DE1815126C3 - Automatischer Entzerrer für ein digitales Übertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen automatischen Entzerrer ein digitales Übertragungssystem, bei dem die zu :rtragenden Impulse in jedem Ziffernintervall von itgehend gleichförmiger Amplitude und Dauer sind, ; einem passiven variablen Entzerrungsnetzwerk mit :hfolgendem Verstärker und einer Einrichtung, die auf das Verstärkerausgangssignal anspricht und da variable Entzerrungsnetzwerk automatisch steuert.

Bei einem der wichtigsten Systeme für digital« Übertragung werden Impulse praktisch gleichförmige Amplitude und Dauer zwischen Endstellen übe regenerative Zwischenstationen übertragen, die ii gewissen Abständen längs der Übcrtragungsstrecki angeordnet sind. An jeder Zwischenstation unterschei det die Apparatur während jedes Ziffernintervall: zunächst zwischen der Gegenwart oder dem Fehlet eines Impulses und regeneriert dann jeden festgestellte! Impuls auf praktisch dessen ursprüngliche Amplitudi und Dauer. Wegen der frequenzabhängigen Natur de Kabelübertragungschrakteristik ist es an jeder Zwi schenstation notwendig, für den vorausgehender Kabelabschnitt eine Entzerrung vorzusehen. Im Ideal fall sollten die Zwischenstationsentfernungen unc Kabeistärken gleich sein, um an jeder Zwischenstatioi praktisch die gleichen Entzerrungsanforderungen zi erreichen. Gleiche Zwischenstationsentfernungen wer den jedoch in der Praxis selten erreicht, und es ist aucl nicht immer möglich, nur eine einzige Kabelsiärke zi verwenden. Im Ergebnis ist die Verwendung zusätzli eher Netzwerke notwendig, um jeden Kabelabschnit auf eine elektrische Standardlängc auszubauen unc dadurch die Entzerrungserfordernisse zu standardisie ren. Wenn ein digitales Übertragungssystem dieser Ar installiert wird, ist es deshalb notwendig, zunächst zi versuchen, die elektrische Länge eines jeden Kabelab schnittes zu messen und dann das richtige aus einei vergleichsweise großen Anzahl derartiger Netzwerke auszuwählen, um einen Ausbau auf eine genormte elektrische Länge zu erhalten. Obgleich wirksam, sine solche Methoden unerwünscht, weil sie Prüffeldversu ehe sowie die Bereitstellung eines genügend hoher Inventars an Leitungsausbaunetzwerken erfordern, urr alle praktisch auftretenden Bedingungen erfüllen ?:i können.

Schaltungsanordnungen und Verfahren zur automatischen Dämpfungsentzerrung und Pegelregelung füi Trägerfrequenzsysteme, bei denen modulierte sinusför mige Signale übertragen werden, sind in vieler Varianten bekannt. Die Gewinnung der Regelgröße erfolgt im allgemeinen durch Gleichrichtung eine; besonderen Pilotsignals oder des Trägers selbst. Be Übertragungssystemen für digitale Signale gelter andere Voraussetzungen zur Gewinnung der Regelgröße.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, füi digitale Übertragungssysteme einen leicht einstellbarer Entzerrer bereitzustellen, der eine automatische Einstel lung liefert, so daß die große Anzahl von unterschiedlichen Leitungsausbaunetzwerken eingespart wird unc ein fortlaufendes Prüfen und manuelles Einstellen diesel Netzwerke entfallen kann.

Ausgehend von einem automatischen Entzerrer dei eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß dei Erfindung dadurch gelöst, daß das passive variable Entzerrungsnetzwerk, dem die ankommenden Impulse zugeführt werden, eine durch ein variables Impedanzelement beeinflußbare Übertragungschrakteristik mil einer fixierten Polstelle und einer variablen Nullstelle sowie mit im Frequenzbereich unterhalb der fixierter Polsteüe und oberhalb der variablen Nullstelle jeweil; weitgehend frequenzunabhängiger Dämpfung aufweist daß der Verstärker eine Übertragungscharakteristik mil einer fixierten Nullstelle, die in der Frequenz mit dei fixierten Polstelle des Entzerrungsnetzwerks weitge-

hend übereinstimmt, und mit im Frequenzbereich unterhalb der fixierten Nullstelle weitgehend frequenzunabhängiger Verstärkung aufweist und daß eine Detektorschaltung vorgesehen ist, der das Ausgangssignal des Verstärkers zugeführt ist und die das variable s Impcdanzelcment zur Änderung sowohl der Größe der frequenzunabhängigen Dämpfung als ;>uch der Frequenz der variablen Nullstclle des Ent/.crrungsnet/.werkes steuert.

Bei der hier zur Analyse verwendeten Näherungsme- ,„ thode mit Hilfe gerader Linien erscheinen Polsiellen und Nullstellen an den Schnittpunkten der geradlinigen, die Kennlinien des Netzwerkes annähernden Abschnitten.

Die Übertragungschrakteristik eines Kabelabschnittes, der benachbarte regenerierende Zwischenstationen in einem digitalen Übertragungssystem verbindet, kann durch die Kombination einer konstanten Dämpfung und eines einzelnen Dämpfungspols angenähert werden. Die Größe der konstanten Dämpfung und die Frequenz der Polstelle hängen beide von der Länge und der Stärke des Kabeis ab. Für eine gegebene Kabelstärke nimmt die konstante Dämpfung mit der Länge zu, und die Frequenz der Polstelle nimmt ab. Für eine gegebene Kabellänge nimmt die konstante Dämpfung zu, und die j_s Frequenz der Polstelle ab, wenn die Kabelstärke kleiner wird.

Da die zu übertragenden Impulse weitgehend gleiche Amplitude und Dauer haben, ist die empfangene Spitzensignalamplitude nicht nur ein Maß der Dämpfung des vorausgehenden Kabelabschnittes, sondern auch ein Maß des Frequenzverhaltcns. Die Erfindung sorgt daher für eine automatische Entzerrung durch Erhöhen der Verstärkung und Verringern der Frequenz der Nullstelle, wenn die empfangene Spitzensignalamplitude zu klein ist, und durch Reduzieren der Verstärkung und Erhöhen der Frequenz der Nullstelle, wenn die empfangene Spitzensignalamplitude zu hoch ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 geradlinige Annäherungen der Übertragungscharakteristik für mehrere Kabellängen, die benachbarte Zwischenstationen in einem digitalen Übertragungssystem verbinden,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines automatischen Entzerrers nach der Erfindung,

Fig.3 ein detailliertes Schaltbild der Anordnung nach F i g. 2,

F i g. 4 das Ersatzschaltbild des passiven variablen Entzerrungsnetzwerkes, das in der Anordnung nach Fi g. 3 verwendet ist,

F i g. 5 geradlinige Annäherungen der Übertragungscharakteristik für mehrere Einstellungen des passiven ss variablen Entzerrungsnetzwerkes nach den F i g. 3 und 4,

Fig. 6 eine geradlinige Annäherung der Übertragungscharakteristik des Verstärkers, der das Ausgangssignal des passiven variablen Entzerrungsnetzwerkes <«> nach den F i g. 3 und 4 empfängt, und

Fig. 7 geradlinige Annäherungen der Übertragungscharakteristik für die Kombination von Verstärker und passivem variablem Entzerrungsnetzwerk für verschiedene Einstellungen des letzteren. <<.i

Die in Fig. 1 dargestellten Kurven der Frequenzabhängigkeit der Kabeldämpfung sind geradlinige Annäherungen der Übertragungscharakteristiken für 1830, 1220 und 610 m lange Kabel der Stärke 22 (22 gauge). Wie dargestellt, ist jede Charakteristik durch einen Irequenzunabhängigen Dämpfungsabschnitl und eine einzelne Dämpfungspolstelle angenähert. Für i830m Kabel erscheint der Pol bei 80 kHz, für 122Om Kabel erscheint er bei 120 kHz, und für 610 m Kabel erscheint er bei 33OkHz. Wie dargestellt, nimmt die Dämpfung mit der Kabellänge zu und nimmt die Frequenz des Pols ab. Übertragungscharakterisliken sind für verschiedene Kabelstärken ähnlich, ausgenommen, daß für die gleiche Kabellänge bei kleinerer Kabelstärke die Dämpfung größer und die Frequenz des Dämpfungspols niedriger werden.

Bei einem digitalen Übertragungssystem, beispielsweise beim »Bell System's Tl Trägersystem«, sind die Zwischenstationen normalerweise maximal 1840 m voneinander entfernt. Bisher ist die Eingangsseite jeder Zwischenstation mit einem Entzerrer versehen worden, der für 1830 m Kabel kompensierte, wobei kürzere Kabelabschnitte durch geeignet ausgewählte Leitungsausbaunetzwerke auf eine den 1830 m äquivalente elektrische Länge ausgebaut worden sind. Das richtige Ausbaunetzwerk wurde ausgewählt, nachdem Prüffeldversuche die tatsächliche elektrische Länge des Kabelabschnittes ergeben haben.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach F i g. 2 ist das Ausgangsende des zu entzerrenden Leitungsabschnittes über einen Transformator 11 mit der Eingangsseite eines passiven variablen Entzerrungsnetzwerkes 12 verbunden. Der Ausgang des variablen Entzerrungsnetzwerkes 12 ist mit einem Eingang eines Differentialverstärkers 13 verbunden, der, wie dargestellt, einen unsymmetrischen Eingang und einen symmetrischen Ausgang besitzt. Der DiITcrentialverstärker 13 ist mil einer negativen Rückkopplung zur Formung seines Frequenzganges mit Hilfe einer Reihenimpedanz 14 und einer Parallelimpedanz 15 versehen, und sein Ausgang ist mit der Zwischenstation über eine Schaltung verbunden, in der beispielsweise, wie dargestellt, ein Transformator 16 liegt. Beide Seiten des Ausganges des Differenlialverstärkers 13 sind mit einem Spitzendetektor 17 verbunden, der das variable Entzerrungsnetzwerk 12 steuert.

Das ins größere Detail gehende Schaltbild der Anordnung nach Fig. 2 ist in Fig.3 dargestellt. Hiernach ist die Ausgangswicklung des Transformators 11 mit einer Widerstandskombination verbunden, die aus einem Reihenwiderstand 21 und einem Paar Parallelwiderstände 22 und 23 aufgebaut ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Ausgangswicklung und der Widerstände 22 und 23 ist an eine negative Vorspannungsquelle 24 geführt, und das Ausgangsende des Widerstandes 21 ist mit dem Eingang des Rückkopplungsdifferentialverstärkers verbunden, der in F i g. 3 als die Basiselektrode eines n-p-n-Transistors 31 dargestellt ist.

Das variable Entzerrungsnetzwerk in Fig.3 wird gesehen vom Eingang, gebildet durch die Kombination der Widerstände 21, 22, 23, ferner durch einer Widerstand 25 und einen Kondensator 26, die paralle geschalte: zwischen der Basis des Transistors 31 unc einem Gleichstromentkopplungskondensator 27 liegen und durch ein Paar Halbleiterdioden 28 und 52, die füi Wechselstrom zwischen den Kondensator 27 und Erde paralle! geschaltet sind. Wie dargestellt, liegt die Diode 28 direkt zwischen dem Kondensator 27 und Erde, unc die Diode 52 liegt zwischen dem Kondensator 27 unc der einen Seite eines Wechselstrom-Nebenschlußkon

densators 53. Die andere Seite des Kondensators 53 ist geerdet. Die Diode 28 ist mit der Durchlaßrichtung zur Erde hin gepolt, während die Diode 52 in Durchlaßrichtung zur Verbindungsstelle zwischen Kondensator 27 und Diode 28 hin gepolt ist. Zusammen arbeiten die Dioden 28 und 52 als ein stromgesteuerter variabler Widerstand.

Der Differentialverstärker in der Ausführungsform nach Fig.3 ist der Einfachheit halber als einstufiger Verstärker mit nur zwei n-p-n-Transistorcn 31 und 32 dargestellt. Weitere Stufen können, wenn gewünscht, selbstverständlich verwendet werden, und der Transformator 16 kann weggelassen werden, wenn es gewünscht sein sollte, integrierte Schaltungen zu verwenden. Wie dargestellt, sind die Emitter der Transistoren 31 und 32 über ein Paar vorspannender Widerstände 33 und 34 miteinander verbunden, während die Kollektoren über ein Paar Widerstände 35 und 36 miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 35 und 36 ist geerdet, während der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33 und 34 über einen Widerstand 37 zu einer negativen Vorspannungsquelle 38 führt. Die von der Quelle 38 gelieferte Spannung ist größer als die der Quelle 24. Die Eingangswicklung des Transformators 16 liegt zwischen den Kollektoren der Transistoren 31 und 32.

Das Frequenzverhalten des Differcntialvcrstärkers wird durch die Rückkopplung um den Transistor 32 herum bestimmt. Ein Widerstand 39, der der Impedanz 14 in F i g. 2 äquivalent ist, liegt zwischen Kollektor und Basis des Transistors 32. Eine etwas kompliziertere Impedanz, die der Impedanz 15 in F i g. 2 entspricht und aus zwei Parallclzweigen aufgebaut ist, liegt zwischen der Basis des Transistors 32 und einer negativen Vorspannungsqucllc 45. In einem der beiden erwähnten Zweige liegen ein Widerstand 40 und ein Kondensator

41 in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einer Spule

42 und einem Widerstand 43. Der andere Zwei}; ist ein einfacher Widerstand 44. Die von der Quelle 45 gelieferte Spannung ist kleiner als die der Quelle 38.

Der Spit/.endctektor in der Ausführuugsform nach F i g. 3 weist ein Paar Dioden 48, 49 auf, die den Kollektor des entsprechenden Transistors 31 bzw. 32 mit dem Eingang eines Tiefpaßfilters 50 verbinden. Beide Dioden sind in Durchlaßrichtung /um Filter hin gepoli. Der Ausgang des Filters 50 ist seinerseits über einen Gleichstromverstärker 51 mit der Verbindungsstelle des Nebenschlußkondensators 53 und dor Diode 52 des variablen Entzcmingsnetzwerkcs verbunden.

Beim Betrieb arbeitet die Schaltung nach I·' i g. 3 dahin, den Spitzenwert des Ausgnngssignuls des Differentlalverstilrkcrs konstant zu halten. Der Rückkopplungsweg des Diffcrcntiulverstttrkcrs liefert die notwendige Entzerrung für 1830 m Kabel der St(lrke 22, Bei an die Eingangswicklung des Transformators 11 angeschlossenem 1830 m Kabel ist die Übertragungscharakteristik des variablen Entzerrungsnetzwerkes ohmisch, und die ganze Kabclcntzcrrung erfolgt durch den Rückkopplungsverstttrkcr. Wie noch erlltutcrt wird, ist die Übertragungscharakteristik des Rückkopplungsverstllrkers angenähert durch eine frequenzunubhüngigc Verstärkung und eine fixierte Nullstelle. Für kürzere Kabellängen funktioniert die dargestellte Schaltung dahingehend, daß sowohl die Dämpfung des variablen Entzerrungsnetzwerkes als auch die Frequenz der Nullstclle in der zusammengesetzten Übertragungscharakteristik des variablen Entzerrungsnetzwerkes und des Rückkopplungsverstllrkers gelindert werden.

F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild des variablen Entzerrungsnetzwerkes. Wie dargestellt, enthält das Ersatzschaltbild einen Reihenwiderstand Rr, der den Widerstandsbeitrag der eingangsseitigen Widerstandskombination 21, 22, 23 darstellt, und einen Parallelzweig, der aus einem variablen Widerstand R(e_a) und in Reihe mit der Parallelschaltung eines Widerstandes R\ und einer Kapazität C besteht. R{e») stellt den Vorwärtswiderstand der parallelen Dioden 28 und 52 in F i g. 3 dar, /?i stellt den Widerstandswert des Widerstandes 25 dar und C stellt die Kapazität des Kondensators 26 dar. /?(eo) wird durch die Spitzenspannung Co gesteuert, die der Rückkopplungsverstärker liefert.

Bei der nachfolgenden Analyse der F i g. 4 ist der Einfachheit halber angenommen, daß die Eingangsimpedanz des Rückkopplungsverstärkers ausreichend hoch ist, um das variable Entzerrungsnetzwerk nicht zu belasten, und daß der Eingangstransformator des variablen Entzerrungsnetzwerkes ideale Eigenschaften hat. Das Übertragungsverhältnis ^e] des Netzwerkes ist

Hierin ist s gleich dem -2,T-fachcn der Frequenz. Wenn R₁ so gewählt ist, daß

_(s R₁ tr Ii₁ I «(<·„,),

dann erhalt man

KU;,) ι K,

IK, ι K(C₀)I ..

■is Durch eine Untersuchung der Gleichung (3) kann leicht gezeigt werden, daß die Übertragungscharakteristik des variablen l'.nt/.errungsnctzwerkes einen fixierten l'ol bei

K,C

hat

c; · ■'■)

ferner eine variable Nullstclle

(Ul hei

sowie eine ΙΚ·(.|ΐιαι/ιιικιΜιΙΙημίμι: ΜΙηιρΓιιημ. die siel

iiuiert mil

Kd',,1 \ R₁ R, i «(('„I

Hei der dargestellten Aiisfühmngsform ist der fixierte Pol des variablen Enlzerrungsnetzwerkes gelegt auf

2.7(SOkH/).

(7)

Die Wirkungsweise des variablen Enlzerrungsnctzwcrkcs kann am besten wie folgt erläutert werden. Für 1830 m Kabel ist /?(<ό) viel größer als R\, was zur gegenseitigen Aufhebung des Polstellen-Nullstcllcn-Paares im variablen Entzerrungsnetzwerk führt.

Die Dämpfung des variablen Entzerrungsnetzwerkes wird dann so eingestellt, daß die richtige Größe des Spitzensignals am Ausgang des Rückkopplungsverstärkers erzeugt wird. Für kürzere Kabellängen wird R(cn) kleiner, was zu der Trennung des Polstcllen-Nullstcllen-Paarcs führt. Der fixierte Pol bei 8OkHz im variablen Entzerrungsnetzwerk wird dann dazu verwendet, die fixierte Nullstclle des Rückkopplungsvcrstärkcrs auszulöschen. Die Nullstclle im variablen Entzerrungsnetzwerk wird dann zu einer höheren Frequenz verschoben, um die kürzere Kabellänge zu kompensieren, und die Dämpfung wird entsprechend eingestellt.

Die geradlinigen Annäherungen der Übertragungscharakteristiken des variablen Entzerrungsnetzwerkes der F i g. 3 und 4 sind in F i g. 5 für 1830, 1220 und 610 m lange Kabel dargestellt. Wie dargestellt, liefert für ein 1830 m langes Kabel der Ausgang des Differcmialverstärkcrs eine minimale Vorwärtsspannung für die Entzerrungsnetzwerkdioden 28 und 52, und die variable Nullstelle des variablen Enlzerrungsnct/werkes löscht den fixierten Pol aus. Für 18'JOm Kabel hat daher das variable Entzerrungsnetzwerk eine konstante Dämpfung über das Frequenzspektrum. Für ein 1220 m langes Kabel erzeugt andererseits das größere Spitzenausgangssignal des Differentialverstärkers eine größere Vorwärtsspannung an den Dioden 28 und 52 des variablen Entzerrungsnetzwerkes. Die Diodenwiderstände sind dann kleiner, veranlassen also eine Erhöhung der Dämpfung des Entzerrungsnetzwerkes sowie eine Verschiebung der variablen Nullstelle auf etwa 120 kHz. Der fixierte Pol des Entzerrungsnetzwerkes verbleibt bei 80 kHz. Schließlich erzeugt für ein 610 m langes Kabel die noch größere Spitzenausgangsspannung des Differentialverstärkers eine noch größere Vorwärtsspannung an den Dioden 28 und 52, und deren Widerstände werden noch kleiner. Die Dämpfung des Entzerrungsnetzwerkes nimmt noch weiter zu, und die variable Nullstellc verschiebt sich in der Frequenz auf annähernd 330 kHz. Eine geradlinige Annäherung der Übertragungscharakteristik des Differenti?lverstärkers in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ist in F i g. 6 gezeigt. Man sieht, daß die Verstärkung bis annähernd 80 kHz konstant ist, wo die fixierte Nullstclle auftritt. Ein Abfall tritt oberhalb etwa 800 kHz auf.

Schließlich zeigt F i g. 7 geradlinige Annäherungen der zusammengesetzten Übertragungscharakteristiken für die Kombination des variablen Entzcrrungsnctzwcrkcs und des Differentialverstärkers für 1830, 1220 und 610 m lange Kabel. Für 1830 m lange Kabel hai die kombinierte Charakteristik eine konstante Verstärkung und eine Nullstclle bei 80 kHz, für 1220 m lange Kabel hat sie konstante Verstärkung und eine Nullstclle bei 12OkHz, und für blOm lange Kabel hat sie eine konstante Verstärkung und eine Nullstelle von etwa UOkII/. Die Abfallcharakteristik der Kombination wird, wie dargestellt, durch die Abfallcharaklcristik des Differential verstärker* bestimmt.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Automatischer Entzerrer für ein digitales Übertragungssystem, bei dem -iie zu übertragenden Impulse in jedem Ziffernintervall von weitgehend gleichförmiger Amplitude und Dauer sind, mit einem passiven variablen Entzerrungsnetzwerk mit nachfolgendem Verstärker und einer Einrichtung, die auf das Verstärkerausgangssignal anspricht und das variable Entzerrungsnetzwerk automatisch steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das passive variable Entzerrungsnetzwerk (12), dem die ankommenden Impulse zugeführt werden, eine durch ein variables Impedanzelement (28, 52) beeinflußbare Übertragungscharakteristik mit einer fixierten Polstelle und einer variablen Nullstelle sowie mit im Frequenzbereich unterhalb der fixierten Polstelle und oberhalb der variablen Nullstelle jeweils weitgehend frequenzunabhängiger Dämpfung aufweist, daß der Verstärker (13) eine Übertragungscharakteristik mit einer fixierten Nullstelle, die in der Frequenz mit der fixierten Polstelle des Entzerrungsnetzwerks (12) weitgehend übereinstimmt, und mit im Frequenzbereich unterhalb der fixierten Nullstelle weitgehend frequenzunabhängiger Verstärkung aufweist und daß eine Detektorschaltung (17) vorgesehen ist, der das Ausgangssignal des Verstärkers (13) zugeführt ist und die das variable Impedanzelement (28, 52) zur Änderung sowohl der Größe der frequenzunabhängigen Dämpfung als auch der Frequenz der variablen Nullstelle des Entzerrungsnetzwerkes (12) steuert.

2. Automatischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (17) als Spitzendetektor ausgebildet ist.

3. Automatischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Impedanzclement (28, 52) ein stromgesteuertes Impedanzelement ist.

4. Automatischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das variable Impe danzelement aus mindestens einer Halbleiterdiode (28,52) besteht.

5. Automatischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der variablen Nullstelle des Entzerrungsnetzwerkes (12) von der Frequenz der fixierten Polstelle des Entzerrungsnetzwerkes (12) aus nach oben veränderbar ist.

6. Automatischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (13) ein Differentialverstärker ist, daß das Ausgangssignal des Entzerrungsnetzwerkes (12) einem der Verstärkereingänge zugeführt ist und daß die fixierte Nullstelle des Verstärkers (13) durch einen Rückkopplungsweg vom Verstärkerausgang zu dem anderen Verstärkereingang bestimmt ist.