DE2714803B1

DE2714803B1 - Gabelschaltung zur Zweidraht-Vollduplexuebertragung von Digitalsignalen

Info

Publication number: DE2714803B1
Application number: DE2714803A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing Dietze; Joerg Ing Reutter
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1977-04-02
Publication date: 1978-08-03
Also published as: JPS54553A; DK139778A; FR2386207A1; NO781098L; CA1103775A; CH633399A5; BR7802067A; SE420883B; BE865536A; US4178569A; NL7803300A; GB1596447A; SE7803275L; AU511871B2; AU3453778A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssysteme für Digitalsignale zum Anschluß eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung.

ίο Derartige Gabelschaltungen sind bekannt und können Übertrager enthalten oder überwiegend aus Widerständen bestehen. In der DE-AS 24 54 108 ist eine Widerstands-Gabelschaltung beschrieben, mit der an den Endstellen der Zweidrahtleitung der Sender und der Empfänger angeschlossen ist und die nach Art einer Brückenschaltung arbeitet Ein Brückenwiderstand ist der Eingangswiderstand der Zweidrahtleitung und ein anderer die diesem gegenüberliegende Leitungsnachbildung. Um den Sender und den Empfänger derselben Endstelle möglichst gut voneinander zu entkoppeln, so daß beim Betrieb des Senders der eigene Empfänger nicht gestört wird, müssen die Leitung und ihre Nachbildung möglichst genau aufeinander abgestimmt sein. Dies geschieht bei der bekannten Gabelschaltung durch eine aufwendige veränderliche Nachbildungsschaltung, die zum Abgleich der Brückenschaltung von Hand einstellbar ist

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Gabelschaltung zur Zweidraht-Vollduplex-Übertragung von Digitalsignalen anzugeben, die mit einfachen Mitteln die Sende- und Empfangssignale genügend voneinander entkoppelt.

Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es hat sich gezeigt, daß die für die Übertragung von Digitalsignalen an die Gabelübergangsdämpfung gestellten Forderungen über einen weiten Variationsbereich des Leitungswiderstandes bereits mit einer verhältnismäßig einfachen Regelschaltung einzuhalten sind. Somit ermöglicht es die Erfindung, die Digitalisierung der Nachrichtenübertragung mit geringem Aufwand bis in die unterste Netzebene, d. h. bis zum Teilnehmer voranzutreiben. Bei der neuen Gabelschaltung entfallen alle Einstellarbeiten, da diese sich selbsttätig auf den Widerstand der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung einstellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

so F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gabelschaltung mit einem Gabelübertrager,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gabelschaltung mit einem Gabelübertrager,
F i g. 3 eine als Widerstandsgabel ausgebildete Gabelschaltung,

F i g. 4 einen Kode und seine Eigenschaften, für den die erfindungsgemäße Gabelschaltung besonders geeignet ist.
Die F i g. 1 zeigt eine Gabelschaltung, die einen

bo Gabelübertrager TA enthält Sie hat einen Vierdraht-Eingang VE, einen Vierdraht-Ausgang VA und einen Zweidrahtanschluß P, Q an dem die Zweidrahtleitung mit dem Eingangswiderstand Z angeschlossen ist. Gabelschaltungen werden in Endstellen einer Zwei-

draht-Übertragungsstrecke verwendet, um den Sender und den Empfänger voneinander entkoppelt an die Zweidrahtleitung Z anzuschließen, oder in Zwischenstellen, um die Sende- und Empfangsrichtung zu

ORIGINAL INSPECTED

Verstärkungszwecken voneinander zu trennen (Gabelverstärker). Die in F i g. 1 gezeigte, gestrichelt umrandete Gabelschaltung befindet sich beispielsweise in einer Endstelle A einer Zweidraht-Übertragungsstrecke, an deren anderem Ende eine Endstelle Bangeschlossen ist.

Am Vierdraht-Eingang VE der Gabelschaltung der Endstelle A liegt gegen Masse die von einer Sendespannungsquelle SA gelieferte Sendespannung UsA- Die Empfangsspannung Uea wird dem Vierdraht-Ausgang VA ebenfalls gegen Masse entnommen.

Über den Gabelübertrager TA gelangt die Sendespannung Usa auf die Zweidrahtseite und hat am Punkt b gegen Masse einen Wert k\ · Usa- Dieser Spannung wird vom Sender der anderen Endstelle B eine Spannung überlagert, die eine Funktion der von diesem Sender erzeugten Spannung Usb ist Es liegt am Punkt b also eine Spannung von

U₁ = f(Uss)

_sA

(D

Auf die andere Seite des Gabelübertragers TA übersetzt ergibt dies über der Teilwicklung w\ eine Spannung

wl U_x = (/(l/_SB) + fc,-l/_s„)-^3 (2)

(3)

= g(U_SB) + k₂ ■ U_S

wobei w\ und w3 die Windungszahlen der entsprechend bezeichneten Wicklungen sind.

An der Leitungsnachbildung N liegt andererseits eine Spannung Un= k₃ ■ Usa, die bei einer gleichseitigen Gabel unabhängig vom jeweils vorhandenen Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung ist. Wenn nun dafür gesorgt wird, daß ki gleich ki ist, dann ist die am Vierdrahtausgang V_A gegen Masse abgegriffene Empfangsspannung Uea unbeeinflußt von Anteilen der eigenen Senderspannung Usa· Es ist nämlich

ka + U_x - U_n = 0,

= - g(U_SB) - k₂ ■ U_sA + k₃ U_SA. (4)

Dies bedeutet, daß die Gabelübergangsdämpfung dann maximal ist, wenn gilt:

wl
^kl'^3'^{UsA = ki}' ^UsA ■ ⁽⁵⁾'

Diese Gleichheit wird bei der erfindungsgemäßen Gabelschaltung mittels einer Regelschaltung auf folgende Weise automatisch hergestellt.

Der Übertragerwicklung w3, die an ihrem einen Anschluß geerdet ist, und an der ein Anteil k\ ■ Usa der Sendespannung dieser Endstelle A liegt (Gleichung 1) ist eine Reihenschaltung zweier Widerstände R 3 und R 4 parallel geschaltet. R 3 ist an einem Anschluß geerdet, und es gilt

R3 wl

(6)

R3 + R4

w3'

d.h, die am Verbindungspunkt R3-R4 abgegriffene Spannung Ur hat einen Anteil

wl

w3

k, ■ U,

'SA

der eigenen Sendespannung Usa· Diese Spannung Ur gelangt nun über eine Diode D1 und einen Widerstand R 5 zum einen Eingang eines Differenzverstärkers D.

Dieser Eingang ist gleichzeitig mit einem Kondensator C1 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Die Diode D1 richtet die Spannung Ur gleich, im gezeigten Ausführungsbeispiel läßt sie nur die positiven Anteile durch. Diese positiven Anteile werden in den vom Widerstand R 5 und dem Kondensator Ci gebildeten Integrierglied derart integriert, daß eine Spannung zum Eingang des Differenzverstärkers D gelangt, die einen zeitlichen Mittelwert der gleichgerichteten Spannung

ίο darstellt.

In der gleichen Weise wird die an der Leitungsnachbildung N anliegende Spannung Un durch eine Diode D 2 gleichgerichtet und in einem aus einem Widerstand R 6 und einem Kondensator C 2 bestehenden Integrierglied zu einem zeitlichen Mittelwert der gleichgerichteten Spannung Un integriert. Die auf diese Weise gebildeten beiden Mittelwerte vergleicht der Differenzverstärker D und gibt abhängig vom Vergleichsergebnis eine Regelspannung an seinem Ausgang ab, die den Widerstand der Leitungsnachbildung derart regelt, daß die beiden Mittelwerte gleich werden. In diesem Falle ist die Gabelschaltung gemäß Gleichung (5) optimal abgeglichen, in anderen Worten, der Widerstand der Leitungsnachbildung N ist dem an den Zweidrahtan-Schlüssen fund Q wirksamen Eingangswiderstand Zder Zweidrahtleitung angepaßt Im günstigsten und einfachsten Falle werden als zeitliche Mittelwerte arithmetische Mittelwerte gebildet. Jedoch sind auch quadratische Mittelwerte geeignet.

Zu erwähnen bleibt noch, daß die Leitungsnachbildung N zu Vereinfachungszwecken als ein einziger steuerbarer ohmscher Widerstand dargestellt ist. In der praktischen Ausführung wird die Leitungsnachbildung ein komplizierteres /ZC-Netzwerk sein, das mindestens einen steuerbaren ohmschen Widerstand enthält. Zur Realisierung des steuerbaren Widerstandes können gebräuchliche Diodenschaltungen, Transistoren oder Feldeffekttransistoren verwendet werden. Abhängig von der vom Differenzverstärker D abgegebenen Regelspannung kann auch noch eine Kapazität dieses ÄC-Netzwerkes geregelt werden. Dies gilt auch für die nachstehend noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die Fig.2 zeigt eine Gabelschaltung, die in ihrer Wirkungsweise der Gabelschaltung nach F i g. 1 völlig gleicht. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß der Anteil

wl

der an der Zweidrahtseite wirksamen Spannung Uz mittels einer zusätzlichen Übertragerwicklung w4, deren einer Anschluß geerdet ist, abgegriffen wird. Die Windungszahl w4 dieser Übertragerwicklung w4 steht zur Windungszahl w3' der auf der Zweidrahtseite der Gabel befindlichen Wicklung w3' im Verhältnis der Windungszahlen wY : w3', so daß für die Spannung Ua über der Übertragerwicklung w4 gilt:

wl'
w 3'

wl'
wi'

U_SA + g'{U_SA). (7)

Der übrige Teil dieser Gabelschaltung ist bereits durch die Beschreibung der F i g. 1 erläutert.

Die Fig.3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer als Widerstandsgabel ausgebildeten Gabelschaltung. Diese Widerstandsgabel ist eine Brük-

kenschaltung, genauer gesagt, eine Wheatstonesche Brücke, der eingangs genannten Art.

Ein Brückenwiderstand wird durch den Eingangswiderstand Z der über einen Leitungsübertrager L angeschlossenen Zweidrahtleitung Z und ein anderer durch die Leitungsnachbildung N" gebildet. Zwischen der Zweidrahtanschlußklemme P"und dem Anschluß H der Leitungsnachbildung N" liegt die Reihenschaltung der Brückenwiderstände Rl und RS. Der andere Anschluß F der Leitungsnachbildung N" ist mit der Zweidrahtanschlußklemme Q" verbunden und geerdet. Die Klemmen des Vierdrahteingangs VE" für den Anschluß einer Spannungsquelle SA" mit möglichst kleinem Innenwiderstand liegen im Diagonalzweig der Brücke zwischen dem Schaltungspunkt F und dem Verbindungspunkt der Brückenwiderstände R 7 und R8. Den Vierdrahtausgang VA"bilden die Schaltungspunkte //und G.

Wenn der Widerstand der Leitungsnachbildung N" und der Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung Z gleich sind und wenn die Brücke symmetrisch ist, wenn also /77 gleich RS ist, so bleibt die Empfangsspannung am Vierdraht-Ausgang VA"von der am Vierdraht-Eingang VE" liegenden Sendespannung unbeeinflußt, weil der Sendestrom zu gleichen Teilen über die Leitungsnachbildung N" und über die Zweidrahtleitung Z fließt. In diesem Falle liegt an den Punkten H und G dieselbe Spannung. Erfindungsgemäß ist nun eine Regelschaltung Di", RS", Ci", DT, CT, R6", D"vorgesehen, die die zeitlichen Mittelwerte von Spannungen bildet, die durch Gleichrichtung von den an den Punkten G und H jeweils bestehenden Spannungen abgeleitet sind, diese zeitlichen Mittelwerte miteinander vergleicht und den Widerstand der Leitungsnachbildung N" regelt, bis die Mittelwerte gleich sind, d. h. bis der Widerstand der Leitungsnachbildung gleich dem Eingangswiderstand Z der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung ist Diese Regelschaltung gleicht vollkommen der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Regelschaltungen und bedarf daher keiner eigenen Erläuterung.

In der vorstehenden Erläuterung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde das empfangene Signal nicht betrachtet Es wurde also angenommen, daß dieses Signal den Mittelwert der durch das eigene Sendesignal auf die Zweidrahtseite der Gabelschaltung gelangenen Spannung nicht beeinflußt und daß dieser Mittelwert konstant bleibt

Diese Bedingung ist bei einer Reihe von Kodes für die Digitalsignale hinreichend gut erfüllt, wenn diese Kodes gleichstromfrei sind. Letzteres ist durch die in die Zweidraht-Übertragungsstrecke eingefügten Leitungsübertrager von vornherein gewährleistet

Ein besonders geeigneter Kode ist der nachstehend anhand der F i g. 4 erläuterte.

Die Impulsfolge a) zeigt ein Digitalsignal

110 0 10 10,

das in einem Zwei-Phasen-Kode, der in der englischsprachigen Literatur als »Conditioned Diphase Code« oder als »Bi-Phase-Space-Code« bezeichnet ist kodiert ist. Bei diesem Kode erfolgt bei jedem Bitanfang ein

ίο Nulldurchgang und zusätzlich bei jedem Binärwert »0« noch ein Nulldurchgang in der Bitmitte.

Es wird nun angenommen, daß der in Fig. la) gezeigte zeitliche Spannungsverlauf der Verlauf des Anteils der auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung ist, der von der eigenen Sendespannung herrührt, also die Spannung k\ Usa, um das anhand der F i g. 1 erläuterte Beispiel wieder aufzugreifen. Diese Spannung habe eine Impulshöhe AX.

Nach Gleichung (1) enthält die Spannung Uz auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung außerdem einen Anteil f(Use), der von der Sendespannung der entfernten Endstelle B herrührt. Eine solche Spannung, die infolge der Leitungsdämpfung gegenüber der Spannung Αϊ Usa eine niedrigere Impulshöhe A 2 hat, zeigt die Fig.4b. Sie stellt eine ebenso kodierte Binärsignalfolge

10100000

dar. Die Summenspannung Uz der beiden Spannungen k\ Usa und f(Use) gemäß der Gleichung (1) zeigt die F i g. 4c. Die gestrichelten Flächen sind die Spannungsanteile, um die die Spannung k\ Usa bei der Summenbildung verkleinert oder vergrößert wurde. Wie man leicht sieht sind die Verkleinerungen im Mittel gleich den Vergrößerungen, so daß der zeitliche arithmetische Mittelwert der positiven Spannungsanteile Uz₊ von Uz, nämlich Uz+ gleich dem zeitlichen arithmetischen Mittelwert der positiven Spannungsanteile (k\ Usa)+ von k\ Usa, nämlich (k\ Usa)+ ist Dieser zeitliche arithmetische Mittelwert (k\ Usa)+ ist nach Fig.4a gleich der halben Impulshöhe A 1. Dasselbe gilt auch für die negativen Spannungsanteile Uz- und (k\ Usa)— Der Kode hat also die Eigenschaft daß der zeitliche arithmetische Mittelwert der positiven oder der negativen Spannungsanteile der auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung konstant und unabhängig von dem von der entfernten Gegenstelle empfangenen Signal ist.

Für den zeitlichen quadratischen Mittelwert gilt dies nur mit Einschränkungen. Jedoch ist auch diese Mittelwertbildung hinreichend gut

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssysteme für Digitalsignale zum Anschluß eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (R3,R4[Fig.\],w4[F\g.2}Di,D2,R5,R6,Ci, C 2, D, N) vorgesehen ist, die den zeitlichen Mittelwert einer Spannung, die durch Gleichrichtung (Di, Di', D i") von der auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung (Ur, Uz¹; Uz") abgeleitet wird, mit dem zeitlichen Mittelwert einer Spannung, die durch Gleichrichtung (D 2; D 2'; DT') von der an der Leitungsnachbildung (N; N'; N") wirsamen Spannung (Urs, Un¹; U_n") abgeleitet wird, vergleicht (D; D'; D) und abhängig vom Vergleichsergebnis den Widerstand der Leitungsnachbildung (N; N'; N") regelt

2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die miteinander zu vergleichenden Mittelwerte arithmetische Mittelwerte sind.

3. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu vergleichenden Mittelwerte quadratische Mittelwerte sind.

4. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, die eine Widerstandsbrückenschaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (D 1", D 2", Ci", CT', R5", R6", D", N")den Widerstand der Leitungsnachbildung (N") derart regelt, daß der Mittelwert der durch Gleichrichtung (DT') von der an der Leitungsnachbildung (N") wirksamen Spannung (Us") abgeleiteten Spannung gleich dem Mittelwert der durch Gleichrichtung (D i") von der auf der Zweidrahtseite (Z) der Widerstandsbrückenschaltung (Fig.3) wirksamen Spannung (Uz") abgeleiteten Spannung ist.

5. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, die eine Gabelübertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (R3, A4, D1, D2, R5, Rf,, Ci, C2, D, N, Fig. 1; w4, DV, DT, R5', RV, CV, CT, D', N', Fig.2) den Widerstand der Leitungsnachbildung (N, N') derart regelt, daß der Mittelwert der durch Gleichrichtung (D 2, DT) von der an der Leitungsnachbildung (N, N') wirksamen Spannung (Un; Un¹) abgeleiteten Spannung zu dem Mittelwert der durch Gleichrichtung von der auf der Zweidrahtseite wirksamen Spannung (Uz, Uz') abgeleiteten Spannung in einem festen Verhältnis steht, das durch die Windungszahlen (wi, w2, w3; w V, w T, w 3') des Gabelübertragers (TA) vorgegeben ist (F i g. 1 und 2).

6. Gabelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Übertragerwicklung (w 4) vorgesehen ist, mittels derer eine in dem festen vorgegebenen Verhältnis zur auf der Zweidrahtseite (Z) wirksamen Spannung (Uz) stehende Spannung (UA) zum Vergleich mit der an der Leitungsnachbildung (N') wirksamen Spannung bereitgestellt wird (F i g. 2).

7. Gabelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsteilerschaltung (R3, R4, Fig. 1) vorgesehen ist, mittels derer eine der beiden an der Zweidrahtseite (Z) bzw. an der Leitungsnachbildung (N) wirksamen Spannungen (Uz, Un) in dem festen vorgegebenen Verhältnis geteilt und zum Vergleich mit der jeweils anderen Spannung verwendet wird.