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Zeitmultiplexsystem
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Die Erfindung betrifft ein Zeitmultiplexsystem mit über Fernleitungen
verbundenen Multiplexgeräten, die jeweils einen Multiplexer, einen Demultiplexer
und mit Kanaleingängen und Kanal ausgängen versehene Kanaleinheiten enthalten.
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Zur Übertragung von Fernsprechsignalen im Zeitmultiplexverfahren werden
die analogen niederfrequenten Fernsprechsignale mit einer Frequenz von 8 kHz abgetastet
und jeder Abtastwert in ein 8-bit-Wort codiert (Pulscodemodulation). Jedes Fernsprechsignal
beansprucht somit eine Übertragungskapazität von 8 x 8 kbit/s = 64 kbit/s. Bei der
anschließenden Multiplexbildung werden beispielsweise 3D-Kanal-Multiplexgeräte nach
der CCITT-Empfehlung G.732 verwendet. Diese Multiplexgeräte arbeiten mit einer Bitrate
von 2048 kbit/s.
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Die Struktur des 2048-kbit/s-Signals wird durch den in Fig. 1 dargestellten
Pulsrahmen bestimmt. Der Pulsrahmen hat eine Länge von 256 bit und eine Wiederholfrequenz
von 8 kHz; er ist in 32 Zeitabschnitte gegliedert. Die Zeitabschnitte 1 bis 15 und
17 bis 31 sind den 30 Fernsprechsignalen oder Fernsprechkanälen zugeordnet. In jedem
dieser Kanäle wird je Pulsrahmen ein 8-bit-codierter Abtastwert des zugehörigen
Fernsprechsignals übertragen. Im Zeitabschnitt 0 ist die Zusatz information für
die Multiplexbildung untergebracht; es wird abwechselnd das Rahmenkennungswort RW
und das Meldewort MW übertragen. Die Bits Nr. 2 bis 8 des Rahmenkennungsworts RW
und das Bit Nr. 2 des
Meldeworts MW bilden das Rahmenkennungssignal;
es hat eine Wiederholfrequenz von 4 kHz. Die mit x bezeichneten Bits sind für andere
Zwecke reserviert und können beliebige Werte annehmen.
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In Systemen mit kanalzugeordneter Signalisiertng enthält der Kanal
16 die vermittlungstechnischen Kennzeichen der 30 Fernsprechkanäle. Der Kanal 16
kann aber auch, wie jeder der übrigen Nutzkanäle, mi Datensignalen belegt werden.
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Nach Ausfall der Rahmensynchronisation starten Multiplexgeräte nach
der CCITT-Empfehlung G.732 oder G.738 zunächst den Suchlauf nach dem Rahmenkennungswort
RW (vgl. Fig. 1). Ist ein derartiges Bitmuster gefunden, wird auf diese Stelle vorläufig
eingerastet. Eine endgültige Einrastung erfolgt erst, wenn an entsprechender Stelle
des nächsten Pulsrahmen die "1" des Bits Nr. 2 des Meldewortes MW vorhanden ist
und wenn im übernächsten Pulsrahmen an entsprechender Stelle wieder das Bitmuster
des Rahmenkennungswortes RW auftaucht.
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Nach dem Einrasten der Synchronisation wird das Multiplexsignal nur
noch auf das Auftreten des Rahmenkennungswortes RW in jedem zweiten Pulsrahmen überwacht.
Erst wenn das Rahmenkennungswort 3 - 4 Mal nicht mehr an der entsprechenden Stelle
auftritt, wird Verlust der Rahmensynchronisation angenommen und ein neuer Suchlauf
gestartet.
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Zeitmultiplexsysteme unterliegen der Gefahr einer Falschsynchronisation,
wenn das Rahmenkennungswort RW simuliert werden kann. In einem solchen Fall kann
nämlich der bei Ausfall der Rahmensynchronisation auf
der Demultiplexer-Seite
startende Suchlauf nach dem Rahmenkennungswort mit dem Einrasten auf die Simulation
enden. Die Folge kann eine falsche Zuordnung der Kanäle des Pulsrahmens sein, wodurch
das Fernmeldegeheimnis der übertragenen Ferngespräche und/ oder Daten dann nicht
mehr gewährleistet ist.
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Die Simulation des Rahmenkennungswortes in einem Zeitmultipexsystem
mit PCM-codierten Fernsprechsignalen nach der in Fig. 1 dargestellten Struktur (CCITT-Empfehlung
G.732) ist praktisch unmöglich. Erstens wird die Simulation des Rahmenkennungswortes
RW durch das Meldewort MW oder durch die Signalisierung (Kanal 16) dadurch verhindert,
daß bestimmte Bitpositionen des Meldewortes und der Signalisierung so festgelegt
wurden, daß sie sich vom Rahmenkennungswort unterscheiden. Zweitens ist die Simulation
des Rahmenkennungswortes durch Kanäle der Fernsprechsignale sehr unwahrscheinlich,
da aufeinanderfolgende Abtastproben eines niederfrequenten Fernsprechsignals praktisch
nie gleich sind.
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Ganz anders wird dies bei Kanälen mit Datenübertragung mit nicht eingeschränkter
Codefreiheit. In einer Vielzahl möglicher Fälle kann ein Datenteilnehmer, der einen
64-kbit/s-Kanal in einem der CCITT-Empfehlungen G.732 oder G.738 entsprechenden
Pulsrahmen benutzt, unbewußt oder sogar absichtlich das Rahmenkennungssignal über
eine unbestimmte oder nach Belieben lange Zeitdauer simulieren. Ein in dieser Zeit
eintretender Ausfall der Rahmensynchronisation kann deshalb dazu führen, daß im
Demultiplexer eine falsche Zuordnung der Kanäle erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Zeitmultiplexsystem der
eingangs genannten Art anzugeben, das eine Falschsynchronisation höchstens kurzzeitig
zuläßt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Multiplexer ein Bestätigungssignal
in das Multiplexsignal einfügen, wenn beim zugeordneten Demultiplexer Rahmen synchronisation
besteht, und daß die Kanaleingänge, an denen solche Nutzsignale anliegen, die von
einem Teilnehmer bereits in digitaler Form ausgesendet werden, blockiert werden,
wenn der ihnen zugeordnete Demultiplexer kein Bestätigungssignal vom entfernten
Multiplexer empfängt.
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Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung beenden die Demultiplexer nach
Ausfall der Rahmensynchronisation den Suchlauf nach dem Rahmenkennungssignal nur
dann und geben nur dann ein Bestätigungssignal ab, wenn das Rahmenkennungssignal
nur ein einziges Mal innerhalb der dem zugeordneten Rahmen entsprechenden Zeitdauer
auftritt. Hierdurch wird eine Falschsynchronisation unmöglich, da schon ein Falscheinrasten
der Synchronisation verhindert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Unteransprüchen
angegeben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 die Struktur der Pulsrahmen eines 2048-kbit/s-Signals
nach der CCITT-Empfehlung G.732 und G.738, Fig. 2 das Übersichtschaltbild eines
Zeitmultiplexsystems,
Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Multiplexgeräts.
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In Fig. 2 und 3 sind nur die für die Erfindung relevanten Systemkomponenten
dargestellt. Andere für ein Zeitmultiplexsystem notwendige Komponenten, wie beispielsweise
Takterzeugung oder Leitungsanpassung sind weggelassen.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zeitmultiplexsystem werden die Zeitmultiplexsignale
auf der Fernleitung F1 vom Multiplexgerät MG1 zum Multiplexgerät MG2 und auf der
Fernleitung F2 vom Multiplexgerät MG2 zum Multiplexgerät MG1 übertragen. Die Fernleitungen
F1 und F2 sind hier als Symbole für die beiden Übertragungsrichtungen zu verstehen.
Die Multiplexsignale können vollduplex oder halbduplex übertragen werden.
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Die Nutzsignale liegen an den Eingängen El ... E31 des Multiplexgeräts
MG1 und an den Eingängen E1 ... E31 des Multiplexgeräts MG2 in digitaler Form vor.
Der nicht gesondert dargestellte Kanal Nr. 16 kann sowohl vermittlungstechnische
Kennzeichen als auch ein Datensignal enthalten. Die Nutzsignale der 30 Kanäle Nr.
1 bis 15 und Nr. 17 bis 31 können Fernsprechsignale und/oder Datensignale sein.
Fernsprechsignale werden in einem nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler vorher
PCM-codiert. Bei den Datensignalen sind natürlich auch sog. Telematik-Signale (Teletext,
Bildschirmtext, Telefax usw.) eingeschlossen.
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Über Kanaleinheiten K1 ... K31 bzw. K1... K31 gelangen die Digitalsignale
auf den Multiplexer M1 bzw.
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M2, in denen zusammen mit dem Rahmenkennungswort RW, dem Meldewort
MW und ggf. vermittlungstechnischen Kennzeichen der Pulsrahmen des Multiplexsignals
gebildet
wird (vgl. Fig. 1). Mittels der Demultiplexer D1, D2 wird
das empfangene Multiplexsignal wieder aufgeteilt und über die Kanaleinheiten den
entsprechen~ den Kanalausgängen Al ... A31, A1 ... A31 zugeführt.
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Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild des Multiplexgerätes MG1. Das Multiplexgerät
MG2 ist identisch aufgebaut. Die Multiplexsteuerung MS im Multiplexer M1 bewirkt
die zeitlich richtige Zusammensetzung des Pulsrahmens. Es werden nacheinander die
Schalter SR bzw. SM und die Kanalschalter Sle ... S31e angesteuert.
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Mit dem Schalter SR wird der Rahmenkennungswortgenerator RG und mit
dem Schalter SM wird der Meldewortgenerator MG an die Fernleitung F1 abwechselnd
zu Beginn eines Pulsrahmens(Kanal Nr. 0) angeschlossen. Anschließend werden nacheinander
mittels der Kanalschalter Sle ...
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S31e die Kanaleingänge El ... E31 mit der Fernleitung F1 verbunden
(Kanal Nr. 1 bis 15, Nr. 16 und Nr. 17 bis 31). Wenn der Kanal Nr. 16 vermittlungstechnische
Kennzeichen enthalten soll, müssen diese im Multiplexer Ml an entsprechender Stelle
zugesetzt werden (nicht dargestellt). Mittels des Schalters Se können die Kanaleingänge
El ... E31, an denen Nutzsignale anliegen, blockiert werden, d.h. die Signale dieser
Eingänge gelangen nicht auf die Fernleitung Fl Es ist auch möglich, nur solche Kanäle
über den Schalter Se zu führen, in welchen die Simulation des Rahmenkennungswortes
möglich ist, d.h. Kanäle, in denen das Signal in digitaler Form von einem Teilnehrner
kommt. Dies sind in erster Linie Datensignale. Hierunter können aber auch Analogsignale
fallen, die bereits beim Teilnehmer digitalisiert werden.
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Der Demultiplexer D1 des Multiplexgeräts MG1 in Fig. 3 besteht aus
der Synchronisationsschaltung SY,
die die Rahmensynchronisation
herstellt und überwacht, dem Meldewortdetektor MD, der Demultiplexsteuerung DS und
den Kanalschaltern Sla ... S3la. Die Demultiplexsteuerung DS verteilt die Abhängigkeit
von der Synchronisationsschaltung SY in Nutzdaten enthaltende Kanäle (Nr. 1 bis
15, Nr. 17 bis 31 und ggf.
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Nr. 16) über die Kanalschalter Sla ... S31a auf die entsprechenden
Kanalausgänge Al ... A31. Fernsprechsignale enthaltende Kanäle laufen anschließend
über einen Digital-Analog-Wandler.
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Wenn das Zeitmultiplexsystem strörungsfrei arbeitet, d.h. bei den
Demultiplexern D1 und D2 Rahmensynchronisation besteht, wird durch die Meldewortgeneratoren
MG der Multiplexer M1 und M2 ein Bestätigungssignal C in das Meldewort MW eingefügt.
Dieses Bestätigungssignal C kann im Meldewort MW eine oder mehrere Bitpositionen
belegen. Die Synchronisationsschaltung SY in den Demultiplexern D1 bzw. D2 gibt
bei bestehender Rahmensynchronisation die Synchronisationsmeldung C2 über das Verzögerungsglied
T an den Meldewortgenerator MG der zugehörigen Multiplexer M1 bzw. M2, was die Einfügung
des Bestätigungssignals C im Meldewort MW bewirkt. Das Verzögerungsglied T verzögert
nur die hintere Flanke des C2-Signals. Der Meldewortdetektor MD in den Demultiplexern
D1 und D2 prüft, ob das Bestätigungssignal C im empfangenen Meldewort enthalten
ist. Hierzu wird zu den entsprechenden Zeiten der Schalter SC durch die Demultiplexsteuerung
DS geschlossen. Der Ausgang des Meldewortdetektors MD gibt die Bestätigungsmeldung
C1 ab, wenn das Bestätigungssignal C im Meldewort enthalten ist.
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Bei Synchronisationsausfall treten die Bestätigungsmeldung C1 und
die Synchronisationsmeldung C2 nicht mehr auf.
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Der Ausgang des Meldewortdetektors MD führt auf den ersten Eingang
eines ODER-Gatters G2, dessen zweiter Eingang am Ausgang eines Exklusiv-ODER-Gatters
Gl liegt. Der eine Eingang des Gatters G1 ist mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes
T und der andere Eingang des Gatters Gl ist mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes
T verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters G2 steuert den Schalter Se in den Multiplexern
M1, M2.
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Hierdurch wird erreicht, daß nach Ausfall der Synchronisation die
Öffnung des Schalters Se und die Rücknahme des Bestätigungssignales C um die Abfallzeit
des Verzögerungsgliedes T verzögert werden. Andererseits wird bei bestehender Synchronisation
der Schalter Se sofort geöffnet, wenn das Bestätigungssignal C im empfangenen Meldewort
nicht mehr enthalten ist.
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Wird vom Meldewortdetektor MD das Ausbleiben des Bestätigungssignals
C vom fernen Multiplexer festgestellt, nimmt er das Signal C1 zurück. Ist das Ausbleiben
von C nicht mit einem gleichzeitigen Ausfall der Rahmensynchronisation verbunden,
wird über Gatter G2 der Schalter Se geöffnet und sperrt die Nutzkanaleingänge des
Multiplexers M1. Dieser Sperrzustand bleibt solange bestehen, bis der Meldewortdetektor
MD das Wiedereintreffen des Bestätigungssignales C erkennt.
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Wird von der Synchronisationsschaltung SY der Ausfall der Rahmensynchronisation
erkannt, nimmt sie das Signal C2 zurück. Dadurch liegt am Ausgang des Gatters G1
während der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes T ein positives Signal, so
daß der gleichzeitige Wegfall der Bestätigungsmeldung C1 während der Verzögerungszeit
bedeutungslos bleibt. Wird die
Rahmensynchronisation innerhalb
der Verzögerungszeit von T im Demultiplexer D1 wieder hergestellt, bleibt der reguläre
Betrieb des Multiplexers M1 unbeeinflußt.
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Konnte innerhalb der Verzögerungszeit keine Synchronisation gefunden
werden, weil kein Signal ankommt oder im ankommenden Signal entweder kein oder aber
mehr als ein einziges dem Rahmenkennungssignal entsprechendes Bitmuster auftrat,
wird die Aussendung des eigenen Bestätigungssignales C vom Meldewortgenerator MG
des Multiplexer M1 unterbrochen. Gleichzeitig werden die Nutzkanaleingänge El ...
E31 über das ODER-Gatter G2 blockiert. Durch diese Maßnahmen wird veranlaßt, daß
der ferne Multiplexer M2 seine Nutzkanaleingänge El.... E31 blockiert und daß ein
möglicherweise gleichzeitig auch beim fernen Demultiplexer D2 auftretender Suchlauf
nach der Rahmensynchronisation nicht durch Nutzkanäle beeinflußt werden kann. Sobald
die Synchronisationsschaltung Sy die Rahmensynchronisation wieder herstellen konnte,
meldet sie dies an ihrem ausgang mit dem Signal C2 und veranlaßt damit wieder die
Aussendung des Bestätigungssignals C über den zugehörigen Multiplexer.
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Die Blockade der Nutzkanaleingänge El ... E31 wird beendet, wenn zusätzlich
zur bestehenden Rahmensynchronisation der Empfang des Bestätigungssignals C vom
Meldewortdetektor MD über sein Ausgangssignal C2 gemeldet wird.
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