DE1069690B

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Publication number: DE1069690B
Application number: DENDAT1069690D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-26

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verminderung der Klirrspannung von Übertragungsleitungen und zur Vermeidung der Übersteuerung von Leitungsverstärkern für Mehrkanalträgerfrequenzübertragung.

Bei langen Trägerfrequenzverbindungen mit gleichzeitiger Übertragung zahlreicher Kanäle besteht häufig die Schwierigkeit, die durch die Leitungsverstärker erzeugten Klirrgeräusche genügend klein zu halten, besonders dann, wenn sich die durch Nichtlinearität der Verstärker erzeugten Modulationsprodukte addieren. Diese störenden Klirrgeräusche lassen sich durch geringere Aussteuerung der Verstärker vermindern. Die Verringerung der Aussteuerung ist aber durch das auf der Leitung auch ohne Aussteuerung vorhandene Grundgeräusch begrenzt. Man hat nach der bisher bei der Leitungsübertragung üblichen Technik wegen der gleichzeitigen Übertragung zahlreicher Kanäle und zur Kleinhaltung der Klirrgeräusche die maximal abgebbare Spannung bzw. Leistung der Leitungsverstärker wesentlich größer gemacht als die, welche für die Übertragung eines einzigen Kanals tatsächlich benötigt wird.

Es ist bekannt, daß bei Kompandersystemen durch den Kompressor auf der Sendeseite nicht nur die niedrigen Pegel angehoben, sondern auch die hohen Pegelwerte erniedrigt und durch den Expander auf der Empfangsseite diese geänderten Pegelwerte wieder auf den ursprünglichen Pegelwert abgesenkt bzw. angehoben werden. Sprachspannungen, die einen bestimmten Spannungswert U₀ haben, werden dabei weder auf der Sendeseite durch den Presser noch auf der Empfangsseite durch den Dehner in der Amplitude geändert. Sprachspannungen, die kleiner sind als diese Spannung U₀, werden durch den Presser vergrößert, und zwar um so mehr, je kleiner sie sind; solche, die größer sind als U₀, werden durch den Presser verkleinert. Im Dehner der Empfangsseite werden die durch den Presser vergrößerten Sprachspannungen verkleinert. Die durch den Presser verkleinerten Sprachspannungen werden im Dehner wieder auf den ursprünglichen Wert vergrößert. Die auf der Übertragungsleitung hinzukommenden Störspannungen, z. B. hervorgerufen durch nichtlineare Verzerrrungen der Verstärker, werden jedoch nur dann abgesenkt, wenn die Sprachspannung am Dehnereingang kleiner als die Bezugsspannung U₀ ist, während sie, wenn die Sprachspannung größer als L^r ₀ ist, sogar angehoben werden.

Es ist ferner eine Einrichtung zur Mischung von mindestens zwei Niederfrequenzprogrammen bekannt, bei der Signale verschiedener Eingangskreise einem Ausgangskreis in einstellbarem Verhältnis und in einstellbarer Stärke entnehmbar sind. Diese bekannte Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verminderung der Klirrspannung von Übertragungsleitungen und zur Vermeidung der Übersteuerung

von Leitungsverstärkern für Mehrkanalträgerfrequenzübertragung

Anmelder: Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Franz Feil, München, ist als Erfinder genannt worden

Einrichtung ist jedoch ebensowenig wie die bekannten Kompandersysteme dazu geeignet, die eingangs erläuterten, bei langen Trägerfrequenzverbindungen mit gleichzeitiger Übertragung zahlreicher Kanäle auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden.

Erfindungsgemäß soll daher das bei großer Aussteuerung durch gleichzeitige Belegung vieler Kanäle oder durch Überpegel in einzelnen Kanälen entstehende unzulässig starke Klirrgeräusch dadurch vermieden werden, daß bei großer Aussteuerung durch gleichzeitige Belegung vieler Kanäle und Überschreitung eines Schwellwertes der Pegel aller Kanäle in Abhängigkeit vom Gesamtpegel am Leitungseingang gesenkt wird und am Leitungsende zur Konstanthaltung der Restdämpfung die Wiederherstellung des Sollpegels erfolgt und daß die Regelung mit einer

Zeitkonstante arbeitet, die sehr groß gegenüber der Periodendauer der tiefsten zu übertragenden Frequenz ist, derart, daß die Dynamik in den einzelnen Kanälen aufrechterhalten bleibt.

Dieses Verfahren kann dazu dienen, die erforderliche maximal abgebbare Leisturig der Leitungsverstärker zu verringern. Dies ist. auch häufig erwünscht, besonders dann, wenn der Kanalpegel mit Rücksicht auf das Grundgeräusch der Leitung hoch sein muß und es Schwierigkeiten bereitet oder einen großen Aufwand bedeutet, die maximal abgebbare Leistung der Leitungsverstärker so groß zu machen, wie es ohne diese Regelung des Eingangspegels mit

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Rücksicht auf Klirrgeräusche und Übersteuerung notwendig wäre.

Die Senkung des Kanalsendepegels gemäß der Erfindung ist von einem gewissen Schwellwert ab wirksam und kann in verschiedener Weise erfolgen. Prinzipiell kann die Regelung an jeder Stelle zwischen den NF-Eingängen der TF-Endeinrichtung und der Leitung erfolgen, vorzugsweise wird man sie aber an einer Stelle vornehmen, wo alle Kanäle schon zusammengefaßt sind, also z. ß. direkt vor dem Sendeverstärker oder im Sendeverstärker oder nach dem Sendeverstärker.

Zur Rückgängigmachung der im sendenden Amt vorgenommenen Pegel Senkung gibt es auch verschiedene Möglichkeiten, z. B. kann man eine Pilotfrequenz, die auf der Sendeseite ebenfalls über das vom Gesamtpegel abhängige Regelglied läuft, oder eine vom Regelzustand der Sendeseite abhängige Frequenz über die Leitung übertragen, die auf der Empfangsseite in bekannter Weise zur Wiederherstellung des Sollwertes der Kanalpegel herangezogen wird. Bei konstant gehaltener Restdämpfung der Leitung kann auch der Nachrichtenpegel selbst zur Regelung auf der Empfangsseite dienen. Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden Begrenzerschaltungen verwendet, deren Zeitkonstante sehr groß gegenüber der Periodendauer der tiefsten zu übertragenden Frequenz ist, so daß sie keine nichtlinearen Verzerrungen verursachen. Als Begrenzer mit großer Zeitkonstante und sehr kleinen nichtlinearen Verzerrungen sind Schaltungen mit Heißleitern besonders geeignet. Zum Beispiel kann am Ausgang des Sendeverstärkers ein Spannungsteiler angeordnet sein, der im Querzweig einen Heißleiter enthält, oder es kann ein amplitudenabhängiger Spannungsteiler mit dem Heißleiterwiderstand vor dem Sendeverstärker angeordnet sein. Besonders zweckmäßig ist es daher, den Heißleiter in den Gegenkopplungsweg eines begrenzenden Verstärkers zu legen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 5 schematisch dargestellt.

In Fig. 1 a bis 1 d erfolgt die Begrenzung der auf die Leitung gehenden Hochfrequenzsendespannung, d. h. der Ausgangsspannung L^r _u des allen Kanälen gemeinsamen Sendeverstärkers Si', durch einen Spannungsteiler, der im Querzweig einen Heißleiter HL enthält. Steigt die Hochfrequenzspannung am Heißleiter HL an, so nimmt sein Widerstand ab und damit auch die Ausgangsspannung U_a. Der Längswiderstand R des Spannungsteilers kann auch teilweise oder ganz durch den Innenwiderstand des Sendeverstärkers SV gebildet werden. Durch die Verwendung eines indirekt geheizten Heißleiters, dessen Heizwicklung H als Reihenwiderstand nach Fig. 1 c oder als Parallelwiderstand nach Fig. 1 d verwendet wird, kann die begrenzende Wirkung des eigentlichen Heißleiterwiderstandes W verstärkt werden. Die Schaltung kann, falls erforderlich, so dimensioniert werden, daß bei normaler Hochfrequenzspannung der Ausgangswiderstand R_a etwa dem der angeschalteten Leitung entspricht. Diesem Zweck dienen auch die zum Heißleiter parallel liegenden Widerstände R₁ bzw. H in den Fig. 1 b, Ic, Id. die zudem die Auswirkungen von Exemplarschwankungen der Heißleiterwiderstände W auf den Ausgangswiderstand R_u und auf das Spannuugsteilerverhältnis bei normaler Hochfrequenzspannung verringern.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer Schaltung angegeben, bei welcher ein amplitudenabhängiger Spannungsteiler mit dem Heißleiterwiderstand W am Eingang

des allen Kanälen gemeinsamen Sendeverstärkers angeordnet ist, um den Leistungsverlust durch den Spannungsteiler am Ausgang zu vermeiden. Die Steuerung des Heißleiters erfolgt durch den auf der Ausgangsseite des Verstärkers liegenden Heizwiderstand H, der zugleich als Anpassungswiderstand dient. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R₂ und W parallel zum Widerstand R₃, wobei W auf der Primär- oder Sekundärseite des Vor-Übertragers VU liegen kann. Der Widerstand dient als Anpassungswiderstand auf der Eingangsseite. Eine Besonderheit der Schaltungen, bei denen der Heizwiderstand H zugleich als Anpassungswiderstand dient, ist, daß die im Anpassungswiderstand verlorengehende Hochfrequenzleistung zur Begrenzung der Hochfrequenzspannung nutzbar verwertet wird.

Bei den Schaltungen nach Fig. 3 und 4 ist der Heißleiter in den Gegenkopplungsweg eines begrenzenden, allen Kanälen gemeinsamen Verstärkers gelegt, wodurch die mit einem vor- oder nachgeschaltetem Spannungsteiler nach Fig. 1 oder 2 verbundenen Verstärkungsverluste und die damit zusammenhängenden Nachteile vermieden werden. Bei der Schaltung nach Fig. 3 steuert der zugleich als Anpassungswiderstand dienende Heizwiderstand H den Längswiderstand des aus den Widerständen R₂, R₃ und W bestehenden Spannungsteilers, der im Gegenkopplungsweg des Verstärkers liegt, der von der im Widerstand R₄ entstehenden Gegenkopplungspannung gesperrt wird. Bei kleiner Gesamtausgangsleistung ist R_s klein gegen W und ist maßgebend für die Verstärkung. Nimmt die Ausgangsspannung am Heizwiderstand H stark zu, so nimmt der Heißleiterwiderstand W ab, die Gegenkopplung wird größer, und die Zunahme der Ausgangsspannung wird vermindert.

Statt der direkten Beeinflussung des Heißleiterwiderstandes durch die Hochfrequenz, welche in den bisher angeführten Beispielen zur Anwendung kam, kann natürlich auch eine indirekte Steuerung erfolgen.

In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel wird die Ausgangspannung des Sendeverstärkers SV einer Steuereinrichtung ST zugeführt, die z. B. einen Verstärker und einen Gleichrichter enthalten möge. Die Steuereinrichtung speist den Heizer H des Heißleiters. Die Schaltung von ST kann so bemessen sein, daß der Heißleiter erst oberhalb einer bestimmten Ausgangsspannung geheizt wird. In der Steuereinrichtung ST können auch Schaltmittel eingebaut sein, um der Regelcharakteristik den gewünschten Verlauf zu geben. Die Steuereinrichtung ST kann auch die Verstärkung des Sendeverstärkers SV beeinflussen oder auf ein dem Verstärker nachgeschaltetes Regelglied wirken.

In Fig. 4 ist auch die Einspeisung einer Pilotfrequenz angegeben, die im Pilotgenerator P erzeugt wird und über den Widerstand R_s an den Eingang des regelnden Netzwerkes gelangt.

Für das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich noch zahlreiche andere ähnlich wirkende Schaltungen angeben.

Zur Kompensation der Pegelsenkungen am Leitungseingang erfolgt am Leitungsende eine Wiederherstellung des ursprünglichen Pegels durch eine entgegengesetzt wirkende Schaltung. Um diese Kompensation zu erreichen, kann z. B. eine Schaltung nach Fig. 5 a angewendet werden, bei der im Ausgangskreis des allen Kanälen gemeinsamen Empfangsverstärkers EV ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der aus den Widerständen R₂, W, R_s und dem Eingangswiderstand der empfangsseitigen Endeinrichtung EE ge-

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bildet wird. Der Pilotempfänger PE siebt die Pilotfrequenz aus dem Xachrichtenfrequenzband aus, und die Steuereinrichtung .ST steuert den Heizleiterheizstroni so, daß der Pegel der Pilotfrequenz und damit auch der Pegel der Xachrichteukanäle wieder auf den Wert gebracht wird, den sie ohne sendeseitige Pegelbeeiuflussung haben würden.

In Fig. 5 b erfolgt die Steuerung des Dämpfungsgliedes, das dem Empfaugsverstärker EV nachgeschaltet ist. unmittelbar durch die Heizwirkung der Hochfrecjucnzspannung. Der Heißleiter ist hier so eingeschaltet, daß bei zunehmender Ausgangsleistung die Dämpfung des Spannungsteilers kleiner wird. Der Heizwiderstand 77 dient zugleich als Abschluß widerstand des Empfangsverstärkers. Die Grunddämpfung des Spannungsteilers stört vielfach nicht, da zwischen Empfangsverstärker und den in der Endeinrichtimg Ell enthaltenen Unisetzereinrichtungeu sowieso eine Dämpfung eingeschaltet werden muß. Will man diese Dämpfung vermeiden, so kann auch eine entsprechende Regelung der Verstärkung des Empfangsverstärkers oder eines anderen Übertragungsgliedes in der empfaiigsseitigen Endeinrichtung EE erfolgen.

In den angeführten Beispielen wurden ausschließlich Regelschaltungen mit Heißleitern gezeigt. Für die Durchführung der erfindungsgemäß notwendigen Regelung auf der Sende- und Empfangsseite können aber auch andere Schaltelemente und Schaltungen verwendet werden, wenn sie keine für die Mehrkanalübertragung störende Nichtliueari rät haben.

PATENTANSPRÜCHE:

I. Verfahren zur Verminderung der Klirrspannung von Übertragungsleitungen und zur Vermeidung der Ubersteuerung von Leitungsverstärkern für Mehrkanalträgerfrequenzübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß bei großer Aussteuerung durch gleichzeitige. Belegung vieler Kanäle und Überschreitung eines Schwellwertes der Pegel aller Kanäle in Abhängigkeit vom Gesamtpegel am Leitungseingang gesenkt wird und am Leitungseude zur Konstanthaltung der Restdätnpfung die Wiederherstellung des Sollpegels 90

erfolgt und daß die Regelung mit einer Zeitkonstaute arbeitet, die sehr groß gegenüber der Periodendauer der tiefsten zu übertragenden Frequenz ist, derart, daß die Dynamik in den einzelnen Kanälen aufrechterhalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückgängigmachung der im sendenden Amt vorgenommenen Pegelsenkung, d. h. zur AViederherstellung des Sollwertes der Kanalpegel auf der Empfangsseite, eine Pilotfrequenz, die auf der Seudeseite über das vom Gesamtpegel abhängige Regelglied läuft, oder eine vom Regelzustand der Sendeseite abhängige Frequenz über die Leitung übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstant gehaltener Restdämpfung der Leitung der Nachrichtenpegel selbst zur Regelung auf der Empfangsseite dient.
4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Begrenzerschaltungen mit Heißleitern verwendet .sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zur Begrenzung am Ausgang des Sendeverstärkers angeordneten Spannungsteiler, der im Querzweig einen Heißleiter enthält.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein amplitudenabhängiger Spannungsteiler mit dem Heißleiterwiderstand vor dem Sendeverstärker angeordnet ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter im Ciegenkopplungsweg eines begrenzenden Verstärkers liegt.

Tn Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 697 073, 727 190;
schweizerische Patentschrift Nr. 206 042;
USA.-Patentschriften Nr. 1565 491, 2 006 989;
»Fernmeldetechnische Zeitschrift«, 1951, H.
8, S.375;

»The Bell Svstem Technical Journal«, 1951, Nr. 1, S. 1 bis 32.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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