DE1816964B2 - Einrichtung zur Übertragung von Nutzsignalen zwischen Sende Empfang Stationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Nutzsignalen mit gleichfrequenten Trägern für beide Übertragungsrichtungen zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen, mit phasenstarrem Sre·.'.-erkreis, der einen Phasenvergleicher und einen modulierbaren Oszillator aufweist, welcher den Träger für das abgehende Signal erzeugt und mit einem Eingang des Phasenvergleichers zum Phasenvergleich mit dem ankommenden Träger verbunden ist.

Bekanntlich hat die Nachrichtenübertragung durch trägerfrequente Systeme eine Reihe von Vorteile». Beispielsweise werden bei Gegensprechanlagen durch die trägerfrequente Übertragung zusätzliche Kanäle auf bereits bestehenden Fernsprechleitungen geschaffen. Bei der Übertragung auf derartigen Leitungen unterliegt der modulierte Träger jedoch beträchtlichen Phasenverschiebungen. Es wurde bereits versucht, diese Phasenverschiebungen durch den Einsatz von phasenstarren Kreisen auszuschalten. Hierbei wird jedem Teilnehmeranschluß im Amt ein phasenstarrer Regelkreis zugeordnet, wobei die Entfernung zwischen dem Amt und den einzelnen Teilnehmeranschlüssen und damit die Phasenverschiebung des modulierten Trägers in den betreffenden KanaL η in weiten Grenzen schwanken kann. Eine bekannte, mit Freauenzmodulation arbeitende Anlage mit einem phasenstarren Regelkreis umfaßt einen spannungsgesteuerten und modulierbaren Oszillator und einen Phasenvergleicher (USA.-Patentschrift 2 846 572). Der Ausgang des Oszillators, welcher auch den Träger des abgehenden Signals erzeugt, wird bezüglich seiner Phasenlage mit dem von dem Phasenregelkreis empfangenen modulierten Träger verglichen, wobei der Phasenvergleicher ein der Phasendifferenz zwischen den beiden verglichenen Signalen proportionales

ίο Ausgangssignal zur Steuerung des Oszillators liefert. Der in dieser Weise geschlossene Phasenregelkreis hat infolge der begrenzten Schleifenverstärkung einen entsprechend begrenzten Mitnahmebereich der Phasenverschiebung, so daß Phasenverschiebungen nur bis zu einem bestimmten Höchstwert noch ausgeglichen werden können.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Phasenbeziehung zwischen den ankommenden und den abgehenden, für die Modulation des ankommenden Signals mitverwendeten Trägersignalen unabhängig von den Einflüssen der Übertragungsleitung zu machen und insbesondere den Mitnahmebereich der phasenstarren Regelkieise zu vergrößern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Einrichtung der

»5 eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Sende-Empfangs-Station zwischen dem Ausgang des Oszillators und dem Eingang des Phasemergleichers ein steuerbarer Phasenschieber geschaltet ist, der durch die Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals des Phasenvergleichers kontinuierlich in Richtung auf die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Phasenbeziehung am Phasenvergleicher zwischen der Oszillatorschwingung und dem ankommenden Träger steuerbar ist, und daß zur Unterdrückung von Gleichspannungskomponenten dem Modulationseingang des Oszillators ein Kondensator vorgeschaltet ist.

Die bei solchen Schaltungen üblicherweise verwendeten Phasenvergk icher arbeiten mit maximaler Linearität und Verstärkung dann, wenn zwischen den zu vergleichenden Signalen eine vorbestimmte Phasendifferenz besteht. Beim Betrieb in dem Linearitätsmaximum arbeitet der phasenstarre Regelkreis, der einen Phasenvergleicher dieser Art enthält, in seinem optimalen Arbeitsbereich. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hinrichtung zur Übertragung von Nutzsignalen mit gleichfrequenten Trägern für beide Übertragungsrichtungen zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen wird diese Tatsache da/u ausgenutzt, den Mitnahmebereich der phasenstarren Regelkreise erheblich zu vergrößern. Durch die Erfindung können daher Naehrichten-Übertragungsanlagen, insbesondere Gegensprechanlagen, aufgebaut werden, bei denen die Längen der Übertragungsleitungen in einem weiteren Bereich schwanken könaen Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung f üi

eine an beiden Enden der Übertragungsleitung mi einer Sende-Empfangs-Station versehene Übertra gungsunlagc bzw. Gcgenveikehrsanlage ist an einen Ende eine Scnde-Empfangs-Slation mit üblichen Phasenregelkreis und am anderen Ende ein Phasenre gelkreis mit tier crfinduiigsgetnäßcn Schaltung vorge sehen, wobei der Phasenschieber einen Hilfsregelkrei bildet. Das von der zweiten Station empfangene Sign;i wird einem Phasenvergleich mit dem über einen Pha senschiebcr geleiteten Ausgangssignal des Oszillator unterzogen, wobei der Phasenvergleicher ein der Pha sendifferenz zwischen den beiden verglichenen Signa

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len proportionales Ausgangssignal liefert. Letzteres wird jedoch nicht wie bei der ersten Station unmittelbar zur Steuerung des Oszillators vei-wendet, sondern steuert den Phasenschieber zwecks Kompensation der im Übertragungsweg aufgetretenen Phasenverschiebung des modulierten Trägers. Das Ausgangssignal des Oszillators erhält hierbei vor Eingabe in der. Phasenvergleicher eine zusätzliche Phasenverschiebung solcher Größe, daß eine vorgegebene Phasendifferenz zwischen den beiden verglichenen Signalen aufrechterhalten wird. Der Hilfsregelkreis kann damit größere Phasenabweichungen ausgleichen und ermöglicht die Anwendung von Trägerfrequenzsystemen auch für Übertragungskanäle mit besonders hoher Phasenverschiebung.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem S'euereingang des Phasenschiebers ein Tiefpaßsiebglied vorgeschaltet ist. Dieses Tiefpaßfilter führt zu dem zusätzlichen Vorteil, daß eine erheblich gleichförmigere Spannung dem Phasenschieber zugeführt wird. Dadurch läßt sich der Phasenschieber genauer ansteuern.

Schließlich ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber wenigstens ein veränderliches, spannungsabhängiges Impedanzelement aufweist, dessen Impedanzwert in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Phasenvergleichers steuerbar ist. Dadurch wird eine besonders einfache und wirksame schaltungstechnische Ausgestaltung des Phasenschiebers erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Sende-Empfangs-Statlon, im folgenden Umsetzer genannt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Gegensprechanlage mit einem Umsetzer nach Fig. 1 und einem an sich bekannten Umsetzer,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Phasenschiebers, ebenfalls zur Verwendung in einem Umsetzer gemäß Fig. 1.

Der in F ig. 1 wiedergegebene Umsetzer 100 ist für einen erweiterten Phasenaussteuer- bzw. Mitnahmebereich eingerichtet und arbeitet ähnlich einem Phasenregelkreis. Der Umsetzer weist eine Gabelschaltung 101 auf. die im wesentlichen aus einem Übertrager mit Primärwicklung 102, Sekundärwicklung 103 sowie Anzapfung 104 besteht und die abgehenden und ankommenden Signale, d. h. modulierten Trägerschwingungen, des Umsetzers voneinander entkoppelt. Die Primärwicklung 102 ist mit einem Phasenvergleicher lOS verbunden, während ein Ende der Sekundärwicklung 103 mit einer Abschluiiimpcdanz 106 und das andere Ende der Sekundärwicklung mit einer Ader der Übertragungsleitung verbunden ist. Die Anzapfung 104 der Sekundärwicklung ist mit dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 108 mit zu seiner Steuerspannung proportionaler Ausgangsfrequenz verbunden. Schaltungsbcispielo derartiger Oszillatoren finden sich in der Literatur (siehe z.B. »Phaselock Techniques«. F. M. Gardner. 196(i, Verlag John Wiley and Sons, Seite 67).

Der vom Umsetzer 100 empfangene modulierte Tri.i«<T gelangt über die Gabelschaltung 101 zu einem Eingang des Phaseiivergleiehers 105. während ein Teil des Ausgangssigimls des Oszillators 108 über einen Phasenschieber 109 zum anderen Eingang des Phasenvergleichers geleitet wird Der Ausgang des Phasenvergleichers 105 ist über eine Reihenschaltung von Verstärker 110, Tiefpaß 111 und Verstärker 112 mit einem Hilfsregelkreis 113 verbunden, der eine aus Widerstand 114 und Kondensator 115 bestehende Siebschaltung, einen Verstärker 116 und den Phasenschieber 109 umfaßt. Der nicht geerdete Pol des Ausgangs des Verstärkers 112 ist mit einem Ende des Widerstandes 114 verbunden, dessen anderes Ende an den Verstärker 116 angeschlossen ist. Der nicht geerdete Ausgang des letzteren ist wiederum an den Phasenschieber 109 angeschlossen. Der ungeerdete Ausgang des Verstärkers 112 ist außerdem über einen gleichstromentkoppelnden Kondensator 119 und die Primärwicklung 117 eines Übertragers 118 an den Ausgang des Oszillators 108 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 120 des Übertragers ist mit einem als Teilnehmergerät vorgesehenen Fernsprechapparat 121 verbunden.

Im Betrieb erzeugt der Phasenschieber 109 eine

ϊο Phasenverschiebung des dem Phasenvergleicher zugeführten Teils des Ausgangssignals des Oszillators 108. wodurch die im übertragungsweg aufgetretenen Phasenverschiebungen des dem Umsetzer 100 zugeführten modulierten Trägers ausgeglichen wer-

»5 den sollen. Da die Frequenz des Oszillators 108 im Ausgangszustand gleich der Trägerfrequenz des vom Umsetzer aufgenommenen modulierten Trägers ist, wofür im Umsetzer am anderen Ende der Übertragungsleitung in bekannter Weise gesorgt wird, so erzeugt der Phasenvergleicher 105, welcher im wesentlichen eine Produktbildung der zugeführten Vergleichssignale bewirkt und entsprechende Summen- und Differenzfrequenzen bildet, neben dem Nutzsignal ein Gleichstrom-Ausgangssignal, das durch den Kondensator 119 vom Oszillator 108 ferngehalten wird, jedoch als das die Phasenverschiebung im Übertragungsweg darstellende Signal den Phasenschieber 109 steuert und hierüber das Ausgangssignal des Oszillators 108 vor der Zuführung zum Phasenvergleicher 105 in der Phase verschiebt sowie die Phasenverschiebung im Übertragungsweg ausgleicht.

Der Phasenschieber 108 kompensiert selbsttätig die dem eintreffenden modulierten Träger aufgeprägte Phasenverschiebung, wobei der Phasenvergleicher 105 ein dem Modulationssignal des Trägers entsprechendes, bei Fernsprechübertragung im Sprachfrequenzband liegendes Ausgangssignal liefert. Der aus Widerstand 114 und Kondensator 115 bestehende Tiefpaß unterdrückt die Sprachfrequenzen und hält die entsprechenden Signalkomponenten vom Phasenschieber 109 fern, während diese Komponenten über den entsprechend bemessenen Kondensator 119 zum Fernsprechapparat 121 übertragen wer-

den. Die vom Fernsprechapparat stammenden, den Oszillator erreichenden Sprachfrequenzsignale modulieren diesen in der Frequenz.

Der Phasenvergleicher 105 arbeitet bei der Prodnktbildung der zugeführten Vergleichssignale mit

maximaler Linearität und Verstärkung, wenn zwischen den Vcrglcichssignalen eine vorgegebene Phasendiffcrenzbesieht. Im Betrieb des Umsetzers treten zwar Schwankungen der Phasendifferenz zwischen den Vergleichssignalen auf, diese bleiben jedoch klein

genug, um den Phasen\ ergleicher in seinem linearen Arbeitsbereich mit zur Phasendifferenz der Vergleichssignale proportionalem Ausgangssignal zu halten.

Die Übertragungsanlage nach Fig. 2 umfaßt eine Gegenverkehr-Übertragungsleitung 201 mit an jedem Ende angeschlossenem Umsetzer 100 bzw. 200. Der Umsetzer 100 entspricht in Aufbau und Wirkungsweise dem an Hand von F i g. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel, weshalb insoweit in Fig. 2 übereinstimmende Bezugszeichen eingesetzt sind. Beide Umsetzer arbeiten als Sende-Empfangsgerät, d. h. als Modulator-Demodulatoreinheit entsprechend den beiden Übertragungsrichtungen.

Entsprechend seiner Wirkungsweise als Sende-Empfangsgerät ist auch im Umsetzer 200 eine Gabelschaltung 203 zur Trennung der abgehenden und ankommenden modulierten Trägerschwingungen vorgesehen. Die Gabelschaltung ist Bestandteil eines Phasenregelkreises im Umsetzer 200 und bewirkt die Übertragung des modulierten Trägers vom Ausgang eines auch hier vorgesehenen, spannnngsgesteuerten Oszillators 204 über die Übertragungsleitung zum Umsetzer 100. Die Gabelschaltung 204 besieht im wesentlichen aus einem Übertrager mit Primärwicklung 205 und Sekundärwicklung 206. Erstere ist an einen Phasenvergleicher 207 angeschlossen, während ein Ende der Sekundärwicklung 206 mit einer Abschlußimpedanz 208 und das andere Ende mit einer Ader der Übertragungsleitung verbunden ist. Eine Anzapfung 209 der Sekundärwicklung ist auch hier mit dem Ausgang des Oszillators 204 verbunden. Die Gabelschaltung bewirkt die Übertragung des an der Anzapfung 209 auftretenden Ausgangssignals des Oszillators auf die Übertragungsleitung, während dieses infolge entsprechender Symmetrie der Anzapfung an der Sekundärwicklung 203 des Übertragers unwirksam bleibt.

Der vom Umsetzer 200 empfangene modulierte Träger sowie ein Teil des Ausgangssignals des Oszillators 204 werden zwei Eingängen des Phasenvergleichers 207 zugeführt. Das Ausgangssignal des letzteren gelangt wieder über eine Reihenschaltung von Verstärker 210, Tiefpaß 211 und Verstärker 212 zu einem Übertrager 214 und hierüber zu einem als Teilnehmergerät vorgesehenen Fernsprechapparat 213; gleichzeitig führt die Primärwicklung des Übertragers 214 weiter zum Steuereingang des Oszillators 204. Der Phasenvergleicher arbeitet wieder mit Produktbildung aus den zugeführten Verglcichssignalen im linearen Arbeitsbereich und kann als linearer Phasendetektor aufgefaßt werden. Die im vorliegenden System auftretenden Phasenänderungen können genügend gering gehalten werden, um die lineare Arbeitsweise über den gesamten Bereich der dem Phasenvergleicher 207 zugeführten Differenzänderungen zu gewährleisten.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 212 ist somit proportional zur Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen des Phasenvergleichers 207. Da nun die Information in der Phase des vom Umsetzer 100 abgehenden modulierten Trägers enthalten ist, so ergibt sich am Verstärker 212 ein der im Umsetzer 200 ankommenden Information entsprechendes Ausgangssignal, welches durch den Übertrager 214 zum Fernsprechapparat 213 gelangt. Außerdem wird über den Übertrager 214 die Gleichstromkomponente des Ausgangssignals der Verstärker 212 auf den Steuereingang des Oszillators 204 gegeben, so daß die Phasenlage des Ausgangssignals des Oszillators derjenigen des vom Umsetzer 100 kommenden modulierten Trägers nachgeregelt wird.

Der Oszillator 204 ist nicht nur an der Demodulation ankommender Signale beteiligt, sondern bewirkt auch die Modulation vom Fernsprechapparat 213 abgehender Signale. Das Ausgangssignal des Oszillators wird hierbei von der zugeführten Steuerspannung bestimmt; es ist durch das über den Übertrager 214 zugeführte Ausgangssignal des Fernsprechapparates 213 moduliert mit dem vom Oszillator 108 im anderen Umsetzer stammenden ankommenden Träger synchronisiert.

Der so erzeugte, mit dem Oszillator 108 synchronisierte, modulierte Träger wird über die Übertragungsleitung 201 zum Umsetzer 100 übertragen, wo der Phasenvergleicher 105 ein dem vom Fernsprechapparat 213 abgehenden Signal entsprechendes Ausgangssignal liefert, da die Information bei einem frequenzmodulierten Träger in der Phasenlage enthalten ist. Wesentlich kommt es dabei darauf an, daß Proportionalität zwischen dem Ausgangssignai des Phasenvergleichers 105 und der Phasendifferenz der zugeführten Vergleichssignale besteht, d. h. das Ausgangssignal des Phasenvergleichers proportional zum Ausgangssignal des Fernsprechapparates 213 ist. Das zeitlich veränderliche Ausgangssignal des Phasenvcrgleichers 105 gelangt dann in der oben erläuterten Weise über Kondensator 119 und Übertrager 118 zum Fernsprechapparat 121 des Umsetzers 100.

Da beide Phasenvergleicher mit maximaler Linearität arbeiten, ist das gesamte System weitgehend Iinear. Die Wirkungsweise der Gesamtanlage bei gleichzeitig arbeitenden Signalquellen in beiden Umsetzern ergibt sich durch Überlagerung der verschiedenen Signalkomponenten, wobei die Phasenvergleicher 105 bzw. 207 jeweils zwei Ausgangssignale liefern, deren eines dem Ausgangssignal des Fernsprechapparates 213 und deren anderes dem Ausgangssignal des Fernsprechapparates 121 entspricht. Wenn also an diesen Apparaten gleichzeitig gesprochen wird, so hört jeder Teilnehmer sowohl seine eigene Stimme wie auch diejenige des Gesprächspartners. Da die eigene Stimme ohnehin unmittelbar hörbar ist, wird die Verständigung durch diese zusätzliche Rückkopplung kaum beeinträchtigt.

Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile:

Die Übertragungsanlage nach Fig. 2 kompensiert selbsttätig die Phasenverschiebung im Überiiagungsweg, d. h. im wesentlichen diejenige des Gegenverkehrskanals. Eine Justierung ist für diesen Ausgleich nicht erforderlich, was insbesondere für den Fall einei Verbindung zwischen einem Vermittlungsamt unc einzelnen Teilnehmeranschlüssen von Bedeutung ist Der Phasenregelkreis im Umsetzer 100 entsprich dann z. B. der 1 eilnehmereinrichtung, während de: Phasenregelkreis im Umsetzer 200 die dem Teilneh mer zugeordnete Anschlußeinrichtung im Vermin lungsamt darstellt. Auch bei einer größeren Anzah von in unterschiedlichen Entfernungen angeordnete! Teilnehmeranschlüssen mit entsprechend unter schiedlicher Leitungslänge und Phasenverschiebun; sind hierbei keine Abgleicharbeiten am Ort der Teil nehmeranschlüsse erforderlich. Jedem Anschluß is dabei im Vermittlungsamt ein eigener Phasenregel kreis zugeordnet. Infolge der Wirkung des Hilfsregel kreises kann ein weiter Bereich von Phasenverschie bungen ausgeglichen werden.

Dem Phasenschieber nach F i g. 3, der im folgende beschrieben wird, wird als Eingangssignal V_E ein Te des Ausgangssignals des Oszillators 108 zugeführ

woraus sich unter der Wirkung der an einen Steuereingang zugeführten Steuerspannung V_s das dem entsprechenden Eingang des Phasenvergleichers 105 zugeführte Ausgangssignal K₄ ergibt. Als Eingangsverstärker ist ein PNP-Transistor 400 vorgesehen, der über einen Kollektorwiderstand 401 an den Minuspol einer Speisestromquelle und über einen Emitterwiderstand 402 an ein Bezugspotential angeschlossen ist. Zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 400 liegt ein steuerbares Impedanznetzwerk, welches im vorliegenden Fall aus der Reihenschaltung eines Kondensators 403 und der Quellen-Senkenstrecke eines Feldeffekt-Transistors 404 besteht. Die Senkenelektrode ist dabei an den andererseits mit dem Kollektor des Transistors 400 verbundenen Kondensator 403 und die Quellenelektrode an den Emitter des Transistors 400 angeschlossen. Zwischen der Steuerelektrode des Feldeffekt-Transistors 404 und

dem Bezugspotentialanschluß liegt der Steuereingang, zwischen der Verbindung von Kondensator 403 und Senkenelektrode der Ausgang des Phasenschiebers. Der Steuereingang des Phasenschiebers ist im Anwendungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 an den Ausgang des die Steuerspannung V_s liefernden Verstärkers 116 im Hilfsregelkreis 113 des Umsetzers 100 angeschlossen. Die Quellen-Senkenstrecke des Feldeffekt-Transistors stellt eine in Abhängigkeit von der Steuerspannung veränderliche Impedanz dar, so daß die Übertragungsimpedanz des Netzwerks und damit die im Phasenschieber erzeugte Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal mit Hilfe der Steuerspannung einstellbar ist. Bei zunehmender Steuerspannung, d. h. Ausgangsspannung des Verstärkers 116, nimmt die hierdurch in der Schaltung gemäß Fig. 3 erzeugte Phasenverschiebung gleichsinnig zu.

Hierzu 1 Biatt Aeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur übertragung von Nut7sipnalen mit gleichfrequenten Trägern für beide Ubertragungsrichtungen zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen, mit phasenstarrem Steuerkreis, der einen Phasenvergleicher und einen modulierbaren Oszillator aufweist, welcher den Träger für das abgehende Signal erzeugt und mit einem Eingang des Phasenvergleichers zum Phasenvergleich mit dem ankommenden Träger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Sende-Empfangs-Station zwischen den Ausgang des Oszillators (108) und den Eingang des Phasenvergleichers (105) ein steuerbarer Phasenschieber (109) geschaltet ist, der durch die Gleichspannungskomponente des Ausgangssignais des Phasenvergleichers kontinuierlich in Richtung auf die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Phasenbc/iehung am Phase η ve !gleicher zwischen der Oszillatorschwingung und dem ankommenden Träger steuerbar ist, und daß zur Unterdrückung von Gleichspannungskomponenten dem Modulationseingang des Oszillators ein Kondensator (119) vorgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang des Phasenschiebers (109) ein Tiefpaßsiebglied (114, 115) vorgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, uadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (109) wenigstens ein veränderliches, spannungsabhängiges Impedanzelement (404) aufweist, dessen Impedanzwert in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Phasenvergleichers (105) steuerbar ist.