DE915822C - Multiplex-Pulsmodulations-Verfahren fuer Telegraphie - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 29. JULI 1954

S 31589 VIII a/21 a¹

ist als Erfinder genannt worden

Das Multiplexverfahren gestattet die Übertragung mehrerer telegraphischer Nachrichten über eine Leitung bzw. einen Übertragungsweg. Die bekannten mechanischen Multiplexverteiler haben den Nachteil, daß durch die Trägheit der bewegten Teile die Abtastgeschwindigkeit und damit die übertragbare Nachrichtenmenge begrenzt ist. Bessere Ergebnisse erzielte man mit der heute häufig angewendeten Wechselstromtelegraphie. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß das zur Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzband schlecht ausgenutzt wird, weil die zur Trennung der einzelnen Kanäle notwendigen Frequenzlücken für die Nachrichtenübertragung verlorengehen.

Das aus der Telephonic bekannte Pulsmodulationsverfahren läßt sich zur Übertragung telegraphischer Nachrichten ebenfalls verwenden, benötigt aber ein sehr breites Frequenzband und erfordert einen verhältnismäßig großen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Multiplextelegraphierverfahren unter Benutzung des Pulsmodulationsverfahrens zu schaffen, das bei geringem Aufwand ein Maximum an telegraphischen Nachrichten zu übertragen gestattet.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Abtastspannungen des Multiplexverteilers in ihrer zeitlichen Länge annähernd gleich der Periode des Kanalpulses, geteilt durch die Gesamtzahl der Kanäle, zu bemessen.

Während bei den bekannten Multiplex-Pulsmodulations-Verfahren die Impulsdauer klein gegenüber dem Impulsabstand zweier aufeinanderfolgender Impulse ist, folgen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Abtastimpulse praktisch ohne nennenswerten Zwischenraum aufeinander, insbesondere ist die Impulsdauer nicht klein gegenüber dem Impulsabstand. Man kann aber, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, ίο die Impulsdauer auch etwa gleich dem Impulsabstand wählen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wählt man den Kanalpuls zweckmäßig gleich der Stromschrittdauer der zu übertragenden Telegraphierzeichen. Bei Fernschreib-(Springschreiber-) Betrieb, der den weiteren Betrachtungen zugrunde gelegt wird, ist die Stromschrittdauer gleich 20 m/s. Der Kanalpuls ist nach obigem also zu 50 Hz zu wählen, weil bei dieser Frequenz jeder Signalkanal alle 20 m/s abgetastet wird; daraus folgt, daß die Abtastung jedes Stromschrittes jedes Signalkanals einmal erfolgt. Um eine einwandfreie und eindeutige Abtastung der Stromschritte zu gewährleisten, muß verhindert werden, daß während eines Abtastzeitraumes gerade ein Stromzustands wechsel erfolgt. Dies wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß durch einen Phasenordner die Schritteinsätze der zu übertragenden Telegraphierzeichen in einen Zeitraster eingeordnet werden, der durch die Einsatzzeitpunkte der Abtastspannungen bestimmt wird.

Theoretisch kann man den Abtastverteiler für eine verhältnismäßig große Anzahl gleichzeitig zu übertragender Nachrichten ausbauen. Jedoch steigen mit wachsender Kanalzahl die Anforderungen an die Genauigkeit, insbesondere der Abtasteinrichtungen, was eine starke Vergrößerung des Aufwandes pro Kanal bedeutet. Andererseits ist zu beachten, daß, um in den Grenzen der zulässigen Verzerrungen zu bleiben, zur Übertragung ein um so größeres Frequenzband benötigt wird, je größer die Schrittgeschwindigkeit der Telegraphierzeichen gewählt wird.

Für die weiteren Betrachtungen ist zugrunde gelegt, daß das erfindungsgemäße Telegraphiersystem auch über Telephoniekanäle üblicher Bandbreite betrieben werden soll. Somit steht zur Übertragung ein Frequenzband von 3100 Hz Bandbreite zur Verfügung. Betrachtet man eine Schrittgeschwindigkeit von 1950 Bd als zulässig, so können über einen Sprechkanal 39 Fernschreibnachrichten mit je 5oBd Schrittgeschwindigkeit zeitlich ineinandergeschachtelt werden.

Je höher, wie bereits erwähnt, die Anzahl der Verteilerschritte ist, um so kürzer werden die einzelnen Abtastzeiten und um so höher werden die Anforderungen, die an den Gleichlauf zwischen Sende- und Empfangsverteiler bzw. an die genaue Einhaltung der Abtastzeitpunkte gestellt werden müssen. Da ein Verteiler mit geringerer Schrittzahl außer geringeren Anforderungen an die Abtastgenauigkeit noch weitere Vorteile bringt, ist es unter Umständen vorteilhafter, auf eine extreme Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Frequenzbandes und auf eine große Stufenzahl des Verteilersystems zu verzichten.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, auf einem unterteilten Sprechkanal mehrere Verteilersysteme geringerer Stufenzahl, insbesondere mehrere zwölfstufige Verteilersysteme zu betreiben. Bei Zugrundelegung einer Schrittgeschwindigkeit von 50 Bd für die einzelne Nachricht ergibt sich für einen solchen zwölfstufigen Verteiler eine Schrittgeschwindigkeit von 600 Bd; somit beträgt die Abtastzeit pro Kanal maximal etwa 1,66 m/s. Zweckmäßigerweise betreibt man drei dieser zwölfstufigen Verteilersysteme mittels verschiedener Trägerfrequenzen über einen unterteilten Sprechkanal. Als Trägerfrequenzen eignen sich z.B. die Frequenzen 850, 1850 und 2850 Hz. Für jedes Verteilersystem stehen dann etwa 850 bis 900 Hz Frequenzbandbreite zur Verfügung, wenn man zwischen den einzelnen Verteilersystemen eine Frequenzbandlücke berücksichtigt, und alle Frequenzen werden bis zum 1,4- bis 1,5-fachen der Schrittfrequenz übertragen, was angesichts der entzerrenden Wirkung des empfangsseitigen Abtastvorganges als ausreichend angesehen werden kann. Die Verwendung von drei zwölfstufigen Verteilersystemen auf einem Sprachkanal hat den weiteren Vorteil, daß nur zwölf Abtastspannungen erzeugt zu werden brauchen, die für alle drei Verteilerstufen gemeinsam verwendet werden können, was eine weitere Verminderung des Aufwandes bedeutet.

Um größtmögliche Übertragungssicherheit zu gewährleisten und von Pegelschwankungen auf dem Übertragungsweg möglichst unabhängig zu bleiben, verwendet man vorzugsweise ein Modulationsverfahren mit Doppelstromeigenschaften. Man hat dabei die Wahl zwischen Frequenz- und Phasenmodulation. Da der Nachteil der Phasenmodulation, nämlich die Polungsunsicherheit auf der Empfangsseite, im vorliegenden Fall leicht dadurch vermieden werden kann, daß die zur Synchronisation von Sende- und Empfangsverteilern zu übertragenden Gleichlaufzeichen zur Phasenüberwachung und im Falle eines Polungsfehlers zur selbsttätigen Phasenkorrektur herangezogen werden können, ist als Modulationsverfahren das Phasensprungverfahren mit i8o° Phasensprung besonders geeignet. Dieses überaus günstige Modulationsverfahren gewährleistet vor allem den für den Gleichlauf erforderlichen exakten Schritteinsatz. Die Frequenzbandbegrenzung hat lediglich eine Abflachung des Amplitudenanstieges zur Folge, während die Lage des Phasensprunges unbeeinflußt bleibt.

An Hand der Beispiele der Fig. 1 bis 8 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert und eine unter Anwendung des Ver- iao fahrens aufgebaute Übertragungseinrichtung beschrieben. Den der Erläuterung der Erfindung dienenden Ausführungsbeispielen wird ein zwölfstufiges System zugrunde gelegt, auf dem die telegraphischen Nachrichten mittels Fernschreibern (Springschreibern) übertragen werden sollen.

Fig. ι a bis ie zeigen den zeitlichen Ablauf des Abtastvorganges sowie die Wirkung des Phasenordners. In Fig. ι a ist über der Zeitachse t die Abtastzeit t^ für jeden der zwölf Signalkanäle aufgetragen, wobei die Abtastzeiten den Kanälen entsprechend mit t_t . . . t₁₂ bezeichnet sind. Die Peri-. odendauer des Kanalpulses ist mit t_p bezeichnet. Da erfindungsgemäß die Abtastzeit t^ annähernd gleich der Periodendauer des Kanalpulses, geteilt durch

ίο die Kanalzahl, sein soll, folgt, daß die Abtastzeiten für sämtliche Kanäle gleich sind und sich praktisch ohne nennenswerten Zwischenraum aneinander anschließen. Im Beispiel der Fig. ι a ist die Abtastzeit genau gleich der Periodendauer des Kanalpulses, geteilt durch die Kanalzahl, gewählt. Wie aus der Figur ersichtlich, werden die einzelnen Kanäle nacheinander, jeder Kanal aber während eines bei jedem Abtastumlauf in seiner relativen Lage gleichbleibenden Abtastzeitraumes abgetastet.

ao Die Abtastung erfolgt also unabhängig von der Phasenlage der Stromschritte der einzelnen Kanäle. Um zu verhindern, daß während der Abtastung eines Kanals in diesem ein Stromschrittwechsel erfolgt, müssen die Stromschrittwechsel der einzelnen Kanäle mittels eines Phasenordners in bezug auf den Abtastraster so geordnet werden, daß die Stromschrittwechsel nur in den Zeitpunkten erfolgen können, in denen keine Abtastung des jeweiligen Kanals erfolgt. Entsprechende Phasenraster sind in den Fig. ib und 2 b und 2C aufgezeichnet, ihre Wirkungsweise wird später erläutert.

Der Abtastvorgang ist an Hand beliebig gewählter Stromschritte der Signalkanäle K₁ bis K₃ in den Fig. ic bis ie für 1V2 Umläufe des Abtastverteilers erläutert. Der Kanalpuls t_p ist auch hier gleich der Stromschrittlänge t_s gewählt. In Fig. 1 c zeigt der Signalkanal K₁ zunächst Trennstromzustand. Dieser Stromzustand wird während der Abtastzeit t_v der darauffolgende Zeichenstromschritt während der Zeit f/ abgetastet. Dies hat zur Folge, daß bis zum Beginn der Abtastzeit J₁' der durch die Abtastung während der Zeit I₁ festgestellte Trennstromzustand bestehenbleibt. Erst durch die Abtastung während der Zeit i/ wird der Zeichenstromzustand festgestellt. Dies bedeutet aber für die zu übertragende Nachricht lediglich eine gleichmäßige zeitliche Verschiebung sämtlicher Stromschritte, wobei die Verschiebung höchstens gleich der Periodendauer des Kanalpulses minus der Periodendauer des Kanalpulses, geteilt durch die Anzahl der Kanäle sein kann. Fig. 1 d zeigt ein ähnliches Beispiel für den Kanal 2. Während der Abtastzeit t₂ wird auch hier der beliebig angenommene Trennstromzustand des Kanals K₂ abgetastet. Der Wechsel von Trenn- zu Zeichenstromzustand fällt hier nicht in den durch den Phasenordner vorgegebenen Raster. Er wird deshalb durch den Phasenordner um die Zeit t_v verschoben. Die Verschiebung erfolgt sowohl am Anfang als auch am Ende des Stromschrittes. Die Abtastung des Zeichenstromschrittes erfolgt während der Abtastzeit t₂, wodurch wiederum eine zeitliche Verschiebung der Zeichenfolge auch dieses Kanals auftritt.

In den Beispielen der Fig. 1 c und 1 d würde eine einwandfreie Abtastung der Stromschritte auch ohne Verwendung eines Phasenordners erfolgen, da die Stromzustandswechsel nicht in die Abtastzeiträume eines dieser Kanäle fallen. Dagegen ist die Verwendung eines Phasenordners für die Verhältnisse des im Beispiel der Fig. 1 e dargestellten Signalkanals K₃ unentbehrlich. Wie aus der Fig. 1 e ersichtlich, fällt der Stromzustandswechsel hier in den Abtastintervall. Würde kein Phasenordner verwendet, so würde während des Abtastzeitraumes t₃ zunächst Trenn- und dann Zeichenstromzustand abgetastet werden, während bei Verwendung eines Phasenordners im gesamten Abtastzeitraum nur ein gleichbleibender Stromzustand abgetastet wird. Der Phasenordner verschiebt den Stromzustandswechsel so, daß im Abtastzeitraum t₃ Trennstrom- und im Abtastzeitraum t₃ nur Zeichenstrom abgetastet wird. In entsprechender Weise, wie für die Signalkanäle K₁ bis K₃ soeben beschrieben, erfolgt auch die Abtastung der weiteren Signalkanäle.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausbildung eines Phasenrasters zeigen die Fig. 2 a bis 2c. In Fig. 2 a sind über der Zeitachse t die mit I₁ bis t₁₂ bezeichneten Abtastzeiten der Signalkanäle aufgezeichnet. Das Phasenraster besteht hier aus zwei Teilen, von denen der eine Teil (Fig. 2b) den ungeradzahligen Signalkanälen 1, 3, 5 usw., der andere (Fig. 2 c) den geradzahligen Signalkanälen 2, 4, 6 usw. zugeordnet ist. Wie aus Fig. 2 b am Beispiel der Abtastung des Signalkanals 5 ersichtlich, ist bei einer solchen Ausbildung des Phasenrasters beiderseits des Abtastzeitraumes zwischen Beginn bzw. Ende des Abtastzeitraumes und den diesen Punkten am nachsten gelegenen Rasten jeweils eine Zeitlücke von der halben Länge der Abtastdauer eines Signalkanals. Infolgedessen können die Anforderungen an die Genauigkeit sowohl der relativen zeitlichen Lage der Abtastspannungen und der Rasten als auch der Dauer der Abtastzeit verringert werden.

Für die geradzahligen Signalkanäle ist die Wirkungsweise des Phasenrasters am Beispiel des Signalkanals 8 in Fig. 2 c dargestellt.

Werden die Phasenordner beispielsweise wie im nachfolgenden Ausführungsbeispiel mit einer Wechselspannung der Frequenz 300 Hz synchronisiert, so lassen sich die beiden Raster in einfacher Weise dadurch erzeugen, daß man die Phasenordner i, 3, 5, 7, 9 und 11 mit den einen, z. B. den positiven Halbwellen der Synchronisierspannung, die Phasenordner 2, 4, 6, 8, 10 und 12 mit den umgepolten anderen, also negativen Halbwellen synchronisiert.

Wählt man die Periode des Kanalpulses gleich der Stromschrittdauer, so benötigt man für einen zwölfstufigen Verteiler zwölf Abtastspannungen, die in unmittelbarer Folge jeweils für den zwölften Teil einer Stromschrittdauer wirksam werden und nacheinander an die zwölf Verteiler stuf en gelegt werden müssen.

Die Erzeugung der Abtastspannungen für die einzelnen Kanäle kann an und für sich in beliebiger Weise erfolgen; gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann man sie jedoch in einfacher Weise durch Überlagerung zweier sinusförmiger Wechselspannungen verschiedener Frequenz gewinnen.

Aus den Fig. 3 a bis 3 c ist das Verfahren zur Erzeugung der Abtastspannungen näher ersichtlich. Jeder Signalkanal ist pro Stromschritt einmal, d. h. in Abständen von 20 m/s, also im Rhythmus von 50 Hz abzutasten. Wählt man die Frequenz der einen Wechselspannung gleich dieser Frequenz von 50 Hz und überlagert man ihr eine Wechselspannung mit der Frequenz 300 Hz in geeigneter Phasenlage, so erhält man die in Fig. 2 a gezeigte resultierende Wechselspannung. Die Amplitude der resultierenden Spannung erreicht alle 20 m/s bzw. bei den Maximen der 50-Hz-Wechselspannung jeweils ein Maximum. Durch geeignete Wahl des Aussteuerbereiches A der Abtastschaltung kann aus dem jeweiligen Maximum der resultierenden Spannung die Abtastspannung während der Abtastzeit t^ ausgeblendet werden. Die Amplitude der 300-Hz-Wechselspannung wählt man zweckmäßig etwa halb so groß wie diejenige der 50-Hz-Wechselspannung.

Zur Gewinnung der Abtastspannungen der weiteren Signalkanäle braucht die 50-Hz-Wechselspannung lediglich von Stufe zu Stufe in der Phase um 30⁰ verschoben zu werden, während die 300-Hz-Wechselspannung, wie aus den Fig. 3 b und 3 c ersichtlich, jeweils die Polung ändert. In den Fig. 3 a bis 3 c ist die Erzeugung der Abtastspannungen für drei Signalkanäle dargestellt. Die weiter benötigten Abtastspannungen werden in entsprechender Weise gewonnen.

Wählt man eine andere Pulsfolgefrequenz, d. h. wählt man einen anderen Kanalpuls bzw. eine andere Kanalzahl, so lassen sich auch hier die benötigten Abtastspannungen in der soeben beschriebenen Weise erzeugen, wenn man zwei geeignete, aus der Pulsfolg«frequenz bzw. dem Kanalpuls zu ermittelnde Wechselströme verschiedener Frequenz einander überlagert.

Die um 30⁰ gegeneinander verschobenen Phasen der 50-Hz-Spannung können in bekannter Weise entweder durch eine Kette von Laufzeitgliedern oder durch Kombination von zwei um 90⁰ in der Phase versetzten Sinusschwingungen geeigneter Amplituden erzeugt werden. Auch die Kombination von zwei um 6o° in der Phase versetzte Sinusschwingungen führt für den vorliegenden Zweck zum Ziel. Da die 300 Hz- und die 50-Hz-Frequenzen synchron sein müssen, werden die 50 Hz zweckmäßig durch Frequenzteilung von einem frequenzstabilisierten 300-Hz-Generator abgeleitet, der gegebenenfalls auch gleichzeitig die Spannung zur Synchronisierung der Phasenordner liefern kann. Die zur Synchronisation von Sende- und Empfangsverteiler zu übertragenden Taktimpulse müssen empfangsseitig eindeutig von den übrigen für die Nachrichtenübermittlung verwendeten Schritten unterschieden werden können. Man j könnte zur sicheren Unterscheidung verschiedene Modulationsarten anwenden, z.B. jeweils den ersten der zwölf Verteilerschritte als Pausenschritt und den zweiten stets als Trennstromschritt mit der zur Phasenüberwachung notwendigen Bezugsphase übertragen; der Übergang vom ersten zum zweiten Verteilerschritt würde z. B. den Taktimpuls liefern. Es müßte dann aber eine besondere Einfachtonempfangsschaltung mit dem bekannt großen Aufwand für die Pegelregelung und den Nachteilen bezüglich Störanfälligkeit vorgesehen werden. Eine andere Möglichkeit wäre, den Taktimpuls durch Frequenzauslenkung des ersten Verteilerschrittes zu erzeugen. Auch dies hat erhebliche Nachteile wegen der Notwendigkeit, auf Sende- und Empfangsseite besondere Einrichtungen für die Frequenzumtastung bereitstellen zu müssen. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, bei einer einheitlichen Modulationsart zu bleiben. Die bekannte Methode, Taktimpulse durch unterschiedliche Impulsdauer von den Nachrichtenimpulsen zu unterscheiden, ist hier nicht anwendbar, weil kein ausgesprochenes Impulsverfahren vorliegt und die einzelnen Impulse praktisch ohne nennenswerten Zwischenraum aufeinanderfolgen.

Die Phasenmodulation gibt durch Veränderung des Modulationsgrades ein bequemes Unterscheidungsmerkmal, insbesondere kann der Taktimpuls mit der gleichen Sicherheit übertragen werden wie die Nachrichtenimpulse durch die übrigen Verteilerschritte. Man kann z. B. dem ersten Verteilerschritt die Phasenlage —90° und dem zweiten Verteilerschritt die Phasenlage + 90⁰ zuordnen. Der zwischen diesen liegende Phasensprung von i8o° dient empfangsseitig zur Ableitung des Taktimpulses und gleichzeitig zur Phasenüberwachung des Demodulationsträgers. Die weiteren Verteilerschritte wechseln entsprechend den Trenn- oder Zeichenstromschritten der einzelnen Nachrichten zwischen den Phasenlagen ο und i8o°, wobei den Trennstromschritten zweckmäßig die Bezugsphase o° des Trägerstromes zugeordnet wird.

Auch die Frequenzmodulation gibt ein bequemes Unterscheidungsmerkmal z. B. dadurch, daß für die Tastung des Taktpulses ein gegenüber der Tastung der Nachrichtenkanäle unterscheidbarer Frequenzhub gewählt wird.

Bei dem eben genannten Verfahren gehen von den zur Nachrichtenübertragung zur Verfügung stehenden Verteilerschritten jeweils ein oder zwei Verteilerschritte, die zur Übertragung der Taktimpulse benötigt werden, für die Nachrichtenübertragung verloren. Im folgenden wird ein weiteres Verfahren beschrieben, das für die Übertragung der Synchronisierimpulse keinen Verteilerschritt benötigt. Dieses Verfahren besteht darin, daß dem frequenz- oder phasenmodulierten Signalstrom eine Synchronisierfrequenz unmittelbar amplitudenmäßig aufmoduliert wird. Die Periodendauer der Synchronisierfrequenz entspricht einem Umlauf des Verteilers. Eür einen zwölfstufigen Verteiler ergibt sich bei sinusförmiger Modulation eine Hüllkurve für den Signalstrom entsprechend Fig. 4.

Hierin ist über die Zeitachse t die Amplitude des amplitudenmodulierten Signalstromes für zwölf Verteilerschritte t₁ bis t₁₂ bzw. i/ bis t₁₂ aufgezeichnet. Man kann auch, wie in Fig. 5 dargestellt, in einer Rechteckkurve modulieren, indem die Sendespannung z. B. bei den Verteilerschritten 1 bis 6 größer als bei den Verteilerschritten 7 bis 12 gewählt wird.

Die empfangsseitige Abtastfrequenz wäre in den genannten Fällen durch Frequenzvervielfachung aus der Modulationsfrequenz (50 Hz im vorliegenden Beispiel) zu erzeugen. Noch einfacher werden die empfangsseitigen Einrichtungen, wenn man Synchronisierfrequenz (50 Hz) und Abtastfrequenz ¹S (300 Hz) überlagert und den gesendeten Signalstrom gleichzeitig mit beiden Frequenzen moduliert. Auf der Empfangsseite erhält man dann beide Frequenzen unmittelbar aus dem gleichgerichteten Signalstrom und braucht sie nur durch Filter voneinander zu trennen. Die sendeseitige Modulation kann dabei durch geeignet abgestufte Sendespannungen der einzelnen Verteilerschritte erfolgen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 6.

Bei Betrieb mehrerer Verteilersysteme über einen gemeinsamen Übertragungsweg mittels verschiedener Trägerfrequenzen ist es vorteilhaft, die den einzelnen Signalströmen amplitudenmäßig aufmodulierten Synchronisier- und/oder Abtastfrequenzen in der Phase derart gegeneinander zu verschieben, daß eine Addition der Maxima vermieden wird.

Auf Übertragungswegen mit hinreichend konstanten Laufzeiteigenschaften genügt die einmalige Übertragung der Synchronisier- und Abtastfrequenzen für alle gleichzeitig betriebenen Verteilersysteme.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Modulationsart ist dabei das i8o°- Phasensprungverfahren verwendet. Die Übertragung der Taktschritte erfolgt über die ersten beiden Stufen des zwölfstufigen Verteilersystems, indem der erste Verteilerschritt die Phasenlage + 90⁰, der zweite Verteilerschritt die Phasenlage -—90⁰ erhält.

Fig. 7 zeigt die Schaltungsanordnung der Sendeseite. Der Sendeverteiler enthält der Anzahl der Verteilerstufen entsprechend zwölf Taströhren, an deren Steuergittern die bereits erwähnten, aus 50 Hz, 300 Hz und Gleichspannung gebildeten Tastspannungen wirksam werden. Jede Röhre ist nur während des entsprechenden Abtastintervalls für Anodenstrom bzw.' Schirmgitterstrom durchlässig.

Die Modulationsstufe enthält die beiden Modulatoren Ai₁ und M₂. Der Modulator M₁ dient zur Erzeugung und Modulation der Taktimpulse, der Modulator Ai₂ zur Modulation der Nachrichtenimpulse. Am Eingang des Modulators M₂ liegt unmittelbar die Spannung des Trägergenerators TG, am Eingang des Modulators M₁ die durch den Phasendreher P um 90⁰ in der Phase verschobene Trägerspannung. Jeder Modulator enthält zwei Zweige. Bei gleichstrommäßiger Durchsteuerung des einen Zweiges wird die Eingangsspannung mit unveränderter Phase dem Gitter der Verstärkerröhre VR zugeführt. Bei Durchsteuerung des anderen Zweiges erscheint dieselbe Spannung in umgekehrter Polung am Gitter dieser Röhre. Während die Taströhre T₁ des ersten Verteilerschrittes stets einen Anodenstrom zur Durchsteuerung des Modulators M₁ liefert, der eine um — 90⁰ gedrehte Ausgangsspannung zur Folge hat, hat der Anodenstrom der Röhre T_n stets eine dagegen umgepolte, insgesamt also um + 90⁰ gedrehte Ausgangsspannung zur Folge.

Die zu übertragenden Nachrichten werden durch die Bremsgitter der weiteren Taströhren T₁₁₁ bis T_XII, von denen nur die Röhren Tm bis T_v gezeichnet sind, abgetastet, und je nach dem Zustand der einzelnen Nachricht (Trenn- oder Zeichenstromzustand, d.h. + oder —60 V am Bremsgitter) fließt im Abtastzeitraum überwiegend Anodenstrom oder überwiegend Schirmgitterstrom in der zügehörigen Taströhre. Da alle Anoden, ebenso wie alle Schirmgitter, der Taströhren T₁₁₁ bis T_XII parallel geschaltet an je einem Aussteuerungszweig des Modulators Ai₂ angeschlossen sind, wird letzterer entweder für die unveränderte Spannung (Phase o°) oder die umgepolte Spannung (Phase i8o°) durchlässig. Am Ausgang der Verstärkerröhre VR erscheinen die zwölf Verteilerschritte in rhythmischer Folge phasenmoduliert mit einer Schrittgeschwindigkeit von 600 Bd.

Die Ausgangs spannung kann über Sendefilter mit den Ausgangsspannungen von weiteren gleichartigen Sendeeinrichtungen auf den Übertragungsweg gegeben werden.

Bei Verwendung eines in Fig. 7 nicht dargestellten Phasenordners hinreichender Leistung können an Stelle der Taströhren T₁ bis T_XII auch röhrenlose Tastschaltungen verwendet werden.

Fig. 8 zeigt die Schaltungsanordnung des Empfangsteiles. Die Empfangsspannung wird, erforderlichenfalls nach Trennung der Verteilerwege verschiedener auf demselben Übertragungsweg eingesetzter Systeme, dem Eingang E der Empfangsschaltung zugeführt. Zunächst wird die Amplitude der Empfangsspannung im Begrenzer B begrenzt, wodurch alle Pegelschwankungen beseitigt und die Hüllkurve der Zeichen der Rechteckform angenähert wird. Hierauf folgt die Demodulationseinrichtung, deren Arbeitsprinzip im wesentlichen bekannt ist. Es beruht darauf, daß die zur Demodulation von phasenmodulierten Signalen notwendige synchrone Hilfsträgerfrequenz mit konstanter Bezugsphasenlage aus dem Signalstrom selbst durch Rückpolen der im Rhythmus der Tastung enthaltenen Phasensprünge gewonnen iao wird. Der Rückpolvorgang wird dabei durch den zu Gleichstrom demodulierten Signalstrom selbst ausgelöst.

Die als Beispiel gewählte Empfangseinrichtung in Fig. 8 enthält zwei Demodulationseinrichtungen, von denen die eine mit dem Modulator Ai₃ zur De-

modulation der Nachrichtenimpulse, die andere mit dem Modulator M₄ zur Demodulation der Taktimpulse dient.

Bekanntlich gibt ein Doppelgegentaktmodulator, z. B. ein Ringmodulator, an seinen Ausgangsklemmen eine Gleichspannung ab, wenn seinen beiden Eingangsklemmenpaaren Wechselspannungen gleicher Frequenz zugeführt werden. Größe und Richtung der abgegebenen Gleichspannung sind ίο dabei dem Kosinus des zwischen der zugeführten Wechselspannung bestehenden Phasenwinkels proportional.

Die im Verstärker V₁ verstärkte Signalspannung wird einerseits unmittelbar an die Klemmen k_t des

Modulators M₃ gelegt; andererseits wird die Signalspannung über einen Umpoler (Rückpolmodulator RM) und einen Filter mit im Verhältnis zur Verteilerschrittdauer sehr großen Einschwingzeit (Verzögerungsfilter VF), verstärkt durch den

so Verstärker V₂, über das Klemmenpaar k., ebenfalls dem Modulator M₃ zugeführt. Je nach der im ersten Augenblick des Einschaltens zufälligen Polung des Umpolers RM ist der Phasenunterschied der Wechselspannungen an den Klemmenpaaren k_t

as und k_z des Modulators Af₃ angenähert ο oder i8o^c. Der dadurch an den Klemmen k_s von M₂ entstehende Gleichstrom, der dem Rückpolmodulator RM als Steuerstrom zugeführt wird, hält die zunächst zufällig aufgetretene Polung aufrecht.

Die Spannung an den Klemmen k_s von M₂ wird, wie später noch ausführlicher beschrieben wird, über die Umpolkontakte er_t und er₂ dem Empfangsverteiler zugeleitet. Jeder in der empfangenen Signalspannung enthaltene Phasensprung von i8o° wird praktisch unverzögert an den Klemmen It₁ des Modulators M₃ auftreten, während an den Klemmen k₂ noch die zuvor vorhandene Phasenlage besteht. Dadurch ändert sich der Phasenunterschied der Spannungen an k_t und k₂ um i8o° und somit

auch die Richtung des über k_a austretenden Gleichstromes. Letzterer veranlaßt im Rückpolmodulator RM eine Umpolung des durchgelassenen Wechselstromes und macht dabei den Phasensprung praktisch im gleichen Augenblick rückgängig. Kleine zeitliche Ungenauigkeiten bleiben unwirksam, weil das Verzögerungsfilter VF infolge seiner großen Einschwingzeit kurzzeitigen Phasenabweichungen nicht zu folgen vermag. Somit ergibt sich am Ausgang von VF eine Wechselspannung mit der Trägerfrequenz entsprechender, gleichmäßig fortschreitender Phase ohne Phasensprünge, die, durch V₂ verstärkt, dem Empfangsmodulator M₃ als Demodulationsträger dient. Auch die Verteilerschritte ι und 2, die um + 90° bzw. —90⁰ von der Bezugsphasenlage abweichen, können an der relativen Phasenstarrheit des empfangsseitig aus der Signalspannung zurückgewonnenen Demodulationsträgers nichts Wesentliches ändern. Die an den Klemmen k₃ von M₂ auftretende Gleichspannung nimmt während der Verteilerschritte 1 und 2 den Wert Null an, da die Spannungen an k_t und k₂ während dieser kurzen Zeiten einen Phasenunterschied von ± 90⁰ aufweisen.

Die Taktpulsschritte 1 und 2 des Verteilers werden empfangsseitig in einem besonderen Modulator M₄ demoduliert und dadurch auch von den Nachrichtenimpulsen getrennt. Der am Ausgang des Filters VF vorhandene, relativ phasenstarre Demodulationsträger wird durch den Phasendreher PD um 9Ö⁰ in der Phase gedreht und durch den Verstärker V₃ verstärkt über das Klemmenpaar p₂ dem Modulator M₄ zugeführt; an den Klemmen P₁ des letzteren liegt aber die vom Verstärker V₁ kommende Empfangssignalspannung. Somit besteht an den beiden Eingangsklemmenpaaren P₁ und p₂ während der Taktpulsschritte 1 und 2 des Sendeverteilers ein Phasenunterschied von ο bzw. l8o°, und an den Ausgangsklemmen p₃ entsteht eine positive oder negative Gleichspannung. Während der Verteilerschritte 3 bis 12 ist der Phasenunterschied von P₁ und p₂ —90⁰ oder +90°, und der Modulator M₄ gibt über seine Ausgangsklemmen p₃ keine Gleichspannung ab. Aus der Ausgangsspannung von M₄ wird nun die zur Steuerung des Empfangsverteilers notwendige Synchronisierfrequenz von 50 Hz abgeleitet. Durch Frequenzvervielfachung erhält man daraus auch die Abtastfrequenz von 300 Hz.

Da die Verteilerschritte 1 und 2 am Ausgang p₃ des Modulators M₄ je nach der zwar relativ starren, aber um i8o°^: unsicheren Phasenlage des Demodulationsträgers entweder zuerst einen negativen und dann einen positiven Impuls oder Impulse mit umgekehrter Reihenfolge der Polungen ergeben, würde bei unmittelbarer Ableitung der Synchronisierfrequenz auch deren Phasenlage eine Unsicherheit aufweisen. Zweckmäßig wird deshalb die durch einen Tiefpaß TP von höherfrequenten Modulationsprodukten gut befreite Ausgangsspannung des Modulators M₄ gleichgerichtet. Man kann bei der Gleichrichtung auch einen Schwellenwert einführen, z. B. dadurch, daß man in Reihe zur Gleichrichteranordnung G eine Gleichspannung U schaltet, die diese für kleine Spannungen undurchlässig macht. Auf diese Weise werden kleine Ausgangsspannungen des Modulators M₄, die z. B. durch Phasenfehler in der Demodulationseinrichtung während der Verteilerschritte 3 bis 12 entstehen können, unterdrückt. Nach der Gleichrichtung ergibt sich ein Doppelimpuls gleichbleibender Polung, in dessen rhythmischer Folge die Synchronisierfrequenz von 50 Hz als Grundfrequenz enthalten ist. Am Ausgang des Filters F tritt nunmehr die rein sinusförmige Synchronisierfrequenz auf, aus der durch Phasendrehungen und Überlagerung mit 300 Hz und Gleichspannung die zwölf empfangsseitigen Abtastspannungen wie auf der Sendeseite gebildet werden können.

Wie auf der Sendeseite werden auch empfangsseitig die Abtastspannungen den Steuergittern von iao zwölf Verteilerröhren zugeführt. An den Bremsgittern der Verteilerröhren R_m bis R_xn (von denen in Fig. 8 nur die Röhren R_m bis i?_VI dargestellt sind) liegt die vom Modulator M₂ abgegebene Empfangsspannung. Im Anodenkreis und im Schirmgitterkreis dieser Röhren liegt je eine Wick-

lung des dem betreffenden Signalkanal zugeordneten Empfangsrelais ER₃ bis ER_Yi. Wird z. B. im Kanal 3 abgetastet, wobei die empfangsseitige Abtastzeit zweckmäßig kurzer als die sendeseitige Abtastzeit gewählt wird, so fließt, durch die Polung der Bremsgitterspannung in diesem Augenblick bestimmt, überwiegend über die Anode oder vorwiegend über das Schirmgitter ein Stromimpuls, der den Anker er₃ des Empfangsrelais ER₃ in die

entsprechende Lage bringt und im Ortskreis einen der sendeseitigen Tastung entsprechenden Stromzustand zur Folge hat. Durch die Ruhekontaktkraft des Relaisankers bleibt dieser Stromzustand aufrechterhalten so lange, bis eine der am Kanalpulsrhythmus aufeinanderfolgenden Abtastungen wieder ein Umlegen des Ankers veranlaßt. Im Verlauf eines Verteilerumlaufs werden so nacheinander auch die Röhren i?_IV bis i?_Xu durch die am Steuergitter liegenden Abtastspannungen für einen Stromimpuls durchlässig und betätigen dabei die zugehörigen Empfangsrelais.

Da, wie schon früher erwähnt, der gesamte Empfang falsch gepolt sein kann, sei es, daß sich beim ersten Einschalten der Rückpolmodulator auf die falsche Polung eingestellt hatte oder daß die Phasenzuordnung des Demodulationsträgers zur Signalspannung infolge einer Störung auf dem Übertragungsweg verlorengegangen ist, ist eine Phasenüberwachungs- und Korrektionseinrichtung notwendig. Die zur Übertragung der Synchronisierfrequenz dienenden Verteilerschritte 1 und 2 enthalten gleichzeitig das Kriterium für falsche oder richtige Polung des Empfangs in allen übrigen Kanälen. An den Bremsgittern der Empfangsverteilerröhren Ri und R₁-J liegt deshalb die vom Modulator M₄ abgegebene Spannung, und die Kontakte er_x und er₂ der zugehörigen Relais ER₁ und ER₂ sind als Umpoler für die Empfangsspannung der übrigen Kanäle 3 bis 12 geschaltet. Bei Empfang in der einen Polung erhält nacheinander zuerst ER₁ und dann ER₂ während der Abtastzeit einen Impuls, diese sind zwar, da inzwischen die Ausgangsspannung von M₄ umgepolt hat, in den Relais verschieden gerichtet, haben aber je zur Folge, daß die Kontakte ER₁ und ER₂ in der dargestellten Lage verbleiben. Der Empfang für die übrigen Kanäle 3 bis 12 ist dann richtig gepolt. Bei z. B. infolge einer kurzzeitigen Störung geänderten Polung des Empfangs legt zuerst er_x und gleich darauffolgend auch er₂ um; der Empfang für die Kanäle 3 bis 12 ist also wieder richtig gepolt. Die Kontakte er_x und er₂ verbleiben nun in der der Darstellung in Fig. 8 entgegengesetzten Lage so lange, bis durch eine weitere Störung wieder eine Falschpolung entstanden ist, die dann durch Zurücklegen der Kontakte er_x und er₂ wieder in kürzester Frist korrigiert wird.

In vielen Fällen ist es vorteilhaft, an Stelle des einen Modulators M₃ zwei Modulatoren M₃ und M₃ vorzusehen, die mit ihren Eingangsklemmenpaaren k_x und k_x bzw. k₂ und k₂ parallel oder in Reihe an die Ausgänge der Verstärker V_x bzw. V₂ geschaltet sind. Diese beiden Modulatoren sind zweckmäßig derart dimensioniert, daß der eine den Strom in den Rückpolmodulator RM bei kleiner Spannung liefert, während der andere eine hohe Spannung mit vernachlässigbar kleinem Strom zur Bremsgittersteuerung der Empfangsverteilerröhren abgeben muß.

Wenn für die Synchronisierfrequenzübertragung bzw. die Phasenüberwachung nur ein Verteilerschritt aufgewendet wird, ist es sogar vorteilhaft, an Stelle des Modulators M₂ drei Modulatoren zu verwenden, und zwar einen für kleine Ausgangsspannung für den Rückpolmodulator und zwei gleiche mit hoher Ausgangsspannung, deren Ausgänge gegenpolig so miteinander verbunden sind, daß durch einen einzigen durch die Phasenüberwachung betätigten Umschaltekontakt die Nachrichtenverteilerröhren jeweils an dem die richtige Polung aufweisenden Modulatorausgang liegen.

Claims (28)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Anwendung des Multiplex-Pulsmodulations-Verfahrens für Telegraphie, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspannungen des Multiplexverteilers in ihrer zeitlichen Länge annähernd gleich der Periode des Kanalpulses, geteilt durch die Gesamtanzahl der Kanäle, bemessen sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode des Kanalpulses gleich der Schrittdauer der zu übertragenden Telegraphierzeichenfolgen bemessen ist und die zeitliche Lage der Schritteinsätze gegenüber dem Abtastraster der Kanalpulse durch Phasenordner gesichert wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenordner so bemessen ist, daß die Schritteinsätze der zu übertragenden Telegraphierzeichenfolgen in einen Zeitraster fallen, der durch die Einsatz-Zeitpunkte der Abtastspannungen bestimmt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Phasenordner die Stromschritte der Eingangs- n₀ zeichen zeitlich so verschoben werden, daß in die Abtastzeiträume keine Stromschritteinsätze fallen.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1

   bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sprachkanal von 3100 Hz Bandbreite neununddreißig zeitlich ineinandergeschachtelte Fernschreibnachrichten mit einer Schrittgeschwindigkeit von 1950 Bd übertragen werden. ,
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zwölfstufigen Verteiler, dessen Abtastzeit pro Kanal, bei einer Schrittgeschwindigkeit der über diese Kanäle betriebenen Fernschreiber, von 50 Bd, höchstens 1,66 m/s beträgt.
7. 7· Verfahren nach einem der Ansprüche ι

   bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verteiler, insbesondere mehrere zwölfstufige Verteiler nach Anspruch 6, gemeinsam in einem unterteilten Sprachkanal betrieben werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sprachkanal (von 3100 Hz Bandbreite) drei zwölfstufige Verteilersysteme gleichzeitig betrieben werden, wobei durch jedes Verteilersystem eine Trägerfrequenz moduliert wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerfrequenzen die Frequenzen von etwa 850, 1850 und 2850 Hz verwendet werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Verteilersystem 850 bis 950 Hz Bandbreite verwendet werden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die ineinandergeschachtelten Abtastergebnisse jedes Verteilersystems ein Trägerwechselstrom durch ein Modulationsverfahren mit Doppelstromeigenschaft moduliert wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenmodulation, insbesondere Phasenmodulation mit i8o° Phasensprung verwendet wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung von Frequenzmodulation.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspannungen durch Überlagerung eines Wechselstromes mit der Frequenz 50 Hz und eines Wechselstromes mit der Frequenz 300 Hz erzeugt werden, wobei der So-Hz-Wechselstrom von Abtaststufe zu Abtaststufe um 30'°' in seiner Phase fortlaufend verschoben wird und der 300-Hz-Wechselstrom von Stufe zu Stufe seine Polung ändert und die Abtastspannungen aus dem Maxima der resultierenden Wechselspannung ausgeblendet werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Wechselspannung mit der Frequenz 300 Hz etwa halb so groß gewählt wird wie die Amplitude der Wechselspannung mit der Frequenz 50 Hz.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Phasenordner mit geteiltem Phasenraster, von dem der eine Teil den geradzahligen Signalkanälen, der andere Teil den ungeradzahligen Signalkanälen zugeordnet und der Rasterabstand der Teilraster etwa gleich der doppelten Breite der Abtastimpulse ist.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilraster in bezug auf die Abtastimpulse so angeordnet sind, daß die Rasten des einen Rasterteiles in die Mitten der dem anderen Teilraster zugeordneten Abtastimpulsbereiche fallen.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation und/oder Phasenüberwachung der erste der Verteilerschritte als Zeichenstromschritt und der zweite der Verteilerschritte als Trennstromschritt mit der zur Phasenüberwachung notwendigen Bezugsphase übertragen wird.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Taktimpuls der in seiner Frequenz ausgelenkte erste Verteilerschritt verwendet wird.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Phasenmodulation der Nachrichtenimpulse für die Taktimpulse ein von dem der Nachrichtenimpulse einwandfrei unterscheidbarer Modulationsgrad verwendet wird.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß den Trenn- und Zeichenstromschritten der Nachrichtenimpulse die Phasenlagen ο und i8o°, dem Trennstromzustand vorzugsweise die Phasenlage o°, dem ersten Verteilerschritt die Phasenlage —90⁰ und dem zweiten Verteilerschritt die Phasenlage + 90° oder umgekehrt zugeordnet ist.
22. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei frequenzmodulierten Nachrichtenimpulsen die Taktimpulse einen von den Nachrichtenimpulsen nach Größe oder Richtung sicher unterscheidbaren Frequenzhub aufweisen.
23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem frequenz- oder phasenmodulierten Signalstrom eine oder mehrere Synchronisierfrequenzen unmittelbar amplitudenmäßig aufmoduliert sind.
24. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß für alle gleichzeitig auf demselben Übertragungsweg betriebenen Verteilersysteme die Synchronisierfrequenzen nur für ein Verteilersystem übertragen werden.
25. 25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung zwei Modulationseinrichtungen enthält, von denen die eine (Modulator M₃) zur Demodulation der Nachrichtenimpulse und die andere (Modulator M₁) zur Demodulation der Taktimpulse dient.
26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung für die Nachrichtenimpulse (Modulator M₃) zwei Modulatoren enthält, die so dimensioniert sind, daß der eine bei kleiner Ausgangsspannung den Strom in den Rückpolmodulator (RM) liefert, der andere eine hohe Spannung iao bei verhältnismäßig kleinem Strom für die Bremsgittersteuerung der Empfangsverteilerröhren liefert.
27. 27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationseinrichtung für die Nachrichtenimpulse (Modula-

    tor M₃) drei Modulatoren enthält, von denen einer eine kleine Ausgangsspannung für den Rückpolmodulator (RM) liefert, während die anderen zwei einander gleich sind, eine hohe Ausgangsspannung liefern und ihre Ausgänge gegenpolig so miteinander verbunden sind, daß durch einen durch die Phasenüberwachung betätigten Umschaltekontakt die Nachrichtenverteilerröhren jeweils an dem die richtige Polung aufweisenden Modulatorausgang liegen.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenverteilerröhren über eine Umschaltung des Ausgangs der Modulationseinrichtung für die Nachrichtenimpulse ermöglichende Schalter an diese angeschlossen sind und die Schalter durch die Korrekturvorrichtung so umgelegt werden, daß die Nachrichtenverteilerröhren immer am richtig gepolten Ausgang der Modulationseinrichtung liegen.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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