DE3109254A1

DE3109254A1 - "sprach- und datenuebertragungsnetzwerk"

Info

Publication number: DE3109254A1
Application number: DE3109254A
Authority: DE
Inventors: Gerald Charles Nuneaton Warwickshire Hammond
Original assignee: VANDERHOFF COMMUNICATIONS Ltd
Current assignee: VANDERHOFF COMMUNICATIONS Ltd
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1981-03-11
Publication date: 1982-04-08
Also published as: US4402073A

Description

W I U >J L. *J H-

Patentanwälte ■ European Patent Attorneys

München

V125 P1 D

11. März 1981

Vanderhoff Commxinications Limited Nuneaton, Warwickshire, England

• Sprach-.und Datenübertragungsnetzwerk

Priorität: 11. März 1980 - Großbritannien - Nr. 8008232

- ir -

Die Erfindung betrifft ein Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk, welches besonders zur Benutzung in Büros geeignet ist, in denen eine Nebenstellenanlage benötigt wird

und auch digitale Daten z.B. zwischen

Datenverarbeitungs- oder Texbverarbeitungseinheiten übertragen werden müssen. Es sind schon viele Kommunikationsanlagen vorgeschlagen worden, die in zwei Klassen unterteilt werden: Solche mit einer Vermittlungszentrale und andere mit verteilter Steuerung (z.B. Reihenanlagen). Die zuletzt genannte Art eignet sich besonders für kleinere Netzwerke, die ohne die mit einer Vermittlungszentrale verbundenen hohen Kosten eingebaut und erweitert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Netzwerk mit verteilter Steuerung zu schaffen, welches die Übertragung von Sprache ebenso wie von digitalen Daten ermöglicht, ohne daß dazu in einem Büro gesonderte Verdrahtungen für interne Sprachübertragung und für Datenübertragung nötig sind.

Gemäß der Erfindung wird ein Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk geschaffen, zu dem eine Sammelschime in Form einer Zweidrahtleitung, eine mit derselben verbundene Quelle für Synchronisationsimpulse, welche den Anfang und das Ende von Zeit- j multiplexzyklen mit zwischengeschalteten Zeitschlitzen ein- I schließlich eines Steuerzeitschlitzes und einer Vielzahl von Arbeitszeitschlitzen kennzeichnen, eine Vielzahl von an die Sammelschiene angeschlossenen Anschlußstelleneinrichtungen, die jeweils einen Mikroprozessor aufweisen, der geeignet ist, Steuerdatenimpulse in den Steuerzeitschlitz einzugeben und auf Datenimpulse im Steuerzeitschlitz anzusprechen, um zwischen einer rufenden Anschlußstelleneinrichtung und einer angerufenen Anschlußstelleneinrichtung durch Wahl eines freien Arbeitszeitschlitzes eine Verbindung herzustellen, und eine

Sammelleitungsschnittstelle, die zur Übertragung oder zum Empfang eines abgetasteten Audiosignals in Form von analogen modulierten Impulsen in einem ausgewählten Zeitschlitz geeignet ist,gehört,wobei der Mikroprozessor so angeordnet ist,

daß er digitale Nachrichtendaten durch binare Modulation von Impulsen in einem ausgewählten Zeitschlitz überträgt und digitale Nachrichtendaten als binäre modulierte Impulse in einem ausgewählten Zeitschlitz empfängt.

Als analoge Impulsmodulation kann Amplitudenmodulation vorgesehen sein, jedoch wird vorzugsweise Impulsbreitenmodulation (PDM) vorgesehen. Binäre Modulation bedeutet die normale Darstellung binärer Daten entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit von Impulsen. Einer der Vorteile der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, gleichzeitig Sprache und digitale Daten zu übertragen.

Stochastisch verteilte Nullen (fehlende Impulse) verhindern riebt die Wiederherstellung eines klaren SprS-chsignals durch herkömmliches Filtern bei einer solchen Abtastfrequenz. Wenn ein großer Anteil an Nullen .vorhanden ist, insbesondere Gruppen aufeinanderfolgender Nullen, kann die Sprachqualität durch Verzerrung verschlechtert werden.

In der oben erwähnten erfindungsgemäßen Anlage können die Anschlußstelleneinrichtungen alle der folgenden Punktionen erfüllen:

1.) Steuerdaten aussenden (um ein Gespräch aufzubauen ), 2.) auf Steuerdaten ansprechen (um ein angerufener Apparat zu werden), 3.) Sprache übertragen, 4.) Sprache empfangen, 5.) digitale Nachrichtendaten übertragen, 6.) digitale Nachrichtendaten empfangen.

Es liegt auf der Hand, daß auch Anschlußstelleneinrichtungen eingeschlossen sein können, die nicht alle der genannten Möglichkeiten haben. So können z.B. reine Sprechstellen vorgesehen sein, die die Möglichkeiten 5 und 6 nicht aufweisen. Entsprechend können andere Apparate Außenanschlußmöglichkeiten besitzen, 3.B. eine Schnittstelle für eine Querverbindungsleitung zu einer anderen Nebenstellenanlage.

Die Sammelschiene ist vorzugsweise ein Koaxialkabel. Sie

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kann Abzweigungen haben, wenn Kopplungselemente an den Verknüpfungsstellen vorgesehen sind. Vorzugsweise führt die Zweidrahtleitung den Gleichstrom allen Anschlußstelleneinrichtungen zu. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit kann die Gleichstromquelle in der gleichen Einheit wie der Taktgeber untergebracht sein. Der Taktgeber speist - vorzugsweise auch ein Hochfrequenzsignal auf niedrigem Pegel in die Sammelleitung, und die Anschlußstelleneinrichtungen sind geeignet, dies Signal wiederzugewinnen, welches zur Zwangsverrastung der örtlichen Kristallfrequenzreferenzen mit einer gemeinsamen Frequenz dient, um Zitterstörungen beim Aussenden von Audioinformation zu vermeiden.

Die Nachrichtenzeitschlitze sind vorzugsweise gruppenweise in Paaren angeordnet, die jeweils als Bindeglied bezeichnet werden. Wenn ein Kanal aufgebaut oder eine Verbindung hergestellt wird, wird ein freies Bindeglied ermittelt und den beiden Zeitschlitzen eines Bindegliedes die Übertragung von der rufenden Anschlußstelleneinrichtung bzw. von der angerufenen Anschlußstelleneinrichtung zugewiesen. Zum Auffinden eines freien Bindegliedes kann jeder Mikroprozessor so programmiert sein, daß er Bindeglieder prüft, die ohne Impulse in einer vorherbestimmten Anzahl von Zeitmultiplexzyklen aufgefunden werden. Bei dem nachfolgend im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Daten als 8-Bit Bytes eingerahmt von einzelnen O-Bits mit Schutzgruppen von 1-Bits zwischen dem Endbit einen Rahm^nr» und dem Anfangsbit des näohoten Rahmen«, übertragen. Kin be .Lofton oder besetztes Bindeglied kann folglich nie mehr als zehn aufeinanderfolgende O-Bits haben, und ein freies Bindeglied wird erkannt, wenn in elf Zeitmultiplexzyklen keine Impulse vorhanden sind.

Sobald ein freies Bindeglied gefunden worden ist, versichert sich die anrufende Anschlußstelleneinrichtung, daß der Steuerzeitschlitz frei ist (keine Impulse in 100 Zeitmultiplexzyklen festgestellt) und stellt dann die Verbindung durch Adressieren der angerufenen Anschlußstelleneinrichtung unter Bekanntgabe des

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zu benutzenden Bindegliedes her.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines vollständigen Nachrichtenübertragungsnetzwerks;

Fig. 2 eine Darstellung eines Zeitmultiplexzyklusformats;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Stromzufuhr- und Taktgebereinheit;

Fig. 4- ein Blockschaltbild einer Anschlußstelleneinrichtung bzw. Endstelle des Netzwerks;

Fig. 5 ein Diagramm der Zweidrahtleitungs-Schnittstellenschaltung einer Anschlußstelleneinrichtung;

Fig. 6 einen Schaltplan eines Impulsbreiten-Modulators;

Fig. 7 eine graphische Darstellung von Wellenformen, die sich auf den Betrieb des Modulators beziehen;

Fig. 8 einen Schaltplan eines Impulsbreiten-Demodulators;

Fig. 9 eine graphische Darstellung von Wellenformen, die sich auf den Betrieb des Demodulators beziehen;

Fig. 10 eine Ansicht der Stiftverbindungen des Mikroprozessors; Fig. 11 ein Schaltbild eines Zeitmultiplexersj Fig. 12 ein Blockschaltbild von Audioschaltkreisen.

In Fig. 1 ist eine Zweidraht- bzw. Sammelleitung 10 in Form eines Koaxialkabels gezeigt, welches eine Stromzufuhr- und Taktgebereinheit 11 mit einer Vielzahl von Endstellen- bzw. Anschlußstelleneinrichtungen 12 verbindet. Obwohl hier nur eine kleine Anzahl Anschlußstellen gezeigt ist, können in der Praxis bis zu ca. 100 vorgesehen sein. Man kann das Gebäude, in dem das Netzwerk eingebaut wird, mit einem einzigen Kabel verdrahten; aber es können auch ein oder mehrere Zweigleitungen 10' erwünscht sein. Jede Zweigleitung 10' 1st mit der Sammelleitung 10 über eine Sammelleitungskopplung 13 verbunden, die eine Pufferung in zwei Richtungen ermöglicht und ihren eigenen zwangsverrasteten Kristall hat, um das Hochfrequenzsignal an die Zweigleitung

weiterzugeben.

Die Stromversorgung^- und Taktgebereinheit 11 liefert einen geregelten positiven Gleichstrom und diesem überlagert das Hochfr equenzsignal sowie negative Synchronisationsimpulse S, die in Fig. 2 gezeigt sind und einzelne Zeitmultiplexzyklen markieren. Das Hochfrequenzsignal ist ein Kristallfrequenzslgnal von niedrigem Pegel _mit 4,433 MHz bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel. Dies Signal ist in Fig. 2 nicht gezeigt, wird aber dem hohen Niveau der Wellenform überlagert. Jeder Zeitmultiplex zyklus ist in 17 Zeitschlitze unterteilt, die einen Snychronisationsimpulsschlitz sowie 8 Zeitimpulspaare aufweisen, von denen das erste Paar den Zeitsteuerschlitz C und die 7 anderen Paare 7 Bindeglieder Ll bis L7 bilden. Die grundlegende Taktdauer beträgt 0,2257/is. Jeder Schlitz hat eine Breite von 32 Taktperioden, d.h. 7,224/Us, folglich ist die Zeitmultiplexzyklusdauer (17 Zeitschlitze) 122,8 ^s mit einer Frequenz (Abtastfrequenz) von 8,14 kHz, was mit CODEC und anderen üblichen PCM-(Pulscodemodulations-)Bindegliedern von Sprachqualität vereinbar ist.

Die Stromyersorgungs- und Taktgebereinheit (Fig.3) weist eine herkömmliche Anordnung aus einem Transformator 15, einem Vollweg-

.gleichrichter 16 und einem Regler 17 auf (z.B. eine 7815 integrierte Schaltung), mit zugeordneten Glättungskondensatoren \ Cl, C2 und einer Induktorspule Ll. Eine Rechteckwelle von einem 4,43 MHz Kristall Xl liegt an einer Teilerkette an, zu der ein Flip-Flop 20, ein 4-Bit Zähler 21, ein 4-Bit Zähler 22 und ein Flip-Flop 23 gehören. Der Flip-Flop 20 und der Zähler 21 dienen zur Division bis herab zur Zeitschlitzfrequenz. Ausgänge des Zählers 22 und des Flip^Flops 23 sind mit einem Gatter 24 verbunden, welches bei einer Zählung von 17 eine Rückstellung bewirkt, wodurch der Zeitmultiplexzyklus eingerichtet wird. Ein Dekodierer 25 dekodiert einen Teil des Zyklus der Zähleinrichtung 20, 21, um die Synchronisationsimpulsbrei te von 16 χ 0,2257 ^s = 3»6yus festzulegen, und ein Gatter 26 dekodiert die Zählung 1 zur Zähleinrichtung 22, 23 und gibt den Synchronisationsimpuls nur im Synchronisationszeitschlitz weiter.

Die ^,^33 MHz: Wellenform auf niedrigem Pegel wird über einen Feldeffekttransistor 27 eingespeist, und der Synchroni sat ions impuls vom Gatter 26 schaltet einen Feldeffekttransistor 28 ein, um während jedes Synchronisationsimpulses die Stromversorgung kurzzuschließen.

Die Anschlußstelleneinrichtungen 12 können in unterschiedlichster Form vorgesehen sein, z.B. eignet sich jedes -bekannte Peripheriegerät, wie Sichtgeräte, Drucker, Speicher und dgl., denen jeweils eine eigene Sprachübermittlungseinrichtung zugeordnet sein kann. Die Art der Peripheriegeräte ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung; es wird nur davon ausgegangen, daß der Mikroprozessor an jeder Station so programmiert ist, daß er Daten nach Bedarf auf möglicherweise vollkommen herkömmliche Art handhaben kann. Die Erfindung betrifft die Übermittlung bzw. Übertragung zwischen Anschlußstelleneinrichtungen aber nicht zwischen Prozessoren und Peripheriegeräten.

Fig. k zeigt die wesentlichen Elemente einer Anschlußstelleneinrichtung mit einem Mikroprozessor 30 und zugehöriger Tastatur sowie zugehörigem Sichtgerät 31» Zeitmultiplexschnittstelle 32, Sammelleitungsschnittstelle 33 und Audioverarbeitungseinheit 34. Als Mikroprozessor 30 ist ein Mikrocomputer der 8048er Familie vorgesehen, dessen bidirektionale? Eingabe/Ausgabeport DB0-DB7 verschiedenen Steuerfunktionen zugeordnet ist, während der Eingabe/Ausgabe port 1 (P10-P17) die Zeitmultiplexschnittstelle 32 steuert und der Eingabe/Ausgabeport 2 (P20-P27) eingegebene Tastaturdaten empfängt. Die Zeitmultiplexschnittstelle 32 steuert die Übertragung und den Empfang im Steuerschlitz und im ausgewählten Bindeglied. Die Sammelleitungsschnittstelle 33 zieht Impulse und das Hochfrequenzsignal aus der Sammelleitung heraus und sendet Impulse über die Sammelleitung und schließt einen Impulsbreiten-Modulator und Demodulator ein. Die Audioverarbeitungseinheit 3^ bewirkt die Weiterverarbeitung des analogen Sprachsignals.

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In Pig. 5 ist die Sammelleitungsschnittstelle 33 gezeigt, die Anschlüsse 4O und 4l aufweist, welche mit dem Innenleiter (LINE) bzw. dem Schirm des Koaxialkabels der Sammelleitung 10 verbunden sind. Die Sammelleitungsschnittstelle steht in Verbindung mit .der Zeitmultiplexschnittstelle über LIN = gepufferte LINE für die Eingabe von Impulsen, ¹TXE = nicht übertragen Ansteuern und BXE = empfangen Ansteuern, wodurch Impulse geliefert werden, die demoduliert werden müssen. Die Sammelleitungsschnittstelle steht mit den Audioschaltkreisen über einen analogen Eingang 42 und einen analogen Ausgang 4-3 in Verbindung.

Eine an LINE angeschlossene Stromversorgung, die einen Begier 44 (7805 integrierte Schaltung) aufweist, zieht aus der Leitung. Gleichstrom V_DD = + 10,5 V, wobei die Induktorspule L2 und der Kondensator C3 die vom Synchronisationsimpuls und von den Datenimpulsen verursachten Schwankungen glätten. Eine Taktgeberschaltung 49 mit einem Kristall X2 ist durch das 4,433 MHz Signal auf der Leitung zwangsverrastet und liefert das örtliche 4,433 MHz Taktsignal.

Was die Übertragung betrifft, ist ΊΧΕ normalerweise hoch, wird aber in einer Hälfte des ausgewählten Bindegliedes d.h. bei einem der beiden das Bindeglied bildenden Zeitschlitze niedrig. Nach allgemeiner Übereinkunft überträgt eine angerufene Anschlußstellaneinrichtung im ersten Schlitz und eine anrufende Anschlußstelleneinrichtung im zweiten Schlitz. Der TXE-Impuls bewirkt daß ein Impulsbreiten-Modulator 45 einen Impulsbreiten-Modulationsimpuls über ein NOR-Gatter 46 und einen Feldeffekttransistor 47 anlegt ., durch, den die Leitung kurzgeschlossen wird. Was den Empfang betrifft, so gibt die Zeitmultiplexschnittstelle die empfangenen Impulse als BXE nur vom jeweils zutreffenden Schlitz des gewählten Bindegliedes zurück, und diese werden von einem Impulsbreiten-Demodulator 48 demoduliert.

-JS -

Fig. 6 zeigt den Impulsbreiten-Modulator, beruhend auf einem Stromspiegel-Transistorpaar. ¹TXE ist normalerweise hoch, so daß ein Kondensator C4 normalerweise geladen ist. Wird TXE niedrig, so bewirkt der Stromspiegel Tl, T2 eine lineare Entladung des Kondensators C^, wie Fig. 7 zeigt, wo Vp^ das Potential am Kondensator Ck ist. V_c und der analoge Eingang V₁ werden an die beiden Seiten einer Vergleichsschaltung T3, T^ angelegt, die normalerweise den Emitter des Transistors T5 niedrig hält. Ein Ausgangsimpuls zum Einschalten des FET 4 7 (Fig. 5) erscheint am Ausgang des NOR-Gatters 46, wenn TXE und auch der Emitter des Transistors T5 niedrig ist. Wenn V„^ auf das Niveau von V₁ absinkt, wird der Emitter des Transistors T5 hoch, um den Ausgangsimpuls zu beenden. TXE muß wieder hoch werden, ehe ein weiterer Impuls ausgesendet werden kann.

Die Spitzenspannung des Kondensators (C4) und der Entladungsstrom sind beide direkt proportional zur Versorgungsspannung,urrL die Spannungsanstiegzeit von V^ (Fig. 7) ist im wesentlichen unabhängig von der Versorgungsspannung.Die Spannungsanstiegzeit beträgt ca. 2^us. Die Ausgangs impulsdauer _t wird wie folgt ausgedrückt:

worin RC die wirksame Zeitkonstante zum Entladen von (Λ, V^ die Modulationsamplitude und V_DD die Versorgungsspannung ist.· Wenn ν,. = 0, hat Jt einen Wert von ca. 1 >us und V₁ ist auf einen solchen Bereich beschränkt, daß die maximale Modulation + 0,5/us beträgt, so daß Datenimpulse in der Breite von 0,5 /is bis 1,5/is schwanken können. Es wird eine sehr stabiles und reproduzierbares Betriebsverhalten erreicht, weil die Spannungsanstiegzeit ■unabhängig von der Versorungsspannung ist und weil Transistorschaltungen in Form integrierter Schaltungen- vorgesehen sind.

Fig. 8 zeigt, daß von der Zeitmultiplexschnittstelle ausgewählte Impulse an den Demodula tore ingang RXE angelegt, werden,

-(Halte-) der als Ruckstell-, Integrations- und Kur zze ^speicherschaltung

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ausgebildet ist. Die Transistoren T6 und T7 bilden einen Stromspiegel, der normalerweise ausgeschaltet ist, jedoch den Kondensator C5 entlädt, um eine Sägezahnspannung Vp₁- (Fig. 9) zu erzeugen, wenn er von. einem ankommenden Impuls RXE getriggert wird. Ein Transistor T8 mit der differenzierenden Schaltung C6, Rl an seiner Eingangsseite erzeugt einen Rückstellimpuls an der steigenden Kante von RXE und stellt V_pi- vom gespeicherten Niveau der vorhergehenden Abtastung auf das Ausgangsniveau für die Sägezahnspannung zurück, wobei die Dauer des Anstiegs von der Dauer von RXE bestimmt ist. Das bei Ende des Spannungsanstiegs gehaltene Niveau ist das demodulierte analoge Ausgangsniveau, welches über einen Feldeffekttransistor 4-9 ausgegeben wird. Der Tastzyklus der Impulse, die demoduliert werden, ist gering, so daß Abtastfrequenzrauschen im nichtbetätigten Zustand (keine analoge Modulation) weit unterhalb dem eines Basisbandsi gnals in voller Höhe liegt.

Fig. 10 zeigt einen Mikroprozessor 30 vom Typ 80*1-8 mit den üblichen Stiftbezeichnungen (unter Auslassen nichtbenutzter Stifte). Eine weitere Vereinfachung ist insofern erzielt worden, als auch geringfügige übliche Einzelheiten, wie Eingangswiderstände und Fangdioden weggelassen wurden. Eine 16 Tasten aufweisende Tastatur 50 1st an Port P20-27 angeschlossen und einfach durch ein h χ k Leitergitter dargestellt. Die Taste an jeder Kreuzung schließt einen Schalter zwischen den an dieser Stelle vorhandenen Leitern. Der Mikroprozessor ist in bekannter Weise so ausgelegt, daß er Tastatureingänge kontinuierlich abtastet. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist

Port · DB0-DB7 nur zur Eingabe von und Ausgabe an einen Satz von Schaltern und Sichtgeräten 51 .bestimmt, die beispielsweise vier Lampen an DB0-DB3 aufweisen können, zur Anzeige von Zuständen wie Gespräch in Gang, Gespräche werden weitergegeben etc., Serienausgang an DB4·, DB5 zur Anzeige des anrufenden Teilnehmers, des angerufenen Teilnehmers oder sonstiger Information auf einem geeigneten Sichtgerät, und einen Tonausgang an DB7 zum Erzeugen von Tönen, wie Wählton, Besetztton usw. Die Schalter werden benutzt, um die Identität jeder Anschlußstelleneinrichtung (7 Bits) in an sich bekannter Weise einzu,geben„

I V_/ U L. \J -t

-KS-

während der Schalter 8 (DB?) .zur Kontrolle einer "Ausruf"-antwort benutzt werden kann. Ist der Schalter 8 nicht gesetzt, so unterbricht ein "Ausruf"-Anruf alle in Gang befindlichen Gespräche; aber der Schalter 8 kann an jeder

Anschlußstelleneinrichtung betätigt werden, um einen "Ausruf"-Anruf auszusperren, wenn z. B. die Anschlußstelleneinrichtung als Datenbindeglied benutzt wird.

Ferner ist ein herkömmlicher RegeIschaltkreis 52 und ein zugehöriger Stromeinschalt-Rückstellschaltkreis 53 vorgesehen. CLOCK (von Fig. 5) und CLOCK liegen an XTALl bzw. XTAL2 an. Die übrigen Stifte werden zur Verbindung mit der Zeitmultiplexschnittstelle verwendet. P1O-P13 liefern die Bindegliedadresse zur Auswahl des Bindegliedes, in welchem Daten übermittelt/empfangen werden sollen. Die übrigen in Fig. 10 und 11 gezeigten Signale haben folgende Bedeutung:

LIN gepufferter Eingang von der Leitung ΈΧΕ Nicht Übertragen vorbereiten RXE Empfangen vorbereiten CLOCK Kristalleingang

SYNC detektiertes Synchronisationssignal CS Steuerschlitz

LF Bindegliedfrequenztakt ¹REL Nichtv.Empfangen vorbereiten in einem Bindeglied TEL Übertragen "vorbereiten in einem Bindeglied

TXEL übertragen vorbereiten in ausgewähltem Bindeglied

DTX Daten zu., übertragen im Steuerschlitz DRX Daten e'mpfangen im Steuerschlitz DRXL Daten empfangen im Bindeglied

Gemäß Fig. 11, die die Zeitmultiplex-Schnittstelle zeigt, empfängt ein Zähler 55 CLOCK und SYNC und liefert CLOCK/2 (halbe Taktrate) und LF (Bindegliedfrequenzrate) Wellenformen von denen CLOCK/2 an einem Zähler 56 anliegt, der zählen darf, wenn LIN =1, d.h. LINE = 0, so daß er während jedes

empfangenen Impulses zählt. Wie bereits erwähnt, haben die Synchronisationsimpulse S (Fig. 2) eine Breite von 3,6^s, während die maximale Breite eines Datenimpulses 1,5/is beträgt. Deshalb ist eine Unterscheidung leicht, und der Zähler 56 erzeugt einen Überlauf, nämlich SYNC, wenn er eine Zählung von 7 erreicht, was anzeigt, daß ein Impuls 0,2257 χ 2 χ 7 = '. 3,16/us gedauert hat und folglich ein Synchronisationsimpuls sein muß. Ein Flip-Flop 57 wird von SYNC nach entsprechender ; Verzögerung durch E2, C7 gesetzt, ' um einen Zwischenraum ; zwischen den Synchronisationsimpulsen und Daten im Steuerschlitz zu erzeugen und liefert CS, nach Rückstellung durch LF, um den auf SYNC folgenden Steuerschlitz zu kennzeichnen. Eine bistabile Schaltung 58 liefert den Steuerdateneingang an den Mikroprozessor, da ihr Ausgang DRX nur "wahr" ist, wenn LIN und CS beide "wahr" sind, und damit der Ausgang eines NAND-Gatters

59 "falsch" ist.

Was die Datenübertragung im Steuerschlitz betrifft, so liefert Flip-Flop 57 auch CS, und wenn dieses Signal "wahl·" ist, d.h. außerhalb des Steuerschlitzes wird ein NOR-Gatter 60 gesperrt. Die Hikrocomputerausgangs-Steuerdaten sind Signal DTX, welches im Steuerschlitz unter Umkehrung am Ausgang des Gatters

60 kopiert und nocheinmal mit Umkehrung am Ausgang eines NOR-Gatters 61 kopiert wird, dessen Ausgang TXE ist. i

Die Bindegliedauswahl wird von einem Zähler 62 gesteuert, der durch das Signal SYNC zurückgestellt wird und LF zählt. Das Bindeglied, in dem der Mikroprozessor zu empfangen/Übertrager wünscht, wird durch drei Bits an PlO, Pll und P12 gekennzeichnet, deren Werte 001 bis 111 den Bindegliedern Ll bis L7 (Fig. 2) entsprechen (die Bi^Kombination 000 wird nicht benutzt; sie würde dem Steuerschlitz entsprechen). Das Zusammenpassen der drei Ausgangsbits und des Zustande des Zählers 62 wird von drei exklusiven NOR-Gattern 63 und einem UND-Gatter 64 festgestellt.

Das Signal an PI3 dient zur Feststellung ob die Übertragung in

O I U OLÜ

- Χι -

der ersten Hälfte eines Bindegliedes und der Empfang in der zweiten Hälfte erfolgt oder umgekehrt, in Übereinstimmung mit der obenerwähnten Übereinkunft. Wenn die Station angerufen wird, PI3 = 1 und ein exklusives NOR-Gatter 65 liefert einen wahren Ausgang in der ersten (wahren) Hälfte von LF. Deshalb wird in der ersten Hälfte des ausgewählten Bindegliedes ein UND-Gatter 66 freigegeben, um die durch TEL dargestellten Daten vom Mikroprozessor zu übertragen. Der wahre Ausgang des Gatters 65 sperrt ein NOH-Gatter 67, welches jedoch einen wahren Ausgang in der zweiten Hälfte LF liefert, wenn REL falsch ist. Dann wird ein UND-Gatter 68 in der zweiten Hälfte des ausgewählten Bindegliedes freigegeben, um Datenimpulse zur Demodulation in der Sammelleitungsschnittstelle von LIN nach RXE weiterzugeben.

Wenn die Station ruft, PI3 = 0, liefert das Gatter 65 in der zweiten Hälfte von LF einen wahren Ausgang, und das Gatter 67 liefert in der ersten Hälfte von LF einen wahren Ausgang (unter der Annahme REL =0). Empfang und Übertragung erfolgt dann in der ersten bzw. zweiten Hälfte des ausgewählten Bindegliedes.

Die RXE-Impulse werden auch in ein/Flip-Flop 69 eingegeben, nachdem dieses an der steigenden Kante des Ausgangs des das Bindeglied, auswählenden Gatters Θ\ zurückgestellt wurde, und das Flip-Flop liefert den Dateneingang für den Mikrocomputer

Entsprechend gibt der Rechner Steuerdaten als DTX ab, empfängt Steuerdaten als DRX, gibt Bindeglieddaten als TEL ab und empfängt Bindeglieddaten als DRXL, alle in Serienformat, ein Bit pro Zeitmultiplexzyklus. Alle im Steuerschlitz gesendeten Daten haben ein festes Format mit einem Präambelbit, Byte 1, eine Einbitleerstelle, Byte 2, eine Einbitleerstelle, Byte 3, was insgesamt 27 Zeitmultiplexzyklen erfordert. Die Bytes 1 und 2 sind die Adressen der adressierten bzw. adressierenden Station, während Byte 3 eine Anweisung ist, z.B. eine Anforderung, ein Gespräch oder eine Bestätigung zu erstellen oder auszulösen (Quittungsbetrieb). Alle Steuerschlitzdaten werden von allen

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Mikroprozessoren empfangen. Wertn das erste Byte der im Mikroprozessor gespeicherten eigenen Adresse entspricht, speichert der Mikroprozessor das zweite Byte und handelt aufgrund des .-Kitten Byte. Diese Bytes werden ignoriert, wenn keine Adressenübereinstimmung besteht. Zusätzliche Adressen außerhalb des normalen Identitätsbereichs 00-99 werden für besondere Einrichtungen, z.B. Gruppenruf reserviert.

Zum Herstellen eines Gesprächs sucht die rufende Station zunächst ein freies Bindeglied (gekennzeichnet als Bindeglied X)₁ wie oben erwähnt, und prüft, ob der Steuerschlitz frei ist. Dies sind Softwareaufgaben des Mikroprozessors, der lediglich DBXL = 0 während 11 Zyklen bzw. DRX = 0 während 100 Zyklen zählen muß. Dann sendet die rufende Station die Steuernachricht aus, die aus der Adresse der angerufenen Station, ihrer eigenen Adresse und der Anweisung "Herstellen eines Gesprächs unter Verwendung des Bindegliedes X" besteht. Die angerufene Station antwortet sofort mit der Bestätigungsnachricht, die aus der Adresse der anrufenden Station, ihrer eigenen Adresse und der Anweisung "stelle Gespräch unter Benutzung des Bindegliedes X her" besteht. Ferner wird PlO-Pl2 richtig eingestellt, P13 = 1 gesetzt , _und ^ie Übertragung von Impulsen in der ersten, Hälfte des Bindegliedes X aufgenommen. Die rufende Station spricht auf das Bestatigungssignal durch richtiges Setzen ihrer eigenen P10-P12, und Setzen P13 = ° an ,und beginnt mit der Übertragung von Impulsen in der zweiten Hälfte des Bindegliedes X. Damit ist ein in zwei Richtungen wirksames Bindeglied erstellt worden und kann analoge Sprachinformationen und digitale Datenausgänge in Serie vom einen oder anderen Mikroprozessor auf TEL führen und vom anderen Mikroprozessor auf DRXL empfangen. Die analogen Informationen sind als Impulsbreitenmodulation kodiert. 'Die Digitaldatenübertragung arbeitet mit Auslassen von Impulsen für 0-Bits. Bei Verwendung eines normalen synchronen SignaHTarmate mit ,-Start-Aind Stop-Bits können 8 Bit Dätenbytes zwischen Teilnehmern übertragen werden. (Ein längeres Nullzeichen könnte zum Versagen des Systems führen, da ein anderer Teilnehmer ein Bindeglied als frei ansehen konnte). Für geringe Daten raten-

keiten, z.B. Informationen von der Tastatur 50 an einer Station ist die Auswirkung auf die übertragene analoge Information sehr gering. Im ungünstigsten Fall, einem Zeichen -mit allen 8 Datenbits = 0, ergibt sich eine Unterbrechung von nur ca. 1 ms. Wenn die Daten 7 Bits plus ein ungeradzahliges Paritätsbit umfassen, muß in einer Folge von 10 Bits mindestens ein Bit =1 sein.

Für höhere Datenraten, z.B. kontinuierliche Modem-

Anwendungsfälle, kann die analoge Information unter Umständen in der Qualität stärker beeinträchtigt werden; in diesem Fall wäre es aber unwahrscheinlich, daß Sprache und Daten gleichzeitig übertragen werden müssen. Daten können in vollem Duplex in jedem beliebigen Bindeglied mit bis zu mindestens 4800 Baud übertragen werden.

Fig. 12 zeigt die Audiοverarbeitung^schaltung 34, die mit

/-(Empfänger sperre) sprachbetätigter Stummschaltung/arbextet, was die Verwendung von Lauthörtelefonen ermöglicht, so daß die Hände des Benutzers frei bleiben. Ein Mikrophon 70 ist übergänen Vorverstärker 71, einen "Stumm-"Schalter 72 und einen Filter 73 angeschlossen, das die für den analogen Eingangsanschluß 42 nach Fig.6 nötige Entzerrung gibt. Der analoge Ausgangsanschluß 43 gemäß Fig. 8 ist über einen Filter 74, einen Schließschalter 75 und einen Kraftverstärker 76 an einen Lautsprecher 77 angeschlossen. Der Filter 74 ist grundsätzlich ein Tiefpaßfilter, der die Wellenform V^₁- gemäß Fig. 9 zu einem annehmbaren Sprechsignal glättet. Die Filtercharakteristik kann angepaßt werden, um Abfrageverzerrungen auszugleichen.

Der angerufene Teilnehmer betätigt die "Stumm"-Schaltung, so daß eine "Stumm"-Steuerschaltung 78 von P13 = 0, was einen Anrufzustand kennzeichnet, gesperrt wird. Der aktive "Stumm-"Schaltkreis an der angerufenen Station arbeitet in herkömmlicher Weise und wählt die Richtung der Übertragung der Sprache entsprechend dem relativen Sprach-pegel . Der Schaltkreis vergleicht die Pegel auf Verhältnisbasis und gibt einen relativen

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Vers tärkungs vor teil an denjenigen Teilnehmer, der durchgefflbaliet ist; Der andere Teilnehmer muß den empfangenen Sprachpegel um den Verstärkungsvorteil, ca. 6 dB, überschreiten, um die Sprechrichtung umzukehren.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Dateneingabe/Ausgabe zusätzlich zu der in Fig. 10 gezeigten Tastatur 50. Für eine Anschlußstelleneinrichtung, die zur Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit ausgerüstet ist, wäre zusätzliche Hardware nötig, z.B. ein UART, dessen Serienausgangs- und Eingangsports ■ mit DTX bzw. DRXL verbunden wären, so daß der UART am Prozessor vorbeiginge. Der UART würde das gleiche Taktsignal empfangen. Der Prozessor würde das ein Gespräch herstellende Verfahren abwickeln; aber die Hochgeschwindigkeitsdaten wurden nicht durch den Prozessor laufen müssen.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Benutzung eines einzel- : nen Stiftes der Datensammelleitung zur Ausgabe von Seriendaten aus dem Prozessor. Das wäre für Anwendungsfälle mit niedrigen Datengeschwindigkeiten gedacht, z.B. zur Steuerung einer zentralisierten Diktiermaschine von einer entfernt gelegenen Nebenstelle über Tastatürbetätigung. ί

Wenn auch das spezielle Beispiel eines Mikroprozessors .vom j Typ 8048 gewählt wurde, können auch andere Mikroprozessoren ate dieser Familie in den Jeweils gezeigten Schaltungen verwendet werden, und es können im Grunde auch ganz andere Mikroprozessoren bei entsprechender Schaltungsanordnung vorgesehen werden.

Es wurde ein einfaches Beispiel der Datenform mit 3 Bytes beschrieben, bei der lediglich ein Byte als Anweisung reserviert ist. Ein Format von großer Flexibilität weist ein Präambelbit, j Byte 1, eine 1-Bit-Leerstelle, Byte 2, eine 1-Bit-Leerstelle, j Byte 3, eine 1-Bit-Leerstelle, Byte 4, auf, und erfordert somit j insgesamt 36 Zeitmultiplexzyklen. Bytes 3 und 4 sind Anweisungen mit beliebigen relevanten Daten, und vorherige Bezugnahmen auf das 3. Byte werden zu Hinweisen auf das 3. und k. Byte.

i^f

Wie schon erwähnt, können die Anschlußstelleneinrichtungen unterschiedlicher Art sein, und es ist zweckmäßig sie in zwei Kategorien zu unterteilen, und zwar Übertragungseinheiten, die zur Übermittlung von Daten und Sprache geeignet sind, und Peripherie geräte, . die gemeinsam benutzte Einrichtungen für Systembenutzer bilden, welche über die Übertragungseinheiten miteinander in Beziehung stehen.

Jede beliebige gegebene periphere Einheit bietet erweiterte Möglichkeiten für alle oder für bestimmte Benutzer. Eine von einem Benutzer angerufene periphere Einheit führt also normalerweise Aufgaben entsprechend den Befehlen des Benutzers aus, während andere periphere Einheiten allen Benutzern Informationen auf regelmäßiger oder kontinuierlicher Basis liefern können, z.B. die Tageszeit, Hintergrundmusik·. Allerdings ist auch eine gegenseitige Beziehung zwischen ,"Peripheriegeräten " und "Übertragungseinheiten" im Prinzip innerhalb der Verkehrs- und

.-möglich. Signalisierungsmöglichkeiten des Systems⁷ Ein Peripheriegerät

kann sogar eine Schnittstelle zwischen definierten Systemen bieten (Querverbindungsleitungen usw.).

Ein Beispiel eines Peripheriegeräts ist eine Zeiteinrichtung, die allen Systembenutzern Informationen liefert. Dieses Peripheriegerät ist von bekanntem Aufbau und nutzt eine Kristallfrequenzreferenz von hoher Stabilität gemeinsam mit einem Mikroprozessor dazu, eine exakte örtliche Zeitanzeige zu liefern. Ferner erfolgen Rundsendungen/der laufenden Zeit in Stunden und Minuten in regelmäßigen Abständen, z.B. ca. alle 15 Sekunden. Dieses ,Peripheriegerät gehorcht jedoch dem oben beschriebenen Sammelleitungsprotokoll, indem sie sich vergewissert, daß der Steuerschlitz frei ist, ehe mit der Datenübertragung begonnen wird. Auch das Nachrichtenformat entspricht den aligemein gültigen Regeln, wobei Bytes 3 und k die Zeitdaten tragen. Byte 1 ist eine besondere Adresse, die alle Geräte anruft, während Byte 2 die anrufende Einheit als den Taktgeber (Uhr) kennzeichnet. Jedes angerufene Gerät entscheidet, was mit der empfangenen Information zu tun ist. Typischerweise wird die Tageszeit

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von einer Einheit angezeigt, solange sie nicht mit einem Gespräch beschäftigt ist. Es sei noch erwähnt, daß keine Antwort oder Quittungsnachricht . von einer angerufenen Einheit erwartet wird, da die Nachricht eine Sendung ist und nicht eine Anforderung, die eine Antwort von der adressierten Einheit erfordert.

Eine weitere periphere Einheit für allgemeine Zwecke kann die Möglichkeit zum Speichern und Zurückholen von Nachrichten aufweisen. Dementsprechend können Tonaufzeichnungen für den Zugriff durch bestimmte Teilnehmer hinterlassen werden. Jede Übertragungseinheit kann mit einer "Nachrichtenlampe" versehen sein, die aufleuchtet, wenn eine aufgezeichnete Nachricht für diese Einheit vorliegt.

Eine periphere Einheit zur Speicherung von Nachrichten kann eine genormte Übermittlungsschnittstelle aufweisen, die mit dem Koaxialkabel verbunden ist und sowohl digitale als auch analoge Verknüpfungen zu einer Überwachungsspeichersteuereinheit und einer Tonspeichereinheit herstellt z.B. ein Tonbandaufnahmegerät. Die Überwachungsspeichersteuereinheit ist eine ; Steuerung auf der Basis eines Mikroprozessors, die die Übertragung an Einheiten innerhalb des Systems besorgt ebenso wie die Ausführung von Bibliotheksaufgaben, wie das Etikettieren j und Archivieren von Informationen im Bandaufzeichnungsgerät. Hierfür kann ein Mehrfachspur-Aufnahmegerät vorgesehen sein. Bei der Handhabung von Übertragungen mit einzelnen Einheiten spricht die Überwachungsspeichersteuereinheit auf eingehende Gespräche an, entscheidet, ob der Anrufer Nachrichten hinterlassen oder abrufen möchte, prüft Sicherheitscodes, falls zur Einhaltung der Vertraulichkeit vorgesehen, usw. Ein Telefonanrufbeantworter kann wahlweise an die Überwachungsspeichersteuereinheit und die Tonspeichereinheit angeschlossen sein, um die üblichen Möglichkeiten eines Telefonanrufbeantworters im Nachrichtendienst für Gespräche von außen zu bieten. Auf diese Weise empfangene Nachrichten werden von einer einzigen Ubertragungseinheit wiedergewonnen, d.h. von der bei der

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Empfangsdame cder einer besonderen Sekretärin, die dann die Nachrichten an die zutreffenden Einheiten weitergibt.

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Claims

Patentansprüche

1. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk ge'kennz'e i'chne t durch feine

Zweidrahtleitung, eine, mit derselben verbundenen Quelle von Synchronisationsimpulsen, welche Zeitmultiplexzyklen kennzeichnen, die zwischengeschaltete Zeitschlitze einschließlich eines Steuerzeitschlitzes und einer Vielzahl von Arbeitszeitschlitzen aufweisen, eine Vielzahl von mit der Zweidrahtleitung verbundenen Anschlußstelleneinrichtungen, die jeweils einen Mikroprozessor aufweisen, der geeignet ist, Steuerdatenimpulse in den Steuerzeitschlitz einzugeben und auf Datenimpulse im Steuerzeitschlitz anzusprechen, um durch Auswahl eines freien Arbeitszeitschlitzes einen Kanal zwischen einer anrufenden Anschlußstelleneinrichtung und einer angerufenen Anschlußstelleneinrichtung aufzubauen, eine Zweidrahtleitungs-Schnittstelle, die so ansteuerbar ist, daß sie ein abgetastetes Audiosignal in Form analoger modulierter Impulse in einem ausgewählten Zeitschlitz überträgt oder empfängt, wobei der Mikroprozessor so angeordnet ist, daß er digitale Nachrichtendaten durch binäre Modulation von Impulsen in einem ausgewählten Zeitschlitz überträgt und digitale Nachrichtendaten als binäre modulierte Impulse in einem ausgewählten Zeitschlitz empfängt.

2. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet , daß die analogen modulierten Impulse in der Impulsbreite moduliert sind.

3. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet , daß der Synchronisationsimpuls breiter ist als der breiteste impulsmodulierte Impuls, und daß jede Anschlußstelleneinrichtung einen digitalen Zeitgeber aufweist, der Synchronisationsimpulse als Impulse unterscheidet, die breiter sind als ein vorherbestimmter Wert.

k. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze i ohne t,

daß die Quelle der Snychronisationsimpulse auch ein Hochfrequenzsignal mit niedrigem Niveau an die Zweidrahtleitung abgibt, und daß jede Anschlußstelleneinrichtung einen zwangsverrasteten Oszillator und einen Frequenzteiler aufweist, die örtliche Taktwellenformen liefern.

5. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor einer anrufenden Anschlußstelleneinrichtung geeignet ist, einen freien Zeitschlitz dadurch zu finden, daß er Schlitze der Reihe nach prüft und einen Schlitz als frei behandelt, wenn darin innerhalb einer vorherbestimmten Anzahl von Zeitmultiplexzyklen keine Impulse vorhanden sind.

6. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Daten als 8-Bit Bytes umrahmt von je einem einzigen Start- bzw.Stop-O-Bit übertragen werden, und daß die vorherbestimmte Anzahl mindestens 11 ist.

7. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß alle im Steuerzeitschlitz gesendeten Nachrichten zwei Wörter aufweisen, die die Adressen der adressierten und der adressierenden Anschlußstelleneinrichtungen enthalten, gefolgt Von mindestens einem weiteren Wort, welches eine Anweisung darstellt.

8. Spra-ch- und Datenübertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitschlitze außer dem Steuerzeitschlitz einander paarweise zugeordnet sind und Bindeglieder für volle DuplexÜbertragung bilden.

9· Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach Anspruch 8 unter Rückbeziehung auf Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß jede Anschlußstelleneinrichtung einen

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Bindegliedzähler aufweist, der auf eine der örtlichen Taktwellenformen anspricht, und daß der Mikroprozessor eine Gruppe von Stiften aufweist, die Bindegliedadressen liefern, wobei ein Stift ein Bit trägt, welches kenntlich macht, ob die Anschlußstelleneinrichtung gerufen wird oder ruft, sowie Dekodierschal tungen, die die Sendung in einer durch

arorbereitet

das Bit ausgewählten Hälfte des Bindegliedes⁷, welches ausgewählt wird, wenn der Bindegliedzählerzustand der Bindegliedadresse vom Mikroprozessor entspricht, und den Empfang in der anderen Hälfte des ausgewählten Bindegliedes vorbereitet.

10. Sprach- und Datenübertragungsnetzwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichne t ,daß die Zweidrahtleitungs-Schnittstelle einen Modulator mit einem Eingangsanschluß für ein Sprachsignal und einem Eingangsanschluß für Impulse, die während der Zeit geliefert werden, während der die Dekodierschaltung die Sendung . in jedem Zeitmultiplexzyklus vorbereiten, in dem der Mikroprozessor ein Signal liefert, welches die Absendung eines Impulses befiehlt, und mit einem Ausgangsanschluß, der an einen Kurzschlußschalter über die Zweidrahtleitung hinweg angeschlossen ist, und einen Demodulator aufweist, der einen Ausgangsanschluß für ein Sprachsignal und einen Eingangsanschluß hat, welcher mit der Zweidrahtleitung während der Zeit gekoppelt ist, während der die Dekodierschaltung den Empfang vorbereitet.