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Zweiwe gimpuls üb ertragungs system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweiwegimpulsübertragungssystem, in welchem sich Schal anordnungen zur Impulsmodulation bzw. -demodulation befinden.
Durch die bnt. Patentschrift Nr. 753, 645 ist ein Zweiwegimpulsübertragungssystem bekannte den, welches folgende Stromkreise enthält : Einen ersten Stromkreis, welcher die unmodulierten richtenwellen führt, weiters einen zweiten Stromkreis, welcher die impulsmodulierten Nachnchte len fuhrt, ferner eine Speicherstufe mit mindestens einer Reaktanz zwischen dem ersten und dem ten Stromkreis, mittels welcher der Nachnchteninhalt der Wellen gespeichert wird, weiters Scha nchtungen zwischen dem ersten Stromkreis und der Speicherstufe und zwischen der Speicherstu dem zweiten Stromkreis oder mindestens zwischen der Speicherstufe und dem zweiten Stromkreis, die Schalteinrichtungen zuerst die Speicherung der Nachrichtenwelle des ersten oder zweiten Stron ses im Speicherkreis ermöglichen und dann,
nach Umschaltung der Schalteinrichtung, den weiter port des Nachrichteninhaltes aus der Speicherstufe unter gleichzeitiger Modulation oder Demodulat den zweiten oder ersten Stromkreis vollziehen.
Für manche Anwendungsfälle ist gemäss der genannten Patentschrift auch ein Tiefpassfilter im Stromkreis vorgesehen, jedoch keine Bemessung desselben angeführt. Welters ist die Spelcherstl einer Ausführungsform als Kombination von Reaktanzen ausgeführt ohne nähere Angaben über dere mensionierung.
Die Erfindung besteht in einer Weiterbildung des Zweiwegubertragungssystems in der brit. Pé schrift Nr. 753, 645 zur Steigerung des Wirkungsgrades der Modem-Einrichtungen (Einrichtungen zu) dulation bzw. unter Anwendung gleicher Schaltungsteile in verkehrter Folge zur Demodulation) besondere Bemessung der Tiefpassfilter, jedoch nicht ausschliesslich der Speicherstufe des Resonan2 ses.
Das erfindungsgemässe System ist dadurch gekennzeichnet, dass in bekannter Weise eine Spei < stufe mit mindestens einer Reaktanz zwischen dem ersten und dem zweiten Stromkreis vorgesehe mittels welcher der Nachrichteninhalt der Wellen gespeichert wird, weiters in bekannter Weise Sc einrichtungen zwischen dem ersten Stromkreis und der Speicherstufe und zwischen der Speicherst dem zweiten Stromkreis oder mindestens zwischen der Speicherstufe und dem zweiten Stromkreis é ordnet sind, welche zuerst die Speicherung der Nachrichtenwelle des ersten oder zweiten Stromkreis :
der Speicherstufe ermöglichen und dann, nach Umschaltung der Schalteinrichtungen, den Wenertran des Nachrichteninhaltes aus der Speichereinrichtung unter gleichzeitiger Modulation der Demodulati den zweiten oder ersten Stromkreis vollziehen und dass schliesslich im ersten Stromkreis ein Tiefpass vorgesehen ist, dessen Übergangskurve bei dem ganzzahligen Vielfachen der Schaltperiode Null, aufweist, wodurch bei der Übertragung einer Nachrichtenwelle mit einer Frequenz zwischen Null uni halben Schaltfrequenz von dem ersten in den zweiten Stromkreis oder umgekehrt im wesentlichen Energieverlust auftritt.
Der Durchlassbereich des Tiefpassfilters soll selbstverständlich eine optimal geringe Welligkeit zumindest eine gleichmässige Welligkeit besitzen.
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derubertragungsschaltungsanordnungen, deren zweite Stromkreise miteinander verbunden sind und bei denen jede Schaltungsanordnung eine Vielzahl von ersten, vielfachgeschalteten Stromkreisen besitzt, vorgesehen, dass die Speicherstufen aus Kondensator und Induktanz bestehen, wobei je ein gleichgrosser Kondensator in jedem ersten Stromkreis enthalten ist und je eine gleiche Induktanz in den zweiten Stromkreisen enthalten ist, und die durch einen gemeinsamen Impulsgenerator gesteuerten Schaltemnchtungen zwi-
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beschriebenen erfindungsgemässen Weise bemessen ist.
Die Erfindung wird nun an Hand. der Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch die Verbindung von zwei "Impuls-Modems". In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild der Fig. 1 dargestellt. Fig. 3 zeigt die Charakteristik des erfindungsgemässen Tiefpassfil-
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zeigt die Impulsformen der Schaltung nach Fig. 5, während die Fig. 7 die Impulsformen nach Fig. 8 zeigt. An Stelle der Verzögerungsleitungen der Fig. 5 sind in Fig. 8 Resonanzkreis dargestellt. Fig. 9 ist ein Ersatzschaltbild der Fig. 8. Fig. 10 zeigt die Impulsformen unter bestimmten Bedingungen der Schaltung nach Fig. 8.
Die Fig. 11 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäss Fig. 8, während Fig. 12 eine Schaltungsanordnung von einem Telephonteilnehmer zu einem andern Telephonteilnehmer darstellt.
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einen Schalter verbunden dargestellt.kann als Schalttransistor an sich bekannter Art ausgeführt sein, der durch die an seiner Basis wu Impulse gesteuert wird. In Fig. 1 sind als Tiefpässe wirkende Netzwerke beliebiger Ausführung s ( tisch als Rechtecke angedeutet. Der Strom I ist der Momentwert des den Schalter in Fig. 1 durchf den Stromes und als eine Reihe von kurzen Impulsen der Folgefrequenz l/t aufzufassen.
Bevor auf weitere Einzelheiten der Erfindung eingegangen wird, soll zunächst eine L'bersic die im nachstehenden verwendeten Formeln bzw. Definitionen gegeben werden :
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Ein Übertragungssystem mit beispielsweise einer Folgefrequenz von etwa 1/tel kann im Prinzip ein Signal nur dann vollständig übertragen, wenn die Bandbreite des Signals nicht grösser ist als 1/2 t l* Die Verluste in dem vorliegenden System werden ein Minimum, wenn die Funktion A (t) so gewählt wird, dass A (rut,) = 0 wird für r = 1, 2, 3... Physikalisch bedeutet dies, dass die Kurvenform der Spannung, die durch einen Stromimpuls hervorgerufen wird, eine Schwingung von der allgemeinen Form nach Fig. 3 ist, welche bekanntlich durch ein Tiefpassfilter gebildet wird. Dutch die Einschaltung der Übertragungsmittel vereinfacht sich dann die Formel (1) auf die Formel (2).
Diese Überlegungen führen zu zwei Erfordernissen für Filterkreise :
1. dass H (jew) eine einfache Form der Tiefpassfunktion sein sollte, denn das Quadrat geht in die Cbertragungsfunktion ein ;
2. dass die Funktion A (t) die Form nach Fig. 3 haben sollte, d. h. dass sie bei t = rti, r = 1, 2, 3.... durch Null geht.
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Wenn zwei"Impuls-Modems", von denen jeder durch ein Filter gebildet ist, durch einen Übertr gungskanal ohne Verstärker miteinander verbunden sind, dann ist eine Übertragung in beiden Richtung' über diesen Übertragungskanal möglich, Angenommen, der Übertragungskanal habe eine Laufzeit, we che gleich der Hälfte eines ganzzahligen Vielfachen n der Impuls folgezeit t1 sei, dann gilt die Formel (3 und sie geht für ideale Filter in die durch die Formeln (31) und (32) gegebenen Werte über. Die Unte schiede zwischen diesen Werten und den durch die Formel (5) gegebenen hängen allein von der Laufze und von der Leitungsdämpfung ab.
Zwei "Impuls-Modems", von denen jeder durch ein Filter gebildet ist, seien durch einen Zwischei speicher miteinander verbunden. Derartige Anordnungen sind bereits bekannt. Jeder"Impuls-Modem"i mit dem Speicher während einer Zeit t2 verbunden, jedoch sind die"Impuls-Modems"nicht zur gleiche
Zeit mit dem Speicher verbunden. Ein Impuls wird vom ersten zu einem zweiten "Impuls-Modem" zwei Stufen übertragen, nämlich vom ersten "Impuls-Modem" zu dem Zwischenspeicher als ein erst !
Impuls in der Dauer der Zeit t2 und dann vom Speicher zu dem zweiten"Impuls-Modem"als ein zweite Impuls in der Dauer der gleichen Zeit t. Es sei T das Zeitintervall zwischen dem ersten und dem zwei ten Impuls, d. h. die Zeitdauer, in der die Impulsenergie im Speicher zurückgehalten ist.
Es kann ge zeigt werden. dass die durch die Formel (31) gegebenen Werte bei idealen Filtern auf die durch die For mein (34) und (35) gegebenen Werte zurückführen lassen. Für die Übertragung in der Gegenrichtung i : der zeitliche Abstand zwischen den Pulsen durch t1 -T gegeben. In jedem Falle weichen die erhaltene Werte von den durch die Formel (3) gegebenen nur um eine Laufzeit ab, welche gleich der Zeitdaue ist, während der die Pulsenergie im Speicher zurückgehalten ist.
Es soll nun der Fall betrachtet werden, in dem zwei "Impuls-Modems", jeder als Filter ausgebildet durch einen kapazitiven Übertragungskanal miteinander verbunden sind. Der Schaltplan nach Fig. 5 zeig eine Verbindung zweier "Impuls-Modems". deren jeder einen Speicher in Form einer Laufzeitkette bil det. Die Spannung am Speicherausgang und am Speichereingang sei mit E bzw.E bezeichnet ; die Span nung in der Mitte des Übertragungskanals sei E. Wenn nun der Übertragungskanal während einer kurze Zeitdauer t durch Schliessen der beiden Schalter geschlossen wird, dann wird gemäss den in Fig. 6 dar gestellten Kurven eine Ladung von dem einen Speicher zu dem andern übertragen.
Hat der Übertragungs kanal eine ins Gewicht fallende Kapazität, dann ist der Ladungsaustausch nicht vollständig, weil Über' tragungsverluste auftreten ; nach jedem Impuls bleibt ein Ladungsrest in der Leitung zurück und verursach in einem ZeitmultiplexsystemNebensprecherscheinungen.
Die Anwendung von Speichern mit abgestimmten Kreisen an Stelle von Laufzeitketten bietet eine Anzahl von Vorteilen, von denen am meisten bemerkenswert ist, dass die oben vermerkte unerwünschte Wirkung der Leitungskapazität ausgeschaltet werden kann.
Ein Paar"Impuls-Modems", welche aus abgestimmten Kreisen gebildet sind, ist in Fig. 12 gezeigt ; Fig. 7 zeigt den zeitlichen Stromverlauf eines Impulses bei Impulsübertragung für den Fall, dass keine störende Leitungskapazität vorhanden ist. Die Resonanzfrequenz des Kreises ist so festgelegt, dass in der
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beim Schalterschliessen fliessende Strom zeigt einen zeitlichen Verlauf von einer halben Sinuswelle ; die Spannungen an den Speicherkapazitäten weisen Halbsinusform in Gegenphase zueinander auf und hängen vom Quadrat der Strom-Zeit-Funktion ab. Wenn die Spitzenspannung an jedem Speicher als Einheitswert betrachtet wird, dann ist der Spitzenwert des Stromes durch die Gleichung (37) gegeben.
Wie bei einem Paar Speichern aus Laufzeitketten ist auch in diesem Falle die Vollständigkeit des Ladungsaustausches dadurch bedingt, dass keine Leitungsquerkapazität vorhanden ist und dass die Schalter genau für die Dauer der. Zeit t2 geschlossen sind. Infolge des Anstieges des Stromes von Null am Beginn und seines Abfalles am Ende eines Impulses jedoch bedingt eine Ungenauigkeit in den Schaltzeiten, dass die Fehler kleiner ausfallen als bei Laufzeitkettenspeichern. Daher verringert sich die Wahrscheinlichkeit einer gegenseitigen Beeinflussung von Kabeln oder Schaltelementen, weil die Energie eines Impulses von Halbsinusform hauptsächlich in den Schwingungskomponenten des unteren Endes des Frequenzspektrums enthalten ist.
Um den zeitlichen Verlauf der Ströme bei Anwesenheit von Leitungskapazität festzustellen, wurde das Netzwerk nach Fig. 9 untersucht. Die Elemente L, C bilden den Schwingkreis des abgestimmten Speicherkreises, wogegen C'die Leitungskapazität darstellt. Zwecks sinnbildlicher Darstellung des Schalterschlusses. wenn der Speicherkondensator C in dem in Fig. 9 links dargestellten Speicher auf die Ein- heitsspannung aufgeladen ist, sei ein nur einen ganz kurzen Augenblick lang fliessender Stromstoss in den Kondensator C angenommen, der diesen augenblicklich auflädt und dann das Netzwerk seine natürlichen Schwingungen ausführen lässt. Es kann gezeigt werden, dass die Werte EI und E3 in der Grösse auftreten,
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Ci <SEP> t <SEP> = <SEP> -1Speichertype <SEP> Stromstärke <SEP> Spannung <SEP> Produkt
<tb> (in <SEP> C/t2) <SEP> (in <SEP> C/t2)
<tb> Laufzeitkette <SEP> 1 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5
<tb> Schwingkreis <SEP> ohne
<tb> Leitungskapazität
<tb> C' <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 57 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 36 <SEP>
<tb> Schwingkreis <SEP> mit
<tb> Leitungskapazität
<tb> C' <SEP> ; <SEP> éO <SEP> 2, <SEP> 04 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 3, <SEP> 57 <SEP>
<tb>
Die Theorie konnte durch Messungen an einem Paar "Impuls-Modems" mit Speicherkondensatoren von 2000 pF Kapazität unter Verwendung von Impulsen von 2/sec Dauer bestätigt werden. Die dem Energieverlust entsprechende Dämpfung betrug 2 db, nicht mehr als bei ähnlichen Versuchen mit Laufzeitkettenspeichern.
Die Änderung der Verluste bei kleinen Variationen der Schaltzeiten war, wie erwartet,
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gross genug, um die Verwendungbindenden Übertragungskanals zu gestatten. Diese Zahl kann wahrscheinlich in einer nicht demodulieren- den Fernsprechvermittlungseinrichtung mit vierziffrigen Teilnehmernummern nicht mehr untergebracht werden. Demgemäss kann diese Entwicklung als geeignet zur Verwendung in Anlagen mit Vielkanal-
Zeitmultiplexschaltern angesehen werden.
In den Fig. 11 und 12 ist eine Anwendungsart der Schaltungsanordnung nach der Erfindung gezeigt.
Fig. 11 zeigt in Verbindung mit Fig. 8 "Impuls-Modem" der beschriebenen Art, der zur Verwendung als Verbindungsweg in einer Fernsprechvermittlungseinrichtung geeignet ist. Eine Teilnehmerleitung 1 ist durch einen Transformator 2 mit einem aus zwei Induktivitäten 3,4 und einer Kapazität 5 bestehenden
Tiefpassfilter verbunden. Das Tiefpassfilter ist mit einem abgestimmten Leitkreis verbunden, der aus einer Kapazität 6 und einer Induktivität 7 besteht. Die eine Klemme des Kondensators 6 ist über die
Emitter-und Kollektorelektroden eines symmetrischen Flächentransistors 8 mit der Induktivität 7 ver- bunden. Der induktive Widerstand 7 ist mit der einen Ader des Übertragungskanals 9 verbunden. Die an- dere Klemme des Kondensators 6 ist mit der andern Ader des Übertragungskanals 9 verbunden.
Die Basis des Transistors 8 ist über einen ohmschen Widerstand 10 mit einer Ausgangswicklung eines
Magnetkernes 12 verbunden, deren zweite Klemme mit der positiven Klemme einer Batterie 13 verbun- den ist ; die negative Klemme der Batterie 13 liegt an der gleichen Ader des Übertragungskanals 9, an die auch der Kondensator 6 direkt angeschlossen ist. Der Magnetkern 12 trägt zwei Steuerwicklungen 14,
15, welche so geschaltet sind, dass ein der Spannung der Batterie 13 entgegengerichteter Spannungsim- puls dann in der Wicklung 11 induziert wird, wenn den Wicklungen 14 und 15 gleichzeitig Impulse auf- gedrückt werden. Durch den Impuls aus Wicklung 11 wird der Transistor 8 geöffnet und der Kondensator 6 über Emitter und Kollektor leitend mit der Induktivität 7 verbunden.
Während der Impulspausen ist der
Transistor 8 gesperrt und daher die leitende Verbindung zwischen Kondensator 6 und Induktivität 7 unter- brochen. Daraus folgt, dass die Induktivität 7 während der Impulspausen als ein Teil des abgestimmten
Leitkreises anderer Teilnehmer wirksam sein kann. Wie aus der Bezeichnung der Multipelpunkte 16,17 hervorgeht, ist die Induktivität 7 in den gemeinsamen Übertragungskanal 9 eingebaut.
Je Teilnehmer wird ein Kondensator 6, ein Transistor 8 und ein Magnetkern 12 vorgesehen. Die
Teilnehmerleitungen werden durch Steuerung der Magnetkerne 12 in zyklischer Reihenfolge, z. B. durch einen geeigneten Zählkreis, in ebenfalls zyklischer Reihenfolge an die gemeinsame Induktivität 7 angeschlossen. Die den einzelnen Teilnehmern zugeordneten Ausgangswicklungen 11 des Magnetkerns 12 sind über den Multipelpunkt 18 an die gemeinsame Batterie 13 angeschlossen. Im Ruhezustand zwischen je zwei Impulsen gelangt aus der Ausgangswicklung 11 positives Potential von der gemeinsamen Batterie 13 her an die Basis des Transistors 8 und sperrt diesen, so dass die Verbindung zwischen Kondensator 6 und Induktivität 7 unterbrochen ist.
Die Ausgangswicklung 11 ist ausser mit der Basiselektrode des Transistors 8 auch noch mit einer Steuerleitung einer Koinzidenz-Torsteuereinrichtung 20 verbunden, welche aus drei Gleichrichtern 21 und einer Spannungsquelle 22 für eine negative Vorspannung gebildet ist. Die zweite Steuerleitung 23 der Steuereinrichtung 20 ist über einen ohmschen Widerstand 24 mit einer Gleichspannungsquelle 25 verbunden, welche die Teilnehmerleitung 1 speist. Wenn ein Wählimpuls in der Teilnehmerleitung 1 auftritt, wird ein negativer Impuls über die Steuerleitung 23 übertragen. Ist der Magnetkern 12 während der Dauer dieses Impulses ebenfalls ausgesteuert, dann trifft auch über die Steuerleitung 19 ein negativer Impuls ein und die Torsteuereinrichtung 20 wird geöffnet, wodurch ein Impuls über die Ausgangsleitung 26 entsteht.
Der Magnetkern 12 ist während eines jeden Wählimpulses oftmals ausgesteuert. Über die Ausgangsleitung 26 wird daher ein Impuiszug von Ausgangssignalen ausgesandt, der im Takte der Wählimpulse unterbrochen ist. Dieser unterbrochene Impulszug gelangt über den Multipelpunkt 27 zu der gemeinsamen Schalteinrichtung in der Anlage, welche er steuert.
Der Magnetkern 12 und die Torsteuereinrichtung 20 können in Zusammenhang mit Teilnehmerleitungen verwendet werden, welche mit Laufzeitketten ausgerüstet sind. In diesem Falle wird die Laufzeitkette an Stelle des aus der Kapazität 6 und der Induktivität 7 gebildeten abgestimmten Leitkreises angeordnet.
Eine Schaltungsanordnung für eine Ausführungsform einer Verbindung zwischen zwei Teilnehmern in einer Fernsprechanlage ist in Fig. 12 dargestellt. Es ist eine Schaltungsanordnung für die Teilnehmerleitung nach Fig. 11 gezeigt, es können aber auch andere Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen für Teilnehmerleitungen verwendet werden.
In Fig. 12 ist eine Schaltungsanordnung für eine Anlage mit drei Wahlstufen dargestellt, doch mögen in praktischen Fällen auch andere Anzahlen von Wahlstufen erforderlich sein. Die zur Vermittlungeinrichtung führenden Teilnehmerleitungen sind in Gruppen angeordnet. Bei einer zwischen zwei Teil-
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nehmern bestehenden Verbindung haben die drei Wahlstufen folgende Verbindungsaufgaben :
1. den rufenden Teilnehmer mit der rufenden Gruppe,
2. die rufende Gruppe mit der gerufenen Gruppe,
3. die gerufene Gruppe mit dem gerufenen Teilnehmer zu verbinden.
Der Sprechweg für die Wahlstufen 1. und 3. wird durch die Leitungskreise des Rufenden und des Gerufenen durch Steuerung durch die Magnetkerne 31 und 32 gebildet, wie bereits beschrieben. Die Wahlstufe von Gruppe zu Gruppe enthält einen durch einen Magnetkern 34 gesteuerten Transistor 33. Wenn die drei Kerne 31,32 und 34 synchron gesteuert werden, dann kann die Verbindung als Sprechweg genützt werden. Wenn die Kerne nicht synchron gesteuert sind, dann ist es nötig, die Sprechsignale längs des Übertragungsweges um ein oder mehrere Intervalle zu verschieben. Eine Verschiebungsmethode besteht in der Verwendung eines Zwischenspeichers, wie ein solcher oben beschrieben wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zweiwegübertragungssystem, in welchem die Schaltungsanordnungen zur Impulsmodulation bzw.
Impulsdemodulation einen ersten Stromkreis besitzen, welcher die modulierten Nachrichtenwellen führt, weiters einen zweiten Stromkreis, welcher die impulsmodulierten Nachrichtenwellen führt, dadurch gekennzeichnet, dass in bekannter Weise eine Speicherstufe (z. B. Laufzeitkette mit Verzögerung von halber Impulsdauer oder auf doppelte Impulsdauer abgestimmter Resonanzkreis) mit mindestens einer Reaktanz
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