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Verfahren zur Kanalauswahl für impulsmodulierte Mehrkanal-Übertragungsanlagen
Bei gleichzeitiger übertragung vieler Nachrichten über einen -Lrbertragungsweg,
z. B. eine Funkverbindung, werden die einzelnen Nachrichten vorteilhaft einer entsprechenden
Anzahl von periodischen Impulsfolgen aufgeprägt, die zeitgestaffelt auf den übertragungsweg
gegeben werden. Dabei muß zuverlässig dafür gesorgt sein, daß die verschiedenen
Nachrichten richtig auf die zugehörigen Impulsfolgen verteilt und auf der Empfangsseite
wieder entsprechend aussortiert werden. Mechanische Verfahren sind bei Sprachübertragung
nicht mehr anwendbar. Elektronenstrahlschalter sind kostspielig, andere bisher bekannte
Röhrenanordnungen erfordern, eine Vielzahl von Elektronenröhren, welche die Anlage
in Anschaffung und Betrieb verteuern und wegen ihrer begrenzten Lebensdauer mit
steigender Zahl die Betriebssicherheit mindern.
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Aus diesen, Gründen wurde bereits vorgeschlagen, die Auswahl auf der
Sendeseite durch Überlagerung der gesamten Impulsfolge mit einer durch Frequenzteilung
davon abgeleiteten subharmonischen Schwingung zu bewirken, die zusammen mit dieser
sinusförmigen Schwingung bestimmte Werte erhaltenden Impulse auszuwählen und mit
der Modulation zu versehen. In jeweils anderer Phasenlage zugeführt, sollen diese
subharmonischen Schwin@giun@,gen so alle Impulsfolgen aussortieren. Dieses Verfahren
ist j.edocU beschränkt auf eine geringe Anzahl von Nachrichtenkanälen, da bei steigender
Kanalzahl die Impulsfolge relativ dichter wird, bezogen auf eine Periode der Auswahlschwingung,
rund so die Gefahr
wächst, daß auch Nachbarimpulse mit der Auswahlschwingung
zusammen noch den vorgegebenen Wert übersteigen. Auch darf die maximale Impulsspannung
nur gering sein in bezug auf die Spannung der subharmonischen Auswahlschwingung.
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Erfindungsgemäß wird dadurch Abhilfe geschaffen, daß der Impulsfolge
gleichzeitig jeweils zwei . oder mehr subharmonische Schwingungen überlagert werden,
deren Kurvenform, Spannung. Frequenz und Phasenlage se bemessen lverden, d.aß ihre
Summenkurve im Auswahlbereich eine flache Kuppe, daneben aber beiderseits steil
abfallende Flanken aufweist und im Auswahlbereich einen derartigen Wert erreicht,
daß eine Ansprechschwelle von dem Impuls überschritten wird--(z. B. Abb. i).
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Solche Auswahlschwingungen, in jeweils anderer Phasenlage angewandt,
sind zur Auswahl beliebig vieler 'Einzelkanäle ioder Gruppen .geeignet. Als niedrigste
Hilfsschwingung wählt man vorzugsweise eine Sinusschwingung, deren Frequenz gleich
der Impulsfolge des Einzelkanals oder :der gewiin:schten Gruppe ist, während die
Frequenzen der höheren Auswahlschwingungen ganzzahlige Vielfache der Impulsfrequenz
eines Kanals sind.
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Diese höheren Schwingungen können entweder Sinusform -oder abgekappte
Sinus-, Trapez- oder Rechterkform aufweisen.; letztere Gruppe bietet mehrere Vorteile.
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Die Überlegenheit des neuen Verfahrens besteht im wesentlichen darin,
daß die Summenkurve neben der flachen Kuppe einen wesentlich steileren Ab-' fall
zeigt als eine einzelne Sinuskurve (Beispiel' Abb. i, rechts).
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Statt der additiven Mischung kann auch die multzplikative Mischung,
vorzugsweü#se mit Elcktronenröhren, angewandt werden. Dieses Verfahren erlaubt es,
die Betriebssicherheit und die Anzahl der Nachrichtenkanäle bei relativ geringem
Aufwand :erheblich höher zu wählen. Wie aus den z Beispiel in, Abb. i deutlich ersichtlich,
ergibt sich ein besseres Verhältnis des Höchstwertes der Ianpulsspannung zur Summe
der Spitzenspannungen der Auswahlschwingungen ;als bei einer Auswahlfrequenz gleicher
Spannung (in Abb. i rechts, punktiert- eingezeichnet) bereits bei geringer Anzahl
von Kanälen. Diese Verbesserung @ermöglicht es auch, bei gleicher Impulsspannung
die Summenspannung der Auswahlschwingungen -niedriger zu wählen, wodurch sich deren
unvermeidliche Spannungsschwgnkungen weniger störend auswirken.
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In Abb. i sind als Beispiel zwei sinusförmige Auswahlschwingungen;
a. und b in ihrem zeitlichen Spannungsverlauf dargestellt, ferner eine regelmäßige
Folge zeitgestaffelter Impulse c, sowie die Summe aller dieser Spannungen d, welche
ixl: vorgegebenen Abständen eine Schwelle ic übersteigt. Dadurch wird eine Impulsfolge
g 3 isoliert, der ein Nachrichteninhalt aufgeprägt oder entnommen oder deren Modulationsart
geändert werden kann.
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So@ wird beispielsweise in e einem System eine regelmäßige Impulsfolge
von 64000 Impulsen pro Sekunde erzeugt, aus dieser nach obigem Verfahren acht Impulsfolgen
für acht Nachrichtenkanäle isoliert, moduliert und zeitgestaffelt über einen übertragungsweg
gegeben. Ebenso können. auf der Empfangsseite nach dem gleichen Verfahren aus der
aufgenommenen Impulsfolge wieder die acht Impulsfolgen getrennt werden; aus denen
die einzelnen Nachrichten zu entnehmen sind. Ein Vergleich der Summenkurve d mit
einer entsprechenden einzelnen Auswahlschwingung 1a, -die in Abb. i rechts einbezeichnet
ist, macht den erheblichen Vorteil offenbar.
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Bei einem Übertragungssystem mit mehr Kanälen ist der Fortschritt
noch offensichtlicher, da hier die Impulse relativ enger beieinander liegen und
schwieriger zu trennen sind. Beispielsweise sei bei vierundzwanzig Kanälen die Impulsfolge
je 8ooo/s, also 192 ooo/s, der Abs=ßd zu den Nachbarimpulsen ist 1/192 0010 s, d.
h. auf die Auswahlschwingung von 8 kHz bezogen 15° Phasenwinkel. Die' Sinusspannung
ist dabei erst um 3,¢0,'o abgesunken, eine Trennung erforderte also, höchste Spannungskonstanz
und nur kleine Impulse. Bei Anwendung von z. B. zwei Auswahlschwingungen von, .
$ kHz und 48 kHz, deren Spannungsverhältnis etwa o,68:0,32 gewählt wurde, ist die
Summe der beiden Amplituden an der gleichen Stelle bereits um 32% abgesunken, die
benachbarten Maxima ,um den .gleichen Wert. Man benötigt demnach eine wesentlich
geringere Summenspami@ung der Auswahlschwingungen,, z. B. i/io, oder kann höhere
Impulsspannungen. zulassen. Das Verfahren ist ebenso leicht auf höhere I#'-an;alzahlen,
z. B. 96 und mehr, anwendbar. Die erreichbare Auswahlgenauigkeit steigt rapide mit
der Anzahl der gleichzeitig auf einen Kanal angewandte. verschiedenen Auswahlschwingungen
und ist ferner abhängig von der geschickten; Wahl der Frequenz- und Spannungsverhältnisse.
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Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Auswahlschwingungen
a ;und b sowie die Impulsreihe c durch Übertrager Ta, Tb, Tc eingespeist
werden. Nur die Impulse, welche die durch die Vorspannung e vorgegebene Schwelle
überschreiben, werden von dem Gleichrichter Ge durchgelassen und bilden die Implulsfolge
g, die durch einen Trennübertrager Tg isoliert und in dem vorgespannten Gleichrichter
.Gm,_ mit der über Tirt Dwgeführten -Mo,dulationsspanniung in amplitudenmoiduliert
werden, g. - Auf gleiche Weise werden auf der Empfangsseite etwa aus der Impulsfolge
des ankommenden Summenkanals die Impulsfolgen der Einzelkanäle abgetrennt. Eine
Summen- oder Proaduktbildung kann ,auch durch Anordnungen mit anderen nichtlinearen.
Gliedern -o,der mit Elektronenröhren (Dioden, Trioden, Mehrgitterröhren .ü. a.)
erzielt werden. Die Addition der -.in Abb. 2 mittels Trennübertrager isolierten
Einzelspannungen soll nur als" ansch;aüliches Beispiel dienen.
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Es wird ferner vorgeschlagen, die Übertragungsglieder, im Beispiel
die Überträger Tar, Tat, Ta3 bzw. Tlrl, Tb 2 . . °., ;gegebenenfalls
mit weiteren Schaltelementen mit zur Phasendrehung herarizuiiehen. '
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- Übertrager -odet Kopplungsglieder können: auch mehreren Kanälen gemeinsam .sein
oder ganz entfallen, -wenn eine-- Rückwirkung nicht vorhanden .oder verhindert ist,
z. B. bei Elektronenröhren oder @kapazitiv überbrückten Übertragern, die für.die
Impulse . einen . vernachlässigbar : kleinen. Widerstand darstellen. Wegen der wesentlich
geringeren- Spannung der Auswahlschwingungen und den dabei zulässigen höheren Parallelkapazitäten
auf den Sekundärseiten der übertrag er ist eine'Vber'sprechgefahr weitgehend beseitigt.
So ist :es- äüch- möglich, daß solche Glieder mehreren: Kanälen gemeinsam sind,
etwa in einem 24-Kanal-System nur -zwei Übertrager für die 48-kHz-Schtvingung, die
gegeneinander 9o' Phasenverschiebung haben, und von denen jeder zwei gegenphasige
Sekundärwicklung trägt. So sind die vier um je 90' verschobenen 48-kliz-Auswahlschwingungen
verfügbar, zu denen die 24 um je i5° verschoben nen und entsprechend über zwölf
Übertragern eingespeisten 8-kHz-Sch@vingungen addiert werden. Es sind demnach insgesamt
nur zwei Röhrengerneratoren und sechzehn Übertrager erforderlich gegen vierundzwanzig
Röhren: bei einem Ringzähler. Die mit sinkender Röhrenzahl steigende Betriebssicherheit
sowie die erhöhte Stabilität des neuen Verfahrenis sind :offensichtlich.
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Das Verfahren ist sowohl auf der Sendeseite als auf der Empfangsseite
anwendbar für mehrere Arten der Impulsmodulation, z. B. Amplituden-, Längen- oder
Phasenmodulation. Es ist bsonders wertvoll in Anlagen, bei denen Elektronenröhrenan:ordnungen,
z. B. zur Impulserzeugung, Verstärkung oder Änderungen der Modulationsart, möglichst
weitgehend .allen Kanälen oder zumindest größeren Gruppen von Kanälen gemeinsam
sind.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht in der Anwendung der Freqnenzvervielfachung
zum Erzeugen der Auswahlschwingungen an Stelle der unstabileren Frequenzteilung.
Die Auswahlschwingungen können auch in selbständigen Oszillatoren erzeugt werden,
die durch Impulse phasenstabilisiert werden. Besonders in Verbindung mit dem dargestellten
Auswahlverfahren bietet die Frequenzvervielf:achung erhebliche Vorteile gegenüber
der Frequeuzteilung.