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Die
Erfindung betrifft ein lokales integriertes Daten- und Telefonnetz
mit Anschlussvorrichtungen, die untereinander installationsseitig
durch Vierdrahtleitungen verbunden sind.
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Die
verbreiteten Schnittstellen einer LAN-Verkabelung (LAN: Local Area
Network) für Übertragungsraten
von zehn Mbit/s bzw. hundert Mbit/s benutzen ein Adernpaar TX für
das Senden und ein Adernpaar RX für das Empfangen.
Als Übertragungsmedium
werden in der Regel Datenkabel mit paarweise verdrillten Leitungen,
sogenannte TP-Kabel, eingesetzt (TP: Twisted Pair). Sehr häufig sind
im Privatbereich Vierdrahtleitungen als vierdrähtige Kabel im Gebrauch, wobei
ein Leitungspaar für
Telefon benutzt ist und das zweite Paar noch frei ist. Das vorhandene
freie Leitungspaar reicht aber nicht aus, um einen gewünschten
weiteren Dienst, z. B. Ethernet-LAN, in gewohnter Technik realisieren
zu können,
da hierzu insgesamt zwei freie Aderpaare notwendig wären. Folglich
müsste
entweder ein weiteres Kabelpaar parallel verlegt oder aber das vorhandene
Kabel durch ein neues mit einer größeren Aderzahl ersetzt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lokales integriertes Daten-
und Telefonnetz zu schaffen, das für die Vernetzung mit Vierdrahtleitungen
auskommt und imstande ist, Datengeräte und Telefone gemeinsam zu
vernetzen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Das
erfindungsgemäße Daten-
und Telefonnetz ermöglicht
die Signalübertragung
in Form von Daten- und Telefonsignalen bidirektional über Vierdrahtleitungen,
ohne dass die einzelnen Signale sich gegenseitig beeinträchtigen.
Dabei wird davon ausgegangen, dass für die Datenübertragung zum Senden und Empfangen
jeweils ein zweipoliger Anschluss erforderlich ist und zusätzlich ein
zweipoliger Anschluss für
die Telefonkommunikation benötigt wird.
Obwohl hier eigentlich für
die getrennte und gegenseitig unbeeinflusste Signalübertragung
sechs Drähte
(drei mal zwei Adern) erforderlich wären, wird erfindungsgemäß unter
Anwendung der sogenannten Phantom-Technik ein Adernpaar eingespart. Hierzu
enthält
jede Anschlussvorrichtung ein Funktionsnetzwerk, das als passive
elektrische Schaltung ausgebildet ist und die beiden Zweidrahtleitungen, aus
denen die Vierdrahtleitung besteht, gemeinsam nutzt, so dass zu
jeder Zweidrahtleitung gewissermaßen eine dritte Leitung (Phantom-Leitung)
hinzugefügt
wird, die zwar funktionell vorhanden ist, physisch jedoch nicht
existiert. Diese Phantom-Technik erlaubt die Anwendung der üblichen
Vierdraht-Technik, bei der ein Aderpaar für Senden und ein Aderpaar für Empfangen
benutzt wird, und fügt
zwei virtuelle Adern hinzu, die für die Telefonübertragung
benutzt werden können.
Es ist aber auch möglich
die Zuweisung der einzelnen Übertragungsinhalte
zu den Aderpaaren anders vorzunehmen und beispielsweise über das
Phantom-Aderpaar Daten, z. B. für
das Senden, zu übertragen.
An beiden Endpunkten der Übertragungsstrecke
befinden sich derartige Funktionsnetzwerke, die den Übergang
zwischen Vierdraht- und dreifacher Zweidraht-Technik bewerkstelligen
und somit eine Schnittstelle bilden, die an allen Anschlusspunkten
des Netzwerks gleich ausgebildet ist und als Standardteil bereitgestellt
werden kann.
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Generell
ist es zweckmäßig, das
gesamte Daten- und Telefonnetz passiv zu gestalten, so dass keine
Verstärkerelemente
enthalten sind. Es ist aber auch möglich, eine aktive Netzstruktur
in dieser Technik zu verwenden.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, mit einer Verkabelung, die ursprünglich für eine private Telefonanlage
(TK-Anlage) realisiert wurde, zusätzlich ein privates Datennetzwerk
aufzubauen, ohne dass neue Kabel verlegt werden müssen. So
kann beispielsweise überall
dort, wo bereits ein Telefonanschluss mit Vierdrahtleitung liegt,
zusätzlich
ein Datenanschluss, wie z. B. ein Breitband-Internetzugang, ohne
die Notwendigkeit zusätzlicher
Kabel bereitgestellt werden.
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Der
ursprüngliche
Telefonanschluss bleibt dabei in seiner Funktionalität voll erhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden diejenigen Anschlüsse der
Anschlussvorrichtung, die den körperlich
vorhandenen Aderpaaren der Vierdrahtleitung entsprechen, den beiden
Datenkanälen
zugeordnet, während
der dritte Anschluss, dem eine virtuelle zweidrähtige Übertragungsleitung zugeordnet
ist, ein Telefonanschluss ist.
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Damit
die den einzelnen Übertragungskanälen zugewiesenen
Aufgaben mit der notwendigen Übertragungssicherheit
ausgeführt
werden, müssen gegenüber den üblichen
Anwendungen der Phantom-Technik
einige weitere Maßnahmen
ergriffen werden. Bei der Datenübertragung
kommen hochbitratige Signale zum Einsatz, die fehlerfrei übertragen und
empfangen werden sollen. Dabei ist dem Signal-zu-Rauschverhältnis, das
sich bei der digitalen Übertragung
unmittelbar in der Bit-Fehlerrate niederschlägt, besondere Aufmerksamkeit
zu schenken. Deshalb ist es für
die Übertragungsqualität von Vorteil,
die äquivalente
Rauschbandbreite im Betrieb zu verringern und für eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses
zu sorgen. Hierzu werden die jeweiligen Übertragungswege mit Filtern
versehen. In den gleichspannungsgekoppelten (virtuellen) Zweigen
sind Filter mit entsprechenden Übertragungsfunktionen
einzusetzen. Beispielsweise wird für die Telefon-Übertragungsstrecke
ein Tiefpassfilter eingesetzt, welches das Telefonband durchlässt, das hochfrequentere
Band der Datenübertragung
jedoch sperrt. Andererseits kommen für die Datenübertragungswege Bandpass- oder Hochpassfilter
in Betracht, die das Telefonband sperren.
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Da
bei der Phantom-Technik die virtuellen Leitungsadern gleichspannungsgekoppelt
ausgeführt
werden können,
sind sie auch in der Lage, neben einem Wechselspannungssignal zusätzlich eine Gleichspannung
zu übertragen.
Diese Gleichspannung kann dazu benutzt werden, Signale auszulösen, wie
beispielsweise Klingeltöne,
das Schalten eines Relais, das Anzeigen eines Zustandes u. dgl.
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Bekannte
Ausführungen
von Phantom-Schaltungen werden in der Regel mit Hilfe von Übertragern
bzw. mit Induktivitäten
oder Widerständen
ausgeführt.
Die Erfindung geht jedoch von einem allgemeineren Ansatz aus, der
dem heutigen Stand der Schaltungstechnik und den Bedürfnissen
bei der Realisierung derartiger Schaltungen Rechnung trägt. So kann
eine geeignete Einspeisung durch folgende Maßnahmen realisiert werden.
Jedes physikalische Adernpaar der Benutzerseite oder Geräteseite
wird über
ein Funktionsnetzwerk an die Vierdrahtleitung angekoppelt. Jedes
Funktionsnetzwerk beinhaltet die Funktionen "Entkoppeln" und "potentialfreies Trennen" sowie die Funktionen "differentielle Einspeisung" und "Gleichtakteinspeisung". Diese Funktionen
können
sowohl in getrennten Einheiten realisiert werden als auch in einer
einzigen Einheit zusammengefasst werden.
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Das
Funktionsnetzwerk mit Potentialtrennung kann grundsätzlich auf
unterschiedliche Weisen aufgebaut werden. So sind auch aktive Lösungen möglich mit
Transistoren, Dioden und Operationsverstärkern. Passive Lösungen enthalten
Kapazitäten, Induktivitäten bzw. Übertrager
oder Widerstände.
Die symmetrische Einspeisung kann sowohl über resistive als auch über induktive
oder kapazitive Bauteile erfolgen. Wichtig ist lediglich, dass auf
beiden physikalischen Adern ein entsprechender Gleichtaktbetrieb
aufgeprägt
wird.
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Die
niedrigere Bitrate wird vorzugsweise auf dem virtuellen Übertragungsweg
befördert.
Dagegen werden Daten mit annähernd
gleichen Bitraten auf den beiden physischen Leitungen übertragen.
Eine Anwendung für
hochbitratige Datensignale ist das Ethernet. Niedrigbitratige Signale
sind Telefonsignale oder Bussignale der Gebäudesystemtechnik.
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Der
Begriff "Daten-
und Telefonnetz" ist
im Rahmen der vorliegenden Anmeldung breit zu verstehen. Er umfasst
auch beispielsweise ein Netz mit nur zwei Teilnehmern, die durch
eine einzige Vierdrahtleitung miteinander verbunden sind.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein lokales integriertes
Daten- und Telefonnetz mit zwei Teilnehmerstellen, die durch eine Vierdrahtleitung
verbunden sind,
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2 eine Darstellung eines
sternförmigen Netzes,
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3 ein Ausführungsbeispiel
der Phantom-Technik,
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4 eine erste Ausführungsform
einer Anschlussvorrichtung, bei der das Funktionsnetzwerk als selbständige Einheit
vorgesehen ist,
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5 ein zweites Ausführungsbeispiel,
bei dem das Funktionsnetzwerk in einer Anschlussdose für den Anschluss
von Datenleitungen und Telefonleitungen enthalten ist, und
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6 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Funktionseinheit in einem Adapter enthalten ist, der in
eine Datenanschlussdose eingesteckt werden kann.
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1 zeigt ein lokales integriertes
Daten- und Telefonnetz mit zwei Teilnehmerstellen 10 und 11,
die durch eine Vierdrahtleitung 12 miteinander verbunden
sind. Die Vierdrahtleitung 12 besteht beispielsweise aus
einem Kabel oder aus zwei jeweils verdrillten Zweidrahtleitungen.
An jeder Teilnehmerstelle befindet sich ein Datengerät 13,
beispielsweise ein Computer, und ein Telefon 14 oder ein ähnliches Gerät mit für das Telefonnetz
spezifischen Eigenschaften, beispielsweise ein Faxgerät. Das Datengerät 13 und
das Telefongerät 14 sind
an eine Anschlussvorrichtung 15 angeschlossen, die den Übergabepunkt
zu der Vierdrahtleitung 12 bildet.
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Das
Datengerät 13 ist über zwei
Zweidrahtleitungen TX, RX mit
dem benutzerseitigen Teil der Anschlussvorrichtung 15 verbunden.
Das Telefongerät 14 ist über eine
Zweidrahtleitung Y mit dem benutzerseitigen Teil der Anschlussvorrichtung 15 verbunden.
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Die
beiden Teilnehmerstellen 10 und 11 sind grundsätzlich einander
gleich aufgebaut. Die Datengeräte 13 können über die
Vierdrahtleitung 12 miteinander in beiden Richtungen kommunizieren,
und gleichzeitig können
die Telefongeräte 14 über die Vierdrahtleitung
miteinander kommunizieren.
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Ein
komplexeres Daten- und Telefonnetz ist in 2 dargestellt. Eine Telekommunikationsanlage (TK-Anlage) 20,
die auch als Nebenstellenanlage bezeichnet werden kann, ist an das öffentliche
Telefonnetz (nicht dargestellt) angeschlossen. Ebenso ist an das öffentliche
Telefonnetz oder ein anderes Hochgeschwindigkeitsnetz ein Sternkoppler 21 angeschlossen,
der durch einen Hub, Switch oder Router gebildet werden kann. Die
TK-Anlage 20 weist für
jedes Telefongerät 14 eine
Zweidrahtleitung 22 auf, die zu einem Rangierfeld 23 führt. Der
Sternkoppler 21 weist für
jedes Datengerät 13 des
Netzes eine Vierdrahtleitung 24 auf, die ebenfalls mit
dem Rangierfeld 23 verbunden ist. Dem Rangierfeld 23 ist
ein Konverter 25 zugeordnet, der für jedes Paar aus Datengerät und Telefongerät ein Funktionsnetzwerk
enthält,
das im folgenden noch erläutert
wird.
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Von
dem Konverter 25 führt
jeweils eine Vierdrahtleitung 26 zu jeder Teilnehmerstelle 27.
Die Teilnehmerstelle 27 enthält ein Datengerät 13,
ein Telefongerät 14 und
eine Anschlussvorrichtung 15, die das Datengerät 13 und
das Telefongerät 14 mit
der Vierdrahtleitung 26 verbindet. Die Vierdrahtleitungen 26 sind
Bestandteil der Elektroinstallation des Gebäudes.
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In
den Zeichnungen ist die Anzahl der in den Kabeln enthaltenen Drähte oder
Adern jeweils durch die Zahl "2" oder "4" bezeichnet, wobei die zugehörige Leitung
mit einem Schrägstrich
durchkreuzt ist.
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Über das
lokale integrierte Daten- und Telefonnetz kann jedes der Telefongeräte 14 mit
jedem anderen Telefongerät
des Netzes kommunizieren und außerdem
auch mit dem an die TK-Anlage 20 angeschlossenen öffentlichen
Netz. Ferner kann jedes der Datengeräte 13 mit jedem anderen
Datengerät
kommunizieren und ferner über
den Sternkoppler 21 auch mit externen Datengeräten.
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3 zeigt zwei Anschlussvorrichtungen 15, die
durch eine installationsseitige Vierdrahtleitung 26 untereinander
verbunden sind, zur Erläuterung
der Phantom-Technik. Jede Anschlussvorrichtung weist benutzerseitig
zwei zweipolige Datenanschlüsse 30, 31 auf,
von denen der Anschluss 30 als RX-Anschluss für den Datentransport
zum Datengerät 13,
also für den
Empfang, bestimmt ist und der Anschluss 31 als Tx-Anschluss für die Fortleitung der von dem
Datengerät
kommenden Daten, also zum Senden. Die Anschlüsse 30 und 31 sind
mit einem Funktionsnetzwerk 32 verbunden, welches den Phantom-Umsetzer bildet.
Das Funktionsnetzwerk 32 enthält für jeden dieser Anschlüsse einen Übertrager 35 mit
einer ersten Spule 36, die mit den Polen des benutzerseitigen Anschlusses
(hier: Anschluss 30) verbunden ist, und einer zweiten Spule 37 aus
zwei symmetrischen Spulenhälften 37a, 37b.
Beide Spulenhälften 37a und 37b bilden
in Reihe geschaltet die Pole des Anschlusses 38a für die eine
Zweidrahtleitung 26a der Vierdrahtleitung 36.
Der Anschluss 38b für
die andere Zweidrahtleitung 26b wird in gleicher Weise
von den beiden Spulenhälften
des anderen Übertragers 35 gebildet.
Auf diese Weise erfolgt im Übertrager eine
Potenzialtrennung. Das Potenzial der die beiden zweiten Spulen 37 enthaltenden Schaltung
wird durch dasjenige Potenzial festgelegt, das an den Mittelabgriff 39 angelegt
wird. Die beiden Mittelabgriffe 39 und 40 sind
mit den Polen des Anschlusses 41 verbunden, der hier den
Telefonanschluss Ph bildet. Auf diese Weise kann durch Festlegen
der Bezugspotenziale der beiden Zweidrahtleitungen 26a und 26b ein
virtuelles drittes Aderpaar gewonnen werden. In der selben Weise,
in der die Signale am Eingangsteil des Datenübertragungsweges zusammengestellt
werden, werden sie am Ausgangsteil, an dem sich ein entsprechendes
Funktionsnetzwerk 32 befindet, wieder auseinandergenommen
und an die Datenanschlüsse 30, 31 sowie
den Telefonanschluss 41 verteilt.
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Der
Konverter 25 in 2 enthält für jede Teilnehmerstelle
ein Funktionsnetzwerk 32, so dass er über die Vierdrahtleitung 26 und
zwei weitere virtuelle Adern mit der Anschlussvorrichtung 15 jeder
Teilnehmerstelle kommunizieren kann.
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4 zeigt den mechanischen
Aufbau der Anschlussvorrichtung 15, die in einem separaten
Gehäuse 48 in
Form einer "Pille" untergebracht ist,
die in einer Unterputzdose Platz findet und das Funktionsnetzwerk 32 enthält. Die
einzelnen zweipoligen Anschlüsse 30, 31, 38a, 38b und 41 sind
in der selben Weise bezeichnet wie in 3.
Die Vierdrahtleitung 26 ist an die Installationsseite der
Anschlussvorrichtung angeschlossen, und an die Benutzerseite ist über ein
Kabel, das die Zweidrahtleitungen 41a und 41b enthält, eine
Datenanschlussdose 43 angeschlossen. Auf der Benutzerseite
kann ferner an eine Zweidrahtleitung 42, die mit dem Telefonanschluss 41 verbunden
ist, eine Telefonanschlussdose 44 angeschlossen werden.
Die betreffenden benutzerseitigen Leitungen sind relative kurze
Kabel.
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5 zeigt eine kombinierte
Anschlussdose 45 mit einer Anschlussbuchse 46 für das Kabel
eines Datengerätes
und einer Anschlussbuchse 47 für das Kabel eines Telefongerätes. Die
kombinierte Anschlussdose 45 ist unmittelbar mit der Vierdrahtleitung 26 verbunden,
und sie enthält
das Funktionsnetzwerk.
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6 zeigt eine Adapterlösung, bei
der an die Vierdrahtleitung 26 eine übliche Datenanschlussdose 50 angeschlossen
ist, die eine vierpolige Anschlussbuchse 46 für das vierpolige
Kabel eines Datengerätes
aufweist. Ein Adapter 51 bildet eine selbständige Einheit
mit einem Steckerteil 52, das in die Anschlussbuchse 46 passend
eingesteckt werden kann. Der Adapter 51 enthält den Funktionsteil 32 und
eine Anschlussbuchse 53 für ein vieradriges Datenkabel
sowie eine Anschlussbuchse 41 für ein zweiadriges Telefonkabel.
Diese Adapterlösung
hat den Vorteil, dass die Anschlussvorrichtung 15 wahlweise
entweder nur für
ein Datengerät
oder, in Verbindung mit dem Adapter, für ein Datengerät und ein Telefongerät benutzt
werden kann. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass mit der
Adapterlösung
bestehende vieradrige Datenleitungen leicht für den sechsadrigen Betrieb
umgerüstet
werden können, ohne
dass irgendwelche Installationsarbeiten durchgeführt werden müssen. Es
genügt,
an beide Enden der Vierdrahtleitung 26 den Adapter 51 anzustecken.