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Verfahren zur pilotgesteuerten Pegelregelung ferngespeister Leitungsverstärker
in Trägerfrequenzsystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pilotgesteuerten
Pegelregelung ferngespeister Leitungsverstärker in Trägerfrequenzsystemen, bei denen
die Nachrichten über Koaxialkabel mit Hauptverstärkerstellen und mit von diesen
über die Innenleiter der Koaxialkabel mit Gleichstrom ferngespeisten Zwischenverstärkern
übertragen werden und bei denen die Fernspeisung der jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Hauptverstärkerstellen liegenden Zwischenverstärker angenähert jeweils zur Hälfte
von einer der beiden Hauptverstärkerstellen aus erfolgt, wobei in den Hauptverstärkerstellen
Pilotregler den Pegel auf den Sollwert regeln.
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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, der auch zum Heizen von in den ferngespeisten Verstärkern
angebrachten Heißleiter-Stellgliedern dient, 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 Hauptverstärkerstellen bezüglich der Steuerung der Regler alle Verstärker
der einen Übertragungsrichtung der einen Hauptverstärkerstelle und die der anderen
Richtung der anderen Hauptverstärkerstelle zugeordnet werden. Dies ist aber nicht
im Einklang mit der Fernstromversorgung und der Fernüberwachung, bei denen jeweils
die halbe Strecke mit beiden Übertragungsrichtungen einer Hauptverstärkerstelle
zugeordnet ist. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird das Regelsystem so abgewandelt,
daß die Zuordnung der mitgesteuerten Verstärker ebenso ist wie die Fernspeisung,
d. h., von einer Hauptverstärkerstelle aus werden sämtliche Verstärker der von ihr
ferngespeisten Zwischenverstärker gesteuert. Dabei werden sowohl die Verstärker
der ankommenden Übertragungsrichtung als auch die Verstärker der abgehenden Übertragungsrichtung
durch ein und denselben Pilotregler gesteuert. Werden von einem Pilotregler n ferngespeiste
Verstärker mitgeregelt, so muß ein vom Pilotregler ausgewerteter Pegelfehler zu
gleichen Teilen vom Hauptverstärker sowie den n ferngespeisten Verstärkern ausgeregelt
werden, d. h., jeder Verstärker muß sowohl in der Hauptverstärkerstelle als auch
in den Zwischenverstärkern den 1/(h -f- 1)-ten Teil des Pegelfehlers ausregeln.
Dabei übernimmt die Gesamtheit aller ferngespeisten Verstärker den n/(1 -E- n)-ten
Anteil eines ausgewerteten Fehlers. Die beiden Regelsysteme eines Leitungsabschnittes
zwischen zwei benachbarten bemannten Ämtern beeinflussen sich gegenseitig und bilden
eine Rückkopplungsschleife mit der Ringverstärkung Yr = n2/(1 -I- n)2.
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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 nach der deutschen
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
Pilotreglers zwischen zwei aneinandergrenzenden Fernspeiseschleifen bedeutet einen
Nachteil, weil damit der Aufwand wächst und die Betriebssicherheit (Regler unter
der Erde) abnimmt.
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Ebenso ist es bekannt (deutsche Patentschrift 1165 093), eine
Rückwärtsregelung und Steuerung aller ferngespeisten Verstärker beider Übertragungsrichtungen
eines Abschnittes zwischen zwei Hauptverstärkerstellen mit Hilfe des Fernspeisestromes
dadurch zu verwirklichen, daß der Pilotregler einer Hauptverstärkerstelle den Fernspeisestrom
beider Fernspeiseschleifen des in Richtung Pilotgenerator davorliegenden Übertragungsabschnittes
beeinfiußt. Das Fernspeisegerät der der regelnden Hauptverstärkerstelle
zugeordneten
Vernspeiseschleife kann direkt beeinflußt werden, während das Fernspeisegerät der
der davorliegenden Hauptverstärkerstelle zugeordneten Fernspeiseschleife mit Hilfe
einer frequenzmodulierten Sinusspannung oder einer Pulsspannung konstanter Pulsfolgefrequenz
und veränderlichen Tastverhältnisses beeinflußt wird, die über eine besondere Leitung
oder über die Trägerfrequenzleitung zu der davorliegenden Hauptverstärkerstelle
übertragen wird.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Sende-und Empfangsgeräte
für die frequenzmodulierte Sinusspannung oder die Pulsspannung mit Pulslängenmodulation
ziemlich kompliziert werden. Zum Beispiel ist ein Frequenzdiskriminator für niederfrequente
frequenzmodulierte Sinusspannungen entweder ziemlich aufwendig oder unempfindlich.
Ebenso ist die Übertragung einer Pulsfolge ohne Verfälschung des Tastverhältnisses
schwierig.
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Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die Erfindung vermieden.
Diese betrifft ein Verfahren zur pilotgesteuerten Pegelregelung ferngespeister Leitungsver§tärker
in Trägerfrequenzsystemen, bei denen die Nachrichten über Koaxialkabel mit Hauptverstärkerstellen
und mit von diesen über die Innenleiter der Koaxialkabel mit Gleichstrom ferngespeisten
Zwischenverstärkern übertragen werden und bei denen die Fernspeisung der jeweils
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptverstärkerstellen liegenden Zwischenverstärker
angenähert jeweils zur Hälfte von einer der beiden Hauptverstärkerstellen aus erfolgt,
wobei in den Hauptverstärkerstellen Pilotregler den Pegel auf den Sollwert regeln
und wobei die Rückwärtsregelung der ferngespeisten Verstärker der ankommenden Übertragungsrichtung
eines Abschnittes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptverstärkerstellen durch
den Pilotregler der einen Übertragungsrichtung erfolgt, der das Fernspeisegerät
der seiner Hauptverstärkerstelle zugeordneten Fernspeiseschleife direkt br°influßt
und das Fernspeisegerät der der davorhegendeu Hauptverstärkerstelle zugeordneten
Fernspeiseschleife mit Hilfe einer Hilfsspannung beeinflußt.
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Erfindungsgemäß wird als Hilsspannung eine rechteckförmig getastete,
niederfrequente Sinusspannung mit veränderlicher Tastfrequenz und/oder veränderlichem
Tastverhältnis verwendet, die über die Innenleiter der Koaxialkabel übertragen wird.
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Die symmetrische Übertragung der Hilfsspannung über die Innenleiter
der Koaxialkabel hat gegenüber der unsymmetrischen Übertragung zwischen Innen-und
Außenleiter der Koaxialkabel zwei entscheidende Vorteile: Erstens heben sich Beeinflussungsspannungen
gegenseitig auf, die durch parallellaufende Starkstromleitungen in den Koaxialkabeln
entstehen können, und der Störabstand zwischen Hilfsspannung und Beeinflussungsspannung
ist theoretisch unendlich; deshalb kann die Hilfsspannung klein gehalten werden.
Zweitens braucht man zwischen den Regelabschnitten in den Hauptverstärkerstellen
keine Sperrfilter für die Hilfsspannungen, weil die Innenleiter in diesen Stellen
durch die Fernspeisegeräte sowieso in Abschnitte unterteilt-sind.
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Zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Pegelsteuerung mit Hilfe
des Fernspeisestromes dient die schematische Darstellung eines Übertragungsabschnittes
zwischen zwei Hauptverstärkerstellen in der F i g. 1. i In den Hauptverstärkerstellen
A und B sind die Fernspeisegeräte FG2 und FG1 vorhanden, die die ferngespeisten
Verstärker UV der Fernspeiseschleifen F2 und F1 über die Innenleiter IL mit Energie
versorgen. Die ferngespeisten Verstärker UV sind gleichstrommäßig in Reihe
geschaltet, d. h., sie werden alle vom gleichen Fernspeisestrom durchflossen. In
den ferngespeisten Verstärkern wird die Speisespannung durch nicht dargestellte
Zenerdioden stabilisiert. Parallel zu diesen Zenerdioden sind ebenfalls nicht dargestellte
Kondensatoren geschaltet, die die Beeinflussungsströme an den Verstärkern vorbeiführen.
Die Induktivitäten L und die Kapazitäten C deuten Fernspeiseweichen an, die den
Fernspeisestrom von den trägerfrequenten Nutzsignalen trennen. Die Induktivitäen
L sind auch für die Hilfsspannung durchlässig.
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Der Pilotregler P1 in der Hauptverstärkerstelle B wird vom Piloten
der Übertragungsrichtung AB gesteuert und erfüllt drei verschiedene Funktionen.
Erstens regelt er über die Zuleitung Z1 den Leitungsverstärker LVB auf den Sollwert
der Verstärkung. Zweitens beeinflußt er über. die Zuleitung Z2 das Fern-Speisegerät
FGl der Fernspeiseschleife F1. Drittens beeinflußt er über die Zuleitung Z3 den
Hilfsspannungssender HS. Der Pilotregler P2 in der Hauptverstärkerstelle A wird
vom Piloten der Übertragungsrichtung BA gesteuert und regelt nur den Leitungsverstärker
LVA auf den Sollwert der Verstärkung.
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Der Hilfsspannungssender HS liefert die Hilfsspannung auf die Innenleiter
IL der Fernspeiseschleife F1. Die Hilfsspannung durchläuft die Innenleiter
der Fernspeiseschleife F1, wird durch den Übertrager ÜU, der das trägerfrequente
Nutzsignal nicht durchläßt, transformiert und durchläuft dann die Innenleiter der
Fernspeiseschleife F2. Der Hilfsspannungsempfänger HE wertet die Hilfsspannung
aus und beeinflußt das Fernspeisegerät FG2 der Fernspeiseschleife F2. Über den Sendeübertrager
US wird die Hilfsspannung eingekoppelt und den Innenleitern der Fernspeiseschleife
F1 zugeführt. Über den Empfangsübertrager ÜE wird die Hilfsspannung ausgekoppelt
und dem Hilfsspannungsempfänger HE zugeführt.
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Die Erzeugung der niederfrequenten, getasteten Hilfsspannung erfolgt
entweder in einem frei schwingenden Oszillator, dessen Ausgangsspannung über einen
vou einem Multivibrator gesteuerten Modulator rechteckförmig moduliert wird, oder
in einem Oszillator, der von einem Multivibrator ein- und ausgetastet wird. .
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Als Trägerfrequenz für die niederfrequente Hilfsspannung wird z. B.
die Frequenz 75 Hz gewählt, damit einerseits die Hilfsspannungssender und -empfänger
nicht zu aufwendig werden und andererseits die Hilfsspannung nicht zu stark durch
die Leitung gedämpft wird. Als Tast- oder Pulsfolgefrequenz wird eine Frequenz von
einigen Hertz gewählt, damit einerseits der Aufwand für die Hilfsspannungssender
und -empfänger (RC-Gheder der Multivibratoren usw.) klein bleibt und andererseits
noch genügend Abstand von der Hilfsträgerfrequenz vorhanden ist. Diese kleine Frequenz
der Tastung ist zulässig, weil sowieso sehr langsame Änderungen der Fernspeiseströme
realisiert werden müssen.
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Die in den ferngespeisten Verstärkern vorhandenen Kondensatoren zur
Siebung der Beeinflussungsströme erfüllen nun hier-eine weitere wichtige Funktion.
Sie leiten auch die Hilfsspannung an den ferngespeisten Verstärkern vorbei, so daß
die Übertragungseigenschaften dieser Verstärker nicht gestört werden.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Hilfsspannungssenders
HS dargestellt. Als Multivibrator
wird ein an sich bekannter astabiler
Multivibrator AM
verwendet. Die Periodendauer eines symmetrischen astabilen
Multivibrators ist bekanntlich T = 2R- Cr 1n(1 -f- Ub/ Uo) ,
wobei
R die Basisentladewiderstände, Cr die Rückkopplungskondensatoren, Ub die Betriebsspannung
und Uo die Entladespannung des Multivibrators sind. Wird nun die Betriebsspannung
Ub konstant gehalten und die Entladespannung Uo durch den Pilotregler seiner Stellung
proportional verändert, so ist die Taktfrequenz des Multivibrators von der Stellung
des Pilotreglers abhängig. Damit die Taktfrequenz der Entladespannung des astabilen
Multivibrators angenähert proportional ist, muß der Änderungsbereich der Entladespannung
relativ klein gewählt werden. Der Multivibrator AM steuert den Oszillator
OS derart, daß er abwechselnd ein- und ausgetastet wird.
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In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Hilfsspannungsempfängers
HE schematisch dargestellt. Die ankommende Hilfsspannung wird durch den Verstärker
V verstärkt, durch den Gleichrichter Gr gleichgerichtet und durch den Impulsformer
IF in Rechteckform gebracht. Die Rechteckimpulse werden einem Bivibrator
BM zugeführt, der die Tastfrequenz um den Faktor 2 verkleinert, und eine
vom Tastverhältnis der ankommenden Hilfsspannung unabhängige Rechteckspannung mit
dem exakten Tastverhältnis 1 dem Frequenz-Spannungs-Wandler FSW zuführt. Ist das
Tastverhältnis der ankommenden Hilfsspannung immer gleich, so ist der Bivibrator
BM überflüssig. Als Impulsformer 1F kann z. B. ein Schmitt-Trigger oder ein
Transistorschalter verwendet werden.
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In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des an sich bekannten Frequenz-Spannungs-Wandlers
FSW dargestellt. Der Umladestrom des Kondensators Cu ist frequenzabhängig; sein
zeitlicher Mittelwert nimmt mit wachsender Frequenz zu. Während einer Halbperiode
der Rechteckspannung entlädt sich der Kondensator Cu über die Diode D2. In
der anderen Halbperiode werden die Umladestromstöße über die Diode D
1 einem Integrierglied RiCi zugeführt. Die Ausgangsspannung des Integriergliedes
ist der Frequenz der Eingangsspannung proportional und kann zur Beeinflussung des
Fernspeisegerätes FG2 verwendet werden.
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Man kann auch auf der Sendeseite außer dem Hilfsspannungssender noch
einen Hilfsspannungsempfänger, natürlich ohne Verstärker und Gleichrichter, vorsehen
und das Fernspeisegerät FG1 über den Taktgeber AM und diesen Hilfsspannungsempfänger
beeinflussen. Dann ist keine Proportionalität zwischen der Spannung des Pilotreglers
und der Frequenz des Taktgebers notwendig, weil beide Fernspeisegeräte in gleicher
Weise beeinflußt werden und somit immer synchron laufen.