DE1115315B - Mit Pulsamplitudenmodulation arbeitendes Zweidraht-Zweiwege-Zeitselektionssystem - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. H 04 j

DEUTSCHES

PATENTAMT

St 12040 rXd/21a⁴

A N M E L D ET A G : 19. DEZEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 19. OKTOBER 1961

Übertragungsanlagen mit Pulsmodulation, und zwar insbesondere mit Pulsamplitudenmodulation und mit Zeitmultiplexprinzip, haben in jüngster Zeit auf dem Gebiete der elektronischen Vermittlung besonderes Interesse gefunden.

In Fig. 1 ist — wenn man sich den mit — R bezeichneten Block zunächst einmal wegdenkt — schematisch eine Anlage nach bereits bekanntgewordenen Vorschlägen dargestellt.

Man erkennt zwei Gruppen A und B von Kanälen bzw. Teilnehmern F₁, F₂... F_n und F₁', F₂'... F_n, von denen — gegebenenfalls auch innerhalb der Gruppen — wechselweise jeweils zwei miteinander in Verkehr treten sollen. Mehrere Verbindungen gleichzeitig werden dabei also durch das Zeitmultiplexprinzip ermöglicht. Die Verbindungswege sind definiert durch die Programmsteuerung der Schalter 5j... S_n, S₁... S_n'. HW ist der gemeinsame Übertragungsweg zwischen den beiden Gruppen A und B,

Betrachtet man eine Verbindung zwischen z. B. F₁ und F₁', so erkennt man, daß die Energieübertragung dadurch erfolgt, daß die Ladung vom Kondensator CS₁ bei geschlossenen Schaltern S₁, S_n und S₁' über die Spule L_n vollständig auf den Kondensator CS₁' übergeht. Beträgt das Schließintervall der Schalter die Zeit T_s, so wird also ein der momentanen Ladung des Kondensators CS₁ entsprechender, amplitudenmodulierter Impuls mit der Dauer T_s übertragen. Der Rückfluß wird durch das unmittelbar folgende Öffnen der Schalter verhindert. Wenn also die drei jeweils zusammengehörigen Schalter durch mehrere zeitlich gegeneinander versetzte Impulszüge gesteuert werden, können dadurch gleichzeitig mehrere unabhängige Nachrichtenverbindungen von A nach B oder umgekehrt hergestellt werden.

Die Spule L_n ist notwendig, um einen vollständigen Ladungsübergang sicherzustellen. Bei Kurzschluß würde sich die Ladung in zwei Hälften auf CS₁ und CS₁ verteilen.

Die Nachricht wird dem Speicherkondensator CS₁ über einen Tiefpaß L₁, C₃ zur Aufladung zugeführt, und in umgekehrter Richtung werden die aufeinanderfolgenden Ladungen (z. B. von CS₁) mittels eines Tiefpasses (z. B. L₁, C₁) wieder zur Nachricht demoduliert.

Die Einheit Tiefpaß, Speicher und Schalter (also z. B. L₁, C₁, CS₁, S₁) bildet damit einen Modulator-Demodulator, also eine in beiden Übertragungsrichtungen wirkende Modulationsanordnung, so daß zwischen je zwei Kanälen bzw. Teilnehmerleitungen, Mit Pulsamplitudenmodulation arbeitendes Zweidraht-Zweiwege-Zeitselektionssystem

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Fellbach (Württ), ist als Erfinder genannt worden

z. B. zwischen F₁ und F₁', eine echte gleichzeitige Übertragung in beiden Richtungen, also ein echtes Gegensprechen, möglich ist. Dabei wird die Verbindung zwischen jeweils einem beliebigen Kanal der einen Gruppe und einem beliebigen Kanal der anderen Gruppe im Zeitmultiplexbetrieb vermöge der Schalter hergestellt, was einen quasi-gleichzeitigen Mehrfachbetrieb bedeutet.

Die Energieübertragung bei einem solchen System ist — auch abgesehen von den reinen Leitungsverlusten, die bei kurzen Leitungen vernachlässigbar sind — mit Verlusten verbunden, die durch die Schalter und die Netzwerke verursacht werden. Sie betragen beim heutigen Stand der Technik einige Dezibel.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Verlustdämpfung aufzuheben und gewünschtenfalls eine Verstärkung zu erreichen.

Nach dem Stand der Technik ist bei einer Nachrichtenverbindunng mit echtem, gleichzeitigem Zweirichtungsbetrieb auch hinsichtlich des dämpfungsvermindernden Elementes eine Dämpfungsverminderung mittels eines negativen Widerstandes möglich. Dieser muß aber so bemessen sein, daß für die Verbindung eine Restdämpfung verbleibt, weil das System sonst zur Selbsterregung kommt. Es kann sich also stets nur um eine Dämpfungsverminderung, nicht aber um eine Aufhebung der Dämpfung oder gar um eine Verstärkung handeln.

Will man eine Aufhebung der Dämpfung oder Verstärkung erzielen, so muß manmindestens hinsichtlich des entdämpfenden oder verstärkenden Elementes vom echten, gleichzeitigen Zweirichtungsbetrieb abgehen und mit einem Quasi-Zweirichtungsbetrieb oder einem quasi-gleichzeitigen Betrieb arbeiten. Der

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Quasi-Zweirichtungsbetrieb ist sowohl mit herkömm- kondensator eines Kanals der einen Gruppe und

liehen Verstärkern als auch mit negativen Widerstän- einem Speicherkondensator eines Kanals der anderen

den möglich, der quasi-gleichzeitige Betrieb nach dem Gruppe über mindestens eine Spule und über nach

Stande der Technik nur mit herkömmlichen Ver- einem Zeitprogramm gesteuerte Schalter stattfindet, stärkern. . , . 5 wie es zum Zwecke der elektronischen Vermittlung

Der Quasi-Zweirichtungsbetrieb erfordert den Ein- bereits bekannt ist.

satz zweier Verstärkerelemente, die an der Ver- Die Grundsätze der Erfindung wurden beispiels-

stärkerstation über Gahel- und Differentialschaltun- halber bereits erläutert an Hand der

gen richtungsentkoppelt werden, so daß dort ge- Fig. 1, die schematisch den Grundgedanken und

wissermaßen Vierdrahtbetrieb vorliegt. Dies erfordert 10 gleichzeitig eine Ausführungsform der Erfindung

erhöhten Aufwand, außerdem ist der Gabelabgleich wiedergibt;

bei wechselnden Teünehmerleitungen schwer einzu- Fig. 2 a zeigt schematisch den für die Erfindung

halten. ' _ wesentlichen Teil der Fig. 1;

Bei quasi-gleichzeitigem Betrieb ist nur ein Ver- Fig. 2 b gibt ein Diagramm hierzu zur Erläuterung

Stärkerelement nötig,, das aber durch zusätzliche 15 wieder;

Schalter wechselweise unter entsprechendem Fre- Fig. 3 a bis 3 c sind Ortskurven der beteiligten

quenzband- oder Zeitaufwand nach dem Zeitmulti- Widerstände, und

plexprinzip zur Verstärkung in die eine bzw. in die Fig. 4 zeigt schematisch die Schaltung eines geandere Richtung umgeschaltet werden muß. Mithin eigneten negativen Widerstandes,
ist zur Übertragung ein verdoppeltes Frequenzband 20 Die Bandbreite des negativen Widerstandes — R notwendig, oder es muß eine entsprechende Ver- _muß _so bemessen sein, daß die in seinem Netzwerk schlechterung der Übertragungsqualität in Kauf ge- gespeicherte Energie innerhalb der Öffnungsdauer der nommen werden. . Schalter S genügend abgeklungen ist.

Unter Ausnutzung, besonderer Möglichkeiten, die Die Dämpfung auf dem Übertragungsweg ensteht die Pulsamplitudenmodulation bietet, gelingt es ge- 25 J_1n wesentlichen durch die Längswiderstände der maß der Erfindung,'entgegen den bisherigen Erfahr Schalter S und der SpUIeL_n. Wählt man den negarungen und der bisherigen Technik eine echte, gleich- tiven Widerstand —R gleich den Verlustwiderstänzeitige Zweirichtungsübertragung unter Aufhebung den, so erfolgt die Energieübertragung verlustfrei. Soll der Dämpfung oder gewünschtenfalls Verstärkung durch die Verluste und ihre Entdämpfung keine Verdurchzuführen. 30 zerrung des Einschwingvorganges (Energietransportes)

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Pulsampli- erfolgen, so muß der negative Widerstand in dem

tudenmodulation arbeitendes Zweidraht-Zweiwege- Frequenzbereich des Energiespektrums dem Betrage

Zeitselektionssystem zur Nachrichtenübertragung zwi- nach gleich dem Betrag des resultierenden Verlust-

schen paarweise in beliebiger Zuordnung in Ver- Widerstandes sein und entgegengesetzte Phasenlage

kehr stehenden Kanälen mit einer Vielzahl ange- 35 haben. Da das zu-übertragende Energiespektrum die

schlossener Kanäle und einer gemeinsamen durch untere Grenzfrequenz Null hat, müßte der negative

einen .negativen Widerstand entdämpften Übertra- Widerstand an sich ebenfalls bis zur Frequenz Null

gungsleitung, die einander zugeordnete Kanäle in auf- realisiert werden.

einanderfolgenden Zeitintervallen paarweise für beide Die Energieübertragung wird jedoch praktisch

Richtungen wirksam verbindet. 40 nicht gestört, wenn der Einschwingvorgang infolge

Um das gesteckte Ziel zu erreichen, wird die Ver- anderer Dimensionierung des negativen Widerstandes bindung jeweils nur für ein einer Impulsdauer ent- etwas verzerrt wird. Eine technisch besonders vorteilsprechendes Zeitintervall hergestellt, und der negative hafte Losung wird mit einem gleichstromdurchlässi-Widerstand ist, um. im jeweiligen, gesamten Verbin- gen negativen Widerstand erzielt, der erst im oberen dungsweg die Dämpfung Null bzw. eine Verstärkung 45 Frequenzgebiet des Energiespektrums negativ reell zu realisieren, derart bemessen, daß sich die aus je- wird und dessen Blindkomponenten in diesem Beweils zwei einander zugeordneten Kanälen und dem reich etwa in der gleichen Größenordnung wie die gemeinsamen Übertragungsweg aufgebauten Verbin- der Spule L_n und der Serienschaltung der beiden am dungswege in dem Zeitintervall, in dem die Kanäle Energietransport beteiligten Kondensatoren CS liegen, durch den Übertragungsweg wirksam verbunden sind, 50 Für diesen relativ kleinen Frequenzbereich läßt sich in einem labilen oder instabilen Zustand befinden. der negative Widerstand mit geringem Aufwand

Als »labiler Zustand« ist also hierbei derjenige realisieren und in einfacher Weise transformatorisch

bezeichnet, den ein gleich der Summe aller Verlust- in den Kreis einbauen. Da der negative Widerstand

widerstände gewählter negativer Widerstand .hervor- bei geöffnetem Schalter nicht belastet wird, muß er

ruft und bei dem es zu einer Aufhebung der Dämp- 55 leerlaufstabiles Verhalten haben,

fung kommt und bei Bestehen der Verbindung über In Fig. 2 a ist der für die Energieübertragung

die Impulsdauer hinaus zur Gefahr derSelbsterre- wesentliche Teil der Schaltung und in Fig. 2b die

gung kommen würde, und als instabilier derjenige, Zeitfunktion der Spannung U₁ des Unken Konden-

den ein größer als die Summe aller Verlustwider- sators dargestellt.

stände bemessener negativer Widerstand hervorruft 60 InFig. 2 a erkennt man wieder die beiden Speicherund bei dem es zu einer Verstärkung kommt und bei kondensatoren CS und CS', die Spule L,„ für die Bestehen der Verbindung über die Impulsdauer hin- mit r die ohmsche Komponente angedeutet ist, und aus zu einer Selbsterregung kommen würde. den negativen Widerstand —R, in den seine Elemente

Besondere Bedeutung hat ein solches System für Induktivität L^, Kapazität C_R und ohmscher Anteil R_Ä

den wahlweisen Nachrichtenverkehr zwischen jeweils 65 eingezeichnet sind.

zwei aus einer Vielzahl von in zwei Gruppen ein- Die verschiedenen Schalter sind symbolisch zu

geteilten. Kanälen, bei dem die Energieübertragung einem Schalter zusammengefaßt. Seine Bezeich-

in an sich bekannter Weise zwischen einem Speicher- nung W soll besagen (in Verbindung mit den Orts-

kurven der Fig. 3), daß dort der Widerstand W des gesamten Kreises konzentriert gedacht ist.

Fig. 2 b zeigt, wie bereits bemerkt, die Zeitfunktion der Spannung U₁ des Kondensators CS unter der Voraussetzung, daß der Energietransport von ihm zum Kondensator CS' erfolgt. Der Zeitpunkt der Schließung des Schalters ist t_v Sind keine Querverluste vorhanden, so ist die Energie des Kondensators CS in dem Augenblick t₂ vollständig auf den Kondensator CS' übergegangen, wenn sie am Kondensator CS Null geworden ist. In diesem Augenblick muß der Schalter wieder geöffnet werden.

Mit Hilfe eines negativen Widerstandes mit der in Fig. 3 b gezeigten Ortskurve läßt sich sowohl der Spannungswert Null am Kondensatoren wie auch eine verstärkte Umladung erreichen.

In den Diagrammen der Fig. 3 sind J₁ und /₂ die Grundfrequenzen jenes vorerwähnten oberen Frequenzgebietes des zu übertragenden Energiespektrums, in dem der negative Widerstand reell werden soll.

Fig. 3 a zeigt die Ortskurve des Widerstandes W ohne negativen Widerstand, Fig. 3 c zeigt seine Ortskurve mit negativem Widerstand gemäß Fig. 3 b.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Schaltung zur Erzeugung eines negativen Widerstandes, die es erlaubt, ihm eine Ortskurve nach Fig. 3 b zu geben, und dazu die Gleichstromdurchlässigkeit gewährleistet. Eine solche Schaltung ist bekannt, und ihre Auslegung und Bemessung für den speziellen Anwendungsfall liegt im Können des Fachmannes.

V ist der Verstärker, der für das gewünschte Frequenzgebiet zu bemessen ist, R jener Widerstand, der negativ in die Klemmen K hineinzumessen ist, und die längs in die Übertragungsleitung zu schaltende Eingangswicklung L_K gewährleistet den Gleichstromdurchgang.

Um die sich im Netzwerk des negativen Widerstandes vollziehende Speicherung unschädlich zu machen, können diese Speicher innerhalb der Öffnungsdauer der Schalter S durch zusätzliche Schaltmittel entladen werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit Pulsamplitudenmodulation arbeitendes Zweidraht-Zweiwege-Zeitselektionssystem zur Nachrichtenübertragung zwischen paarweise in beliebiger Zuordnung in Verkehr stehenden Kanälen mit einer Vielzahl angeschlossener Kanäle und einer gemeinsamen, durch einen negativen Widerstand entdämpften Übertragungsleitung, die einander zugeordnete Kanäle in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen paarweise für beide Richtungen wirksam verbindet, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verbindung jeweils nur für ein einer Impulsdauer entsprechendes Zeitintervall hergestellt wird und daß der negative Widerstand derart bemessen ist, daß sich die aus jeweils zwei einander zugeordneten Kanälen und dem gemeinsamen Übertragungsweg aufgebauten Verbindungswege in dem Zeitintervall, in dem die Kanäle durch den Übertragungsweg wirksam verbunden sind, in einem labilen oder instabilen Zustand befinden, so daß jeweils der gesamte Verbindungsweg die Dämpfung Null bzw. eine Verstärkung aufweist.

2. System nach Anspruch 1 zum wahlweisen Nachrichtenverkehr zwischen jeweils zwei aus einer Vielzahl von in zwei Gruppen eingeteilten Kanälen (F₁... F_n bzw. F₁'... F_n'), bei dem die Energieübertragung in an sich bekannter Weise zwischen einem Speicherkondensator (z. B. CS₁) eines Kanals der einen Gruppe und einem Speicherkondensator (z. B. CS₁') eines Kanals der anderen Gruppe über mindestens eine Spule (L_h) und über nach einem Zeitprogramm gesteuerte Schalter (S₁, S_h, S₁) stattfindet (oder in der dazu dualen Weise), insbesondere zum Zwecke der elektronischen Vermittlung, mit dem in den Übertragungsweg zwischen den beiden Speichern eingefügten negativen Widerstand (—R).

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des negativen Widerstandes so bemessen ist, daß die in seinem Netzwerk gespeicherte Energie innerhalb der Öffnungsdauer der Schalter genügend abgeklungen ist.

4. System nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Widerstand gleichstromdurchlässig ist und erst im oberen Frequenzgebiet des zu übertragenden Energiespektrums negativ reell wird und daß seine Blindkomponenten in diesem Bereich in der Größenordnung der am Energietransport beteiligten Reaktanzen des Übertragungsweges einschließlich der beiden Speicherkondensatoren liegen.

5. System nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Schaltmittel vorgesehen sind, durch welche die im Netzwerk des negativen Widerstandes enthaltenen Speicher innerhalb der Öffnungsdauer der Schalter entladen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 302 402, 548 714, 246, 857 649;

schweizerische Patentschriften Nr. 252 926,
792;

The Bell System Technical Journal, Januar 1951, S. 88 bis 109;

H. W. Goetsch, Taschenbuch für Fernmeldetechniker, 1943, S. 688 bis 690.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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