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Verfahren zur pilotgesteuerten Pegelregelung ferngespeister Leitungsverstärker
in Trägerfrequenzsystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pilotgesteuerten
Pegelregelung ferngespeister Leitungsverstärker in Trägerfrequenzsystemen, bei denen
die Nachrichten über Koaxialkabel mit Hauptverstärkerstellen und mit von diesen
über die Innenleiter der Koaxialkabel mit Gleichstrom ferngespeisten Zwischenverstärkern
übertragen werden und bei denen die Fernspeisung der jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Hauptverstärkerstellen liegenden Zwischenverstärker angenähert jeweils zur Hälfte
von einer der beiden Hauptverstärkerstellen aus erfolgt, wobei in den Hauptverstärkerstellen
Pilotregler den Pegel auf den Sollwert regeln.
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Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1060 442), die in den Speiseämtern
vorhandenen pilotgesteuerten Pegelregler zur Steuerung der ferngespeisten Verstärker
der ankommenden Übertragungsrichtung mitzubenutzen. Das kann so geschehen, daß der
Fernspeisegleichstrom, der auch zum Heizen von in den ferngespeisten Verstärkern
angebrachten Heißleiter-Stellgliedern dient, durch den Pilotregler beeinflußt wird.
Dabei ergibt sich eine Schwierigkeit, die durch folgende Überlegungen verständlich
wird: Ein Regelsystem nach dem beschriebenen Prinzip erfordert, daß bei einer Vierdrahtleitung
zwischen zwei Hauptverstärkerstellen bezüglich der Steuerung der Regler alle Verstärker
der einen Übertragungsrichtung der einen Hauptverstärkerstelle und die der anderen
Richtung der anderen Hauptverstärkerstelle zugeordnet werden. Dies ist aber nicht
im Einklang mit der Fernstromversorgung und der Fernüberwachung, bei denen jeweils
die halbe Strecke mit beiden Übertragungsrichtungen einer Hauptverstärkerstelle
zugeordnet ist. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird das Regelsystem so abgewandelt,
daß die Zuordnung der mitgesteuerten Verstärker ebenso ist wie die Fernspeisung,
d. h., von einer Hauptverstärkerstelle aus werden sämtliche Verstärker der von ihr
ferngespeisten Zwischenverstärker gesteuert. Dabei werden sowohl die Verstärker
der ankommenden Übertragungsrichtung als auch die Verstärker der abgehenden Übertragungsrichtung
durch ein und denselben Pilotregler gesteuert. Werden von einem Pilotregler n ferngespeiste
Verstärker mitgeregelt, so muß ein vom Pilotregler ausgewerteter Pegelfehler zu
gleichen Teilen vom Hauptverstärker sowie den n ferngespeisten Verstärkern ausgeregelt
werden, d. h., jeder Verstärker muß sowohl in der Hauptverstärkerstelle als auch
in den Zwischenverstärkern den 1/(n -f- 1)-ten Teil des Pegelfehlers ausregeln.
Dabei übernimmt die Gesamtheit aller ferngespeisten Verstärker den n/(1 -I- n)-ten
Anteil eines ausgewerteten Fehlers. Die beiden Regelsysteme eines Leitungsabschnittes
zwischen zwei benachbarten bemannten Ämtern beeinflussen sich gegenseitig und bilden
eine Rückkopplungsschleife mit der Ringverstärkung Yr = n2/(1 + n)2.
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Bei einer größeren Anzahl ferngespeister Verstärker nähert sich die
Ringverstärkung dem Wert 1, und eine sehr starke Neigung zur Instabilität ist die
Folge. Um diese Neigung zur Instabilität zu beseitigen, wird nach der deutschen
Auslegeschrift 1060 442 zwischen zwei aneinandergrenzenden Fernspeise- und Regelabschnitten
je ein Verstärker jeder Übertragungsrichtung durch einen eigenen Pilotregler geregelt,
so daß dort der Pegel konstant gehalten wird. Diese Notwendigkeit eines vollständigen
Pilotreglers zwischen zwei aneinandergrenzenden Fernspeiseschleifen bedeutet einen
großen Nachteil, weil damit der Aufwand wächst und die Betriebssicherheit (Regler
unter der Erde) abnimmt.
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Ebenso ist es bekannt (deutsche Patentschrift 1165 093), eine
Rückwärtsregelung und Steuerung aller ferngespeisten Verstärker beider Übertragungsrichtungen
eines Abschnittes zwischen zwei Hauptverstärkerstellen mit Hilfe des Fernspeisestromes
dadurch zu verwirklichen, daß der Pilotregler einer Hauptverstärkerstelle den Fernspeisestrorn
beider Fernspeiseschleifen des in Richtung Pilotgenerator davorliegenden Übertragungsabschnittes
beeinflußt. Das Fernspeisegerät der der regelnden Hauptverstärkerstelle zugeordneten
Fernspeiseschleife kann direkt beeinfiußt werden, während das Fernspeisegerät der
der davorliegenden Hauptverstärkerstelle zugeordneten Fernspeiseschleife
mit
Hilfe einer frequenzmodulierten Sinusspannung oder einer Pulsspannung konstanter
Pulsfolgefrequenz und veränderlichen Tastverhältnisses beeinflußt wird, die über
eine besondere Leitung oder über die Trägerfrequenzleitung zu der davorliegenden
Hauptverstärkerstelle übertragen wird.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Sende-und Empfangsgeräte
für die frequenzmodulierte Sinusspannung oder die Pulsspannung mit Pulslängenmodulation
ziemlich kompliziert werden. Zum Beispiel ist ein Frequenzdiskriminator für niederfrequente
frequenzmodulierte Sinusspannungen ziemlich aufwendig. Ebenso ist die Übertragung
einer Pulsfolge ohne Verfälschung des Tastverhältnisses sehr schwierig.
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Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch das Verfahren nach
der Erfindung vermieden. Diese betrifft ein Verfahren zur pilotgesteuerten Pegelregelung
ferngespeister Leitungsverstärker in Trägerfrequenzsystemen, bei denen die Nachrichten
über Koaxialkabel mit Hauptverstärkerstellen und mit von diesen über die Innenleiter
der Koaxialkabel mit Gleichstrom ferngespeisten Zwischenverstärkern übertragen werden
und bei denen die Fernspeisung der jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptverstärkerstellen
liegenden Zwischenverstärker angenähert jeweils zur Hälfte von einer der beiden
Hauptverstärkerstellen aus erfolgt, wobei in den Hauptverstärkerstellen Pilotregler
den Pegel auf den Sollwert regeln und wobei die Rückwärtsregelung der ferngespeisten
Verstärker der ankommenden Übertragungsrichtung eines Abschnittes zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Hauptverstärkerstellen durch den Pilotregler der einen Übertragungsrichtung
erfolgt, der das Fernspeisegerät der seiner Hauptverstärkerstelle zugeordneten Fernspeiseschleife
direkt beeinflußt und das Fernspeisegerät der der davorhegenden Hauptverstärkerstelle
zugeordneten Fernspeiseschleife mit Hilfe einer Hilfsspannung beeinflußt.
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Erfindungsgemäß wird als Hilfsspannung eine Pulsfolge schmaler Impulse
veränderlicher Folgefrequenz verwendet, die über die Innenleiter der Koaxialkabel
übertragen wird, wobei die Impulse vorzugsweise durch Tastung des Fernspeisestromes
erzeugt werden.
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Die symmetrische Übertragung der Hilfsspannung über die Innenleiter
der Koaxialkabel hat gegenüber der unsymmetrischen Übertragung zwischen Innen-und
Außenleiter der Koaxialkabel zwei entscheidende Vorteile. Erstens heben sich Beeinflussungsspannungen
gegenseitig auf, die durch parallellaufende Starkstromleitungen in den Koaxialkabeln
entstehen können, und ; der Störabstand zwischen Hilfsspannung und Beeinflussungsspannung
ist theoretisch unendlich; deshalb können die Hilfsspannungsimpulse klein gehalten
werden. Zweitens braucht man zwischen den Regelabschnitten in den Hauptverstärkerstellen
keine Sperrfilter für die Hilfsspannungen, weil die Innenleiter in diesen Stellen
durch die Fernspeisegeräte sowieso in Abschnitte unterteilt sind.
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Zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Pegelsteuerung mit Hilfe
des Fernspeisestromes betrachten wir die schematische Darstellung eines Übertragungsabschnittes
zwischen zwei Hauptverstärkerstellen in der F i g. 1.
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In den Hauptverstärkerstellen A und B sind die Fernspeisegeräte
FG2 und FG1 vorhanden, die die ferngespeisten Verstärker UV der Fernspeiseschleifen
F2 und F1 über die Innenleiter IL mit Energie versorgen. Die ferngespeisten
Verstärker UV sind gleichstrommäßig in Reihe geschaltet, d. h., sie werden alle
vom gleichen Fernspeisestrom durchflossen. In den ferngespeisten Verstärkern wird
die Speisespannung durch nicht dargestellte Zenerdioden stabilisiert. Parallel zu
diesen Zenerdioden sind ebenfalls nicht dargestellte Kondensatoren geschaltet, die
die Beeinflussungsströme an den Verstärkern vorbeiführen. Die Induktivitäten L und
die Kapazitäten C deuten Fernspeiseweichen an, die den Fernspeisestrom von den trägerfrequenten
Nutzsignalen trennen. Die Induktivitäten L sind auch für die Hilfsspannung durchlässig.
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Der Pilotregler P1 in der Hauptverstärkerstelle B wird vom Piloten
der Übertragungsrichtung AB gesteuert und -erfüllt drei verschiedene Funktionen.
Erstens regelt er über die Zuleitung Z1 den Leitungsverstärker L VB auf den
Sollwert der Verstärkung. Zweitens beeinflußt er über die Zuleitung Z2 das Fernspeisegerät
FG1 der Fernspeiseschleife F1. Drittens beeinflußt er über die Zuleitung Z3 den
Hilfsspannungssender HS. Der Pilotregler P2 in der Hauptverstärkerstelle A wird
vom Piloten der Übertragungsrichtung BA gesteuert und regelt nur den Leitungsverstärker
LVA auf den Sollwert der Verstärkung.
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Der Hilfsspannungssender HS liefert die Hilfsspannung auf die Innenleiter
IL der Fernspeiseschleife F1. Die Hilfsspannung durchläuft die Innenleiter
der Fernspeiseschleife F1, wird durch den Übertrager fI; der das trägerfrequente
Nutzsignal nicht durchläßt, transformiert und durchläuft dann die Innenleiter der
Fernspeiseschleife F2. Der Hilfsspannungsempfänger HE wertet die Hilfsspannung
aus und beeinflußt das Fernspeisegerät FG2 der Fernspeiseschleife F2. Über den Empfangsübertrager
ÜE wird die Hilfsspannung ausgekoppelt und dem Hilfsspannungsempfänger
HE
zugeführt.
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Der Hilfsspannungssender HS betätigt ein Relais Re,
dessen Arbeitskontakt
AK die Spannung der Fernspeiseschleife F1 über einen Widerstand
RS kurzzeitig kurzschließt. Die dadurch entstehenden Impulse stellen nun
die Hilfsspannung dar. Als Relais wird zweckmäßigerweise ein Quecksilberdochtrelais
verwendet, das große Ströme und Spannungen schnell schalten kann. Es sind Schaltzeiten
bis herunter zu etwa 3 Millisekunden mit einem solchen Relais realisierbar.
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Als Tastfrequenz oder Pulsfolgefrequenz der Hilfsspannung wird eine
Frequenz von einigen Hertz gewählt, damit einerseits der Aufwand für die Hilfsspannungssender
und -empfänger (RC-Glieder der Multivibratoren usw.) klein bleibt und andererseits
die Fernspeisung und der Betrieb der ferngespeisten Zwischenverstärker nicht gestört
wird. Diese niedrige Tastfrequenz ist zulässig, weil sowieso sehr langsame Änderungen
der Fernspeiseströme realisiert werden müssen.
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Die in den ferngespeisten Verstärkern vorhandenen Kondensatoren zur
Siebung der Beeinflussungsströme erfüllen nun hier eine weitere wichtige Funktion.
Sie speichern während der Austastung des Fernspeisestromes die Speisespannung der
Zwischenverstärker, so daß die Übertragungseigenschaften dieser Verstärker nicht
beeinträchtigt werden.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Hilfsspannungssenders
HS dargestellt. Als Multivibrator wird ein an sich bekannter astabiler Multivibrator
AM
verwendet. Die Periodendauer eines symmetrischen astabilen Multivibrators
ist bekanntlich T = 2RCr In (1 -f- Ub/Uo) ,
wobei
R die Basisentladewiderstände, Cr die Rückkopplungskondensatoren, Ub die Betriebsspannung
und Uo die Entladespannung des Multivibrators sind. Wird nun die Betriebsspannung
Ub konstant gehalten und die Entladespannung Uo durch den Pilotregler seiner Stellung
proportional verändert, so ist die Taktfrequenz des Multivibrators von der Stellung
des Pilotreglers abhängig. Damit die Taktfrequenz der Entladespannung des astabilen
Multivibrators angenähert proportional ist, muß der Änderungsbereich der Entladespannung
relativ klein gewählt werden. Der Multivibrator AM steuert über den Diferenzierkondensator
Cd einen Schalttransistor Ts, der das Relais Re
betätigt.
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In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Hilfsspannungsempfängers
HE schematisch dargestellt. Die ankommende Hilfsspannung wird zunächst durch
einen Impulsformer 1F in Rechteckform gebracht. Die Rechteckimpulse werden einem
Bivibrator BM zu-
geführt, der die Tastfrequenz um den Faktor 2 verkleinert
und eine Rechteckspannung mit dem exakten Tastverhältnis 1 dem Frequenz-Spannungs-Wandler
FSW zuführt. Als Impulsformer IF kann z. B. ein Schmitt-Trigger oder ein Transistorschalter
verwendet werden.
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In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des an sich bekannten Frequenz-Spannungs-Wandlers
FSW dargestellt. Der Umladestrom des Kondensators Cu ist frequenzabhängig, sein
zeitlicher Mittelwert nimmt mit wachsender Frequenz zu. Während einer Halbperiode
der Rechteckspannung entlädt sich der Kondensator Cu über die Diode D2. In
der anderen Halbperiode werden die Umladestromstöße über die Diode D 1 einem Integrierglied
RiCi zugeführt. Die Ausgangsspannung des Integriergliedes ist der Frequenz der Eingangsspannung
proportional und kann zur Beeinflussung des Fernspeisegerätes FG2 verwendet werden.
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Man kann auch auf der Sendeseite außer dem Hilfsspannungssender auch
einen Hilfsspannungsempfänger vorsehen und das Fernspeisegerät FG1 über den Taktgeber
AM und diesen Hilfsspannungsempfänger beeinflussen. Dann ist keine Proportionalität
zwischen Spannung des Pilotreglers und Frequenz des Taktgebers notwendig, weil beide
Fernspeisegeräte in gleicher Weise beeinflußt werden und somit immer synchron laufen.