DE1048950B

DE1048950B - Nachrichtenuebertragungssystem mit einer Anordnung zur Geraeuschunterdrueckung

Info

Publication number: DE1048950B
Application number: DES49608A
Authority: DE
Inventors: Hermann Bendel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-07-19
Filing date: 1956-07-19
Publication date: 1959-01-22

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem mit einer Anordnung zur Geräuschunterdrückvmg, bei dem die Dynamik der übertragenen Nachricht durch einen sendeseitig eingeschalteten Presser gepreßt und durch einen empfangsseitig eingeschalteten Dehner wieder auf den ursprünglichen Wert der Dynamik gedehnt wird.

Die stetig fortschreitende Senkung der Kosten von Trägerfrequenzgeräten hat zur Folge, daß Trägerfrequenzgeräte immer mehr auf Leitungen der unteren Netzebene eingesetzt werden. Häufig benutzt man dabei Leitungen vorhandener NF-Kabel, deren Frequenzbereich durch Entpupinisierung auf den Frequenzbereich der Trägerfrequenzgeräte erweitert wird. Wird nur ein Teil der NF-Leitungen eines Kabels entspult, während dagegen die anderen Leitungen niederfrequent weiterbetrieben werden, so können über die NF-Leitungen in mehrfacher Weise Störspannungen in den höheren Frequenzbereichen der trägerfrequent betriebenen Leitungen hineingelangen, die unter Umständen die Benutzung der Trägerfrequenzverbindungen unmöglich machen;.

Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die NF-Leitungen mit Gleichstromwahl betrieben werden, was bei Ortskabeln heute allgemein üblich ist. Das Frequenzspektrum der bei Gleichstromwahl zu übertragenden Impulse erstreckt sich bis zu sehr hohen Frequenzen. Diese Störenergie nimmt zwar mit wachsender Frequenz immer mehr ab; da gleichzeitig aber auch mit wachsender Frequenz die Nebensprechdämpfung zwischen den verschiedenen Leitungen des Kabels kleiner wird, vermindert sich die störende Wirkung des Tastspektrums nur langsam. Um sie zu beseitigen, müssen z. B. alle niederfrequent betriebenen Leitungen mit Tiefpässen ausgerüstet werden, welche die hohen Frequenzen am Eindringen in das Kabel und damit am Übersprechen in die TF-Leitungen hindern.

Aber auch wenn alle NF-Leitungen entspult werden, treten für die trägerfrequent betriebenen Leitungen Schwierigkeiten auf, weil im allgemeinen in solchen Kabeln bei hohen Frequenzen, z. B. bei 100 kHz, keine so kleinen Nebensprechwerte erreicht werden wie bei speziellen Trägerfrequenzkabeln. Man kann daher vielfach aus Neben sprechgründen nur einige wenige Leitungen für den TF-ßetrieb einrichten.

Verschiedentlich ist man dazu übergegangen, durch zusätzliche, den trägerfrequenten Sprechkreisen zugeordnete Geräte diese Störenergie zu unterdrücken. In Betracht kommt hierfür z. B. der sogenannte Kompander. Dieser besteht aus zwei Geräten, dem Presser, welcher der Sendeseite zugeordnet ist und die leisen Stellen der Sprache zusätzlich verstärkt, Nachrichtenübertragungssystem

mit einer Anordnung
zur Geräuschunterdrückung

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Hermann Bendel, Mündien-Solln,
ist als Erfinder genannt worden

sowie dem Dehner, der am Empfangsende die Dynamikänderungen des Pressers wieder ausgleicht. Fig. 1 zeigt die Kennlinien von Presser (α) und Dehner (b) eines Kompanders. Bei einem normalen Verstärker verläuft die /^/^-Charakteristik (Pe — Eingangspegel, p_A = Ausgangspegel), wie gestrichelt angedeutet, unter 45° (c). Der Presser hebt bei der in Fig. 1 dargestellten Bemessung des Kompanders unter — 6 N liegende Eingangspegel um 3· N an. Bei höheren Eingangspegeln nimmt diese zusätzliche Verstärkung stetig ab und erreicht schließlich bei p_E = 0 N den Wert As = O N. Ein Sprachlaut mit p_E = — 6 N verläßt also den Presser mit ^ = -3N, ein Laut mit pe=-ON dagegen mit />4 = 0 N. Die Dynamik der Sprache wird um 3 N komprimiert.

Diese erhöhte Verstärkung bei kleinen Pegeln bedeutet eine entsprechende Verringerung der Stabilität des Sprechkreises. Sie muß daher am Ende des Sprechkreises durch Einfügen einer gleich großen Dämpfung im Dehner wieder ausgeglichen werden. Dieser Ausgleich ist auch notwendig, um die Natürlichkeit der Sprache wiederherzustellen. Der Dehner hat daher eine dem Presser entgegengesetzte Pegelcharakteristik. Zwischen/>g=Ü N bis p_E—~3 N hat die Kennlinie die doppelte Neigung wie ein linearer Verstärker, tg α ist also gleich 2, während der Presser zwischen p_E — 0 und —6 N ein ig a *= | hat. Bei einem Eingangspegel von fi_E = —3 N, der am Pressereingang einem p_E = —6 N entspricht, gibt der

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Dehner p_A = — 6 N ab, die ursprüngliche Dynamik systems eingeschaltet ist, an dem die Dynamik der

wird also durch den Dehner wiederhergestellt. Nachricht noch gepreßt ist, z. B. unmittelbar vor dem

Die Dämpfung des Dehners wirkt sich nun nicht nur Eingang des Dehners. Legt man hier z. B. den auf die übertragene Sprache aus, sondern auch auf alle Schwellwert der Pegelschwelle auf —3 N, den Knick-Störspannungen, die zwischen Presser und Dehner in 5 punkt in" der Pegeldharakteristik des Dehners, so den Übertragungsweg eindringen. Hierauf beruht die werden infolge, der Presserverstärkung nur die Sprachgeräuschbefreiende Wirkung des Kompanders. Fig. 2 spannungen unterdrückt, die unter —6 N liegen. Die zeigt die Geräuschminderung g, bezogen auf den Sprachübertragung wird also nicht beeinträchtigt. Da Nutzpegei p_E am Pressereingang. Bei p_E = — 6 N aber der Schwellwert verhältnismäßig hoch liegt, ist erhält man eine Geräuschminderung von 3 N, bei io der für sie erforderliche Aufwand äußerst gering.
Pe= — 4 N eine Minderung von 2 N und bei Kompander- bzw. Pegelschwelle als Mittel zur p_E= —2 N eine Minderung, von 1 N. Voraussetzung Geräuschminderung sind seit langem bekannt Ebenso für diese Geräuschminderung ist natürlich, daß der sind auch die ihre Anwendung einschränkenden Nach-Geräuschpegel am Dehnereingang selbst unter —3 N teile bekannt. Nicht bekanntgeworden ist aber bisher liegt, weil sonst die Dämpfung des Dehners und damit 15 die gemeinsame Anwendung von Kompander und auch die Geräuschminderung des Dehners durch das Pegelschwelle zur teilweisen Beseitigung dieser NachGeräusch herabgesetzt wird.' teile. Bei der gemeinsamen Anwendung beider Ver-

Die geräuschmindernde Wirkung des Kompanders fahren erhält man nicht nur die Summe beider Wirwird allerdings durch einen schweren Nachteil er- kungen, sondern erst die gemeinsame Anwendung kauft, der in vielen Fällen den Einsatz des 20 ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz der Schwelle. Kompanders ausschließt. Jede Schwankung der Es ist z. B. -bekannt, ein niederfrequentes ÜberDämpfung des Übertragungsweges wird durch die tragungssystem, insbesondere den niederfrequenten Wirkungsweise des Dehners verdoppelt. Bei einer Teil eines Rundfunkempfängers in mindestens zwei Restdämpfungsschwankung des Übertragungsweges Wege elektrisch und akustisch aufzuspalten und den von ±0,2 N erhält man also hinter dem Dehner eine 25 einen Weg so· auszubilden, daß er ohne Dynamik-Schwankung von ± 0,4 N. regelung arbeitet, während mindestens ein zweiter

Eine andere Möglichkeit zur Herabsetzung der Weg vorgesehen ist, der eine Pegelschwelle und einen Geräusche besteht in der Einführung einer Pegel- Dynamikerweiterer enthält. Ferner ist eine Verstärkerschwelle (Amplitudenunterdrücker) am Ende des oder Übertrageranordnung mit automatischer Pegel-Sprechkreises, die alle unter ihrem Schwellwert 30 regelung und automatischer Dynamikregelung beilegenden Empfangsspannungen unterdrückt oder kannt, bei der der Gleichrichterkreis für die zumindest stark dämpft. Verwendet man hierfür eine Expanderregelung einen oder mehrere Schwellenträgheitslos arbeitende Pegelschwelle, so entstehen kreise enthält. Diese bekannten Anordnungen beziehen große nichtlineare Verzerrungen, die die Verstand- sich aber nicht auf Kompandersysteme, bei denen die lichkeit der Sprache herabsetzen. Um diese Störung 35 Dynamik der übertragenen Nachricht durch einen klein genug zu halten, ist man gezwungen, den sendeseitig eingeschalteten Presser und durch einen Schwellwert der Pegelschweile sehr tief zu legen, empfangsseitig eingeschalteten Dehner wieder auf den z. B. auf —6 N. Dann erhält man aber eine Geräusch- ursprünglichen Wert der Dynamik gedehnt wird. Es unterdrückung nur für sehr kleine Geräusche. Außer- treten somit bei diesen bekannten Anordnungen auch dem ist der Aufwand für eine Pegelschwelle mit so 40 nicht die bereits erläuterten für Kompandersysteme tief liegendem Schwellwert so groß, daß man sie nur charakteristischen Probleme auf.
in seltenen Fällen anwenden kann. ' Die Erfindung wird an Hand der Fig. 3 bis 6 näher

Ordnet man dem Steuerkreis der Pegelschweile eine erläutert. Fig. 3 zeigt den Aufbau eines Übertragungs-Zeitkonstante derart zu, daß die Schwelle zwar aus- systems mit Kompander und Pegelschweile. Dem geschaltet wird, wenn die Schwdlenspannung über- 45 sendcseitigen Eingang des Übertragungssystems ist schritten wird, daß sie aber erst einige Zeit, z. B. ein Presser" P zugeordnet, der durch seine pegel-20 ms nach dem Absinken der Eingangsspannung abhängige Verstärkung die Dynamik der Nachricht unter den Schwellenwert wieder wirksam wird, danin einengt. Auf der Empfangsseite wird diese Dynamikkann die Schwellenspannung höher gelegt werden. verzerrung durch den Dehner D wieder rückgängig Dementsprechend kann auch ein höheres Geräusch 50 gemacht. Vor den Dehner D ist die Pegelschweile S unterdrückt werden, ohne daß nichtlineare Ver- geschaltet, die Pegel unter beispielsweise —3 N unterzerrungen stören. Leider verursacht auch dieser drückt oder zumindest stark dämpft. Sende- und Geräuschminderer einen großen Aufwand, so· daß Empfangsseite des Übertragungssystems sind durch seine Anwendung auf seltene Fälle beschränkt bleibt. die Leitung L miteinander verbunden.
Die im Überseefunkverkehr - verwendeten Geräusch- 55 Fig. 4 zeigt eine einfache Möglichkeit, wie die minderer benötigen beispielsweise drei Verstärker- Pegelsehwelle aufgebaut werden kann. Durch den röhren. Der Vorteil der Geräuschunterdrückung durch Übertrager U₁ wird die Spannung der Nachricht so eine Pegelschwelk liegt darin, daß hierbei die beim weit heraufgesetzt, wie es die gewünschte Schwellen-Kompander so störende Erhöhung der Restdämpfungs- lage und die Spannung, bei der die verwendeten scwankungen nicht eintritt und damit durch die 60 Gleichrichter durchlässig werden, erfordern. Bei unter Geräuschunterdrückung -die Stabilität des Sprech- dem Schwellwert liegenden Eingangs spannungen sind kreises nicht gefährdet wird. " die Gleichrichter D₁ und D₂ hochohmig und erhöhen

Die Unterdrückung von auf dem Übertragungsweg dadurch die Durchgangsdämpfung der PegelschwelIe

eindringenden Störspannungen soll nun bei Nach- entsprechend. Bei steigender Eingangsspannung sinkt

richtenübertragungssystemen gemäß der Erfindung ^fi5 der Gieichrichterwiderstand und damit die Durch-

dadurch- erfolgen, daß die jeweils an sich bekannten gangsdämpfung. Der Übertrager U₂ übersetzt den

Einrichtungen eines aus Presser und Dehner bestehen- " Ausgangsscheinwiderstand auf- den gewünschten Wert,

den ■ Kompanders und - einer Pegelschweile derart Im allgemeinen wird das Übersetzungsverhältnis der

'kombiniert angewendet sind, daß die Pegelschweile .beiden Übertrager von Ein- und Ausgang zu den

[an einem Punkt.der Empfangsseite des Übertragungs- 70 Gleichrichtern hin gleich groß sein. . -

Claims

Die pegelabhängige Kennlinie einer solchen Pegelschwelte zeigt Fig. 5. Bis zu ££ = — 3N herab ändert sich Pa proportional mit pE- Bei pE = — 4 N ist pA =-5.5 N und bei p£=-5N ist p^=-8,5N, d. h., die Durchgangsdämpfung ist bei diesen Pegeln von 0 auf 1,5 bzw. 3,5 N angestiegen. Zusammen mit einer Dehnerdämpfung nach Fig. 1 wird also ein Störpegel von —4 auf —8,5 N und ein Pegel von —5 auf —11,5 N herabgesetzt. Für die Pegelsehwelle werden dabei lediglich die beiden Gleichrichter D1 und D2 benötigt, da der Übertrager U1 der Augangsübertrager des Übertragungssystems sein kann und U2 der Eingangsübertrager des Dehners. Die Geräuschminderung wird also mit geringem zusätzlichem Aufwand beträchtlich erhöht. Will man die Schwellendämpfung größer machen oder den Schwellwert selbst auf einen höheren Pegel legen, so muß man den Übergang vom gesperrten Zustand in den durchlässigen steiler ausbilden. Dies kann man durch Vorspannung der Gleichrichter erreichen. Dabei werden die Gleichrichter zweckmäßigerweise in Durchlaßrichtung vorgespannt, damit sie bereits bei einer kleinen Eingangsspannung durchlässig werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6. Für eine derartige Schaltung ist es besonders vorteilhaft, Siliziumdioden zu verwenden. Zwar liegt bei diesen der Übergang vom Sperrbereich in den Durchlässigkeitsbereich verhältnismäßig weit im Positiven, dafür ist der Knick dann sehr scharf ausgeprägt und die Lage des Knicks ziemlich temperaturunabhängig. Es gibt zwar Betriebsfälle, bei denen man die zusätzliche Geräuschminderung durch die Pegelschwelle nicht benötigt; mit ihrer Hilfe kann man dann aber den Sprechkreis unempfindlicher gegen Restdämpfungsschwankungen machen. Bei einer Kennlinienneigung tg α = J bzw. tg α = 2 bei Presser und Dehner werden die Restdämpfungsschwankungen verdoppelt. Verzichtet man auf die zusätzliche Geräuschunterdrückung durch die Anwendung der Pegelschwelle, so kann man die Geräuschunterdrückung durch den Kompander entsprechend verringern. Die Kennlinienneigung kann dann geringer sein, d. h., tg α liegt dann beim Presser zwischen g und 1 und beim Dehner zwischen 2 und 1. Dementsprechend werden auch die Restdämpfungsschwankungen, die der Kompander verursacht, nicht mehr so stark vergrößert. Durch die Zuschaltung einer Pegelschwelle vor den Kompander kann also' bei gleicher Geräuschminderung die Stabilität des Übertragungssystems verbessert werden Die Pegelschwelle kann mit dem Dehner auch unmittelbar vereinigt werden, wodurch der zusätzliche Aufwand für die beiden Gleichrichter D1 und D2 entfällt. In diesem Fall muß die Bemessung des Dehners so durchgeführt werden, daß der in Fig. 1 dargestellte Knick in der Dehnerkennlinie nach tieferen Eingangspegeln verschoben wird. Verschiebt man ihn z. B. von —3 auf —5 N, so erhält man eine zusätzliche Geräuschunterdrückung von 2 N. Der gesamte Geräuschgewinn durch den Kompander beträgt dann 5 N statt 3 N. Die an sich bekannte Maßnahme, eine Pegelschwelle so auszubilden, daß sie einen variablen Schwellwert aufweist, z. B. derart, daß eine insbesondere verzögerte Verschiebung des Schwellwertes abhängig von der Amplitude der übertragenen Nachricht erfolgt, läßt sich auch bei der erfmdungsgemäßen Anordnung vorteilhaft anwenden. Es kann dann die Schwelknspannung noch höher gelegt und dementsprechend auch ein noch höheres Geräusch unterdrückt werden, ohne daß nichtlineare Verzerrungen entstehen. Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungssystem mit einer Anordnung zur Geräuschunterdrückung, bei dem die Dynamik der übertragenen Nachricht durch einen sendeseitig eingeschalteten Presser gepreßt und durch einen empfangsseitig eingeschalteten Dehner wieder auf den ursprünglichen Wert der Dynamik gedehnt wird, insbesondere Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils an sich bekannten Einrichtungen eines aus Presser (P) und Dehner (-D) bestehenden Kompanders und einer Pegelschwelle (S) derart kombiniert angewendet sind, daß die Pegelschwelle (S) an einem Punkt der Empfangsseite des Übertragungssystems eingeschaltet ist, an dem die Dynamik der Nachricht noch gepreßt ist, z. B. unmittelbar vor dem Eingang des Dehners (D) (Fig. S).

2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelschwelle (S) so< bemessen ist, daß ihr Schwellwert (SW) mit dem Knickpunkt (K) in der Pegelcharakteristik des Dehners zusammenfällt (Fig. 1,3 und 5).

3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelschwelle aus zwei zwischen zwei Übertragern (U₁, U₂) eingefügten, antiparallel geschalteten Gleichrichtern (D₁, D₂) besteht (Fig. 4).

4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des Emgangsübertragers (U₁) und des Ausgangsübertragers (U₂) der Pegelschwelle etwa den gleichen Wert hat (Fig. 4 und 6).

5. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsübertrager des Übertragungssystems als Eingangsübertrager (U₁) und der Eingangsübertrager des Dehners als Ausgangsübertrager (O₂) für die Pegelschwelle benutzt ist (Fig. 4 und 6).

6. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter (D₁, D₂) der Pegelschwelle in Durchlaßrichtung vorgespannt sind (Fig. 5 und 6).

7. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter (D₁, D₂) für die Pegelschwelle Siliziumdioden verwendet sind (Fig. 4, 5 und 6).

8. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelschwelle mit dem Dehner unmittelbar vereinigt ist.

9. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung des Dehners, daß der Knick (K) in der Dehnerkennlinie, verglichen mit einer Dehnerkennlinie, die der reziproken Presserkennlinie entspricht, nach tieferen Eingangspegeln verschoben ist (Fig. 1).

10. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet