EP0927471A1

EP0927471A1 - Gabelschaltung

Info

Publication number: EP0927471A1
Application number: EP98902928A
Authority: EP
Inventors: Stefan RÜEGSEGGER
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-07-07
Also published as: NO985487L; NO985487D0; WO1998043385A1; AU730313B2; AU5979898A

Abstract

Die Gabelschaltung, die zum Anschluss einer Sendeeinheit (TX) und einer Empfangseinheit (RX) an eine zweiadrige Übertragungsleitung dient, weist eine Brückenschaltung mit vier Brückenzweigen mit je zwei Widerständen (R1t, R2t; R1r, R2r, R3r, Rqr; R3t, Rqt) auf, die derart bemessen sind und die die beiden Ausgänge (txa1, txa2) der Sendeeinheit (TX) und die beiden Eingänge (rxe1, rxe2) der Empfangseinheit (RX) derart verbinden, dass sich die am Eingang der Empfangseinheit (RX) auftretenden Anteile des Sendesignals gegenseitig aufheben, wobei die Übertragungsleitung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Übertragers (TF) über die ersten Widerstände (Rqt und Rqr) des dritten und vierten Brückenzweiges (R3t, Rqr; R3t, Rqt) mit der Sendeeinheit (TX) und über die zweiten Widerstände (R3t und R3r) des dritten und vierten Brückenzweiges (R3r, Rqr; R3t, Rqt) mit der Empfangseinheit (RX) verbunden ist. Die Widerstände (R1t, R2t, R3r, Rqr, bzw. R1r, R2r, R3t, Rqt) der vier Brückenzweige sind erfindungsgemäss derart gewählt, dass eine zur Kompensation der Impedanz (ZI) der Übertragungsleitung grundsätzlich vorzusehende Impedanz (Zb) einen derart hohen Wert annimmt, dass die für die Gabelschaltung vorgesehene Fehlertoleranz auch ohne den Einbau dieser Impedanz (Zb) eingehalten wird. Vorzugsweise wird die Gabelschaltung über ein Filter (FR) mit dem Eingang der Empfangseiheit (RX) verbunden, das zum Ausgleich der Dynamikbereiche (dyn1, dyn2) der Signale dient, die über Kabel mit unterschiedlichem Durchmesser übertragen werden.

Description

Gabelschaltung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gabelschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Überführung von Zweidrahtleitungen, auf denen Signale nach dem Frequenzgleichlageverfahren im Duplexbetrieb übertragen werden, auf Vierdrahtleitungen, auf denen die Signale im Simplexbetrieb übertragen werden, werden Weichen oder Gabelschaltungen (hybrid circuits) verwendet, wie sie z.B. in Steinbuch/Rupprecht, Nachrichtentechnik, Springer- Verlag, Heidelberg 1982, 3. Auflage, Band 2, Seiten 46 - 52 oder Hertert örcher, Nachrichtentechnik, Hanser Verlag, München 1994, 7. Auflage, Seite 72 und Seite 329 beschrieben sind. Gabelschaltungen werden z.B. in Verstärkerschaltungen eingesetzt, die zur notwendigen Anhebung des Signalpegels der bidirektional übertragenen Signale zwischen Abschnitten von Zweidrahtleitungen eingefügt sind. Femer werden Gabelschaltungen teilnehmer- oder vermittlungs- seitig vorgesehen, um die übertragenen Signale von einer zweiadrigen Übertragungsleitung einem Empfangsverstärker und die zu übertragenden Signale von einem Sendeverstärker der Übertragungsiei- tung zu zu führen (siehe z.B. L. W. Couch, DIGITAL AND ANALOG COMMUNICATION SYSTEMS, Prentice-Hall Inc. 1997, Seiten 536 - 543 oder ). Eine wichtige Forderung an die Gabelschaltung besteht darin, dass vom Ausgangssignal des Sendeverstärkers kein Anteil an den Eingang des Empfangsverstärkers gelangen darf.

In Fig. 1 ist eine aus Siemens, IC's for Communications, ISDN Echocancellation Circuit, IEC-Q, PEB 2091 - Version 4.3, User's Manual 02.95, Figure 83 (Hybrid Circuit) bekannte, passive Gabelschaltung gezeigt, in der die Ausgänge einer Sendeeinheit bzw. eines Sendeverstärkers TX je über einen Widerstand Rqt bzw. Rqr und die Eingänge einer Empfangseinheit bzw. eines Empfangsverstärkers RX, der einen Innenwiderstand Rr aufweist, je über einen Widerstand R3t bzw. R3r mit den Anschlüssen eines Übertragers TF verbunden sind, welcher die Gabelschaltung mit einer Übertragungsleitung verbindet, die eine Impedanz ZI aufweist. Zur Kompensation des vom Übertrager TF auf den Empfangsverstärker RX rückwirkenden Anteils (Störanteil) des Sendesignals wird dem Empfangsverstärker RX von den Ausgängen des Sendeverstärkers TX über Widerstände R1t und R2t bzw. R1 r und R2r ein dazu korrespondierender invertierter Anteil (Korrekturanteil) des Sendesignals zugeführt. Zur vollständigen Kompensation des Störsignals ist in bezug auf den Eingang des Empfangsverstärkers RX ein punktsymmetrischer Aufbau der Widerstandsbrücke vorgesehen, wobei die Widerstände des Kompensationspfades entsprechend dem vorzusehenden Korrekturanteil gewichtet sind. Zu berücksichtigen ist, dass der Störanteil durch die Leitungsimpedanz ZI beeinflusst wird. Zur Kompensation der Leitungsimpedanz ZI ist daher eine dazu korrespondierende Balanceimpedanz Zb im Korrekturzweig der Gabelschaltung vorgesehen. Die Widerstände der der Bekannten Schaltung sind wie folgt gewählt: Rqr und Rqt = 24 Ohm; R1t und R1r = 619 Ohm, R2t, R2r, R3t und R3r = 10 kOhm. Die Balanceimpedanz Zb besteht aus einem 681 Ohm Widerstand, der in Serie zur Parallelschaltung eines 3,01 kOhm Widerstandes und eines 6,8 nF Kondensators geschaltet ist. Die Abgleichbedingung dieser Brückenschaltung bei einem Übersetzungsverhältnis des Übertragers TF von 1 :1 lautet: (R1t + R1 r) : Zb = (Rqt + Rqr) : ZI wobei R2t = R2r und R3t = R3r oder bevorzugt R2t = R2r = R3t = R3r

Mit einem Eingangswiderstand Rr der Empfangseinheit muss femer die Bedingung :

Rr » (R2t, R2r, R3t, R3r) » R1t, R1r, Rqt, Rq3)

erfüllt sein. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass eine relative grosse Anzahl von Widerständen benötigt wird, deren Werte präzise zu wählen sind. Femer ist die Balanceimpedanz Zb jeweils entsprechend der verwendeten Übertragungsleitung bzw. entsprechend dem Wellenwiderstand ZI der Übertragungsleitung zu wählen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Gabeischaltung zu schaffen, die keine Balanceimpedanz Zb benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnah- men gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemässe Gabelschaltung, die keine Balanceimpedanz Zb benötigt, weist einen vereinfachten Schaltungsaufbau auf und kann daher kostengünstig hergestellt werden. Da keine Balanceimpedanz Zb benötigt wird, kann die Gabeischaltung ohne Anpassungen an verschiedene Übertragungsleitungen angeschlossen werden. Die Beseitigung von im Tieffrequenzbereich gegebenenfalls auftretenden Störungen erfolgt für alle normalerweise eingesetzten Übertragungsleitungen mit einem einfachen Filter. Kalibrierungen oder Anpassungen der erfindungsge- mässen Gabelschaltung aufgrund der Toleranzen der Bauteile oder bei Änderung des Durchmessers der Übertragungsleitung entfallen daher. Femer ist die erfindungsgemässe Gabelschaltung besonders für Empfangseinheiten geeignet, die einen verhältnismässig tiefen Eingangswiderstand aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Gabelschaltung mit einer Balanceimpedanz,

Fig. 2 den typischen Widerstandsverlauf einer Übertragungsleitung in Abhängigkeit der Frequenz,

Fig. 3 den typischen Phasenverlauf einer Übertragungsleitung in Abhängigkeit der Frequenz, Fig. 4 eine erfindungsgemässe Gabelschaltung,

Fig. 5 Verläufe der Signaldämpfung von Übertragungsleitungen mit verschiedenem Leitungsdurchmesser in Abhängigkeit der Frequenz,

Fig. 6 eine erfindungsgemässe Gabelschaltung mit zugeschaltetem Filter,

Fig. 7 eine mögliche Ausgestaltung des Filters gemäss Fig. 6, Fig. 8 eine bekannte Gabelschaltung mit aktiver Echokompensation und Fig. 9 die Gabelschaltung gemäss Fig. 8 mit erfindungsgemäss passiver Echokompensation.

Fig. 1 zeigt die eingangs beschriebene Gabelschaltung, die eine Balanceimpedanz Zb aufweist. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Betrag des Widerstandes IZII einer Übertragungsleitung ab 10'000Hz - 20'OOOHz typischerweise im Bereich von 135 Ohm liegt. Der Phasenverlauf bewegt sich in diesem Bereich femer um 0°. Für den genannten Frequenzbereich kann daher auf eine Kompensation des Widerstands- und Phasenverlaufs der Übertragungsleitung verzichtet bzw. es kann ein ohmscher Widerstand für Zb verwendet werden, der erfindungsgemäss durch Skalierung der Widerstandsbrücke eliminiert wird, wobei die Symmetrie der Widerstandsbrücke jedoch erhalten bleiben muss. Dies geschieht, indem die Widerstandsbrücke derart skaliert wird, dass der einzustellende Wert der Balance-Widerstandes Zb soweit gegen unendlich wandert, bis der Balance-Widerstandes Zb seinen Einfluss auf den Korrekturanteil verliert und daher nicht mehr benötigt wird.

Dies wird bei der in Fig. 4 gezeigten erfindungsgemässen Gabelschaltung erreicht, indem die Widerstände R1t, R2t sowie R3t und, bei Symmetrie, R1r, R2r sowie R3r zumindest annährend demselben Wert R gewählt werden. Die Werte der Widerstände Rqt und Rqr (bei Symmetrie sind Rqt = Rq3) sind unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Übertragers TF und der parallel zugeschalteten Widerstände R1t, R1r, R2t, R2r, R3t, R3r und des Eingangswiderstandes Rr des Empfangsverstärkers RX derart gewählt, dass die Gabelschaltung an den Wellenwiderstand ZI ange- passt ist. Die Werte der Widerstände R1t, R1r, R2t, R2r, R3t, R3r sind femer derart gewählt, dass das übertragene Signal von den entsprechenden Spannungsteilem ohne signifikante Reduktion zum Eingang des Empfangsverstärkers RX gelangt. Der Wert R der Widerstände R1t, R1r, R2t, R2r, R3t, R3r ist dabei rund 10 bis 100 mal grässer zu wählen als der Wert der Widerstände Rqr und Rqt, der bei einem Übersetzungsverhältnis des Übertragers TF von 1 :1 ungefähr dem Wert 1/2 IZII entspricht.

In Fig. 6 sind die Widerstände R1t und R2t bzw. R1r und R2r zu einem Widerstand R4t bzw. R4r zusammen gefasst, der den Wert 2R aufweist. Dadurch ergibt sich im Vergleich zur Gabelschaltung von Fig. 4 eine weitere Vereinfachung der Schaltungsanordnung. In Fig. 6 ist die erfindungsgemässe Gabelschaltung femer vorteilhaft über ein Filter FR mit der Empfangseinheit RX verbunden.

Die Ausschöpfung der Kapazitäten von Kupferkabeln, die im Anschlussbereich von Telecom-Netzen noch mit überwiegendem Anteil vorhanden sind, erlaubt die Realisierung von Dienstleistungen mit breit- bandiger Datenübertragung über das bestehende Kabelnetz. Grössere Investitionen in den Ausbau bestehender Kabelnetze entfallen daher zumindest mittelfristig. Mit der HDSL-Technik (High bit rate Digital Subscriber Line nach ETSI-Norm RTR/TM-03036) werden bei Datenübertragungen über Kupferleitungen Datenraten von rund 2 Mbit/s realisiert (siehe z.B. COMTEC, Technische Mitteilungen der CH-Telecom, 2/1997, Seite 29 oder Siemens, telecom report CH-Edition 3/95, Seite 11). In vereinzelten Fällen werden beim Aufbau von HDSL-Übertragungsstrecken Probleme festgestellt, die den Einsatz neu entwickelter HDSL-Komponenten in Frage stellen oder Anpassungen innerhalb des Übertragungssystems erforderlich machen. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass der Aufbau von HDSL-Übertragungsstrecken mit bestimmten Kupferkabeln nicht oder nur unter Verwendung ausge- wählter Komponenten oder der Durchführung aufwendiger Abgleichverfahren möglich ist. Aufgrund des Volumens des in Zukunft zu erwartenden Einsatzes der HDSL-Technik im Anschlussbereich von Telecom-Netzen sind derartige Anpassungen, die meist mit grossem Zeitaufwand durchgeführt werden müssen, unbedingt zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Massnahmen anzugeben, die es ohne fallweise Anpassungen erlauben, Übertragungsstrecken für hohe Datenübertragungsraten mit Kupferkabeln zu realisieren, wie sie im Anschlussbereich von Kommunikationsnetzen vorhanden sind.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Massnah- men.

Durch die erfindungsgemässen Massnahmen, die mit geringem Aufwand realisierbar sind, können Kupferkabel unterschiedlicher Längen und Durchmesser, wie sie im Anschlussbereich von Kommunikationsnetzen vorhanden sind, für den Aufbau von HDSL-Übertragungsstrecken verwendet werden, ohne dass Anpassungen weiterer Komponenten des Übertragungssystems an die Kabeleigenschaften notwendig sind. Zusätzlich wird der Einsatz von handelsüblichen Komponenten des Übertragungssystems (z.B. handelsübliche HDSL-Komponenten) für praktisch alle Kupferkabel möglich, die aufgrund der Länge und des Durchmessers für HDSL-Übertragungsstrecken verwendbar sind.

Fig. 1 von der Frequenz abhängige Verläufe der Signaldämpfung von drei Kupferkabeln mit verschiedenen Längen und Leitungsdurchmessem,

Fig. 2 eine mögliche Ausgestaltung eines zur Dynamikbegrenzung vorgesehenen Filters Fig. 3a das Prinzipschaltbild einer bekannten HDSL-Übertragungsstrecke,

Fig. 3b das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen HDSL-Übertragungsstrecke für den Simplexbetrieb,

Fig. 3c das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen HDSL-Übertragungsstrecke für den Duplex- betrieb und Fig. 4 von der Frequenz abhängige Verläufe der Signaldämpfung von zwei Kupferkabeln mit gleicher Länge und gleichem Leitungsdurchmesser.

Im Anschlussbereich von Telecom-Netzen sind Kupferkabel vorhanden, die sich bezüglich Länge, Isolationsmaterialien sowie dem Abstand und Durchmesser der Adernpaare unterscheiden und somit ver- schiedene Leitungseigenschaften (Widerstands-, Induktivitäts-, Kapazitäts-, Ableitungsbelag sowie Wel- lenwiderstand) aufweisen. Typischerweise sind im Anschlussbereich von Kommunikationsnetzen Kupferkabel mit Längen von bis zu 7 km und Durchmessern von etwa 0,4 mm bis 1 ,4 mm vorhanden. Probleme bei der Realisierung von HDSL-Übertragungsstrecken mit Standardkomponenten wurden bisher durch fallweise Anpassungen an die zu verwendenden Kupferieitungen gelöst. Unter Umständen wurde nach Testversuchen unter mehreren Leitungen eine passende ausgesucht.

Durch eine Analyse aufgetretener Probleme konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass die Ursache des Problems nicht generell die Dämpfung einer Übertragungsleitung, sondern die Dämpfungsverzerrung ist, die erstaunlicherweise besonders stark bei Kupferkabeln mit grösserem Leitungsdurch- messer (z.B. 1 ,4 mm) auftritt, die aufgrund des geringeren Dämpfungsbelags für die Realisierung längerer HDSL-Übertragungsstrecken eingesetzt werden. Z.B. kann eine Kupferleitung mit grösserem Durchmesser und geringerer Dämpfung, im Gegensatz zu einer Kupferleitung mit kleinerem Durchmesser und grösserer Dämpfung Probleme verursachen. Durch eine Überprüfung von Kupferkabeln unterschiedlicher Durchmesser und Längen konnte nämlich festgestellt werden, dass Kupferkabel mit grösserem Durchmesser und grösserer Länge eine grössere Dämpfungsverzerrung aufweisen als Kupferkabel mit kleinerem Durchmesser und annähernd gleicher durchschnittlicher Dämpfung.

Fig. 1 zeigt den Verlauf der Dämpfungsverzerrung (Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit der Frequenz) von Kupferkabeln SL1, SL2 und SL3 mit Durchmessern von 0,4 mm, 1 ,0 mm und 1 ,4 mm, deren Längen derart gewählt sind, dass sie bei der Frequenz von rund 220 kHz dieselbe Dämpfung aufweisen. Selbstverständlich weist das 1 ,4 mm Kabel SL1 bei gleicher Länge im gesamten Frequenzbereich jedoch eine tiefere Dämpfung auf als das 0,4 mm Kabel SL3, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Aus dem Diagramm von Fig. 1 ist ersichtlich, dass das 1 ,4 mm Kabel SL1 im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) eine wesentlich tiefere und im Bereich hoher Frequenzen (> 10⁵ Hz) eine wesentlich höhere Dämpfung auf- weist, als das 0,4 mm Kabel SL3. Im Bereich um 1000 Hz weist das 0,4 mm Kabel SL3 eine um rund 10 dB grössere Dämpfung auf als das 1 ,4 mm Kabel SL1. Ein über das 1 ,4 mm Kabel SL1 übertragenes Signal weist daher einen um rund 10 dB höheren Dynamikbereich (siehe dynl < dyn2) auf, als ein über das 0,4 mm Kabel SL3 übertragenes Signal. Selbst wenn das 1 ,4 mm Kabel SL1 um einige hundert Meter kürzer wäre und eine geringere Dämpfung aufweisen würde, könnte dies zu Problemen führen. Die unterschiedlichen Dämpfungen der Kupferleitungen SL1 , SL2, SL3 werden in der Nachrichtensenke eines Übertragungssystems nämlich meist durch eine Verstärkungsregelung kompensiert, welche die Dämpfungsverzerrung jedoch nicht verändert. Dadurch müssen die Leitungsausrüstungen bzw. die zur digitalen Signalverarbeitung vorgesehenen Komponenten bei der Verwendung von für Kupferkabeln mit grösserem Durchmesser zur Verarbeitung von Signalen mit grösserer Dynamik geeignet sein. Bekannte digitale HDSL-Empfangsbausteine erfüllen diese Bedingungen oft nur marginal, so dass fallweise Probleme auftreten können. Durch den Dynamikbereich von übertragenen und zu verarbeitenden Signalen wird die für den Digitalteil der Empfangsschaltung (Digital/Analog-Umsetzer, Entzerrer) benötigte Auflösung bestimmt. Für die von den 1 ,4 mm Kabeln SL1 übertragenen Signale wird daher eine wesentlich höhere Dynamikreserve benötigt, die der in Fig. 1 eingezeichneten Zone z entspricht. Erfindungsgemäss wird für HDSL-Übertragungsstrecken daher ein Filter FR vorgesehen, durch das die

Signalanteile im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) um rund 10 dB abgesenkt werden. Dazu weist das Filter FR, das z.B. dem in Fig. 2 gezeigten, in bekannter Weise mit Kondensatoren Cf und Wider- ständen Rf aufgebauten RC-Filter entspricht, vorzugsweise einen Dämpfungsverlauf auf, wie er in Fig. 1

(siehe den Verlauf der Linie fkl) dargestellt ist. Daraus ist ersichtlich, dass Signale im Bereich bis 1000

Hz durch das Filter FR um rund 10 dB abgesenkt werden. Durch die Verwendung des Filters FR wird der

Dynamikbereich der über das 1 ,4 mm Kabel SL1 übertragenen Signale dem Dynamikbereich der über das 0,4 mm Kabel SL3 übertragenen Signale angepasst. Sofern jedoch ein 0,4 mm Kabel SL3 mit dem Filter FR verbunden wird, werden die Signalanteile im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) nicht unter den Signalpegel der Signalanteile im Bereich höherer Frequenzen (10⁴ Hz - 10⁵ Hz) abgesenkt, wodurch ein reduzierter Signal-Rauschabstand entstehen würde. Für die Kupferkabel des Leitungsnetzes mit dem kleinsten Durchmesser ist bei der Wahl der Filterkennlinie daher zu beachten, dass die Dämpfung im Bereich tiefer Frequenzen den Wert nicht überschreitet, der dem Wert der im höheren Frequenzbereich maximal auftretenden Dämpfung entspricht. Die erfindungsgemässen Schaltungsanordnung kann daher für alle verlegten Kupferkabel SL1 , .... SL3 verwendet werden, ohne dass bei Kupferkabeln SL3 mit dünnerem Durchmesser unzulässig hohe Dämpfungen auftreten.

Fig. 3a zeigt das Prinzipschaltbild der aus COMTEC, Technische Mitteilungen der CH-Telecom, 2/1997, Seite 28 bekannten HDSL-Übertragungsstrecke, die einen Leitungsabschluss HDSL/LT zeigt, der über Teilnehmeranschlusskabel SL1 , ..., SL3 mit einem Netzabschluss HDSL/NT verbunden ist, von dem einzelne Basisanschlussleitungen weggeführt werden. Fig. 3b zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen HDSL-Übertragungsstrecke für den Simplexbetrieb. Vom Leitungsabschluss LTSX werden Daten von Sendeeinheiten TX im Simplexbetrieb über die Teilnehmeranschlusskabel SL1, ..., SL3 zum Netzabschluss NTSX bzw. je einem für den Dynamikausgleich vorgesehenen Filter FR und weiter zu Empfangseinheiten RX übertragen. Im Prinzipschaltbild gemäss Fig. 3c erfolgt die Datenübertragung zwischen Leitungs- und Netzabschluss LTDX und NTDX in bekannter Weise im Duplexbetrieb über Gabelschaltungen GS, wobei zwischen einer Gabelschaltung GS und der zugehörigen Empfangseinheit RX jeweils ein dem Dynamikausgleich dienendes Filter FR vorgesehen ist.

Das Filter FR kann femer auch vorteilhaft zusammen mit integrierten Empfangseinheiten RX, die gegebenenfalls Teil eines Transceivers sind, eingesetzt werden. Geeignet sind z.B. die Bausteine SK70704/SK70707 der Firma LEVEL ONE, die im zugehörigen Datenblatt, "1168 kbps HDSL Data Pump Chip Set", vom Mai 1996 beschrieben sind. In Fig. 5 sind für Kabel mit unterschiedlichem Durchmesser (0,4 mm; 1 ,0 mm und 1 ,4 mm) die Verläufe der Dämpfung in Abhängigkeit der Frequenz eingezeichnet. Dabei handelt es sich typischerweise um reine Kupferkabel, wie sie in Telefonnetzen mehrheitlich verlegt sind. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass Kabel mit grösserem Durchmesser im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) eine wesentlich tie- fere und im Bereich hoher Frequenzen (> 10⁵ Hz) eine wesentlich höhere Dämpfung aufweisen, als Kabel mit entsprechend kleinerem Durchmesser. Im Bereich von 1000 Hz weist das Kabel mit 0,4 mm eine um rund 10 dB grössere Dämpfung auf als das Kabel mit 1 ,4 mm Durchmesser. Im Bereich von 100O00 Hz sind die Dämpfungen dieser beiden Kabel annähernd identisch. Ein über das 1 ,4 mm Kabel übertragenes Signal weist daher einen um rund 10 dB höheren Dynamikbereich (siehe dynl < dyn2) auf, als ein über das 0,4 mm Kabel übertragenes Signal. Durch den Dynamikbereich von übertragenen und zu verarbeitenden Signalen wird jedoch die für den Analog-Digital-Umsetzer benötigte Auflösung (siehe U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 8. Auflage, Springer Verlag, Berlin 1986, Seite 765) bestimmt. Für die von den 1 ,4 mm Kabeln übertragenen Signale würde daher ein wesentlich aufwendigerer und somit teurer Analog-Digital-Umsetzer benötigt.

Erfindungsgemäss ist in den Schaltungsanordnungen gemäss Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 9 daher ein Filter FR vorgesehen, durch das die Signalanteile im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) um rund 10 dB abgesenkt werden. Dazu weist das Filter FR, das z.B. dem in Fig. 7 gezeigten Filter entspricht, vorzugsweise einen Dämpfungsverlauf auf, wie er in Fig. 5 (siehe den Verlauf der Linie fkl) dargestellt ist. Dar- aus ist ersichtlich, dass Signale im Bereich bis 1000 Hz durch das Filter FR um rund 10 dB abgesenkt werden.

Durch die Verwendung des Filters FR wird der Dynamikbereich der über das 1,4 mm Kabel übertragenen Signale dem Dynamikbereich der über das 0,4 mm Kabel übertragenen Signale angepasst. Sofern je- doch ein 0,4 mm Kabel mit der Gabelschaltung gemäss Fig. 6, Fig. 7 oder Fig. 9 verbunden wird, werden die Signalanteile im Bereich tieferer Frequenzen (< 10⁴ Hz) nicht unter den Signalpegel der Signalanteile im Bereich höherer Frequenzen (10⁴ Hz - 10⁵ Hz) abgesenkt, wodurch ein reduzierter Si- gnai-Rauschabstand entstehen würde.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung kann daher für alle verlegten Kupferkabel verwendet werden, wobei der Analog-Digital-Umsetzer keine grössere Auflösung aufweisen muss.

Die in Fig. 8 gezeigte Schaltungsanordnung, die eine aktive Gabeischaltung G1 aufweist, ist aus dem Datenblatt vom Mai 1996 der Firma LEVEL ONE zu den Bausteinen SK70704/SK70707 bekannt, die als "1168 kbps HDSL Data Pump Chip Set" verwendbar sind (siehe insbesondere Seite 8, Fig. 3 und Seite 26, Fig. 13 des Datenblatts). In der gezeigten Schaltung wird das zu übertragende Signal über einen Scrambler (Verwürfler) SCR, einen Encoder ENC, ein Filter TXF, einen Verstärker LD sowie Widerstände Rqt und Rqr dem Übertrager TF zugeführt. Vom Übertrager TF werden die übertragenen Signale über Widerstände Rc und Rd, eine erste Additionsstufe S1 , eine nachfolgende Differenzstufe DIFF, einen Analog-Digital-Umsetzer ADC und eine dritte mit einem digitalen Echokompensator verbundene

Additionsstufe S3 einer Entzerrerschaltung ETR zugeführt. Zur Kompensation des vom Übertrager TF auf den Empfangsverstärker RX rückwirkenden Anteils (Störanteil) des Sendesignals wird der Differenzstufe DIFF vom Ausgang des Verstärkers LD über Widerstände Ra und Rb sowie eine zweite Additions- stufe S2 ein korrespondierender invertierter Anteil (Korrekturanteil) des Sendesignais zugeführt. Dadurch wird der im Eingangssignal enthaltene Stör- bzw. Echoanteil kompensiert. Zur Anpassung an die Übertragungsleitung sind im Empfangspfad und im Korrekturpfad komplexe Widerstände Za bzw. Zb vorgesehen. Bei einer Änderung des Durchmessers der Übertragungsleitung erfolgt eine ungenügende Kompensation des Stör- bzw. Echoanteil durch den Korrekturanteil, sofern die komplexe Widerstände Za bzw. Zb nicht entsprechend angepasst werden. Femer können bei der Wahl von Übertragungsleitungen mit grossem Durchmesser (z.B. 1 ,4 mm) Signalverzerrungen (Clipping) am Ausgang des Analog-Digital- Umsetzers ADC entstehen, sofern dieser nicht über eine entsprechend grosse Auflösung verfügt. In Fig. 8 sind femer die Elemente bezeichnet (s. <-IC), die in den oben genannten integrierten Schaltungen enthalten sind.

In Fig. 9 ist dieselbe integrierte Schaltung mit der in Fig. 6 gezeigten erfindungsgemässen Gabelschaltung g2 verbunden, deren Vorteile auch in diesem Fall besonders deutlich sind. Die erfindungsgemässe Gabelschaltung G2 erlaubt wiederum den Anschluss von Übertragungsleitungen mit unterschiedlichem Durchmesser ohne Schaltungsanpassungen. Femer ist die Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers ADC mit reduzierter Auflösung zulässig. Durch die passive Echokompensation sowie Filterung entstehende Verluste können anhand der integrierten Schaltung IC leicht kompensiert werden, indem das Ausgangssignal des Filters FR nicht invertiert der ersten Additionsstufe S1 und invertiert der zweiten Additionsstufe S2 zugeführt wird. In der Differenzstufe erfolgt daher die phasenrichtige Addition der an den Additionsstufen S1 und S2 anliegenden Signale.

Die Erfindung ist femer auch für Gabelschaltungen ohne Übertrager TF anwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Gabelschaltung zum Anschluss einer Sendeeinheit (TX) und einer Empfangseinheit (RX) an eine zweiadrige Übertragungsleitung mit einer Brückenschaltung, die vier Brückenzweige mit je zwei Wider- ständen (R1t, R2t; R1r, R2r; R3r, Rqπ R3t, Rqt) aufweist, die derart bemessen sind und die die beiden Ausgänge (txal , txa2) der Sendeeinheit (TX) und die beiden Eingänge (rxe1 , rxe2) der Empfangseinheit (RX) derart verbinden, dass sich die am Eingang der Empfangseinheit (RX) auftretenden Anteile des Sendesignals gegenseitig aufheben, wobei die Übertragungsleitung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Übertragers (TF) über die ersten Widerstände (Rqt und Rqr) des dritten und vierten Brückenzweiges (R3r, Rqπ R3t, Rqt) mit der Sendeeinheit (TX) und über die zweiten Widerstände (R3t und R3r) des dritten und vierten Brückenzweiges (R3r, Rqπ R3t, Rqt) mit der Empfangseinheit (RX) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1t, R2t, R3r, Rqr bzw. R1 r, R2r, R3t, Rqt) der vier Brückenzweige derart gewählt sind, dass eine zur Kompensation der Impedanz (ZI) der Übertragungsleitung grundsätzlich vorzusehende Impedanz (Zb) einen derart hohen Wert annimmt, dass die für die Gabelschaltung vorgesehene Fehlertoleranz auch ohne den Einbau dieser Impedanz (Zb) eingehalten wird.

2. Gabelschaltung nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem zur Kompensation der Leitungsimpedanz (ZI) vorgesehenen reellen oder komplexen Balance-Widerstand (Zb), dadurch gekennzeichnet, dass alle Brückenzweige mit dem Eingang der Empfangseinheit (RX) über ein Filter (FR) verbunden sind, welches derart gewählt ist, dass die Signalanteile im Bereich tiefer Frequenzen soweit gesenkt werden, dass die Dynamikbereiche dynl , dyn2 von Signalen, die über Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser übertragen werden, zumindest annähernd gleich gross sind.

3. Gabelschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1t, R2t, R3t, R1r, R2r, R3r) der Brückenschaltung, mit Ausnahme der Widerstände (Rqt, Rqr), welche den Ausgang der Sendeeinheit (TX) mit der Übertragungsleitung verbinden, den Wert R aufweisen, der wenigstens fünf mal grösser ist als der Wert der Widerstände (Rqt, Rqr).

4. Gabeischaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1t, R2t, R3r, Rqr bzw. R1r, R2r, R3t, Rqt) der vier Brückenzweige derart gewählt sind, dass eine zur Kompensation der Impedanz (ZI) der Übertragungsleitung grundsätzlich vorzusehende Impedanz (Zb) einen Wert annimmt, der grösser als 10 R ist.

5. Gabelschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Serie geschalteten Widerstände (R1t, R2t; R1r, R2r) der ersten beiden Brückenzweige je zu einem einzigen Widerstand zusammen gefasst sind.

6. Gabelschaltung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1t,

R2t, R3t, R1 r, R2r, R3r) der Brückenschaltung, mit Ausnahme der Widerstände (Rqt, Rqr), welche den Ausgang der Sendeeinheit (TX) mit der Übertragungsleitung verbinden, derart gewählt sind, dass der Signalpegel der übertragenen Signale möglichst wenig reduziert wird.

7. Gabelschaltung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (Rqt, Rqr) der Brückenschaltung, die den Ausgang der Sendeeinheit (TX) mit der Übertragungsleitung verbinden, annähernd dem halben Wert der Leitungsimpedanz (ZI) entsprechen.

8. Gabelschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (FR) bei einer Bandbreite des Übertragungskanals von einigen 100 kHz im Bereich der ersten 10 kHz eine Dämpfung zwischen 5 dB und 15 dB aufweist.

9. Gabelschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (RX) zwei gegebenenfalls über Eingangsverstärker mit einer Differenzstufe (DIFF) verbundene Eingänge aufweist, wobei dem ersten Eingang das Ausgangssignal des Filters (FR) invertiert und dem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Filters (FR) nicht invertiert zugeführt wird.

10. Gabelschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabelschaltung mit einer der integrierten Schaltungen SK70704 von LEVEL ONE verbunden ist.