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Verfahren zur Erhöhung der Grenzfrequenz von bereits verlegten Fernkabelanlagen
Auf pupinisierten Fernkabelanlagen pflegte man bekanntlich im Gegensatz zu Freileitungen
nicht mit Mehrfachausnutzung zu arbeiten, da sich die Anlagekosten für Kabel, die
für Mehrfachausnutzung geeignet sind, als so groß ergaben, daß eine Verringerung
der Aderzahl der Kabel und Mehrfachausnutzung dieser keine Verbilligung gegenüber
Kabelanlagen mit höherer Aderzahl und Einfachausnutzung erscheinen ließ. Eine Ausnahme
bildeten die Kabelanlagen, die bereits aus Gründen der Laufzeit und der Einschwingzeit
mit einer solchen Grenzfrequenz ausgerüstet werden mußten, daß ein Trägerfrequenzkanal
neben dem Niederfrequenzkanal untergebracht werden kann.
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Die Erfindung fußt nun auf der Erkenntnis, daß grundsätzlich andere
Verhältnisse dann vorliegen, wenn man mit einem bereits vorhandenen Kabel nicht
mehr in der Lage ist, den Bedarf an Sprechverbindungen zu decken. In diesem Fall
sind nicht die Kosten einer Neuanlage für Mehrfachausnutzung mit den Kosten einer
Neuanlage für Einfachbetrieb zu vergleichen, sondern es sind die Kosten einer Neuanlage
für Einfachbetrieb mit den Kosten zu vergleichen, die aufgewendet werden müssen,
um eine für Einfachausnutzung vorhandene Anlage so umzugestalten, daß sie für Mehrfachausnutzung
geeignet ist. Diese Umgestaltung könnte nun z. B. dadurch erfolgen, daß man die
vorhandene Pupinbelastung durch eine leichte Belastung ersetzt, wie sie für Weitverbindungen
üblich ist, wobei dann das für Niederfrequenz wirtschaftlichste Verhältnis von Spulenkosten
zu Kabelkosten oder, anders ausgedrückt, der bereits vorhandene Spulenabstand erhalten
bliebe.- Durch diese Maßnahme würde man Verbindungen mit erhöhter Grenzfrequenz
bekommen und könnte in bekannter Weise über dem Niederfrequenzsprechkanal noch einen
Trägerfrequenzsprechkanal unterbringen. Der Nachteil dieser Anordnung ist jedoch
der, daß dabei gleichzeitig auch die Dämpfung für den Niederfrequenzsprechkanal
erheblich größer wird und infolgedessen die bisherigen Verstärkerfeldlängen nicht
mehr eingehalten werden können oder erhöhte Nebensprechdämpfungen erforderlich wären,
die sich bei einer bereits verlegten Anlage, bei der besondere Abschirmmaßnahmen
nicht mehr möglich sind, kaum erzielen lassen. Die Verstärker müßten daher enger
gesetzt werden, und ein Vorteil der Umgestaltung der vorhandenen Anlage gegenüber
einer Neuanlage wäre höchstens dann noch gegeben, wenn die Gebäude für die neuen
Verstärkerämter alle vorhanden wären und nur die reinen Apparatekosten neu hinzukämen.
Diese
Voraussetzung ist aber in den seltensten Fällen erfüllt.
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Die Erfindung wählt daher einen anderen Weg, um eine vorhandene Kabelanlage
für Einfachbetrieb mit einem geringeren Kostenaufwand für Mehrfachbetrieb umzugestalten,
als ihn eine weitere Neuanlage für Einfachbetrieb erfordern würde. Sie fußt auf
der Erkenntnis, daß die Gesichtspunkte für die Größe des Spulenabstandes wesentlich
andere sind, wenn es sich um eine bereits verlegte Anlage handelt, als wenn es sich
um eine Neuanlage handelt. Die Kabelkosten sind nämlich in diesem Fall nicht mehr
in Betracht zu ziehen, und es ergibt sich daher, daß man unter den Spulenabstand
heruntergehen kann, der für eine Niederfrequenzverbindung allein am wirtschaftlichsten
ist. Gemäß der Erfindung wird daher die Grenzfrequenz von bereits verlegten Kabelanlagen
durch nachträg liches Hinzufügen von Pupinspulen mit oder ohne Auswechseln der vorhandenen
Spulen dadurch erhöht, daß der Spulenabstand der Kabelanlage bei im wesentlichen
gleichbleibender oder vergrößerter Induktivität je Längeneinheit halbiert bzw. noch
weitergehend verringert wird. So kann z. B. zu . jeder Sprechverbindung durch Verringerung
der Spulenfeldlänge auf etwa die Hälfte eine zweite Verbindung hinzugefügt werden,
ohne daß Dämpfung, Lauf- und Einschwingzeit in nachteiliger Weise vergrößert werden.
Entsprechend können natürlich durch Dreiteilung der Spulenfeldlänge zwei neue Sprechkanäle
zugefügt werden und durch Vierteilung drei usw. Eine Grenze hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit
besteht nicht. Dagegen bestehen in technischer Beziehung Grenzen, die eine Ausnutzung
über ein gewisses Maß nicht empfehlenswert erscheinen lassen. Diese Grenzen sind
einmal die Größe der Nebensprechdämpfung, die bekanntlich mit wachsender Frequenz
abnimmt, ferner die noch zulässigen Wellenwiderstandsschwankungen, die mit der Anzahl
der Spulenpunkte wachsen, und endlich die nichtlinearen Verzerrungen, die bekanntlich
mit der Stromstärke wachsen und daher bei Mehrfachausnutzung und folglich mehrfacher
Stromstärke stets erheblich größer sind als. bei Einfachausnutzung.
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Da im allgemeinen die Nebensprechdämpfung im engeren Sinne von der
Frequenz praktisch unabhängig ist, genügt es, wenn die Gegennebensprechdämpfung
in an sich bekannter Weise an wenigen Punkten in großen Abständen durch zusätzliche
Ausgleichselement a ausgeglichen wird, unter Umständen nur am Ende, und zwar erfindungsgemäß
für jeden Sprechkanal gesondert. Dabei brauchen die Ausgleichspunkte für die einzelnen
Sprechkanäle nicht zusammenzufallen. Auf diese Weise können die Schwierigkeiten
hinsichtlieh des Gegennebensprechens einfach und sicher beseitigt werden.
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Zweckmäßig wird man nun nicht solche Sprechkreise gleichzeitig mit
den gleichen Frequenzen mehrfach ausnutzen, die hinsichtlich des Nebensprechens
weniger günstig liegen, wie z. B. Stamm- und Phantomkreise desselben Vierers, sondern
man wird schon in der Auswahl der Sprechkreise auf die zu erwartenden Nebensprech-
bzw. Gegennebensprech.dämpfungen Rücksicht nehmen. Dies führt dazu, daß vorzugsweise
nur die Stammkreise oder nur die Phantomkreise für Trägerstrombetrieb neu pupinisiert
werden. Ferner wird man' in solchen Fällen, in denen nicht sämtliche Sprechkreise
eines Kabels für Mehrfachbetrieb erforderlich sind, die Sprechkreise so wählen,
daß sie eine möglichst geringe gegenseitige Kopplung besitzen, also z. B. nur jeden
zweiten oder jeden dritten Vierer wählen oder nur aus jeder übernächsten Lage Vierer
für Mehrfachbetrieb heranziehen.
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Die Wellenwiderstandsschwankungen können dadurch auf eine noch tragbare
Größe (etwa 12% des Sollwertes des Wellenwiderstandes bei jeder Frequenz) beschränkt
werden, daß die zur Pupinisierung verwendeten Spulen mit geringeren Abweichungen
von ihrem Sollwert hergestellt werden, als dies bisher zulässig war, eine Maßnahme,
, die beim derzeitigen Stand; der Fabrikation ohne weiteres möglich ist. Zweckmäßig
verwendet man zur Neupupinisierung solche Spulen, die vom Sollwert um nicht mehr
als
abweichen, wobei a die bisher zulässige prozentuale Abweichung vom Sollwert bedeutet
und n die Zahl der Spulen, die auf einbisheriges Spulenfeld entfallen. Außerdem
kann im Bedarfsfalle auch' ein Ausgleich der Spulen- und Feldkapazitätswerte beim
Einbau der neuen Spulen vorgenommen werden. Die Betriebskapazitätswerte werden dabei
zweckmäßig alle möglichst nahe dem oberen Grenzwert angeglichen.
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Die Größe der neuen Spulen wird nun so gewählt, daß die- geringsten
Änderungen der vorhandenen Anlage damit verbunden sind. Diese Forderung läßt zwei
Möglichkeiten offen. Die erste ist die, daß gemäß der Erfindung die kilometrische
Induktivität der Anlage im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies hat den Vorteil,
daß die Dämpfung für den Niederfrequenzkanal, die Laufzeit, die Einschwingzeit und
der Wellenwiderstand nach der Neupupinisierung praktisch so groß sind wie vorher,
während die Grenz- j frequenz bei Halbierung- des Spulenabstandes doppelt so groß
ist, bei Dreiteilung dreifach
so groß usw. Nicht berücksichtigt
ist dabei die etwas geänderte Frequenzabhängigkeit von Einschwingzeit, Dämpfung
und Wellenwiderstand. Alle drei Größen nehmen nämlich um so langsamer mit der Frequenz
zu, je größer die Grenzfrequenz ist. Dies bedingt unter Umständen eine geringfügige
Änderung der Nachbildung und Dämpfungsentzerrung im Niederfrequenzkanal, wobei zu
beachten ist, daß die Dämpfungsentzerrung infolge des geringen Anstiegs mit der
Frequenz sich wesentlich einfacher gestaltet.
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Die zweite Möglichkeit für die Neupupinisierung ist die, daß man die
Induktivität der neu einzufügenden Spulen gleich der Größe der bereits vorhandenen
Spulen wählt. Diese Maßnahme hat gegenüber der Neupupinisierung mit gleichbleibender
kilometrischer Induktivität den Vorteil, daß die alten Pupinspulen nicht ausgewechselt
werden brauchen, dagegen bleiben die Werte v an ' Dämpfung, Laufzeit, Wellenwiderstand
nicht gleich. Die Dämpfung für den Niederfrequenzsprechkanal beträgt bei Halbierung
der Spulenfeldlänge
0,7 der Dämpfung vor der Neupupinisierung, bei Dreiteilung .; 0,58
der Dämpfung usw. Entsprechend wächst der Wellenwiderstand, und zwar ist der Nominalwellenwiderstand
bei Halbierung um
mal größer als vor der Neupupinisierung und bei Dreiteilung um mal größer usw. Beides
wirkt sich vorteilhaft
auf die Übertragungseigenschaften aus. Die geringere Dämpfung erfordert auch eine
geringere Verstärkung, so daß die Anforderungen hinsichtlich der Wellenwiderstandsschwankungen
geringer sein können. Der größere Wellenwiderstand verringert den Einfluß der meist
nicht gesondert ausgeglichenen magnetischen Kopplungen auf das -Nebensprechen und
Gegennebensprechen. Neben dem Wellenwiderstand erfährt auch die Laufzeit eine Vergrößerung,
und zwar in demselben Verhältnis. Dies kann unter Umständen nachteilig sein, sofern
es sich um Leitungen sehr großer Länge handelt, bei denen die Laufzeit bereit an
der Grenze des zulässigen Wertes liegt. Durch Einschaltung von Echosperrern, sofern
solche nicht bereits vorhanden sind, oder durch Erhöhung der Echodämpfung läßt sich
dieser Einfluß jedoch unschädlich machen. Die Einschwing7eit kann durch die erfindungsgemäße
Maßnahme entweder vergrößert oder verkleinert werden. Bekanntlich ist die Einschwing
-zeit um so größer, je größer die Laufzeit ist, andererseits aber auch um so kleiner,
je kleiner das Verhältnis der betreffenden Frequenz zur Grenzfrequenz ist. Da nun
durch Verringerung der Spulenfeldlänge und durch Erhöhung der kilometrischen Induktivität
sowohl Grenzfrequenz wie Laufzeit erhöht werden, so kann die Einschwingzeit durch
diese Maßnahme vergrößert oder verkleinert werden, je nachdem ob der Einfluß der
einen oder der anderen Größe überwiegt. Unter Berücksichtigung der tatsächlichen
Verhältnisse kann man sagen, daß bei Zweiteilung der Spulenfeldlängen bei stark
oder mittelstark belasteten Leitungen eine kleine Verringerung der Einschwingzeit
auftritt, während bei schwach belasteten Leitungen eine kleine Vergrößerung auftritt.
Bei Dreiteilung des Spulenfeldes oder noch geringerer Unterteilung dagegen wird
stets eine Erhöhung der Einschwingzeit auftreten.
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Das Einfügen von Pupinspulen von der Größe der bereits vorhandenen
empfiehlt sich aus diesem Grunde nur dann, wenn eine Verdoppelung der Sprechkanäle
auf einer bestimmten Leitung für absehbare Zeit ausreicht. In allen den Fällen dagegen,
in denen eine Verdoppelung nicht ausreicht, wird man zweckmäßig eine Neupupinisierung
unter Konstanthaltung der kilometrischen Induktivität vornehmen. Aber auch in Fällen,
in denen die Verdoppelung genügt, kann es unter (Jmständen vorteilhafter sein, die
bereits vorhandenen Spulen ebenfalls auszuwechseln, um die kilometrische Induktivität
und damit die Werte von Dämpfung, Wellenwiderstand, Laufzeit und Einschwingzeit
konstant halten zu können. Die Spulen, die ausgewechselt werden müssen, können dabei
an anderer Stelle wieder Verwendung finden. Bei Spulen, die sektorweise gewickelt
sind, kann gegebenenfalls durch Parallelschalten von Sektoren auch der Induktivitätswert
der Spule geändert werden. Unter Umständen können auch zwei vollständige Spulenkästen
parallel geschaltet werden.
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Wie bereits oben erwähnt, nehmen die nichtlinearen Verzerrungen unter
den betrachteten Leitungseigenschaften einen besonderen Platz ein, da sie nicht
nur von der Leitung als solcher abhängen, sondern auch von der über die Leitung
geschickten Stromstärke. Die nichtlinearen Verzerrungen sind daher bei derselben
unveränderten Leitung um so griißer, je mehr Sprechkanäle darauf betrieben werden.
Um daher ein unzulässiges Anwachsen der nichtlinearen Verzerrungen zu vermeiden,
werden gemäß der weiteren b;rfindung für die I\Teupu.pinisierüng Spulen verwendet,
deren Hysteresefaktor nur ungefähr den m-ten "eil der bisher zulässigen Hysteresefaktoren
beträgt, wobei m die Zahl der Sprechkanäle bedeutet, die über die Leitung gleichzeitig
übertragen werden sollen. Im übrigen sind die nichtlinearen Verzerrungen um so größer,
je größer die kilometrische
induktivität ist. Bei Neupupinisierung
unter Konstanthaltung der kilometrischen Induktivität und sonst gleichen Umständen
werden daher die nichtlinearen Verzerrungen durch die Neupupinisierung an sich nicht
beeinflußt, sondern nur durch die dadurch ermöglichte größere Strombelastung. Dagegen
tritt bei Pupinisierung mit Spulen der gleichen Größe wie die bereits vorhandenen
eine Erhöhung der nichtlinearen Verzerrungen ein, die proportional der Vergrößerung
der kilometrischen Induktivität ist. Aus diesem Grunde ist diese Art der Neupupinisierung
nur bis zu einer bestimmten Länge der betreffenden Sprechverbindungen zu empfehlen.
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Die Entscheidung, welches Verfahren am vorteilhaftesten ist, muß unter
Berücksichtigung der jeweiligen Umstände von Fall zu Fall gefällt werden, was bei
Beachtung der oben ausgeführten Grundsätze keinerlei Schwierigkeiten bietet. Von
Einfluß auf die Entscheidung ist dabei neben der Länge der betreffenden Verbindung
und der Zahl der neu benötigten Sprechkanäle in erster Linie auch der Zustand der
verlegten Leitung und_ der bereits vorhandenen Spulen.
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Die Möglichkeiten der Neupupinisierung und der Schaffung neuer Sprechkanäle
sind mit den zwei besprochenen Pupinisierungs.-arten (gleichbleibende Induktivität
pro Längeneinheit und gleiche Induktivität pro Spule) nicht erschöpft. Es kann unter
Umständen auch vorteilhaft sein, die kilometrische Induktivität bei der Neupupinisierung
größer zu wählen als bisher. Dies kommt besonders dann in Frage, wenn, die zu verbessernde
Kabelanlage nach einem nicht mehr gebräuchlichen Pupinisierungssystem gebaut ist
und anläßlich der Umpupinisierung den neueren Systemen oder den international üblichen
Systemen angepaßt werden soll oder wenn eine Umdisposition stattfindet, derart,
daß die betreffende Leitung nach der Umpupinisierung statt für Nahverkehr für Weitverkehr
oder umgekehrt Verwendung finden soll. Endlich kann eine solche Maßnahme .dann von
Vorteil sein, wenn eine Veränderung der Verhältnisse in der Netzgestaltung überhaupt
vorgenommen werden soll, z. B. wenn die Restdämpfung der Fernleitungen zugunsten
der Dämpfung der Teilnehmerleitungen erniedrigt werden soll. In allen diesen Fällen
kann auch eine kilometrische Induktivität von Vorteil sein, die höher liegt als
die bisherige. Eine Erhöhung der kilometrischen Induktivität ist bekanntlich bei
gegebener Grenzfrequenz und damit gegebener Aufteilung der bisherigen Spulenfeldlängen
stets mit einer Verringerung der Dämpfung, einer Erhöhung des Wellenwiderstandes,
einer Erhöhung der Laufzeit und einer Erhöhung der nichtlinearen Verzerrung verbunden,
sofern nicht das letztere durch entsprechende Herabsetzung der Hysterese verhindert
ist. Die Einschwing zeit kann dabei, wie aus obigem hervorgeht, bis zu einem gewissen
Grad konstant gehalten werden.
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Bei den bisherigen Ausführungen waren von den Spuleneigenschaften
nur die Induktivität und die Hysterese in den Kreis der Betrachtungen gezogen worden.
Neben diesen beiden Eigenschaften ist jedoch auch der Ohmsche Widerstand der Spulen
zu berücksichtigen, da die Erhöhung der Spulenzahl keine Erhöhung des Ohmschen Widerstandes
pro Kilometer und-damit eine Dämpfungserhöhung im Gefolge haben soll. Man wird daher
die Drahtstärke der Spulen zweckmäßig um so größer wählen, je mehr Spulen vorhanden
sind, und zwar gemäß der weiteren Erfindung derart, daß das Verlustmaß RIL durch
die Neupupinisierung höchstens unwesentlich geändert wird.
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Für die Trägerfrequenzkanäle bestehen hinsichtlich Betriebsweise dieselben
Möglichkeiten wie für die Niederfrequenzkanäle. Es wird jedoch von Vorteil sein,
die Trägerfrequenzkanäle in Vierdrahtschaltung, gegebenenfalls gemischter Art, zu
betreiben. Diese Schaltungen und - die hierfür erforderlichen Apparate sind allgemein
bekannt. Hat man z. B. drei Sprechkanäle auf einer Leitung, so kann man die Niederfrequenz
in Zweidrahtschaltung betreiben und von den beiden Trägerfrequenzen die eine für
die Übertragung eines zweiten Gesprächs in einer Richtung und die anderen für die
Übertragung dieses zweiten Gesprächs in der anderen Richtung verwenden. Die Verstärkung
der drei Frequenzbänder kann dabei durch dieselben Verstärker vorgenommen werden.
Als Verstärkerschaltung dient in diesem Falle eine gewöhnliche Zweidrahtschaltung
mit einer Nachbildung für die Frequenzen des Niederfrequenzbandes; bei der in die
Leitung jeder Gesprächsrichtung ein Filter für die Frequenzen der Gegenrichtung
eingeschaltet ist. Natürlich kann man auch jedes Frequenzband gesondert verstärken,
indem man vor dem Verstärker Frequenzweichen anbringt und jedes Frequenzband über
diese Weichen einem besonderen Verstärker zuleitet. Dieses Verfahren wird man vorzugsweise
dann anwenden, wenn auch die Trägerfrequenzkanäle in Zweidrahtschaltung betrieben
werden, und zwar wird man die Aufteilung in die beiden Verkehrsrichtungen in diesem
Fall vorzugsweise erst hinter den Frequenzweichen vornehmen. Diese Frage, ob Zweidraht-
oder Vierdrahtschaltung anzuwenden ist, ist von Fall zu Fall zu entscheiden. Maßgebend
dafür sind jeweils die erzielten Leitungseigenschaften. So
wird
man für die Zweidrahtleitungen stets diejenigen heraussuchen, die die geringsten
Wellenwiderstandsschwankungen aufweisen. Entsprechend wird man die Frage, welche
Sprechverbindungen für Weitverkehrsverbindungen benutzt werden sollen und welche
für Nahverbindungen, nach der Größe der Einschwingzeit beurteilen. Dies führt dazu,
daß die niederfrequenten Sprechkanäle für Weitverkehr und die höherfrequenten für
Nahverkehr ausgenutzt werden. Man wird jedoch dabei bei den höherfrequenten nicht
unter eine gewisse Mindestentfernung heruntergehen, da sonst die Kosten für Apparate,
Filter u. dgl. im Verhältnis zu hoch werden. Im Bedarfsfalle kann natürlich bei
den höherfrequenten Sprechkanälen auch ein Phasenausgleich vorgenommen werden, der
zweckmäßig für jeden Kanal getrennt erfolgt.