DE1251803B - Verfah ren und Einrichtung zum Regenerieren von phasenmodulierten Impulsfolgen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/04^

Nummer: 1 251 803

Aktenzeichen: S 82351 VIII a/21 al

Anmeldetag: 7. November 1962

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren phasenmodulierter Impulsfolgen, die unter Verzicht eines Trägers unmittelbar über Leitungen übertragen werden.

Leitungen oder Kabel, wie sie zur Übertragung von Nachrichten auf elektrischem Wege allgemein verwendet sind, haben die Eigenschaft, daß sie elektromagnetische Schwingungen mit wachsender Frequenz zunehmend dämpfen. Außerdem zeigen sie unterhalb eines mittleren Übertragungsbereiches Laufzeitverzerrungen. Diese Eigenschaften wirken sich in einer schädlichen Weise auf die über die Leitungen zu übertragenden impulsförmigen Signalspannungen aus. Sollen auf der Leitung Gleichstromimpulse übertragen werden, beispielsweise ein aus zeitlich ineinander verschachtelten Kanalimpulsen bestehender Pulsrahmen, dann machen sich die obenerwähnten Leitungseigenschaften besonders störend bemerkbar, weil sie das Übersprechen von einem Kanal auf den anderen, sogenanntes Nebensprechen, stärk begünstigen. Zwar kann die Impulsübertragung dadurch verbessert werden, daß die Impulse dem Kabel bereits in einer für die Übertragung möglichst geeigneten Form zugeführt werden. Beispielsweise werden bipolare Impulse weniger verzerrt als unipolare Impulse. Der Grund hierfür ist in dem für solche Leitungen günstigen Amplitudenverlauf des Frequenzspektrums eines bipolaren Impulses zu erblicken. Jedoch wirken sich auch bei derartigen geeigneten Impulsformen die integrierenden Eigenschäften des Kabels auf die zu übertragenden Impulse voll aus. Dies kommt dadurch zum Ausdruck, daß in Abhängigkeit von der Länge der Übertragungsstrecke der hintere Teil der Impulse zunehmend eingeebnet wird und einen langgezogenen Verlauf annimmt. Diese Verformung erklärt sich durch das mit zunehmender Länge der Übertragungsstrecke gegen tiefere Frequenzen verlagernde Maximum des Impulsspektrums. Bei geringem Abstand der aufeinanderfolgenden Impulse, wie das beispielsweise beim Pulsrahmen eines Zeitmultiplexsystems stets der Fall ist, reicht der langgezogene verformte hintere Teil der Impulse schon bald bis in das Gebiet des nächstfolgenden Impulses. Die jeweils nachfolgenden Impulse sind dann den Ausläufern der vorhergehenden überlagert und weisen, sofern die vorhergehenden Impulse moduliert sind, eine modulierte Grundlinie auf. Da die übliche Demodulation eines phasenmodulierten Impulses von der Bestimmung seines Impulsbeginns bei festgelegtem Potential ausgeht, führt die modulierte Grundlinie hier zu einem starken Nebensprechen.

Verfahren und Einrichtung zum Regenerieren
von phasenmodulierten Impulsfolgen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans-Martin Christiansen, München;

Dipl.-Ing. Pierre-Gerard Fontolliet,

Lausanne (Schweiz);

Dipl.-Ing. Otmar Ringelhaan,

München-Neuaubing

Bei einer einwandfreien Nachrichtenübertragung müssen sehr hohe Anforderungen an die Nebensprechdämpfung gestellt werden. Es ist deshalb bei der Übertragung impulsförmiger Signalspannungen in der geschilderten Art notwendig, in gewissen Abständen längs der Übertragungsstrecke besondere Einrichtungen vorzusehen, die die gegenseitige Beeinflussung der Impulse auf die ihnen jeweils folgenden Impulse beseitigt. Es sind nichtlineare Entzerrerschaltungen bekannt, die im wesentlichen aus einem die Leitung in den Pausen zwischen zwei Impulsen kurzschließenden Schalter bestehen. Die ankommende Leitung ist hierbei an den Schalter über einen Kondensator angeschlossen, der sich beim Schließen des Schalters auf die Spannung des Überschwingers auflädt. Beim Wiederöffnen bleibt die Kondensatorleistung nach Maßgabe einer vorgegebenen Zeitkonstante zunächst erhalten, so daß keine Rückwirkung auf den folgenden Impuls eintritt. Entzerrer dieser Art sind verhältnismäßig aufwendig und kompliziert. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, die Entzerrung der Impulse nach Art einer Clamping-Schaltung mittels der Reihenschaltung aus einem Kondensator mit einem in Durchlaßrichtung vorgespannten Gleichrichter vorzunehmen, an der die verzerrten Impulse eingangsseitig anliegen und die entzerrten Impulse am Gleichrichter abgenommen werden. Die Größe des Kondensators wie auch die Vorspannung des Gleichrichters sind dabei so gewählt, daß der Gleichrichter für den die niederfrequenten Anteile enthaltenden Teil der Impulse leitend und für den die hochfrequenten Anteile aufweisenden Teilbereich der Impulse, der durch die Polarität des Gleichrichters bestimmt ist, nicht leitend ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die einfache und vorteilhafte Weise dadurch erfolgen,

Entzerrung von phasenmodulierten Impulsfolgen daß die differenzierten Impulsspitzen zunächst gleich-

auf Kabeln der einleitend beschriebenen Art eine gerichtet und die damit gewonnenen Halbwellen zu

weitere Lösung aufzuzeigen, die unter anderem eine Rechteckimpulsen umgeformt werden und daß so-

Entzerrung der Impulse ermöglicht, die selbst hoch- 5 dann von der ungestörten Flanke der Rechteck-

sten Ansprüchen zu genügen vermag. Eine weitere, impulse, die hierbei dem Nulldurchgang der differen-

der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht zierten Impulsspitzen entspricht, Dreieckimpulse, aus

darin, niederfrequente Kabel, vorzugsweise Fern- den Dreieckimpulsen Rechteckimpulse und aus den

sprechortskabel, für die Übertragung pulsphasen- Rechteckimpulsen schließlich die regenerierten Im-

modulierter Signalspannungen zu erschließen. 10 pulse gewonnen werden.

Ausgehend von einem Verfahren zum Regenerieren Bei einer bevorzugten Einrichtung zur Durchfühphasenmodulierter Impulsfolgen, die unter Verzicht rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein lineeines Trägers unmittelbar über Leitungen übertragen arer Vorverstärker mit einer sich hieran anschließenwerden, bei dem die verzerrten Impulse zunächst bis den, die Impulsfolgen bis auf die Impulsspitzen unterauf ihre Spitzen unterdrückt und anschließend diffe- 15 drückende, die Spitzen jedoch verstärkende Schwellrenziert werden, wird diese Aufgabe gemäß der Er- wertschaltung vorgesehen, der wiederum die Reihenfindung dadurch gelöst, daß die neuen regenerierten schaltung aus einer Differenzierstufe mit einem im-Impulse sodann von der den Nulldurchgang markie- pulsformenden Netzwerk nachgeschaltet ist. Da renden Flanke der differenzierten Impulsspitzen ab- einerseits die den Impulsen bei der Übertragung sich geleitet werden. ao überlagernde störende Modulationsspannung unter-

Es ist zwar bereits bekannt, mit Hilfe der Unter- ^: schiedlich groß sein kann und andererseits die Überdrückung einer sinusförmigen Spannung bis auf die tragungseigenschaften auf der Strecke schwanken, positiven Spitzen und anschließender Differenzierung ist es zweckmäßig, die Ausgangsamplitude derart zu dieser positiven Spitzen Impulse abzuleiten. Die An- regeln, daß einerseits der Verstärkerteil der Schwellwendung dieser Verfahrensschritte zum Regenerieren 25 wertschaltung nicht übersteuert werden kann und phasenmodulierter Impulsfolgen ermöglicht jedoch andererseits die zu regenerierenden Impulse stets mit noch keine vollständige Störbefreiung der zu regene- ausreichender Amplitude am Eingang der Differenrierenden Impulse, wie sie vor allem dann unbedingt zierstufe anliegen. Die abgegriffene Spannung am erforderlich ist, wenn eine solche Impulsregenerierung Ausgang der Schwellwertschaltung wird als Regellängs einer Ubertragungsstrecke vielmals für die 30 spannung dem Steuereingang der Regelstufe des gleichen Impulse durchgeführt werden muß. Durch Vorverstärkers sinnvollerweise über die Reihenschalden weiteren Verfahrensschritt nach der Erfindung, tung aus einem Impedanzwandler, einem Spitzenbei dem die neuen regenerierten Impulse von der den gleichrichter und einem Gleichstromverstärker GL Nulldurchgang markierenden Flanke der differen- zugeführt.

, zierten Impulsspitzen abgeleitet werden, wird in 35 Das impulsformende Netzwerk kann mit besonders

äußerordentlich vorteilhafter Weise eine vollständige ' einfachen Mitteln aus drei hintereinandergeschalteten

Störbefreiung der zu regenerierenden Impulse er- Stufen bestehen, von denen die erste Stufe eine

reicht, so daß sich dieses Verfahren mit Erfolg auch Gleichrichterschaltung mit anschließendem Ver-

bei der Übertragung von phasenmodulierten Impuls- stärker-Begrenzerteil und die zweite Stufe eine

folgen über sehr lange Leitungen mit vielen Regene- 40 monostabile Kippstufe ist, der sich als dritte Stufe

rierabschnitten anwenden läßt. eine Schaltung zur Erzeugung bipolarer Impulse aus

Für eine übersteuerungssichere Impulsverstärker- Rechteckimpulsen anschließt.

und Spitzenspannungsdetektorschaltung mit hoher An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ansprechempfindlichkeit ist auch bereits vorge- Ausführungsbeispieles soll die Erfindung im folgenschlagen worden, ankommende, von einer Störung 45 den noch näher erläutert werden. Das Blockschaltbild überlagerte Impulsfolgen bis auf ihre Spitzen zu der Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Einrichtung zur unterdrücken, diese Spitzen zu differenzieren und an- Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, schließend die differenzierten Impulsspitzen einer Sie besteht aus der Reihenschaltung eines linearen Verstärkerstufe mit amplitudenabhängiger Wechsel- Vorverstärkers mit einer Schwellwertschaltung 5 einer Stromgegenkopplung mit nachgeschalteter Detektor- 50 Differenzierstufe D und einem impulsformenden transistorstufe mit Begrenzer zuzuführen. Netzwerk PFN. Außerdem weist sie einen Regelkreis

Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, auf, durch den eine im linearen Vorverstärker V vor-

daß die Spitze eines durch den vorhergehenden Im- gesehene Regelstufe geregelt ist. Hierbei wird die

puls gestörten Impulses im Zuge einer phasenmodu- Regelspannung von der Ausgangsspannung der

lierten Impulsfolge zwar in ihrer Amplitude, nicht 55 Schwellwertschaltung S über die Reihenschaltung aus

aber in ihrer zeitlichen Lage verschoben wird, so daß dem Impedanzwandler / mit einem Gleichrichter Gl

für die Regenerierung der gestörten Impulse die zeit- und einem Gleichstromverstärker GV abgeleitet. Das

liehe Lage ihrer Spitzen in der erfindungsgemäßen impulsformende Netzwerk PFN besteht aus drei

Weise ausgewertet werden kann. hintereinandergeschalteten Stufen, von denen die

Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit dem 60 erste Stufe eine Gleichrichterschaltung mit anschlie-

erfindungsgemäßen Verfahren dann erreichen, wenn ßendem Verstärker-Begrenzerteil, die zweite Stufe

die zu übertragenden Impulsfolgen aus bipolaren eine monostabile Kippstufe und die dritte Stufe eine

Impulsen bestehen, weil die Laufzeitverzerrungen des Schaltung zur Umformung von unipolaren Impulsen

Kabels auf die zu übertragenden Impulse praktisch in bipolare Impulse sind,

ausgeschaltet sind. 65 Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen

Die erfindungsgemäße Ableitung der neuen Tm- Verfahrens wie auch zur besseren Erläuterung der

pulse von der den Nulldurchgang markierenden Wirkungsweise der Einrichtung nach der Fig. 1 sind

Flanke der differenzierten Impulsspitzen kann auf in der F i g. 2 die wesentlichen Spannungsverläufe in

den einzelnen Abschnitten der Einrichtung in Zeitdiagrammen dargestellt. Die einzelnen Diagramme sind hierbei mit kleinen Buchstaben bezeichnet, die in der Fig. 1 die Orte angeben, an denen die betreffenden Spannungen auftreten. Der Spannungsverlauf des Diagramms e zeigt die am Eingang der Einrichtung nach der Fig, I ankommende verzerrte Impulsspannung. Sie stellt den Ausschnitt zweier Impulse eines Pulsrahmens dar, von denen der erste Impuls in seiner Phase moduliert ist. Die Impulse weisen eine bipolare Gestalt auf und sind hinsichtlich ihrer zweiten Impulshälfte stark verzerrt. Dies kommt in der stark abgeflachten und lang auslaufenden negativen Impulshälfte zum Ausdruck, die bis in das Gebiet des nachfolgenden unmodulierten zweiten Impulses reicht. Die Folge hiervon ist eine auf den vorausgehenden Impuls zurückgehende modulierte Grundlinie dieses Impulses, die sich demselben als Störung überlagert. Für die Auswertung der zeitlichen Lage der Impulsspitzen ist es erforderlich, die von der Leitung angekommene Pulsspannung zunächst linear zu verstärken. Dies geschieht im Vorverstärker V. An seinem Ausgang b tritt demzufolge ein in seiner Amplitude um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers vergrößertes Eingangssignal auf. In der nun folgenden Schwellwertschaltung S werden die Impulse bis auf ihre Spitzen unterdrückt und anschließend die Spitzen für deren weitere Verarbeitung in ausreichender Weise verstärkt. Das entsprechende Spannungsdiagramm für die Spitze des unmodulierten zweiten Impulses zeigt das Diagramm c. Für die am Eingang der Differenzierstufe D anliegenden Impulsspitzen ist es von wesentlicher Bedeutung, daß sie einerseits eine für die Differentiation ausreichende Größe aufweisen und andererseits auch nicht so groß sind, daß sie den Verstärkerteil der Schwellwertschaltung über den linearen Bereich hinaus aussteuern. Damit diese Forderung eingehalten werden kann, ist die bei der Fig. 1 bereits beschriebene Rückwärtsregelung vorgesehen, die mit einer großen Zeitkonstante die Dämpfungsschwankungen der Übertragungsstrecke ausregelt. Außerdem muß gewährleistet sein, daß die dem eigentlichen Impuls überlagerte Störmodulation nicht so groß werden kann, daß sie praktisch den Wert der maximal zulässigen Amplitude am Ausgang der Schwellwertschaltung annimmt. Die Regenerierung ist nur so lange gesichert, wie die Spitze des ursprünglichen Impulses mit ausreichender Amplitude am Eingang der Differenzierschaltung anliegt. Diese Forderung kann in einfacher Weise durch geeignete Wahl der Länge der von zwei aufeinanderfolgenden Regeneriereinrichtungen begrenzten Abschnitte der Übertragungsstrecke eingehalten werden. In der auf die Schwellwertschaltung S folgenden Differenzierstufe D werden die Impulsspitzen differenziert und dem impulsformenden Netzwerk PFN über einen der Differenzierstufe D zugehörigen Verstärker zugeführt. Wie das Diagramm d zeigt, bewirkt die Differentiation eine Umwandlung der Impulsspitzen nach dem Diagramm in einen sinusförmigen Impuls, dessen Nulldurchgang von der Störmodulation befreit ist. Somit kann diese den Nulldurchgang markierende Flanke im Bereich des Nulldurchganges zur Ableitung eines von der Störmodulation befreiten neuen Impulses verwendet werden. Die erste Stufe des impulsformenden Netzwerkes PFN richtet die differenzierten Impulsspitzen gleich und führt die positive Halbwelle einem Verstärker-Begrenzerteil zu, der sie in einen Rechteckimpuls umwandelt. Das Diagramm / zeigt diesen Rechteckimpuls, der zur weiteren Verarbeitung der monostabilen Kippstufe des impulsformenden Netzwerkes PFN zugeführt wird. Wie das Diagramm / zeigt, ist die hintere Flanke dieses Rechteckimpulses entsprechend dem Nulldurchgang der differenzierten Impulsspitzen von der Störmodülation befreit.

In der monostabilen Kippstufe wird von der Rückflanke der an ihrem Eingang anliegenden Impulse über ein ÄC-Glied ein Dreieckimpuls abgeleitet, dessen Dauer durch das i?C-Glied festliegt und so bestimmt ist, daß der von diesem Dreieckimpuls wiederum abgeleitete Rechteckimpuls genau die halbe Dauer des zu regenerierenden bipolaren Impulses aufweist. Der über das i?C-Glied gewonnene Dreieckimpuls schaltet nämlich während seiner Dauer die monostabile Kippstufe von ihrer Ruhelage in ihre Arbeitslage um, so daß am Ausgang der Kippstufe g ein von der Störmodulation vollständig befreiter Rechteckimpuls auftritt. Dieser Rechteckimpuls wird anschließend in der dritten Stufe des impulsformenden Netzwerkes in an sich bekannter Weise in einen bipolaren Impuls umgewandelt und über den Ausgang α der Regeneriereinrichtung nach der Fig. 1 dem nächsten Leitungsabschnitt zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine außerordentlich gute Störbefreiung und kann daher längs einer Ubertragungsstrecke vielmals hintereinander angewendet werden, ohne daß eine ins Gewicht fallende Abnahme der Nebensprechdämpfung zwischen den einzelnen Kanälen auftritt. Die Unterdrückung der Störbeeinflussung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich insoweit unvollständig, als der Anstieg des Ausläufers des dem gestörten Impuls vorausgehenden Impulses nicht linear ist; d. h. wenn der nachfolgende Impuls nicht auf einer Geraden, sondern auf einer gekrümmten Linie sitzt. Wie einschlägige Versuche mit 0,5 ns breiten, einen gegenseitigen Abstand von 2,1 ns aufweisenden Impulsen gezeigt haben, sind die in der Praxis auftretenden Nichtlinearitäten jedoch so klein, daß sich bei der erfindungsgemäßen Regenerierung Nebensprechdämpfungen > 9 Neper ohne weiteres erzielen lassen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regenerieren phasenmodulierter Impulsfolgen, die unter Verzicht eines

So Trägers unmittelbar über Leitungen übertragen werden, bei dem die verzerrten Impulse zunächst bis auf ihre Spitzen unterdrückt und anschließend differenziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die neuen regenerierten Impulse sodann von der den Nulldurchgang markierenden Flanke der differenzierten Impulsspitzen abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenmodulierten Impulsfolgen aus bipolaren Impulsen bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierten Impulsspitzen zur Ableitung der neuen Impulse gleichgerichtet und die damit gewonnenen Halbwellen zu Rechteckimpulsen umgeformt werden und daß von der ungestörten Flanke der Rechteckimpulse die hierbei dem Nulldurchgang der differenzierten Impulsspitzen entspricht, zunächst Dreieckim-

pulse, aus den Dreieckimpulsen Rechteckimpulse und aus den Rechteckimpulsen schließlich die regenerierten Impulse gewonnen werden.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, gekennzeichnet durch einen linearen Vorverstärker (F), dem sich eine die Impulsfolgen bis auf die Impulsspitzen unterdrückende, die Spitzen verstärkende Schwellwertschaltung (S) anschließt, eine der Schwellwertschaltung nachgeschaltete Differenzierstufe (D) und ein mit dem Ausgang der DiSerenzierstufe verbundenes impulsformendes Netzwerk (PFN).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsamplitude der Schwellwertschaltung (S) über eine Regelstufe des Vorverstärkers (F) von rückwärts derart geregelt ist, daß einerseits der Verstärkerteil der Schwellwertschaltung (5) nicht übersteuert werden kann und andererseits die zu regenerierenden ao Impulse mit ausreichender Amplitude am Eingang ..der Differenzierstufe (D) anliegen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang der Schwellwertschaltung (5) abgegriffene Spannung als Regelspannung dem Steuereingang der Regelstufe des Vorverstärkers (F) über die Reihenschaltung aus einem Impedanzwandler (/), einem Spitzengleichrichter (G/) und einem Gleichstromverstärker (GV) zugeführt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das impulsformende Netzwerk (PFN) aus drei hintereinandergeschalteten Stufen besteht, von denen die erste Stufe eine Gleichrichterschaltung mit anschließendem Verstärker-Begrenzerteil und die zweite Stufe eine monostabile Kippstufe ist, der sich als dritte Stufe eine Schaltung zur Erzeugung bipolarer Impulse aus Rechteckimpulsen anschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Waveforms,. 1949, S. 350.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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