xDSL-Übertragungsstrecke
Die vorliegende Erfindung betrifft eine xDSL-Übertragungs- strecke gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Im Folgenden werden anstelle einer deutschen Nichtfachsprache die englischsprachige Nomenklatur und Akronyme aus der Standardisierung der Organisationen ITU-T und ETSI benutzt, wie z.B.
«NEXT» Near End Cross Talk, Nebensprechen; «FEXT» Far End Cross Talk, Fern-Nebensprechen,- «DLL» Digital Local Line; usw.
Durch die Verwendung standardisierter Begriffe und Akronyme lassen sich Unklarheiten vermeiden. Eine Liste der verwende- ten Akronyme, Abkürzungen und Begriffe am Schluss dieses Dokumentes bildet einen integralen Bestandteil dieser Schrift.
Figur 1 zeigt das Prinzip einer SHDSL-Übertragung gemäss ETSI TS 101524 [1] . Die SHDSL-Übertragungsstrecke 3 zwischen den zwei Modems 1, 2 beinhaltet ein Kupferaderpaar 3 und darüber einen Transport von Daten in Sende- und Empfangs- richtung auf dem gleichen Kupferaderpaar 3. Figur 3 zeigt den für die SHDSL Übertragung massgebenden Schaltungsteil des Modems 1, das sogenannte Front End. Der SHDSL-Übertragungs- baustein 12 weist einen Sendeteil 5 und einen Empfänger 7 auf. Eine analoge Echokompensation, auch Hybrid- oder Gabelschaltung genannt , gebildet aus einer Leitungsnachbildüng 4 und einer nachgeschalteten digitalen Echokompensation 6 sorgt für eine genügend grosse Unterdrückung des eigenen Sende- Signals wie auch eine Unterdrückung von auf dem Signalweg entstandenen Echos durch etwaige Störstellen im Kabel. Diese Echos werden als eigenes Echo gewertet und unterdrückt . Übrig bleibt das Empfangssignal 9 vom anderen Ende der Übertragungsleitung 11.
Ein kritisches Bauelement in der Übertragungsstrecke ist der Transformator 10, der das Signal in die Leitung 11 koppelt.
Er sollte sehr verzerrungsarm sein, trotzdem aber klein und kostengünstig. Das Übersetzungsverhältnis n2:nl muss so ge¬ wählt sein, dass der vorgegebene Leitungswiderstand erreicht wird, im Falle einer Standard Telefonleitung sind es 135 Ω . Da der Sendetreiber 5 sehr niederohmig arbeitet, wird das Sendesignal also herauf transformiert, das heisst für die Windungszahlen des Transformators 10 muss gelten: n2 > nl .
Das Übersetzungsverhältnis muss also auf die Senderseite hin optimiert werden. Das ankommende EmpfangsSignal wird nun, da aus der Gegenrichtung kommend, herab transformiert und somit abgeschwächt, was sich erst recht nachteilig auswirkt.
Im Verbund mit anderen xDSL-Übertragungsstrecken im gleichen Kabel aber auf anderen Kupferaderpaaren, stören sich diese
Systeme gegenseitig durch Übersprechen. In Figur 2 sind zwei Arten solcher Störungen dargestellt:
- Nah-Nebensprechen NEXT und
- Fern-Nebensprechen FEXT .
Die Beeinflussung ist gegenseitig. Der Übersichtlichkeit wegen sind in der Figur 2 nur die Störungen der Übertragungs- strecke 3a bezüglich der Modems Ia und 2a auf die Übertragungsstrecke 3b mit den Modems Ib und 2b dargestellt. Von den zwei gezeigten Störgrössen ist NEXT das weit grossere Problem, da einerseits das Empfangssignal vom anderen Ende sehr schwach und das Sendesignal des die Störung verursachenden Senders sehr stark ist. FEXT fällt deutlich weniger ins Gewicht, das Sendesignal wird durch den Übertragungskanal bereits gedämpft.
Weitere Störungen treten durch Reflexionen (vor allem bei dicken Leitungen) an Störstellen entlang des Übertragungskanals auf. Diese werden von der Echokompensation bis zu einem gewissen Grad unterdrückt. Als Einschränkung wirkt die Länge des internen digitalen Filters. Sie bestimmt, wie stark
die zeitliche Verzögerung der Reflexion sein kann, so dass sie noch vollständig kompensiert wird.
Die zeitliche Verzögerung einer Reflexion vergrössert sich mit der Entfernung der Störstelle vom Sender und deren Stärke ist proportional zur Dämpfung der Leitung. Je besser nun eine Leitung ist, desto grossere Distanzen kann die Übertragungseinrichtung überbrücken, desto später und stärker werden aber die Reflexionen.
Bei mit Kupferaderpaaren aufgebauten Mittel- und Fernverkehrsstrecken ist mit Streckenlängen bis zu mehreren 100 km zu rechnen. Solche Verbindungen sind oft bei Bahn- und Elektrizitätsbetreibern und in älteren Telecom-Netzen zu finden. Dort wurden die Verbindungen bisher wie folgt realisiert: i) Mit HDB3-Systemen, welche bedingt durch die kurze
Reichweite der HD3-Übertragungstechnologie eine hohe Anzahl von Regeneratoren entlang der Übertragungs- strecke erfordern. ii) Mit Trägerfrequenzlösungen, welche einen alten Stand der Technik darstellen, iii) Mit proprietären, SHDSL gemäss TS 101524 ähnlichen
Verfahren. Dort ist es zweifelhaft, ob die spektralen Forderungen der Norm EN TS 101524 eingehalten werden können .
Dies betrifft nicht nur die SHDSL-Übertragungsstrecken, sondern generell Digital Subscriber Lines xDSL. Daher sind im Folgenden die verschiedenen Spezifikationen von solchen Übertragungsstrecken mit xDSL-Übertragungsstrecken bezeichnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine xDSL-Übertragungsstrecke mit zugehörigen Modems anzu- geben, die eine zuverlässige Übertragung auch über grossere Distanzen bzw. Reichweiten erlaubt, so dass die Normen zur
Einhaltung der Spektren eingehalten werden und ohne die vorgenannten Normen einer xDSL-Strecke zu verletzen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemässe Lösung, wonach die beiden Modems für jede Übertragungsrichtung über je ein separates Kupferaderpaar miteinander verbunden sind; ist eine xDSL-Übertragungsstrecke geschaffen, bei der die Einflüsse des Nah-Nebensprechens und der Reflexionen eliminiert werden ohne dass am Übertragungsverfahren selber etwas geändert werden muss und bei dem die handelsüblichen xDSL-Übertragungsbausteine weiter verwendet werden können.
Der besondere Vorteil liegt darin, das durch zwei separate Kupferaderpaare im Modem je ein Transformator vorgesehen werden kann, deren Übersetzungsverhältnisse je für die betreffende Richtung optimiert werden können. Auf diese Weise ist für die Wahl der Übersetzungsverhältnisse ein Freiheitsgrad gewonnen worden. Die für die xDSL-Übertragungsbausteine vorzunehmenden Einstellungen ändern sich dabei praktisch nicht. Da der Sendetrafo noch immer derselbe ist und sich auch die Einstellungen am Übertragungsbaustein an der Sendeseite höchstens unwesentlich geändert haben, bleibt auch das Sendespektrum unverändert und z.B. zum SHDSL gemäss Norm ETSI TS 101524 kompatibel.
Da im praktischen Einsatz stets die Übertragungsrate und kausal dazu die Längen auf der DLL sich beschränkend auswirken, nicht aber die Anzahl benötigter Kupferaderpaare, bietet die vorliegende Erfindung eine wirkungsvolle und trotzdem kostengünstige Lösung der vorgenannten Aufgabe.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 Prinzip einer SHDSL-Übertragungsstrecke gemäss
ETSI TS101524; Figur 2 Struktur eines bestehenden SHDSL Front End;
Figur 3 Darstellung des Nah- und Fernnebensprechens (NEXT,
FEXT bei zwei SHDSL-Übertragungsstrecken gemäss dem
Stand der Technik;
Figur 4 eine SHDSL Übertragungsstrecke gemäss der vor- liegenden Erfindung;
Figur 5 Auswirkung des Nah- und Fernnebensprechens (NEXT,
FEXT bei zwei SHDSL-Übertragungsstrecken gemäss der vorliegenden Erfindung und
Figur 6 eine Ausführungsform eines SHDSL Front End gemäss der vorliegenden Erfindung.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird für die Übertragungsstrecke je Richtung eine gesonderte Kupferaderpaar 31 und 32 bereitgestellt. Dies ist in prinzipieller Art in Figur 4 dargestellt. Dabei wird wie vorstehend ausgeführt auch hier keine Unterscheidung, auf welcher Seite die Modems 1 und 2 angeordnet sind. Gegenüber dem Stand der Technik wird gemäss der vorliegenden Erfindung der Sende- und Empfangspfad aus Sicht eines Modems getrennt, das heisst es wird pro Über- tragungsrichtung je eine Kupferaderpaar verwendet.
In Figur 6 ist ein Modem 1 dargestellt, das pro Richtung ein eigenes Aderpaar voraussetzt. Zu weiteren Erläuterung wird auf die Figuren 6 und gegenüber dem Stand der Technik auf die Figur 3 Bezug genommen. Es kann wie beim Stand der Technik ein handelsüblicher SHDSL-Übertragungsbaustein 12 eingesetzt werden, z.B. der Baustein PEF24624 von INFINEON. Der Sendepfad Tx mit dem Transformator 10 bzw. 10.1 bleibt gleich. Somit bleiben auch die genormten Pulsformen erhalten. Am Sendetransformator 10.1 ist nur noch das Sendesignal an die Leitung 11 gekoppelt. Das EmpfangsSignal wird über ein eigenes Aderpaar 11 geführt und über den Empfangseingang Rx
über einen eigenen Transformator 10.2 auf den Empfänger 7 gegeben. Mit einem Abschlusswiderstand Rlb wir die Leitungsimpedanz auf den Empfängereingang Rx abgeglichen. Eigenes Echo fällt nur noch innerhalb des Modems an. Dies kann mit geeigneten Massnahmen (z. B. beim Layout der Leiterplatte) weiter minimiert werden. Da kein eigenes Echo mehr auf dem Empfangspfad Rx vorhanden ist, werden Hybrid 4 bzw. die chipexterne Gabelschaltung 4 und die Echokompensation 6 nicht mehr benötigt. Die Leitungsnachbildung kann daher entfallen und wird durch einen Kurzschluss 21 als Aussenbeschaltung realisiert. Der digitale Echokompensator 6 stellt selber fest, dass kein oder nur noch ein sehr geringes eigenes Echo mehr ankommt und verhält sich automatisch richtig. Das Übersetzungsverhältnis des Empfangstransformators 10.2 kann nun, da vom Sendepfad Tx entkoppelt, so geändert werden, dass das Empfangssignal herauf transformiert wird, also für die Windungszahlen n3 , n4 gilt daher: n4 < n3.
In Figur 5 sind die Auswirkungen der Störgrössen NEXT und FEXT für eine SHDSL-Übertragungsstrecke 3 dargestellt, bei der pro Übertragungsrichtung je ein Kabel 20.1 und 20.2 vorgesehen ist. Jedes Kabel kann n Kupferaderpaare enthalten. Der sehr starke Einfluss von NEXT wirkt sich nicht aus, da alle Kupferaderpaare in der gleichen Richtung betrieben werden und naturgemäss beim Ausgang Tx einen relativ gesehen hohen Pegel aufweisen. Die Störgrösse FEXT ist selbstverständlich immer noch vorhanden, die Auswirkungen sind aber naturgemäss geringer als die von NEXT.
Das ideale Übersetzungsverhältnis n3:n4 für den Transformator 10.2 ergibt sich aus dem Leitungswiderstand und dem Eingangswiderstand der Empfangsschaltung. Wird auf den Widerstand Rla verzichtet, ergibt sich das maximal mögliche Übersetzungs- Verhältnis. Auch das Rauschen und andere unerwünschten
Signalteile werden entsprechend gleich herauf transformiert. Die einzelnen Schritte der Anschaltung:
aufgelöst ergibt sich:
Als maximales Übersetzungsverhältnis für den Empfangspfad Rx ergibt sich somit:
Die hier gezeigte Ausführungsform für eine SHDSL- Übertragungsstrecke ist unter Berücksichtigung von den Spezifikationen und Standards für andere xDSL-Strecken genau gleich realisierbar. Die grundlegenden Anforderungen hinsichtlich Emission und spektraler Kompatibilität bleiben dabei erhalten .
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1, Ia, Ib Modem
2, 2a, 2b Modem
3 SHDSL-Übertragungsstrecke; Kupferaderpaar 4 Hybrid, Gabelschaltung chip-extern
5 Sendeteil, Sendetreiber, line driver
6 digitale Echokompensation, Gabelschaltung chip intern
7 Empfänger 8 Echokompensation
9 Empfangssignal digital
10 Transformator
10.1 Sendetransformator
10.2 Empfangstransformator 11 Übertragungsleitung, Kupferaderpaar
12 SHDSL-Übertragungsbaustein, Chip
13 Sendesignal digital
20.1, 20.2 Kabel enthaltend n Kupferaderpaare
21 kurzgeschlossene Aussenbeschaltung der GabelSchaltung
31, 32 Gesonderte Kupferaderpaare auf einer Übertragungsstrecke 3 n Anzahl Kupferaderpaare nl, n2 Windungszahlen des Sendetransformators 10.1 n3 , n4 Windungszahlen des Empfangstransformators 10.2
Rla wählbarer Abschlusswiderstand
Rlb Eingangswiderstand der Empfängerschaltung
R2 Impedanz der Leitung
Tx Sendepfad, Sendeausgang Rx Empfangspfad, Empfangseingang
Liste der verwendeten Akronyme und Abkürzungen
DLL Digital Local Loop
ETSI European Telecommunications Standards Institute, Sophia Antipolis FEXT Far End Cross Talk, Fern-Nebensprechen NEXT Near End Cross Talk, Nah-Nebensprechen PSTN Public Switched Telephone Network
SHDSL Symmetrie Single pair high bitrate Digital Subscriber Line, Abkürzung gemäss ETSI SDSL alte Bezeichnung von SHDSL (ETSI-SDSL entspricht
SHDSL) xDSL Digital Subscriber Line gemäss einer Spezifikation x, z.B. SHDSL.
TS Technical Specification
Literaturliste
[1] ETSI TS 101 524 Vl ..2.1 (2003-03)
Transmission and Multiplexing (TM) ;
Access transmission System on metallic access cables; Symmetrie Single pair high bitrate Digital Subscriber Line (SDSL)