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Uhertragungsverfahren für Tonfrequenz-Wahlzeichen Eines der wichtigsten
und schwierigsten Probleme der neuzeitlichen Fernwähltechnik besteht darin, die
zur Steuerung der Wahleinrichtungen und zur Signal= gabe erforderlichen Zeichen
mit der nötigen Sicherheit über große Entfernungen zu übertragen. Unter den verschiedenen
Übertragungsmöglichkeiten hat sich die Tonfrequenzübertragung übertragungstechnisch
als zweckmäßigste für die Fernwahl erwiesen, jedoch ist mit ihrer Anwendung die
besondere Schwierigkeit verbunden, daß auf jeden Fall ein Ansprechen des Zeichenempfängers
durch Einwirkung der im Sprachspektrum enthaltenen gleichen Frequenzen verhindert
werden muß. Diese Einwirkung kann darin bestehen, daß entweder die Zeichen selbst
verzerrt werden oder daß während der Sprechzeit selbst, in der keine Zeichen ausgesandt
werden, durch die Sprache am Empfänger zeichenartige Fehlimpulse erzeugt werden,
die zu Fehlschaltungen führen. Zur Bekämpfung dieser letzteren Erscheinung sind
verschiedene Schutzverfahren entwickelt worden und bekannt, deren prinzipielle Wirkung
im folgenden kurz beschrieben wird.
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Man kann zunächst einen sogenannten Zeitschutz vorsehen, indem man
dem Empfänger eine gewisse Ansprechverzögerung erteilt. Der Empfänger spricht also
nur dann an, wenn die Zeichenfrequenz eine bestimmte Mindestzeit vorhanden ist,
die entsprechend länger gewählt ist als die Dauer des Auftretens der gleichen Frequenz
im Sprachspektrum. Diese Methode ist aber nur beschränkt brauchbar, da dadurch die
Übertragungseigenschaften für die Nutzzeichen ungünstig beeinflußt werden. Ein weiteres
Mittel, um die Störbeeinflussung durch die Sprache herabzu-, setzen, sind die Sprachsperren.
Diese Anordnungen
enthalten Sperrvorrichtungen für das Empfangsrelais,
die durch in der Sprache enthaltene Frequenzen betätigt werden, die außerhalb des
Nutzsignalfrequenzbandes liegen. Man kann hierbei zwei Verfahren unterscheiden.
Bei dem einen werden sämtliche außerhalb des Nutzsignalbandes liegenden Sprachfrequenzen
zur Sperrwirkung herangezogen, während bei dem anderen nur bestimmte Sprachfrequenzen,
und zwar vorzugsweise die Subharmonischen des Nutzsignalträgers, die Sperrung herbeiführen.
Auch diese Sprachsperren haben sich in der Praxis als unzureichend erwiesen, da
die Signalfrequenzen soweit nachahmbar sind, daß eine unzulässige Einwirkung auf
den Signalempfänger nach wie vor möglich ist.
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Man ist daher noch weitergegangen und hat versucht, die Nachahmbarkeit
der Signale durch Anwendung besonderer Übertragungssysteme soweit als möglich zu
erschweren. Die hierbei angewandten Verfahren beruhen darauf, daß durch die Art
der Nutzsignalübertragung und den Aufbau des Empfängers ein Fehlimpuls durch die
Sprache nur bei Erfüllung charakteristischer Bedingungen hinsichtlich des Aufbaus
des Sprachspektrums möglich ist. Praktisch sind hierfür bereits folgende Verfahren
bekannt i. die gleichzeitige Übertragung mehrerer Trägerfrequenzen als Kennzeichen
für ein Nutzsignal und 2. Modulation eines Tonfrequenzträgers mit einer zweiten
Frequenz, wobei letztere den Tonfrequenzträger sowohl in der Amplitude als auch
in der Frequenz modulieren kann. Die Frequenzmodulation wird dabei mit sehr weiter
Aussteuerung angewandt, wodurch die sogenannte spektrale Verschlüsselung des Nutzzeichens
unter Umständen noch verbessert wird.
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Weiterhin ist es bekannt, verschiedene der vorstehend genannten Schutzverfahren
miteinander zu kombinieren, beispielsweise die Übertragung von Frequenzkombinationen
mit der Anwendung von Sprachsperren oder das Verfahren der Modulation eines Tonfrequenzträgers
mit einer Zeitschutzanordnung. Bereits aus der Vielzahl der bekannten und vorgeschlagenen
Verfahren zum Schutz von Tonfrequenzsignalübertragungssystemen gegen Beeinflussung
durch die Sprache erhellt, das bisher noch keines dieser Verfahren zu einer befriedigenden
Lösung geführt hat und daß man bestrebt ist, die bisher erreichte Schutzwirkung
noch weiter zu steigern.
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Eine erhebliche Verbesserung der Schutzwirkung kann bei Anwendung
eines Verfahrens erreicht werden, das erfindungsgemäß darin besteht, daß man die
Tonfrequenzsignale durch die doppelte Modulation eines Tonfrequenzträgers darstellt
und die Modulationsfrequenzen erster und zweiter Stufe ebenfalls im Tonfrequenzbereich
liegen. Die Nutzsignale werden also durch eine Frequenz charakterisiert, mit der
eine zweite Frequenz in der Amplitude moduliert ist. Mit diesem Modulationsprodukt
wird nun erst der eigentliche Tonfrequenzträger moduliert. Für diese zweite Modulationsstufe
kann gemäß der weiteren Erfindung sowohl ein Amplituden- als auch ein Frequenzmodulationsverfahren
angewendet werden. Letzteres ergibt unter Umständen eine noch größere Sicherheit,
ist allerdings mit einem höheren Aufwand verbunden. Bei beiden Verfahrensarten ist
auf der Empfangsseite eine dreistufige Demodulation erforderlich, um die für eine
entsprechende Relais- oder Signalbetätigung erforderlichen Originalgleichstromzeichen
wieder zu gewinnen. Das Verfahren gemäß der Erfindung erfordert zwar gegenüber den
bisher bekannten Methoden einen etwas größeren Aufwand, der jedoch in keinem Verhältnis
steht zu dem erheblich größeren Gewinn an Sicherheit bezüglich störungsfreier Zeichenübertragung,
die für eine einwandfreie Abwicklung eines Fernwahlbetriebes unerläßlich ist. Die
praktische Bedeutung dieses Verfahrens kommt noch mehr zur Geltung, wenn für die
Übertragung von Wahlzeichen statt des bisher üblichen Verfahrens, bei dem die Wahlziffern
durch Impulsreihen mit entsprechender Impulszahl dargestellt werden, sogenannte
Codewahlverfahren zur Anwendung kommen sollen, bei denen jede Ziffer durch ein einziges
charakteristisches Signal gekennzeichnet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an einigen in den Abb. i bis 4 schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, worauf sie jedoch nicht beschränkt
ist.
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In Abb. i ist eine Anordnung zur Übertragung von Wahlzeichen in Gestalt
von Impulsreihen unter Anwendung des Verfahrens der doppelten Modulation gemäß der
Erfindung dargestellt, und zwar mit Amplitudenmodulation des Tonfrequenzgebers in
beiden Stufen. Hierbei wird die im Generator i erzeugte Frequenz von ioo Hz im Modulator
2 der im Generator 3 erzeugten Frequenz von 6oo Hz aufmoduliert. Im Modulator 5
wird das Modulationsprodukt aus 2 dem im Generator ,¢ erzeugten Tonfrequenzträger
von 25oo Hz aufmoduliert. Das zeitlich konstante Modulationsprodukt aus 4 wird an
die Sammelschiene 6 gelegt. An 6 liegt für jeden der vom Amt abgehenden Fernkanäle
ein Relaiskontakt 7, der aus der übrigen Amtsschaltung im Rhythmus der Gleichstromimpulsreihe,
die zu übertragen ist, getastet wird. Von den vorhandenen Fernkanälen ist hier nur
ein Fernkanal 8 angedeutet, der den Sender mit dem Empfänger verbindet. Im Empfänger
wird das ankommende Signal zunächst in einem Begrenzer 9 auf eine weitgehend gleichbleibende
Amplitude gebracht und im Verstärker io verstärkt. In dem Resonanzglied ii wird
die Trägerfrequenz 2500 Hz mit ihrem maximalen Seitenband von ±
700 Hz ausgesiebt und im Demodulator 12 in erster Stufe gleichgerichtet.
Aus diesem Demodulationsprodukt wird im folgenden Resonanzglied 13 die Frequenz
6oo Hz mit ihren Seitenbändern von :E ioo Hz ausgesiebt und im Demodulator 14 nochmals
gleichgerichtet. Aus diesem Demodulationsprodukt wiederum wird im Resonanzglied
15 die Frequenz ioo Hz ausgesiebt und im Demodulator 16 gleichgerichtet. Der so
erhaltene Gleichstrom wird im Verstärker 17 verstärkt und dem Empfangsrelais 18
zugeführt, dessen Kontakt nun im gleichen Rhythmus wie Kontakt 7 auf der Geberseite
arbeitet.
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Abb. 2 zeigt eine Anordnung, der die gleiche Aufgabe zugrundeliegt
wie der in Abb. i gezeigten, bei der jedoch zum Unterschied gegenüber ersterer der
Tonfrequenzsender in der zweiten Modulationsstufe frequenzmoduliert ist. Die erste
Modulationsstufe
arbeitet dabei wie vorher mit Amplitudenmodulation.
Beide Anordnungen stimmen weitgehend überein. Der Unterschied gegenüber der apparativen
Anordnung gemäß Abb. i besteht auf der Sendeseite lediglich darin, daß die Frequenzmodulation
des Trägers direkt im Generator 5 stattfindet und so der Modulator 4 der Anordnung
nach Abb. i entfällt. Auf der Empfängerseite ist der Unterschied zu Bild i lediglich
der, daß aus dem Resonanzglied ii der Diskriminator ii wird, dessen Mittenfrequenz
im Beispiel bei 2ooo Hz liegt und der einen möglichst linearen Aussteuerungsbereich
von -#- 12oo Hz hat.
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Das Verfahren der doppelten Modulation der Wahlzeichen bei Tonfrequenzwahl
eignet sich auch besonders gut für eine Zeichenübertragung in Codeform, bei der
die verschiedenen Wahlziffern nicht durch Impulsreihen mit einer entsprechenden
Impulszahl, sondern durch je einen einzigen charakteristischen Impuls gekennzeichnet
sind. In den Abb. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für eine derartige Codewahl
wiedergegeben, und zwar wie bei den oben beschriebenen Beispielen einmal mit doppelter
Amplitudemnodulation (Abb. 3) und im zweiten Falle mit Frequenzmodulation in zweiter
Stufe. Gleichartige Bauelemente sind in beiden Beispielen mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. Die angegebenen Zahlenwerte sind willkürlich angenommen und können nach
Bedarf auch beliebig anders gewählt werden. Im einzelnen ist beiden Ausführungsbeispielen
das gleiche Codesystem zugrunde gelegt, das die Übertragung von 14 verschiedenen
Zeichen gestatten soll. Hierzu werden die Kombinationsmöglichkeiten ausgenutzt,
die sich aus vier verschiedenen Grundfrequenzen bilden lassen.
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Um bei der beschriebenen Übertragungsart mit Doppelmodulation auch
bei dieser Zeichenart mit einem für alle abgehenden Fernkanäle gemeinsamen Satz
von Generatoren und Modulatoren auszukommen, werden die 14 Zeichen in einem gemeinsamen
Apparatesatz fertig vorgebildet und an ein 14teiliges Vielfachfeld gelegt. Jeder
einzelne Fernkanal besitzt nun einen Satz von 14 Kontakten, mit dem jedes der 14
Zeichen nach Wunsch auf den Kanal geschaltet werden kann. Die Zeichen selbst werden
dabei durch Kombinationen von vier Niederfrequenzen charakterisiert, mit denen der
zu übertragende Tonfrequenzträger über einen Zwischenträger moduliert wird. Auf
der Empfängerseite verläuft der Auswertungsprozeß wie in Abb. i beschrieben. Die
letzte Demodulationsstufe bietet aber die Auswertungsmöglichkeit für vier Niederfrequenzen,
aus deren Kombinationen mit den üblichen Mitteln der Schalttechnik das ursprüngliche
Zeichen dargestellt wird.
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Im einzelnen haben die Teile von Abb. 3 folgende Bedeutung: Die Generatoren
i bis 4 erzeugen die vier Niederfrequenzen, die hier zu 5o, 130, 210 und 290 Hz
gewählt sind. Es können ohne weiteres andere Frequenzen, insbesondere Tonfrequenzen,
hierfür verwendet werden, nur ist zu beachten, daß bei der doppelten Modulation
die für den Sprachkanal vorgesehene Bandbreite nicht überschritten wird, und daß
ferner die vier Frequenzen untereinander nicht in einem harmonischen Verhältnis
stehen, damit gegenseitig keine Störungen auftreten können. Die aus diesen vier
Frequenzen, ohne die gleichzeitige Verwendung aller vier Frequenzen, bildbaren 14
Kombinationen werden 14 Modulatoren 5 bis 18 zugeführt. Dort werden sie der Frequenz
6oo Hz aufmoduliert, die im Generator i9 erzeugt wird. Diese 14 Modulationsprodukte
werden auf die Modulatoren 2o bis 33 gegeben und dort dem Träger mit der Frequenz.
2500 Hz im Anzplitudenverfahren aufmoduliert, der im Generator 34 erzeugt
wird. Die 14 endgültigen Modulationsprodukte stehen dann im 14fach-Feld 35 zur wahlweisen
Beaufschlagung sämtlicher abgehender Fernkanäle zur Verfügung. 36 stellt die Auswahlrelaisschaltung
eines Fernkanals 37 dar, sie besteht aus 14 Relaiskontakten, die aus der Amtsschaltung
betätigt werden. Auf der Empfängerseite verläuft der Vorgang wie folgt: In 38 erfolgt
Begrenzung, in 39 Verstärkung, in 4o Aussiebung des Trägers mit seinen Seitenbändern,
in 41 erste Demodulation. Aus dem Demodulationsprodukt wird der Zwischenträger 6oo
Hz mit seinen Seitenbändern in 42 ausgesiebt und in 43 demoduliert, worauf nochmals
eine Verstärkung des Demodulationsproduktes in 44 vorgenommen wird. Im weiteren
Gang sind nun parallel vier Filter 45 bis 48 für die ursprünglichen Niederfrequenzen
parallel geschaltet, von denen jedem ein letzter Demodulator 49 bis 52 und schließlich
ein Empfangsrelais 53 bis 56 zugeordnet ist. Aus den Stellungskombinationen der
Kontakte der vier Relais werden mit den üblichen schaltungstechnischen Mitteln die
ursprünglichen 14 Zeichen wieder dargestellt.
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Abb. 4 zeigt schließlich eine Frequenzmodulationsanlage für die gleiche
Übertragungsaufgabe. Der Unterschied gegenüber Abb. 3 ist lediglich der, daß für
jedes der 14 Zeichen ein besonderer Generator 2o bis 33 erforderlich ist, der durch
das Modulationsprodukt der Modulatoren 5 bis 18 in der Frequenz moduliert wird.
Diese Generatoren 2o bis 33 sind untereinander gleich. Auf der Empfängerseite wird
lediglich der Siebkreis 4o aus Abb.3 durch den Diskriminator 4o ersetzt.