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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich elektrisch verdrahtete
Kommunikation und insbesondere Kommunikationsleitungen, in denen
ein Abschluss verwendet wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
hierin verwendete Ausdruck "Dateneinheit" bezeichnet eine
beliebige Datenverarbeitungsvorrichtung, z.B. einen Computer oder
einen Personalcomputer, einschließlich Arbeitsplatzrechner,
oder ein anderes Datenendgerät
(DTE) mit einer Schnittstelle für
eine Verbindung zu einem beliebigen verdrahteten Kommunikationsnetzwerk,
z.B. einem lokalen Netzwerk (LAN).
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Übertragungsleitungen, über die
Digitalsignale übertragen
werden, müssen
geeignet abgeschlossen sein, um Überschwingungen,
Nachschwingungen und Reflexionen zu verhindern. Diese Effekte werden,
wenn sie durch Impedanz-Fehlanpassungen
verursacht werden, mit zunehmender Leiterlänge ausgeprägter und begrenzen die Rate, mit
der Daten über
eine Übertragungsleitung übertragen
werden können.
Die Übertragungsleitung
kann eine Leiterbahn auf einer integrierten Schaltung, eine Leiterbahn
auf einer Platine oder ein Draht in einem Kabel sein. Die Impedanz
sowohl der Quelle als auch der Last sollten der charakteristischen
Impedanz der Übertragungsleitung
angepaßt
sein. Weil die Ausgangsimpedanz eines Senders und die Eingangsimpedanz
eines Empfän gers
sich im Allgemeinen von der charakteristischen Impedanz einer Übertragungsleitung
unterscheiden, die den Sender und den Empfänger in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration miteinander
verbindet, muß die
vorhandene Impedanz am Quellen- und am Lastende der Übertragungsleitung
in verschiedenem Maß geändert werden.
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Verdrahtete
Kommunikationsnetzwerke verwenden im Allgemeinen Abschlüsse, um
Reflexionen zu vermeiden. Ein Beispiel eines Abschlusses in einem
Netzwerk ist in 1 dargestellt. Ein gemeinsam
genutztes verdrahtetes Netzwerk 10 basiert auf einer Zweidraht-Übertragungsleitung
mit Drähten 15a und 15b.
In der folgenden Beschreibung wird auf eine "Übertragungsleitung 15a und 15b'' Bezug genommen, wobei die Bezugszeichen
tatsächlich
die die Übertragungsleitung
bildenden Drähte
bezeichnen. Beispielsweise kann das Netzwerk 10 ein Netzwerk
gemäß dem EIA/TIA-485-Standard
sein, wobei die Übertragungsleitung 15a und 15b aus
einem einzelnen verdrillten Aderpaar besteht, oder ein Ethernet
gemäß dem Standard
IEEE802.3 10Base2 oder 10Base5, wobei die Übertragungsleitung 15a und 15b ein
Koaxialkabel ist. Ganz allgemeinen bezeichnet der hierin verwendete
Ausdruck "Übertragungsleitung" ein beliebiges elektrisch
leitfähiges
Medium, das in der Lage ist, elektrischen Strom und elektrische
Spannungen zu transportieren und elektromagnetische Signale zu übertragen,
wie beispielsweise Drähte,
Kabel und Platinen-Leiterbahnen.
Es werden differentielle Leitungstreiber 11a und 11b verwendet, um
Signale zur Übertragungsleitung
zu übertragen, während Leitungsempfänger 12a und 12b verwendet werden,
um über
die Übertragungsleitung 15a und 15b übertragene
Signale zu empfangen. Eine Dateneinheit 16a ist eine "nur übertragende" Einheit, die Daten über den
Leitungstreiber 11a zur Übertragungsleitung überträgt, und
eine Dateneinheit 16b ist eine "nur empfangende" Einheit, die Daten über den Leitungsempfänger 12a von
der Übertragungsleitung empfängt. Eine
Dateneinheit 16c kann über
den Leitungstreiber 11b und den Leitungsempfänger 12b, die
einen Transceiver 14 bilden, sowohl Daten von der Übetragungsleitung 15a und 15b empfangen
als auch Daten zur Übertragungsleitung übertragen.
Natürlich
können
weitere Einheiten mit gemeinsam genutzten Übertragungsleitungen verbunden
werden, wobei jede derartige Einheit einen Leitungsempfänger und/oder
einen Leitungstreiber verwendet. Um eine geeignete Operation des
Netzwerks 10 zu ermöglichen,
werden üblicherweise
Abschlüsse 13a und 13b installiert
und mit beiden Enden der Übertragungsleitung 15a und 15b verbunden.
Damit die Abschlüsse 13a und 13b geeignet
funktionieren, sollte ihre Impedanz der charakteristischen Impedanz
der Übertragungsleitung 15a und 15b gleichen. Ähnlicherweise
werden derartige Abschlüsse
an beiden Enden einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung verwendet.
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Das
Erfordernis für
einen Abschluss ist ein Hauptnachteil bei der Errichtung eines Netzwerks. Erstens
müssen
die Übertragungsleitungsenden identifiziert
werden und zugänglich
sein, was im Fall einer vorhandenen Verdrahtung möglicherweise nicht
einfach ist. Außerdem
ist die Installation von Abschlüssen
arbeits- und materialaufwendig, und darüber hinaus entsteht das Problem,
dass zum Konfigurieren eines Netzwerks zusätzliche Einrichtungen erforderlich
sind. Außerdem
basieren der Abschlusstyp, die Abschlusstopologie und die Abschlusswerte für einen
geeigneten Betrieb im wesentlichen auf den Charakteristiken der Übertragungsleitung,
die möglicherweise
unbekannt sind und/oder nicht zusammenpassen und von Kabel zu Kabel
oder von Position zu Position verschieden sein können.
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Die
Abschlüsse 13a und 13b basieren
normalerweise auf passiven Komponenten, z.B. auf Widerständen. Um
die Kommunikationsleistung (z.B. in Implementierungen mit hoher
Daten rate) zu verbessern, sind jedoch verschiedenartige, auf aktiven Komponenten
basierende Abschlussschaltungen vorgeschlagen worden. In IBM Technical
Disclosure Bulletin von IBM Corp. New York US, Bd. 33, Nr. 3B vom
1. August 1990, Seiten 301–303
mit dem Titel "Active
Termination of a High-Speed,
Multi-Drop, Bidirectional Digital Transmission System" ist eine aktive
Klemmschaltung zum Steuern von Reflexionen beschrieben. Ähnlicherweise
ist im US-Patent Nr. 5608312 von Dean Wallace mit dem Titel "Source and Sink Voltage
Regulator for Terminators" eine
aktive Abschlussschaltung beschrieben, die auf einem mit einem Spannungsregler
verbundenen Widerstand basiert. Ein anderes System zum Reduzieren von
Reflexionen in einem Bus, der IC-Chips verbindet, ist im US-Patent
Nr. 5793223 von Richard Francis Frankeny mit dem Titel "Reference signal
generation in a switched current source transmission line driver/receiver
system" beschrieben,
wobei das System auf der Erzeugung einer Referenz-Vorspannung für jeden
aktiven Abschluss basiert. Eine geschaltete Stromquelle injiziert
einen Vorstrom in die Übertragungsleitung.
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Ein
weiterer Nachteil des Netzwerks 10 betrifft ein gemeinsam
genutztes Mehrpunkt-Übertragungsleitungsnetzwerk.
In einem TDM- (Time Domain Multiplexing) Schema kann nur ein einziger Treiber
während
eines beliebigen Zeitintervalls Signale über die Übertragungsleitung übertragen,
so dass in anderen Einheiten während
dieses Zeitintervalls nur ein Signalempfang möglich ist. Dadurch wird die
Gesamtdatenmenge begrenzt, die über
eine vorgegebene Periode übertragbar
ist. Um einen Mehrfachdatenübertragung über diese
gemeinsam genutzte Übertragungsleitung
zu ermöglichen,
muss es mehreren Sendern und Empfängern ermöglicht werden, die Übertragungsleitung
gleichzeitig zu nutzen.
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Ein
herkömmliches
Verfahren für
derartige Mehrfachübertragungen über eine
gemeinsam genutzte Übertragungsleitung
verwendet ein FDM- (Frequency Domain Multiplexing) Schema, wobei
jeder Sender einen anderen dedizierten Abschnitt des verfügbaren Spektrums
der Übertragungsleitung
verwendet. Für
eine Lösung
ist jedoch eine komplexe und teure Schaltung erforderlich.
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Ein
anderes Verfahren zum Ermöglichen
von Mehrfachübertragungen
ist in 2 dargestellt und weist das Teilen der Übertragungsleitung
in mehrere getrennte Segmente auf. Ein Teil eines Netzwerks 20 ist
dargestellt, wobei die Übertragungsleitung
in zwei getrennte Abschnitte geteilt ist, von denen einer (wie in 1)
als Übertragungsleitungssegment 15a und 15b gekennzeichnet
ist, während
der andere Abschnitt als Übertragungsleitungssegment 15c und 15d gekennzeichnet
ist. Das Übertragungsleitungssegment 15a und 15b wird
für eine
Vollduplexkommunikation unter Verwendung von Leitungstreibern 11a2, 11b1 verwendet,
die an jeweiligen Enden des Übertragungsleitungssegments 15a und 15b angeordnet
sind. Ähnlicherweise
sind Leitungsempfänger 12b1 und 12a2 sowie
Abschlüsse
(nicht dargestellt) an den jeweiligen Enden des Übertragungsleitungssegments 15a und 15b installiert.
Der Leitungstreiber 11a2 und der Leitungsempfänger 12a2 sind
beide Teil einer Einheit 21a, die mit einem Ende des Übertragungsleitungssegments 15a und 15b verbunden ist. Ähnlicherweise
ist das Übertragungsleitungssegment 15c und 15d mit
Leitungstreibern 11c1 und 11b2 sowie mit Leitungsempfängern 12c1 und 12b2 verbunden.
Der Leitungstreiber 11c1 und der Leitungsempfänger 12c1 sind
beide Teil einer Einheit 21c, die mit einem Ende des Übertragungsleitungssegments 15c und 15d verbunden
ist. Die Leitungstreiber 11b2 und 11b1 sowie die
Leitungsempfänger 12b1 und 12b2 sind
alle Teil einer Einheit 21b, die mit dem Übertragungsleitungssegment 15a und 15b und mit
dem Übertragungsleitungssegment 15c und 15d verbunden
ist. Diese beiden getrennten Übertragungsleitungssegmente
sowie ihre zugeordneten Treiber/Empfänger sind durch einen Logikblock 22 verbunden,
der Teil der Einheit 21b ist. In bestimmten herkömmlichen
Konfigurationen ist der Logikblock entweder weggelassen oder dient
als transparente Verbindung. In diesem Fall dient die Einheit 21b als Leitungsverstärker. In
anderen Konfigurationen verarbeitet der Logikblock 22 die
durch die Einheit 21b fließenden Datenströme.
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Das
Netzwerk 20 hat gegenüber
dem in 1 dargestellten Netzwerk 10 zwei Hauptvorteile. Erstens
ist jedes Übertragungsleitungssegment
des Netzwerks 20 unabhängig,
so dass zwei Kommunikationsstrecken gleichzeitig betreibbar sind.
Daher kann der Leitungstreiber 11a2 der Einheit 21a durch den
Leitungsempfänger 12b1 der
Einheit 21b zu empfangende Daten über das Übertragungsleitungssegment 15a und 15b übertragen.
Gleichzeitig und ohne jegliche Interferenz oder Wechselwirkung kann der
Leitungstreiber 11c1 der Einheit 21c durch den Leitungsempfänger 12b2 der
Einheit 21b zu empfangende Daten über das Übertragungsleitungssegment 15c und 15d übertragen.
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Ein
weiterer Vorteil des Netzwerks 20 ist, dass Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssegmente
bereitgestellt werden. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, ist eine
Punkt-zu-Punkt-Topologie
eine hochgradig erwünschte
Konfiguration in einer drahtgebundenen Kommunikation, die stabile
Kommunikationen mit hoher Bandbreite durch eine kostengünstige,
einfache Schaltung ermöglicht.
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Prinzipien
der vorstehenden Beschreibung werden durch die Entwicklung des gemäß dem Standard
IEEE802.3 spezifizierten lokalen Ethernet-Netzwerk (Ethernet-LAN)
dargestellt, wobei auf Koaxialkabeln basierende gemeinsam genutz te Übertragungsleitungssysteme
gemäß dem Standard 10Base2
und 10Base5 zu Netzwerken erweitert wurden, die auf dem Standard
10BaseT und 10BaseTX basieren, die beide um Punkt-zu-Punkt-Segmente herum
aufgebaut sind.
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Das
Netzwerk 20 hat jedoch auch einen wesentlichen Nachteil
im Vergleich zum Netzwerk 10. Wie in 1 dargestellt
ist, verwendet das Netzwerk 10 eine kontinuierlichen, ununterbrochene Übertragungsleitung.
Die Verdrahtung des Netzwerks 20 muss dagegen an mehreren
Stellen im gesamten Netzwerk unterbrochen werden, so dass die Einheiten 21 leicht
verbindbar sind. Im Fall vorhandener Übertragungsleitungen (z.B.
einer Unterputz-Telefonleitung) kann eine Unterbrechung des Netzwerks komplex,
teuer und arbeitsaufwendig sein.
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Daher
besteht ein Bedarf für
eine Einrichtung zum Implementieren eines allgemeinen Abschlusses,
der nicht übertragungsleitungsabhängig ist,
und der daher nicht geändert
werden müsste,
wenn sich die Übertragungsleitungscharakteristiken ändern. Es besteht
ferner ein Bedarf für
eine Einrichtung zum gleichzeitigen Verwenden einer einzelnen Verdrahtungs-Infrastruktur
und zum Verwenden eines Punkt-zu-Punkt-Verbindungsschemas,
ohne dass eine vorhandene Verdrahtung geändert werden muss. Diese Punkte
werden durch die vorliegende Erfindung berücksichtigt.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren für einen
Signalabschluss, der auf einer hierin als Signallöscheinheit
(Signal Canceling Unit; SCU) bezeichneten Zweiport-Einheit basiert. Die
SCU erfasst ein über
ihren Anschluss vorhandenes Signal und absorbiert und unterdrückt oder
löscht dieses
Signal. Wenn die SCU mit einem Ende einer Übertragungsleitung verbunden
ist, z.B. einer für eine
Kommunikation verwendeten Draht-Übertragungsleitung,
funktioniert die SCU als Abschluss, indem sie die Signalenergie
absorbiert. Wenn die SCU in der Mitte einer derartigen verdrahteten Übertragungsleitung
verbunden ist, dient sie als Abschluß für jedes Signal, das über ihre
Anschlüsse
erfasst wird, und kann daher zur Rauschunterdrückung oder zum Emulieren eines
Netzwerkendes an den Verbindungsstellen verwendet werden. In diesem
Funktionsmodus trennt die SCU die Drähte wirksam, so dass an jeder
Seite der SCU-Verbindung ein unabhängiger Netzwerkbetrieb ermöglicht wird,
ohne dass eine Interferenz oder wechselseitige Störung zwischen
den Netzwerksegmenten an den beiden Seiten auftritt, auch wenn die
Kontinuität
der Verdrahtung nicht beeinflusst wird.
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In
einem anderen Funktionsmodus ist die SCU derart erweitert, dass
sie eine Leitungsempfängerfunktionalität aufweist,
wobei eine derartige Einheit hierin als Signallösch- und -empfangseinheit (SCRU) bezeichnet
wird. Außer
dass die SCRU die volle SCU-Funktionalität besitzt, arbeitet die SCRU auch
als Leitungsempfänger
und kann daher in einem Netzwerk, außer dass sie als Abschluß dient und
eine Signalunterdrückungs-
oder -löschfunktion hat,
auch als aktiver Empfänger
verwendet werden.
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Gemäß einem
noch anderen Funktionsmodus ist die SCRU derart erweitert, dass
sie eine Leitungstreiberfunktionalität aufweist, wobei eine derartige
Einheit hierin als Signallösch-,
-empfangs- und -übertragungseinheit
(SCRTU) bezeichnet wird. Außer
dass sie die volle SCRU-Funktionalität besitzt, arbeitet die SCRU
auch als Leitungstreiber und kann daher in einem Netzwerk, außer dass
sie als Abschluß,
zur Signallöschung
und zum Signalempfang verwendbar ist, auch als aktive Übertragungseinrichtung
verwendet werden. Mehrere SCRTUs, die mit verdrahteten Übertragungsleitungen
verbunden sind, können
kommunizieren, um ein vollständiges
Netzwerk zu errichten. In einem derartigen Netzwerk können jeweilige
Paare benachbarter SCRTUs in einem abgeschlossenen und unabhängigen Übertragungsleitungssegment
in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikation
miteinander kommunizieren.
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Gemäß einem
breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System nach Anspruch
1 bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Zum
Verdeutlichen der Erfindung, und um darzustellen, wie sie in der
Praxis realisierbar ist, wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform
anhand eines nicht einschränkenden
Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben;
es zeigen:
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1 eine
herkömmliche
verdrahtete lokale Netzwerk(LAN)konfiguration;
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2 ein
auf einem herkömmlichen
Leitungsverstärker
basierendes Kommunikationsnetzwerk;
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3 ein
Funktionsblockdiagramm einer erfindungsgemäßen Signallöscheinheit (SCU);
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4 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCU als erfindungsgemäßer Endabschluss
verwendet wird;
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5 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCU als erfindungsgemäßer parallel
geschalteter Abschluss verwendet wird;
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6 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCU erfindungsgemäß zur Rauschunterdrückung verwendet
wird;
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7 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCU erfindungsgemäß in einer
Brückenverbindung
verwendet wird;
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8 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCU erfindungsgemäß zum Bereitstellen
mehrerer unabhängiger
Kommunikationssegmente über
eine kontinuierliche Verdrahtung verwendet wird;
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9 ein
Funktionsblockdiagramm einer erfindungsgemäßen Signallösch- und -empfangseinheit (SCRU);
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10 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei eine SCRU zum Bereitstellen mehrerer unabhängiger Kommunikationssegmente über eine
kontinuierliche Verdrahtung verwendet wird;
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11 ein
Funktionsblockdiagramm einer erfindungsgemäßen Signallösch-, -empfangs- und -übertragungseinheit
(SCRTU);
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12 ein
Funktionsblockdiagramm einer alternativen erfindungsgemäßen Signallösch-, -empfangs-
und -übertragungseinheit
(SCRTU); und
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13 ein
auf einer gemeinsam genutzten Verdrahtung basierendes Netzwerk,
wobei erfindungsgemäß mehrere
SCRTUs verwendet werden, um mehrere unabhängige Kommunikationssegmente über eine
kontinuierliche Verdrahtung bereitzustellen.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
Prinzipien und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Netzwerks
werden unter Bezug auf die Zeichnungen und die folgende Beschreibung näher erläutert. Die
Zeichnungen und Beschreibungen dienen lediglich zur Erläuterung.
In der Praxis kann eine einzelne Komponente eine oder mehrere Funktionen
implementieren; alternativ kann jede Funktion durch mehrere Komponenten
und Schaltungen implementiert werden. In den Zeichnungen und Beschreibungen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Konfigurationen
gleiche Komponenten.
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3 zeigt
eine Signallöscheinheit
(SCU) 30 mit zwei externen Anschlüssen, d.h. einem Anschluss 34a (A)
und einem Anschluss 34b (B). Mit diesen Anschlüssen ist
ein Sensor 31 verbunden, der die (ein "erstes Signal" bildende) Differenzspannung zwischen
dem Anschluss 34a und dem Anschluss 34b misst.
Der durch den Sensor 31 gemessene Wert wird einer Verarbeitungseinheit 33 zugeführt, die
dann einem (einen "ersten
Treiber" bildenden)
differentiellen Treiber 32 ein Eingangssignal zuführt, dessen
Ausgänge
mit den Anschlüssen 34a und 34b verbunden
sind. Der Treiber 32 kann genug Strom (der ein "zweites Signal" darstellt) ziehen
oder liefern, um das erste Signal an den Anschlüssen auszulöschen. Die Verarbeitungseinheit 33 bildet
zusammen mit dem Sensor 31 und dem Treiber 32 eine
geschlossene Gegenkopplungsschleife, die jegliches Signal dämpft und
löscht,
das über
die Anschlüsse 34a und 34b erfasst
wird.
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4 zeigt
ein Netzwerk 40, in dem die SCU 30 als Abschluss
verwendet wird. Das Netzwerk 40 basiert auf dem Netzwerk 10 (1),
ist jedoch derart modifiziert, dass an Stelle des Abschlusses 13b die
SCU 30 als Abschluss verwendet wird. An die Übertragungsleitung 15a und 15b (z.B.
durch den Leitungstreiber 11a) übertragene Signale breiten
sich entlang der Übertragungsleitung
aus. Wenn die Signale das Ende der Übertragungsleitung erreichen, wo
Anschlüsse 51a und 51b der
SCU 30 verbunden sind, erfasst und löscht die SCU 30 die
Signale. Infolgedessen wird die Signalenergie durch die SCU 30 absorbiert,
so dass weder Reflexionen noch jegliche andere durch Fehlanpassungen
verursachte Störungen
auftreten. Daher dient die SCU 30 als Abschlussvorrichtung,
Weil die Struktur der SCU 30 jedoch allgemein und nicht
der spezifischen Übertragungsleitung
(z.B. der charakteristischen Impedanz) angepasst ist, kann die gleiche
SCU für
viele Übertragungsleitungstypen
verwendet werden, z.B. für
ein verdrilltes Aderpaar, Koaxialkabel, usw., so dass kein spezifischer
Abschluss für
eine spezifische Übertragungsleitung
angepasst werden muss. Daher wird aufgrund der Verwendung gemeinsamer
Komponenten für
verschiedene Anwendungen eine einfache Installation und eine einfache
Logistik ermöglicht.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung einer SCU als Abschluss ergibt sich
aus der Tatsache, dass die SCU die Abschlussfunktion auch dann ausführt, wenn
sie nicht an den Enden der Übertragungsleitung
verbunden ist, sondern an einer beliebigen Stelle der Übertragungsleitungsstrecke,
wie in 5 für
das Netzwerk 50 dargestellt ist, das auf einer Übertragungsleitung 15a, 15b, 15c und 15d basiert. Ähnlich wie
beim Netzwerk 10 (1) ist ein
Abschluss 13 an einem Ende (in der Figur an der linken Seite)
angeordnet, und der Leitungstreiber 11a und Leitungsempfänger 12a und 12b sind
mit der Übertragungsleitung
verbunden. Dateneinheiten 16a, 16b und 16d sind
mit den Leitungseinheiten 11a, 12a bzw. 12b verbunden.
Wenn die SCU 30 nicht im Netzwerk 50 vorhanden
wäre, würde das
Netzwerk 10 von 1 erhalten, in dem eine Dateneinheit 16a Daten über den
Leitungstreiber 11a an die gesamte Übertragungsleitung übertragen
kann. Die Übertragungssignale
würden
sich dann in der Übertragungsleitung
ausbreiten und über
Leitungsempfänger 12a und 12b durch
die Dateneinheiten 16b bzw. 16d empfangen. In
diesem Fall, in dem die SCU 30 an Verbindungspunkten 51a und 51b mit
der Übertragungsleitung
verbunden ist, ist das Netzwerk 50 jedoch derart modifiziert,
dass an den Leitungstreiber 11a übertragene Signale sich in
der Übertragungsleitung
in zwei Richtungen ausbreiten. Ein Teil der Signalenergie wird zum
Abschluss 13 hin übertragen
(in der Figur zur linken Seite), wo er absorbiert wird. Der andere
Teil der Signalenergie breitet sich zu Punkten 51c und 51d hin
aus, die das andere Ende der Verdrahtung darstellen. Wenn das Signal
die (mit den Anschlüssen
der SCU 30 verbundenen) Punkte 51a und 51b erreicht,
dämpft,
löscht
und absorbiert die SCU 30 die Signalenergie. Dadurch wird
sich von den Punkten 51a und 51b nur ein kleines
oder kein Signal zu den Endpunkten 51c und 51d hin
ausbreiten. In diesem Fall wird, während der Leitungsempfänger 12a die übertragenen
Signale empfängt,
der Leitungsempfänger 12b keine
derartigen Signale erfassen, da diese durch die SCU 30 gedämpft worden sind.
Daher dient die SCU 30 als Abschluss für das Netzwerksegment 15a und 15b,
das sich vom Abschluss 13 zu den Punkten 51a und 51b erstreckt, was
dazu beiträgt,
Reflexionen in diesem Teil der Übertragungsleitung
zu vermeiden. Daher modifiziert die SCU 30 die Funktionalität der kontinuierlichen Übertragungsleitung,
so dass sie virtuell in zwei verschiedene Segmente getrennt wird,
von denen eines die Übertragungsleitung
vom Abschluss 13 zu den Punkten 51a und 51b verwendet,
während
das andere die Übertragungsleitung
von den Punkten 51a und 51b zu den Endpunkten 51c und 51d verwendet.
Die beiden Netzwerksegmente sind in dem Sinne getrennt, dass Signale
in einem Segment nicht zum anderen gelangen können, obwohl die elektrische
Kontinuität
der Übertragungsleitung
vollständig
erhalten bleibt.
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Eine
Anwendung einer derartigen virtuellen Netzwerktrennung dient zur
Rauschunterdrückung, wie
in 6 für
ein Netzwerk 60 dargestellt ist. Das Netzwerk 60 ist
dem Netzwerk 50 (5) ähnlich, außer dass
an Stelle der Dateneinheit 16d und des Leitungsempfängers 12b eine
Rauschquelle 61 vorhanden ist. Das durch die Rauschquelle 61 erzeugte Rauschen
breitet sich (nach links) zur SCU 30 aus. Wenn das Rauschsignal
die SCU-Anschlüsse 51a und 51b erreicht,
dämpft
die SCU 30 das Rauschsignal und verhindert, dass das Rauschen
die Übertragungsleitung 15a und 15b erreicht
und dadurch die Kommunikationsqualität über dieses Netzwerksegment
herabsetzt. Obwohl die Rauschquelle 61 als spezifische
Einheit beschrieben und dargestellt ist, die an einem einzelnen
Punkt mit der Übertragungsleitung 15a und 15b verbunden
ist, wird die gleiche Rauschunterdrückungsfunktion auch dann ausgeführt, wenn
das Rauschen von externen Quellen induktiv erzeugt wird. Beispielsweise
kann sich die Übertragungsleitung 15c und 15d über einen
Bereich in der Nähe
von Quellen einer elektromagnetischen Störung erstrecken. Die SCU kann
hierbei dazu beitragen, das induzierte Rauschen von einem spezifischen
Abschnitt der leitfähigen Übertragungsleitung zu
trennen.
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Brückenverbindungen
erzeugen bekanntermaßen
Impedanzfehlanpassungen und Reflexionen in Übertragungsleitungen und anderen
verdrahteten Kommunikationsumgebungen. 7 zeigt
ein Netzwerk 70, das dem Netzwerk 60 (6) ähnlich ist, dem
jedoch eine zusätzliche Übertragungsleitung 15e und 15f hinzugefügt ist,
die mit Anschlüssen 51a bzw. 51b verbunden
ist und an den Anschlüssen 51a und 51b eine
Brückenverbindung
bildet. Ohne die SCU 30 würde die Brückenverbindung an diesen Punkten
eine Impedanzfehlanpassung erzeugen und Signalreflexionen in den
Kommunikationen über
die Übertragungsleitung 15a, 15b, 15c, 15d, 15e und 15f verursachen.
Durch Bereitstellen der SCU 30 an der Brückenverbindungsstelle
werden die Signale an den Anschlüssen 51a und 51b jedoch
gelöscht
und absorbiert, wodurch derartige Reflexionen eliminiert werden.
Dadurch werden drei getrennte Kommunikationssegmente gebildet, wobei
ein Segment aus der Übertragungsleitung 15a und 15b,
ein zweites Segment aus der Übertragungsleitung 15c und 15d und ein
drittes Segment aus der Übertragungsleitung 15e und 15f besteht.
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Die
Fähigkeit
einer SCU zum Trennen einer elektrisch verbundenen Übertragungsleitung
ermöglicht
die Bildung mehrerer getrennter Kommunikationsnetzwerke über eine
kontinu ierliche elektrisch leitende Übertragungsleitung, wie in 8 dargestellt ist.
Ein Netzwerk 80 basiert auf einer Übertragungsleitung 15a, 15b, 15c und 15d.
Eine SCU 30 ist an den Anschlüssen 51a und 51b mit
der Übertragungsleitung
verbunden und trennt die Übertragungsleitung
in zwei Kommunikationssegmente. Ein Segment basiert auf der Übertragungsleitung 15a und 15b und
erstreckt sich von den Anschlüssen 51a und 51b in 8 nach
links. Das andere Segment basiert auf der Übertragungsleitung 15c und 15d und
erstreckt sich nach rechts. Eine Dateneinheit 16a überträgt Daten über einen
Leitungstreiber 11a auf der Übertragungsleitung 15a und 15b,
und eine Dateneinheit 16b empfängt Daten über einen Leitungsempfänger 12a. Ähnlicherweise überträgt eine
Dateneinheit 16e Daten über
einen Leitungstreiber 11b auf der Übertragungsleitung 15c und 15d,
und eine Dateneinheit 16d empfängt Daten über einen Leitungsempfänger 12b.
Auf beiden Übertragungsleitungen,
die durch die SCU 30 getrennt sind, können Daten gleichzeitig übertragen
werden, ohne dass sie miteinander interferieren. Jedem Kommunikationssegment
können
weitere Leitungstreiber, Leitungsempfänger und Transceiver hinzugefügt werden. Ähnlicherweise
kann durch Hinzufügen
von SCUs eine elektrisch verbundene Übertragungsleitung in mehr Segmente
geteilt werden, wobei zwischen benachbarten SCU-Paaren oder zwischen
einer SCU und den Enden oder Abschlüssen von Übertragungsleitungen ein getrenntes
Segment gebildet wird.
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Die
Funktion der SCU ist bisher nur als Abschluss beschrieben worden,
eine SCU kann jedoch auch derart modifiziert werden, dass sie eine
Leitungsempfangsfunktion ausführt,
wie in 9 dargestellt ist, die eine Signallösch- und -empfangseinheit (SCRU) 90 darstellt.
Die SCRU 90 basiert auf der Struktur der SCU 30 (3),
die Verarbeitungseinheit 33 ist jedoch zu einer Verarbeitungseinheit 91 modifiziert,
die über
einen Anschluss 34c (C) ein weiteres Ausgangssignal bereitstellt.
Das Ausgangssignal am Anschluss 34c verwendet eine Erfassungsfunktion 31 und
dient zusammen mit einem Teil der Verarbeitungseinheit 91 als
Leitungsempfänger,
der dem Leitungsempfänger 12a oder 12b ähnlich ist. Daher
führt die
SCRU 90 zwei Funktionen gleichzeitig aus: eine Signallöschfunktion,
wie die SCU 30, und eine Leitungsempfängerfunktion, wie die Leitungsempfänger 12a und 12b,
so dass das erfasste Signal oder eine beliebige Funktion davon an
den Anschluss 34c ausgegeben und über die Übertragungsleitung übertragen
werden kann.
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Ein
Anwendungsbeispiel unter Verwendung der SCRU 90 ist in 10 für ein Netzwerk 100 dargestellt.
Das Netzwerk 100 basiert auf dem Netzwerk 80 (8),
die SCU 30 ist jedoch durch die SCRU 90 ersetzt,
deren Anschluss C über
eine Verbindung 102 mit einer Dateneinheit 16f verbunden
ist. Die SCRU 90 ist ferner an Verbindungsstellen 101a und 101b mit
der Übertragungsleitung 15a, 15b, 15c und 15d verbunden.
Auf ähnliche
Weise wie im Netzwerk 80 (8) ermöglicht es
diese Konfiguration zwei getrennten Kommunikationssegmenten, die Übertragungsleitung
gleichzeitig zu nutzen, ohne dass eine wechselseitige Interferenz
oder Störung
auftritt. Ein Segment transportiert Daten über die Übertragungsleitung 15a und 15b,
während
das andere Segment Daten über
die Übertragungsleitung 15c und 15d transportiert.
Außerdem
kann die Dateneinheit 16f unter Verwendung der Leitungsempfangsfunktonalität der SCRU 90 Signale
von beiden Netzwerken empfangen.
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In
einer noch anderen Konfiguration der Erfindung ist in der SCRU auch
eine Leitungstreiberfähigkeit
integriert. 11 zeigt eine SCRTU (Signallösch-, -empfangs-
und -übertragungseinheit) 110. Die
SCRTU 110 weist alle Komponenten der SCRU 90 auf,
weist jedoch zusätzlich
einen Leitungs treiber 111 (der einen "zweiten Treiber" bildet) auf, dem ein Signal von einem
zusätzlichen
SCRTU-Anschluss 34d (D) zugeführt wird und ein drittes Signal
an die Übertragungsleitung
ausgibt. Die SCRTU 110 weist zwei Betriebszustände auf,
die als "Empfangszustand" und "Übertragungszustand" bezeichnet werden.
Im "Empfangszustand" wird die vollständige Funktionalität der SCRU 90 bereitgestellt,
gemäß der die
SCRTU 110 eine Signallösch-
und -empfangsfunktion ausführt.
Im "Übertragungszustand" sind Leitungsanschlüsse 34a (A)
und 34b (B) mit Ausgangsanschlüssen des Leitungstreibers 111 verbunden,
wie dargestellt, so dass die SCRTU 110 am Anschluss 34d empfangene
Daten an die Anschlüsse 34a und 34b übertragen
kann. Zwischen den beiden Zuständen
wird durch zwei SPDT- (ein Pol zwei Schalterstellungen) Schalter 112 und 113 umgeschaltet.
Die Schalter 113 und 112 sind mit den Anschlüssen 34a bzw. 34b verbunden.
Im "Empfangszustand" sind beide Schalter 112 und 113 auf
den Zustand "1" eingestellt, wodurch
der Anschluss 34a und der Anschluss 34b mit dem
Sensor 31 und dem Treiber 32 verbunden sind, wodurch
die Funktion des SCRU 90 bereitgestellt wird. Im "Übertragungszustand" sind beide Schalter 112 und 113 auf
den Zustand "2" eingestellt, wodurch
der Anschluss 34a und der Anschluss 34b mit den
Ausgängen
des Leitungstreibers 111 verbunden sind, so dass die SCRTU
als Leitungstreiber arbeitet. Die Schalter 112 und 113 werden
durch eine Logikeinheit 114 gesteuert, die die Schalter 113 und 112 nach
Erfordernis steuert, um den gewünschten
Zustand auszuwählen.
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12 zeigt
eine alternative Implementierung einer SCRTU 120. In dieser
alternativen Konfiguration wird der Treiber 32 auch als
Leitungstreiber verwendet. Ein SPDT-Schalter 121 wird verwendet, um
das Eingangssignal an den Treiber 32 weiterzuleiten. Im
Zustand "1" ist der Treiber 32 mit
dem Ausgang der Verarbeitungseinheit 91 verbunden, so dass
die SCRTU die Funktion der SCRU 90 ausführt. Im Zustand "2" ist der Treiber 32 mit dem
Anschluss 34d verbunden, so dass die SCRTU als Leitungstreiber
arbeitet. Ein Logikblock (in 12 nicht
dargestellt) wird zum Steuern des Schalters 121 verwendet,
um ihn nach Erfordernis zwischen den Zuständen umzuschalten.
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13 zeigt
ein Netzwerk 130, in dem derartige SCRTUs verwendet werden.
Das Netzwerk 130 verwendet eine Übertragungsleitung 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g und 15h und
weist an Punkten 51a und 51b eine Brückenverbindung
auf. Dateneinheiten 16f, 16g, 16h, 16i und 16j sind über SCRTUs 110a, 110b, 110c, 110d bzw. 110e mit
der Übertragungsleitung
verbunden. Wie vorstehend beschrieben wurde, sind, obwohl die Verdrahtung
elektrisch kontinuierlich ist, die gebildeten Kommunikationssegmente
zwischen einem beliebigen SCRTU-Paar Punkt-zu-Punkt-Segmente.
Die SCRTU 110a kommuniziert in einer Punkt-zu-Punkt-Topologie
mit der SCRTU 110b über
das Übertragungsleitungssegment 15a und 15b. Ähnlicherweise
kommunizieren die SCRTUs 110b und 110e über das Übertragungsleitungssegment 15e und 15f,
die SCRTUs 110b und 110c über das Übertragungsleitungssegment 15c und 15d und
die SCRTUs 110c und 110d über das Übertragungsleitungssegment 15g und 15h.
Außer dem
durch die Punkt-zu-Punkt-Topologie erhaltenen Vorteil wird durch
das Netzwerk auch ermöglicht, dass
mehrere unabhängige
Kommunikationssegmente unabhängig
betreibbar sind, so lange nicht zwei beliebige SCRTUs vorhanden
sind, die Daten zum gleichen Segment übertragen. Beispielsweise kann
die SCRTU 110a Daten über
das Übertragungsleitungssegment 15a und 15b an
die SCRTU 110b übertragen,
während
die SCRTU 110d gleichzeitig Daten über das Übertragungsleitungssegment 15g und 15h an
die SCRTU 110c übertragen
kann.
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Durch
das Netzwerk 130 wird eine auf SCRTUs basierende Netzwerkfähigkeit
für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen
und Mehrfachübertragungen über eine
kontnuierliche Verdrahtung bereitgestellt. Diese Fähigkeiten
können
für vorhandene
Verdrahtungen mit unbekannter Topologie und mit bus-ähnlichen
Verbindungspunkten geeignet sein. Beispiele sind vorhandene Unterputz-Telefonleitungen,
vorhandene Unterputz-Stromleitungen oder Kabelfernseh(CATV)kabel,
die nicht für
ihren ursprünglichen
Zweck verwendet werden. Für
all diese Verdrahtungstypen ist eine kontinuierliche Verdrahtung üblich, bei
der Anschlüsse
oder Steckdosen für eine
Verbindung mit der Verdrahtung bereitgestellt werden. Daher wird
durch Verbinden von SCRTUs mit jedem Anschluss bzw. Steckdose eine
zuverlässige
Kommunikation mit hoher Bandbreite zwischen mit den SCRTUs verbundenen
Dateneinheiten ermöglicht.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezug auf eine digitale Kommunikationsanwendung
beschrieben worden ist, ist die Erfindung gleichermaßen auch
auf eine analoge Kommunikation anwendbar, z.B. Video-, Audio- oder
beliebige andere Kommunikationen. In derartigen Konfigurationen
werden die Dateneinheiten 16 durch geeignete analoge Einheiten
ersetzt, und die SCUs, die SCRUs und die SCRTUs werden entsprechend
modifiziert, um derartige Kommunikationen zu unterstützen.