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Trägerstrom-Übertragungssystem.
Bei der Trägerstromübertragung in Kabeln ist es erwünscht, eine möglichst grosse Anzahl von Übertragungskanälen in einem gegebenen Frequenzband unterzubringen, damit das System mit einer möglichst grossen Zahl von gesonderten Übertragungskanälen ausgenutzt werden kann.
Um dieses erwünschte Ergebnis zu erzielen, sind scharf trennende Bandfilter notwendig ; diese Filter müssen auch kleine relative Durchlassbreiten, insbesondere für die höheren Frequenzen, aufweisen. Diese letztgenannte Bedingung erfordert genaue Abstimmung der Elemente und sehr kleine Verlustwinkel mit den damit verbundenen Schwierigkeiten.
Es seibeispielsweisediein Fig. l dargesteIlteFrequenzskala angenommen, die beidem Experiment von Mirristown angewendet wurde (vgl. Bell System Technical Journal vom Juli 1933). Da der gegenseitige Abstand der Trägerwellen 4000 Hertz beträgt, wird ein Band von 2500 Hertz in jedem Kanal übertragen, wobei sich das Niederfrequenzband von 250-2750 Hertz erstreckt. Wenn der theoretische Durchlassbereich jedes Filter 2700 Hertz beträgt, verbleibt ein Zwischenraum von 1300 Hertz zwischen den einzelnen Durchlassbereichen. Innerhalb dieses Zwischenraumes muss die Dämpfung bis zu etwa 7 Neper ansteigen, wenn das durch einen benachbarten Kanal entstehende Geräusch in jedem Übertragungskanal in zulässigen Grenzen bleiben soll. Es sind also Filter mit steilem Dämpfungsanstieg erforderlich.
Solche scharf trennenden Filter bedingen einen hohen Aufwand, der um so höher ist, je steiler der Flankenanstieg der Dämpfungskurve verläuft.
Gemäss der Erfindung werden die Hochfrequenzübertragungskanäle in ihrer Reihenfolge abwechselnd durch ein oberes und ein unteres Seitenband gebildet, die im Frequenzspektrum paarweise derart angeordnet sind, dass die den höchsten Frequenzen der niederfrequenten Nachrichtenbänder entsprechenden Grenzfrequenzen aufeinanderfolgender Seitenbänder einander näher liegen als die den niedrigsten Nachrichtenfrequenzen entsprechenden Grenzfrequenzen aufeinanderfolgender Seitenbandpaare.
Die beiden Hochfrequenzkanäle jedes Kanalpaares können dabei über gemeinsame Elemente, wie z. B. Bandfilter und weitere Modulations-bzw. Demodulationsstufen, an das gemeinsame Übertragungsmittel, z. B. eine Übertragungsleitung, angeschaltet werden, u. zw. auf der Sende-oder der Empfangsseite oder auf beiden.
Auf diese Weise stimmen die zu den beiden Kanälen eines Paares gehörigen Trägerfrequenzen im wesentlichen mit den Grenzen des Frequenzbandes überein, das zum Durchlassen des Paares von Kanälen erforderlich ist.
In der Praxis ist es besonders vorteilhaft, die unbenutzten Seitenbänder in den nicht verwendeten Teilen des Frequenzbereiches des Übertragungsmittels unterzubringen, indem letzteres genügend breit gewählt wird.
Bei der Anwendung der Erfindung ist eine derartige Anordnung möglich, ohne dass hiedurch der nutzbare Prozentsatz des Frequenzbereiches herabgesetzt wird, u. zw. zufolge der doppelten Breite der Durchlass- und Sperrbänder.
Empfängerseitig werden die beiden Seitenbänder zwei gesonderten Demodulatoren zugeführt, von denen jeder nur eine der beiden fraglichen Trägerfrequenzen erhält.
Wenn dafür Sorge getragen wird, dass diese Trägerfrequenz (die zu dem gewünschten Kanal geh ört) hinreichend kräftigist im Vergleich zu irgendeinem etwa durchschlagenden Rest der dem andern Kanal gehörigen Trägerfrequenz, so können die auf den Demodulator folgenden Tiefpassfilter die aus dem andern Kanal herrührenden unerwünschten Frequenzen zurückhalten.
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Auf diese Weise braucht man nur halb so viel Leitungsfilter für eine gegebene Anzahl von Kanälen im Vergleich zu der Anzahl der Filter, die bei üblichen Systemen benötigt wird.
Auch ohne die besonders vorteilhafte Verwendung gemeinsamer Filter für jedes Kanalpaar erreicht man durch die erfindungsgemässe Anordnung bereits eine grosse Verbilligung der verwendeten Filter, da der Aufwand für den Filteraufbau wesentlich vereinfacht wird. Durch den erfindungsgem ässen Aufbau wird erreicht, dass bei gleicher Ausnutzung des verfügbaren Frequenzbereiches der Zwischenraum zwischen den einzelnen Durchlassbereichen verdoppelt wird. Der Dämpfungsanstieg der Filter an den Grenzen des jeweiligen Durchlassbereiches kann also bedeutend flacher verlaufen, wenn die gleiche Geräuschfreiheit verlangt wird. Somit ist der tatsächliche Aufwand für die Filter, der ja mit wachsender Steilheit des Dämpfungsanstieges bedeutend zunimmt, wesentlich herabgesetzt.
Anderseits könnte aber auch bei gleichem Aufwand für die benötigten Filter und bei Voraussetzung gleicher Geräuschfreiheit wie bei den bekannten Systemen eine wesentlich grössere Ausnutzung des verfügbaren Frequenzbereiches erzielt werden. Macht man nämlich den Zwischenraum zwischen den einzelnen Durchlassbereichen ebenso gross wie bei den bekannten Systemen, so ist ersichtlich, dass infolge der Verdopplung des Durchlassbereiches eine günstigere Ausnutzung des verfügbaren Frequenzbereiches erzielt wird.
Der Grundgedanke der Erfindung, das ist die paarweise Aufteilung der Sprachkanäle in der angegebenen Weise, kann auch auf ein System angewendet werden, bei dem die Modulation und Demodulation in zwei Stufen nach Art eines Superheterodyn-Empfängers erfolgt.
In diesem Falle besteht dieser gemeinsame Übertragungskreis für jede Gruppe von Kanälen aus einem Hilfsmodulator mit einem an seinen Eingang angeschlossenen Bandfilter. Der Hilfsmodulator transponiert die dem Filter zugeführte Seitenbandgruppe auf einen bestimmten Punkt im Frequenzbereich des Übertragungsmittels.
Die dem Eingangsbandfilter zugeführten Seitenbänderwerden einer Gruppe von zwei Modulatoren entnommen, von denen jeder eines der niederfrequenten Signale und eine Trägerfrequenz zugeführt erhält, die in der Nähe eines Randes des Bandfilterbereiches gelegen ist. Diese Trägerfrequenzen und Bandfilter sind für alle Gruppen von Kanälen dieselben.
In Systemen der beschriebenen Art kann ein Empfänger verwendet werden, in welchem die Ströme aus dem Übertragungskreis längs zweier verschiedener Übertragungswege geführt werden, deren jeder ausserdem eine der entsprechenden Trägerfrequenzen zugeführt erhält. Jeder dieser Übertragungswege enthält einen Demodulator, auf welchen niederfrequente selektive Übertragungsmittel folgen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben, in der als Beispiele einige AUE- führungsformen der Erfindung dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt die Frequenzskala für ein Übertragungsmittel, die von 0 bis etwa 40.000 Hertz reicht. Wie dargestellt, umfasst dieser Bereich neun Kanäle, von denen acht derart paarweise kombiniert sind, dass die benachbarten Grenzfrequenzen jedes Hochfrequenzkanalpaares den höchsten und die entfernt liegenden Grenzfrequenzen den niedrigsten Frequenzen der niederfrequenten Nachrichtenbänder entsprechen. Durch die Kurven 1 ist der Dämpfungsverlauf von für beide Kanäle jedes Paares gemeinsamen B3, ndfiltern schematisch angedeutet. Die den beiden Kanälen jedes Paares zugeordneten Trägerfrequenzen liegen ausserhalb der Kanalpaare, wie durch die Pfeile 2 angedeutet ist.
Bei dem in Fig. 2 behandelten gemäss der Erfindung aufgebauten System wird gegenüber den bekannten Systemen eine Einsparung der halben Anzahl der erforderlichen Leitungsfilter erreicht, da jeweils die Kanäle eines Paares durch ein gemeinsames Bandfilter erfasst werden können. Bei diesem Beispiel können aber auch getrennte Filter für beide Kanäle jedes Paares benutzt werden. Man hat dann zwar die gleiche Anzahl von Filtern wie bei den bekannten Systemen, hat aber immer noch den grossen Vorteil, dass man billigere Filter verwenden kann, da die erforderliche Steilheit des Dämpfungsanstieges kleiner sein kann, wie dies bereits früher dargelegt wurde.
Die unterdrückten Bänder sind bei dem neuen System zweimal so breit wie bei dem alten ; dies macht es möglich, die nicht zur Übertragung bestimmten Seitenbänder vollständig in den unterdrückten Bändern unterzubringen, wobei der gleiche ausgenutzte Prozentsatz in dem ganzen Übertragungsgebiet aufrechterhalten wird. Auf diese Weise können die unterdrückten Bänder, z. B. die der Bandfilter in Sender und Empfänger, beide derart ausgebildet werden, dass sie zur Unterdrückung ungewünschter Übertragung und damit des "Übersprechens"beitragen.
EMI2.1
Trägerfrequenzen unabhängig.
Die Empfangsseite des gemäss der Skaleneinteilung nach Fig. 2 arbeitenden Systems kann mit Einrichtungen versehen sein, deren Verbindungen in Fig. 3 dargestellt sind. In dieser Fig. 3 sind von der Leitung 3 über Bandfilter eine Reihe von Teilnehmern abgezweigt. Jedes Bandfilter 4 habe z. B. die in Fig. 2 bei 1 graphisch dargestellten Übertragungseigenschaften. Dass Durchlassband ist mit a, das unterdrückte Band mit b bezeichnet. Die durch dieses Filter durchgelassenen Seitenbänder werden
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einem Paar von parallelen Übertragungswegen 5 und 6 zugeführt, deren jeder einen Demodulator 7 bzw. 8 enthält.
Die höchste der betreffenden Trägerfrequenzen wird einem dieser Demodulatoren, der andere Träger dem andern Demodulator zugeführt, wobei die Bedingung besteht, dass die Amplituden dieser Träger hinreichend gross sind gegenüber etwa von den Bandfiltern durchgelassenen Restträgern, um ein "Übersprechen" auf ein Mindestmass zu beschränken. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird das über den einen Kanal übertragene Signal von dem Demodulator 7 und das Signal des andern Kanals, der von dem B. 1ndfilter 4 durchgelassen wird, von dem Demodulator 8 geliefert. Tiefpassfilter sind mit den Ausgängen der Demodulatorenverbundenund übertragen nur den gewünschten Niederfrequenzbereich, während sie alle unerwünschten Frequenzen ausserhalb dieses Bereiches unterdrücken.
Die Wirkungsweise dieser Kreise ist in den Fig. 3 a, 3 bund 3 c dargestellt ; Fig. 3 a zeigt die von dem Bandfilter 4 durchgelassenen Frequenzen, während Fig. 3 b die durch das Filter 9 im Ausgang des Demodulators 7 durchgelassenen Frequenzen darstellt. Fig. 3 c zeigt die durch das Filter 10 übertragenen Frequenzen. Die Kurven 11 (Fig. 3 b und 3 c) veranschaulichen die Arbeitscharakteristik dieser Filter.
Die Fig. 4a-4e veranschaulichen die Anwendung des Erfindungsprinzipes auf ein System, bei dem die Modulation und Demodulation in zwei Stufen erfolgt, in analoger Weise wie die Arbeitsweise eines Superheterodynempfängers.
Wie in Fig. 4 a dargestellt, ist für jeden Kanal ein gesonderter erster Modulator vorgesehen.
Um Paare von zwei benachbarten Seitenbändern zu erhalten, werden die Signale des einen der Kanäle, die ein solches Paar bilden sollen, auf die Frequenz do in dem ersten Modulator 12 moduliert, während die des andern Kanals auf die Frequenz do'in dem andern ersten Modulator 13 moduliert werden.
Die Frequenzen da und do'liegen in der Nähe der Ränder des Durchlassbandes des Bandfilters, das in Fig. 4 b dargestellt ist, wobei 14 die Abschwächungscharakteristik dieses Filters ist.
Jeder Gruppe von zwei Kanälen ist eine Gruppe von Modulatoren 12 und 13 und ein Bandfilter mit der Charakteristik 14 zugeordnet, wobei die Frequenzen do und do'für alle Gruppen die gleichen sind, ebenso wie die Charakteristik 14. Es ist daher das entsprechende Bandfilter für alle Gruppen das gleiche.
Ein gesonderter Hilfsmodulator ist für jedes Paar von Kanälen vorgesehen. Die von diesem Binlfilter durchgelassenen Seitenbänder werden in diesem Modulator auf eine Hilfsfrequenz dn moduliert, welche für jede Gruppe von zwei Kanälen einen verschiedenen Wert hat.
Die Ausgänge der Hilfsmodulatoren sind mit der Leitung oder dem sonstigen Übertragungsmittel verbunden. Zufolge der beschriebenen Anordnung nehmen die Paare von Kanälen die richtigen relativen Stellungen in der Frequenzskala des Übertragungsmittels ein ; die zu diesem Ergebnis führenden Schritte und die sich ergebenden Lagen der Kanäle sind in Fig. 4 c dargestellt.
Auf der Empfangsseite ist das Übertragungsmittel 16 mit so vielen Hilfsmodulatoren versehen als Paare von Kanälen vorgesehen sind. Diese Hilfsmodulatoren transponieren die Gruppen von Seiten- bändern in das Durchlassband eines Bandfilters 17 hinein (Fig. 4 d). Diese Filter sind in einer Anzahl vorhanden, die gleich ist der Zahl der Seitenbandpaare. Nach Demodulation mit der Hilfsfrequenz d wird das betrachtete Seitenband dem Eingang des entsprechenden Bandfilters 17 zugeführt. In den Demodulatoren 18und 19 werden dievom Ausgang des Filters 17 empfangenen Ströme mit den Trägern do und do'demoduliert.
In den Ausgängen dieser Demodulatoren sind Tiefpass-Niederfrequenzfilter vorgesehen, deren Arbeitscharakteristiken in Fig. 4 e durch 20 dargestellt sind und die so beschaffen sind, dass von dem einen Filter der eine Kanal und von dem andern Filter der andere Kanal des Kanalpaares erhalten wird.
Bezüglich der allgemeinen Erwägungen, die bei der Anwendung der Erfindung in Betracht zu ziehen sind, ist folgendes zu bemerken : Die Frequenzen da und do'haben vorzugsweise einen solchen Wert, dass sie, ebenso wie ihre Seitenbänder und die Träger dn oberhalb des zu übertragenden Frequenzbereiches liegen. Wenn dies eingehalten wird, sind irgendwelche weitere gesonderte Filtermittel nicht erforderlich. Als Vorteil des Systems nach den Fig. 4 a-4 e im Vergleich zu bekannten Systemen sei angeführt, dass nur die halbe Zahl von Hilfsmodulatoren und die halbe Zahl von Haupt-Trägerfrequenzen dn erforderlich sind. Demgegenüber besteht der einzige Nachteil in der Notwendigkeit zweier Hilfsträger do und do'.
Da der relative Wert des restlichen Trägers, der über das Übertragungsmittel empfangen wird, im Vergleich zu dem Träger, der dem Empfangsmodulator zugeführt wird, den Grad des zwischen benachbarten Kanälen auftretenden Übersprechens bestimmt, ist folgendes erwünscht :
1. Es soll in den sendenden Modulatoren mit Trägerunterdrückung gearbeitet werden.
2. Die Filter sollen eine maximale Abschwächung der Träger bewirken.
Die das Durchlassband der Filter begrenzenden Frequenzen sollen daher möglichst nahe zu dem zu übertragenden Frequenzband liegen, damit eine gewisse Abschwächung des Trägers erzielt wird. Da überdies die Frequenzbänder einer Gruppe einander derart gegenüberliegen, dass jene Teile, die die höheren Harmonischen der Sprache enthalten (und die nur geringe Energie haben) einander benachbart sind, können diese Bänder einander ziemlich nahe gebracht werden, ohne dass erhebliche Schwierigkeiten in der niederfrequenten Filterung auftreten.
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Das Durchlassband eines jeden Filters ist auf diese Weise etwa zweimal so breit als bei den bekannten Systemen. Wenn die gleiche Anzahl von Kanälen in demselben gesamten Frequenzbereich des Übertragungsmittels vorgesehen werden soll, so verbleibt die gleiche prozentuelle Trennung, so dass dieselbe Abschwächung erhalten wird, wenn die Zahl der Filterelemente ebenfalls dieselbe ist.
Infolge der doppelten Bandbreite sind die Schwierigkeiten der genauen Abstimmung verringert, wodurch überdies die relativen Abmessungen der Filter leichter zu verwirklichen sind.
Anderseits kann eine Ersparnis in den Filterkosten (ohne dadurch hervorgerufenen Verlust am Übertragungsmittel) gemäss der Erfindung dadurch erzielt werden, dass jeder Kanal eines Paares durch ein gesondertes Filter geleitet wird. In diesem Falle bleibt das Übertragungsband des Filters dasselbe wie bei den üblichen Methoden der Gruppierung der Kanäle, der grössere Frequenz-Zwischenraum zwischen benachbarten Paaren von Kanälen verringert jedoch die Strenge der Bedingungen, denen die Ba. nddurehlassfilter genügen müssen.
Irgendein aus dem andern Kanal desselben Paares stammendes Geräusch kann durch das abschliessende Tiefpassfilter unterdrückt werden.
Umgekehrt kann erfindungsgemäss durch Verwendung der gleichen Band-Durchlassfilter, wie sie üblicherweise angewendet werden, eine Ersparnis in dem gesamten, für eine gewisse Anzahl von Kanälen zu übertragenden Frequenzband erzielt werden.
Als weiterer Vorteil des Systems sei die Möglichkeit genannt, gelegentlich ein Musikprogramm an Stelle einer Gruppe von zwei Kanälen zu übertragen, wobei das Netzwerk unverändert beibehalten werden kann.
Das Übertragungssystem kann neben gemäss der Erfindung angeordneten Kanälen auch noch anders angeordnete Kanäle enthalten, ohne dass hiedurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Beispielsweise könnten einige Paare von Kanälen nach Fig. 2 und weitere Kanäle nach Fig. 1 verteilt sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrfachträgerfrequenzübertragungssystem, bei dem zur Übertragung nur je ein Seitenband benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzübertragungskanäle in ihrer Reihenfolge abwechselnd durch ein oberes und ein unteres Seitenband gebildet werden, die im Frequenzspektrum paarweise derart angeordnet sind, dass die den höchsten Frequenzen der niederfrequenten Nachrichtenbänder entsprechenden Grenzfrequenzen aufeinanderfolgender Seitenbänder einander näher liegen als die den niedrigsten Nachrichtenfrequenzen entsprechenden Grenzfrequenzen aufeinanderfolgender Seitenbandpaare.