DE1056185B - Phasenentzerrer zum Entzerren eines ein UEbertragungsmedium mit begrenztem UEbertragungsfrequenz-bereich durchlaufenden Nachrichtensignals - Google Patents
Phasenentzerrer zum Entzerren eines ein UEbertragungsmedium mit begrenztem UEbertragungsfrequenz-bereich durchlaufenden NachrichtensignalsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasenentzerrer zum Entzerren eines ein Übertragungsmedium mit begrenztem Übertragungsfrequenzbereich
durchlaufenden Nachrichtensignals.
Es ist seit langem bekannt, daß verzerrte Signale durch zwei Arten von Entzerrungsschaltungen entzerrt
werden können. Die einen dieser Schaltungen sind die sogenannten passiven Entzerrer, bei denen
das verzerrte Signal einem Netzwerk aus Impedanzelementen zugeführt wird, die so>
eingestellt sind, daß sie die dem Signal durch eine angeschlossene Übertragungsleitung
aufgedrückte Verzerrung rückgängig machen. Die andere Art von Entzerrern kann als
aktive Entzerrer bezeichnet werden, in denen bestimmte vervielfachende Signale dem übertragenen
Signal zugeführt werden, um die Verzerrung zu kompensieren.
Viele bisher bekanntgewordene Entzerrerschaltungen sind außerordentlich wirkungsvoll zur Erreichung
dieses Zwecks. Sie haben jedoch immer noch den Nachteil, daß eine solche Schaltungsanordnung aufbaumäßig
festliegt und nur die Korrektur für eine bestimmte Übertragungsleitung unter bestimmten
Umgebungsbedingungen wie Temperatur usw. erreicht.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, die durch irgendeine einer größeren Gruppe von Übertragungsleitungen hervorgerufene Verzerrung mit einer Schaltungsanordnung
zu kompensieren, die leicht, einfach und automatisch auf eine bestimmte Leitung unter
sich ändernden Umgebungsbedingungen, denen die Leitung ausgesetzt sein mag, einstellbar ist.
Insbesondere soll durch die Erfindung diese Kompensation oder Korrektur mit einem Minimum an
Geräteaufwand und mit vernachlässigbar kleinem Zeitaufwand erreicht werden. Diese und andere Ziele
der Erfindung werden mit einer Anordnung erreicht, die sich auf zwei Erkenntnisse stützt. Zunächst ist es
bekannt, daß Amplitudenverzerrungen, d. h, Verzerrungen, die durch eine unterschiedliche Dämpfung
der verschiedenen Frequenzkomponenten eines Signals hervorgerufen werden, leicht durch übliche passive
Entzerrerschaltungen kompensiert werden können.
Weiterhin ist es bekannt, daß die Phasenverzerrung oder die Verzerrung, die durch ungleich große Geschwindigkeitein
verursacht wird, mit denen die verschiedenen Frequenzkomponenten eines Signals über
ein Übertragungsmedium übertragen, werden, für sich durch aktive Filterschaltungen korrigiert werden
kann. Die Erfindung berücksichtigt diese Gesichtspunkte dadurch, daß erstens eine Übertragungsleitung
vorgesehen ist, die hinsichtlich der Dämpfungsverzerrung korrigiert ist, und daß ferner Schaltmittel
vorhanden sind, um ein durch ein Einheitsimpuls-
Phasenentzerrer zum Entzerren
eines ein übertragungsniedium
mit begrenztem Übertragungsfrequenzbereich, durchlaufenden Nachrichtensignals
eines ein übertragungsniedium
mit begrenztem Übertragungsfrequenzbereich, durchlaufenden Nachrichtensignals
Anmelder:
Western Electric Company, Incorporated, New York, N..Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. Dr. R-. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. August 1957
V. St. v. Amerika vom 7. August 1957
John Robinson Pierce, Berkeley Heights, Ν. J.
(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
signal in dieser Leitung erzeugtes phasenverzerrtes Ausgangssignal einzuspeichern. Danach wird das so
gespeicherte phasenverzerrte Einheitssignal gemäß der Erfindung multiplikativ mit nachfolgend aufgenommenen
Signalen kombiniert, die bei ihrer Übertragung über die dämpfungsentzerrte Leitung derselben
Phasenverzerrung unterworfen worden sind.
Es ist allgemein bekannt, daß eine dämpfungsentzerrte Leitung, deren Übertragungsbereich auf ein
Frequenzband mit einer oberen Eckfrequenz W beschränkt ist und deren Phasenverzögerung linear mit
der Frequenz verläuft, auf ein eingangs seifiges Impulssignal mit Einheitsamplitude und gleichförmigem
Frequenzgehalt ein Ausgangssignal E0 liefert, das durch den Ausdruck
sin π Wt
π Wt
gegeben ist, wobei k eine experimentelle Konstante und t die Zeit ist, während die anderen Symbole bekannte
Bedeutung haben. Dieses Ausgangssignal gibt
909 508/291
bekanntlich das Impulsverhalten der Übertragungsleitung an. Wird eine Abtastperiode
T = — (2) ,
2 W
angenommen und wird ein zweites Impulsprüfsignal an diese Übertragungsleitung zu einem Zeitpunkt nT
später als das erste Signal angelegt, dann ist das Ausgangsimpulsverhalten der Übertragungsleitung
für dieses zweite Signal gegeben durch den folgenden Ausdruck
E0 = k SÜL(n m Ι n-*L (3)
π Wt —- η π
Es kann gezeigt werden, daß diese beiden Ausgangssignale, d. h. die das Impulsverhalten der Übertragungsleitung
angebenden Signale zueinander orthogonal sind. Mit anderen Worten, das Integral ihres ao
Produkts über die Zeit ist Null.
Es kann außerdem gezeigt werden, daß die beiden das Impulsverhalten der Leitung angebenden Ausgangssignale,
die von einer dämpfungsentzerrten Übertragungsleitung abgeleitet werden, die einen
nichtlinearen Phasengang über der Frequenz aufweist, in gleicher Weise orthogonal sind, wenn die angelegten
Impulssignale einen zeitlichen Abstand haben, der einer ganzzahligen Anzahl von η Perioden T gemäß
Gleichung (2) entspricht.
Außerdem läßt sich zeigen, daß dann, wenn die beiden angelegten Impulssignale zeitlich zusammenfallen,
d. h. wenn η in der Gleichung (3) gleich Null ist, das integrierte Produkt der beiden das Impulsverhalten
der Übertragungsleitung angebenden Ausgangsimpulse einen endlichen Wert annimmt, der den
Amplituden der angelegten Signale proportional ist. Wird daher eine Reihe von Impulsen, deren zeitliche
Abstände gleich der Periode T sind, entsprechend Gleichung (2), an eine Übertragungsleitung angelegt
und werden diese Impulse anschließend an der Ausgangsklemme der Leitung kontinuierlich mit dem das
Impulsverhalten der Leitung angebenden Signal multipliziert, dann liefern nur der oder diejenigen der
angelegten Impulse, die zeitlich mit dem das Impulsverhalten der Leitung angebenden Signal koinzident
sind, ein von Null abweichendes Produkt.
Gemäß dem allgemein bekannten Nyquist-Abtasttheorem läßt sich jedes in seiner Bandbreite auf einen
Frequenzbereich von + W begrenzte Signal genau durch eine Reihe von Abtastimpulsen des Signals
darstellen, die in Intervallen T = abgenommen
2 w 0
werden. Daher kann jedes übertragene Signal durch solche Impulse dargestellt werden. Die Genauigkeit
dieser Darstellung wird außerdem durch die Phasenlage dieser Abtastwerte nicht beeinträchtigt. Daraus
folgt aber, daß jedes Signal von beliebiger Form nach einer Übertragung durch ein im Frequenzband eingeengtes
Medium so behandelt werden kann, als würde es aus einer Aufeinanderfolge von Nyquist-Abtastimpulsen
mit einer Phasenlage bestehen, die für das in Betracht kommende Verfahren geeignet ist.
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die entsprechend dieser Analyse aufgebaut
ist und diese Gesichtspunkte berücksichtigt. Zu diesem Zweck sind Schaltmittel zum Übertragen eines Prüfsignals
von gleichförmigem Frequenzgehalt, der sich mindestens über den Übertragungsbereich des Mediums
erstreckt, vorgesehen und mit einer Aufzeich-
neigevorrichtung für das über das Medium übertragene Prüfsignal verbunden, und es sind Multiplizierstufen
zur Multiplikation einer Reihe von mit zeitlichem Abstand abgetasteten mehrfachen Wiedergeben
des aufgezeichneten Prüfsignals mit den über das Medium übertragenen phasenverzerrten Nachrichtensignalen
vorgesehen, derart, daß an den Verbraucher eine Anzahl von Ausgangssignalen abgegeben
wird, die aufeinanderfolgende Abtastwerte des Nachrichtensignals darstellen.
Die Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden Einzelbeschreibung einer beispielsweisen
Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Übeftragungssystems, dessen Phasenverzerrung in der erfindungsgemäßen
Weise kompensiert ist,
Fig. 2 und 3 Kurvenformen, die der Erläuterung der Beschreibung der Erfindung nach Fig. 1 dienen.
In Fig. 1 ist eine Quelle 4 für die zu übertragenden Signale dargestellt mit einer Taste 6 oder einer anderen
geeigneten Vorrichtung zum Erzeugen eines einzelnen Prüfimpulssignals. Diese Quelle 4 ist mit
der Eingangsklemme einer Übertragungsleitung 8 verbunden, die nur ein beschränktes Frequenzband übertragen
kann, d. h. Signale, die innerhalb eines gegebenen Frequenzbandes liegen, das sich von der Frequenz
Null bis zur Frequenz W erstreckt. Die Taste 6 ist so ausgebildet, daß die Impulsquelle einen Prüfimpuls
von kurzer Dauer mit steilen Flanken abgibt, wie es beispielsweise bei A gezeigt ist. Die steilen
Flanken des Impulses stellen sicher, daß der Impuls Signalkomponenten aller Frequenzen innerhalb des
Durchlaßbereiches der Übertragungsleitung 8 enthält. Eine kurze Dauer des Impulses stellt sicher, daß diese
Frequenzkomponenten alle ungefähr gleiche Amplituden haben. Ein Amplitudenentzerrer oder Dämp
fungsentzerrer 10 ist am Ausgangsende der Übertragungsleitung 8 vorgesehen, um sicherzustellen, daß
alle innerhalb des Übertragungsbereiches der Leitung übertragenen Signalfrequenzen mit gleicher Dämpfung
übertragen werden.
An der Ausgangsklemme des Dämpfungsentzerrers 10 ist ein Umschalter 12 vorgesehen, um über die
Übertragungsleitung ankommende Signale nach einer von zwei Leitungen 14 oder 16 zu leiten. Über die
erste dieser Leitungen 14 gelangt das ankommende Signal an einen magnetischen Aufzeichnungskopf 18,
der von an sich bekannter Bauart sein kann.
Dieser Aufzeichnungskopf ist zur Magnetisierung am Umfang einer Trommel 20 angeordnet, die eine
zylindrische, magnetisierbare Aufzeichnungsfläche aufweist und durch einen Motor 22 über eine Welle
24 mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben wird.
Gemäß der Erfindung ist diese magnetische Trommel 20 für die Phasenentzerrung in der folgenden
Weise vorgesehen. Der Schalter 12 wird in die obere Aufzeichnungsstellung 14 gelegt. Ein Prüfimpulssignal
wird, wie vorher beschrieben, der Übertragungsleitung 8 durch Betätigung der Taste 6 zugeführt.
Beim Durchlaufen der Leitung 8 werden die verschiedenen Frequenzkomponenten des Prüfsignals
mit verschiedenen Geschwindigkeiten übertragen, d. h. also, daß die Leitung 8 mit ihrer Dämpfungsentzerrerschaltung
10 auf verschiedene Frequenzen enthaltende Signale, die über diese Leitung übertragen werden,
eine Laufzeitdispersionswirkung hat.
Das über den Aufsprechkopf 18 laufende Prüfsignal wird auf dem Umfang der magnetischen Trommel 20
aufgezeichnet. Die Geschwindigkeit des Motors 22 ist so eingestellt, daß alle wesentlichen Teile dieser magnetischen
Aufzeichnung während eines Zeitintervalls aufgezeichnet werden, das gerade einer Umdrehung
der Trommel entspricht. Diese Aufzeichnung, die auf der Trommel magnetisch gespeichert ist, stellt das
Ansprechverhalten der Übertragungsleitung 8 mit dem angeschlossenen Dämpfungsentzerrer 10 für Impulse
dar.
Wären die verschiedenen Frequenzkomponenten des Signals durch die dämpfungsentzerrte Übertragungsleitung
keiner Geschwindigkeits- oder Laufzeitdispersion ausgesetzt, dann könnte die Begrenzung des
Übertragungsfrequenzbandes der Leitung die Kurvenform des Impulssignals in der Weise verzerren, wie
dies beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Kurvenform, die zwar kein getreues Abbild des angelegten
Signals ist, ist doch jederzeit als Impulssignal erkenntlich, wie sich aus der Betrachtung des
Hauptbogens der Kurve in Fig. 2 ergibt.
Die Geschwindigkeitsdispersionswirkung der Übertragungsleitung kann jedoch das Impulssignal weitgehend
in seiner Phase verzerren, so> daß es über den Aufsprechkopf 18 als magnetische Aufzeichnung eingespeichert
wird^ wie sie beispielsweise durch die in Fig. 3 gezeigte Kurvenform dargestellt ist. Betrachtet
man die Fig. 3 und die Kurvenform A, so sieht man, daß die Phasenverzerrung das ankommende Impulssignal
als solches vollkommen unkenntlich gemacht hat.
Diese aufgezeichnete Kurve nach Fig. 3 stellt jedoch magnetisch das Impulsverhalten der Übertragungsleitung
8 einschließlich des Dämpfungsentzerrers 10 dar. ISTachdem diese das Impulsverhalten kennzeichnende
Kurvenform eingespeichert worden ist, tritt die A7Orrichtung gemäß der Erfindung in Tätigkeit,
um die Phasenverzerrung nachfolgend übertragener Nachrichtensignale zu korrigieren, bevor sie
der Empfangseinrichtung 80 zugeführt werden, und zwar einfach dadurch, daß man den Schalter 12 in die
untere Stellung 16 umlegt.
Zusätzlich zu dem Einspeicherkopf 18 sind eine Anzahl von Ausspeicherköpfen 31 bis 38 in gleichen
Abständen rund um den Umfang der magnetischen Trommel in solchen Abständen angebracht, daß unter
Berücksichtigung der Motorgeschwindigkeit ein gegebener Punkt auf dem Umfang der Trommel von
einem Ausspeicherkopf zum nächsten in einem Zeitintervall läuft, der durch den Ausdruck
gegeben ist, wobei W die höchste, über die Übertragungsleitung übertragene Frequenz darstellt. Jeder
dieser Ausspeicherköpfe leitet von der magnetischen Trommel eine Wiedergabe des Prüfsignals der Übertragungsleitung
ab. Auf Grund der Abstände der Ausspeicherköpfe bat jede der verschiedenen Wiedergaben
des Prüf signals entsprechend einen zeitlichen Abstand von der nächsten Wiedergabe, der dem Intervall
T entspricht. -
Jeder dieser Wiedergabeköpfe ist mit der einen Eingangsklemme einer Anzahl von mit je zwei Eingangsklemmen
versehener Multiplizierstufen 41 bis 48 verbunden. Diese Multiplizierstufen können von
an sich bekannter Bauart sein. Beispielsweise kann jede der acht Multiplizier stuf en, die den acht Ausspeicherköpfen
zugeordnet sind, so aufgebaut sein, wie das in dem Buch von S. Seely, »Elektronen-
röhrenschaltungen«, 1. Ausgabe, veröffentlicht 1950 bei McGraw-Hill Book Co., Ing., auf S. 153, Fig. 8
bis 11, gezeigt ist.
Die zweite Eingangsklemme jeder dieser Multiplizierstufen ist jeweils über eine gemeinsame Leitung
50 mit dem unteren Schaltkontakt 16 verbunden.
Von der Signalquelle 4 wird ein Nachrichtensignal, das beispielsweise die Kurvenform haben kann, wie
sie bei B in Fig. 1 gezeigt ist, der Übertragungsleitung 8 und von dort über den Schalter 12 jeder der
Multiplizierstufen über die gemeinsame Eingangsleitung 50 zugeführt. Die Phasenverzerrung der Leitung
kann beispielsweise ein Nachrichtensignal in der Weise verformt haben, wie durch die Kurve C angegeben
ist
Kommt das phasenverzerrte Nachrichtensignal an den Multiplizierstufen an, dann wird es kontinuierlich
mit jeder der verschiedenen, zeitlich auf Abstand stehenden Darstellungen des das Impulsverhalten der
Leitung angebenden Prüfsignals multipliziert, das auf der Trommel gespeichert ist. Die verschiedenen
auf diese Weise entstehenden Produktsignale werden dann für sich und kontinuierlich in einer gleich großen
Anzahl von Integriergliedern 51 bis 58 integriert, die aus einfachen Tiefpaßfiltern bestehen können. Ein
solches ist beispielsweise bei 51 gezeigt und dem Ausspeicherkopf 31 zugeordnet. Diese Integrierglieder
liefern eine gleich große Anzahl von Produktintegralsignalen.
Wie gezeigt wurde, hat nur das Produktintegralsignal eines ankommenden Nachrichtensignalelements,
das zeitlich mit einem wiedergegebenen Prüfimpulssignal koinzidiert, einen Wert, der von Bedeutung ist.
Es war ferner festgestellt worden, daß ein in seiner Bandbreite begrenztes Signal durch eine Reihe mit
Abständen aufeinanderfolgender Abtastimpulse dargestellt werden kann, ohne daß auf die Phase dieser
Abtastwerte Rücksicht genommen werden muß. Daher kann zur erleichterten Darstellung ein einziger
Abtastwert aus einer Reihe von beispielsweise acht das ankommende Signal darstellenden Werten zu
einer bestimmten Zeitperiode in der richtigen Phasenlage ausgewählt werden, um mit dem das Impulsverhalten
der Übertragungsleitung angebenden Signal, das durch einen der Ausspeicherköpfe, beispielsweise
durch den Kopf 31, übertragen wird, zu koinzidieren. Die übrigen Wiedergaben dieses Prüfimpulssignals
weisen daher jeweils einen zeitlichen Abstand von dem ausgewählten Abtastsignal auf, der einem Inter-YallnT
entspricht. Daher sind die Produktintegralsignale, die sich aus der Multiplikation dieser sieben
Signale mit dem Prüfimpulssignal ergeben, das von dem Kopf 31 abgeleitet wird, Null. So· ist es ebenfalls
mit jedem nachfolgenden Abtastwert des ankommenden Nachrichtensignals. Nur an einem der paarweise
zusammengeschalteten Multiplizierstufen und Integrilerstufen der acht angegebenen), paarweise angeordneten
Stufen gemäß der Erfindung ■ wird ein von Nuill abweichendes Produktintegralsignal von
einem bestimmten Abtaistwert im Verlauf einer vollständigen Umdrehung der magnetischen Trommel abgeleitet.
Daher wird in jedem Integrierglied ein Signal gespeichert, das proportional der Amplitude · auf emanderfolgender
Elemente des ankommenden Nachrichtensignals ist. Jedes dieser so gespeicherten Signale
wird am-Ende einer vollen Umdrehung der Trommel vollständig gespeichert, die an dem - Ausspeicherkopf,
der dem speichernden Integrierglied zugeordnet ist, vorbeiläuft. Somit wird der Speicher-
Claims (4)
1. Phasenentzerrer zum Entzerren eines ein Übertragungsmedium mit begrenztem Übertragungsfrequenzbereich
durchlaufenden Nachrichtensignals, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (4, 6) zum Übertragen eines Prüfsignals
(A) von gleichförmigem Frequenzgehalt, der sich mindestens über den Übertragungsbereich
des Mediums (8) erstreckt, vorgesehen und mit einer Aufzeichnungsvorrichtung (18, 20) für das
über das Medium übertragene Prüfsignal verbunden sind und daß Multiplizierstufen (41... 48)
zur Multiplikation einer Reihe von mit zeitlichem Abstand abgetasteten mehrfachen Wiedergaben des
aufgezeichneten Prüfsignals mit den über das Medium übertragenen phasenverzerrten Nachrichtensignalen
(C) vorgesehen sind, derart, daß an den Verbraucher (80) eine Anzahl von Ausgangssignalen
(E) abgegeben wird, die aufeinanderfolgende Abtastwerte des Nachrichtensignales
darstellen.
2. Phasenentzerrer nach Anspruch 1, bei dem die mehrfachen Wiedergaben des Prüfsignals
gleiche Zeitabstände aufweisen, die nicht größer sind als eine halbe Periode der höchsten durch das
Medium übertragenen Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß Integrierglieder (51. . . 58) vorgesehen
sind, durch welche jedes der Signale, die das Produkt aus den Wiedergaben .des Prüfsignals
und den Nachrichtensignalen sind, über den verschiedenen Wiedergaben entsprechenden Zeitintervallen
integriert wird, daß weitere Schaltmittel anschließend nacheinander die integrierten
Produktsignale dem Verbraucher (80) zu Zeitpunkten zuführen, die einen zeitlichen Abstand
entsprechend dem zeitlichen Abstand der Wiedergaben aufweisen, und daß ein Tiefpaßfilter (76)
zwischen dem Verbraucher und den das Produktsignal weitergebenden Schaltmitteln (61. .. 68)
vorgesehen ist, um nur die Signalfrequenzen unter-
halb der obersten Übertragungsfrequenz, des Mediums hindurchzulassen und das Nachrichtensignal
ohne Phasenverzerrung wiederherzustellen.
3. Phaseinentzerrar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum einzelnen Anlegen
der mit zeitlichem Abstand abgetasteten Wiedergaben des Prüfsignals an eine gemeinsame
Leitung (72) zum Verbraucher (89) Schalter (61 . .. 68) vorgesehen sind.
4. Phasenentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
Aufzeichnungsvorrichtung die zylindrische, magnetisierbare Oberfläche einer magnetischen Trommel
(20) verwendet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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