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Multiplexer/Demultiplexer mit flexibler Signal-
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verarbeitungsfunktion für digitale Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssysteme
Die Erfindung betrifft Multiplexer und Demultiplexer, die für zukünftige digitale
Breitbandnetze, also für Kanäle mit hohen Ubertragungsgeschwindigkeiten besonders
geeignet sind.
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Aus der DE-OS 32 06 476 ist ein für solche Anwendungen konzipierter
Multiplexer bekannt, der mehrere binäre Digitalsignale zu einem breitbandigen Zeitmultiplex-Signal
(mit -einer Ubertragungsgeschwinaigkeit von 560 Mbit/s) zusammenfaßt. Diesem Multiplexer
ist ein einen Leitungscode erzeugender Codewandler mit parallelen Eingängen vorgeschaltet,
und der Multiplexer selbst ist ein einfacher Parallel-Serien-Wandler. Es hanaelt
sich also um eine sowohl die Funktion der Leitungscodierung als auch die Funktion
der Multiplexbildung umfassende sendeseitige Einrichtung eines digitalen Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystems,
die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Gezeichnet ist.
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Eine empfangsseitige Einrichtung des von dieser sendeseitigen Einrichtung
auf die üortragungsstrecke gegebenen Zeitmultiplex-Signals ist nicht bekannt.
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Für die obengenannten Anwendungen ist es wünschenswert, die Funktionen
der sendeseitigen Einrichtungen des über tragungssystems auf einen oder sehr wenige
integrierte Schaltkreise zu konzentrieren, um die Herstellungskosten zu reduzieren.
Eine Entwicklung eines integrierten Schaltkreises auf der Basis der bekannten sendeseitigen
Einrichtung würde zu einem integrierten Schaltkreis führen, der nur für eine spezielle
Anwendung, z. B. vier Eingangssignale mit jeweils 140 Mbit/s geeignet und daher
für andere innerhalb eines Breitbandnetzes vorkommende Ubertragungsgeschwindigkeiten
nicht verwendbar wäre.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine sendeseitige Einrichtung
und eine empfangsseitige Einrichtung anzugeben, die innerhalb eines Nachrichtennetzes,
insbesondere eines breitbandnetzes, das einen Leitungscode verwendet, für in unterschiedlichen
Stufen der Multiplexhierarchie zu bewältigende Multiplexer- ozw. Demultiplexer-Aufgaben
einsetzbar sind.
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Die Aufgabe wird wie in den Patentansprüchen 1 und 2 angegeben gelöst.
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der sendeseitigen
Einrichtung, Fig. 2 ein Blockschaltbild der empfangsseitigen Einrichtung und Fig.
3 eine vorteilhafte Anwendung der Einrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 2 als Eingangsbzw.
Ausgangsschaltungen eines Koppelfeldes einer Vermittiungsstelle.
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Beim nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen,
daß es im zukünftigen Breitbandnetz einen Basiskanal mit einer Ubertragungsgeschwindigkeit
von 140 Mbit/s Cüoertragungsgeschwindigkeit der vierten Stufe der PCM-Multiplexhierarchie)
gibt. Als Beispiel für eine variable Bündelung solcher Basiskanäle und eine variable
Bündelauflösung wird die Erfindung nachstehend beschrieben. Es wird angenommen,
daß die Bitfolgefrequenzen einer "Breitband-PCM-Hierarchie" untereinander in einem
ganzzahligen Verhältnis von 2 stehen. Die mit diesen Bitfolgefrequenzen arbeitenden
Einrichtungen des Breitbandnetzes sollen untereinander voll synchron sein.
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Die sendeseitige Einrichtung nach Fig. 1 hat einen den Leitungscode
erzeugenden Codewandler 5 und einen diesem nachgeschalteten Parallel-Serien-Wandler
7, der das über die übertragungsstrecke auszusendende Zeitmultiplex-Digitalsignal
abgibt. Der Codewandler 5 ist nicht egenstand dieser Patentanmeldung und wird daher
auch nicht näher erläutert.
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Die parallelen Eingangsleitungen 91 bis 9n des Codewandlers 5 sind
in mehrere Gruppen eingeteilt, und in jeder Gruppe befindet sich ein dem Codewandler
5 vorgeschalteter Zwischenspeicher S1, S2, S3 und S4. Die Stufenanzahl jedes Zwischenspeichers
ist so groß wie die Anzahl der an ihn angeschlossenen Eingangsleitungen des Codewandlers.
Im Beispiel nach Fig. 1 sind vier Zwischenspeicher vorhanden, jeder hat vier mit
jeweils einer Speicherstufe verbundene Paralleleingänge 11 bis 14, 21 bis 24, 31
ois 34 und 41 bis 44, sowie einen Serieneingang 1, 2, 3, 4.
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Jeder Zwischenspeicher ist durch ein Steuersignal derart steuerbar,
daß er in einer ersten Betriebsart ein an seinen Serieneingang angelegtes Digitalsignal
in vier parallele Ausgangs-Digitalsignale umsetzt, die auf die vier an den Zwischenspeicher
angeschlossenen Codewandler-Eingänge gelangen, und in einer zweiten Betriebsart
vier an seine parallelen Eingänge angelegte Digitalsignale in paralleler Form auf
die Codewandler-Eingänge weitergibt.
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Eine Taktversorgung- und Steuerung 6 liefert die Takt-und Steuersignale
für die Zwischenspeicher S1 bis S4, den Codewandler 5 und den Parallel-Serien-Wandler
7, wobei oie Taktsignale des Codewandlers 5 und des Paral-Lel-Serien-Wandlers 7
an die Bitfolgefrequenz der den Eingängen 91 bis 9n des Codewand lers zugeführten
Digitalsignale angepaßt werden. Die zwei verschiedenen Betrieosarten der Zwischenspeicher
S1 bis S4 können über Steuerleitungen 130 ausgewählt werden.
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In der empfangsseitigen Einrichtung gemäß Fig. 2 wird das empfangene
Zeitmultiplex-Digitalsignal einem Serien-Pàrallel-Wandler 70 zugeführt, der es in
aufeinanderfolgende Wörter in Parallelform umsetzt, deren Wort länge gleich der
Wort Länge der Ausgangswörter des sendeseitigen Codewandlers 5 ist. Dem Serien-Parallel-Wandler
70 ist ein Codewandler 50 zum Decodieren des Leitüngscode nachgeschaltet. Dieser
enthält eine Synchronisierschaltung, die aufgrund einer Nachprüfung der oderegel
den Serien-Parallel-Wandler 70 synchronisiert.
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Entsprechend der Sendeseite sind die parallelen Ausgänge des Coaewandlers
SO in vier Gruppen eingeteilt, und für jede Gruppe von Ausgängen ist ein Zwischenspeicher
S10, SO, S30 und S40 vorgesehen. Jeder Paralleleingang jedes dieser Zwischenspeicher,
d. h. jede seiner Stufen, ist mit einem der Parallelausgänge des Codewandlers 50
verbunden. Jeder Zwischenspeicher hat soviel Parallelausgänge wie Speicherstufen
und einen Serienausgang. Die Parallelausgänge sind mit 110 bis 140, 210 bis 240,
310 bis 340 und 410 bis 440 (jeweils nur Vielfache von 10) bezeichnet, die Serienausgänge
mit 10, 20, 30 und 40.
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Eine Taktversorgung und Steuerung 60 liefert die Taktsignale und Steuersignale,
die der Serien-Parallel-Wandler 70, der Codewandler 50 und die Zwischenspeicher
S10, S20, S30 und S40 benötigen.
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Jeder Zwischenspeicher ist durch ein Steuersignal derart steuerbar,
daß er in einer ersten Betriebsart die an seinen Paralleleingängen erscheinenden
Digitalsignale in ein an seinem Serienausgang abgegebenes serielles Digi-
talsignal
umsetzt und in einer zweiten Betriebsart die an seinen Paralleleingängen erscheinenden
Digitalsignale in paralleler Form weitergibt. über Steuerleitungen 132 ist die jeweilige
Betriebsart der Zwischenspeicher auswählbar.
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Zum Grundprinzip des bisher erläuterten übertragungssystems, bestehend
aus der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung gleichgültig, ob sie die vor-
bzw.
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nachgeschalteten Zwischenspeicher aufweist oder nicht, ist an dieser
Stelle auf eine Besonderheit hinzuweisen: Bei bekannten Codewandlern, aie einen
spektrumsformenden Blockcode, beispielsweise den 5B/68-Code, verwenden, werden den
Codewandler-Eingängen die in parallele Form umgesetzten aufeinanderfolgenden Bits
eines seriellen Digitalsignals zugeführt (z. B. "Telcom Report 7 (1984 Heft 4, S.
224-228, BiLd 3))". Im Gegensatz sind hierzu die bisher beschriebenen Einrichtungen
nach Fig. 1 auch dazu vorgesehen, n parallele untereinander synchrone Datenströme
aus verschiedenen Quellen zu verarDeiten.
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Dies bedeutet, daß der dem sendeseitigen Codewandler 5 nachgeschaltete
Parallel-Serien-Wandler 7 die Funktion des Multiplexers für diese parallele Datenströme
ausübt und kein eigener Multiplexer wie bei diesem Stand der Technik notwendig ist.
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Entsprechend bedeutet dies empfangsseitig, daß der dem Codewandler
50 vorausgehende Serien-Parallel-Wandler 7, der durch die die Coderegel nachprüfende
Synchronisierschaltung synchronisiert wird, die Funktion des Demultiplexers ausübt.
Eine zu Zwecken der Demultiplexersyn-
chronisierung üblicherweise
zu übertragende Synchronisierinformation ist beim erfindungsgemäßen System nicht
notwendig, da diese Information im Leitungscode enthalten ist. Eine Verwürfelung
der Eingangssignale vor der Umsetzung in den Leitungscoae ist beim erfindungsgemäusen
System ebenfalls nicht notwendig.
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Nachfolgend werden einige Beispiele angegeben, die zeigen, in welch
vielfältiger Weise die Einrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 2 anwendbar sind.
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Es werden 16 Digitalsignale mit jeweils einer Bitfolgefrequenz von
140 Mbit/s den 16 Paralleleingängen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44
zugeführt. Diese gelången über die Zwischenspeicher S1, S2, S3 und S4, die jeweils
in der genannten zweiten Betriebsart arbeiten, auf die 16 Eingänge des Codewandlers
5, werden dort in einen Leitungscode umgese-tzt und im Parallel-Serien-Wandler 7
im Zeitmultiplex zu einem Digitalsignal mit einer Bitfolgefrequenz von etwa 2,6
Gbit/s gebündelt, wobei die genaue Bitfolgefrequenz von der Redundanz des verwendeten
Leitungscodes abhängt. In entsprechender. Weise wird die empfangsseitige Einrichtung
nach Fig. 2 so gesteuert, daß sie das Empfangssignal mit der Bitfolgefrequenz von
etwa 2,6 Gbit/s in 16 Digitalsignale mit jeweils einer Bitfolgefrequenz von 140
Mbitis auflöst.
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Dieselbe s end-e sei t i ge Einrichtung kann auch dazu verwendet werden,
vier Zeitmultiplexsi ynale aus der nächsthöheren Multiplexhierarchie, d. h. mit
jeweils 560 Mbit/s in ein Zeitmultiplexsignal mit etwa 2,6 Gbit/s zu
bündeln.
In diesem Falle werden die vier 560 Mbit/s-Eingangssignale aen vier Serieneingängen
1 bis 4 zugefuhrt, und die vier Zwischenspeicher werden so gesteuert, daß sie in
der oben genannten ersten Betriebsart arbeiten.
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Die empfangsseitige Einrichtung nach Fig. 2 kann in diesem Falle so
gesteuert -weraen, daß sie ihr 2,6 Gbit/s-Eingangssignal entweder in vier Digitalsignale
der Bitfolgefrequenz von 560 Mbit/s umsetzt, die an den Ausgängen 10, 20, 30 und
40 erscheinen oder so, daß sie (für den Fall von 560 M/bitis-Signalen, die aus vier
140 Mbit/s-Signalen gebildet sind) das 2,6 Gbit/s-Eingangssignal in 16 Ausgangssignale
mit jeweils einer Bitfolgefrequenz von 140 Mbit/s umsetzt.
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Für den Fall, daß vier 140 Mbit/s-Signale im Zeitmultiplex übertragen
werden sollen, werden diese vier Signale an die Serieneingänge 1, 2, 3 und 4 angelegt,
im Codewandler mit der um den Faktor 4 reduzierten Verarbeitungsgeschwindigkeit
codiert und vom ParaL-lel-Serien-Wandler in ein 560 Mbit/s-Ausgangssignal gebündelt,
das aie empfangsseitige Einrichtung nach Fig. 2 in entsprechender Weise wieder in
vier 140 Mbit/s-Signale auf löst.
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Außer diesen beispielsweise angedeuteten Möglichkeiten der Verwendung
der sendeseitigen Einrichtung nach Fig. 1 und der empfangsseitigen Einrichtung nach
Fig. 2 gibt es eine Vielzahl von weiteren Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise,
diejenige, bei der 16 Eingangssignale mit jeweils 560 Mbit/s in ein Zeitmultiplexsignal
mit 10 Gbit/s gebündelt und dieses Bündel entsprechend wieder
aufgelöst
wird. Für jeden dieser Anwendungsfälle müssen die Takte an die Bitfolgefrequenz
der zu verarbeitenden Signale angepaßt werden. Dies besorgt die Taktversorgung und
Steuerung 6 bzw. 60.
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Auch eine solche Verwendung, bei der z. B. S1 in der ersten Bet-riebsart
arbeitet und ein 560 Mbit/s-Digitalsig.nal in vier 140 Mbit/s-Digitalsignale umsetzt,
während S2 in der zweiten Betriebsart arbeitet und vier parallele 140 Mbit/s-Digitalsignale
unverändert weitergibt, ist möglich. Entsprechendes gilt für die empfangsseitigen
Zwischenspeicher S10, S20, S30, S40.
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Hinsichtlich der Anzahl der einem Codewandler vorgeschalteten Zwischenspeicher
und der einem empfangsseitigem Codewandler nachgeschalteten Zwischenspeicher gibt
es prinzipiell keine Grenzen außer denen, die durch eine vernünftige Anzahl von
parallelen Eingängen aes Codewandlers sich ergeben werden. Ein einfaches Beispiel
der Erfindung wäre eine sendeseitige Einrichtung mit einem einzigen Zwischenspeicher
mit 4 Paralleleingängen, 4 Parallelausgängen und einem Serieneingang und einem Codewandler,
der ein in paralleler Form anliegendes Eingangswort mit 4 Bits in ein parallel ausgegebenes
5-Bit-Ausgangswort umsetzt.
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Diese Einrichtung wäre dazu geeignet, entweder 4 parallele 140-Mbit-Eingangssignale
zu einem leitungscodierten 560-Mbit/s-Ausgangssignal zusammenzufassen oder ein 560
Mbit/s-Einga-ngssignal (angelegt am Serieneingang) mit einer Verarbeitungsfrequenz
140 Mbit/s zu codieren und als leitungscodiertes 560 Mbit/s-Ausgangssignal abzugeben.
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Die Anzahl der Parallel-Eingänge (und Parallel-Ausgänge) eines Zwischenspeichers
kann eine beliebige natürliche Zahl sein, ausgenommen die Zahl eins. (Ein einziger
"Parallel-Eingang" und ein einziger Parallel-Ausgang" wäre sinnlos).
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, handelt es sich
bei der sendeseitigen Einrichtung um einen variablen Multiplexer mit Leitungscodierung,
entsprechend bei der empfangsseitigen Einrichtung um einen variablen Demultiplexer
mit Leitungscode-Decodierung.
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Die einzige Voraussetzung an die parallelen Eingangssignale dieses
variablen Multiplexers besteht darin, daß diese Signale die gleiche Bitfolgefrequenz
untereinander haben müssen und taktsynchron zueinander sein müssen.
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Die Zeitmultiplex-Struktur eines Eingangssignals, d. h.
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sein Rahmenaufbau spielt für die Verarbeitung im Multiplexer keine
Rolle. Daher handelt es sich bei dem Multiplexer um einen transparenten, variablen
Multiplexer mit Leitungscodierung und bei der Einrichtung nach Fig. 2 um einen transparenten,
variablen Demultiplexer mit Leitungscode-Decoaierung. Diese MultipLexer/Demultiplexer
eignen sich zur Herstellung in höchstintegrierter Tecnnik und sind in verschieaenen
Stufen einer Multiplexhierarchie verwendbar.
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Im folgenden werden die anhand von Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen
Einrichtungen zur Vereinfachung als Multiplexer bzw. Demultiplexer bezeichnet. Fig.
3 zeigt eine vorteilhafte Anwendung dieser Multiplexer und Demultiplexer in Verbindung
mit einer variablen Durchschaltung von Breitbandkanälen in einer übermittlungseinrichtung,
z. B. einer Vermittlungsstelle.
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Für diese Vermittlungsstelle wird als Beispiel angenommen, daß es
4 ankommende und 4 abgehende Leitungen gibt, ü-ber die jeweils eine unterschiedliche
Anzahl von 140 Mbit/s-Digitalsignalen im Zeitmultiplex übertragen wird. Beispielsweise
kommt auf einer Eingangsleitung El ein 560 Mbit/s-Digitasignal an, das aus 4 Digitalsignalen
mit jeweils einer Bitfolgefrequenz von 140 Mbit/s zusammengesetzt ist, auf einer
Eingangsleitung E2 ein ebenso gebildetes Digitalsignal, und auf Eingangsleitungen
Es und E4 jeweils ein 2,6 Gbit/s-Digitalsignal, das aus 16 Digitalsignalen mit der
Bitfolgefrequenz von 140 Mbit/s zusammengesetzt ist. Diese Eingangssignale sind
jeweils durch einen Multiplexer nach Fig. 1, der in Fig. 3 nicht gezeigt ist, gebildet
worden.
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Das Koppelfeld dieser Vermittlungsstelle sei so eingerichtet, aaß
es Einyangssignale, die mit der festgeleiten Bitfolgefrequenz eines Breitband-Basiskanals
von 140 Mbit/s an seinen Eingängen erscheinen, mit derselben Bitfolgefrequenz auf
seine Ausgänge durchschaltet (entsprechend den vorliegenden Verbindungswünschen).
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Als Eingangsschaltungen Dl, D2, D3 und D4 zur Bereitstellung von
Eingangssignalen dieser Bitfolgefrequenz aus. den an den Eingängen El bis E4 anliegenden
unterschie-dlichen Bündeln solcher Signale, weraen erfindungsgemäß Demultiplexer
der in Fig. 2 gezeigten Art verwendet. Zur variablen Bündelung der an den Koppelfeld-Ausgängen
erscheinenden 140 Mbit/s-Signale auf die abgehenden Leitungen Al, AZ, A3 und A4
werden in entsprechender Weise Multiplexer der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet.
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Wie der Demultiplexer nach Fig. 2, hat jeder der Demultiplexer D1
bis D4 vier Ausgangsleitungen von seinem Serienausgang, die beim Demultiplexer D1
nach Fig. 3 (wie in Fig. 2) mit den Bezeichnungen 10, 20, 30 und 40 versehen sind
und 16 parallele Ausgangsleitungen, die (ebenfalls wie in Fig. 2) die Bezeichnungen
110 bis 440 als Vielfache von Zehn haben. Diese 16 Ausgangsleitungen sind die an
den Parallelausgängen der Ausgangs-Zwischenspeicher des Demultiplexers angeschlossenen
Leitungen.
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Zur Unterscheidung von den vier, jeweils an einen Serienausgang solcher
Ausgangs-Zwischenspeicher angeschlossenen Leitungen, die in Fig. 3 dick gezeichnet
und durchgezogen sind, sind diese 16 Ausgangsleitungen dünn gezeichnet und nicht
durchgezogen. Entsprechend verhält es sich mit den Eingangsleitungen der Multiplexer
M1 bis M4, von denen bei jedem Multiplexer vier Eingangsleitungen dick gezeichnet
und durchgezogen sind und 16 Eingangsleitungen aünn gezeichnet und nicht durchgezogen
sind.
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Bei dem Breitbandkoppelfeld KF handelt es sich um ein dreistufiges,
blockierungsfreies Koppelfeld bekannter Art, das für das vorliegende Beispiel 80
x 80 Koppelpunkte hat. Das Koppelfeld KF ist mit einer Steuerung versehen, die in
Abhängigkeit von in den Eingangssignalen der Demultiplexer enthaltenen Dienstkanaldaten
die Durchschaltungen vornimmt. Folgende Anwendungen der Anordnung nach Fig. 3 sind
beispieLsweise möglich: Dem Eingang El der Vermittlungsstelle wird ein 560 Mbit/s-Zeitmultiplexsignal
zugeführt, das aurch Zeit-
multiplexbündelung und Leitungscodierung
von vier 140 Mbit/s-Sgnalen gebildet ist. Der Demultiplexer Dl wird so ge-steu-ert,
daß er an seinen vier Ausgängen 10, 20, 30 und 40 jeweils ein 140 Mbit/s-Signal
in das Koppelfeld KF eingibt.
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Liegt an ein-em Eingang der Vermittlungsstelle, beispielsw-eise am
Eingang E3, ein 2,6 Gbit/s-Zeitmultiplex-Digitalsignal, das durch Bündelung von
16 140 Mbit/s-Signalen entstanden ist, so wird dieser Demultipiexer D3 so gesteuert,
daß er an seinen. 16 parallelen Ausgängen (den dünn gezeichneten und nicht durchgezogenen
Verbindungslinien zum Koppelfeld) 16 140 Mbit/s-Signale ab-gi;bt und über die Verbindungsleitungen
in das Koppelfeld eingibt.
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Sind die Vermittlungswünsche derart, daß das Koppelfeld nur vier der
empfangenen 140 Mbit/s-Signale auf eine Ausgangsleitung, z. B. die Ausgangsleitung
Al zu schalten hat, so schaltet es diese vier Signale auf die vier Serieneingänge
1, 2, 3, 4 des Multiplexers M1, und dieser Multiplexer M1 wird so gesteuert, daß
er diese vier Eingangssignale zu einem (leitungscodierten) 560 Mbit/s-Ausgang-ssignal
bündelt.
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Sollen z. B. 16 140 Mbit/s-Signale über die von der Vermittlungsstelle
abgehende Leitung A3 übertragen werden, so schaltet das Breitband-Koppelfeld KF
diese 16 Signale auf die 16 dünn gezeichneten und nicht durchgezogenen Verbindungsleitungen
zum Multiplexer M3 durch, und dieser wird so gesteuert, daß er diese 16 Eingangssignale
zu einem 2,6 Mbit/s-Ausgangssignal bündelt.
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Diese Beispiele zeigen in welch vielfältiger Weise ein Demultiplexer
nach Fig. 2 bzw. ein Multiplexer nach Fig.l zur variablen Bündelauflösung bzw. zur
variablen Bündelung von Breitbandkanälen in verschiedenen Stufen der Multiplex-Hierarchie
verwendet werden kann. Mit Hilfe dieser Multiplexer und Demultiplexer läßt sich
also eine transparente Breitband-Multiplex-Hierarchie, die sowohl ubertragungs-
als auch Vermittlungseinrichtungen enthält, aufbauen.