DE4408852C1 - Verfahren zur Bereitstellung eines Rahmentaktes sowie Anordnung und Anwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bereitstellung eines Rahmentaktes für Datensignale in einem Kommunikationsnetz.

Insbesondere für Zubringerleitungen von Rundsteuersignalen oder Gleichwellenfunk werden Übertragungskanäle mit konstanter Laufzeit benötigt. Diese Forderung wurde bei Trägerfrequenzsystemen und einfachen Punk-zu-Punkt- Verbindungen durch digitale Übertragungssysteme in der Regel ohne Zusatzaufwand erfüllt. Durch einstellbare Phasenstellglieder am Ende des Übertragungskanals konnte der Anwender eine gewünschte Gesamtlaufzeit einstellen. Bei modernen Digitalübertragungssystemen mit Abzweig-, Crossconnect- oder Vermittlungsfähigkeit werden auf den digitalen Eingängen in der Regel FIFOs verwendet, um alle Multiplexsignale auf eine gemeinsame, in der Regel zufällige Phasenlage anzupassen. Die Laufzeiten, die sich dadurch ergeben, haben keinen konstanten Wert, insbesondere nach einem Neueinschalten.

Um eine Laufzeitkonstanz zu erhalten, läßt sich die Phasenlage aller abgehenden Multiplexsignale an die eines ausgewählten ankommenden Signals koppeln. Bei einem Übertragungssystem gemäß der Druckschrift "Geräte und Anlagen der Nachrichtentechnik 2 Industrielle Netze der ANT Nachrichtentechnik, Seiten 6 und 7 insbesondere Flex Plex XMP1" wird das Rahmenkennungswort als Referenz herangezogen.

Diese Lösung ist für linien- oder sternförmige Netze ausreichend, bei vermaschten Netzstrukturen ist sie jedoch unbefriedigend, weil Netzstörungen zu Laufzeitänderungen führen.

Vermaschte Übertragungsnetze mit Flex Plex XMP1 bieten eine integrierte Taktsynchronisierung des gesamten Netzes, die flexibel auf Netzstörungen reagiert und die wünschenswerte Synchronität im gesamten Netz (oder innerhalb von Teilnetzen, wenn durch die Störung das Gesamtnetz in solche zerfällt) aufrechterhält. Die bisher bekannte Lösung für laufzeitkonstante Übertragung ist wegen der notwendigen starre Festlegung des Bezugssignals damit jedoch nicht verträglich.

Bei der phasenstarren Übertragung wird ein Taktbaum manuell vorgegeben. Alle gewünschten Knoten bilden ein starres Teilnetz, das zwischen beliebigen Punkten stabile Laufzeiten bietet. Das Konzept ist nicht mit Ersatzschaltungen verträglich.

Teilnetze, die durch Störungen vom vorgegebenen Taktbaum abgetrennt werden, haben keine definierte Phasenbeziehung zum restlichen Netz, auch wenn über nicht im Taktbaum enthaltene 2-MBit/s-Verbindungen eine Taktsynchronisierung möglich wäre. Insbesondere sind über solche Verbindungen laufende Rundsteuerkanäle nicht mehr laufzeitstabil.

Aus der DE 42 24 339 A1 ist ein Bussystem für ein lokales Operationsnetzwerk bekannt. Die von einem Teilnehmer ausgesendete Nachricht wird über einen Sternkoppler zu allen Teilnehmern geleitet. Durch einen Rahmentaktgenerator wird ein Rahmentakt erzeugt und zum Sternkoppler gesendet, wobei die zeitliche Abfolge der Datenrahmen des Rahmentaktes im Sternkoppler einen Referenzrahmentakt definiert. Die weiteren Teilnehmer bestimmen einen individuellen Rahmensendetakt unter Berücksichtigung der Signallaufzeit zum Sternkoppler.

Beim Patent DE 41 34 360 C1 werden unterschiedliche Laufzeiten in Teilnetzen durch entsprechende Laufzeitausgleichseinheiten ausgeglichen. Beim Patent DE 42 07 675 C1 sind Busstationen mit Rahmengeneratoren und Steuereinrichtungen ausgerüstet, die bei Ausfall oder Störungen die zentrale Taktversorgung übernehmen. Auch diese Lösung ist phasenstarr.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es das Verfahren eingangs genannter Art so weiterzubilden, daß eine Laufzeitstabilität insbesondere bei Ausfall oder Störungen weiter aufrecht erhalten wird. Diese Aufgabe wird durch die Schritte des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 5 zeigt eine Anordnung auf mittels derer die Laufzeitstabilität auch bei Ausfall oder Störungen aufrecht erhalten werden kann. Der Anspruch 8 zeigt eine vorteilhafte Anwendung auf. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Anordnung.

Beim Verfahren bzw. der Anordnung nach der Erfindung lassen sich die Phasenlagen aller Rahmentaktinformationen liefernden Einspeisestellen bezüglich einer Überleitstelle - bei verzweigten und/oder vermaschten Netzen einem Netzknoten - ermitteln, insbesondere messen. Der überleitstelleneigene Rahmentakt (Systemtakt) läßt sich in der Phase auf die Rahmentaktinformation einer beliebigen Einspeisestelle regeln.

Werden die Phasenlagen der Rahmentaktinformationen aller ankommenden Datensignale gespeichert, so kann bei einem beliebigen Ausfall (auch mit Ersatzschaltungen) auf diese Werte zurückgegriffen werden, so daß die Phasenbeziehungen innerhalb von allen Teilnetzen weiterhin konstant gehalten werden können.

Die Phasenregelung kann bei der Erfindung weiterhin entlang der Ausbreitungsrichtung des Bittaktes erfolgen. Jedoch sind alle sich ergebenden Taktbäume zulässig und nicht nur ein voreingestellter.

Bei Störungen im Netz, die zu Taktumschaltungen führen, wird immer der Phasenwert derjenigen Speisestelle (Port) für Rahmentaktinformation, von dem nun der Takt abgeleitet wird, zur Phasenregelung herangezogen. Die Regelung muß lediglich auf den früheren gespeicherten Wert nachregeln, dadurch bleiben alle Phasenbeziehungen im Netz erhalten.

Da nicht mehr aus Rücksicht auf Störungen der Taktbaum so geführt werden braucht, wie sich das Datensignal, z. B. Rundsteuersignal, ausbreitet, ist es problemlos möglich, mehrere sich kreuzende Rundsteuerkanäle im Netz zu führen.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Kommunikationsnetz mit einem Netzknoten und

Fig. 2 ein vermaschtes Kommunikationsnetz mit mehreren Netzknoten.

Fig. 1 zeigt ein einfaches Kommunikationsnetz mit einer Überleitstelle (Netzknoten) NK1. Es ist zur Erläuterung des Prinzips in Form eines Sternnetzes ausgebildet mit mehreren Dateneinspeisestellen Port1, Port2, Port3. Über die Datenleitungen DL1, DL2, DL3 gelangen Multiplexsignale zum Netzknoten NK1, die neben den Nutzdaten - Sprache, Rundsteuersignale, Gleichwellenfunk, Bilder, Tonsignale - auch Rahmentaktinformationen RT1, RT2, RT3 enthalten. Bedingt durch unterschiedliche Leitungslängen und Laufzeiten gelangen die Multiplexsignale mit unterschiedlichen Phasenlagen P1, P2, P3 zum Netzknoten NK1. Diese unterschiedlichen Phasenlagen P1, P2, P3 der Rahmentaktinformationen RT1, RT2, RT3 ankommender Datensignale werden im Netzknoten NK1 in einer Phasenmeßeinrichtung PMN gemessen. Als Phasenbezugswert für die Phasenmessung dient eine überleitstelleneigene/netzknoteneigene Rahmentaktinformation RTN, die von einem Rahmentaktgenerator RGN geliefert wird. Um die Phasenlagen P1, P2, P3 aller ankommenden Rahmentaktinformationen RT1, RT2, RT3 zu messen, sind entweder ebenso viele Phasenmeßeinrichtungen wie ankommende Datenleitungen vorgesehen oder es ist, wie Fig. 1 zeigt, nur eine Phasenmeßeinrichtung PMN vorgesehen, die über einen Auswahlschalter UN jeweils mit einer der Dateneinspeisestellen - PORT1, PORT2, PORT3 - verbindbar ist. Zur Steuerung des Auswahlschalters UN ist eine Steuereinrichtung STN vorgesehen, die beispielsweise über eine Phasenregeleinrichtung PRN für die Weiterschaltung aktivierbar ist. Alle gemessenen Phasenwerte werden gesichert in einem Speicher SPN abgelegt. Das Abspeichern der Phasenwerte wird zweckmäßigerweise vom Anwender ausgelöst. In der Regel muß dazu das Netz einen störungsfreien Betriebszustand haben.

Beim Einmessen wird beispielsweise ausgehend von einem manuell eingegebenen Taktbaum, von einem Vorzugstaktbaum oder einfach vom aktuellen Zustand (evtl. mit bereits bisher eingemessenen Leitungen) die Phasenlage aller Ports zur netzknoteneigenen Rahmentaktinformation gemessen.

Anstelle der bisherigen Phasenregelung mit einer festen Verzögerung zu einem festen Bezugsport kann der netzknoteneigene vom Rahmentaktgenerator RGN gelieferte Systemtakt auf eine beliebige Rahmentaktinformation RT1, RT2, RT3 mittels der Phasenregeleinrichtung PRN geregelt werden; d. h. es kann eine beliebige Verzögerung zu einem beliebigen Port eingestellt werden.

Bei Störungen im Netz, die insbesondere zu Taktumschaltungen führen, wird die Phasenregelung auf die Rahmentaktinformation eines weiteren ankommenden Datensignals, z. B. RT2, vorgenommen und zwar mit der Phasenlage jener Rahmentaktinformation als Bezugswert, die vor der Störung für dieses ankommende Datensignal ermittelt wurde. Die Steuereinrichtung STN, die für diesen Fall über den Auswahlschalter UN die Verbindung zu einem anderen Port - Port 2 - herstellt, veranlaßt auch, daß vom Speicher SPN der entsprechende Phasenwert zur Phasenregeleinrichtung PRN weitergeleitet wird. Zur Detektion eines solchen Störzustandes ist jeder Datenleitung DL1, DL2, DL3 eine Überwachungseinrichtung Ü1, Ü2, Ü3 zugeordnet, die in einem Kommunikationsnetz für andere Zwecke, z. B. Alarmmeldung, ohnehin vorgesehen sind. Liegt z. B. ein Rahmentaktausfall oder eine hohe Bitfehlerhäufigkeit vor, so wird das komplette Signal auf dieser Datenleitung, z. B. DL1, als gestört betrachtet und eine entsprechende Meldung zur Steuereinrichtung STN geleitet, die das Umschalten des Auswahlschalters UN und das Auslesen des für die Phasenregelung benötigten früheren Phasenwertes P2 auslöst. Die Phasenregelung muß lediglich auf den früheren Phasenwert P2 nachregeln. Dadurch bleiben alle Phasenbeziehungen im Netz erhalten.

Die Phasenregelung kann zweckmäßigerweise weiterhin entlang der Ausbreitungsrichtungen des Bittaktes erfolgen, jedoch sind alle sich ergebenden Taktbäume zulässig (z. B. Umkehr der Ausbreitungsrichtung in einem vermaschten Netz) und nicht nur ein voreingestellter. Da nicht mehr aus Rücksicht auf Störungen der Taktbaum so geführt werden braucht, wie sich das Rundsteuersignal ausbreitet, ist es problemlos möglich, mehrere sich kreuzende Rundsteuerkanäle im Netz zu führen.

Wie bei Störungen kann auch bei einem beliebigen Ausfall einer Rahmentaktinformation (auch mit Ersatzwegschaltungen) auf gespeicherte Phasenwerte zurückgegriffen werden, so daß die Phasenbeziehungen innerhalb von allen Teilnetzen weiterhin konstant gehalten werden können. Fig. 2 zeigt ein Prinzip eines einfachen vermaschten Netzes. Bei Ausfall der Rahmentaktinformation auf der Datenleitung DL1 kann auf die Rahmentaktinformation der Datenleitung DL2 zurückgegriffen werden, die wiederum ihre Rahmentaktinformation über die Datenleitung DL4 erhält. Auf der Datenleitung DL2 tritt dann eine Umkehr der Ausbreitungsrichtung der Rahmentaktinformation (siehe Pfeil U) ein. Für diesen Ersatzweg muß gegebenenfalls wegen unterschiedlicher Laufzeiten ein eigener Phasensteller vorgesehen sein. Bei Leitungsersatzschaltungen ist darauf zu achten, daß der Laufzeitunterschied zwischen den beiden Wegen noch im Erfassungsbereich der Phasenmeßeinrichtung ist. Ist dieser Erfassungsbereich z. B. auf modulo 250 µs begrenzt, so darf der Laufzeitunterschied nicht größer als ± 125 µs sein. Weiterhin ist bei Ersatzschaltungen der ausgleichbare Laufzeitunterschied durch die Speichertiefe der FIFOs, die die ankommenden Multiplexsignale auf eine gemeinsame Phasenlage anpassen, begrenzt. Es ist dabei darauf zu achten, daß die FIFOs auf eindeutige Laufzeiten eingestellt sind.

Für die Phasenregelung ist es vorteilhaft einen Phasenmittelwert über mehrere Rahmentaktphasen zu bilden, damit keine jitterbedingten Fehler auftreten.

Auch ist es vorteilhaft aus dem phasengeregelten Rahmentakt den Bittakt zur Weiterverarbeitung der Daten abzuleiten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bereitstellung eines Rahmentaktes für Datensignale in einem Kommunikationsnetz mit folgenden Schritten:

• - in mindestens einer Überleitstelle (NK1, NK2, . . . ) des Kommunikationsnetzes werden die Phasenlagen (P1, P2, . . . ) der Rahmentaktinformationen (RT1, RT2, . . . ) ankommender Datensignale gegenüber einer überleitstelleneigenen Rahmentaktinformation (RTN) ermittelt,
• - es wird eine Phasenregelung der überleitstelleneigenen Rahmentaktinformation (RTN) gegenüber der Rahmentaktinformation (RT1) eines der ankommenden Datensignale durchgeführt,
• - bei Ausfall oder Störung jener Rahmentaktinformation (RT1), auf die die Phasenregelung bisher erfolgte, wird eine Phasenregelung auf die Rahmentaktinformation (RT2) eines weiteren ankommenden Datensignals durchgeführt und zwar mit der Phasenlage jener Rahmentaktinformation als Bezugswert, die vor Ausfall oder Störung für die Rahmentaktinformation dieses weiteren ankommenden Datensignals ermittelt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Phasenlagen (P1, P2, P3) der Rahmentaktinformationen (RT1, RT2, . . . ) in mindestens einer Überleitstelle (NK1, NK2, . . . ) zwischengespeichert (SPN) werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Phasenregelung der Mittelwert über mehrere Rahmentaktphasen gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem phasengeregelten Rahmentakt der Bittakt abgeleitet wird.

5. Überleitstelle zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, insbesondere Netzknoten (NK1) für ein Kommunikationsnetz, bestehend aus:

• - einem Rahmentaktgenerator (RGN)
• - einer oder mehreren Phasenmeßeinrichung/en (PMN) zur jeweiligen Bestimmung der Phasenlage (P1, P2, . . . ) von Rahmentaktinformationen (RT1, RT2, . . . ) ankommender Datensignale gegenüber der Rahmentaktinformation (RTN) des Rahmentaktgenerators (RGN)
• - einer Phasenregeleinrichtung (PRN) zur Nachregelung des Ausgangssignals des Rahmentaktgenerators (RGN) auf die Rahmentaktinformation (RT1, RT2, . . . ) eines der ankommenden Datensignale,
• - einer Speichereinrichtung (SPN) für die jeweilige Phasenlage (P1, P2, . . . ) der Rahmentaktinformation (RT1, RT2, . . . ) ankommender Datensignale.

6. Überleitstelle nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Auswahlschalter (UN), welcher jeweils eine Verbindung einer Rahmentaktinformation (RT1, RT2, . . .) liefernden Stelle (PORT1, PORT2, . . . ) zur Phasenmeßeinrichtung (PMN) der Überleitstelle (NK1) ermöglicht.

7. Überleitstelle nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (STN) für den Auswahlschalter (UN), welche über den Rahmentaktgenerator (RGN) oder über die Speichereinrichtung (SPN) aktivierbar ist.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bzw. der Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, für ein vermaschtes Kommunikationsnetz mit Netzknoten (NK1, NK2, . . . ) als Überleitstellen, insbesondere für Rundsteuersignale oder Gleichwellenfunk.