DE2541977A1 - Einstellbarer universalentzerrer - Google Patents

Description

TE KA DE Den 19.9.1975

FELTEN & GÜILLEAUME X P75267 FERNMELDEANLAGEN GMBH

Einstellbarer Universalentzerrer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Entzerren von Restdämpfungskurven in einem vorgegebenen Frequenzbereich eines Trägerfrequenzübertragungssystems.

Zum Entzerren von Restdämpfungskurven sind Entzerreranordnungen nach dem Echoprinzip, nach dem Kosinusprinzip oder nach dem Verfahren mit in der Höhe einstellbaren Dämpfungsbuckeln bekannt. Mit solchen Entzerrern können Restdämpfungskurven von Trägerfrequenzübertragungssystemen mit nicht voraussehbaren Verzerrungen entzerrt werden, sofern das in den Entzerrern vorgesehene Auflösungsvermögen für Details der RestdämpfungsSchwankungen ausreichend groß ist. Diese Art der Entzerrer sei universal genannt. Die Universalität dieser Entzerrer ist durch auf den jeweiligen Typ zugeschnittene theoretische Betrachtungen nachgewiesen: Beim Echoentzerrer durch Anwendung der Fourier-Analyse und beim Entzerrer mit in der Höhe einstellbaren Dämpfungsbuckeln durch Anwendung des Sampling-Theorems.

Erwähnt sei ferner, daß eine Entzerreranordnung bekannt ist (s. Lit.1), bei der eine Anzahl von in der Höhe und in der Seitenlage verstellbaren Dämpfungsbuckeln mit Hilfe von Einstellgliedern erzeugt werden kann. Für die Verwendbarkeit als üniversalentzerrer sind keine Angaben enthalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Universalentzerreranordnung zum Entzerren von Restdämpfungskurven anzugeben, deren Aufwand wesentlich geringer als bei den bekannten Anordnungen ist. Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch beschrieben.

Zur Erläuterung der im nachfolgenden Text verwendeten Begriffe ist es notwendig, einige neue theoretische Überlegungen hier darzustellen: Die Überlegungen haben zum Ziel, eine auf beliebige Universalentzerrer-Prinzipien anwendbare

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übergeordnete Betrachtungsweise zu schaffen, die den Schwierigkeitsgrad von zu entzerrenden Restdämpfungskurven und den zum Entzerren notwendigen Aufwand (d.h. die Zahl der Echos bzw. Buckel) zu erfassen erlaubt. .

Hierzu dient eine einfache Modellvorstellung, bei der gemäß Figur 1 - eine Restdämpfungskurve y1 innerhalb der Bandgrenzen xmax und xmin durch einen Polygonzug y1p so angenähert ist, daß die Extrema der Fehlerfunktion f1 = yi - yip gleichgroße vorgegebene Beträge b haben. Der Polygonzug verläuft dann innerhalb eines Toleranzbandes um y1 mit der Breite 2b. Die Funktion yi wird stückweise durch Strecken angenähert, deren Endpunkte die Knickpunkte (Gelenke) des Polygonzuges sind. Der Abszissenabstand zwischen zwei Gelenken sei als Spalt Δχ bezeichnet. Offensichtlich ergeben sich für detailreiche Funktionen viele und kleine Spalte; mit zunehmendem Detailreichtum der Funktion werden die Spalte enger und ihre Zahl wird größer. Deshalb kann die Spaltbreite als Kennzeichen der Detaildichte verwendet werden. Es sei d = . die Detaildichte. Die größte Detaildichte einer

ΔΧ °

Restdämpfungskurve ist durch den kleinsten vorkommenden Spalt Axmin bestimmt und ergibt sich aus der Gleichung , xmax
dmax =

Axmin

Zusammenfassend sei festgestellt, daß eine zu entzerrende Restdämpfungskurve y1 bis auf eine wählbare Unscharfe ^b durch die Lage von Spaltgrenzen und die dar auf liegend en Gelenke beschrieben werden kann.

In analoger Weise kann die Restdämpfungskurve y2 eines Entzerrers bis auf eine gleiche Unscharfe -b ersatzweise durch einen Polygonzug y2p mit Spaltgrenzen und Gelenken dargestellt werden. Die Entzerrung wird dadurch erreicht, daß y2p =-y1p gemacht wird.

Die Spaltgrenzen und Gelenke einer Funktion y1 können bestimmte charakteristische Merkmale haben. Die zur Nachbildung einer solchen Funktion vorgesehene Funktion y2 muß

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Spaltgrenzen und Gelenke mit mindestens den gleichen Merkmalen aufweisen. Die Merkmale von in Trägerfrequenzübertragungssystemen mit nicht voraussehbaren Verzerrungen vorkommenden Restdämpfungskurven bestehen darin, daß die Lage der Spaltgrenzen und die Ordinatenwerte der Knickpunkte beliebig sind; lediglich die Breite Axmin des kleinsten Spaltes muß als Kennzeichen des Auflösungsvermögens festgelegt werden.

Die Dämpfungskurve eines für solche Restdämpfungskurven geeigneten Universalentzerrers muß eben diese Merkmale aufweisen. Das ist der.Fall, wenn die nachfolgenden Universalitätsbedingungen erfüllt sind (Figur 2): Innerhalb eines Spaltes beliebiger Lage und Breite muß eine Strecke beliebiger Lage und Richtung (mit den Endpunkten auf den Spaltgrenzen) näherungsweise nachgebildet werden können (U1) und an den Enden dieser Strecke müssen Nachbarstrecken beliebiger Richtung in beliebig breiten Spalten anfügbar sein (U2).

Entzerrer mit einem

Die Erfindung geht von einem/Vierpol aus, bei dem mit einstellbaren Gliedern eine Anzahl von in der Höhe und in der Seitenlage verstellbaren Dämpfungsbuckeln erzeugt werden kann. Aufgrund theoretischer Überlegungen, die durch praktische Versuche bestätigt wurden, ist ermittelt worden, daß ein solcher Entzerrer die genannten Universalitätsbedingungen erfüllt, wenn die ersten beiden erfindungsgemäßen Merkmale eingehalten werden, d.h., wenn die Mittenfrequenzen der Buckel mit Bezug auf ihre Anfangsposition um mindestens einen halben Abstand zum jeweils nächsten Buokel verstellbar sind und wenn jeweils zwei aufeinanderfolgende gleich hohe Buckel in Anfangsposition sich so überlappen, daß der Schnittpunkt der einander zugekehrten Buckelflanken mindestens auf dem 0,6-faohen Wert der Buckelhöhe liegt.

Die Untersuchungen haben außerdem ergeben, daß die Universalität und die Entzerrerwirkung im wesentlichen unabhängig ist von der Form der Dämpfungsbuckel der Einstellglieder. Die erfindungsgemäßen Merkmale gelten für alle in sinnvollen

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technischen Entzerrern erzielbaren Buckelformen z.B. durch einfache Resonanzkreise erzeugte Frequenzgänge oder kompliziertere Buckelfrequenzgänge, die durch mehrere auf die gleiche Frequenz abgestimmte Resonanzkreise, z.B. in Bode-Netzwerken, hergestellt werden können. Die Merkmale gelten auch für Entzerrer, die eine nur theoretisch vorstellbare Buckelform, z.B. eine Cosinus-, Cosinus - oder Dreiecks-Form haben.

Beim Entwurf eines solchen Entzerrers muß eine bestimmte Anzahl von Buckeln in einem gegebenen Frequenzbereich nach einer bestimmten Verteilungsgesetzmäßigkeit, auf die weiter unten eingegangen wird, angeordnet werden. Man geht dabei von einer mittleren Lage Jedes Buckels auf der Frequenzachse aus, die als Anfangsposition bezeichnet istj zur Kennzeichnung der Lage eines Buckels wird die Frequenz benutzt, die beim Maximum des Buckels auftritt, sie wird Mittenfrequenz genannt.

In einer beliebigen Restdämpfungskurve ist immer an irgendeiner Stelle ein kleinster Spalt Axmin feststellbar. Bei einer anderen Restdämpfungskurve kann ein Spalt gleicher Größe vorkommen, der aber nicht notwendigerweise an derselben Stelle des Frequenzbandes liegen muß. Ein Universalentzerrer muß deshalb so beschaffen sein, daß der kleinste Spalt Axmin als eine das Auflösungsvermögen des Entzerrers bestimmende Größe an einem beliebigen Ort des Übertragungsbandes nachbildbar ist.

Bei einem Buckelentζerrer HS nach der Erfindung (mit in der flöhe und Seitenlage verstellbaren Dämpfungsbuckeln) liegen die Spaltgrenzen stets auf den Maxima der Buckel, d.h. die Buckelmaxima sind die Gelenke der flexiblen Entzerrerkurve. Damit kommt man auf einfache Weise zu der Zahl der benötigten Buckel. Es sind nach obigen Überlegungen eine Anzahl von

^sP*"^e » reagieren, die ) +1 Spaltgrenzen haben. Demzufolge sind mindestens

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_Buckel

sehen. Bei einem Breitbandsystem ist « 1 ¹⁰¹CL ferner ist dmax/^1, so daß in diesem Fall die vereinfachte Beziehung

nHS Pt? dmax
für die Zahl der Buckel benutzt werden kann.

Aus ähnlichen Überlegungen erhält man für die Zahl der Buckel eines bekannten Entzerrers H (mit nur in der Höhe einstellbaren Buckeln) die Beziehung

nH .«* (2...3) · dmax

und für Echoentzerrer die Zahl der Echos aus

nE & (1,3... .2) . dmax.

Da der Aufwand an Schaltmitteln eines Universalentzerrers im wesentlichen aus den Bauteilen (Spulen, Kondensatoren, Widerstände) zur Erzeugung von Buckeln bzw. Echos besteht, kann die Zahl der Buckel bzw. Echos unmittelbar näherungsweise zum Aufwandsvergleich herangezogen werden. Aus obigen Gleichungen geht hervor, daß der erfindungsgemäße Buckelentzerrer bei weitem den kleinsten Aufwand hat.

Mit der Einführung des Begriffs Detaildichte ist eine Größe, gefunden worden, aus der der Aufwand für Entzerrer unmittelbar berechnet werden kann. Bei den bisherigen Überlegungen war davon ausgegangen worden, daß der kleinste Spalt Axmin bzw. die größte Detaildichte dmax an einer beliebigen Stelle des Übertragungsbandes auftreten kann. Das ist aber bei praktischen Restdämpfungskurven nicht der Fall, wie die Untersuchung einer größeren Anzahl von Restdämpfungskurven von Breitbandübertragungssystemen zeigt. Zur Untersuchung mit Hilfe von Polygonzügen wurde eine Breite des Toleranzbandes von 2b = 0,4 dB benutzt. Die sioh daraus ergebende frequenzabhängige Detaildichteverteilung zeigt Figur 3· Jeder Punkt bedeutet die Detaildichte eines Spaltes, aufgetragen über der geometrischen Mittenfrequenz xO des jeweiligen Spaltes

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und bezogen auf xmax. Das Streufeld ist erstaunlich eng. Der Mittelwert des Streufeldes ist durch die ausgezogene Linie d = f (~~) dargestellt und sei Verteilungsfunktion der Detaildichte genannt. Das Streufeld zeigt, daß für Teilbänder von Hestdämpfungskurven von Trägerfrequenzüb ertragungssystemen jeweils andere Spalte kleinster Breite gefunden werden können. Die bisher bekannten Entzerrer sind deshalb nicht genügend sparsam, weil sie auch dort den Spalt kleinster Breite bereithalten, wo er niemals gebraucht wird. Durch Detaildichteanpassung gemäß der Erfindung kann jedoch eine erhebliche Aufwandsersparnis erzielt werden. Unter Detaildichteanpassung bei einem Buckel entzerrer wird verstanden, daß der Abstand der Buckelmittenfrequenzen einer Anzahl von Buckeln auf der Frequenzachse so verteilt wird, daß an Stellen größerer Detaildichte kleine Abstände der Buckel und an Stellen kleiner Detaildichte größere Abstände der Buckel vorgesehen werden, wobei dieses Prinzip die besten Erfolgsaussichten hat, wenn die Wahl der Abstände entsprechend der empirisch ermittelten Verteilungsfunktion d erfolgt. Da gleichzeitig das andere Merkmal der Erfindung, nämlich die ausreichende Überlappung eingehalten werden muß, ergeben sich auch unterschiedliche Breiten der Buckel. Die genaue Berechnung der Buckelabstände und-breiten ist verhältnismäßig umständlich und nur iterativ durchführbar. Eine direkte aber nur beschränkt genaue Lösung des Problems ist z.B. durch eine grafische Methode möglich, indem ein Frequenzmaßstab geschaffen wird, der entsprechend der Verteilungsfunktion der Detaildichte d gedrängt bzw. gedehnt ist (Figur 4). Die Anordnung der Buckelmittenfrequenzen auf der Frequenzachse bei gegebener Zahl von Buckeln ergibt sich dann aus der Figur 4.

Sollen z.B. im relativen Frequenzbereich 0,1 ^ = 1 acht Buckel untergebracht werden, so ist die Entfernung B zwischen den beiden genannten Grenzen des Frequenzmaßstabes in sieben gleiche Abschnitte B* zu unterteilen. Die acht Abschnittsgrenzen sind auf den Maßstab zu projizieren und liefern darauf unmittelbar die Mittenfrequenzen der Buckel (Figur 4). Ein auf diese Weise an die Detaildichte-Vertei-

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lungskurve d* angepaßter Entzerrer gemäß der Erfindung benötigt wesentlich weniger Buckel als ein Entzerrer, bei dem unterstellt ist, daß er an beliebigen Stellen des Frequenzbandes den kleinsten Spalt bereithalten muß. Die Ersparnis hängt von der Bandbreite des Systems ab; z.B. läßt sich berechnen, daß bei einem System V 2700 die Zahl der Buckel 5,7 mal kleiner und bei einem System V 10800 2,8 mal kleiner ist.

Bei bekannten Entzerrern mit nur in der Höhe einstellbaren Buckeln ist schon der Versuch gemacht worden, durch unterschiedliche Buckelabstände die Anzahl der Buckel zu verklei-

nern (Lit.2 u.3). Ohne Kenntnis der erst hier dargelegten Zusammenhänge zwischen dem neuen theoretischen Begriff Detaildichte und dem Entzerreraufwand und ohne Untersuchung der Detaildichteverteilung in Restdämpfungskurven wurde aber keine optimale Auslegung des Entzerrers bezüglich Aufwand erreicht. Bei einer Anordnung der Buckelmittenfrequenzen nach der Verteilungsfunktion d könnte der in der Veröffentlichung beschriebene Buckelaufwand noch etwa auf die Hälfte vermindert werden. Das für den erfindungsgemäßen Entzerrer beschriebene Prinzip der Anpassung an die Detaildichteverteilung d* kann also auch bei bekannten Entzerrern mit nur höhenverstellbaren Buckeln mit gutem Erfolg angewendet werden.

Ein an die Detaildichteverteilung d* angepaßter Buckelentzerrer HS hat allerdings in jedem Fall einen um 2...3 mal geringeren Aufwand als ein in gleicher Weise an die Detaildiohteverteilung angepaßter Entzerrer H.

Die Verteilungsfunktion d* der Detaildichte wurde nach dem Vorangehenden aus dem mittleren Verlauf des Streufeldes gewonnen. Kleinere Abweichungen der Kurve von dem in Fig.3 gezeigten Verlauf sind denkbar, da die Mitte nicht ftn allen Frequenzstellen deutlich erfaßt werden kann. Ein auf die Detaildichte angepaßter Entzerrer wird auch dann noch sehr sparsam im Aufwand, wenn die Verteilungsfunktion d nur ungefähr berücksichtigt wird.

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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Entzerrers wird anhand der in Figuren 5a-d dargestellten Meßergebnisse für einen Anwendungsfall veranschaulicht;

Figur 5a zeigt die Restdämpfungskurve einer V 2700-Grundleitung mit zwanzig Verstärkerfeldern für das Frequenzband 0,3...12,5 MHz.

Die Figuren 5b und c zeigen die Restwelligkeit nach der Entzerrung mit einem Entzerrer nach der Erfindung mit acht Buckeln; bei Figur 5b erfolgte der Abgleich visuell, bei Figur 5c nach der Effektivwert-Methode.

Figur 5d zeigt demgegenüber die Restwelligkeit nach dem Abgleich mit einem vorhandenen Echoentzerrer mit vierundzwanzig Echos und zwei Buckeln.

Die Restwelligkeiten nach der Entzerrung sind bei allen Kurven vergleichbar und liegen nach den Meßergebnissen innerhalb der Grenzen - 0,08 dB.

Außer dem Vorteil eines geringeren technischen Aufwandes ergibt sich beim Abgleichen ein Zeitgewinn, für den in erster Linie die geringere Anzahl der zu bedienenden Einstellorgane maßgeblich ist. Bei den verwendeten Abgleichverfahren dauerte der Entzerrungsvorgang beim erfindungsgemäßen Entzerrer durchschnittlich nur halb so lange wie beim Echoentzerrer. Dabei sei bemerkt, daß bei einem Echoentzerrer die visuelle Abgleichsmethode nicht anwendbar ist.

Lit.1 DPS 18 05 461

Lit, 2 Koiebi Endo, Takamoto Kojima, Hirosuke Tanaka, Btichio Fujisaki und Koichi Watanabe:

Wide-Band Adjustable Equalizer Based on the Sampling Theorem.

Electronics and Communications in Japan, Vol.53-A, No.3, 1970

Lit. 3 DAS 14 87 298

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Leerseite

Claims (1)

1. TEKADE Den 19.9.1975

   PELTEN & GUILLEAUME P75267

   FERNMELDEANLAGEN GMBH

   Patentanspruch

   Anordnung zum Entzerren von Restdämpfungskurven in einem vorgegebenen Frequenzbereich eines Trägerfrequenzübertragungssystems, bestehend aus einem Vierpol mit Einstellgliedern, die eine Anzahl von in der Höhe und in der Frequenzlage einstellbaren Buckeln erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in Anfangsposition

   a) die Mittenfrequenzen der Buckel um mindestens den halben Abstand zum jeweils nächsten Buckel verstellbar sind,

   b) zwei aufeinanderfolgende gleich hohe Buckel sich so überlappen, daß der Schnittpunkt der einander zugekehrten Buckelflanken mindestens auf dem 0,6-fachen Wert der Buckelhöhe liegt und

   c) die Mittenfrequenzen der einzelnen Buckel ungefähr entsprechend der Detaildichte-Verteilungskurve d innerhalb

   des vorgegebenen zu entzerrenden Frequenzbereichs verteilt sind.

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   ORIGINAL INSPECT