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Nachrichtenübertragungssystem über Fernmeldeseekabel Bei den Fernsprechverbindungen
über Seelabel haben sich zwei Typen herausgebildet, die als Zweidraht- und' Vierdrahtverbindungen
bekannt sind. Während die Zweidrabtverbindungen den Vorteil besitzen, mit einer
geringen Leiterzahl auszukommen, besitzen sie doch den Nachteil, daß die Verstärkung
und damit die Dämpfung der Kabelstrecke durch die Rückkopplung über die Gabelschaltung
begrenzt ist. Bei Zweidrahtverbindungen beschränkte man bisher die Dämpfung auf
etwa :2 Neper. Zur Überwindung größerer Dämpfungen, z. B. bei längeren Seekabeln,
wendete man daher Vierdrahtverbindungen an, bei denen die Höhe der zulässigen Dämpfung
einerseits durch die Stabilität (Rückkopplung über Nebensprechdämpfung) und andererseits
durch das Nebensprechen begrenzt ist.
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Es sind aber auch schon Fernsprechverbindungen bekannt, bei denen
eine Aneinanderschaltung von Vierdrahtverbindungen und Zweidrahtverbindungen vorgenommen
ist, doch ist hierbei an der Stelle des Überganges von Vierdraht- zur Zweidrahtverbindung
ein besonderer Verstärker notwendig.
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Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem über Fernmeldeseekabel,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kabel zwischen zwei zunächst. liegendenVerstärkern
aus zwei Endabschnitten im Vierdrahtbetrieb insbesondere gleicher Dämpfung und einem
Mittelabschnitt im Zweidrahtbetrieb besteht, der so lang bzw. annähernd so lang
bemessen ist, wie es die durch die Stabilität dieses Abschnittes bedingte Grenze
erlaubt. Diese zusammengesetzte Verbindung hat den Vorteil, daß in dem Mittelabschnitt
ein billigeres Zweidrahtkabel verwendet werden kann (halbe Leiterzahl). Die Zwei-
und Vierdrahtabschnitte sind dabei ohne Zwischenfügung von Verstärkern aneinandergeschlossen.
Wird das Übertragungssystem mit gleichen Frequenzbändern für beide Richtungen, z.
B. einem normalen Sprachbereich betrieben, so ist die in dem Mittelstück eingeschaltete
Zweidrahtkabelleitung in ihrer Länge (Dämpfung) begrenzt durch die in den Gabelschaltungen
der Rückkopplung entgegenstehende Dämpfung. Bekanntlich ist an den Gabelstellen
zufolge des unvollständigen Gleichgewichtes der Brücke (Leitung, Leitungsnachbildung,
Sende- und Empfangsseite des Differentialübertragers) die Dämpfung zwischen Eingangs-
und Ausgangsseite des Differentialübertragers nur endlich. Sie sei im
folgenden
mit Gabeldämpfung bezeichnet. In der Abbildung ist das Übertragungssystem nach der
Erfindung in dem . einfachen Fall einer Telephonieverbindung über eine Seekabelanlage
schematisch dargestellt. An dieser Anlage soll der Vorteil des Erfindungsgegenstandes
näher erläutert werden.
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An den Niederfrequenzteilnehmer T bzw. das daran anschließende Landzweidrahtnetz
ist eine Gabelschaltung G mit Nachbildung angeschlossen, die den Übergang zum Vierdrahtsystem
vermittelt. Vom Sendeverstärker h1 führt die eine Vierdrahtleitung eines Seekabels
VK, zur Gabel G1 für den Anschluß des Zweidrahtseekabels ZK. Die Empfangsleitung
des Vierdrahtseekabels VK, auf der gleichen Teilnehmerseite führt über den Verstärker
V2 zur Gabel G des Teilnehmers T.
Die auf der anderen Teilnehmerseite befindliche
Schaltung ist in gleicher Weise aufgebaut. Die Bezeichnungen sind die gleichen,
aber mit Strichen versehen.
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Die durch die Stabilitätsbeziehung auferlegte Beschränkung der Zweidrahtkabeldämpfung
läßt sich unter der vereinfachenden Annahme der Symmetrie der Anlage gegenüber der
Kabelmitte wie folgt ermitteln: Damit die Verbindung stabil ist, ist es erforderlich,
daß die Verstärkung in dem Kreise V1, Vgi, G1, V1(2, V., G, V, kleiner bleibt als
die Gesamtdämpfung dieses Kreises, also S1 + S2 < bvKi -f-- bvK2 -I- b, + bgl,
(i) wobei S1, S@ den Verstärkungsgrad der Verstärker V1, hz, die übrigen Größen
die Dämpfung in den Kabelleitungen und Gabeln auf dem genannten Wege entsprechend
deren Indizes bedeuten.
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Bei einer Restdämpfung i des Übertragungssystems kann für die Gesamtverstärkung
auf der linken Seite der Ungleichung (i) die Summe der Dämpfung der Kabel
VK,
ZK und hKi vermindert um i geschrieben werden, d. h. also S1 + S2 = bvKi
+ bvKi -j- bzK - i, woraus sich wegen der Symmetrie der Anlage für die Dämpfung
des Zweidrahtkabelabschnittes die einfache Beziehung ergibt: bzK < bg
-f- bgi -E- i. (i a) Aus dieser Stabilitätsbeziehung ergibt sich aber, daß die zulässige
Dämpfung der Gesamtkabelanlage nicht mehr wie bisher beim Zweidralitkabel durch
die Gabeldämpfung beschränkt ist, sondern lediglich der Anteil des Zweidrahtkabels
in der Kabelanlage, während vom Stabilitätsstandpunkt aus die Länge des Vierdrahtstückes
noch frei wählbar ist. Gegenüber den reinen Vierdrahtkabelanlagen ergibt sich eine
Verbilligung durch die Einschaltung des mittleren Zweidrahtkabels mit der entsprechend
geringeren Leiterzahl. Werden die beiden Gabeln G und G1 und entsprechend die des
anderen Endes des Übertragungssystems durch eine gute Nachbildung so weit ausgeglichen,
daß auf jede Gabel eine Dämpfung von mehr als 2 Neper fällt, so kann das Zwischenkabelstück
bis 3 oder 5 Neper lang sein. Für die Länge der Vierdrahtkabelstücke ist noch die
Nebensprechdämpfung zwischen Hin- und Rückleitung VK, und V12, gemessen an den Vierdraht
erstärkern, maßgebend. Für diesen Rückkopplungsweg I% i, N ebensprechdämpfung b"e,
T12, G, l%1 ergibt sich analog der früher angestellten Stabilitätsbetrachtung:
,S1 -f- S2 < b"e -E- b, oder 2 bvK -f- bzK < b", -/- b, + I.
(i b) Die Bezeichnung b", wurde für die Nebensprechdämpfung gewählt, um anzugeben,
daß die Nebensprechdämpfung zur Rückleitung des eigenen Gespräches betrachtet wird.
Die Gesamtkabeldämpfung ist also noch durch die Nebensprechdämpfung der Hin- und
Rückleitung begrenzt, derart, daß bei voller Ausnutzung der Zweidrahtkabelanlage
die Dämpfung eines Vierdrahtabschnittes durch den halben Wert der Nebensprechdämpfung,
vermindert um die halbe Gabeldämpfung, begrenzt ist. Sollen mehrere Gespräche über
die Kabelanlage geführt werden und dementsprechend mehr Leitungen im Kabel vorgesehen
sein, dann ist für die Dämpfung der Gesamtkabelanlage und insbesondere des Vierdrahtabschnittes
noch eine in den meisten Fällen engere Begrenzung durch das Nebensprechen zwischen
den verschiedenen Gesprächen gegeben.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine Mindestdämpfung des Nebensprechens
von 7,5 Neper sowohl in bezug auf Störwirkung als auch auf Geheimhaltung ausreichend
ist. Bekanntermaßen ist dann für die N ebensprechdämpfung des Kabels b"" die Forderung
zu erheben, daß die um die Verstärkung verminderte Nebensprechdämpfung des Kabels
größer bleibt als 7,5. Da aber die Verstärkung s gleich der Gesamtkabeldämpfung
bK, vermindert um die Restdämpfung, ist, ist die Kabellänge wegen des Nebensprechens
wie folgt begrenzt: b"" - s > 7,5
b""-(bK-bR) >7,5 bK < b""
- 6,5-
Zum Unterschied von der Nebensprechdämpfung b", der Gleichung
(i b) ist hier die Dämpfung des Nebensprechens zu einer Rück-
Leitung
eines Nachbargespräches mit b",. bezeichnet. Diese Bedingung verlangt also, daß
in unserem Falle 2 bvK -j- bzK < b",1 - 6,5 (i c) ist.
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Bei Abschirmung der Hin- und Rückleitungen und Gruppierung in verschiedene
Kabelhälften oder Kabellagen können ohne weiteres 1 5 N eper N ebensprechdämpfung
gewährleistet «-erden, so daß die Gesamtdämpfung des in der Abbildung dargestellten
Übertragungssystems etwa 8 Neper betragen kann. (Bei Führung der Vierdrahthin- und
-rückleitungen in getrennten Kabeln noch wesentlich mehr.) Bei einer Mehrzahl von
Gesprächen über dasselbe Kabel und entsprechend vergrößerter Leiterzahl inuß auch
die Nebensprechdämpfung des Zweidrahtkabelstückes der Dämpfung dieses Kabelstückes
genügen. Die bekannten Bedingungen dafür sind analog den für die Gesamtkabeldämpfung
in Ungleichung (i c) gezeigten: bzK < baz - 6,5, (i d) wenn bnz die Nebensprechdämpfung
des Zweidrahtkabels bedeutet.
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Bei Seekabelverbindungen besteht allerdings die Schwierigkeit, daß
die Gabelstelle zwischen Vierdrahtkabel und Zweidrahtkabel in See verlegt werden
muß, was unter Umständen den Ausgleich der Nachbildung erschwert. Durch einen Ausgleich
unmittelbar bei Verlegung des Übergangsstückes können diese Schwierigkeiten jedoch
bereits zum Teil herabgesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß
Anordnungen für den Fernausgleich der Nachbildungen vorgesehen werden.
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Wie die Figur zeigt, kann man aber einen etwas ungenaueren Ausgleich
an der Gabelstelle G1 für die Stabilität der Verbindung durch einen genaueren Ausgleich
an der Gabelstelle G, die ja jederzeit an Land zugänglich ist, kompensieren. So
genügt z. B. noch immer eine Dämpfung von i Neper in der Gabelstelle G1 bei einer
Dämpfung von 2 Neper an der Gabelstelle G, um über ein Zweidrahtkabelstück von 3,5
Neper stabil verkehren zu können. Um möglichst große Zweidrahtabschnitte verwenden
zu können, wird man vorzugsweise die Vierdrahtabschnitte zu beiden Seiten des Zweidrahtabschnittes
gleich groß machen. Andernfalls verringert sich die zulässige Dämpfung des Zweidrahtabschhittes.
Wird nämlich bei einer Restdämpfung i des Übertragungssystems für die Gesamtverstärkung
auf der linken Seite der Gleichung (i) die Summe der Dämpfung der Kabel VKl,
ZK, VK,' vermindert um i geschrieben, so ergibt sich bei Berücksichtigung
von VK, = VK, und VK,' = VK.' für die Dämpfung des Zweidrahtkabelabschnittes
die Beziehung bzK = (bvKl - bvKll) -i- bg -'- bgl + i. (2) Bei Symmetrie
der Anlage gegenüber der Kabelmitte wird der Klammerausdruck o, und die Größe des
Zweidrahtkabelabschnittes erreicht ihr Maximum.
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Ein weiteres besonders günstiges Ausführungsbeispiel verwendet für
die beiden Verkehrsrichtungen eines Gespräches zwei verschiedene Frequenzbänder.
Werden in der in der Abbildung gezeigten Verbindung für den Hin- und Rückverkehr
zwei verschiedene Frequenzbänder genommen, beispielsweise ein Frequenzband von etwa
300 bis a4oo Hz und ein Frequenzband von 3ooo bis 5ioo Hz, so ergibt sich,
daß an der Gabelstelle G1 keinerlei Ausgleichsschaltung mit Nachbildung erforderlich
ist, sondern lediglich Filter zur Trennung der beiden Kanäle vorgesehen zu werden
brauchen. Da die Filter von vornherein unveränderlich gebaut werden können und eine
genaue Anpassung an einen Leitungsscheinwiderstand in dem Maße wie bei einer Nachbildung
nicht brauchen, ist die Ausgleichsschwierigkeit der in See verlegten Gabelstelle
behoben. Es fällt in diesem Falle auch die Begrenzung der Dämpfung des Zwischenkabels
fort, da die Stabilität der Verbindung, von nichtlinearen Kopplungen und Rückkopplungen
über die Nebenspr echdämpfung abgesehen, nicht mehr von den Gabeldämpfungen abhängt.
Wie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen, kann bei Anwendung von Vierdrahtlcabeln
mit verschiedenen Frequenzbändern für die beiden Richtungen die Gefährdung der Stabilität
durch eine nichtlineare Dämpfung (d. h. Übergang der Energie eines Bandes in den
Frequenzbereich des anderen Bandes über die nichtlinearen Verzerrungen des Kabels)
vermieden werden. Ein solches System ist also bereits stabiler als ein System mit
einer Zweibandverbindung über ein Zweidrahtkabel und läßt eine größere Gesamtkabeldämpfung
als eine gewöhnliche Vierdrahtverbindung zu, da die Begrenzung der Stabilität der
Vierdrahtverbindung durch die Nebensprechkopplung des Vierdrahtkabels wegen der
Verwendung verschiedener Frequenzbänder wegfällt.
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Für ein System mit Vierdrahtendabschnitten und einem Zweidrahtmittelabschnitt
gemäß der Erfindung gelten bei Verwendung verschiedener Frequenzbänder für die verschiedenen
Verkehrsrichtungen, sei es in Einfachausnutzung oder Mehrfachausnutzung je einer
Leitung, die folgenden zu besprechenden Beziehungen, die bei Anlage eines solchen
Übertragungssystems zu berücksichtigen sind.
Die Beziehungen ergeben
sich aus den Bedingungen der Stabilität und des Nebensprechens ähnlich wie sie in
den Gleichungen (i a), (i b), (i c), (i d) gezeigt wurden, nur mit dem Unterschied,
daß noch die nichtlineare Dämpfung bHZ bzw. bHv, gemessen an den Enden des Zweidrahtkabels
bzw. der V ierdrahtkabelabschnitte, in Rechnung gezogen werden. So ist z. B. für
den Fall, daß nur eine einzige Leitung im Zweidrabtkabel vorhanden ist, die Länge
des Zweidrahtkabels bestimmt durch die Stabilitätsgleichung: bZK < bg
-E- bHz -h i. (3 a) Hier ist an die Stelle von b" in Gleichung (i a) bIlz getreten,
d. h. die Länge des Zweidrahtabschnittes kann um so viel größer genommen werden,
als die nichtlineare Dämpfung größer ist als die Gabeldämpfung. Die Länge des Vierdrahtteiles
ist ähnlich wie nach Gleichung (i b) bestimmt durch die Nebensprechdämpfung b",
des Vierdrahtkabels zwischen Hin- und Rückleitung desselben Gespräches zuzüglich
der nichtlinearen Dämpfung bHV des Vierdrahtabschnittes. 2 bvK + bZK <
b"e -}- bliv -h- bg -I- i. (3b) Die Größe der zulässigen Gesamtkabeldämpfung erhöht
sich also um den Betrag der nichtlinearen Dämpfung des Vierdrahtkabelabschnittes.
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Im Falle des Vorhandenseins mehrerer Leitungen in derselben Kabelanlage
für die Übertragung verschiedener Gespräche ist die Nebensprechdämpfung zwischen
den Nachbarleitungen noch für die Begrenzung der zulässigen Zweidraht- und Vierdrahtkabellänge
maßgebend, ähnlich wie in den Gleichungen (i c) und (i d) gezeigt. Wegen der Verwendung
ungleicher Frequenzbänder für den Hin-und Rückverkehr eines Gespräches tritt noch
die nichtlineare Dämpfung hinzu. Für die Länge der Gesamtkabelstrecke ist daher
ähnlich wie nach Gleichung (i c) maßgebend: 2 bvK + bZK < b"" -I- biv
- 6,5 (3 c) und für den Zweidrahtkabelabschnitt: bzK < b"" -f- bHZ - 6,5- (3
d) Die Bedingung für die Länge des Zweidrahtabschnittes kann sowohl für den Fall
einer Leitung (3 a) als auch für den Fall mehrerer Leitungen (3 d) ohne weiteres
dadurch erfüllt werden, daß die Dämpfung des Zweidrahtkabelabschnittes kleiner gehalten
wird als etwa die nichtlineare Dämpfung bHZ, vermehrt um 3, da die Größe b"" - 6,5
nach (3 d) verhältnismäßig leicht auf dem Wert 3 gehalten werden kann. Von den beiden
die Länge des Gesamtübertragungssystems des Vierdrahtteiles bestimmenden Ungleichungen
(3 b) und (3 c) ist ersichtlich die Gleichung (3 c) die schärfere, welche bei Verwendung
mehrerer Leitungen wegen des Nebensprechens zu berücksichtigen ist.
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Das folgende Beispiel soll die Erfindung angewendet auf die Übertragung
verschiedener Frequenzbänder für das Hin- und Rücksprechen näher erläutern.
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Ein Seekabel für eine oder mehrere Sprechverbindungen habe eine Gesamtdämpfung
von 12 Neper für die höchste Frequenz der zu einem Gespräch gehörigen beiden Frequenzbänder.
Für das mittlere Kabelstück von 8 Neper Länge sei ein Zweidrahtkabelstück vorgesehen
und zwei Vierdrahtkabelstücke mit je 2 Neper an den beiden Enden. Die Kabel seien
mit einem Wellenwiderstand von etwa iooo Ohm gebaut, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz
von io ono Hz und einem Spulenabstand von 5 km mit Rücksicht auf Reparaturen. Sieht
man für die Sendeverstärkung einen Pegel von 6 Neper und für die Empfangsverstärkung
5 N eper vor (Restdämpfung gleich i), so sind am Anfang des Zweidrahtkabels Sprachströme
mit einem Pegel von ,¢ Neper vorhanden, was in dem gewählten Beispiel einer Stromstärke
von etwa 16o Milliampere entspricht. Die Spulen der mit dem Kabel versenkten Weichen
sind bei diesen Stromstärken noch in einfacher Weise zu bauen, was besonders für
die Filter der Senderichtung und den Eingang der Empfangsfilter am Zweidrahtkabel
wichtig ist. Überdies steht noch die Anwendung von Transformatoren frei, um bei
höheren Spannungen und niedrigeren Stromstärken zu arbeiten. An die Spulen der Filter
und die Belastungsspulen des Zweidrahtkabels ist nach der Ungleichung (3a) die Anforderung
zu stellen, daß die nichtlineare Dämpfung größer als 8 - 3 = 5 ist, was ohne weiteres
gewährleistet werden kann. Die für das Nebensprechen des Zweibandkabels maßgebende
Ungleichung (3d) ist auch bei Vorhandensein mehrerer Gespräche bzw. Leitungen
im Zweidrahtkabel bei einer Nebensprechdämpfung des Kabels von io Neper jedenfalls
erfüllt.
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Für das Vierdrahtkabelstück verlangt die Stabilitätsbedingung nach
Ungleichung (3b)
lediglich, daß b", + bHv größer als 9 bleibt, was ohne weiteres
erfüllt ist. Die bei Vorhandensein mehrerer Kabelleitungen zu berücksichtigende
schärfere Ungleichung (3c) mit Rücksicht auf das Nebensprechen erfordert, daß
b"" -i- bHv > 18,5 ist. Diese geforderten Nebensprechwerte und nichtlinearen
Dämpfungen sind unschwer bei Anwendung eines Vierdrahtkabels mit getrennten und
abgeschirmten Hin- und Rückleitungen (15 Neper Nebensprechdämpfung) und durch
Spulen,
die bei i Ampere Belastung eine nichtlineare Dämpfung von über ¢ Neper besitzen,
zu erreichen.
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Da man durch Anwendung von getrennten Kabeln für Hin- und Rückleitung
im Vierdrahtabschnitt Nebensprechwerte von 2o Neper und mehr erreichen kann, ist
ersichtlich, daß sowohl vom Standpunkt der Stabilität als auch dem des Nebensprechens
die Länge der Vierdrahtabschnitte bei Beibehaltung desselben Zweidrahtabschnittes
noch weiter vergrößert werden könnte. Wird z. B. zu beiden Seiten ein Vierdrahtkabelstück
in einer Länge von 2 Neper hinzugefügt, so daß das ganze Vierdrahtkabelendstück
in eine Gesamtlänge von q. Neper (die beiden Enden zusammengerechnet 8 Neper) besitzt
und in zwei Teilkabeln für die Verkehrsleitungen nach beiden Richtungen geführt,
so ist die Nebensprechbedingung nach Ungleichung (3e) noch immer erfüllt,
solange die nichtlineare Dämpfung der Kabelspulen bzw. der Spulen etwa vorgesehener
Ausgangsfilter der Sendeverstärker größer als 2,5 bleibt.
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Bei Vielfachausnutzung mit einer größeren Anzahl von Trägerstromkanälen
müssen sowohl bei Benutzung der gleichen wie auch bei Benutzung verschiedener Kanäle
für die Gegenrichtungen für die Feststellung der zulässigen Kabeleigenschaften die
Ungleichungen (i a), (i b), (i c), (i d) 'und (3a), (3b), (3c), (3d) für
die Dämpfungen und Nebensprechdämpfungen mit den Werten für die höchsten zu übertragenden
Frequenzen berücksichtigt werden. Für die Filter (Weichen am Zweidrahtkabelanfang)
ist zu beachten, daß die Dämpfung außerhalb des Durchlässigkeitsbereiches, insbesondere
im Bereich der Nachbarkanäle, einen Wert besitzt, der mindestens gleich ist der
mindest zulässigen nichtlinearen Dämpfung der anschließenden Kabelstücke. Werden
die Sendeverstärker zweckmäßig nur mit Eingangsfiltern versehen, so ist bei den
Verstärkern selbst darauf zu achten, daß ihre nichtlineare Dämpfung nicht kleiner
als die zulässige für das anschließende Kabel ist. Werden Sendeausgangsfilter verwendet,
so kann die nichtlineare Dämpfung der Sendeverstärker um den Dämpfungswert im entsprechenden
Sperrgebiet der Sendefilter niedriger gehalten werden.
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Auch bei unbelasteten Kabeln, bei denen nichtlineare Kopplungen im
Kabel nicht bestehen, kann die Erfindung mit Vorteil benutzt werden, um die Weichenfilter
in ein Gebiet niedrigeren Pegels zu verlegen.