DE2525740B2

DE2525740B2 - Übertragungssystem für Impulssignale fester Taktfrequenz

Info

Publication number: DE2525740B2
Application number: DE2525740A
Authority: DE
Inventors: Engel Eindhoven Roza (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-06-20
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1980-06-12
Also published as: FR2275938A1; US3993952A; SE7506910L; SE400682B; CA1047936A; NL7408243A; FR2275938B1; JPS5113514A; AU8215075A; IT1039071B; AU499643B2; DE2525740A1; GB1502498A; JPS604623B2; DE2525740C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für Impulssignale fester Taktfrequenz mit einem Sender, einem Empfänger und einer Anzahl im Übertragungsweg liegender Zwischenverstärker, wobei in den Sender und in den Zwischenverstärker je ein Kombinationskreis aufgenommen ist, in dem zu den Imputssignalen vor deren Zufuhr an dem Übertragungsweg ein mit der Taktfrequenz synchronisiertes Pilotsignal addiert wird, und der Empfänger und die Zwischenverstärker mit je einem Eingangskreis und einem daran angeschlossenen entzerrenden Verstärker versehen sind, der eine einstellbare Stufe und ein darauf angeschlossener Einstellkreis zur automatischen Entzerrung, welcher mit einem mit dem Eingangskreis gekoppelten Selektionsfilter zum Selektieren des Pilotsignals versehen ist, enthält, wobei an den entzerrenden Verstärker ein Impulsgenerator angeschlossen ist sowie eine Taktfrequenzabtrennstufe zur Erhaltung der Taktfrequenz zur Steuerung des Impulsgenerators.

Ein derartiges Übertragungssystem ist bekannt aus der US-Patentschrift 3393 140 und wird zur Übertragung von Pulscodemodutationssignaien angewandt.

In einem derartigen Übertragungssystem ist die Übertragungskennlinie der Übertragungsstrecke, die in vielen Fällen durch ein Kabel gebildet wird, eine Funktion des Abstandes zwischen zwei aufeinander folgenden Zwische.nverstärkern und der Umgebungstemperatur. Damit eine möglichst einheitliche und einfache Ausbildung der Zwischenverstärker erhalten wird, ist es weiterhin bekannt, die zur Impulsregeneration erforderlich« Entzerrung im entzerrenden Verstärker in einer festen Stufe durchzuführen, die die Übertragungskennlinie einer Übertragungsstrecke mit Nennlänge bei Nenntemperatur entzerrt, und in einer einstellbaren Stufe zur automatischen Entzerrung der Änderungen gegenüber dieser Nenn-Übertragungskennlinie, die durch die in der Praxis immer auftretenden Abweichungen gegenüber der Nennlänge und Nenntemperatur verursacht werden.

Das Einstellsignal zur automatischen Entzerrung kann mit Hilfe eines Einstellkreises erhalten werden, der einen an den Ausgang des entzerrenden Verstärkers angeschlossenen Spitzendetektor enthält, dessen Ausgangssignal dazu benutzt wird, den entzerrenden Verstärker derart einzustellen, daß die Impulssignale an seinem Ausgang einen konstanten Spitzenwert aufweisen. Es stellt sich jedoch heraus, daß das Erzeugen eines zuverlässigen Einstellsignals nach diesem Verfahren die Anforderungen ?_n den eigentlichen Verstärker, die insbesondere in Übertragungssystemen für Impulssignale mit Taktfrequenzen über 30 MHz ohnehin hoch sind, noch wesentlich weiter erhöht, und trotzdem wird nicht unter allen Umständen die richtige Einstellung der Entzerrung erhalten.

Die Erfindung bezweckt nun, ein Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in dem keine zusätzlichen Anforderungen an die feste Verstärkerstufe für die Nennentzerrung zum Erhalten eines zuverlässigen Einstellsignals für die Entzerrung gestellt werden und dennoch unter allen Umständen eine richtige Einstellung dieser Entzerrung gewährleistet wird, welches Übertragungssystem außerdem einen einfachen Aufbau hat und sich insbesondere für Impulssignale mit sehr hohen Taktfrequenzen eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in einem entzerrenden Verstärker selektierte Pilotsignal in einer Mischstufe mit einem der Taktfrequenzabtrennstufe entnommenen Ortspilotsignal gemischt wird, wobei das mit Hilfe eines Tiefpaßfilters

selektierte Mischprodukt über einen Verstärker als Einntellsignal der einstellbaren Stufe des entzerrenden Verstärkers zugeführt wird.

In diesem erfindungsgemäßen System wird somit das Prinzip der synchronen Demodulation angewandt, um ein zuverlässiges Einstellsignal auch in dem Fall zu gewinnen, daß das selektierte Pilotsignal einen niedrigen Pegel hat Die feste Verstärkerstufe für die Nennentzerru:ig kann dann hinter die einstellbare Stufe angeordnet werden, wodurch hinsichtlich der Gewinnung eines zuverlässigen Emstellsignals keine besonderen Anforderungen an diese feste Verstärkerstufe gestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näh er beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Beispiel eines bekannten Übertragungssystems,

Fig.2 den Aufbau eines Zwischenverstärkers im Übertragungssystem nach F i g. 1,

Fig.3 und 4 eine mögliche Ausführangsform der festen bzw. einstellbaren Stufe des in F i g. Z verwendeten entzerrenden Verstärkers,

F i g. 5 ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem,

Fig.6 eine Abwandlung des Übertragungssystems nach F i g. 5,

Fig.7 eine Abwandlung des Übertragungssystems nach F i g. 6,

F i g. 8 eine Abwandlung des in F i g. 6 verwendeten Zwischenverstärkers.

In F i g. 1 ist ein Beispiel eines Übertragungssystems zur Übertragung von Impulssignalen fester Taktfrequenz, beispielsweise von PCM-Signalen mit polaren Impulsen und mit einer Taktfrequenz von 560 MHz, über eine Übertragungsstrecke in Form eines Koaxialkabeis 1 dargestellt Die Impulssignale rühren von einem Sender 2 her, in dem eine Signalquelle 3 nur Impulse abgibt zu Zeitpunkten, die durch eine Taktfrequenz eines Taktsignalgenerators 4 bestimmt werden. Nach Verstärkung in einem Verstärker 5 werden diese Impulssignale über einen Ausgangskreis 6 mit einem Transformator der Übertragungsstrecke zugeführt und über in regelmäßigen Abständen in das Kabel 2 aufgenommene Zwischenverstärker 7,8,... zu einem Empfänger 9 mit einer Signalsenke 10 übertragen. ,

Die Zwischenverstärker 7,8,... sowie der Empfänger 9 enthalten je einen Eingangskreis 11 mit einem Transformator, an den ein entzerrender Verstärker 12 zur Entzerrung der Amplituden- und Phasenkennlinien des vorhergehenden Kabelabschnittes angeschlossen ist An den Ausgang des entzerrenden Verstärkers ist ein Impulsregenerator 13 zur Regeneration der empfangenen Signalimpulse nach Form und nach Aufirittszeitpunkt, sowie eine Taktfrequenzabtrennstufe 14 zur Rückgewinnung der Taktfrequenz zur Steuerung des Impulsregenerators 13 angeschlossen. Weiter ist an den Eingang des entzerrenden Verstärkers 12 ein Einstellkreis 15 angeschlossen, der ein Einstellsignal erzeugt zur automatischen Anpassung des w> entzerrenden Verstärkers 12 wenn die Übertragungskennlinie des vorhergehenden Kabelabschnittes gegenüber ihrem Sollverlauf Änderungen aufweist infolge von abweichenden Abschnittslängen und Schwankungen der Umgebungstemperatur. In den Zwischenverstär- b^r> kern 7, 8,... werden die regenerierten Impulssignale über einen Ausgangskieis 16 mit einem Transformator dem nachfolgenden Kabelabschnitt zugeführt.

In F i g. 2 ist der Aufbau der einander entsprechenden Zwischenverstärker 7, 8,,,, aus F i g, 1 detailliert dargestellt, wobei entsprechende Elemente aus Fig. 1 und Fig.2 mit denselben Bezugszeichen angegeben sind.

Meistens ist die Bandbreite der empfangenen Impulssignale soweit beschränkt, daß darin keine Taktfrequenzanteile auftreten. Damit in diesem Fall die Taktfrequenz aus den empfangenen Impulssignalen zurückgewonnen werden können, enthält die Taktfrequenzabtrennstufe 14 einen Vorbearbeitungskreis 17, in dem die empfangenen Impulssignale eine nichtlineare Bearbeitung erfahren, und zwar zur Erhaltung eines Signals mit einem Anteil bei der Taktfrequenz. Dieser Anteil wird mit Hilfe eines frequenzselektiven Kreises 18 herausgefiltert und einem Impulsformerkreis 19 zur Erhaltung von Taktimpulsen mit der Form und der Phase, die für die Impulsregeneration im Impulsregenerator 13 erforderlich sind, zugeführt Es gibt mehrere Ausführungsformen einer derartigen Taktfrequenzabirennstufe, die jedoch für die vorliegende Beschreibung nicht von Bedeutung und aus diesem Grunde nicht näher dargestellt sind.

Der entzerrende Verstärker 12 enthält eine feste Stufe 20, in der die eigentliche Verstärkung der empfangenen Impulssignale sowie die Entzerrung des vorhergehenden Kabelabschnittes bei nomineller Abschnittlänge und bei nomineller Kabeltemperatur bewerkstelligt wird. Zur Impulsregeneration ist diese feste Stufe 20 meistens derart eingestellt, daß die Übertragungskennlinie des nominellen Kabelabschnittes und der festen Stufe 20 des entzerrenden Verstärkers 12 insgesamt annähernd dem ersten Kriterium von Nyquist (keine Intersymbolinterferenz zu den nominellen Regenerationszeitpunkten) entspricht Weiter enthält der entzerrende Verstärker 12 eine einstellbare Stufe 21 zur Entzerrung von Änderungen gegenüber der Nenn-Übertragungskennlinie, die durch die mit der Zeit sich ändernde Kabeltemperatur und die in der Praxis unvermeidlichen Abweichungen gegenüber der nominellen Abschnittlänge verursacht werden. Diese Aufteilung vermeidet, daß im Hinblick auf die voneinander abweichenden Abschnittlängen eine Vielzahl verschiedenartig ausgebildeter entzerrender Verstärker 12 verwendet werden muß, die je außerdem im Hinblick auf die Temperaturschwankungen einstellbar sein müssen.

Die feste Stufe 20 des entzerrenden Verstärkers 12 kann verschiedenartig ausgebildet werden. Eine mögliche Ausführungsform ist ein Operationsverstärker, wobei ein Entzerrungsnetzwerk in den Gegenkopplungskreis aufgenommen ist. Eine andere Möglichkeit wirr* gebildet durch eine Kaskadenschaltung einer Anzahl Entzerrungsnetzwerke konstanter Resistanz, beispielsweise üb^rbrückter T-Netzwerke, denen ein Breitbandverstärker für die Impulssignale vorhergeht bzw. nachgeschaltet ist. Eine Ausbildung, die vorzugsweise verwendet wird, wenn große Verstärkungsfaktoren verwirklicht werden müssen, besteht aus einem verteilten entzerrenden Verstärker, wobei die Verstärkung sowie die Entzerrung über eine Anzahl kaskadengeschalteter Stufen verteilt wird, die je durch einen Verstärker mit einem Entzerrungsnetzwerk im Gegenkoppelkreis gebildet werden. Diese Verteilung bietet u. a. den Vorteil, da3 die Gegenkopplung einfacher und insbesondere bei hohen Frequenzen stabiler ist als bei einem Mehrstufenverstärker mit einem einzigen Gegenkoppelkreis für den ganzen Verstärker.

Im Zwischenverstärker nach F i g. 2 wird ein derartiger verteilter entzerrender Verstärker für die feste Stufe 20 verwendet, da bei Impulssignalen mit einer Taktfrequenz von 560 MHz bei üblichen 2,6/9,5-mm-Koaxialkabeln mit einer nominellen Abschnittlänge von 1,3 km eine Verstärkung von 60 dB über ein Frequenzband von 0—420 MHz verwirklicht werden muß.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in Fig.2 verwendeten festen Stufe 20, die durch eine Kaskadenschaltung identisch aufgebauter Verstärkerstufen erster Ordnung gebildet wird. Wie in F i g. 3 für die erste Verstärkerstufe dargestellt ist, enthält jede Stufe einen Transistor T in Emitterschaltung, wobei an die Basis zwei Widerstände R\ und Ri für die Stromeinstellung angeschlossen sind. Weiter ist in den Kollektorkreis ein Widerstand R_c aufgenommen und in den Emitterkreis die Parallelschaltung eines Widerstandes R_t und eines Kondensators C* Die Verstärkenden sind identisch ausgebildet mit Ausnahme der Kondensatoren C_n deren Werte zur Entzerrung derart gewählt worden sind, daß vom Eingang der Kaskadenschaltung der Knickpunkt einer bestimmten Stufe immer bei einer höheren Frequenz liegt als der der darauffolgenden Stufe.

Die einstellbare Stufe 21 des entzerrenden Verstärkers 12 enthält ein oder mehrere Entzerrungsnetzwerke, die eine Übertragungskennlinie mit einem reellen Pol aufweisen und derart ausgebildet sind, daß die Lage dieses Poles mit Hilfe eines Einstellsignals geändert werden kann. Diese einstellbare Stufe 21 kann an den Ausgang der festen Stufe 20 (wie in F i g. 2) angeschlossen werden, aber auch an den Eingang derselben. Diese einstellbare Stufe 21 kann verschiedenartig ausgebildet werden, aber bei Verwendung einer festen Stufe 20 nach F i g. 3 empfiehlt sich die Ausbildung nach F i g. 4. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weicht der Aufbau der einstellbaren Stufe nur soweit von der einer Stufe nach Fig.3 ab, daß nun parallel zum Widerstand R_e eine veränderliche Impedanz aufgenommen ist, und zwar in Form einer Diode D mit veränderlicher Kapazität in Reihe mit einem Kondensator C. Mit Hilfe einer Einstellspannung kann der Kapazitätswert der Diode D und damit die Lage des Poles der einstellbaren Stufe geändert werden. Der Kondensator Cbildet dabei eine Sperrung für diese Einstellspannung.

Wie bereits erwähnt, wird dieses Einstellsignal im bekannten Übertragungssystem nach F i g. 1 mit Hilfe eines Einstellkreises 15 erhalten, der an den Ausgang des entzerrenden Verstärkers 12 angeschlossen ist Dieser Einstellkreis 15 ist in F i g. 2 näher dargestellt und enthält einen S.pitzendetektor 22 zum Erzeugen einer Gleichspannung, die dem Spitzenwert der Impulssignale am Ausgang des entzerrenden Verstärkers 12 proportional ist sowie einen Differenzverstärker 23, an dem der Spitzendetektor 22 und eine Bezugsquelle 24 angeschlossen sind und zum Erhalten einer Einstellspannung, die der einstellbaren Stufe 21 zugeführt wird um darin den Kapazitätswert der Diode D (siehe F i g. 4) einzustellen. Durch diese Regelung wird erreicht, daß die Imptüssignale am Ausgang des entzerrenden Verstärkers 12 einen konstanten Spitzenwert aufweisen, der durch die Bezugsquelle 24 im Einstellkreis 15 bestimmt wird. Auf diese Weise wird eine automatische Entzerrung der Abweichungen gegenüber der Nenn-Übertragungskennlinie des vorhergehenden Kabelabschnitts bewerkstelligt, da sich darlegen IaBt, daß der Spitzenwert der entzerrten Impulssignale ein durchaus brauchbarer Maßstab für die Verluste in diesem Kabelabschnitt ist

Diese Einstellart des entzerrenden Verstärkers 12 bedeutet jedoch, daß die Anforderungen, die an die Genauigkeit und die Stabilität der festen Stufe 20 gestellt werden, im Hinblick auf die Impulsregeneration

s wesentlich erschwert werden müssen, damit ein zuverlässiges Einstellsignal erhalten wird. Denn eine Änderung in dieser festen Stufe 20 verursacht auch eine Änderung im Einstellsignal und führt folglich zu einer Fehleinstellung der Entzerrung. Damit in diesem Fall

in dennoch ein zuverlässiges Einstellsignal erhalten werden kann, muß die Genauigkeit und die Stabilität der festen Stufe 20 um mindestens eine Größenordnung besser sein als die zu erwartenden Abweichungen von der Nenn-Übetragungskennlinie des Kabelabschnittes infolge von abweichenden Abschnittlängen und Temperaturschwankungen. Diese Anforderung macht den Entwurf der festen Stufe 20 des entzerrenden

PnHanirf

cirh

genannten hohen Taktfrequenz sowieso kompliziert ist.

noch wesentlich komplizierter. Außerdem wird nicht immer die richtige Einstellung der Entzerrung erhalten, weil das Einstellsignal von Änderungen im Muster der übertragenen Impulssignale abhängig ist Treten beispielsweise bei einer zunächst richtigen Einstellung während ziemlich langer Zeit mehr »0«-Impulse als »!«-Impulse auf, so nimmt die Ausgangsspannung des Spit* ',rdelektors 22 ab und es tritt eine Änderung in der Einstellspannung der Entzerrung auf. Spezielle Maßnahmen müssen getroffen werden, damit dieser unerwünschte Effekt vermieder wird

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Übertragungssystem nach der Erfindung wird dagegen unter allen Umständen eine richtige Einstellung der Entzerrung gewährleistet, ohne daß dazu zusätzliche Anforderungen an die feste Stufe 20 des entzerrenden Verstärken 12 zum Erhalten eines zuverlässigen Einstellsignals gestellt werden müssen. Elemente in F i g. 5, die denen in den vorhergehenden Figuren entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Nach der Erfindung ist im Übertragungssystem nach Fig.5 in den Sender 2 ein Kombinationskreis 25 aufgenommen, in dem die Impulssignale der Signalquelle 3 mit einem Pilotsignal, das mit der Taktfrequenz des Taktsignalgenerators 4 synchronisiert ist, kombiniert werden. Wie in F i g. 5 für den ersten Zwischenverstärker 7 dargestellt ist, ist jeder der einander entsprechenden Einstellkreise 15 des Empfängers 9 und der Zwischenverstärker 7, 8,... mit einem mit ihrem Eingangskreis U gekoppelten Selektionsfilter 26

so versehen, und zwar zur Selektion des empf.iigenen Pilotsignals, das in einer Mischstufe 27 mit einem der Taktfrequenzabtrennstufe emenen Ortspilotsignal gemischt wird, wobei das mit Hilfe eines Tiefpaßfilters 28 selektierte Mischprodukt Ober einen Verstärker 29 als Einstellsignal der einstellbaren Stufe 21 des entzerrenden Verstärkers 12 zugeführt wird. Weiter ist in den Ausgangskreis-16 der Zwischenverstärker 7,8,... ein Kombmatkmskreis 30 aufgenommen, in dem die im Impulsregenerator 13 regenerierten Impulssignale mit dem Ortspilotsignal kombiniert werden.

Im Ausfühningsbeispiel nach Fig.5 wird das Pilotsignal im Sender durch das Taktsignal des Taktsignalgenerators 4 gebildet, wahrend das Ortspilotsignal im Empfinger 9 und in den Zwischenverstarkern 7,8,... durch das dem Impulsregenerator 13 zugeführte Taktsignal der Taktfrequenzabtrennstufe 14 gebildet wird. In diesem Fall liegt die Frequenz des Pilotsignals

ziemlich weif über dem Frequenzband, ilas zur Übertragung der Impulssignale erforderlich ist und wenn die Signalimpulse eine Dauer entsprechend der Taktperiode aufweisen, liegt diese Frequenz sogar bei einer spektralen Nullstelle der Impulssignale, so daß praktisch keine gegenseitige Beeinflussung auftritt und das empfangene Pilotsignal auf einfache Weise mit Hilfe eine* als Hochpaßfilter ausgebildeten Selektionsfilters 26 selektiert werden kann.

Weiter ist in Fig. 5 eine einstellbare Stufe 21 verwendet worden, die entsprechend F i £ 4 ausgebildet ist. Da der Kapazitätswert der darin verwendeten Diode Deine nicht-lineare Funktion der Einstellspanniing ist, wird das empfangene Pilots'gnal dem Ausgang der einstellbaren Stufe 21 entnommen, während im Einstellkreis 15 der Ausgang des Verstärkers 29 wieder an den Differenzverstärker 23 angeschlossen wird, zusammen mit der Bezugsquelle 24. Bei dieser

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abgeleitete örtliche Taktsignal gebildet, das mit dem dem Kabelabschnitt zugeführten Taktsignal immer synchron ist. Da das örtliche Taktsignal eine konstante Amplitude aufweist, bildet die Amplitude des Mischproduktes, das mit Hilfe des Tiefpaßfilters 28 selektiert wird, ebenfalls einen genauen Maßstab für die Kabelverluste, und das Ausgangssignal des Differenz Verstärkers 23 bildet ein zuverlässiges Einstellsignal zum automatischen Entzerren von Änderungen in der Übertragungskennlinie des vorhergehenden Kabelnbschnittes infolge von Änderungen in diesen Kabelverlusten.

Dadurch, daß auf diese Weise ein Pilotsignal benutzt wird, das nicht von den Impulssignalen gestört wird, und durch die Tatsache, daß dieses Pilotsignal mit dem bereits vorhandenen Ortspilotsignal synchron gemischt wird, wird ein Mischprodukt erhalten, das sehr selektiv verstärkt werden kann. Dadurch wird ein großer

Regelschleife, so daß die nichtlineare Abhängigkeit ihres Kapazitätswertes keinen Einfluß auf die Erhaltung der richtigen Einstellung hat. Damit in Fig. 5 die Anforderungen an die feste Stufe 20 nicht erschwert werden, wie noch näher erläutert wird, wird die einstellbare Stufe 21 vor der festen Stufe 20 angeordnet. Im vorliegenden Übertragungssystem kann das empfangene Pilotsignal auch unmittelbar dem Eingangskreis 11 entnommen werden wenn dem Verstärker 29 eine derartige nichtlineare Verstärkungskennlinie erteilt wird, daß seine Ausgangsspannung immer derjenigen Ein; lellspannung entspricht, die bei dem dann empfangenen Pilotsignal für eine richtige Einstellung der Entzerrung erforderlich ist. In diesem Fall können der Differenzverstärker 23 und die Bezugsquelle 24 fortbleiben, während die Lage der einstellbaren Stufe 21 gegenüber der festen Stufe 20 dann von untergeordneter Bedeutung ist. Die in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform, in der der Verstärker 29 eine lineare Verstärkungskennlinie aufweist, wird jedoch aus praktischen Gründen bevorzugt.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im Übertragungssystem nach F i g. 5 auf einfache Weise ein sehr zuverlässiges Einstellsignal zur Entzerrung erhalten. Die Amplitude des empfangenen Pilotsignals bildet ja einen genauen Maßstab für die Verluste, die im vorgehenden Kabelabschnitt auftreten, da das Pilotsignal diesem Kabelabschnitt mit einer bekannten konstanten Amplitude zugeführt und die Übertragung dieses Pilotsignals durch die Impulssignale nicht beeinflußt wird. Außerdem hat das Pilotsignal in Fig.5 eine Frequenz, die weit über dem zur Übertragung erforderlichen Frequenzband der Impulssignale liegt, wodurch eine große Empfindlichkeit erreicht wird, da die Kabelverluste und folglich auch die Änderungen in den Kabelverlusten exponentiell mit der Wurzel aus der Frequenz zunehmen.

In den Einstelikreisen 15 wird nun das Einstellsignal auf genaue und stabile Weise aus dem empfangenen Pilotsignal abgeleitet Das mit Hilfe des Hochpaßfilters 26 abgetrennte Pilotsignal wird in der Mischstufe 27 mit einem Ortspilotsignal gleicher Frequenz gemischt, das Ober ein phasendrehendes Netzwerk 14' der Taktfrequenzabtrennstufe 14 entnommen wird. Diese Mischung weist einen synchronen Charakter auf, denn das einem Kabelabschnitt zugeführte Pilotsignal wird durch das Taktsignal der über diesen Kabelabschnitt zu übertragenden Impulssignale gebildet und das Ortspilotsignal wird durch das aus den übertragenen Impulssignalen

erreicht, der die großen Kabelverluste bei der hohen Frequenz des Pilotsignals weitgehend ausgleicht. Weiter brauchen die Genauigkeit und Stabilität, die für die richtige Einstellung der Entzerrung erforderlich sind, nun nicht bei der hohen Frequenz des Pilotsignals erreicht zu werden, sondern durch die synchrone Mischung bei der relativ sehr niedrigen Frequenz des Mischproduktes, wobei diese Genauigkeit und Stabilität viel einfacher verwirklicht werden können.

Auf diese einfache Weise wird unter allen I Imständen eine richtige Einstellung der Entzerrung gewährleistet, während außerdem der wichtige praktische Vorteil erreicht wird, daß dazu keine zusätzlichen Anforderungen an die Genauigkeit und Stabilität der festen Stufe 20 des entzerrenden Verstärkers 12 gestellt zu werden brauchen. Was die Verstärkung von 6OdB über ein Frequenzband von 0—420 MHz anbelangt, werden der Entwurf und die Ausbildung der festen Stufe 20 dadurch viel einfacher als im bekannten Übertragungssystem nach Fig. 1. weil nun die Anforderungen an die Genauigkeit und Stabilität ausschließlich durch den Impulsregenerator 13 bestimmt werden.

Damit man einen Eindruck dieses wichtigen Vorteils erhält, wird der allgemeine Entwurf der festen Stufe 20 des entzerrenden Verstärkers 12 für die beiden Übertragungssysteme näher betrachtet, wobei einfachheitshalber die Entzerrung nicht berücksichtigt wird. In beiden Fällen muß eine Verstärkung G über ein Frequenzband B( — 3 dB) mittels einer Kaskadenschaltung aus η identischen Transistorverslärkerstufen verwirklicht werden, mit je einer Verstärkung g und einer Bandbreite b( — 3 dB). Einfachheitshalber wird oen Verstärkerstufen eine Übertragungsfunktion erster Ordnung zugeordnet Entsprechende Betrachtungen können für Verstärkerstufen mit Übertragungsfunktionen höherer Ordnung gehalten werden.

In erster Annäherung gilt für die Verstärkerstufe von dem in F i g. 3 dargestellten Typ, daß das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt konstant ist, und zwar gleich dem Stromverstärkungs-Bandbreitenprodukt /j- des Transistors Tbei der gewählten Stromeinstellung:

Φ = f_T (U

Für die Verstärkung pro Stufe gilt:

g = e/(l +ak) (2)

wobei a die Verstärkung ohne Gegenkopplung (die Offene-Schleifenverstärkung) und JIr der Gegenkoppel-

faktor ist. Kür die Kaskadenschaltung von /; Stufen gelten die bekannten Beziehungen:

n - h

(31
(4)

BG¹ '- = f_T

I 2^1/n - I

(7)

die aus den Formeln (1), (3) und (4) abgeleitet werden kann. Substitution dieses Wertes η in der Formel (3) bzw. in der Formel (6) ergibt dann die Werte von gbzw. a · k, woraus mit Hilfe der Formel (2) die Werte von a und A-folgen.

In Fig. 1 sowie in Fig.5 muß die feste Stufe 20 eine Verstärkung aufweisen, die ausreicht um die Kabelverluste bei einer nominellen Abschnittlänge / auszugleichen. Die Kabelverlusiesind durch exp {Al ιΓζ/gegeben, wobei f die Frequenz und A eine Konstante ist (die jedoch noch von der Kabeltemperatur abhängt) und betragen bei halber Taktfrequenz typisch 60 dB, so daß C auf 60 dB gestellt wird. Wegen praktischer Probleme beim Anordnen der Zwischenverstärker 7, 8,... muß eine Toleranz von ± 10% in der nominellen Abschnittlänge berücksichtigt werden und folglich eine Streuung um ±CdB in den Kabelverlusten, die durch die einstellbare Stufe 21 ausgeglichen werden muß.

Damit im bekannten Übertragungssystem nach F i g. 1 ein zuverlässiges Einstellsignal zur Entzerrung erhalten wird, muß wie bereits erläutert wurde die Genauigkeit der Verstärkung um eine Größenordnung besser sein als die Streuung in den Kabelverlusten, so daß AG/G in Fig. 1 auf ±0,6dB gesetzt wird. Durch Anwendung der beschriebenen Maßnahmen ist eine derartige Beschränkung im Übertragungssystem nach Fig.5 nicht notwendig, sondern die Genauigkeit der Verstärkung ist ausschließlich von den durch die Impulsregeneration gestellten Anforderungen abhängig. Wenn in F i g. 5 keine automatische Verstärkungsregelung angewandt wird, ist durchaus eine Streuung von ±6 dB erlaubt, so daß AG/g hier auf ±6 dB gesetzt wird.

Im Hinblick auf Toleranzen und Temperatureinflüsse ist es in der Praxis ausreichend, eine Streuung von ± 20% in der Offene-Schleifenverstärkung der Stufe zu berücksichtigen, so daß da/a in beiden Fällen auf ± 1,6 dB gesetzt wird.

Für den Fall, wo ein Transistor mit /V= 3,5 GH/ bei normaler Stromeinstellung verwendet wird, sind die Resultate der Berechnungen für die obengenannten Daten in der untenstehenden Tabelle dargestellt.

Weiter wird an die relative Änderung dG/C für die Kaskade infolge der relativen Änderung da/a für die Stufen eine bestimmte Anforderung gestellt, die im Wert des untenstehenden Verhältnisses ausgedrückt wird:

S = (df; f;') (dd «> (5)

•Anfür aus den Formeln (2) und (3) folgt:

\ = n(l f ah) (ή)

Von den vielen möglichen Lösungen gibt es nur eine, die die geringste Verlustleistung ergibt, und zwar die Lösung mit dem niedrigsten Wert für das Produkt η ■ a, da die geringste Verlustleistung pro Stufe bei dem niedrigsten Wert a auftritt. Aus der Formel (6) folgt dann, daß bei einem gegebenen Wert von 5 die Minimalisierung der Verlustleistung und der Anzahl Stufen im allgemeinen miteinander einhergeht, gewiß solange a k> 1 ist. Der minimale Wert von η kann mit Hilfe der untenstehenden Beziehung ermittelt werden:

	fig. I	I-ig. 5
.V	0.36	5
/I	7	7
	:,68	2.68
I Ya- k	19,5	1,4
a	52.3	3,75
A	0,354	0,107
;; ■ a	366	26

Aus dieser Tabelle geht deutlich hervor, daß der Entwurf der festen Stufe 20 im Übertragungssystem nach Fig. 5 viel interessanter ist für eine praktische Verwirklichung als der des bekannten Übertragungssystems nach F i g. 1. Nicht allein ist die Verlustleistung für Fig. 5 um einen Faktor 14 niedriger als für Fig. 1 sondern auch die Einstellung des Transistors 7* in den Verstärkerstufen für Fig. 5 ist viel günstiger als für Fig. I. In der Praxis liegt ja die Größe des Kollektorwiderstandes R_c mehr oder weniger fest (u. a. um zu vermeiden, daß die Kollektor-Emitterkapazität zusammen mit dem Kollektor-Widerstand R_c einen Knickpunkt zweiter Ordnung innerhalb des Bandes verursacht), so daß die im Vergleich zu Fig.5 viel höhere Offene-Schleifenverstärkung in F i g. I mit einer Einstellung des Transistors T auf viel höhere Ströme einhergeht, wobei bekanntlich das Stromverstärkungs-Bandbreitenprodukt fr abnimmt. Wenn bei diesem Wert von a der Wert von fr beispielsweise auf 3,2 GHz sinkt, folgt bei gleichem Wert von g aus den Formeln (1) und (4) ein Wert B von 384 MHz, also niedriger als der gewünschte Wert von 420MHz. Dan.it in Fig. 1 dennoch die gewünschten Werte von G. B und 5 erreicht werden, müssen die Berechnungen für Zr= 3,2 GHz abermals durchgeführt werden mit den Resultaten:

π =9;

g = 2,15;

l+a Jt= 25;
a = 53,8;

k = 0,465;

na = 484.

Es sind dann also 2 Verstärkerstufen mehr notwendig, während die Verlustleistung dann um einen Faktor 18,5 höher liegt als für F i g. 5.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen im Übertragungssystem nach F i g. 5 wird also eine unter allen Umständen richtige Einstellung der Entzerrung gewährleistet ohne daß dazu zusätzliche Anforderungen an die Genauigkeit und Stabilität der festen Stufe 20 des entzerrenden Verstärkers 12 gestellt zu werden brauchen und zugleich wird eine für eine praktische Verwirklichung interessante Einfachheit im Aufbau und in der Ausbildung erhalten, die dieses Übertragungssystem für Impulssignale mit sehr hohen Taktfrequenzen besonders geeignet machL Es sei noch bemerkt, daß in Fig.5 keine Maßnahmen notwendig sind, den Einfluß des Pilotsignals auf die Regeneration der Impulssignale zu verringern, da die Kabelverluste

bei der Frequenz dieses Pilotsignals bereits hoch sind und diese frequenz außerdem weit über dem Durchlaßband des entzerrenden Verstärkers 12 liegt.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung des Überliagungssystems nach F i g. 5, wobei entsprechende Elemente mit denselben Bezügszeichen angegeben sind. Das Übertragungssystem nach Fi g. 6 weicht insofern von dem nach F i g. 5 ab, daß im Sender 2 und in den Zwischenverstärkern 7, 8,... die Taktsignale des Taktgenerators 4 und der Taktfrequenzabtrennstufe 14 nicht unmittelbar als Pilotsignal dem nachfolgenden Kabelabschnitt zugeführt werden, sondern erst in einem Phasenmoduiator 31 phasenmoduliert werden, und zwar durch ein Hill'ssignal konstanter Amplitude und verhältnismäßig niedriger Frequenz, das von einem Hilfsoszillator 32 herrührt. Die Amplitude dieses Hilfssignals ist um so viel Male kleiner gewählt worden als die des Taktsignals,

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entsteht, in dem außer dem Träger der Taktfrequenz nur zwei Seiionbänder erster Ordnung auftreten. Die Frequenz dieses Hüfssignals beträgt beispielsweise nur 10 kHz. Im Einstellkreis 15 wird das phasenmodulierte Pilotsignal in der Mischstufe 27 mit einem örtlichen Taktsignal gemischt, dessen Phase im phasendrehenden Netzwerk 14' derart eingestellt ist, daß am Ausgang der Mischstufe 27 ein Mischprodukt auftritt bei der Frequenz des Hilfssignals. Die Amplitude dieses Mischproduktes ist ebenfalls ?in genauer Maßstab für die Verluste im vorhergehenden Kabelabschnitt und in F i g. 6 wird diese Amplitude zum Erhalten des Einstellsignals zur Entzerrung benutzt. Dazu ist in Fig.6 der Ausgang des Tiefpaßfilters 28 Ober einen Kondensator 33 zur Sperrung etwaiger Gleichspannungsanteile an einen Wechselspannungsverstärker 34 angeschlossen, der das Mischprodukt bei der Frequenz des Hilfssigna's verstärkt Mit Hilfe eines Amplitudendetektors 35 wird dann die Amplitude des verstärkten Mischproduktes bestimmt und dem Differenzverstärker 23 zugeführt Auf diese Weise braucht die Verstärkung, die im Einstellkreis 15 notwendig ist, nun nicht für ein Gleichspannungssignal wie in Fig.5 verwirklicht zu werden, sondern durch die Phasenmodulation des Pilotsignals für ein Wechselspannungssignal mit der Frequenz des Hilfssignals. Die Tatsache, daß in F i g. 6 ein Wechselspannungsverstärker 34 statt eines Gleichspannungsverstärkers 29 in F i g. 5 benutzt werden kann, ist ein wesentlich praktischer Vorteil, weil bekanntlich die erforderliche Genauigkeit und Stabilität bei einem Wechselspannungsverstärker viel einfacher verwirklicht werden können als bei einem Gleichspannungsverstärker.

In den Ausführungsbeispielen von F i g. 5 und F i g. 6 hat das Pilotsignal dieselbe Frequenz wie das Taktsignal der Impulssignale. Wenn jedoch diese Impulssignale derart kodiert werden, daß ihr Frequenzspektrum spektrale Nullstellen bei ganzen Subvielfachen der Taktfrequenz aufweist, kann die Frequenz des Pilotsignals auch einem derartigen Subvielfachen der Taktfrequenz entsprechend gewählt werden, weil auch dann die Impulssignale die Übertragung des Pilotsignals praktisch nicht beeinflussen. F i g. 7 zeigt eine Abwandlung des Übertragungssystems nach Fig.6, wobei eine derartige Kodierung angewandt wird. Entsprechende Elemente sind in Fig.6 and Fig.7 mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Im Sender 2 nach Fig.7 werden die Impulssignale der Signalquelle 3 in einem Kodenwandler 36 derart kodiert, daß ihr Frequenzspektrum eine spektrale Nullstellc bei der halben Taktfrequenz aufweist und die Frequenz des Pilotsignals wird der halben Taktfrequenz entsprechend gewählt. Im Empfänger 9 werden die ursprünglichen Inipulssigndle der Signalquelle 3 mit -, Hilfe eines inversen Kodewandlers 37 zurückerhalten. Derartige Kodewandler sind allgemein bekannt und brauchen nicht mehr erläutert zu werden.

Um zu gewährleisten, daß das Pilotsignal mit de..) Taktsignal synchronisiert ist, wird in F i g. 7 der

im Taktsignalgenerator 4 im Sender 2 durch einen Generator 38 mit halber Taktfrequenz gebildet, dem das Pilotsignal unmittelbar und das Taktsignal über einen Frequenzdoppier 39 entnommen wird. Auf gleiche Weise wird in den Zwischenverstärkern 7, 8,... und im

ι-, Empfänger 9 das Ortspilotsignal dem örtlichen Taktsignal der Taktfrequenzabtrennstufe 14 über einen Frequenzteiler 40 mit einem Teilungsfaktor 2 entnommen Du di£ FrC¹IiSHZ ^pc Pilrtfciernalc nun innpphalh Hf»c Durchlaßbandes der entzerrenden Verstärker 12 in den

_>(i Zwischer.verstärkern 7, 8,... und im Empfänger 9 liegt, wird in Fig. 7 der Pegel dieses Pilotsignals mit Hilfe eines Dämpfungsgliedes 41 soweit herabgesetzt, daß dieser Pegel um etwa 25 dB niedriger liegt als der der Impulssignale, die den Kombinationskreisen 25 und 30

„η des Senders 2 bzw. der Zwischenverstärker 7, 8,... zugeführt werden. Auf diese Weise wird ein möglicher störender Einfluß des Pilotsignals auf die Regeneration der Impulssignale vermieden. Weiter wird das Selektionsfilter 26 in den Einstellkreisen 15 nun durch ein

in Bandpaßfilter gebildet, das auf die halbe Taktfrequenz abgestimmt ist. An die Selektivität dieses Bandpaßfilters 26 brauchen keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden, weil die eigentliche Selektion dank der synchronen Mischung erst hinter der Mischstufe 27

υ bewerkstelligt wird.

Was die automatische Entzerrung der Übertragungskennlinie des vorhergehenden Kabelabschnitts anbelangt, gibt es keinen Unterschied in der Wirkungsweise zwischen den Übertragungssystemen von F i g. 6 und Fig. 7, so daß alle Vorteile, die aus der Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen hervorgehen, auch in F i g. 7 erreicht werden.

Bei den bisher beschriebenen AusführungsLeispielen ist der Zusammenhang zwischen dem Pilotsignal und dem Taktsignal benutzt worden, um auf einfache Weise ein sehr zuverlässiges Einstellsignal zur automatischen Entzerrung aus der Amplitude des empfangenen Pilotsignals abzuleiten. Die Anwendung der beschriebenen Maßnahmen bietet jedoch weiter die Möglichkeit, diesen Zusammenhang auch zur Rückgewinnung der Taktfrequenz zur Steuerung der Impulsregeneratoren zu benutzen.

Als Beispiel zeigt Fig.8 eine Abwandlung eines Zwischenverstärkers für das Übertragungssystem nach Fig.6, wobei das örtliche Taktsignal nicht aus den empfangenen Impulssignalen, sondern aus dem empfangenen Pilotsignal abgeleitet wird. Elemente in Fig.8, die den Elementen in den vorhergehenden Figuren entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen angegeben.

In F i g. 8 wird das mit Hilfe des Selektionsfilters 26 selektierte Pilotsignal nicht nur der Mischstufe 27 zugeführt, sondern auch der Taktfrequenzabtrennstufe 14. Dieses Pilotsignal wird unmittelbar dem frequenzse-Iektiven Kreis 18 zugeführt, der als Phasenverriegelungsschleife (»phase locked loop«) mit einem Schleifenfilter erster Ordnung und einer verhältnismäßig hohen Schleifenverstärkung ausgebildet ist Diese Schleife

enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator 42 (»voltage controlled oscillator«), dessen Ruhefrequenz der Taktfrequenz praktisch entspricht und dessen Ausgang einerseits an den Impulsformerkreis 19 und andererseits an eben ersten Eingang eines Phasendetektors 43 angeschlossen ist Das Selektionsfilter 26 ist an den zweiten Eingang des Phasendetektors 43 angeschlossen, dessen Ausgangsspannung über ein Schleifenfilter 44 als Regelspannung zur Frequenzregelung des Oszillators 42 dient. Das örtliche Taktsignal für die Mischstufe 27 und den Phasenmodulator 31 wird dem Ausgang des Oszillators 42 entnommen.

Die Phasenmodulation des Pilotsignals durch das Kilfssignal des Hilfsoszillators 32 stört in Fig.8 die Rückgewinnung der Taktfrequenz nicht, wenn die Frequenz dieses Hilfssignals derart gewählt wird, daß die beiden Seitenbänder erster Ordnung des phasenmodulierten Pilotsignals außerhalb des Durchlaßbandes des frequenzselektiven Kreises 18 liegen, so daß nur der Träger der Taktfrequenz zur Erzeugung des örtlichen Taktsignals benutzt wird.

Auf diese Weise kann der Zusammenhang zwischen dem Pilotsignal und dem Taktsignal zugleich zur Rückgewinnung des örtlichen Taktsignals benutzt werden mit dem Vorteil, daß in der Taktfrequenzabtrennstufe 14 der Vorbearbeitungskreis 17, der in F i g. 2 dazu benutzt wurde, aus den empfangenen Impulssignalen mit Hilfe einer nicht-linearen Signalbearbeitung ein Signal mit einem Anteil bei der Taktfrequenz abzuleiten,

; nun fortbleiben kann.

Es sei bemerkt, daß in den Ausführungsbeispielen der F i g. 6,7 und 8 der Modulator 31 auch als Amplitudenmodulator ausgebildet werden kann. Auch in diesem Fall entsteht ein moduliertes Pilotsignal in Form eines

ίο Trägers, der mit dem Taktsignal synchronisiert ist, und zwei Seitenbänder erster Ordnung, die nach synchroner Mischung in der Mischstufe 27 bei der Frequenz des Hilfssignals ein Mischprodukt ergeben, dessen Amplitude zum Erhalten des Einstellsignals benutzt werden kann. Die Einstellung des phasendrehenden Netzwerkes 14' in F iig. 6 und F i g. 7 weicht dann um 90° von der bei Gebrauch eines Phasenmodulators ab, während in Fig.8 dann in der Verbindung des Oszillators 42 und der Mischstufe 27 ein 90°-phasendrehendes Netzwerk aufgenommen ist Die Einfachheit der praktischen Verwirklichung ist für die Wahl des angewandten Modulationsverfahrens bestimmend In Anbetracht der hohen Frequenzen des Pilotsignals wird in der Praxis Phasenmodulation bevorzugt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem for Impulssignale fester Taktfrequenz mit einem Sender, einem Empfänger und einer Anzahl im Übertragungsweg liegender Zwischenverstärker, wobei in den Sender und in den Zwischenverstärker je ein Kombinationskreis aufgenommen ist, in dem zu den Impulssignalen vor deren Zufuhr an den Übertragungsweg ein mit der Taktfrequenz synchronisiertes Pilotsignal addiert wird, und der Empfänger und die Zwischenverstärker mit je einem Eingangskreis und einem daran angeschlossenen entzerrenden Verstärker versehen sind, der eine einstellbare Stufe und einen daran angeschlossenen Einstellkreis zur automatischen Entzerrung, welcher mit einem mit dem Eingangskreis gekoppelten Selektionsfilter zum Selektieren des Pilotsignals versehen ist, enthält, wobei an den entzerreRdan Verstärker ein Impulsregenerator angeschlossen ist sowie eine Taktfrequenzabtrennstufe zum Erhalten der Taktfrequenz zur Steuerung des Impulsgenerators, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem entzerrenden Verstärker selektierte Pilotsignal in einer Mischstufe mit einem derTaktfrequenzabtrennstufe entnommenen Ortspilotsignal gemischt wird, wobei das mit Hilfe eines Tiefpaßfilters selektierte Mischprodukt Ober einen Verstärker als Einstellsignal der einstellbaren Stufe des entzerrenden Verstärkers zugeführt jo wird.

2. Übertragungssystem na Ii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^:n den Sender und in die Zwischenverstärker ein Mod' ^ator aufgenommen ist, in dem ein mit der Taktfrequenz synchronisiertes j? Signal durch ein einem Oszillator entnommenes Hilfssignal konstanter Amplitude und gegenüber der Taktfrequenz viel niedrigerer Frequenz zum Erhalten eines schmalbandigen modulierten Pilotsignals moduliert wird, das außer einem Träger nur zwei Seitenbänder erster Ordnung enthält, und dieses modulierte Pilotsignal zu den Impulssignalen addiert wird, und daß weiter das in einem entzerrenden Verstärker selektierte Pilotsignal mit einem Ortspilotsignal einer derartigen Phase gemischt wird, daß **> bei der Frequenz des Hilfssignals ein Mischprodukt entsteht, woraus das Einstellsignal mit Hilfe eines Wechselspannungsverstärkers und eines Amplitudendetektors erhalten wird.

3. Übertragungssystem nach Anspruch I oder 2, -_)(l dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Pilotsignals im Sender und des Ortspilotsignals im Empfänger und in den Zwischenverstärkern der Taktfrequenz der Impulssignale entspricht.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, in « dem das Frequenzspektrum der Impulssignale spektrale Nullstellen aufweist bei ganzen Subvielfachen der Taktfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Pilotsignals im Sender und des Ortspilotsignals im Empfänger und in den Zwischen- w> verstärkern einem ganzen Subvielfachen der Taktfrequenz entspricht.