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Verfahren zur Überwachung von zu Koaxialeinrichtungen für
Telephonie gehörenden Abschnitten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von gemeinsamen Übertragungslei- tungen (Koaxialleitungen) bei Koaxialsystemen für Trägerfrequenztelephonie sowie eine Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei modernen Koaxialsystemen für Telephonie werden tausendevonferngesprächen Utber eine gemeinsame Koaxialleitung übertragen ; in den modernsten Systemen bis zu 2700 trägerfrequente Fernge-
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Die Verstärker sind mit Gegenkopplung versehen, damit eine notwendige \ erstärkungsstabilität und Linearität erreicht wird. Normalerweise sind diese Verstärker in unbemannten Stationen untergebracht. welche in regelmässigen Abständen besucht werden. Die Überwachung der Koaxialleitungen geschieht von bemannten Kontrollstationen aus, welche z. B. einen durchschnittlichen Abstand von zirka 150 km voneinander haben. In einer Koaxialleitung zwischen zwei Kontrollstationen, einem sogenannten Regelabschnitt, sind also etwa 60 Verstärker (30 in jeder Übenragungsrichtung) und zusammen mehrere HundertElektronenröhren vorhanden. Sowohl aus Gründen der Wirtschaftlichkeit als auch der Verkehrssicherheit ist es wichtig, dass diese Elektronenröhren auf eine einfache und effektive Weise überwacht und kontrolliert werden können.
Verschiedene Methoden zur Überwachung und zur Röhrenprüfung sind auch ausgearbeitet worden. Diese sind jedoch entweder sehr umständlich durchzuführen oder deren Zuverlässigkeit ist unbefriedigend.
Bei modernen Röhrcntypen tritt ein Glühfadenbruch nur äusserst selten auf. Die Lebensdauer der Röhre wird dagegen in der Regel dadurch begrenzt, dass die Steilheit und/oder der Anodenstrom bei steigender Intermodulation absinkt, mit Störungen in den Telephonkanälen als Folgeerscheinung. Der grösste Teil der Fehler, die in einer Koaxialleitung auftreten, wird auch von alternden Röhren, von der geringen Steilheit der Röhren und/oder dem niedrigen Anodenstrom verursacht. Die nutzbare Lebensdauer einer Röhre ist demnach in der Regel gleich der Anzahl Brennstunden, während der die Röhre verwendet werden kann, ehe die Steilheit und/oder der Anodenstrom unter einen gewissen Wert gesunken ist. Eine Abhängigkeit zwischen Steilheit und Anodenstrom als Funktion der Betriebszeit einer Röhre existiert nicht.
Es kommt sogar sehr oft vor, dass die Steilheit auf die Kassationsgrenze abgesunken ist, während der Anodenstrom noch innerhalb der Toleranzgrenzen liegt und umgekehrt. Die Messungen dieser Grössen an in Betrieb befindlichen Röhren werden auch kompliziert und ungenau, da die einzelnen Röhren Gleichstromgegenkopplung über die Kathodenwiderstände erhalten, wodurch der Anodenstrom möglichst konstant gehalten wird. Manchmal wird die Methode angewendet, die Röhren aus den Verstärkern herauszunehmen und die Steilheit und den Anodenstrom in einem separaten Röhrenprüfgerät zu messen. Diese Methode verursacht jedoch leicht Betriebsstörungen und ausserdem werden hiebei leicht Röhren und Röhrensockel beschädigt.
An verschiedenen Stellen werden die Röhren nach einer gewissen Betriebszeit, im allgemeinen nach einem Jahr, ausgetauscht. Diese Methode bedeutet jedoch eine grosse Röhrenverschwendung und ist auch
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nicht im Hinblick auf die Betriebssicherheit zufriedenstellend. Die nutzbare Lebensdauer der einzelnen
Röhren in einer Röhrengruppe ist nämlich nicht gleich, sondern weist eine sehr grosse Streuung auf. Im allgemeinen ist die wahrscheinliche Lebensdauer neuer Röhren ebenso gross wie die wahrscheinliche rest- liche Lebensdauer der funktionsfähigen alten Röhren ohne Rücksicht darauf wie lange diese verwendet sind.
Die Fehlerhäufigkeit einer Gruppe funktionsfähiger Röhren ist demnach unabhängig von der Verwen- dungszeit.
Man hat auch versucht, die Kathodenaktivität der Röhren zu messen, welche als Änderung des Ano- denstromes in Abhängigkeit von der Änderung des Heizstromes definiert wird. Eine gewisse Wechselbezie- hung besteht zwar zwischen der Kathodenaktivität und der Steilheit einer Röhre. Diese ist jedoch nicht befriedigend. Infolge der oben erwähnten Gleichstromgegenkopplung durch die Kathodenwiderstände wird die Messung ausserdem kompliziert und lässt sich nur schwer mit genügender Genauigkeit bei in Betrieb befindlichen Röhren durchführen. Bei ausschliesslicher Verwendung dieser Methode müssten unter anderem aus diesen Gründen die Toleranzgrenzen sehr eng gezogen werden. Man riskiert dann jedoch, dass auch einwandfreie Röhren ausgetauscht und die Methode unwirtschaftlich wird.
Die Röhren, die bei Koaxial- verstärkern verwendet werden, sind nämlich verhältnismässig teuer.
Alle obengenannten Methoden sind unzuverlässig und/oder unwirtschaftlich. Man hat deshalb den Versuch gemacht, einige von ihnen zu ergänzen, aber es ist keine befriedigende Lösung erzielt worden.
Einer derErgänzungsversuche bestand darin, die Klirrdämpfung des gesamten Regelabschnittes zu messen, um damit ein Mass für die Linearität zu erhalten. Ein Signal mit der Frequenz f wird hiebei durch den Regelabschnitt gesendet und am Endpunkt wird der Pegel der Obertöne 2f und 3f gemessen. Bei'einem ändern Versuch wurden zwei Signale mit den Frequenzen f 1 und f2 durch den Regelabschnitt gesendet, und am Endpunkt der Pegel der Intermodulationsprodukte fut fa gemessen, wobei die Frequenzen aus praktischen Gründen so gewählt wurden, dass die Mehrzahl von ihnen einigen der von CCITT empfohlenen Lückenpilotfrequenzen entsprach. Hiedurch war es möglich, die Messung bei in Betrieb befindlicher Koaxialleitung durchzuführen.
Unter Lückenpiloten versteht man hiebei Messsignale, die bei Bedarf durch den Regelabschnitt gesen- det werden, um eine Kontrolle der Betriebsdämpfung zu erreichen, und deren Frequenzen so gewählt wurden, dass sie in für die Übertragung nicht verwendeten Frequenzabschnitten liegen, sogenannten Frequenzlücken. Mit Ausnahme der zwei in Frequenzhinsicht niedrigsten liegen diese Lückenpilote beispielsweise bei einem 4-MHz-Koaxialsystem in einem internen Abstand von 248 kHz. Die Grösse der Frequenzlücke ist hier 8 kHz. In einem 4-MHz-Koaxialsystem sind die obersten dieser Lückenpilote 2792,3040, 3288, 3536 und 3784 kHz. In einem 12-MHz-System sind die obersten Ltickenpilote 8472, 9792 und 11 112kHz.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Klirr- bzw. Intermodulationsmessungenkeine sicheren Angaben über die Linearität des Regelabschnittes bei andern Frequenzkombinationen ergeben. Wenn eine einzige Röhre sehr schlecht ist oder, allgemeiner ausgedrückt, ein einziger Verstärker sehr unlinear ist, kann dies zwar auf diese Weise angezeigt werden, wenn aber mehrere Verstärker gleichzeitig unlinear sind, was im praktischen Betrieb oft der Fall ist, wenn viele Röhren gleichzeitig gealtert sind, können dieseVerstärker in grossemAusmassihregegenseitigenAuswirkungen sowohl bezüglich der Kombinations - frequenzen f1 l : f2 als auch der Obertöne ausgleichen.
Dieses wird dadurch verursacht, dass sowohldie Obertöne als auch die erwähnten Kombinationsfrequenzen f + f der verschiedenen an der Koaxialleitung befindlichen Verstärker an den Endpunkt des Regelabschnittes in verschiedener Phasenlage ankommen. (VgL TELE, Nr. 3,1959, S. 180 und folgende, S. Janson-V. Stending, Einige Probleme über Störungen im Breitbandsystem, speziell S. 186, die untere Kurve in Abb. 10, welche die Addition A+B-Produkte entlang einer 4-MHz-Koaxialleitung angibt.) Es besteht demnach die grosse Gefahr, dass mehrere schlechte Röhren in einem Regelabschnitt auf diese Weise unentdeckt bleiben.
Es kann auch im praktischen Betrieb vorkommen, dass eine Verschlechterung einer Röhre oder eines Verstärkers sich als Verbesserung des Resultates einer Messung des gesamten Regelabschnittes anzeigt, was darauf beruht, dass das Intermodulationsprodukt dieses Verstärkers denen der übrigen Verstärker entgegenwirken kann. Umgekehrt kann auch die Verbesserung eines schlechten Verstärkers (z. B. durch Einsetzen neuer Röhren) eine Verschlechterung des Resultates für den gesamten Regelabschnitt bei der fraglichen Frequenzkombination ergeben. Diese Messung ist also auch nicht zweckmässig. Bisher hat es überhaupt noch keine zuverlässige und einfache Methode für den wichtigen Röhrenunterhalt gegeben, trotz der gro- ssen Anzahl von Röhren, die in Betrieb sind, sondern dieser Unterhalt geht mehr oder weniger nach Gutdünken vor sich.
Nach der vorliegenden Erfindung soll die Intermodulationsmessung an Abschnitten der Koaxialleitungen erfolgen, u. zw. vorzugsweise an ganzen Regelabschnitten. Die Abschnitte sollen in jeder Übertra-
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gungsrichtung aus einer Koaxialtube mit (in den Endpunkten und) in ungefähr gleichen Abständen angeordneten Koaxialverstärkern bestehen. Man soll hiebei ein derartiges Intermodulationsprodukt messen, bei dem Beiträge der einzelnen Verstärker sich spannungsmässig addieren, d. h. bei der die Beiträge an das Empfangsende in praktisch gleicher Phase anlangen, welches nur bei gewissen Intermodulationsprodukten ungerader Ordnung der Fall ist. Eine abnormale Intermodulation in einem oder einigen Verstärkern wird bei dieser Methode unweigerlich entdeckt.
Die für die Methode gemäss der Erfindung zweckmässigen Intermodulationsprodukte sind ungerader
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dritter Ordnung 2f 1 - f 2 oder f 1 + f 2 - fs. wobei die Frequenzen zweckmässigerwei-cher Koaxialleitung durchgeführt werden können.
Die Erfindung soll unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben werden, wobei Fig. 1 schema tisch die eine Übertragungsrichtung eines Regelabschnittes zeigt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für Intermo- dulationsmessung zwischen zwei bemannten Kontrollstationen gemass der vorliegenden Erfindung darstellt und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung zur Ausführung der obigen Methode zeigt.
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Klstärker, Pi und Ps Einspeisung von Piloten zu Regelzwecken (diese Regelpilote sind nicht mit früher erwähnten LUckenpiloten zu verwechseln) bzw. Pilotsperre für Regelpilote, C eine Anzahl in der Koaxialtube B in ungefähr gleichen Abständen angeordnete Koaxialverstärker, und RS einen ganzen Regelabschnitt.
Im nachstehenden wird eine Koaxialleitung zwischen zwei benachbarten Kontrollstationen Regelabschnitt benannt. Über einen Regelabschnitt werden ständig in beiden Übertragungsrichtungen ein oder mehrere Signale mit bestimmten Frequenzen (beispielsweise 4092 kHz im 4-MHz-System und 308. 4287 und 12435 kHz im 12-MHz-System) sogenannte Regelpilote, gesendet. Diese Regelpilote steuern automatische Regeleinrichtungen, welche die Aufgabe haben, die Verstärkung der einzelnen Verstärker auf den richt- gen Wert einzuregeln. Die Regelpilote werden unmittelbar vor dem Sendeverstärker As eingespeist und unmittelbar nach dem Empfangsverstärker Am gesperrt.
Ein Regelabschnitt RS ist demnach eine Koaxialleitung, die hinsichtlich Regelung als eine Einheit zu betrachten ist, daher der Name Regelabschnitt.
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ÜbertragungsrichtungEmpfangsverstärker.
C bezeichnet die in der Koaxialtube B in ungefähr gleichen Abständen angeordneten Koaxialverstärker und Pi und Ps Piloteinspeisung bzw. Pilotsperre.
Die beiden Signale fl und f, werden in den Generatoren Gl und G, erzeugt. Diese Generatoren sind auf der sendenden Kontrollstation, in diesem Fall K. auf zweckmässige Weise, z. B. mittels Filter, Differentialtransformatoren oder Dämpfungen (in Fig. 2 mitN bzeichnet) an die Koaxialleitung angeschlossen.
Eine Messanordnung MA, welche im Anschluss an Hand von Fig. 3 näher beschrieben wird. Ist in der
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transformatoren oder Dämpfungen (in Fig. 2 mit N bezeichnet) an die gleiche Koaxialleitung und die gleiche Übertragungsrichtung wie die Sendeausrüstung auf der Kontrollstation Kl angeschlossen.
Der Unterschied zwischen den Pegeln der intermodulationsbildenden Signale und der Intermodulationsprodukte selbst i"t normalerweise sehr gross. Damit das von der Leitung stammende Rauschen, das thermische Rauschen und das Intermodulationsrauschen die Messresultate nicht beeinflussen, ist es notwendig, sowohl einen relativ hohen Pegel von 0 oder +10 dbm0 für die intermodulationsbildenden Signale, als auch eine grosse Selektivität für den Empfangsteil der Messanordnung zu wählen. Wenn Lückenpilote als intermodulationsbildende Signale genommen werden, ist es demnach notwendig, dass diese während der Messungen mit 10 - 20 db höherem Niveau gesendet werden als nach CCITT empfohlen.
Wie oben erwähnt, müsste die Messanordnung in höchstem Grade selektiv sein (Bandbreite in der Grö - ssenordnung von 10 Hz). Bei einer für selektive Messausrustungen normalen Ausführung würden daher un- vertretbare Forderungen an die Frequenzgenauigkeit der Generatoren G und G gestellt werden müssen (zulässige Frequenzabweichungen vom Nominalwert mUssten wesentlich kleiner sein als 10 Hz). Dadurch, dass man die Messausrilstung auf besondere Weise austührt, kann diese Schwierigkeit jedoch einfach umgangen werden, indem das zu messende Intermodulationsprodukt in der Messanordnung in einer oder meh-
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reren Stufen mit den Signalen, die das Intermodulationsprodukt gebildet haben, oder aus diesen zusammengesetzten Signalen, demoduliert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Messanordnung, welche zur Messung der Intermodulationsprodukte gemäss der vorliegenden Erfindung geeignet ist, geht aus Fig. 3 hervor. Der Aufbau der Messanordnung wird mittels eines Blockschemas angedeutet, in welchem der Punkt x in Fig. 2, d. h. der Anschlusspunkt der Messanordnung an der empfangenden Kontrollstation K2 links in Fig. 3 wiederzufinden ist.
An diesem Punkt x treffen von der sendenden Station die von den Generatoren Gl und G2 erzeugten Messsignale ein, deren Frequenzen als f. und f2 angenommen werden, sowie ausserdem Intermodulationsprodukte verschiedener
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unterVermeidung eines unnötigen und teueren Röhrenersatzes, dass eine zuverlässige und effektive Überwachung der für Tausende von wichtigen Fernsprechverbindungen gemeinsamen Übeitragungsleitung möglich wird, so dass unnötige Betriebsstörungen vermieden und eine gute Qualität der einzelnen Fernsprechverbindungen erhalten werden kann.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Überwachung von zu Koaxialeinrichtungen für Telephonie gehörenden Abschnitten, vorzugsweise Regelabschnitten, welche in jeder Übertragungsrichtung aus einer Koaxialtube bestehen mit in ungefähr gleichen Abständen eingefügten Koaxialverstärkern, wobei die Linearität des Abschnittes durch sich wiederholende Messungen der Intermodulation kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Empfangsende der Pegel von solchen Intermodulationsprodukten ungerader Ordnung der über denzu überwachenden Abschnitt gesandten Signale mit den Frequenzen f. f und eventuell zugemessen wird, bei denen die Beiträge de : einzelnen Verstärker sich spannungsmässig addieren, d. h. bei denen die Beiträge am Empfangsende in praktisch gleicher Phase ankommen, das sind z. B. Intermodulationsprodukte dritter Ordnung wie 2f. -f oder f. +f. -f#.
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