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Entzerrersehaltung für ein Mehrkanalsystem zur Übertragung von amplitudenmodulierten
Impulsen Die Erfindung betrifft eine Entzerrerschaltung für ein Mehrkanalsystem
zur Übertragung von amplitudenmodulierten äquidistanten Impulsen zu gleichen Taktzeiten
in allen Kanälen mit je einer empfängerseitigen Einrichtung zur Aufteilung der einzelnen
Impulse auf die verschiedenen Kanäle und an jeden Kanal angeschaltete, an sich bekannte
Schaltteile. Diese bestehen je aus einer Laufzeitkette, deren Laufzeitglieder jeweils
eine Laufzeit gleich der Periodendauer der zu übertragenden Impulse aufweist, einer
geeignet gewählten Anzahl von Anzapfen der Laufzeitkette, die mit wenigstens einem
Summierglied verbunden sind. und Gliedern mit einstellbaren Bewertungsfaktoren,
die zwischen Anzapfen und Summierglied eingeschaltet sind und die derart bemessen
sind, daß die Übersprechverzerrung, herrührend von der Impulsfolge eines Kanals,
beseitigt ist. Die Erfindung setzt parallele Übertragungskanäle für amplitudenmodulierte
Impulse, gleiche Taktzeiten der Impulse der Kanäle und eine gegenseitige Verkopplung
dieser Kanäle voraus, wodurch die Impulse der einzelnen Kanäle sich gegenseitig
beeinflussen.
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Das Ziel ist eine Entkopplung, also die Beseitigung des Übersprechens
zwischen den Kanälen. Der Erfindungsgedanke ist aus einem bekannten Verfahren, welches
das gegenseitige Übersprechen zwischen zeitlich benachbarten Impulsen innerhalb
eines Kanals zu kompensieren gestattet, abgeleitet. Deshalb muß zum besseren Verständnis
dieses Verfahren zuerst beschrieben werden.
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Fig. 1 stellt einen Übertragungskanal dar mit einer Eingangssignalfunktion
x (t) eines Senders 1, einem Übertragungsweg 2 und einem Empfänger 3 mit der Ausgangsfunktion
y(t), welche durch die Verformung der Eingangsfunktion x(t) durch das Übertragungssystem
entsteht. x(t) und y(t) seien niederfrequente Signale. Die Übertragung über den
Übertragungsweg 2 kann aber in einer beliebigen Weise geträgert geschehen, wobei
dann der Sender 1 den Modulator und der Empfänger 3 den Demodulator enthält. Zwischen
Ein- und Ausgang zeigte das System eine lineare Übertragungscharakteristik. x(t)
sei nun eine Folge von beliebig geformten äquidistanten Impulsen. Längs der Zeitachse
Fig. 2a können sie deshalb nur die dort im gegenseitigen Abstand, der Taktdauer,
To markierten Lagen einnehmen. In Fig.2a ist nur ein einziger Impuls gezeichnet,
und es ist der Einfachheit halber ein sehr kurzer Impuls gewählt. Die Folge der
Eingangsimpulse ist mit den zu übertragenden Nachrichten in der Amplitude moduliert.
Es kann sich um eine kontinuierliche Modulation handeln, und benachbarte Impulse
können mit unterschiedlichen Nachrichten moduliert sein (Zeitmultiplex). Das System
kann aber auch der Datenübertragung dienen, wobei die Amplituden der Eingangsimpulse
quantisiert sind. Es ist eine binäre, ternäre, quaternäre usw. Modulation möglich.
Die Form der Eingangsimpulse bestimmt zusammen mit den Filtern in Sender und Empfänger
die Form der Ausgangsimpulse. Bei einem einzigen Eingangsimpuls kann der verformte
Ausgangsimpuls z. B. die Form y(t) haben, welche in Fig. 2b dargestellt ist. Der
Impuls ist verzerrt und hat nichtverschwindende Spannungswerte zu den Zeitpunkten,
in denen die Maxima benachbarter Sendeimpulse zu erwarten wären, falls diese Impulstakte
durch Sendeimpulse besetzt wären. Nun trifft der Empfänger seine Entscheidung durch
eine Abfrage des Ausgangssignals y(t) zu den Taktzeiten. Man findet in einem solchen
Augenblick also nicht nur eine Spannung entsprechend dem in diesem Takt gesendeten
Impuls, sondern auch Restspannungen, welche von den zeitlich vorangehenden und zeitlich
folgenden Impulsen stammen. Dieses Übersprechen zwischen zeitlich benachbarten Impulsen
ist durch die Impulsfunktion Fig. 2 b völlig beschrieben. Danach erzeugt ein Sendeimpuls
der Amplitude 1 am Ausgang des Übertragungssystems zu der ihm zugeordneten Taktzeit
den Hauptwert ao, spricht mit Werten a-1, a-z ...
auf die erste, zweite usw.
ihm vorangehende Taktzeit über und mit Werten a,., a, . . . auf die erste, zweite
usw. folgenden Taktzeiten.
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Ein Pulsübertragungssystem nennt man ideal, wenn dieses Übersprechen
nicht auftritt. Bei einem idealen Pulsübertragungssystem hat ein übertragener Impuls
eines Ausgangsimpulses z. B. die Form der Fig. 2 c, wobei sich benachbarte Impulse
zeitlich überlappen, aber
kein Übersprechen erzeugen wird, weil
die Impulsform Nullstellen zu allen benachbarten Taktzeiten hat. Der Hauptwert ist
co. Aus einer nichtidealen Impulsform (Fig. 2b) kann die ideale Impulsform (Fig.
2c) durch einen Entzerrer gebildet werden, der den bekannten Aufbau (Fig. 3) hat.
Er besteht aus einer Anzahl Laufzeltgliedern 4, 5, 6 . . ., von denen jedes eine
Laufzeit gleich der Taktdauer To hat. An den Anzapfen der Laufzeitkette stehen eine
Reihe von Empfangswerten gleichzeitig zur Verfügung. Sie werden in den Elementen
7, 8, 9, 10 ... mit Koeffizienten ... b-l,bo, b1, b2 . . .
versehen und dann im Summierglied 11 zu der Funktion z(t) summiert. Wenn die Form
des Ausgangsimpulses dieses Entzerrers wie in Fig.2c Nullstellen zu allen benachbarten
Taktzeiten haben soll, lautet die Bedingung für die Koeffizienten bl des Entzerrers
Aus dieser Gleichung lassen sich bei Kenntnis der Werte ui der nichtidealen Impulsform
der Fig. 2b zu den Taktzeiten die im Entzerrer der Fig. 3 einzustellenden Koeffizienten
berechnen. Daraus ergibt sich dann auch die Anzahl der im Entzerrer notwendigen
Laufzeitglieder.
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Der Entzerrer Fig.3 läßt sich in verschiedener Weise modifizieren.
Eine andere bekannte Ausführungsform ist z. B. Fig. 4. Es besteht kein prinzipieller
Unterschied, die Koeffizienten sind aber anders zu bewerten.
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Nun betrifft die Erfindung nicht die Kompensation des Übersprechens
zwischen zeitlich benachbarten Impulsen eines Kanals, sondern die der gegenseitigen
Störungen zwischen verschiedenen Kanälen. Sie wird hauptsächlich für Duoplex-Systeme
Bedeutung haben und werde deshalb mit Hilfe des Duoplexsystems (Fig. 5) beschrieben.
Es sind zwei Eingangssignale x, (t) und x2(t) an den Eingängen zweier Sender 12a
und 12b vorhanden. Zur Übertragung dient ein gemeinsamer Übertragungsweg 13. 14a
und 14b sind zwei Empfänger mit den Ausgangsfunktionen yl(t) und y2(t). xl(t) und
x2(t) bestehen aus einer Folge von Impulsen im Abstand To, und die Taktzeiten beider
Übertragungssysteme seien die gleichen. Durch Verkopplungen auf dem Übertragungsweg
tritt Übersprechen zwischen den beiden Kanälen auf, d. h. aus xl(t) stammende Anteile
finden sich in y2(t), Anteile aus x2(t) in yl(t).
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Ein besonders wichtiges Duoplexsystem sei näher beschrieben. Dabei
sollen die beiden Signalfunktionen in Zweiseitenband-AM einem Träger aufmoduliert
werden, und zwar sollen beide Kanäle die gleiche Trägerfrequenz benutzen. Eine Trennung
in den beiden Empfängern ist dann nur möglich, wenn bei der Trägerung in den Sendern
12a und 12b die beiden benutzten Träger 90° Phasendrehung gegeneinander haben. Die
Empfänger haben dann Synchrondemodulatoren, wozu dort die Trägerfrequenz phasenstarr
synchronisiert erzeugt werden muß und die beiden Demodulatoren entsprechend den
Modulatoren um 90° gegeneinander gedrehte Phasen benutzen. Jeder Phasenfehler und
jede Unsymmetrie der beiden Seitenbänder, welche im Übertragungsweg entstehen kann,
führt zu einem Übersprechen zwischen den i beiden Kanälen.
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Ein anderes Duoplexsystem trennt in den Empfängern die beiden Impulse
allein auf Grund unterschiedlicher Impulsformen. Der Sender 12a erzeuge z. B. in
der Amplitude modulierte Glockenimpulse der Form exp
der Sender 12b aber Impulse von der der Form nach der Zeit differenzierter Impulse,
also die Form
exp
Die beiden Impulszüge werden dann addiert und direkt oder geträgert übertragen.
Nach der Demodulation bei Trägerung sollen im System am oberen Empfängerausgang
nur Impulse erscheinen, die der Amplitude der Glockenimpulse entsprechen, am unteren
Empfängerausgang aber Impulse, die der Amplitude der gesendeten, nach der Zeit differenzierten
Glockenimpulse entsprechen. Da der differenzierte Impuls zur Taktzeit eine Nullstelle
hat, braucht der Empfänger 14a die Summe der beiden empfangenen Impulse nur zu den
Taktzeiten abzufragen, und er gibt an seinem Ausgang dann nur die vom Sender 12a
stammenden Signale wieder. Der Empfänger 14b differenziert die Summe der empfangenen
Impulse nach der Zeit. Die von 12b gesendeten Impulse erhalten dadurch statt ihrer
Nullstelle ein Maximum zur Taktzeit und die von 12a gesendeten Impulse eine Nullstelle.
Durch einen Abfrageschalter zu den Taktzeiten erscheinen danach am Ausgang 14b nur
Impulse, welche die Nachricht x2(t) tragen. Auch dieses System mit orthogonalen
Impulsformen erzeugt bei jeder Störung der Impulsformen Übersprechen zwischen den
beiden Kanälen.
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Ganz allgemein gelten für solche Duoplexsysteme die in Fig. 6 dargestellten
Verhältnisse. Es sei nur ein Impuls der Amplitude 1 am Eingang vom Sender 12a angenommen
(Fig. 6a). Am Ausgang des Empfängers 14a erscheint dann im allgemeinen eine nichtideale
Impulsfunktion y" (t) mit den Werten - . . . a'_1,,
a,,', a._'>' ... zu den Taktzeiten (Fig. 6b). Durch eine Verkopplung erscheint aber
auch am Ausgang des Senders 14b eine Ausgangsfunktion y"(t). Eine beliebige derartige
durch die Verkopplung entstehende Funktion y"(t) zeigt Fig. 6b. Sie habe zu den
Taktzeiten die -Werte ... a'2,, a,',2, a,12 ... Die a;' stellen
das Übersprechen innerhalb des ersten Kanals dar, die a;'-' das Übersprechen vom
ersten auf den zweiten Kanal. Gibt man den einen Eingangsimpuls auf den Eingang
des Senders 12b, so würde man ähnliche Funktionen wie in Fig. 6b an den beiden Ausgängen
feststellen und könnte daraus Werte a22 entnehmen, welche das Übersprechen innerhalb
des zweiten Kanals beschreiben und Werte a;', die das Übersprechen in den ersten
Kanal beschreiben.
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Das Duoplexsystem wäre ideal, wenn wie in Fig. 6c die Impulsfunktionen
Z"(t) bzw. Z22(t) außer dem nichtverschwindenden Hauptwert c, bei allen benachbarten
Taktzeiten Nullstellen hat und gleichzeitig die die Verkopplung beschreibenden Impulsfunktionen
Z12 (t) bzw. Z21(t) bei allen Taktzeiten Nullstellen hat.
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Eine entsprechende Entzerrerschaltung auch für Mehrkanalsysteme anzugeben
ist Zweck der vorliegenden Erfindung. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß zur
Beseitigung der Übersprechverzerrung benachbarter Impulse verschiedener Kanäle von
den gleichen Anzapfen, die auch zur Übersprechentzerrung innerhalb eines Kanals
benötigt werden, zu den Summiergliedern der anderen Kanäle Leitungsverbindungen
vorgesehen sind, welche ebenfalls Glieder mit einstellbaren Bewertungsfaktoren enthalten.
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Der Inhalt der Erfindung besteht also aus der Beschreibung eines Entzerrers,
welche alle vier beim
Duoplexsystem meßbaren Impulsfunktionen zu
idealen Impulsfunktionen macht. Der Entzerrer besteht für ein Duoplexsystem aus
einer Verdopplung der Entzerrer nach Fig. 3 oder 4. Man kann beide oder auch noch
andere Varianten benutzen, hier ist Fig. 3 als Beispiel gewählt. Der Entzerrer für
das Duoplexsystem ist in Fig. 7 dargestellt. Er hat zwei Eingänge, an denen die
Ausgangsfunktionen yl(t) und y.,(t) der beiden Empfängerausgänge gemäß Fig.5 liegen.
Jeder Eingang führt zu einer Gruppe von Laufzeitgliedern der Dauer To, für den ersten
Übertragungsweg 15a, 16a, 17a . . ., für den zweiten 15b, 16b, 17b . . ..
Anden Anzapfen der Laufzeitkette liegen Elemente 18 a, 19 a, 20 a, 21 a bzw.
18 b, 19 b, 20 b, 21 b . . ., welche die Spannungswerte, welche an
den betreffenden Anzapfen erscheinen, mit Koeffizienten ... b111, b,',1,
b;', b" . . . bzw. b'='1, b-", b'i@ °== ... versehen und einen Summator
11a bzw. 11b zuführen. Bis hierher ist diese Anordnung nichts als eine Verdopplung
von Fig. 3 und wäre in der Lage, jedem der beiden Übertragungswege eine ideale Impulsfunktion
bezüglich der gegenseitigen Störungen innerhalb des einzelnen Kanals zu geben.
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Um die Verkopplungen zwischen den beiden Kanälen zu beseitigen ist
eine Verkopplung der beiden Entzerrer notwendig. Sie geschieht über soviele Querverbindungen
wie Anzapfe an jeder Laufzeitkette verfügbar sind. Die Störungen vom ersten Kanal
in den zweiten werden kompensiert durch die Verkopplung der beiden Kanäle über mit
22a, 23 a, 24a, 25a bezeichneten Elemente, welche die an den entsprechenden
Anzapfen der Laufzeitkette erscheinenden Spannungen mit den Faktoren ... b1-1, bt-,
b;2, b'' ... bewerten und diese Spannungen dem ?weiten Kanal zuführen. Entsprechend
werden die Störungen des zweiten Kanals in den ersten durch Elemente 22b, 23b,
24b,
25b kompensiert, welche die an den entsprechenden Anzapfen der Laufzeitkette
erscheinenden Spannungen mit den Faktoren ... b=i, böl, b21, b" ... bewerten
und diese Spannungen dem ersten Kanal zuführen.
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Alle für die Dimensionierung des Entzerrers notwendigen Koeffizienten
ergeben sich aus den Werten der vier nichtidealen Impulsfunktionen zu den Taktzeiten,
wie sie durch Fig. 6b definiert sind und am Übertragungssystem gemessen werden können.
Die Werte der Faktoren bnm liefert die Lösung der linearen Gleichungen
Die c,"" sind die Werte der vier am Ausgang des Entzerrers erscheinenden Impulsfunktionen
zu den Taktzeiten. Die Lösung der Gleichungen ergibt die notwendigen vier Sätze
von Werten b,"" und damit gleichzeitig die Anzahl der notwendigen Laufzeitglieder.
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Viel einfacher als die Berechnung der Koeffizienten ist aber ihre
Einstellung in der Weise, daß die Impulsfunktionen am Ausgang des Entzerrers beobachtet
werden und durch die Änderung der Koeffizienten zu idealen Impulsfunktionen gemacht
werden.
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Es ist klar, daß dieses Verfahren nicht auf Duoplexsysteme beschränkt
ist. Sind n Kanäle vorhanden, so braucht man n Laufzeitketten, und außer den Bewertungsfaktoren
innerhalb jedes der Einzelentzerrer sind Querverkopplungen von jeder Laufzeitkette
in jeden anderen Kanal notwendig. Mit zunehmender Kanalzeit führt dies praktisch
aber zu Komplikationen, so daß Duoplex das wesentliche Anwendungsgebiet des beschriebenen
Verfahrens ist.
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Es wurde bereits für die Entzerrung eines Kanals eine automatische
Einregelung der Koeffizienten vorgeschlagen. Hierzu werden bei Verwendung von Entzerrerschaltungen
gemäß den Fig. 3 und 4 zur Einstellung der Glieder mit den Bewertungsfaktoren mehrere
Impulse mit jeweils derart vielen freien Nachbartakten übertragen, daß keine Überlappung
zwischen benachbarten Impulsen auftritt. Der Ausgang der Entzerrerschaltung wird
jeweils zu den durch das Vorhandensein der nichtidealen Impulsfunktion des Übertragungssystems
gestörten Taktzeiten in der Umgebung jedes übertragenen Impulses abgefragt, und
die derart gemessenen Signale werden zur Regelung der Entzerrerschaltung auf Verschwinden
der Störungen, in Form einer Änderung der Bewertungsfaktoren, benutzt. Man kann
diese Einstellimpulse vor der Übertragung der Nachricht übertragen und als Glieder
mit den Bewertungsfaktoren Potentiometer benutzen, die über Servosysteme eingestellt
werden. Diese Servosysteme werden mit den gemessenen Signalen beaufschlagt. Während
der Übertragung der Nachricht werden die Glieder zur automatischen Einstellung unwirksam
gemacht. Zur Einstellung kann man auch die Svnchronisierimpulse des Übertragungssystems
benutzen. Es ist auch eine Regelung der Bewertungsfaktoren während der Nachrichtenübertragung
möglich, und zwar dann, wenn man in die Nachricht eingestreut periodische Impulse
mit freien Nachbartakten überträgt und die Glieder zur Einregelung der Entzerrerschaltung
dann wirksam macht. Auch hier können die Einstellimpulse die peroidisch übertragenen
Synchronisierimpulse sein. Die Regelung selbst ist in verschiedener Weise möglich;
z. B. dadurch, daß man die gestörten Taktzeiten periodisch und gleichzeitig an verschiedenen
Punkten der aus den Laufzeitgliedern bestehenden Kette mittels Schalter abfragt.
Die Abfragung kann durch das Auftreten jeweils des Hauptwertes der der Einregelung
dienenden Impulse an einem bestimmten Abgrifispunkt der Laufzeitkette oder durch
einen mit diesen im synchronen Empfänger im gleichen Zeitpunkt erzeugten Impuls
ausgelöst werden. Es ist jedoch auch eine zeitlich nacheinanderfolgende Abfragung
möglich.
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Das oben beschriebene Verfahren läßt sich auch zur Einstellung der
Entzerrerschaltung zur Beseitigung der Verzerrungen zwischen verschiedenen Kanälen
anwenden. Hierzu werden zur Einregelung der Glieder 22a bis 25a der Fig. 7 die Ausgangssignale
des Summierglieds 11b und zur Einstellung der Glieder 22b bis 25b
die Ausgangssignale 11a benutzt. Hierzu ist es allerdings notwendig, daß zur Einstellung
dieser Glieder immer nur Impulse mit freien Nachbartakten über einen Kanal gleichzeitig
übertragen werden, d. h., zuerst werden z. B. über den Kanal mit dem Eingang yl(t)
Einstellimpulse übertragen, wobei zur Beseitigung des Übersprechens innerhalb
eines
Kanals die Glieder 18a bis 21a eingestellt werden, jedoch durch das gleichzeitige
Vorhandensein von Ausgangssignalen am Summierglied 11b auf Grund des Übersprechens
zwischen den Kanälen, auch die Glieder 22a bis 25a geregelt werden. Nach beendeter
Einstellung der Glieder 18a bis 21a bzw. 22a bis 25a werden über den Kanal
mit dem Eingang y2(t) Einstellimpulse übertragen und die Glieder 18b bis 21b bzw.
22b bis 25b geregelt. Natürlich kann man auch die Einstellimpulse für beide Kanäle
ineinandergeschachtelt übertragen, wobei jedoch vorausgesetzt werden muß, daß zwischen
den benachbarten Impulsen der beiden Kanäle genügend Takte zur Vermeidung einer
gegenseitigen Störung frei sind.
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Das oben angeführte Verfahren ist auch bei mehr als zwei Übertragungskanälen
anwendbar, wobei dann für die verschiedenen Kanäle entweder zu verschiedenen Zeitpunkten
Einstellimpulse übertragen werden oder aber eine Ineinanderschachtelung der Einstellimpulse
ähnlich wie oben vorgenommen wird, wobei die angegebene Bedingung in gleicher Weise
erfüllt sein muß.