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.Anordnung zur Nachrichtenübertragung mit zeitmodulierten Impulsen
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Zweck der Nachrichtenübertragung mit Impulsen,
bei denen der Nachrichteninhalt in der zeitlichen Lage der Impulse zum Ausdruck
kommt, insbesondere bei der Nachrichtenübertragung mit frequenz- oder phasenmodulierten
Impulsen, bei einer gegebenen Amplitudenfrequenzkurve des Senders die Amplitudenfrequenzkurve
des Empfängers derart zu wählen, daß sich ein optimales Verhältnis von Signalhub
zu der sog:enannten Rauschverschiebung; d. h. der durch das Rauschen hervorgehobenen
Verfälschung in der zeitlichen Lage, in der das Eintreffen eines Signalimpulses
registriert wird, ergibt. Dabei sind ausschließlich von der Rechteckform abweichendeAmplitudenfrequenzkurven
auf Senderund" Empfängerseite in Betracht gezogen worden, während ein rechteckförmiger
Verlauf dieser Kurven auf Sender- und Empfängerseite, bei dem das günstigste Verhältnis
von Signalhub zu Rauschverschiebung bei ,gleicher Breite des Sender- und Empfängerbandes
liegt, ausgeschlossen wurde. Für jeden Verlauf der Sender- und Empfängerfrequenzkurven,
also z. B. für einen bis zu einer bestimmten Frequenz konstanten und. dann bis auf
Null linear abfallenden Verlauf im Niederfrequenzspektrum, für eine schon von der
Frequenz Null bis zu einer bestimmten Grenzfrequenz linear abfallende Amplitudenfrequenzkurve
im Niederfrequenzspektrum auf Sender- und Empfängerseite usw. ergibt sich dann jeweils
ein verschiedener Optimalwert. Schreibt man einen sogenannten glockenförmigen Verlauf
der Amplitudenfrequenzkurve auf Sender- und Empfängerseite
vor,
d. h. einen. Verlauf, bei welchem die Amplitudenfrequenzkurve im Niederfrequenzspektrum
von der Frequenz Null an mit e-f' abfällt, so ergeben sich Impulse, die ebenfalls
eine Glockenform besitzen, d. h. Impulse, bei denen die Amplitudenzeitkurve von
der Impulsmitte an gerechnet mit e-t` abnimmt, wobei das Optimum des Verhältnisses
von Signal zu Rauschen irn allgemeinen bei einer Frequenzbandbreite des Empfängers
liegt, die größer ist als diejenige des Senders und nur in einem Sonderfall der
Ausbildung der Impulsempfangseinrichtung bei gleichem Verlauf der Amplitudenfrequenzkurve
auf Sender- und Empfängerseite.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, bei vorgegebener Amplitudenfrequenzkurve
auf der Empfängerseite die Amplitudenfrequenzkurve des Senders bei gegebener mittlerer
Sendeleistung derart zu wählen; daß sich ein optimales Verhältnis von Signalhub
zu Rauschverschiebung ergibt, wobei ein rechteckförmiges Sendeband bei einem recUteckförmigen
Empfangsband gleicher Breite ebenfalls wieder ausgeschlossen wurde. Auch hierbei
ist der absolute Betrag des Verhältnisses von Signal zu Rauschen im Optimumspunkt
für jede Form der Frequenzkurve wieder verschieden groß, hat also z. B. einen anderen
Wert, wenn die Empfängerkurve im Niederfrequenzspektrum von der Frequenz Null an
bis zu einer bestimmten endlichen Grenzfrequenz linear abnimmt und die Senderkurve
von der Frequenz Null bis zu einer bestimmten Frequenz konstante Höhe besitzt und.
dann linear bis zu einer Grenzfrequenz abnimmt, als wenn etwa auf Sender-und Empfängerseite
von der Frequenz Null an linear abfallende Kurven verwendet werden. Bei glockenförmigen
Amplitudenfrequenzkurven auf Sender- und Empfängerseite liegt das Optimum sowohl
dann, wenn die Impulsempfangseinrichtung beim Durchlaufen des steilsten Teiles der
Impulsvorder- oder -rückflanke anspricht, als auch dann, wenn der Impulsempfänger
am Impulshöchstwert anspricht, als auch dann, wenn er auf den zeitlichen Mittelpunkt
zwischen der steilsten Stelle der Vorder- und der Rückflanke jedes Impulses anspricht
bei Bandbreiten des Senders, die kleiner sind als diejenigen des Empfängers.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man bei MehrfachnachrichtenÜbertragungsanlagen
mit Impulsen, wenn der zeitliche Hub der Signalimpulse vorgegeben ist, durch entsprechende
Bemessung von Sender- und Empfängerfrequenzband einen Empfängerausgangsimpuls einer
bestimmten Breite einhalten kann, so daß sich die Gefahr des Übersprechens auf benachbarte
Kanäle vermeiden läßt, und .daß man unterEinhaltungdieser Bedingung gleichzeitig
durch Bemessung der Verhältnisse der Frequenzbandbreite des Senders zu derjenigen
des Empfängers bei gegebener mittlerer Senderleistung ein Optimum von Signalhub
zu Rauschverschiebung erzielen kann.
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Auch für Einfachnachrichtenübertragung mit Impulsen ist eine derartige
Bemessung von Interesse, da man sich z. B. die Aufgabe stellen kann, eine Impulsübertragungsanlage-für
eine Nachricht derart zu bemessen, daß eine spätere Erweiterung auf eine Mehrfachnachridhtenübertragung
möglich ist. Außerdem ist beispielsweise bei manchen Demodulationsschaltungen für
phasenmodulierte Impulse ein ,gewisser Klirrfaktor im Empfängerausgang vorhanden,
der durch Beschränkung des Signalhubs auf einen kleinen Bruchteil der Impulswiederholungsperiode
klein gehalten werden kann. Auch bei Einfachnachrichtenübertragung ist es also sinnvoll,
am Empfängerausgang einen Impuls einer bestimmten Breite einzuhalten unter gleichzeitiger
Einhaltung eines Optimums von Signalhub zu Rauschverschiebung.
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Auf experimentellem Wege kann man den optimalen Wert von Signalhub
zu Rauschverschiebung für jede vorgegebene Form der Frequenzkurve leicht ermitteln,
wenn man auf der Empfangsseite dieser Versuchsanlage einen Oszillographen zur Kontrolle
der Breite des Empfänger.ausgangsimpulses und eine Meßeinrichtung für die Größe
der Rauschverschiebung benutzt.
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In der Abb. r ist eine derartige Versuchsanlage dargestellt, bei der
glockenförmige Frequenzkurven auf Sender- und Empfängerseite benutzt werden ,und
der Ausgangsimpuls des Empfängers somit ebenfalls eine glockenförmige Gestalt hat.
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In Abb. z ist mit ro ein Modulator bezeichnet, mit welchem .die Impulse
eines Impulsgenerators z z in ihrer zeitlichen Lage, beispielsweise mit einer Frequenz
von x2oo Hz, um einen festen Betrag phasenmoduliert werden sollen. Mit diesen phasenmodulierten
Impulsen wird ein Hochfrequenzsender z2 moduliert, an welchen sich ein Hochfrequenzverstärker
13 anschließt, der aus einer Reihe von kapazitiv miteinander gekoppelten Exponentialröhren
besteht, von denen jede in ihrer Anodenzuleitung einen auf die Frequenz des Hochfrequenzerzeugers
12 abgestimmten Parallelschwingungskreis besitzt, dem ein einstellbarer Dämpfungswiderstand
parallel liegt. Diese Dämpfungswiderstände seien alle mechanisch miteinander gekoppelt
und die negativen Vorspannungen aller Röhren gleichzeitig verstellbar. Dieser Sender
1q., der also glockenförmige Impulse liefert, ist über eine Hochfrequenzfreileitung
15 mit einem Empfänger 16 verbunden, der eine Mischstufe 17 mit einem
Oszillator z8 besitzt, an welche sich ein Zwischenfrequenzverstärker z9 anschließt.
Dieser ist ebenfalls aus einer Reihe von kapazitiv gekoppelten Exponentialröhren
aufgebaut, die wieder je einen auf die Zwischenfrequenz abgestimmten Parallelschwingungskreis
mit parallel dazu liegendem einstellbaren Dämpfungswiderstand besitzen. Der Empfänger
16 hat also ebenfalls ein glockenförmiges Frequenzband. Die Dämpfungswiderstände
und die, Vorspannungen sind wieder alle gleichzeitig ver-:stell'bar. An die letzte
Röhre,des Zwischenfreqwenzverstärkers -z@9 ist eine Gleichrichterstufe 2o angeschlossen,
an deren Ausgang sowohl ein Röhrenoszillograph 21 als eine sogenannte .ImpulsauswertUngsstUfe
22 angeschlossen ist. Ebenso wie es bei den beiden eingangs genannten älteren Vorschlägen
geschehen
ist, hat man verschiedene Ausbildungen dieser Impuleaus,wertungsstufezuunterscheiden
.. Die einfachste und bisher einzig bekannte Art der Impulsauswertung besteht darin,
daß man die niederfrequenten und phasenmodulierten Impulse, welche am Ausgang des
Gleichrichters 2.o auftreten, einer negativ vorgespannten Röhre zuführt, deren kristallischer
Wert dann erreicht wird, d. h. welche dann einen Ausgangsimpuls zu liefern beginnt,
wenn die Vorderflanke der aus einem Signalimpuls und dem überlagerten Rauschen bestehenden
Summenkurve ihre steilste Stelle durchläuft. Eine Impulsauswertungsstufe, welche
dann anspricht, wenn die Rückflanke der Summenkurve ihre steilste Stelle durchläuft,
wäre gleichwertig. Diese beiden Ausbildungen der Stufe 22 können als Einflankenauswertung
bezeichnet werden. Man kann die Stufe 22 aber auch derart ausbilden, daß sie auf
der Ausgangsseite erst dann eine Spannung liefert, wenn die eintreffenden Impulse,
genauer gesagt, die Summenkurve aus dem Impulsverlauf und der den Impulsen überlagerten
Rauschspannung ihren Höchstwert durchläuft. Außer dieser als. Spitzenauswertung
bezeichneten Impulsauswertung ist dann noch eine dritte Art des Impulsempfanges
denkbar, die als Zweiflankenauswertung bezeichnet werden kann und die auf ihrer
Ausgangsseite im zeitlichen Mittelpunkt zwischen der steilsten Stelle auf der Vorder-
und der Rückflanke jedes Signalimpulses bzw. der Summenkurve jedes Signalimpulses
und der überlagerten Rauschspannung bzw. in einem konstanten zeitlichen Abstand
von diesem zeitlichen Mittelpunkt eine Spannung ergibt. In der Impulsauswertungsstufe
ist in jedem Falle noch eine Schaltung enthalten, welche diejenige Niederfrequenzspannung,
die senderseitig in dem, Phasenmodulator io zur Phasenmodulation der Impulse des
Generators i i diente, wieder herstellt. Diese Schaltung ist somit ein ,gewöhnlicher
Phasendemodulator für phasenmodulierte Impulse. An die Stufe 22 ist ein Röhrenvoltmeter
23 angeschlossen. Auf den Leuchtschirm der Oszillographenröhre kann eine Schablone
aufgelegt werden, auf welcher die vorgeschriebene Breite des Empfängerausgangsimpulses
markiert ist. Der Röhrenoszillograph 21 ist noch mit einem Verstellorgan 2q. ausgerüstet,
welches die Empfindlichkeit eines zwischen den Eingangsklemmen und den Ablenkplatten
dieses Oszillographen liegenden Verstärkers einzustellen gestattet.
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Die Rauschmessungen werden mit der Versuchsanlage nach Abb. i nun
folgendermaßen ausgeführt: Die Bandbreite des Senders wird zunächst durch Verstellung
der Paralleldämpfungswiderstände im Hochfrequenzverstärker 13 willkürlich auf einen
Betrag B,_ eingestellt, sodann werden die Gittervorsp.annungen der Exponentialröhren
soi eingeregelt, daß ein an den Ausgang des Hochfrequenzverstärkers angeschlossenes,
in der Abb. i nicht mit dargestelltes Wattmeter eine bestimmte Leistung NO anzeigt,
und es wird schließlich die Bandbreite des Empfängers auf einen größeren, leleineren
oder gleichen Betrag Bz eingestellt. Vom Impulsmodulator io wird dem Impulserzeuger
nun zunächst die Modulationsspannung Null zugeführt. Unter diesen Umständen möge
sich am Empfänger eine bestimmte Breite der glockenförmigen Impulse am Ausgang des
Gleichrichters 2o ergeben, die von der vorgeschriebenen Impulsbreite abweichen möge,
so daß also der Impuls auf dem Leuchtschirm der Braunschen Röhre mit dem auf der
Schablone markierten Impuls noch nicht in Übereinstimmung sei und die beiden miteinander
zu vergleichenden Impulsbreiten auch bei Verstellung des Verstärkerregelorgans 2,.
derart, daß die beiden Impulshöhen miteinander übereinstimmen, nicht auf den gleichen
Wert gebracht werden können. Man kann sodann im Zwischenfrequenzverstärker i9 des
Empfängers die Breite B2 des Empfängerfrequenzbandes verändern, indem die Paralleldämpfungswiderstände
verstellt und gewünschtenfalls gleichzeitig die negativen Vors.pannungen der Exponentialröhren
geändert werden. Hierbei ändert sich die Breite des auf dem Leuchtschirm der Braunschen
Röhre entstehenden Impulses, und zwar auch dann, wenn man bei jeder Einstellung
im Zwischenfrequenzverstärker i9 mittels des Verstärkerregelorgans 24 den Impuls
auf den Leuchtschirm wieder auf gleiche Höhe mit dem Impuls auf der Schablone bringt.
Hat man auf diese Weise auf dem Leuchtschirm der Röhre einmal die vorgeschriebene
Impulsbreite eingestellt, was bei einer Bandbreite des Empfängers von der Größe
B3 der Fall sein möge, so muß für Einflankenauswertung auf einen festen Bruchteil
der unter diesen Verhältnissen am Ausgang des Gleichrichters 2o auftretenden Maximalamplitude
des- Glockenimpulses eingestellt werden. Diese Maximalamplitude ist mit einem in
Abb. i ebenfalls nicht mit dargestellten Spitzenspannungsmesser zuerst zu messen
und die erwähnte negative Vorspannung der Einflankenauswertungsstufe 22 sodann so
einzuregeln, daß diese Auswertungsstufe bei o,60-5 (bei diesem Bruchteil der Spitzenspannungsamplitude
eines Glockenimpulses liegt die steilste Stelle der Vorderflanke) anspricht. Man
kann nun den Betrag des mittleren Rauschens, genauer gesagt, den Betrag der mittleren
Rauschverschiebung in einem willkürlichen Maßstab am Röhrenvoltmeter ablesen. Sodann
wird 'bei unveränderter Einstellung der Sender- und Empfängerbandbreite an Stelle
der Spannung Null den Phasenmodulationsklemmen des Im: pulserzeugers ri eine Wechselspannung
von fester Größe und Frequenz, beispielsweise von i2oo Hz, wenn es sich um Rauschmessungen
für eine Sprachübertragung handeln soll, und von der Maximalamplitude, die auftreten
darf, ohne den vorgegebenen Signalhub, zu übersteuern, zugeführt. Der auf dem Leuchtschirm
der Braunschen. Röhre erscheinende Impuls ist nun phasenmoduliert, fällt also nicht
mehr mit dem Impuls auf der Schablone zusammen, sondern wandert in der Zeitrichtung
mit der Frequenz von i2oo, Hz gegenüber dieser Schablone hin und her. Der Glockenimpuls
hat dabei aber noch die gleiche Breite wie bei der Zuführung .der Modulationsspannung
Null an die Modulationsklemmen des Impulserzeugers i i, denn die Breite Bi .des
Senders
und die eingestellte Breite B3 des Empfängers sind ja zunächst
unverändert geblieben. Ebenso ist die Amplitude der Signalimpulse am Ausgang des
Gleichrichters 20 unverändert geblieben, so daß bei unveränderter Vorspannung der
Einflankenauswertungsstufe 22 und bei unveränderter Einstellung der Empfindlichkeit
des Röhrenvoltmeters 23 in diesem nun ein dem Signalhub plus der überlagerten mittleren
Rauschverschiebung entsprechender Wert in demselben willkürlichen Maßstab abgelesen
werden kann, der für .die vorher beschriebene Messung der Rauschverschiebung allein
benutzt wurde. Unter der Voraussetzung, die man beim Empfang von Impulsen stets
zu machen hat, nämlich unter der Voraussetzung, daß die Rauschverschiebung klein
gegenüber dem Signalhub ist, kann man den Quotienten von Signalhub plus Rauschverschiebung
zu Rauschverschiebung mit genügen-,der Annäherung gleich dem Quotienten von Signalhub
zu Rauschverschiebung setzen; also den ersten Meßwert für die gesuchte Abhängigkeit
des Verhältnisses von Signalhub, zu Rauschverschiebung durch Division der 'kreiden
Röhrenvoltmeteranzeigen gewinnen. Der Abszissenwert, zu dem dieses Verhältnis von
Signal zu Rauschen gehört; läßt sich durch Division der Senderbandbreite Bi durch;
die Empfängerbandbreite B3, bei der der Empfängerausgangsimpuls die vorgeschriebene
Breite hatte, ebenfalls leicht ermitteln, wenn man aus Eichkurven für den senderseitigen
Hochfrequenz- und den empfängerseitigen Zwischenfrequenzverstärker die Werte a und
b, welche .die betreffenden Bandbreiten angeben, entnimmt. Somit ist der erste Meßpunkt
einer Kurve gewonnen, welche in einem willkürlichen Maßstab auf der Ordinatenachse
das Verhältnis von Signal zu Rauschen bei konstanter Breite des Ausgangsimpulses
am Empfänger in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Bandbreite von Sender und Empfänger,
welches durch den Quotienten
gegeben ist, angibt, und zwar für Einflankenauswertung.
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Um weitere Meßpunkte dieser Kurve zu gewinnen, ist im Modulator io
wieder die Modulationsspannung Null einzustellen und der Sender, bei der am Wattmeter
nachzuprüfenden unveränderten, mittleren Leitung NO in seiner Breite ein wenig zu
verändern, beispielsweise auf den Wert B4, wobei sich im allgemeinen auch die Breite
des empfängerseitigen Ausgangsimpulses auf dem Leuchtschirm der Braunschen Röhre
ändern wird, selbst wenn dessen Maximalamplitude durch Verstellung des Knopfes 2'q.
konstant gehalten wird, und sodann durch eine neue Einstellung .der Bandbreite des
Empfängers auf den Wert B5 zunächst die vorgeschriebene Breite ,des Empfängerausgangsimpulses
wiederherzustellen. Nun ist eine neue Spitzensp-annungsmessung am Ausgang des Gleichrichters
2o vorzunehmen, die negative Vorspunnung der Einflankenauswertungsstufe wieder auf
o,6 dieses neuen Spitzenspannungswertes einzure#geln und am Röhrenvoltmeter 23 ein
neuer Wert der Rauschverschiebung abzulesen. Wenn man nun an den Modulationseingangsklemmen
des Impulserzeugers i i wieder eine Modulationsspannung von derselben Amplitude
und Frequenz wie oben anlegt, 'kann man am Röhrenvoltmeter einen neuen Wert von
Signalhub plus mittlerer Rauschverschiebung ablesen, der durch Division durch die
vorher bei derselben, Frequenzbandeirnstellung B4 und B5 abgelesene Rauschverschiebung
den Ordinatenwert für den zweiten Meßpunkt liefert, zu dem sich der Abszissenwert
durch Division der Werte a und b für diese Bandbreiteneinstellungen B4 und B5 ergibt.
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Die entsprechenden Kurven für Spitzenauswertung ergeben sich ebenfalls
in der beschriebenen Weise, nur mit dem Unterschied, daß' die negative Vorspannung
der Spitzenauswertungsstufe 22 jeweils auf einen solchen Wert einzustellen ist,
daß erst bei o,98 der jeweiligen durch .den Spitzenspannungsmesser am Ausgang des
Gleichrichters 2o gemessenem Spitzenspannungswertes die Impulsauswertungsstufe anspricht,
wenn man mit 2,°/o betriebsmäßigen Schwankungen der negativen Vorspannung oder der
Impulsamplitude rechnet.
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Auch die Kurve für Zweiflankenauswertung ist in derselben Weise zu
gewinnen, wie oben für Einflankenauswertung beschrieben, wobei die negative Vorspannung
für die Zweiflankenauswertungsstufe 22 immer auf denselben Bruchteil, nämlich wieder
auf o,6 der Impulsspitzenspannung einzustellen ist wie bei Einflankenauswertung.
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In der Abb. 2 sind die Abhängigkeiten des Verhältnisses von Signalhub
zu Rauschverschiebung von dem Verhältnis der Sender- zur Empfängerbandbreite, die
auf diese Weise gewonnen werden können, graphisch dargestellt. Die Kurve Q gilt
für Einflanken-, die Kurve R für Spitzen- und die Kurve S für Zweiflankenauswertung.
Auf rechnerischem Wege, der hier nicht näher erläutert -werden soll, wurden für
die drei Maximalpunkte der Kurven Q, R, S, die für Einflanken-, für Spitzen-bzw.
für Zweiflankenauswertung gelten, die Verhältnisse a : b von
und etwa o,9 ermittelt.