DE1911267A1

DE1911267A1 - Verfahren zur Fehlerortung fuer Pulsuebertragungsleitungen

Info

Publication number: DE1911267A1
Application number: DE19691911267
Authority: DE
Inventors: Barjot Michel Francois; Pierre Girard; Chatelon Andre Edouard Joseph
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1968-03-08
Filing date: 1969-03-05
Publication date: 1969-12-18
Also published as: GB1252650A; US3586968A; ES364483A1; FR1565552A; BE729506A; CH515660A

Description

Dipl.Phys.Leo Thul

7 Stutt^art-Feuerbach

Kurze Str.8

M.F.Barjot et al 5-27-8

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Verfahren zur Fehlerortung für Pulsübertragungsleitungen

Das Problem der Fernüberwachung von Übertragungsleitungen über Kabel ist allgemein gekannt. Zur Lösung dieses Problems ist ein System zur Fehlerortung notwendig. Ein solches System ist insbesondere dann zweckmässig, wenn ein Übertragungssystem für Pulscodemodulation vorhanden ist. Dieses Modulationsverfahren ist allgemein unter dem Namen PCM bekannt.

Die bei diesem Modulationsverfahren erhaltenen Impulse werden z.B. mit Geschwindigkeiten in der Grössenordnung von Megabaud an ein Telefonkabel angelegt, so dass die Impulse während ihrer Übertragung starken Dämpfungen unterworfen sind. Es ist deshalb notwendig, sie in Verstärkern zu regenerieren, die relativ dicht beieinander liegen und die deshalb für eine gegebene Entfernung sehr zahlreich sind. Die Wahrscheinlichkeit einer Störung in einem Übertragungsweg, der eine grössere Zahl von Verstärkern und eine identische Zahl von Kabelabschnitten enthält, ist nicht vernachlässigbar und es muss deshalb ein System zur Fehlerortung vorgesehen werden, welches den Einsatz von zusätzlichen Anordnungen erfordert. Das System zur Ortung muss deshalb so realisiert werden, dass die zusätzlichen Anordnungen die Sicherheit der Übertragungsstrecke nicht verringern.

Der Erfindung liegt .die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fehlerortung für ein oder mehrere innnerhalb eines Kabels liegende Pulsübertragungsleitungen, die in regelmässigen Abständen Regenerativverstärker enthalten, insbesondere für PCM-Übertragungs-

4. Mär.z 1969

Ti/Kö -/-

009851/1167

M.P.Barjot et al 5-27-8

leitungen zu schaffen, das die arlässlichkeit des Systems nicht beeinflusst. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht* dass zur Feststellung des Fehlerortes auf die fehlerhafte Übertragungsleitung von der sendenden Endstelle einepulsfolge mit der Periode T mit erhöhter Sendespannung ausgesendet wird, dass diese Pulsfolge nach jedem Regenerativverstärker über einen auf die Folgefrequenz ^=F abgestimmten Schwingkreis selektiv ausgekoppelt wird, dass durch die positiven bzw. negativen Halbwellen der vom Schwingkreis abgegebenen Schwingungen nach Durchlaufen einer Schwellwertschaltung Schaltstufen gesteuert werden, durch deren Ausgangssignale ein bistabiler Schaltkreis betätigt wird, der eineRechteckwelle mit einer der ausgesendeten Pulsfolge gleichen Periode T abgibt, dass diese Ausgangssignale auf eine unverstärkte Leitung gegeben werden und ihre vektorielle Summe an der empfangenen Endstelle als Spannung oder Strom gemessen und aus dem ermittelten Wert die Lage der Fehlerstelle ermittelt wird.

Die Erfindung wird nun anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l ein allgemeines Schaltbild einer Anordnung zur Überwachung einer Übertragungsleitung für PCM.

Fig.2a und 2b Vektor-Diagramme, mit denen die Amplitudenbereiche, des auf der Überwachungsleitung empfangenen Signales festgelegt werden können. · ^

■Fig.3 die Schaltung eines Kreises, der mit Verstärkern des gleichen Ranges verbunden ist.

Fig.4a-4h Diagramme von Signalen, die an verschiedenen Punkten der Anordnung nach Fig.3 auftreten und

Fig.5 eine Anordnung zur Speisung der Kreise D in Fig.l.

In der Fig.l ist ein Übertragungssystem für PCM dargestellt. Dieses System enthält eine bestimmte Zahl N von Leitungen, wobei jede Leitung für die Übertragung einer bestimmten Zahl von Kanälen

90 9851/1167 -/-

M.F.Barjot et al 5-27-8

vorgffiäien ist. Diese Zahl der Kanäle ist im allgemeinen 24. Physikalisch wird jede Leitung durch 2 Leitungen gebildet, die ein Paar darstellen. Die Zahl der Leitungen oder der Paare, die wirklich in einem Kabel benötigt werden, ist kleiner als N, so dass es möglich ist, den Verkehr über Reserveleitungen fliessen zu lassen, wenn bestimmte Leitungen.Fehler haben. In einem Übertragungskabel können Leitungen für Sprachübertragung und Leitungen für PCM-Übertragung vorgesehen werden.

Es sei angenommen, dass das Übertragungskabel nl Leitungen enthält, die der Übertragung zwischen den Endstellen West und Ost in einer Richtung dienen, z.B. in der Richtung West-Ost und n2 Leitungen, die der Übertragung in entgegengesetzter Richtung dienen, d.h. in der Richtung Ost-West. In der Fig.l sind nur die zwei Leitungen West-Ost 1 und nl und die Leitung Ost-West n2 dargestellt. Jede dieser Leitungen erftiält auf der Sendeseite einen Sender E und auf der Empfangsseite einen Empfänger Rec. Die Verstärker R liegen in regulären Intervallen in jeder Leitung, so dass sie das Signal verstärken können, das durch jeden Kabelabschnitt gedämpft wurde. Der Empfänger Rec enthält grundsätzlich einen Verstärker, der mit Rn bezeichnet ist. Es ist selbstverr ständlich, dass in einem Übertragungskabel die. Verstärker für alle Leitungen immer an der gleichen Stelle des Kabels angeordnet sind.

Weiterhin ist eine Reserveleitung für die Fehlerortung vorgesehen. Diese Leitung L ist mit ihren beiden Anschlüssen mit einem Messkreis bzw. einem Speisekreis versehen, je nach der Übertragungsrichtung, die man betrachtet. Wenn die betrachtete PCM-Leitung für die Übertragung von West nach Ost dient, ist die Leitung L in der Station West mit einem Speisekreis Al und in der Station Ost mit einem Messkreis Ml verbunden. Wenn andererseits die PCM-Leltung für eine Übertragung Ost-West dient, ist die Leitung L in der Station Ost mit einem Speisekreis A2 und in der Station West mit einem Messkreis M2 verbunden. Die Verbindung mit dem einen oder anderen dieser Kreise erfolgt mit einem Umschalter.

-A 909851 /1167

M.F.Barjot et al 5-27-δ

"Der Speisekreis kann jedoch auch auf der gleichen Station wie der Messkreis liegen. Bei jedem Abschnitt ist die Leitung L mit verschiednen Verstärkern Rl,R2 ....Rk...Rn über je einen Kreis D verbunden, der anhand der Fig.3 näher beschrieben wird. In der Fig.1 sind nur die Kreise Dl, D2 und.Dk dargestellt, die mit den Verstärkern Rl, R2 bzw. Rk verbunden sind.

Zur Fehlerortung wird ein bestimmter Code, der kompatibel mit den Verstärkern ist und von dem man die Grundfrequenz F des Spektrum kennt, auf die gestörte Leitung ausgesendet. In jedem Verstärker vor der Fehlerstelle wird das Signal, das dieser Grundfrequenz entspricht, festgestellt und im Kreis D in Impulse der Amplitude M und der Grundfrequenz F umgewandelt, die dann an die Leitung L angelegt werden. Die Impulse, die von den Kreisen D abgegeben werden, die den Verstärkern zugeordnet sind, die vor der Fehlerstelle liegen, erzeugen ein Signal, von dem am Ende der Leitung L der Pegel der Grundfrequenz F festgestellt wird. Da die Dämpfung, der die Grundfrequenz in jedem Abschnitt der Leitung L unterworfen ist und auch die maximale Phasenverschiebung durch die fehlerhafte Leitung und die Leitung L bekannt ist, ist es möglich, aus den verschiedenen Bereichen des Pegels der Amplitude der Grundfrequenz F des Signales auf der Leitung L die Lage des Fehlers zu bestimmen.

Für die Erläuterung wird angenommen, dass jede Übertragungsleitung η Abschnitte enthält und somit auch η Verstärker, wobei der Verstärker Rn des Empfängers Rec mitgezählt wird. Diese Verstärker erhalten die Bezugszeichen Rl bis Rn und es wird angenommen, dass die Fehlerstellen hinter dem Verstärker Rk liegt. In der Tabelle I sind die verschiedenen möglichen Wege des Ortungssignales (Code und Impulse der Amplitude M) dargestellt.

909851 /1167

M.P.Barjot	- 5 - et al 5-27-8	Zahl der Verstärker	Zahl der Kreise D	1	911267	η
Tabelle I		1	1			η
	Zahl der Leitungs- abschnitte	2	Γ		η
Signal vom Kreis	1	k-3	1	Zahl der Gesamt- Lokali- zahl der sierungs- Abschnitte abschnitte	η
Dl	2	k-2	1	n-1	η
D2	k-3	k-1	1	n-2	η
Dk-3	k-2	k	1	n-(k-3)
Dk-2	k-1		n-(-k-2)
Dk-I	k		n-(k-l)
Dk		n-k

Diese Tabelle I zeigt, dass für zwei verschiedene Wege die Ortungssignale die gleiche Zahl von Kabelabschnitten durchlaufen und nur einen einzigen Kreis D. Die Zahl der durchlaufenen Verstärker ändert sich jedoch von einem Übergang zu anderen. Daraus folgt, dass die Zeitdifferenz der Ausbreitung zwischen zwei aufeinander folgenden Wegen nur von der Verzögerung in den zusätzlichen Verstärkern abhängig ist und von der Ausbreitungsgeschwindigkeit in den Leiterpaaren des gleichen Kabelabschnittes. Bei der Grundfrequenz entspricht diese Gesamtdifferenz der Ausgangszeit einer Phasenverschiebung um den Winkel a.

Um die Berechnung zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Dämpfung, der die Grundfrequenz in jedem Kabelabschnitt unterworfen ist, den Paktor 2 hat. Wenn man mit U die Amplitude der Grundfrequenz P der Impulse bezeichnet, die vom Kreis D ausgesendet werden, ist am Eingang des Messkreises Ml die Amplitude

dieser Komponente

= v. Am Eingang des Kreises Ml hat

90 9851/1167

M.F.Barjot et al 5-27-8

die Komponente, die von den durch den Kreis D2 ausgesandten Impulsen stammt, den Wert —75— = 2v. Diese verschiedenen

Komponenten der gleichen Grundfrequenz F der Impulse¹, die durch die Kreise Dl,D2 ... Dk ausgesandt werden, können durch Vektoren Vl,V2... Vk dargestellt werden, deren Amplituden die V/erte

k-1

v, 2v ... 2 ν haben. Die Amplitude der Frequenz F des Eingangssignales am Eingang des Kreises Ml ist dann für einen Fehler, der zwischen den Verstärkern Rk und Rk+1 liegt, gegeben durch den Summenvektor der verschiedenen Vektoren Vl bis Vk. Diese Vektoren werden mit ihrer Amplitude und mit ihrer Phase dargestellt. Diese Summe hat einen Maximalwert, wenn alle Vektoren in Phase sind; sie ist gegeben durch

Smax = ν

-m=0

In Fig.2a ist diese vektorielle Addition für k=4 dargestellt. Man erhält also Smax = 15· Die Summe ist andererseits ein Minimum, wenn alle Vektoren einer maximalen Phasenverschiebung a unterworfen sind. Sie ist dann gegeben durch

1 /-cos a \

a= 2¹^¹ v-

In der Fig. 2b ist diese vektorielle Addition dargestellt für k-Λ und a= 30°; Smin ist dann gleich 15,65 v.

Damit die Ortung des Fehlers möglich ist, darf das Signal, das bei einem Fehler der zwischen den Verstärkern Rk-I und Rk (Abschnitt k) auftritt, nicht mit einem Signal verwechselt werden, das auftritt, wenn ein Fehler zwischen den Verstärkern Rk und Rk+1 liegt.(Abschnitt k+a), d.h. die möglichen Signale für jeden Abschnitt müssen in Bereichen liegen, die sich nicht überlappen. Das maximale Signal für den Abschnitt k, nämlich das

9 0 9 8 5 1/116 7

M.F.Barjot et al 5-27-8

Signal Smax (k) muss immer kleiner sein als das minimale Signal für den Abschnitt k+l, das mit Smin (k+l) bezeichnet ist. Man erkennt, dass bei einem gegebenen Wert von a, das Verhältnis zwischen

Smin (k+l)

Smax OO

um so kleiner wird, je grosser die Zahl k wird, Dieses Verhältnis strebt einem Grenzwert zu, der durch

, cos a

gegeben ist, wenn k dem Wert unendlich zustrebt. Wenn a = 30° ist, liegt die Grenze bei 1,76.

Um den Fehlerort festzustellen, genügt es, das gemessene Signal zu kennen und seinen Wert mit den maximalen Werten der Signale für die verschiedenen Abschnitte zu vergleichen. Der fehlerhafte Kabelabschnitt ist dann derjenige, für den das gemessene Signal kleiner· als das maximale Signal des vorhergehenden Abschnittes ist.

In der Tabelle II ist der Abschnitt, der gestört sein kann und der zugehörige Messbereich für eine Übertragungsleitung mit Abschnitten dargestellt.

909851 / 1 167

M.F.Barjot et al 5-27-8

Tabelle II	Messbereich
	S = O
	0 < S 4 ν
	ν < S 4 3v
	5v< S ^ 7v
	Tv^ S or 15 ν
	15v < S 4 JIv
	51v< S 4 6^v
	63v< S ^. 127v
	127v4 S 4 255ν
	255v < S 4 51Iv



Abschnitts-Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Die Amplitude U der Grundkomponenten der Impulse, die von den Kreisen abgegeben werden, muss so gross sein, dass bei der Messung eines Signales vom Kreis Dl dieses vom Störgeräusch unterschieden werden kann. Diese Geräusche können von Übersprechspannungen auf die Leitung L stammen; die Spannung ist abhängig ,von dem Pegel dar· Frequenz F in jeder Übertragungsleitung. Diese Überspreabspannung Ed ist gegeben durch die Formel _;.

Ed = Υ (p -1) (rf-)

in der ρ die Zahl der störenden Paare, f das tibersprech*erhältnis zwischen zwei Paaren eines Kabels und e den Pegel der, Komponente der Frequenz F, die in einem zufälligen Code am Ausgang

V-909851/1167

M.P.Barjot et al 5-27-8 -

e.ines Verstärkers auftritt, bezeichnet. Wenn Ed so festgelegt ist, ist die Amplitude U gegeben durch die Formel 20 log |i-r- nb + c, in dieser bezeichnet b die Dämpfung in Dezibel für jeden Abschnitt und c den Übersprechschutz für die Frequenz F, der überlagert ist, um das Signal von den Störgeräuschen unterscheiden zu können. Aus dem Wert U kann dann der Formfaktor und die Amplitude M für die von jedem Kreis D ausgesendeten Impuls festgelegt werden.

In der Fig.3 ist die Schaltung eines Kreises D dargestellt, der für alle Verstärker an der gleichen Stelle vorgesehen ist, und eines Feststellkreises für die Frequenz F, der jedem Verstärker zugeordnet ist. Der bekannte Teil des Verstärkers ist durch ein Rechteck 10 dargestellt, in dem die Wicklungen 11 und 12 die Eingangs- und Ausgangsübertrager des Verstärkers darstellen. Der Feststellkreis ist an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen und besteht aus einem Transformator 13* dessen Sekundärwicklung über einen Kondensator 14 auf die Frequenz F abgestimmt ist. Eine Schwellwertschaltung, die aus den Dioden 15 und 16 besteht, ermöglicht es, dass nur solche Signale ausgewertet werden, die oberhalb eines bestimmten Wertes liegen, d.h. Signale, die dem Feststellcode entsprechen.

In den Fig.4a bis 4h sind Diagramme von Signalen dargestellt, die an verschiedenen Punkten A bis H der Fig.3 auftreten. Am Punkt A/ d.h. am Ausgang des Verstärkers wird das Signal durch den Feststellcode gebildet, der sich in regelmässigen Abständen wiederholt. Im Ausführungsbeispiel enthält der Code dreimal die Ziffer 1 in der Form eines bipolaren Signales. Der Code wiederholt sich mit einer Frequenz 2F = 96,50 kH2. Infolge der Verwendung eines bipolaren Signales ist die Grundfrequenz des Signales in der Fig.4a F = tb , Diese Frequenz F ist so gewählt, dass sich bei ihr eine Dämpfung UBf. den Faktor 2 je Abschnitte ergibt. Weiterhin gibt dar gewählte wiederholte Code den Maximumwert der Komponente mit der Frequenz F. Das Signal am Punkt B (Fig.4b) ist ein. sinusförmiges Signal mit der Frequenz F,

V-909851/1167

M.F.Barjot et al 5-27-8

dessen Amplitude proportional zum Pegel der Komponente der Frequenz F des über die Übertragungsleitung übertragenen Signales ist. Am Punkt C, dem Ausgang des Schwellwertkreises, hat das Signal die in Fig.4c dargestellte Form. Dieses Signal kann nur das Feststellsignal sein. Dieses Signal wird durch den npn-Transistor Ql verstärkt, der in der Klasse A arbeitet. Das verstärkte Signal wird dann gleichseitig an zwei Transistoren Q2 und 03 angelegt. Der npn-Transistor Q2, der bei Fehlen eines Signales oder bei einem negativen Signal durch die Diode 17 gesperrt ist, wird bei dem positiven Anteil des Signales nach Flg.4d leitend. Die Diagramme der Signale an den Punkten E und G der Kollektoren der Transistoren Q2 und 03 sind in den Fig.4e bzw. 4f dargestellt. Die von dem Transistor 03 abgegebenen Signale werden an die Basis eines Transisotrs 05 angelegt, der mit dem Transistor 0,6 einen bistabilen Kreis bildet. Dieser bistabile Kreis kippt z.B. bei jeder positiven Flanke des Signales in Fig,,4f in den Zustand 0 und bei jeder positiven Flanke des Signales nach Fig.4g in den Zustand 1. Das letztere Signal würde durch Inversion des Signales vom Transistor Q2 über den npn-Transisbor Q4 erhalten. Das Ausgangssignal wird tforn Kollektor des Transistors 05 abgenommen und über einen Widerstand 19 und· einen Kondensator 20 an die Feststelleitung L angelegt. Dieses in Fig.4h dargestellte Ausgangssignal besteht aus einer Folge von rechteckförmigen Impulsen der Periode T ■ und dem Formfaktor 1/2. Der Viert des Widerstandes 19 wird so gewählt, dass die Amplitude der rechteckförmigen Impulse am Eingang der Leitung M ist.

Der Kreis D mit den Transistoren 0,1 bis Q6 ist gemeinsam für alle Verstärker an der gleichen Stelle unabhängig von der Übertragungsrichtung. Dieser Kreis ist also, wie in Fige5 dargestellt, mit (nl + n2) Verstärkern der gleichen Stelle verbunden. Jeder Verstärker enthält einen Feststellkreis für den Feststellcode, der oben beschrieben wurde.

In der Flg.5 ist ein Ausführungsbeispiel für die- Speisung der Kreise, die mit den Bezugszeichen Dl, D2 ... Dn bezeichnet sind,

. -A

909851/1187

" ^X1 " 1311267

M.F.Barjot et al 5-27-8

dargestellt. Der Kreis Dn ist dabei dem Verstärker FIn des Empfängers Rec zugeordnet. Die Speisung erfolgt Über die Feststellleitung L, an die in bekannter Weise eine ausreichende Spannung V an einen der Anschlüsse angelegt wird. Die für die Kreise D notwendige Arbeitsspannung wird über eine Zenerdiode (Zl...Zn) abgenommen. Die Widerstände r stellen die Widerstände derKabelabschnitte dar und der Widerstand Zc den Wellenwiderstand der Leitung. Es ist selbstverständlich, dass die Feststellung des zu messenden Signales und die Einspeisung der Speisespannung V an unterschiedlichen Enden der Leitung oder auch am gleichen Anschluss der Leitung L durchgeführt werden können. Man kann auch die KieLse D über die Versorgungsspannung der Verstärker speisen. Die anhand der Fig.5 beschrieben Lösung hat jedoch den Vorteil, dass die Speisespannung nur für die Zeit der Messung entnommen wird. " - . . Für die Feststellung eines Fehlers auf einer Übertragungsleitung werden zwei Bedienungspersonen benötigt, nämlich eine Bedienungsperson an jedem Ende der Leitung. Diese Bedienungspersonen sind telefonisch über den Dienstkanal verbunden Die Bedienungsperson in der Sendestelle schaltet einen Generator für den Feststelleode nacheinander an jede Übertragungsleitung und für jede Leitung, misst die Bedienungsperson in der Empfangsstelle den Pegel der Grundfrequenz und vergleicht ihn mit den verschiedenen Werten der Tabelle II, um die Stelle des Fehlers festzustellen. Bei der umgekehrten Übertragungsrichtung sind die Rollen der Bedienungspersonen vertauscht.

Die Zahl der Bedienungspersonen kannauf eine Person verringert werden, wenn man eine zweite Übertragungsleitung ohne Verstärker vorsieht, die nur die Aufgabe hat, das über die erste Leitung in der Empfangsstelle empfangene Signal zur Sendestelifc zurück zu übertragen. Wenn es notwendig 1st,wird dieses Signal verstärkt, bevor es an die zweite Leitung angelegt wird*

4 Patentansprüche,
3 Bl.Zeichungen,5Fig.

909 851/1167. . ' __f_

Claims

Patentansprüche

(l.J Verfahren zur Fehlerortung für ein oder mehrere innerhalb eines Kabels liegende Pulsübertragungsleitungen, die in regelmässigen Abständen Regenerativverstärker enthalten, insbesondere für PCM-Übertragungsleitungen,dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung des Fehlerortes auf die fehlerhafte Übertragungsleitung von der sendenden Endstelle eine Pulsfolge mit der Periode T mit erhöhter Sendespannung ausgesendet wird, dass diese Pulsfolge nach jedem Regenerativverstärker über einen auf die Folgefrequenz ψ = F abgestimmten Schwingkreis selektiv ausgekoppelt wird, dass durch die positiven bzw. negativen Halbwellen der vom Schwingkreis abgegebenen Schwingungen nach Durchlaufen einer Schwellwertschaltung Schaltstufen gesteuert werden, durch deren Ausgangssignale ein bistabiler Schaltkreis betätigt wird, der eine Rechteckwelle mit einer der ausgesendeten Pulsfolge gleichen Periode T abgibt, dass diese Ausgangssignale auf eine unverstärlde Leitung gegeben werden und ihre vektorielle Summe an der empfangenen Endstelle als Spannung oder Strom gemessen und aus dem ermittelten Wert die Lage der Fehlerstelle ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass'der an der empfangenden Endstelle auftretende Strom- bzw. Spannungswert zur sendenden Endstelle zurück übertragen wird.

J). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufen für jede Verstärkerstelle von Regenerativverstärkern unterschiedlicher Übertragungsleitungen gesteuert werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufen von einer Endstelle aus nach Art einer Serienspeisung über die unverstärkte Leitung ferngespeist werden.

909851 /1167