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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Signalteilereinrichtung zum Trennen
von Telefonie-Verkehr von weiterem, ein eine höhere Frequenz aufweisendes
Band belegendem Verkehr, wie z. B. digitalen Teilnehmerleitungs-Verkehr.
Sie bezieht sich weiterhin auf ein Filter zur Verwendung beim Filtern
von Telefonieverkehr.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Festnetze von Telekommunikationsbetreibern waren ursprünglich vollständig aus
metallischen Übertragungsmedien
(überwiegend
Kupfer) aufgebaut, die Sprachbandsignale in den Bereich von 300
Hz–3,4
kHz übertragen,
ein Dienst, der allgemein als konventioneller Telefondienst (POTS)
bekannt ist. Während
die Weitverkehrsstrecken des Übertragungsnetzes,
die Vermittlungszentren verbinden, nunmehr hauptsächlich auf
optischer Technologie beruhen, ist der Zugangsteil des Netzes, der
Vermittlungen mit Kunden verbindet, immer noch überwiegend mit verdrillten
Kupferleitungspaaren ausgebildet. Viele Telekommunikationsbetreiber
möchten ihr
vorhandenes POTS-Kupferzugangsnetz dazu verwenden, Breitbanddienste,
wie z. B. die Datenübertragung
(beispielsweise Internet), Fernarbeit und Videoabruf zu übertragen.
Die heutigen Technologien zur Übertragung
von Daten über
das Zugangsnetz sind (a) Sprachband-Modems, die Daten in Signale codieren,
die in dem Sprachband liegen, und Datenraten von bis zu 50 kb/s
unterstützen,
und (b) ISDN.
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Es
wurde eine Anzahl von alternativen Technologien entwickelt, um die Übertragung
von eine hohe Bitrate aufweisenden Diensten über das Kupfer-Zugangsnetz
zu ermöglichen.
Eine derartige Technologie ist die asymmetrische digitale Teilnehmerleitung
(ADSL). POTS-Verkehr wird über
das übliche
0–4 kHz-Frequenzband übertragen,
und der ADSL-Verkehr belegt das Frequenzband oberhalb von POTS in
dem Bereich von 24 kHz–1,1
MHz. Sowohl POTS-Verkehr als auch ADSL-Verkehr kann gleichzeitig über das
gleiche Aderpaar übertragen werden.
Ein Überblick über diese
Technologie ist in einer Veröffentlichung „Broadband
Multimedia Delivery over Copper" von
G. Young, K. T. Foster und J. W. Cook in BT Technology Journal,
Band 14, Nr. 4, Oktober 1995 beschrieben.
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Es
wurde eine Anzahl von anderen digitalen Modulationstechniken vorgeschlagen,
um die digitalen Daten zu übertragen,
wie z. B. eine diskrete Mehrton-Modulation (DMT), bei der Daten
durch eine große
Anzahl von Frequenzträgern übertragen
werden, die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) und die trägerlose
Amplituden/Phasenmodulation (CAP). Außerdem wurden eine höhere Kapazität aufweisende
ADSL-Systeme vorgeschlagen, wie z. B. das eine sehr hohe Bitrate
aufweisende digitale Teilnehmerleitungs-System (VDSL/VADSL). Die
allgemeine Bezeichnung für
diese Technologien ist xDSL.
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An
der Vermittlung des Telekommunikationsbetreibers und am Teilnehmerende
müssen
der POTS-Verkehr und der xDSL-Verkehr getrennt werden. Dies wird
durch Splitter- oder Teilergeräte
erzielt, die ein Tiefpassfilter, das POTS-Signale an ein Telefon
oder ein POTS-Leitungskarte liefert, und ein Hochpassfilter umfassen,
das xDSL-Signale an ein xDSL-Modem oder eine Leitungskarte liefert.
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Eine
Veröffentlichung „ADSL and
VADSL Splitter Design and Telephony Performance" von John Cook und Phil Sheppard in
IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Band 13, Nr. 9,
Dezember 1995, beschreibt zwei Lösungen
bei der Konstruktion von Teilern. Die Veröffentlichung beschreibt die
Verwendung eines passiven Tiefpassfilters und kommt zu dem Schluss,
dass dies eine nachteilige Wirkung auf das Telefonie-Übertragungsbetriebsverhalten
haben kann. Die Veröffentlichung
schlägt
weiterhin ein aktives, mit Leistung versorgtes Filter vor, das verallgemeinerte
Immittanz-Konverter (GIC) sowohl am Eingang als auch am Ausgang
des Filters verwendet. Dies erfordert jedoch eine Leistungsversorgung,
die getrennt gewonnen werden muss und kann daher zu einem Filter
führen,
das kostspielig ist und einen hohen Raumbedarf aufweist.
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Das
US-Patent 5 627 501 „Signal
Coupler with Automatic Common Line Attenuation Compensation" beschreibt einen
Signalkoppler zur Verwendung bei einer Leitung, die POTS- und ADSL-Verkehr überträgt, bei
dem eine eine veränderliche
Impedanz aufweisende Schaltung in Serie mit einem Tiefpassfilter
und dem POTS-Endgerät
angeordnet ist, wobei die Impedanzschaltung ein- oder ausgeschaltet
wird, um den nachteiligen Effekt zu einem Minimum zu machen, den
starke Signale auf das Filter-Betriebsverhalten
haben können.
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Es
besteht ein Bedarf an der Bereitstellung einer geeigneten Tiefpassfilterung
des POTS-Verkehrs zur Verhinderung einer Beeinträchtigung des xDSL-Verkehrs,
der in den Frequenzbändern
oberhalb der Sprachfrequenzen arbeitet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf die Schaffung eines verbesserten Splitter-
oder Teiler-Bauteils gerichtet.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Teiler
zum Trennen von Telefonvie-Verkehr von weiterem Verkehr geschaffen,
der eine höheres
Frequenzband belegt, wobei der Telefonverkehr Sprache- und Signalisierungsverkehr
umfasst und das Teilerbauteil Folgendes umfasst:
- – einen
Eingang zum Senden und Empfangen des Telefonie- und weiteren Verkehrs;
- – ein
Hochpassfilter (HPF), das mit dem Eingang gekoppelt ist, um den
weiteren Verkehr weiterzuleiten; und
- – ein
Tiefpassfilter (LPF), das mit dem Eingang zur Weiterleitung des
Telefonieverkehrs gekoppelt ist, wobei das Tiefpassfilter betreibbar
ist, um sein Filter-Ansprechverhalten
zwischen einem ersten Tiefpass-Ansprechverhalten zur Verwendung während des
Telefonie-Sprachverkehrs und einem zweiten stärker eingeschränkten Tiefpass-Ansprechverhalten
zur Verwendung während
zumindest eines Teils der Zeit zu ändern, zu der der Telefonie-Signalisierungsverkehr
vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Teiler weiterhin
einen Detektor (50; NLE; RL) zur Feststellung einer Eigenschaft
des Telefonie-Verkehrs und zur Änderung
des Filter-Ansprechverhaltens entsprechend der festgestellten Eigenschaft
umfasst.
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Das
zweite stärker
eingeschränkte
Tiefpass-Ansprechverhalten kann für die gesamte Zeit verwendet
werden, die durch Telefonie-Signalisierungsverkehr an dem Beginn
und am Ende von Signalisierungsverkehrs-Perioden belegt wird, oder
für irgendeine
andere Dauer.
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Es
wurde festgestellt, dass es unnötig
ist, ein sehr einschränkendes
Tiefpassfilter dauernd im Gebrauch zu haben. Ein Vorteil dieser
Anordnung besteht darin, dass während
des Spracheverkehrs ein Filter verwendet wird, das einen geringen
Verlust und eine gute Impedanzanpassung mit einem Telefonie-Endgerät oder einer
Leitungskarte ergibt, so dass nachteilige Auswirkungen auf das Rückhör- und Echo-Betriebsverhalten
zu einem Minimum gemacht werden, die die Sprachequalität eines
Benutzers beeinträchtigen
könnten.
Eine gute Impedanzanpassung ist möglich, weil das Filter lediglich
eine Konstruktion niedriger Ordnung erfordert. Der Frequenzgehalt
der Sprache ist durch die Sprache selbst und durch die Mikrofon-
und Audio-Kreise eines Endgerätes
beschränkt,
so dass ein Filter niedriger Ordnung eine ausreichende Filterung
ergeben kann. Während der
Signalisierung, beispielsweise einer Impulssignalisierung, wird
ein Filter mit einem stärker
eingeschränkten
Ansprechverhalten oder ein stärker
eingeschränkter
Frequenzgang verwendet, um Hochfrequenzkomponenten in der Signalisierung
zu dämpfen.
Es ist möglich,
ein Filter zu verwenden, das ein stärker eingeschränktes Ansprechverhalten
aufweist, weil die schlechtere Impedanzanpassung des stärker eingeschränkten Filters
zu dieser Zeit toleriert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass einfache Filter
verwendet werden können.
Es ist möglich,
vollständig
passive Bauteile zu verwenden, wodurch der Leistungsverbrauch zu einem
Minimum gemacht wird. Das Filter kann weiterhin klein und kostengünstig hergestellt
werden.
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Der
Spracheverkehr kann POTS-Verkehr sein, der Sprache von einem Benutzer
oder Daten von irgendeiner Endgeräte-Ausrüstung umfasst, wie z. B. einem
Faxgerät
oder einem Modem, das das Sprachband verwendet. Der weitere Verkehr
kann digitaler Teilnehmerleitungs-Verkehr, wie z. B. ADSL VDSL sein,
der die gleiche Leitung wie der Telefonie-Verkehr nutzt.
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Das
Hochpassfilter und das Tiefpassfilter des Teilers kann in einer
einzigen Einheit untergebracht werden, oder die Filter können körperlich
voneinander getrennt sein, wobei das Hochpassfilter in einer Leitung
installiert ist, die zu Ausrüstungen
führt, die
den weiteren Verkehr senden/empfangen, während das Tiefpassfilter in
einer Leitung installiert ist, die zu der Telefonieausrüstung führt. Es
können
mehrere Tiefpassfilter vorhanden sein, von denen eines in jeder
Leitung eingebaut ist, die zu Telefonieausrüstungen führt. Diese Anordnung ermöglicht eine
einfachere Installation von Ausrüstungen
und kann es einem Teilnehmer ermöglichen,
die Ausrüstung
selbst zu installieren.
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Vorzugsweise
kann das Tiefpassfilter-Ansprechverhalten entsprechend einem oder
mehreren der folgenden Eigenschaften geändert werden:
- – Amplitude
(Spannung oder Strom) des Telefonieverkehrs;
- – Änderungsgeschwindigkeit
der Amplitude (Spannung oder Strom) des Telefonieverkehrs;
- – Frequenzgehalt
des Telefonieverkehrs.
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Es
ist weiterhin möglich,
die unterschiedlichen Arten von POTS-Signalen als solche zu erfassen
und das Filter-Ansprechverhalten entsprechend dieser Feststellung
zu ändern.
Eine bevorzugte Art und Weise zur Änderung des Filter-Ansprechverhaltens
ist entsprechend der Amplitude des POTS-Verkehrs. Dies ist möglich, weil
die Signalisierung eine hohe Signalamplitude aufweist, während Sprache eine
niedrige Signalamplitude aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Art und
Weise zur Veränderung des
Filter-Ansprechverhaltens.
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Das
zweite stärker
eingeschränkte
Tiefpass-Ansprechverhalten kann eine niedrigere Grenzfrequenz, eine
steilere Abfallflanke oder eine Kombination dieser Merkmale aufweisen.
Die steilere Abfallflanke kann durch Ändern der Ordnung des Filters erzielt
werden.
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Das
Filter-Ansprechverhalten kann dadurch geändert werden, dass zwischen
ersten und zweiten Tiefpassfiltern gewählt wird, oder dass dauernd
ein erstes Tiefpassfilter verwendet wird und ein zweites Tiefpassfilter
zusätzlich
zu dem ersten verwendet wird, wenn dies erforderlich ist. Dieses
letztere Verfahren hat den Vorteil, dass es die Anzahl der erforderlichen
Filterelemente verringert, weil einige Filterelemente in beiden
Filtern verwendet werden.
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Der
Detektor kann in Serie mit zumindest einem der Filterelemente angeordnet
und betreibbar sein, um das zumindest eine Filterelement entsprechend
der festgestellten Eigenschaft des Telefonie-Verkehrs zu schalten.
Das Schalten kann dadurch erzielt werden, dass der Detektor seinen
Widerstand entsprechend der festgestellten Eigenschaften ändert, um
auf diese Weise das zumindest eine Element ein- oder auszuschalten.
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Vorzugsweise
hat der Detektor ein nichtlineares Widerstands-Ansprechverhalten.
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In
vorteilhafter Weise ist der Detektor eines der Elemente des Filters,
wie z. B. ein induktives Bauteil, das auf eine Änderung des Stromes anspricht.
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Ein
bevorzugtes Tiefpassfilter umfasst eine Induktivität, die im
Nebenschluss eine Parallelkombination eines ersten Kondensators
und einer Serienkombination eines zweiten Kondensators und eines nichtlinearen
Widerstandsbauteils aufweist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Tiefpassfilter umfasst eine Relaiswicklung,
die einen Nebenschluss in Form einer Parallelkombination aus einem
ersten Kondensator und einer Serienkombination aus einem zweiten
Kondensator und einem Schalter des Relais aufweist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Tiefpassfilter umfasst eine Relaiswicklung,
die einen Nebenschluss in Form einer Serienkombination eines Kondensators und
eines Schalters des Relais aufweist, wobei ein zweiter Kondensator
den Schalter überbrückt.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein Tiefpassfilter (LPF)
bereit, das einen Eingang zum Empfang von Telefonie-Verkehr aufweist, wobei
der Telefonie- Verkehr
Sprache- und Signalisierungsverkehr umfasst, wobei das Filter (LPF)
betreibbar ist, um den Telefonie-Verkehr weiterzuleiten und sein
Filter-Ansprechverhalten
zwischen einem ersten Tiefpassfilter-Ansprechverhalten zur Verwendung während des
Telefonie-Spracheverkehrs und einem zweiten stärker eingeschränkten Tiefpass-Ansprechverhalten
zur Verwendung während
zumindest eines Teils der Zeit zu ändern, zu der der Telefonie-Signalisierungsverkehr
vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter weiterhin
einen Detektor (50; NLE; RL) zur Feststellung einer Eigenschaft
des Telefonie-Verkehrs und zur Veränderung des Filter-Ansprechverhaltens
entsprechend der festgestellten Eigenschaften umfasst.
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Dieses
Tiefpassfilter kann irgendeines der bevorzugten Merkmale, die vorstehend
beschrieben wurden oder in der folgenden Beschreibung beschrieben
werden, einschließen.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ergibt ein Verfahren zum Betrieb
eines Teilers zum Trennen von Telefonie-Verkehr von weiterem Verkehr,
der ein höheres
Frequenzband belegt, wobei der Telefonie-Verkehr Sprache und Signalisierungsverkehr
umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- – Senden
oder Empfangen des Telefonie- und weiteren Verkehrs an einem Eingang
an das Teiler-Bauteil;
- – Trennen
des weiteren Verkehrs unter Verwendung eines mit dem Eingang gekoppelten
Hochpassfilters (HPF);
- – Trennen
des Telefonie-Verkehrs unter Verwendung eines mit dem Eingang gekoppelten
Tiefpassfilters (LPF); und
- – Ändern des
Filter-Ansprechverhaltens des Tiefpassfilters (LPF) zwischen einem
ersten Tiefpass-Ansprechverhalten, das während des Telefonie-Spracheverkehrs verwendet
wird, und einem zweiten stärker
eingeschränkten
Tiefpass-Ansprechverhalten, das während zumindest eines Teils
der Zeit verwendet wird, zu der Telefonie-Signalisierungsverkehr
vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Feststellung
einer Eigenschaft des Telefonieverkehrs und die Änderung des Filter-Ansprechverhaltens
entsprechend der festgestellten Eigenschaft umfasst.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ergibt ein Verfahren zum Betrieb
eines Tiefpassfilters (LPF), das einen Eingang zum Empfang von Telefonie-Verkehr
umfasst, wobei der Telefonie-Verkehr Sprache- und Signalisierungsverkehr
umfasst, wobei das Verfahren das Weiterleiten des Telefonie-Verkehrs
durch das Filter und die Änderung
des Filter-Ansprechverhaltens zwischen:
- – einem
ersten Tiefpass-Ansprechverhalten, das während des Telefonie-Sprachverkehrs verwendet
wird; und
- – einem
zweiten stärker
eingeschränkten
Tiefpass-Ansprechverhalten umfasst, das während zumindest eines Teils
der Zeit verwendet wird, zu der der Telefonie-Signalisierungsverkehr
vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin
die Feststellung einer Eigenschaft des Telefonie-Verkehrs und die Änderung des
Filter-Ansprechverhaltens entsprechend der festgestellten Eigenschaft
umfasst.
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Bevorzugte
Merkmale können
in geeigneter Weise kombiniert werden und sie können mit irgendwelchen der
Gesichtspunkte der Erfindung kombiniert werden, wie dies für einen
Fachmann naheliegend ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und um in Form eines Beispiels zu zeigen, wie sie ausgeführt werden
kann, werden nunmehr Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein Netzwerk zur Bereitstellung
von POTS- und Breitband-Diensten an einen Teilnehmer zeigt;
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2 zeigt, wie POTS- und ADSL-Verkehr über die
Leitung in dem Netz nach 1 übertragen wird;
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3 einen Teiler zur Verwendung
in dem Netz nach 1 zeigt;
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4A, 4B und 4C Arten
der POTS-Signalisierung zeigen, bei denen Signalübergänge auftreten;
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5 das Filter-Ansprechverhalten
für ein Filter
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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6 eine Art der Realisierung
eines ersten und zweiten Filter-Ansprechverhaltens zeigt;
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7A und 7B zwei weitere Möglichkeiten zur Realisierung
eines unterschiedlichen Filter-Ansprechverhaltens zeigen;
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8 ein Beispiel eines Filters
unter Verwendung eines nichtlinearen Elementes zeigt;
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9A und 9B Äquivalenzschaltungen
für das
Filter nach 8 bei unterschiedlichen
Signalamplituden zeigen;
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10 ein Ansprechverhalten
des nichtlinearen Elementes zeigt;
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11 ein Beispiel eines Filters
höherer Ordnung
zeigt;
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12 ein erstes Filter unter
Verwendung eines Strommesselementes zeigt;
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13 ein weiteres Filter unter
Verwendung eines Strommesselementes zeigt.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Netzwerk zur
Lieferung von digitalen Teilnehmerleitungs-Daten und üblicher POTS-Telefonie
an einen Teilnehmer-Standort. Telefoniesignale von dem POTS-Netz 10 kommen
an einer POTS-Leitungskarte 11 an der Vermittlung eines Telekommunikationsbetreibers
an. Datensignale von einem Breitband-Netz 12 kommen an
einer xDSL-Leitungskarte 13 an. Die POTS-Signale und die
xDSL-Signale werden
an einem Teiler 15 kombiniert, um über das gleiche Kabel 20 an
einen Kundenstandort geliefert zu werden. Das Kabel 20 ist
typischerweise ein verdrilltes Kupfer-Aderpaar. An dem Kundenstandort
trennt ein Teiler 25 die Telefoniesignale zur Lieferung
an ein Telefon 26 und die xDSL-Signale zur Lieferung an
ein DSL-Modem 27 und einen Computer oder andere Ausrüstungen 28.
Der Teiler kann eine einzige Einheit umfassen, wie dies durch die
Einheit 15, 25 gezeigt ist, oder die Komponenten des
Teilers, das heißt
ein Hochpassfilter und ein Tiefpassfilter, können getrennt sein, wie dies
durch die Filter 31, 32 gezeigt ist.
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Es
gibt verschiedene Techniken zur Lieferung der digitalen Daten zusammen
mit dem POTS-Verkehr. ADSL ist ein derartiges Verfahren zur Übertragung
von digitalen Daten mit hohen Bitraten über die vorhandenen installierten
verdrillten Aderpaare. Unter Bezugnahme auf 2 ist zu erkennen, dass ADSL digitale
Daten in einem Frequenzband oberhalb des Frequenzbandes überträgt, das
zur Übertragung
von POTS-Verkehr verwendet wird. ADSL verwendet typischerweise das
Frequenzband von 24 kHz–1,1
MHz. Üblicher
POTS-Verkehr verwendet typischerweise das Frequenzband von 300 Hz–3,4 oder
4 kHz. ADSL unterstützt
eine Kommunikation in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
durch Zuteilen bestimmter Frequenzbänder zu den Vorwärts- und
Rückwärtskanälen. Eine
Filterung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass der POTS-Verkehr
und der ADSL-Verkehr einander nicht stören.
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3 zeigt die Teilereinheit 15, 25 mit
weiteren Einzelheiten. POTS- und xDSL-Verkehr kommt an einem Eingang 34 des
Teilers über
ein Kabel 20 mit verdrillten Aderpaaren an. Ein Tiefpassfilter
LPF und ein Hochpassfilter HPF sind mit dem Eingang 34 gekoppelt.
Das Tiefpassfilter ist so ausgelegt, dass es lediglich den POTS-Verkehr
weiterleitet, und das Hochpassfilter ist so ausgelegt, dass es lediglich
den xDSL-Verkehr weiterleitet. Eine weitere Bedingung für das Tiefpassfilter
ist, dass es verhindern sollte, dass eine hohe Frequenz aufweisende
Signalübergänge, die
durch bestimmte Formen der POTS-Signalisierung hervorgerufen werden
können,
zu dem xDSL-Modem oder zur Leitung 20 gelangen könnten, wo
sie den xDSL-Verkehr stören
und eine Verfälschung
hervorrufen könnten.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist
zu erkennen, dass das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter des
Teilers getrennt sein können,
wobei das Hochpassfilter 32 in einer zu dem xDSL-Modem 27 führenden
Leitung installiert oder in das xDSL-Modem selbst eingefügt ist,
während
das Tiefpassfilter 31 in einer Leitung eingebaut ist, die
zu der Endgeräte-Ausrüstung 26 führt. Das Tiefpassfilter
kann die Form einer Einschleifeinrichtung aufweisen, die in die
Telefonleitung eingefügt
ist.
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Telefone
signalisieren mit Hilfe von zwei Verfahren, entweder (i) durch schnelles Ändern ihrer
Impedanz, was einen Impuls oder Signalübergang von der Leitungsspannung
aus hervorruft, was als Schleifenimpuls-Signalisierung bekannt ist,
oder (ii) durch gleichzeitiges Senden von zwei ausgewählten Sprachband-Tönen entlang
der Leitung, was als Zweiton-Mehrfrequenz-(DTMF-)Signalisierung
bekannt ist. Der Impuls oder Signalübergang, der durch die Schleifenimpuls-Signalisierung erzeugt
wird, kann Frequenzen außerhalb
des Sprachbandes enthalten, die ADSL stören könnten. Die 4A, 4B und 4C zeigen drei Fälle, in
denen Signalübergänge auftreten
können.
Erstens zeigt 4A ein
Telefon, dessen Handapparat ausgehängt wird. Die Leitungsspannung ändert sich
sehr schnell zwischen 50 Volt und ungefähr 10 Volt. Zweitens zeigt 4B eine Schleifenimpulswahl,
bei der ein Telefon eine erforderliche Telefonnummer dadurch signalisiert,
dass es die Schleifenverbindung herstellt und unterbricht. Dies
führt zu
einer Folge von eine scharfe Flanke aufweisenden Impulsen. 4C zeigt das „a-Ader-Rufen" bei dem eine Vermittlung
einen Rufton erzeugt, der der Leitungsspannung überlagert wird. Wenn ein Teilnehmer
den Handapparat abnimmt, ergibt sich ein plötzlicher Signalübergang 35,
der Hochfrequenzkomponenten hervorruft. Alle die gerade beschriebenen
Signalisierungsbeispiele enthalten scharfe Signalübergänge zwischen
einer hohen und einer niedrigen Spannung, die Hochfrequenzkomponenten
erzeugen können,
die eine Störung
des xDSL-Verkehrs ergeben können.
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Das
Tiefpassfilter, das in dem Teiler 15, 25 verwendet
wird, muss derart konstruiert sein, dass es das Betriebsverhalten
des Telefonie-Dienstes nicht beeinträchtigt. Die Hauptforderungen
an dieses Filter sind folgende:
- (i) das Filter
muss einen niedrigen Einfügungsverlust
aufweisen. Das heißt,
dass das Filter nicht in unpassender Weise die Telefoniesignale
dämpfen darf.
- (ii) Das Filter muss einen niedrigen Echodämpfungsgrad sowohl an einem
Eingang als auch seinem Ausgang haben. Die Echodämpfung ist ein Maß der Fähigkeit
des Filters, Leistung zu reflektieren. In idealer Weise ist das
Filter perfekt an die Übertragungsleitung
und die Endgeräte-Ausrüstung angepasst,
mit der es gekoppelt ist, und reflektiert daher keine Leistung.
Ein schlechtes Filter-Echodämpfungsmaß ruft Echos
auf der Leitung hervor, die für
einen Teilnehmer störend
sind und die weiterhin eine Änderung
des Rückhörtonpegels
hervorrufen, der von einem Teilnehmer gehört wird, das heißt das Ausmaß, in dem
eine Person seine eigene Sprache hört, wenn sie an einer Telefonunterhaltung
beteiligt ist.
- (iii) Das Filter muss an die Impedanz der Leitung und des Telefons
so eng wie möglich
angepasst sein.
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Weiterhin
ist es erforderlich, dass:
- (iv) das Filter
die Rufspannung von bis zu 80 Veff ohne Durchbruch weiterleitet,
- (v) das Filter die Leitungs-Gleichspannung von bis zu 100 V
ohne Durchbruch weiterleitet,
- (vi) das Filter einen Gleichstrom von 50 mA ohne Sättigung
aufnimmt,
- (vii) das Filter eine geringe Auswirkung auf die Brauchbarkeit üblicher
POTS-Leitungsprüfsysteme
hat,
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Die
Forderung nach geringen Verlusten erfordert die Verwendung von verlustlosen
reaktiven Komponenten (Induktivitäten und Kondensatoren). Dies
macht es zwingend erforderlich, dass die Abschlussimpedanz des Filters
ein Ohm'scher Widerstand
ist. Ein verlustloses LC-Filter verhält sich weitgehend wie eine
verlustlose LC-Übertragungsleitung in
dem Durchlassbereich, wobei die charakteristische Impedanz ein reiner
Widerstand ist und durch die folgende Gleichung gegeben ist: Z0 = √(L/C)
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Weil
die Übertragungsleitung
bei Sprachbandfrequenzen nicht verlustlos ist, ist die charakteristische
Impedanz oder der Wellenwiderstand von Übertragungsleitungen und Endgeräte-Ausrüstungen
komplex, so dass für
ein gutes Echodämpfungsmaß die Abschlussimpedanz
hieran angepasst sein muss und ebenfalls komplex sein muss. Ein
festes Filter, das in ausreichender Weise die hohen Frequenzen der
Impulse dämpft,
die durch Telefone in der Schleifenimpuls-Signalisierung erzeugt
werden, muss ein scharfes Filter-Ansprechverhalten und damit einen
Aufbau hoher Ordnung haben. Dieser Grad der Filterung transformiert
die Impedanz des Einganges des Filters in erheblichem Ausmaß, so dass
die Ausgangsimpedanz eine schlechte Anpassung darstellt, und daher
ein schlechtes Echodämpfungsmaß hervorruft.
Obwohl Signalisierungs-Signalübergänge in ausreichender
Weise gedämpft
werden, wird das Sprache-Verhalten in ungeeigneter Weise beeinträchtigt.
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Ein
Filter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ändert
sein Frequenz-Ansprechverhalten oder
seinen Frequenzgang in Abhängigkeit
davon, ob Sprache oder Signalisierung über die POTS-Leitung übertragen
wird. 5 zeigt zwei Beispiele,
wie der Frequenzgang des Tiefpassfilters geändert werden kann. Der Frequenzgang
ist als eine grafische Darstellung des Einfügungsverlustes gegenüber der Frequenz
gezeigt. Der Frequenzgang, der mit 40 bezeichnet ist, entspricht
dem Filter-Frequenzgang, der verwendet wird, wenn Spracheverkehr über die
Leitung übertragen
wird. Ein 3 dB-Punkt fV von oberhalb von
4 kHz wird bevorzugt, damit die Echodämpfung über das Sprachband ausreichend
ist. Dies erfordert einen 3 dB-Punkt
von ungefähr
8 kHz für
ein Filter zweiter Ordnung. Der zweite Frequenzgang, der mit 41 bezeichnet
ist, entspricht dem Tiefpass-Frequenzgang, der verwendet wird, wenn
eine POTS-Schleifenimpulssignalisierung über die Leitung übertragen wird.
Der Frequenzgang 41 hat eine niedrigere Grenzfrequenz fLD, die so ausgelegt ist, dass die Signalisierungsimpulse
in ausreichender Weise unverfälscht
weitergeleitet werden und irgendwelche Hochfrequenzkomponenten,
die durch Signalübergänge in der
Signalisierung hervorgerufen werden, ausreichend gedämpft werden.
In der Praxis erfordert dies, dass den Schleifenimpuls-Signalisierungsimpulsen
eine Anstiegszeit von wenigen Millisekunden gegeben wird. Eine alternative
Form für
den zweiten Frequenzgang ist durch die gestrichelte Linie 42 gezeigt.
Hier hat anstelle einer niedrigeren Grenzfrequenz der Filter-Frequenzgang
eine steilere Abfallflanke.
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Der
Tiefpassfilter-Frequenzgang 40, der während des Spracheverkehrs verwendet
wird, kann durch ein Filter mit ziemlich niedriger Ordnung erzielt werden,
beispielsweise ein Filter zweiter Ordnung, das die Impedanz wesentlich
weniger transformiert, als ein festes Filter höherer Ordnung, so dass die Ausgangsimpedanz
des Filters ähnlich
der Endgeräte-Lastimpedanz
ist und die Echodämpfung
ausreichend ist. Weiterhin sind die Sprachbandsignale, die zu dieser
Zeit übertragen
werden, sowohl von niedriger Amplitude als auch von Natur aus bandbegrenzt, und
zwar aufgrund des Frequenzganges der Sprache selbst und des Mikrofons
und der Tonfrequenz-Schaltungen eines Endgerätes. Somit ist für eine unbeeinträchtigte
xDSL-Kommunikation während
einer Spracheaktivität
ein Filter niedriger Ordnung alles, was erforderlich ist. Während der
Schleifenimpuls-Signalisierung, wenn der Tiefpassfilter-Frequenzgang 41 verwendet
wird, ergeben sich wesentlich geringere Anforderungen an die Echodämpfung.
Dies ergibt sich daraus, dass eine Person zu dieser Zeit nicht spricht,
so dass die Anforderungen an einen geeigneten Pegel des Rückhörtons und ein
minimales Echo nicht erforderlich sind. Daher kann ein Filter höherer Ordnung
oder ein Filter mit einer niedrigeren Grenzfrequenz verwendet werden. Dieses
Filter könnte
weiterhin verlustbehaftete Elemente einschließen.
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Das
Tiefpassfilter hat in beiden Zuständen eine hohe Eingangsimpedanz
bei den für
xDSL verwendeten Frequenzen und stört daher den Betrieb der Hochpassfilter-
und xDSL-Signalkette nicht.
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Die 6, 7A und 7B zeigen
alternative Möglichkeiten
zur Erzielung der zwei unterschiedlichen Frequenzgänge. In 6 werden ein erstes Tiefpassfilter
LPF (A) und ein zweites Tiefpassfilter LPF (B) alternativ in Abhängigkeit
von im erforderlichen Filterfrequenzgang in Betrieb gesetzt. In 7A ist ein erstes Tiefpassfilter
(A) dauernd in Betrieb, und ein zweites Tiefpassfilter (B) oder
ein oder mehrere Filterelemente werden parallel zu dem ersten Filter
eingeschaltet, um den zweiten Frequenzgang hervorzurufen. In 7B ist das erste Tiefpassfilter
(A) ebenfalls dauernd in Betrieb, und ein zweites Tiefpassfilter
(B) oder ein oder mehrere Filterelemente werden in Serie mit dem
ersten Filter geschaltet, um den zweiten Frequenzgang hervorzurufen.
In jeder Anordnung ist irgendeine Form eines Detektors erforderlich,
um festzustellen, wann der Filter-Frequenzgang geändert werden
sollte. Ein Detektor kann in Serie mit der Leitung angeordnet werden,
wie dies durch den Detektor 50 gezeigt ist, oder im Nebenschluss
längs der
Leitung, wie dies durch den Detektor 51 gezeigt ist. Der
Detektor gibt ein Steuersignal CTRL ab, das den Zustand eines Schalterbauteils 52 steuert.
Der Detektorausgang kann einer Vergleichereinrichtung zum Vergleich
mit einem Bezugspegel zugeführt
werden, der einen Zustand darstellt, bei dem der Filter-Frequenzgang
geändert
werden sollte.
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Das
Schalterbauteil kann ein elektrischer oder elektronischer Schalter,
wie z. B. ein Transistor oder Thyristor oder ein Schalter sein,
der einer Relaiswicklung zugeordnet ist.
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Eine
vereinfachte Anordnung, die besonders für die Konfiguration nach 7A oder 7B geeignet ist, beinhaltet den Detektor
in dem Filter (B). Die Detektor- und Schalterfunktionen können dadurch
kombiniert werden, dass ein Bauteil verwendet wird, das sich hinsichtlich
seines Widerstandes in Abhängigkeit
von irgendeiner Eigenschaft des Telefonie-Verkehrs ändert, wodurch
eine Schaltfunktion ausgeführt
wird.
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Der
Detektor kann eine oder mehrere der Eigenschaften des POTS-Verkehrs
erfassen und dies dazu verwenden, eine Entscheidung herbeizuführen, wann
der Filterfrequenzgang geändert
werden sollte. Geeignete Eigenschaften des POTS-Verkehrs schließen Folgendes ein:
- (i) die absolute Signalamplitude (Spannung oder Strom) – der Filter-Frequenzgang wird
geändert, wenn
die Spannungs- oder Stromamplitude über einen bestimmten Schwellenwertpegel
ansteigt oder absinkt. POTS-Sprachsignale und die POTS-Schleifenimpuls-Signalisierung
haben unterschiedliche Amplituden. Dies ermöglicht eine einfache Weise
der Feststellung, wann der Filter-Frequenzgang geändert werden
sollte.
- (ii) die Änderungsgeschwindigkeit
der Signalamplitude (Spannung oder Strom) der Filter-Frequenzgang
wird geändert,
wenn die Änderungsgeschwindigkeit
der Spannung oder des Stromes über
einen bestimmten Schwellenwertpegel ansteigt oder unter diesen absinkt.
- (iii) den Signalfrequenz-Inhalt, der durch die Änderungsgeschwindigkeit
der Spannung oder des Stromes hervorgerufen wird – der Filter-Frequenzgang
wird geändert,
wenn der Hochfrequenz-Gehalt, der einen Signalisierungs-Signalübergang
darstellt, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, oder wenn die Änderungsgeschwindigkeit
des Frequenzgehaltes einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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8 zeigt ein Beispiel eines
Tiefpassfilters, dessen Frequenzgang geändert werden kann. Dieses Filter
spricht auf Änderungen
der Amplitude der Spannung an der Leitung an. Das Filter ist ein
Filter zweiter Ordnung mit einer Induktivität L und ersten und zweiten
Kondensatoren C1 und C2. Die Induktivität L ist auf der Leitungsseite
des Filters angeordnet, um eine hohe Impedanz bei hohen Frequenzen zu
schaffen. Der Kondensator C2 ist in Serie mit einem nichtlinearen
Element NLE angeordnet, dessen Ansprechverhalten sich in einer nichtlinearen
Weise entsprechend der Spannung an der Leitung ändert. Dieses eine nichtlineare
Abhängigkeit
von der Spannung aufweisende Element NLE kann in einer Anzahl von
Arten aufgebaut werden, wie z. B. in Form eines Paares von Rücken an
Rücken
geschalteten Zenerdioden, oder durch ein Spitzenspannungs-Unterdrückungsbauteil,
wie z. B. ein Bauteil der HARRIS SEMICONDUCTOR ML-Serie, oder eine
geeignete Transistoranordnung. Die gezeigte Anordnung ist besonders
vorteilhaft, weil die Erfassung der Signalamplitude und das „Schalten" durch ein einziges Bauteil
durchgeführt
wird, das in Serie mit dem Filterelement C2 angeordnet ist.
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10 zeigt das Betriebsverhalten
des nichtlinearen Bauteils, das den Strom gegenüber der Spannung zeigt. Oberhalb
einer bestimmten Schwellenwert-Spannung steigt der Strom scharf
an. Die Wirkung des nichtlinearen Elementes besteht darin, dass
für eine
niedrige Amplitude aufweisende Signale, wie z. B. Sprache, das NLE
einen hohen Widerstand aufweist und daher der Kondensator C2 nicht aktiv
ist. Bei eine hohe Amplitude aufweisenden Signalen, wie z. B. der
POTS-Schleifenimpuls-Signalisierung
weist das NLE einen niedrigen Widerstand auf, so dass der Kondensator
C2 aktiv ist und einen Teil des Tiefpassfilters bildet. 9A zeigt die Äquivalenzschaltung
für das
Tiefpassfilter mit Signalen mit niedriger Amplitude, wobei lediglich
die Induktivität
L und der Kondensator C1 verwendet werden. 9B zeigt die Äquivalenzschaltung für das Tiefpassfilter
bei eine hohe Amplitude aufweisenden Signalen, wobei die Induktivität L und
die parallel geschalteten Kondensatoren C1 und C2 im Betrieb sind,
wodurch die Grenzfrequenz des Filters verringert wird.
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Sprache
hat typischerweise eine Amplitude von 300 mVeff, und Modemdaten
in dem Sprachband haben typischerweise eine Amplitude von 700 mVeff. Die
Schleifenimpuls-Signalisierung ändert
sich zwischen ungefähr
10 V und 50 oder 63 V. Ein geeigneter Schwellenwert für das nichtlineare
Element (NLE) und eine Durchbruchspannung für die Zenerdioden, die dieses
NLE bilden, ist 3,5 V.
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11 zeigt ein aufwändigeres
Tiefpassfilter, bei dem Kondensatoren C2, C3, C4 verwendet werden,
wenn das nichtlineare Element NLE sich im Zustand mit niedriger Impedanz
befindet. In diesem Beispiel ändert
sich das Filter von einem Filter niedriger Ordnung zu einem Filter
höherer
Ordnung.
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Alternativ
kann ein Bauteil, das seine Impedanz mit dem Strom ändert, verwendet
werden. Die 12 und 13 zeigen Beispiele von Tiefpassfiltern zweiter
Ordnung, bei denen Strommessrelais verwendet werden. In 12 umfasst das Tiefpassfilter eine
Relaiswicklung RL, einen Kondensator C1 und eine Serienanordnung
des Relaiskontaktes SW und eines zweiten Kondensators C2. Bei eine
niedrige Amplitude aufweisenden Sprachsignalen ist der Schalter
SW offen, so dass das Filter nur die Relaiswicklung RL und den Kondensator
C1 umfasst. Während
der eine hohe Amplitude aufweisenden Signalisierung schließt der Schalter
SW, und das Filter umfasst die Relaiswicklung RL und die Parallelkombination
der Kondensatoren C1 und C2. Wenn eine unzureichende Induktivität durch
die Relaiswicklung zur Verfügung
gestellt wird, so kann eine weitere Induktivität in Serie mit der Relaiswicklung
geschaltet werden.
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13 zeigt eine alternative
Anordnung, bei der der Kondensator C1 parallel zu dem Schalterkontakt
SW geschaltet ist. Während
Spracheverkehrs ist der Schalterkontakt SW normalerweise offen,
so dass die Relaiswicklung RL und die Serienkombination der Kondensatoren
C1 und C2 in Betrieb sind. Während
der eine hohe Amplitude aufweisenden Signalisierung wird der Schalterkontakt
SW geschlossen, so dass das Filter nur die Relaiswicklung RL und C2
umfasst.
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Ein
geeignetes Relais ist ein Telefonleitungs-Strommess-Reed-Relais
vom Typ 55, das von der Firma ERG COMPONENT hergestellt wird, und das
einen Wicklungswiderstand von 6 Ohm haben, und bei Strömen von
weniger als 15 mA schalten kann.
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Wenn
die Änderungsgeschwindigkeit
des Stromes zur Änderung
des Filterfrequenzganges verwendet wird, so kann ein Impulstransformator
in Serie mit der Leitung geschaltet werden, wobei der Ausgang des
Impulstransformators einen Transistorschalter speist, der in Serie
mit einem Kondensator oder anderem Element des Filters angeordnet
ist. Der Impulstransformator spricht auf eine Änderungsgeschwindigkeit des
Stromes, das heißt
einen Signalübergang,
an und triggert den Transistor, um den Kondensator in der erforderlichen
Weise ein- oder auszuschalten.
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Ein
weiteres Verfahren zur Änderung
des Filterfrequenzganges ist eine Induktivität, deren Wert sich mit dem
Strom aufgrund der Sättigung
des Feldes in dem Ferritmaterial der Induktivität ändert.
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Wenn
polaritätsabhängige Kondensatoren verwendet
werden, wie z. B. Elektrolytkondensatoren, so kann es erforderlich
sein, den Kondensator in eine Brückengleichrichterschaltung
zu schalten, damit der Kondensator nicht beschädigt wird.