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Gegenstand der Erfindung ist ein Frequenzmultiplex-Signalübertragungssystem für relativ schmale, zwischen andern, vorzugsweise Telephoniezwecken dienenden Frequenzbändern liegende Bänder mit sehr geringem annähernd einheitlichem Abstand der Trägerfrequenzen voneinander, unter Anwendung des Überlagerungsprinzips, bei dem im Empfänger durch Mischung jeder empfangenen Trägerfrequenz mit einer, um einen annähernd konstanten Wert unterschiedlichen, vorzugsweise höherfrequenten Oszillatorfrequenz eine, der annähernd konstanten Differenz zwischen Trägerfrequenz und Oszillatorfrequenz entsprechende, annähernd konstante Zwischenfrequenz gewonnen wird.
Bei Frequenzmultiplex-Signalübertragungssystemen wird angestrebt, in einem meist relativ schmalen zur Verfügung stehenden Frequenzband eine möglichst grosse Anzahl von Trägerfrequenzen anzuordnen, um der meist bestehenden Tendenz nach Vermehrung der übertragbaren Signale Rechnung zu tragen.
Dabei stellt aber beim hauptsächlich gebräuchlichen Geradeausempfang die Möglichkeit der empfangsseitigen Trennung der einzelnen Trägerfrequenzen durch Eingangsfilter eine Grenze dar, da die Flankensteilheit und damit Trennschärfe von Eingangsfiltern auf wirtschaftlich tragbare Weise nicht allzu hoch gemacht werden können.
Ein anderer bekannter Weg bei hohen Anforderungen an Selektivität ist die Anwendung des Überlagerungsprinzips mit Zwischenfrequenzverstärkung. Die Zwischenfrequenz entsteht durch Differenzbildung zwischen Empfangsfrequenz und einer eigens erzeugten Überlagerungsfrequenz. Mit einer Überlagerungsfrequenz ergeben dabei je zwei Empfangsfrequenzen den Wert der Zwischenfrequenz. Wenn wie üblich, beide mit Signalen besetzt sein können, muss eine davon, die störende sogenannte Spiegelfrequenz, durch Vorselektion unterdrückt werden. Zur Festlegung einer gewünschten Empfangsfrequenz müssen daher sowohl Überlagerungsfrequenz als auch Vorselektion abgestimmt werden.
Der Vorteil der zusätzlichen Frequenzumsetzung liegt darin, dass der Zwischenfrequenzverstärker mit seinen auf die Zwischenfrequenz fest eingestellten hochwertigen Sperrkreisen bzw. Bandfiltern eine grosse Verstärkung und eine hohe Trennschärfe erreichen lässt.
Beim Überlagerungsempfang, der zur Erreichung einer hohen Empfangstrennschärfe am besten geeignet ist, tritt also immer das Problem der Unterdrückung des Spiegelfrequenzempfanges auf. Manchmal wird deshalb die Zwischenfrequenz relativ hoch gewählt, um einen grossen Frequenzabstand zwischen Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz zu erreichen. Bandfilter oder Sperrkreise für eine höhere Resonanzfrequenz weisen aber einen geringeren Resonanzwiderstand und eine grössere Bandbreite auf und vermindern so die Gesamtverstärkung bzw. die Trennschärfe der Empfänger oder machen aufwendigere Filter notwendig.
Ein anderes Mittel zur Unterdrückung des Spiegelfrequenzempfanges ist die Erhöhung der Eingangstrennschärfe der Empfänger, die nur mit grossem Aufwand an Vorselektion erreicht werden kann.
Speziell durch Anwendung von Kristallfiltern oder Eingangsbandfiltern können alle den Empfänger treffenden Frequenzen, die wesentlich von der gewählten Eingangsfrequenz abweichen, unterdrückt werden.
In einem Frequenzband, das mit einer Vielzahl von Signalkanälen besetzt ist bedeutet eine ausreichende Vorselektion für jeden Signalkanal einen erheblichen technischen Aufwand, der oft ökonomisch sehr ins Gewicht fällt.
Aus allen diesen Problemen schafft die Erfindung im wesentlichen dadurch einen Ausweg, dass eine Zwischenfrequenz verwendet wird, die kleiner als der halbe Betrag des Frequenzabstandes zwischen benachbarten Trägerfrequenzen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Übertragung digitaler Signale wird nachfolgend beschrieben und durch Zeichnungen verdeutlicht. Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der einzelnen, annähernd äquidistanten Trägerfrequenzen ft und der Oszillatorfrequenzen fe in einem Teil des Bandes und lässt erkennen, wie durch die erfindungsgemässe Verwendung einer sehr niedrigen Zwischenfrequenz f, deren Wert kleiner ist als der halbe Frequenzabstand d zwischen benachbarten Trägerfrequenzen eine Spiegelfrequenzstelle f entsteht, an der betriebsmässig und vorhersehbar keine andauernde Störfrequenz sp unzulässiger Grösse auftreten kann.
Fig. 1 zeigt ausserdem die durch die Selektion des Zwischenfrequenzverstärkers gegebenen Dämpfungskurven für den Empfang der Trägerfrequenzen ft und der Spiegelfrequenzen f. Als mögliche Spiegelfrequenz könnte bei zu breiter Zwischenfrequenz-Selektionskurve eine benachbarte Trägerfrequenz wirken. Bei der anordnungsgemässen Form der Zwischenfrequenz-Filterkurve tritt aber für diese Frequenz
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schon im ungünstigsten Fall eine sehr grosse Dämpfung aN auf. Im Gegensatz zum herkömmlichen Überlagerungsempfang, bei dem zur Gewährleistung einer ausreichenden Eingangstrennschärfe bzw.
Nebensprechdämpfung eine, nur durch Anwendung von Bandfiltern erreichbare, schmale Zwischenfrequenz-Selektionskurve und zur Vermeidung von Spiegelfrequenzstörungen eine gute Eingangsselektion nötig war, ist bei der erfindungsgemässen Anordnung eine Spiegelfrequenzselektion gar nicht erforderlich und zur Nebensprechdämpfung genügt die Anwendung von, gegenüber Bandfiltern wesentlich einfacheren Tiefpässen.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Gewinnung der paarweise verwendeten
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zugeordneter Teilleitfrequenzen sowie die Ableitung dieser Teilleitfrequenzen aus zwei Leitfrequenzen.
Zur Teilung werden synchrone Dualcode-Zähler verwendet, die ganze Zweierpotenzen abzählen und besonders einfach aus bistabilen Kippstufen aufgebaut sind. Diese Zähler werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn eine grosse Anzahl von Schritten abzuzählen ist. Wenn die gewünschte Zahl der Zählschritte keine Zweierpotenz ist, kann man den Zähler durch einen, von der Decodierung bei der gewünschten Zahl abgegebenen Impuls zur Beaufschlagung der Rückstelleingänge aller bistabilen Kippstufen auf Null setzen. Der Zähler gibt also nach der Verarbeitung einer festgelegten Zahl von Impulsen einen auswertbaren Rückstellimpuls ab und wirkt somit als Impulszahl- bzw. als Frequenzteiler.
Vorteilhaft wird eine Anzahl gleichartig aufgebauter digitaler Frequenzteiler verwendet, deren Teilungsziffer betriebsmässig durch Schaltbrücken festgelegt werden kann. Durch Reihenschaltung von mehreren Teilern kann eine Erhöhung der Teilungsziffer bis zu Grössenordnungen um 200 leicht erreicht werden. Dadurch ist bei Veränderung der Teilungsziffern die Einstellung der Ausgangsfrequenz in kleinsten Schritten möglich.
Zur Vermeidung von Oberwellen werden verschiedene Massnahmen ergriffen. So wird versucht, möglichst nur gerade Teilungsziffern zu verwenden, da dann als letztes seine Stufe mit einer Teilungsziffer-2-- angeordnet werden kann, die ein Impuls-Pausenverhältnis für die Ausgangsimpuls von 1 : 1 ergibt. Bei diesem entfallen die geradzahligen Harmonischen und der Anteil der Grundfrequenz am Frequenzspektrum der Rechteckschwingung ist am grössten. Diese Grundfrequenz wird anschliessend noch durch ein kollektives Filter (Gruppenfilter) aus dem Oberwellengemisch herausgehoben.
Um Störungen durch, trotz der vorgenannten Massnahme etwa noch auftretende Oberwellen von Trägerfrequenzen ft zu vermeiden, wird das Band so schmal gewählt, dass die erste Oberwelle der tiefsten Trägerfrequenz höher liegt als die höchste Trägerfrequenz. Anders ausgedrückt, wird eine Bandbreite kleiner als eine Oktave vorgesehen. Gegebenenfalls muss zur Erfüllung dieser Voraussetzung eine Aufteilung des Bandes in Teilbänder vorgenommen werden, die diese Bedingung erfüllen. Durch Anordnung von Filtern, deren Durchlassbreite gleich der Bandbreite ist, wird auch verhindert, dass eine Oberwelle höherer Ordnung in einem benachbarten Frequenzband stört.
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Weise aus diesen Teilleitfrequenzen auch benachbarte paarweise zusammengehörige Träger- und Oszillatorfrequenzen zu erzeugen.
Jedoch weichen die entstehenden Zwischenfrequenzen ebenso wie die Abstände zwischen benachbarten Trägerfrequenzen umso weiter vom festgelegten Wert ab, je weiter sich die verwendeten Teilungsziffern t von der Teilungsziffer t opt entfernen. Aus den festgelegten Toleranzgrenzen für die Zwischenfrequenz und die Äquidistanz der Trägerfrequenzen ergibt sich daher die Höchstzahl der aus einem Paar von Teilleitfrequenzen abzuleitenden Betriebsfrequenzpaare und die Bandbreite eines Teilbandes ist damit bestimmt.
Jede der Trägerfrequenzen fT wird über eine der schalterartig wirkenden Modulationsstufen --M-- geführt und wird durch deren Beaufschlagung mit einem zu übertragenden Signal m im Rhythmus dieses Signals getastet.
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Alle getasteten Trägerfrequenzen jedes Teübandes werden über eine allen Teilbändern gemeinsame Ubertragungsleitung --Ü-- den Empfängern --E-- zugleitet. Jede Trägerfrequenz gelangt hier an die Eingänge aller Empfänger, kann aber nur in einem einzigen Empfänger --E-- mit dessen Oszillatorfrequenz fe den richtigen Wert der Zwischenfrequenz ergeben.
Fig. 3 zeigt ein Übersichtsschaltbild eines verwendeten Empfängers. Die aus der Mischung der getasteten Trägerfrequenzen ftv mit der Oszillatorfrequenz fev entstehende, getastete Zwischenfrequenz fz hat erfindungsgemäss einen sehr niedrigen Wert in der Grössenordnung von 10 Hz. Ihre Ausfilterung mit passiven Filtern in herkömmlicher Bauweise stösst in diesem Bereich auf Schwierigkeiten, da Kapazitäten und Induktivitäten mit hohen Werten eingesetzt werden müssen. Es genügt zwar hier die materialsparende Anwendung von Tiefpässen an Stelle von Bandfiltern, da die Zwischenfrequenz nach unten hin nicht begrenzt werden muss, die Vermeidung traditioneller Filterelemente ist aber erst durch die Verwendung sogenannter aktiver Tiefpässe, das sind Operationsverstärker, die mit Widerständen und Kondensatoren gegengekoppelt sind, möglich.
Diese Aktivfilter haben im Vergleich zur passiven Schaltung nennenswerte Vorzüge : Es werden keine Induktivitäten benötigt und auch im Bereich niedriger Grenzfrequenzen sind, bedingt durch die Verstärkerwirkung, kleine Kapazitätswerte und damit kleine Kondensatorbauformen ausreichend. Weiters besteht durch Wahl der Verstärkerschaltung Freizügigkeit bei der Gestaltung der Anpassungsverhältnisse am Ein- und Ausgang des Filters.
Die Schaltung zeigt den Verstärker-l--für die Trägerfrequenz, die Mischstufe --2--, die durch geeignete Dimensionierung eine sehr lineare Kennlinie und eine hohe Übersteuerungsgrenze aufweist, um das Entstehen von Kreuzmodulationen zu vermeiden, in der die Mischung der verstärkten Träger-
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Ausgang unter anderem die gewünschte Zwischenfrequenz fz auftritt. Im nachfolgenden Zwischenfrequenzverstärker, der je nach gewünschter Trennschärfte bzw. Verstärkung aus mehreren aktiven Tiefpässen - bzw. Verstärkerstufen-4-- besteht, erfolgt eine Ausfilterung und Verstärkung der Zwischenfrequenz fz und eine Unterdrückung aller andern durch die Mischung entstandenen Frequenzen.
Das vom nachfolgend angeordneten Demodulator --5-- abgegebene Signal wird durch eine Kontrollstufe, die aus einem integrierenden RC-Glied --6-- und einer nachfolgenden Ansprechschwelle --7-- besteht, daraufhin untersucht, ob seine Spannungs-Zeit-Fläche genügend gross ist. Dadurch werden sowohl Signalimpulse mit einer durch einen Fehler im Übertragungsweg verursachten zu kleinen Amplitude als auch Störimpulse kurzer Dauer zurückgehalten. Solche treten u. a. bei der sogenannten harten Tastung anderer Träger auf. Als harte Tastung bezeichnet man eine sprunghafte Veränderung der Amplitude des Trägers zur Erzielung möglichst rechteckiger Impulsformen.
Alle Signale, die die Ansprechschwelle --7-- überwinden, werden in einem Niederfrequenzverstärker --8-- auf den, je nach Auswerteverfahren unterschiedlichen, nötigen Leistungspegel verstärkt.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Systems liegen darin, dass durch die Verwendung einer Zwischenfrequenz, deren Wert kleiner ist als der halbe Frequenzabstand zwischen benachbarten Trägerfrequenzen für jede Trägerfrequenz eine Spiegelfrequenzstelle entsteht, an der betriebsmässig und vorhersehbar keine andauernde Störfrequenz unzulässiger Grösse auftreten kann und durch den dadurch ermöglichten Verzicht auf herkömmliche Mittel zur Spiegelfrequenzselektion der sonst übliche erhebliche Aufwand an individuell einstellbaren Eingangsfiltern entfällt. Das wirkt sich bei der grossen Anzahl von Trägerfrequenzen nicht nur in einer erheblichen Verringerung des Platzbedarfes, die dem Trend zur Kompaktbauweise entgegenkommt, sondern auch in einem Entfall des Arbeitsaufwandes für eine Abstimmung der Filter aus.
Durch die Anwendung einer extrem niedrigen Zwischenfrequenz wird die Verwendung von Tiefpässen an Stelle von Bandfiltern ermöglicht, für die grosse Filtertoleranzen zulässig sind, wodurch die Arbeit der Vorjustierung vereinfacht wird. Durch die Anwendung von aktiven Tiefpässen einfacher Struktur kann ausserdem der materielle Aufwand für grosse Kapazitäten und Induktivitäten entfallen.