DE2914945C2

DE2914945C2 -

Info

Publication number: DE2914945C2
Application number: DE2914945A
Authority: DE
Inventors: Takashi Tokio/Tokyo Jp Araseki
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1988-05-05
Also published as: JPS6138656B2; FR2423098A1; CA1130027A; FR2423098B1; US4284859A; DE2914945A1; JPS54136253A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gabelschaltung zur Verbindung einer Zweidrahtleitung mit einer Vierdrahtleitung, bei der der Eingang der Vierdrahtleitung über eine Impedanz an die Zweidrahtleitung und ferner an den ersten Eingang eines dem Ausgang der Vierdrahtleitung vorgeschalteten Differenzverstärkers gelangt, an dessen zweiten Eingang ein direkt vom Eingang der Vierdrahtleitung abgeleitetes Signal geführt wird, und bei der eines der beiden am Differenzverstärker anliegenden Signale von einer Impedanzschaltung beeinflußt ist, die entweder die erstgenannte Impedanz bildet und zwischen den Eingang der Vierdrahtleitung und der Zweidrahtleitung bzw. den ersten Eingang des Differenzverstärkers geschaltet ist oder zusammen mit der erstgenannten Impedanz mit dem Eingang der Vierdrahtleitung verbunden ist und zur Ableitung des dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführten Signals dient, und bei der ferner die Impedanzschaltung über eine Steuerschaltung vom Signal am Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert und dadurch derart verändert wird, daß das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers auch bei Änderungen der Impedanz der Zweidrahtleitung minimalisiert wird.

Derartige Gabelschaltungen werden bei der Verbindung von 2-Draht-Leitungen mit 4-Draht-Leitungen in Telefonübertragungssystemen verwendet. Dabei bildet in aller Regel die 2-Draht-Leitung den letzten Leitungsabschnitt zu jedem Teilnehmeranschluß und die 4-Draht-Leitung die Verbindung über lange Entfernungen, wobei Gabelschaltungen die Verbindung zwischen beiden herstellen.

Man verwendet in derartigen Gabelschaltungen sowohl einerseits Transformatoren, so z. B. nach Fig. 4 des Aufsatzes von J. W. Emling u. a., "The Effects of Time Delay and Echoes on Telephone Conversations", The Bell System Technical Journal, Nov. 1963, S. 2869- 2891, als auch andererseits auch aktive Elemente, so z. B. nach Fig. 5 des Aufsatzes von C. G. Svala, "DSS-1, A Digital Local Switching System with Remote Line Switches", National Telecommunication Conference, 1977, S. 39:5-1 bis 5-7.

Gabelschaltungen setzen jedoch gleichermaßen voraus, daß die in der Gabelschaltung den Abschluß der 2-Draht- Leitung bildende Impedanzschaltung mit der Impedanz der 2-Draht-Schaltung genauestens abgeglichen ist. Ein ungenauer Abgleich führt, wie wohlbekannt, zu solchen Phänomenen wie Pfeifen, Singen, Schwingungen oder Echos, die die Telefonunterhaltung stören. Daher erfordert das Problem der Anpassung der Impedanzschaltung besondere Aufmerksamkeit. Da jedoch die Impedanz einer 2-Draht-Leitung von ihrer Länge und vom jeweiligen Wert der Abschlußimpedanz am anderen Ende abhängt, ergibt sich, daß die Impedanzen von 2-Draht-Schaltungen im allgemeinen bei jedem Teilnehmeranschluß verschieden sind. Die Verwendung einer Impedanzschaltung mit einem festen Wert kann daher demnach von Fall zu Fall zu einer beachtlichen Fehlanpassung und damit zu Störungen führen.

Aus der US-PS 39 73 089 (Fig. 4) ist bereits eine Schaltung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei der eine variable Impedanz durch ein Impedance Synthesizer Network 25 gebildet wird. Zusammen mit einer Korrelationssteuerschleife 28 dient diese Impedanzschaltung dazu, zwischen der Empfangsleitung der 4-Draht-Leitung und der Sendeleitung der 4-Draht- Leitung eine Trennung zu bewirken. Zu diesem Zweck werden die Filtereigenschaften des Filters nach Fig. 4 jeweils geändert bzw. angepaßt. Dies erfolgt durch die Änderung einer großen Anzahl von Parametern (dargestellt durch Wichtungsschaltungen) C₁-C_n+1 (siehe Fig. 3 der genannten Druckschrift).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gabelschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine selbsttätige Anpassung an verschiedene Impedanzen der 2-Draht-Leitung in sehr viel einfacherer Art und Weise als dies beim Stande der Technik nach der US-PS 39 73 089 der Fall ist, möglich wird. Dabei soll insbesondere die Anzahl derjenigen Schaltungen, wie sie beim Stande der Technik durch die Wichtungsschaltungen C₁-C_n+1 verkörpert werden, erheblich reduziert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Impedanzschaltung ein Impedanzelement einem Addierverstärker in Reihe nachgeschaltet ist, an dessen ersten Eingang das Signal vom Eingang der Vierdrahtleitung und an dessen zweiten Eingang das Signal vom Ausgang der Steuerschaltung gelangt, die in der genannten Art vom Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert wird, wobei ferner an die Steuerschaltung ein Signal gelangt, das den Strom durch das Impedanzelement darstellt, und das Signal am Ausgang der Steuerschaltung dadurch gebildet wird, daß die über dem Impedanzelement entstehende Spannungsdifferenz mit einem Übertragungsfaktor multipliziert wird, der in Steuerabhängigkeit vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers steht.

Auf diese Weise wird es möglich, durch die Einstellung relativ weniger Parameter in der Steuerschaltung eine ständige Adaption der Eigenschaften der Impedanzschaltung in der Weise zu erreichen, daß ein Signal an der Sendeleitung der 4-Draht-Leitung, das ausschließlich durch ein Signal auf der Empfangsleitung eben derselben 4-Draht-Leitung bewirkt wird, minimalisiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine bekannte elektronische Gabelschaltung,

Fig. 2 eine weitere bekannte elektronische Gabelschaltung,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine erste Ausbildung einer adaptiven Impedanzschaltung zur Verwendung in Fig. 3, 4,

Fig. 6 eine zweite Ausbildung einer adaptiven Impedanzschaltung zur Verwendung in Fig. 3, 4,

Fig. 7, 8 eine dritte bzw. vierte Ausbildung einer adaptiven Impedanzschaltung zur Verwendung in Fig. 3, 4.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Bauteile.

Fig. 1 zeigt eine elektronische Gabelschaltung (auch: Hybrid-Schaltung) nach dem Stande der Technik. An Klemme 5 der 4-Draht-Leitung liegt das eingehende Signal v _r an. Es durchläuft die Impedanz 10 und gelangt danach an Klemme 1 der 2-Draht-Leitung. 2, 4 und 6 sind geerdete Klemmen. Vom anderen Ende der 2-Draht-Leitung her liegt an Klemme 1 das Signal v an. Es liegt an einem Addierer 20 an, dessen Ausgang von Klemme 3 der 4-Draht-Leitung abgeht bzw. gesendet wird. Das abgehende Signal ist v _s. Das eingehende Signal v _r wird im Addierer mit dem Koeffizienten (-1/2) multipliziert und zum Signal v der 2-Draht-Leitung addiert. Wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung an das Impedanzelement 10 angepaßt ist, dann ist v _s gleich v, d. h. entsteht als Signal v _s am Ausgang des Addierers 20 nur das Signal v, das von der 2-Draht- Leitung her zugeführt worden ist. Sofern jedoch, wie oben erwähnt, die Anpassung unzureichend ist, gelangt ein beachtlicher Teil des auf der 4-Draht-Leitung empfangenen Signals v _r auch wieder als Leckage auf die Sendeseite der 4-Draht-Leitung an Klemme 3.

Fig. 2 zeigt eine weitere elektronische Gabelschaltung nach dem Stande der Technik (entsprechend Fig. 5 der Druckschrift Svala). Das an Klemme 5 empfangene Signal v _r durchläuft die Impedanz 41 und gelangt dann an Klemme 1 der 2-Draht-Leitung. Gleichzeitig gelangt das Signal v _r an den Addierer 20. Das auf der 4-Draht-Leitung empfangene Signal v _r durchläuft ferner die Impedanz 42 und gelangt dann ebenfalls an den Addierer 20, der beide, jedoch mit entgegengesetzter Phase, addiert. Wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung gleich der Impedanz 10, ist also die Schaltung abgeglichen, so enthält das Signal an Klemme 3 am Ausgang des Addierers 20 keinen Anteil mehr, der vom empfangenen Signal v _r stammt. Nur das vom anderen Ende der 2-Draht- Leitung her zugeführte Signal v erscheint dann auf der Klemme 3 am Ausgang des Addierers 20. Ändert sich jedoch, wie oben dargelegt, die Impedanz der 2-Draht-Leitung, so wird dieser Abgleich gestört. Das führt dazu, daß an Klemme 3 auch ein Teil des auf Klemme 5 der 4-Draht-Leitung empfangenen Signals v _r wieder in v _s enthalten ist. Folgendes kommt hinzu: im allgemeinen führt die 2-Draht-Leitung eine hohe Gleichspannung, um eine genügend hohe Leistung zu bringen, oder aber eine Wechselspannung mit hoher Amplitude, beispielsweise für die Klingelzeichen. Daher braucht man Schaltelemente, die für diese relativ hohen Spannungen geeignet sind. Aus diesem Grunde verwendet man häufiger die Schaltung nach Fig. 2 wie die nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben, erscheint, wenn die Impedanz der 2-Draht-Leitung an die Impedanz 10 angepaßt ist, auf Klemme 3 der 4-Draht-Leitung kein Signal, solange nur an Klemme 5 der 4-Draht-Leitung das empfangene Signal v _r anliegt.

Entsteht jedoch an Klemme 3 der 4-Draht-Leitung ein Signal v _s, so wird dies an eine adaptive Impedanzschaltung 50 zurückgeführt. Nunmehr kann eine Adaption ablaufen, die zu einer verbesserten Anpassung führt derart, daß die Impedanz der Impedanzschaltung 50 derart modifiziert wird, daß Leistung bzw. die Amplitude des Signals v _s minimalisiert werden. Liegt an der 2-Draht-Leitung von deren anderem Ende her ein Signal an, so kan man dann keine Modifikation durchführen; dann wird daher der Vorgang der Adaption gestoppt. So ist es also möglich, eine Anpassung zwischen der Impedanz der 2-Draht-Leitung und der Impedanz der Gabelschaltung, durch die der Abgleich erfolgt, dadurch zu erzielen, daß man alle die Signale ausnützt, die über die 4-Draht-Leitung von Klemme 5 nach Klemme 6 fließen, und zwar einschließlih des Sprachsignals, ohne daß weitere Signale, z. B. besondere Prüfsignale, zur Messung der Impedanz der 2-Draht-Leitung, eingesetzt werden müssen.

Da der Abschluß mit einer adaptiven Impedanz, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, zu verringerter Reflexion an der 2-Draht-Leitung führt, kann die Verstärkung eines bilateralen Repeaters (Zweiwegverstärker) zur Verstärkung in der 2-Draht-Leitung größer sein als bei den Gabelschaltungen nach dem Stande der Technik.

Gemäß Fig. 4 weist ein weiteres Ausführungsbeispiel eine adaptive Impedanzschaltung 50 in etwas anderer Schaltung auf, die ebenfalls eine Anpassung so vornimmt, daß das auf der 4-Draht-Leitung abgehende Signal v _s kleiner wird.

Fig. 5 zeigt eine Impedanzschaltung 50 zur Verwendung in Fig. 3 und 4. Sie wird durch ein Impedanzelement 51 gebildet, das auf einer Seite mit Klemme 7 (vgl. Fig. 3, 4) und auf der anderen Seite mit einer Steuerschaltung 53 verbunden ist, deren Übertragungsfaktor K ist, und an der die Spannungsdifferenz, die über dem Impedanzelement 51 gegeben ist, anliegt. Der Addier- Verstärker 52 (Addierer) bildet eine Schleife vom Ausgang der Steuerschaltung zurück an deren einen Eingang, wobei dem Addierer als weiterer Eingang das Signal v _r zugeführt wird.

Ist die Eingangsimpedanz der Steuerschaltung 53 größer als ihre Ausgangsimpedanz, so ist die Impedanz Z zwischen Klemme 7 und Erde:

Z=Z _i (1+K) (1)

In diesem Fall ist lediglich Klemme 7, d. h. eine Seite des Impedanzelementes 51 mit der 2-Draht- Leitung verbunden. Ein Signal, das eine Fehlanpassung darstellt (auf der 4-Draht-Leitung ein gesendetes Signal v _s in Fig. 3 oder 4) gelangt über Klemme 9 an die Steuerschaltung 53 und bestimmt so eine Veränderung der Übertragungseigenschaften K der Steuerschaltung 53 in dem Sinn, das Signal v _s minimalisiert wird. Den Algorithmus zur Minimalisierung der Leistung des Signal v _s erhält man wie folgt:

In Fig. 3 erhält man, wenn am anderen Ende der 2-Draht- Schaltung, also an Klemme 1, kein Signal v anliegt,

dabei ist Z₁ die Impedanz der 2-Draht-Leitung. Nimmt man an, daß Z _L=Z _i (1+L) ist, so erhält man aus den Gleichungen (1) und (2):

Der Term (Z _i · i) in Gleichung (3) ist gleich der Potentialdifferenz der beiden Enden des Impedanzelementes 51 in Fig. 5.

Es sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion K als Summe von Produkten darstellbar ist, die durch Multiplikation mehrerer zueinander orthogonaler Funktionen (F₀, F₁, . . ., F _N-1) mit Wichtungsfaktoren (k₀, k₁, . . ., K _N-1) entstehen. Es sei

N ist dabei ein Wert, der ausreicht, um die Impedanz der 2-Draht-Leitung im gewünschten Maß der an die Abschlußimpedanz anzunähern.

(v _s ) ² soll möglichst klein werden. Man nimmt eine partielle Differenzierung von (v _s ) ² nach k _j (j=0, 1, . . ., N-1) vor und erhält:

Fig. 6 zeigt nun eine andere Ausbildung einer adaptiven Impedanzschaltung 50′, die anstelle der Impedanzschaltung 50 nach Fig. 5 verwendet werden kann. Zwischen Klemme 7 und Erde liegt die folgende Impedanz Z:

Z=Z _i/(1-K) (6)

Aus v _s=v-v _r/2 leitet man ab:

Erreicht nun die Impedanz der 2-Draht-Leitung die optimale Annäherung an Z _L=Z _i/(1-L), so ergibt sich:

Ist L hinreichend kleiner als 1, dann kann man eine Steuerschaltung 53 ähnlich derjenigen nach den Fig. 4 und 5 aufbauen.

Ist L jedoch gegenüber 1 nicht vernachlässigbar klein, so ergibt sich aus v _s=v-v _r/2:

Es sei i _s der Strom, wenn an Klemme 7 in Fig. 6 v _s anliegt. Dann ergibt sich:

v _s=i _s · z _i/(1-K) (9)

Daher kann man Gleichung (8) wie folgt abändern:

Dabei ist i _s · Z _i die Spannungsdifferenz an den beiden Enden der Impedanz Z.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere adaptive Impedanzschaltungen, die einen Abgleich an eine 2-Draht-Leitung vornehmen. Die Klemmen 7 und 7′ sind mit der abgeglichenen 2-Draht-Leitung verbunden. Zusätzlich zu den oben beschriebenen anderen adaptiven Impedanzschaltungen ist bei diesen Ausführungen lediglich ferner ein Inverter 52′ und ein weiteres Impedanzelement 51′ vorgesehen.

Es ist auch möglich, die adaptiven Impedanzschaltungen nach Fig. 5 und 6 miteinander zu kombinieren, d. h. einen Schaltungsaufbau zu verwenden, bei an Klemmen 7, 8 anliegenden Spannungen an eine beliebige Steuerschaltung und ferner die Spannungen an den beiden Enden des Impedanzelementes 51 an eine weitere beliebige Steuerschaltung gelangen und jede Steuerschaltung adaptiv modifiziert wird.

Wie beschrieben, macht es die vorstehende Schaltung möglich, Schaltungen der genannten Art strukturell einfach zu realisieren und damit adaptive elektronische Gabelschaltungen aufzubauen, die besonders geringe Reflexion sowohl an der 2-Draht- als auch an der 4-Draht- Leitung aufweisen.

Claims

Gabelschaltung zur Verbindung einer Zweidrahtleitung (1, 2) mit einer Vierdrahtleitung (3, 4, 5, 6), bei der der Eingang (5) der Vierdrahtleitung über eine Impedanz an die Zweidrahtleitung und ferner an den ersten Eingang eines dem Ausgang der Vierdrahtleitung vorgeschalteten Differenzverstärkers (20) gelangt, an dessen zweiten Eingang ein direkt vom Eingang der Vierdrahtleitung abgeleitetes Signal geführt wird, und bei der eines der beiden am Differenzverstärker anliegenden Signale von einer Impedanzschaltung (50) beeinflußt ist, die entweder die erstgenannte Impedanz (10) bildet und zwischen den Eingang der Vierdrahtleitung und der Zweidrahtleitung bzw. den ersten Eingang des Differenzverstärkers geschaltet ist oder zusammen mit der erstgenannten Impedanz mit dem Eingang der Vierdrahtleitung verbunden ist und zur Ableitung des dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführten Signals dient, und bei der ferner die Impedanzschaltung (50) über eine Steuerschaltung (53) vom Signal (v _s ) am Ausgang des Differenzverstärkers (20) gesteuert und dadurch derart verändert wird, daß das Signal (v _s ) am Ausgang des Differenzverstärkers (20) auch bei Änderungen der Impedanz (Z _L ) der Zweidrahtleitung minimalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Impedanzschaltung (50) ein Impedanzelement (51) einem Addierverstärker (52) in Reihe nachgeschaltet ist, an dessen ersten Eingang das Signal (v _r ) vom Eingang der Vierdrahtleitung (5) und an dessen zweiten Eingang das Signal vom Ausgang der Steuerschaltung (53) gelangt, die in der genannten Art vom Ausgang des Differenzverstärkers (20) gesteuert wird, wobei ferner an die Steuerschaltung (53) ein Signal gelangt, das den Strom (i) durch das Impedanzelement (51) darstellt, und das Signal am Ausgang der Steuerschaltung (53) dadurch gebildet wird, daß die über dem Impedanzelement (51) entstehende Spannungsdifferenz mit einem Übertragungsfaktor (K) multipliziert wird, der in Steuerabhängigkeit vom Ausgangssignal (v _s ) des Differenzverstärkers (20) steht.