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Verfahren zur Übertragung von Signalströmen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung von Signalwechselströmen mit Einschaltung
einer Zwischenaufzeichnung auf der Sende- und Empfangsseite und von der Aufnahme-
und Wiedergabegeschwindigkeit verschiedener Übertragungsgeschwindigkeit, bei dem
erfindungsgemäß in der Sendestelle die Zeichen von dem die Aufzeichnungen aufnehmenden
Zeichenträger unmittelbar während der Aufnahme durch n Abtasteinrichtungen, denen
n Übertragungsleitungen zugeordnet sind, mit einer dem n Teil der Aufzeichnungsgeschwindigkeit
entsprechenden Geschwindigkeit abgetastet und übertragen werden, derart, daß die
Abtasteinrichtungen verschiedene Teile der aufgezeichneten Nachricht aufnehmen;
- und in der Empfangsstelle den n Leitungen it Aufzeichnungseinrichtungen zugeordnet
sind, durch welche die übertragenen Teile auf den Aufzeichnungsträger in der ursprünglichen
Reihenfolge gleichzeitig aufgezeichnet werden, von dem durch eine mit der yt-fachen
Aufzeichnungsgeschwindigkeit bewegten Abtasteinrichtung die aufgezeichneten Teile
abgenommen und wiedergegeben werden.
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Es ist bereits bekannt, Wechselströme in der Weise zu übermitteln,
daß man zunächst eine Aufzeichnung der Frequenzfolgen auf einen geeigneten Tonträger
vornimmt, diese Aufzeichnung dann abnimmt, über die Leitung übermittelt, in der
Empfangsstelle die übertragenen Impulse nochmals aufzeichnet, um sie schließlich
wieder in die ursprüngliche Energieforte iunzuwandeln. Ferner ist es bekannt, die
zu übertragenden Frequenzen zwecks Geheimhaltung in andere Frequenzen zu verwandeln
und in dieser Form zu übertragen.
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Das Verfahren nach der Erfindung verwendet sowohl die Zwischenaufzeichnung
als auch die Frequenzteilung. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren erfolgt jedoch
die Übermittlung der aufgezeichneten Impulse über mehrere Leitungen. Über jede Leitung
gelangt nur ein Teil der Frequenzfolgen zur Übermittlung. In der Empfangsstelle
erfolgt eine nochmalige Aufzeichnung der übertragenen Teile und schließlich eine
folgerichtige Abnahme und Wiedergabe.
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Durch die Verwendung mehrerer Leitungen zur Übertragung der Wechselströme
ist es möglich, die Abtastgeschwindigkeit in der Sendestelle und dadurch die Frequenzen
zu erniedrigen. Auf diese Weise ist es möglich, die Grenzfrequenz der Übertragungsleitungen.
auf die Hälfte, wenn mit zwei Leitungen oder auf ein Drittel herabzusetzen, wenn
mit drei Leitungen gearbeitet wird. Ferner ergibt sich der wesentliche Vorteil,
daß ein Gespräch,. das beispielsweise mit Frequenzhalbierung über zwei Leitungen
übertragen wurde, in der Empfangsstelle praktisch in- der gleichen Zeit abgehört
werden kann, so daß sich ein Gegensprechverkehr durchführen läßt, der mit den bereits
bekannten Anordnungen nicht möglich ist.
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Die durch die Erfindung ermöglichte Herabsetzung der Grenzfrequenz
spielt eine erhebliche Rolle bei Übertragungsleitungen mit großer Reichweite, bei
denen einerseits eine Zwisdhen-
Schaltung von Verstärkern nicht
durchführbar, andererseits eine Vergrößerung des Aderdurchmessers nicht möglich
ist, wie dies bei transozeanischen Kabeln der Fall ist.
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Da zur Erzielung einer guten Sprachverständigung ein Frequenzband
von -ioo Hertz zu übertragen ist und normalerweise ein solches von 3oo bis 240o
Hertz verwendet wird, so muß das dieses Frequenzband übertragende Kabel eine Grenzfrequenz
von mindestens 35oo Hertz erhalten. Geht man nun nach dem Verfahren nach der Erfindung
in der Weise vor, daß man das Frequenzband von 3oo bis 240o Hertz beispielsweise
durch Frequenzhalbierung in ein Frequenzband von 15o bis 120ö Hertz -verwandelt,
so kann das zur Übertragung dieses Frequenzbandes bestimmte Kabel auf die halbe
Grenzfrequenz pupinisiert sein. Solche Kabel lassen sich heute bereits bauen.
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Bevor die Anordnung gemäß der Erfindung beschrieben werden soll, sei
an Hand der Abbildungen i und 2 das Prinzip der Frequenzteilung erläutert. In diesen
Abbildungen ist i ein Stahlband, a ein Schreibmagnet und 3 ein Abnahmemagnet. Bewegt
sich das Stahlband mit der Geschwindigkeit v an dem Schreibmagneten vorbei und wird
dieser und damit das Stahlband i im Rhythmus tonfrequenter Schwingungen magnetisiert,
z. B. mit der Frequenz iooo, so daß also pro Sekunde iooo Schwingungen aufgezeichnet
werden, so nimmt der Abnahmemagnet die gleiche Frequenz ab, da die Relativgeschwindigkeit
zwischen ihm und dem Stahlband die gleiche ist wie zwischen Stahlband und Schreibmagnet,
nämlich gleich v. Wird dagegen der Schreibmagnet mit der gleichen Geschwindigkeit
wie das Stahlband bewegt, jedoch entgegengesetzt der Stahlbandbewegung, so erfolgt
die Aufzeichnung mit der Geschwindigkeit 2 v, also der doppelten Geschwindigkeit,
und da die Relativgeschwindigkeit zwischen feststehendem Abnahmemagneten und Stahlband
nur v ist, so erfolgt die Abnahme mit der halben Aufzeichnungsgeschwindigkeit. An
Stelle der iooo aufgezeichneten Schwingungen werden pro Sekunde nur 5oo abgenommen.
Es tritt also eine Frequenzhalbierung ein. -In der oben gezeigten Weise ist jedoch
die Anordnung praktisch nur verwendbar, wenn die Empfangszeit, die der Übertragungszeit
gleich ist, von der Entstehungszeit verschieden sein kann. Da die Abnahme mit der
halben Geschwindigkeit der Aufschreibung erfolgt, kann durch eine Leitung in der
Entstehungszeit auch nur das halbe Gespräch übermittelt werden. Um in der Entstehungszeit
das ganze Gespräch zu übertragen, sind bei der Frequenzhalbierung deshalb- zwei
Leitungen oder gleichwertige Leitungskombinationen notwendig, von denen jede je
eine Hälfte des Gespräches überträgt. Soll nur ein Drittel des Frequenzbandes, also
ioo bis 8oo Hertz übertragen werden, so erfordert die Übertragung des Gesprächs
die dreifache Zeit und es sind deshalb drei Leitungen notwendig.
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Es handelt sich nun darum, die Gesprächsteile auf die Leitungen aufzuteilen
und weiterhin eine Anordnung zu schaffen, die eine ununterbrochene Übertragung ermöglicht,
so daß ein Gegensprechverkehr durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Anordnung beispielsweise bei Frequenzhalbierung
so getroffen, daß die Aufzeichnung auf einer Scheibe, beispielsweise einer Stahlscheibe
i erfolgt (linke Seite der Abb. 3), die mit der Drehzahl za im Uhrzeigersinne bewegt
wird. Der Aufschreibemagnet 2 rotiert mit der Drehzahl ii entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne.
Die Klemmen des rotierenden Magneten liegen an Schleifringen 5, 6, denen durch Schleifbürsten
7, 8 die Mikrophonströme des Mikrophons io nach Verstärkung durch einen . Verstärker
g zugeführt werden. ii und i2 sind zwei Löschmagnete, welche die Stahlscheibe für
weitere Aufzeichnungen aufnahmebereit machen. Die beiden Abnahmemagnete 3 und 4
sind um 180° versetzt, feststehend angeordnet und an die beiden Leitungen über Verstärker
angeschlossen.
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Die gleiche Anordnung ist an der Empfangsstelle vorhanden. i' ist
wieder die mit der Drehzahl ia im Sinne des Uhrzeigers sich drehende Stahlscheibe.
2' ist der entgegengesetzt der Uhrzeigerbewegung mit der Drehzahl u rotierende Magnet,
der hier jedoch im Gegensatz zur Sendestelle die Aufgabe hat, die auf der Scheibe
befindlichen Zeichen abzunehmen, während ebenfalls im Gegensatz zur Sendestelle
die Magnete 3' und 4' die Aufgabe haben, die Zeichen auf die Scheibe aufzubringen.
Aus diesem Grunde sind den Magneten 3' und auch keine Löschmagnete zugeordnet, sondern
die Löschung der übertragenen Zeichen erfolgt durch einen mit dem Abnahmemagneten
2' mitrotierenden Löschmagneten 13. 5' 6' sind die Schleifringe, 7', 8' die Schleifbürsten
zur Abnahme der abgetasteten Sprechströme und 14 ist ein Telefonhörer. Da in der
Sendestelle Scheibe i und Aufnahmemagnet 2 entgegengesetzt rotieren, erfolgt die
Aufschreibung mit der Geschwindigkeit 2 v, die der Drehzahl 2 n entspricht
und da die Relativgeschwindigkeit zwischen Scheibe und Abnahmemagnet 3 bzw. 4 gleich
v ist, die der Drehzahl n entspricht, werden die Aufzeichnungen mit der halben Aufnahmegeschwindigkeit
abgenommen und übertragen.
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In der Empfangsstelle (rechte Seite der Abb.3) erfolgt die Aufzeichnung
durch die feststehenden Magnete 3' 4' mit einer Relativgeschwindigkeit v, die der
Drehzahl n der Scheibe entspricht. Es wird also die halbe Frequenz aufgezeichnet,
also statt 24oo immer i2oo. Da
aber der Abnahmemagnet 2' mit der
Drehzahl it entgegengesetzt der Scheibenbewegung rotiert, die Relativbewegung zwischen
Abnahmemagnet 2' und Scheibe i' also 2 n beträgt, so wird die aufgezeichnete Frequenz
mit der doppelten Geschwindigkeit abgenommen. Die auf die Scheibe i' in der Empfangsstelle
übertragene Frequenz von beispielsweise io-oo Hertz wird deshalb als Frequenz von
24oo Hertz dem Hörer 14 zugeführt. In der Sendestelle tritt in der geschilderten
Anordnung stets eine Frequenzhalbierung und in der Empfangsstelle eine Frequenzverdoppelung
ein, so daß die in der Sendestelle zugeführte Frequenz als gleiche Frequenz in der
Empfangsstelle erhalten wird.
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Es ist nun noch der Nachweis zu führen, daß die Übertragung auch lückenlos
und ununterbrochen möglich ist. Zur Erläuterung soll die Buchstabenfolge des Alphabets
fortlaufend übertragen und die einzelnen Phasen sollen während und nach je einer
Vierteldrehung der Scheiben betrachtet werden.
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Wir gehen von der Stellung aus, wie sie Abb.4 zeigt. Der Bezugspunkt
der Scheiben ist mit einem liegenden Kreuz bezeichnet. Die rotierenden Pole 2, 2'
sind durch die ausgefüllte Spitze besonders kenntlich gemacht. Bewegt sich die Scheibe
i mit der Drehzahl st imTi'hrzeigersinne um go ° und gleichzeitig der aufschreibende
Pol 2 um go ° entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne, und zwar mit der gleichen Drehzahl
it, wie die Scheibe, so erhalten wir die in Abb. 5 dargestellte Stellung. Wurde
während der Zeit die Buchstabenfolge ct, b, c, d, e, f in das Mikrophon gesprochen,
so wird diese Folge durch den Aufschreibemagneten 2 auf die Scheibe i übertragen,
so daß die ganze linke Seite dieser Scheibe besprochen ist. Dieser Zustand ist in
der Darstellung durch die- kräftig ausgezogene Linie am Scheibenrand und die eingetragenen
Buchstaben kenntlich gemacht. Diese Art der Kenntlichmachung des besprochenen Zustands
der Scheiben ist auch in allen folgenden Abbildungen beibehalten. Der Anfang der
Aufzeichnung befindet sich nun vor dem abnehmenden Pol 3 und der aufzeichnende Pol
gegenüber dem abnehmenden Pol 4. Dreht sich nun die Scheibe weiter, so beginnt der
Pol 3 mit der Abnahme der Aufzeichnung a, b, c und der Pol 3' überträgt sie über
die eine Leitung auf die Scheibe i'. Der Löschpol ii entfernt die von dem Pol 3
abgetastete Aufzeichnung und macht die Scheibe wieder aufnahmebereit. Gleichzeitig
beginnt der Aufschreibepol2 mit der Aufzeichnung der Buchstabenfolge g,
h, i,
k,1, nt. Diese wird nun aber nicht mehr von dem Pol 3, sondern
von dem Polo abgenommen, über die zweite Leitung und Polo' auf die Empfangsscheibe
i' übertragen, während der Löschpol 12 die Scheibe z wieder aufnahmebereit macht.
Nach einer weiteren Vierteldrehung der Scheiben ist die mit dem liegenden Kreuz
bezeichnete Stelle in die in Abb. 6 dargestellte Lage gekommen. Auf die Empfangsscheibe
x' sind bereits die Buchstaben a, b, c und g, k, i übertragen, während die
Aufzeichnungen dz e, f, k, L, in, in die Abnahmemagnete 3 und 4 laufen, um
übertragen zu werden. Bei Fortsetzung der Bewegungen beginnt der rotierende Abnahmepol
2' in der Empfangsstelle die Aufzeichnung a, b, c abzunehmen. Gleichzeitig
überträgt der Pol 3 über 3' die Folge d, e, f und der Pol 3' schließt diese
lückenlos an die Folge a, b, c an. Nach einer Vierteldrehung gelangt der
abnehmende Pole' in die Stellung der Abb. 7 und hat die Buchstabenfolge a,
b, c, d,
e, f abgenommen und dem Hörer zugeführt. Während des letzten
Bewegungsvorganges sei die weitere Buchstabenfolge it, o, P, q, r,
s dem Mikrophon übermittelt worden., die der schreibende Pol 2 der Sendestelle
wieder auf die Scheibe i aufgezeichnet hat (Abb. 7). Bei weiterer Drehung nimmt
Polo diese Buchstabenfolge bereits ab und Polo' überträgt sie auf die Scheibe i'
der Empfangsstelle. Nach einer Vierteldrehung (Abb. 8) ist ryt, o,p übertragen,
q, y, s harrt noch der Übertragung. Der schreibende Pol 2' der Senderstelle
hat t, u, v, w, x, y aufgezeichnet. Davon ist t, zc, v durch Pol 3-Leitung-Pol 3'
auf die Empfangsscheibe übertragen, während die Folge w, x, y übertragungsbereit
ist und bei weiterer Drehung der Scheiben übermittelt wird. Der abnehmende Pol e'
der Empfangsstelle hat während der letzten Vierteldrehung die Folge g, 1a,
i, k, 1, m
auf der Empfangsscheibe vorgefunden, abgetastet, wiedergegeben
und durch seinen Löschmagneten gelöscht. Während der folgenden Vierteldrehung der
Scheiben überträgt 3-3' w, x, y und 4-4' q, y, s. In der Sendestelle
zeichnet der Aufnahmepol 2 die Folge z, a, b, c, d, e auf, in der
Empfangsstelle nimmt der Abnahmepol die Folge ya, o, p und die noch übertragene
Gruppe q, r, s ab. Am Ende dieser Bewegung sind die Scheiben beschrieben,
wie es Abb. 9 zeigt. In der gezeigten Weise nimmt die Übermittlung ihren Fortgang.
Die Abb. io und ii stellen die Aufzeichnungen nach j e einer weiteren Vierteldrehung
der Scheiben dar. In der Senderstelle wird immer eine Folge aus 6 Buchstaben ; von
dem Aufnahmemagneten auf die Scheibe i aufgezeichnet. Von dieser Scheibe wird eine
Gruppe von 3 Buchstaben durch die eine Leitung, eine weitere Gruppe von 3 Buchstaben
durch die andere Leitung übertragen und in i der Empfangsstelle auf die Scheibe
i' aufgezeichnet. Der rotierende Abnahmemagnet 2' nimmt im gleichen Zeitraum eine
Folge von 6 Buchstaben ab. Treten an Stelle der Buchstaben Gesprächsteile, so ändert
das an der i Übertragung nicht das geringste. Jede Leitung überträgt das halbe Gespräch,
und die Teile
werden in der Empfangsstelle wieder richtig zusammengesetzt.
Voraussetzung für die richtige Zusammensetzung ist, daß die beiden Scheiben synchron
rotieren und daß die rotierenden Pole sich in gleicher Phasenlage befinden. Die
Synchronisation kann mittels der bekannten Mittel erfolgen. Die richtige Phasenlage
läßt sich sehr bequem dadurch einstellen, daß man irgendeine hörbare Frequenzfolge
überträgt. Solange keine Gleichphasigkeit und Synchronität besteht, kommt diese
Frequenzfolge nur bruchstückweise an und die in Teilen übertragene Frequenzfolge
wird nicht in der richtigen Reihenfolge wiedergegeben. Die Einstellung der richtigen
Phasenlage erfolgt dann lediglich durch Drehung der feststehenden Pole um die Rotationsachse
der Scheibe, die Synchronisierung der Drehbewegung durch Änderung der Tourenzahl.
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Zur technischen Verwirklichung des Erfindungsgedankens kann es in
besonderen Fällen von Vorteil sein, sowohl in der Sende- als auch in der Empfangsstelle
mehrere Auf7eichnüngsträger zu verwenden.
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Bezüglich der Anbringung der Löschmagnete an den abnehmenden Polen
bei Verwendung einer Scheibe ist zu beachten, daß der Abstand zwischen Löschmagnete
und abnehmenden Pol wesentlich kleiner ist als die durch die Relativgeschwindigkeit
zwischen Abnahme und Scheibe bedingte Breite der aufgezeichneten Schwingung der
höchsten noch zu übertragenden Frequenz.
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Es ist zweckmäßig, die gleiche Anordnung auch in der Gegensprechrichtung
zu verwenden, wobei für die Leitungsverbindungen Zweidraht-und Vierdrahtschaltungen
verwendet werden können. Wird zum Sprechen und Hören auf jeder Seite nur eine Scheibe
verwendet, so muß für geeignete Umschaltung der Löschmagnete Sorge getragen werden.
Die Verwendung mehrerer Aufzeichnungsträger kann sowohl in Parallelschaltung als
auch in Reihenschaltung erfolgen. Die Verwendung parallel geschalteter Scheiben
kann für die konstruktive Durchbildung der Sende- und Empfangsapparaturen von Vorteil
sein. So ergibt sich z. B. bei Frequenzhalbierung nach dem Ausführungsbeispiel bei
Verwendung von zwei Scheiben eine günstigere Anordnung der Löschmagnete, da zu jeder
Scheibe nur ein Abnahmemagnet und ein gegenüberliegender Löschmagnet nötig wird.
Die Aufzeichnung auf beide Scheiben erfolgt durch je einen auf beiden Scheiben gleichlaufenden
Schreibmagneten, die beide hintereinandergeschaltetsind. Die Hintereinanderschaltung
mehrerer Träger kann auch beispielsweise zur weiteren Frequenzteilung dienen.
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Die konstruktive Durchführung der Apparatur ist in mehrfacher Weise
möglich. Die bequemste und einfachste Ausführung wurde bereits in dem Ausführungsbeispiel
dargestellt, das der Erläuterung der Erfindung diente. Die Pole werden zweckmäßig
auf beide Seiten der Scheibe verteilt, wie es die Abb. 12 und 13 zeigen. Vorteilhaft
ist auch die Anwendung eines zylindrischen Aufzeichnungsträgers nach Abb. 1q. Diese
Ausführungsform ermöglicht die Anbringung der Pole beider Sprechrichtungen, ohne
daß eine Umschaltung der Löschung notwendig ist. In der Abbildung ist i der Stahlzylinder,
2a, 3a, T' die Pole der einen Sprechrichtung und 2b, 3b, 4.1' die Pole der
Gegensprechrichtung.
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Besondere Vorteile bietet die Anwendung der Erfindung auf Übertragungsleitungen,
deren Eigenschaften für die Stamm- und Viererkreise erhebliche Unterschiede aufweisen.
So hat z. B. der Viererkreis bei der bekannten DoppelsternverseilungbeigleicherGrenzfrequenz
diedoppelte Reichweite des Stammkreises. Diese Reichweite des Viererkreises läßt
sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung auch für die Stammkreise erreichen, dadurch,
daß die Stammkreise auf die halbe Grenzfrequenz pupinisiert und nach der vorliegenden
Erfindung mit Frequenzhalbierung betrieben werden. Der Vorteil, den hierbei die
Anwendung der Erfindung bringt, wird vor allem dann sehr groß, wenn eine Zwischenverstärkung
der Stammkreise nicht möglich ist, aber auch dann, wenn die Zwischenverstärkung
möglich wäre, bringt die Erfindung erhebliche Vorteile bei langen Strecken; denn
durch die Beschaltung des Leitungsanfanges und des Leitungsendes nach der Erfindung
läßt sich auf der ganzen Strecke jedes zweite Verstärkeramt ersparen.
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Das wichtigste Anwendungsgebiet dürfte jedoch durch die Verwendung
bei der transozeanischen Übermittlung von Gesprächen erschlossen werden, denn die
Überbrückung der Ozeane ist bis heute nur durch Funksender geglückt. Die Erfindung
ermöglicht die Überbrückung der Ozeane mit Kabelverbindungen und bringt damit auch
für den transozeanischen Fernsprechverkehr die Vorteile der Landkabelverbindungen:
Geheimhaltung und Sicherheit