, die vom Umsetzer AN2 abgegeben werden. Das Ausgangssignal des Addierers wird dann dem Multiplizierer M eingespeist, der ausgangsseitig ein Signal abgibt, das genau dem Signal e₂ entspricht, jedoch in digitale Form umgesetzt. Dieses Signal wird dann durch den Umsetzer NA wieder analogisiert.

Aus dieser Beschreibung ergibt sich, daß gegenüber der Situation nach dem Stand der Technik von in einer Richtung wirkenden, körperlich getrennten Sendern und Empfängern in den einfachsten Fällen die Hinzufügung der Spannungsteiler tritt, also ein Mehraufwand, der jedoch im Vergleich zum Einsparen eines physikalischen Trägers vernachlässigbar ist. Die in den allerungünstigsten Fällen auftretende größere Schaltungskomplexität aufgrund der Verwendung der Digitaltechnik wird bei weitem durch die höhere Verarbeitungserleichterung ausgeglichen.

Außerdem eröffnet die Verwendung eines einzigen in beiden Richtungen wirkenden Trägers die Möglichkeit, daß die Senderempfänger zumindest dann, wenn die Annäherungen nach Fig. 2 und 3 zulässig sind, in integrierter Technik dargestellt werden können, so daß die getrennten Empfänger- und Sendervorrichtungen durch eine einzige in beiden Richtungen wirkende Empfangs- und Sendevorrichtung ersetzt werden können.. An weiteren möglichen Abwandlungen seien beispielsweise genannt, daß, obwohl sich die Zeichnung und Beschreibung zwecks Einfachheit auf den Fall unbalancierter Signale beziehen, also auf Signale, die sich auf eine einzige gemeinsame Spannung beziehen, der Senderempfänger auch für balancierte Signale verwendbar ist, also Signale, die hinsichtlich der Bezugsspannung symmetrisch sind.

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Leerse ite

Claims

Patentansprüche

( 1./Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen in einer Vollduplex-Punkt-zu-Punkt-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zweiwegübertragung auf einem einzigen physikalischen Vektor durchführt und man die von den gesendeten Signalen an einem der beiden Punkte geführte Information am zweiten der beiden Punkte dadurch erhält, daß man von dem am Anfang der Sendeleitung an diesem zweiten Punkt abgenommenen Signal das subtrahiert, was zu diesem Signal vom Signal beigetragen wird, das am zweiten Punkt gesendet wird, wobei man diesen Beitrag durch Filtern des am zweiten Punkt gesendeten Signals erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Differenz zur genauen Wiederherstellung des empfangenen SignaJ.s. verstärkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man durch den Filtervorgang ein Signal erzeugt, das ein Bruchteil des am zweiten Punkt erzeugten Signals ist.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das am Anfang der Leitung abgenommene Signal und das zu filternde Signal abtastet und digitalisiert und daß man die Subtraktions- und gegebenenfalls Verstärkungsvorgänge in digitaler Form ausführt.
5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man balancierte Signale sendet.
6. Senderempfängeranordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer zwischen jedem Punktepaar anzuschließenden Übertragungsleitung, Abschlüssen dieser Leitung und einem Senderempfänger an jedem dieser Punkte, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (L₁L¹) aus einem einzelnen, in beiden Richtungen wirkenden, in Vollduplex eingesetzten physikalischen Vektor besteht und daß an jedem der Punkte der jeweilige Senderempfänger (RT11, ... RT1n, RT21 ... RT2n) Einrichtungen (PR1, PR2, FN) umfaßt, die das vom Sender Ce₁,e„) des gleichen Punkts erzeugte Signal zum Erhalten des von diesem Signal gelieferten Beitrags zum am Anfang (P1,P2; P) der Übertragungsleitung (L₁L') an diesem Punkt erzeugten Signal filtern, sowie Einrichtungen (AD1,AD2,S), die dieses gefilterte Signal von dem am Anfang (P1,P2; P) der Leitung (L,L') liegenden Signal subtrahieren.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die subtrahierende Einrichtung (AD1,AD2) aus einem außerdem die Amplitude des empfangenen Signals regenerierenden Differenzverstärker besteht.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlüsse (R1,R2; R'1,R'2) der Leitung (L,L¹) und die Filtereinrichtungen (PR1,PR2) aus reinen ohmschen Widerstandselementen bestehen.
9. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlüsse (R1,R2; R'1,R'2) der Leitung (L,L¹) und die Filtereinrichtungen (PR1,PR2) reaktive Elemente umfassen.

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10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Senderempfänger (RT1,RT2) als einzelne integrierte Schaltung dargestellt ist.
11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

' Einrichtungen (AN1,AN2) das zu filternde Signal und außerdem das am Anfang (P1,P2) der Leitung (L,L^!) liegende Signal abtasten und digitalisieren, bevor das letztere vom gefilterten Signal zu subtrahieren ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die filternden und subtrahierenden Einrichtungen aus einem digitalen Filter (FN) bzw. einem digitalen Addierer (S) bestehen .

13- Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch einen digitalen Multiplizierer (M), der die Amplitude des vom Addierer (S) ausgehenden Signals regeneriert, und einen Digital-Analog-Umsetzer (NA), der das vom Multiplizierer (M) ausgehende Signal in analoge Form umsetzt, umfaßt.

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