DE1259941B

DE1259941B - Message transmission system for transmission of pulse-modulated signal voltages via cables

Info

Publication number: DE1259941B
Application number: DE1963S0088125
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert Knapp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-10-31
Filing date: 1963-10-31
Publication date: 1968-02-01

Description

Nachrichtenübertragungssystem zur Übertragung pulsmodulierter Signalspannungen über Kabel Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichten-Übertragungssystem zur Übertragung pulsmodulierter, vorzugsweise pulsphasenmodulierter Signalspannungen über Kabel.Message transmission system for the transmission of pulse-modulated signal voltages via cable The invention relates to a message transmission system for Transmission of pulse-modulated, preferably pulse-phase-modulated signal voltages via cable.

Kabel zur Übertragung von elektrischen Signalen haben die Eigenschaft, daß ihre Dämpfung frequenzabhängig ist, und zwar nimmt sie mit wachsender Frequenz zu. Dies hat zur Folge, daß pulsförmige Signale, deren Energiespektrum relativ breit ist, beim Durchgang durch ein derartiges Kabel in ihrer Amplitude verzerrt werden. Verzerrungen können auch infolge frequenzabhängiger Laufzeiteigenschaften des Kabel auftreten. Da Kabel jedoch oberhalb einer bestimmten Frequenz einen Bereich aufweisen, in dem die Laufzeit praktisch konstant ist, lassen sich diese Art von Verzerrungen durch geeignete Wahl des Übertragungsbereiches leicht vermeiden. Die unvermeidlichen Amplitudenverzerrungen machen sich in der Regel störend bemerkbar, so daß eine geeignete Entzerrung nützlich, wenn nicht gar unbedingt erforderlich ist. Besonders störend wirken sich die Impulsverzerrungen bei pulsphasenmodulierten Signalspannungen aus. Bei Einrichtungen für mehrere Kanäle besteht das Signal oftmals aus einem Pulsrahmen, bei dem die Kanalimpulse zeitlich ineinander verschachtelt sind. Eine ausreichend hohe Nebensprechdämpfung wird deshalb bei derartigen Systemen nur dann gewährleistet, wenn sich die aufeinanderfolgenden Impulse nicht gegenseitig beeinflussen. Diese Beeinflussung wird aber gerade durch die bei der Übertragung dem Signal mitgeteilte Verzerrung herbeigeführt.Cables for the transmission of electrical signals have the property that its attenuation is frequency-dependent, and that it increases with increasing frequency to. As a result, pulse-shaped signals whose energy spectrum is relatively broad can be distorted in amplitude when passing through such a cable. Distortion can also occur as a result of the cable's frequency-dependent runtime properties appear. However, since cables have a range above a certain frequency, in which the running time is practically constant, this kind of distortion can be avoided Easily avoided by choosing the appropriate transmission range. The inevitable Amplitude distortions are usually noticeable in a disturbing manner, so that a suitable Equalization useful, if not absolutely necessary. Particularly annoying the pulse distortions have an effect on pulse-phase-modulated signal voltages. In systems for multiple channels, the signal often consists of a pulse frame, in which the channel pulses are interleaved in time. One sufficient high crosstalk attenuation is therefore only guaranteed in such systems if the successive impulses do not influence each other. These However, it is influenced by the information communicated to the signal during transmission Causing distortion.

Es sind nichtlineare Entzerrerschaltungen bekannt, die im wesentlichen aus einem den Übertragungsweg in den Pausen zwischen zwei Impulsen kurzschließenden Schalter bestehen. Diese Entzerrer werden in gewissen Abständen längs der Übertragungsstrecke in den Übertragungsweg eingefügt und beseitigen durch das Kurzschließen den Einfluß eines Impulses auf den nächstfolgenden. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Entzerrung der Impulse nach Art einer Clampingschaltung mittels der Reihenschaltung aus einem Kondensator mit einem in Durchlaßrichtung vorgespannten Gleichrichter vorzunehmen, an der die verzerrten Impulse eingangsseitig anliegen und die entzerrten Impulse am Gleichrichter abgenommen werden. Ferner ist vorgeschlagen worden, die Entzerrung dadurch herbeizuführen, daß die verzerrten Impulse zunächst bis auf ihre Spitzen unterdrückt und anschließend differenziert werden und die neuen, regenerierten Impulse sodann von der den Nulldurchgang markierenden Flanke der differenzierten Impulsspitzen abgeleitet werden.There are known non-linear equalization circuits that essentially from a short-circuiting the transmission path in the pauses between two pulses Switches exist. These equalizers are set at certain intervals along the transmission path inserted into the transmission path and eliminate the influence by short-circuiting one pulse to the next. It has also already been suggested the equalization of the pulses in the manner of a clamping circuit by means of the series connection composed of a capacitor with a forward-biased rectifier to which the distorted pulses are applied on the input side and the equalized Pulses can be picked up at the rectifier. It has also been suggested that To bring about equalization that the distorted impulses first down to their Peaks are suppressed and then differentiated and the new, regenerated Then pulses from the edge of the differentiated one that marks the zero crossing Pulse peaks are derived.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Nachrichtenübertragungssystem der einleitend beschriebenen Art eine weitere, besonders einfache, allgemein verwendbare Lösung zur Entzerrung von pulsmodulierten, auf Kabeln übertragenen Signalspannungen anzugeben.The invention is based on the object for a message transmission system of the type described in the introduction, another, particularly simple, generally applicable one Solution for equalization of pulse-modulated signal voltages transmitted on cables to specify.

Ausgehend von einem Nachrichtensystem zur Übertragung pulsmodulierter, vorzugsweise pulsphasenmodulierter Signalspannungen über Kabel, bei dem das Impulsspektrum der Signalspannungen für ein Frequenzgebiet festgelegt ist, in dem die Laufzeit der Kabel praktisch konstant ist und bei dem die Entzerrung der Signalspannungen in Abständen längs der Übertragungsstrecke in Regenerierschaltungen erfolgt, wird erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch gelöst, daß die abschnittsweise Entzerrung der Signalspannungen in den Regenerierschaltungen ausschließlich durch n Differentiationen für n = 1, 2, 3 ... dadurch vorgenommen ist, daß bei gegebener Anzahl der Differentiationen h und gegebener Dämpfungs-Frequenzfunktion des Kabels mit der Dämpfung a. bei der Bezugsfrequenz fo, der Signalfrequenz f und dem Exponenten p der Dämpfungs-Frequenzfunktion a, die Länge des einer Regenerierschaltung zugeordneten Kabelabschnitts für eine Dämpfung bemessen ist. Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn das zur Übertragung vorgesehene impulsförmige Signal durch geeignete Formgebung der Impulse hinsichtlich der Hüllkurve seiner spektralen Energie ein engbegrenztes Maximum aufweist. Eine Impulsform, die diese Eigenschaft in hohem Maß besitzt und sich daher besonders eignet, ist der sogenannte Doppelsinusimpuls.Based on a communication system for the transmission of pulse-modulated, preferably pulse-phase-modulated signal voltages via cables, in which the pulse spectrum of the signal voltages is defined for a frequency range in which the cable transit time is practically constant and in which the equalization of the signal voltages takes place at intervals along the transmission path in regeneration circuits According to the invention, the object is achieved in that the section-wise equalization of the signal voltages in the regeneration circuits is carried out exclusively by n differentiations for n = 1, 2, 3 ... in that for a given number of differentiations h and a given attenuation frequency function of the cable with attenuation a. at the reference frequency fo, the signal frequency f and the exponent p of the attenuation frequency function a, the length of the cable section assigned to a regeneration circuit for attenuation is sized. The conditions are particularly favorable if the pulse-shaped signal provided for transmission has a narrowly limited maximum with respect to the envelope curve of its spectral energy due to suitable shaping of the pulses. A pulse shape that has this property to a high degree and is therefore particularly suitable is the so-called double sine pulse.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Differentiation eines Signals von seiner spektralen Darstellungsweise her betrachtet zu einer Anhebung der Amplituden des Spektrums mit wachsender Frequenz führt, und zwar werden die Amplituden bei einmaliger Anwendung der Differentiation frequenzproportional, bei zweimaliger Anwendung mit dem Quadrat der Frequenz usw. angehoben. Die Kabeldämpfung nimmt mit der Frequenz ebenfalls nach einem Potenzgesetz zu, so daß die Diferentiation zur Entzerrung der auf Kabel übertragenen Signalspannungen grundsätzlich anwendbar ist. Der Exponent der nach einem Potenzgesetz mit der Frequenz zunehmenden Kabeldämpfung ist keine gerade Zahl, sondern liegt zwischen einhalb und dreiviertel. Eine exakte Entzerrung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches mittels DifEerentiation ist somit nicht gegeben. Bei der erfindungsgemäßen Wahl der Länge der zu entzerrenden Kabelabschnitte läßt sich jedoch hiermit in einfacher Weise eine ausreichend gute Entzerrung durchführen.The invention is based on the knowledge that the differentiation of a signal from its spectral representation to an increase the amplitudes of the spectrum with increasing frequency leads, namely the Amplitudes with a single application of the differentiation frequency-proportional, at twice applied with the square of the frequency and so on. The cable attenuation increases with the frequency according to a power law, so that the differentiation basically applicable to equalization of the signal voltages transmitted on cables is. The exponent of the cable attenuation, which increases with frequency according to a power law is not an even number, but lies between one-half and three-quarters. An exact one Equalization within a certain frequency range by means of differentiation is therefore not given. When choosing the length of the to be equalized according to the invention Cable sections, however, can be used in a simple manner to provide a sufficiently good Perform equalization.

Das Ergebnis dieser erfindungsgemäßen Entzerrung kann noch dadurch verbessert werden, daß den Signalimpulsen die im Vorstehenden bereits erwähnte, einen verhältnismäßig kleinen Frequenzbereich benötigende Form gegeben wird.The result of this equalization according to the invention can still be thereby be improved so that the signal impulses already mentioned above, a relatively small frequency range required shape is given.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand einer kurzen mathematischen Betrachtung, deren Ergebnis für ein Ausführungsbeispiel in der Zeichnung in einem Diagramm dargestellt ist, näher erläutert werden.In the following, the invention is based on a brief mathematical Consideration, the result for an embodiment in the drawing in one Diagram is shown, will be explained in more detail.

Die Dämpfungs-Frequenzfunktion ist, wie bereits angegeben, eine Potenzfunktion.The damping frequency function is, as already stated, a power function.

Ein Verstärker, der' diese Dämpfung frequenzabhängig ausgleicht, müß folgende Verstärkung, ausgedrückt als Amplituden-Frequenzfunktion, haben: Erfindungsgemäß soll nun diese Funktion durch Differentiation, also durch eine Potenzfunktion mit dem Exponenten n (für h = 1, 2, 3 ... usw.) angenähert werden.An amplifier that compensates for this attenuation depending on the frequency must have the following gain, expressed as an amplitude-frequency function: According to the invention, this function should now be done by differentiation, that is to say by a power function can be approximated with the exponent n (for h = 1, 2, 3 ... etc.).

Unter den Voraussetzungen, daß die Gleichungen (2) und (3) bei der, Erequenz f. .gleiche Verstärkung aufweisen und ferner,..hinsichtlich ihrer ersten Ableitung für die Frequenz fo überein-stimmen, ergibt sich a. .,.p = n . (4) Für die Gleichung (4) ist ein Zusammenhang zwischen der Kabeldämpfung a. bei der Frequenz f. und der Anzahl h der Differentiationen festgelegt. Für Papierkabel ist z. B. p = 0,6. Mit diesem Wert ergibt sich für die Dämpfung ao = 1,66n.Under the prerequisites that equations (2) and (3) have the same amplification for the sequence f. And furthermore ... agree with regard to their first derivative for the frequency fo, the result is a. .,. p = n. (4) For equation (4) there is a relationship between the cable attenuation a. at the frequency f. and the number h of differentiations. For paper cables z. B. p = 0.6. This value results in ao = 1.66n for the damping.

Das bedeutet, daß mit n = 2 Differentiationen eine Kabeldämpfung von etwa 3,3 Neper bei der Frequenz f o entzerrt werden kann.This means that with n = 2 differentiations a cable attenuation of about 3.3 neper at the frequency f o can be equalized.

In der Zeichnung ist in der Figur die Dämpfung a in Neper für ein solches 1,7 km langes Papierkabel über der Frequenz in Megahertz aufgetragen. Die Dämpfung ao von 3,3 Nepern tritt hierbei bei der Frequenz fo = 1,1 MHz auf. Gleichzeitig ist in das Diagramm der natürliche Logarithmus der durch Differentiationrealisierbaren Verstärkungsfunktion V nach Gleichung (3) eingetragen, und zwar für n = 1 und n = 2. Aus dem Diagramm ist zu erkennen, daß die Annäherung an die IDämpfungskurve a bei einer zweiten Differentiation (n = 2) im Bereich der im vorliegenden Fall die Mittenfrequenz des Übertragungsbereiches darstellenden Frequenz f. recht gut ist. Wie die Rechnung ergibt, tritt bei den Bandgrenzen zwischen der Frequenz f1 = 500 MHz und der Frequenz f 2 = 2500 MHz lediglich eine maximale Dämpfungsverzerrung d a von rund - 0,4 Neper auf.In the drawing, the figure shows the attenuation a in Neper for such a 1.7 km long paper cable over the frequency in megahertz. The attenuation ao of 3.3 nepers occurs at the frequency fo = 1.1 MHz. At the same time, the diagram shows the natural logarithm of the gain function V that can be realized by differentiation according to equation (3) for n = 1 and n = 2. From the diagram it can be seen that the approximation to the I attenuation curve a with a second differentiation ( n = 2) in the range of the frequency f., which in the present case represents the center frequency of the transmission range, is quite good. As the calculation shows, at the band limits between the frequency f1 = 500 MHz and the frequency f 2 = 2500 MHz only a maximum attenuation distortion da of around - 0.4 neper occurs.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ent zerrung sowohl am Anfang als auch am Ende eines Kabelabschnitts durchgeführt werden. Die Entzerrung wird zweckmäßig am Anfang eines Kabelabschnitts durchgeführt, wenn sich hierdurch etwas hinsichtlich der Streckengeräusche gewinnen läßt.Of course, the inventive Ent distortion both on At the beginning and at the end of a cable section. The equalization is expediently carried out at the beginning of a cable section, if this causes lets gain something in terms of route noise.

Zur noch besseren Annäherung an die Kabeldämpfung kann es günstig sein, die nach der Gleichung (4) errechneten Differentiationen z. B. für das untere Frequenzgebiet nur als Teildifferentiation auszuführen. Für diesen -Fall brauchen die üblicherweise zur Differenzierung benutzten RC-Glieder nur so dimensioniert zu werden, daß in diesem Frequenzgebiet die Dämpfung um weniger als 0,7 Neper pro Oktave abfällt.For an even better approximation of the cable attenuation, it can be inexpensive be, the differentiations calculated according to equation (4) z. B. for the lower one Frequency range to be carried out only as a partial differentiation. Need for this case the RC elements usually used for differentiation are only dimensioned in this way to be that in this frequency range the attenuation by less than 0.7 neper per Octave drops.

Claims

Claims: 1. Message system for the transmission of pulse-modulated, preferably pulse-phase-modulated signal voltages via cables, in which the pulse spectrum of the signal voltages is fixed for a frequency range in which the cable transit time is practically constant and in which the equalization of the signal voltages at intervals along the transmission path in regeneration circuits takes place, characterized in that the section-wise equalization of the signal voltages in the regeneration circuits exclusively by n differentiations for n = 1, 2, 3. . ., is made in that with a given number of differentiations and a given damping frequency function of the cable with attenuation a. at the reference frequency f., the signal frequency f and the exponent p of the attenuation frequency function a, the length of the cable section assigned to a regeneration circuit for attenuation is sized.

2. Message system according to claim 1, characterized in that the signal voltage intended for transmission by appropriately shaping the pulses has a narrowly limited maximum with regard to the envelope of its spectral energy.

3. Message system according to claim 1 or 2, characterized in that the for Transmission signal voltage used has the form of double sine pulses.

4. Message system according to one of the preceding claims, characterized in that that the differentiation for the lower part of the transmission range in attenuated Form is carried out.