DE2338620A1

DE2338620A1 - Verfahren und vorrichtung zur fernuebertragung von signalen

Info

Publication number: DE2338620A1
Application number: DE19732338620
Authority: DE
Inventors: Roger Dipl-Ing Kniel; Hans De Vries
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1972-12-28
Filing date: 1973-07-30
Publication date: 1974-07-11
Also published as: NL7312953A; ATA1020473A; FR2328377A5; ZA739352B; JPS5826216B2; CH559983A5; SE388741B; DE2338620B2; BE808369A; AU6349073A; GB1426490A; US4007360A; CA1014636A; IT1002398B; DE2338620C3; JPS4997243A; AT326212B

Description

114

PATENTANWÄLTE

DR. MÜUJHR-BOr.S · Dn. ΜΛΝΙΤΖ · DR. DSUFEL H JU¹J

DIPL-iMe. F!M3"ihKY/ALD ■ DIPL-iNG. GRÄMKOW

8 MONCKEfi 22, RO35

ZELLUEGEE AG

Apparate- und Maschinenfabriken Uster

Ch 8610 Uster / Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur Fernübertragung von Signalen

Die Erfindung .bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fernübertragung von Signalen.

Es sind Fernsteuerverfahren bekannt, bei welchen Fernsteuerbefehle mittels Wechselstromimpulsen oder Wechselst romimpulssequenzen übertragen werden. Dies ist beispielsweise bei der Fernsteuerung bzw. der Signalübertragung über Starkstromnetze, insbesondere in der Rundsteuertechnik der Fall. Hierbei werden Wechselstromimpulse einer Fernsteuerfreauenz f„ einem Energieversorgungsnetz mit der Netzfrequenz f„ überlagert. Die Uebertragung eines Signals über ein Energieversorgungsnetz, beispielsweise ein Mittelspannungsstarkstromnetz oder ein Niederspannungsstarkstromnetz stellt im Vergleich zur Signalübertragung über übliche Nachrichtenkanäle ganz besondere Probleme.

Dem Vorteil der weiten Verbreitung eines Energieversorgungsnetzes und damit der Möglichkeit eine grosse An-

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zahl von an dasselbe angeschlossenen Apparaten und Stromverbrauchern durch die genannten Signale erreichen bzw. fernsteuern zu können, steht der Nachteil eines hohen Störpegels des Starkstromnetzes als Nachrichteniibertragungskanal gegenüber. Der Störpegel eines Wechselstrom- Starkstromnetzes setzt sich hauptsächlich aus Störfrequenzen zusammen, welche bestimmte Harmonische der Netzfrequenz f^ sind. Es kommen aber auch häufig transiente Störspannungen vor.

Da in einem Vfechselstrom- Starkstromnetz die Netzfrequenz f„ zeitlich nicht konstant ist, sind es auch die Harmonischen der Netzfrequenz als Störfrequenzen nicht. Bei der Wahl einer geeigneten Pernsteuerfrequenz f„ muss diesem Umstand Rechnung getragen werden. Im Hinblick auf den hohen Störpegel des als Uebertragungskanal dienenden Starkstromnetzes ist es ausserdem vorteilhaft, die Bandbreite der Empfängsvorrichtung so klein zu wählen, wie dies mit dem Charakter der zu übertragenden Nachrichten vereinbar ist. Zufolge dieser kleinen Bandbreite ist es dann aber auch notwendig dafür zu sorgen, dass die Durchlassfrequenz der Empfangsvorrichtung, d.h. ihre Ansprechfrequenz stets möglichst genau mit der tatsächlich ausgesendeten Pernsteuerfrequenz f_g übereinstimmt. Im Hinblick auf die Schwankungen der Netzfrequenz f^. hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die über das Starkstromnetz übertragene Fernsteuerfrequenz f„ prozentual im gleichen

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Masse und im gleichen Sinne zu verändern wie die Netz- frequenz f^.. Die Fernsteuerfrequenz f_g steht dadurch stets in einer festen Beziehung zur Netzfrequenz f„. Durch diese Massnahme "bleibt bei Schwankungen der Netzfrequenz der prozentuale Abstand der Fernsteuerfrequenz ■ f„ von benachbarten Harmonischen der Netzfrequenz f„, welche als Störfrequenzen auftreten, erhalten. Für die Nachführung der Empfängeransprechfrequenz auf die schwankende Pernsteuerfrequenz f„ sind bereits Verfahren bekannt, vgl. beispielsweise die Schweizer Patentschrift 424'968. Nach diesem Verfahren wird die Empfängeransprechfrequenz durch einen Mischprozess unter Zuhilfenahme einer Pilotfrequenz fp gebildet, wobei diese Pilotfrequenz fp im gleichen Verhältnis zur Netzfrequenz f^. steht wie die Fernsteuerfrequenz f„.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch die Abhängigkeit der Grosse des Ausgangssignals des Empfängers von der an sich variablen und nicht voraussehbaren Phasenlage zwischen dem empfangenen Fernsteuersignal und der am Empfangsort vorzugsweise aus der Netzfrequenz erzeugten Pilotfrequenz f_p.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fernübertragung von Signalen über eine Leitung zu schaffen, bei welchen einerseits die sendeseitig erzeugte Signalfrequenz stets · in einer vorgegebenen Beziehung zu einer Hilfsfrequenz, vorzugsweise einer Netzfrequenz steht und anderseits die Empfängeransprechfrequenz stets die gleiche vorgegebene Beziehung zur genannten Hilfsfrequenz, vorzugsweise zur Netzfrequenz aufweist wie die Signalfrequenz f„ und wobei die Stärke des Ausgangssignals der Empfangsvorrichtung im wesentlichen unabhängig ist von der momentanen Phasenlage der empfangenen Signale. Anstelle der ersten Hilfsfrequenz selbst kann allgemein auch einfach ein diese Frequenz charakterisierendes Signal übertragen werden, wobei dieses charakterisierende Signal ebenfalls in einer gegebenen Beziehung zum ersten Hilfssignal steht. Als Leitung kann ein Starkstromnetz aber auch eine beispielsweise für andere Zwecke vorhandene Signal- oder Fernmeldeleitung benützt werden. Die sich bei unstabiler Fernsteuerfrequenz bzw. bei unstabiler Empfängeransprechfrequenz und Anwendung einer in Bezug auf diese !Instabilitäten kleinen Bandbreite auf der Empfangsseite ergebenden Schwierigkeiten sollen durch eine automatische Nachführung der Empfängeransprechfrequenz an die zu erwartende Fernsteuerfrequenz vermieden werden.

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Die vorliegende Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Fernübertragung von Signalen über eine Leitung, insbesondere über ein elektrisches Energieversorgungsnetz, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Sendeseite aus einer einem Sender zugeführten ersten Hilfsfrequenz f™ eine Signalfrequenz f_a gebil-

xUL ο

det wird, welche zur ersten Hilfsfrequenz fg, in einer vorgegebenen ersten Beziehung steht und dass ein die erste Hilfsfrequenz f™ charakterisierendes Hilfs-

rt.l

signal und die.Signalfrequenz f„ über einen und dents

selben Uebertragungskanal oder über verschiedene Uebertragungskanäle zu mindestens einem Empfänger übertragen werden und dass auf der Empfangsseite aus dem die erste Hilfsfrequenz f™ charakterisierenden Signal eine in einer vorgegebenen zweiten Beziehung zur ersten Hilfsfrequenz stehende zweite Hilfsfrequenz, bzw. Taktfrequenz erzeugt wird, welche zur Steuerung seiner Durchlasscharakteristik einem Abtastfilter zugeführt wird.

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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des genannten Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Sendeseite ein durch eine erste Hilfsfrequenz gesteuerter Sender für die Erzeugung einer mit dieser Hilfsfrequenz in der ersten vorgegebenen Beziehung stehende Signalfrequenz vorgesehen ist, dass mindestens ein Uebertragungskanal für ein die erste Hilfsfrequenz charakterisierendes Signal bzw. für die Signalfrequenz zwischen der Sendeseite und der Empfangsseite vorhanden ist und dass auf der Empfangsseite ein Empfänger mit mindestens einem Abtastfilter vorgesehen ist, welchem Abtastfilter die erste Hilfsfrequenz selbst oder eine davon abgeleitete Taktfrequenz als Abtastimpulse und die Signalfrequenz als Empfangssignal zugeführt werden, wobei die Uebertragungsfunktion des Abtastfilters durch die genannte Taktfrequenz veränderbar ist.

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■■ ■ . <

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung.beispielsweise erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild eines digitalen Abtastfilters;

Fig. 2 die Schrittanwort eines digitalen Tiefpasses;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines selektiven Empfangsteils;

Fig. 4 eine Variante eines Empfangsteils; Fig. 5 ein Schaltbild eines Vorfilters; Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau;

Fig. 6a die Uebertragungscharakteristik des Filters nach Fig. 6;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines digitalen Filters;

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Pig. 8 ein Blockschaltbild eines digitalen Integrators;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines digitalen Filters.

In allen Figuren sind sich entsprechende Teile mit gleichen Hinweiszeichen versehen, wobei zu beachten ist, dass Zahlen unter 20 für die Bezeichnung von Anschlüssen integrierter Schaltkreise speziell genannter Typen in Uebereinstimmung mit zitierten Katalogdaten benützt werden.

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G-emäss der vorliegenden Erfindung wird die empfangsseitig notwendige Selektivität durch mindestens ein Abtastfilter erzielt. In dieser Schrift wird der Begriff "Abtastfilter" als Oberbegriff für solche Filter verwendet, bei denen ein Eingangssignal mit einer Frequenz, welche hoher ist als die höchste auszufilternde Frequenz, abgetastet und das Ergebnis der Abtastung analog oder digital zu einem Ausgangssignal weiterverarbeitet wird. Beispielsweise .stellt ein N-Pfad-Filter ein analog arbeitendes Abtastfilter dar. Es gibt aber auch, analog arbeitende Abtastfilter in der Art der Transversalfilter mit sogenannter Eimerketten-Schaltung; auch Digitalfilter gehören dazu.

Abtastfilter der vorgenannten Gattungen weisen stets neben dem Signaleingang mindestens einen Steuereingang auf. Bei diesen Filtern ist ihre Uebertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Frequenz einer zugeführten Steuerspannung bzw. von Steuerspannungen veränderbar. Schliesslich hat die zwischen Eingangssignal und Steuersignal bzw. Steuersignalen bestehende Phasenbeziehung keinen oder doch nur einen praktisch. vernachlässigbaren'Einfluss auf die Stärke des Ausgangssignals. Gerade diese· letztgenannte Eigenschaft ist aber für ein Filter für die Erfüllung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besonders wichtig.

Wegen des periodischen Charakters der Uebertragungsfunk-

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" ¹⁰ " 2338520

tion irgendeines Äbtastfilters ist es in vielen Anwendungsfällen, so beispielsweise in der Rundsteuertechnik notwendig vor dem Abtastfilter ein Vorselektionsfilter vorzusehen.

Die Figur 1 zeigt ein Prinzip-Blockschaltbild eines digitalen Abtastfilters, welches bei Beachtung des Shannon Theorems ein analoges Filter ersetzen kann. In der Figur 1 bezeichnet21 eine Eingangsklemme für ein analoges Eingangssignal u , 22 einen Analog/Digital-Wandler, welcher das zugeführte analoge Eingangssignal u in eine Zahl η als digitales Signal umwandelt, η wird-als Eingangszahl einem Rechner23 zugeführt, welcher entsprechend seiner Programmierung eine Ausgangszahl η

bildet, welche Ausgangszahl in einem anschliessenden Digital/Analog-Wandler24 wieder in ein analoges Ausgangssignal u umgewandelt an eine Ausgangeklemme25 abgegeben wird. Analog/Digital- .und Digital/Analog-Wandler können als bekannt vorausgesetzt werden,' vgl. beispielsweise Bulletin 590-2-2 und Bulletin 371-1-2 der Firma Hybrid Systems Corp. Burlington, Mass., USA, so dass sich hier weitere Angaben erübrigen.

Der Rechner23 hat nun die Aufgabe aufgrund einer momentanen Eingangszahl η und gespeicherter Eingangszah— len der Vergangenheit, sowie aufgrund der momentanen

Ausgangszahl η und aufgrund von Ausgangszahlen der a

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. 1 72 17

Vergangenheit eine neue Ausgangszahl zu errechnen und zwar wird der Rechner nur eine neue Ausgangszahl errechnen, wenn ihm dazu der Befehl durch einen züge- . führten Taktimpuls gegeben wird. Solche Taktimpulse können dem Rechner 25 von einem in Figur 1 nicht gezeichneten Taktgenerator an einen Takteingang26 zugeführt werden (vgl. Pig. 1). Es gilt deshalb folgende Beziehung zwischen Eingangszahl .n und Ausgangszahl η in Funktion zugeführter Taktimpulse ν

(v) = F

21

' ^f

In dieser Formel bedeuten:

η = Eingangszahl

η = Ausgangszahl

Q.

ν = Anzahl Taktimpulse

F = Funktion des Ausdrucks in eckiger Klammer []

^L12

wählbare Funktionen von ν

■21
^:22

Es ist somit ersichtlich, dass bei einem in bestimmter Weise programmierten Rechner η nur noch eine Funktion

ei

von η und ν ist. Nehmen wir an, dass der Rechner so programmiert ist, dass die Uebertragungsfunktion gleich der-

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jenigen eines Filters erster Ordnung ist. Die Schrittantwort des Filters ist dann von der Art wie in Figur 2 dargestellt. Je nachdem nun die Taktimpulse schnell oder langsam gegeben werden, d.h. je nach dem ob die Taktfrequenz hoch oder niedrig ist, hat das durch den Rechner dargestellte· System eine kleine oder eine grosse Zeitkonstante. Da es nun also möglich ist, durch Variation der Taktfrequenz die Zeitkonstante eines Systems bzw. eines Filters erster Ordnung zu ändern ist es auch möglich, dessen Uebertragungsfunktlon, d.h. Frequenzgang zu ändern. Durch Easkadensehaltung und Rückkopplung mehrerer Systeme erster Ordnung ist es demzufolge auch möglich, den Frequenzgang eines Systems bzw. Filters höherer Ordnung durch blosse Aenderung der Taktfrequenz zu verändern. Filter der genannten Art bzw. Berechnungsgrundlagen dafür sind beispielsweise zu finden in folgenden Literaturstellen:

1. Sammelband der Seminarvorträge über digitale Filter Winter-Semester 1968/69 Institut für technische Physik an der ETH Zürich, herausgegeben vom Institut für technische Physik an der ETH., Zürich.

2. Introduction to digital filters, Novak, Schmid, IEE transactions on electromagnetic compatibility, Vol. EMC-IO No. 2 June 1968.

3· Informationen über integrierte Schaltungen Nr. 19

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der "Eimerkettenspeicher", ein Schieberegister für Analogsignale,' Philips AG, Zürich

4. Technischer Bericht Nr. 115 / Analoge und digitale Rechenverfahren zur Approximation vorgegebener Uebertragungsfunktionen mit Transversalfiltern, herausgegeben vom Heinrich-Hertz-Institut für Schwingungsforschung , Berlin-Charlottenburg.

Bei der Fernübertragung von Signalen über ein elektrisches Energieversorgungsnetz ist es bekannt, auf der Sendeseite aus einer einem Sender zugeführten ersten Hilfsfrequenz beispielsweise der Netzfrequenz eine Signalfrequenz zu bilden, welche zur genannten Hilfsfrequenz, d.h. der Netzfrequenz in einer vorgegebenen ersten Beziehung steht. Vgl. hierzu beispielsweise die'Schweizer Patente 370 145 und 447 360. Eine andere Art der Erzeugung einer an eine Hilfsfrequenz, d.h. die Netzfrequenz in einer vorgegebenen ersten Beziehung stehenden Signal— frequenz ist beispielsweise in der Schweizerischen Patentschrift 454 267 beschrieben. Hier wird die Signalfrequenz mittels eines rotierenden Umformers gewonnen. In der Schweizerischen Patentschrift 454 267 ist im weiteren erläutert, wie Fernsteuerbefehle gebildet und als Wechselstromimpulse einem Starkstromnetz überlagert werden und wie dieselben auf der Empfangsseite dem Starkstromnetz entnommen werden können. Ein Beispiel eines Rundsteuerempfängers ist beispielsweise in der Schweize-

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rischen Patentschrift 522 315 beschrieben, wobei dort ein Empfangsorgan erwähnt ist, welches die empfangenen tonfrequenten Impulse, in eine digitale Impulsfolge umwandelt. Der Empfänger ist an die Starkstromleitung angeschlossen, welche neben der Fetzfrequenz und ihren mehr oder weniger zahlreichen Harmonischen auch Störspannungen führt. Während der Uebertragung von Fern— Steuerbefehlen ist dann ausserdem das Fernsteuersignal mit der Signalfrequenz f„ vorhanden. Aufgabe des Empfangsteils ist es nun, diese Signalfrequenz f_ö aus dem angebotenen Frequenzgemisch selektiv zu empfangen und eine den Fernsteuerbefehlen entsprechende Impulsfolge abzugeben. Diese abgegebene Impulsfolge kann, entweder wieder aus tonfrequenten Impulsen oder bereits aus digitalen Impulsen bestehen. Aus einer Wechselstrom Impulsfolge kann in bekannter Weise durch Gleichrichtung und Impulsformung eine digitale Impulsfolge gebildet werden.

Da nach den erwähnten Literaturstellen der Aufbau eines Rundsteuerempfängers und seine Arbeitsweise im weiteren als bekannt vorausgesetzt werden kann, beschränkt sich die weitere Beschreibung lediglich auf den schaltungsmässigen Aufbau und die Wirkungsweise des auf die Signalfrequenz selektiv ansprechenden Empfangsteils bzw. Filters.

Die Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines selektiven

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Empfangsteils mit einem Abtastfilter. Der selektive ' Empfegigsteil ist als Ganzes mit 30 "bezeichnet. 3,1 ist eine Starkstromleitung, welcherdie Signalfrequenz fq überlagert ist. An einen Anschlusspunkt 32 der Starkstromleitung 31 ist eine Eingangsklemme 33 des Empfangsteils 30 angeschlossen. Die an der Eingangsklemme 33 liegende Eingangsspannung wird einerseits einem Eingang 34 eines Vorfilters 35.zugeführt und anderseits einem Eingang 36 eines Frequenzwandlers 37 für die Erzeugung einer Taktfrequenz für das Abtastfilter des Empfangsteils 30. Von einem Ausgang 38 wird das vorgefilterte Eingangssignal einem Eingang 39 eines Digital/ Analog-Wandlers 40 zugeführt. Dieser gibt an seinem Ausgang 41 ein der momentanen Grosse des Eingangssignals entsprechendes Digitalsignal, d.h. einen Zahlenwert an einen Eingang 42 eines Abtastfilters 43· Das Abtastfilter 43 ist beispielsweise als digitaler Bandpass ausgebildet. Von einem Ausgang 44 des Prequenzwandlers 37 wird eine die Durchlassfrequenz des Abtastfilters steuernde Taktfrequenz einem Eingang 45 des Abtastfilters 43 zugeführt. Das an einerAusgangsklemme 46 des Abtastfilters 43 erscheinende Ausgangssignal hat digitalen Charakter und es kann, wenn es im Rundsteuerempfänger nicht unmittelbar als digitales Signal weiterverarbeitet werden kann,einem Eingang 47 eines Digital/Analogwandlers 48 zugeführt werden. Der Digital/Analog-Wand-

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ler 48 gibt an seiner Ausgangsklemme 49 ein der empfangenen Fernsteuerfrequenz f„ entsprechendes Ausgangssignal an eine Ausgangsklemme 50 des Empfangsteils 30 ab.

Die Figur 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine vorteilhafte Variante 30' eines Empfangsteils mit einem Abtastfilter. Mit Ausnahme des letzten Blockes des Schaltbildes gemäss Figur 4 stimmt der Empfangsteil 30' mit dem anhand der Figur 3 beschriebenen Empfangsteil 30 überein. G-emäss Figur 4 wird das digitale Ausgangs signal des Abtastfilters 43 von dessen Ausgangsklemme 46 in digitaler Form einem Eingang 51 eines digital-arbeitenden Komparators 52 zugeführt. Dem digital-arbeitenden Komparator 52 wird an eine weitere Eingangsklemme 53 in digitaler beispielsweise durch feste Verdrahtung«

Form\4in Sollwert als Schwellwert zugeführt. Der Komparator 52 gibt an seiner Ausgangsklemme 54 immer ein Signal logisch 0 ab, solange der digitale Eingangswert unterhalb des an den weiteren Eingang 53 angelegten Sollwertes liegt. Erreichung bzw. Ueberschreiten des genannten Sollwertes durch das Eingangssignal am Eingang 51 hat am Ausgang 54 das Erscheinen eines Signals logisch "eins" zur Folge. Es ist daraus ersichtlich, dass an der Ausgangsklemme 50' des Empfangsteils 30' eine einem empfangenen Fernsteuerbefehl entsprechende digitale Impulsfolge erscheint. Die Auswertung einer solchen Impulsfolge kann

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beispielsweise in der Art erfolgen wie in der bereits zitierten Schweizerischen Patentschrift 522 313 beschrieben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele für die einzelnen Blöcke der Schaltbilder Figur 3 und 4 beschrieben.

Das Vorfilter 35 kann beispielsweise ein RC-Grlied sein, dessen Eckfrequenz vorzugsweise mindestens eine Oktave tiefer liegt als die Signalfrequenz des Abtastfilters Durch diese Massnahme kann die bei Abtastfiltern auftretende Periodizität ihrer Uebertragungscharäkteristik

beeinflusst werden bzw. es kann die Ansprechempfindlich- bzw. uie Ausgangsspannung

keit des FiltersVdureh den durch das RC-Glied dargestellten Tiefpass für Harmonische der Signalfrequenz vermindert werden. Handelt es sich wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen um den Empfang einer einer Netzspannung überlagerten Signalfrequenz, wobei die Stärke dieses Signals in der Gxössenordnung einiger Prozente der Netzspannung liegt, so kann es ausserdem vorteilhaft sein, das Vorfilter 35 so auszubilden, dass die Netzfrequenz stärker unterdrückt wird als die Signalfrequenz. Dies kann beispielsweise durch einen dem"genannten Tiefpass vorgeschalteten Hochpass geschehen. Die Figur 5 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Vorfil— ters 35· Das Eingangssignal wird von der Klemme 34 über

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einen Kondensator 55 einem Schaltungspunkt 56 zugeführt, von welchem ein Widerstand 57 gegen Masse ge-

. schaltet ist. Der Kondensator 55 und der Widerstand stellen einen Hochpass dar, durch welchen die Netzspannung stärker geschv/ächt wird, als die höher gewählte Pernsteuerfrequenz. Dem Schaltungspunkt 56 folgt ein RC-Glied "bestehend aus einem Widerstand 58 und einem Kondensator 59 als Tiefpass, wobei die Eckfrequenz dieses Tiefpasses zweckmässig mindestens eine Oktave tiefer gewählt wird als die Taktfre- · quenz, damit die Harmonischen der Signalfrequenz, auf welche ein Abtastfilter ebenfalls anspricht zusätzlich

• geschwächt werden. Selbstverständlich kann als Vorfilter auch irgendeine andere bekannte Filterart_j beispielsweise ein LC-Filter oder ein aktives RC-Filter usw. vorgesehen werden.

Als Frequenzwandler 37 für die Erzeugung der dem Abtastfilter zuzuführenden Taktfrequenz aus der Netzfrequenz kann beispielsweise eine Anordnung gewählt werden, wie sie anhand der Figur 4 im Katalog "Phase locked loop linear integrated circuits SE565/NE565 der Firma Signetics Corporation, Sunnyvale, Ca, USA beschrieben ist. Im genannten Katalog ist der Eingang des Frequenzwandlers mit der Zahl 2 und der Ausgang mit der Zahl 5 bezeichnet. Der genannte mit 2 bezeichnete Eingang entspricht in der Figur 3 und 4 der vorliegenden

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Beschreibung dem Eingang 36. Der genannte Ausgang 5 entspricht in der vorliegenden Beschreibung dem Ausgang in Figur 3 bzw. 4·

Als Analog/Digital-Wandler 40 kann beispielsweise der Typ ADC590-8 der Firma Hybrid Systems Corp. Burlington Mass. USA verwendet v/erden. Nähere Angaben über diesen Anälog/Digital-Wandler sind zu finden in der Druckschrift "Data Conversion Products 1972 Condensed Catalog¹¹ der genannten Firma unter der entsprechenden Typennummer.

Als Digital/Analog-Wandler 48 kann beispielsweise' der Typ DAC-329 der vorstehend erwähnten Firma verwendet •werden. Auch über diesen Digital/Analog-Wandler finden sich in der erwähnten Druckschrift nähere Angaben.

Als Digital-Komparator 52 (vgl. Fig. 4) kann beispielsweise ein 4-Bit-Magnitude-Komparator Typ SN7485 der Firma Texas Instruments Inc. Deutschland GmbH verwendet werden. Nähere Angaben über diesen Digital-Komparator sind zu. finden im Katalog "The Integrated Circuits Catalog for Design Engineers"' Texas Instruments Inc., 2. Auflage CC-401 / 12715 unter der genannten Typennummer.

Zur Erläuterung des Aufbaues und der Wirkungsweise'eines Ausführungsbeispiels eines Abtastfilters 43 wird vorgängig ein analoges Filter mit gleicher Üebertragungscharakteri-

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stik anhand der Pig. 6 und 6a beschrieben.

In Pig. 6 bezeichnet a eine Eingangsklemme für ein Eingangssignal r(t). An die Eingangsklemme a ist ein erstes analoges Subtraktionsglied b angeschlossen, welchem ein zweites analoges Subtraktionsglied c nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal x(t) des zweiten analogen Subtraktionsgliedes c wird einem ersten analogen Integrator d zugeführt, dessen Ausgangssignal x(t) an einer Klemme e liegt. Dieses Ausgangssignal x(t) ist zugleich das Ausgangssignal des analogen Bandpasses gemäss Pig.6.

Das Ausgangssignal x(t) wird von der Klemme e über einen ersten analogen Multiplikator g dem zweiten analogen Subtraktionsglied c zugeführt. Das Ausgangssignal x(t) des zweiten analogen Integrators f wird über einen zweiten analogen Multiplikator h dem ersten analogen Subtraktionsglied b zugeführt.

Die Differenz zwischen dem Eingangssignal. r(t) und einem Ausgangssignal a_? · x(t) des zweiten analogen Multiplikators h wird im ersten analogen Subtraktionsglied b gebildet und als Signal^ (t) dem zweiten analogen Subtraktionsglied c zugeführt.

Die Differenz zwischen dem genannten Signal£ (t) und einem Ausgangssignal a, · x(t) des ersten analogen Multiplikators g wird im zweiten analogen Subtraktionsglied c gebildet und ist in Fig. 6 mit x(t) bezeichnet.

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- ²¹ - 233862Q

Die; Fig- 6a zeigt einen analogen Bandpass gemäss Fig. 6 in üblicher Blockdarstellung. "Darin bedeuten

E(s) = das Laplace-transformierte Eingangssignal

3£(s) = das Laplace-transformierte Ausgangssignal

ff, . " = komplexe Frequenz

a_ = - MuItiplikationsfaktor des ersten Multiplikators g

a_₂ = Multiplikationsfaktor des zweiten Multiplikators h

JJei dieser Uebertragungsfunktion sind die Pole bestimmt durch die |fullstellen des Nenners, also durch

a₂ + a^ ' + s² = 0
d.h., cj.ie Pole sind vollständig durch a, und a~ bestimmt.

Resonanzkreisfrequenz und Güte sind durch folgende Beziehungen bestimmt:

^ai²

a.

^ai /

^a2

Wie die Figur 6 zeigt, kann ein solcher analoger Bandpass aufgebaut werden mit drei verschiedenen analogen Funktionsblöcken, nämlich, Subtraktionsgliedern, Inte-

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gratoren und Multiplikatoren.

Durch digitale Ausführung dieser Funktionsblöeke entsteht nun ein Digitalfilter, wie dies durch ein Blockschaltbild gemäss Fig.7 dargestellt ist. Dadurch, dass, ausgehend vom analogenFiIter, Funktionsblock für Funktionsbloek digitalisiert wurde, ist die Struktur dieses digitalen Filters gemäss Fig. 7 gleich wie diejenige des analogen Filters gemäss Fig. 6.

Einer Eingangsklemme 42 des Attastfilters 43 (vgl. Fig.?) wird ein digitales Eingangssignal r (v) zugeführt und über ein erstes digitales Subtraktionsglied 60 und ein zweites digitales Subtraktionsglied 61 einem ersten digitalen Integrator 62 zugeführt. Dem ersten digitalen Integrator 62 ist ein zweiter digitaler Integrator 63 nachgeschaltet. Das digitale Ausgangssignal des ersten Integrators 62 wird an eine Klemme 46 abgegeben.

Vom Ausgang des ersten digitalen Integrators 62 d.h., von der Klemme 46 wird über einen ersten digitalen Multiplikator 64 ein Signal a, . x(v) zum zweiten digitalen Subtraktionsglied 61 zurückgeführt. "Vom Ausgang 65 des zweiten digitalen Integrators 63 wird ein Ausgangssignal x(v) desselben über einen zweiten digitalen Multiplikator 66 als Signal a~ · x(v) zum ersten digitalen Subtraktionsglied 60 zurückgeführt. „

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ivra 17

Nachfolgend wird nun beschrieben, wie die digitalen Ausführungen der drei genannten Funtionsblöcke (Subtraktionsglieder, Integratoren und Multiplikatoren) realisiert werden können.

Subtraktionsglied

Hierfür wird beispielsweise eine Schaltung verwendet, wie sie angegeben ist in Fig. 8 - 25 (Seite 217) von

Electronic digital techniques Paul M. Kintner

1968, McGraw-Hill, Book Company, New York.

Multiplikator

Hierfür wird beispielsweise eine Schaltung verwendet, wie sie angegeben ist in Fig. 8-26 (Seite 217) von

Electronic digital techniques Paul M. Kintner

1968, Mc-Graw-Hill Book Company, New York

Integrator

Ein digitaler Integrator wird beispielsweise realisiert mit einem "Steilheitsmultiplikator" (engl.. rate-multiplier) und einem Vor- Rückwärts-Zähler.

Al-s Steilheitsmultiplikator kommt beispielsweise die integrierte Schaltung Typ SN 7497 der Firma Texas Instruments in Frage, während als Vor- Rückwärts-Zähler beispielsweise die integrierte Schaltung Typ SN 74191 der

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¹ " 1 72 17

- 24 - 2338621

gleichen Firma in Präge kommt. Die erwähnten Schaltungen sind im schon genannten Katalog der Firma Texas Instruments beschrieben!. Die prinzipielle Wirkung eines solchen digitalen Integrators wird anhand der Figur 8 erläutert .

Die Schaltung besteht aus einem Taktgeber 900, welcher mit einem Takteingang .901 eines Steilheitsmultiplikators 902 verbunden ist. Das zu integrierende binäre Signal A wird einer Klemme 903 zugeführt und wird über eine Leitung 904 einem Signaleingang 905 des Steilheitsmultiplikators 902 zugeführt. Zudem wird das zu integrierende Signal über eine Leitung 906 einem Eingang 907 einer Steuereinrichtung 908 zugeführt. Ein Ausgang 909 dieser Steuereinrichtung 908 ist über eine Leitung 910 mit einem Eingang 911 eines Vor- Rückwärts-Zählees 912 verbunden. . Ein Ausgang 913 des Steilheitsmultiplikators 902 ist über eine Leitung 914 mit einem ersten Eingang eines UND-Tores 915 verbunden, während ein weiterer Ausgang 916 der Steuereinrichtung 908 über eine Leitung 917 mit einem weiteren Eingang des UND-Tores 915 verbunden ist. Der Ausgang 9I8 dieses UND-Tores 915 ist über eine Leitung 919 mit einem Takteingang 920 des Vor- Rückwärts-Zählers 912 verbunden. Schliesslich kann das Signal, welches das integrierte Eingangssignal A darstellt dem Zähler 912 an einer Klemme 921 und über eine Leitung 922 einer Klemme 923 entnommen werden.

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- ²⁵ - 233862P

Die Wirkungsweise £es digitalen Integrators 924 gemäss Figur 8 ist wie folgt: Wie aus der Beschreibung des Steilheitsmultiplikators 902 im erwähnten Katalog hervorgeht, ist die Frequenz des digitalen Ausgangssignals an der Klemme 913 proportional zu dem Wert des "binären Eingangssignals A am Signaleingang 905· Demzufolge ist die Frequenz des Signals an der Klemme 913 proportional zu dem zu integrierenden Signal A. Wenn nun an der Klemme 916 der'Steuereinrichtung 908 ein logisches "eins" Signal vorhanden ist, gelangt das Ausgangssignal des Steilheitsmultiplikators 902 von der Klemme 913 über eine Leitung 914> über das Tor 915> über eine Leitung auf den Takteingang 920 des Vor- Rückwärts-Zählers 912. Demzufolge ist die Frequenz des Taktsignals an der Klemme 920 des Vor- Rückwärts-Zählers 912 proportional zur Grosse des zu integrierenden Signals A. Bei grossen Werten von A wird das Ausgangssignal an der Klemme 923 schneller zu - oder abnehmen als bei kleinen Werten von A. Die Entscheidung, ob das Ausgangesignal an der Klemme grosser oder kleiner werden muss, wird in der Steuereinrichtung 908 getroffen und ist abhängig vom Vorzeichen des zu integrierenden Signals A.

Wie schon erwähnt wurde, weisen Abtastfilter stets neben dem Signaleingang mindestens einen Steuereingang auf. Das Abtastfilter 43 (vgl. Fig. 3) besitzt demzufolge auch einen Steuereingang 45. Bei jedem Taktimpuls

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auf diesem Steuereingang errechnet das digitale Filter neue Werte für (v), x(v), x(v), x(v), &j . χ (ν) und a~ . x(v), weil das Taktsignal über die gestrichelt gezeichneten Verbindungen in Fig. 9 die Steuereinrichtungen der Subtraktionsglieder 60 und 61, der Integratoren 62 und 63 und der Multiplikatoren 64 und 66 zugeführt wird (vgl. Fig. 9)-

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Fernübertragung von Signalen über eine Leitung, insbesondere über ein elektrisches Energieversorgungsnetz, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite aus einer einem Sender zugeführten ersten Hilfsfrequenz fjj-, eine Signalfrequenz fo gebildet wi'rd, welche zur ersten Hilfsfrequenz f-rr-, in einer vorgegebenen ersten Beziehung steht und daß ein die erste Hilf sfrequenz fri-, charakterisierendes Hilfssignal und die Signalfrequenz f_s über einen und denselben Übertragungskanal oder über verschiedene Übertragungskanäle zu mindestens einem Empfänger übertragen werden und daß auf der Empfangsseite aus dem die erste Hilfsfrequenz f™ charakterisierenden Signal eine in einer vorgegebenen zweiten Beziehung zur ersten Hilfsfrequenz stehende zweite Hilfsfrequenz, bzw. Taktfrequenz erzeugt wird, welche zur Steuerung seiner Durchlasscharakteristik einem Abtastfilter zugeführt wird.

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2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite ein durch eine erste Hilfsfrequenz gesteuerter Sender für die Erzeugung einer mit dieser Hilfsfrequenz in der ersten vorgegebenen Beziehung stehende Signalfrequenz vorgesehen ist, daß mindestens ein Übertragungskanal für ein die erste Hilfsfrequenz charakterisierendes Signal bzw. für die Signalfrequenz zwischen der Sendeseite und der Empfangsseite vorhanden ist und daß auf der Empfangsseite ein Empfänger mit mindestens einem Abtastfilter vorgesehen ist, welchem Abtastfilter die erste Hilfsfrequenz selbst oder eine davon abgeleitete !Taktfrequenz als Abtastimpulse und die Signalfrequenz als Empfangssignal zugeführt werden, wobei die Übertragungsfunktion des Abtastfilters durch die genannte Taktfrequenz veränderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekannzeichnet, daß im Empfänger dem Abtastfilter ein Vorfilter (35) vorgeschaltet ist, um die bei Abtastfiltern auftretende Mehrdeutigkeit ihrer Übertragungscharakteristik zu unterdrücken bzw. abzuschwächen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastfilter eingangsseitig einen Analog/ Digital-Wandler (22) und ausgangsseitig einen Digital/ Analog-Wandler (24). aufweist, wobei an den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers (22) der Eingang eines Rechners (23) und ein Ausgang des Rechners (23) an den Eingang des Digital/Analog-Wandlers (24) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang (33) des Empfängers (30) ein Taktgenerator (37) angeschlossen ist, dessen Taktsignalausgang (44) mit einem Takteingang (45) eines Abtastfilters (43),· beispielsweise eines digitalen Bandpasses verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits an den Eingang (33') des Empfängers (3O¹) ein Eingang (34) eines Vorfilters (35) angeschlossen ist, dessen Ausgang (38) mit dem Eingang (39) eines Analog/Digital-Wandlers (40) verbunden ist, wobei ein Ausgang (41) des Analog/Digital-Wandlers (40) mit einem Eingang (42)

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eines Rechners (43) verbunden ist.und anderseits der Eingang (33') des Empfämgers (3O¹) mit einem Eingang (36) eines Taktgenerator (37) und dessen Ausgang (44) mit einem lak'teingang (45) des Rechners (43) verbunden ist und wobei der Ausgang (46) des Rechners (43) mit einem ersten Eingang (51) eines digitalen Eomparators (52) verbunden ist, dessem anderen Eingang (53) ein digitaler Schwellwert zugeführt ist, wobei ein Ausgang' (54) des digitalen !Comparators (52) mit der Ausgangskiemme (50^f) des Empfängers (30') verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastfilter ein digitaler Bandpass (Fig. 7, 43) vorgesehen ist, mit einer Kaskadenschaltung eines ersten digitalen Subtraktionsgliedes (60), eines zweiten digitalen Subtraktionsgliedes (61), eines ersten digitalen Integrators (62) und eines zweiten digitalen Integrators (63), wobei der Ausgang des ersten" Integrators (62) über einen ersten digitalen ifciltiplikator (64) mit einem weiteren Eingang des zweiten Subtraktionsgliedes (61) und der Ausgang des

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zweiten Integrators (63) über einen zweiten digitalen Multiplikator (66) mit einem weiteren Eingang des ersten Subtraktionsgliedes (60) verbunden ist.

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