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Verfahren zur wechselzeitigen Übertragung mehrerer Telegrafiekanäle
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur verbesserten Mehrfachausnutzung
von übertragungswegen für die Telegrafie.
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Ein normaler Nf-Kanal mit einer Dynamik von 7 Neper und einem Frequenzumfang
von 300 ... 34oo Hz hat eine Nachrichtendurchlässigkeit von
Ein Telegrafiekanal von 5o Baud Telegrafiegeschwindigkeit stellt ein Nachrichtenangebot
von 50 - r = 5o bit/sec dar. Man würde also über einen Nf-Kanal nicht weniger als
Telegrafiekanäle übertragen können. Mit den üblichen Verfahren der Frequenzselektion
erreicht man mit großem Aufwand aber maximal 24 Telegrafiekanäle.
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Es ist naheliegend, mit einem anderen Verfahren zur Mehrfachausnutzung
zu arbeiten, z. B. mit Zeitselektion. Es zeigt sich jedoch, daß man zwar eventuell
die Telegrafieendeinrichtungen etwas vereinfachen könnte, daß aber der informatorische
Wirkungsgrad hierbei noch schlechter wird.
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So ist bereits ein System dieser Art vorgeschlagen worden, bei dem
neun Kanäle periodisch alle z,25 msec abgetastet werden.
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Man erhält zwangläufig Telegrafieverzerrungen in der Größenordnung
dieser Abtastperiode. Der Grund, weshalb der Wirkungsgrad so schlecht ist, liegt
unter anderem darin, daß die Abtastung der vom Ortskreis kommenden Telegrafiezeichen
unrationell erfolgt.
Hat man nämlich einen Übergang (z. B. Zeichen
in Trennlage oder umgekehrt) abgetastet, dann kann man sich bei unverzerrten Zeichen
(5o Baud) darauf verlassen, daß in den nächsten 2o mseckein Übergang mehr erfolgt,
d. h., daß man in dieser Zeit nicht mehr abzutasten braucht. Liegen jedoch verzerrte
Zeichen vor, so ist diese Zeit eventuell kürzer, z. B. 15 ursec: Man könnte nun
auf den Gedanken kommen, daß man die Zeitfolge des Abtastens durch die Übergänge
selbst steuert. Es zeigt sich jedoch, daß dies infolge der nicht bestehenden Synchronität
der ankommenden Kanäle des Vielfaches zwangläufig zu einer Beeinflussung durch die
Nachbarkanäle führen muß. Man muß also auf jeden Fall periodisch abtasten, und zwar
mit dem kürzesten zeitlichen Abstand, der zwischen aufeinanderfolgenden Übergängen
zu erwarten ist, also z. B. mit 15 ursec Abstand.
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Der wesentliche Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens zur wechselzeitigen
Übertragung mehrerer Telegrafiekanäle über einen gemeinschaftlichen Übertragungsweg
besteht darin, daß die Periode für die Abtastung der einzelnen Kanäle nur wenig
kürzer als der kürzeste vorkommende Zeichen- oder Trennschritt ist und daß in jeder
Kanalperiode einmal irgendein Kriterium erzeugt und übertragen wird, das eine Aussage
darüber enthält, ob imAbtastzeitpunktTrenn- oder Zeichenlage herrschte, sowie darüber,
ob. und in welchem Zeitpunkt ein Übergang von Trenn- in Zeichenlage oder umgekehrt
erfolgt ist.
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Das Prinzip der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen eines speziellen
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Fig. i zeigt schematisch ein Beispiel für eine sendeseitige Abtastschaltung;
Fig. 2 stellt ein Diagramm dar, um die Bildung der entstehenden Impulse zu erläutern;
Fig.3 zeigt ein Beispiel für eine Empfangsschaltung; Fig. 4 gibt ein Diagramm zur
Erläuterung der Arbeitsweise der Empfangsschaltung, und Fig. 5 zeigt .ein Prinzipschaltbild
einer gesamten Anlage, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet. In Fig.
i rechts sei an den Klemmen a eine abgehende, mehrfach auszunutzende Leitung angeschlossen.
Mit i bis 5 sind die Anschlüsse von z. B. fünf zu übertragenden Nachrichtenkanälen
angedeutet. Links von der gestrichelten senkrechten Linie ist die Tasteinrichtung
für nur einen Kanal, z. B. den fünften, dargestellt. Es wird mittels des mit IS,
bezeichneten Impulsschalters im vorgesehenen Abtastzeitpunkt an die gemeinsame Leitung
angeschaltet. Der Impulsschalter JSl wird von einem Impulsverteiler beliebiger Ausführungsform
gesteuert. Auch er kann von beliebiger, bekannter Bauart sein. Verteiler und Impulsschalter
können elektronischer oder auch mechanischer Natur sein. Sie gehören nicht zum Gegenstand
der Erfindung. Die Tasteinrichtung nach Fig. i, mit der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt werden kann, besteht aus einem Relais M, dessen Kontakt na im Rhythmus
der zu übertragenden Telegrafiezeichen eine positive oder negative Batteriespannung,
jeweils z. B. von 6o V, an .ein aus den Widerständen R1, R2 und der Spule L bestebendes
Netzwerk legt. Der Ausgang dieses Netzwerkes ist am Punkt X mit dem Impulsschalter
JSi verbunden.
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Die Funktion der Anordnung nach Fig. i soll in Verbindung mit dem
Diagramm der Fig. 2 erläutert werden.
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Legt der Kontakt m des Relais M z. B. von - nach -I- um, so ist im
ersten Zeitpunkt P1 (Fig. 2) die Spannung am Punkt X gleich der Batteriespannung,
also z. B. -I- 6o V, weil die Induk,tivität L im ersten Moment einen unendlich hohen
Widerstand darstellt. Diese Spannung am Punkt X sinkt jedoch mit der Zeitkonstanten
wobei nach 15 ursec der Punkt P2 (z. B. 45 V) durchlaufen wird. Wird nun dieser
Spannungsverlauf mittels des Impulsschalters JSi in einem beliebigen Zeitpunkt abgetastet,
so kann aus der Amplitude des Abtastimpulses folgendes geschlossen werden:-i. Amplitude
6o V : Übergang - nach -f- vor o ursec 2. Amplitude 45 V : Übergang - nach -i- vor
-15 ursec -3. Amplitude 30. .. 45 V: Während der letzten 15 ursec lag immer positive
Spannung vor. Die in Fig.2 rechts gezeigte schraffierte Fläche stellt beispielsweise
einen derartigen, durch Abtastung gewonnenen, positiven Impuls mit einer Amplitude
zwischen 45 und 6o V dar.
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Das heißt, für den dargestellten Impuls erfolgte ein Übergang von
- nach -I- zwischen o und 15 ursec.
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Genau dieselben Überlegungen gelten für die Impulse mit negativer
Amplitude.
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Es ist selbstverständlich, daß für die Amplituden zwischen 6o und
45 V ein eindeutiger (und in erster Näherung linearer) Zusammenhang zwischen Amplitude
und Zeit seit dem Übergang besteht. Ein Punkt verdient besondere Beachtung: Solange
das Relais M in einer der beiden Richtungen umlegt, ist der Entladekreis für die
Induktivität L geöffnet. Sie entlädt sich also unendlich rasch, so daß keine Programmverzerrungen
zu erwarten sind.
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Nach den Grundsätzen der Nachrichtentheorie können auf einem Kanal
mit der Bandbreite von 31o0 Hz insgesamt 2 - 3100 - 620o voneinander unabhängige
Amplitudenwerte übertragen werden. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Phasen-und
Amplitudenverzerrungen bestimmte Voraussetzungen erfüllen. Rechnet man deshalb vorsichtig
mit
nur 3100 unabhängigen Amplitu_ denwerten, so ist es bei einer Abtastperiöde
von 15 msec möglich, gleichzeitig
Telegrafiekanäle zu übertragen. Hierbei müßten die Verzerrungen durch Störungen
auf dem Übertragungsweg etwa um den Faktor 8 größer sein als der Störabstand des
Systems (s. Fig. 2).
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Ist z. B. Störabstand ioo : i, so ergeben sich Verzerrungen in derGröße
von =5msec
Besonders günstige Verhältnisse liegen bei Impulssystemen vor. Beispielsweise überträgt
ein normales PPM-System pro Sekunde 8ooo voneinander unabhängige Amplitudenwerte.
Wählt man für den Einzelkanal eine Abtastperiode von 15 (oder 2o) msec, so können
insgesamt
Telegrafiekanäle über einem Nf-Kanal übertragen werden.
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Um aus der Amplitudenbedeutung nach Fig. a wieder Telegrafiezeichen
zu gewinnen, kann eine Empfangsschaltung, wie _z. B. die in Fig. 3 dargestellte,
vorgesehen sein.
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Das Empfangsrelais 'IV befindet sich im Anodenkreis einer Röhre, deren
Gitter mit der Kombination Ci R3 C2 verbunden ist. Ist die Momentanspannung am Gitter
relativ positiv, so wird das Relais N erregt, ist sie relativ negativ, so wird es
nicht erregt. Die beiden Kondensatoren Cl und C, können zu einem Zeitpunkt, welcher
durch den Synchronismus des Gesamtsystems definiert ist, durch die beiden Impulsschalter
1S2 und IS" auf die definierten Potentiale U1 bzw. U, gleichzeitig aufgeladen werden.
Der Einfachheit halber sei angenommen, C2 sei (z. B. iomal) größer als Cl, dann
ändert, wenn U2 nicht gleich U1 ist, C2 seine Ladung in Abhängigkeit von der Zeit
praktisch nicht. Macht man z. B. U2 genügend positiv, so wird das Relais N nach
einiger Zeit bestimmt erregt. Wann dies geschieht, hängt wesentlich davon ab, welches
Anfangspotential U" der Kondensator Cl hatte. Ist diese sehr negativ, so dauert
es lange Zeit, bis die Ansprechschwelle US für N überschritten wird, war jedoch
Ulo weniger negativ, so dauert es eine kürzere Zeit. Diese Verhältnisse zeigt das
Diagramm der Fig. q.. Es besteht also auch hier ein eindeutiger und in erster Näherung
linearer Zusammenhang.
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Fig. 5 gibt schematisch die Gesamtschaltung für eine Anlage wieder,
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Während der (linke) Sendeteil
auf Grund der Besprechung der Fig. 1 ohne weiteres klar ist, bedarf der (rechte)
Empfangsteil näherer Erläuterung.
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Die beiden Röhren Y2 und V3 bilden einen stark begrenzenden Verstärker
ohne Phasenumkehr. Ist z. B. die Spannung am Punkt X im Ahtastzeitpunkt größer als
-I- 30 V so wird die Röhre T'3 durch die -Röhre V2 völlig gesperrt;' umgekehrt
wird die Röhre V2 völlig gesperrt, wenn die Spannung im selben Zeitpunkt negativer
als -3o V ist. Es wird dadurch erreicht, daß der Kondensator C2 mit dem Schließen
des Schalters JS3 auf ein definiertes positives oder negatives Potential aufgeladen
wird.
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Über die Röhre V4 und den mit IS, gekoppelten Impulsschalter
JS2 wird der Kondensator Cl mit zum empfangenen Impuls umgekehrten Vorzeichen aufgeladen.
Die Höhe der Ladung (U1( von Fig. q.) hängt davon ab, in welchem zeitlichen Abstand
vom letzten Übergang von -f- zu - oder umgekehrt die Ahtastung durch den sendeseitigen
Impulsschalter JSl _erfolgte. An Hand der Fig. ,4 wurde erläutert, in welcher Weise
die Betätigung des Relais N vom Anfangspotential Ulo des Kondensators Cl abhängt.
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Ein solches Übertragungssystem ist offensichtlich auch in der Lage,
Zeichenlage oder Trennlage als Dauerzustand zu übertragen.
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Sende- und empfangsseitig wurde ein angenähert linearer Verlauf der
Spannungen am Punkt X bzw. am Gitter der Röhre V1 vorausgesetzt. Es ist indessen
klar, daß unzulässige Abweichungen von der Linearität durch Schaltmaßnahmen im Übertragungsweg,
die reziproke Nichtlinearitäten erzeugen, aufgehoben werden können. So könnte der
Röhre V4 durch einen nichtlinearen Widerstand R4 eine nichtlineare Gegenkopplung
gegeben werden.
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Die Prinzipien der- Erfindung wurden an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert. Es sei klargestellt, daß hierin keine Beschränkung ihres Wesens und ihrer
Anwendungsmöglichkeit zu sehen ist. So kann an Stelle der im Beispiel verwendeten
Amplitudenmodulation auch ein anderes Modulationsverfahren treten, z. B. Phasenmodulation.
Weiterhin können an Stelle der verwendeten Schaltungen die jeweils dazu dualen Schaltungen
vorgesehen sein. Alle derartigen Abwandlungen liegen durchaus im Rahmen des hier
offenbarten Verfahrens zur verbesserten Ausnutzung von Übertragungswesen bei der
wechselzeitigen Übertragung von Telegrafiekanälen.