DE69927912T2

DE69927912T2 - Induktive Last

Info

Publication number: DE69927912T2
Application number: DE69927912T
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Ontario Drew
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: CA2288954A1; EP1006673B1; US6546100B1; JP2000174671A; EP1006673A1; DE69927912D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Frequenzkompensationseinrichtungen und insbesondere auf Abgleichschaltungen für Telefonleitungen.
Hintergrund der Erfindung
Die verteilte Streukapazität von Leitungen mit verdrillten Adernpaaren ruft einen Einfügungsverlust oder eine Dämpfung hervor, die mit der Frequenz ansteigt. In langen Telefonleitungen, das heißt Leitungen, die länger als 5,5 km (18000 Fuß) sind, beeinträchtigt dieser Einfügungsverlust in nachteiliger Weise den herkömmlichen Telefondienst (POTS), der in dem Sprachfrequenz- (VF-) Band arbeitet. Das VF-Band ist der Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz. Lastspulen, die unter regelmäßigen Intervallen in eine lange Leitung eingefügt sind, kompensieren die verteilte Streukapazität, wodurch der Frequenzgang der Leitung in dem VF-Band abgeflacht wird. Diese zusätlichen Lastspulen vergrößern jedoch den Einfügungsverlust bei Frequenzen oberhalb des VF-Bandes. Dieser Verlust stellt ein Problem für Dienste, wie z. B. die asynchrone digitale Teilnehmerleitung (ADSL) dar, die unter Verwendung von hochfrequenten Signalen arbeiten, das heißt mit Signalen in dem Frequenzbereich von 20 kHz bis 1,1 MHz, wobei dieser Bereich nachfolgend als das Hochfrequenzband bezeichnet wird. Das niederländische Patent 6 711 042 beschreibt Lastspulen, die Wicklungen haben, die durch Kompensatoren überbrückt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Lastspulen-Einrichtung.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Lastspulen-Einrichtung für eine Zweileiter-Übertragungsleitung geschaffen, die Folgendes umfasst: eine erste Wicklung zur Anschaltung in Serie mit einem der zwei Leiter der Übertragungsleitung; eine zweite Wicklung zur Anschaltung in Serie mit dem anderen der zwei Leiter der Übertragungsleitung, einen ersten Widerstand, der in Serie mit der ersten Wicklung geschaltet ist, einen zweiten Widerstand, der in Serie mit der zweiten Wicklung geschaltet ist, und Einrichtungen zur Schaffung eines Pfades mit niedriger Impedanz für Hochfrequenzsignale um die ersten und zweiten Wicklungen herum, wobei die Einrichtungen einen ersten Kondensator, der parallel zu der Serienschaltung aus dem ersten Widerstand und der ersten Wicklung geschaltet ist; und einen zweiten Kondensator einschließen, der parallel zu der Serienschaltung aus dem zweiten Widerstand und der zweiten Wicklung angeschaltet ist, wobei die ersten und zweiten Kondensatoren jeweils eine Kapazität im Bereich von 50 nF bis 200 nF haben, und wobei die ersten und zweiten Wicklungen jeweils eine Induktivität im Bereich von 2,5 mH bis 10 mH haben.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch ihre Einfügung in die Übertragungsleitung mit einem verdrillten Adernpaar sie bewirkt, dass die Leitung einen relativ ebenen Frequenzgang in dem VF-Band und eine Verringerung der Dämpfung in dem Hochfrequenzband verglichen mit bekannten Lastspulen bewirkt. Der Frequenzgang ist insbesondere wichtig zur Bereitstellung von Diensten vom ADSL-Typ auf einer langen Leitung, wenn die Fähigkeit zur Bereitstellung eines POTS-Dienstes auf dieser Leitung aufrechterhalten werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird weiter aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen:
1 ein Blockschaltbild eines Telekommunikationssystems mit Lastspulen in einer Übertragungsleitung ist;
2 ein Schaltbild einer Lastspule ist, wie sie im Stand der Technik bekannt ist;
3 eine Frequenzgang-Darstellung der Übertragungsleitung nach 1 ist;
4 ein Schaltbild einer Lastspulen-Einrichtung ist;
5 ein Schaltbild einer Lastspulen-Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist; und
6 eine Kurvendarstellung ist, die den Frequenzgang einer Übertragungsleitung mit: den Lastspulen nach 4, den Lastspulen nach 2 und ohne Lastspulen zeigt.
Ausführliche Beschreibung
In 1 ist ein System 10 mit Lastspulen 22 in einer Übertragungsleitung 12 mit verdrilltem Adernpaar gezeigt. Die Übertragungsleitung weist zwei Leiter 14 und 16 auf und ist zwischen einem Fernsprechvermittlungsamt (CO) 18 und einem Teilnehmer-Endgerät 20 angeschaltet. Die Lastspulen 22 sind entlang der Übertragungsleitung 12 in einer in der Technik bekannten Weise erteilt. Typischerweise ist eine erste Lastspule 22a in die Übertragungsleitung 12 in einer Entfernung von 915 m (3000 Fuß) von dem Fernsprechvermittlungsamt eingefügt, und jede nachfolgende Lastspule 22b, 22c ist alle 1830 m danach eingefügt.
In Betrieb ebnen die Lastspulen 22 den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12 in dem VF-Band ein. Diese Einebnung wird durch die Induktivität der Lastspulen 22 bewirkt, die die verteilte Streukapazität kompensiert, die von Natur aus in der Übertragungsleitung 12 vorliegt.
Die in 2 gezeigte bekannte Lastspule schließt zwei Wicklungen 24 und 26 ein, die in entgegengesetzter Richtung bezüglich einander gewickelt sind. Jede Wicklung 24, 26 ist so ausgelegt, dass sie eine Induktivität L_choke hat, die die (nicht gezeigte) Streukapazität der Übertragungsleitung 12 kompensiert. Ein typischer Wert von L_choke ist 22 mH. Zusätzlich zu ihrer Induktivität hat jede Wicklung 24, 26 eine Wicklungs-Streukapazität C_W und einen Eigenwiderstand R_W, die beide in 2 gezeigt sind, und die mit punktierten Linien dargestellt sind, um ihre parasitäre oder von Natur aus gegebene Art darzustellen. Typische Werte der Wicklungskapazität C_W und des Wicklungswiderstandes R_W sind 288 pF bzw. 1,4 Ohm. Weiterhin existiert eine parasitäre Zwischenwicklungs-Kapazität C_ic zwischen den Wicklungen 24 und 26. Diese Zwischenwicklungs-Kapazität C_ic ist in 2 gezeigt, und mit einer punktierten Linie dargestellt, um ihre parasitäre Art darzustellen. Typischerweise ist die Größe der Zwischenwicklungs-Kapazität C_ic gleich 1150 pF.
Im Betrieb kompensiert bei VF-Frequenzen die Induktivität L_choke der Wicklungen 24 und 26 die verteilte Streukapazität der Übertragungsleitung 12, was zu einem nahezu ebenen Frequenzgang in dem VF-Frequenzband führt. Die parasitären Kapazitäten C_W und C_ic und der Wicklungs-Eigenwiderstand R_W haben eine vernachlässigbare Wirkung bei diesen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen ruft die Induktivität L_choke der Wicklungen 24 und 26 eine zunehmende Dämpfung mit zunehmender Frequenz hervor. Weiterhin ist die Wirkung der parasitären Kapazitäten C_W und C_ic und der Wicklungs-Eigenwiderstand R_W nicht mehr vernachlässigbar.
3 zeigt die Wirkung der Lastspulen 22 auf den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12. Die Dämpfung der Übertragungsleitung 12 ist gegenüber der Frequenz für zwei Bedingungen gezeigt: eine Übertragungsleitung 12 mit Aderndurchmessern von 0,404 mm (26 Gauge) ohne Lastspulen, die durch die Kurve 30 dargestellt ist; und eine Übertragungsleitung 12 mit einem Aderndurchmesser von 0,404 mm (26 Gauge) mit Lastspulen 22 nach 2, die so verteilt sind, wie dies in 1 dargestellt sind, und die durch die Kurve 32 dargestellt ist. Beide Kurven 30 und 32 wurden unter Verwendung von Daten gezeichnet, die aus einer Simulation der zwei vorstehend beschriebenen Bedingungen gewonnen wurden. In der Simulation wurden die oben erwähnten Werte der Induktivität L_choke der Wicklungen 24 und 26, der Wicklungskapazität C_W und des Widerstandes R_W sowie der Zwischenwicklungs-Kapazität C_ic verwendet. Die Kurve 32 zeigt eine Verringerung der Dämpfung gegenüber der Kurve 30 in dem VF-Band, insbesondere zwischen 1 kHz und 3 kHz. Oberhalb des VF-Bandes zeigt die Kurve 32 jedoch eine Dämpfung, die dramatisch mit ansteigender Frequenz als Ergebnis der Lastspulen 22 ansteigt.
Eine Lastspule 40 ist in 4 gezeigt. Die Lastspule 40 schließt eine erste Wicklung 42 mit einer Induktivität von L'_choke, die in Serie mit einer der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet ist, und eine zweite Wicklung 44 ein, die ebenfalls eine Induktivität von L'_choke aufweist, und in Serie mit dem anderen der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet ist. Ein Kondensator 46 mit einer Kapazität von C_tc ist parallel längs der ersten Wicklung 42 angeschaltet, und ein weiterer Kondensator 48 ebenfalls mit einer Kapazität von C_tc ist parallel zur zweiten Wicklung 44 angeschaltet. Die Wicklungskapazität C'_w, der Wicklungs widerstand R'_w und die Zwischenwicklungs-Kapazität C'_ic, die den Wicklungen 42 und 44 entsprechen, sind in 4 gezeigt. Die Werte dieser Kapazitäten C'_w und C'_ic und des Widerstandes R'_w könnten geringfügig von denen der Lastspule in 2 in Abhängigkeit von dem Wert der Induktivität L'_choke, der Stärke des Drahtes, der in den Wicklungen 42 und 44 verwendet wird, und ihrer physikalischen Geometrie abweichen. Die Werte der Induktivität L'_choke und der Kapazität C'_tc sind 7,5 mH und 100 nF, doch könnten sie im Bereich von 2,5 mH bis 10 mH bzw. 50 nF bis 200 nF liegen.
Im Betrieb kompensieren die Wicklungen 42 und 44 die verteilte Streukapazität der Übertragungsleitung 12. Die Kondensatoren 46 und 48 ergeben einen eine niedrige Impedanz aufweisenden Pfad für hochfrequente Signale, um die ersten und zweiten Wicklungen 42 und 44 zu umgehen.
Eine Lastspule 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt. Die Lastspule 50 schließt eine erste Wicklung 52 mit einer Induktivität L'_choke, die in Serie mit einem der zwei Leiter 14, 16 der Übertragungsleitung 12 geschaltet ist, und eine zweite Wicklung 54 ein, die ebenfalls eine Induktivität L'_choke aufweist und in Serie mit dem anderen der zwei Leiter 14, 16 geschaltet ist. Ein erster Widerstand 60 mit einem Widerstandswert von R_tc ist in Serie mit der ersten Wicklung 52 geschaltet. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Widerstand 62 mit einem Widerstandswert von L_tc in Serie mit der zweiten Wicklung 54 geschaltet. Ein erster Kondensator 56 mit einer Kapazität von C_tc ist parallel längs der ersten Wicklung 52 und des ersten Widerstandes 60 angeschaltet. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Kondensator 58 mit einem Kapazitätswert von C_tc parallel längs der zweiten Wicklung 54 und des zweiten Widerstandes 62 angeschaltet. Die parasitäre oder Streukapazitäten C'_W und C'_ic und der Wicklungs-Eigenwiderstand R'_w, die den Wicklungen 52 und 54 entsprechen, sind in 5 gezeigt.
Im Betrieb arbeitet die Lastspule 50 in einer ähnlichen Weise, wie die Spule 4, jedoch mit einer Ausnahme. Die Hinzufügung des Widerstandes R_tc ergibt eine Dämpfung der Frequenzen bei der Resonanzfrequenz der Lastspule 50, wobei die Resonanzfrequenz hauptsächlich von der Induktivität L'_choke und der Kapazität C_tc abhängt. Der Wert von R_tc sollte niedrig sein, um den Gleichstromwiderstand zu einem Minimum zu machen, der in die Übertragungsleitung 12 eingefügt wird. Der Wert des Widerstandes R_tc ist 20 Ohm, doch könnte er in dem Bereich von 10 Ohm-200 Ohm liegen. Die Werte und Bereiche der Kapazität C_tc und der Induktivität L'_choke sind gleich denen der Lastspule 40 nach 4.
6 ist eine Kurvendarstellung, die den Frequenzgang der Übertragungsleitung 12 unter den folgenden Bedingungen darstellt: die Lastspulen 40 nach 4 sind gemäß 1 verteilt, der Frequenzgang unter dieser Bedingung ist durch die Kurve 64 dargestellt; die Lastspulen 22 (Stand der Technik) nach 2 sind ebenfalls in der in 1 gezeigten Weise verteilt, und der Frequenzgang unter dieser Bedingung ist durch die Kurve 66 dargestellt; ohne Lastspulen ist der Frequenzgang unter dieser Bedingung durch die Kurve 68 dargestellt. Die Kurve 64 zeigt eine beträchtliche Verbesserung des Frequenzganges bei hohen Frequenzen gegenüber der Kurve 66 (37,5 dB weniger Dämpfung bei 400 kHz). Zusätzlich zeigt die Kurve 64, dass der Frequenzgang in dem VF-Band vergleichbar mit denen der Kurve 66 ist. Somit bewirken die Lastspulen 40, dass die Übertragungsleitung 12 einen relativ ebenen Frequenzgang in dem VF-Band für den POTS-Dienst ergibt, während die Dämpfung in dem Hochfrequenzband verglichen mit den bekannten Lastspulen 22 verringert wird. Diese verringerte Dämpfung in dem Hochfrequenzband ist wichtig für die Bereitstellung von Diensten vom ADSL-Typ auf einer langen Leitung.
Vielfältige Modifikationen, Abänderungen und Anpassungen können an den vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden.

Claims

Lastspulen-Einrichtung für eine Zweidraht-Übertragungsleitung (12) mit: einer ersten Wicklung (52) zum Anschluss in Serie mit einem der zwei Leiter der Übertragungsleitung (12); einer zweiten Wicklung (54) zum Anschluss in Serie mit der anderen der zwei Leiter der Übertragungsleitung (12); einem ersten Widerstand (60), der in Serie mit der ersten Wicklung (52) geschaltet ist; einem zweiten Widerstand (62), der in Serie mit der zweiten Wicklung (54) geschaltet ist; und Einrichtungen zur Schaffung eines Pfades mit niedriger Impedanz für Hochfrequenzsignale um die erste (52) und zweite (54) Wicklung herum, wobei die Einrichtungen Folgendes einschließen: einen ersten Kondensator (56), der parallel zu der Serienschaltung aus dem ersten Widerstand und der ersten Wicklung (52) geschaltet ist; einen zweiten Kondensator (58), der parallel zu der Serienschaltung aus dem zweiten Widerstand und der zweiten Wicklung (54) angeschaltet ist; wobei die ersten (56) und zweiten (58) Kondensatoren jeweils eine Kapazität in dem Bereich von 50 nF bis 200 nF haben und die ersten (52) und zweiten (54) Wicklungen jeweils eine Induktivität in dem Bereich von 2,5 mH bis 10 mH haben.
Lastspulen-Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Wicklung (54, 52) und die zweite Wicklung (44, 54) in entgegengesetzten Richtungen zueinander gewickelt sind.
Lastspulen-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten (60) und zweiten (62) Widerstände jeweils einen Widerstandswert in dem Bereich von 10 Ohm bis 200 Ohm aufweisen.