DE892460C - System zur Signaluebertragung von Gleichstrom-Doppelstromzeichen mit phasengetastetem Wechselstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung hat ein System zur Signalübertragung von Gleichstrom-Doppelstromzeichen mit Phasentastung zum Gegenstand, welches sich dadurch kennzeichnet, daß bei der Sendung die Gleichstromsignale, bestehend aus Zeichenstrom- und Trennstromsignalen, in zwei Arten von Wechselstromsignalen umgeformt werden, welche eine zwischen Null und η liegende Phasendifferenz aufweisen. Auf der Empfangsseite werden die phasengetasteten Wechselstromsignale über den einen von zwei dort vorhandenen Kanälen den Eingangsklemmeni eines Demodulators zugeführt, dessen Tragerspannung ebenfalls aus den ankommenden Wechselstromsignalen, und zwar in dem zweiten Kanal, abgeleitet wird. Auf der Ausgangsseite des Demodulators treten dann Gleichstrom-Doppelstromzeichen auf, die auf Grund der in den beiden empfängerseitig getroffenen Schaltmaßnahmen die gesendeten Zeichenschritt- und Trennschrittsignale eindeutig wiedergeben, so daß empfangsseitig keine ao Ungewißheit über die gesendete Zeichenart bestehen kann.

Man kennt die Vorteile der Signalübertragungen durch Frequenzumtastung, die sich daraus ergeben, daß die empfangenen und in Gleichstromzeichen zurückverwandelten Signale unabhängig sind von der Amplitude der am Eingang des Empfängers ankommenden Signale. Das bekannte Signalübertragungssystem mit Phasentastung durch Umkehrungen des Wechselstromes im Takte der Gleich-

stromsignale besitzt ebenfalls diesen Vorteil, ergibt jedoch nicht mit Sicherheit die Eindeutigkeit von Zeichenstrom und Trennstrom zu Beginn einer Übertragung. Der Empfänger kann dieGleichstromsignale nicht immer vorzeiohenrichtig bestimmen, da die aufeinanderfolgenden phasengetasteten Signale sich durch Umkehrungen ausdrücken, die nichts über den absoluten Wert des Vorzeichens der Signale angeben. Man kennt nur das relative ίο Vorzeichen jedes Schrittes in bezug auf einen vorhergehenden oder einen folgenden Schritt. Daraus ergibt sich, daß bei diesen bekannten Systemen mit Phasentastung das absolute Vorzeichen nur durch Vereinbarungen bestimmt werden kann, die sich auf den Signalkode selbst beziehen. So hat man elektromechanische Analysatoren hergestellt, welche es ermöglichen, den genauen absoluten Sinn wiederherzustellen, indem man Besonderheiten des verwendeten Signalkodes benutzt. Aber abgesehen davon, daß diese Einrichtung den Empfang kompliziert, ist sie nur bei einem einzigen Signalsystem anwendbar.

Diese Schwierigkeit hat bewirkt, daß bisher die Übertragung mit Phasentastung nicht die Verwendung gefunden hat, welche ihr auf Grund ihrer Eigenschaft, von der Amplitude am Eingang unabhängig zu sein, zukommt. Die Übertragungssysteme mit Amplitudentastung bleiben die am meisten verwendeten, trotz ihrer von dem Empfangspegel afohängigen Verzerrung, und zur Abschwächung dieses schweren Fehlers ist man gegenwärtig bestrebt, ihnen ein breiteres Frequenzband zuzuweisen, wodurch ihre Wirtschaftlichkeit aber herabgesetzt wird.

Bei dem ,System gemäß der Erfindung ergibt die Einrichtung zur sendeseitigen Phasentastung in der Phase veränderliche Signale, wobei der Phasenunterschiied dem Betrage nach kleiner als π ist. Zum Beispiel erhält der einem Zeichenschritt entsprechende Wechselstrom eine Voreilung um einem Winkel Φ kleiner als π gegenüber dem einen Trennischritt entsprechenden Wechselstrom. Offenbar könnte man ebensogut die umgekehrte Vereinbarung treffen.

Bei dem erwähnten bekannten Phasenumtastsystem hängen die beim Empfang gewonnenen Gleichstromsignale nicht von der Amplitude am Eingang des Empfangsdemodulationssystems ab, während die Dauer dieser Signale gleich ist dem Zeitraum zwischen zwei Phasenänderungen des übertragenen Wechselstromes. Bei dem System gemäß der Erfindung wird derselbe Vorteil erreicht, weil die Dauer ■der Gleichstromsignale gleich ist dem Intervall der Phasenwechsel der Wechselstromsignale und nicht von ihrer Amplitude abhängt.· Während man jedoch bei dem bekannten System mit Phasentastung das absolute Vorzeichen der Gleichstromsignale nicht bestimmen kann, weiß man bei dem System der Erfindung beim Erscheinen des zweiten Signals an dem jEmpfangsdemodulator, ob dieses Signal ein Zeichenschritt oder Trennschritt (d. h. negativ oder positiv) ist, je nachdem dieses Signal um Φ voreilt oder nacheilt, unter Berücksichtigung der obenerwähnten Vereinbarung. ,So erhalten die Gleichstromsignale die gleiche Richtung wie bei der Sendung, mit Mitteln, die von dem angewendeten Telegraphieralphabet des - Signalsystems oder Telegraphen, unabhängig sind.

Die Phasentastung bei der Sendung kann in folgender Weise vorgenommen werden: Zwei Wechselstromquellen von gleicher Frequenz mit einer Phasendifferenz gleich Φ senden abwechselnd ihren Strom auf die Leitung durch Vermittlung von einem oder mehreren dynamischen oder statischen, elektromechanischen oder elektronischen Relais, die von den Gleichstromsignalen des Signalgerätes oder Telegraphenbetätigt werden. Gemäß der oben getroffenen Vereinbarung (um Φ voreilender Wechselstrom für einen Zeichenstromschritt) wird der Zeichenstrom (negativer Gleichstrom) das oder die Relais betätigen, die an die Leitung die Quelle mit dem um Φ voreilenden Wechselstrom anschließen. Diese wird durch die andere Quelle ersetzt, wenn das oder die Relais von einem Trennschrittzeichen (positives Gleichstromsignal) betätigt werden. Offenbar können die beiden Quellen durch eine einzige Quelle ersetzt werden, welche zwei Abzweigungen mit einem oder zwei Phasenschiebern besitzt, die an den Ausgang der Abzweigungen um φ verschobene Ströme liefern, und anstatt auf go die beiden Quellen zu schalten, schaltet man dann auf die beiden Abzweigungen.

Ein weiteres Beispiel einer Phasentastung, welche um Φ verschobene Signale ergibt, besteht darin, daß man die Wechselstromquelle dauernd an die Leitung schaltet und einen Phasenschieber zwischen Quelle und Leitung mit Hilfe von Relais einschaltet, die von den Gleichstromsignalen betätigt werden. Man kann so mit den positiven oder negativen Gleichstromsignalen die vorgesehene Ver-Schiebung um Φ bewirken.

Ein weiteres Beispiel einer Phasentastung am Ausgang besteht gemäß der Erfindung darin, daß man mit einem bekannten Gegentaktmodulator Signale mit i8o°-Phasentastung herstellt, denen ein Hilfsstrom superponiert wird, der gegen das eine der beiden Wechselstromsignale um π/2 voreilt und gegen das andere um 71/2 nacheilt. Wenn man eine Verschiebung Φ zwischen den beiden resultierenden Signalen haben will, muß man, wenn A die Amplitude der aus i8o°'-Phasenumtaster kommenden ,Signale und α die Amplitude des Hilfsstromes ist,

A tg Φ
erhalten — = . Der Hilfsstrom muß gegen

^{a 2}

den Trennstrom voreilen, wenn man die schon erwähnte Vereinbarung eines gegen den Trennstrom voreilenden Zeichensdhrittstromes trifft.

Ein weiteres Beispiel besteht darin, daß man eine Wechselstromquelle mit veränderlicher Phase verwendet und diese Phase durch ein von den Gleich-Stromsignalen betätigtes Relais regeln läßt.

Die so erhaltenen Signale stellen sich am Eingang des demodulierenden Organs beim Empfang in Form von phasengetastetem Wechselstrom dar. Nach der oben getroffenen Vereinbarung sei angenommen, daß der einem Zeichenschritt ent-

sprechende Wechselstrom um Φ gegen den Wechselstrom von gleicher Frequenz voreilt, welcher einen Trennschritt darstellt. Selbstverständlich könnte die umgekehrte Vereinbarung getroffen werden; zur Vereinfachung der Erläuterung wird jedoch diese Vereinfachung in der folgenden Beschreibung vorausgesetzt. Außerdem wird zur weiteren Vereinfachung angenommen, daß die Verschiebung Φ den Wert π/2 hat. Unter dieser Annahme werden die ίο Empfangsorgane im allgemeinen einfacher, jedoch ist die Beschreibung auch für einen beliebigen Winkel Φ zutreffend, der kleiner als π ist, sofern die Organe zur Phasenverschiebung entsprechend geändert werden. Wenn auch die Wahl von Φ das Prinzip des Systems nicht beeinträchtigt, sofern dieser Winkel zwischen Null und π liegt, so wird doch die Ausbildung des Systems um so leichter, je näher die Verschiebung bei π/2 liegt.

Fig. ι zeigt das Schema eines Systems gemäß der Erfindung zur Umformung der phasengetaisteten Wechselstromsignale in 'Gleichstromsignale beim Empfang. Die Eingangsklemmen, wo die Wtechselstromsignale is auftreten, befinden sich bei e. Ein Vorfilter fs für die Signale bezweckt insbesondere, die Signale verschiedener trägerfrequent betriebener Kanäle im Falle von Mehrkanalverbindungen zu trennen, wie dies an sich bekannt ist. Für die Bedürfnisse der Übertragung soll dieses Filter eine Bandbreite von wenigstens i/i Hz haben, wobei t die Dauer eines Schrittes ist. Seine größte Breite wird bestimmt durch die Erfordernisse der Siebung oder durch Rücksichten auf zu beseitigende oder abzuschwächende Störungen. Dieseis Filter kann, und darin liegt ein Vorteil der Phasentastung, sehr einfach sein, da die Siebung nach der Demodulation durch ein einfaches Tiefpaßfilter ergänzt werden kann. Am Ausgang des Filters kann der Signalstrom durch eine Verzweigung d 1 entweder den Eingang des Signal Verstärkers as oder den Eingang der Sperreinrichtungen br und bt erreichen. Diese sind Organe, welche den Strom (,Strom der von d 1 abgehenden Signale) von den Eingangsklemmen zu den Ausgangsklemmen (von den linken Klemmen zu den rechten Klemmen) nur durchlassen, wenn sie an ihren Steuerklemmen (obere Klemmen) mit Gleichstrom gespeist werden. Derartige Einrichtungen sind in der " Schwachstromtechnik bekannt.

Die Ausgangsklemmen der Sperreinrichtungen br und bt sind parallel geschaltet. Während jedoch die Amschlußpunkte direkt mit den Ausgangsklemmen von br verbunden sind, ist an den Ausgangsklemmen von bt vor den Anschlüssen ein Phasenschieber st vorgesehen, welcher die ihn durchfließenden Ströme um π/2 nacheilend verschiebt. Die Anschlußpunkte sind mit dem Eingang des Trägerstromfilteris fp verbunden. Dieses ist auf die Frequenz des phasengetasteten Wechselstromes eingestellt und soll eine Bandbreite kleiner als ¹^t haben, wobei t die Dauer eines Einheitsschrittes ist. Es ist zweckmäßig, eine möglichst kleine Bandbreite zu haben, und zwar mit Rücksicht auf die Stabilität der Elemente und der Trägerspannung.

Der Ausgang deis Filters fp ist direkt mit einem Verstärker ar für den Trägerstrom und über einen Phasenschieber mit Nacheilung um π/2 mit einem Verstärker at für den Zeichenschritt verbunden. Der Ausgang des Signal Verstärkers as ist mit dem Eingang von zwei parallel geschalteten Demodulatoren, den Trennschrittdemodulator mr und dem Zeichenschrittdemodulator mt, verbunden. Die Ausgänge der Demodulatoren (rechte Klemmen) sind ebenfalls parallel geschaltet. Die Steuerklemmen (obere Klemmen) der Demodulatoren mr und mt sind mit dem Ausgang der Verstärker ar bzw. at verbunden.

Die Demodulätoren sind die bekannten Gegentaktmodulatoren mit Trägerunterdrückung. Sie sind so ausgebildet, daß sie, wenn man den Eingangsklemmen einen Strom i (t) und den Steuerklemmen einen Strom/. (£) zuführt, an den Ausgangsklemmen einen Strom von der Form α χ i (t) χ I (t) ergeben, wobei α eine Konstante ist. Aus dieser Eigenschaft ergibt sich, wie bekannt, daß man, wenn an den Eingangs- und Steuerklemmen Ströme mit gleicher Frequenz und einer Phasenverschiebung ψ zugeführt werden, an den Ausgangsklemmen einen Gleichstrom erhält, der proportional cos ψ ist. Die Ausgangsklemmen der Demodulatoren sind parallel geschaltet und mit einem Tiefpaßfilter fc verbunden, go dessen Grenzfrequenz wenigstens gleich ^xkt ist, wobei t die Dauer des kürzesten möglichen Signals ist.

Zwischen dem Ausgang der Demodulatoren mr und mt und dem Filter fc ist ein Abzweig d 2 an die ,Steuerklemmen der Sperreinrichtungen br und bt über Gleichrichter rr und rt angeschlossen, welche den Strom nur in Richtung der Pfeile durchlassen.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels des Empfangsteils zur Umwandlung der Wechselstromsignale in den gesendeten Signalen gleiche Gleichstromsignale wird im folgenden erläutert.

Es können zwei Fälle auftreten. Das erste Signal ist ein Trennschritt oder ein Zeichenschritt.

■i.Fall: Es sei angenommen, daß bei der In-. betriebsetzung des Systems das erste, am Eingang e auftretende Signal ein Trennschritt· ist. Letzterer geht durch das Bandfilter fs, worauf der Strom die Abzweigung d 1 erreicht. Ein Teil des Stromes wird in dem Signialverstärker as verstärkt und erreicht den Eingang der beiden parallelen Demodulatoren mr und mt (linkes Klemmenpaar der Demodulatoren) . Der andere Teil' des bei d 1 abgezweigten ,Signals geht durch die Sperreinrichtung br.

Es wurde erwähnt, daß die Sperreinrichtungen br und bt zwischen Eingang und Ausgang den Strom nur durchgehen lassen, wenn sie an ihren Steuerklemmen mit Gleichstrom gespeist werden. Im Anfangszustand muß br gesperrt sein. Damit der Signalstrom br durchfließen kann, wird diese Sperre so ausgebildet, daß sie im Sperrzustand einen Strom durchgehen läßt, der klein ist gegen denjenigen, welcher bei EntSperrung der Einrichtung br hindurchgehen würde.

Nach Durchgang durch br geht der Strom in das Trägerstromfilter fp. Am Ausgang des Trägerstrom-

filters fp wird der ,Signalstrom, der immer die gleiche Phase (Ruhe) hat, zu dem Eingang zweier Verstärker abgezweigt, direkt zu dem Eingang des Trennstromverstärkers ar und über einen, Phasenschieber sp von st/2 zu dem Eingang des Verstärkers für den Arbeitsträgerstrom at. Der Verstärker ar ergibt demnach an seinem Ausgang einen Strom von gleicher Phase wie der ursprüngliche Strom und der Verstärker at einen um π/2 nacheilend verschobenen Strom. Diese beiden Verstärker wirken als Trägerstromquellen der beiden Demodulatoren mr bzw, mt, die im übrigen, wie oben erwähnt, parallel an ihren Eingangsklemmen mit dem durch as verstärkten Signalstrom gespeist werden.

■Der Demodulator wir, der an seinen. Eingangsklemmen und an seinen Trägerstromklemmen mit gleichphasigen Strömen gespeist wird, liefert an seinen Ausgangsklemmen einen Gleichstrom. Die ao Verbindungen haben solche Richtung, daß dieser Strom in dem Tiefpaßfilter fc und am den Ausgangsklemmen s die Richtung des Pfeiles hat, die als positive Richtung angenommen wird.

Der Demodulator mt, der von Strömen gespeist wird, die um π/2 in der Phase verschoben sind, ergibt einen Strom Null. Der von den beiden parallelen Ausgängen der Demodulatoren ausgehende Strom wird, bevor er den Ausgang erreicht, bei d2 zu den Steuerklemmen der beiden Sperreinrichtungen br und bt abgezweigt. Er steuert die eine oder andere dieser Sperren, indem er die eine oder die andere je nach seiner Richtung auf Grund der Ventile rr und rt durchfließt. Im vorliegenden Falle ist die Stromrichtung eine solche (Richtung des Pfeiles, Trennstrom, d. h. positiver Strom), daß er das Ventil rr und die Sperreinrichtung br durchfließt, die dadurch entsperrt wird, während die Sperreinrichtung bt, die wegen der Richtung des Ventil® rt von keinem Strom durchflössen wird, gesperrt, bleibt. Die Sperreinrichtung br läßt somit den bei d 1 abgezweigten .Strom ganz zu dem Filter fp durchgehen, wodurch der schwache Strom, den sie zu Beginn durchgehen ließ, nun stärker wird. Dadurch werden auch die Ströme in den verschiedenen Kreisen mit ihrer Richtung und Phase stärker, wie sie oben beschrieben wurden.

Wenn dem anfänglichen Trennschritt ein Zeichenschritt folgt, äußert sich das im Auftreten eines um π/2 gegenüber dem bisherigen Strom voreilenden . Stromes entsprechend der eingangs getroffenen Vereinbarung. Wegen der hohen Zeitkonstante des Trägerstromfilters fp kann die Phase und die· Amplitude des Stromes am Ausgang dieses Filter« sich nur mit einer gewissen Verzögerung ändern, so daß die durch ar und at verstärkten Träger ströme sich noch nicht geändert haben, während das um π/2 voreilend verschobene Zeichenschrittsignal dem Eingang dieser Demodulatoren mr und mt zugeführt wird. Der Demodulator mr, der einen positiven Strom ergab, liefert jetzt einen Strom Null, weil¹ der Strom am Eingang um π/2 verschoben ist. Der Demodulator mt, welcher bisher eine'n Strom Null ergab, wird immer von einem um π/2 nacheilend verschobenen Trägerstrom gespeist, er erhält jetzt an seinem Eingang einen um π/2 voreilend verschobenen Signalstrom (Zeichenschritt); S igna.lstrom und Trägerstrom sind demnach bei dem Demodulator mt in Phasenopposition, und er liefert an seinem Ausgang einen negativen demodulierten Gleichstrom.

Infolge der Richtungsänderung des demodulierten Gleichstromes kann dieser Strom nicht in 'die Sperreinrichtung br gehen, die gesperrt ist, sondern er geht in die Sperreinrichtung bt, die daher geöffnet wird, d.h. für den aus der Abzweigungen kommenden Signalstrom eine geringe Dämpfung aufweist.

Anstatt, daß wie im vorhergehenden Falle (Übertragung eines Trennschrittes) der Wechselstrom durch die Sperreinrichtung br geht, um zu dem Trägerstromfilter fp zu gelangen, geht er jetzt durch die ,Sperreinrichtung bt und gelangt zu dem Filter//» über den Phasenschieber st, der ihn um π/2 nacheilend verschiebt. Im vorliegenden Falle wird also der ein Zeichensignal darstellende Strom, der in bezug auf das vorhergehende Signal um π/2 voreilend, danach in dem Phasenschieber st um π/2 nacheilend verschoben wird, zwei aufeinanderfolgenden gleichen und gegensinnigen Verschiebungen unterworfen, deren 'Wirkung Null ist. Der Strom am Eingang des Filters fp ändert daher nicht die Phase. Im Augenblick des Überganges von derTrennschrittübertragunig zur Zeichenschrittübertragung kann es einen kurzen Zeitpunkt gelben, wo der Strom am Eingang des Filters fp sich in der Amplitude oder in der Phase ändert, aber dieser Augenblick ist kurz in bezug auf die Zeitkonstante des Filters, so daß, wenn die Phase am Eingang des Filters während des größeren Teils der Zeit konstant bleibt, sie am Ausgang des Filters für die Zwecke der Demodulation als völlig konstant betrachtet werden kann.

Die Untersuchung der Wirkungsweise ergibt für die Zeitkonstante des Filters einen Wert, der wenigstens gleich der halben Dauer eines Einheitsschrittes (d. h. des kürzesten möglichen Signals) ist, damit der Strom am Ausgang hinreichend konstant bleibt. Die vorhergehende !Erläuterung zeigt also, daß, wenn das erste .auftretende Signal ein Trennschritt ist, das beschriebene System einen positiven Gleichstrom für einen Trennschritt und einen negativen Gleichstrom für einen Zeichenschritt enipfangsseitig ergibt. Die wiederhergestellten Gleichstromsignale gehen, bevor sie die Ausgangsklemmen ^ erreichen, durch das Tiefpaßfilter fc, welches die unbrauchbaren Demodulationskomponenten und die Komponenten der benachbarten Verbindungen, die vorhanden sein könnten, unterdrückt.

2. Fall: Bei der anderen Möglichkeit, wenn das erste auftretende ,Signal ein Zeichenschritt ist, kann offenbar das beschriebene Empfangs system die Phase des übertragenen Signals nicht absolut bestimmen. Bei diesem Zeichenschritt als ersten Signal stellt der Empfänger wie bei dem ersten

Eventualfall einen positiven und folglich unrichtigen Gleichstrom her. Die Wirkungsweise ist die oben beschriebene für jedes anfängliche Signal, unabhängig von der Phase dieses Signals. DieWirkungsweise ändert sich beim Auftreten des zweiten Signals, welches jetzt ein Trennschrittsignal sein wird. Das Erscheinen dieses zweiten Signals besteht (beim Übergang von Arbeit zur Ruhe) in einer nacheilenden Verschiebung um π/2. Beim ίο ersten Signal gab wie im ersten Falle der Demodulator mr, der am Eingang von dem Signal strom und an den Steuerklemmenn von einem Träger strom gleicher Phase gespeist wurde, am Ausgang einen positiven Strom, während der Demodulator mt, welcher von einem um π/2 nacheilend verschobenen Trägerstrom gesteuert wird, einen Strom Null ergab.

Der positive Strom am Ausgang öffnete die Sperreinrichtung br. Zu Beginn des zweiten Signals, welches gegen das vorhergehende Arbeitssignal um π/2 nacheilend verschoben ist, ergibt der Demodulator mr einen, demodulierten Strom Null, und der Demodulator mp, welcher durch die Wirkung der Zeitkonstante immer mit einem um π/2 nacheilend verschobenen Träger gespeist wird und dessen Träger in Phase ist, ergibt einen positiven Strom. Dieser positive demodulierte Strom läßt die ,Sperreinrichtung br geöffnet. So ändert in diesem zweiten Falle beim Erscheinen des zweiten Signals der demodulierte Strom nicht die Richtung, und die Sperreinrichtung br bleibt geöffnet, so daß der Strom des zweiten Signals (Ruhe) weiter dem Eingang des Trägerstromfilters fp mit seiner eigenen Phase zugeführt wird, d. h. mit seiner gegen das erste Signal um π/2 nacheilenden Verschiebung. Am Ausgang des Filters fp und während der Dauer des zweiten Signals geht die Phase des Trägerstromes allmählich gemäß der Zeitkonstante von der Phase des ersten Signals zu der Phase des zweiten Signals über. Gleichzeitig unterliegen die beiden Trägerströme, welche mr und mt speisen, derselben Phasenänderung (Drehung um π/2 nach rückwärts), und der in mr demodulierte Strom imr geht allmählich von Null auf seinen positiven Normalwert über, während der in mt demodulierte Strom imt allmählich von seinem positiven Wert auf Null übergeht. Während dieses ganzen Wechsels liefern die beiden Demodulatoren mr und mt einen positiven Gesamtstrom, und die Sperreinrichtung br bleibt geöffnet. Am Ende des Phasenwechsels der Trägerströme ipr und ipt wird das Ruhesignal von dem Demodulator mr demoduliert, während mt einen Strom Null ergibt. Das System wird so in den Zustand zurückgeführt, in dem es sich im ersten Falle bei der Demodulation eines ersten Ruhesignals befand. Abgesehen von dem ersten Signal, welches in unrichtiger Weise empfangen werden kann, wenn es ein Arbeitssignal ist, wird somit durch das System ein positiver Strom bei den Ruhe-Signalen und ein negativer Strom bei den Arbeitssignalen hergestellt.

Zur Erläuterung der vorhergehenden Beschreibung der Wirkungsweise sind in Fig. 2 folgende Vektoren dargestellt: bei α der Vektor isr, welcher die Trennschrittsignale darstellt, und der Vektor ist, welcher um π/2 voreilend ist und die Zeichenschrittsignale darstellt. Bei b und c sind die Signale und ,Ströme dargestellt, welche den ersten Fall der Wirkungsweise veranschaulichen. Bei b stellt isr das dem System zugeführte anfängliche Trennschrittsignal dar und ipr deruModulatorträgerstrotn, welcher von diesem ersten Signal erzeugt wird, um den Demodulator mr zu speisen. Der um π/2 nacheilende verschobene Vektor ipt stellt den den Demodulator mt speisenden Trägerstrom dar, imr ist der positive Strom, welcher aus isr und ipr in Phase in dem Demodulator mr erzeugt wird, und imt ist der Strom Null, welcher aus isr und ipt mit 90⁰ Verschiebung in dem Demodulator mt erzeugt wird. Bei c stellt ist das dem anfänglichen Signal folgende Zeichenschrittsignal dar, ipr und ipt sind die Trägerströme, welche durch die Wirkung des Filters fp mit großer Zeitkonstante und der Öffnung der Sperreinrichtung bt anstatt von br dauernd verharren, imr ist der aus ist und ipr mit 90⁰ Ver-Schiebung in mr erzeugte Strom Null, und imt ist der negative Strom, der aus ist und ipt in Phasenopposition erzeugt wird.

In Fig. 3 sind die .Signale und Ströme dargestellt, welche den zweiten Fall der Arbeitsweise veran- go schaulichen. Bei d ist 'ist das anfängliche Zeichenschrittsignal, ipr und ipt sind die Trägerströme, die sich daraus mit Voreilung um 71I2 gegen ihre normale Lage ergeben, imr ist der positive Strom, welcher aus ist und ipr in Phase in mr erzeugt wird, und imt ist der aus ist und ipt mit 90⁰ Verschiebung in mt erzeugte Strom Null. Bei / ist isr das Trennschrittsignal, welches auf den anfänglichen Strom folgt, ipr und ipt sind die Trägerströme, die noch nicht die Zeit zur Änderung hatten und mit den bei d dargestellten identisch sind, imr ist jetzt Null, und imt, welches aus isr und ipt in Phase in mt erzeugt wird, ist positiv. Bei g, h und i erkennt man die Rückwärtsdrehung der Trägerströme ipr und ipt während der Dauer des Trennschrittsignalsi isr, welches um π/2 gegen das vorhergehende nacheilend verschoben ist. iMan erkennt unten die entsprechenden Änderungen der erzeugten Gleichströme, imr ist bei / Null und nimmt zunehmende positive Werte an, und imt behält positive, aber abnehmende Werte bei. Bei j erhält man immer das Trennschrittsignal isr; die Trägerströme haben ihre normale Phase erreicht, imr ist positiv und imt ist Null.

Fig. 4 zeigt das Schema eines anderen Ausführungsbeispiels eines Systems, um beim Empfang die Wechselstromsignale mit Phasentastung in Gleichstromsignale überzuführen. Bei e sind die Eingangsklemmen, fs ist ein Filter zur Vorsiebung mit denselben Aufgaben und denselben Charakteristiken wie bei dem vorhergehenden Beispiel, dl ist eine Verzweigung, durch welche der Signalstrom entweder den Signalverstärker as oder den Eingang der parallelen Sperreinrichtungen br und bt erreichen kann. Die letzteren sind Organe, welche ihren Eingangs- und Ausgangsklemmen

(äußerste linke Klemmen für den Eingang, äußerste rechte Klemmen für den Auegang) eine kleine oder große Dämpfung aufweisen, je nachdem sie an ihren .Steuerklemmen (mittlere Klemmen an beiden Seiten) mit Gleichstrom in der einen oder anderen Richtung gespeist werden. So bieten br und bt eine vernachlässigbare Dämpfung, wenn sie von"'Gleichstrom in Richtung des Pfeiles (Pfeil im Innern des sie darstellenden Quadrates) durchflossen werden. ίο Sie weisen eine große Dämpfung auf, wenn sie von Gleichstrom in umgekehrter Richtung durchflossen werden. Kurz gesagt, ergeben diese Sperreinrichtungen die gleichen Wirkungen wie die Sperreinrichtungen und ihr Ventil in dem vorhergehenden Beispiel. Derartige Sperreinrichtungen sind auch in der Schwachstromtechnik bekannt.

Am Ausgang der Sperreinrichtung br ist ein Phasenschieber sr vorgesehen, welcher den ihn. durchfließenden Strömen eine nacheilende Ver-Schiebung um π/4 gibt. Am Ausgang der Sperreinrichtung bt ist ein weiterer Phasenschieber angeordnet, welcher eine Verschiebung um 3 π/4 nach rückwärts ergibt (die immer unter der Voraussetzung eines Zeichenschrittstromes-, der urn π/2 voreilend gegen den Trennschrittstrom verschoben ist). Nach den 'beiden Phasenschiebern sind die beiden von dem Ausgang der beiden Sperreinrichtungen abgehenden Kanäle an den Eingang des Bandfilters fp angeschlossen. Dieses ist auf die Frequenz des phasengetasteten ,Wechselstromes eingestellt und bat ähnliche Charakteristiken wie das Filter fp des vorhergehenden Beispiels. Der Ausgang 'des Filters fp ist direkt an den Eingang des Trägerstromverstärkers ap angeschlossen. Der Ausgang des erwähnten Signalverstärkers as ist an den Eingang (linke Klemme) des Demodulators! m angeschlossen,' und die -(Steuerklemmen (obere Klemmen) des Demodulators m sind mit dem Ausgang des Verstärkers ap verbunden. Der Detnodulator ist ein Organ der Art, wie er bei dem vorhergehenden Beispiel verwendet ist. Die Ausgangsklemmen des Demodulators sind an ein Tiefpaßfilter fc angeschlossen, welches ähnliche Charakteristiken besitzt wie das gleichbezeichnete Filter in dem vorhergehenden Beispiel. Zwischen dem Ausgang des Demodulators m und dem Eingang des Filters fc ist ein Abzweig d 2 an die Steuerklemmen der Sperreinrichtungen br und bt angeschlosisen. Bei der folgenden Erläuterung der Arbeitsweise des zweiten Beispiels wird auf die oben beschriebene Fig. 4 Bezug genommen.

Wie bei dem vorhergehenden Beispiel sind zwei Fälle zu betrachten, je nachdem ob bei der Inbetriebsetzung das erste erscheinende Signal ein Trennschrittsigmal oder ein Zeichenschrittsignal ist.

i. Fall: Das erste Signal ist ein Trennschrittsignal. Der ,Strom dieses Signals geht durch das Filter- und erreicht diei Verzweigung'd 1. Ein Teil dieses Stromes wird in dem Signalverstärker as verstärkt und erreicht den Demodulator« an seinen Eingangsklemmen. Der andere Teil des bei di abgezweigten Signals geht teilweise auf zwei Abzweigungen durch die Sperreinrichtungen br und bt, die infolge 'der anfänglichen Abwesenheit eines Gleichstromes an ihren Steuerklemmen (mittlere Klemmen) weder im Sperrzustand noch im Durchlaßzuistand sind. Der Signalstrom geht dann durch die Phasenschieber ir und st, erreicht den Eingang des Filters fp, geht durch dasselbe hindurch und wird dann von dem Trägerstromverstärker ap verstärkt, um den Demodulator m zu speisen. Die Sperreinrichtungen br und bt sind so ausgebildet, daß ihre Übertragungseigenschaften bei Abwesenheit eines ,Steuergleichstromes den Durchgang solcher Ströme gestatten, daß am Ausgang von ap und an den Steuerklemmen von m ein Strom erhalten wird, dessen Phase weniger als π/2 von dem ursprünglichen Signalstrom am Eingang des Demodulators in abweicht. So wird der Demodulator m, welcher an seinen Eingangs- und Steuerklemmen mit Strömen gespeist wird, die in der Phase weniger als π/2 abweichen, an seinem Ausgang einen positiven Gleichstrom im (Richtung des Pfeiles am Ausgang von m) liefern.

Dieser bei d 2 abgezweigte Gleichstrom geht durch die beiden Sperreinrichtungen br und bt an ihre Steuerklemmen und wird nach seiner Richtung br entSperren und bt sperren. Der von der Abzweigung d ι abgehende Signalstrom, welcher durch die Sperreinrichtungen br und bt ging, wird nur go noch durch die Sperreinrichtung br gehen, er wird durch den Phasenschieber sr um π/4 nacheilend verschoben, geht durch fp und speist nach Verstärkung durch ap -die Steuerklemmen von m. Der Demodulator », welcher an den Eingangs- und Steuerklemmen von um π/4 verschobenen Strömen gespeist wird, ergibt am Ausgang einen positiven Strom im. Der anfängliche Strom im wird so verstärkt, solange das anfängliche Wechselstrom-Trennschrittsignal andauert, welches am Ausgang nach Durchgang durch fc ein gesendetes Gleichstromsignal richtig wiedergibt.

Wenn das anfängliche Trennschrittsignal von einem Zeichenschrittsignal abgelöst wird, besteht das Auftreten dieses Stromes (gemäß der Erfindung) in einer voreilenden Phasenverschiebung um π/2. Wegen der hohen Zeitkonstante des Trägerstromfilters fp kann die Phase und die Amplitude des Ausgangsstromes dieses Filters sich nur mit einer gewissen Verzögerung ändern, so daß der in ap verstärkte Trägerstrom, welcher den Demodulator speist, sich nicht geändert hat (er ist immer um π/4 nacheilend), wenn das Zeichenschrittsignal am Eingang des Demodulators zugeführt wird. Das Zeichenschrittsignal ist gegen das vorhergehende Trennschrittsignal um π/2 voreilend, der Trägerstrom um π/4 nacheilend verschöben. Dieser Arbeitsstrom und der Trägerstrom sind demnach um π/2 + π/4 = 3 π/4, d. h. um mehr als π/2 verschoben, und der Demodulator wird am Ausgang einen iao negativen Strom liefern.

Dieser negative Strom wird über die Abzweigung d2 die Einrichtung br sperren und bt entSperren. Der von di mit einer Voreilung von π/2 abgehende Strom des Arbeitssignals geht durch bt und wird von dem Phasenschieber st um 3 π/4

nach rückwärts verschoben und erreicht fp mit einer Verschiebung von 3 π/4—π/2 = π/4 nacheilend¹. Der Strom am Eingang des Filters fp ändert also seine Phase nicht. Im Augenblick des Überganges des Trennschrittsignals zum Zeichenschrittsignal kann zwar ein kurzer Augenblick auftreten, wo der Strom am Eingang von fp sich nach Amplitude oder Phase ändert, aber dieser Augenblick ist kurz gegenüber der Zeitkonstante des Filters, so daß der Trägerstrom am Ausgang des Filters ft und somit an den Steuerklemmen des Demodulators als konstant nach Amplitude und Phase betrachtet werden kann. Der demodulierte Strom im wird demnach negativ sein, solange das Wechselstrom-Zeichenschrittsignal andauert. Die Trennschrittnnd Zeichenschrittsignale werden mit ihrer richtigen Polarität wiedergegeben.

2. Fall: Das erste Signal ist ein Zeichenschrittsignal. Es ist klar, daß bei der Inbetriebsetzung, d. h. beim Auftreten eines -Wechselstromes am Empfänger, das System die Phase dieses Stromes nicht anzeigen kann, weil ein Strom eine Phase nur in bezug auf einen anderen Strom oder auf einen bestimmten Zeitanfang besitzt. Für dieses erste Zeichenschrittsignal verhält sich demnach das System genau wie im ersten Falle, d. h. es tritt am Ausgang ein positiver und folglich unrichtiger Gleichstrom auf. Man erhält demnach während der ganzen Dauer des ersten Signals wie im vorhergehenden Falle an den Steuerklemmen des Demodulators ni einen Trägerstrom, der um π/4 gegen den Signalstrom nacheilend verschoben ist. Ebenso wird der positive demodulierte Strom im die Sperreinrichtung br in den Durchlaßzustand und bt in den Sperrzustand versetzen. Beim Auftreten des zweiten Signals (Trennschrittsignal), welches jetzt um π/2 gegen das vorhergehende Signal nacheilend verschoben ist, wird jedoch die Phasehabweichung zwischen Träger und Signal an den Klemmen von m von minus π/4 auf plus π/4 übergehen, und da diese Abweichung unter nli bleibt, wird der demodulierte Gleichstrom positiv bleiben. Die Sperreinrichtung br bleibt also wieder geöffnet, und der Signalstrom am Eingang des Filters fp wird um π/2 nach rückwärts verschoben gegenüber der Lage während des ersten Signals.

Der Strom am Ausgang des Filters, am Ausgang von ap und an den Steuerklemmen des Demodulators m wird demnach gemäß der Zeitkonstante des Filters fp allmählich die Phase ändern. iWie die Phasenänderung des ,Signals wird dieser Phasenwechsel um π/2 nacheilend eintreten, jedoch langsamer, und die Phase des Trägers in bezug auf die des Signals wird demnach von π/4 voreilend auf π/4 nacheilend übergehen. Daraus folgt, daß während dieses ganzen Phasenwechsels des Trägers der demodulierte Gleichstrom positiv bleiben wird. Das zweite Signal (Trennschrittsignal) wird demnach richtig empfangen. Das Filter fc, durch welches die demodulierten Ströme gehen, bevor sie den Ausgang erreichen, ermöglicht die Ausschaltung der unbrauchbaren Komponenten der Demodulation ebenso wie der Komponenten von benachbarten Signalübertragungen auf anderen Frequenzen, welche das Filter fs unter Umständen durchgelassen hat.

Zur Erläuterung der vorhergehenden Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 sind in Fig. 5 die Vektoren dargestellt, welche die Ströme wiedergeben. Bei k stellt der Vektor isr die Trennschritt-Wechselstromsignale und der um π/2 voreilende Vektor ist die Arbeitssignale dar. Bei / und η veranschaulichen die Signale und Ströme den ersten Fall. Bei / stellt isr das zuerst gesendete Trennschrittsignal und ip den Trägerstrom dar, welcher von diesem ersten um π/4 nach rückwärts verschobenen Signal erzeugt wird, im ist der positive demodulierte Strom, welcher aus isr und ip erzeugt wird, die um π/4 in dem Demodulator m verschoben sind. Bei η stellt ist das auf das zuerst gesendete 'Signal folgende Zeichenschritt-Wechselstromsignal und ip den Trägerstrom dar, welcher die Phase nicht wechselt und daher um 3 π/4 gegen ist durch die Wirkung der Zeitkonstante des Filters fp, der Öffnung der Sperreinrichtung bt und des Phasenschiebers st mit 3 π/4 nacheilt, im ist der negative Gleichstrom, der aus ist und ip erzeugt wird, die in dem Demodulator m um 3 π/4 verschoben sind.

In Fig. 6 sind die Signale und Ströme dargestellt, _go welche den zweiten Fall veranschaulichen. Bei/»zeigt ist das zuerst gesendete Zeichenschrittsignal und ip den Trägerstrom,'der sich daraus ergibt und Wie in dem ersten Falle um π/4 nacheilend verschoben ist. im ist der positive und daher unrichtige Gleichstrom, der aus ist und ip in dem Demodulator m erzeugt wird. Bei q zeigt isr das auf das zuerst gesendete Signal folgende und gegen dieses um π/2 nacheilende Trennschrittsignal, ip ist der Trägerstrom, der keine Zeit zum Wechseln hatte, und im ist der daraus folgende demodulierte, immer positive Strom. Bei r, u und ν erkennt man die allmähliche Rückwärts drehung des den Trägerstrom ip darstellenden Vektors während der Dauer des ,Signals isr. Unten sieht man den sich ergebenden demodulierten: Gleichstrom im. Er ist immer positiv, bei r nimmt er zu, geht bei u durch ein Maximum und nimmt bei ν ab. Schließlich erhält man bei χ immer das Trennschrittsignal isr, der Trägerstrom ip hat seine normale Phase erreicht n₀ und im ist positiv. Das System befindet sich in dem in Fig. 5 bei / gezeigten Betriebszustand und ist daher bereit, das bevorstehende Zeichenschrittsignal richtig zu empfangen.

Es wurde bei den vorhergehenden Beispielen noch nicht erwähnt, daß ein Vorteil der Signalübertragungen mit Phasentastung nach der vorliegenden Erfindung darin besteht, daß man den Signal verstärkern as einen Amplituden- und Pegelregler zufügen kann, der einfach und leicht herstellbar ist, weil bei beiden Schrittarten eine Stromsendung erfolgt. Dieser letztere Punkt steht. im Gegensatz zu den Signalübertragungen mit Amplitudentastung, wo der Trennschritt durch .den Strom Null wiedergegeben wird. Man kann daher den Trägerstrom konstant, d. h. unabhängig von den

Claims (3)

1. langsamen Schwankungen der Amplitude der Signale, durch eine einfache Begrenzerstufe machen, die auf seine kleinste Amplitude eingestellt wird. Diese Stufe wird vorzugsweise nach dem Filter fp angeordnet oder den Verstärkern ar, (Fig. i) oder ap (Fig. 4) zugefügt.

   Das System gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß es ohne Unbestimmtheit in der Polarität die demodulierten Signale liefert, deren Verzerrung praktisch von der Empfangsstärke unabhängig ist. Die Signale werden daher je nach ihrer Art in einer genauen und bestimmten Polarität wiedergegeben. Diese Eigenschaft zieht die Möglichkeit nach sich, das jeder Verbindung zugewiesene ¹S Frequenzband bis auf den erforderlichen theoretischen Wert einzuschränken, ohne die gute Übertragung zu beeinträchtigen. So verfugen die üblichen Telegraphieverbindungen mit Amplitudentastung bei einer Signalgeschwindigkeit von 50 Baud über ein Frequenzband von 80 bis 90 Hz mit einer mäßigen Verzerrung, wenn sich die Empfängereingangsspannung ändert, und wegen dieses Fehlers ist man bestrebt, diese Bandbreite bis auf einen Wert über 50 Hz zu erhöhen. Das System der Erfindung gestattet die Übertragung derselben Nachrichtenmenge mit einem Frequenzband von nur 50 Hz, somit die Übertragung von zwei- bis dreimal mehr -Verbindungen in einem ■Vielfachsystem, und zwar mit einer höheren Wiedergabequalität.

   Außerdem besitzt das System der Erfindung den allen Signalübertragungen mit Frequenz- und Phasentastung gemeinsamen Vorteil, da«ß es gegen Störungen weniger empfindlich ist. Es erfordert während der Übertragung geringere Senderleistungen als diejenigen einer Signalübertragung mit Amplitüdentastung, was eine geringere Störung der benachbarten Übertragungskanäle ergibt.

   Das System der Erfindung ist bei allen Signal-Übertragungen anwendbar, bei welchen man Wert darauf legt, einen Wechselistrom Heber als einen Gleichstrom zu verwenden, insbesondere bei drahtgebundenen oder drahtlosen Einkanal- und Mehrkanalfernverbindungen. Das System ist ferner, unabhängig von dem Übertragungsmedium und Übertragungsmittel, z. B. Draht und elektrischer Strom, Raum und elektrische oder .Lichtwellen, Atmosphäre und Schallwellen usw., anwendbar, sofern sendeseitig eine Umwandlung des elek-· frischen Stromes der Signale gemäß der Erfindung in das benutzte Wirkungsmittel und beim Empfang die umgekehrte Umwandlung stattfindet. Insbesondere ist das beschriebene System bei drahtloser Übertragung in. weitem Maße unempfindlich gegen Schwunderscheinungen.

   ■ Patentansprüche:

   i. System zur Signalübertragung von Gleichstrom-Doppelstromzeichen mit phasengetastetem 'Wechselstrom, bei welchem die gesendeten Zeichenschritt- und Trennsohrittsignale empf angsseitig eindeutig wiedergegeben werden und . der zur Übertragung dienende Wechselstrom um-weniger als i8o° in der Phase getastet wird und aus den phasengetasteten Signalen auf der Empfangsseite die zur Durchsteuerung eines Demodulators mit einem ,Signaleingang, einem Trägereingang und einem Gleichstromzeichenausgang notwendige Trägerspannung abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die An-Ordnung zur Gewinnung der dem Trägereingang zuzuführenden Spannung aus zwei, nicht lineare Widerstände aufweisenden Sperrgliedern besteht, welchen der empfangene phasengetastete Wechselstrom zugeführt wird und dabei wenigetens einem dieser Sperrglieder ein Phasenschieber nachgeschaltet ist, und daß diese Sp'errglieder außerdem durch von dem Demodulator gelieferte Gleichstrom-Doppelstromsignale' in der Weise gesteuert werden, daß das eine Sperrglied den empfangenen Signalwechselstrom nur hindurchgehen läßt, wenn der Gleichstrom eine gewisse Polarität hat, während das andere Sperrglied diesen Wechselstrom nur hindurchgehen läßt, wenn der Gleichstrom das entgegengesetzte Vorzeichen hat.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 'Wechselstrom, den die Sperrglieder hindurchgelassen haben, nachdem er gegebenenfalls durch einen Phasenschieber gegangen ist, jedoch bevor er der Demodulationsstufe zugeführt wurde, durch ein Filter geht, dessen Zeitkonstante größer ist als die halbe Dauer eines Einheitsschrittes.
3. 3. System nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung zwei gegabelte Kanäle aufweist, zwischen welchen sich die empfangenen Wechselströme \^Terteilen, wobei der erste Kanal einen Verstärker, gefolgt von zwei Demodulatoren umfaßt, deren Eingangsklemmen einerseits und deren Ausgangsklemmen andererseits parallel geschaltet sind, während der zweite Kanal zwei Sperrglieder aufweist, deren Eingangsklemmen parallel geschaltet sind und deren Ausgangsklemmen bei dem einen Sperrglied direkt, bei dem anderen Sperrglied über einen Phasenschieber ein Bandfilter mit großer Zeitkonstante speisen, und daß auf dieses Bandfilter zwei Verstärker folgen, von denen jeder, der eine direkt, der andere über einen Phasenschieber, den so gewonnenen Trägerstrom einem der beiden Demodulatoren zuführt, wobei die Ausgangsklemmen dieser Demodulatoren in Reihe mit den abschließenden Empfangsorganen die Steuerkreise der beiden Sperrglieder über zwei Gleichrichter speisen, die vor den beiden Sperrgliedern mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen eingefügt sind. 4. ,System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung zwei Kanäle aufweist, zwischen welchen sich die empfangenen Wechselströme verteilen, wobei der erste Kanal einen Verstärker und einen Demodulator, der zweite Kanal zwei parallel geschaltete Sperrglieder enthält, auf die je ein Phasenschieber folgt, von denen der eine eine

   Verschiebung um π/4 und der andere eine Verschiebung um 3. rr/4 bewirkt, und daß auf diese Phasenschieber ein Filter mit großer Zeitkonstante sowie ein Verstärker folgt, welcher den Demodulator des ersten Kanals speist, während andererseits die Steuerkreise der beiden parallel geschalteten Sperrglieder in Reihe mit den abschließenden Empfangsorganen aus den Ausgangsklemmen dieses Demodulators gespeist und diese Sperrglieder dadurch so gesteuert werden, daß, wenn ihr gemeinsamer Steuerkreis mit einem Gleichstrom gewisser Polarität gespeist wird, das eine Sperrglied eine große Dämpfung.und das andere eine geringe Dämpfung aufweist und umgekehrt und daß sie außerdem bei Abwesenheit eines Steuerstromes an den Trägereing-ang des Demodulators einen Strom liefern, der gegen den Strom im Eingangskreis dieses Demodulators um weniger als π/2 verschoben ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 5462 9.53