DE1274663C2

DE1274663C2 - Aufbau der grundprimaergruppe eines einseitenband-traegerfrequenzsystems ueber eine vormodulationsstufe

Info

Publication number: DE1274663C2
Application number: DE19651274663
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing 8000 München Kopp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-05-24
Filing date: 1965-05-24
Publication date: 1980-09-18
Also published as: CH452612A; JPS527288B1; NL142299B; FI45806B; US3495188A; DE1274663B; NL6606634A; SE333166B; AT259632B; GB1091278A; BE681495A; FI45806C

Description

Die Erfindung betrifft ein Einseitenband-Trägerfrequenzsystem, bei dem das aus zwölf Sprachbändern zusammengesetzte Übertragungsband über eine Vormodulationsstufe aufgebaut ist und bei dem die Frequenzlage des Vormodulationsbandes so gewählt ist, to daß es unterhalb der dieses Übertragungsbandes liegt und die in der zweiten Modulationsstufe erforderlichen zwölf Kanalträgerfrequenzen oberhalb dieses Übertragungsbandes liegen und be< dem z^r Aussiebung dieses Übertragungsbandes ein gtmeinsamus Gruppenfilter r. benutzt ist

Die Frequenzpläne der meisten Einseitenband-Trägerfrequenzsysteme mit zwölf und mehr Kanälen beruhen auf der vom CCITT (Comita Consultatif International T61efonique et T6l6grafique) empfohlenen mi Grundprimärgruppe 60 bis 108 kHz, in der die Frequenzbänder von zwölf Sprechkanälen in Kehrlage aneinandergereiht sind. Für den Aufbau dieser Grundprimärgruppe sind drei Verfahren gebräuchlich: Die Direktmodulation, die Vorgruppenmodulation und die <r> Vormodulation. Dieses Verfahren soll zunächst kurz betrachtet werden.

Bei der Direktmodulation werden die zwölf Niederfrequenz-Sprachbänder mittels zwölf verschiedener Trägerfrequenzen und zwölf verschiedener Kanalfilter vi in einer einzigen Modulationsstufe unmittelbar in den Bereich der Grundprimärgruppe umgesetzt. Dieses Verfahren benötigt zwar die wenigsten Bauteile, erfordert aber die höchste Kanalfilter-Typenzahl. An die Flankensteilheit der Kanalfilter werden hierbei vi außerordentlich hohe Anforderungen gestellt, weshalb in der Regel Schwingquarze als Siebmittel verwendet werden, die außerdem die erforderliche Temperatur- und Langzeitkonstanz gewährleisten. Neuerdings sind auch Vorschläge bekannt, die Quarzfilter durch m> mechanische Filter zu ersetzen.

Ein sehr wirtschaftliches Verfahren stellt die Vorgruppenmodulation dar. Hierbei werden beispielsweise in der ersten ModuLuionsstufe jeweils vier 3-Kanal-Vorgruppen im Bereich 12 bis 24 kHz gebildet, die in der zweiten Modulationsstufe in den Bereich der Grundprimärgruppe umgesetzt werden. Die Anzahl der Filtertypen erniedrigt sich auf drei hochwertige Kanalfilter mit großer Trennschärfe und vier wesentlich einfachere Gruppenfilter; auch die Anzahl der Trägerfrequenzen ist auf sieben gesenkt. Der verhältnismäßig tiefe Frequenzbereich der Vorgruppe von 12 bis 24 kHz ermöglicht eine sehr günstige Dimensionierung der Kanalfilter in herkömmlicher Bauart mit Spulen und Kondensatoren. Es wurde bereits vorgeschlagen, an Stelle der Spulenfilter mechanische kanalfilter in dem angegebenen Frequenzbereich einzusetzen, die Biegeresonatoren mit longitudinaler Kopplung enthalten; derartige Filter sind besonders arm an störenden Nebenwellen.

Vor Einführung der Vorgruppenmodulation war bereits das Verfahren der Vormodulation bekannt, bei dem die Niederfrequenzbänder in der Vormodulationsstufe zunächst in ein und dieselbe Frequenzlage und dann in der zweiten Modulationsstufe in den Bereich der Grundprimärgruppe gebracht werden. Die Wahl der Vormodulationslage hängt weitgehend vom verwendeten Kanalfilter ab; sie wird nach Möglichkeit so hoch gewählt, daß man bei der zweiten Modulation mit einem gemeinsamen Gruppenfilter auskommt. Ein Vergleich der drei Verfahren in der folgenden Tabelle zeigt, daß bei dem Vormodulationsverfahren die wenigsten Filtertypen — ein trennscharfes hochwertiges Kanalfilter und ein einfacheres Gruppenfilter —, aber die meisten Trägerfrequenzen und Modulatoren benötigt werden:

Kanal- (Vor-) Grup- Trägcr-

fillcrtypcn pcnf'iltcrtypen frequenzen

Direktmodulation 12

Vorgruppenmodulation 3

Vormodulation I

12

13

Modulatoren

12
16
24

Durch die Einführung mechanischer Kanalfilter in Trägerfrequenzsysteme erhält das Verfahren der Vormodulation neuerdings wieder besondere Bedeutung — insbesondere im Hinblick auf die vollautomatische Fertigung der Filter, da nur ein einziger hochwertiger KanalFütertyp benötigt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trägerfrequenzsystem mit Vormodulation zu schaffen, dessen Vormodulationsband unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen mechanischer Filter optimal gewählt ist, wobei trotz des geforderten Frequenzrasters von 4 kHz einfach aufgebaute Trägerfilter verwendbar sind.

Grundsätzlich kann die Frequenzlage des Vormodulationsbandes unterhalb oder oberhalb der Grundprimärgruppe gewählt werden. Eine möglichst tiefe Lage des Vormodulationsbandes unterhalb der Grundprimärgruppe ist bei Verwendung herkömmlicher Kanalfilter mit Spulen und Kondensatoren zweckmäßig: Zum Beispiel zeigt F i g. 1 den Aufbau der Grundprimärgruppe bei dem Trägerfrequenzsystem CV 240 der Firma RCA. (Im Frequenzplan der F i g. 1 und in den folgenden Frequenzpläp.en der F i g. 2 und 3 sind die Durchlaßbereiche der benötigten Filter — des Kanalfilter! KF und des gemeinsamen Gruppenfilters GF — durch dicke Linien auf der Abszisse angedeutet; die Zahlen bedeuten die Frequenzen in Kilohertz.) Nach Umsetzung mit dem Vormodulationsträger 28 kHz liegen die Sprachbänder im Bereich 28 bis 32 kHz, aus dem sie mit

Hilfe der zwölf Kanalträger 92, 96 136 kHz in den

Bereich der Grundprimärgruppe gebracht werden. Von Nachteil ist dabei, daß die Trägerreste der fünf unteren Kanalträger in das Nutzband fallen. Sollen diese Trägerreste weiter unterdrückt werden, so sind aufwendige Kompensationsschaltungen, die über einen größeren Temperaturbereich schwer stabil zu halten sind, oder spezielle Trägerrestfilter erforderlich.

Aus 'der deutschen Patentschrft 8 02 695 ist es bekannt, das Vormodulationsband tiefer als das eigentliche Obertragungsband und die entsprechenden Trägerfrequenzen höher zu wählen. Wie jedoch aus ■ Abb. 4 hervergeht, liegt das Übertragungsband (erste Endgruppe) ohne Frequenzlücke im unmittelbaren Anschluß an den Vorkanälen. Dadurch ist es nicht möglich, wie aus dem vorliegenden Patentanspruch ersichtlich, zur Aussiebung der Grundprimärgruppe ein · gemeinsames Gruppenfilter, das als Bandpaß ausgebildet ist, zu benutzen. Vielmehr ist auf Seite 3, Zeilen 52 bis 57 der genannten Patentschrift 8 02 695 ausgeführt, daß für d'R jeweiligen Zwischengruppen je ein Tiefpaßfilter verwendet wird. Das hat aber den Nachteil, daß die Gruppenmodulatoi en hinsichtlich ihrer Symmetrie sehr genau ausgebildet sein müssen bzw. daß diese Modulatoren eine hohe Dämpfung besitzen müssen, damit auf der Empfangsseite ein unzulässiges Nebensprechen vermieden wird.

Daß diesem Gesichtspunkt in der entgegengehaltenen deutschen Patentschrift 8 02 695 nicht Rechnung getragen wurde, geht aus der Tatsache hervor, daß auf Seite 3, Zeile 64 bis 71 der wesentliche Vorteil dieses bekannten Systems darin gesehen wird, daß eine ι Ersparnis an Maßnahmen zur unbedingten Symmetrierung der Modulatoren gegeben sei, da keines der unterdrückten Seitenbänder innerhalb der Nutzbänder für die Fernübertragung liege. Außerdem wird in dieser Patentschrift ein Zweidrahtgetrenntlage-Trägerfre- ι quenzsystem mit der Frequenzbereichen von 6 kHz bis 30 kHz und 36 kHz bis 60 kHz beschrieben. Da bei einem solchen System bereits die Endstufe der Umsetzung erreicht ist und keine weiteren Umsetzungen mehr erfolgen, besteht bei dieser Anordnung auch nicht die Gefahr, daß die Vorkanäle in die Übertregungslage eines Frequenzbandes einer späteren Umsetzerstufe fallen.

Aus der Zeitschrift »Communication News«, Vol. XI, Nr. I₁ Mai 1950, Seiten 22 bis 32, ist es zwar bekannt, die unerwünschten Seitenbänder mit Hilfe eines Gruppenbandfilters zu unterdrücken, wobei die 12-Kanal-) Trägerfrequenzen unterhalb der Grundprimärgruppe liegen. Dies hat den Nachteil, daß störende Modulationsfrequenzen der oberen Seitenbänder der Trägerfrequenzen in das Obertragungsband fallen. So würde z. B_n wenn man von der Konfiguration nach Abb. 5 ausgeht, das Produkt drei mal Trägerfrequenz minus Übertragungsband, angewandt auf die Trägerfrequenz von 192 kHz, ein Klirrprodukt bei etwa 276 kHz ergeben, was jedoch bedeuten würde, daß es innerhalb des Übertragungsbandes von 252 kHz bis 300 kHz läge. Außerdem sind, wie ebenfalls aus Fig. 5 dieser Entgegenhaltung zu entnehmen is' insgesamt drei Umsetzungen erforderlich, um den jeweiligen Sprechkanal in die entsprechenden trägerfrequenten Ebenen zu bringen. Es sind zwar bei dieser Anordnung auch Träger im Frequenzband von 192 kHz bis 236 kHz vorhanden, die oberhalb eines Frequenzbandes von 128 kHz bis 176 kHz liegen, jedoch wird dieses Frequenzband in dem genannten Artikel als unerwünscht bezeichnet.

Bei Untersuchungen über mechanische Kanalfilter wurde ein Filtertyp gefunden, der sich besonders gut für einen Frequenzbereich zwischen etwa 100 und 300 kHz eignet Dies führte zu einem Frequenzplan nach F i g. 2, der in dem Aufsatz »Mechanische ^c;iter für die Trägerfrequenztechnik« von Börner (NTF 19-1960, S. 34 bis 37) beschrieben ist. Durch Vormodulation mit dem Träger 200 kHz entsteht das Band 200 bis 204 kHz, das mittels der zwölf Träger 264, 268, ..., 308 kHz in den Bereich der Grundprimärgruppe umgesetzt wird. Als Kanalfilter dient ein Torsionsfilter mit longitudinal Kopplung. Eine derart hohe Frequenzlage um 200 kHz erfordert eine außerordentlich große Flankensteilheit des Filters, einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten der mechanischen Resonatoren und eine sahr große Herstellgenauigkeit.

Gemäß der Erfindung wird das Einseitenband-Trägerfrequenzsystem derart ausgebildet, daß das Übertragungsband die Grundprimärgruppe von 60 bis 108 kHz ist, deren Sprachbänder in Kehrlage liegen, daß das Vormodulationsband in Regellage zwischen 48 und 52 kHz liegt, das mittels den zwölf Kanalträgern von 112,116,..., 156 kHz in die Lage der Grundprimärgruppe gebracht wird, daß zur Aussiebung der zwölf Vormodulationsbändern mechanische Kanalfilter, die Biegeresonatoren enthalten, verwendet sind, wobei jeweils benachbarte Resonatoren über längsschwingende Elemente, die vorzugsweise in einem Schwingungsmaximum an den Resonatoren angreifen, gekoppelt sind, und daß das gemeinsame Gruppenfilter ein Bandpaß ist, und i'.aß die Vormodulations-Trägerfrcquenz und die zwölf Kanalträgerfrequenzen aus einer 4-kHz-Grundfrequenz abgeleitet sind, derart, daß durch Vervielfachung der Frequenz 4 kHz die Hilhfrequenzen 12 und 20 kHz entstehen, daß durch Vervielfachung der Frequenz 12 kHz die Trägerfrequenzen 48, 120, 13? und 144 kHz und die hii'sfrequenzen 96 und 108 kHz gebildet sind, daß durch jeweilige Mischung der Hilfsfreauenzen 96. 108 kHz und der Träeerfreauenzen

120, 132. 144 kHz mit der Hüfsfrequenz 2OkHz die Trägerfrequenzen 116, 128, 140, 112, 152, 124 kHz entstehen, daß durch jeweilige weitere Mischung der Trägerfrequenzen 116 und 128 kHz mit der Hüfsfrequenz 2OkHz die Trägerfrequenzen 136 und !48 kHz -, gewonnen sind und daß durch Mischung der Trägerfrequenz 48 kHz mit der Hüfsfrequenz 108 kHz die Trägerfrequenz 156 kHz gebildet ist.

Bei einem Trägerfrequenzsystem mit 4-kHz-Raster, wie es heute allgemein üblich ist, werden die in Trägerfrequenzen mit besonderem Vorteil so gewählt, daß sie ganzzahlige Vielfache von 4 sind.

Das so geschaffene Frequenzschema zum Aufbau der Grundprimärgruppe kann unter den gegebenen Voraussetzungen als optimal bezeichnet werden: Die Fre- π quenzlage des Kanalfilters unterhalb der Grundprimärgruppe im Bereich um 50 kHz ergibt geringere Anforderungen an die Flankensteilheit, die Herstellgenauigkeit und die Alterungs- und Temperaturkoeffizienten des Materials, als dies bei einer Frequenzlage 2» oberhalb der Grundprimärgruppe der Fall ist. In der zweiten Modulationsstufe fallen die Trägerreste nicht in das Nutzband 60 bis 108 kHz; außerdem liegen die unerwünschten höheren Modulationsprodukte, die Vielfache des Trägers enthalten, weit oberhalb des r. Nutzbandes. An das Gruppenfilter, das für alle Kanäle gemeinsam ist, werden nur geringe Anforderungen gestellt.

Als mechanische Kanalfilter eignen sich vor allem solche, die Biegeschwinger als Resonatoren enthalten, xt Durch eine geeignete Kopplung benachbarter Biegeschwinger über längsschwingende Elemente, die vorzugsweise in einem Schwingungsmaximum an den Resonatoren angreifen, lassen sich störende Nebenwellen weitgehend vermeiden. Die zur Versteilerung der r> Filterflanken erforderlichen Dämpfungspole lassen sich durch mechanische und/oder elektrische Überkopplungen — d. h. Kopplungen zwischen nicht benachbarten Filterelementen — erreichen. Derartige Filter sind Gegenstand älterer Patentanmeldungen (deutsche Pa- -tn tentschriften 12 03 321 und 12 66 413).

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 3 4 kHz wird zuerst im Vormodulator VM mit den Vormodulationsträger 48 kHz umgesetzt. Das mechani sehe Kanalfilter KF hat die Aufgabe, das obere Seitenband im Bereich 48 bis 52 kHz durchzulassen unc das untere Seitenband im Bereich 44 bis 48 kHz zi sperren. Die Anforderungen an die Steilheit der unterer Flanke des Kanalfilters sind dadurch gegeben, daß diese innerhalb des Bereichs von 48,3 bis 47,7 kHz von nahezi 0 bis auf mindestens 60 db (6,9 Np) ansteigen muß.

Das Vormodulationsband im Bereich 48 bis 52 kH/ wird sodann dem Kanalmodulator KM zugeführt unc dort je nach Kanal mit einem der zwölf Kanalträger 112

116 156 kHz umgesetzt. Die Ausgänge K 1 bis K \Ί

der zwölf Kanalmodulatoren KM sind — gegebenen falls über Entkoppler — zusammengeschaltet, so daL nunmehr die zwölf unteren Seitenbänder im Bereich dei sich von 60 bis 108 kHz erstreckenden Grundprimär gruppe frequenzmäßig nebeneinanderliegen, währenc die unerwünschten oberen Seitenbänder den Bereich 160 bis 208 kHz einnehmen. Zum Aussieben der Nutzseitenbänder dient das allen Kanälen gemeinsame Gruppenfilter GF. Es ist so dimensioniert, daß es beispielsweise das infolge mangelhafter Symmetrie eines Doppelgegentakt-Kanalmodulators »durchlekkende« Vormodulationsband 48 bis 52 kHz sperrt, sowie auch die oberhalb 112 kHz liegenden Trägerreste der Kanalträger und die unerwünschten oberen Seitenbänder unterdrückt. Das Gruppenfilter CM, das weger seiner verhältnismäßig großen relativen Bandbreite zweckmäßig aus Spulen und Kondensatoren aufgebaut ist, kann aus einem Bandpaß oder aus einer Kombination von mehreren riltern, z. B. Bandpaß und Bandsperre, bestehen.

Die Ableitung der Vormodulations-Trägerfrequenz 48 kHz und der zwölf Kanalträgerfrequenzen aus einer hochkonstanten 4-kHz-Grundfrequen? ~eigt der prinzipielle Blockschaltplan der F i g. 5. Es werden zwei Frequenzvervielfacher Vl und V 2 und acht Frequenzumsetzer M1 bis Mi benötigt; bei den Frequenzumsetzem ist durch ein Plus- oder Minuszeichen angedeutet, ob am Ausgang die Summen- oder Differenzfrequenz ausgesiebt wird. Im einzelnen arbeitet die Einrichtung

einzelnen zeigt

Fig.3 einen Frequenzplan für den Aufbau der *~. Grundprimärgruppe,

Fig.4 einen Prinzip-Blockschaltplan für den Aufbau der Grundprimärgruppe,

F i g. 5 einen Prinzip-Blockschaltplan für die Trägerversorgung einer Einrichtung nach F i g. 4.

Die Umsetzung der zwölf Sprachbänder aus der Niederfrequenzlage in den Bereich der Grundprimärgruppe in jeweils zwei Stufen läßt sich an Hand des Frequenzplans der Fig.3 und des prinzipiellen Blockschaltplans der F i g. 4 leicht verfolgen. Dem Frequenzplan liegt ein Einseitenband-Trägerfrequenzsystem mit 4-kHz-Raster zugrunde; das zu übertragende Sprachband erstreckt sich von 300 bis 3400 Hz. Der Blockschaltplan zeigt nur die für die Frequenzumsetzungen wesentlichen Modulatoren und Filter und gilt «> sowohl für den Aufbau der Grundprimärgruppe (Senderichtung von links nach rechts) wie auch für deren Auflösung (Empfangsrichtung von rechts nach links).

Das niederfrequente Sprachband im Bereich 0 bis Aus der Grundfrequenz 4 kHz werden im Vervielfacher Vl die Hilfsfrequenzen 12 und 20 kHz als 3. und 5, Harmonische gewonnen. Die Vervielfachung der Hüfsfrequenz 12 kHz im Vervielfacher V2 liefert die gewünschten Trägerfrequenzen 48, 120, 132 und 144 kHz (als 4, 10, 11. und 12. Harmonische) und die Hilfsfrequenzen 96 und 108 kHz (als 8. und 9. Harmonische). Durch Mischung (Addition) der Trägerfrequenz 48 kHz mit der Hüfsfrequenz 108 kHz im Frequenzumsetzer Mi entsteht die Trägerfrequenz 156 kHz. Aus der Hilfsfrequenz 96 kHz werden durch zwei aufeinanderfolgende Mischungen (Addition) mit der Hilfsfrequenz 20 kHz in den Frequenzumsetzem MI und Af 3 die Trägerfrequenzen 116 und 136 kHz gewonnen. Ganz entsprechend werden aus der Hilfsfrequenz 108 kHz in den Frequenzumsetzem Λ/4 und M5 die Trägerfrequenzen 128 und 148 kHz gebildet Durch Mischung (Addition bzw. Subtraktion bzw. beides) der Hilfsfrequenz 20 kHz mit den Trägerfrequenzen 120 bzw. 144 bzw. 132 kHz in den Frequenzumsetzem M 6 bzw. M8 bzw. Ml entstehen schließlich die Trägerfrequenzen 140 bzw. 124 bzw. 152 und 112 kHz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einseitenband-Trägerfrequenzsystem, bei dem das aus zwölf Sprachbändern zusammengesetzte Übertragungsband Ober eine Vormodulationsstufe > aufgebaut ist und bei dem die Frequenzlage des Vormodulationsbandes so gewählt ist, daß es unterhalb der dieses Übertragungsbandes liegt und die in der zweiten Modulationsstufe erforderlichen zwölf Kanal trägerfrequenzen oberhalb dieses Ober- ι ο tragungsbandes liegen und bei dem zur Aussiebung dieses Übertragungsbandes ein gemeinsames Gruppenfilter benutzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsband die Grundprimärgruppe von 60 bis 108 kHz ist, deren Sprachbänder in Kehrlage liegen, daß das Vormodulationsband in Regellage zwischen 48 und 52 kHz liegt, das mittels den zwölf Kanalträgern von 112,116, —, 156 kHz in die Lage der Grundprimärgruppe gebracht wird, daß zur Aussiebung der zwölf Vormodulationsbänder mechanische Kanalfilter, die Biegeresonatoren enthalten, verwendet sind, wobei jeweils benachbarte Resonatoren Ober längsschwingende Elemente, die vorzugsweise in einem Schwingungsmaximum an den Resonatoren angreifen, gekoppelt sind, und daß das gemeinsame Gruppenfilter ein Bandpaß ist, und daß die Vormodulations-Trägerfrequenz und die zwöif Kanalträgerfrequenzen aus einer 4-kHz-Grundfrequenz abgeleitet sind, derart, daß durch Vervielfachung der Frequenz 4 kHz die Hilfsfrequenzen 12 und 20 kHz entstehen, daß durch Vervielfachung der Frequenz 12 kHz die Trägerfrequenzen 48, 120, 132 und 144 kHz und die Hilfsfrequenzen 96 und 108 kHz gebildet sind, daß durch jeweilige Mischung der Hilfsfrequenzen 96, 108 kHz und der Trägerfrequenzen 120, 132, 144 kHz mit der Hilfsfrequenz 20 kHz die Trägerfrequenzen 116, 128, 140, 112, 152, 124 kHz entstehen, daß durch jeweilige weitere Mischung der Trägerfrequenzen 116 und 128 kHz mit der Hilfsfrequenz 2OkHz die Trägerfrequenzen 136 und !48 kHz gewonnen sind und daß durch Mischung der Trägerfrequenz 48 kHz mit der Hilfsfrequenz 108 kHz die Trägerfrequenz !56 kHz gebildet ist