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Verfahren zur Bestimmung der örtlichen Verteilung sowie der Einzel-und
Gesamtwirkung von Kopplungsstellen zwischen benachbarten, breite Frequenzbänder
übertragender! Leitungsvierpolen mittels kurzzeitiger Impulse Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Bestimmung der örtlichen Verteilung sowie der Einzel- und Gesamtwirkung
von Kopplungsstellen zwischen benachbarten, breite Frequenzbänder übertragenden.
Leitungsvierpolen.
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Ursachen und Wirkungen von Kopplungen von Fernmeldeleitungen, die
zum sogenannten - Nebensprechen führen, werden bisher mit stationären Frequenzen
im eingeschwungenen Zustand untersucht, und zwar durch Nebensprechdämpfungs- und
Nebensprechkopplungsmessungen. In dem ersten Fall begnügt man sich meistens mit
dem Amplitudenvergleich der Spannung oder des Stromes, während im zweiten Falle
ein Kompensationsverfahren angewendet wird.
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Auf längeren Leitungsstrecken können die meist sehr zahlreichen Kopplungen
im allgemeinen als im statistischen Sinne gleichmäßig verteilt angenommen werden.
Für die gesamte Störwirkung an den Leitungsenden ist daher die vektorielle Summe
aller im Zuge
der Leitung eingekoppelten Leistungsanteile maßgebend.
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Für eine einzige Kopplung gx in der Entfernung x ist. die Nebensprechspannung
am Leitungsanfang, z. B. für das Übersprechen
und für das Leitungsende
In diesen Formeln bedeutet 112. bzw. ?.C28 = die Spannung am Anfang bzw. Ende der
gestörten Leitung, 111" = die Spannung am Anfang der störenden Leitung. y , = das
Übertragungsmaß der störenden Leitung, yp, = das Übertragungsmaß der gerstörten
Leitung, der Wellenwiderstand der gestörten Leitung, gx = der Kopplungsleitwert
in der Entfernung x vom Leitungsanfang.
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Der am Anfang bzw. am Ende der Leitung wirksame Kopplungsleitwert
(55$ und damit die Nebensprechspannungen 14" oder l# e sind also gegebenenfalls
entfernungs- bzw. frequenzabhängig. Bei mehreren Kopplungsstellen erhält man den
resultierenden Vektor aus der Integration über die Gesamtstrecke 1.
I für das Nahnebensprechen und
für das Fernnebensprechen.
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Die Nebensprechspannung in der beeinflußten Leitung 2 und mit ihr
die Nebensprechdämpfung zeigen dabei eine mehr oder weniger große Abhängigkeit von
der Frequenz, die sich durch den Frequenzgang des Übertragungsmaßes und der Kopplungen
erklärt.
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Die Schwankungen der Nebensprechspannung können je nach Größe und
Verteilung der Kopplungen einen mit der Frequenz mehr öder weniger periodischen
Charakter annehmen (s. Abb. xb). Darauf beruht das bisherige Meßverfahren zur Entfernungsbestimmung
von Kopplungsstellen, wenn das Phasenmaß bzw. die Frequenzlaufzeit der Leitung bekannt
sind. Es wird im besonderen Maße in der Nebensprechausgleich-oder Entkopplungstechnik
angewendet. Die Genauigkeit der Ortsbestimmung hängt dann im hohen Maße davon -
ab, mit welcher Genauigkeit periodische Schwankungen in der resultierenden Schwankungskurve
der gemessenen bzw. kompensierten Nebensprechspannung eindeutig abgelesen werden
können. In vielen Fällen muß man sich aber mit einer angenäherten Schwerpunktsbestimmung
begnügen.
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Für die Übertragung von Nachrichten sind häufig breite Frequenzbänder
erforderlich. Zur leistungsmäßigen Beurteilung von Nebensprechstörwirkungen innerhalb
des zu übertragenden Frequenzbandes sind daher vielfach zeitraubende Messungen mit
Einzelfrequenzen notwendig, wenn man sich nicht mit der Untersuchung bei einer empirisch
ermittelten Schwerpunktfrequenz begnügen will, die naturgemäß keine exakte Lösung
der vorliegenden Aufgabe darstellt.
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Die Erfindung bedient sich demgegenüber zur Bestimmung der Größe und
der Verteilung sowie der leistungsmäßigen Wirkung der Kopplungen eines -Impulsverfahrens.
Impuls-Reflexionsverfahren zur Fehlerortung an Kabeln sind bereits bekannt. Bei
ihnen verursachen die von Kabelfehlern herrührenden Änderungen des Wellenwiderstandes
Reflexionen der in die Leitung hineingesandten Impulse, die in Abhängigkeit von
der Laufzeit und entsprechend dem zurückgelegten Weg als zeitproportionale Ablenkungen
auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre angezeigt werden.
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Demgegenüber soll bei der Erfindung nicht das Verhältnis zwischen
der in eine Leitung gesendeten Impulsleistung zu der aus der gleichen Leitung reflektierten
Impuls-Empfangsleistung gemessen werden, sondern es wird die Amplituden- und Zeitdifferenz
zwischen der in eine Leitung gesendeten Impulsleistung zu der in einer zweiten,
benachbarten Leitung an den Leitungsenden wirksamen Störleistung in Beziehung gebracht.
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Eine Inanspruchnahme desselben Übertragungsweges für die ausgesandte
und die zurückübertragene Leistung im Sinne einer Reflexion liegt also nicht vor.
Es ist für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem prinzipiell unerheblich,
ob die Störleistung am Meßort erzeugt und empfangen wird und dazwischen eine Umkehr
der übertragungsrichtung vorliegt, oder ob, z. B. bei Bestimmung der Fernnebensprechdämpfung,
die Störleistung vom anderen Ende her in die Leitung geschickt wird und ohne Umkehr
der Übertragungsrichtung zum Meßort am Anfang der Leitung gelangt.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens i setzt folgende mathematischen
Zusammenhänge voraus: Der Meßimpuls als Zeitfunktion s (t) läßt sich nach Fourier
durch sein Frequenzspektrum 2 (P) darstellen, und zwar mit = i'co
mit der Umkehrbeziehung
Schreibt man die Zeitfunktion als Sendefunktion
dann wird bei einem Übertragungsmaß
die Empfangsfunktion
Bei verzerrungsfreien Überfragungssystemen, bei denen
a (co) und
konstant sind, erhält man in der Entfernung x bei einer Laufzeit
die Empfangsfunktion 00 00
= e-Yx f SIe7(wt-f-@pl)d@ - e-ax@ S1 j[w(t-tx)-f.@Ih)
dCU.
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0 00
Die Empfangsfunktion ist dann gegenüber der Sendefunktion
lediglich um den Betrag e-ax gedämpft und um die Laufzeit ix verzögert, sie entspricht
aber dem spektralen Inhalt. der _Sendefunktiön (s. Abb. z c).
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Mit der üblichen Bezeichnung e-all = Aals Übertragungsfaktor-des
Systems erhält man dann
Bei Nebensprech- und Kopplungsmessungen wäre sinngemäß noch ein Kopplungs-Übertragungsfaktor
2[K (co) an der Kopplungsstelle zu berücksichtigen, nämlich für einen Kopplungsleitwert
mit 2Ci = Störspannung in .der störenden Leitung z, ,C,' = Nebensprechspannungl
der gestörten 22 = Wellenwiderstand J Leitung 2.
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Dann erhält man an der Kopplungsstelle in der gestörten Leitung eine
Empfangsfunktion Sä (t), bezogen auf den Leitungsanfang der Leitung z
und für den Fäll des Nahnebensprechens, wenn außerdem y1 = y2, wird die Empfangsfunktion
am Anfang (Meßort) der Leitung 2
In den meisten Fällen kann .der Kopplungsleitwert (35g und damit der Kopplungs-Übertragungsfaktor
2[rr als linear mit der Frequenz ansteigend angenommen werden. Unter Berücksichtigung
der Amplitudenverhältnisse des Impulsspektrums kann dann z. B. für einen einseitigen
Impuls als Stoßfunktion, bei sonst verzerrungsfreier Übertragung, das System annähernd
als Breitbandsystem mit unterer Bandbegrenzung aufgefaßt werden (s. Küpfmüller:
»Die Systemtheorie der elektr. Nachrichtenübertragung«).
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden kurzzeitige,
entweder einseitige oder alternierende Impulse verwendet, die in bekannter Weise
erzeugt und angezeigt werden.
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Das Wesentliche der Erfindung besteht nun darin, daß die Impulsform
und die Breite der Impulse so gewählt werden, daß die Schwerpunktfrequenz innerhalb
des Frequenzspektrums leistungsmäßig der Leistungsverteilung des zu untersuchenden
Frequenzbandes auf dem Leitungsvierpol entspricht und gleichzeitig eine ausreichende,
zeitliche Auflösung für untereinander dicht benachbarte Kopplungsstellen oder Kopplungsschwerpunkte
erzielt wird. Da zwischen den zahlreichen kleinen Kopplungsstellen an einer normalen
Kabelfertigungslänge eine gewisse Korrelation im statistischen Sinne besteht, genügt
es z. B., wenn man für mehrere hintereinandergeschaltete Längen die Summenwirkung
jeder Einzellänge feststellen kann. In diesem Falle ist es daher für die Praxis
ausreichend, wenn für Nebensprechmessungen die Impulsbreite so gewählt wird, daß
eine einwandfreie zeitliche Auflösung erreicht wird, die unterhalb der Impulslaufzeit
für eine Einzellänge liegt. An normalen Trägerfrequenz-Fernkabeln ergeben sich hierfür
Impulsbreiten, bei denen die Schwerpunktfrequenz des Spektrums annähernd der höchsten
Übertragungsfrequenz der Tf-Systeme von rund 500 kHz entspricht.
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Durch leistungsmäßige Summierung wird außerdem die Gesamtstörwirkung
aller Kopplungen innerhalb des durch den Impuls vorgegebenen Spektrums und damit
die Nebensprechdämpfung für ein Frequenzband statt für eine Einzelfrequenz durch
ein besonderes Instrument angezeigt.
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Mit dem. erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich gegenüber dem bisherigen
Meßverfahren der große Vorteil, daß die einzelnen Kopplungsstellen nach Größe und
Verteilung sowie in ihrer leistungsmäßigen Wirkung für ein Spektrum unmittelbar
abgelesen werden können.
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Mit Hilfe eines besonderen Zusatzimpulsgenerators können auch die
im eingeschwungenen Zustand nicht ohne weiteres zu ortenden Fernnebensprechkopplungen
quantitativ und örtlich bestimmt werden.
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Durch die Fremdsynchronisierschaltung kann die Zeitdifferenz zwischen
der Impulstastung am fernen und nahen Leitungsende beliebig verändert werden.
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Das Meßverfahren ist weiter so entwickelt, daß mit Hilfe des Zusatzgenerators
und der einstellbaren Synchronisierschaltung die Kompensationsmöglichkeiten von
Nah- und Fernnebensprechkopplungen untersucht werden können.
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Mit dem Meßverfahren nach der Erfindung können außerdem grundsätzlich
alle Vierpohnessungen hinsichtlich der Übertragungsverzerrungen und der Laufzeit
genauer und unter weniger Zeitaufwand als im eingeschwungenen Zustand ausgeführt
werden. Das Verfahren ist somit unter anderem im besonderen für Nebensprech-, Kopplungs-
und Entkopplungsmessungen geeignet. Diese Messungen spielen eine große Rolle in
der Nebensprechausgleichtechnik, die ihrerseits eine besondere Bedeutung durch die
zunehmende trägerfrequente Mehrfachausnutzung von Fernmeldeleitungen gewonnen hat.
Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich diese Messungen in unvergleichbar schnellerer
und leichterer Weise als bisher ausführen. Da das Meßverfahren auch an kurzen Leitungsabschnitten
anwendbar ist, kann z. B. auch die Kopplungsverteilung
an Kabelfabrikationslängen
untersucht werden. Dadurch ist es z. B. möglich, den durch die Verseilung erreichten
Entkopplungsgrad laufend zu überprüfen und zu verbessern. - Bei Entkopplungsuntersuchungen
an allen Leitungssystemen kann vorteilhafterweise sofort die Wirkung einer eingebauten
Gegenkopplung überprüft werden.
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Im folgenden wird die Anordnung undDurchführung des erfindungsgemäßenVerfahrens
anHandderschematischen Stromlaufzeichnung (Abb. a) näher erläutert.
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Die vollständige Anlage besteht aus dem eigentlichen Meßteil
A und dem zusätzlichen Sender B.
Aufbau und Wirkungsweise der verwendeten
Verstärker, des Kathodenstrahlrohres einschließlich der dazugehörigen Ablenkschaltungen
sowie des Impulsleistungsmessers sind in der einschlägigen Literatur eingehend behandelt
worden und daher bekannt. Für die Impuls- und Zeitmarkenerzeugung kann ein nach
W. Kroebel (»A. E. Ü.«, S. 1o8, 1947, und »Elektron« 5, S. 447, 1952) angegebenes
Verfahren angewendet werden.
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Zur unmittelbaren Zeit-(Orts-)Bestimmung werden die geeichten Zeitmarken
gleichzeitig mit der Meßgröße dem Leuchtschirmbild A =q. eingetastet. Zu diesem
Zweck kann ein Zweistrahlrohr mit getrennt schreibenden Leuchtlinien für Meßgrößen
und Zeitmarken oder ein Einstrahlrohr mit elektronischer Umschaltung auf Meßgröße
bzw. Zeitmarke verwendet werden. Die Meßschaltung ist so gewählt, daß sowohl Eigen-
wie Fremdsynchronisierung möglich sind. Zur Pegelanhebung der Fremdsynchronisierspannung
und zu deren Phasenänderung ist ein besonderer Synchronisierverstärker A i vorgesehen.
Die für die Synchronisierung erforderlichen fremden oder eigenen Impulsauslösefrequenzen
von A a oder B i stimmen annähernd mit 10/, überein. Die von den Impulserzeugern
A 5 und B 3 erzeugten Meßimpulse gleichen sich in ihrer Form und Größe
und damit in ihrem spektralen Inhalt weitgehend. Durch den mit A 6 bezeichneten
Eichteiler kann die Impulsamplitude für Eich-, Vergleichs- und Kompensationsmessungen
in weiten Grenzen verändert werden. MeßverstärkerA =i und Kompensator bilden eine
Einheit. Die vollständige oder teilweise Kompensation der aus dem Vierpol empfangenen
Meßimpulse durch den Eichimpuls des Erzeugers A 5 kann entweder vor dem Verstärker
in einer Mischstufe oder in einem hinter dem Meßverstärker folgenden Kompensator
(wie in der Stromlaufzeichnung schematisch dargestellt) erfolgen. Mit dem an den
Verstärkerausgang angekoppelten Störleistungsmesser kann die gesamte vom gemessenen
Vierpol eintreffende Impulsstörleistung über eine Impulsperiode leistungsmäßig ausgemessen
werden.
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Es können Verzerrungs--und Laufzeitmessungen an allen Vierpolen ausgeführt
werden. Für Messungen, bei denen der Eingang des Vierpols am Meßort nicht zugänglich
ist (z. B. Streckenmessungen an Leitungsvierpolen), wird der Zusatzsender B verwendet.
Die Synchronisierung erfolgt in diesem Falle vom Sender B über eine besondere Leitung.
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Für die Nahnebensprechuntersuchungen kann man im allgemeinen auf den
besonderen Sender B verzichten. In der Schaltung »Nahnebensprechen« von S IV liegt
der Sender A 5-6 an der störenden Leitung x, der Empfangsverstärker A =i an der
gestörten Leitung z. Die örtlich verteilten Kopplungen erscheinen zeitproportional
auf dem Leuchtschirm. Ihre Größe kann durch Amplitudenvergleich ermittelt werden.
Die gesamte Nebensprechdämpfung kann am Instrument A =3 abgelesen werden. Bei Verwendung
des Zusatzsenders B kann auch die Wirkung der Kompensation bei den einzelnen Kopplungsstellen
für die gesamte Störwirkung untersucht werden. In diesem Falle wird die störende
Leiturig i vom Sender B gespeist. In der Schalterstellung 3 »Kompensation« von SIII
können beliebige, auf dem Leuchtschirm sichtbare Einzelkopplungen kompensiert und
die dadurch eintretende Dämpfungsänderung an A13 ausgemessen werden. Fernnebensprechuntersuchungen
werden sinngemäß ausgeführt. Hierfür wird grundsätzlich der besondere Sender B benötigt.