DE571237C - Verfahren zur selbsttaetigen Verstaerkungsregelung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 25. FEBRUAR 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 571237 KLASSE 21a⁴ GRUPPE 22og

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Verfahren zur selbsttätigen.Verstärkungsregelung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. November 1930 ab

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung von Schwunderscheinungen, wie sie insbesondere bei Kurzwellenübertragungen auftreten.
Bekannt sind Verfahren, bei denen der zu übertragende Frequenzbereich einheitlich geregelt wird, so daß alle Frequenzen in gleichem Maße beeinflußt werden. Diesen Verfahren haftet der Nachteil an, daß selektive Schwunderscheinungen nicht erfaßt werden können, so daß die Signale verzerrt wiedergegeben werden.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermindert, daß der zu regelnde Frequenzbereich unterteilt und jedes der Teilbänder für sich geregelt wird. Um eine besonders günstige Regelung zu erzielen, werden weiterhin, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, neben den Steuerfrequenzen auch die zu übertragenden Signale zur Regelung mitbenutzt.

Die Ursachen selektiver Schwunderscheinungen können verschiedener Art sein. Sofern es sich um Interferenzerscheinungen handelt, können diese in gewissen Grenzen durch Schaffung möglichst eindeutiger Übertragungswege beseitigt werden. Gemäß der Erfindung können Schwunderscheinungen, gleichgültig, auf welche Ursachen sie zurückzuführen sein mögen, durch selektive Regelung unschädlich gemacht werden. Im allgemeinsten Fall hat man die beste Regelung dann, wenn das zu übertragende Frequenzband möglichst eng unterteilt wird, wobei jeder der entstehenden Kanäle seine eigene Regelung erhält. Praktisch kann man jedoch auf eine so'weitgehende Unterteilung verzichten, denn es werden schon bei Unterteilung in wenige, beispielsweise zwei Teilbänder erhebliche Verbesserungen erzielt. Die Unterteilung wird zweckmäßig so vorgenommen, daß jedes der Teilbänder einen wesentlichen Teil des Signals umfaßt.

Für die Regelung der Teilbänder wie auch für die Regelung nicht unterteilter Frequenzbereiche bestehen drei Möglichkeiten. Bekannt ist es, dem zu regelnden Frequenzband eine gleichzeitig ausgesandte S teuer frequenz zuzuordnen, die in der Empfangsstation den Verstärkungsgrad des Verstärkers beeinflußt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die übertragenen Signalströme selbst zur Regelung zu benutzen.

Beiden Verfahren jedoch haften Nachteile an. Das erste Verfahren hat den Nachteil, daß die Signalfrequenzen entsprechend der Dämpfung der S teuer frequenz und nicht entsprechend ihrer eigenen Dämpfung nachgeregelt werden. Sofern nun Steuerfrequenz und Signalfrequenzen einen verschieden starken Schwund erfahren, ergibt sich, daß die Signalfrequenzen durch eine solche Verstär-

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Josef Sedlmayer in Berlin-Charlottenburg.

kungsänderung, die der Dämpfung der Steuerfrequenzen entspricht, auf einen falschen Wert eingeregelt werden.

Das zweite Verfahren ist in allen Fällen sehr gut anwendbar, in denen es sich darum handelt, Zeichen von konstanter Amplitude - ohne Sendepausen zu übertragen. Ungünstig hingegen ist es bei Sprachübertragungen, da hierbei Amplitudenschwankungen wesentlich ίο sind und bei der Übertragung nicht nivelliert werden dürfen. LJm solche Nivellierungen, die den Charakter der Sprache entstellen würden, zu vermeiden, müssen Regler mit langen Regelzeiten verwendet werden. Diese Regler können infolgedessen kurzzeitigen ^Fadings nicht folgen. Ein weiterer Nachteil ist es, daß in den Sprachpausen die atmosphärischen Störungen auf Sprachlautstärke gehoben werden. Außerdem wird bei diesen Verfahren die Restdämpfung der Sp rech verbindung von den Sprachamplituden abhängig gemacht, so daß infolge dieser Veränderlichkeit Pfeifneigung besteht (vgl. E. N. T. 1928, Heft 11, H. F. Mayer »Über automatische Amplitudenbegrenzer«).

Gemäß der Erfindung werden die Vorteile beider Verfahren dadurch ohne deren Nachteile miteinander vereinigt, daß für die Verstärkungsregulierung neben einem besonderen Steuerstrom auch die Signalströme selbst mitbenutzt werden. Beispielsweise kann in der ' Sendestation die Amplitude des Steuerstromes von den Signalströmen in der Weise beeinflußt werden, daß die Summe beider einen konstanten Wert ergibt. In der Empfangsapparatur wird der Verstärkungsgrad in der Weise von der Gesamtamplitude der ankommenden Signal- und Steuerfrequenzen abhängig gemacht, daß ein konstanter Gesamtwert eingeregelt wird. Nach Abzug' der Steueramplituden entfällt dann auf die Signalströme der gewünschte Wert. Da zweckmäßig die mittlere Amplitude der S teuer frequenz klein gewählt wird gegenüber den Signalfrequenzamplituden, ist die eingeregelte Endamplitude im wesentlichen von den letzteren abhängig. In den Signalpausen ist nur die Steuerfrequenz allein in Tätigkeit, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers auf einen mäßigen Wert einregelt, so daß Störgeräusche nicht auftreten können.

Wenn mehrere Steuertöne benötigt werden, so ist es zweckmäßig, ihre Frequenzen nach ganzzahligen oder ungefähr ganzzahligenVerhältnissen abzustufen, um auf diese Weise die Bildung von Kombinationstönen innerhalb des Sprachbandes zu vermeiden. So können beispielsweise Grund- und Obertöne eines Generators bzw. die Obertöne allein benutzt werden. Als Steuerfrequenzen werden vorteilhafterweise solche gewählt, die an den Rändern der von ihnen zu regelnden Frequenzbänder liegen. Ihre Aussiebung kann dann sehr leicht geschehen, ohne daß Signalfrequenzen mitunterdrückt werden. Jedoch auch die Anordnung in der Mitte des zu regelnden Gesamtbandes zwischen den beiden Teilbereichen bietet insofern Vorteile, als in diesem Falle die Bemessung der Teilbänder so vorgenommen werden kann, daß Oberschwingungen der unteren S teuer frequenz außerhalb der Signalfrequenzen zu liegen kommen. Diese letztere Erwägung, daß nämlich die Oberschwingungen der Steuerfrequenzen möglichst außerhalb des Sprachbandes liegen sollen, ist auch in jedem anderen Falle für die Wahl der Steuerfrequenzen maßgebend. Nachteilig bei Anordnung der Steuerfrequenz in der Mitte des Gesamtbandes ist nur, daß auch die Signalfrequenzen in der Nähe der S teuer frequenz gleichzeitig mit dieser ausgesiebt werden. Jedoch kann bei genügend kleiner Lochbreite des benutzten Siebes der schädliche Einfluß auf die Verständlichkeit so klein gemacht werden, daß er durch die bei dieser Anordnung erzielten Vorteile aufgewogen wird.

Diese Methode, Signalströme und Steuerströme gemeinsam für die Verstärkungsregelung zu benutzen, ist nicht nur bei der hier beschriebenen Unterteilung des Frequenzbandes, sondern auch dann verwendbar, wenn der zu regelnde Bereich nicht unterteilt wird.

In den Figuren werden die Grundgedanken des Verfahrens an Hand einer Übersicht über die Frequenzverteilung in der "menschlichen Sprache (Fig. 1) sowie an Hand einer Sende-(Fig. 2). und einer Empfangsvorrichtung (Fig. 3) erläutert.

Fig. ι gibt einen Überblick über die in verschiedenen Lauten enthaltenen Frequenzen. Die ausgezogenen Linien geben an, welche Frequenzen in dem betreffenden Laut im wesentlichen enthalten sind.- Die Frequenzen, über die sich die punktierten Linien erstrekken, sind ebenfalls in schwachem Maße in den betreffenden Lauten enthalten, ohne jedoch für den spezifischen Charakter ausschlaggebend zu sein. An Hand einer solchen Darstellung können die Erwägungen, die für die Frequenzunterteilung maßgebend sind, angestellt werden. Maßgebend für die Zahl und Lage der Einschnitte sind die daraus folgenden Verständlichkeitsverluste. In den meisten Fällen wird es vorteilhaft sein, eine Unterteilung in wei Bereiche so vorzunehmen, daß jeder einen Hauptformantenbereich umfaßt.

Fig. 2 stellt als Beispiel eine Sendeeinrichtung dar, bei -der der Erfindungsgedanke zur ' Anwendung gebracht ist. Die γρη Μ ausgehenden Signalströme gelangen über eine Gabel G an einen Knotenpunkt A, in dem von dem Übertragungsweg I zwei Zweigleitun-

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gen II und III für die Regulierung der Steuerströme abführen. Zweigleitung il enthält eine Siebkette K₁, die beispielsweise für die Frequenzen von 300 bis ι 500 Hertz durchlässig ist, sowie einen Verstärkergleichrichter V₁. Zweigleitung III enthält in entsprechender Weise eine Kette K₂ mit einem. Durchlässigkeitsbereich von beispielsweise 1 500 bis

2 500 Hertz sowie einen Verstärkergleichrichter V₂. Der Übertragungsweg I selbst ist durchlässig für den gesamten Frequenzbereich,, so daß über diesen Weg, der nur eine Verzögerungsleitung KV enthält, die Signalströme auf den Sender S übertragen werden.

Die die beiden erstgenannten Übertragungswege durchfließenden Teilfrequenzbänder bewirken über Amplitudenregler AR die Einregelung der Steuerströme. Diese gehen aus von einem Steuersummer Su, der beispiels-

ao weise eine Frequenz von 1 500 Hertz und eine Frequenz von 3 000 Hertz aussendet. Der über ein Lochsieb JC₄ mit den Grenzfrequenzen von beispielsweise 2 700 Hertz und

3 300 Hertz verlaufende Steuerstrom von 3 000 Hertz ist dem Frequenzband von 1 500 bis 2 500 Hertz zugeordnet und wird von den Amplituden in diesem Bereich beeinflußt. Der Steuerstrom von 1 500 Hertz, der über eine Spulenleitung K₃ mit einer Grenzfrequenz von beispielsweise 1 800 Hertz verläuft, wird in entsprechender Weise von den Amplituden im Frequenzbereich von 300. bis 1 500 Hertz beeinflußt. Die auf diese Weise durch die ihnen zugeordneten Frequenzbänder geregelten Steuertöne werden gemeinsam mit dem Signalstrom an den Sender 5" weitergegeben. Die Verzögerungsleitung KV verfolgt den Zweck, die Laufzeiten in dem mittleren Übertragungsweg an die in den beiden äußeren anzuglei-

4" chen.

Fig. 3 stellt die Anordnung dar, die in die Empfangsanlage zusätzlich einzubauen ist. Die den Empfänger E verlassenden Ströme, die sich zusammensetzen aus den Signalströmen und den Steuerströmen, werden mit Hilfe von Siebketten K₁ und K₂ in zwei Frequenzbänder unterteilt, und zwar möge K₁ einen Durchlaßbereich von 300 bis 1500 Hertz und K₂ einen Durchlaß'bereich von 1 500 bis

so 3 000 Hertz besitzen. Die Ströme dieser beiden Frequenzbänder werden dann auf Regelverstärker RV₁ und RV₂ übertragen und über Ketten K₃ und /C₄, die durch Verhindern von Rückkopplungen die Stabilität der Regelkreise erhöhen, weitergegeben. Hinter den Ketten K_s und Ki werden Verstärkergleichrichter V₁ und V₂ angeschlossen¹, die, betätigt durch die /C₃ und iC₄ verlassenden Ströme, die Regelverstärker RV auf die gewünschte Ausgangsamplitude einregeln. Da damit der Zweck der Steuerfrequenzen erfüllt ist, werden sie nunmehr mit Hilfe von Spulenleitungen K₅ und /C₀ ausgesiebt. Die übrigbleibenden Signalströme werden dann wieder vereinigt und über eine Gabel G auf die Anzeigevorrichtung T weitergegeben,

Die Anordnungen gemäß der Erfindung können mit bekannten Einrichtungen zur Geheimhaltung kombiniert werden, so daß auf diese Weise durch die Verwendung gemeinsamer Elemente der zusätzliche Aufwand vermindert wird. Vorteilhaft ist insbesondere bei Übertragung von Sprache die Kombination mit einer Geheimhaltungsvorrichtung nach der Methode der Frequenzbandunterteilung bei gleichzeitiger Frequenztransformation. Hierbei werden die entstehenden Teilbänder in andere Frequenzgebiete verlegt. Die zur--Unterteilung notwendigen Siebmittel können so dimensioniert werden, daß sie auch für die Regelanordnung brauchbar sind, so daß also eine wesentliche Verminderung des Aufwandes eintritt.

Zur Verminderung des störenden Einflusses nichtlinearer Verzerrungen, wie sie durch selektive Schwunderscheinungen hervorgerufen werden können, ist es zweckmäßig, die Signalfrequenzen für die Übertragung in ein Frequenzgebiet zu transformieren, für das die Differenztöne unterhalb und die Obertöne oberhalb des Bandes zu liegen kommen. Die relative Lage der Steuerfrequenzen zu den Sprachfrequenzen kann erhalten bleiben. So kann beispielsweise an Stelle des Bandes 300 ... 3 000 Hertz das Band 4 000 ... 6 700 Hertz verwendet werden, das man durch Überlagerung mit 3 700 Hertz bzw. 7000 Hertz erhält. Man sieht, daß der höchste Differenzton (2 700 Hertz) unter und der tiefste Oberton (8 000 Hertz) über diesem Band liegen. Am Empfangsort wird das verlagerte Band in entsprechender Weise zurückverwandelt. Amplitudenregelung sowie vollständige oder teilweise Aussiebung der Steuerfrequenzen werden zweckmäßigem verlagerten Frequenzband, vor der Zurückverwandlung, vorgenommen.

Auch in Fällen, in denen am Sendeort keine derartige Frequenztransformation stattfindet, ist es zweckmäßig, am Empfangsort mittels Überlagerungsempfanges die Signalfrequenzen zuerst in ein geeignetes Frequenzband zu verlegen, sie dort zu regeln, von den Steuerfrequenzen zu trennen und dann durch nochmalige Überlagerung auf das ursprüngliche Frequenzgebiet zurückzutransformieren.

Die durch die Anordnung gemäß der Erfindung erzielten Verbesserungen können so erheblich sein, daß dadurch die Verwendung von Rückkopplungssperren entbehrlich gemacht wird, so daß auch aus diesem Grunde der Mehraufwand gegenüber den erzielten

Vorteilen verhältnismäßig gering ist, besonders aber im Hinblick auf die erzielte Verbesserung der Verständlichkeit. Weiterhin ist auf die Möglichkeit hinzuweisen, daß eine oder beide Steuerfrequenzen zum Telegraphieren benutzt werden können.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selbsttätigen Verstärkungsregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regelnde Frequenzbereich unterteilt und jedes der Teilbänder für sich geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Teilbänder eine S teuer frequenz zugeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung neben der S teuer frequenz auch die zu übertragenden Signale mitbenutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sendestation die Steuerströme so eingeregelt werden, daß sie mit den Signalströmen zusammen eine konstante Gesamtamplitude ergeben und daß dieses Frequenzgemisch in der Empfangsstation ebenfalls auf konstante Gesamtamplitude eingeregelt wird, so daß nach Aussiebung der Steuerströme die verbleibenden Signalströme annähernd den gleichen Amplitudenverlauf als Funktion der Zeit erhalten wie in der Sendestation.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenzen an den Rändern der Teilbänder liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Unterteilung des gesamten Frequenzbereiches, daß jedes der Teilbänder einen wesentlichen Teil des Signals umfaßt, z.B. bei Sprachübertragung je einen Formantenbereich.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Frequenzbereich in zwei Teilbänder zerlegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Geheimhaltungsverfahren, bei dem die Teilb'änder durch Frequenztransformation in andere Frequenzgebiete verlagert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenzen als Grundton und Obertöne bzw. als Obertöne eines Generators gewonnen werden oder in einem entsprechenden Verhältnis zueinander stehen.

10.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenzen genau oder annähernd in ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung der Methode der Frequenzverlagerung Amplitudenregelung und ganze oder teilweise Aussiebung der Steuerfrequenzen innerhalb desjenigen Übertragungsweges erfolgen, der das verlagerte Frequenzband führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen