DE2123903A1

DE2123903A1 - Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk

Info

Publication number: DE2123903A1
Application number: DE19712123903
Authority: DE
Inventors: William Laurence Harbor N.J. I-Hsuan Chen (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-05-19
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3652952A; FR2090137A1; CA947869A; SE363712B; JPS5736770B1; FR2090137B1; DE2123903C2; GB1339342A; BE767252A

Description

Western Electric Company Incorporated Chen, W. I. H.

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Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk

Die Erfindung betrifft ein elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk zur Kompensation der Dämpfungs charakteristik an übertragenen Signalen.

Bei Impulsübertragungssystemen werden Zwischenverstärker benutzt, die in bestimmten Intervallen längs der Übertragungsleitung angeordnet sind, um das übertragene Signal zu regenerieren. Jeder dieser Zwischenverstärker besitzt ein Korrektionsfilter, um die Dämpfungscharakteristik des Kabels zu kompensieren. Das Korrektionsfilter ist hierbei für einen bestimmten optimalen Zwischenverstärkerabstand ausgelegt. Aufgrund der Notwendigkeit, die Zwischenverstärker an bestimmten geographischen Orten anzubringen, führt dazu, daß andere Abstände als die vorgegebenen optimalen Abstände gewählt werden müssen. In solchen Fällen besteht die f

Funktion eines Leitungsergänzungsnetzwerkes darin, die Länge des Kabels zu kompensieren, die gleich der Differenz zwischen dem vorgegebenen optimalen Zwischenverstärkerabstand und dem tatsächlichen Zwischenverstärkerabstand ist.

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In der Vergangenheit wurden konzentrierte R-., L-, und C-Komponenten für die Leitungsergänzungsnetzwerke verwendet. Diese konzentrierten Schaltungen waren jedoch wegen ihrer Kompexität sowohl bezüglich der Bandbreite, als auch der Genauigkeit begrenzt. Sogar ein kompliziertes konzentriertes Netzwerk, wie beispielsweise das in der US-Patent schrift 3 568 100 von R. A. Tarbox beschriebene ist hinlänglich ungenau, da es versucht die Variation der simulierten Länge durch die Steuerung eines einzelnen Widerstandswertes nach einem nichtlinearen Steuergesetz zu bewerkstelligen. Wegen dieser Nichtlinearität können diese konzentrierten Netzwerke nicht genau eingestellt werden. Darüberhinaus ist es wünschenswert nicht nur eine genaue Einstellung eines Leitungsergänzungsnetzwerkes vornehmen zu können, sondern es ist darüberhinaus auch wünschenswert ein Leitungsergänzungsnetzwerk zu haben, das so verändert.werden kann, daß es effektive Kabellängenänderungen als Funktion der Temperatur kompensieren kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht einerseits darin, die genannten Nachteile der bekannten Kabellängenveränderungsmittel zu vermeiden und andererseits ein Leitungsergänzungsnetzwerk anzugeben, das eine automatische Längenänderung als Folge von Temperaturschwankungen kompensiert. Für ein elektronisches

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variables Leitungsergänzungsnetzwerk zur Kompensation der Dämpfungscharakteristik an übertragenen Signalen besteht die Erfindung darin, daß zwei parallele Stromzweige vorgesehen sind, an denen das übertragene Signal als Eingangssignal anliegt, wobei der erste Stromzweig aus einem Verstärker mit der Verstärkung X besteht, zu dem ein RC-Netzwerk in Reihe geschaltet ist, das ein Kabel der Länge L nachbildet und der zweite Stromzweig aus einem Verstärker mit der Verstärkung (1-X) besteht und wobei die Verstärkung X definiert ist als:

f_n(X)

m ■ ο η - m m y η

worin N die Zahl der parallelen Zweige minus 1 entspricht und daß schließlich eine Kombinationsschaltung vorgesehen ist, die die Ausgangssignale der parallelen Zweige kombiniert.

Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung besteht das Leitungsergänzungsnetzwerk mindestens aus zwei parallelen Zweigen mit unterschiedlicher

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Übertragungsverlustcharakteristik. In einem doppelzweigigen
Ergänzungsnetzwerk gemäß der Erfindung enthält der erste Pfad einen genau einstellbaren, jedoch einfachen Verstärker mit der
Verstärkung X, dem ein Kabelabschnitt der Länge L folgt oder
dem ein RC-Netzwerk folgt, das ein solches Kabel nachbildet, jedoch keinerlei Verzögerungswirkung besitzt. In Abhängigkeit von einem Eingangsimpuls, erzeugt dieser erste Zweig einen Atisgangsimpuls mit zwei Komponenten: Die erste ist in ihrer Form mit
dem Eingangsimpuls identisch, besitzt aber eine kleinere Amplitude (X < 1) und die zweite Komponente stellt die Verzerrung dar, die von einem Kabelabschnitt der Länge XL eingeführt wird. Der zweite Parallelzweig verwendet einen anderen genau einstellbaren, trotzdem einfachen variablen Verstärker mit der Verstärkung
(1-X) und, wenn der erste Zweig einen Abschnitt der Kabellänge L enthielt, eine reine Verzögerung. Wie unten mathematisch nachgewiesen wird, ist, wenn die Aus gangs signale der beiden Zweige kombiniert werden, das Resultat ein Impuls, der identisch einem Impuls ist, der erzeugt worden wäre, wenn der Eingangsimpuls
über ein Kabel mit der Länge XL übertragen worden wäre.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kommt dann zum Tragen, wenn es erforderlich ist, die Zwischenverstärker in

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Abständen voneinander anzuordnen, die größer sind, als der vorgegebene Optimalabstand. In solchen Fällen kann die effektive Länge der Kabel zwischen den Zwischenverstärkern gemäß dem Konzept des vorliegenden Netzwerkes verringert werden.

Es ist daher ferner ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, Ungenauigkeiten der bekannten Leitungsergänzungsnetzwerke zu eliminieren und darüberhinaus Ungenauigkeiten der Steuerung zu eliminieren, so daß das Leitungsergänzungsnetzwerk mit Hilfe einer externen Steuerspannung genau eingestellt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines elektronisch zu variierenden

Leitungsergänzungsnetzwerkes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten elektronisch zu variierenden Leitungsnetzwerkes gemäß der ™

Erfindung, und

Fig. 3 das Blockschaltbild eines dritten, elektronisch abzugleichenden Leitungsergänzungsnetzwerkes gemäß der Erfindung.

Die Funktion eines Leitungsergänzungsnetzwerkes besteht darin, 1 0 9 8 A 0 / 1 2 1 Λ

die Länge eines Kabels zu kompensieren, die gleich der Längendifferenz zwischen dem vorgegebenen optimalen Zwischenverstärkerabstand und dem tatsächlichen Zwisehenverstärkerabstand ist. Die allgemeine Charakteristik einer Übertragungsleitung ist durch folgende Beziehung gegeben:

F(S) « e"^{X 7}^ (1)

Die Übertragungscharakteristik des Kabelabschnittes, der simuliert werden soll, ist durch folgende Gleichung gegeben:

H(X, S) * e"^X ^ . (2)

Ein Blockdiagramm des Leitungsergänzungsnetzwerkes gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Es besteht aus zwei Yerfetärkern 10 und 11 mit variabler Verstärkung, die parallel geschaltet sind, um ein Eingangssignal an der Eingangsklemme 12 von einer Signalquelle 13 zu empfangen. Der Ausgang des Verstärkers 10 ist mit einem RC-Netzwerk 14 verbunden, das die gleiche Dämpfungschar akteristik hat, wie ein Kabelabschnitt, das jedoch nicht dessen Verzögerung besitzt. Der Ausgang des Verstärkers 11 und der Ausgang des RC-Netzwerkes sind mit den Eingängen einer Summierschaltung 15, deren Ausgang auch den Ausgang des Leitungsergänzungsnetzwerkes bildet.

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Die Übertragungscharakteristik eines verallgemeinerten Netzwerkes dieser Klasse wird durch folgende Gleichung dargestellt:

T(X S) - £ f (X) e n»0

-nk

(3)

Durch Entwicklung der Gleichungen (2) und (3) in Taylorreihen mit der Variablen \/~S und durch Gleichsetzen der führenden Koeffizienten der ersten N Endpunkte, erhält man die folgende Gleichung:

111 0 12

O- 1 2^N ... N^N

Die Gleichung (4) hat die nachstehende Lösung:

N _χ JTo ™

f_o(x)

f₂(x)

(4)

(5)

wobei I ( das Produkt der verschiedenen Terms darstellt.

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Eine Abschätzung des Fehlers durch Näherung der Gleichungen (2) durch die Gleichung (3) ist durch die nachfolgende Gleichung gegeben;

N+l

TT

m*0

(x-m)

(N+l). (6)

Die Gleichung (5) gibt die erforderliche Verstärkingseinstellung einer allgemeinen N+l-Zweig- variablen Leitungsergänzungsstruktür an, so daß die Verstärkungseinstellung einer Zwei-Zweig-Struktur durch die Einstellung N«l bestimmt wird. Die maximale Länge des Kabels, das von einer Zwei-Zweig-Schaltung gemäß Fig. 1 simuliert werden kann, ist L.

Die obigen Gleichungen stellen einen mathematischen Nachweis dafür dar, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltung eine vorgegebene Kabellänge XL simuliert. Aber auch eine physikalische Erläuterung der Betriebsweise ist möglich, wie im folgenden noch ausgeführt wird. Der erste Zweig, der den Verstärker 10 mit der Verstärkung X und das RC-Netzwerk enthält, arbeitet auf einen Eingangsimpuls hin derart, daß er einen Ausgangsimpuls erzeugt, der zwei Komponenten aufweist. Die erste Komponente ist in ihrer

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Form mit dem Eingangsimpuls identisch, jedoch mit der Ausnahme, daß sie eine X-mal größere Amplitude besitzt* wie der Eingangsimpuls. Die zweite Komponente ist gleich der Verzerrung, die von der Länge des Kabele L eingeführt wird* die voii dem RC-Netzwerk 14 dargestellt wird, nach Verstärkung des Impulses um den Faktor X, wobei X < 1 ist. Die Wirkung der Multiplikation des Eingangs impuls es mit dem Faktor X besteht darin, daß eine Verzerrungskomponente im Aus gangs signal des ersten Zweiges ™

erzeugt wird, die gleich der Verzerrung ist, die von einem Kabel der Länge XL erzeugt wird. Der Ausgang des unteren Zweiges, der einen zweiten Verstärker enthält, der den Verstärkungsfaktor 1 «* X besitzt, ist ein Impuls mit der i-X-fachen Amplitude des Eingangsimpülses. Wenn die beiden Aus gangs signale addiert werden, ergibt sich ein Impuls, der zwei Komponenten besitzt. Die erste Komponente ist sowohl in der Form, als auch der Amplitude mit dem ursprünglichen Eingangsimpuls identisch. Die zweite ä

Komponente jedoch stellt eine Verzerrung dar, die von einem Kabelabschnitt der Länge XL erzeugt wird, die die gewünschte Länge des simulierten Kabels darstellt,

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind zwei Transistorverstärker 25 und 26 in Block-

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Basisschaltung mit ihren Emittern 28 und 29 über einen Widerstand 27 an eine Eingangsklemme 31 angeschaltet. Eine Steuerspännung wird an die Basis 30 des ersten Transistors 25 angelegt. Hieraus ergibt sich, daß der Strom, der durch den Widerstand fließtj auf die beiden Emitter 28 und 29 der Transistoren 25 und 26 aufgeteilt wird, so daß wenn der Strom X in den Emitter 28 fließt, dann ein Strom 1-X in den Emitter 29 fließt, wobei die Steuerspännüng V nur den Wert des Stromes X verändert. Die Basis 30 des Transistors 25 ist über den Kondensator 33 an Erde gelegt, während die Basis 32 des Transistors 26 direkt an dem Erdpötential anliegt. Die Kollektor-Emittervorspannung wird an jedem Transistor über die Widerstände 35 und 36 aufrechterhalten, die zwischen einer positiven Spannungsquelle 37 und dem jeweiligen Kollektor eingeschaltet sind. Die Trennkondensatoren 40 und 41, die jeweils an die Kollektoren der Transistoren 25 und 26 angeschlossen sind, verhindern, daß Gleichstrom in die folgenden Komponenten fließt.

Ein Abschnitt der Länge L des Kabels 42, die frei gewählt ist, um eiiie Dämpfung zu erzeugen* ist mit dem Kondensator 40 verbunden, während ein Kabelabschnitt mit einer Verzögerung, die gleich derjenigen ist, die in einem Kabel der Länge L entsteht,

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jedoch keine Dämpfung verursacht, ist mit dem Ausgang des Kondensators 41 verbunden. Die Signale, die am Ausgang der Kabelabschnitte 42 und 43 vorliegen, werden zu den Emittern der kombinierenden Transistorverstärker 45 und 46 übertragen, die ebenfalls in Block-Basisschaltung geschaltet sind. Die geeignete Emitter-Kollektorvorspannung wird mit Hilfe eines Widerstandspaares 47 und 48 und 50 und 51 aufrechterhalten, die eine Vorspannungsquelle 52 an die Emitter der Transistoren 45 und anlegen. Eine positive Spannung wird von der Spannungsquelle 55 ^

über den Widerstand 56 an die Kollektoren der Transistoren 45 und 46 angelegt.

Die oben angegebenen Gleichungen sind ebenfalls auf diese Schaltung anwendbar. Der funktioneile Unterschied zwischen der Schaltung gemäß Fig. 1 und der Schaltung gemäß Fig. 2 besteht darin, daß der verlustbehaftete Abschnitt des Kabels 42 eine Verzögerung besitzt, so daß für eine ordnungsgemäße Kombination der * Signale in beiden Zweigen, eine reine Verzögerung, d. h. eine Verzögerung ohne Dämpfung, in dem zweiten Zweig vorgesehen werden muß, um die Verzögerung in diesem zweiten Zweig an die Verzögerung des ersten Zweiges anzupassen. In Fig. 1 wurde andererseits ein RC-Netzwerk verwendet, um einen Kabelabschnitt der

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Länge L zu simulieren., wobei ein derartiges Netzwerk keinerlei Verzögerung aufweist. Die oben angegebene Erklärung der physikalischen Arbeitsweise der Schaltung ist ebenfalls auf Fig. 2 anwendbar.

Eine Einrichtung, die die Lehre dieser Erfindung anwendet, ist nicht auf Schaltungen beschränkt, die zwei Zweige benutzen. Die oben angegebenen Gleichungen beziehen sich auf mehrzweigige Netzwerke, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, wobei jeder Zweig, außer dem ersten, ein Kabel 80... 81 enthält, das die Längen 0, L oder ein Vielfaches der Länge L zusammen mit einer Kabellänge 85, 86... 87, die eine reine Verzögerung besitzen, enthält. Der erste Zweig enthält den Verstärker 90 und nur den Kabelabschnitt 85, der eine reine Verzögerung ohne Dämpfung aufweist. Die übrigen Pfade enthalten einen Verstärker 91... 92 zusammen mit den vorher erwähnten Kabelabschnitten. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Addition dieser Signale auf den Zweigen mit Hilfe einer Addier schaltung 95 vorgenommen. Es wurde oben mathematisch nachgewiesen, daß eine derartige Schaltung in der Lage ist, Kabel der Länge NL zu simulieren. Die Kabel 80... 81 können auch durch RC-Netzwerke ersetzt werden, die verzögerungsfrei sind. In diesen Fällen können die Kabel 85, 86.. . 87 entfallen.

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Manchmal sind die Zwischenverstärker zu weit voneinander entfernt. In solchen Fällen ist es wünschenswert die effektive Kabellänge zwischen diesen Zwischenverstärkern zu verringern. Gemäß der Erfindung kann dieses dadurch geschehen, daß eine Schaltung gemäß Fig. 1 verwendet wird, in der das RC-Netzwerk 14 die Phase des Eingangssignals vorverlegt oder verzögert, damit es die entgegengesetzte Phasenlage eines Kabels der Länge L erhält. Durch die Anwendung der Lehre und der zuvor erläuterten Gleichungen, kann die Einrichtung auch so eingestellt werden, daß sie elektronisch eine Kabellänge XL subtrahiert, so daß es der Einrichtung erscheint, als ob die Kabellänge zwischen den Zwischenverstärkern gleich der wirklichen Kabellänge, vermindert um XL, ist.

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Claims

21?3^qCn

Patentansprüche

(1·) Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk zur Kompensation der Dämpfungscharakteristik an übertragenen Signalen, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei parallele Stromzweige vorgesehen sind, an denen das übertragene Signal als Eingangssignal anliegt, wobei der erste Stromzweig aus einem Verstärker (10; Fig. 1) mit der Verstärkung X besteht, zu dem ein RC-Netzwerk (14) in Reihe geschaltet ist, das ein Kabel der Länge L nachbildet und der zweite Stromzweig aus einem Verstärker (11) mit der Verstärkung (1-X) besteht und wobei die Verstärkung X definiert ist als:

N
_nl^x) * I 1 X - m ,

m»o η - m
mjfn

wobei N die Zahl der parallelen Zweige minus 1 entspricht; und daß schließlich eine Kombinationsschaltung (15) vorgesehen ist, die die Aus gangs signale der parallelen Zweige kombiniert.

2. Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher paralleler Schaltungszweig vorgesehen ist, der aus einem Verstärker

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(10; Fig. 1) besteht, der die Verstärkung X besitzt und in Reihe zu einem RC-Netzwerk (14) geschaltet ist und eine Kabellänge simuliert, die um L größer ist, als die simulierte Kabellänge des ersten Schaltungszweiges.

3. Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (10; Fig. 1) und das RC-Netzwerk (14) in dem ersten und jedem

der zusätzlichen Schaltungszweige die Phasencharakteristik des f

übertragenen Signales vorverlegt oder verzögert, damit sie der simulierten Kabellänge in jedem der ersten Schaltungszweige entgegengesetzt ist.

4. Elektronisches variables Leitungsergänzungsnetzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste der genannten Schaltungszweige aus einem Verstärker (91; Fig. 3) mit der Verstärkung X besteht und in Reihe mit einem Kabelabschnitt der g Länge L und einem Kabelabschnitt zur Erzeugung einer Verzögerung, geschaltet ist, daß ferner der zweite der genannten Schaltungszweige einen Verstärker (90) mit der Verstärkung (1-X) besitzt, zu dem ein Kabelabschnitt zur Erzeugung einer Verzögerung in Reihe geschaltet ist, und daß schließlich zusätzliche

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parallele Schaltungszweige vorgesehen sind, von denen jeder
einen Verstärker (92,...) mit einer Verstärkung X besitzt, zu denen in Reihe ein Kabelabschnitt, der um L größer ist als die Kabellänge des zuvor hinzugefügten Schaltungszweiges ist, geschaltet ist.

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