DE2914945C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gabelschaltung zur Verbindung
einer Zweidrahtleitung mit einer Vierdrahtleitung,
bei der der Eingang der Vierdrahtleitung
über eine Impedanz an die Zweidrahtleitung und ferner
an den ersten Eingang eines dem Ausgang der Vierdrahtleitung
vorgeschalteten Differenzverstärkers
gelangt, an dessen zweiten Eingang ein direkt vom
Eingang der Vierdrahtleitung abgeleitetes Signal geführt
wird, und bei der eines der beiden am Differenzverstärker
anliegenden Signale von einer Impedanzschaltung
beeinflußt ist, die entweder die erstgenannte
Impedanz bildet und zwischen den Eingang der Vierdrahtleitung
und der Zweidrahtleitung bzw. den ersten Eingang
des Differenzverstärkers geschaltet ist oder zusammen
mit der erstgenannten Impedanz mit dem Eingang der
Vierdrahtleitung verbunden ist und zur Ableitung des
dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführten
Signals dient, und bei der ferner die Impedanzschaltung
über eine Steuerschaltung vom Signal am Ausgang des
Differenzverstärkers gesteuert und dadurch derart
verändert wird, daß das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers
auch bei Änderungen der Impedanz der
Zweidrahtleitung minimalisiert wird.
Derartige Gabelschaltungen werden bei der Verbindung
von 2-Draht-Leitungen mit 4-Draht-Leitungen in
Telefonübertragungssystemen verwendet. Dabei bildet
in aller Regel die 2-Draht-Leitung den letzten
Leitungsabschnitt zu jedem Teilnehmeranschluß
und die 4-Draht-Leitung die Verbindung über lange Entfernungen,
wobei Gabelschaltungen die Verbindung
zwischen beiden herstellen.
Man verwendet in derartigen Gabelschaltungen sowohl
einerseits Transformatoren, so z. B. nach Fig. 4 des
Aufsatzes von J. W. Emling u. a., "The Effects of
Time Delay and Echoes on Telephone Conversations",
The Bell System Technical Journal, Nov. 1963, S. 2869-
2891, als auch andererseits auch aktive Elemente,
so z. B. nach Fig. 5 des Aufsatzes von C. G. Svala,
"DSS-1, A Digital Local Switching System with Remote
Line Switches", National Telecommunication Conference,
1977, S. 39:5-1 bis 5-7.
Gabelschaltungen setzen jedoch gleichermaßen voraus,
daß die in der Gabelschaltung den Abschluß der 2-Draht-
Leitung bildende Impedanzschaltung mit der Impedanz der
2-Draht-Schaltung genauestens abgeglichen ist. Ein
ungenauer Abgleich führt, wie wohlbekannt, zu solchen
Phänomenen wie Pfeifen, Singen, Schwingungen oder
Echos, die die Telefonunterhaltung stören. Daher
erfordert das Problem der Anpassung der Impedanzschaltung
besondere Aufmerksamkeit. Da jedoch die
Impedanz einer 2-Draht-Leitung von ihrer Länge und
vom jeweiligen Wert der Abschlußimpedanz am anderen
Ende abhängt, ergibt sich, daß die Impedanzen von
2-Draht-Schaltungen im allgemeinen bei jedem Teilnehmeranschluß
verschieden sind. Die Verwendung einer
Impedanzschaltung mit einem festen Wert kann daher
demnach von Fall zu Fall zu einer beachtlichen
Fehlanpassung und damit zu Störungen führen.
Aus der US-PS 39 73 089 (Fig. 4) ist bereits eine
Schaltung der eingangs genannten Art bekanntgeworden,
bei der eine variable Impedanz durch ein Impedance
Synthesizer Network 25 gebildet wird. Zusammen mit
einer Korrelationssteuerschleife 28 dient diese Impedanzschaltung
dazu, zwischen der Empfangsleitung der
4-Draht-Leitung und der Sendeleitung der 4-Draht-
Leitung eine Trennung zu bewirken. Zu diesem Zweck werden
die Filtereigenschaften des Filters nach Fig. 4
jeweils geändert bzw. angepaßt. Dies erfolgt durch
die Änderung einer großen Anzahl von Parametern
(dargestellt durch Wichtungsschaltungen) C1-C n+1
(siehe Fig. 3 der genannten Druckschrift).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gabelschaltung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
der eine selbsttätige Anpassung an verschiedene
Impedanzen der 2-Draht-Leitung in sehr viel einfacherer
Art und Weise als dies beim Stande der Technik nach der US-PS 39 73 089 der
Fall ist, möglich wird. Dabei soll insbesondere die
Anzahl derjenigen Schaltungen, wie sie beim Stande der
Technik durch die Wichtungsschaltungen C1-C n+1
verkörpert werden, erheblich reduziert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Impedanzschaltung
ein Impedanzelement einem Addierverstärker
in Reihe nachgeschaltet ist, an dessen ersten Eingang
das Signal vom Eingang der Vierdrahtleitung und
an dessen zweiten Eingang das Signal vom Ausgang der
Steuerschaltung gelangt, die in der genannten Art vom
Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert wird, wobei
ferner an die Steuerschaltung ein Signal gelangt, das
den Strom durch das Impedanzelement darstellt, und
das Signal am Ausgang der Steuerschaltung dadurch
gebildet wird, daß die über dem Impedanzelement entstehende
Spannungsdifferenz mit einem Übertragungsfaktor
multipliziert wird, der in Steuerabhängigkeit
vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers steht.
Auf diese Weise wird es möglich, durch die Einstellung
relativ weniger Parameter in der Steuerschaltung
eine ständige Adaption der Eigenschaften der
Impedanzschaltung in der Weise zu erreichen, daß ein
Signal an der Sendeleitung der 4-Draht-Leitung, das
ausschließlich durch ein Signal auf der Empfangsleitung
eben derselben 4-Draht-Leitung bewirkt wird,
minimalisiert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Weiterbildung werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine bekannte elektronische Gabelschaltung,
Fig. 2 eine weitere bekannte elektronische
Gabelschaltung,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine erste Ausbildung einer adaptiven
Impedanzschaltung zur Verwendung in
Fig. 3, 4,
Fig. 6 eine zweite Ausbildung einer adaptiven
Impedanzschaltung zur Verwendung in
Fig. 3, 4,
Fig. 7, 8 eine dritte bzw. vierte Ausbildung einer
adaptiven Impedanzschaltung zur Verwendung
in Fig. 3, 4.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche
Bezugszeichen jeweils gleiche Bauteile.
Fig. 1 zeigt eine elektronische Gabelschaltung (auch:
Hybrid-Schaltung) nach dem Stande der Technik. An
Klemme 5 der 4-Draht-Leitung liegt das eingehende
Signal v r an. Es durchläuft die Impedanz 10 und
gelangt danach an Klemme 1 der 2-Draht-Leitung. 2, 4
und 6 sind geerdete Klemmen. Vom anderen Ende der
2-Draht-Leitung her liegt an Klemme 1 das Signal v an.
Es liegt an einem Addierer 20 an, dessen Ausgang von
Klemme 3 der 4-Draht-Leitung abgeht bzw. gesendet wird.
Das abgehende Signal ist v s . Das eingehende Signal
v r wird im Addierer mit dem Koeffizienten (-1/2)
multipliziert und zum Signal v der 2-Draht-Leitung
addiert. Wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung
an das Impedanzelement 10 angepaßt ist, dann ist v s
gleich v, d. h. entsteht als Signal v s am Ausgang
des Addierers 20 nur das Signal v, das von der 2-Draht-
Leitung her zugeführt worden ist. Sofern jedoch, wie
oben erwähnt, die Anpassung unzureichend ist, gelangt
ein beachtlicher Teil des auf der 4-Draht-Leitung
empfangenen Signals v r auch wieder als Leckage auf
die Sendeseite der 4-Draht-Leitung an Klemme 3.
Fig. 2 zeigt eine weitere elektronische Gabelschaltung
nach dem Stande der Technik (entsprechend Fig. 5 der
Druckschrift Svala). Das an Klemme 5 empfangene Signal
v r durchläuft die Impedanz 41 und gelangt dann an
Klemme 1 der 2-Draht-Leitung. Gleichzeitig gelangt das
Signal v r an den Addierer 20. Das auf der 4-Draht-Leitung
empfangene Signal v r durchläuft ferner die Impedanz 42
und gelangt dann ebenfalls an den Addierer 20, der
beide, jedoch mit entgegengesetzter Phase, addiert.
Wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung gleich der
Impedanz 10, ist also die Schaltung abgeglichen, so
enthält das Signal an Klemme 3 am Ausgang des Addierers 20
keinen Anteil mehr, der vom empfangenen Signal v r
stammt. Nur das vom anderen Ende der 2-Draht-
Leitung her zugeführte Signal v erscheint dann auf
der Klemme 3 am Ausgang des Addierers 20. Ändert
sich jedoch, wie oben dargelegt, die Impedanz der
2-Draht-Leitung, so wird dieser Abgleich gestört.
Das führt dazu, daß an Klemme 3 auch ein Teil des auf
Klemme 5 der 4-Draht-Leitung empfangenen Signals v r
wieder in v s enthalten ist. Folgendes kommt hinzu:
im allgemeinen führt die 2-Draht-Leitung eine hohe
Gleichspannung, um eine genügend hohe Leistung zu bringen,
oder aber eine Wechselspannung mit hoher Amplitude, beispielsweise
für die Klingelzeichen. Daher braucht man Schaltelemente,
die für diese relativ hohen Spannungen geeignet sind.
Aus diesem Grunde verwendet man häufiger die Schaltung
nach Fig. 2 wie die nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Wie im
Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben, erscheint,
wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung an die Impedanz
10 angepaßt ist, auf Klemme 3 der 4-Draht-Leitung
kein Signal, solange nur an Klemme 5 der 4-Draht-Leitung
das empfangene Signal v r anliegt.
Entsteht jedoch an Klemme 3 der 4-Draht-Leitung ein
Signal v s , so wird dies an eine adaptive Impedanzschaltung
50 zurückgeführt. Nunmehr kann eine Adaption
ablaufen, die zu einer verbesserten Anpassung führt
derart, daß die Impedanz der Impedanzschaltung 50
derart modifiziert wird, daß Leistung bzw. die Amplitude
des Signals v s minimalisiert werden. Liegt an der
2-Draht-Leitung von deren anderem Ende her ein Signal an,
so kan man dann keine Modifikation durchführen;
dann wird daher der Vorgang der Adaption gestoppt.
So ist es also möglich, eine Anpassung zwischen der
Impedanz der 2-Draht-Leitung und der Impedanz der
Gabelschaltung, durch die der Abgleich erfolgt, dadurch
zu erzielen, daß man alle die Signale ausnützt, die
über die 4-Draht-Leitung von Klemme 5 nach Klemme 6
fließen, und zwar einschließlih des Sprachsignals,
ohne daß weitere Signale, z. B. besondere Prüfsignale,
zur Messung der Impedanz der 2-Draht-Leitung,
eingesetzt werden müssen.
Da der Abschluß mit einer adaptiven Impedanz, wie
bei diesem Ausführungsbeispiel, zu verringerter
Reflexion an der 2-Draht-Leitung führt, kann die Verstärkung
eines bilateralen Repeaters (Zweiwegverstärker)
zur Verstärkung in der 2-Draht-Leitung größer sein
als bei den Gabelschaltungen nach dem Stande
der Technik.
Gemäß Fig. 4 weist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eine adaptive Impedanzschaltung 50 in etwas anderer
Schaltung auf, die ebenfalls eine Anpassung so
vornimmt, daß das auf der 4-Draht-Leitung abgehende
Signal v s kleiner wird.
Fig. 5 zeigt eine Impedanzschaltung 50 zur Verwendung
in Fig. 3 und 4. Sie wird durch ein Impedanzelement 51
gebildet, das auf einer Seite mit Klemme 7 (vgl.
Fig. 3, 4) und auf der anderen Seite mit einer Steuerschaltung
53 verbunden ist, deren Übertragungsfaktor K
ist, und an der die Spannungsdifferenz, die über dem
Impedanzelement 51 gegeben ist, anliegt. Der Addier-
Verstärker 52 (Addierer) bildet eine Schleife vom
Ausgang der Steuerschaltung zurück an deren einen
Eingang, wobei dem Addierer als weiterer Eingang das
Signal v r zugeführt wird.
Ist die Eingangsimpedanz der Steuerschaltung 53 größer
als ihre Ausgangsimpedanz, so ist die Impedanz Z
zwischen Klemme 7 und Erde:
Z=Z i (1+K) (1)
In diesem Fall ist lediglich Klemme 7, d. h. eine
Seite des Impedanzelementes 51 mit der 2-Draht-
Leitung verbunden. Ein Signal, das eine Fehlanpassung
darstellt (auf der 4-Draht-Leitung ein gesendetes
Signal v s in Fig. 3 oder 4) gelangt über Klemme 9
an die Steuerschaltung 53 und bestimmt so eine Veränderung
der Übertragungseigenschaften K der Steuerschaltung
53 in dem Sinn, das Signal v s minimalisiert
wird. Den Algorithmus zur Minimalisierung der
Leistung des Signal v s erhält man wie folgt:
In Fig. 3 erhält man, wenn am anderen Ende der 2-Draht-
Schaltung, also an Klemme 1, kein Signal v anliegt,
dabei ist Z₁ die Impedanz der 2-Draht-Leitung. Nimmt
man an, daß Z L =Z i (1+L) ist, so erhält man aus den
Gleichungen (1) und (2):
Der Term (Z i · i) in Gleichung (3) ist gleich der Potentialdifferenz
der beiden Enden des Impedanzelementes 51 in
Fig. 5.
Es sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion K
als Summe von Produkten darstellbar ist, die durch
Multiplikation mehrerer zueinander orthogonaler
Funktionen (F₀, F₁, . . ., F N-1) mit Wichtungsfaktoren
(k₀, k₁, . . ., K N-1) entstehen. Es sei
N ist dabei ein Wert, der ausreicht, um die Impedanz
der 2-Draht-Leitung im gewünschten Maß der an die Abschlußimpedanz
anzunähern.
(v s ) ² soll möglichst klein werden. Man nimmt eine
partielle Differenzierung von (v s ) ² nach k j (j=0, 1, . . .,
N-1) vor und erhält:
Fig. 6 zeigt nun eine andere Ausbildung einer
adaptiven Impedanzschaltung 50′, die anstelle der
Impedanzschaltung 50 nach Fig. 5 verwendet werden
kann. Zwischen Klemme 7 und Erde liegt die folgende
Impedanz Z:
Z=Z i /(1-K) (6)
Aus v s =v-v r /2 leitet man ab:
Erreicht nun die Impedanz der 2-Draht-Leitung die
optimale Annäherung an Z L =Z i /(1-L), so ergibt sich:
Ist L hinreichend kleiner als 1, dann kann man eine
Steuerschaltung 53 ähnlich derjenigen nach den Fig. 4
und 5 aufbauen.
Ist L jedoch gegenüber 1 nicht vernachlässigbar klein,
so ergibt sich aus v s =v-v r /2:
Es sei i s der Strom, wenn an Klemme 7 in Fig. 6 v s anliegt.
Dann ergibt sich:
v s =i s · z i /(1-K) (9)
Daher kann man Gleichung (8) wie folgt abändern:
Dabei ist i s · Z i die Spannungsdifferenz an den beiden
Enden der Impedanz Z.
Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere adaptive Impedanzschaltungen,
die einen Abgleich an eine 2-Draht-Leitung
vornehmen. Die Klemmen 7 und 7′ sind mit der abgeglichenen
2-Draht-Leitung verbunden. Zusätzlich zu den oben beschriebenen
anderen adaptiven Impedanzschaltungen
ist bei diesen Ausführungen lediglich ferner ein
Inverter 52′ und ein weiteres Impedanzelement 51′
vorgesehen.
Es ist auch möglich, die adaptiven Impedanzschaltungen
nach Fig. 5 und 6 miteinander zu kombinieren, d. h. einen
Schaltungsaufbau zu verwenden, bei an Klemmen 7, 8 anliegenden
Spannungen an eine beliebige Steuerschaltung
und ferner die Spannungen an den beiden Enden des Impedanzelementes
51 an eine weitere beliebige Steuerschaltung
gelangen und jede Steuerschaltung adaptiv modifiziert
wird.
Wie beschrieben, macht es die vorstehende Schaltung
möglich, Schaltungen der genannten Art strukturell
einfach zu realisieren und damit adaptive elektronische
Gabelschaltungen aufzubauen, die besonders geringe
Reflexion sowohl an der 2-Draht- als auch an der 4-Draht-
Leitung aufweisen.
Claims (1)
- Gabelschaltung zur Verbindung einer Zweidrahtleitung (1, 2) mit einer Vierdrahtleitung (3, 4, 5, 6), bei der der Eingang (5) der Vierdrahtleitung über eine Impedanz an die Zweidrahtleitung und ferner an den ersten Eingang eines dem Ausgang der Vierdrahtleitung vorgeschalteten Differenzverstärkers (20) gelangt, an dessen zweiten Eingang ein direkt vom Eingang der Vierdrahtleitung abgeleitetes Signal geführt wird, und bei der eines der beiden am Differenzverstärker anliegenden Signale von einer Impedanzschaltung (50) beeinflußt ist, die entweder die erstgenannte Impedanz (10) bildet und zwischen den Eingang der Vierdrahtleitung und der Zweidrahtleitung bzw. den ersten Eingang des Differenzverstärkers geschaltet ist oder zusammen mit der erstgenannten Impedanz mit dem Eingang der Vierdrahtleitung verbunden ist und zur Ableitung des dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführten Signals dient, und bei der ferner die Impedanzschaltung (50) über eine Steuerschaltung (53) vom Signal (v s ) am Ausgang des Differenzverstärkers (20) gesteuert und dadurch derart verändert wird, daß das Signal (v s ) am Ausgang des Differenzverstärkers (20) auch bei Änderungen der Impedanz (Z L ) der Zweidrahtleitung minimalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Impedanzschaltung (50) ein Impedanzelement (51) einem Addierverstärker (52) in Reihe nachgeschaltet ist, an dessen ersten Eingang das Signal (v r ) vom Eingang der Vierdrahtleitung (5) und an dessen zweiten Eingang das Signal vom Ausgang der Steuerschaltung (53) gelangt, die in der genannten Art vom Ausgang des Differenzverstärkers (20) gesteuert wird, wobei ferner an die Steuerschaltung (53) ein Signal gelangt, das den Strom (i) durch das Impedanzelement (51) darstellt, und das Signal am Ausgang der Steuerschaltung (53) dadurch gebildet wird, daß die über dem Impedanzelement (51) entstehende Spannungsdifferenz mit einem Übertragungsfaktor (K) multipliziert wird, der in Steuerabhängigkeit vom Ausgangssignal (v s ) des Differenzverstärkers (20) steht.
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EP0436808A3 (en) * | 1989-12-23 | 1991-08-14 | Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft | Summing amplifier with a complex weighting factor and interface with such a summing amplifier |
Also Published As
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JPS6138656B2 (de) | 1986-08-30 |
CA1130027A (en) | 1982-08-17 |
JPS54136253A (en) | 1979-10-23 |
DE2914945A1 (de) | 1979-10-18 |
FR2423098A1 (fr) | 1979-11-09 |
US4284859A (en) | 1981-08-18 |
FR2423098B1 (de) | 1984-04-06 |
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