FI73341C - Mellanfoerstaerkare som anvaends i tvaoledningsfoerbindelser i ett valbart telefonnaet samt foerfarande foer reglering av dess foerstaerkning. - Google Patents

Description

T 73341

Valinnaisen puhelinverkon 2-johdinyhteyksillä käytettävä välivahvistin ja menetelmä sen vahvistuksen säätämiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä valinnaisen puhelin-5 verkon 2-johdinyhteyksillä käytettävän välivahvistimen vahvistuksen säätämiseksi. Keksintö koskee myös tällaisilla yhteyksillä käytettävää välivahvistinta, jonka vahvistus-suuntaa ohjataan signaalin voimakkuuden mukaisesti.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä mitataan eri siir-10 tosuunnista tulevien signaalien amplitudeja, verrataan eri siirtosuunnista tulevien signaalien mitattuja amplitudeja ja säädetään välivahvistimen sisäisen nelijohdinyhteyden kumpaakin siirtosuuntaa varten olevien ohjattavien vahvistimien vahvistusta amplitudien eroarvon perusteella syöttä-15 mällä ohjausjännite vastakkaisvaiheisten ohjauksen sovitti-mien kautta ohjattaville vahvistimille.

Keksinnön mukainen välivahvistin käsittää siten paitsi edellä mainitut ohjattavat vahvistimet sisäisen nelijohdinyhteyden kumpaakin signaalin siirtosuuntaa var-20 ten, myös ohjauselimet ohjattavien vahvistimien ohjaamiseksi eri siirtosuunnista signaalien tasoeron perusteella, jolloin ohjaus tapahtuu vastakkaisvaiheisten sovittimien kautta.

Keksinnön mukaisella vahvistimella voidaan kytkeä 25 sarjaan kaksi valinnaisen puhelinverkon puhelinyhteyttä esim. kutsunsiirtolaitteessa, jolloin vaimennus pysyy puhelinverkkojen rakennemääräysten sallimissa rajoissa ja puheen ymmärrettävyys säilyy hyvänä.

Valinnaisen puhelinverkon 2-johdinyhteyksillä ei 30 voida soveltaa konventionaalisia 2-johdin-välivahvistimia, joiden toiminta perustuu tarkoin tunnettuihin linjaimpe-dansseihin (puhelinverkon kiinteästi kytketyt yhteydet) ja tapauskohtaiseen viritykseen.

Valinnaisen puhelinverkon Iinjaimpedanssin vaihtelu 35 vaikuttaa välivahvistimen sisäisen Iinjahaarukoiden avulla __- 1“ 2 73341 toteutetun 4-johdinyhteyden hyvyyteen (linjahaarukka viritetty tietylle impedanssille esim. 600 Ohm) ja näin ollen kytkentä alkaa värähdellä heti, kun vastakkaisesta suunnasta takaisinkytkentänä saapuvan signaalin ja syötettävän 5 signaalin kokonaisvahvistus tulee suuremmaksi kuin yksi.

Itsevärähtelyn eliminoimiseksi 2-johdin-välivahvis-timen on kyettävä pitämään eri suuntiin kulkevien signaalien summavahvistus alle yhden jonkinlaisen automaattisen säätöpiirin avulla.

10 Tyypillisesti muuttuville Iinjaimpedansseille tar koitetut 2—johdin-välivahvistimet ovat puolidupleksisia eli ne siirtävät ja vahvistavat signaalia yhteen suuntaan kerrallaan.

Tällöin eliminoituu Iinjahaarukan todennäköisestä 15 epäsovituksesta johtuva oskillointi (ei värähtelyn aiheuttavaa takaisinkytkentää), samoin puhelinyhteydellä syntyvä vaimennus voidaan kompensoida täydellisesti vuorotellen kumpaankin signaalin kulkusuuntaan.

Tällaisessa vahvistimessa signaalin kulkusuuntaa 20 ohjataan tyypillisesti eri suunnista tulevien puhetaajuis-ten signaalien perusteella toimivan suunnanvaihtokytkimen avulla olettaen, että informaatio kulkee vuorotellen suunnasta toiseen.

Puheensiirrossa puolidupleksinen liikennöinti toimii 25 vain erittäin edullisissa olosuhteissa ja kun kumpikin pu huja tietää vuorottelevan puheen periaatteen. Tyypillisesti syntyy informaatiokatkoksia ja häiritseviä ei-toivottuja katkonnasta johtuvia signaaleja. Lisäksi ulkoiset häiriö-äänet tai linjojen erilaiset vaimennukset vaikuttavat suun-30 nanohjaukseen.

Näin ollen kytkinperiaatteella toimivan vahvistimen suunnanohjausta ei voida saada toimimaan siten, että laitteen puheensiirto-ominaisuudet olisivat edes välttävät.

Puolidupleksisella periaatteella toimivien 2-johdin-35 välivahvistimien puheensiirto-ominaisuuksien parantamiseksi 3 73341 on esitetty säädettävävahvisteista puheella ohjattavaa suunnansäätöperiaatetta kaiutinpuhelinsovelluksessa (US-patentti 4 507 524), jossa suunnankäännön yhteydessä syntyvät häiriöäänet ja informaatiokatkokset on pyritty eli-5 minoimaan aikavakioon perustuvalla "pehmeällä" vahvistuksen suunnanvaihdolla. Tällöin vaimennetaan edelliseen suuntaan kulkevan signaalin vahvistusta ja lisätään seuraavan suunnan vahvistusta (kokonaisvahvistus ohjauksen funktiona säätöalueella alle yksi). Aikavakion kuluttua vahvistuksen 10 suunta on vastakkaisessa puolidupleksitilassaan, kunnes vastakkaisesta suunnasta tuleva signaali ylittää tason-vertailupiirin suunnanvaihdon kytkentätason.

Tämäntyyppinen kaiutinpuhelinvahvistin on luettavissa kytkinperiaatteella toimivaksi suunnansäätöpiiriensä 15 perusteella, vaikka se onkin varustettu lineaarisäätöisillä vahvistimilla.

Puheensiirto-ominaisuudet ovat tässä tunnetussa ratkaisussa parantuneet vain osittain ja ovat enintään välttävät, koska vahvistuksen suunta lukkiutuu.

20 Puhelinverkon rajoitettu taajuuskaista (300 - 3 400

Hz) sulkee pois kahteen kantoaaltoon perustuvat ratkaisut siirrettäessä puheinformaatiota.

Keksinnön mukaisella 2-johdin-välivahvistimen vahvistuksen suunnanohjauksella saadaan aikaan ratkaiseva pa-25 rannus puheensiirto-ominaisuuksissa edellä esitetyissä epäkohdissa.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä siten, että vahvistusta säädetään jatkuvasti ja portaattomasti lineaarialueellaan jatkuvasti säätyvän ohjausjännit-30 teen avulla. Keksinnön mukaiselle välivahvistimelle on puolestaan tunnusomaista se, että ohjauselimet käsittävät kumpaakin siirtosuuntaa varten oman tasonmittauspiirinsä, tasonmittauspiirien ulostuloihin kytketyn yhteisen ero-vahvistimen ja erovahvistimen ulostuloon kytketyn Pl-sää-35 täjän, jonka ulostulo on kytketty ohjauksen sovittamille.

4 73341

Keksinnön mukaisena perusajatuksena on siis soveltaa välivahvistimessa säätöteknisiä ratkaisuja siten, että vahvistuksen suunnankäännön tapahtumiseksi ei ole olemassa ennaltamäärättvjä amplitudiarvoja, jotka täytyy ylittää, 5 vaan suunnanohjausjännite säätyy jatkuvasti eri siirtosuunnista tulevien signaaleiden amplitudien eroarvon perusteella lineaarialueellaan.

Keksinnön tärkeimpänä etuna voidaan pitää sitä, että valinnaisen puhelinverkon 2-johdinyhteyksille voidaan luoda 10 jatkoyhteyksiä puheinformaatiota siirrettäessä kuuluvuuden tai ymmärrettävyyden heikkenemättä. Käytännössä puhuvat henkilöt eivät välttämättä edes huomaa puhelinlinjalla mitään tavallisuudesta poikkeavaa.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisem-15 min viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista välivahvistinta, kuvio 2 esittää välivahvistimen siirtokäyrän suun-20 nanohjausjännitteen funktiona ja kuvio 3 esittää lohkokaaviona suunnanohjauspiirissä käytettävää PI-säädintä.

Kuviossa 1 on välivahvistin kytketty kahden 2-joh-timisen puhelinlinjan 1 ja 2 välille. Vahvistimessa muo-25 dostetaan laitteen sisäinen 4-johdinkytkentä linjahaaru- koilla 11 ja 21, jotta voidaan erottaa eri suunnista tulevat signaalit toisistaan ja että niitä voidaan täten myös erikseen vahvistaa. Sisäisen nelijohdinkytkennän kummallekin siirtosuunnalle on jänniteohjatut vahvistimet 12 ja 22. 30 Ohjattavan vahvistimen 12 sisäänmeno on kytketty linjahaa-rukalle 11 ja ulostulo tasonrajoitin- ja laajakaistasuoda-tinpiirin 14 kautta Iinjahaarukalle 21. Ohjattavan vahvistimen 22 sisäänmeno on puolestaan kytketty Iinjahaarukalle 21 ja ulostulo toisen tasonrajoitin- ja laajakaistasuoda-35 tinpiirin 24 kautta linjahaarukalle 11. Ohjattavien vahvistimien 12 ja 22 tehtävänä on kompensoida puhelinyhteyksillä

II

5 73341 syntyvää vaimennusta. Tasonrajoitin- ja laajakaistasuoda-tinpiirit 14 ja 24 puolestaan rajoittavat linjoille 1 ja 2 lähtevien signaalien tason ja kaistaleveyden puhelinverkkojen rakennemääräysten sallimiin rajoihin (esim Odbm ja 5 200-3 400 Hz).

Ohjattavan vahvistimen 12 sisäänmeno on kytketty tasonmittauspiirille A, jota on merkitty katkoviivalla, ja ohjattavan vahvistimen 22 sisäänmeno on kytketty tasonmittauspiirille B, jota on samoin merkitty katkoviivalla.

10 Tasonmittauspiirin A sisäänmenossa on jänniteohjattu mit-tausvahvistin 15, jonka ulostulo on kytketty tasonilmaisu-piirille 16, jonka ulostulo on puolestaan kytketty I-sää-täjän 17 sisäänmenoon. I-säätäjän 17 ulostulo ohjaa mit-tausvahvistinta 15. Tasonmittauspiiri B on kytkennältään 15 samanlainen kuin tasonmittauspiiri A, ja sen mittausvahvis-tinta, tasonilmaisupiiriiriä ja I-säätäjää on merkitty vastaavasti viitenumeroilla 25, 26 ja 27.

Tasonmittauspiirien ulostuloina toimivat tasonil-maisinpiirien 16 ja 26 ulostulot, jotka molemmat on kyt-20 ketty yhteiselle erovahvistimelle 18. Erovahvistimen ulostulo on kytketty PI-säätäjälle 19, jonka ulostulossa esiintyvä ohjausjännite puolestaan ohjaa ohjattavia vahvistimia 12 ja 22 vastakkaisvaiheisten ohjauksensovittimien 13 ja 23 kautta. Ohjauksensovittimien tehtävänä on toteuttaa oh-25 jättäville vahvistimille 12 ja 22 haluttu siirtokäyrä ohjaus jännitteen funktiona.

Mikäli ohjattavilla vahvistimilla olisi kiinteä vahvistus > 1, toimisi kytkentä todennäköisesti oskillaattorina, johtuen linjahaarukoiden epäideaalisuudesta vaihte-30 levillä linjaimpedansseilla, mikä on tyypillistä valinnaisen puhelinverkon 2-johdinyhteyksillä.

Oskilloinnin ehkäisemiseksi käytetään kytkennässä kuvion 2 mukaista siirtokäyrää vahvistukselle ohjausjännitteen funktiona. Vahvistusta kuvaava pystyakseli on logarit-: 35 minen ja PI-säätäjän 19 ulostulossa esiintyvää ohjaus jänni tettä vc kuvaava vaaka-akseli lineaarinen. Ohjausjännitteen __- τ~.

6 73341 vc äärirajoja on merkitty -v^:llä ja +v^:llä. Käyrä C1 kuvaa toiseen suuntaan tapahtuvaa vahvistusta ja käyrä vastaavasti vastakkaiseen suuntaan tapahtuvaa vahvistusta. Kuten tunnettua, mahdollistaa käytetty vahvistuksen siir-5 tofunktio suunnanohjauksen siten, että takaisinkytkennän summavahvistus ei ole koskaan yli yhden (kytkentä ei näin ollen itsevärähtele). Ohjausjännitteen keskiasennossa vahvistus kumpaankin suuntaan on yksi (vahvistin kompensoi tällöin vain kytkennässä sisäisesti syntyvät vaimennukset). 10 Siirrettäessä ohjausjännitettä vc jompaan kumpaan suuntaan keskiasennosta kasvaa vahvistus toiseen ja vaimenee toiseen suuntaan. Käytetty siirtokäyrä mahdollistaa sen, että vahvistettavalle suunnalle vastakkaissuuntaiset signaalit eivät täysin häviä kuulumattomiin lukuunottamatta ohjauksen 15 vaihtelualueen äärilaitoja.

Jotta edellä kuvatulla vahvistuksen siirtofunktiolla toteutetulle 2-johdinvälivahvistimelle saataisiin hyvät puheensiirto-ominaisuudet, vaaditaan siihen keksinnön mukainen puhetaajuisten signaalien perusteella dynaamisesti 20 toimiva lineaarinen suunnanohjaus, joka pystyy myös kompen soimaan puhelinyhteyksien väliset erot (vaimennus yhteyksillä voi vaihdella) sekä taustalta kuuluvien häiriöäänten vaikutuksen.

Seuraavassa selitetään vielä yksityiskohtaisesti 25 tasonmittauspiireistä A ja B sekä erovahvistimesta 18 ja PI-säätäjästä 19 muodostuvan suunnanohjauspiirin toimintaa. Eri suunnista tulevien signaalien jännitetasot saadaan tasonmittauspiireiltä A ja B. Mittauksen tasonsäädön ansiosta kompensoituvat puhelinyhteyksien väliset erot 30 sekä taustalta kuuluvien häiriöäänten vaikutukset suunnanohjaukseen. Kuviossa 3 on tarkemmin esitetty kuvion 1 mukaista erovahvistinta 18 ja PI-säädintä 19. (Säätötekniikasta tunnettuun tapaan on kuviossa 3 esitetty aikafunktioiden a(t), b(t) ja v (t) Laplace-muunnoksia A (s), B(s) 35 ja V (s)). Tasonmittauspiireiltä A ja B tulevat signaali-tasot A(s) ja B(s) tuodaan erovahvistimelle 18, jonka 7 73341 vahvistuskerrointa on merkitty Keillä. Erovahvistimelta saadaan painottunut lineaarinen suuntatieto tulevista signaaleista, toisin sanoen tieto siitä, kummasta suunnasta tulee voimakkaampi signaalitaso. Painottunut suuntatieto 5 erovahvistimelta on kytketty PI-säätäjälle 19, joka toimii varsinaisena suunnanohjaajana ohjattaville vahvistimille 12 ja 22, ja jonka ulostulojännite vc(t) vastaa siirto-käyrän ohjausjännitettä. PI-säätäjälle 19 on muodostettu suljettu säätöpiiri sen lähdöstä otetulla takaisinkytken-10 nällä ja asetusarvoksi on kytketty erovahvistimelta tuleva painottunut suuntatieto. Takaisinkytkennän vahvistuskerrointa on merkitty Katila, säätäjän P-termiä Puilla ja säätäjän I-termiä Teillä. Tällä järjestelyllä pyrkii säätäjän lähtöjännite eli ohjausjännite vc seuraamaan suunta-15 tiedossa tapahtuvia muutoksia PI-säätäjälle tyypillisen, dynaamisesti käyttäytyvän siirtofunktion mukaisesti. Näin ollen suunnanohjausjännite säätyy suuntatiedon määräämään vahvistettavaan suuntaan sopivalla nopeudella (I-termi rauhoittaa säätäjän ulostulossa tapahtuvia muutoksia).

20 Edelleen säätöpiirin ulostulo pyrkii suunnanohjauk sen keskiasentoon, kun erovahvistimelta tuleva suuntatieto saa arvon nolla. Tällainen tilanne on silloin, kun linjoilla 1 ja 2 ei ole signaalia tai kun signaalien tasot eri suunnista ovat yhtäsuuret. Samoin suuntatiedon poikkeama 25 pyrkii pienenemään pitempään jatkuvien signaalien yhteydessä tasonmittauksien automaattisen tasonsäädön ansiosta. Täten säätäjän ulostulojännite (ohjausjännite v ) ei pääse lukkiutumaan täysin toiseen laitaansa puhelinverkoissa normaalisti käytetyillä signaalitasoilla.

30 Edellä kuvatulla tavalla toteutettu säätöpiiri to teuttaa välivahvistimen vahvistuksen säädön siten, että vahvistin toimii dynaamisesti koko- ja puolidupleksitilo-jen välillä. Säätöpiirin avulla vahvistuksen suuntaa ohja-taanpehmeästi, mutta riittävän nopeasti tulevien puhesig-: 35 naalien mukaisesti. Ihmiskorva pystyy kompensoimaan suun- nankäännösvaiheessa sanojen alussa ilmenevät pienet tason-muutokset (pienin korvalla havaittava tasonmuutos 3 dB).

__ - τ~ 8 73341

Kokonaisuutena edellä esitetyn lohkokaavion mukainen kytkentä toimii puheensiirrossa kuten kiinteille johdoille tarkoitetut kaksijohdinvälivahvistimet, mutta valinnaisessa puhelinverkossa kuitenkin laajalla impedanssialueella ilman 5 virityksiä, toisin sanoen kytkentä ei ole kriittinen linja-haarukoiden epäsovitukselle.

Vaikka keksintöä onkin edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut ainoastaan siihen. Niinpä 10 voidaan keksinnön mukaista vahvistuksen säätöperiaatetta käyttää myös kaiutinpuhelimissa. Tällöin toinen linjahaa-rukka on korvattu kaiutin-mikrofoniyhdistelmällä.

Claims (2)

9 73341 1. Menetelmä valinnaisen puhelinverkon 2-johdinyh-teyksillä käytettävän välivahvistimen vahvistuksen säätä- 5 miseksi, joka välivahvistin käsittää ohjattavat vahvistimet (12, 22) sisäisen nelijohdinyhteyden kumpaakin signaalin siirtosuuntaa varten, jolloin menetelmässä: - mitataan eri siirtosuunnista tulevien signaalien amplitudeja, 10. verrataan (18) eri siirtosuunnista tulevien sig naalien mitattuja amplitudeja toisiinsa ja - säädetään ohjattavien vahvistimien (12, 22) vahvistusta amplitudien eroarvon perusteella syöttömällä oh-jausjännite (v ) vastakkaisvaiheisten ohjauksen sovittimien 15 (13, 23) kautta ohjattaville vahvistimille (12, 22), tunnettu siitä, että vahvistusta säädetään jatkuvasti ja portaattomasti lineaarialueellaan (-v^...+v^) jatkuvasti säätyvän ohjausjännitteen (vc) avulla. 2. Valinnaisen puhelinverkon kaksjohdinyhteyksillä 20 käytettävä välivahvistin, jonka vahvistussuuntaa ohjataan signaalin voimakkuuden mukaisesti ja joka välivahvistin käsittää: - ohjattavat vahvistimet (12, 22) sisäisen nelijohdinyhteyden kumpaakin signaalin siirtosuuntaa varten ja 25. ohjauselimet ohjattavien vahvistimien (12, 22) vahvistuksen ohjaamiseksi eri siirtosuunnista tulevien signaalien tasoeron perusteella, jolloin ohjaus tapahtuu vastakkaisvaiheisten ohjauksensovittimien (13, 23) kautta, tunnettu siitä, että ohjauselimet käsittävät: 30. kumpaakin siirtosuuntaa varten oman tasonmittaus- piirinsä (A, B), - tasonmittauspiirien (A, B) ulostuloihin kytketyn yhteisen erovahvistimen (18) ja - erovahvistimen (18) ulostuloon kytketyn PI-säätä- 35 jän (19), jonka ulostulo on kytketty ohjauksensovittimil- le (13, 23) . ___ - τ~ 10 73341 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen välivahvistin, t u n n e t tu siitä, että kumpikin tasonmittauspiiri käsittää ohjattavan mittausvahvistimen (15, 25), mittausvah-vistimen ulostuloon kytketyn tasonilmaisinpiirin (16, 26) 5 sekä tasonilmaisinpiirin ulostuloon kytketyn 1-säätäjän (17, 27), joka ohjaa mittausvahvistimen (15, 25) vahvistusta . 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen välivahvistin, tunnettu siitä, että PI-säätäjä (19) on 10 takaisinkytketty. 11 73341

1. Förfarande för regiering av förstärkning i en mel-lanförstärkare sora används i tväträdsförbindelser i ett te-5 lefonnät med väljbara förbindelser, vilken mellanförstärka-re omfattar styrbara förstärkare (12, 22) för den inre fyr-trädsförbindelsens bägge signalöverföringsriktningar, var-vid enligt förfarandet: - de frän olika överföringsriktningar kommande signa-10 lernas amplituder uppmäts, - de frän olika överföringsriktningar kommande signa-lernas uppmätta amplituder jämförs (18) med varandra, och - de styrbara förstärkarnas (12, 22) försträkning regleras pä basen av amplitudernas skillnadsvärde genom att 15 mata en styrningsspänning (vc) via motfasade styrnings-adaptrar (13, 23) tili de styrbara förstärkarna (12, 22), kännetecknat därav, att förstärkningen regleras kontinuerligt och steglöst medelst en inom sitt lineäromrä-de (-v^...+v^) kontinuerligt självreglerande styrningsspän-20 ning (v ).

• 2. Mellanförstärkare, som används i tväträdsförbindel- ser i ett telefonnät med väljbara förbindelser, vilken för-stärkares förstärkningsriktning styrs enligt signalens styr-ka och vilken mellanförstärkare omfattar: 25. styrbara förstärkare (12, 22) för den inre fyrträds- förbindelsens bägge signalöverföringsriktningar och - styrorgan för styrning av de styrbara förstärkarnas (12, 22) förstärkning pä basen av frän olika överföringsriktningar kommande signalers niväskillnad, varvid styr- 30 ningen sker via motfasade styrningsadaptrar (13, 23), kännetecknad därav, att styrorganen omfattar: - en egen nivämätningskrets (A, B) för bägge överfö-ringsriktningarna, - en gemensam skillnadsförstärkare (18) kopplad tili 35 utgängarna av nivämätningskretsarna (A, B) och