-
Es ist zweckmäßig das Regelkriterium zur Regelung des Datensignal-Pegels
vor oder bei Beginn einer Datenübertragung aus dem Pilotsignal abzuleiten, weil
sich das demodulierte Datensignal zu diesem frühen Zeitpunkt nicht zur scnnellen
Ableitung eines Regel-
-
kriteriums eignet. Nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer ab Beginn
der Datenübertragung soll dagegen das Regelkriterium aus dem Datensignal gewonnen
werden, da es ja in erster Linie auf die Einregelung des Datensignal-Pegels ankommt.
Um diese Maßnahmen duchzuführen ist es zweckmäßig, im Übertragungsweg zwischen dem
Komparator und der Regelstufe einen Schalter vorzusehen, der bei einer ersten Stellung
eine leitende Verbindung des Komparators über eine Integrationsstufe mit der Regelstufe
ermöglicht und der bei einer zweiten Schaltstufe eine Verbindung eines weiteren
Komparators mit der Integrationsstufe herstellt.
-
Unter Verwendung dieses weiteren Komparators wird der Ist-Pegel des
Datensignals mit dessen Soll-Pegel verglichen.
-
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
F i g. 1 bis 7 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Gegenstände
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt F i g. 1 ein bekanntes Datenübertragungssystem,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Übertragungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung, F i g. 3 und 4 Signale, die beim Betrieb des in F i g. 2 dargestellten
Übertragungssystems auftreten, F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Regelstufe
und eines Komparators, F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Integrators, Fig.7
Ausführungsbeispiele eines Gleichrichters, eines Komparators und einer Probenhaltestufe.
-
Das in F i g. 1 dargestellte Datenübertragungssystem besteht aus
der Datenquelle DQ, aus dem Modulator MD, dem Sendefilter So, der Addierstufe AD,
dem Pilotsignalgenerator PG, der Übertragungsstrecke ST den beiden Empfangsfiltern
EF1, EF2, aus der Regelstufe RS, dem DeStnodulator DM, dem Pilotfrequenzfilter Pl:;
dem Integrator jN, der Datensenke DS, dem Gleichrichter GL und aus dem Komparator
Kr 1. Als Datenquelle DQ kann beispielsweise ein Eernschreiber oder auch ein Computer
vorgesehen sein. Der Modulator MD, das Sendefilter SF und die Addierstufe AD bilden
zusammen den Sender SE. Das Sendefilter SFist auf den Frequenzbereich fl des Datensignals
abgestimmt. Ein in F i g. 2 dargestelltes Diagramm zeigt zwei Frequenzcharakteristiken.
Die Abszissenrichtung bezieht sich auf die Frequenz und die Ordinatenrichtung auf
die Dämpfung. Der Pilotsignalgenerator PG liefert ein Pilotsignal, das mit der Addierstufe
AD zum Datensignal hinzuaddiert wird, so daß sich das mit dem Bezugszeichen A bezeichnete
Signalgemisch ergibt.
-
Der Frequenzbereich dieses Signalgemisches A ist gleich dem Frequenzbereich
f1 des Datensignals plus dem Frequenzbereich f2 des Pilotsignals.
-
Auf der Empfangsseite ist das erste Empfangsfilter EF1 auf die Summe
der beiden Frequenzbereiche fl +f2 abgestimmt und derart bemessen, daß breitbandige
Störspektren unterdrückt werden aber die Frequenzen des Datensignals und des Pilotsignals
ungedämpft passieren können. Über den Ausgang des ersten Empfangsfilters EF1 wird
das Signalgemisch A der Regelstufe RSzugeführt, deren Verstärkung änderbar ist.
An den Ausgang der Regelstufe RSist einerseits das zweite Empfangsfilter EF2 angeschlossen,
das nur den Frequenzbereich fl hindurchläßt und andererseits das Pilotfrequenzfilter
PF, das nur den Frequenzbereich f2 hindurchläßt. Mit Hilfe des Gleichrichters GL,
der auch eine Siebung bewirkt, wird eine Gleichspannung abgeleitet, die den Ist-Wert
des Pilotsignals kennzeichnet. Über den Schaltungspunkt P1 wird ein Signal
zugeführt,
das den Sollwert des Pilotsignals kennzeichnet und mit dem Komparator KP1 werden
der Ist-Wert und der Soll-Wert miteinander verglichen und unter zusätzlicher Verwendung
des Integrators jNwird eine Regelspannung abgeleitet, die der Regelstufe RS zugeführt
wird und mit der der Pegel des Datensignals geregelt wird.
-
Das zweite Empfangsfilter EF2 ist wie das Sendefilter SFaufgebaut.
Ein Nachteil des in F i g. 1 dargestellten Übertragungssystems ist darin zu sehen,
daß außer dem Empfangsfilter EF2 auch noch das Empfangsfilter EF1 erforderlich ist.
-
Ein weiterer Nachteil des in F i g. 1 dargestellten Übertragungssystems
und der Pegelregelung ist darin zu sehen, daß die Pegelregelung relativ langsam
erfolgt, weil das schmalbandige Pilotfilter PFim Regelkreis angeordnet ist, der
aus dem Pilotfilter PF, dem Gleichrichter GL, dem Komparator KP 1, dem Integrator
IN und der Regelstufe RSgebildet wird.
-
Falls eine Pegelüberwachung durchgeführt wird, dann wird das Signal
am Ausgang des Pilotfilters PF abgenommen und einer Schwellwertstufe zugeführt,
die bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes ein Alarmsignal abgibt.
In diesem Zusammenhang hat die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung noch
den Nachteil, daß durch die Pegelregelung des Datensignals auch der Pegel des Pilotsignals
geändert wird, so daß die am Ausgang des Pilotfilters PFzu erwartenden verschiedenen
Pegel bei der Schwellwertbildung berücksichtigt werden müssen.
-
Das in F i g. 2 dargestellte Datenübertragungssystem enthält außer
den bereits erwähnten Gegenständen die Mischstufe MS, die Probenhaltestufe SH, einen
zweiten Komparator KP2, eine Steuerstufe SS, einen Schalter SCH, einen Taktgeber
TG, eine Abtastschaltung AS und ein Gatter GA.
-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 2 dargestellten Datenübertragungssystems
wird auf die in den F i g. 3 und 4 dargestellten Signale verwiesen.
-
Die Abszissenrichtungen beziehen sich auf die Zeit t.
-
Über die Übertragungsstrecke ST wird das Signalgemisch A übertragen.
Beispielsweise kann als Übertragungsstrecke ein Kabel vorgesehen sein. Dieses Signalgemisch
A wird einerseits dem Empfangsfilter EF2 und andererseits dem dazu parallelgeschalteten
Pilotfilter PF zugeführt. Das Empfangsfilter EF2 ist auf den Frequenzbereich fl
des Datensignals abgestimmt und läßt daher dieses Datensignal ungedämpft hindurch.
Das Empfangsfilter EF2 gleicht dem sendeseitig vorgesehenen und in F i g. 1 dargestellten
Sendefilter SFund gibt das Signal B ab. Das Pilotfilter PF ist auf den Frequenzbereich
f2 des Pilotsignals E abgestimmt und läßt nur dieses Pilotsignal E hindurch. Mit
dem Gleichrichter GL wird das Pilotsignal Egleichgerichtet und geglättet, so daß
sich die Pilotgleichspannung G ergibt, die in der Mischstufe MS zum Datensignal
B hinzugemischt wird.
-
Grundsätzlich ist eine beliebige Mischung möglich, so daß der Pegel
des Mischsignals Off von der Pilotgleichspannung G abhängig ist. Insbesondere ist
eine multiplikative Mischung der Signale B und G möglich. Im vorliegenden Fall wird
eine additive Mischung der Signale Bund Gangenommen.
-
Das Mischsignal H wird der Regelstufe RS zugeführt, die das verstärkte
Signal K abgibt. Bei einem Verstärkungsfaktor »eins« gleichen sich die Signale H
und K, weshalb das Signal K in den F i g. 3 und 4 nicht dargestellt ist. Da das
Signal H durch Mischung des Signals B mit der Gleichspannung Gewonnen wurde,
wird
durch die Gleichspannungskomponente des Signals K der Ist-Pegel F 1 des Pilotsignals
Esignalisiert.
-
Dem Komparator KP 1 wird außer dem Signal K auch das Signal L 1 zugeführt,
das den Sollpegel E2 des Pilotsignals Esignalisiert. Im Komparator KP 1 wird die
Differenz der Signale L 1 und des Signals gebildet, das den Ist-Pegel El signalisiert
und als Resultat wird das Signal M abgegeben.
-
Der Komparator KP 1 wird als an sich bekannt angenommen. Es kann
ein Komparator sein, der die Signale L 1 und K miteinander vergleicht und der als
Signal M ein Signal abgibt, das noch alle hochfrequenten Schwankungen der Signale
B, H, K enthält. In diesem Fall wirkt der Integrator JN als Tiefpaß, so daß als
Regelsignal Q eine mehr oder weniger große Gleichspannung der Regelstufe RS zugeleitet
wird. Es kann aber auch sein, daß der Komparator KP 1 als Tiefpaß wirkt, so daß
die Differenz des Signals L 1 und der Gleichspannungskomponente des Signals K gebildet
und als Ergebnis ein Signal M abgegeben wird, das diese Gleichspannungsdifferenz
signalisiert. Schließlich wäre es auch denkbar, dem Komparator KP 1 ein Gleichspannungssignal
entsprechend der Gleichspannungskomponente des Signals K zugeleitet wird.
-
Die Steuerstufe SS steuert den Schalter SCH, der bei einer ersten
Schaltstellung eine leitende Verbindung des Kontaktes a mit dem Mittelkontakt c
und bei einer zweiten Schaltstellung eine leitende Verbindung des Kontaktes b mit
dem Mittelkontakt c herstellt. Im folgenden wird angenommen, daß zum Zeitpunkt t
1 eine Startprozedur zum Start der in F i g. 2 dargestellten Datenübertragungsanlage
eingeleitet wird und daß ab dem Zeitpunkt tl die voll dargestellte erste Schaltstellung
des Schalters SCH eingestellt wird. Bei dieser Schaltstellung erhält der Integrator
IN die Spannung Mund gibt die integrierte Spannung als Regelspannung Q an die Regelstufe
RS ab. Die Regelstufe RS ändert den Pegel des Signals K und damit auch die Gleichspannungskomponente
dieses Signals, so daß zum Zeitpunkt t6 der Pegel des Signals K gleich dem Soll-Pegel
ist und das Signal M im Bereich der strichpunktierten Null-Linie verläuft Ab dem
Zeitpunkt t6 bleibt somit die Regelspannung Q konstant, so daß die Regelstufe RS
mit konstantem Verstärkungsfaktor verstärkt.
-
Nach einer mit der Steuerstufe SS einstellbaren Dauer wird der Schalter
SCH in seine zweite gestrichelt dargestellte Schaltstellung gebracht. Es wird angenommen,
daß dies zum Zeitpunkt t 10 geschieht. Ab dem Zeitpunkt t 1 bis zum Zeitpunkt t
10 kann beispielsweise eine Zeit von l/loSekunde verstreichen.
-
Während dieser Dauer wird das Regelkriterium vom Pegel des Pilotsignals
E abgeleitet. Nach dem Zeitpunkt t 10 wird das Kriterium vom Pegel des Datensignals
R abgeleitet.
-
Das Signal K wird dem Demodulator DM zugeleitet, der das demodulierte
Signal R einerseits an die Datensenke DS und andererseits an die Abtaststufe AS
abgibt Mit dem demodulierten Signal R werden einzelne Bits innerhalb eines Bitrahmens
übertragen, der durch die Zeitpunkte tl, t3, tS, t7, t9, t11, t13, t15, t17, t 19,
t 21 gekennzeichnet. Die Binärwerte der einzelnen Bits sind mit den Bezugszeichen
0 und 1 bezeichnet.
-
Während dieser Binärwerte O bzw. 1 soll das Signal R die Soll-Werte
RO bzw. R1 annehmen. Tatsächlich wird der Sollwert R 1 zu den Zeitpunkten t2, t4
überschritten und zu den in F i g. 4 dargestellten Zeitpunkten t 24, t 26 unterschritten.
Das Signal R wird der Abtaststufe AS zugeführt, die zu den Zeitpunkten t 1 bis
t31
den tatsächlich auftretenden Amplituden des Signals R Amplituden entsprechend den
Sollwerten SO bzw. S1 zuordnet. Auf diese Weise ergibt sich das Signal S. Der Taktgeber
TG gibt das Signal Tab, dessen Impulse in der Mitte der einzelnen Bits auftreten.
Die Signale Spund Werden dem UND-Gatter GA zugeführt, das das Signal W abgibt, dessen
Impulse immer dann auftreten, wenn l-Werte des Signals Somit einem der Impulse des
Signals T koinzidieren. Dies ist beispielsweise zu den Zeitpunkten t2, t4, t8, t10,
t14, t 18, t 24, t 26, t 30 der Fall.
-
Das Signal R wird auch der Probenhaltestufe SH zugeführt, die zu
den Zeitpunkten der Impulse des Signals W die Amplituden des Signals R übernimmt
und festhält. Beispielsweise wird die zum Zeitpunkt t4 auftretende Amplitude des
Signals R bis zum nächsten Impuls des Signals W festgehalten und zum Zeitpunkt t8
die neue Amplitude des Signals- R übernommen. Auf diese Weise ergibt sich das Signal
X; das die Ist-Amplituden der l-Werte des Signals R 1 signalisiert. Insbesondere
wird mit dem Signal Xsignalisiert, daß die l-Werte des Signals R bis zum Zeitpunkt
t 8 zu groß und daß sie ab dem Zeitpunkt t24 bis zum Zeitpunkt t30 zu klein sind.
-
Im Komparator KP2 wird die Differenz der Signale L 2 und X gebildet,
und als Resultat das Signal Yabgegeben. Dieses Signal Y signalisiert bis zum Zeitpunkt
t8 eine relativ große Abweichung, dann ab dem Zeitpunkt t 8 bis zum Zeitpunkt t
24 keine Abweichung und nach dem Zeitpunkt t24 bis t30 eine Unterschreitung der
Sollwerte R 1. Solange der Schalter SCH die voll dargestellte Schalterstellung einnimmt,
wirkt jedoch das Signal Ynicht auf den Regelvorgang ein.
-
Wie das Signal R zeigt, stellt sich ab dem Zeitpunkt t 7 der richtige
Soll-Pegel R 1 des Signals R ein, so daß kurze Zeit danach zum Zeitpunkt t8 auch
das Signal Y im Bereich der Nullinie verläuft. Es wurde angenommen, daß zum Zeitpunkt
t 10 der Schalter SCH in die gestrichelt dargestellte Schaltstellung umgeschaltet
wird. Da der Pegel des demodulierten Signals R nunmehr auf den richtigen Sollwert
R1 eingeregelt ist, wird mit dem Signal Y auch nach dem Zeitpunkt t 10 zunächst
keine Verstärkungsänderung der Regelstufe RS ausgelöst.
-
Es wird angenommen, daß sich ab dem Zeitpunkt t21 der Pegel des demodulierten
Signals R verringert.
-
In gleicher Weise ist der Ist-Wert E3 nunmehr kleiner als der Sollwert
E2. Die Pegelregelung wird ab dem Zeitpunkt t10 mit Hilfe des demodulierten Datensignals
R vorgenommen. Dabei wird mit dem Signal X ab dem Zeitpunkt t 24 signalisiert, daß
der Ist-Wert des Signals R kleiner als der Sollwert R ist. In weiterer Folge wird
mit Hilfe des Komparators KP2 das Signal Y abgeleitet und über den Schalter SCH
dem Integrator JN zugeführt. Der Schalter SCH nimmt dabei die gestrichelt dargestellte
Schaltstellung ein. Im Integrator IN wird das Signal Q erzeugt, das sich ab dem
Zeitpunkt t24 der strichpunktierten Nullinie nähert, wodurch die Wirkung der Regelstufe
RS der Pegel des demodulierten Signals R angehoben wird, bis er zum Zeitpunkt t29
wieder den Soll-Pegel R 1 erreicht. Damit ist auch dieser Regelvorgang abgeschlossen.
-
Das in F i g. 2 dargestellte Datenübertragungssytem zeichnet sich
einmal dadurch aus, daß nur das Empfangsfilter EF2 und das Pilotfilter PF verwendet
werden, daß aber das in F i g. 1 dargestellte Empfang&filter EF1 eingespart
wird. Ein weiterer Vorteil dieses Datenübertragungssystems ist darin zu sehen, daß
in der Regelstufe RS keine Kreuzmodulationen zwischen dem
Signal
H und eventuell Störsignalen auftreten können, da derartige Störsignale mit dem
Empfangsfilter EF2 unterdrückt werden. Das in F i g. 2 dargestellte Datenübertragungssystem
zeichnet sich ferner dadurch aus, daß im Regelkreis der durch den Komparator KPl,
durch den Integrator IN und durch die Regelstufe RS gebildet wird, kein Pilotfilter
PFangeordnet ist, so daß mit geringeren Regelverzögerungen und mit weniger Neigung
zu Regelschwingungen zu rechnen ist. Falls in Zusammenhang mit dem in Fig.2 dargestellten
System eine Pegelüberwachung gefordert wird, dann kann das Pilotsignal Evom Ausgang
des Pilotfilters PF abgenommen und einer Schwellwertstufe zugeführt werden, wobei
der Pegel des Pilotsignals Evon keiner Regelung beeinflußt wird. Änderungen des
Pilotsignals Werden somit nicht durch eine vorgenommene Regelung, sondern durch
Einflüsse entlang der Übertragungsstrecke hervorgerufen und können im Vergleich
zu einem vorgegebenen konstanten Schwellwert signalisiert werden.
-
Es wäre grundsätzlich denkbar, das Signal Gan Stelle des Signals
K dem Komparator KP 1 zuzuführen und das Signal B an Stelle des Signals H der Regelstufe
RS zuzuleiten. In diesem Falle würde somit keine Mischstufe MS erforderlich sein
und es würde die Regelstufe RS in Abhängigkeit vom Signal G und unter Verwendung
des Komparators KP und des Integrators IN gesteuert werden. Bei einer derartigen
Steuerung wäre aber nicht gewährleistet, daß das Signal G tatsächlich eine Verstärkungsänderung
der Regelstufe RS, bewirkt.
-
Bei dem in F i g. 2 dargestellten System wird dagegen die mit dem
Signal Bewirkte Regelung dauernd überprüft, weil das Signal K und dessen Gleichspannungskomponente
dauernd mit dem Signal L1 verglichen wird.
-
Es wäre grundsätzlich denkbar, das Signal M des Komparators KP 1
dauernd dem Integrator IN zuzufüren und die Schaltstufe SS, den Schalter SCH, den
Komparator KP2, die Probenhaltestufe SH, die Abtaststufe AS und den Taktgeber TG
einzusparen. Dann würde als Regelkriterium immer der Pegel des Signals Eherangezogen
werden.
-
Die F i g. 5 bis 7 zeigen Details einiger in F i g. 2 schematisch
dargestellter Schaltstufen. Die in diesen F i g. 5 bis 7 dargestellten Operationsverstärker
besitzen alle einen nichtinvertierenden Kanal, dessen Eingang mit einem Pluszeichen
gekennzeichnet ist und einen invertierenden Kanal, dessen Eingang mit einem Minuszeichen
gekennzeichnet ist.
-
F i g. 5 zeigt ausführlicher eine Mischstufe MS, eine Regelstufe
RS und einen Komparator KP 1. Die Mischstufe MSbesteht in diesem Fall nur aus dem
Kondensator C1, der die Übertragung der Gleichspannung zur Regelstufe RS verhindert.
Die Regelstufe RS besteht aus den Widerständen Rl, R2, R3, R4, R5, R6, R7, ferner
aus dem Operationsverstärker V1, den Kondensatoren C2, C3 und aus dem Feldeffekttransistor
Fr: An den Schaltungspunkt P1 ist eine Spannungsquelle mit + 12 V und an den Schaltunsgspunkt
P2 ist eine Spannungsquelle mit - 12 V angeschlossen. Der Widerstand R2 und die
Steuerstrecke des Feldeffekttransistors FT bilden einen Spannungsteiler, der mit
dem Regelsignal Q gesteuert wird. Bei gesperrtem
Feldeffekttransistor Fit wird die
am Abgriff des Spannungsteilers anliegende Spannung mit Hilfe der Widerstände R
1 und R 2 festgelegt. Die Widerstände R 6, R 7 und der Kondensator C3 sind Teile
einer Differenzierstufe, mit der das Einschwingverhalten des Regelkreises verbessert
wird, wobei dieser Regelkreis aus der Regelstufe RS, aus dem Komparator KP 1 und
aus dem Integrator IN gebildet wird. Mit Hilfe dieser Differenzierstufe werden Gleichspannungsänderungen
des Signals G differenziert und dem Signal Q aufaddiert.
-
Der Komparator KP 1 besteht aus den Widerständen R8 und R9. Der Schaltungspunkt
P3 ist an eine Spannungsquelle von - 12 V angeschlossen.
-
F i g. 6 zeigt den Integrator IN, dem alternativ die Signale Moder
Yzugeführt werden. Der Integrator IN besteht aus den Widerständen R 13, R 14, R
15, R 16, R 17, aus dem Kondensator C4 und aus den Operationsverstärkern V2, V3.
An die Schaltungspunkte P4, P6 ist eine Spannungsquelle von +12 V angeschlossen.
-
An die Schaltungspunkte P5, P7, P8 ist eine Spannungsquelle von -
12 V angeschlossen. Der eigentliche Integrator wird durch den Operationsverstärker
V2, den Kondensator C4 und durch den Widerstand R 30 bzw. R 8 gebildet, wogegen
unter Verwendung des Operationsverstärkers V3 eine Polaritätsumkehr bewirkt wird.
-
F i g. 7 zeigt den Gleichrichter GL, den Komparator KP2 und die Probenhaltestufe
SH. Der Gleichrichter GL besteht aus den Widerständen R 18, R 19, R20, R 21, R 22,
R 23, R 24, R 25, aus den Operationsverstärkern V4, V5, V6, aus den Kondensatoren
C5, C6, aus den Dioden D 1, D2, D3 und aus dem Transistor TR 1.
-
Die Schaltungspunkte P10, P12, P13 sind an eine Spannung von +12V
angeschlossen. Die Schaltungspunkte P11, P14 sind an eine Spannung von -12V angeschlossen.
Die Diode D2, der Kondensator C6, der Operationsverstärker V6 und die Widerstände
R 23, R 24 und R 25 bilden eine bistabile Stufe, die entweder einen Ruhezustand
oder einen Arbeitszustand einnimmt. Während der Dauer ihres Ruhezustandes wird die
Zeitkonstante, die im wesentlichen durch den Widerstand R20 und durch den Kondensator
C5 bestimmt ist, nicht beeinflußt. Wenn der Pegel des am Ausgang des Operationsverstärkers
V4 abgegebenen Signals einen vorgegebenen Betrag unterschreitet, dann wird die bistabile
Schaltstufe mit dem Operationsverstärker V6 in ihre Arbeitslage versetzt und bewirkt
dann über den Transistor TR 1 und über den Widerstand R 22 eine Verkleinerung der
Zeitkonstante.
-
Der Komparator KP2 besteht aus den Widerständen R26, R27, R28, R29,
R 30 und aus dem Operationsverstärker V7. Dieser Komparator vergleicht einerseits
das ihm zugeführte Signal X mit dem Signal L2, das am Verbindungspunkt der Widerstände
R 28 und R 29 anliegt. Der Schaltungspunkt P 15 ist an eine Spannung von + 12 V
und der Schaltungspunkt P16 ist an eine Spannurig von -12 V angeschlossen.
-
Die Probenhaltestufe SH besteht aus dem Operationsverstärker V8,
aus den Widerständen R31, R 32, aus dem Kondensator C7 und aus dem Schalter SCH
1.
-
Der Schaltungspunkt P17 ist an eine.Spannung von - 12V und der Schaltungspunkt
P18 ist an eine Spannung von + 12 V angeschlossen.