-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf Frequenzkompensationseinrichtungen und
insbesondere auf Abgleichschaltungen für Telefonleitungen.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
verteilte Streukapazität
von Leitungen mit verdrillten Adernpaaren ruft einen Einfügungsverlust
oder eine Dämpfung
hervor, die mit der Frequenz ansteigt. In langen Telefonleitungen,
das heißt
Leitungen, die länger
als 5,5 km (18000 Fuß)
sind, beeinträchtigt
dieser Einfügungsverlust
in nachteiliger Weise den herkömmlichen
Telefondienst (POTS), der in dem Sprachfrequenz- (VF-) Band arbeitet.
Das VF-Band ist der Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz. Lastspulen,
die unter regelmäßigen Intervallen in
eine lange Leitung eingefügt
sind, kompensieren die verteilte Streukapazität, wodurch der Frequenzgang
der Leitung in dem VF-Band abgeflacht wird. Diese zusätlichen
Lastspulen vergrößern jedoch
den Einfügungsverlust
bei Frequenzen oberhalb des VF-Bandes. Dieser Verlust stellt ein
Problem für Dienste,
wie z. B. die asynchrone digitale Teilnehmerleitung (ADSL) dar,
die unter Verwendung von hochfrequenten Signalen arbeiten, das heißt mit Signalen in
dem Frequenzbereich von 20 kHz bis 1,1 MHz, wobei dieser Bereich
nachfolgend als das Hochfrequenzband bezeichnet wird. Das niederländische Patent
6 711 042 beschreibt Lastspulen, die Wicklungen haben, die durch
Kompensatoren überbrückt sind.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten
Lastspulen-Einrichtung.
-
Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Lastspulen-Einrichtung für eine Zweileiter-Übertragungsleitung
geschaffen, die Folgendes umfasst: eine erste Wicklung zur Anschaltung
in Serie mit einem der zwei Leiter der Übertragungsleitung; eine zweite
Wicklung zur Anschaltung in Serie mit dem anderen der zwei Leiter
der Übertragungsleitung,
einen ersten Widerstand, der in Serie mit der ersten Wicklung geschaltet
ist, einen zweiten Widerstand, der in Serie mit der zweiten Wicklung
geschaltet ist, und Einrichtungen zur Schaffung eines Pfades mit
niedriger Impedanz für
Hochfrequenzsignale um die ersten und zweiten Wicklungen herum, wobei
die Einrichtungen einen ersten Kondensator, der parallel zu der
Serienschaltung aus dem ersten Widerstand und der ersten Wicklung
geschaltet ist; und einen zweiten Kondensator einschließen, der
parallel zu der Serienschaltung aus dem zweiten Widerstand und der
zweiten Wicklung angeschaltet ist, wobei die ersten und zweiten
Kondensatoren jeweils eine Kapazität im Bereich von 50 nF bis
200 nF haben, und wobei die ersten und zweiten Wicklungen jeweils
eine Induktivität
im Bereich von 2,5 mH bis 10 mH haben.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch ihre
Einfügung
in die Übertragungsleitung
mit einem verdrillten Adernpaar sie bewirkt, dass die Leitung einen
relativ ebenen Frequenzgang in dem VF-Band und eine Verringerung der
Dämpfung
in dem Hochfrequenzband verglichen mit bekannten Lastspulen bewirkt.
Der Frequenzgang ist insbesondere wichtig zur Bereitstellung von Diensten
vom ADSL-Typ auf einer langen Leitung, wenn die Fähigkeit
zur Bereitstellung eines POTS-Dienstes auf dieser Leitung aufrechterhalten werden
muss.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird weiter aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen verständlich,
in denen:
-
1 ein
Blockschaltbild eines Telekommunikationssystems mit Lastspulen in
einer Übertragungsleitung
ist;
-
2 ein
Schaltbild einer Lastspule ist, wie sie im Stand der Technik bekannt
ist;
-
3 eine
Frequenzgang-Darstellung der Übertragungsleitung
nach 1 ist;
-
4 ein
Schaltbild einer Lastspulen-Einrichtung ist;
-
5 ein
Schaltbild einer Lastspulen-Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist; und
-
6 eine
Kurvendarstellung ist, die den Frequenzgang einer Übertragungsleitung
mit: den Lastspulen nach 4, den Lastspulen nach 2 und
ohne Lastspulen zeigt.
-
Ausführliche Beschreibung
-
In 1 ist
ein System 10 mit Lastspulen 22 in einer Übertragungsleitung 12 mit
verdrilltem Adernpaar gezeigt. Die Übertragungsleitung weist zwei
Leiter 14 und 16 auf und ist zwischen einem Fernsprechvermittlungsamt
(CO) 18 und einem Teilnehmer-Endgerät 20 angeschaltet.
Die Lastspulen 22 sind entlang der Übertragungsleitung 12 in
einer in der Technik bekannten Weise erteilt. Typischerweise ist
eine erste Lastspule 22a in die Übertragungsleitung 12 in
einer Entfernung von 915 m (3000 Fuß) von dem Fernsprechvermittlungsamt
eingefügt,
und jede nachfolgende Lastspule 22b, 22c ist alle
1830 m danach eingefügt.
-
In
Betrieb ebnen die Lastspulen 22 den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12 in
dem VF-Band ein. Diese Einebnung wird durch die Induktivität der Lastspulen 22 bewirkt,
die die verteilte Streukapazität
kompensiert, die von Natur aus in der Übertragungsleitung 12 vorliegt.
-
Die
in 2 gezeigte bekannte Lastspule schließt zwei
Wicklungen 24 und 26 ein, die in entgegengesetzter
Richtung bezüglich
einander gewickelt sind. Jede Wicklung 24, 26 ist
so ausgelegt, dass sie eine Induktivität Lchoke hat,
die die (nicht gezeigte) Streukapazität der Übertragungsleitung 12 kompensiert.
Ein typischer Wert von Lchoke ist 22 mH.
Zusätzlich
zu ihrer Induktivität
hat jede Wicklung 24, 26 eine Wicklungs-Streukapazität CW und einen Eigenwiderstand RW,
die beide in 2 gezeigt sind, und die mit punktierten
Linien dargestellt sind, um ihre parasitäre oder von Natur aus gegebene
Art darzustellen. Typische Werte der Wicklungskapazität CW und des Wicklungswiderstandes RW sind 288 pF bzw. 1,4 Ohm. Weiterhin existiert
eine parasitäre
Zwischenwicklungs-Kapazität
Cic zwischen den Wicklungen 24 und 26.
Diese Zwischenwicklungs-Kapazität
Cic ist in 2 gezeigt,
und mit einer punktierten Linie dargestellt, um ihre parasitäre Art darzustellen.
Typischerweise ist die Größe der Zwischenwicklungs-Kapazität Cic gleich 1150 pF.
-
Im
Betrieb kompensiert bei VF-Frequenzen die Induktivität Lchoke der Wicklungen 24 und 26 die verteilte
Streukapazität
der Übertragungsleitung 12, was
zu einem nahezu ebenen Frequenzgang in dem VF-Frequenzband führt. Die
parasitären
Kapazitäten CW und Cic und der
Wicklungs-Eigenwiderstand RW haben eine
vernachlässigbare
Wirkung bei diesen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen ruft die Induktivität Lchoke der Wicklungen 24 und 26 eine
zunehmende Dämpfung
mit zunehmender Frequenz hervor. Weiterhin ist die Wirkung der parasitären Kapazitäten CW und Cic und der
Wicklungs-Eigenwiderstand RW nicht mehr
vernachlässigbar.
-
3 zeigt
die Wirkung der Lastspulen 22 auf den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12. Die
Dämpfung
der Übertragungsleitung 12 ist
gegenüber
der Frequenz für
zwei Bedingungen gezeigt: eine Übertragungsleitung 12 mit
Aderndurchmessern von 0,404 mm (26 Gauge) ohne Lastspulen, die durch
die Kurve 30 dargestellt ist; und eine Übertragungsleitung 12 mit
einem Aderndurchmesser von 0,404 mm (26 Gauge) mit Lastspulen 22 nach 2, die
so verteilt sind, wie dies in 1 dargestellt
sind, und die durch die Kurve 32 dargestellt ist. Beide
Kurven 30 und 32 wurden unter Verwendung von Daten gezeichnet,
die aus einer Simulation der zwei vorstehend beschriebenen Bedingungen
gewonnen wurden. In der Simulation wurden die oben erwähnten Werte
der Induktivität
Lchoke der Wicklungen 24 und 26,
der Wicklungskapazität
CW und des Widerstandes RW sowie
der Zwischenwicklungs-Kapazität
Cic verwendet. Die Kurve 32 zeigt
eine Verringerung der Dämpfung
gegenüber
der Kurve 30 in dem VF-Band, insbesondere zwischen 1 kHz
und 3 kHz. Oberhalb des VF-Bandes zeigt die Kurve 32 jedoch
eine Dämpfung,
die dramatisch mit ansteigender Frequenz als Ergebnis der Lastspulen 22 ansteigt.
-
Eine
Lastspule 40 ist in 4 gezeigt.
Die Lastspule 40 schließt eine erste Wicklung 42 mit
einer Induktivität
von L'choke,
die in Serie mit einer der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet
ist, und eine zweite Wicklung 44 ein, die ebenfalls eine
Induktivität
von L'choke aufweist,
und in Serie mit dem anderen der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet
ist. Ein Kondensator 46 mit einer Kapazität von Ctc ist parallel längs der ersten Wicklung 42 angeschaltet,
und ein weiterer Kondensator 48 ebenfalls mit einer Kapazität von Ctc ist parallel zur zweiten Wicklung 44 angeschaltet. Die
Wicklungskapazität
C'w,
der Wicklungs widerstand R'w und die Zwischenwicklungs-Kapazität C'ic, die
den Wicklungen 42 und 44 entsprechen, sind in 4 gezeigt.
Die Werte dieser Kapazitäten
C'w und C'ic und
des Widerstandes R'w könnten
geringfügig von
denen der Lastspule in 2 in Abhängigkeit von dem Wert der Induktivität L'choke,
der Stärke
des Drahtes, der in den Wicklungen 42 und 44 verwendet wird,
und ihrer physikalischen Geometrie abweichen. Die Werte der Induktivität L'choke und
der Kapazität
C'tc sind
7,5 mH und 100 nF, doch könnten
sie im Bereich von 2,5 mH bis 10 mH bzw. 50 nF bis 200 nF liegen.
-
Im
Betrieb kompensieren die Wicklungen 42 und 44 die
verteilte Streukapazität
der Übertragungsleitung 12.
Die Kondensatoren 46 und 48 ergeben einen eine
niedrige Impedanz aufweisenden Pfad für hochfrequente Signale, um
die ersten und zweiten Wicklungen 42 und 44 zu
umgehen.
-
Eine
Lastspule 50 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 5 gezeigt. Die Lastspule 50 schließt eine
erste Wicklung 52 mit einer Induktivität L'choke, die in
Serie mit einem der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet
ist, und eine zweite Wicklung 54 ein, die ebenfalls eine
Induktivität L'choke aufweist
und in Serie mit dem anderen der zwei Leiter 14, 16 geschaltet
ist. Ein erster Widerstand 60 mit einem Widerstandswert
von Rtc ist in Serie mit der ersten Wicklung 52 geschaltet.
In ähnlicher
Weise ist ein zweiter Widerstand 62 mit einem Widerstandswert
von Ltc in Serie mit der zweiten Wicklung 54 geschaltet.
Ein erster Kondensator 56 mit einer Kapazität von Ctc ist parallel längs der ersten Wicklung 52 und
des ersten Widerstandes 60 angeschaltet. In ähnlicher
Weise ist ein zweiter Kondensator 58 mit einem Kapazitätswert von
Ctc parallel längs der zweiten Wicklung 54 und
des zweiten Widerstandes 62 angeschaltet. Die parasitäre oder
Streukapazitäten
C'W und
C'ic und
der Wicklungs-Eigenwiderstand R'w, die den Wicklungen 52 und 54 entsprechen,
sind in 5 gezeigt.
-
Im
Betrieb arbeitet die Lastspule 50 in einer ähnlichen
Weise, wie die Spule 4, jedoch mit einer Ausnahme. Die
Hinzufügung
des Widerstandes Rtc ergibt eine Dämpfung der
Frequenzen bei der Resonanzfrequenz der Lastspule 50, wobei
die Resonanzfrequenz hauptsächlich
von der Induktivität
L'choke und der
Kapazität
Ctc abhängt.
Der Wert von Rtc sollte niedrig sein, um
den Gleichstromwiderstand zu einem Minimum zu machen, der in die Übertragungsleitung 12 eingefügt wird.
Der Wert des Widerstandes Rtc ist 20 Ohm,
doch könnte
er in dem Bereich von 10 Ohm-200 Ohm liegen. Die Werte und Bereiche
der Kapazität
Ctc und der Induktivität L'choke sind gleich
denen der Lastspule 40 nach 4.
-
6 ist
eine Kurvendarstellung, die den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12 unter
den folgenden Bedingungen darstellt: die Lastspulen 40 nach 4 sind
gemäß 1 verteilt,
der Frequenzgang unter dieser Bedingung ist durch die Kurve 64 dargestellt;
die Lastspulen 22 (Stand der Technik) nach 2 sind
ebenfalls in der in 1 gezeigten Weise verteilt, und
der Frequenzgang unter dieser Bedingung ist durch die Kurve 66 dargestellt;
ohne Lastspulen ist der Frequenzgang unter dieser Bedingung durch
die Kurve 68 dargestellt. Die Kurve 64 zeigt eine
beträchtliche
Verbesserung des Frequenzganges bei hohen Frequenzen gegenüber der
Kurve 66 (37,5 dB weniger Dämpfung bei 400 kHz). Zusätzlich zeigt
die Kurve 64, dass der Frequenzgang in dem VF-Band vergleichbar
mit denen der Kurve 66 ist. Somit bewirken die Lastspulen 40,
dass die Übertragungsleitung 12 einen
relativ ebenen Frequenzgang in dem VF-Band für den POTS-Dienst ergibt, während die
Dämpfung
in dem Hochfrequenzband verglichen mit den bekannten Lastspulen 22 verringert
wird. Diese verringerte Dämpfung
in dem Hochfrequenzband ist wichtig für die Bereitstellung von Diensten
vom ADSL-Typ auf einer langen Leitung.
-
Vielfältige Modifikationen,
Abänderungen und
Anpassungen können
an den vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsformen der Erfindung
durchgeführt
werden.