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System zum gleichzeitigen Betrieb mehrerer Endgeräte an einer Netzabschlußeinheit eines Breitbandnetzes

Die Erfindung betrifft ein System- nach dem Gattungsbegriff 5 des Patentanspruchs 1»

Ein solches System ist - allerdings nur für Bitraten unter ca. 200 kbit/s - in Form der sogenannten ISDN-S _Q - oder S/T-Schnittstelle.für den ISDN-Basisanschluß eines 10 diensteintegrierten digitalen Fernmeldenetzes bekannt (Fernmeldepraxis, Heft 19/20, 1985, S. 759 - 762).

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein solches Systenr so zu erweitern, daß es bis zu Bitraten von 140 Mbit/s unter 15 Beibehaltung seiner Leistungsmerkmale, insbesondere der noch zu erläuternden D-Kanal-Zugriffssteuerung, einsetzbar ist.

Die Fig. 1 verdeutlicht die Aufgabenstellung. Der in der

20 Fig. 1 nur schematisch dargestellte passive Bus mit r.B. 8 Endgerätesteckdosen und der Netzabschlußeinheit (NT) als Schnittstelle zum ISDN soll durch die Erfindung so erweitert und umgestaltet werden, daß er anstelle von Bitraten unter . 200 kbit/s solche von ca. 140 Mbit/s, also eine uπr das etwa

25700fache höhere Datengeschwindigkeit, verarbeiten kann. Dabei sollen neben der D-Kanal-Zugriffssteuerung und den bei der Schmalbandausführung möglichen Leitungslängen für Bus und Zuleitungen auch einheitliche Endgerätesteckdosen sowohl für die bisherigen ISDN-Schmalbanddienste als auch für die neu

30 hinzukommenden Breitbanddienste vorgesehen werden. In der Fig. 1 sind die verschiedenen möglichen Anschlüsse verdeutlicht, nämlich: Endgeräte für Schmalbanddienste (TE SB), Endgeräte für Breitbanddienste (TE BB) ,

35 Endgeräte für Schmal- und Breitbanddienste (TE SB/BB) als auch für Endgeräte bisheriger Bauart für Schmalbanddienste (TE SBA), die über einen besonderen Adapter angeschlossen werden sollen.

Um den in Fig. 1 dargestellten Soll-Zustand zu erreichen, ergeben sich mehrere, durch die wesentlich höhere Bitrate bedingte Probleme, die bei den bisherigen Schnittstellen nicht auftreten. Die Eigenschaften der bekannten S _Q - ^" Schnittstelle werden im folgenden kurz abgehandelt.

Über die S _Q -Schnittstelle werden 2 unabhängige, transparente 8-Kanäle (Nutzkanäle) mit einer Geschwindigkeit von jeweils 64 kbit/s gemäß CCITT-E pfehlung 1.412 und ein D-Kanal (Signalisierungskanal) mit einer Geschwindigkeit von 16 kbit/s in beiden Richtungen zur Verfügung gestellt.

Die genannten Kanäle und weitere Funktionen werden zu einem digitalen Multiplex-Sigπal zusammengefaßt.

Der Multiplexrahmen ist 48 bit lang und dauert 250 μs. Es können mehrere Endgeräte gleichzeitig auf den D-Kanal zugreifen, während jeder B-Kanal nur von einem Endgerät belegt werden kann. Für den Zugriff auf den D-Kanal wurde eine Prozedur gewählt, die sicherstellt, daß selbst bei gleichzeitigem Zugriff zweier oder mehrerer Endgeräte zum D-Kanal immer ein Endgerät seine Information erfolgreich übertragen kann (D-Kanal-Zugriffssteuerung). Wenn keine Information im D-Kanal zu übertragen ist, wird Dauerzustand binäre 1 übertragen (Ruhezustand).

Für die D-Kanal-Zugriffssteuerung wird ein D-Echo-Kanal mit 16 kbit/s von der Netzabschlußeinheit in Richtung zum Endgerät benutzt. Bei Erhalt eines Bits vom Endgerät auf dem D-Kanal soll die Netzabschlußeinheit diesen Zustand mit dem nächsten D-Echo-Kanal-Bit zum Endgerät reflektieren. Jedes Endgerät im aktiven Zustand soll den D-Echo-Kanal beobachten. Es darf erst dann auf den D-Kanal zugreifen, wenn es durch Zählen der aufeinanderfolgenden Zustände binäre 1 auf dem D-Echo-Kanal festgestellt hat, daß kein anderes Endgerät den D-Kanal belegt hat. Während der D-Kanal belegt ist, können höchstens 6 Zustände binäre 1 aufeinanderfolgen. Eine größere

Anzahl' aufeinanderfolgender Zustände binäre 1 bedeutet, daß der D-Kanal frei ist. Wenn gleichzeitig zwei oder mehrere Endgeräte Information auf dem D-Kanal übertragen, so überlagern sich die Impulse auf der Leitung. Solange die Endgeräte gleiche Impulse übertragen, empfängt die Netz¬ abschlußeinheit die Information so, als käme sie von nur einer Quelle. Bei abweichenden gesendeten Impulsen entsteht durch Überlagerung auf der Leitung ein negativer Impuls, denn durch Ausgleichsbits im Multiplexrahmen wird dfür gesorgt, daß die Bits im D-Kanal nur mit Signalpegel 0 oder mit negativem Signalpegel übertragen werden. Der Impuls wird von der Netzabschlußeinheit erkannt und auf dem D-Echo-Kanal reflektiert. Während der Informationsübertragung im D-Kanal muß- das Endgerät den empfangenen D-Echo-Kanal beobachten und das jeweils letzte gesendete Bit mit dem nächsten verfügbaren D-Echo-Bit vergleichen. Wenn diese beiden Bits übereinstimmen, darf das Endgerät die Übertragung fortsetzen. Im anderen Fall muß das Endgerät sofort die Übertragung abbrechen und in den Beobachtungszustand zurückkehren. Bei gleichzeitigem Zugriff zweier oder mehrerer Endgeräte auf den D-Kanal scheidet jeweils dasjenige Endgerät aus, das binär 1 sendet, während ein anderes binär 0 sendet.

Bei dem oben beschriebenen ISDN-Pilotprojekt werden nur wenige Schmalbanddienste mit Bitrateπ von 64 kbit/s im Zeitmultiplexverfahren übertragen, so daß dieses Projekt auch kurz als Schmalband-ISDN bezeichnet wird. Die Bitdauer im Multiplexrahmen beträgt 5,2 μs. In dieser relativ großen Zeit kommen Störungen durch Iπtersymbolinterferenz (Veränderung der Impulsform durch Vorläufer bzw. Nachschwinger benachbarter Impulse) nicht zum Zuge, da für die Entscheidung am Empfänger in Bitmitte diese Störungen längst abgeklungen sind. Weder das frequenzabhängige Dämpfungmaß noch die frequenzabhängige Gruppenlaufzeit des Übertragungsmediums wirken sich wegen der geringen Länge des Busses nennenswert auf die Impulsform aus, da die Laufzeit auf dem Bus wesentlich kleiner ist als die Dauer eines Bits. Aus dem gleichen Grunde sind zeitliche Verschiebungen der Bits Innerhalb gewisser Grenzen für die Bitüberlagerung auf dem D-Kanal unkritisch.

Sollen nun ISDN-Schmalbanddienste zusammen mit Breitband¬ diensten (z.B. Bildfernsprecheπ mit 135 Mbit/s) in einem gemeinsamen Zeit ultiplexrahmen übertragen werden (8reitband-ISDN ISDN-8), so ist ein passiver Bus in gleicher Form wie beim Sch alband-ISDN nicht mehr möglich.

Bei einer Bitdauer in der Größenordnung von 10 ns (entsprechend 140 Mbit/s) treten folgende Störungen auf: a) Laufzeitdifferenz: Die Signallaufzeit zwischen dem Endgerät mit der größten und dem mit der geringsten Entfernung zur Netzabschluß- einheit kann erheblich größer als 1/2 Bitdauer sein. Dieser Laufzeitunterschied wird in beiden Ãœbertragungs¬ richtungen wirksam, so daß er an der Netzabschlußeinheit doppelt so groß ist. Die von verschieden weit von der Netzabschlußeinheit entfernten EndgerätengesendeteÏ€ Multiplexrahmen können um mehr als ein Bit zeitlich gegeneinander verschoben an der Netzabschlußeinheit . eintreffen. Dann kann ein an der Netzabschlußeinheit eintreffender Impuls keiner Bitposition im Rahmen mehr eindeutig zugeordnet werden. ¹ b) Intersymbolinterferenz (ISI):

Infolge der frequenzabhängigen linearen Verzerrungen des Übertragungsmediums können zu den Impulsschwerpunkten Vorläufer und Nachschwinger entstehen, die bis in die

Schwerpunkte der Nachbarimpulse reichen und dort falsche ^* Signale vortäuschen können. Eine vollständige Beseitigung der Vorläufer und Nachschwinger ist nur für eine feste Länge des Übertragungsmediums möglich. Die Impulsformuπg kann so vorgenommen werden, daß eine amplitudenmäßige

Impulserkennung auch bei abweichenden Längen noch möglich ist. c) Phasenverschiebung der Impulsschwerpunkte wegen frequeπz- abhängiger Gruppenlaufzeit: Infolge der frequeπzabhängigen Gruppenlaufzeit des

Übertragungsmediums haben die von veschieden weit entfernten Sendern eintreffenden Impulsschwerpunkte an der Netz¬ abschlußeinheit verschiedene Phasenlagen. Der Takt im

Empfänger der Netzabschlußeinheit darf daher nicht phasenstarr sein, sondern muß sich auf wechselnde Phasenlagen einstellen können (Taktphasenabgleich) . d) Störende Überlagerung von Impulsen gleichzeitig aktiver Quellen:

Im D-Kanal können mehrere Sender gleichzeitig aktiv sein, aber der Empfänger in der Netzabschlußeinheit kann sich nicht gleichzeitig auf mehrere Phasenlagen einstellen. Außerdem führt die spannungsmäßige Über- lageruπg von bereits verzerrten Impulsen der βitdauer von etwa 10 πs zu einer noch stärkeren Deformierung des resultierenden Impulses, so daß eine fehlerfreie Dedektion bei der hohen Bitrate unmöglich wird.

Abgesehen von der Intersy bolinterferenz, für die eine gesonderte Lösung vorgeschlagen wird, werden die vorstehend aufgeführten Stδrmöglichkeiten a, c und d durch die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination und damit die Aufgabe der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 - 7 angegeben.

Vorteile

Durch die in einer Übertragungsrichtung ringförmige

Busstruktur werden die Laufzeitdifferenzen ausgeglichen. Die Abschnittssynchronisierung erlaubt eine sichere

Synchronisation von nacheinander von verschiedenen Quellen eintreffenden Signalen auch verschiedener Codierung. Durch eine wesentliche Vergrößerung der Bitdauer und AMI-ähnliche Codierung des D-Kanal-Bits In gehender Richtung ist eine eindeutige Erkennung von überlagerten Signalen aus gleichzeitig aktiven Quellen möglich.

Alle Maßnahmen zusammen erlauben die Beibehaltung der D-Kanal-Zugriffssteuerung trotz der um das ca. 700fache erhöhten θitrate und den Einsatz von einheitlichen

Endgerätesteckdosen für Schmalband- und Breitbanddienste In einem Breitbandπetz (ISDN-B). Für die vom CCITT standardisierte Übertragungsbitrate von 139,264 Mbit/s sind bereits Übertragungseinrichtungen verfügbar.

Tm folgenden wird die Erfindung anhand von 9 Figuren näher erläutert. Es zeigen :

Fig . 1 die bereits erläuterte Aufgabenstellung

Fig. 2 die grundsätzliche Struktur eines breitbandigen passiven ßussystems nach der Erfindung

Fig. 3 die Wirkungsweise der Abschnittssynchronisation anhand eines Impulsdiagramms

Fig. 4 ein Impulsdiagramm, welches die Ãœberlagerung von AMI-codierten Impulsen bei gleichzeitigem Zugriff mehrerer Sender auf dem D-Kanal verdeutlicht

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Empfängers (4) der Netzabschlußeinheit (NT) der Fig.2

Fig. 6 die Struktur des Multiplexrah ens für beide Übertragungsrichtungen

Fig. 7 den zeitlichen Versatz des gehenden gegenüber dem kommenden Überrahmeπ

Fig. 8a den Anschluß eines bisherigen Schmalband-ISDN- Endgerätes an den Breitbandbus

Fig. 8b ein Zeitdiagramm für E- bzw. D-Bits auf den in Fig. 8a gezeigten Streckenabschnitten.

Fig. 2 zeigt die Struktur des breitbandigen passiven Bussystems sowie die Funktionen der Netzabschlußeinheit (NT) Das Bussystem besteht aus drei parallel verlaufenden Leitungen, von denen die oberen zwei am Ende so zusammen- geschaltet sind, daß eine Schleife entsteht. Die dritte- Leitung ist am Ende reflexionsarm abgeschlossen.

Der Sender (1) in der Netzabschlußeinheit (NT) sendet Multiplexrahmen mit Syπchrσnwort auf der Schleife zu allen angeschlossenen Empfängern der Teilnehmerendgeräte (TE1 bis TEn), die außerdem jeweils einen gesteuerten Sender enthalten. Die Empfänger sind an der rückführenden Leitung der Schleife angeschlossen und empfangen das über die Schleife zum Busende geführte Signal. Die Sender der Teilnehmerendgeräte (TE1 bis TEn) senden ihr Signal auf dem direkten Weg über die dritte Leitung zur Netz- abschlußeinheit (NT). Außer einer Entkopplung der Übertragungs¬ richtungen erreicht man damit, daß die Summe der Signal¬ laufzelten von der Netzabschlußeinheit (NT) zu den Empfängern der Teilnehmerendgeräte (TE) und von den Sendern der Teilnehmerendgeräte (TE) zur Netzabschlußeinheit (NT) unabhängig von der jeweiligen Entfernung zwischen Netzabschlußeinheit (NT) und Teilnehmerendgeät (TE) für alle Teilnehmerendgeräte gleich ist.

Sowohl die Teilnehmerendgeräte (TE1 bis TEn) als auch der Empfänger (4) in der Netzabschlußeinheit (NT) werden auf den Sender (1) synchronisiert. Am Schleifenende ist in der Netzabschlußeinheit (NT) ein besonderer Empfänger (2) für das Synchronwort angeschlossen. Dieser synchronisiert über eine Steuerung (3) den zeitlichen Ablauf iπr Empfänger (4) für die Signale der Teilnehmerendgeräte (TE).

Das Impulsdiagramm der Fig. 3 enthält im linken Teil einen Abschnitt des Zeitmultlplexrahmens, in dem der Sender m aktiv ist und im rechten Teil einen Abschnitt, in dem der Sender n aktiv ist. An der Grenze zwischen zwei Zeit¬ abschnitten, in denen verschiedene Quellen aktiv sind, entsteht am Empfänger der Netzabschlußeinheit im allgemeinen ein Phasensprung. Um dem Empfänger Zeit zu geben, sich auf die neue Phasenlage einzustellen, wird zwischen den Abschnitten zusätzlich ein _, Zeitraum eingefügt (Vorspann), der keine Nutzinformation enthält. Der Vorspann gesteht

aus zwei Teilen. Der erste Teil wird durch ein Takt¬ bitmuster mit viel Taktinformation, d.h. mit vielen Flankenwechseln der Impulse, gebildet. Dadurch wird der Taktgenerator für den Empfänger auf die neue Phasenlage eingestellt (Taktphasenabgleich) .

Mit dem Übertragungscode (Anzahl der Flankenwechsel pro Bit) und der Güte des Taktoszillators ist die Länge des Bitmusters festgelegt. Allgemein gilt: Je größer die Güte des Oszillators ist, umso mehr Bits braucht er, um sich auf die neue Phasenlage einzustellen.

Der zweite Teil des Vorspanns wird durch ein Synchronisier¬ bitmuster gebildet, woraus der Beginn des folgenden Zeitabschnitts für die Nutzinformation im Multiplexrahmen markiert wird (Abschnittssynchrαπisatioπ). Es muß sich klar vom Taktbitmuster unterscheiden, so daß die Grenze zwischen beiden Bitmustern sofort zu erkennen ist. Diese Grenze wird als Bezugspunkt für die Abschnittssynchronisation verwendet. Die Länge des Synchronisierbitmusters richtet sich nach dem verwendeten Übertragungscode. Bei CMI—Codierung kann z.B. das Taktbitmuster aus einer Nullfolge bestehen. Als Synchronisierbitmuster genügt dann bereits ein einziges Bit mit binär 1 (s. Fig. 3). Der O-1-Übergang bewirkt die Abschnittssynchronisation. Nach dem Taktphasenabgleich braucht also nur auf die der Nullfolge folgende erste logische 1 geprüft werden, um den Beginn des informations- enthalteπdeπ Zeitabschnitts festzustellen. Weiter geht aus Fig. 3 hervor, daß zwischen den beiden Abschnitten des Zeitmultiplexrahmens, in denen die Sender m und n aktiv sind, eine Schutzzone.eingeräumt ist, um die Zeitversätze der am Empfänger eintreffenden Signale abzufangen.

Das Impulsdiagramm der Fig. 3 zeigt in der ersten Zeile a ein Beispiel für eine zu übertragende Bitfolge. Die Zeile b zeigt ein CMI-Signal beider Sender am Empfänger im Idealfall, ohne Zeitversatz. Die Zeile c zeigt das am Empfänger eintreffende Signal des Senders m mit einem Zeitversatz ^t .

Die Zeile d zeigt das am Empfänger eintreffende Signal des Senders π mit einem Zeitversatz Δtn. Die Zeile e zeigt schließlich das CMI-Signal beider Sender, wie es im nicht idealen Fall am Empfänger eintrifft. Man erkennt, daß die Schutzzone durch ungünstige Zeitversätze wesentlich verkürzt werden kann.

Neben der notwendigen Abschnittssynchronisatioπ gibt es die eigentliche Rahmen-Synchronisierung, die so erfolgt, daß die Netzabschlußeinheit ein Synchronwort als Rahmenbeginnzeichen sendet und über den Ringbus wieder empfängt. Damit stellt sich die Netzabschlußeinheit auf die jeweilige Signallaufzeit auf de Bus ein.

Hinzu kommen noch die Laufzeit auf den Endgeräteansc lufl schnüren und die Aπtwortzeiten des Endgerätes, deren Summe jedoch für alle Endgeräte gleich sein muß. Das Verhältnis von informationslosen zu informationstragenden Zelten muß so klein gehalten werden, daß die dadurch bedingte Erhöhung der Übertragungsbitrate akzeptabel bleibt.

In bestimmten Bitpositionen des Multiplexrahmens dürfen mehrere räumlich getrennte Sender gleichzeitig aktiv sein (z.B. D-Kanal-Bits). Die Impulse aus diesen Sendern überlagern sich an der Netzabschlußeinheit zu einem Gesamtimpuls. Wegen der unterschiedlichen Phasenlage der eintreffenden Impulse und wegen unterschiedlicher längenabhängiger Amplitudenverzerrungen kann der Gesamtimpuls nicht mehr immer fehlerfrei erkannt werden. Durch- eine kurzzeitige Vergrößerung der Bitdauer von Größenordnung 10 ns auf Größenordnung 100 ns wird erreicht, daß die Bereiche der Entscheidungsunsicherheit auf die Bitgrenzen beschränkt bleiben und In Bitmitte eine Entscheidung möglich ist. Diese Vergrößerung der Bitdauer bedeutet eine Verringerung der augenblicklichen Übertragungs- bitrate, d.h. der Multiplexrahmen enthält Bereiche verschiedener Bitraten. Vor der Bitverbreiterung ist ein Einfügen eines informationslαsen Zeitabschnitts (Vorspann) nicht notwendig,

da der Zeitpunkt für die Biteπtscheidung hinreichend genau festliegt und zeitliche Schwankungen wegen der relativ großen Bitbreite unwirksam sind. Für die Bereiche verschiedener Bitraten können auch verschiedene Über- tragunscodes gewählt werden, die den jeweiligen Bereichen optimal angepaßt sind. Somit werden innerhalb eines Multiplexrahmens gegebenenfalls auch verschiedene Übertragungscodes.verwendet, Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Bitverbreiterung, wie sie hier für den O-Kanal vorgeschlagen wird. Das Impulsdiagramm der Fig. 4 zeigt die Überlagerung, der am Empfänger (4) der Fig. 2 anstehenden Spannungsimpulse für den D-Kanal für den Fall, daß mehrere - Sender gleichzeitig signalisieren.

Die Zeile a zeigt zunächst das CMI-Signal des Senders m, der im Zeitabschnitt vor dem D-Bit aktiv ist. Dann, folgt w-ie in Flg. 3 die Schutzzone. Der nachfolgende 36 CMI-Bits breite Abschnitt des Zeitmultiplexrahmens ist dem D-Kanal-Signalisie- rungsbit vorbehalten.

In diesen Zeitraum werden gemäß Zeile b 2 bit im modifizierten

AMI-Code gelegt. Die Zeile b zeigt das AMI-Signal eines Senders u, der im D-Kanal sendet, welches mit einem vαreilendeπ Zeit¬ versatz Δ. tu gegenüber der Ideallage ( Δ.tu = 0) eintrifft.

Die Zeile c zeigt das AMI-Signal eines weiteren Senders v, der ebenfalls auf den D-Kanal zugreift und mit einem nacheilenden Zeitversatz Δtv eintrifft.

Hat ein Endgerät im D-Kanal nichts oder binär 1 zu signalisieren, so bleibt der Signalpegel 0, wie die Zeile d ausweist. Die Übertragung von AMI-Bits im D-Kanal erfolgt mit der gleichstromfreieπ Folge +1-1 oder 00.

Das sich durch Überlagerung der Signale aller Sender ergebende Su meπsignal ist in Zeile e dargestellt. Die Auswertung kann bei diesem Signal z.B. in der Mitte des negativen Bits erfolgen, wie in Zeile e dargestellt.

Bei einer Übertragungsbitrate von beispielsweise 140 Mbit/s ergibt sich für den Zeitabschnitt der Bitverbreiterung eine momentane Übertragungsrate von 140 Mbit/s / (36/2) »7,8 Mbit/s, was einer Grundfrequenz von 3,9 MHz entspricht. Bei dieser relativ niedrigen Frequenz lassen sich AMI-Signale auf rund 100 m langen Koaxialkabeln als Übertragungsmedium für die Spannungsüberlageruπg verwenden.

Fig.- 5 zeigt die Funktionsblöcke des in Fig. 2 dargestellten Empfängers (4) in der Netzabschlußeinheit (NT) für Signale verschiedener Sender unterschiedlicher Momentanbitraten. Die in Fig. 2 gezeigte Empfäπgersteuerung (3) sorgt für eine Rahmensynchronisierung des Empfängers (4). Sie arbeitet hinreichend genau, um die einzelnen Zeitabschnitte im Bereich des geöffneten Auges abzutasten. Das verstärkte Empfangssignal gelangt einmal über einen Ternärentscheider (31) zum Register (32 für ein D-Kanal-Bit, wo zum richtigen, von der Steuerungseinheit angegebenen Zeitpunkt das D-Kanal-Bit eingetaktet wird. Außer den Signalen mit niedriger Momentanbitrate muß der Empfänger auch die binär codierten Signale hoher Bitrate von ver¬ schiedenen Sendern empfangen. Dazu muß sich der Empfänger auf die jeweilige Phasenlage zu Beginn eines jeden Zeit¬ abschnittes neu einstellen. Zu diesem Zweck wird das Empfangssignal einem nachziehbaren Empfangstaktgeber (33), der sich an die jeweilige Phasenlage anpaßt, und einem Binärentscheider (34) (Schwellwertdetektαr) zugeführt. Der Binärentscheider gibt ein Binärsignal ab, das zu einem variablen Pufferspeicher ( 35) und zu einer Synchronmuster¬ erkennung (36) geführt wird, die für die Abschπitts- synchronisierung sorgt.

Zu einem Zeitpunkt, zu dem durch den Vorspann der Takt schon in die richtige Phasenlage eingerastet sein muß, aktiviert die Empfäπgersteuerungseinheit die Synchron- mustererkennungsschaltung (36). Diese sucht im Empfangs- datenstrσ nach dem Bitmuster für die Abschnitts- synchroπisierung. Sobald sie es findet, startet sie den nachfolgenden Zähler (37) und deaktiviert sich selbst.

Der Zähler (37) zählt im wertdiskreten E pfangssignal Bits ab, wobei m die Anzahl der Nutzbits im jeweiligen Zeitabschnitt des Multiplexrahmens ist. -

Im Zähltakt werden die empfangenen Bits in einen

Pufferspeicher (35) variabler Größe gebracht. Mit einem von der Steuerungseinheit erzeugten Takt wird der Puffer¬ speicher (35) ausgelesen. Der Ausgabetakt Ist somit frei von den Phasenänderungen des Empfangstaktes.

Im speziellen Fall der Breitband-Schnittstelle (SBB) müssen im Zeitmultlplex folgende Bitstrome zusammengefaßt werden;

16 kbit/s für den D-Kanal in beiden Richtungen für die

Signalisierung, 16 kbit/s für den D-Echo-Kanal von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgerät für das D-Kanal-Zugriffs¬ verfahren, 64 kbit/s für den Bl-Kanal in beiden Richtungen für die

Nutzinformation, . ^% 64 kbit/s für den B2-Kanal in beiden Richtungen für die

Nutzinformation, Bitstrα für die Aktivierung/Deaktivierung der Eπdgeräte von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgeräte,

155 Mbit/s für den Breitbandkanal in beiden Richtungen für die Bewegtbildübertragung (Bildfernsprechen BiFe), Bitstrome für Bild- und Zeilensynchronisation und eventuell Ton in beiden Richtungen.

Es ist bereits bekannt, dafür die Standardbitrate der 4. Stufe der PCM-Hierarchie von 139,264 Mbit/s zu verwenden, die auf der Basis von 2,048 Mbit/s-Systemen aufgebaut ist. Bei einem Bitratenbedarf für die Bewegtbildübertragung von ca.135 Mbit/s bleibt noch hinreichend Platz für 2 Schmalbandkanäle und die notwendige Steuerung und Synchronisierung (NTZ 38(1985), H.3, S. 143). Die Erfindung verwendet ebenfalls diese Standard¬ bitrate. Da sie ein Vielfaches von 64 kbit/s ist, kann durch

die nachstehend beschriebene Multlplexrahmenstruktur ein Stopfen sowohl in den Schmalbandkanälen als auch insbesondere im D-Signalisierungskanal vermieden werden.

Es stellt sich nun die Frage nach der Wiederholfrequenz des Multlplexrahmens. Nach Möglichkeit sollen pro Rahmen nur 1 D-Bit wegen der D-Kaπal-Zugriffssteuerung und demnach auch nur 1 D-Echo-BIt enthalten sein. Gleichzeitig ist es wünschenswert, pro Rahmen eine vollständige Bildzeile zu übertragen. Unter diesen Aspekten kommt man auf eine

Rahmenwiederholfrequeπz von 16 kHz. Oamit liegt auch die Anzahl der Bits für die beiden B-Kanäle mit je 4 bit fest (= 1/2 PCM-Abtastwert) . Will man jedoch für die B-Kanäle eine wortweise Übertragung haben, so wird ein Überrahmen mit der Wiederholfrequenz von 8 kHz gebildet, der 2 Rahmen enthält, die sich dadurch unterscheiden, daß der 1. Rahmen das Synchronisierwort und der 2. Rahmen das Meldewort enthält. Die Übertragung der B-Kanäle erfolgt dann alternierend, im ersten Rahmen beispielsweise Bl mit 8 bit (= voller PCM-Abtastwert) und im äquidistanten Rhythmus im zweiten Rahmen B2 ebenfalls mit 8 bit.

Die für die Übertragung eines Vollbildes zur Verfügung stehende Zeit ergibt sich aus der Bildfrequenz von 25 Hz zu 40 ms. Während dieser Zeit werden bei einer Multiplex- rah enwiederholfrequenz von 16 kHz 640 Multiplexrahmen übertragen. Hiervon enthalten 625 Rahmen je eine Bildzeile, die restlichen 15 Rahmen sind frei für zukünftige Verwendungszwecke. Das entspricht einer freien Übertragungs¬ kapazität von 8640 bit x 15 Rahmen x 16 kHz / 640 Rahmen ■=.3,24 Mbit/s. Werden alle Zeilen eines Halbbildes in aufeinanderfolgenden Zeitmultiplexrahmen und die Halbbilder äquidistant übertragen, so kann bei Verwendung eines modernen Fernsehgerätes, das sich der jeweiligen Zeilenfrequeπz anpaßt, ein Bild- bzw. Zeilenspeicher überflüssig werden.

Die Signalcαdierung auf dem Bus erfolgt im CMI-Code (coded mark Inversion: Der Binärwert 1 wird abwechselnd

durch einen positiven und einen negativen Zustand dargestellt und der Binärwert 0, unbhängig vom vorhergegangenen Bit, ^" durch einen negativen Zustand in der ersten Hälfte und einen .positiven in der zweiten Hälfte des Bitintervalls). Nur in der Richtung vom Teilπehmerεndgerät zur Netzabschlußeinheit wird in dem Zeltabschnitt für das D-Kan«ιl-8it zum Zwecke der Impulsüberlagerung die CMI-Codierung verlassen und auf AMI-Code mit möglichst großer Bitdauer umgeschaltet.

Die Struktur des Zeitmultiplexrahmens für beide

Übertragungsrichtungen zeigt Fig. 6. Dabei sind die Zeitabschnitte eines jeden Kanals im Multiplexüberrahmen äquidistant angeordnet. Die Multiplexrahmen bzw. Überrahmen sind für beide Übertragungsrichtungen gleich lang. 5

Die einzelnen Zeitabschnitte des Multiplexrah ens bedeuten: Richtung Netzabschlußeinheit —**■ Endqeräte kommend:

Rahmensynchronisierwoτt (Rahm-Sync) G Das Rahmensynchronisierwort wird nur von der Netzabschlu߬ einheit zu den Endgeräten gesendet und kennzeichnet den Beginn des ersten Rahmens im Überrahmen. Es enthält 16 bit, wodurch eine hinreichend kleine Wahrscheinlichkeit gegeben ist, daß es beim Aufsynchronisieren im Überrahmen an anderer 5 Stelle erneut vorkommt. Nachdem die Endgeräte das

Synchronisierwort erkannt haben, müssen sie es erst nach • einer vollen Länge des Überrahmens wieder prüfen. Für das Synchronisierwort ist jedes in sich gleichstromfreie Bitmuster zugelassen, z.B. die Bitfolge 00101110 10011010. Die 0 Fσlgefrequenz ist 8 kHz.

Meldewort

-Der 2. Rahmen im Überrahmen von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgeräte enthält an der Stelle des Rahmensynchroπisier- 5 wortes ein 16 bit langes Meldewort, das sich zumindest in einem Bit vom Rahmensynchronisierwort unterscheidet. Damit steht fest, welcher Rahmen des Überrahmens gerade gesendet wird und welcher B-Kanal an der Reihe ist. Die Folgefrequenz ist 8 kHz.

Das A-Bit zeigt den Endgeräten an, ob die Verbindung zwischen der Netzabschlußeinheit und den Endgeräten ordnungsgemäß aufgebaut, d.h. die Schicht 1 gemäß QSI-Referenz odell der ISO als betriebsbereit anzusehen ist wie beim Schmalband-ISDN

(Harold C. Folts: McGraw-Hill's Compilation of DATA COMMUNICATIO

STANDARDS, Edition II, (1982), Part 2, S. 521 - 532). Das A-Bit wird nur von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgeräte übertragen. Die Folgefrequenz ist 8 kHz.

Für die D-Kanal-Zugriffssteuerung wird ein Bit benötigt, das das in der Netzabschlußeinheit empfangene D-Bit wiederspiegelt. Im aktiven Zustand beobachten die Endgeräte ständig das E-Bit und vergleichen dieses mit ihrem gesendeten D-Bit. Dasjenige Endgerät, das Identität der beiden Bits feststellt, darf weitersenden. Alle übrigen Endgeräte haben keinen Zugang zum D-Kanal bzw. müssen ihr Senden sofort abbrechen. Der D-Echo-Kanal hat eine Bitrate von 16 kbit/s und wird nur von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgeräte gebraucht.

5- _I ^κ _. §G§_ i__2

Der D-Kanal ist der gemeinsame Signalisierungskanal für alle Dienste. Er hat eine Bitrate von 16 kbit/s. In der Richtung zu den Endgeräten wird pro Multiplexrahmen

1 CM-I-Bit für den D-Kanal gesendet. Dem D-Kanal-BIt folgen

25 freie Bits (X) zur beliebigen Verwertung, die zur Angleichun an den Rahmen in gehender Richtung hier eingefügt werden.

SchmalbandkanäleJ<ommend (Bl, B2)

Danach folgen die Nutzkanäle (Bl) bzw. (B2) für die Schmalband¬ dienste mit einer Bitrate von jeweils 64 kbit/s. In jedem Rahmen werden abwechselnd 8 bit des Bl- bzw. des B2-Kanals übertragen. Dem Nutzkanal _(B1) bzw. (B2) folgt ein später eingehend erläutertes Schutzzonenbit (G/S).

S^nchronisierbits_für_ZeIlenlage_und_Bildb^

Für den Breitbanddienst (8iFe oder TV) mv~ ein Kriterium mitübertragen werden für die Bildschirmzeilen-Nummer bzw. für den Beginn eines Halbbildes oder/und Vollbildes. Hierfür sind von der Netzabschlußeinheit in Richtung Endgeräte 10 bit reserviert. Das reicht für die Numerierung der 640 Einfachrahmen aus.

!_ _. H_:Ξk§Qai_für_deπ_Breitba^^ Für den Breitbanddienst (BiFe oder TV in Richtung Endgeräte) steht im Rahmen ein Zeitabschnitt mit 8640 bit zur Verfügung. Diese Bitzahl entspricht bei der oben dargestellten Bewegtbild¬ codierung einer Öildzeile. Von 640 gesendeten Rahmen werden für die Bildübertragung nur 625 Rahmen = 625 Zeilen gebraucht. In den restlichen 15 Rahmen stehen diese Zeitabschnitte für andere Dienste, wie bereits oben beschrieben, zur Verfügung. Das Verhälnis von 625 Rahmen für Bildübertragung zu 15 Rahmen für andere Dienste ist zeitinvariant. Die Bitrate dieses Nutzkanals beträgt 138,240 Mbit/s.

Richtung Endgeräte —-*> Netzabschlußeinheit gehend:

D-Kanalj:D2

In Gegenrichtung beginnt der Multiplexrahmen mit dem- Zeitabschnitt für 1 D-Kanal-Bit (D). Er hat die Dauer von

36 CMI-Bits. In ihm werden 2 AMI-Bits mit der Momentanbitrate von ca. 7,8 Mbit/s übertragen. Sie tragen jedoch nur die Information eines D-Bits.

Jede Quelle, die Nutzinformation senden will, muß erst einen Vorspann (Vor) von einigen CMI-8its losschickεn, damit sich der Empfänger in der Netzabschlußeinheit auf die neue Phaseπlage der Impulse einstellen kann. Der Vorspann (Vor) hat die Bitfolge 00000001. Die CMI-codierten Nullen enthalten viel Taktinformation für das Wiedergewinnen des Taktes. Der Wechsel von 0 auf 1 signalisiert dem Empfänger den Beginn des auszuwertenden Zeitabschnitts (Abschnittssynchronisation).

Der Vorspann (Vor) Ist nur notwendig, wenn mehrere Quellen an verschiedenen Stellen auf den passiven Bus zugreifen. Das ist nur in Richtung Netzabschlußeinheit der Fall. In Richtung Endgeräte kommt der gesamte Rahmen aus einer Quelle, nämlich vom Sender in der Netzabschlußeinheit, so daß der Vorspann entfällt.

Schmalbaπdkanäle_gehend_( l _x _B2

Danach folgen die Schmalbandkanäle (Bl) bzw. (B2) mit je 8 bit und danach wieder ein Schutzzonenbit (G/S).

Breitbandkanal

Der Zeitabschnitt für den Breitbandkanal beginnt in gehender Richtung mit einem 8 bit langen Vorspann (Vor). Es folgen 2 bit Halbbild- und Vollbild-Kennzeichnung (B-Sync) und danach wie

In kommender Richtung die 8640 bit für Bildfernsprechen (BiFe). Der Rahmen schließt mit dem nachfolgend erläuterten G/S-Bit.

?i_?_^ ] ^s _-£2!_!§-_59_-_?il2!]-!l_-__§-:_ÏŠ!-!l:Ξ-:°D_:0_Ï Ši5_I -§2 An den Stellen im Multiplexrahmen, an denen eine Quelle aufhört zu senden und eine andere zu- senden beginnt, kann eine Bitverfälschung auftreten, wenn die Impulsschwerpunkte des Signals der aufhörenden Quelle verspätet und die des

Signals der beginnenden Quelle verfrüht an der Netzabschluß- einheit eintreffen (vgl..Fig. 3). Die Information des letzten Bits der aufhörenden Quelle kann dann durch Impulsüberlagerung verfälscht werden. Deshalb wird an jeder Stelle im Rahmen, an der die Zuständigkeit einer Quelle mit der Bitrate 139,264 Mbit/s enden kann, ein Schutzzonenbit (G/S) eingefügt. trifft für die Übertragungsrichtung von den Endgeräteπ zu der Netzabscfrlußeiπheit zu. Da der in der Gegenrichtung verwendete Rahmen möglichst weitgehend gleich aufgebaut sein soll, werden auch in diesen entsprechende G/S-8its angeordnet. Diese Bits können bei Verwendung eines Übertragungscodes, der nicht bitweise gleichstromfrei ist, als Gleichstrom¬ ausgleichbits verwendet werden, wie es bei CMI-Codierung der Fall ist. Durch das G/S-8it am Ende des Rahmens für die Richtung zu den Endgeräten wird erreicht, daß die

ιa Rah eπsynchronisier- und Meldewörter stets die gleichen CMI-I pulsfolgen zeigen. Im Zeitabschnitt für den D-Kanal ist wegen der gleichstromfreien AMI-Impulsfolge kein separates Gleichstromausgleichsbit und wegen der großen Bitdauer kein Schutzzonenbit notwendig.

Die zeitliche Beziehung zwischen kommendem und gehendem Multiplexrahmen ist in Fig. 7 dargestellt, für den Fall, daß die bereits existierenden Schmalband-ISDN-Endgeräte nicht an den Bus anschließbar sein sollen. Der dort gezeigte zeitliche Versatz der beiden Rahmen hat folgenden Grundr das Verfahren der D-Kanal-Zugriffssteuerung setzt voraus, daß die Endgeräte vor dem Senden des nächsten Bits genügend Zeit haben für die Auswertung des D-Echo-Bits. Zum anderen muß der Empfänger in der Netzabschlußeinheit das empfangene D-Bit mit dem nächsten D-Echo-Bit (E-Bit) an die Endgeräte zurücksenden, in Fig. 7 durch die Pfeile von D nach E markiert. Diese Bedingungen werden so erfüllt, indem der Multiplexrahmen vom Endgerät zur Netzabschluß- einheit um ca. eine halbe Rahmenlänge gegenüber dem Rahmen von der-Netzabschlußeinheit zum Endgerät zeitlich verschoben ist. Vom Zeitpunkt der Auswertung des empfangenen Bits bis zum Beginn des Zeitabschnitts für das nächste zu sendende E-Bit hat die Netzabschlußeinheit Zeit, um zu entscheiden _r welchen logischen Zustand dieses E-Bit einnehmen muß. Der Auswertezeitpunkt für das D-Bit in Richtung Netzabschlu߬ einheit kann zum Beispiel in der Mitte eines AMI-I pulses liegen. Durch den Zeitversatz zw-ischen Hin- und Rückrahmen um etwa einen halben Rahmen sind die Eπtscheidungszeiten für die Netzabschlußeinheit und das Endgerät etwa gleich groß.

Sollen S _Q -schnittstellenfähige Schmalband-ISDN-Endgeräte über Adapter an den Breitbandbus nach Fig. 8a anschließbar sein, dann muß auch dem Adapter Zeit für die Umsetzung der Signale eingeräumt werden. Die gesamte verfügbare Zeit muß dann auf Netzabschlußeinheit (NT), Adapter und Schmalband-ISDN- Endgerät möglichst gleichmäßig verteilt werden. In der Spezifikation der S _Q -Schnittstelle ist bereits festgelegt,

welche Antwortzeit das Endgerät haben soll. Die noch verbleibend Zeit wird, wie in Bild 8b dargestellt, etwa gleichmäßig auf Netzabschlußeinheit und Adapter aufgeteilt. Somit ergibt sich ein Zeitversatz von etwa 80 % der Rahmendauer, d.h. 50 μs, um den der zur Netzabschlußeinheit gehende Rahmen gegenüber dem von der Netzabschlußeiπheit kommenden verzögert ist.

Für das Konzept des Multiplexrah ens wird davon ausgegangen, daß auch die bereits existierenden Schmalband-ISDN-Endgeräte an den Breitbandbus anschließbar sein sollen. Deshalb wird für die Verschiebung der Multiplexrahmen die Zeit von 50 μs vorgeschlagen.

Fig. Sa gibt den Anschluß, eines Schmalband-ISDN-Endgerätes über einen Adapter an den passiven Breitbandbus wieder. Der Adapter hat die Aufgabe, die Breitbandschnittstelle (SBB) in die S _Q -Schnittstelle umzusetzen und umgekehrt. Für die zeitliche Verschiebung der Multiplexrahmen für die beiden Ubertragungsrichtungen ist das Zusammenwirken der empfangenen E-Bits mit den zu sendenden D-Bits maßgebend. Oieser zeitliche Zusammenhang ist in Fig. 8b dargestellt. Hierzu sind in Fig. 8a di,e einzelnen Streckenabschnitte mit l)bis@markiert.

Die Zeitdifferenzen Δtij und Δtijk (i,j = 1...4, k = a...d) in Fig. 8b beinhalten die Zeit vom Beginn eines Bits am jeweiligen Empfänger bis zur Entscheidung, die Verarbeitungs¬ zeit Im jeweiligen Gerät und .die Signallaufzeit bis zum Empfänger des jeweils folgenden Gerätes. Im einzelnen bedeuten:

Δtl2 Zeit zwischen Eintreffen des E-Bits am Adapter und Eintreffen des E-Bits am Endgerät Δt23 Zeit zwischen Eintreffen des E-Bits am Endgerät und Eintreffen des D-Bits am Adapter &t34 Zeit zwischen Eintreffen des D-Bits am Adapter und Eintreffen des D-Bits an der Netzabschlußeinheit Δt4i Zeit zwischen Eintreffen des D-Bits an der

Netzabschlußeinheit und Eintreffen des nächsten E-Bits am Adapter

Weil jeder der 250 μs langen Multiplexrahmen der

S -Schnittstelle vier E- bzw. D-Bits enthält und diese o nicht äquidistant sind, ist in Bild 8b der Zeitraum eines vollen S _Q -Rahmens dargestellt, was gleichbedeutend ist mit 4 Rahmen auf dem Breitbandbus. Wegen der nicht aquidistanten Lage der E- bzw. D-Bits im S _Q -Rahmen sind bei den Übergängen von nach (2) und von nach 0 vier Fälle zu unterscheiden, die mit a bis d indiziert sind. Maßgebend für den Zeltversatz zwischen den Rahmen und bzw. zwischen den Rahmen Q und 0 bzw. zwischen den Rahmen 0 und 0 sind die jeweils kürzesten Zeitdifferenzen, also .Ai__- ^2{ _1, Δt34b und Δt41. Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden E-Bits im Rahmen (von der Netzabschlußeinheit gesendet) ist konstant und beträgt 62,5 μs. Wie aus Fig. 8b hervorgeht, gilt:.

Δtl2k + At23 Δt34k +■ Δt41 = 62,5 μs (für alle k).

Die Zeitdifferenz Δt23 ist durch die Spezifikation der S _Q -Schnittstelle fest vorgegeben. Sie berechnet sich zu:

250 μs / Rahmen

Δt23 = x 3 bit = 15, 625 μs.

48 bit / Rahmen

V ie aus Fig. 8b zu ersehen ist, gelten folgende Gleichungen:

Δtl2a + Δt23 + Δt34a + Δt41 = 62,5 μs (1)

Δtl2a + 35 ZE = 36 ZE + Δtl2d (2)

Δt34a + 12 ZE = 13 ZE +■ Δt34b (3)

1 ZE = 250 μs / 48 (4)

Um den beteiligten Geräten (Netzabschlußeinheit und Adapter) etwa gleich große Verarbeitungszeiten einzuräumen, sollten die maßgebenden Zeitdifferenzen Δtl2d, Δt34b und Δt41 etwa gleich groß sein. Daher die Forderung:

Δtl2d =Δt34b =Δt41 (5)

Aus den Gleichungen (1) bis (5) erhält man:

Δtl2d =Δt34b =Δt41 =.12,1527... μs . (6)

Vernachlässigt man die Signallaufzeit von der

Netzabschlußeinheit zum Adapter, dann ist Δt41 auch die Zeit vom Empfang eines O-Bits bis zum Senden eines E-Bits durch die Netzabschlußeinheit. Die Mitte des E-Bits und die Mitte des genannten D-Bits liegen etwa an der gleichen Stelle im jeweiligen Rahmen. Deshalb sollte der Zeitversatz der Rahmen etwa dem Zeitversatz der genannten Bits entsprechen (Δt41). Dieser Wert entspricht etwa einem Fünftel der Rahmendauer. D.h. der von der Netzabschlußeinheit gesendete Rahmen ist gegenüber dem empfangenen um 20 % der Rahmendauer verzögert. Wegen der Periodizität der Rahmen ist dies gleichbedeutend mit einer Verzögerung des vom Endgerät bzw. Adapter gesendeten Rahmens gegenüber dem empfangenen um 80 % der Rahmendauer entsprechend 50 μs.

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