DE1248112B - UEberwachung von Fernmeldesystemen mit Mitteln zur Lokalisierung von Rauschquellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int.CL: H04b

DEUTSCHES WJVWt- PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

H04m

DeutscheKl.: 21 a2-41/07

Nummer: 1248 112

Aktenzeichen: S 92949 VIII a/21 a2

J 248112 Anmeldetag: 2. September 1964

Auslegetag: 24. August 1967

Überwachung von Fernmeldesystemen mit
Die Erfindung betrifft die Überwachung von Fern- _{Mitte]n zm Lokalisierung von} R_auschquellen

meldesystemen mit emer Mehrzahl von in Kette

geschalteten Breitbandverstärkern.

Ziel der Erfindung sind Mittel, durch die ein
fehlerhafter Verstärker, der ein unnormales Rau- 5 Anmelder:

sehen in das System einführt, sonst jedoch in jeder Submarine Cables Limited₅ London

Beziehung normal arbeitet, durch Beobachtungen

von einem Ende des Systems her lokalisiert werden Vertreter:

kann. Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs

Die Erfindung ist auf viele Arten von Systemen io _{und Dipl}.._Phys. _Dr. _rer. _nat. q _manitz;
anwendbar, insbesondere jedoch fur lange Seekabel- _ ... „ , · .

systeme mit Verstärkern geeignet. Sie kann auf Ver- Patentanwälte, Braunschweig, Am Burgerpark 8

stärker mit Röhren oder mit Transistoren für eine

oder beide Übertragungseinrichtungen angewandt Jsj_s Erfinder benannt:

werden. Obgleich der Anwendungsbereich der Er- 15 Thomas Oswald,

findung nahezu jede Art von Fernmeldesystemen um- . , . . .

faßt, bei denen die Signale nicht notwendigerweise Longtield, Kent (Großbritannien)

über Kabel übertragen werden, so ist die Erfindung

mit besonderem Vorteil anwendbar, wenn die Über- Beanspruchte Priorität:

tragungsstrecke aus einem Kabel besteht, dessen 20 Großbritannien vom 23. Juli 1964 (29 667)

Dämpfung der Quadratwurzel der Frequenz propor-

tional ist, und wenn die Entzerrer im Verstärker *.
nahezu vollständig aus einem Gegenkopplungsnetz-

v,':rk bestehen, dessen Dämpfung ebenfalls der Qua- Bauteile, so daß die Zuverlässigkeit des Systems bei dratwurzel der Frequenz proportional ist. Der Grund 25 ihrer Anwendung Einbuße erleidet.
f":r diese bevorzugte Anwendung soll nachstehend er- b) Bei der zweiten Anordnung sind Einrichtungen V ärt werden. zum Lokalisieren des Rauschens beispielsweise nur

Es ist bekannt, bei einem Kabel mit Verstärker- bei jedem fünften oder zehnten Verstärker Vorfeldern die Ubertragungspegel über eine Mehrzahl gesehen. Es ist günstig, die Rauschlokalisierungseinschmaler Frequenzbänder durch Einführen einer 30 richtung einem sogenannten »Ozean-Block« zuzu-Unregelmäßigkeit in die Kurve der Verstärkung über ordnen, d. h. einer Anordnung aus mehreren Verdie Frequenz jedes dieser Verstärker zu ändern, um Stärkerfeldern und Verstärkern, die für Prüfung, Enteinen fehlerhaften Verstärker, der ein übermäßiges zerrung und Verlegen als eine Einheit betrachtet R uschen einführt, zu lokalisieren. wird. Besondere Entzerrer (equalizer) sind gewöhn-

Obwohl ein derartiges Schema auf den ersten Blick 35 Hch im Ozean-Block vorgesehen, um kumulative 1.· fach erscheint, ergeben sich bei der praktischen Entzerrungsfehler zu berichtigen. Diese besonderen /-..wendung beträchtliche Schwierigkeiten, die den Entzerrer können in Verstärker eingebaut oder in Be •eich von Anordnungen dieser Art eingeschränkt eigenen Gehäusen angeordnet werden. Es ist vorteil-Iia >en. haft, das Netzwerk zum Lokalisieren des Rauschens

Oie folgenden drei Abwandlungen des Schmal- 40 in diese Entzerrer einzuschließen. Eine derartige baud-Rauschlokalisierungsschemas, deren Nachteile Lösung ist einfach, verwendet zuverlässige Bauteile krrz diskutiert werden sollen, haben sich eingeführt und ist in der Praxis erfolgreich eingesetzt worden, ouer sind vorgeschlagen worden: Sie stellt jedoch nur einen zulässigen Kompromiß

a) Bei der ersten Anordung ist für jeden Verstär- zwischen Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Einkei ein gesondertes schmales Frequenzband vor- 45 fachheit der Wartung dar, wobei daran gedacht wird, gesehen. Alle Bänder liegen in einem Teil des Über- daß Fehler, die ein Rauschen erzeugen und nicht von tragungsspektrums, das nicht für Fernmeldezwecke anderen Symptomen begleitet werden, selten sind,
verwendet wird. Demzufolge müssen die Bänder so c) Es ist auch vorgeschlagen worden, dasselbe schmal sein, daß Quarzfilter erforderlich sind. Der schmale Band allen Verstärkern des Systems zuzu-Betrag der Rauschenergie in jedem Band ist daher 50 ordnen und den fehlerhaften Verstärker durch Begering und schwierig festzustellen. Quarzfilter sind obachtung der Größe der Unregelmäßigkeit im sehr viel weniger robust als andere elektronische Rauschspektrum und durch Bestimmung ihres Ver-

hältnisses zu der in die Verstärkerfrequenzkurve jedes Verstärkers eingeführten Unregelmäßigkeit zu lokalisieren. Diese Anordnung ist offenbar nur auf ein kurzes Kabel anwendbar, das nicht mehr als fünf Verstärker hat, da andererseits der Pegel des schmalen Bandes zu weit vom NormalpegeI abweicht. (Das Rauschlokalisierungsnetzwerk muß eine Dämpfung oder eine Verstärkung von mehreren Dezibeln erzeugen, um eine nutzbare Anzeige zu ergeben.) Eine weitere Ausbildung dieses Schemas, die für längere Kabel besser geeignet ist, sieht die Zuordnung zweier schmaler Bänder gemeinsam für alle Verstärker des Systems vor. Zur Entzerrung der Unregemäßigkeit von m Netzwerken in dem einen Frequenzband sind in jedem m-ten Verstärker Zusatzentzerrer vorgesehen. Weitere Zusatzentzerrer befinden sich in jedem η-ten Verstärker, um η Netzwerke in dem anderen Band zu entzerren. Dabei sind die Zahlenm und η teilerfremd, und mn ist größer als die Zahl der Verstärker. Durch Betrachtung des Rauschspektrums in beiden Bändern muß es möglich sein, einen rauschenden Verstärker eindeutig zu lokalisieren, vorausgesetzt, daß das Rauschen sich nicht zu schnell ändert und das kein Hintergrundrauschen vorhanden ist. Bei dieser Lösung weichen die Pegel innerhalb der schmalen Bänder sehr viel stärker ab als bei den Lösungen a) oder b). Können nicht mehr als fünf Verstärker hintereinandergeschaltet werden, bis ein Zusatzentzerrer erforderlich wird, d. h., ist sowohl m als auch η kleiner als 5, so ist das System auf 20 Verstärker begrenzt. Es ergeben sich auch praktische Schwierigkeiten. Obwohl es als Vorteil hingestellt wird, daß bei diesem Schema alle Verstärker gleich sind, trifft dies nicht zu, da einige Verstärker Zusatznetzwerke enthalten. Alternativ müssen die Netzwerke in Sondergehäusen sowohl nach jedem η-ten als auch nach jedem m-ten Verstärker vorgesehen werden, eine sehr aufwendige Lösung. Darüber hinaus bereitet die Erzeugung der erforderlichen Verstärkung Schwierigkeiten, wenn sich sowohl die Rauschlokalisierungsnetzwerke als auch die Zusatzentzerrer im Unterwasserteil des Systems befinden. Es wäre möglich, in die Gegenkopplungskreise der Verstärker Schmalbanddämpfungen einzuführen, jedoch würde ein solches Schema das Problem komplizieren, das Nyquist-Kriterium für die Stabilität des Verstärkers zu erfüllen, ein Problem, das ohnehin schwierig ist. Werden die Rauschlokalisierungsnetzwerke in die Übertragungsstrecke eingefügt, so muß zur Überwindung der Dämpfungen durch die Zusatznetzwerke zusätzliche Verstärkung geschaffen werden. Für ein langes Kabel kann diese zusätzliche Verstärkung einige hundert Dezibel betragen. Es erhebt sich dann die Frage, wo die erforderlichen Verstärker untergebracht werden sollen, ob sie nicht ebenfalls Rauschquellen darstellen und ob sie die Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigen.

Keines dieser Rauschlokalisierungssysteme ist jemals auf den Teil des Spektrums, der durch Fernmeldekanäle belegt ist, angewandt worden. Die Entzerrung schmalbandiger Kanäle des Systems a) wäre so schwierig, daß sie für keinen praktischen Zweck in Frage kommt. Die Entzerrung der Systeme nach b) und c) würde gemäß der bekannten Lehre in Anwendung auf ein Fernmeldespektrum als ungünstig betrachtet, und zwar wegen der Zunahme des Systemrauschens innerhalb der Rauschuntersuchungsbänder, insbesondere bei dem System c). (In Hinblick

auf die vorstehende Erklärung ist es zweifelhaft, ob System e) überhaupt auf ein langes Kabel anwendbar ist.)

Es hat sich jedoch als möglich erwiesen, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, so daß SchmalbaBd-Rauschuntersuchungsnetzwerke, die herkömmlich mit Spulen und Kondensatoren aufgebaut sind, Mittenfrequenzen haben können, die innerhalb des Femmeldefrequenzspektrums liegen, ohne daß dafür em

ίο wahrnehmbares Rauschen eingeführt wird. Eine Zusatzentzerrung kann durchgeführt werden, ohne mehr als einen oder zwei Zusatzverstärker zu erfordern, um die Dämpfungen der Entzerrer zu überwinden, auch wenn in jeder Verstärkeranordmmg eines langen Kabels ein Rauschuntersuchungsnetzwerk enthalten ist.

Gemäß der Erfindung sind in jeder Verstärkeranordnung Rauschlokalisierungsnetzwerke, deren Resonanzkreise aus Spulen und Kondensatoren Jjestehen, enthalten, wobei jedes Netzwerk eine Verstärkungsänderung innerhalb eines ziemlich schmalen Frequenzbandes, dessen Mittenfrequenz für jeden Verstärker unterschiedlich ist und innerhalb des den Fernmeldekanälen zugeordneten Teils des Übertragungsbandes liegt, erzeugt. Eine gleich große, aber entgegengesetzte Verstärkungsänderung wird in den Endstellen eingeführt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sied an der Endstelle auf einer Seite des Systems Zusatznetzwerke in den Übertragungsweg eingeschaltet, von denen jedes effektiv die gleiche Mittenfrequenz (die eine mögliche Frequenzumsetzung gestattet) wie ein bestimmtes Netzwerk in einem Einzelverstärker und eine solche Kennlinie hat, daß das Rauschuntersuchungsnetzwerk und sein Ergänzungsnetzwerk steh hinsichtlich der Dämpfung gegenseitig entzerren, 90 daß die Gesamtverstärkung oder Gesamtdämpftrag als Funktion der Frequenz die Unregelmäßigkeiten des Pegels, die an den Verstärkern eingeführt werden, nicht enthält. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Übertragungsstrecke iri bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit in gleicher Art entzerrt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden auch den Ersatzverstärkern einzelne Frequenzen zugeordnet. Diese Verstärker enthalten Netzwerke, deren Mittenfrequenzen von denen der in Betrieb befindlichen Verstärker abweichen. Sind Verstärkerreparaturen erforderlich, so kann ein gegebener Verstärker außer Betrieb genommen werden. Ebenso wird sein Ergänzungsnetzwerk an der Endstelle entfernt und das dem Ersatzverstärker entsprechende eingebaut. Dieses Ersatznetzwerk muß jedoch nicht notwendigerweise an den gleichen Platz innerhalb des Kreises eingebaut werden wie das entnommene.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindiiag werden die Ergänzungsnetzwerke in Gruppen angeordnet, wobei jedes Netzwerk einer solchen Gruppe einen relativ breiten Mittenfrequenzabstand von allen anderen Netzwerken der gleichen Gruppe hat, jedes Netzwerk der Gruppe für sich zusammen mit dem gleichen Grunddämpfungsglied arbeiten kann und der Betrag der an den Endstellen zum Ausgleich der Dämpfung der Ergänzungsnetzwerke und der der zugeordneten Dämpfungsglieder erforderlichen Ver- Stärkung stark herabgesetzt ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung haben die Rauschuntersuchungsnetzwerke eine trapezförmige Kennlinie, wobei die Auslegung so ist,

daß bei Vorhandensein aller Netzwerke die Über- Es wird vorgeschlagen, in der nachfolgenden Betragungsstrecke entzerrt ist, so daß Ergänzungsent- Schreibung als Abkürzung für Rauschuntersuchungszerrer nicht erforderlich sind, obgleich die Verstär- netzwerk die Bezeichnung »Absenkglied« und als kung in den Endstellen um einige Dezibel angehoben Abkürzung für Ergänzungsentzerrer die Bezeichnung werden muß. Fehlende Netzwerke müssen jedoch an 5 »Anhebeglied« zu gebrauchen,
den Endstellen nachgebildet werden. F i g. 1 zeigt schematisch in Blockdarstellung das

Erfindungsgemäß werden weiterhin bei einem Prinzip der Rauschlokalisierung mit Absenkgliedern. System, das aus einem Kabel, dessen Dämpfung mit Die Linie 1 deutet eine Übertragungsstrecke an, die der Frequenz zunimmt, und aus Verstärkern, in aus irgendeinem Signalübertragungsmittel bestehen denen ein beträchtlicher Anteil der Entzerrung durch xo kann, beispielsweise aus Richtfunkstrecken und Gegenkopplung erfolgt, besteht, die Mittenfrequen- -Stationen oder wie bei der bevorzugten Ausführung zen so gewählt, daß sie in einem Teil des für Fern- aus Unterwasserverstärkern und -kabellängen zumeldezwecke vorgesehenen Frequenzspektrums lie- sammen mit den erforderlichen Entzerrern und Endgen, unterhalb einer Frequenz, bei der der Verstär- gliedern. Diese Strecke 1 kann entweder ein Einkereingangspegel höher ist als bei der höchsten 15 Richtungs-System oder eine der beiden Strecken eines Frequenz des Fernmeldebandes, und zwar um einen Zwei-Richtungs-Systems sein. In jedem Fall kann für Betrag, der gleich der Dämpfung des Rauschunter- die Diskussion die Strecke als in einer Richtung, und suchungsnetzwerks ist, wobei das Rauschen inner- zwar in Pfeilrichtung übertragend angesehen werden, halb des höchsten Schmalbandkanals nicht schlim- Längs dieser Strecke sind in regelmäßigen Abmer ist als das eines gleichen schmalen Frequenz- 20 ständen eine Reihe von «Absenkgliedern eingefügt, bandes am oberen Ende des Fernmeldespektrums. von denen jedes bei einer eigenen Prüffrequenz eine Dieses Merkmal kann Anwendung finden bei Ein- Dämpfung aufweist, bei allen anderen Priiffrequen-Richtungs- oder Zwei-Richtungs-Kabeln mit Verstär- zen jedoch nicht. Bei Zählung von links stellt 2 das kern und betrifft insbesondere ein Kabel, bei dem (r — l)-te Absenkglied dar, das eine Dämpfung bei die Verstärkerfelddämpfung und die Verstärkung 25 der Frequenz f_r_₁ hat, und 3 stellt das r-te Glied mit des Verstärkers sich mit der Quadratwurzel der Fre- einer Dämpfung bei der Frequenz f_r dar usw. Liegen quenz ändern. Bei einem Zwei-Richtungs-Kabel be- diese Frequenzen erfindungsgemäß in dem für Ferndeutet das, daß die Rauschuntersuchungsbänder im meldezwecke genutzten Frequenzspektrum, so müsallgemeinen in der unteren Gruppe oder am unteren sen in die Empfangs-Endstation η Anhebeglieder einEnde der oberen Gruppe angeordnet würden. Bei der 30 gefügt werden, von denen das (r — l)-te mit 4 beWahl der Frequenzzuordnung für die Rauschunter- zeichnet ist und bei der Frequenz/_r_₁ keine Dämpsuchungskanäle muß der Preemphasiseffekt berück- fung, jedoch bei allen anderen Prüffrequenzen eine sichtigt werden. Dies ist lediglich eine Frage der Grunddämpfung hat. 5 bezeichnet das r-te Glied, Definition des Wortes »Pegel«, das hier als »relativer das bei f_r die Dämpfung Null hat, usw. Die zusam-Pegel« interpretiert werden muß, wobei als Nullpegel 35 mengesetzte eingeführte Dämpfung jedes Absenkder der Endstelle der verschiedenen Kanäle der gliedes, wie z. B. 2, und seines entsprechenden AnFernsprechvermittlung betrachtet wird. (Es ist üblich, hebegliedes, wie z. B. 4, ist bei allen Frequenzen derartige Pegel durch Anfügen der Buchstaben »dbr« konstant und gleich der »Grunddämpfung« des Anan den Zahlenwert zu bezeichnen.) hebegliedes.

Die Erfindung wird nachfolgend in Zusammenhang 40 Die Summe aller dieser Grunddämpfungen, die mit der Zeichnung und unter Bezug auf ein Zwei- sehr groß sein kann, wird durch Verstärker 8 kom-Richtungs-Seekabel mit Verstärkern, dessen Dämp- pensiert. War daher das ganze System vor Einfügung fung der Quadratwurzel der Frequenz proportional der Rauschprüfeinrichtung entzerrt, so wird es noch ist und bei dem die Entzerrung in den Verstärkern wie dargestellt entzerrt. Bei jeder Prüffrequenz ervorwiegend durch Gegenkopplung erfolgt, be- 45 zeugt die Endstelle eine Verstärkungsanhebung, die schrieben. gleich der Dämpfung des betreffenden Absenk-

F i g. 1 zeigt das Prinzip einer Lokalisierung des gliedes ist.
Rauschens durch Wechsel des Pegels innerhalb eines Wird an einem Punkt 6 vor dem Glied 2 weißes schmalen Bandes, das bei bekannten Systemen und Rauschen in das System eingeführt, so tritt eine Abbei der Erfindung verwendet wird; 50 Senkung im Rauschspektrum bei f_r__v f_T und allen

Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltung eines folgenden Prüffrequenzen, jedoch nicht bei f_r_₁ bis Unterwasserverstärkers, bei der die Punkte angege- /_r_₂, am Ende des Systems auf, vorausgesetzt, die ben sind, an denen Rauschuntersuchungsglieder ein- Entzerrungseinheiten 4, 5 und 8 wären, wie bei dem gefügt werden können; Bekannten, nicht vorhanden. Bei der dargestellten

F i g. 3 zeigt die Abschlußschaltung einschließlich 55 Schaltung tritt dagegen keine Unregelmäßigkeit im des Verfahrens, Ergänzungsentzerrer zur Kompen- Rauschspektrum bei f_r__i, f_r und den folgenden Fresation der Rauschuntersuchungsglieder einzufügen; quenzen auf, jedoch erfolgt eine Zunahme des RauFig. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines ein- schens bei /_r_₂ und allen darunterliegenden Prüffachen Rauschuntersuchungsnetzwerks; frequenzen. Gleicherweise tritt für ein bei 7 direkt

F i g. 5 ist eine schematische Schaltung eines wei- 60 vor dem Absenkglied 3 eingeführtes Rauschen eine teren einfachen Rauschuntersuchungsnetzwerks; Abnahme bei der Frequenz f_r und darüber auf, ent-

F i g. 6 ist ein schematisches Schaltbild eines Er- sprechend der bekannten Anordnung. Erfindungsgänzungsentzerrers; gemäß tritt jedoch eine Zunahme des Rauschens bis

Fig. 7 ist ein schematisches Schaltbild eines zu f_r_₁ einschließlich, jedoch nicht bei jy und dar-Rauschprüfnetzwerks mit trapezförmiger Kurve; 65 über auf. Bei beiden Anordnungen erhält man eine

F i g. 8 zeigt in Diagrammform die Dämpfungen Angabe über die ungeführe Lage der Rauschquelle, (Verluste) der Netzwerke mit trapezförmiger Kurve jedoch ist gemäß der Erfindung die Übertragungsin Abhängigkeit von der Frequenz. strecke vollständig entzerrt und für den Übertra-

gungsverkehr bereit, sogar in dem Teil des Bandes, das die Prüffrequenzen enthält.

Die Übertragungsstrecke kann in schmalere Bänder unterteilt werden, beispielsweise in Übergruppen oder Gruppen, und kann so Modulatoren und Demodulatoren enthalten. Ist dies der Fall, so ist es klar, daß die Frequenzumsetzung bei der Auswahl der Charakteristiken der Anhebeglieder berücksichtigt werden muß, wenn diese in dem betreffenden Teil der Schaltung angeordnet sind.

Die Ausdeutung von Rauschuntersuchungen, wie vorstehend beschrieben, ist abhängig von der Lage des Absenkgliedes in der Verstärkerschaltung. F i g. 2 zeigt eine typische bekannte Verstärkerschaltung. Diese enthält Leistungstrennfilter 21, Richtungsfilter 22 und 23, einen gemeinsamen Verstärker 24 für beide Übertragungsrichtungen, Gegenkopplungsnetzwerk 25, dargestellt als Kabelnachbildung, da es auch eine Entzerrung bewirkt, und Zusatzentzerrer 26. Wird das Absenkglied in die untere Gruppe eingefügt, so kann es an jedem Punkt der dick gezeichneten Linie in F i g. 2 eingesetzt werden, vorzugsweise jedoch an Punkt 27 oder 28, da seine Anzeige dann leichter ausgedeutet werden kann, um den fehlerhaften Verstärker zu bestimmen. Tritt daher das Rauschen hinter dem Absenkglied in dem Verstärker Nr. ρ ein, jedoch vor dem Absenkglied im Verstärker Nr. q, dann ist der fehlerhafte Verstärker wahrscheinlich p, wenn das Absenkglied in Stellung 27 ist, jedoch q, wenn es bei 28 angeordnet ist. Ist das Glied an anderer Stelle angebracht, so ist es ungewiß, ob der fehlerhafte Verstärker ρ oder q ist. (Es ist vernünftig, anzunehmen, daß ein Fehler in einem Leistungstrennfilter 21 wahrscheinlich nicht zu einem Anstieg des weißen Rauschens führt. Wird ein solches Filter fehlerhaft, so zeigen sich wahrscheinlich andere Symptome.)

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils der Empfangsendstelle, in der Anhebeglieder gemäß der Erfindung enthalten sind.

Die Eingangsschaltung kann dargestellt werden durch ein Leistungstrennfilter 31, eine Koaxialdrossel 32, Richtungsfilter 33 und 34, einen Vorverstärker 35, Entzerrer 36, den mit 37 bezeichneten Empfangsverstärker Nr. 1, Anhebeglieder 38 und den mit 39 bezeichneten Empfangsverstärker Nr. 2 usw. bis zu der verbleibenden normalen Schaltung der Endstelle. Eine der Einheiten, die viele Anhebeglieder zusammenfaßt, ist in F i g. 3 a mit mehr Einzelheiten dargestellt. Sie besteht aus einem überbrückten T-Netzwerk mit Widerständen R_s und R_p, die eine Grunddämpfung festlegen, die gleich der maximalen Dämpfung eines Anhebegliedes ist, Widerständen R₀, die der charakteristischen Kreisimpedanz an jenem Punpt entsprechen, und einer Mehrzahl von Resonanzkreisen X₂, X_s, X_li, die dem Längszweig, sowie weiteren Kreisen X¹ ₂, X'_s, X¹ _u, die dem Querzweig zugeordnet sind. Wie durch die anhängenden Zahlen angedeutet, folgen die Mittenfrequenzen, die diesen Resonanzkreisen zugeordnet sind, nicht aufeinander, sondern sind genügend gestaffelt, so daß eine Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Kreisen vernachlässigbar ist. Statt eine Grunddämpfung von beispielsweise 100 Anhebegliedern, wie bei 4, 5 usw. in F i g. 1 dargestellt ist, die einen Betrag von mehreren hundert Dezibeln haben kann, einzuführen, genügt es gemäß der Erfindung, die Grunddämpfung von etwa sechs Vielfachanhebegliedern, die etwa 36 db betragen kann, einzuführen. Hierfür ist ein Verstärker 39 wahrscheinlich ausreichend.

Es gibt ein weiteres Verfahren, das gleiche Ziel zu erreichen. Durch eine alternative Auslegung der Absenkglieder, bei der die Einfügungsdämpfung als FunktionderFrequenz ein Trapez annähert (s. Fig. 8), können die Absenkglieder in den Verstärkern selbstentzerrend gemacht werden, wobei die resultierende Dämpfung sich innerhalb eines Fehlers in der Größen-Ordnung von ± 0,5 db konstant zeigt. In der Endstelleneinrichtung muß nur dafür gesorgt werden, daß die Empfangsverstärkung um etwa 6 db angehoben wird, um die Dämpfung der Folge von Absenkgliedern zu überwinden, und daß etwa fehlende Absenkglieder an der Endstelle eingefügt werden. Bei dieser Alternativlösung ist es das Beste, die Bandbreite der Anhebeglieder so auszulegen, daß sie gerade eine passende Anzahl von Gruppen oder Ubergruppen umfaßt und einige Ersatzverstärker-Zuordnungen zuläßt. Falls Absenkglieder fehlen, können diese in die Geräte der Gruppen oder Übergruppen eingefügt werden. Dadurch wird die Schwierigkeit vermieden, unbenutzte Teile einer Hauptübertragungsstrecke mit künstlichen Absenkgliedern ausstatten zu müssen.

Es soll nun die Wirkung der Absenkglieder auf das Systemrauschen für ein System mit η Verstärkern, deren Absenkglieder aufeinanderfolgende Mittenfrequenzen im Frequenzbereich von Z₁-Z_n, der einen Teil der Bandbreite der Fernmeldekanäle darstellt und bei dem Z₁ die untere Frequenz ist, haben, betrachtet werden.

Es besteht eine Beziehung zwischen η und diesen Frequenzen. Wird für alle Abstimmkreise ein konstanter Gütefaktor angenommen, so ist die Bandbreite und damit auch die Abstände der Mittenfrequenzen aufeinanderfolgender Absenkglieder proportional der Frequenz. Die Anzahl dn von Gliedern, die ein gegebenes Frequenzband df einnehmen, ist gegeben durch

dn = {KIf) df,
wobei K die Konstanten umfaßt.

(1)

Daraus folge:

fn

η = Kf (1/Z) d f = K log, (Z_nZZ₁) . (2)

Es existiert ein entsprechender Ausdruck für Anteile der Gesamtzahl der Verstärker. So haben die ersten r-Verstärker Mittenfrequenz-Zuordnungen zwischen Z₁ und f_r, wobei

T = Klog _eQrIi₁) (2 a)

ist.

Es soll die Leistung des Systemrauschens pro Einheit der Bandbreite, die durch einen Verstärker beigesteuert wird, gemessen an einem Punkt mit dem relativen Pegel Null für ein System ohne Absenkglieder P (Watt) betragen. Das gesamte Systemrauschen ist dann

?t = nP.

(3)

Weiterhin soll die durch ein Absenkglied bei seiner Mittenfrequenz hervorgerufene Signalpegelabsenkung einem Leistungsverhältnis a entsprechen.

Wie bereits erläutert, ergibt die Zusammenfassung der bei 4, 5 und 8 dargestellten Geräte in F i g. 1 eine

Verstärkung, die einem Leistungsverhältnis a bei jeder Prüffrequenz entspricht, sowie eine Gesamtentzerrung bei allen Frequenzen in dem für Fernmeldezwecke verwendeten Frequenzband.

Angenomen, die Absenkglieder befinden sich an Punkt 28 nach F i g. 2, so sind die Pegelbedingungen, die Gesamtdämpfung und die Rauschleistung P bei oder nahe der Frequenz f_r bis zum r-ten Verstärker unverändert, wogegen für den Verstärker r+1 und alle anderen bis η ein Rauschleistungsbeitrag von aP (Watt) pro Einheit der Bandbreite bei f_r auftritt, da das Rauschen nicht das Absenkglied 3 in Fig. 1 passiert, sondern durch das Anhebeglied 5 und den Verstärker S eine Verstärkung erfährt.

Die gesamte Rauschleistung pro Einheit der Bandbreite F_tr bei der Frequenz f_T ist daher

F¹ _tr = rP + a{n — r)P

ao

und gemäß Gleichungen (3), (2) und (2 a)
P;_r/P,= ö-(r/n)(a-l) (4)
= a - [(a - 1) Iog_e (/,//JMlog, (/„//,)]. (5)

Leichte Abwandlungen treten in diesen Gleichungen auf, wenn die Glieder an Punkt27 nach Fig.2 angeordnet werden, jedoch ist dieser Unterschied bei einem langen Kabel nicht bemerkenswert.

Die Gesamtrauschleistung wird daher, Wie erwartet, unter normalen Betriebsbedingungen um einen Faktor a bei der Frequenz f₁ erhöht, bei /„ jedoch nicht erhöht. Wird in den Verstärkern Entzerrung durch Gegenkopplung bewirkt, so ist die Rauschleistung bei den unteren Frequenzen auf jeden Fall unbedeutend. Der vorstehend erwähnte Zuwachs des Rauschens tritt bei der Mittenfrequenz auf und verschwindet an den Flanken des schmalen Bandes.

Ist die Frequenz /„ so gewählt, daß der relative Eingangspegel des Verstärkers bei dieser Frequenz um einen Betrag von

10 Iog₁₀ a db

höher ist als der bei der höchsten übertragenen Frequenz, d. h. um die Dämpfung bei der Mittenfrequenz eines Absenkgliedes, so bleibt das Systemrauschen immer in Grenzen, auch wenn die Ordnung der Verstärker durch Kabelreparaturarbeiten gestört wird, so daß ein Verstärker mit einer Prüffrequenz nahe /„ nahe dem Verstärker Nr. 1 angeordnet wird. Es ist natürlich vorteilhaft, eine Zuordnung der Prüffrequenzen soweit wie möglich in ansteigender Ordnung in Richtung der Übertragung vorzunehmen, wie bereits angeregt, und die untersten Frequenzen für Reparaturverstärker frei zu halten. Eine Unterscheidung wird gemacht zwischen dem Eingangspegel des Verstärkers (amplifier) und dem der Verstärkeranordnung (repeater). Bei Verstärkeranordnungen, in denen alle Entzerrungsglieder bei 26 nach Fig. 2 angebracht sind, hat der Verstärker den gleichen Eingangspegel bei allen Frequenzen. Der Vorteil, der bei Wahl der Prüffrequenzen nach dem vorgeschlagenen System erzielt wird, geht in diesem Fall verloren.

Dies braucht jedoch kein einschränkender Nachteil zu sein.

Bei Systemen, deren Entzerrungsglieder bei 25 nach Fig. 2 angeordnet sind, ergibt sich bei Anwendung der Preemphasis ein Vorteil. Es wird dann gewöhnlich festgestellt, daß der Verstärkereingangspegel unabhängig von der Frequenz in dem Teil des Frequenzbereichs, auf den die . Preemphasis angewandt wird, ist. Daher ist es wünschenswert,
unterhalb des Punktes, an dem die Preemphasis beginnt, zu wählen.

Nachfolgend soll die Auslegung der Absenk- und Anhebeglieder genauer betrachtet werden.

Eine geeignete Schaltung für ein einfaches Absenkglied zeigt Fig. 4. Es ist hier ein Paraltelresonanzkreis 42 mit der Impedanz Z_a in einen Reihenkreis mit der Impedanz ¹ As_jR ₀ (Widerstand) und einem Generator 41 sowie einer Last 43, die ebenfalls die Impedanz ¹ZzR₀ hat, eingefügt. Ein ähnliches Ergebnis erhält man, wenn eine Impedanz Z₆, die zu Z_a invers ist, in Brücke mit diesem Kreis geschaltet wird. Diese Alternative soll jedoch nicht betrachtet werden. Bei beiden Anordnungen werden die Impedanzbedingungen der Verstärkerschaltung gestört, jedoch ist dies im Interesse der Einfachheit zulässig.

Falls es vorgezogen wird, kann eine kompliziertere Schaltung gemäß Fig. 5 verwendet werden. In diesem Fall tritt keine Störung der Impedanz auf. F i g. 5 zeigt ein überbrücktes T-GIied für eine Kreisimpedanz R₀. Es enthält zwei Widerstandszweige, die jede den Wert R₀ haben, bei 51, einen Parallelresonanzkreis 52, der den Längszweig des T-Gliedes brückt, und einen Reihenresonanzkreis 53 vom gemeinsamen Punkt der Widerstände 51 gegen Erde. Der Kreis 52 entspricht genau dem Kreis 42 in Fig.4, d.h., er hat die ImpedanzZ_flj während der Kreis 53 mit der Impedanz Z_b zu Z_a invers ist, d. h., Z_aZ_b-R₀ ².

Es ist weiterhin bekannt, daß das Stromverhältnis F_c, das der Einfügungsdämpfung der in F i g. 4 und 5 dargestellten Netzwerke entspricht, gegeben ist durch

F_c = (R₀ + Z_a)IR

0'

(6)

wobei sowohl F_c als auch Z_a komplex sind. Gleichung(6) erklärt sich im Fall der Fig. 4 selbst.

Um die Algebra zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, alle Impedanzen durch R₀ zu teilen. Sie werden so dimensionslos. Schreibt man so Z = Z_a/R₀, nimmt Gleichung (6) die Form

1 + Z,

CO

an, und das Leistungsverhältnis F_p und die Einfügungsdämpfung A sind gegeben durch

F_p = |F_cp = |1 + Zf,

(8)

A = 10 Iog₁₀ F_p = Iog₁₀ [|1+Z|«]. (9)

Ist Z zusammengesetzt aus einem Widerstand R und einer Reaktanz X in Parallelschaltung (wobei X eine Funktion von der Frequenz ist), so ist

Z = jRX/(R + jX) = (RX2 + )R2X)/(R2 + X*), 1 + Z = [R² + (1 + R) X² + j R²X]! (R² + X²), 1 1 + Z \² = [(R² + X² + RX²)* + (R²X)²]/(R² + X²)².

(10)

709 638/393

11 12

Der Zähler auf der rechten Seite dieser Gleichung (s. Fig. 6). Offenbar muß R in beiden Fällen gleich
besteht aus sein, da die maximale Dämpfung des Absenkgliedes

/po . y2\ cm j- y2 j- ο j? V2 j- j?» y2\ %^{mch der} Grunddämpfung des Anhebegliedes sein

(R² + *²) (.K* + X² + 2 RX² + R-X²) _mußj J_{edoch sind die} Reaktanzen unterschiedlich, und

_oder 5 zwar ist die für das Absenkglied X_i und die für das

Anhebeglied (Ergänzungsnetzwerk) X_c. (R² + X²) (R² + k²X²), X_c und x_d müssen so gewählt werden, daß das Produkt der Leistungsverhältnisse F_pc bzw. F_pd bei allen wobei k = (1 + R) ist. Daraus folgt Frequenzen konstant ist. Es soll angenommen werden,

ίο daß

F_p = [1 + Zf = (R² + k²X²)/(R² + X²) .

(11)

X_eX₄=-RHk (12)

ist, so daß X_c und X_d inverse Netzwerke sind und Bis zu diesem Punkt ist die Gleichung(Il) an- beide die gleiche Resonanzfrequenz bzw. die gleichen wendbar auf Absenkglieder wie auch Anhebeglieder 15 Resonanzfrequenzen aufweisen.

FpcFpd = [(R² + k²X²)l(R² + X²)) [(R² + k²X_d ²)/(R² + X_d ²)}.

Drückt man unter Verwendung der Gleichung (12) X_d durch X_c aus, so wird

FpcF_pi = [(R² + k²X²)l(R² + X²)] [(R² + RVX²)I(R² + RⁱJk²X²)].

Durch Ausklammern von R² im zweiten Teil der Gleichung und durch Multiplikation von Zähler und Nenner mit k²X² wird dieser Ausdruck

F_pc F_pi = [(R² + k²X²)/(R² + X²)] [k²(R² + X²)/(R² + k²X²) = k² . (13)

Ist daher X_c ein Reihenresonanzkreis und X_i nen zugelassen werden, wenn R geeignet abgeglichen

ein Parallelresonanzkreis und haben beide Kreise wird.

gleiche Resonanzfrequenzen und genügen beide Die Netzwerke ergänzen sich nicht nur in bezug der Gleichung (12), so wird das gewünschte Re- 35 auf die Dämpfung, sondern auch auf die Phase. Es

sultat erhalten. Es ist keine Näherungslösung genügt, zu zeigen, daß die Winkel O_e &_d, die den

angewandt, und sogar Differenzen der Güte Q, Stromverhältnissen F_cc und F_ci zugeordnet sind,

vorausgesetzt, daß diese nicht zu groß sind, kön- gleich und entgegengesetzt sind.

So folgt aus den Gleichungen (7), (10) und (12):

tan Q_c = R?XJ(R² + kX²), (14)
tan &_d = R²X_dl(R² + kX_d ²) = (-R*/kX_c)/[R² + (RHkX_c ²)].

Durch Ausklammern von R² und Multiplizieren von Zähler und Nenner mit kX² ergibt sich:

tan Θ = -R²XJ(R² + kX/) = -tan 0_C, (15)

woraus ersichtlich ist, daß die Phasenverzerrungen ebenfalls entzerrt werden und keine Störung der Geschwindigkeit (Laufzeit) auftritt.

Werden die Anhebeglieder miteinander kombiniert wie nach F i g. 3, so ist die Entzerrung von Dämpfung und Phase nicht mehr vollständig, jedoch kann der Fehler auf vorgegebene Grenzen reduziert werden, indem die Kreise in jedem Vielfachnetzwerk geeignete Abstände voneinander erhalten. Ein Abstand, der dem sechsfachen Abstand zwischen zwei Prüffrequenzen (wie z. B. zwischen f_r_₁ und f_r) entspricht, wird allgemein für alle praktischen Zwecke als hinreichend gefunden werden.

Die Fig. 7 und 8 betreffen eine weitere etwas unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung. Die Absenkglieder sind so ausgelegt, daß die Einfügungsdämpfung als Funktion der Frequenz trapezförmig verläuft, oder allgemeiner, eine Form hat, bei der eine Anordnung in regelmäßigen Abständen eine nahezu konstante Summe ergibt (s. F i g. 8). Die in F i g. 7 gezeigte Schaltung nähert eine solche Lösung an. Es bleibt dem Fachmann überlassen, bessere Näherungslösungen zu schaffen. Die dargestellte Lösung ergab sich durch ein Verfahren, die durch die Widerstände/? gegebene Leitfähigkeit bei zwei geeignet zu beiden Seiten der Absenkfrequenz gewählten Frequenzen gleich Null zu setzen und so die Dämpfung bei diesen Frequenzen zu verringern.

Die folgenden Formeln erweisen sich als nützlich, um die Gleichungen (7), (8) und (9) auf den vorliegenden Fall anzuwenden:

Der Wechselstromleitwert des Zweiges L₁C₁ soll sein G₁ + j S₁.

Claims (7)

In diesem Fall soll G1 außer acht gelassen werden. ,S1 = -Iyjsr1, wobei die entsprechende Impedanz Z23 gegeben ist Der Wechselstromleitwert des zweiten Zweiges soll sein: ■ 23 ^23 + J 23 ' wobei die entsprechende InmpedanzZ23 gegeben ist durch Z23=i? + /(X2 + X3). Dabei sind Jif2 und X3 die Blindwiderstände der beiden Resonanzkreise. Die Reziprokwerte sind G2 3 = RJ[R* + (Z2 + JEa)*], (16) S23 = -(JF2 + XJ/[R* + (X2 + Xj*]. (17) Der Wechselstromleitwert beider Zweige in Parallelschaltung ist γ = G + jS =G23 + /(^+S23). (18) Die Gleichungen (10) und (11) betreffen den Widerstand R und einen Blindwiderstand X in Parallelschaltung. Daher können (1/G) und — (1/S) direkt an Stelle von R bzw. X gesetzt werden. Gleichung (11) kann daher geschrieben werden: (19) DabeiistJfc = 1 + (1/G). Typische Größenordnungen für die vorstehenden Auslegungskonstanten sind: Z1 = COi (f/Mi-v/ffl,X2 = 0,017 Wti/[i-wm, X3 = 0,017 (///3)/[l-(///3)2], (alle Ausdrücke vereinfacht und dimensionslos). Dabei sind fv f2 und f3 die Resonanzfrequenzen der drei Kreise. Es soll darauf hingewiesen werden, daß diese Ausführungsform, bei der Netzwerke mit Trapezkennlinie verwendet werden, die Netzwerke 4 und 5 nach Fig. 1 nicht erfordert und das Rauschspektrum daher bei den Frequenzen fr_v fr und allen folgenden Prüffrequenzen für ein bei 6 eingeführtes Rauschen wie bei dem Bekannten Einsattelungen zeigt. Für die Verluste in den Netzwerken müssen jedoch einige Dezibel Verstärkung zusätzlich vorgesehen werden. Patentansprüche:

1. Überwachung von Fernmeldesystemen mit einer Mehrzahl von Verstärkeranordnungen in Kettenschaltung, wobei jede Verstärkeranordnung einen Breitbandverstärker enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkeranordnung ein Netzwerk zum Lokalisieren von Rauschquellen enthält, dessen Resonanzkreise Spulen und Kondensatoren enthalten, daß jedes Netzwerk eine Änderung der Verstärkung innerhalb eines schmalen Frequenzbandes, dessen Mittenfrequenz für jede Verstärkeranordnung verschieden ist und in dem Teil des Frequenzspektrums, das für Fernmeldezwecke vorgesehen ist, liegt, hervorruft, und daß eine gleich große, aber entgegengesetzte Verstärkungsänderung in den Endstellen eingeführt wird.

2. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Endstelle an einem Ende des Systems Ergänzungsnetzwerke vorgesehen sind, die in die Übertragungsstrecke eingeschaltet sind und von denen jedes effektiv die gleiche Mittenfrequenz, die mögliche Frequenzumsetzungen zuläßt, wie das ihm entsprechende Netzwerk zur Rauschquellenlokalisierung in einer der Verstärkeranordnungen, sowie eine solche Charakteristik, hat, daß das Netzwerk zum Lokalisieren des Rauschens und sein Ergänzungsnetzwerk einander in bezug auf Dämpfung und/ oder Übertragungsgeschwindigkeit (Laufzeit) entzerren.

3. Fernmeldesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungsnetzwerke in Gruppen angeordnet sind und jedes Netzwerk innerhalb jeder Gruppe einen relativ breiten Mittenfrequenzabstand von den anderen Ergänzungsnetzwerken in derselben Gruppe hat, wobei die Widerstandselemente, die die Grunddämpfung erzeugen, allen Netzwerken der Gruppe gemeinsam sind.

4. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerke zum Lokalisieren von Rauschquellen trapezförmig oder ähnlich verlaufende Kurven der Einfügungsdämpfung über die Frequenz haben und daß die Mittenfrequenzen so zugeordnet sind, daß die gesamte Einfügungsdämpfung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Netzwerke im wesentlichen unabhängig von der Frequenz ist, wobei die Entzerrung einzelner Netzwerke nicht notwendig wird.

5. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einem Kabel, dessen Dämpfung mit der Frequenz anwächst und mit Verstärkeranordnungen, bei denen ein wesentlicher Teil der Entzerrung durch Gegenkopplung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz jedes Netzwerks zum Lokalisieren von Rauschquellen unter einer Frequenz liegt, bei der der Verstärkereingangspegel um einen Betrag, der gleich der Dämpfung des Netzwerks ist, höher ist als bei der höchsten Frequenz des Fernmeldebandes.

6. Fernmeldesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ersatzverstärkeranordnungen für Reparaturzwecke, von denen jede ein Netzwerk zur Lokalisierung von Rauschquellen enthält, dessen Mittenfrequenz von denen der in das System eingesetzten Verstärkeranordnungen abweicht.

7. Femmeldesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Entnahme eines Verstärkers für Reparaturzwecke an der Endstelle ein Ersatznetzwerk zum Lokalisieren von Rauschquellen S
eingefügt wird oder das Ergänzungsnetzwerk

entfernt wird und umgekehrt bei Einbau einer Ersatzverstärkeranordnung ein vorher an der Endstelle eingebautes Netzwerk zum Lokalisieren von Rauschquellen entnommen bzw. das entsprechende Ergänzungsnetzwerk eingebaut wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen