DE1061844B - Zeitmultiplexuebertragungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Impulsübertragungsanlage zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Übertragung von Energie von einem Sender an einen Empfänger.

In elektronischen Fernsprechanlagen werden die verschiedenen Schaltvorrichtungen in den Sprechwegen oft für mehrere gleichzeitige Verbindungen verwendet. Gewöhnlich wird ein Zeitmultiplexsystem benutzt, wobei die Impulse in bekannter Weise moduliert werden. Gewöhnlich haben die Impulse konstante Zeitlage und Dauer, wogegen die Amplitude moduliert ist. Die einfachste Form einer solchen Impulsübertragungsanlage besteht aus einer Anzahl Teilnehmerstationen, die jeweils über einen Kontakt mit einem gemeinsamen Übertragungsmittel verbunden sind. Die zu einer bestimmten Verbindung zwischen einem rufenden und einem gerufenen Teilnehmer gehörenden Kontakte werden während des Zeitintervalls jeder der betrachteten Verbindung zugeteilten Periode zyklisch geschlossen. Die Informationssignale durchlaufen somit den gemeinsamen Sprechweg als gegenseitig zeitverschobene modulierte Impulse. Ein Tiefpaßfilter ist zwischen den Teilnehmer und seinen Kontakt geschaltet. Dieses Filter oder, genauer, sein dem Kontakt zugewandter Abschlußkondensator arbeitet als Energiespeicher, der Energie während der Pausen zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen speichert. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades beim Übertragen von Energie von dem Sender ist es beispielsweise durch die Literaturstelle Ericsson, Review Nr. 1, 1956, S. 10, bekannt, eine Induktivität zwischen das Tiefpaßfilter und den Kontakt zu schalten. Diese Induktivität ist so bemessen, daß sie zusammen mit der Abschlußkapazität des Tiefpaßfilters einen abgestimmten Stromkreis bildet, dessen Periode der doppelten Kontaktschließzeit äquivalent ist. Auf diese Weise ist die Wellenform des Stromimpulses, der Energie von dem Sender an den Empfänger überträgt, günstig, -and es wird tatsächlich die gesamte Energie übertragen.

In der Praxis haben sich jedoch Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Frage ergeben, wie man die obenerwähnte bekannte Vorrichtung verwenden soll, im besonderen wenn eine Anlage mit einer großen Anzahl elektronischer Kontakte erstellt wird, wie es in einer elektronischen Fernsprechanlage gefordert wird. Bei zunehmender Kontaktanzahl erhält das gemeinsame Übertragungsmittel ein wachsendes geometrisches Ausmaß, so daß seine Kapazität gegen Erde nicht vernachlässigt werden kann. Die elektronischen Kontakte haben auch gewisse Streukapazitäten, die sich zu der Erdkapazität des Übertragungsmittels addieren. Während der Energieübertragung zwischen dem Sender und dem Empfänger wird diese resultierende Erdkapazität geladen und muß zur Verhinderung von Nebenphasen zwischen den Impulsen entladen werden, wodurch naturgemäß eine Dämpfung entsteht.

Zeitmultiplexübertragungsanlage

Anmelder:
Telefonaktiebolaget LM Ericsson,
Stockholm

Vertreter:

Dr.-Ing. Η. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 29. August 1957

Walter Emil Wilhelm Jacob, Hagersten (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

Gemäß der Erfindung können die Nachteile der Erdkapazitäten bei einer Impulsübertragungsanlage vermieden werden, bei der die Informationssignale der einzelnen Verbindungen von einem Ende zum anderen über ein den Verbindungen gemeinsames Übertragungsmittel in Form modulierter Impulse übertragen werden und das Übertragungsmittel an jedes Ende über einen Kontakt, eine in Reihe mit dem Kontakt geschaltete Induktivität und ein Tiefpaßfilter verbunden ist, dessen der Induktivität zugewandte Anschlußklemmen von einem Kondensator abgeschlossen sind, der zusammen mit der Induktivität einen abgestimmten Stromkreis bildet, dessen Resonanzperiode im wesentlichen gleich der doppelten Zeitdauer ist, während der die Kontakte zum Übertragen eines Impulses geschlossen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität zwischen das gemeinsame Übertragungsmittel und die im allgemeinen geerdete Anschlußklemme des dem Übertragungsmittel zugewandten Tiefpaßfilters geschaltet ist, wobei dieser Pol nicht mit der Induktivität verbunden ist, und daß diese Kapazität zusammen mit den gemeinsamen Erdkapazitäten des Übertragungsmittels und den daran angeschlossenen Kontakten einen solchen Wert hat, daß sie zusammen mit den Induktivitäten und den Kondensatoren einen abgestimmten Stromkreis bildet mit einer Resonanzfrequenz, die ein gerades Vielfaches der Resonanzfrequenz des erstgenannten Resonanzkreises ist.

909 578/297

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer bekannten Impulsverbindungsstation,

Fig. 2 ein einfaches gleichartiges Schaltbild zur Veranschauhchung des Prinzips der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Spannungs- und Stromwellenfornien bei einer bestimmten Bemessung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 Spannungs- bzw. Stromwellenformen bei einer anderen Bemessung und

Fig. 7 eine gleichwertige Schaltung mit in Gruppen aufgeteilten Teilnehmern, die gegenseitig miteinander verbunden werden können.

In Fig. 1 besteht annahmegemäß der Sender, der in einer elektronischen Fernsprechanlage einen Teilnehmerapparat oder eine Leitung aufweist, in einfachster Weise aus einer Gleichstromquelle V mit dem inneren Widerstand Rs. Der Empfänger, der praktisch aus dem gerade empf angendenTeilnehmerapparat besteht, hat den inneren Widerstand Rm, der in bekannter Weise gleich dem inneren Widerstand Rs der Stromquelle V sein soll. In dem Übertragungsweg liegen zwei Tiefpaßfilter LPs und LPm auf der Sende- bzw. der Empfangsseite. Die Filter LPs und LPm sind dem inneren Widerstand Rs bzw. dem Belastungswiderstand Rm angepaßt, und ihre dem Übertragungsweg zugewandten Anschlußklemmen sind durch die Kondensatoren Cs bzw. Cm abgeschlossen. Die spezielle Impulsübertragungsanlage ist zwischen den beiden Kondensatoren Cs und Cm angeordnet, wobei das Impulsübertragungssystem aus zwei Kontakten Ks und Km besteht, die während verhältnismäßig kurzer Zeitintervalle den Sender mit dem Empfänger über ein gemeinsames Übertragungsmittel T periodisch verbinden. Gewöhnlich sind mehrere Sender und Empfänger an dieses Übertragungsmittel angeschlossen.

Eine Induktivität Ls bzw. Lm ist zwischen jeden Kontakt und das zugehörige Tiefpaßfilter am Sender sowie am Empfänger geschaltet. Die Induktivitäten Ls und Lm bilden zusammen mit den Kondensatoren Cs bzw. Cm einen abgestimmten Stromkreis, der in bekannter Weise so abgestimmt ist, daß die Resonanzperiode gleich dem Doppelten der Zeit ist, während d r die Kontakte für die zyklische Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger, d. h. während der Impulszeit, geschlossen sind. Durch Bemessung der abgestimmten Stromkreise in dieser Weise wird die gesamte Ladungsdifferenz zwischen den Kondensatoren Cs und dem Kondensator Cm von dem Kondensator Cs an den Kondensator Cm während der Zeit übertragen, während der die zugehörigen Kontakte Ks und Km geschlossen sind. Dies bedeutet auch, daß die Spannungszustände, die an den Kondensatoren Cs und Cm unmittelbar vor dem Schließen der Kontakte vorherrschen, sich geändert haben, wenn die Kontakte wieder geöffnet werden.

Wenn zweiseitige Kontakte verwendet werden, ist es möglich, Energie in beiden Richtungen zu übertragen, d. h., der Sender kann auch derart arbeiten, wie es in üblichen Fernsprechsystemen der Fall ist. DieVorrichtung ist somit eine Zweidrahtverbindungsanlage, die durch Verwendung schnell arbeitender elektronischer Kontakte zur Gesprächsübertragung in einem elektronischen Fernsprechamt geeignet ist. Zur Sprachübertragung wird eine Schaltfrequenz (Impulsfolgefrequenz) von 8000 bis 10000 Hz gewählt, und die Sperrfrequenz des Tiefpaßfilters wird etwas kleiner als die halbe Impulsfolgefrequenz gewählt. Die Sperrfrequenz und der Scheinwiderstand der Filter bestimmen die Größe der Kondensatoren Cs und Cm, und daher wird die Induktivität der Spulen Ls und Lm durch die gewählte Kontaktschließzeit bestimmt.

Bei der Verwendung einer Vorrichtung nach Fig. 1 ergeben sich in der Praxis gewisse Schwierigkeiten, und zwar im besonderen dann, wenn eine große Anzahl von Sendern und Empfängern mit dem gemeinsamen Übertragungsmittel verbunden ist, wie es beispielsweise in elektronischen Fernsprechsystemen der Fall ist.

Wenn die Zahl der Teilnehmer hoch ist, wird das geometrische Ausmaß des Übertragungsmittels T jedoch so groß, daß seine Kapazität gegen Erde nicht vernachlässigt werden kann. Auch haben die Kontakte Ks und Km, die an das Übertragungsmittel T angeschlossen sind, bestimmte Kapazitäten, die sich zu der obenerwähnten Kapazität addieren. Alle diese Kapazitäten können in der in Fig. 1 dargestellten Kapazität Cj vereinigt sein.

Unter geeigneten Umständen ist, wenn Cj vernachlässigbar ist, die Spannung des Ubertragungsmittels Γ der halben Summe der Spannungen an den Kondensatoren Cs und Cm während der Zeit äquivalent, während der die Kontakte geschlossen sind und ein Impuls über-

ao tragen wird. Sobald die Streukapazität Cj hinzugefügt wird, wird der Spannungswellenform während des Impulses eine Schwingung überlagert, die zwischen den Kapazitäten Cs und Cj einerseits und zwischen den Kapazitäten Cm und Cj entsteht. Es kann vorkommen, daß die Spannung zwischen dem Übertragungsmittel T und Erde und damit am Kondensator Cj einen hohen Wert am Ende des Übertragungsimpulses hat. Ein Teil . der Energie, der von dem Kondensator Cs an Cm oder umgekehrt hätte übertragen werden sollen, bleibt daher in dem Kondensator Cj, von dem sie durch einen Kurzschlußkontakt Kt entfernt werden muß, um zu verhindern, daß Ladung in dem nächsten Impulskanal auftritt, wo sie ein beträchtliches Nebensprechen verursachen würde. Der Abgriff eines Teiles der Energie tragenden Information bedeutet einerseits, daß der Übertragungsimpuls gedämpft und der Wirkungsgrad der Verbindung vermindert wird.

Erfindungsgemäß wird eine solche schädliche Restladung dadurch verhindert, daß eine weitere Kapazität zwischen das Übertragungsmittel T und Erde geschaltet wird, die zusammen mit der Erdkapazität Cj eine Kapazität Ct zwischen dem Übertragungsmittel T und Erde bildet. Diese Kapazität Ct ist so bemessen, daß die obenerwähnte Schwingung eine solche Wellenform erhält, daß die Spannung des Übertragungsmittels Null ist oder wenigstens ein Minimum am Ende des Impulses hat. Dies tritt auf, falls der Strom durch den Kondensator Ct eine Frequenz hat, die ein gerades Vielfaches der Resonanzfrequenz des von den Schaltungselementen Cs, Ls, Lm, Cm gebildeten, abgestimmten Übertragungskreises ist, d. h., falls die Resonanzfrequenz für die Elemente Cs, Ls, Lm, Cm gleich f ist, ist die Frequenz der überlagerten Schwingung an Ct gleich 2 η ■ f , wobei η eine ganze Zahl ist. In der Praxis können jedoch nur kleine Werte von n,

z. B. 1 und 2, verwendet werden, da Ct bei zunehmendem Wert von η klein wird.

Zur ausführlichen Erläuterung der Arbeitsweise wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein vereinfachtes äquivalentes Schaltbild für eine Impulsübertragungsvorrichtung zeigt. Es wird angenommen, daß die Kapazität Ct

Ct

in zwei gleiche Kondensatoren —- geteilt ist und daß

außerdem

Wert des Kondensators

Cs = Cm = C und

Ls = Lm = L ist.
C

ist gleich —. Gemäß obigem

wird angenommen, daß der abgestimmte Stromkreis, der

den Kondensator C und — in Reihe mit L enthält, eine a

Resonanzfrequenz hat, die 2 »-mal größer als die des abgestimmten Kreises ist, der nur C und I enthält. Dies

bedeutet, daß

^c+.f^lc

4»²

d. h.

_a = 4«² —1

Ci =

2C

4w²

(1)

Es wird angenommen, daß der Kondensator Cs auf eine Spannung V geladen ist, während die Spannungen et

an den Kondensatoren — und Cm gleich Null sind. Wenn

die Kontakte Ks und Km geschlossen sind, wird die Ladung des Kondensators Cs an den Kondensator Cm in einem Verlauf übertragen, der in die folgenden überlagerten Verläufe geteilt werden kann:

A. Ein Stromimpuls fließt von Cs über Ls, Ks, Km und Lm an Cm. Dieser Impuls ist eine halbe sinusförmige Schwingung, d. h., sie hat die gleiche Form, als wenn die Kapazität Null sein würde.

B. Zwei Impulse, welche aus einer oder mehreren halben sinusförmigen Wellen bestehen, übertragen zur gleichen Zeit Energie von Cs und Cm an Ct und wieder zurück an Cs oder Cm. Die Ausgangsspannungen an den Kapazitäten Cs und Cm sind beide gleich und haben den Wert Ut = ^-.

Durch eine Energiebetrachtung kann leicht gezeigt werden, daß der Spitzenwert I für den Stromkreis gemäß dem obigen Punkt A beträgt:

I =

(2)

Ut =

4 —

(3)

Durch eine Energiebetrachtung der gleichen Art, welche die Gleichung (2) ergab, wird der folgende Ausdruck für den Scheitelwert I für die Stromquelle gemäß B erhalten:

I =

An

'C_

Da die Verbindung im allgemeinen zweiseitig ist, ist die Spannung an dem Kondensator Cm praktisch nicht Null im ersten Augenbhck eines Übertragungsimpulses, wenn der Empfänger gleichzeitig als Sender, und umgekehrt, wirkt. An dem gemeinsamen Übertragungsmittel ist die Spannung andererseits gleich Null vor einem Übertragungsimpuls, da Vorrichtungen zum Kurzschließen des Übertragungsmittels nach Erde in der Pause zwischen zwei KanaJimpulsen vorhanden sind, um mögliche Restladungen-zu entfernen.

Unter diesen Umständen ist es leicht verständlich, daß die Ausdrücke für Ströme und Spannungen verallgemeinert werden können. Naturgemäß bestimmt der Unterschied zwischen den Spannungen Vs und Vm an Cs bzw. Cm den Verlauf gemäß A, d.h., V wird durch Vs — Vm in der Gleichung (2) ersetzt. Andererseits bestimmt die Hälfte der Summe der Spannungen Vs und Vm den Verlauf gemäß B, d. h., -^- wird durch den

Ausdruck

Vs + Vm

in den Gleichungen (3) und (4) er-

setzt.

Die zuvor gegebenen Gleichungen für die Ströme gemäß A bzw. B erhalten folgende Form:

I =

Zum Schätzen des Verhaltens des Stromes gemäß dem Punkt B reicht es aus, nur eine Seite der Übertragungsanlage zu betrachten, z. B. den Strom in den Elementen

Ct

Cs, Ls, Ks und der linken Hälfte — der Kapazität Ct.

Nimmt man bei der Betrachtung der Ladungen in dem Stromkreis an, daß der Kondensator Cs auf die Spany

nung — geladen wird, so wird der folgende Ausdruck

für den Spitzen-Spitzenwert der Spannung Ut des Übertragungsmittels, wenn der Strom Null ist, nach einer halben Periode des Verlaufs gemäß B erhalten.

Vs — Vm

Vs + Vm 4n

'C_

Der Übertragungsimpuls ist somit eine Überlagerung eines halben sinusförmigen Impulses mit der AmpHtude Vs — Vm "j^JL und eines Impulses, der aus η vollen Sinuswellen mit der Amphtude JL j/j?- besteht, wobei η eine ganze Zahl ist. Auf der Sendeseite werden Impulse addiert, während sie auf der Empfangsseite subtrahiert werden, da der halbe sinusförmige Stromimpuls in dem Sendestromkreis ein anderes Vorzeichen als in dem Empfangsstromkreis hat. Der Momentanwert Is des Übertragungsstromimpulses auf der Sendeseite hat folgende Form:

Is

⁼ \ ]/iT ' ( ^{shi2n a + (Fs} ~~ ^{Vm) sin a}) ¹⁸⁰°'

und der entsprechende Wert auf der Empfangsseite beträgt

Im =

\C_

Vs 4- Vm 4.n

sin 2η a — (Vs — Vm) sin a) 180° .

In diesen Gleichungen bedeutet a den Stromwinkel des Impulses.

Die Spannung des gemeinsamen Übertragungsmittels wird nur durch den Strom gemäß B und den Spannungsabfall an der Kapazität Ct des Übertragungsmittels gegen Erde bestimmt. Wenn der Strom gemäß B aus η vollen Sinuswellen besteht, ändert sich die Spannung Ut des Übertragungsmittels gemäß η vollen Perioden einer

Claims (2)

Kosirmsfunktionj deren Spitzen-Spitzenwert sich zwischen Null und einem Wert Vs + Vm I 1_ «2 Ut = (3 a) ändert. Falls η = 1 gewählt wird, wird die Kapazität Ct gleich 2 C -j- gemäß Gleichung (1) sein, und falls die Spannung Vm der Empfangsseite mit Null beim Starten des Übertragungsimpulses angenommen wird, werden die folgenden Momentanwerte der Ströme Is und Im erhalten: Is = V_ 2 Im = — 2 sin 2a + sin α], - sin 2a-— sin Die Spannung Ut wird eine Kosinusfunktion mit einer vollen Periode und einer Amplitude von Scheitel zu Scheitel sein, die zwischen O und — V variiert. Wenn η = 2 gewählt wird, wird die Kapazität gleich 2 C -jj- gemäß Gleichung (1), und falls angenommen wird, daß die Spannung Vm der Empfangsseite beim Einsetzen des Übertragungsimpulses Null ist, werden die folgenden Momentanwerte der Ströme Is und Im erhalten: Is = Im V_ 2 SL rSL -sin 4α + sin α|, - sin 4 a — sin a Die Spannung Ut wird eine Kosinusfunktion mit zwei vollen Perioden und einer Amplitude von Scheitel zu 15 Scheitel sein, die zwischen O und V variiert. Io Die Ströme I und * und die Ströme Is und Im, die durch die Überlagerung der erstgenannten Ströme auf die Sendebzw. Empfangsseite erhalten werden, sind für η = 1 in Fig. 3 und für η = 2 in Fig. 5 gezeigt. Die Spannung Ut an dem Übertragungsmittel T ist für η = 1 in Fig. 4 und für η = 2 in Fig. 6 gezeigt. Fig. 4 und 6 zeigen, daß die Spannung des gemeinsamen Übertragungsmittels am Ende des Übertragungsimpulses Null ist, d. h., es bleibt keine Energie in der 2 C Kapazität Ct zurück, falls diese Kapazität Ct = —— ist, wobei η ganze Zahlen 1,2... bedeuten kann. Falls keine Verbindung zwischen mehr als zwei Stromkreisen, z. B. drei oder vier, in demselben Kanal erwünscht 3 C ist, muß die Kapazität natürlich auf In großen elektronischen Fernsprechämtern sind die Teilnehmerkreise im allgemeinen in mehrere Gruppen unterteilt, und jede solche primäre Gruppe ist über elektronische Kontakte für mehrere Sekundärgruppen zugänglich, an die Fern- oder Verbindungsleitungskreise angeschlossen sind. Fig. 7 zeigt ein Schaltbild einer solchen Verbindung. Die Teilnehmerschaltung Ab ist über den Kontakt Ks mit dem Übertragungsmittel Tfrim des Primärkreises verbunden. Die primäre Übertragung ist ίο über einen elektronischen Gruppenkontakt Kg mit einem sekundären Übertragungsmittel Tsek verbunden, an den ein Stromlcreis Lr über einen Kontakt Km angeschlossen ist. Die Kapazitäten Cprim bzw. Csek der beiden Übertragungsmittel gegen Erde sind zweckmäßigerweise so gewählt, daß Cprim = Csek = ist. 1 in1 — 1 Im allgemeinen ist eine primäre Teilnehmergruppe größer als eine sekundäre Leitungsgruppe. Es kann vor- teilhaft sein, Cfrim größer als -7—5—— und Csek in dem entsprechenden Cprim + Csek = Grade 2C 4 w2 4m2— 1 kleiner zu machen, - ist. so daß 4 m2 bzw. oder ganz allgemein 4«2—: vergrößert werden, wobei p die Anzahl der Stromkreise ist, die mit demselben Kanal verbunden sind. Solche Fälle sind jedoch nicht sehr häufig innerhalb der Fernsprechtechnik. Patentansprüche:

1. Zeitmultiplexübertragungsanlage, bei der die Übertragungssignale der einzelnen Verbindungen vom einer Endausrüstung auf eine andere über ein den Verbindungen gemeinsames Übertragungsmittel in Form modulierter Impulse übertragen werden und das Übertragungsmittel mit jeder ■ Endausrüstung über einen Kontakt, eine in Reihe mit dem Kontakt geschaltete Induktivität und ein Tiefpaßfilter verbunden ist, dessen der Induktivität zugewandte Anschlußklemmen mit einem Kondensator abgeschlossen sind, der zusammen mit der Induktivität einen abgestimmten Kreis bildet, dessen Resonanzperiode im wesentlichen gleich der doppelten Zeit ist, während der die Kontakte zum Übertragen eines Impulses geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (C) zwischen das gemeinsame Übertragungsmittel und den dem Übertragungsmittel zugewandten, im allgemeinen geerdeten Pol des Tiefpaßfilters (LPs, LPm) geschaltet ist , der nicht mit der Induktivität (Ls, Lm) verbunden ist, und daß diese Kapazität (C) zusammen mit den auftretenden Erdkapazitäten (Cj) des Übertragungsmittels und den daran angeschlossenen Kontakten einen solchen Wert hat, daß sie zusammen mit den genannten Induktivitäten und Kondensatoren einen Resonanzstromkreis mit einer Resonanzfrequenz bildet, die ein gerades Vielfaches der Resonanzfrequenz des erstgenannten abgestimmten Kreises ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des genannten kapazitiven Stromkreises, der die Erdkapazität des Übertragungsmittels enthält, ^ä(l^mvalent *^st» wobei C die Kapazität der Abschlußkondensatoren (Cs, Cm) des Tiefpaßfilters, η eine ganze Zahl >0 und£ die Anzahl der mit demselben Kanal verbundenen Endausrüstungen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen