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Telegraphen-Übertragungssystem.
Die Erfindung bezieht sieh auf die elektrische Übertragung von Signalen in Codezeichen.
Sie wird bei Systemen angewendet, bei welchen jedes Signalelement einer von zwei bekannten Spannungs- oder Strombedingungen entspricht. Bei Gleichstromtelegraphensystemen entspricht dies Systemen, bei welchen zwei Spannungs-oder Stromwerte, z. B. positiv und negativ oder positiv und Null usw. für die Übertragung der Nachricht verwendet werden.
Bei Trägerwellentelegraphensystemen (d. h. dorl wo die Signale benützt werden, um eine beständige Trägerfrequenz zu modulieren) sind z. B. die beiden Bedingungen allgemein die volle Trägerwelle und die Unterbrechung der Trägerwelle.
Es wurde früher vorgeschlagen. telegraphische Nachrichten durch ein System zu übermitteln, das dem für das Trägerwellenfernsprechen benützten analog und als Einseitenband- Übertragung bekannt ist. jedoch erforderte die Theorie des Gegenstandes, dass zwecks vollständiger Nachricht sich das übermittelte Band von 0 bis s Perioden pro Sekunde erstrecken soll, wobei s die Telegraphierfrequenz ist. Es folgt hieraus. dass nach der Modulation die der Trägerwelle in jedem Seitenband nächstliegende Frepuenz mit der Trägerfrequenz zusammenfällt. Infolgedessen würde ein Filter mit scharfer Grenze, was nicht praktisch ist, nötig sein, um ein Seitenband von einer Trägerwelle abzutrennen.
Da dies praktisch unmöglich ist, entsteht die Notwendigkeit, sehr kostspielige und sorgfältig ausgearbeitete Phasenanordnungen anzuwenden. um Frequenzen aus den unerwünschten Scitenbändern. die eine Störung verursachen würden. herauszunehmen.
Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile.
Die verschiedenen in dieser Beschreibung benützten Ausdrücke werden wie folgt erläutert :
Eine Nachrichteneinheit (d. h. ein Buchstabe oder Symbol) besteht aus einer Anzahl (angenommen N) von Signalelementen, die eine Gesamtzeit von (T) Sekunden einnehmen.
Ein Signalelement ist eine gegebene. während einer bestimmten Zeit. genannt Zeiteinheit. bestehende Spannung oder Stromstärke.
In vorliegender Erfindung sind alle Zeiteinheiten von gleicher Dauer. Da die Nachrichten-
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Für die Beschreibung ist ein Symbol notwendig. das mit N, hezeichnet und folgendermassen definiert ist. Nimmt man an, dass ein einzelnes Signalelement nbersandt wird, dann ist die, Gesamtzeit, die vom Beginn des empfangenen Signals bis dann. wenn der Stromwert praktisch vernachlässigbar wird, verfliesst, N1 Zeiteinheiten.
Die Signalfrequenzen können als Frequenzen definiert werden, die durch den mit einer Gleicbstromquelle arbeitenden Sender erzengt werdE'11 wÜrden.
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Bin Merkmal der Erfindung ist. ein Telegraphensvstem. worin das übersandte Frequenzband eine Breite hat, die numerisch geringer ist als die Telegraphierfrequenz. jedoch die Telegraphierfrequenz einschliesst.
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die Telegraphierfrequenz und Nt so ist, wie es bereits erläutert wurde. Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Trägerwellentelegraphensystems, bei welchem das die Nachricht tragende Frequenzband von den Träger-und sonstigen Frequenzen mit Hilfe von Filtern abgetrennt werden können, die eine verhältnismässig einfache und praktische Bauart gestatten.
Ein Erfindungsmerkmal ist ferner, dass in einem Trägerwellentelegraphensystem die Trägerwelle und ein Seitenband vollkommen unterdrückt werden und nur das die Nachricht tragende Band mit einer geringeren Breite als s übersandt wird.
Ein anderes Erfindungsmerkmal ist, dass in einem Telegraphensystem mit dem die Nachricht tragenden Band in nächster Nähe der Trägerwelle ein Teil der unmodulierten Trägerwelle übersandt wird.
Das Wesen der Erfindung und andere Merkmale derselben gehen aus der folgenden an Hand der Zeichnung gegebenen Beschreibung hervor, wobei die Fig. 1, 2, 3 und 4 die der Erfindung zugrunde liegende Theorie veranschaulichen.
Fig. 5 zeigt in Skizzenform ein Erfindungsbeispiel und Fig. 6 und 7 stellen in gleicher Weise andere Erfindungsbeispiele dar. Fig. 8 veranschaulicht die für gewisse Filter erforderlichen Charakteristiken.
Bisher wurde die Theorie angenommen, dass für die vollständige Nachricht das Frequenz-
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dargelegt, dass es unter gewissen Umständen nicht notwendig ist. ein derartig breites Frequenzband zu senden.
Es wird nunmehr auf Fig. 1 der Zeichnung verwiesen, in welcher das durch
E(t)=0,t < t1, =E, F, < < , ==0, t2 gegebene Signal E (t) betrachtet werden soll.
Dies kann als ein Fourier-Integral durch
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haben. Die Form von S(q) als eine Funktion der Frequenz ist in Fig. 2 gezeigt.
Es soll nun der Wert von S(q) in verschiedenen Zeitmomenten geprüft werden, wobei
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das durch
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gegeben ist.
Durch Überlagerung der durch (3) gegebenen Signale haben wir sodann
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worin
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Die ersten Faktoren in beiden Ausdrucken von (7j haben die gleiche Form mit S(q), wie sie in (4) gegeben ist und sind der Faktor für die Form der Gleichstromwelle. Die zweiten Faktoren in den Ausdrücken sind die Unterscheidungsfaktoren und Träger der durch die Signale geführten Nachricht ; der Formfaktor kann irgendwie so lang sein als er bekannt ist und verschwindet bei keiner Frequenz, bei welcher wir die Unterscheidungsfaktoren wissen wollen.
Die Unterscheidungsfaktoren können wie folgt angenommen werden :
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Wenn wir uns daran erinnern, dass die Signalisiergeschwindigkeit durch
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gegeben ist, ist zu ersehen, dass C (q) und S (q) in Frequenzbändern von der Breite s übertragen werden, die durch ungerade und gerade Vielfache von s gebunden sind. Es ist daher nicht nötig, ein breiteres Band als dieses zu übersenden. Anderseits ist es jedoch theoretisch nicht notwendig, ein derart breites Band zu übersenden, weil es. da die vorstehende Gleichung (6)eineUnendlichkeitvonFrequenzenineinemendlichen,wennauchnochsoschmalen
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Band enthält, genügen würde, um irgendein Band zu übersenden, das so schmal ist als es gewünscht wird. und jedes derartige Band das Ganze der Nachricht geben wird.
Dies hat zwei Nachteile ; erstens die Schwierigkeit, aus einer Welle von derartig schmaler Frequenzbreite die in ihr enthaltene Nachricht herauszuziehen, und zweitens die Interferenz der vorhergehenden und nachfolgenden Signale mit dem zn beobachtende Signal. Die vorhergehenden und nachfolgenden Signale bewirken die punktförmige Verteilung des Spektrums in der Nachbarschaft von gewissen Frequenzen ; die stärkste mögliche Interferenz, die auftritt, wenn die vorhergehenden und nachfolgenden Signale die gleichen sind wie das mittlere Signal, in welchem Falle die punktförmige Verteilung bei den durch die Frequenzen der darstellenden Fourier-Reihe gegebenen Frequenzen vollständig ist. Überall sonst fällt die Amplitude auf Null.
In diesem Falle ist es notwendig, ein endliches Frequenzband von einer gewissen Minimalbreite bei einem geeigneten Teil des Frequenzspektrums zu nehmen.
Die vorstehende Theorie, wie sie dargestellt wurde, behandelt das endliche Frequenzspektrum (d. h. die Ausgleichsvorgänge), das durch einen einzigen Stromstoss erzeugt wird. wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Es ist schwierig, eine Unendlichkeit von Gleichungen zu behandeln, und es ist daher vorzuziehen, mit einem Dauerzustandsignal zu arbeiten, d. h. mit einem Signal, das unbegrenzt übertragen wird.
Es wird nun dargelegt, wie das Problem aus einer Frage der vorübergehenden Ströme in eine solche der Dauerzustandsignale umgewandelt wird.
Es wurde angenommen, dass nach Nt Zeiteinheiten vom Beginne des empfangenen Signals der Strom im wesentlichen vernachlässigbar ist. Wenn wir sodann das in irgendeiner Zeiteinheit vorkommende Signalelement in Betracht ziehen wollen, können wir annehmen, dass alle Signale, die Nt oder mehr Zeiteinheiten vor ihm gesandt werden, keine Interferenzwirkung auf ihn haben. Demnach können diese frühen Signale durch was immer für welche von uns gewollte Signale ersetzt werden ; wir wählen sie also so, dass sie die gleichen sind wie jene Signale in den Nt Zeiteinheiten unmittelbar vor dem in Betracht gezogenen unbegrenzt übertragenen Signal. Wir brauchen demnach nur ein unbegrenzt übertragenes Signal von Nt Elementen in Betracht zu ziehen.
Wenn ein gleiches Signal wie das in Fig. 3 dargestellte, jedoch mit Nt Zeiteinheiten unbegrenzt von t = - 00 bis t = + 00 übertragen wird, kann die Funktion E (t) in eine, Fourier-Reihe ausgedrückt werden, deren Koeffizienten durch die gewöhnliche Methode gefunden werden können. Wir finden, dass
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worin
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Die Frequenz, die n entspricht, ist
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handen war, indem es nur bei den Frequenzen 2s, 4s, 6s, verschwand. Es ist demnach so als ob das fortlaufende Spektrum des nicht übertragenen Signals jetzt bei gewissen abgesonderten Frequenzen punktförmig verteilt. worden ist und sonst überall auf Null abgefallen ist.
Es verbleibt nun zu sehen, welche dieser Frequenzen iibersandt werden muss, um das Signal ohne
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Der wichtige Punkt ist der, dass bei Inbetrachtziehung des niedersten Nachriehtenbandes die niedrigere Frequenz des erforderlichen Bandes mit dem Zunehmen von N fortwährend kleiner wird. während die obere Frequenz mit nach und nach zunehmenden Integralwerten von N zu und von s weg schwingt, jedoch mit abnehmender Abweichung von s. Die gleiche Schlussfolgerung lässt sich auf alle anderen Bänder anwenden.
Auf diese Weise kann für das niederste Band der wichtige Lehrsatz angeführt werden, dass die für das notwendige Frequenzband erforderliche obere Frequenz s ist und die erforder- liche untere Frequenz gänzlich von der in Zeiteinheiten gemessenen Zeit abhängig ist, die durch die gesamten Ausgleichsvorgänge aus einem einzelnen Signalelement plus dem Signal- element, d. i. Nt, beansprucht wird.
In dem Falle eines laboratorischen Versuches wurde gefunden, dass die gesamten einem Signalelement zugehörigen Vor- und Nachausgleichsvorgänge plus dem Signalelement für alle praktischen Zwecke in einer Zeit enthalten sind. die fünf Zeiteinheiten gleich ist. Demnach
2s war die untere Grenze des in Betracht gezogenen Frequenzbandes--.
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wege in Benützung genommen werden, die aufeinanderfolgenden ungeraden und geraden Verkehrswege näher zusammenkommen und sich eventuell teilweise überdecken.
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gesandt werden brauchen. Die anderen Verkehrswege sind, obwohl sie durch einen Gleichstromsender gesandt werden, Trägerfrequenztelegraphenverkehrswegen ähnlicher.
Es besteht hier eine sich ergebende Ersparnis, denn zur Sendung dieser Verkehrswege wird nur ein Modulator benötigt, wogegen in der gewöhnlichen Trägerfrequenztelegraphie am Sendeende eines jeden Verkehrsweges ein Modulator benötigt wird.
Jedoch werden Frequenzübersetzungsvorrichtungen, d. s. Demodulatoren D 2 und D 3, in den Verkehrswegen. 8, 3 usw. am Empfangsende, wie dargestellt, benötigt. Die Entzerrerketten C N1, C N2, C N3 verwenden sowohl Dämpfungs- als auch Phasenverschiebungseinrichtungen in bekannter Weise, um die gewünschte empfangene Welle zu ergeben.
In den vorstehenden Ausführungeu wurde angenommen, dass alles, was benötigt wird, der Unterschied zwischen den den aufeinanderfolgenden Signalelementen zugehörigen Spannungen ist und nicht ihre absoluten Werte. Es ist dies in Dnppebtrnm-Gleichstromsystemen und Träger-
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frequenzsystemen zufriedenstellend. da die einer jeden Zeiteinheit zugehörige Spannung als entweder + 1 oder-1 bzw. (ON oder OFF) bekannt ist und dies auf ein Vorauswissen einiger der Bedingungen für die Übertragung hinauslauft, welches keine Leitungszeit zur Über-
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Es kann dargelegt werden, dass wenn eine Wechselstromquelle in der gleichen Weise wie eine Gleichstromquelle an die Leitung angeschlossen und von ihr abgeschaltet wird, und wenn die Wechselstromquelle von genügend hoher Frequenz ist, der Gestaltungsfaktor der resultierenden Welle, die angenommenerweise unbestimmt übertragen oder nicht übertragen wird, der gleiche ist wie der Gestaltungsfaktor für den Gleichstromfall, im Frequenzspektrum nach rechts um einen Betrag verschoben, der gleich ist der Frequenz der Wechselstromquelle, weshalb die Analyse des Gleichstromfalles hier angewendet werden kann.
Wenn die Trägerfrequenz im Vergleiche zur Telegraphierfrequenz nicht hoch ist, ist der Gestaltungsfaktor nicht der gleiche wie für den Gleichstromfall, doch werden die Unterscheidungsfaktoren die gleichen sein und der Lehrsatz betreffs der zur Übertragung der vollständigen Nachricht notwendigen Bandbreite wird den gleichen Weg folgen. Also, da die benötigte niederste Frequenz von der Trägerfrequenz durch einen bestimmten Betrag versetzt ist, ist es jetzt möglich, das Einseitenband"-Frequenzspektrum zu wählen. Diese Bandbreite ist die gleiche wie für den Gleichstrom-
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In Fig. 6 ist dargestellt, wie dies ausgeführt werden kann. Anstatt die Verkehrswege 1, 2. 3 usw. direkt hinaus bis zur Leitung gehen zu lassen, tonnen sie in einen Modulator von einer gewissen Trägerfrequenz fc hineingeleitet werden und im Frequenzspektrum durch eine Frequenz fe nach hinauf umgesetzt werden. Es ist nun verhältnismässig leicht, ein einziges Seitenband für jeden Verkehrsweg zu senden, weil die die Nachricht tragenden Bänder von der Trägerfrequenz getrennt sind, die auf diese Art leicht unterdrückt werden kann. In Fig. 6 ist angenommen,
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tung L.
Nach dem Empfänger geht das einlangende Frequenzband durch ein gleiches Banddurchlassfilter BPFe und das durchgeleitete Band wird im Demodulator DM, dem eine Fre-
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das die notwendige Dämpfungs- und Phaseneinstellung bewerkstelligt, an den Empfänger-K angelegt wird.
Ein besseres Verfahren als das Schema der Fig. 6 besteht darin, dass das Signal die Trägerwelle direkt moduliert und hierauf das erforderliche Seitenband herausgesiebt wird und dieses Band ohne Vermittlung eines Modulators zur Leitung gelangt. Die Vorteile dieses Schemas sind folgende. Es wird ein Filter pro Sendeverkehrsweg erspart. Die Harmonischen der Gleichstromwelle werden nicht gebildet, wie dies beim Modulatorverfahren der Fall ist. Auch werden Dämpfung und Phasenverschiebung, die auf den Modulator zurückzuführen sind, vermieden.
Ein alternatives Verfahren zur Übertragung besteht darin, dass eine separate Nachricht in jedem der Seitenbänder einer einzelnen Trägerfrequenzwelle mit einem Teil der unmodulierten Trägerwelle, die zusätzlich zu den Seitenbändern übertragen wird, gesandt wird.
Es wird nun auf Fig. 7 verwiesen, in der 0 ein Oszillator ist, der die erforderliche Trägerfrequenz herstellt. Diese wird den zwei Sendern T, und T2 und ebenso der Leitung L direkt über das Banddurchlassfilter B-PF zugeführt. BPF, lässt das untere Seitenband und BP 1/2 das obere Seitenband durch. Die Phasenverschieber PB1 und PB2 dienen zum Richtigstellen der durch die Banddurchlassfilter verursachten Veränderungen (bei verschiedenen Frequenzen). Auf diese Weise ist zu sehen, dass ein Teil der unmodulierten Trägerfrequenz und zwei separate Seitenbänder, die verschiedene Telegramme tragen, der Leitung zugeführt werden. Am Empfangsende lässt jeder der Bandfilter BF-Fg und BPF4 ein Seitenband mit einem Teil der unmodulierten Trägerwelle durch.
Jedes Seitenband ist für Dämpfung und Phasenverschiebung, die durch die Leitung und die Banddurehlassfilter BPE3 und BPF4 entstehen, eingestellt, wobei dies in den Ausgleichen ex und E4 sowie in den Phasenver- schipbern PS3 und PS4 bewirkt wird. Jedes Signal wird nun durch den geeigneten Detektor Dg
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oder D4 demoduliert und die resultierenden Ströme betätigen den Empfangsmechanismus R3 und R4, um die Signale aufzunehmen.
Um eine Interferenz zwischen den Verkehrswegen auf das kleinste Ausmass herabzudrücken, gleichzeitig jedoch eine grösstmögliche Trägerwelle zu empfangen, damit ein möglichst starkes Signal für Demodulationszwecke erzielt wird, sollen die Sendefilter B und-B-PFs die in Fig. 8 dargestellten Dämpfungscharakteristiken haben, nachdem die Formen der Charakteristik von BPF1 und ssPjFs derart sind. dass sie die Interferenz zwischen den Verkehrswegen auf ein Mindestmass herabdrücken, und die Formen der Charakterisierung von B P Fa und B P F4 derart sind. dass sie die Bänder trennen und einen mässig grossen Teil der Trägerwelle zu jedem Verkehrsweg durchlassen.
Obgleich wir gewisse Methoden zur wirklichen Ausführung der vorliegenden Erfindung
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der vorstehend angegebenen Prinzipien sofort offenbar werden und wir uns daher nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele genau beschränken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gleichstrom- oder Trägerfrequenztelegraphenanlage. dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht in einem Frequenzband von einer Breite geführt wird, das numerisch kleiner als die Telegraphierfrequenz ist und die Telegraphierfrequenz oder ein ungerades ganzzahliges Vielfaches davon als eine der Grenzen der Signalfrequenzen hat.
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