DE3430678C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein leitergebundenes Kommunikations­ system gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein sol­ ches System ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung gemäß DE 34 12 112 A1 und außerdem im wesentlichen bekannt aus der DE-OS 19 04 472, Anspruch 1 (Fernspei­ sung mit tonfrequenter Wechselspannung, deren Frequenz unterhalb der Frequenzen des Nachrichtenübertragungs­ bandes liegt).

Bei leitergebundenen Kommunikationssystemen, insbesondere bei Breitbandkommunikationssystemen, werden beispielsweise von einer Kopfstelle aus über ein Koaxialkabel mehrere Fernseh­ und Tonrundfunkprogramme an Teilnehmerstellen verteilt. In das Koaxialkabel sind Zwischenverstärker eingefügt, die zur Energieversorgung über das Koaxialkabel von einer speisen­ den Stelle aus ferngespeist werden. Zur Fernspeisung wird beim Kommunikationssystem gemäß der DE 34 12 112 A1 eine Fernspeise-Wechselspannung verwendet, die zwischen 500 Hz und der unteren Grenzfrequenz der Nachrichtensignale liegt.

Nach der VDE-Bestimmung (Entwurf) DIN 57 800, Teil 12, sind für Frequenzen über 500 Hz höhere Spannungen als 50 V zu­ gelassen, ohne daß Schutzmaßnahmen gegen ein Berühren not­ wendig sind, wenn die spannungsführenden Teile als solche erkennbar sind. Diese Tatsache macht sich das Kommunika­ tionssystem gemäß der DE 34 12 112 A1 insofern zunutze, als daß mit höher werdender Fernspeise-Wechselspannungs­ frequenz bei einem vorgegebenen Fernspeisestrom eine hö­ here Fernspeisespannung verwendet werden kann - bei einer Fernspeise-Wechselspannungsfrequenz von 20 kHz beträgt die maximal zulässige Fernspeise-Wechselspannung 165 V - um damit eine hohe Fernspeiseleistung übertragen zu können. Der Nachteil des Kommunikationssystems gemäß der DE 34 12 112 A1 liegt jedoch darin, daß infolge des Einflus­ ses von Stehwellen für die Fernspeisespannung - für eine Fernspeise-Wechselspannung von 20 kHz ist die Leitungs­ länge eines Fernspeiseabschnittes in vielen Fällen nicht mehr klein gegenüber der Wellenlänge der Fernspeisewechsel­ spannung - Spannungsübererhöhungen, bzw. Blindströme auftre­ ten. Dies hat zur Folge, daß bei größeren Leitungsabschnit­ ten die Fernspeise-Wechselspannung in Abweichung zu den durch die VDE DIN 57 800 vorgegebenen Maximalwerten wegen des geforderten Berührungsschutzes reduziert werden muß, was einen ungünstigen Einfluß auf die übertragene Fern­ speiseleistung hat.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrun­ de liegt, das Kommunikationssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß die maximal über­ tragbare Fernspeiseleistung nicht wegen auftretender Steh­ wellen reduziert werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Anspruch 2 enthält eine vorteil­ hafte Weiterbildung.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die durch die Grenzen der VDE DIN 57 800 maximal möglichen Span­ nungen voll ausgenutzt werden können und daher mehr Fernspei­ seleistung übertragen werden kann, als beispielsweise beim Kommunikationsnetz nach der DE 34 12 112 A1. Die Erhöhung der Fernspeise-Leistung erlaubt es, Zwischenverstärker mit größeren Bandbreiten einzusetzen, wobei die größere Band­ breite durch eine größere Leistungsaufnahme erkauft wird. Unter Berücksichtigung der Aufteilung der Übertragungslei­ tung kann so die Zahl der übertragenen Fernseh- und Ton­ rundfunkkanäle erhöht werden, bei Beibehaltung der bisher schon überbrückbaren Entfernung und Weiterverwendung der bisherigen Koaxialkabel-Typen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Kommunikationssystems anhand einer Zeichnung näher be­ schrieben.

Die Figur zeigt eine Prinzipdarstellung zweier BK-Verstärker­ punkte mit angeschlossenen Leitungsabschnitten.

Über ein baumförmiges Breitband-Koaxialkabelnetz wird von einer Kopfstelle K aus im Frequenzbereich von 47 MHz bis 440 MHz eine Anzahl von Fernseh- und Tonrundfunkprogram­ men an Teilnehmerstellen (Wohnungsanschlußstellen) Tln über BK-Verstärkerpunkte VP übertragen. Für eine Übertra­ gung in der Gegenrichtung ist der Frequenzbereich von 5 MHz bis 10 MHz vorgesehen. Die Nachrichtensignale umfassen also den Bereich zwischen der unteren Grenzfrequenz von 5 MHz und einer oberen Grenzfrequenz von 440 MHz-

Wie die Figur zeigt, enthalten die BK-Verstärkerpunkte VP Zwischenverstärker ZwVr, Fernspeiseverteiler FspVt und Ab­ zweiger Az zur Verteilung der Fernseh- und Tonrundfunkpro­ gramme von der A-Ebene in die unteren Verteilebenen (B, C, D-Ebene) und von dort zu den Teilnehmerstellen Tln. An einen solchen BK-Verstärkerpunkt VP können baumförmig Leitungszüge angeschaltet sein, deren Zwischenverstärker ZwVr ebenfalls über den Fernspeiseverteiler FspVt und zusätzlichen Fern­ speiseweichen (in der Figur nicht dargestellt) ferngespeist werden. Die Fernspeisung erfolgt über ein netzbetriebenes Fernspeisegerät FspG, welches die Fernspeisepannung U _FS liefert.

An einen Eingang und Ausgang eines solchen Verstärkerpunktes VP, sind Koaxialkabel-Leitungsabschnitte LA angeschlossen. Ein- und ausgangsseitig weist der Verstärkerpunkt VP Fern­ speiseweichen FspW auf.

Sie sind gleich aufgebaut und enthalten jeweils Hochpässe HP zur Weiterleitung der Fernseh- und Tonrundfunkprogramme zu den Zwischenverstärkern ZwVr unter gleichzeitiger Abblok­ kung des Fernspeisestromes. Ferner weisen die Fernspeisewei­ chen FspW Tiefpässe TP auf, mittels derer die Fernspeisespan­ nung U _FS ein- bzw. ausgekoppelt wird. Die Fernseh- und Ton­ rundfunkprogramme werden durch diese Tiefpässe TP vom Fern­ speiseweg abgeblockt. Der Fernspeisestrom fließt nun von ei­ nem Koaxial-Leitungsabschnitt L über den Tiefpaß TP einer Fernspeiseweiche FspW, die Schaltmatrix SM des Fernspeise­ verteilers FspVt, welche aus Brückensteckern zur Verbindung der ein- und abgehenden Leitungen besteht, und über den Tief­ paß TP der nächsten Fernspeiseweiche FspW in den nächsten Leitungsabschnitt LA. Von der Schaltmatrix SM aus wird auch die Stromversorgung StrVg für den Zwischenverstärker ZwVr des BK-Verstärkerpunktes VP mit Speisespannung U _FS versorgt. Die Stromversorgung StrVg besteht aus einem Gleichspannungs­ wandler, der die Speisespannung U _FS in eine für den Zwischen­ verstärker ZwVr geeignete Spannung umwandelt.

Die Fernspeisespannung U _FS kann bei einer Frequenz von 20 kHz unter Berücksichtigung der DIN 57 800 zu maximal 165 V gewählt werden. Bei dieser Frequenz ist die Lei­ tungslänge, die üblicherweise im Kilometerbereich liegt, nicht mehr als kurz bezüglich der Wellenlänge der Fern­ speisefrequenz zu betrachten. Auf der Koaxialleitung tre­ ten Stehwellen auf, die bei leerlaufender Leitung nach der DIN 57 800 zu unzulässigen Spannungsüberhöhungen füh­ ren würden. Außerdem treten Blindströme auf. Um Abhilfe davon zu schaffen, wird die Koaxialleitung in Leitungsab­ schnitte LA unterteilt, beispielsweise in Abschnitte von λ/30, die als kurz bezüglich der Wellenlänge der Fernspei­ sefrequenz zu betrachten sind. Diese Abschnitte werden dann einzeln kompensiert. Für diese Einzelabschnitte kann das Übertragungsverhalten des Koaxial-Kabels im verlustlo­ sen Fall durch folgende Vierpol-Übertragungsmatrix in der A-Form dargestellt werden:

Darin bedeutet:

L′ = Induktivitätsbelag des Koaxialkabels, C′ = Kapazitätsbelag des Koaxialkabels, σ = Spannungserhöhung am Ende des Koaxialkabels bei Leerlauf und ω = Kreisfrequenz (vgl. Kupfmüller, Einführung in die theoretische Elektrotechnik, 8. Auflage, 1965, Seiten 394 und 395).

Die Spannungserhöhung σ ist durch folgende Beziehung gege­ ben:

σ = 1/2 ω² L′C′l ²,

wobei 1 die betrachtete Leitungslänge darstellt.

Um die unerwünschte Spannungsüberhöhung bei leerlaufender Ko­ axialleitung zum Verschwinden zu bringen, muß zur A-Matrix des Koaxialkabels ein solcher Vierpol geschaltet werden, daß σ zu Null wird. Realisierbar ist ein solcher Vierpol durch eine die Spannungsüberhöhung σ kompensierende Parallel­ induktivität. Diese Parallelinduktivität wird für jeden Lei­ tungsabschnitt LA vorzugsweise in einer Fernspeiseweiche FSpW untergebracht. Damit lauter gleiche Fernspeiseweichen FspW benutzt werden können, wird die Parallelinduktivität in zwei gleiche Anteile LP aufgeteilt und jeweils am Anfang und am Ende eines Koaxialkabelabschnittes LA in den Fern­ speiseweichen FspW untergebracht und zwar am Ende eines Koaxialleiterabschnittes LA vor der Abtrennung des Nach­ richtensignals vom Fernspeisesignal mittels des Hochpasses HP bzw. des Tiefpasses TP und am Anfang eines Koaxialkabel­ abschnittes LA nach dem Hochpaß HP und dem Tiefpaß TP. Die Parallelinduktivitäten LP kompensieren neben der Span­ nungserhöhung σ bei leerlaufender Leitung den aufgenomme­ nen Blindstrom.

Zur Kompensation der Induktivität eines Leitungsabschnit­ tes LA ist jeweils eine Serienkapazität CS vorgesehen. Diese wird, wie die Figur zeigt, vorzugsweise am Ende eines Leitungsabschnittes LA angeordnet. Die Kompensation der Induktivität eines Leitungsabschnittes LA am Ende ist vorteilhaft, weil dort auch eine Kompensationsmaßnahme hoch­ frequenter Art, nämlich die Kompensation des Leitungsab­ schnittes für den Frequenzbereich des Nachrichtensignals, vorgenommen wird. Die Serienkapazität CS ist im Fernspeise­ verteiler FspVt untergebracht, vorzugsweise jeweils zwi­ schen den Eingängen eines Fernspeiseverteilers FspVt und der Schaltmatrix SM, die die vom Fernspeisegerät FspG ge­ lieferte Fernspeisespannung U _FS über die Fernspeiseweichen FspW in die verschiedenen Leitungsabschnitte LA einspeist und auch den zum BK-Verstärkerpunkt VP gehörigen Zwischen­ verstärker ZwVr versorgt.

Für eine Leitungsabschnittslänge LA von 330 m ergibt sich für eine Parallelinduktivität LP ein Wert von 6 mH und für eine Serienkapazität CS ein Wert von 530 nF. Die Kompensations­ elemente LP und CS können als Steckmodule in den Fernspei­ seweichen FspW, bzw. den Fernspeiseverteilern FspVt, unter­ gebracht werden. Abgleicharbeiten sind nicht nötig.

Claims (4)

1. Leitergebundenes Kommunikationssystem zur Übertragung von Nachrichtensignalen mit Fernspeisung der Zwischen­ verstärker von einer speisenden Stelle aus mittels Fernspeise-Wechselspannung, wobei die Frequenz der Fernspeisewechselspannung zwischen 500 Hz und der un­ teren Grenzfrequenz der Nachrichtensignale liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Leitungslänge in Abschnitte (LA) derart aufgeteilt wird, daß die Leitungslänge bezüglich der Wellenlänge der Fernspei­ sefrequenz kurz - beispielsweise λ/30, mit λ=Wel­ lenlänge der Fernspeisefrequenz - ist, daß am Ende und/oder am Anfang eines solchen Abschnittes (LA)

• a) zur Kompensation der Spannungsüberhöhung bei leer­ laufender Leitung bzw. des aufgenommenen Blind­ stromes für den Fernspeiseweg Parallelinduktivi­ täten (LP) angeordnet sind,
• b) zur Kompensation der Leitungsinduktivität für den Fernspeiseweg Serienkapazitäten (CS) angeordnet sind.

2. Leitergebundenes Breitband-Kommunikationssystem nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Leitungsab­ schnitt (LA) jeweils eine Parallelinduktivität (LP) am Anfang und am Ende angeordnet ist und daß pro Leitungsab­ schnitt (LA) nur am Ende eine Serienkapazität (CS) angeordnet ist.

3. Leitergebundenes Breitband-Kommunikationssystem nach An­ spruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Unterbringung der Kompensationselemente (LP, CS) im Breitbandkommuni­ kations-Verstärkerstellengehäuse.

4. Leitergebundenes Breitband-Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelinduktivitäten (LP) in den Fernspeise­ weichen (FspW) und die Serienkapazitäten (CS) in den Fernspeisespannungsverteilern (FspVt) untergebracht sind.