SE451287B - Konferenssystem for att uppretta en samtidig utvexling av information mellan ett flertal abonnenter innefattande en konferenskrets for informationssignaler i konferensen - Google Patents

Description

451 287 2 för 6 respektive 10 deltagare. Dessa realiseringar har visat sig nöjliga, då S-matrisen för kretsen är symmetrisk, så att det är möjligt att realisera en ideell konferenskrets på beskrivet sätt med användning av reciproka krets- element.

Referensen (1) anger vidare (§3.4) att en ideell fyratrådskonferenskrets teoretiskt också är möjlig för 2N+2 deltagare. I detta fall är emellertid S-matrisen ej symmetrisk, vilket bl.a. betyder att icke-reciproka kretselement erfordras för realiseringen av en sådan konferenskrets. Någon realisering av en ideell fyratrådskonferenskrets finns emellertid ej.

Konferenssystemet i enlighet med uppfinningen är baserat på insikten om det faktum att en fyratrådskonferenskrets för ett jämt antal deltagare kan åstadkommas, där deltagarna kopplas till konferenskretsen via en hel-duplex tvåtrådsförbindning och där, sett från deltagarens sida, en ideell konferens- krets realiseras. Fyratrâdskonferenskretsens anslutningsmatris reduceras därvid (referensen (2), jämför med (1)) från ordningen (2N+2) till ordningen (N+1).

Den införingsförlust som uppnås i systemet enligt uppfinningen är mycket låg.

Således har en konferenskrets för 8 abonnenter bara en förlust av 8,5 dB, medan det i det föregående nämnda kända systemet resulterar i en förlust av 15,8 dB, om en absolut stabiliet krävs för båda kretsarna. Det faktum att konferenskret- sen i enlighet med uppfinningen är förlustfri är ett definitivt bevis på att kretsen är absolut stabil.

Utföringsformer av uppfinningen, som illustrerar dess fördelar, kommer nu att beskrivas som exempel med hänvisning till ritningarna, där fjg_1a visar ett allmänt blockschema för ett tvâtrådskonferensnät för K+1 deltagare, jjg_lb visar en matris av S parametrar, S-matrisen, för det i fig la visade konferens- nätet, jjg_§a visar en möjlig anslutningsmatris för ett konferenssystem för fyra deltagare i enlighet med uppfinningen, figiög visar en utföringsform av ett konferenssystem för fiyra deltagare med en anslutningsmatris enligt fig 2a, fig 3a visar en nöjlig anticirkulerande anslutningsmatris för ett konferens- system för åtta deltagare i enligt med uppfinningen, jjg_§b visar en utförings- form av ett konferenssystem för åtta deltagare enligt fig 3a och fig_í visar stabilitetsområdet i det komplexa Z-planet.

Analysen av fyratrådskonferenskretsen är baserad på ett tvåtrådskonferens- nät som är känt i och för sig och som är visat i fig la. Vissa parametrar, som är av betydelse för konferenskretsar, kommer att definieras med hänvisning till fig la. Konferenskretsen CN för (K+1) tvåtrådsdeltagare innefattar (K+1) in- gångsportar betecknade med 0-0' till k-k'. Låt ingångsimpedansen Z för varje 3 451 za? port p-p' vara Zp, ingångsströmmen Ip, portspänningen Vp och låt porten matas från en spänningskälla Vbp genom en impedans R. De andra portarna och portpara- metrarna definieras på motsvarande sätt. Den i fig la visade konferenskretsen kallas en ideell krets, d.v.s. den har en mycket låg införingsförlust, är för- lustfri och absolut stabil förutsatt att följande tre krav är uppfyllda. Det första kravet är att ingångsimpedansen Z för alla portar är lika med källimpe- dansen för den spänningskälla, som är ansluten till denna del. I detta fall säkerställes den maximala överföringen av effekt från källan till konferens- nätet. Således är Zp = R för p = 0, 1, 2, _.. k. Effekten Pin som matas till porten P av källan som alstrar spänningen Vbp är lika med Všp/4R.

Det andra kravet är att dämpningen från varje port till alla de andra portarna är lika. Detta betyder att effekten Pin som t.ex. matas till porten p-p' för- delas lika mellan de återstående K portarna ; den del av effekten vid port p-p' som är tillgänglig vid varje annan port är följaktligen Poff = Pin/K.

Införingsförlusten IL för konferensnätet CN är således lika med 10 log 10 (K).

Då en ideell krets varken förbrukar eller reflekterar effekt är dämpningen ute- slutande resultatet av den lika fördelningen av effekt som sker mellan de åter- stående K portarna. Det tredje kravet är slutligen att konferenskretsen CN måste vara förlustfri. Genom publikationerna (1, 2, 3) är det känt att ett väsentligt villkor för ett sådant reciprokt/ideellt nät är att konferensnätet skall vara utfört för ett antal deltagare, som är lika med 4K+2.

För att möjliggöra realiseringen av en fyratrâdskonferenskrets kommer den i det föregående givna beskrivningen av tvåtrådskonferenskretsen nu att upp- repas på basis av S-parametrar. Elementen i en S-matris är uppdelade i elemen- tet utanför huvuddiagonalen, betecknat med S och elementet på huvuddiagona- len SPP. Därvid är Sqp kvadratroten ur förhållandet mellan den komplexa utgångsspänningen Puff vid porten q-q' och den maximala effekten Pin som alstras av generatorn vid porten p-p'. (Alla spänningskällor Vb utom Vbp antages vara noll). Således är: ___..- S = \/Puff qp P . 'max ln v-:â: _ =-\/Éåzflï' ' É55 Sqp anger hur stor del av den maximala effekten som erhålles från porten p-p' som transmitteras ("sprides") till porten q-q'. Införingsförlusen IL kan härledas ur uttrycket IL = 10 loglo (1/Szqp). Elementen i S-matrisen 451 287 4 på huvuddiagonalen ,S representerar kvadratroten ur förhållandet mellan den komplexa reflekterade effekten vid delen p och den maximala effekten som är tillgänglig från port p-p'. Således är: R-zp Siw = WP Spp anger hur stor del av den maximala effekten som är tillgänglig i porten p-p', som reflekteras av porten p-p'. Om konferensnätet, som således är karak- teriserat genom S-parametrar, är ideellt så måste det uppfylla de tre kraven som är angivna i det föregående: -S p=O då ingångsimpedansen Z måste vara lika med källimpedansen R.

-Sqp= Is' för alla p # q då den effekt som matas till port q från port p är lika med den effekt som matas till de återstående portarna. Således har S-matrisen av ordningen (K+1) för konferenskretsen CN den i fig lb visade formen.

Det tredje kravet, nämligen att konferenskretsen måste vara förlustfri betyder i termer av S-parametrarna att E-S* S = 0, där S* betecknar det transponerade och komplexa konjugatet till S och E betecknar enhetsmatrisen.

Medelst detta villkor är det möjligt att bestämma elementen i S-matrisen (eller närmare bestämt deras tecken) såsom är angivet i de i det föregående nämnda publikationerna (1,2,3). Den minimala införingsförlusten för den förlustfria konferenskretsen, 10 loglo (K), erhålles för s = i/ Vik: Fig 2a visar en S-matris för en fyraportskonferenskrets (K = 3). Ett kon- ferenssystem för 4 helduplex-tvåtrådsabonnenter kan realiseras på det sätt som är visat i fig 2b. Fyra deltagare, som är schematiskt antydda i figuren genom deras impedanser Z, är anslutna till fyra klämmor nl, ng, n3 och n4 på den respektive anslutningskretsen 5,6,7 och 8. Varje anslutningskrets 5,6,7 och 8 har en ingångs- och en utgângskrets, vilka ej är närmare visade på ritningen.

Anslutningskretsens 5 utgångskrets transmitterar information från deltagaren 1 till konferenskretsen 9 via en ledare 5-1 och anslutningskretsens 5 ingångs- krets tar emot information från konferenskretsen 9 via en ledare 5-2. På samma sätt transmitterar deltagaren 2 information till konferenskretsen 9 via anslut- ningskretsen 6 och ledaren 6-1 och tar emot information från konferenskretsen 9 via ledaren 6-2. Detsamma gäller för deltagarna 3 och 4. Konferenskretsen 9 har fyra summeringsförstärkarkretsar 10,11,12 och 13 som var och en har tre in- gångar och en utgång. Inverterande ingångar på summeringsförstärkarkretsarna är angivna medelst en cirkel. Summeringsförstärkarkretsarna 10,11,l2 och 13 ro, 451 287 summerar ingångssignalerna och förstärkar (multiplicerar) dem med ett fast värde, närmare bestämt 1/frå: Ingångarna på var och en av summeringsförstärkar- kretsarna 10-13 är anslutna till utgångskretsarna i de andra deltagarnas an- slutningskretsar på det sätt som är visat i fig 2a. Den i fig 2a visade matri- sen är anslutningsmatrisen för den i fig Zb visade utföringsformen av konfe- renskretsen. Närmare bestämt svarar signalen i ledaren 5-2 mot den första rad- vektorn i matrisen S i fig 2a. Det första elementet, 0, i denna anger att den första deltagaren ej bidrar till signalen som alstras av konferenskretsen i ledaren 5-2. Det andra elementet, -1, anger att bidraget från deltagaren 2 fasinverteras innan det transmitters till ledaren 5-2, medan det tredje elemen- tet, -1, anger att bidraget från deltagaren 3 också fasinverteras innan det transmitteras till ledaren 5-2. Det fjärde elementet +1, anger slutligen att den fjärde deltagarens bidrag transmitteras till ledaren 5-2 utan någon fas- invertering.

Anslutningskretsarna 5,6,7 och 8 kan realiseras medelst ej reciproka nät, såsom t.ex. passiva eller aktiva hybrider, och antages vara ideella. Detta innebär exempelvis att signalen som kommer från en deltagare transmitteras utan dämpning till ledaren 5-1 via nl och att följaktligen ingen signal reflekte- ras av hybriden. (För detta ändamål är det väsentligt att hybridernas balans- impedans och ingångsimpedans är lika med abonnenternas impedans R). Dessutom transmitteras signalen som kommer från konferensnätet i sin helhet, t.ex. via ledaren 5-2, till deltagaren nl och följaktligen transmitteras ingen signal från ledaren 5-2 via hybriden till ledaren 5-1. I praktiken är hybriderna ' emellertid ej ideella. Således kommer hybriden att alstra en viss dämpning då den transmitterar signalen från deltagaren nl till ledaren 5-1. Detta är emellertid ingen avgörande nackdel eftersom, förutsatt att de återstående hybriderna har samma dämpning, summeringsförstärkarkretsarnas 10-13 förstärk- ningsfaktorer 1/Ürš kan anpassas därtill. Vid en förlustfaktor av 1/2 kan alla förstärkningsfaktorer väljas lika med 2/»F51 Den gemensamma faktorn för den i fig 2a visade matrisen ges då också detta nya värde. Alternativt är det möjligt att deltagarna i konferensen har olika effektnivå, t.ex. emedan nâgra deltagare är anslutna till samma lokala växel och en eller flera andra deltagare är anslutna till konferenskretsen via en eller t.o.m. flera växlar av högre ord- ning. I detta fall måste förstärkningsfaktorn för vissa deltagare anpassas, vilket för den i fig 2a visade S-matrisen betyder att de absoluta värdena av alla element utanför huvuddiagonalen ej kommer att vara lika med varandra. För den i fig 2a visade utföringsformen kan detta uppnås genom att anpassa summe- 451 287 6 sarna 10-13 så att resultatet av additionen som för kretsen 10 exempelvis är '16-1 '17-1 *la-i andras mi; -am - bn + C84 med iämpiigt valda värden på a,b och c.

I fig 2b är fyratrådskonferenskretsen 9 direkt ansluten till hybridkret- sarna 5-8. Alternativt är det emellertid möjligt att inkludera en eller flera (fyratråds-) växlar mellan konferenskretsarna och hybridkretsarna.

Införingsförlusten för den i fig 2b visade kretsen är 10 log103 = 4,8 dß. Detta värde erhålles med ideella komponenter. Såsom nämnts i det föregående uppträder denna införingsförlust om hybridkretsens balansimpedans är lika med abonnentimpedansen Z. Skulle abonnentimpedansen avvika från detta värde, vilket lätt kan inträffa då ständigt olika abonnenter ansluts till konferenskretsen, så blir resultatet en viss grad av missanpassning (hybridkretsöverflöde).

Detta kan ändra införingsförlusten vid konferenskretsen. Detta gäller emellertid lika väl för de tidigare kända konferenskretsarna. Trots en even- tuell missanpassning förblir konferenskretsen förlustfri och följaktligen absolut stabil.

Fig 3a visar ett exempel på en anslutningsmatris för ett konferenssystem för åtta deltagare. Tecknen på elementen i S-matrisen är bestämda på samma sätt som beskrivits i det föregående. Fig 3b visar en utföringsform av ett konfe- renssystem för åtta helduplex-tvåtrâdsdeltagare, vilken är en realisering av den i fig 3a visade anslutningsmatrisen. De åtta deltagarna 101-108 är var och en anslutna till en anslutningskrets 109-116 medelst en tvåtrådshelduplex- förbindelse. En ej visad utgångskrets i var och en av anslutningskretsarna 109-116 är genom en ledare 109-1 till 116-1 ansluten till konferenskretsen 117 för att transmittera den aktuella deltagarens information till konferenskret- sen. Dessutom innehåller anslutningskretsarna 109-116 en ingångskrets som var och en via en ledare 109-2 till 116-2 är ansluten till konferenskretsen 117 för att ta emot informationen från konferenskretsen för den aktuella deltagaren.

Konferenskretsen 117 innefattar åtta summeringsförstärkarkretsar 118-125, i vilka en respektive utgång är ansluten till den tillhörande ingångskretsen för ' denna abonnent, och har sju ingångar som är anslutna till utgångskretsarna i de andra deltagarnas anslutningskretsar. Följaktligen matar var och en av summe- ringsförstärkarkretsarna 118-125 den algebraiska summan av var och en av de andra utgångskretsarnas ingångsinformationssignaler till ingångskretsen i den aktuella anslutningskretsen, varvid fasen är bestämd av den i fig 3b visade matrisen. För att erhålla minimal införingsförlust i konferenskretsen skall summeringsförstärkarkretsarnas 118-125 förstärkningsfaktor vara lika med 451 287 1/ K eller i detta fall 1/Pri; Anslutningskretsarna 109-116 i fig 3b och även anslutningskretsarna 5-8 i fig 2b kan realiseras medelst kända hybridportkretsar, alternativt betecknade som hybridnät. Konstruktionen hos summeringsförstärkarkretsarna 118-125 i fig 3b och 10-13 i fig 2b är densamma som tidigare kända summeringsförstärkar- kretsars konstruktion, såsom exempelvis är beskrivet i amerikanska patent- skriften 4. 049.920.

Vid den i det föregående nämnda dämpningen är konferenssystemet absolut stabilt, vilket såsom också nämnts i det föregående betyder att konferens- systemet är stabilt för varje komplex och passiv impedans Z (fig Zb). I fig 4 är den imaginära delen av Z (standardiserad mot balansimpedansen R) Im (Z)/(R) visad som funktion av den reella delen av Z. Re (Z)/(R) är det område inom vilket konferenssystemet är absolut stabilt, d.v.s. hela högra halvplanet. Om man t.ex. vet att extremt höga och extremt låga abonnentimpedanser Z ej uppträder så är det absoluta stabilitetskravet onödigt strängt. Genom att bara kräva stabilitet, d.v.s. stabilitet inom ett förutbestämt impedansområde (mindre än det högra halvplanet), kan konferensnätets dämpning ytterligare reduceras. I fig 4 omsluter cirkelnfß = 0 den yta inom vilken ett konferens- system med åtta deltagare (i enlighet med fig 3b) är stabilt, varvid dämpningen bara är 20 loglo ( VrlY2). Detta erhålles genom att ge summeringsförstärkarna 118-125 i fig 3b en förstärkning (06) som är dubbelt så hög, nämligen 0L= 2/y7_.

Såsom är beskrivet i holländska patentansökningen 80 06519 kan det vara fördelaktigt att också âtertransmittera informationsingångssignalen, som matas till konferenskretsen av en given deltagares anslutningskrets, till denna del- tagare själv. Detta är också fördelaktigt för konferenssystemet som avses i föreliggande ansökan. Innehållet i den nämnda patentansökningen införes härmed i beskrivningen såsom referens.

Om konferenssystemet är stabilt inom en begränsad yta, t.ex. den yta inom cirkeln som är betecknad genom p = 0, kan stabilitetsområdet förskjutas genom att återtransmittera den "egna" informationsingångssignalen till deltagaren med en förstärkningsfaktor [31 /3 #0). Fig 4 visar stabilitetsområdet för/9 = -0,5 och stabilitetsområdet för'/6 = + 0,5. Man ser att konferenssystemet för/5= -0,5 är stabilt för mera kraftigt resistiva impedanser, medan stabilitetsområdet för Û = + 0,5 förskjuter sig till ett lägre resistansimpedansområde. Således har det möjliggjorts att bringa den area, inom vilken konferenssystemet är stabilt, i harmoni med de deltagarimpedanser som uppträder i praktiken. 451 287 Referenser: 1. V. Beïevitch, Theory of 2n-terminal networks with appïications to conference teïephony, Eïectr. Comm, September 1950, sid 231-244. 2. V. Beïevitch, Synthesis of four-wire conference networks and reïated problems, Proc. Symposium on modern network synthesis, New-York, aprii 1955, sid. 175-195. 3. V. Beïevitch, Transmission ïosses in 2n-terminai networks, Jrni. of Appiied Physics, voïym 19, juïi 1948, sid 636-638.

Claims (6)

9 451 287 Patentkrav

1. l. Konferenssystem för att upprätta en samtidig utväxling av information mellan ett flertal abonnenter innefattande en konferenskrets för informationssignaler i konferensen, ett flertal anslutningskretsar, en för att ansluta varje deltagare till konferenskretsen, varvid varje anslutningskrets bildas av en utgângskrets för att överföra information från en deltagare till konferenskretsen och en in- gångskrets för att ta emot information för denna deltagare från konferenskretsen, vilken konferenskrets (CN) är utförd att ta emot informationssignaler från ut- gângskretsen (5-l till 8-l) i var och en av anslutningskretsarna (5 till 8) och att mata informationssignaler till ingångskretsen (5-2 till 8-2) i var och en av anslutningskretsarna (5 till 8), medan informationssignalen som matas till ingångs- kretsen (5-2 till 8-2) i varje anslutningskrets (5 till 8) omfattar den algeb- raiska summan av informationssignalerna som mottagits från utgångskretsarna (5-l till 8-l) i var och en av de andra anslutningskretsarna (5 till 8) med en förut- bestämd fas och ett förutbestämt amplitudförhållande, k ä n n e t e c k n a t av att varje fas är så vald att den matris (S) som representerar det algebraiska förhållandet mellan informationssignalerna som tagits emot från utgângskretsarna (5-l till 8-l) och informationssignalen som matas till varje ingångskrets (5-2 till 8-2) är bestämd genom sambandet E-S *S¿10, där E är enhetsmatrisen och S* är den transponerade, komplexa konjugatmatrisen till S.

2. Konferenssystem enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda amplitudförhållanden är lika.

3. Konferenssystem enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att amp- lituden hos ingångsinformationssignalerna, som är en del av utgängsinformations- signalerna, är lika med l/DFF: där K är det maximala antalet deltagare vid konfe- rensen minus en.

4. Konferenssystem enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att anslutningskretsen är ett ej reciprokt nät.

5. Konferenssystem enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att an- slutningskretsen är en hybridportkrets. 451 287 10

6. Konferenssystem enhgt något av patentkraven 1-5, k a' n n e t e c k n a t av att utgångsinformatíonssignaïerna, som matas ti11 ingângskretsen 1' abonnentens ansïutningskrets, vidare innefattar denna deïtagares ingångsinformationssígnaï med ett förutbestämt ampmudförhånande ß. *I