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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des . Frequenzfehlers
bei Einseitenbandträgerfrequenzsystemen für die Datenübertragung.
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Die Ubertragung von Sprache über Einseitenbandträgerfrequenzsysteme
erfordert keine exakte Frequenz- und Phasensynchronisation der Demodulationsträger,
da (las menschliche Ohr Phasenfehler überhaupt nicht und Frequenzfehler von einigen
Hertz nur wenig empfindet. Die Datenübertragung stellt dagegen häufig höhere Anforderungen
an die Frequenzübereinstimmung, - als sie von nicht synchronisierten Trägerfrequenzsystemen
garantiert werden können.
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Es sind zwei Arten von Fr; quenzfehlern zu unterscheiden, die man
als multiplikative und additive bezeichnen kann. Die multiplikativen Fehler treten
in den Endeinrichtungen von Systemen auf, bei denen sämtliche Trägerfrequenzen aus
einer gemeinsamen Grundfrequenz abgeleitet sind; der Frequenzfehler ist dabei proportional
zur Trägerfrequenz, und dies bedeutet eine Verzerrung des gesamten Frequenzrasters.
Additive Fehler ergeben sich auf der Strecke, beispielsweise bei Zwischenstellen
mit frei laufenden Trägergeneratoren, wenn eine Frequenzumsetzung des ganzen Bandes
vorgenommen wird; der Frequenzfehler ist dabei in allen Kanälen gleich groß, entsprechend
einer konstanten Frequenzverschiebung.
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Eiire vollständige Beseitigung der aufgetretenen Frequenzfehler verlangt
die Korrektur in der gleichen Art, wie die Fehler entstanden sind. Dabei kann rin
additiver Fehler, der durch mehrere Frequenzumsetzungen entstanden ist, in einer
einzigen Stufe ausgeglichen werden, solange die zwischendurch aufgelaufenen Fehler
keine sonstigen Rückwirkungen auf die Ubertragungseigenschaften der Strecke - z.
B. durch Herauslaufen aus dem Durchlaßbereich der Filter - haben. Zur Korrektur
der multiplikativen Fehler müssen die Grundgeneratoren der Endeinrichtungen synchronisiert
werden. Ein vollständiger Ausgleich der muitiplikativen und additiven Fehler verlangt
daher im allgemeinen die Ubertragung von zwei Pilotschwingungen und zwei voneinander
unabhängig nachstimmbare Generatoren auf der Empfangsstelle. Der Aufwand für eine
derartige exakte Frequenzsynchronisation ist erheblich.
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Es wurde bereits in dem deutschen Patent 1256 709 ein Verfahren
zur Frequenzstabilisierung der Träger durch Mitübertragen einer Steuerfrequenz in
Trägerfrequenzsystemen vorgeschlagen. Dabei wird jedoch als Steuerfrequenz ein Frequenzpilot
in einer Frequenzlage, die den Eck- oder Kanal-Null-Frequenzen entspricht, verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Frequenzfehler bei der
öbertragung von Daten über Trägerlrequenzsysteme mit einfachen Mitteln zu verringern.
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Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zur Verminderung des Frequenzfehlers
bei Einseitenbandträgerfrequenzsystemen durch die Kombination nachstehender, zum
Teil bereits vorgeschlagener Merkmale gekennzeichnet: a) durch Verwendung der Kanalgruppen
von Trägerfrequenzsystemen zur Datenübertragung; b) durch sende- und empfangsseitige
eigene Trägerversorgungen; c) durch Bildung der für diese Kanalgruppe erforderlichen
Trägerfrequenzen aus einer gemeinsamen Grundfrequenz; d) durch die Ableitung einer
Pilotfrequenz aus der sendeseitigen Grundfrequenz; e) durch Zusetzung dieser Pilotfrequenz
nach der sendeseitigen Bündelung; f) durch Auskopplung dieser Pilotfrequenz vor
der empfangsseitigen Entbündelung; g) durch f)bertragung dieser Pilotfrequenz etwa
in der Bandmitte der Kanalgruppe; h) durch Vergleich der empfangsseitig ausgekoppelten
Pilotfrequerz mit einer empfangsseitig in gleicher Weise wie sendeseitig erzeugten
Pilotfrequenz; i) durch Bildung eines Regelkriteriums aus dem Vergleich beider Pilotfrequenzen
zur Nachstimmung des empfangsseitigen Grundgenerators.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei Übertragung der Daten
in der 12-Kanal-Grundprimärgruppe, die der Frequenzbereich von 60 bis 108 kHz einnimmt,
als I'ilotfrequenz eine in der Lücke zwischen zwei Kanälen liegende Frequenz verwendet,
beispielsweise eine der vom CCITT als Gruppenpilot empfohlenen Frequenzen 84,080
oder 84,140 kHz, oder auch die Frequenz 84,000 kHz. Bei Ubertragung der Daten in
der 60-Kanal-Grundsek undärgruppe, die sich von 312 bis 552 kHz erstretkt,
wird zweckmäßig ebenfalls eine in eine Kanallücke fallende Frequenz verwendet, und
zwar entweder eine der vom CCITT als Gruppenpilot empfohlenen Frequenzen 411,8u`0
oder 411,920 kHz, oder, auch die Frequenz 412,00 kHz. Die Verwendung der vom CCITT
empfohlenen Gruppenpilotfrequenzen empfiehlt sich deshalb besonders, weil Einrichtungen
für die Erzeugung und Aussiebung des Gruppenpiloten für die meisten Systeme bereits
vorhanden sind. Der Frequenzfehler wird für die am Rande des Bandes liegenden Kanäle
auf mindestens ein Drittel erniedrigt; für die in Bandmitte liegenden Kanäle ist
die Verbesserung noch wesentlich größer.
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Zweckmäßig setzt man die Frequenznachstimmeinrichtung auf beiden Endstellen
ein; dabei unterstützen sich die beiden Nachstimmungen, so daß in jeder Endstelle
im Mittel nur der halbe Frequenzfehler auftritt. Dies ist bei Vierdrahtsystemen,
bei denen sich die Frequünzfehler auf der Strecke für Hin- und Rückrichtung aufheben,
ohne weiteres zulässig. Bei Zweidrahtsystemen mit Gruppentausch, bei denen die Gruppenträger
in den Endstellen aus der gemeinsamen Trägerversorgung abgeleitet werden, sind besondere
Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Allgemein sind solche Maßnahmen notwendig, wenn
der empfangene Pilot vor seiner Auswertung mit einem abgeleiteten Träger umgesetzt
wird. Es wurde bereits eine Anordnung zum Mitziehen der von einem Steuergenerator
abgeleiteten Frequenzen eines Trägerfrequenzsystems vorgesch'agen, die einen Rückmischteiler
allgemeinster Art i-i Verbindung mit Modulatoren enthält, die die Frequenzkorrektur
jeweils in der richtigen Richtung be ätigt.
Die Erfindung wird im
folgenden an. Hand der Zeichnung rin Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in F i g. 1 den Freqtaenzplan zum Aufbau der 12-Kanal-Grundprimärgruppe,
F i g. 2 den Frequenzplan zum Aufbau der 60-Kartal-Grtandsekundäi-gruppe, F i g.
3 eine. Prinzipschaltung zur Verminderung des Fr°cqtteaizfehlers bei der Datenübertragung
über cli^W 12-Kanal-Grundpritnärgruppe.
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Es soll zu:aächst die Ubertragung von Daten in der 12-Kaiiatl--Grundpriniiirgruppe
eines Trägerfrequenzsystems betrachtet werden. Der Aufbau der 12-Kanal-Gruppe in
zwei Modulationsstufen geht aus dem Frequenzplan der F i g. 1 hervor; das Blockschaltbild
der I° i g. 3 zeigt die Prinzipschaltung für einen einzelnen Kanal. In der ersten
Modulationsstufe werden jeweils drei Kanäle zu einer Vorgruppe (Frequenzl@,yreich
12 bis 24 kHz) zusammengefaßt; hierzu .lieht der Kanalumsetzer U, in dem das Niederfrecl"t.enzband
nit einem Kanalträger 7k (12, 16 oder "2016.I17) moduliert und das obere Seitenband
ausgesiebt wird. Die niederfrequente Signalfrequenz f, ist also am Ausgang des ersten
Umsetzers Ur in die Frequenz f = T, +.f.
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umgewandch. In der zweiten Modulationsstufe wird jede der vier Vorgruppen
in einem Vorgr uppenttinsetzer t4 mit einem Vorgruppenträger 7:. (84, 96, 108 oder
120 kHz) moduliert und das untere Seitenband ausgesiebt. Die zusammengefaßten Seitenbänder
ergeben die 12-Kanal-Grundprimärgruppe im Bereich von f10 bis 1081;1-1z. Die. umgesetzte
Signalfrequenz am Ausgang des zweiten Umsetzers Uz hat die Frequerizlzrge
f =T>-(Tk+fs)-
Am Ausgang des Vorgruppenumsetzers UZ wird eine Pilotschwingung
mit der Frequenz ,f p als Gruppenpilot eingespeist. Die Träger 'Tk und T, und der
Pilot f, werden in der Trägerversorgung TG aus einer gemeinsamen Grundfrequenz
durch Frequenzteilung und/oder -vervielfachung abgeleitet.
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Für die auf der Strecke auflaufenden additiven Frequenzfehler im Gesamtbetrag
-I f ist im Prinzipschaltbild der F i g. 3 der fiktive Umsetzer US gestrichelt
angedeutet. Am Ausgang dieses Umsetzers sind folgende Frequenzen vorhanden: .1ä
= T.-(Tk+.fS)+.1 f. f,, _ .1l, + .1 f .
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Auf der Empfangsstelle wird der übertragene Pilot fn ausgesiebt und
einer Frequenz-Nachstelleinrichtung FN zugeführt. Die Vergleichsfrequenz,fP wird
in der empfangsseitigen Trägerversorgung TG' in der gleichen Weise aus einer
Grundfrequenz abgeleitet wie auf der Sendestelle der Pilot f'. Die Nachstelleinrichtung
FN liefert das Regelkriterium Ur (z. B. eine Gleichspannung) für die Nachstimmung
des empfangsseitigen Grundgenerators; er wird so lange nachgestimmt, bis
JU = .f n = .fp + .1 _f ist. Jeder andere vom Grundgenerator
abgeleitete Träger T hat dann den Frequenzfehler
da alle abgeleiteten Frequenzen in einem von ihrer Größe abhängigen Verhältnis zueinander
stehen. Die Frequenzen der nachgestimmten Vorgruppen- und Kanalträger betragen,
wenn
gesetzt wird, da ,1 f « fp ist,
Bei der Demodulation mit den nachgestimmten Vorgruppen- und Kanalträgern ergeben
sich die Frequenzen . , = T,,' _ .f , Js= J1- Tk' _ (T.' - Tk')
- (T, - Tk) + _fs - _ 1 @.
In der Niederfrequenzlage verbleibt also ein Restfehler
Dabei entspricht To = T, - Tk der Nullfrequenz jedes Kanals in der Ubertragungslage
(für f = 0 wird f; = T. - Tk).
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Wie die Rechnung zeigt, ist für den Restfehler i1 f' nicht der Absolutwert
der Pilotfrequenz fp, sondern ihr Verhältnis zu den verwendeten Trägern wesentlich.
Der Korrekturfaktor
wird um so kleiner, je mehr sich - dem Wert 1 nähert, je dichter also die Frequenzen
To und f" beisarnmenliegen. Innerhalb eines gegebenen Bandes erreicht man den kleinstmöglichen
Fehler :1 f mit der optimalen Pilotfrequenz
bei dieser Pilotfrequenz wird der Fehler für die Kanäle in Bandmitte am kleinsten
und für die Kanäle am unteren und oberen Bandende am größten und entgegengesetzt
gleich.
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Bei der Verwendung der optimalen Pilotfrequenz (,fp)"pt ergibt sich
für die Kanäle an den Bandrändern, für die To = TO."., bzw. To = To",;" ist,
der ungünstigste Wert für den Korrekturfaktor zta
dabei ist B = To ","x - 7ö @";" die absolute Bandbreite, gemessen
zwischen den Nullfrequenzen der Randkanäle
des Bandes, (f.)"1"
die optimale Pilotfrequenz in Bandmitte, b die relative Bandbreite.
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Hieraus ist zu ersehen, daß sich das Korrekturverfahren besonders
für relativ schmale Frequenzbänder eignet. Ist die Bandbreite z. B. gleich einer
Oktave, so ist b = 0,67, und der ungünstigste Korrekturfaktor wird k."" = 0,33.
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Den Betrachtungen wurde bisher ein Trägerfrequenzsystem mit zwei Modulationsstufen
zugrunde gelegt. An den Überlegungen ändert sich grundsätzlich nichts, wenn noch
mehr Modulationsstufen hinzukommen. Wie der Frequenzplan der F i g. 2 zeigt, kann
-z. B. mit Hilfe einer dritten Modulationsstufe die 60-Kanal-Grundsekundärgruppe
gebildet werden, die den Frequenzbereich von 312 bis 552 kHz einnimmt. Bezeichnet
man die Gruppenträger 420, 468, 516, 564 und 612 kHz mit T9, so wird der Restfehler
Der Aufbau der Formeln (1) und (2) ist bis auf den Vorzeichenwechsel grundsätzlich
der gleiche.
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In der weiter unten stehenden Tabelle sind für die 12-Kanal-Grundprimärgruppe
und die 60-Kanal-Grundsekundärgruppe die wesentlichen Zahlenwerte zusammengestellt.
Für die Grundprimärgruppe ergibt sich als optimale Pilotfrequenz 86 kHz, und der
größte auftretende Restfehler bei den Randkanälen beträgt dabei :1 f' = Q0,256 ,1
f. Bei der Grundsekundärgruppeist die optimale Pilotfrequenz 430 kHz und der Restfehler
für die Randkanäle beträgt t f = ±0,274,1f.
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Die optimalen Pilotfrequenzen 86 und 430 kHz fallen mitten in das
Ubertragungsband eines Kanals, der dadurch für die Nachrichtenübermittlung verlorenginge.
Die Pilotfrequenzen werden daher zweckmäßig in die Lücke zwischen zwei Kanäle gelegt,
und zwar verwendet man mit besonderem Vorteil die vom CCITT empfohlenen Primär-
und Sekundärgruppenpilote, die annähernd in Bandmitte liegen. Diese Pilote sind
ursprünglich zur Überwachung solcher Kanalgruppen gedacht, die über lange Strecken
und über verschiedene Systeme laufen; sie begleiten die Kanalgruppen von der Sende-
bis zur Empfangsstelle. Die vom CCITT empfohlenen Frequenzen sind 84,080 oder 84,140
kHz für den Primärgruppenpilot und 411,920 oder 411,860 kHz für den Sekundärgruppenpilot;
daneben können auch die Frequenzen 84,000 bzw. 412,000 kHz verwendet werden. Die
in Deutschland gebräuchlichen Gruppenpilotfrequenzen 84,080 bzw. 411.920 sind in
den Frequenzplänen der F i g. 1 und 2 eingetragen. Für diese Frequenzen sind in
der untenstehenden Tabelle die Korrekturfaktoren angegeben, die sich für die von
den Pilotfrequenzen am weitesten entfernten Randkanäle ergeben. Man sieht, daß der
Frequenzfehler mindestens auf den dritten Teil seines ursprünglichen Wertes erniedrigt
wird. Voraussetzung ist, daß die Pilotfrequenzen, die nicht im 4-kHz-Raster liegen,
ebenso wie die Trägerfrequenzen von einer gemeinsamen Grundfrequenz abgeleitet werden.
| Grundprimärgruppe Grundsekundärgruppe |
| Frequenzbereich 60 bis 108 kHz 312 bis 552 kHz |
| T@"",x 120-12 = 108 kHz 612- 84+20 = 548 kHz |
| TO in 84-20 = 64 kHz 420 -120 + 12 = 312 kHz |
| B 44 kHz 236 kHz |
| (fp)ap, 86 kHz 430 kHz |
| kmax d=0,256 ±0,274 |
| für Kanal Nr. 1 und 12 1 und 60 |
| 84.08 kHz 411.92 kHz |
| kmax +0,286 -0.332 |
| für Kanal Nr. 1 60 |