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Schaltungsanordnung zur Fehlerkorrektur einer Leitungspegelsteuerung
mit Temperaturfühlern in Vielkanal-Trägerfrequenz-Weitverkehrssystemen Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Fehlerkorrektur einer Leitungspegelsteuerung
mit Temperaturfühlern von Vielkanal-Trägerfrequenz-Weitverkehrssystemen mit vielen
von Speiseämtern aus über die Innenleiter von Koaxialkabeln gleichstrommäßig ferngespeisten,
insbesondere unterirdischen Leitungsverstärkern, bei der die durch Temperaturänderungen
verursachten Kabeldämpfungsänderungen für die Nutzsignale dadurch ausgeglichen werden,
daß der Verstärkungsgrad der ferngespeisten Zwischenverstärker durch Temperaturfühler
verändert wird, deren Widerstand von der Umgebungstemperatur der Verstärker abhängt,
und bei der in den vorzugsweise jeweils eine Hälfte der angrenzenden Streckenabschnitte
fernspeisenden Speiseämtern vorgesehene pilotgesteuerte Leitungspegelregler (Pilotregler)
den dort vorhandenen Pegel auf seinen Sollwert regeln. Eine solche Leitun,-spe,-elsteuerung
mit Hilfe von Temperaturfühlern ist an sich bekannt (NTZ, 1965,
H.
3, S. 154 bis 158).
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Die Pegelsteuerung mit Temperaturfühlern arbeitet nur so lange zufriedenstellend,
wie die Temperaturänderungen im Kabel und im Verstärker gleich sind. Ist das nicht
der Fall, dann entstehen Pegelfehler, die der Differenz der im Kabel und im Verstärker
auftretenden Temperaturänderungen proportional sind. Der weitaus größte Teil dieser
Fehler ist systematisch und von der Umgebungstemperatur und damit von der Jahreszeit
abhängig, d. h., diese Fehler treten C C
überwiegend zugleich im ganzen
System oder in größeren Abschnitten des Systems in derselben Richtung auf. Ein solcher,
insbesondere also in langen Streckenabschnitten zwischen aufeinanderfolgenden Speiseämtern
möglicher, größerer Gesamtfehler kann die Geräuschverhältnisse des Systems verschlechtern
und gegebenenfalls eine unerwünschte größere Aussteuerungsgrenze der Leitungsverstärker
erforderlich machen.
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Die in den Speiseämtern vorhandenen pilotgesteuerten Leitungsregler,
die vor allem die Aufgabe haben, in den Ämtern auftretende Pegelsprünge schnell
und ohne großes Überschwingen auszuregeln, regeln zwar automatisch auch die in den
Ämtern jeweils festgestellten Gesamtfehler der Pegelsteuerung an Ort und Stelle
aus, ohne daß dabei aber die in den einzelnen ferngespeisten Leitungsverstärkern
vorhandenen Restfehler im Sinne einer Verbesserung der Geräuschverhältnisse irgendwie
beeinflußt werden.
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Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1060 442), die in den
Speiseämtern vorhandenen pilotgesteuerten Pegelregler zur Steuerung der ferngespeisten
Verstärker der ankommenden Übertragungsrichtung mitzubenutzen. Das kann so geschehen,
daß der Fernspeisegleichstrom auch zum Heizen von in den ferngespeisten Verstärkern
angebrachten Heißleiter-Stellgliedern verwendet und durch den Pilotregler beeinflußt
wird. Dabei ergibt sich eine Schwierigkeit, die durch folgende Überlegungen verständlich
wird: Ein Regelsystem nach dem beschriebenen Prinzip erfordert, daß bei einer Vierdrahtleitung
zwischen zwei bemannten Ämtern (Hauptämtern) bezüglich der Steuerung der Regler
alle Verstärker der einen Übertragungsrichtung dem einen bemannten Amt und alle
Verstärker der anderen Übertragungsrichtung dem anderen bemannten Amt zugeordnet
werden. Dies ist aber nicht im Einklang mit der Fernstromversorgung und der Fernüberwachung,
bei denen jeweils die halbe Strecke mit beiden Übertragungsrichtungen einem bemannten
Amt zugeordnet ist. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird das Regelsystem in an
sich bekannter Weise so abgewandelt, daß die Zuordnung der mitgesteuerten Verstärker
ebenso ist wie bei der Fernstromversorgung und der Fernüberwachung, d. h.,
von einem bemannten Amt aus werden sämtliche von ihm ferngespeisten Verstärker (Unterämter)
gesteuert. Dabei werden sowohl dieVerstärker der ankommenden Übertragungsrichtung
als auch die Verstärker der abgehenden Übertragungsrichtung durch ein und denselben
Pilotreggler gesteuert. Werden von einem Pilotregler n ferngespeiste Verstärker
mitgeregelt, so muß ein vom Pilotregler ausgewerteter Pegelfehler zu gleichen Teilen
vom Verstärker im Hauptamt sowie den n ferngespeisten Verstärkern ausgeregelt werden,
d.
h., jeder Verstärker muß sowohl im Hauptamt als auch in den Unterämtern den
-ten Teil des Pegelfehlers ausregeln. Dabei übernimmt die Gesamtheit aller ferngespeisten
Verstärker den
-ten C
Anteil eines ausgewerteten Fehlers.
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Die beiden Regelsysteme eines Leitungsabschnittes zwischen zwei benachbarten
bemannten Ämtern beeinflussen sich gegenseitig und bilden eine Rückkopplungsschleife
mit der Ringoyerstärkung C
Bei einer größeren Anzahl ferngespeister Verstärker nähert sich die Ringverstärkung
dem Wert 1, und eine sehr starke Neigung zur Instabilität ist die Folge.
Um diese Neigung zur Instabilität zu beseitigen, wird bekanntlich (deutsche Auslegeschrift
1060 442) zwischen zwei aneinandergrenzenden Fernspeise- und Regelabschnitten
je ein Verstärker jeder Übertragungsrichtung durch einen eigenen Pilotregler
geregelt, so daß dort der Pegel konstant gehalten wird, Diese Notwendigkeit eines
vollständigen Pilotreg glers zwischen zwei aneinandergrenzenden Fernspeiseschleifen
bedeutet einen großen Nachteil, weil damit der Aufwand wächst und die Betriebssicherheit
(Regler unter der Erde) abnimmt. Außerdem wird bei dieser Anordnung ein relativ
großer Regelbereich des Fernspeisestromes benötigt, dessen Realisierung bei der
großen Fernspeisespannung und -leistung große Schwierigkeiten bereitet.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der Pegelsteuerung
mit Temperaturfühlern der größte Teil der temperaturabhängigen Dämpfungsänderungen
durch die Peg gelsteuerung im ausgeglichen wird und daß es genügt, die verbleibenden
Restfehler nur teilweise zu korrigieren.
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Erfindungsgemäß wird als Temperaturfühler zur Pegelsteuerung ein indirekt
geheizter Heißleiter verwendet, dessen Widerstandsänderung hauptsächlich von der
Änderung der Umgebungstemperatur und nur zu einem kleinen Teil von der durch die
Pilotregler im Speiseamt hervorgerufenen Änderung des Fernspeisestromes abhängt,
derart, daß die durch die Pilotempfänger im Speiseamt veranlaßten Stellwirkungen
auf den geregelten Verstärker im Speiseamt und auf die Gesamtheit aller gesteuerten
Verstärker der dazugehörigen Fernspeiseschleife nicht zu einer unzulässig hohen
gegenseitigen Rückwirkung der Pilotregler der beiden Übertragungsrichtungen aufeinander
führen.
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Der Arbeitspunkt des Temperaturfühlers wird ebenfalls mit Hilfe des
Fernspeisestromes eingestellt, indem ein Teil des Fernspeisestromes über den Heizer
des Heißleiters geleitet wird und der notwendig ge mittlere Heißleiter-Stellwiderstand
eingestellt wird.
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Es sind drei verschiedene Korrekturanordnungen möglich, die im folgenden
beschrieben werden: a) Man kann die Fehlerkorrektur nur in bestimmten Speiseämtern,
die nicht Fernspeiseschleifen des gleichen Streckenabschnitts speisen, vorzugsweise
in jedem zweiten Amt, durch den Pilotregler vornehmen und die Speiseströme der der
jeweils ankommenden Übertragungsrichtung der geregelten Verstärker zugekehrten Fernspeiseschleiien
br,-einflussen, so daß die ferngespeisten Zwischenverstärker dieser Fernspeiseschleifen
rückwärts mitgeregelt werden, wobei diese Korrektur der Fernspeiseströme vorzugsweise
abwechselnd von Pilotreglern entgegengesetzter Übertragungsrichtung vorgenommen
wird.
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Dabei wird also in jedem Streckenabschnitt zwischen zwei benachbarten
Speiseämtern nur eine der beiden Fernspeiseschleifen korrigiert, damit keine Verkopplung
der Wirkungen zweier pilotgesteuerter Peggelregler entgegengesetzter Übertraggun,gsrichtung,
die zur Instabilität führen kann, auftritt. Wenn die Korrektur abwechselnd von Pilotreglern
entgegengesetzter Übertragungsrichtung vorgenommen wird, werden die Fehler beider
Übertragungsrichtungen gleichmäßig korrigiert.
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Wenn der Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern nur kurz
ist und nur eine Fernspeiseschleife besitzt, kann selbstverständlich auch im benachbarten
Speiseamt eine Korrektur der Restfehler der zum nächsten Streckenabschnitt gehörigen
Fernspeiseschleife vorgenommen werden.
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b) Man kann die Fehlerkorrektur in allen Speiseämtern und allen Fernspeiseschleifen
vornehmen und die Speiseströrne der der jeweils ankommenden Übertragungsrichtung
der geregelten Verstärker zugekehrten Fernspeiseschleifen beeinflussen, so daß alle
ferngespeisten Zwischenverstärker rückwärts mitgeregelt werden, wobei ein ausgewerteter
Pegelfehler eines Abschnittes, vorzugsweise etwa zur Hälfte oder zu einem größeren
Teil, vom Verstärker im Speiseamt und zum restlichen Teil von allen gesteuerten
Verstärkern der dazugehörigen Fernspeiseschleife gemeinsam ausgeglichen wird.
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Dabei übernimmt also die Gesamtheit aller ferngespeisten Verstärker
den Q-ten Anteil eines ausgewerteten Fehlers, und die Ringverstärkung der Rückkopplungsschleife
ist V,- = Q2. Bei beispielsweise Q = 0,4, d. h. wenn die Gesamtheit
aller ferngespeisten Verstärker 40 0/, eines ausgewerteten Fehlers ausgleicht,
ist V, = 0,16. Es ergibt sich also eine Ringverstärkung, die vom kritischen
Wert 1 sehr weit entfernt ist.
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Wenn der Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern nur kurz
ist und nur eine Fernspeiseschleife besitzt, kann selbstverständlich der Wert Q
beliebig groß gewählt werden, ohne daß eine Verkopplung der Wirkungen zweier Pilotregler
entgegengesetzt der Übertragungsrichtung auftritt.
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e) Man kann die Fehlerkorrektur in allen Speiseämtern und allen
Fernspeiseschleifen vornehmen, so daß vom Pilotregler einer festgelegten Übertragungsrichtung
sowohl der Leitungsverstärker dieser Übertragungsrichtung im Speiseamt als auch
die Speiseströme beider benachbarter Fernspeiseschleifen in der Weise korrigierend
beeinflußt werden, daß in einem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern
die eine Fernspeiseschleife rückwärts geregelt und die andere Fernspeiseschleife
vorwärts gesteuert wird.
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In der anderen Übertragungsrichtung des Systems sind in jedem Speiseamt
Pilotregler vorgesehen, die nur den zugehörigen Leitungsverstärker allein regeln.
Dadurch gibt es 'keine Verkopplung der Wirkungen zweier Pilotregler entgegengesetzter
Übertragungsrichtung.
Wenn der Abschnitt zwischen zwei benachbarten
Speiseämtern nur kurz ist und nur eine Fernspeiseschleife besitzt, kann selbstverständlich
von da ab die Korrektur von den Pilotreglern der anderen Übertragungsrichtungvorgenommenwerden.
Dadurch wird die Korrektur in beiden Übertragungsrichtungen gleichmäßiger.
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Es ist zweckmäßig, den Stellwirkungsanteil Q der Gesamtheit
aller rückwärts geregelten Unterflurverstärker der ankommenden Richtung größer als
den Stellwirkungsanteil Q' aller vorwärts gesteuerten Unterfturverstärker der abgehenden
Richtung zu machen. Der Grund hierfür ist folgender: Nimmt man den sehr ungünstigen
Fall an, daß mehrere benachbarte Abschnitte Restfehler ar alternierenden Vorzeichens
aufweisen, so wird durch die Vorwärtssteuerung, wie sich leicht nachweisen läßt,
dieser Fehler nach einer geometrischen Reihe mit dem Quotienten Q' wachsen. Bei
unendlich vielen Abschnitten wächst dieser Fehler auf den Betrag
Man erkennt, daß mit wachsendem Q' auch dieser Fehler wächst.
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Die F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung nach Fallb). Ein Abschnitt zwischen zwei benachbarten Speiseämtern
ist schematisch dargestellt. Bei großen Ab-
ständen der benachbarten Speiseämter
SA, und SA, überbrückt eine Fernspeiseschleife die halbe Entfernung zwischen
den beiden benachbarten Speiseämtern. Das Netzgerät G, speist die linke Fernspeiseschleife
I des Abschnittes, und das Netzgerät G, speist die rechte Fernspeiseschleife
II des Abschnittes. Die Kondensatoren C trennen gleichstrommäßig, die einzelnen
benachbarten Fernspeiseschleifen, während die Drosselspulen L, die symbolisch eine
Sperre für die Nutzsignale darstellen, den Kurzschluß des Nutzsignals durch die
Fernspeiseschleife verhindern. Der Pilotregler P, der einen Übertragungsrichtung
beeinflußt das Netzgerät Gl, während der Pilotregler P, der anderen Übertragungsrichtung
das Netzgerät G2 beeinflußt. Zu den beiden Fernspeiseschleifen gehören die
geregelten Verstärker in den Speiseämtem Va, bzw. Va, und die ferngespeisten
Verstärker V. Dadurch, daß der Pilotregler einer Übertragungsrichtung eine Fernspeiseschleife
beeinflußt, die zu beiden Übertragungsrichtungen gehört, ergibt sich eine Verkopplung
der Wirkung der Pilotregler zweier benachbarter Speiseämter, die den beiden Übertragungsrichtungen
zugehören. Durch die Aufteilung der auszugleichenden Pegelfehler auf den geregelten
Verstärker im Speiseamt einerseits und die mitgesteuerten Verstärker der Fernspeiseschleife
andererseits, z. B. im Verhältnis 1: 1, wird ein Instabilwerden des Systems
verhindert. Andererseits bewirkt diese Verkopplung der beiden Übertragungsrichtungen,
wie sich nachweisen läßt, eine Reduktion der systematischen jahreszeitlichen Fehler
auf ein Drittel. Fehler der Stromkonstanz der Fernspeiseschleife sowie Fehler, die
in einem ferngespeisten Verstärker örtlich auftreten, werden ebenfalls stark reduziert.
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Die F i 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
nach Fall c). Mit SA, SA, und SA, sind drei benachbarte,
in einer Vierdraht - Trägerfrequenz - Weitverkehrs - Nach-C
richtenübertragungsstrecke liegende Speiseämter mit dazwischen befindlichen Streckenabschnitten
1 und 11
bezeichnet. Die in diesen Abschnitten liegenden, insbesondere
unterirdischen Leitungsverstärker V werden von spannun-sstabilisierten Netzgeräten
in den Ämtern mit Gleichstrom ferngespeist, wobei sich die einzelnen Fernspeisesrhleifen
jeweils über einen halben Streckenabschnitt erstrecken. Ein Netzgerät Gil im Amt
SA, speist die benachbarte Fernspeiseschleife Ti, des nicht dargestellten
Streckenabschnittes links von diesem Amt. Ein weiteres Netzgerät G" in diesem Amt
speist die benachbarte Fernspeiseschleife F,2 des Abschnittes I. Ein Netzgerät G2,
im Amt SA2 speist die benachbarte Fernspeiseschleife n., des Abschnittesl und ein
Netzgerät G22 in diesem Amt die benachbarte Fernspeiseschleife
F ,22 des Abschnittes 11. Im nicht dargestellten Amt SA3 befindet sich ein
Netzgerät, das die benachbarte Fernspeiseschleife F3, des Ab-
schnittes
II speist, usw. In den Ämtern SA1, SA, usw. sind für die eine Übertragungsrichtung
(von SA:t nach SA.) von pilotgesteuerten Pegelreglern PII, P,3, geregelte Verstärker
Vatj, Va21 vorgesehen, während für die, entgegengesetzte Übertragungsrichtung von
pilotgesteuerten Pegelreglern P-12 und P22 geregelte Ver-5tärker Va12 und Va2, vorgesehen
sind. Die für die Nutzsignale durchlässigen Kondensatoren C trennen die einzelnen
Fernspeiseschleifen gleichstrommäßig voneinander, während die Drosselspulen L gleichstromdurchlässige
Sperren für die Nutzsignale symbolisieren.
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Von den Pilotreglern P" und -P2, der ersten Übertragungsrichtung von
SA, nach SA, werden die hinter den Verstärkern Vall
und Va., ausgewerteten Pegelfehler so ausgeregelt, daß die Verstärker Vall
bzw. Va2, den (1-Q)-ten Anteil und die Verstärker der FernspeiseschleifeFl, bzw.
F2" deren Fernspeisestrom durch den Pilotregler beeinflußt wird, den Q-ten Anteil
des Pegelfeblers aufnehmen. Gleichzeitig werden die FernspeisegeräteG,2 bzw. (5#2
von den zugehörigen Pilotreglern derart beeinflußt, daß die Verstärker der FernspeiseschleifeF"
bzw. F,2 den Q'-ten Anteil des ausgewerteten Pegelfehlers ausregeln.
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Die PilotreglerP12 bzw. 42 der anderen Übertragungsrichtung beeinflussen
nur die Leitungsverstärker Va12 bzw. Va22 in den Speiseämtern SA, bzw. SA2-Da
die Kabel für beide Übertragungsrichtungen räumlich sehr nahe beieinander liegen,
treten bei ihnen gleiche temperatarabhängige Dämpfungsänderungen auf. Deswegen ist
eine Korrektur der Pegelfehler beider Übertragungsrichtungen durch die Pilotregler
nur einer Übertragungsrichtung zulässig.
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Die pilotgesteuerten Pegelregler Pli P2 bzw. P,1, P121 P211 P22
USW. können beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Einstellvorrichtung
(deutsche Patentschrift 1118 831) den Pegel stufenweise verändern. Die Korrektur
der Fernspeiseströme wird derart realisiert, daß von der elektronischen Einstellvorrichtun
des Pilotreglers über einen Spannungsteiler eine von seiner Stellung abhängige Spannung
abgegriffen und der Referenzspannung des Fernspeisegerätes überlagert wird, Wird
der Einfluß des Pilotreglers auf die vollgeregelten Verstärker in den Hauptämtern
aller Ab-
schnitte gleichgemacht, d. h. werden alle Regler gleich ausgeführt,
während der Einfluß des Pilotreglers auf die Fernspeiseströme nur bei den langen
Abschnitten
eine bestimmte Aufteilung, z. B. eine Halbierung, der
Fehler zwischen geregelten und allen mitgesteuerten Verstärkern verursacht und bei
kürzeren Abschnitten und Fernspeiseschleifen dieser Einfluß entsprechend verkleinert
wird, so wird auch der Fehler der kürzeren Abschnitte schwächer reduziert. Da aber
auch die Fehler der kürzeren Abschnitte kleiner sind, ergibt sich hierbei eine gleiche
Güte der Regelung unabhängig von der Länge der Fernspeiseschleifen.
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Das temperaturabhängige Stellglied des geregelten Verstärkers im Amt
muß eine Kompensation des Einflusses seiner Umgebungstemperatur haben, damit Temperaturänderungen
im Amt nicht als Fehler in die Fernspeiseschleife hineingebracht werden.