DE4329519C2

DE4329519C2 - Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem

Info

Publication number: DE4329519C2
Application number: DE4329519A
Authority: DE
Inventors: Kevin Mcgrane
Original assignee: ANGLIA ELECTRONIC TECH Ltd
Current assignee: PROFEC TECHNOLOGIES LTD., IPSWICH, SUFFOLK, GB
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2013-08-28
Also published as: GB2270241B; FR2696063B1; GB9218387D0; HK1004044A1; DE4329519A1; US5426697A; FR2696063A1; GB2270241A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Duplex-Kommunikati ons-Kopplungssystem entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Es ist allgemein notwendig, eine lokale Telekommunikati ons-Einrichtung von der Telekommunikations-Leitung zu entkoppeln. Das wird durch einen Übertrager, z. B. einen Transformator, und lokale Schaltkreiskomponenten für die Erzielung der notwendigen Netz-Anpassungs-Charakteristiken sowie durch die spezifischen Komponenten auf der Leitungs seite und Einrichtungsseite erreicht, die so ausgewählt sind, daß Charakteristiken und Forderungen jedes Landes erfüllt sind.

Diese Anordnungen führen jedoch trotz der spezifischen Wahl der Komponenten zu unerwünschten harmonischen Verzerrungen und Intermodulations-Produkten. Es ist wünschenswert, solche unerwünschten Produkte zu reduzieren.

Die Forderungen bei der Weiterentwicklung der Telekommunika tion zielen auf eine weitere Miniaturisierung hin. Der Bereich für die Größenreduzierung von Übertragern ist jedoch begrenzt, wenn die Querinduktivität ausreichend hoch sein muß, um die Leitungsanpassung zu erlauben und wenn der Wicklungswiderstand akzeptabel niedrig gehalten werden muß.

Bekannte Schaltkreisanordnungen weisen auch einen Frequenz gang auf, der für die Übertragung und den Empfang nicht einheitlich ist, wenn die Leitung eine komplexe Impedanz hat, die Frequenzverzerrungen hervorruft.

Weiterhin sind aus dem US-Datenblatt: TCM 3101, FSK Modem, Texas Instruments, Oktober 1984, S. 1-16 sowie aus der FR 2 635 632 A1 Modems bekannt, die ein Duplex-Kommunikat ions-Kopplungssystem für die Kopplung der lokalen Telekommu nikations-Einrichtung mit einer Telekommunikationsleitung aufweisen. Für die Entkopplung sind Operationsverstärker bzw. Entkopplungstransformatoren vorgesehen, die eine Impedanzanpassung und Pufferung bewirken und auf diese Weise die Ein- und Ausgänge des Modems von der Impedanz der Leitung entkoppeln. Auch diese Modems weisen die vorgenann ten Nachteile auf und sind nicht ohne weiteres an die Übertragungsleitungen in unterschiedlichen Ländern anzu schließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kopplungslei stung der Einrichtung an eine Telekommunikations-Leitung zu optimieren und insbesondere Mittel zur Optimierung einer Schaltkreisanordnung vorzusehen, bei denen die Entkopplungs funktion von den Leitungsanpassungserfordernissen separiert ist.

Erfindungsgemäß wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einem Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem für die Kopplung einer lokalen Telekommunikations-Einrichtung an eine Telekommunikations-Leitung mit ersten Mitteln, die eine niedrige Impedanz aufweisen, für die Entkopplung des Übertragungsausganges der lokalen Telekommunikations-Ein richtung von der Telekommunikations-Leitung, mit zweiten Mitteln, die eine hohe Impedanz aufweisen, für die Entkopp lung des Empfangseinganges der lokalen Telekommunikati ons-Einrichtung von der Telekommunikations-Leitung, und mit einem Anpassungsnetzwerk für die Verbindung der ersten und zweiten Mittel mit der Telekommunikations-Leitung, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die ersten und zweiten Mittel weiterhin Mittel zur Gleichstromentkopplung aufwei sen und daß das Anpassungsnetzwerk auf der Leitungssei te der Entkopplungsmittel liegt.

Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Mittel Übertrager, z. B. Transformatoren, von denen jeder eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist. Als erstes und zweites Mittel können aber auch opto-elektronische Koppler verwendet werden, die eine Gleichstrom-Entkopplung ermöglichen.

Ein Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem mit zwei Übertra gern kann so ausgestaltet sein, daß die Sekundärwicklung des ersten Übertragers von einer Anzapfung aus mit der Primärwicklung des zweiten Übertragers verbunden ist, dessen Sekundärwicklung mit dem Empfangseingang der lokalen Telekommunikations-Einrichtung verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Primärwicklung des zweiten Übertragers mit einem Netzknoten eines in Serie geschalte ten Netzwerkes verbunden ist, das parallel zur Sekundärwick lung des ersten Übertragers angeordnet ist, und daß die Sekundärwicklung des zweiten Übertragers mit dem Empfangs eingang der lokalen Telekommunikations-Einrichtung verbun den ist. Das in Serie geschaltete Netzwerk kann z. B. aus zwei Widerstands-Impedanz-Elementen bestehen. Das in Serie geschaltete Netzwerk kann reaktive Impedanzen aufweisen. Die Anzapfung kann mit der Primärwicklung des zweiten Übertragers über einen Kondensator verbunden sein. Die Anzapfung kann eine Mittenanzapfung der Sekundärwicklung des ersten Übertragers sein.

Ein Verstärker zwischen dem Übertragungsausgang der lokalen Telekommunikations-Einrichtung und dem ersten Mittel kann eine Steuerung niedriger Impedanz erzeugen.

Das erste Mittel kann einen Ausgang aufweisen, der von seinem Eingang gleichstromentkoppelt ist und es kann eine Rückkopplung zwischen dem Ausgang des ersten Mittels und dem genannten Eingang vorgesehen sein. Der genannte Ausgang kann mit einem dritten Gleichstrom-Entkopplungsmittel verbunden sein, dessen Ausgang über einen Verstärker mit dem Übertragungsausgang der lokalen Telekommunikations-Ein richtung verbunden ist.

Das Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem kann eine auswähl bare Impedanz aufweisen, um eine Anpassung an die charakte ristische Impedanz der Telekommunikations-Leitung zu errei chen. Für die Auswahl der Impedanz aus einer Anzahl von auswählbaren Impedanzen kann ein Schalter vorgesehen sein. Die auswählbare Impedanz kann in die Telekommunikations-Lei tung oder in die lokale Telekommunikations-Einrichtung eingefügt sein.

Wegen der unterschiedlichen Anforderung an die Leitungsan passung der verschiedenen nationalen Telekommunikations-Netzwerke kann das System verwendet werden, um eine lokale Telekommunikations-Einrichtung, wie ein Modem, mit der Leitung durch eine Leitungsschnur zu verbinden, die eine vorausgewählte Impedanz aufweist, deren Wert an die spezifische Einrichtung und an das nationale Netzwerk angepaßt ist.

Eine Schaltkreisanordnung, die einer der bevorzugten Anord nungen der Erfindung ähnlich ist und zwei Übertrager auf weist, ist vor wenigstens zehn Jahren bekannt geworden. Jedoch sind solche Schaltkreise nur angewendet worden, um eine gute Transhybrid-Verlustleistung zu sichern. Sie sind nicht realisiert worden, die Einrichtung dahingehend zu op timieren, daß ein sehr hoher Leistungsstandard simultan für die Transhybrid-Verluste, Anpassung und Verzerrung erzielt wird.

Die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung haben folgende Vorteile:

a) obwohl die Stromdichte, die vom Übertrager-Signal her rührt, größer ist als in bekannten konventionellen Anordnungen, minimiert die niedrige Quell-Impedanz die Verzerrungsprodukte, die vom Übertragersignal herrühren;
b) da die Stromdichte, die sich aus dem von der Leitung emp fangenen Signal ableitet, klein ist, sind alle Intermo dulationen zwischen dem Übertragungs- und Empfangssignal und von Verzerrungsprodukten, die vom Empfangssignal in der Telekommunikations-Leitung herrühren, sehr klein;
c) welche unerwünschten Produkte in dem Übertragungslei tung-Entkopplungsübertrager auch immer produziert worden sind, werden sie durch die Transhybrid-Verluste des Hybrids reduziert;
d) ein Übertragungsleitung-Entkopplungsübertrager mit hoher Induktanz ist nicht mehr erforderlich, um eine ausrei chende Anpassung der Telekommunikations-Leitung zu erreichen;
e) da das Anpassungs-Netzwerk auf der Leitungsseite des Übertragungsleitung-Entkopplungsübertragers liegt, ist es möglich, eine gewöhnliche Kopplungseinheit für alle Länder zu verwenden. Es kann eine vorgesetzte Impedanz verwendet werden, die in die Leitungsschnur eingefügt ist oder durch Mittel in der Leitungsschnur der lokalen Anordnung ausgewählt wird, um die einzig notwendigen Leitungs-Anpassungs-Komponenten für jede besondere Leitungs-Impedanz vorzusehen;
f) wenn der Wicklungswiderstand und die Streukapazität des Übertragungs-Kopplungsübertragers vernachlässigbar klein sind, hat die Optimierung der Referenz-Impedanz zur Erzielung eines Optimums der Fehlerdämpfung auch ein Optimum der Transhybrid-Verluste zur Folge;
g) Wenn erforderlich, kann der Transhybrid-Verlust unabhän gig von der Fehlerdämpfung eingestellt werden;
h) bei Verwendung eines Verstärkers für eine Rückkopplung ist eine niedrige Quell-Impedanz möglich;
i) es ist möglich, Komponentenwerte auszuwählen und so ein Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem mit Null-Span nungs-Einführungsverlust bei der Übertragung und beim Empfang zu schaffen.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem, das für die Kopplung eines Modems an die Telekommu nikationsleitung eines nationalen Telekommuni kationsnetzwerkes geeignet ist;

Fig. 2 das Grundprinzip der Erfindung;

Fig. 3-7 alternative Ausführungen der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Brücke 1, einen ersten Gleichstrom entkoppelnden Übertrager 2, der den Übertragungsausgang 3 eines Modems (nicht dargestellt) mit einer Telekommunikati ons-Leitung 4 verbindet und einen zweiten Gleichstrom entkoppelnden Übertrager 5, der den Empfangseingang 6 des Modems mit der Telekommunikations-Leitung 4 verbindet. Impedanzelemente, die ein in Serie geschaltetes Netzwerk bilden, das reaktive Impedanzen enthalten kann, sind in Form von Widerständen 7 und 8 in benachbarten Armen der Brücke 1 vorgesehen. Wie jedoch in anderen Ausführungsbei spielen gezeigt ist, können diese Netzwerke entfallen, wenn die Primärwicklung 9 des Übertragers 5 direkt oder über einen Kondensator mit der Mittenanzapfung 10 der Sekundär wicklung 11 des Übertragers 2 verbunden ist. Die Primärwick lung 12 des Übertragers 2 ist über einen Verstärker 13 mit dem Übertragungsausgang 3 verbunden. Der Empfangsausgang 6 des Modems ist mit der Sekundärwicklung 14 des Übertragers 5 verbunden.

Für jedes besondere Telekommunikations-Netzwerk können die charakteristischen Anpassungsparameter Z der Telekommunika tions-Leitung 4 in der Brücke 1 durch ein Impedanz-Netzwerk abgeglichen werden, das durch ein Anpassungselement 15 dargestellt ist. Es stellt einen kommerziellen Fortschritt dar, daß Anpassungselement 15 in die Leitungsschnur einzu bauen oder es mit der Leitungsschnur einer besonderen lokalen Einrichtung eines spezifischen Landes auszuwählen. In diesen Fällen können die Komponenten in der Leitung 16 als ein Modul konstruiert sein, der für alle Länder verwend bar ist.

Durch Ersatz des konventionellen einfachen Übertragers des bekannten Duplex-Kopplers durch zwei Übertrager ist es nun möglich, die Übertrager zu optimieren, z. B. um geringe Kosten zu erreichen und/oder die Komponenten zu miniaturi sieren, so daß das Volumen der beiden optimierten Übertra ger geringer ist als das des ersetzten Einzelübertragers und/oder ein höheres Leistungsniveau in einem vorgegebenen Volumen erreicht wird.

Der Übertrager 2 ist mit einem niedrigen Wicklungswider stand und der Übertrager 5 mit einer hohen Primärinduktanz hergestellt. Die Primärinduktanz des Übertragers 2 und der Wicklungswiderstand des Übertragers 5 sind relativ unwich tig. Der niedrige Quellwiderstand des Verstärkers 13 mini miert die Verzerrungsprodukte des Signals, die im Übertra ger erzeugt werden. Gleich welche Produkte im Übertrager 2 erzeugt werden, gelangen sie durch die Sekundärwicklung 11 und werden am Empfangseingang 6 durch den Transhybrid-Ver lust des Hybrids reduziert. Der Übertrager 2 muß nicht an die Leitung angepaßt sein, da das Leitungsanpassungselement in der Brücke 1 enthalten ist. Die Auswahl der Werte der Anpassungselemente 15 für die optimale Fehlerdämpfung führt simultan zu einem optimalen Transhybrid-Verlust. Die Wider stände 7 und 8 ermöglichen die Einstellung des Transhybrid-Verlustes unabhängig von der Fehlerdämpfung. Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist, können die beiden Widerstände durch die Mittenanzapfung 10 ersetzt werden, wenn die unabhängige Einstellung des Transhybrid-Verlustes und der Fehlerdämpfung nicht gefor dert sind. Die Mittenanzapfung 10 kann eine Offset-Anzap fung sein, um eine bessere Impedanz-Anpassung zu erreichen, sofern das gefordert ist.

Da die Verhältnisse der Übertrager 2 und 5 unabhängig gewählt werden, ist hervorzuheben, daß diese so gewählt werden können, daß Null-Spannungs-Einfügungsverluste im Übertragungs- und Empfangsmodus erreicht werden. Die Strom dichten, die das Empfangssignal aus der Telekommunikati ons-Leitung 4 in die Übertrager 5 und 2 betreffen, sind sehr gering, weil im letztgenannten Fall die Betriebsimped anz des Übertragers 2 verglichen mit der des Z_ref-Anpas sungselementes 15 sehr gering ist und im vorliegenden Fall die Zahl der Wicklungen des Übertragers 5 groß ist. Auf diese Weise ist die Intermodulation zwischen den Übertra gungs- und Empfangssignalen reduziert und Verzerrungsproduk te, die vom Empfangssignal in der Telekommunikations-Lei tung 4 herrühren, sind sehr gering. Da der Wicklungswider stand des Übertragers 5 nicht kritisch ist, ist es möglich, dünnen Draht zu verwenden und die Windungszahl der Wicklung zu erhöhen, so daß eine sehr kleine Verzerrung selbst in einem Übertrager mit kleiner Spule erzielt wird.

Bei einer geeigneten Wahl der Komponentenwerte ist es möglich, eine einheitliche Frequenzwiedergabe für beide, den Übertragungs- und Empfangsmodus, zu schaffen. Wie vorher erwähnt, liegen alle Anpassungskomponenten auf der Leitungsseite und wenn gefordert, kann das Anpassungsnetz werk in eine netzwerkspezifische Leitungsschnur eingefügt werden, oder das Anpassungsnetzwerk kann durch eine netz werkspezifische Leitungsschnur oder durch andere Mittel ausgewählt werden, ohne eine Gleichstromentkopplung durch Schalten oder anderes Verbinden zu überbrücken. Die ausge wählten Komponenten für das Anpassen der spezifischen nationalen Charakteristiken können vorausgewählt werden und wenn notwendig, durch Schalter aus einer Reihe von auswähl baren Impedanzen ausgewählt werden, die in die Netzschnur eingefügt sind.

Die Operation kann weiterhin durch eine Rückkopplungsanord nung verbessert werden, die später mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben wird.

Aus der Fig. 2, die das allgemeine Prinzip des Systems darstellt, wird ersichtlich, daß der Übertragungsausgang 3 und der Empfangseingang 6 mit Gleichstrom-Entkopplungsvor richtungen 17 bzw. 18 verbunden sind, die die lokale Ein richtung, wie z. B. ein Modem (nicht dargestellt) von der Telekommunikations-Leitung 4 trennen. Die Entkopplungsvor richtung 17 und 18 können opto-elektronische Koppler sein oder verschiedene andere Vorrichtungen, die das Signal ohne Bildung einer Gleichstromleitung weitergeben. Ein Teiler netzwerk, bestehend aus Netzwerken 19 und 20, ermöglicht eine Einstellung zur Optimierung des Transhybridverlustes. Das Teilernetzwerk ist über einen Kondensator 21 und ein Netzwerk 22, das an die Leitungs-Impedanz 23 angepaßt ist, mit der Telekommunikations-Leitung 4 verbunden.

Spezifische Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, in denen die Komponenten dieselben Bezugszeichen wie vergleichbare Komponenten in den Fig. 1 und 2 aufweisen. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist es notwendig, wenn die Primärwicklung 9 des Übertragers 5 direkt mit der Telekommunikations-Leitung 4 verbunden ist, einen Kondensator 24 vorzusehen, um den Übertrager 2 vom Leitungsstrom zu trennen. Dieser zusätzliche Kondensa tor ist nicht erforderlich, wenn der Kondensator 21 den Übertrager 5 von der Telekommunikations-Leitung 4 trennt, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

In den Fig. 6 und 7 ist eine Rückkopplung zum Übertra gungsausgang 3 vorgesehen. Das kann, wie in Fig. 6 darge stellt, durch einen zusätzlichen Übertrager 25 erreicht werden, dessen Primärwicklung 26 in der Brücke liegt und dessen Sekundärwicklung 27 einen Verstärker 28 betreibt, dessen Ausgang die Rückkopplung zum Übertragungsausgang 3 darstellt. Das allgemeine Prinzip ist in Fig. 7 für jede geeignete Form von Gleichstrom-Entkopplungsanordnungen dargestellt.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfin dung. Es soll ausdrücklich festgestellt werden, daß andere Formen und Anwendungen der Erfindung im Rahmen des erfinde rischen Konzepts möglich sind, wie es oben beschrieben und in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt ist.

Claims

1. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem für die Kopplung einer lokalen Telekommunikations-Einrich tung an eine Telekommunikations-Leitung mit ersten Mitteln, die eine niedrige Impedanz aufweisen, für die Entkopplung des Übertragungsausganges der lokalen Telekommunikations-Einrichtung von der Telekommunikations-Leitung, mit zweiten Mitteln die eine hohe Impedanz aufweisen, für die Entkopp lung des Empfangseinganges der lokalen Telekommuni kations-Einrichtung von der Telekommunikations-Lei tung, und mit einem Anpassungsnetzwerk für die Verbindung der ersten und zweiten Mittel mit der Telekommunikations-Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel weiterhin Mittel zur Gleichstromentkopplung aufweisen und daß das An passungsnetzwerk auf der Leitungsseite der Entkopp lungsmittel liegt.

2. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 1 in dem die ersten und zweiten Mittel aus Übertra gern (2, 5) bestehen, von denen jeder eine Primär- (9, 12) und eine Sekundärwicklung (11, 14) auf weist.

3. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Sekundärwicklung (11) des ersten Übertragers (2) von einer Anzapfung (10) aus mit der Primärwicklung (9) des zweiten Übertragers (5) verbunden ist, dessen Sekundärwicklung mit dem Empfangseingang (6) der lokalen Telekommunikati ons-Einrichtung verbunden ist.

4. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Primärwicklung (9) des zweiten Übertragers (5) mit einem Netzknoten eines in Serie geschalteten Netzwerkes verbunden ist, das parallel zur Sekundärwicklung (11) des ersten Übertragers (2) angeordnet ist und bei dem die Sekundärwicklung (14) des zweiten Übertragers (5) mit dem Empfangs eingang (6) der lokalen Telekommunikations-Einrich tung verbunden ist.

5. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 4, bei dem das in Serie geschaltete Netzwerk aus zwei Widerstands-Impedanz-Elementen (7, 8) besteht.

6. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das in Serie geschaltete Netzwerk reaktive Impedanzen aufweist.

7. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Anzapfung (10) mit der Primärwick lung (9) des zweiten Übertragers (5) über einen Kondensator (24) verbunden ist.

8. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Anzapfung (10) eine Mittenanzapfung der Sekundärwicklung (11) des ersten Übertragers (2) ist.

9. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach minde stens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Verstärker zwischen dem Übertragungsausgang (3) der lokalen Telekommunikations-Einrichtung und dem ersten Mittel (2) zur Verfügungstellung einer Steuerung niedriger Impedanz angeordnet ist.

10. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach minde stens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Rückkopplung zwischen dem von seinem Eingang gleichstromentkoppelten Ausgang des ersten Mittels und dem genannten Eingang vorgesehen ist.

11. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 10, bei dem der genannte Ausgang mit einem dritten Gleichstrom-Entkopplungsmittel (25) verbunden ist, dessen Ausgang über einen Verstärker (28) mit dem Übertragungsausgang (3) der lokalen Telekommunikati ons-Einrichtung verbunden ist.

12. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach minde stens einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine auswählbare Impedanz aufweist, um eine Anpassung an die charakteristische Impedanz der Leitung zu erreichen.

13. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 12, bei dem für die Auswahl der Impedanz aus einer Anzahl von auswählbaren Impedanzen Schaltmittel vorgesehen sind.

14. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die auswählbare Impedanz in die Leitungsschnur oder die lokale Telekommunikati ons-Einrichtung eingefügt ist.

15. Duplex-Kommunikations-Kopplungssystem wie im wesent lichen in jeder Ausführungsform beschrieben ist, die in den Zeichnungen dargestellt ist.