DE4436818C1 - Teilnehmeranschlußnetz - Google Patents

Description

Neuere Entwicklungen der Fernmeldetechnik führen in der Ebene der Teilnehmeranschlußleitungen zu passiven optischen Tele­ kommunikationssystemen, in denen jeweils eine Mehrzahl von dezentralen Einrichtungen (Teilnehmerstellen oder jeweils eine Mehrzahl von Teilnehmerstellen zusammenfassende sog. Distant Units) jeweils über eine eigene Lichtwellenleiter- Anschlußleitung mit einem optischen Verzweiger verbunden ist, der direkt oder über wenigstens einen weiteren optischen Ver­ zweiger mit einem gemeinsamen Lichtwellenleiteranschluß einer - insbesondere durch eine Vermittlungsstelle gegebenen - zentralen Einrichtung über einen Lichtwellenleiter-Bus verbunden ist (EP-A-0 171 080; ISSLS ′88, Conf. Papers 9.4.1 . . . 5; BR Telecom Technol. J. 7(1989)2, 100 . . . 113).

In einem solchen passiven optischen Telekommunikationsnetz kann die Signalübertragung von der zentralen Einrichtung aus "downstream" zu den dezentralen Einrichtungen hin in einem TDM-Zellenstrom vor sich gehen, aus dem jede dezentrale Ein­ richtung nur die für eben diese dezentrale Einrichtung be­ stimmten Zellen aufnimmt, und die Signalübertragung von den dezentralen Einrichtungen aus "upstream" zur zentralen Ein­ richtung hin kann in einem TDMA-Verfahren vor sich gehen, demzufolge eine dezentrale Einrichtung einen jeden Burst mit Hilfe einer von der zentralen Einrichtung her einrichtungs­ individuell eingestellten Verzögerungseinrichtung synchro­ nisiert aussendet (EP-A-0 460 398).

Die Einführung neuer Breitbandkommunikationsdienste hängt ganz allgemein ab von Art und Umfang der bereits vorhandenen Fernmeldeinfrastrukturen mit den darin bereitgestellten Tele­ kommunikationsdiensten und von der Nachfrage nach Breitband­ telekommunikationsmöglichkeiten. Dabei wird im Bereich der Privathaushalte das potentiell größte Anschlußvolumen gese­ hen; dieses Anschlußpotential konkretisiert sich indessen zu einer effektiven Anschlußnachfrage nicht ohne entsprechend niedrige Kosten eines Breitband-Teilnehmeranschlusses.

Um einem Teilnehmer die Nutzung von Breitband-ISDN-Diensten (genannt werden z. B. interaktiver Videoabruf Video on Demand (VoD), Teleshopping, Informationsrecherche, aber auch Schmal­ banddienste wie (N-)ISDN oder herkömmliche Telefonie (POTS)) zu ermöglichen, werden z.Zt. verschiedene Anschlußmöglichkei­ ten diskutiert. Besonders attraktiv sind Lösungen, bei denen bereits vorhandene Infrastruktur verwendet werden kann. Ein entsprechendes Medium stellen z. B. die Koaxialkabelnetze der CATV-Anbieter dar: In bestehenden koaxialen CATV-Netzen ist eine zusätzliche Übertragung von Signalen interaktiver Dien­ ste grundsätzlich in der Form möglich, daß die zusätzlichen Signale im Kabel in spektralen Bereichen übertragen werden, welche nicht bereits mit TV- bzw. UKW-Rundfunk-Signalen be­ legt sind. Vielerorts wird für die Übertragung der analogen TV- und UKW-Ton-Signale beispielsweise ein Bereich zwischen 47 MHz und 450 MHz benutzt, so in Deutschland die Bereiche I bis III und Oberer Sonderkanalbereich bis 300 MHz, ggf. zu­ sätzlich Hyperband/Erweiterter Sonderkanalbereich zwischen 300 und 450 MHz; in vielen anderen Ländern ist die Frequenz­ belegung ähnlich. Es gibt keinen einheitlichen Standard. In manchen Ländern sind oder werden derzeit bereits breiterban­ dige Verteilnetze eingerichtet.

Für die Übertragung der Signale zusätzlicher interaktiver Dienste sind dann mehrere Möglichkeiten gegeben. So könnte beispielsweise die Signalübertragung in Abwärtsrichtung zum Teilnehmer hin oberhalb des CATV-Bereiches, die Signalüber­ tragung aufwärts vom Teilnehmer weg unterhalb des CATV-Berei­ ches (beispielsweise im Bereich zwischen 5 und 47 MHz) vor sich gehen. Da eine universelle Aufwertung solcher Netze bis hin zu interaktiven Breitbanddiensten für eine größere Zahl angeschlossener Teilnehmer die Übertragung erheblicher Daten­ raten in beiden Richtungen erfordert (beispielsweise mehrere 100 Mbit/s abwärts, 155 Mbit/s aufwärts pro koaxialem Teil­ netz), gibt es Vorschläge, beide Übertragungsrichtungen im spektralen Bereich oberhalb 450 MHz zu implementieren, bei­ spielsweise die Abwärtsübertragung zwischen 450 und 750 MHz, die Aufwärtsübertragung zwischen 750 MHz und 1 GHz.

Die Nutzung kann dabei entsprechend dem in vorhandenen CATV- Systemen festgelegten Kanalraster erfolgen (in Deutschland 7 MHz bzw. im UHF-Bereich 8 MHz; in USA beispielsweise 6 MHz) oder in breiteren Frequenzbändern.

In den USA wird von einigen Cable-TV-Gesellschaften ein Teil­ bereich des bislang freien Bereichs für sog. Cablephone ver­ wendet. Andere Betreiber denken an ein umfassenderes System, das einen Großteil der oben genannten Dienste im Rahmen eines Access-Networks z. B. auf ATM-Basis bietet, wobei in der Regel den koaxialen Teilnetzen wegen der begrenzten Reichweite eine optische Zubringerleitung (Fiber Feeder) vorgeschaltet sein kann (TELEPHONY, 01.11.93, 48 . . . 53).

Man hat auch schon neben einem passiven optischen Netz (PON) mit Erweiterung durch ein Koaxialleitungs-Baumnetz für uni­ direktionale Verteilkommunikation (TV) ein weiteres passives optisches Netz (PON) für bidirektionale interaktive vermit­ telte Telekommunikation eingesetzt (Der Fernmeldeingenieur 46(1992)10, Bild 11.2 - System OPAL).

Ein Teilnehmeranschlußnetz mit jeweils einer Mehrzahl von teilnehmerseitigen Netzabschlußeinheiten gemeinsamen Koaxial­ leitungs-Baumnetzen und diese Koaxialleitungs-Baumnetze mit Verbindungseinrichtungen verbindenden Lichtwellenleitern kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß die Koaxialleitungs- Baumnetze jeweils über eine Konvertereinrichtung an ein opti­ sche Verzweiger enthaltendes Lichtwellenleiter-Baumnetz für sowohl bidirektionale Telekommunikationsdienste, vorzugsweise im Wellenlängengetrenntlagebetrieb, als auch unidirektionale Verteilkommunikationsdienste angeschlossen sind (DE 44 06 509).

Generell erscheint eine Nutzung des koaxialen Kabels als Übertragungsmedium bis zu einer Frequenz von ca. 1 GHz als möglich, wie dies für analoge TV-Verteilung in USA bereits praktisch erprobt wurde; auch in Deutschland steht die Tech­ nik für die analoge Abwärts-Übertragung bis 862 MHz bereits bereit.

Die an sich wünschenswerte Nutzung dieses Frequenzbereichs ist indessen auch mit einigen Problemen behaftet:

Die spektrale Ausnutzung des Frequenzbereiches kann in Abwärtsrichtung (zum Teilnehmer hin) durch Wahl komplexer Modulationsverfahren (z. B. Vielstufen-QAM), ggf. mit adap­ tiven Entzerrern, sehr hoch getrieben werden (beispielsweise auf 4 Bit/s/Hz). Für eine Übertragung in Aufwärtsrichtung (vom Teilnehmer weg) eignen sich derartige Koaxialnetze aufgrund ihrer Baum- und Abzweigstruktur (Punkt-zu- Multipunkt-System) indessen nur bedingt. Um ein unzulässiges Interferieren der Signale mehrerer Teilnehmer in der gemeinsamen Kopfstelle für die interaktiven Signale zu vermeiden, müssen geeignete Multiplex- und Modulations­ verfahren eingesetzt werden; die spektrale Effizienz hängt stark vom gewählten Übertragungsverfahren ab: Wird jedem Teilnehmer ein Frequenzkanal fest zugeteilt (FDM), so kann die Ausnutzung in diesem Kanal sehr hoch getrieben werden. Das Verfahren ist aber sehr inflexibel und erlaubt insbeson­ dere nicht eine leichte Änderung der teilnehmerbezogenen Übertragungs-Bitrate. Prinzipiell flexiblere Übertragungs­ verfahren wie CDMA und TDMA erlauben dagegen bei vertretbarem technischem Aufwand nur eine geringere spektrale Effizienz. Die Dämpfung eines Koaxialkabels steigt mit der Wurzel aus der Frequenz. Daher sind entzerrende Verstärker erforderlich, welche diesen Dämpfungsgang und den damit verbundenen Phasen­ gang ausgleichen. Diese Verstärker werden um so aufwendiger, je breiter das zu verarbeitende Spektrum ist; bei Ausnutzung des Koaxialnetzes auch durch interaktive Dienste sind Zwei­ wegverstärker vorzusehen, welche in den für die beiden Über­ tragungsrichtungen gewählten Frequenzbereichen in unter­ schiedlichen Richtungen arbeiten.

Der Netzbetreiber ist indessen daran interessiert, für die Einrichtung zusätzlicher neuer Dienste möglichst geringe zusätzliche Investitionen in seinem Netz tätigen zu müs­ sen, und die Erfindung zeigt nun einen Weg zu einer vorteil­ haften Gestaltung eines Teilnehmeranschlußnetzes, welche dieser Forderung weitgehend entgegenkommt.

Die Erfindung betrifft ein bidirektional betreibbares Teil­ nehmeranschlußnetz mit einem oder mehreren jeweils einer Mehrzahl von teilnehmerseitigen Netzabschlußeinheiten gemein­ samen, mit Verstärkern versehenen aktiven CATV-Koaxialleiter- Baumnetz(en), in das (die) von einer CATV-Kopfstelle her TV- Verteilsignale eingespeist werden; dieses Teilnehmeranschluß­ netz ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß diese(s) Koaxialleitungs-Baumnetz (e) zur Übertragung von Digitalsigna­ len bidirektionaler interaktiver Telekommunikationsdienste in der Weise durch ein von einer übergeordneten Verbindungsein­ richtung ausgehendes bzw. dorthin führendes Lichtwellenlei­ ternetz ergänzt ist, daß die Lichtwellenleiter jeweils hinter dem teilnehmernächsten Koaxialleitungs-Verstärker mit den von hier zu den Teilnehmern führenden Zweigen des Koaxialleiter­ netzes bidirektional verbunden sind.

Die Erfindung ermöglicht mit einer nur minimalen Veränderung eines vorhandenen Koaxialleitungsnetzes eine sehr wirtschaft­ liche Versorgung einer großen Anzahl von Teilnehmern sowohl mit Verteilkommunikationsdiensten als auch mit interaktiven vermittelten Telekommunikationsdiensten.

Das bestehende koaxiale TV-Verteilnetz wird für die Vertei­ lung der analogen TV-Signale weiterverwendet. Zusätzliche Glasfaser-Feeder brauchen für die analogen Signale nicht vor­ gesehen zu werden, sofern optische Übertragung nicht aus anderen Gründen eingesetzt wird, z. B. zur Erhöhung der Wirt­ schaftlichkeit in höheren Netzebenen.

Das optische Overlay-Netz wird nur für die digitalen Signale installiert. Dieses optische Netz erlaubt den Transport der Signale an die/von der Stelle des letzten aktiven Verstär­ kers in Teilnehmernähe (C-Verstärker). Da die digitalen Signale erheblich unempfindlicher gegen Rauschen und Nicht­ linearitäten sind als die analogen TV-Signale, sind die notwendigen elektrooptischen und optoelektrischen Wandler kostengünstig realisierbar.

Damit ist nur eine minimale Veränderung des vorhandenen Koax- Netzes erforderlich. Das optische Overlaynetz für die digita­ len Signale der zusätzlichen interaktiven Dienste kann sehr effizient beispielsweise unter Verwendung von optischem Wellenlängenmultiplex zur Richtungstrennung auf einer Faser realisiert werden.

Die beschriebene Netzstruktur erlaubt zudem eine vergrößerte Flexibilität, da sich die Kopfstelle für die analogen CATV- Signale, welche über das ganze koaxiale Netz hinweg übertra­ gen werden, und die Kopfstelle für die digitalen interaktiven Signale, welche optisch zu den teilnehmernächsten Verstärkern übertragen werden, nun an unterschiedlichen Orten befinden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Koaxial­ leitungs-Zweige am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs-Ver­ stärkers jeweils mit einer passiven Ein-/Auskopplungsein­ richtung vorzugsweise in Form einer frequenzselektiven Wei­ chenschaltung versehen sein, und die Lichtwellenleiter können am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs-Verstärkers jeweils mit einer Signalumsetzereinrichtung zur optoelektrischen Wandlung der zu den Teilnehmern hin übertragenen Downstream-Signale bzw. zur elektrooptischen Wandlung der von den Teilnehmern her übertragenen Upstream-Signale abgeschlossen sein, die auf der anderen Seite mit den am Ort des jeweiligen Koaxiallei­ tungs-Verstärkers vorgesehenen Ein-/Auskopplungseinrichtungen verbunden ist; dabei kann mit der Signalumsetzung auch eine Modulation bzw. Demodulation der elektrischen Downstream- bzw. Upstream-Signale und/oder deren Frequenzumsetzung ver­ bunden sein.

Eine besonders günstige Lösung ergibt sich, wenn die zusätz­ lichen digitalen Signale im koaxialen Netz von/zu den Teil­ nehmern nicht im CATV-Kanalraster (6, 7 oder 8 MHz Kanalbrei­ te) übertragen werden, sondern als Zeitmultiplexsignal in ei­ nem breiteren Frequenzband, da dann nur ein relativ geringer Modulations-/Demodulations- und Filteraufwand erforderlich ist.

Die bidirektionalen bzw. interaktiven Telekommunikationsdien­ ste können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mittels in Form von ATM-Signalen übertragener Digitalsignale durchge­ führt werden. Der Einsatz des ATM-Formats für die digitalen Signale ermöglicht eine sehr flexible Mischung der Signale unterschiedlicher Dienste.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfol­ genden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für ein Tele­ kommunikationssystem gemäß der Erfindung anhand der Zeichnun­ gen ersichtlich.

In der Zeichnung Fig. 1 ist schematisch ein Ausschnitt eines konventionellen, aktiven Koaxialleiter-Baumnetzes CN mit Ver­ stärkern VV, V und Verzweigungen Z dargestellt, in das von einer Kopfstelle (CATV Headend) her TV-Verteilsignale einge­ speist werden. Derartige Koaxialleiter-Baumnetze sind bereits vielfach verlegt und bedürfen hier keiner weiteren Erläute­ rungen.

Ein solches Koaxialleiter-Baumnetz wird nun zu einem bidirek­ tional betreibbaren Teilnehmeranschlußnetz erweitert:

In der Zeichnung Fig. 2 ist schematisch und wiederum aus­ schnittsweise ein Ausführungsbeispiel eines Koaxialleiter- Baumnetzes dargestellt, das zur Übertragung von Digitalsigna­ len bidirektionaler interaktiver Telekommunikationsdienste durch ein von einer übergeordneten Verbindungseinrichtung (Connection Unit) CU ausgehendes bzw. dorthin führendes Lichtwellenleiternetz OB in der Weise ergänzt ist, daß die Lichtwellenleiter OB jeweils hinter dem teilnehmernächsten Koaxialleitungs-Verstärker V mit den von hier zu den Teilneh­ mern NT/A führenden Zweigen des Koaxialleitungsnetzes CN bidirektional verbunden sind. Teilnehmerseitig sind die Koaxialleiter jeweils mit einer Netzabschlußeinrichtung NT/A abgeschlossen, welche die Empfangs- und Sendesignale jeweils derart konvertieren möge, daß der Anschluß gängiger Endgeräte möglich ist; eine Netzabschlußeinrichtung NT/A weist z. B. Anschlüsse für Verteilfernsehen bzw. Video on Demand, für herkömmliche Telefonie (POTS) u./o. Schmalband-ISDN oder auch für einen beliebigen Breitband-ISDN-Dienst auf. In Fig. 2 ist dazu angedeutet, daß an die Netzabschlußeinrichtung NT/A je­ weils ein Fernsehempfänger und ein Telefon angeschlossen ist; der Anschluß weiterer Endgeräte ist möglich, ohne daß dies in der Zeichnung noch dargestellt werden müßte.

Am Ort des jeweils teilnehmernächsten Koaxialleitungs-Ver­ stärkers V sind die Koaxialleitungs-Zweige CN jeweils mit einer passiven Ein-/Auskopplungseinrichtung K versehen; diese Ein-/Auskopplungseinrichtungen K können zweckmäßigerweise mit frequenzselektiven Weichen gebildet sein. Die Lichtwellen­ leiter OB sind am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs-Verstär­ kers V jeweils mit einer Signalumsetzereinrichtung U zur optoelektrischen Wandlung der zu den Teilnehmern (NT/A) hin übertragenen Downstream-Signale bzw. zur elektrooptischen Wandlung der von den Teilnehmern (NT/A) her übertragenen Upstream-Signale abgeschlossen, wobei zweckmäßigerweise mit der Signalumsetzung auch eine Modulation bzw. Demodulation der elektrischen Downstream- bzw. Upstream-Signale und/oder deren Frequenzumsetzung verbunden ist. Auf der anderen Seite sind die Signalumsetzereinrichtungen U mit den am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs-Verstärkers V vorgesehenen Ein- /Auskopplungseinrichtungen K verbunden.

In dem in Fig. 2 skizzierten System werden wiederum analoge TV-Verteilsignale von einer Kopfstelle (CATV Headend) her in das Koaxialleiter-Baumnetz CN eingespeist und zu allen ange­ schlossenen Teilnehmern hin übertragen. Diese Fernsehsignale können beim Teilnehmer von einem an dessen Netzabschlußein­ richtung NT/A angeschlossenen, in der Zeichnung mit TV bezeichneten Fernsehempfänger in üblicher Weise empfangen werden.

Neben den analogen TV-Signalen mögen in dem in Fig. 2 skiz­ zierten Telekommunikationssystem zu den Teilnehmern (NT/A) hin digitale Signale, insbesondere im ATM- oder auch STM- Format, von der Verbindungseinrichtung (Connection Unit) CU her übertragen werden. Solche Signale können z. B. digitale Videosignale eines (auch einen ATM-Rückkanal für die Pro­ grammwahl durch den TV-Teilnehmer einschließenden) Video-on- Demand-Dienstes oder auch breitbandige interaktive Datensi­ gnale sein, wobei die digitalen Videosignale mittels eines entsprechenden, in der Zeichnung nicht gesondert dargestel­ lten Zusatzgerätes (Set-Top-Box) ebenfalls vom Fernsehemp­ fänger TV empfangen werden.

Des weiteren können in dem in Fig. 2 skizzierten System in beiden Richtungen schmalbandige ATM-Sprach- und ggf. auch Datensignale übertragen werden, was in der Zeichnung durch ein an die Netzabschlußeinrichtung NT/A angeschlossenes Telefon angedeutet wird. Weitere Dienste, welche den Anschluß weiterer Endgeräte an die jeweilige Netzabschlußeinrichtung NT/A erfordern können, sind möglich, ohne daß dies in der Zeichnung noch dargestellt werden müßte.

Die digitalen Signale werden im koaxialen Netz von/zu den Teilnehmern zweckmäßigerweise nicht im CATV-Kanalraster (6, 7 oder 8 MHz Kanalbreite) übertragen, sondern als Zeitmulti­ plexsignal in einem breiteren Frequenzband, da dann nur ein relativ geringer Modulations-/Demodulations- und Filter­ aufwand erforderlich ist.

Claims (8)

1. Bidirektional betreibbares Teilnehmeranschlußnetz mit einem oder mehreren jeweils einer Mehrzahl von teilnehmer­ seitigen Netzabschlußeinheiten (NT/A) gemeinsamen, mit Ver­ stärkern versehenen aktiven CATV-Koaxialleitungs-Baumnetz(en) (CN) in das (die) von einer CATV-Kopfstelle her TV-Verteil­ signale eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese(s) Koaxialleitungs-Baumnetz(e) (CN) zur Übertragung von Digitalsignalen bidirektionaler interaktiver Telekommuni­ kationsdienste in der Weise durch ein von einer übergeordne­ ten Verbindungseinrichtung (CU) ausgehendes bzw. dorthin füh­ rendes Lichtwellenleiternetz (OB) ergänzt ist (sind), daß die Licht­ wellenleiter (OB) jeweils hinter dem teilnehmernächsten Koaxialleitungs-Verstärker (V) mit den von hier zu den Teil­ nehmern (NT/A) führenden Zweigen des Koaxialleitungsnetzes (CN) bidirektional verbunden sind.

2. Teilnehmeranschlußnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungs-Zweige (CN) am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs-Verstärkers (V) jeweils mit einer passiven Ein-/Auskopplungseinrichtung (K) versehen sind und daß die Lichtwellenleiter (OB) am Ort des jeweiligen Koaxial­ leitungs-Verstärkers (V) jeweils mit einer Signalumsetzerein­ richtung (U) zur optoelektrischen Wandlung der zu den Teil­ nehmern (NT/A) hin übertragenen Downstream-Signale bzw. zur elektrooptischen Wandlung der von den Teilnehmern (NT/A) her übertragenen Upstream-Signale abgeschlossen sind, die auf der anderen Seite mit den am Ort des jeweiligen Koaxialleitungs- Verstärkers (V) vorgesehenen Ein-/Auskopplungseinrichtungen (K) verbunden ist.

3. Teilnehmeranschlußnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-/Auskopplungseinrichtungen (K) mit frequenz­ selektiven Weichen gebildet sind.

4. Teilnehmeranschlußnetz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Signalumsetzung auch eine Modulation bzw. Demo­ dulation der elektrischen Downstream- bzw. Upstream-Signale und/oder deren Frequenzumsetzung verbunden ist.

5. Teilnehmeranschlußnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektionalen Telekommunikationsdienste mittels in Form von ATM-Signalen übertragener Digitalsignale durchge­ führt werden.

6. Teilnehmeranschlußnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektionalen Telekommunikationsdienste mittels in Form von STM-Signalen übertragener Digitalsignale durchge­ führt werden.

7. Teilnehmeranschlußnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale in den teilnehmerseitigen Zweigen des Koaxialleitungsnetzes (CN) als Zeitmultiplexsignale übertra­ gen werden.

8. Teilnehmeranschlußnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale im Koaxialleitungsnetz (CN) von/zu den Teilnehmern (NT/A) als Zeitmultiplexsignal in einem im Ver­ gleich zu einer dem CATV-Kanalraster entsprechenden Kanal­ breite breiteren Frequenzband übertragen werden.