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Schaltungsanordnung zur Dämpfung der Amplituden eines
Signals vorgegebener zeitlicher Frequenz- und
Amplitudenverteilung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Dämpfung der Amplituden eines Signals vorgegebener zeitlicher Frequenz- und Amplitudenverteilung, um entsprechend der Grösse der Eingangsamplitude ein Ausgangssignal mit vorgegebener Amplitudenverteilung zu erzeugen.
Wie bekannt, müssen die Einrichtungen der Mehrkanalfernsprech- und Fernschreibverbindungen im Laufe der Herstellung sowie vor dem Inbetriebsetzen Prüfungen, welche den Beanspruchungen, die später im Betrieb auftreten, entsprechen, unterworfen werden. Diese Einrichtungen dienen im Betrieb zur Übertragung von Gespräch, Musik oder Fernschreibsignalen. Durch die Forderung der eindeutigen Reproduzierbarkeit der Messungen sowie infolge der hohen Anzahl der zu prüfenden Kanäle, wird die Möglichkeit, dass die zur Messung notwendigen Betriebszustände durch sprechende Personen, durch ein Orchester oder durch einen in Betrieb stehenden Fernschreiber hergestellt werden könnten, ausgeschlossen.
Zur künstlichen Belastung der Verbindungskanäle werden im allgemeinen Rauschgeneratoren angewendet. Die wichtigste Forderung, die bei Rauschgeneratoren gestellt wird, besteht in der möglichst vollkommenen Nachbildung des Signals der zu ersetzenden Nachrichtenquelle. Das Gespräch, die Musik oder die Fernschreibsignale können lediglich durch statistische Wahrscheinlichkeitsgesetze beschrieben werden und können als stationäre stochastische Vorgänge durch folgende zwei Funktionen gekennzeichnet werden : durch ein Frequenzspektrum, welches den relativen Pegel der Amplitudenkomponente mit verschiedener Frequenz zeigt und durch eine Amplitudenverteilungsfunktion, welche den Prozentanteil der Beobachtungszeit, in welcher die Amplitude des Signals einen vorbestimmten Wert überschreitet, angibt.
Die bekannten Rauschgeneratoren sind auf Grund mechanischer und elektronischer Prinzipien aufgebaut. Ein Teil dieser Rauschgeneratoren gibt ein Signal mit Linienspektrum ab. Diese Signale sind zur Prüfung von Mehrkanalverbindungen nicht geeignet, weil keine Gewähr dafür gegeben ist, dass die eventuelle Erregungsfrequenz der Einrichtung im Spektrum des Rauschgenerators enthalten ist.
Bei den bekannten und besten Rauschgeneratoren, welche zur Prüfung des Geräusches der Trägerfrequenzeinrichtungen geeignet sind, dient als Ausgangspunkt das Weissgeräusch, dessen Frequenzspektrum mittels elektrischer Filter in das für das durchschnittliche Gespräch festgestellte und durch das CCITT vorgeschlagene Frequenzspektrum umgeformt wird. Ein gemeinsamer Nachteil dieser bekannten Rauschgeneratoren besteht darin, dass zwar die Frequenzspektren der nachzubildenden Signale nachgebildet werden, die Amplitudenverteilung aber ausser Acht gelassen wird. Ein anderes Merkmal des als Ausgang gewählten Weissgeräusches besteht nämlich darin, dass die Amplitudenverteilung einer Gaussschen Verteilungskurve entspricht, die aber von der sich beim durchschnittlichen Gespräch ergebenen Verteilung bedeutend abweicht.
Es ist zur Zeit kein Generator, welcher das Gespräch auch in bezug der Amplitudenverteilung nachbildet, bekannt.
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Bei den Messungen des Nebensprechens, der nichtlinearen Verzerrung und der Intermodulationsverzerrung der Mehrkanaleinrichtungen wird das Messergebnis in erster Linie durch die maximalen Amplituden des Prüfsignals, d. h. durch den zu den hohen Amplituden gehörigen Abschnitt der Amplitudenverteilungsfunktion bestimmt. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Gespräch und dem Geräusch mit Gauss'scher Verteilung zeigt sich eben in diesem Abschnitt : im Geräusch mit Gaussscher Verteilung kommen Spitzen, die höher als das Vierfache des effektiven Wertes sind, in 0, ils der Zeit, im Gespräch hingegen in 10/0 der Zeit, also um eine Grössenordnung öfter vor.
Dieser Grössenordnungsunterschied zeigt ebenfalls, dass beim Belasten durch bekannte Rauschgeneratoren, die an die Einrichtungen gestellten Beanspruchungen (mit Bezug auf die Prüfung der nichtlinearen Verzerrung) geringer sind als diejenige, die im Betrieb gestellt werden.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei welcher ebenfalls vom Weissgeräusch ausgegangen wird, jedoch mittels eines spezialen nichtlinearen Stromkreises mit ver- änderbarer Charakteristik auch die Amplitudenverteilung in die gewünschte, dem Gespräch, der Musik oder dem Fernschreibsignal entsprechende Form gebracht wird, wodurch eine möglichst vollkommene Nachbildung dieser Signale erreicht wird und auf diese Weise ein Prüfmittel, welches die meisten Ansprüche erfüllt, gegeben wird.
Erfindungsgemäss sind an den Eingang mehrere, vorzugsweise drei bis fünf, Reihenteiler parallel angeschaltet, von denen jeder in Reihe einen Kondensator, zwei zueinander parallel liegende, je einen elektronischen Schalter und einen Widerstand enthaltende Serienschaltungen enthält, wobei die elektronischen Schalter entgegengesetzte Durchlassrichtungen aufweisen und die Widerstände gleich gross sind sowie einen allen Reihenteilern gemeinsamen, den Ausgang bildenden Widerstand besitzt, wobei die passiven Schaltelemente und die Ansprechamplitude des elektronischen Schalters jedes Reihenteilers, die bei Verwendung von Dioden, Elektronenröhren und Transistoren durch eine zusätzliche, eine Sperrung bewirkende Gleichstromvorspannung bzw.
bei Verwendung von Zenerdioden durch die eingeprägte Charakteristik bestimmt ist, entsprechend der vorgegebenen Amplitudendämpfung festgelegt ist.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestelltenAusführungsbeispieles näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Blockschema eines Rauschgenerators, welcher ein erfindungsgemässes nichtlineares Netz enthält, Fig. 2 eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemässen nichtlinearen Netzes und Fig. 3 die mittels des erfindungsgemässen nichtlinearen Net-
EMI2.1
Der in den Zeichnungen dargestellte, beispielsweise Rauschgenerator, erzeugt ein Gesprächnachbildungssignal, ein sogenanntes Gesprächgeräusch. Die Wirkungsweise des Gerätes ist auf Grund der Fig. 1 wie folgt : Die Rauschquelle 1 des Rauschgenerators ist eine Glimmlampe, die in der gegebenen Einstellung in dem im Beispiel notwendigen Tonfrequenzbereich Weissgeräusch leistet. Dieses Signal wird am Vorverstärker 2 verstärkt und imFilterstromkreis 3 in ein entsprechendes Frequenzspektrum (CCITT- Kurve) umgeformt. DernacheinemTrennverstärker 4 geschaltete Umschalter 5 ermöglicht die Ausschaltung des nichtlinearen Netzes 6 und den Ersatz desselben durch ein lineares Dämpfungsglied 7.
Demzufolge kann der erfindungsgemässe Rauschgenerator auch ein Signal, welches den Signalen der bekannten Rauschgeneratoren entspricht (also mit Gauss'scher Amplitudenverteilung) abgeben. Das nichtlineare Netz 6 bringt die Amplitudenverteilung in die gewünschte Form. Die Anwendung eines Verstärkers 8 und eines Teilers 9 ermöglicht die Einfügung des Rauschgenerators an verschiedenen Stellen mit verschiedenem relativem Pegel und verschiedener Impedanz der zu prüfenden Einrichtung.
In Fig. 2 ist eine beispielsweise Ausführung des nichtlinearen Netzes 6 der Fig. 1 dargestellt. Das Netz besteht aus elementaren Einheiten a, b und c mit einem allen Reihenteilern gemeinsamen, den Ausgang F, D bildenden Widerstand R. Die Wirkungsweise z. B. der Einheit b ist wie folgt. Die Dioden Db sind elektronische Schalter, welche in Sperrichtung vorgespannt sind. Die Vorspannung in Sperrichtung derselben wird durch eine Gleichspannung, die an die Punkte E und D gelegt ist, durch die Widerstände Rbl. R z sowie durch eine auch den Widerstand R enthaltende Teilerkette gesichert.
Die Kapazität Kb wird auf die Differenz des elektrolytischen Mittelwertes des an die Punkte A, B geschalteten Signals und der am Punkt G bestehenden Gleichspannung, welche durch die Teilerkette bestimmt ist, aufgeladen. Weicht die an die Punkte A, B geschaltete Spannung von dem elektrolytischen Mittelwert nur wenig ab, so bleiben die Dioden gesperrt. Ist aber diese Abweichung grösser als die Vorspannung in Sperrichtung der Dioden, so öffnen dieselben. Demgemäss bedeutet die Einheit b von den Klemmen A, B aus gesehen einen nichtlinearen Widerstand mit je einem Brechungspunkt, die symmetrisch zu dem elektrolytischen Mittelwert in beiden Polaritätsrichtungen angeordnet sind. Demzufolge
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besteht zwischen dem Strom durch den Widerstand R und der an den Eingang gegebenen Spannung ein nichtlinearer Zusammenhang.
Die in Fig. 2 dargestellten weiteren Einheiten a und c, deren Einzelteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie jene der Einheit b, wobei der Index b jedoch durch die Indizes a und c ersetzt ist, arbeiten prinzipiell auf gleiche Weise, doch ergeben sich bei entsprechender Dimensionierung der Teilerkette andere Werte für die Brechungspunkte und für die Steil- heit der einzelnen Teile der nichtlinearen Charakteristik. Durch das Parallelschalten der in der Fig. 2 dargestellten drei-oder bei höheren Genauigkeitsforderungen eventuell noch mehr-auf ähnliche Weise arbeitenden elementaren Einheiten, können zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen beliebige, nichtlineare Zusammenhänge ausgebildet werden. Im beispielsweisen Fall wird der elektronische Schalter mittels vorgespannter Dioden verwirklicht.
Eine ähnliche Wirkungsweise kann aber auch durch Anwendung von Elektronenröhren, Transistoren oder Zenerdioden erzielt werden. Im letzteren Fall wird die Lage der Brechungspunkte durch die äussere Vorspannung der angewendeten Mittel bzw. durch die innere sogenannte Zenerspannung bestimmt. Die Potentiometer P dienen zur Symmetrisierung der elektrischen Schalter.
Durch das nichtlineare Netz des beispielsweisen Rauschgenerators wird die in Fig. 3 mit einer ausge- zogenenLiniedargestellteGauss'scheAmplitudenverteilung in die mit einer strichpunktiertenlinie dargestellte Gesprächamplitudenverteilung umgesetzt. Die Abszisse zeigt jeweils den absoluten Wert des jeweiligen Eingangs- oder Ausgangssignals, wobei a den effektiven Wert des Eingangs-oder Ausgangssignals bezeichnet. Die Ordinate zeigt den Prozentteil der Zeit, in welchem der Absolutwert des Signals den zu dieser Ordinate gehörigen Wert der Abszisse überschreitet. Fig. 3b ist die Fortsetzung der Fig. 3a, wobei Fig. 3b in vertikaler Richtung zwecks besserer Ablesbarkeit in zehnfachem Massstab dargestellt ist.