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Verfahren zur gleichzeitigen Ubertragung mehrerer Signale nach dem
Frequenzstufenverfahren, insbesondere mehrerer telegrafischer Nachrichten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer Signale nach dem
Frequenzstufenverfahren, insbesondere mehrerer telegrafischer Nachrichten. Unter
Frequenzstufenverfahren ist dabei jedes Übertragungsverfahren zu verstehen, bei
dem mehrere Signale gleichzeitig übertragen werden, wobei jede der möglichen Kombinationen
der charakteristischen Stromzustände der verschiedenen Signalkanäle durch einen
Wechselstrom mit für jede Kombination verschiedener und charakteristischer Frequenz
dargestellt wird. Der Frequenzabstand zwischen je zwei dieser einander benachbarten,
nie gleichzeitig auftretenden Frequenzen wird als Frequenzstufe bezeichnet. Dem
allgemeinen Sprachgebrauch folgend ist in der vorliegenden Erfindung unter dem Ausdruck
Frequenz auch ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung mit eben dieser Frequenz
zu verstehen. Im obigen Satz bedeuten also benachbarte Frequenzen Wechselströme
verschiedener Frequenz, die benachbart liegend zusammen eine Frequenzstufe bilden,
zwischen denen also kein weiterer Frequenzwert eines an der Übertragung beteiligten
Wechselstromes liegt. Ein wesentlicher Vorteil des Frequenzstufenverfahrens ist
darin zu sehen, daB die zur Übertragung verwendete Sendeeinrichtung praktisch dauernd
mit voller Ausgangsleistung arbeiten kann.
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Es ist bekannt, einen Sender mittels einer gesteuerten, in seinem
frequenzbestimmenden Schwingungskreis liegenden Blindwiderstandsröhre; in seiner
Frequenz zwischen verschiedenen Werten umzutasten: Zur
Steuerung
der Blindwiderstandsröhre wird ihre Steuergitterspannung im Rhythmus der Signale
zwischen verschiedenen charakteristischen Werten geändert. Die charakteristischen
Gitterspannungswerte erhält man, indem man die Stromzustände in den verschiedenen
Signalkanälen durch verschieden hohe, dem betreffenden Zustand zugeordnete Spannungsamplituden
darstellt und diese summiert. Da der Abstand der beiden Frequenzen jeder Frequenzstufe
verhältnismäßig genau eingehalten werden muß, ist es notwendig, sowohl die Steuerspannungen,
also die aus der Summe der einzelnen Zeichenspannungen bestehenden Spannungen, als
auch die übrigen Betriebsspannungen der Blindwiderstandsröhre, insbesondere die
feste Gittervorspannung und die Anodenspannung, möglichst konstant zu halten, was
erhebliche Stabilisierungsmittel erfordert. Ferner sind noch die zeitlichen Änderungen
der Röhreneigenschaften und die Unterschiede zwischen verschiedenen Röhren, z. B.
bei Röhrenwechsel, zu berücksichtigen und erforderlichenfalls geeignete Nachsteil-
oder Anpassungsmittel vorzusehen.
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Mit steigender Anzahl gleichzeitig zu übertragender Nachrichten wachsen
die Anforderungen an die Konstanz der Schaltung; es ist vor allem schwierig, den
Abstand der Frequenzen der einzelnen Frequenzstufen mit der geforderten Genauigkeit
einzuhalten. Die Erfindung beschreibt demgegenüber ein Frequenzstufenverfahren,
bei dem die genaue Einhaltung des Abstandes der Frequenzen der einzelnen Frequenzstufen
weniger von den äußeren Betriebsbedingungen abhängt, insbesondere von der Amplitude
der Signalströme und der Anzahl der Signalkanäle unabhängig ist. Erfindungsgemäß
wird vorgeschlagen, jeden der möglichen Stromzustände jedes Signalkanals durch einen
Wechselstrom mit einer für den jeweiligen Stromzustand charakteristischen Frequenz
darzustellen, die zu gleichen Zeitpunkten vorhandenen Wechselströme mehrerer derartiger
Signalkanäle miteinander zu modulieren und aus den hierbei entstehenden Modulationsprodukten
diejenigen Wechselströme unterschiedlicher Frequenz herauszufiltern, deren jeder
durch seine Frequenz eine der möglichen Kombinationen von zu gleichen Zeitpunkten
in den verschiedenen Signalkanälen vorhandenen Stromzuständen eindeutig darstellt.
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An Hand der Zeichnungen wird das Verfahren näher erläutert.
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Fig. i zeigt das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens für zwei gleichzeitig zu übertragende Nachrichten
und Fig. 2 und 3 je ein zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
der Fig. i dienendes Frequenzschema; Fig. q. zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens für drei gleichzeitig zu übertragende
Nachrichten und Fig. 5 ein zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
der Fig. q. dienendes Frequenzschema.
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In den Beispielen der Fig. i bis 5 ist angenommen, daß als Signale
telegrafische Nachrichten, die sich aus Trenn- und Zeichenstromschritten zusammensetzen,
übertragen werden. Es können aber auch beliebige andere Signale übertragen werden,
die aus charakteristischen Stromzuständen bestehen oder in solche umgeformt werden
können. Gemäß der Erfindung wird jeder der möglichen Stromzustände jedes Signalkanals
durch einen Wechselstrom mit einer für den jeweiligen Stromzustand charakteristischen
Frequenz dargestellt.' Für telegrafische Zeichen muß also der Trennstromzustand
durch eine bestimmte Frequenz und der Zeichenstromzustand durch eine andere von
der Trennstromfrequenz unterscheidbare Frequenz dargestellt werden. Dies kann in
verschiedener Weise erfolgen. Arbeitet man nach dem sogenannten, an sich bekannten
Doppeltonverfahren, so benötigt man für jeden Signalkanal zwei Generatoren, von
denen jeder eine konstante von der des anderen Generators unterschiedliche Frequenz
erzeugt. Sowohl dem Trennstrom- als auch dem Zeichenstromzustand der telegrafischen
Zeichen ist einer dieser Generatoren zugeordnet und arbeitet, solange der betreffende
Stromzustand herrscht, in an sich bekannter Weise auf die Übertragungseinrichtung.
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In den Beispielen der Fig. i und q ist ein anderes, das ebenfalls
an sich bekannte sogenannte Frequenzumtastverfahren verwendet. Bei diesem wird durch
den Trenn- und Zeichenstromzustand des telegrafischen Zeichens die Frequenz eines
Generators zwischen zwei Werten umgetastet, von denen der eine dem Trenn-und der
andere dem Zeichenstromzustand zugeordnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. x wird der Generator FG :i durch die
an seinem Eingang N1 wirksamen Stromzustände des Signalkanals i zwischen den beiden
Frequenzen f1 und f2 umgetastet. Es ist also am Generatorausgang jeweils nur eine
der beiden Frequenzen vorhanden. Die abwechselnd auftretenden Frequenzen f1 und
f2 werden einem der Eingänge des Modulators GM, zugeführt. Als Modulatör wird vorteilhaft
ein Doppelgegentaktmodulator verwendet.
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Der Generator FG, wird durch die an seinem Eingang N2 wirksamen Stromzustände
des Signalkanals 2 zwischen den beiden Frequenzen f3 und f4 umgetastet. Die abwechselnd
auftretenden Frequenzen f3 und f4 werden dem anderen Eingang des Modulators GM,'
zugeführt. Die Umtastung der Generatoren braucht an dieser Stelle nicht näher erläutert
zu werden, sie kann z. B. mittels der im Patent 730 415 beschriebenen Schaltungseinrichtungen
erfolgen.
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Im Modulator GM, werden die jeweils gerade auftretende Frequenz f1
oder f2 des Signalkanals i und die zur gleichen Zeit auftretende Frequenz f3 oder
f4 des Signalkanals 2 miteinander moduliert. Das am Ausgang des Generators
GM, auftretende Modulationsprodukt wird dem Bandpaß BPl zugeführt.
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In Fig. 2 ist ein Frequenzschema aufgezeichnet, an Hand dessen die
Wirkungsweise der Schaltungsanordnung der Fig. i nachfolgend näher erläutert wird.
Auf der Frequenzachse f sind die für das erfindungsgemäße Verfahren wichtigen und
notwendigen Frequenzen durch Frequenzmarken gekennzeichnet. Die außerdem, insbesondere
bei der Modulation auftretenden Frequenzen sind, da sie zum besseren Verständnis
des
Verfahrens nicht beitragen, der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Die direkt auf der Frequenzgeraden aufsitzenden Frequenzmarken sind dem Signalkanal
2 (N2) und die darüberliegenden Frequenzmarken dem Signalkanal i (N1) zugeordnet.
Bei Zeichenstromzuständen bestehen die Frequenzmarken aus einem Rechteck dunkler
Farbe, bei Trennstromzuständen aus einem solchen heller Farbe. Für den Signalkanal
i bedeutet also die Frequenz f 1 Zeichenstromzustand und die Frequenz f2 Trennstromzustand;für
den Signalkanal 2 die Frequenz f3 Zeichenstromzustand und die Frequenz f4 Trennstromzustand.
Da zu gleichen Zeitpunkten jeweils nur die Frequenz f1 oder f2 und die Frequenz
f3 oder f4 vorhanden sein können, entsteht bei der Modulation, wenn man die außerdem
noch auftretenden Frequenzen (des Modulationsproduktes) nicht berücksichtigt, die
aus jeweils zwei dieser Frequenzen gebildete Summenfrequenz. So erhält man durch
Modulation der Frequenzen f1 und f3 die Summenfrequenz f1, Ferner aus den Frequenzen
f2 und f3 die Summenfrequenz f23, aus den Frequenzen f1 und f4 die Summenfrequenz
f14 und aus den Frequenzen f2 und f4 die Summenfrequenz f24. Diese Summenfrequenzen
sind in Fig.2 ebenfalls eingezeichnet.
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Beachtet man, daß die Frequenz f1 für den Signalkanal i Zeichenstrom
und die Frequenz f3 für den Signalkanal 2 ebenfalls Zeichenstrom bedeutet, so muß
die Summenfrequenz f13, da sie ja aus den vorgenannten Frequenzen gebildet wurde,
für den Signalkanal i und den Signalkanal 2 ebenfalls Zeichenstrom bedeuten. Damit
ist also durch nur eine Frequenz der Stromzustand sowohl des Signalkanals i als
auch des Signalkanals 2 eindeutig dargestellt. Da die Summenfrequenz f23 aus der
für den Signalkanal i Trennstrom bedeutenden Frequenz f2 und der für den Signalkana12
Zeichenstrom bedeutenden Frequenz f 3 gebildet wurde, bedeutet das Vorhandensein
der Summenfrequenz f23 für den Signalkanal i Trennstrom und für den Signalkanal
2 Zeichenstrom. Aus der Fig. 2 ist nun leicht zu ersehen, daß die Frequenz f14 für
den Signalkanal i Zeichenstrom und für den Signalkanal 2 Trennstrom bedeutet, während
das Auftreten der Summenfrequenz f24 für Signalkanal i und 2 Trennstrom anzeigt.
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Bei der Modulation einer der Frequenzen f1 oder f2 mit einer der Frequenzen
f3 oder f4 enthält das Modulationsspektrum, wie bereits erwähnt, noch weitere Frequenzen.
Da durch die Summenfrequenzen f13, f", f14 und f24 bereits jede der möglichen Kombinationen
der Stromzustände der Signalkanäle i und 2 dargestellt werden kann, ist es ausreichend,
nur diese zur Übermittlung der Nachrichten der Signalkanäle i und 2 zu übertragen.
Man kann jede dieser Frequenzen einzeln aussieben, wobei man für jede der Frequenzen
einen Bandpaß entsprechender Breite benötigt. In Fig. 2 sind die Frequenzen f1 und
f2 sowie f3 und f4 so gewählt, daß die Frequenzstufen der Summenfrequenzen fla bis
f24 gleich groß sind. Dadurch, daß für die Frequenzstufen d fein verhältnismäßig
kleiner gegenseitiger Frequenzabstand der Stufenfrequenzen gewählt wird, lassen
sich die Summenfrequenzen durch einen Bandpaß gemeinsam aussieben, d. h. von den
anderen bei der Modulation außerdem auftretenden Frequenzen trennen. Gleich große
Frequenzstufen der Summenfrequenzen erreicht man dadurch, daß man, wie im Ausführungsbeispiel
der Fig. 2, die Frequenzstufe des Signalkanals i, also den Frequenzabstand der Frequenzen
f1 und f2, gleich einem bestimmten Wert d f und den der Frequenzen f3 und
f4 gleich 2 d f
wählt. In Fig. 2 ist außerdem die Frequenzhöhe der Frequenz
f2 gleich der der Frequenz f3 gewählt.
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Die Frequenzstufen der Summenfrequenzen brauchen nicht, wie im Beispiel
der Fig. 2, gleich groß gewählt zu werden. Sie können auch verschieden groß sein,
was durch entsprechende Anordnung der Frequenzen f1 und f2 sowie f3 und f4 in bekannter'Weise
erreicht werden kann.
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Am Ausgang des Bandpasses BP, der Fig. i kann nach dem vorstehend
geschilderten im gleichen Zeitpunkt jeweils nur eine der Frequenzen f13, f23, f14
und f24 auftreten. Da man die Generatoren FG, und FG,
vorteilhaft in
niederfrequenter Lage umtastet, liegen die Summenfrequenzen ebenfalls im Niederfrequenibereich.
Man kann jedoch die durch den Bandpaß BP, ausgefilterten Frequenzen in an sich bekannter
Weise in eine beliebige Frequenzlage verschieben. Irin Beispiel der Fig. i erfolgt
dies dadurch, daß die am Ausgang des Bandpasses BP, auftretenden Frequenzen dem
Modulator GM, zugeführt werden, in dem man sie mit der im Generator FG, erzeugten
Frequenz moduliert. Aus dem entstehenden Modulationsprodukt siebt man mittels des
Bandpasses BPH die in die betreffende Frequenzlage verschobenen, den Frequenzen
f» bis f24 entsprechenden Frequenzen aus und führt sie z. B. der Leistungsstufe
LS eines Senders zu.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Frequenzschema dargestellt. Die Bedeutung
der Frequenzmarken entspricht der der Fig. 2. So sind wiederum die direkt auf der
Frequenzachse f aufsitzenden Frequenzmarken dem Signalkanal 2 (N2) und die darüberliegenden
Frequenzmarken dem Signalkanal i (N1) zugeordnet. Bei Zeichenstromzuständen bestehen
die Frequenzmarken aus einem Rechteck dunkler, bei Trennstromzuständen aus einem
solchen heller Farbe. Für den Signalkanal i bedeutet die Frequenz f1 Zeichenstrom-
und die Frequenz f2 Trennstromzustand; für den Signalkanal 2 die Frequenz
f 3 Zeichenstrom- und die Frequenz f 4 Trennstromzustand. Die Frequenzstufe
zwischen den Frequenzen f1 und f2 ist auch hier gleich einem bestimmten Wert d f
gewählt. Dieser Wert kann beliebig gewählt werden und braucht nicht gleich dem Wert
d f
der Fig. 2 zu sein. Wählt man die Frequenzstufe zwischen den Frequenzen
f3. und f4 gleich 2 d f, so entsteht bei der Modulation einer der
Frequenzen f1 oder f2 mit einer der Frequenzen f3 oder f4 jeweils eine der Differenzfrequenzen
f23, f13, f24 oder f14. Zur Darstellung jeder der möglichen Kombinationen
der Zeichen-und Trennstromzustände der Signalkanäle i und 2 sind also hier abweichend
vom Beispiel der Fig. 2 die durch gegenseitige Modulation einer der Frequenzen f1
oder f2 mit einer der Frequenzen f3 oder f4 entstehenden Differenzfrequenzen gewählt.
Die bei der Modulation außerdem auftretenden Frequenzen sind, da für das Verfahren
unwesentlich, der Übersichtlichkeit halber auch hier nicht aufgezeichnet. Das Auftreten
der Frequenz f23 bedeutet, wie nach Obigem aus der Fig. 3
leicht
zu ersehen, für den Signalkanal i Trenn- und füi den Signalkanal 2 Zeichenstromzustand;
die Frequenz f13 für beide Signalkanäle Zeichenstrom- und die Frequenz f24 für beide
Signalkanäle Trennstromzustand. Da ferner die Frequenz f14 für den Nachrichtenkanal
i Zeichenstrom- und für den Nachrichtenkanal 2 Trennstromzustand bedeutet, ist durch
die in abwechselnder Folge auftretenden Frequenzen f23 bis f14 jede der möglichen
Kombinationen der Stromzustände der Signalkanäle r und 2 darstellbar.
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Die relative Lage der Frequenzen f1 und f2 zu den Frequenzen f3 und
f4 ist auch hier so gewählt, daß jeweils zwei benachbarte Differenzfrequenzen den
gegenseitigen Frequenzabstand d f aufweisen, die Frequenzstufen also gleich
groß sind.
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Die Differenzfrequenzen f23 bis f14 werden nun, wie bereits für das
Beispiel der Fig. 2 beschrieben, in beliebiger Weise ausgesiebt, d. h. von den anderen
Frequenzen des Modulationsproduktes getrennt und erforderlichenfalls in eine andere
Frequenzlage umgesetzt, wozu z. B. die in Fig. i gezeigte Schaltungsanordnung verwendet
werden kann.
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Aus der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ersichtlich,
daß lediglich die die Stromzustände der verschiedenen Nachrichtenkanäle darstellenden
Frequenzen f1 und f2 sowie f3 und f4 mit ausreichender Genauigkeit erzeugt werden
müssen, um auch die aus diesen Frequenzen entstehenden Modulationsprodukte, insbesondere
die Summen- und Differenzfrequenzen, mit der gewünschten Genauigkeit zu erhalten.
Die Konstanz dieser Frequenzen ist aber von der Amplitude der Zeichenströme der
Signale der verschiedenen Signalkanäle sowie von der Anzahl der gleichzeitig zu
übertragenden Signale unabhängig, worin sich das erfindungsgemäße Verfahren von
den bisher bekannten Verfahren unterscheidet und ein wesentlicher Vorteil desselben
gesehen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf die gleichzeitige
Übertragung von nur zwei Signalen, sondern kann auch für eine größere Anzahl gleichzeitig
zu übertragender Signale Verwendung finden.
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Fig. q. zeigt als Beispiel ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Übertragung
von drei Signalen und Fig. 5 ein Frequenzschema zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Schaltungsanordnung der Fig. q.. Zweckmäßigerweise betrachtet man beide Figuren
zusammen.
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Der Generator FG, wird durch die Signalströme des Signalkanals i in
seiner Frequenz zwischen den Werten f1 und f2 umgetastet. Die Frequenz f1 soll bei
Übertragung telegrafischer Nachrichten Zeichenstromzustand und die Frequenz f2 Trennstromzustand
bedeuten. Im Frequenzschema der Fig. 5 sind die Frequenzmarken wiederum ihrer Bedeutung
für die einzelnen Signalkanäle entsprechend angeordnet und gekennzeichnet. Auf der
Frequenzachse f sitzen die zum Signalkanal i gehörenden Frequenzmarken auf, darüber
liegen diejenigen des Signalkanals 2 und in der obersten Reihe diejenigen des Signalkanals
3; die Zeichenstromzustände darstellenden Frequenzen sind durch Frequenzmarken dunkler,
die die Trennstromzustände darstellenden Frequenzen durch solche heller Farbe gekennzeichnet.
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Der Generator FG, wird durch die Signalströme des Signalkanals
2 in seiner Frequenz zwischen den Werten f3 und f4, der Generator FG, durch
die Signalströme des Signalkanals 3 zwischen den Werten f5 und f6 umgetastet. Diese
Frequenzen sind in der für das Ausführungsbeispiel beliebig gewählten relativen
Lage zueinander im Frequenzschema der Fig. 5 eingezeichnet.
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Durch gegenseitige Modulation einer der Frequenzen f1 oder f2 mit
einer der Frequenzen f3 oder f4 entstehen, wie bereits für die Ausführungsbeispiele
der Fig. i bis 3 beschrieben, unter anderem die Summenfrequenzen f13,
f23, f14 und f24. Diese werden, wie ebenfalls bereits beschrieben, durch
den Bandpaß BP, ausgefiltert. An Stelle der Summenfrequenzen kann man natürlich
ebensogut die Differenzfrequenzen aussieben.
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Am Ausgang des Bandpasses BP, treten, wie bereits erklärt, die Frequenzen
f13, f23, f14 und f24inwechselnder Folge auf, wobei im gleichen Zeitpunkt jeweils
nur eine dieser Frequenzen vorhanden sein kann. Führt man diese Frequenzen dem Eingang
des Modulators G'V2 zu, dessen anderem Eingang die abwechselnd auftretenden
Frequenzen f, und f6 des Generators FG,
zugeführt werden, so treten am Ausgang
des Modulators G3'2 die Modulationsprodukte aus der gegenseitigen Modulation der
gerade vorhandenen Frequenz der Summenfrequenzen f13, f231 f14 und f24 mit einer
der beiden im gleichen Zeitpunkt vorhandenen Frequenzen f5 oder f6 auf. Durch den
Bandpaß BP2 werden aus diesen Modulationsprodukten die Frequenzen f245, .f145, f235,
f135, f246, f148. f236 und f1.36 ausgesiebt.
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Im Beispiel der Fig. 5 sind die aus je einer der Frequenzen f1, bis
f24 und einer der Frequenzen f5 oder fg gebildeten Differenzfrequenzen gewählt.
An ihrer Stelle können natürlich auch die entsprechenden Summenfrequenzen verwendet
werden.
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Durch die Frequenzen f145 bis f", läßt sich jede der möglichen Kombinationen
der Stromzustände der Signalkanäle i, 2 und 3 darstellen. Die Frequenz f24. bedeutet
z. B. nach den obigen Erklärungen für die Signalkanäle i und 2 Trennstromzustand
und für den Signalkanal 3 Zeichenstromzustand. Aus der folgenden Zusammenstellung
ist die Bedeutung jeder dieser Frequenzen für die Signalkanäle i, 2 und 3 ersichtlich.
Zeichenstromzustand ist dabei mit Z, Trennstrom- j zustand durch T bezeichnet.
Frequenz I /IM I Har. I fass I fier. 11.6 I f146
11. I f136 |
Signal- |
kanal i T Z T Z T Z T Z |
Signal- |
kanal 2 T T Z Z T T Z Z |
Signal- |
kanal 3 Z Z Z Z T T T T |
Die durch den Bandpaß BP, ausgesiebten Frequenzen können nun weiteren Stufen der
Übertragungseinrichtung zugeführt werden. Für das Beispiel der Fig. 4 ist angenommen,
daß sie in einer mit
HF bezeichneten Stufe in eine höhere
Frequenzlage umgesetzt und dann einer Leistungsstufe LS zugeführt werden.
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Das Verfahren läßt sich auf eine solche Anzahl gemeinsam zu übertragender
Nachrichten anwenden, als man die geforderte Genauigkeit der immer größer werdenden
Frequenzstufen einhalten kann. Um gleich große Frequenzstufen der Ausgangsfrequenzen
zu erhalten, muß man, wenn man die Frequenzstufe des Signalkanals i gleich dem beliebig
wählbaren Wert d f
wählt, die des Signalkanals 2 gleich dem Wert 2 # d f und
diejenige des n-ten Signalkanals gleich dem Wert d f -211-1 wählen. Eine
Übertragung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigt dann für n gleichzeitig
zu übertragende Signale ein Frequenzband von der Breite d f # 2n.
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Zweckmäßigerweise ordnet man die Phasenlage der Stromzustände der
einzelnen Signalkanäle auf der Sendeseite so zueinander, daß die Stromschrittgrenze,
d. h. die Übergänge der einzelnen Stromzustände, z. B. zwischen Trenn- und Zeichenstromzustand,
in sämtlichen Kanälen in einen Zeitraster fallen, der vom Phasenordner bestimmt
wird.