DE69121824T2

DE69121824T2 - Kabelnetzwerk und Modemeinrichtung für ein solches Netzwerk

Info

Publication number: DE69121824T2
Application number: DE69121824T
Authority: DE
Inventors: Bernard Lamy
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: EP0480502A3; EP0480502A2; EP0480502B1; JP3221700B2; JPH06343075A; US5446918A; ATE142394T1; FR2667750A1; DE69121824D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verzweigtes, interaktives Kabelnetz für die Verbindung von mit einer Modemvorrichtung versehenen Sende-Empfangs- Geräten, die in Sendebetrieb in einem ersten Frequenzbereich, d.h. mit einer ersten Trägerfrequenz, und in Empfangsbetrieb in einem zweiten Frequenzbereich, d.h. mit einer zweiten Trägerfrequenz arbeiten, wobei jeder der beiden besagten Frequenzbereiche in eine Vielzahl an Unter-Frequenzbereiche unterteilt ist, die jeweils eine unterschiedliche Trägerfrequenz verwenden, und die Gesamtheit der Geräte mit einem Zentralrechner mit wenigstens einer Kopf-Modemvorrichtung verbunden sind.
Ein solches Netz wird z.B. für die Übertragung von Fernseh- oder Radioprogrammen an Teilnehmer verwendet, unter Ermöglichung der Übertragung und Verarbeitung "rücklaufender" digitaler Daten von den Teilnehmern in Richtung Hauptnetz.
Eines der Schlüsselelemente eines solchen Systems ist die Entwicklung von spezifischen Zweirichtungs-Modemvorrichtungen, die Erfindung betrifft folglich zugleich die Modemvorrichtungen eines solchen Netzes.
Ein der obenstehenden Einleitung entsprechendes Netz wird in dem Artikel von K. Prasad beschrieben : "Design of 'Transnet' a special local area network", 11. IEEE-Konferenz über Lecal Computer Networks vom 6. bis 8. Okt.1986; IEEE New York, US; Seiten 46-55. Laut diesem Dokument wird ein verzweigtes Netz für verschiedene Anwendungen verwendet ("TV, Datenübertragung, Sprachsysteme"). Es gibt einen Frequenzbereich für ausgehende Kanäle ("outbound"), und einen anderen Frequenzbereich für eingehende Kanäle ("inbound"), wobei jeder der Informationswege einen spezifischen Unter-Frequenzbereich verwendet (in dem Dokument mit "channel" bezeichnet). Es wird allerdings derselbe physische Kanal für alle Kanäle verwendet. Aufgrund des breiten Bands eines solchen gemeinsamen Kanals ist das Geräusch beträchtlich, und die korrekte Demodulierung der rücklaufenden Informationen kann insbesondere aufgrund der Tatsache schwierig sein, da die rücklaufenden Wege mehr vom Geräusch als von den gesendeten Wegen verunreinigt werden, da das Netz in dieser Richtung aus einer Antenne und einem Kollektor für Geräusche aller Art gebildet wird.
Ein Ziel der Erfindung ist die Eindämmung dieses Nachteils.
Leut der Erfindung ist jedes Sende-Empfangs-Gerät dazu vorgesehen, ein Femseh- oder Radioprogramm zu empfangen, der Zentralrechner ist für jeden der Unter-Frequenzbereiche mit einer Kopf-Modemvorrichtung versehen, und mehrere Geräte eines selben Unter-Frequenzbereichs, d.h., die mit demselben Trägerfrequenzpaar arbeiten, sind mit einer selben Kopf-Modemvorrichtung verbunden, und für jede dieser Vorrichtungen ist die Trägerfrequenz des ersten Bereichs mit der Trägerfrequenz des zweiten Bereichs gepaart, während der Zentralrechner mit Mitteln versehen ist, der Reihe nach die Geräte eines selben Unter-Frequenzbereichs nach einem Kreis-Sondierungsverfahren zu befragen.
Somit bildet jedes der Modems einen physischen Kanal, wobei die Breite des Bands und das Geräusch in bezug auf das vermindert wird, was für die gesamte Breite für die Gesamtheit an Kanälen erforderlich wäre. Aufgrund der Tatsache, daß mehrere Geräte einen selben Unter-Frequenzbereich verwenden, ist die Anzahl verschiedener Modems nicht zu groß. Und die Tatsache, daß die Geräte der Reihe nach, nach einem "Polling"-Verfahren befragt werden, ermöglicht die individuelle Behandlung jedes der Geräte eines Unter-Frequenzbereichs.
A priori wäre es erforderlich, für jeden der Unter-Frequenzbereiche über ein Modem unterschiedlichen Typs zu verfügen. Man müßte also eine große Anzahl Modemvorrichtungen verschiedenen Typs herstellen und einen diversifizierten Speicher verwalten. Folglich hat man versucht, eine Modemvorrichtung zu erhalten, die sich an die möglichen unterschiedlichen Unter-Frequenzbereiche anpassen kann. Dies ermöglicht außerdem eine dynamische Frequenzzuteilung : Wenn in einem Unter- Frequenzbereich der rücklaufende Weg besonders beeinträchtigt ist, ist es möglich, den Unter-Frequenzbereich zu wechseln.
Dafür wird eine Kopf-Modemvorrichtung mit Mitteln zur Erfassung der Empfangsqualität der aus den Geräten kommenden Signale, mit Mitteln zur Bestimmung einer neuen, bei unzureichender Qualität zu verwendenden Frequenz und mit Mitteln für die Einfügung von Informationen in das zu den besagten Geräten gesendeten Signals versehen, die die neue zu verwendende Frequenz angeben.
Die Messung der Fehlerquote mit Korrekturkodes, die beim Senden verwendet werden (und die Erfassung der Fehler beim Empfang ermöglichen), ist bekannt. Dies ist jedoch nur unter Verwendung solcher Kodes möglich. Die Erfindung ermöglicht eine Bewertung der Fehlerquote jedes Digitalsignals.
Zu diesem Zweck enthalten die Mittel zur Erfassung der Empfangsqualität laut der Erfindung eine Zeitbasis, die Zeitfenster mit einer Breite bereitstellen, die etwa einem Viertel einer Bit-Zeit entsprechen und auf die vermuteten Übergangszeitpunkte des Augendiagramms ausgerichtet sind, einen Detektor zur Erfassung eines außerhalb dieser Fenster befindlichen Signalübergangs und einen Zähler zum Zählen der Anzahl Erfassungen solcher Übergänge, wobei der Zähler für eine vorbestimmte Anzahl Erfassungen ein Signal unzureichender Qualität liefert.
Derartige Mittel können sehr einfach erstellt werden : Es genügt, sie mit der Phasenverriegelungsschleife zu verbinden, die der Taktwiederherstellung im Hauptnetz dient.
Jede Kopf-Modemvorrichtung ist vorzugsweise mit Mitteln versehen, um in das zu den besagten Geräten gesendete Signal Erkennungsdaten einzufügen, die der Synchronisation der Frequenzen der Modemvorrichtungen der besagten Geräte in bezug auf die der Kopf-Modemvorrichtungen dienen.
So ist die Erstellung des dezentralen Oszillators in den Modemvorrichtungen der Teilnehmer aufgrund der Tatsache kostengünstiger, da sie aufgrund der Synchronisierung durch die Kopf-Modemvorrichtung keine hohe interne Präzision erfordern. Dazu kann die Taktwiederherstellungsschaltung auf dem Niveau der Kopf-Modemvorrichtung vereinfacht werden, da die Frequenz genau bekannt ist und nur die (insbesondere von der Kabellänge abhängende) Phase der rücklaufenden Daten zu erfassen ist.
In einem überlagernden Empfänger mit dezentralem Oszillator und zum Unterschied zwischen der erhaltenen Trägerfrequenz und der Zwischenfrequenz gleicher Frequenz ist u.a. aus dem Auszug des japanischen Patents 58-210728 die Verwendung der dezentralen Oszillatorfrequenz als Trägerfrequenz für die Sendung bekannt, um die Notwendigkeit zu vermeiden, zwei unterschiedliche Oszillatoren zu verwenden, was kostenspielig wäre. Allerdings wird beim vorliegenden Fall gewünscht, daß sich die Sende- und Empfangsfrequenzen in relativ entfernten Frequenzbereichen befinden : Die Verwendung dieser bekannten Struktur ist folglich nicht möglich, und folglich müßte für jede der jeweiligen Sende- und Empfangsfrequenzen ein Ur-Oszillator vorgesehen werden.
Zur Vermeidung dieses Nachteils in einer Modemvorrichtung eines Kabelnetzgeräts laut der Erfindung, die beim Senden in einem ersten Unter- Frequenzbereich und beim Empfang in einem zweiten Unter-Frequenzbereich arbeitet und in dem besagten Gerät mit einem Sender-Empfänger verbunden ist, der unter Verwendung einer Zwischenfrequenz ein überlagerndes Empfangsteil enthält, ist der Wert der Sendefrequenz gleich dem Wert der Empfangsfrequenz plus oder minus einer Ganzzahl mal dem Wert der besagten Zwischenfrequenz, wobei das Ganze durch eine zweite Ganzzahl dividiert wird.
Wenn eine Modemvorrichtung im Frequenzbereich 10-30 MHz sendet und im Frequenzbereich 47-87 MHz empfängt, unter Verwendung der Zwischenfrequenz 10,7 MHz, ist die besagte erste Ganzzahl vorzugsweise gleich eins, und die besagte zweite Ganzzahl gleich drei.
So können die Frequenzen in den vorgesehenen Frequenzbereichen zugeführt werden und gleichzeitig das gewünschte Verhältnis zwischen den Frequenzen eingehalten werden.
Eine Modemvorrichtung laut der Erfindung ist bemerkenswert, da sie außerdem einen zweiten Oszillator mit einer steuerbaren Frequenz und eine Warnschaltung mit einem Eingang für ein zu regelndes Signal enthält, das unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen dem an den besagten Eingang zugeführten Frequenzsignal und einer Referenzfrequenz ein Frequenzsteuersignal für den zweiten Oszillators liefert, da die Signale der beiden Oszillatoren jeweils an zwei Eingänge eines Mischer zugeführt werden, wobei das gemischte Signal einer Frequenzweiche zugeführt wird, deren ausgebendes Signal dem Eingang der Warnschaltung zugeführt wird, und, da das Signal des besagten zweiten Oszillators einer Frequenzweiche zugeführt wird, um an deren Ausgang das Signal zur Sendefrequenz der Modemvorrichtung zu liefern.
So kann ein selber Frequenzreferenz zugleich für die Erzeugung der Sendefrequenz und für die Anpassung an die Empfangsfrequenz verwendet werden, d.h. für die Erzeugung der Zwischenfrequenz des Empfängers.
Eine Modemvorrichtung laut der Erfindung ist vorzugsweise mit Mitteln zur Ausrichtung der Frequenz des ersten dezentralen Oszillators auf den binären Takt der Daten aus der Kopf-Modemvorrichtung versehen.
Somit ist der mittlere Frequenzfehler des dezentralen Oszillators mathematisch null, womit seine Phasenkorrektur sehr schnell erreicht werden kann und seine Temperaturabweichung annuliert wird.
Eine Modemvorrichtung laut der Erfindung, die von einer Kopf- Modemvorrichtung mit wahlweisem Abruf abgefragt wird, was die Möglichkeit der Übergehung der zu einem bestimmten Zeitpunkt "wortlosen" Trägerfrequenzen des Modems beinhaltet, ist vorzugsweise mit einer Servoregulierung der Amplitude der Sendeträgerfrequenz versehen, und diese Schaltung mit Mitteln, um für die besagte Amplitude mindestens zwei vorbestimmte Nennwerte zu liefern, und mit Mitteln, damit der Übergang von einem zum anderen dieser Werte in einer vorbestimmten Übergangszeit stattfindet.
So vermeidet man die Verunreinigung der rücklaufenden Wege durch die Schaltübergänge aufgrund des aufeinanderfolgenden Ausschaltens und Einschaltens der Trägerfrequenz, und zugleich wird jegliche Amplitudenschwingung aufgrund der vorhandenen Filter unterbunden.
Eine Modemvorrichtung laut der Erfindung ist vorzugsweise mit Mitteln zur Dekodierung einer Information in einem von der Kopf-Modemvorrichtung erhaltenen Signal über den zu verwendenden Unter-Frequenzbereich und mit Mitteln zur Angleichung ihrer Sendefrequenz in bezug auf diesen Befehl versehen.
Dies ermöglicht die Frequenzangleichung auf dem Niveau der Geräte in bezug auf die Verunreinigung des rücklaufenden Wegs, obwohl sie auf diesem Niveau unbekannt ist.
Fur die Vereinfachung des Baus kann in einer Modemvorrichtung die Sendemodulierung zur Erzeugung der Sende-Trägerfrequenz direkt am zweiten Oszillator vorgenommen werden. Dann stellt sich ein Problem : Um das Spektrum der übertragenen Daten nicht zu beeinträchtigen muß die Zeitkonstante der diesen zweiten Oszillator steuernden Phasenverriegelungsschleife sehr hoch sein, doch aufgrund der Tatsache, daß die Frequenzen der Modemvorrichtungen in einem relativ breiten Frequenzbereich angleichbar sein müssen, ist das Erlangen einer die Beeinträchtigung der Zeitkonstante zufriedenstellenden stabilen Schleife nicht möglich. Eine bekannte Lösung besteht in der Verwendung mehrerer Oszillatoren zur Umwandlung aller Unter- Frequenzbereiche : diese Lösung ist kostenspielig.
Zur Lösung dieses Problems laut der Erfindung wird der zweite Oszillator mit einer Frequenzwarnschaltung mit einem Tiefpaßfilter mit regelbarer Zeitkonstante versehen. Dieser Tiefpaßfilter kann vorzugsweise von einem Unterbrecher, gefolgt von einer Kapazität gebildet werden, wobei der Unterbrecher von einem Impuls konstanter Dauer gesteuert wird, ausgelöst durch das Signal eines Hilfsoszillators.
Die Variationsmöglichkeit der Zeitkonstanten ist außerdem sehr hilfreich für die Einschwingung der Schleife.
Die statistische Streuung der sogenannten "Varicap"-Diodenwerte, die auf bekannte Weise zur Variierung der Oszillatorfrequenz verwendet werden, stellt ein anderes Problem : die Modulationsquote ist variationsanfällig.
Zur Eindämmung dieses Nachteils ist eine Modemvorrichtung laut der Erfindung bemerkenswert, da sie einen Frequenzdemodulator zur Demodulierung ihrer eigenen Zwischenfrequenz enthält.
Dies ermöglicht es, die Modulationsquote zu kennen, und sie dementsprechend zu regeln, damit sie konstant bleibt.
Der besagte Demodulator kann vorzugsweise mit zwei Zweigen versehen werden, deren ausgehenden Signale multipliziert werden, wobei ein erster Zweig einen auf den nominalen Mittelwert der Zwischenfrequenz ausgerichteten Tiefpaßfilter, und der zweite Zweig ein Phasenverschiebungsnetz enthält, um eine Phasenverschiebung einzubringen, die der vom Filter im ersten Zweig erzeugten gleich ist.
Ein solcher Demodulator hat eine mittelmäßige Linearität, was jedoch für die vorgesehene Verwendung keine Bedeutung hat. Dagegen ist er preisgünstig und sensibel und verfügt über eine hohe Umwandlungsquote und eine gute Temperaturstabilität.
Die folgende Beschreibung gibt hinsichtlich der beigefügten Zeichnungen nicht begrenzende Beispiele und macht eine mögliche Herstellungsform der Erfindung leicht verständlich.
Abbildung 1 stellt ein schematisches Kabelnetz dar.
Abbildung 2 stellt ein Augendiagramm dar zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer Erfassungsvorrichtung der Empfangsqualität.
Abbildung 3 ist ein Schaltplan eines Frequenzgenerators zur Verwendung in einer Modemvorrichtung.
Abbildung 4 ist ein Plan der Frequenzen, an den Hauptelementen des Systems mit Referenzen bezeichnet.
Abbildung 5 ist ein Plan einer Servoregulierschaltung der Amplitude der Sende-Trägerfrequenz.
Abbildung 6 ist ein Plan einer Synchronisationsschaltung der Zeitbasen zwischen einer Kopf-Modemvorrichtung und einer Teilnehmer-Modemvorrichtung.
Abbildung 7 ist ein Plan einer Frequenzwarnschaltung mit einem Tiefpaßfilter mit regelbaren Zeitvariablen.
Abbildung 8 ist ein Schaltplan eines Frequenzdemodulators.
Das Kabelnetz der Abbildung 1 dient der Informationsüberiragung (z.B. Fernseh- oder Radioprogramme) von einem Zentralrechner 14 am Kopf des Netzes an eine gewisse Anzahl Geräte angeschlossener Teilnehmer 15. Es ist verzweigt, d.h., es weist aufeinanderfolgende "Weichen" 17 zwischen dem Kopf und den Teilnehmern auf. Der Zentralrechner 14 ist mit mehreren Modemvorrichtungen 13, sogenannten Kopfmodems versehen, die jeweils ein Teilsystem 16 an Teilnehmergeräten versorgen. Jedes Teilnehmergerät ist für den Empfang und das Senden von Informationen geeignet, wofür es mit einer Modemvorrichtung, dem sogenannten Teilnehmermodem ausgerüstet ist.
Dieses System ist interaktiv, d.h., es ermöglicht die Übertragung und die Verarbeitung "rücklaufender" digitaler Daten von den Teilnehmern zum Kopf des Netzes. Im vorliegenden Beispiel verwenden diese Daten den Frequenzbereich 10- MHz Das System ermöglicht außerdem die Übertragung von Daten in "vorlaufende" Richtung : Im vorliegenden Beispiel verwendet es dafür den Frequenzbereich 47-87 MHz.
Das hier beschriebene Netz betrifft selbstverständlich den Dialog zwischen Teilnehmern und Rechner, die eigentlichen Fernsehübertragungen werden über die herkömmlichen Kanäle gesendet, außerhalb der hier aufgeführten Frequenzbereiche.
Es wird angenommen, daß die Höchstkapazität an zu versorgenden Teilnehmern hunderttausend beträgt. Mit einer Multiplexverarbeitung unter Verwendung einer einzigen Trägerfrequenz wäre es erforderlich, über ein Laufband mit mehreren Megahertz zu verfügen. Hier ist die Gesamtheit der Teilnehmer in Untersysteme von z.B. etwa tausend Teilnehmer unterteilt. Jeder der besagten beiden Frequenzbereiche wird in eine Vielzahl an Unter-Frequenzbereiche mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen unterteilt, und jeder Unterbereich des ersten Frequenzbereichs entspricht einem Unterbereich des zweiten Frequenzbereichs. Jeder Teilnehmer-Unterbereich verwendet einen Unterbereich mit einer unterschiedlichen Trägerfrequenz (und kommuniziert mit einem unterschiedlichen Modem des Kopfnetzes), und alle Modems eines selben Teilsystems verwenden denselben Frequenz-Unterbereich. Im vorliegenden Beispiel gibt es folglich insgesamt hundert Trägerfrequenzen (in jede Richtung) in einem zu 100% belegten Netz maximaler Dimension. Die Gesamtbelegung des Spektrums ist dieselbe wie mit einer einzigen Frequenz, doch das Geräüsch in den jeweiligen rücklaufenden Wegen ist weitaus geringer.
Im vorliegenden Beispiel wurde die Verwendung des Frequenzbereichs 12,9---19,5 MHz in hundert Kanälen zu je 66 kHz gewählt. Die große Anzahl Kanäle und somit die Enge der verfügbaren Frequenzbereiche sowie der gewählte digitale Fluß (19,2 kHz) machen die Verwendung einer Modulation geringen Raumbedarfs erforderlich, beständig gegenüber Geräusch und diversen, im rücklaufenden Weg vorhandene Verunreinigungen. Es kann eine FSK-Modulation vom sogenannten Typ MDF-2 schwachen Indexes (Index von 0,8) kann gewählt werden. Dazu wird für den Beibehalt einer maximalen Spektralleistung ein NRZ-Kode verwendet. Im Falle sich ein Kanal des rücklaufenden Wegs dennoch als zu verunreinigt erweist, wird diese Situation am Kopf des Netzes erfaßt, und auf dem vorlaufenden Weg wird ein Kode gesendet, um dem Teilnehmer einen neuen zu verwendenden Kanal zuzuweisen (diese Zuweisung kann das Teilnehmermodem aufgrund des guten Signal/Geräusch-Verhältnisses ohne Probleme erreichen), wobei dieser Kanal entweder ein noch nicht verwendeter Kanal ist, oder, im Falle eines vollständig belegten Netzes, ein Kanal, für den eine vorübergehende Überlastung zugelassen wird. Selbstverständlich ist das Teilnehmermodem mit (bekannten und nicht dargestellten) Mitteln für die Dekodierung der im empfangenen Signal enthaltenen Information über den zu verwendenden Unter- Frequenzbereich und (ebenfalls bekannten und nicht dargestellten) Mitteln für die Angleichung seiner Sendefrequenz in bezug auf diesen Befehl ausgestattet. Zu Beginn einer Verbindung verwendet das Teilnehmermodem immer eine selbe Frequenz, über deren Wert es aus einem Strukturspeicher verfügt, und nach dem anfänglichen Austausch kann das Kopfmodem eventuell eine andere Frequenz zuteilen. Vorzugsweise wird dieses Verfahren auf die Gesamtheit der vorhandenen Teilnehmergruppen übertragen, d.h., daß am Kopf des Netzes eine dynamische Zuteilung der Trägerfrequenzen in Echtzeit verwaltet wird, um die durchschnittliche
Da die Signale digital sind, beinhalten die Mittel zur Erfassung der Empfangsqualität der Signale aus den Teilnehmergeräten eine Zeitbasis, die Zeitfenster 44 (Abbildung 2) mit einer Breite bereitstellen, die etwa einem Viertel einer Bit-Zeit entsprechen und auf die vermuteten Übergangszeitpunkte des Augendiagramms ausgerichtet sind. Diese Fenster ermöglichen die Nutzung der zeitlichen Variationen der Übergänge aufgrund des Geräuschs und der verschiedenen, in den Kanal eingeführten Frequenzwechsel. Ein Detektor erfaßt die außerhalb dieser Fenster befindlichen Signalübergänge, die somit als falsches Bit betrachtet werden. Dann wird ein Zähler zum Zählen der Anzahl erfaßter falscher Bits aktiviert, und wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit nicht z.B. dreizehn fehlerhafte Übergänge erhalten werden (was folglich einer festen Fehlerquote entspricht), gibt der Zähler ein Signal unzureichender Qualität ab. Dieses Signal wird auf null rückgestellt, wenn z.B. 64 korrekte aufeinanderfolgende Bits erhalten wurden.
Die Empfangsteile der Teilnehmergeräte verwenden auf herkömmliche Art eine Zwischenfrequenz (sogenannter "überlagernder" Empfang). Die Sende- und Empfangsfrequenzen der Modems werden nach folgendem Verhältnis verbunden :
FE = (FR - FI) / 3
wobei FE der Wert der Sendefrequenz, FR der Wert der Empfangsfrequenz und FI der Wert der Zwischenfrequenz ist.
Somit ist der Wert FE der Sendefrequenz gleich dem Wert FR der Empfangsfrequenz plus oder minus einer ersten Ganzzahl (hier "minus ein Mal") des Wertes FI der Zwischenfrequenz, wobei das Ganze durch eine zweite Ganzzahl (hier "drei") dividiert wird.
Für das Kopfmodem hat man selbstverständlich den umgekehrten Wert :
FE = 3 FR + FI
Ein für die Bereitstellung der erforderlichen Frequenzen fähiger Generator ist in Abbildung 3 dargestellt. Er ist mit einem ersten Oszillator 1 ausgerüstet. Der Frequenzwert dieses Oszillators ist gleich der Summe des Werts FR der Empfangsfrequenz und des Werts FI der als Zwischenfrequenz gewünschten Frequenz. Der Generator enthält einen zweiten Oszillator 4 mit steuerbarer Frequenz. Die Oszillatorsignale 1 und 4 werden jeweils zwei Eingängen eines Mischers 5 zugeführt, und das gemischte Ausgangssignal, dessen Frequenz gleich zwei Mal der gewünschten Zwischenfrequenz entsprechen muß (hier 10,7 MHz), wird über einen Tierpaßfilter 7 einer Frequenzweiche 2 zugeführt, die seine Frequenz durch 214 dividiert, was ein Signal ergibt, dessen Frequenz folglich 100 kHz betragen muß. Dieses Signal wird über einen Tiefpaßfilter 10 an den Eingang 8 einer Warnschaltung 11 geleitet, die außerdem für den Vergleich ein Referenzsignal mit einer Frequenz von 100 kHz erhält. Diese Warnschaltung 11 liefert (über einen nicht dargestellten Tiefpaßfilter) ein Steuersignal der Frequenz des zweiten Oszillators 4. Die Frequenz des Oszillators 4 wird folglich so geregelt, um 21,4 MHz (also zwei Mal die gewünschte Zwischenfrequenz) von der des Oszillators 1 abzuweichen. Das Signal des zweiten Oszillators 4 wird an einen Divisor 3 geleitet, der seine Frequenz durch drei dividiert, um am Anschluß 12 ein Sendefrequenzsignal zu liefern.
Das Empfangssignal am Anschluß 9 wird mit dem Signal des ersten Oszillators 1 einem Mischer 6 zugeführt, um das Zwischenfrequenzsignal mit 10,7 MHz zu liefern.
Das Kopfmodem weist eine ähnliche, umgekehrte Struktur auf.
Auf der die im gesamten System aufzufindenden Frequenzen angebenden Abbildung 4 werden die Hauptelemente 1, 3, 4, 5, 6 des Generators der Abbildung 3 sowie ihre Äquivalente in den Kopfmodems mit den jeweiligen Referenzen 101, 103, 104, 105, 106 schematisch dargestellt. Jeder Ur-Oszillator 1 oder 101 ist ein Quartzoszillator mit einem Synthesator SYNTH, der Oszillator kann zur Entsprechung eines bestimmten Unter-Frequenzbereichs eingestellt werden. Im vorliegenden Beispiel wurde die Verwendung in den Teilnehmermodems eines Frequenzbereichs 12,9---19,5 MHz gewählt, dividiert in hundert Unterbereiche von jeweils 66,66 kHz Dann wird in den Kopfmodems der Frequenzbereich 49,4---69,2 MHz in hundert Unterbereichen zu jeweils 200 kHz verwendet. Die Abbildung zeigt an, ob das Signal eine Modulation enthält und wie die Frequenz vom verwendeten Kanal abhängt (mit "Kanal" wird die Gesamtheit des Übertragungsmaterials bezeichnet, das einen bestimmten Unter-Frequenzbereich zur übertragung und einen bestimmten Unter- Frequenzbereich zum Empfang verwendet). In Abbildung 4 ist der Index "k" der Rang oder die Nummer eines Kanals, und "p" die Breite eines Kanals auf dem Niveau des Ur-Oszillators. Hier ist "p" gleich 200 kHz für alle Kanäle, und "k" kann zwischen und 99 variieren. Die Frequenz des Ur-Oszillators des Kopfmodems des Kanals Nummer 0 ist mit "F0" bezeichnet, und "F0+kp" ist folglich die Frequenz des Ur- Oszillators für den Kanal "k". Eine Modulation ist mit "+/-df" dargestellt. Die Modulations-Steuerelemente 46, 47 werden weiter unten anhand von Abbildung 8 detaillierter beschrieben. Die Demodulatoren "DMOD", die letztendlich den Teilnehmern oder dem Rechner die Daten liefern, können herkömmliche Demodulatoren sein. Die gepunktete Linie mit der Bezeichnung "SYNCHRO" ist keine materielle Linie, sie steht symbolisch für die weiter unten anhand vom Abbildung 6 beschriebenen Synchronisationsmittel der Oszillatoren.
Im Innern eines Teilsystems werden die Teilnehmer der Reihe nach einem bekannten Kreis- "Polling"-Verfahren entsprechend befragt. Dieses Verfahren beinhaltet die Möglichkeit, die Trägerfrequenz der Teilnehmermodems zu übergehen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt "wortlos" sind. Dies wird z.B. mit der Unterbindung des Divisqrs durch drei erreicht (Referenz 3, Abbildung 3). Die Übergehung und die periodische Wiederaufnahme der Trägerfrequenz bewirkt jedoch ein äußerst störendes Schaltgeräusch im Kanal. Um dies zu vermeiden wird eine besondere Servoregulierschaltung der Amplitude der Trägerfrequenz verwendet, dargestellt auf Abbildung 5. Das modulierte Sendesignal am Anschluß FE wird in einen Verstärker 43 mit elektrisch regelbarer Leistung aufgenommen und durchläuft dann einen Tiefpaßfilter 49, bevor es letztlich über die Verbindung 35 zu den anderen Modems geleitet wird. Dieses letzte Signal wird in einem Filter 50 gefiltert, mit dem Ziel, die aus der Verbindung 35 herrührenden Störgeräusche zu entfernen, und wird dann in einem Gleichrichter 51 geradegerichtet. Ein Operationsverstärker 52 hat eine bekannte Leistung, bestimmt durch zwei Widerstände 53, 54, deren Mittelpunkt an den Eingang "-" des Operationsverstärkers verbunden ist. Das geradegerichtete Signal wird über den Widerstand 53 zu diesem Verstärker geleitet. Eine Kapazität 55 verlangsamt auf bekannte Art die Übergänge am Ausgang des Verstärkers 52, wobei der Ausgang mit dem Eingang der Leistungs-Regelsteuerung des Verstärkers 43 des Sendesignals verbunden ist. Schließlich wird eine Spannung 56 zur Steuerung vorhandener Trägerfrequenz dem Eingang "+" des Operationsverstärkers 52 zugeführt. Es wird angenommen, daß die Leistung des Verstärkers 43 steigt, wenn die Gleichspannung der Leistungsregelsteuerung steigt. Einem Wert der Spannung 56 entspricht ein Wert der geradegerichteten, vom Gleichrichter 51 gelieferten Spannung. Es ist leicht verständlich, daß die Schaltung amplitudenregulierend Arbeitet und auf die Leistung des Verstärkers 43 einwirkt, um die Amplitude bei einem Nennwert zu halten. Bei einem niederen Wert der Spannung 56 ist die Leistung des Verstärkers 43 gering, und die Trägerfrequenz in der Verbindung 35 wird geschwächt. Bei einem höheren Wert der Spannung 56 wird die Trägerfrequenz auf einen Nennwert geregelt. Folglich ist es möglich, für die besagte Amplitude mindestens zwei vorbestimmte Nennwerte zu liefern. Die Kapazität 55, die die übergänge am Ausgang des Verstärkers 52 verlangsamt, bildet ein Mittel, damit der Übergang von einem zum andern dieser Werte in einer vorbestimmten Übergangszeit verläuft.
Mit einer wie weiter oben definierten Modulation (MDF-2, Index 0,8) und einem Datenfluß von neunzehn Kilobits pro Sekunde wird eine Abweichung von ca. fünfzehn Kilohertz der Spitze erreicht. Bei Verwendung eines normalen Quartz für die Frequenzsynthese kann bei Temperatur eine Frequenzabweichung von ca. einem Kilohertz vorgefunden werden, was vor der Modulationsexkursion nicht unerheblich ist, und bei der Demodulation nicht-lineare Effekte bewirken und somit eine Verschlechterung der binären Fehlerquote. Um dies zu vermindern ist es interessant, die Zeitbasis eines Kopfmodems und die der entsprechenden Teilnehmermodems zu synchronisieren. Auf dem Plan der Synchronisationsschaltung von Abbildung 6 liefert ein Quartzoszillator 20 mit einstellbarer Frequenz ein Signal, dessen Frequenz in einem Divisor 21 durch sechshundertfünfundzwanzig geteilt wird. Das nach dem Frequenzwechsel im Mischer 18 am Anschluß 9 vorhandene vorlaufende Signal FR wird in einem Frequenzdemodulator 27 demoduliert (diese Demodulation ist dank des guten Signal/Geräusch-Verhältnisses des vorlaufenden Kanals immer noch möglich), dann durchläuft das demodulierte Signal eine nicht-lineare Schaltung 26, einen auf 19,2 kHz ausgerichteten Tiefpaßfilter 25 und einen Begrenzer 24 und wird schließlich zu einem Phasenvergleicher 22 zugeführt. Das durch den Vergleich entstehende Signal steuert nach der Filterung in einem Tiefpaßfilter 23 die Frequenz des Oszillators 20. Diese Schaltung arbeitet folgendermaßen : Das Kopfmodem sendet, z.B. zwischen den Protokollverbindungen, eine erkennbare Datenkette, z.B. 101010... usw., deren Bitfrequenz derart ist, daß sie nach der Demodulierung im Demodulator 27 eine Signalfrequenz von 19,2 kHz erzeugen, das im Vergleicher 22 mit dem dezentralen, am Ausgang des Divisors 21 erzeugten Signal verglichen wird. Die Frequenz des Oszillators 20 beträgt folglich 19,2 kHz x 625 = 12 MHz : Dies ist die Referenzfrequenz für die synthetisierten Oszillatoren 1 und 101 der Abbildung 4, und, dividiert durch 120, liefert sie auch die Referenz zu 100 kHz, erhalten von der Warnschaltung 11 der Abbildung 3. Somit ist der durchschnittliche Ausrichtungsfehler des Teilnehmermodem-Sendekanals gleich null.
In einem für die Sendung vorgesehenen Teil des Teilnehmermodems wollte man, wie weiter oben erklärt, daß die Zeitkonstante der Phasenverriegelungsschleife des die Sende-Trägerfrequenz erzeugenden Oszillators variabel ist.
Zu diesem Zweck wird der Aufbau der Abbildung 7 verwendet. Es handelt sich dabei um eine Durchführungsform der Schaltung 11 von Abbildung 3, und der Oszillator 4 ist in den beiden Abbildungen identisch. Dieser Oszillator 4 liefert ein Signal, dessen Frequenz nach dem Frequenzwechsel in einem Element 30, das hier symbolisch für die Elemente 5, 7, 2, 10 der Abbildung 3 steht, in einem Vergleicher 29 mit einer dem Anschluß 8 zugeführten Referenzfrequenz verglichen wird (Referenz zu 2FI = 21,4 MHz, erhalten vom Oszillator 20 der Abbildung 6). Das aus dem Vergleich erhaltene Signal wird nach dem Durchlauf eines (wohlgemerkt elektronischen) Unterbrechers 33 in einer Kapazität 34 gespeichert. Dieser Aufbau bildet einen Tiefpaßfilter, dessen Zeitkonstante vom Öffnungstakt des Unterbrechers 33 abhängt. Dieser wird von einem Hufsoszillator 31 "bedient", wobei jeder Oszillationszeitraum einen Impuls einer monostabilen Schaltung 32 auslöst. Der Hufsoszillator 31 hat keinerlei Bezug mit den bislang vorgefundenen Oszillatoren : Er ist ein Element, dessen Frequenz nach der Kanalnummer gesteuert wird, in der Größenordnung von 50 Hz. Durch die Steuerung dieser Frequenz wird erreicht, daß die Zeitkonstante der Regelschleife des Oszillators der Kanalnummer entsprechend variabel ist.
Der Oszillator enthält z.B. auf bekannte Art eine "Varicap"-Diode, auf deren Spannung die Warnschleife wirkt, um die Frequenz auf den richtigen Mittelwert zu bringen, und die weiter oben erwähnte Modulation ist z.B. mit einer zweiten "Varicap"-Diode leicht vorzunehmen. Die Modulationsquote, also der Modulationsindex FSK, der ein grundlegendes Kriterium darstellt, bezieht sich dann auf das Verhältnis zwischen den Kapazitätswerten der beiden "Varicap"-Dioden und ist so abhängig von der verwendeten Mittelfrequenz. Zur Eindämmung dieses Nachteils wird dezentral die aus dem Divisor 2 der Abbildung 3 kommende Zwischenfrequenz - die Trägerfrequenz der Oszillatormodulation 4 demoduliert, um die Modulationsquote zu kennen und sie warnungsbedingt regeln zu können. Der dafür verwendete Demodulator ist auf Abbildung 8 dargestellt. Er enthält einen Begrenzer 36, an dessen Ausgang der Signalweg in zwei Zweige geteilt wird : Der eine enthält einen auf den nominalen Mittelwert der Zwischenfrequenz FI ausgerichteten Tiefpaßfilter 37, und der zweite Zweig enthält ein Phasenverschiebungsnetz 38, um eine zu der vom Filter 37 des ersten Zweigs erzeugten gleichen Phasenverschiebung vorzunehmen, um mit dem Signal am Ausgang des Filters ein im Frequenzabschnitt phasengleiches Signal zu erzeugen. Die aus den beiden Zweigen ausgehenden Signale werden in einem Multiplikator 40 multipliziert, und das sich ergebende Signal in einem Verstärker 41 verstärkte Signal durchläuft schließlich einen Tiefpaßfilter 42. Der Begrenzer 36 wird z.B. aus einem einfachen MOS-Tor gefertigt, und der Filter 37 ist ein preisgünstiger Keramikfilter. Der Mischer 40 und der Verstärker 41 können in der Praxis aus einem einzigen Transistor in Emitterschaltung gebildet werden, die zugleich die Rolle des Mischers HF und Verstärkers BF übernimmt, und der Filter 42 wird mit einer einfachen Kapazität erstellt. Ein solcher Demodulator gleicht bereits bekannten Demodulatoren, ist jedoch aufgrund der Tatsache Original, daß für die Vornahme der Demodulation die Variation der Amplitudenreaktion des Filters 37 verwendet wird, und nicht wie üblich die Phasenverschiebung. Die Temperaturstabilität und Reproduzierbarkeit entsprechen dem Keramikfilter und sind folglich allgemein sehr gut. Der Fachmann kann diese Mittel (zur Messung der Modulationsquote) einfach mit einem bekannten Element der Modulationsquotenregulierung verbinden, um den Mittelwert dieser Quote zu regeln und so die Modulationssteuervorrichtungen zu bilden, die auf Abbildung 4 mit den Referenzen 46 (im Kopfmodem) und 47 (im Teilnehmermodem) dargestellt sind.

Claims

1. Ein verzweigtes, interaktives Kabelnetz für die Verbindung von mit einer Modemvorrichtung versehenen Sende-Empfangs-Geräten (15), die in Sendebetrieb in einem ersten Frequenzbereich, d.h. mit einer ersten Trägerfrequenz (FE), und in Empfangsbetrieb in einem zweiten Frequenzbereich, d.h. einer zweiten Trägerfrequenz (FR) arbeiten, wobei jeder der beiden besagten Frequenzbereiche in eine Vielzahl an Unter-Frequenzbereiche unterteilt ist, die jeweils eine unterschiedliche Trägerfrequenz verwenden, und die Gesamtheit der Geräte mit einem Zentralrechner (14) mit wenigstens einer Kopf-Modemvorrichtung verbunden sind,

mit dem Merkmal, das jedes Sende-Empfangsgerät (15) für den Empfang eines Fernseh- oder Radioprogramms vorgesehen ist, der Zentralrechner für jeden der Unter-Frequenzbereiche mit einer Kopf-Modemvorrichtung (13) versehen ist und mehrere Geräte eines selben Unter-Frequenzbereichs (16), d.h., die mit demselben Trägerfrequenzpaar arbeiten, mit einer Kopf-Modemvorrichtung (13) verbunden sind, und für jede dieser Vorrichtungen die Trägerfrequenz (FE) des ersten Frequenzbereichs mit der Trägerfrequenz (FR) des zweiten Frequenzbereichs gepaard ist, während der Zentralrechner mit Mitteln versehen ist, um die Gesamtheit der Geräte eines selben Unter-Frequenzbereichs der Reihe nach einem Kreis-Befragungsverfahren entsprechend zu befragen.

2. Ein Kabelnetz laut Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß eine Kopf- Modemvorrichtung (13) mit Mitteln für die Erfassung der Empfangsqualität der aus den weiter oben genannten Geräten (15) kommenden Signale, Mitteln für die Bestimmung, wenn diese Qualität unzureichend ist, einer neuen zu verwendenden Frequenz und Mitteln für die Einfügung in das zu den besagten Geräten gesendete Signal von Informationen zur Anweisung der neuen zu verwendenden Frequenz versehen ist.

3. Ein Kabelnetz laut Anspruch 2, mit dem Merkmal, daß die Signale digital sind, die Mittel zur Erfassung der Empfangsqualität der Signale eine Zeitbasis beinhalten, die Zeitfenster (44) mit einer Breite bereitstellen, die etwa einem Viertel einer Bit-Zeit entsprechen und auf die vermuteten Übergangszeitpunkte des Augendiagramms ausgerichtet sind, einen Detektor zur Erfassung eines außerhalb dieser Fenster befindlichen Signalübergangs und einen Zähler zum Zählen der Anzahl derartiger erfaßter Übergänge beinhalten, wobei der Zähler ein Signal unzureichender Qualität für eine vorbestimmte Anzahl Erfassungen abgibt.

4. Ein Kabelnetz laut einem beliebigen Anspruch 1 bis 3, mit dem Merkmal, daß jede Kopf-Modemvorrichtung (13) mit Mitteln für die Einfügung in das zu den besagten Geräten gesendete Signal von erkennbaren Daten verfügt, die der Synchronisation der Frequenzen der Modemvorrichtungen der besagten Geräte in bezug auf die der Modem-Vorrichtung dienen.

5. Ein Kabelnetz laut einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß der Wert der Sendefrequenz (FE) der Modemvorrichtung gleich dem Wert der Empfangsfrequenz (FR) plus oder minus einer ersten Ganzzahl mal dem Wert der weiter oben aufgeführten Zwischenfrequenz (FI) ist, wobei das Ganze durch eine zweite Ganzzahl dividiert wird.

6. Ein Kabelnetz laut Anspruch 5, mit dem Merkmal, daß diese Modemvorrichtung im Frequenzbereich 10-30 MHz sendet und im Frequenzbereich 47- 87 MHz empfängt und die Zwischenfrequenz 10,7 MHz verwendet, mit dem Merkmal, daß die besagte erste Ganzzahl gleich eins, und die besagte zweite Ganzzahl gleich drei ist.

7. Ein Kabelnetz laut einem der Ansprüche 5 oder 6, mit dem Merkmal, daß die Modemvorrichtung mit einem ersten Oszillator (1) ausgerüstet ist, dessen Frequenz gleich dem Unterschied zwischen der Empfangsfrequenz und der als Zwischenfrequenz gewünschten Frequenz ist, und, daß er einen zweiten Oszillator (4) mit steuerbarer Frequenz und eine Warnschaltung mit einem Eingang (8) für ein Signal enthält, dessen Frequenz geregelt werden muß und das ein Steuersignal für die Frequenz des zweiten Oszillators in bezug auf die Frequenzabweichung zwischen der Frequenz des an den besagten Eingang (8) zugeführten Signals und einer Referenzfrequenz (100 KHz) liefert, daß die Signale der beiden Oszillatoren jeweils an zwei Eingänge eines Mischers (5) geleitet werden, wobei das gemischte Signal einer ersten Frequenzweiche (7) zugeführt wird, deren ausgehendes Signal zum Eingang der Warnschaltung geführt wird, und, daß das Signal des besagten zweiten Oszillators an eine zweite Frequenzweiche (3) geführt wird, um an deren Ausgang das Sende-Frequenzsignal der Modemvorrichtung zu liefern.

8. Ein Kabelnetz laut Anspruch 7, mit dem Merkmal, daß die Modemvorrichtung mit Mitteln für die Frequenzausrichtung des ersten dezentralen Oszillators (1) auf den binären Takt der aus der Kopf-Modemvorrichtung herrührenden Daten versehen ist.

9. Ein Kabelnetz laut einem beliebigen Anspruch 5 bis 8, mit dem Merkmal, daß die Modemvorrichtung von der Kopf-Modemvorrichtung mit wahlweisem Abruf abgefragt wird, und mit dem Merkmal, daß es mit einer Servoregulierschaltung der Amplitude der Trägerfrequenz versehen ist, daß die Schaltung mit Mitteln (56) für die Bereitstellung von mindestens zwei vorbestimmten Nennwerten für die Besagte Amplitude versehen ist, und mit Mitteln (55), damit der Übergang von einem zum andern dieser Werte in einer vorbestimmten Übergangszeit verläuft.

10. Ein Kabelnetz laut einem beliebigen Anspruch 5 bis 9, mit dem Merkmal, daß die Modemvorrichtung mit Mitteln für die Dekodierung der in einem von einer Kopf-Modemvorrichtung erhaltenen Signal enthaltenen Information über den zu verwendenden Unter-Frequenzbereich und mit Mitteln versehen ist, um seine Sendefrequenz in bezug auf diesen Befehl anzugleichen.

11. Ein Kabelnetz laut den beiden Ansprüchen 7 und 10, mit dem Merkmal, daß die Sendemodulation der Modemvorrichtung direkt dem zweiten Oszillator (4) zugeführt wird, der die Sende-Trägerfrequenz erzeugt, und, daß dieser Oszillator mit einer Frequenzwarnschaltung versehen ist, die einen Filter mit regelbarer Zeitkonstante aufweist (33,34).

12. Ein Kabelnetz laut Anspruch 11, mit dem Merkmal, daß der Tiefpaßfilter der Modemvorrichtung aus einem Unterbrecher (33), gefolgt von einer Kapazität (34) gebildet wird, wobei der Unterbrecher von einem Impuls konstanter Dauer gesteuert wird, ausgelöst durch das Signal eines Hilfsoszillators (31).

13. Ein Kabelnetz laut einem der Ansprüche 11 oder 12, mit dem Merkmal, daß die Modemvorrichtung einen Frequenzdemodulator (Abbildung 8) zur Demodulierung ihrer eigenen Zwischenfrequenz (8) enthält, um die Modulationsquote zu kennen und sie zu regeln.

14. Ein Kabelnetz laut Anspruch 13, mit dem Merkmal, daß der Frequenzdemodulator der Modemvorrichtung mit zwei Zweigen versehen ist, deren ausgehenden Signale multipliziert werden, wobei ein erster Zweig einen auf den nominalen Mittelwert der Zwischenfrequenz ausgerichteten Tiefpaßfilter (37), und der zweite Zweig ein Phasenverschiebungsnetz (38) enthält, um eine Phasenverschiebung einzubringen, die der vom Filter im ersten Zweig erzeugten gleich ist.