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Einrichtung zur Feststellung von Betriebsfehlern in impulsregenerierenden Zwischenverstärkern
Die Erfindung bezieht sich auf Nachrichtenübertragungssysteme, bei denen wartungsfreie Zwischen- verstärker verwendet werden, und betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Feststellung bzw. Lokalisie- rung eines gestörten oder fehlerhaft arbeitenden Zwischenverstärkers in einer Reihe von über einen Über-, tragungsweg verteilten Zwischenverstärkern, die nicht gewartet werden.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die Betriebsüberwachung derartiger Nachrichtenübertragungs- systeme mit Impulsübertragung über Zwischenverstärker zu erleichtern. Insbesondere befasst sich die Er- findung mit der Aufgabe, gestörte oder fehlerhaft arbeitende Zwischenverstärker durch Messungen an einem Ende des Ubertragungsweges zu ermitteln und zu lokalisieren.
Da derartige Zwischenverstärker gewöhnlich weit von den Enden des Übertragungsweges entfernt lie- gen und häufig nur schwer zugänglich sind, soll durch die Erfindung eine raschere Wiederherstellung der normalen Betriebsbedingungen in einem impulsbetriebenen Nachrichtenübertragungssystem ermöglicht werden, das durch Ausfall eines bestimmten Zwischenverstärkers unbrauchbar geworden ist.
Die vorliegende Erfindung ist, wenn auch nicht ausschliesslich, so doch mit besonderen Vorteilen bei bipolaren Impulskode-Nachrichtensystemen anwendbar, die einen oder mehrere mit Zwischenverstärkern bestückte Übertragungswege aufweisen. Bei bipolaren Kodesystemen wird der übliche Zug von unipolaren binären Impulsen (bei dem also alle Stromimpulse die gleiche Polarität haben) in einen bipolaren oder quasi-ternären Impulszug umgewandelt (der Stromimpulse entgegengesetzter Polarität enthält). Ein solcher bipolarer Impulszug hat eine im Vergleich mit einem unipolaren Impulszug wesentlich verminderte Gleichstromkomponente.
Bipolare Nachrichtensysteme bieten die Möglichkeit, jene Schwierigkeiten zu überwinden, die sich bei der regenerativen Impulsverstärkung bei Systemen einstellen, die längs des Übertragungsweges Transformatoren und Kopplungskondensatoren enthalten und daher nicht befähigt sind, eine Gleichstromkomponente, wie sie bei unipolaren Impulszügen auftritt, zu übertragen. Die Eigenschaften von bipolaren Systemen und deren Vorteile gegenüber unipolaren Systemen sowie die bei solchen Systemen erforderlichen Unipolar-Bipolar-Kodewandler sind bekannt. Bei einem bipolaren Kode werden abwechselnd gegensinnig gepolte Impulse übertragen, um so in wirksamer Weise die Gleichstromkomponente des Impulszuges auszulöschen.
Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird über den Übertragungsweg, dessen Arbeitsweise überprüft werden soll, ein Testsignal übertragen. Dieses Testsignal ist ein Impulssignal der normalerweise über ein solches System übertragenen Art, mit der Ausnahme, dass es eine Gleichstromkomponente und eine zusätzliche Komponente mit einer Frequenz (Identifizierungsfrequenz) aufweist, die wesentlich niedriger als die niedrigste Impulsfolgefrequenz bei der Nachrichtenübertragung ist. Der Betrag der Gleichstromkomponente wird so geändert, dass die Arbeitsweise der impulsregenerierenden Zwischenverstärker durch die Gleichstromkomponente in vorbestimmter Weise nachteilig beeinflusst wird.
Die Frequenz der zusätzlichen Komponente wird so eingeregelt, dass messtechnisch ein vorgegebener Punkt des Übertragungsweges ausgewählt wird, in dem jeweils die Güte der Übertragung ermittelt werden soll.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Einrichtung zur Feststellung von Betriebsfehlern in einer Reihe von über einen Übertragungsweg verteilten impulsregenerierenden Zwischenverstärkern mit Hilfe eines
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Impulssignalgenerators, der ein Testsignal mit einer Gleichstromkomponente liefert, welche durch das Überwiegen von Impulsen der einen Polarität gegenüber Impulsen der entgegengesetzten Polarität erzeugt wird, ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromkomponente des Signalgenerators veränder- bar ist und dass eine Einrichtung zur Feststellung von durch das Vorhandensein dieser Gleichstromkomponente verursachten Fehlern bei der Impulsregeneration vorgesehen ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Einrichtung, bei welcher der Signalgenerator über den Über- tragungsweg einen Zug von Testimpulsen überträgt, der nebst bipolaren Impulsen mit einer vorgegebenen
Folgefrequenz (Identifizierungsfrequenz) aufeinanderfolgende Gruppen von Impulsen gleicher Polarität enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Anderung der Anzahl der Impulse in jeder dieser Gruppen vorgesehen ist, dass zwischen dem Ausgang jenes Zwischenverstärkers, dessen Arbeitswei- se geprüft werden soll, und einem zweiten Übertragungsweg ein Filter angeordnet ist, welches auf eine
Frequenz anspricht, die im wesentlichen gleich der Identifizierungsfrequenz ist, und dass an den zweiten Übertragungsweg eine Messeinrichtung für den Betrag des im zweiten Übertragungsweg auftretenden elek- trischen Signals angeschlossen ist.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass das Prinzip der Verwendung von in den Übertragung- weg eingeschalteten Filtern verschiedener Durchlassfrequenz zur selektiven Überprüfung von in Reihe an- geordneten Zwischenverstärkern an sich bekannt ist. Dieses Prinzip wird aber im Rahmen der Erfindung unter gleichzeitiger Anwendung eines speziellen Testsignals in vorteilhafter Weise für die Überprüfung impulsregenerierender Zwischenverstärker verwertet.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert werden. Fig. 1 stellt die Wellenformen dar, die an verschiedenen Punkten längs eines typischen bipolaren Impulsübertragungs- weges auftreten können. Fig. 2 zeigt die ideale Impulsform und die verschiedenen möglichen Eingangs- signale eines Zwischenverstärkers. Fig. 3 erläutert die Zusammensetzung eines typischen Testsignals für die erfindungsgemässe Lokalisierung eines fehlerhaften Zwischenverstärkers. Fig. 4 zeigt schematisch ein
Nachrichtensystem, bei dem die Erfindung angewendet wird. Fig. 5 zeigt typische Messergebnisse an ei- nem impulsregenerierenden Zwischenverstärker in Abhängigkeit von der veränderlichen Gleichstromkom- ponente eines erfindungsgemässen Testsignals.
Fig. 6 zeigt schliesslich ein schematisches Schaltbild eines
Testsignalgenerators für die Erzeugung von Impulssignalen mit veränderlicher Gleichstromkomponente und einen in der Frequenz veränderlichen "Identifizierungston".
Zum besseren Verständnis der Erfindung erscheint es zunächst zweckmässig, die Arbeitsbedingungen eines typischen bipolaren Impulsübertragungssystemes zu erläutern. In Fig. 1 der Zeichnung ist über der
Zeitlinie a eine typische Wellenform dargestellt, die am senderseitigen Ende des Übertragungsweges oder auch an der Ausgangsklemme eines richtig arbeitenden impulsregenerierenden Zwischenverstärkers auf- treten kann. Infolge der stärkeren Dämpfung der höheren Frequenzkomponente dieses Impulszuges bei der Übertragung erscheint die dargestellte Rechteckwelle am Eingang des nächsten Zwischenverstärkers stark "abgerundet". Die Auswirkungen dieser frequenzabhängigen Dämpfung bei der Übertragung über eine ty- pische Übertragungsleitung auf die Wellenform nach der Zeitlinie a in Fig. 1 ist über der Zeitlinie b in Fig. 1 dargestellt.
Die Wellenform nach der Zeitlinie b kann also beispielsweise am Eingang eines Zwi- schenverstärkers auftreten. Abgesehen von den durch die Leitungseigenschaften verursachten Verzerrungen, können im übertragenen Signal noch Rausch- und Übersprechkomponenten R gemäss der Zeitlinie c in Fig. l auftreten. Durch Überlagerung ergibt sich im Eingang des nächsten Zwischenverstärkers ein Signal der über der Zeitlinie d in Fig. 1 dargestellten Art.
Der Zwischenverstärker muss nun die stark verzerrte Wellenform nach der Zeitlinie d in Fig. 1 analysieren und daraus ermitteln, ob in einem bestimmten Zeitpunkt ein Impuls übertragen worden ist oder nicht. Die Schwierigkeit, die sich bei dieser Aufgabe ergibt, soll an Hand von Fig. 2 erläutert werden. Über der Zeitlinie a in Fig. 2 ist ein idealer Rechteckimpuls dargestellt, wie er im Eingang eines Übertragungskanals auftreten kann. Über der Zeitlinie b sind kombiniert die Extremfälle dargestellt, zwischen denen der Zwischenverstärker eine Unterscheidung treffen muss. Im wesentlichen muss der Zwischenverstärker in einem bestimmten Zeitpunkt feststellen, ob ein positiver Impuls, ein negativer Impuls oder überhaupt kein Impuls übertragen worden ist.
Die mit t bezeichnete vertikale Linie gibt den Zeitpunkt an, in dem der Zwischenverstärker diese Entscheidung zu treffen hat. Bei dieser Entscheidung stellt der Zwischenverstärker fest, ob die Eingangsspannung oberhalb des positiven Schwellenwertes +Vk oder unterhalb des negativen Schwellenwertes -Vk oder aber irgendwo zwischen diesen beiden Schwellenwerten
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ob ein positiver Impuls, ein negativer Impuls oder überhaupt kein Impuls übertragen worden ist, muss der Schnittpunkt der Linie t mit jeder der Schwellenwertlinien +Vk und -Vk innerhalb der beiden Flächen
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Al bzw. Az liegen, um sicherzustellen, dass die Entscheidung richtig ausfällt.
Die Form dieser Flächen kann noch durch die Vorder-oder Hinterflanke benachbarter Impulse beeinflusst werden, doch brauchenim Rahmen der vorliegenden Erfindung diese Einflüsse und auch andere Störmöglichkeiten nicht in Betracht gezogen zu werden.
Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung wird nun über den Übertragungsweg ein Testsignal mit regelbarem Gleichstromanteil übertragen, wodurch der Impulszug in bezug auf die Schwellenwerte verschoben wird, was sich schädlich auf die Arbeitsweise der Zwischenverstärker auswirkt. Bei einem bipolaren Übertragungssystem kann diese Gleichstromübertragung dadurch erreicht werden, dass jenen bipolaren Impulsen, die erforderlich sind, um die Zwischenverstärker einzutakten bzw. zu synchronisieren, eine veränderbare Anzahl von unipolaren Impulsen gleicher Polarität überlagert wird. Es ist jedenfalls erforderlich, den gewünschten Gleichstromanteil in Impulsform zu übertragen, weil die blosse Überlagerung eines kontinuierlichen Gleichstromes nicht über den ersten impulsregenerierenden Zwischenverstärker hinaus wirksam wäre.
Da in den üblichen Übertragungswegen Kopplungskondensatoren und Übertrager angewendet werden, kann der übertragungsweg die Gleichstromkomponente eines Impulszuges der beschriebenen Art nicht übertragen. Die Nullachse eines solchen Impulszuges stellt sich deshalb gemäss dem arithmetischen Mittelwert der übertragenen bipolaren Impulse ein und nicht nach dem ursprünglichen Ruhepotential. Wenn die zugesetzten Impulse positiv sind, so steigt der erwähnte Mittelwert an und der Impulszug wird nach unten verschoben, also gegensinnig zur Polarität der zusätzlichen unipolaren Impulse.
Diese Abwärtsverschiebung in bezug auf die Schwellwertlinien +Vk und -Vk führt zu Fehlern, die auf dem Fortfall von ins Positive steuernden Impulsen beruhen bzw. zu Fehlern, die infolge Vortäuschung von ins Negative steuernden Impulsen entstehen.
In Fig. 3 ist ein vereinfachtes typisches Testsignal gemäss der Erfindung dargestellt. Über der Zeitlinie a von Fig. 2 ist eine geeignete Kombination von unipolaren Impulsen gezeigt, die notwendig sind, um den schon erwähnten Gleichstromanteil für die Übertragung so zur Verfügung zu stellen, dass die Möglichkeit zur Übertragung über einen mit Zwischenverstärkern bestückten Übertragungsweg gewahrt ist.
Die Zeitlinie b in Fig. 3 veranschaulicht eine Reihe von bipolaren Impulsen, d. h. Impulsen mit abwechselnder Polarität. Ein solcher bipolarer Impulszug muss häufig dem Testsignal hinzugefügt werden, ge die Zwischenverstärker einzutakten bzw. zu synchronisieren. Über der Zeitlinie c in Fig. 3 ist das aus den Signalen a und b zusammengesetzte Testsignal dargestellt. Ferner ist in Fig. 3 über der Zeitlinie d der"Identifizierungston"in Form einer Frequenzkomponente aufgetragen, die von der gewählten Gruppierung der unipolaren Impulse herrührt und deren Frequenz gleich der Folgefrequenz der Gruppen von unipolaren Impulsen ist. Wie später noch erläutert wird, dient dieser Identifizierungston zur Ermittlung der Güte und Genauigkeit der Übertragung in einem bestimmten Punkt der Übertragungsleitung.
In Fig. 4 ist ein bipolares Impulsnachrichtensystem gemäss der Erfindung dargestellt. Auf der Senderseite S der mit Zwischenverstärkern versehenen Übertragungsleitung befindet sicheinTestsignalgenerator 12, der Signale der in Fig. 3 über der Zeitlinie c dargestellten Art erzeugen kann und an die Eingangsklemmen des Übertragungsweges angeschlossen ist. Der Übertragungsweg ist mit Zwischenverstärkern 14, 16,18, 20 und 22 ausgestattet. An die Ausgangsklemme jedes dieser Zwischenverstärker ist ein Filternetzwerk 24,26, 28,30 bzw. 32 angeschlossen. Jedes dieser Filternetzwerke spricht auf eine andere Frequenz an, welche jeweils dem Zwischenverstärker zugeordnet ist, mit dem das betreffende Netzwerk verbunden ist. Beispielsweise spricht das Filternetzwerk 24, welches an den Ausgang des Zwischenverstärkers 14 angeschlossen ist, auf die Frequenz flan.
Man erkennt, dass diese Frequenz, die ausschliesslich dem Zwischenverstärker 14 zugeordnet ist, zur Ermittlung der Güte oder Genauigkeit der Übertragung am Ausgang des Zwischenverstärkers 14 verwertet werden kann. In analoger Weise sprechen die Fil-
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- f5klemme der Übertragungsleitung angeschlossen. Sodann wird die Folgefrequenz der Gruppen von unipolaren Impulsen und demnach die Frequenz des Identifizierungstones so eingeregelt, dass sie gleich der Ansprechfrequenz jenes Filters ist, das dem vom Messort am weitesten entfernten Zwischenverstärker zugeordnet ist. Zu Beginn des Testvorganges wird nur eine kleine Anzahl von Impulsen je unipolare Gruppe, beispielsweise nur 1 Impuls oder 2, dem eintaktenden bipolaren Impulszug (Fig. 3 b) überlagert.
Dies führt zu einem geringen Anwachsen der Gleichstromkomponente des Impulszuges und bewirkt ferner das Auftreten einer zusätzlichen Frequenzkomponente, nämlich des Identifizierungstones, der im vorliegenden Falle die Frequenz f5 hat. Falls nun eine fehlerfreie Übertragung längs des Übertragungsweges erfolgt, so erscheint dieser Impulszug in regenerierter Form im Ausgang des Zwischenverstärkers 22. Das Filter 32, das auf die Frequenz f5 anspricht, überträgt den Identifizierungston zu einem rückläufigen Übertra-
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gungsweg 37. Am senderseitigen Ende dieses rückläufigen Übertragungsweges 37 ist ein Messinstrument 13 angeschlossen, welches die Amplitude des Identifizierungstones misst.
Hernach wird die Breite B der unipolaren Impulsgruppe, d. h. die Anzahl der unipolaren Impulse je Gruppe, um einen bestimmten Betrag vermehrt. Dies führt zu einem weiteren Anwachsen der Gleichi stromkomponente des Impulszuges. Wie Fig. 5 erkennen lässt, bewirkt dieses Anwachsen der Gleichstromkomponente eine entsprechende Erhöhung derAmplitude A des Identifizierungstones. Für jedes Übertragungssystem kann nun der zu wartende Amplitudenverlauf A des Identifizierungstones durch entsprechende Eichung des Messinstrumentes festgehalten werden. Die Breite B einer jeden Gruppe von unipolaren Impulsen bzw. die Anzahl Z dieser Impulse wird nun weiterhin erhöht, bis die Amplitude des Identifizierungstones wesentlich vom erwarteten Wert abweicht, was einen Fehler im Übertragungsweg erkennen lässt. Ein solches Messergebnis ist für die Messkurve Az in Fig. 5 bei der 5.
Ablesung angedeutet. Wie Fig. 5 erkennen lässt, sinkt an dieser Stelle die Amplitude des abgeleiteten Identifizierungstones stark unter den erwarteten Wert ab.
Eine solche Amplitudenabnahme des Identifizierungstones kann auch darauf zurückzuführen sein, dass die übertragene Gleichstromkomponente schon bei normalem, d. h. ungestörtem Betrieb ausreicht, um den Impulszug bezüglich des Schnittpunktes der Linie t in Fig. 2 mit der betreffenden Schwellenwertlinie so weit zu verschieben, dass Fehler auftreten. Wenn dies der Fall ist, so ist der gesamte Übertragungsweg in Ordnung.
Wenn anderseits aber an diesem fernsten Zwischenverstärker 22 Fehler angezeigt werden, obwohl als Teil des Testsignals nur eine kleine Gleichstromkomponente übertragen wird, so ist dies ein Zeichen dafür, dass ein (noch nicht bekannter) Zwischenverstärker im Übertragungsweg fehlerhaft arbeitet. Um nun den betreffenden Zwischenverstärker zu ermitteln, wird die Folgefrequenz der unipolaren Impulsgruppe so geändert, dass sie der Ansprechfrequenz eines Filternetzwerkes entspricht, das an einen näher dem senderseitigen Ende liegenden Zwischenverstärker angeschlossen ist. Wenn dies geschehen ist, so muss abermals die Anzahl der unipolaren Impulse an jeder Gruppe stufenweise erhöht werden, um die Güte bzw. Genauigkeit der Übertragung bis zu diesem Punkt zu ermitteln.
Wenn die Übertragung im erwähnten Punkt annehmbar genau ist, so liegt der fehlerhafte Zwischenverstärker irgendwo zwischen dem ersten und dem zweiten Messpunkt. Die Folgefrequenz der unipolaren Impulsgruppen wird in analoger Weise so lange ge- ändert, wie dies notwendig ist, um den fehlerhaft arbeitenden Zwischenverstärker zu lokalisieren.
In Fig. 6 ist ein Impulssignalgenerator dargestellt, der ein Testsignal gemäss der Erfindung erzeugen kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zunächst ein unipolarer Impulszug mit veränderbarer Impulsdichte hergestellt und dieser Impulszug sodann mit der Frequenz des Identifizierungstones ein-und ausgetastet wird.
Ein Impulszug mit veränderbarer Impulsdichte (d. h. ein Impulszug, der je Zeiteinheit eine verlanderbare Anzahl von "Ein" -Impulsen enthält) wird in der Weise hergestellt, dass zunächst periodisch wiederkehrende Impulsfolgen erzeugt werden. Jede dieser Impulsfolgen wird durch n aufeinanderfolgende uni- polare"Ein"-Impulse gebildet, auf die M-n"Aus"-Impulse folgen. Die Grösse n kann dabei 0, 1, 2, 3, 4 oder 5 sein, während die Grösse M die Werte 8,16 oder 32 haben kann. Die Impulsdichte eines so erhaltenen Impulszuges kann demnach entweder durch Erhöhung von n oder durch Verminderung von M vergrössert werden.
Wie Fig. 6 zeigt, wird bei einer Klemme 40 an den Eingang eines Frequenzteilers 42 eine Taktimpulsfolge angelegt. Die Frequenz der Taktimpulsfolge ist fo und entspricht der Impulsfolgefrequenz, die normalerweise im Nachrichtensystem angewendet wird. Die Frequenzteiler 42, 44, 46,48 und 49 haben üblichen Aufbau und liefern nur für jeden zweiten Eingangsimpuls einen Ausgangsimpuls. Die Frequenz des Impulszuges hat daher im Ausgang des Frequenzteilers 46 den Wert fo/8, im Ausgang des Frequenzteilers 48 den Wert fo/16 und im Ausgang des Frequenzteilers 49 schliesslich nur den Wert fo/32. Mit Hilfe eines Umschalters S kann die Ausgangsfrequenz eines beliebigen der Frequenzteiler 46,48 und 49 ausgewählt werden.
Wenn beispielsweise der Umschalter S., wie in der Zeichnung dargestellt, auf den Ausgang des Frequenzteilers 48 eingestellt ist, so wird ein Impulszug mit der Frequenz fo/16 über die Ader 43 an den Eingang eines 5-Digit-Generators 45 angelegt. Der S-DIgit-Generator 45 besteht aus in Serie geschalteten Stufen, von denen jede einen 1-Digit-Generator bildet. Die Arbeitsweise des 5-Digit-Generators ist so, dass nach erfolgter Auslösung der ersten Stute die nachfolgenden Stufen automatisch nacheinander ausgelöst werden, bis die letzte Stufe erreicht wird, worauf der Generator stillgesetzt wird. Dieser 5-Digit-Generator wird durch den Taktimpulszug von der Klemme 40 derart synchronisiert, dass seine 5 Ausgangsimpuls mit der Impulsfolgefrequenz fo abgegeben werden.
Mit Hilfe von Schaltern S, Sg, S , Sg und S6 können die 5 Ausgangsadern des 5-Digit-Generators mit einer gemeinsamen Ader 65
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verbunden werden. Der Umschalter S 1 bietet somit die Möglichkeit, den Wert M zu wählen, während durch die Schalter S2 - S6 die Möglichkeit einer Auswahl des gewünschten Wertes n gegeben wird. Durch geeignete Einstellung dieser Schalter kann die Impulsdichte in dem an der Ader 65 auftretenden Impulszug innerhalb eines weiten Stufenbereiches von einer maximalen Dichte von 5/8 (entsprechend einer Füllung von 5 von insgesamt 8 Zeitspalten) auf eine minimale Dichte von 0 variiert werden.
Es ist nun noch erforderlich, eine Einreihung vorzusehen, welche diese Impulszüge variabler Dichte mit der Frequenz des Identifizierungstones ein-und austastet. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zunächst der im Ausgang des Frequenzteilers 49 auftretende Impulszug über die Ader 51 an den Eingang eines bistabilen Kippkreises 52 angelegt wird. Die bistabilen Kippkreise 52, 54, 56, 58 und 59 sind ge- wöhnlich Binärzähler, die mit je 5 Klemmen ausgestattet sind, nämlich einer Eingangsklemme, einer Rückstellklemme, den beiden üblichen bistabilen Ausgangsklemmen und einer dritten Ausgangsklemme, die nur bei jedem zweiten Eingangsimpuls einen Ausgangsimpuls liefert.
Die Eingangsklemmen eines
UND-Ventils 62 können mit Hilfevon Umschaltern S -Sll selektiv mit je einem gewünschten derbeiden bistabilen Ausgänge der Binärzähler verbunden werden. Das UND-Ventil 62 liefert jeweils dann ein Aus- . gangssignal an die Ader 53. wenn alle fünf Eingänge desselben gleichzeitig erregt werden.
Um die Arbeitsweise dieses Teiles der Schaltung zu verstehen, sei zunächst angenommen, dass sich
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Eintreffen eines zweiten Impulses ändert der Kippkreis 52 abermals seinen Betriebszustand und gibt nunmehr wieder an der 0-Ader ein Signal ab, zugleich aber auch ein Signal an den Eingang des Kippkreises 54, wodurch dieser Kippkreis seinen Betriebszustand ändert und an seiner l-Ader ein Signal abgibt.
Die Eingänge des UND-Ventils 62 werden erst dann gleichzeitig erregt, bis von der Zählerreihe eine Anzahl von Impulsen aufgenommen worden ist, die gleich der Binärzahl ist, welche mit den Schaltern S7 - S 11 ausgewählt worden ist (im Falle der Fig. 6 handelt es sich hiebei um die Binärzahl 00111, entsprechend
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die Ader 53 ein Impuls abgegeben worden ist, gelangt dieser nach geringfügiger Verzögerung im Verzögerungsnetzwerk 64 zur Ader 57 und bewirkt eine Rückstellung der bistabilen Kippkreise in den ursprünglichen Zustand 00000, so dass der Zählvorgang abermals beginnen kann. Das Verzögerungsnetzwerk 64 ist erforderlich, um eine vorzeitige Rückstellung der bistabilen Kippkreise zu verhindern. Der Impulszug an der Ader 53 wird auch dem Eingang eines Binärzählers 68 zugeführt.
Die Ausgangsader 55 dieses Binärzäh-
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und ausgetastet. Die Ader 55 führt zusammen mit der Ader 65, an welcher der Impulszug variabler Dichte liegt, zum Eingang eines UND-Ventils 69. Das Ausgangsventil des UND-Ventils 69 stellt dann den gewünschten Impulszug variabler Impulsdichte dar, der mit der Frequenz des Identifizierungstones ein-und ausgetastet wird. Ein dem UND-Ventil 69 nachgeschalteter Sperrschwinger 70 liefert an die Ader 63 ein Ausgangssignal, das ähnlich dem Ausgangssignal des UND-Ventils 69, aber regeneriert und abermals mit den an der Ader 6i anliegenden Taktimpulsen synchronisiert ist. Der Übertrager 67 dient dazu, ein Ausgangssignal zu liefern, das sich zur Speisung der mit Zwischenverstärkern bestückten Übertragungsleitung eignet.
Der beschriebene Testsignalgenerator kann innerhalb eines weiten Bereiches von Gleichstromkomponenten durch entsprechende Einstellung der Schalter S-S und in analoger Weise innerhalb eines weiten Bereiches von Frequenzen für den Identifizierungston durch entsprechende Einstellung der Schalter S7 - S17 geregelt werden.
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Device for the detection of operating errors in pulse regenerating repeaters
The invention relates to communication systems in which maintenance-free repeaters are used, and in particular relates to a device for determining or localizing a disturbed or faulty repeater in a number of repeaters distributed over a transmission path that are not serviced will.
One aim of the invention is to facilitate the monitoring of the operation of such message transmission systems with pulse transmission via repeaters. In particular, the invention is concerned with the task of determining and localizing disturbed or faulty intermediate amplifiers by measurements at one end of the transmission path.
Since such repeaters are usually far from the ends of the transmission path and are often difficult to access, the invention is intended to enable a more rapid restoration of normal operating conditions in a pulse-operated communication system which has become unusable due to the failure of a particular intermediate amplifier.
The present invention can be used, even if not exclusively, with particular advantages in bipolar pulse code communication systems which have one or more transmission paths equipped with repeaters. In bipolar code systems, the usual train of unipolar binary pulses (in which all current pulses have the same polarity) is converted into a bipolar or quasi-ternary pulse train (which contains current pulses of opposite polarity). Such a bipolar pulse train has a substantially reduced direct current component compared to a unipolar pulse train.
Bipolar communication systems offer the possibility of overcoming the difficulties encountered in regenerative pulse amplification in systems which contain transformers and coupling capacitors along the transmission path and are therefore not capable of transmitting a direct current component such as occurs in unipolar pulse trains. The properties of bipolar systems and their advantages over unipolar systems and the unipolar-bipolar code converters required in such systems are known. In the case of a bipolar code, pulses with opposite polarity are transmitted alternately in order to effectively cancel out the direct current component of the pulse train.
In the device according to the invention, a test signal is transmitted over the transmission path whose operation is to be checked. This test signal is a pulse signal of the type normally transmitted over such a system, with the exception that it has a direct current component and an additional component at a frequency (identification frequency) which is substantially lower than the lowest pulse repetition frequency used in communications. The amount of the direct current component is changed in such a way that the operation of the pulse-regenerating intermediate amplifiers is adversely affected by the direct current component in a predetermined manner.
The frequency of the additional component is regulated in such a way that a specified point on the transmission path is selected by measurement, in which the quality of the transmission is to be determined.
A device designed according to the invention for the detection of operating errors in a series of pulse-regenerating repeaters distributed over a transmission path with the aid of a
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Pulse signal generator, which supplies a test signal with a direct current component, which is generated by the predominance of pulses of one polarity over pulses of the opposite polarity, is thus characterized in that the direct current component of the signal generator can be changed and that a device for the detection of by the Presence of this direct current component caused errors in the pulse regeneration is provided.
A preferred embodiment of this device, in which the signal generator uses the transmission path to transmit a train of test pulses which, in addition to bipolar pulses, have a predetermined one
Repetition frequency (identification frequency) contains consecutive groups of pulses of the same polarity, is characterized in that a device for changing the number of pulses in each of these groups is provided between the output of that intermediate amplifier whose operation is to be checked and a second Transmission path, a filter is arranged, which on a
Frequency responds, which is essentially the same as the identification frequency, and that a measuring device for the amount of the electrical signal occurring in the second transmission path is connected to the second transmission path.
It should be mentioned in this context that the principle of using filters with different pass frequencies switched into the transmission path for the selective checking of repeaters arranged in series is known per se. However, within the scope of the invention, this principle is advantageously utilized for checking pulse-regenerating intermediate amplifiers with simultaneous application of a special test signal.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. Fig. 1 illustrates the waveforms that may appear at various points along a typical bipolar pulse transmission path. Fig. 2 shows the ideal pulse shape and the various possible input signals of an intermediate amplifier. 3 explains the composition of a typical test signal for the inventive localization of a defective repeater. Fig. 4 shows schematically a
Message system to which the invention is applied. 5 shows typical measurement results on a pulse-regenerating intermediate amplifier as a function of the variable direct current component of a test signal according to the invention.
Finally, FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a
Test signal generator for the generation of pulse signals with variable direct current components and an "identification tone" variable in frequency.
For a better understanding of the invention, it initially appears expedient to explain the operating conditions of a typical bipolar pulse transmission system. In Fig. 1 of the drawing is above the
Time line a shows a typical waveform that can occur at the transmitter end of the transmission path or at the output terminal of a properly functioning pulse-regenerating intermediate amplifier. As a result of the greater attenuation of the higher frequency components of this pulse train during transmission, the square wave shown appears strongly "rounded" at the input of the next intermediate amplifier. The effects of this frequency-dependent attenuation during transmission over a typical transmission line on the waveform according to time line a in FIG. 1 is shown over time line b in FIG.
The waveform according to the time line b can thus occur, for example, at the input of a repeater. Apart from the distortions caused by the line properties, noise and crosstalk components R can also occur in the transmitted signal according to the time line c in FIG. By superimposing a signal of the type shown over time line d in FIG. 1, the input of the next intermediate amplifier results.
The repeater must now analyze the strongly distorted waveform according to the time line d in FIG. 1 and determine from this whether or not a pulse has been transmitted at a specific point in time. The difficulty that arises in this task will be explained with reference to FIG. An ideal rectangular pulse is shown above the time line a in FIG. 2, as can occur in the input of a transmission channel. The extreme cases between which the repeater must make a distinction are shown combined above the time line b. Essentially, the repeater must determine at a certain point in time whether a positive pulse, a negative pulse or no pulse at all has been transmitted.
The vertical line labeled t indicates the point in time at which the repeater has to make this decision. In this decision, the repeater determines whether the input voltage is above the positive threshold value + Vk or below the negative threshold value -Vk or somewhere between these two threshold values
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whether a positive pulse, a negative pulse or no pulse at all has been transmitted, the intersection of line t with each of the threshold lines + Vk and -Vk must be within the two areas
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Al or Az lie to ensure that the decision is correct.
The shape of these surfaces can still be influenced by the leading or trailing edge of adjacent pulses, but these influences and also other interference possibilities do not need to be taken into account in the context of the present invention.
According to a main feature of the invention, a test signal with a controllable direct current component is now transmitted via the transmission path, whereby the pulse train is shifted with respect to the threshold values, which has a detrimental effect on the operation of the intermediate amplifiers. In a bipolar transmission system, this direct current transmission can be achieved by superimposing a variable number of unipolar pulses of the same polarity on those bipolar pulses that are required to clock or synchronize the repeaters. In any case, it is necessary to transmit the desired direct current component in pulse form, because the mere superposition of a continuous direct current would not be effective beyond the first pulse-regenerating intermediate amplifier.
Since coupling capacitors and transformers are used in the usual transmission paths, the transmission path cannot transmit the direct current component of a pulse train of the type described. The zero axis of such a train of pulses is therefore based on the arithmetic mean of the transmitted bipolar pulses and not on the original resting potential. If the added pulses are positive, the mentioned mean value increases and the pulse train is shifted downwards, i.e. in the opposite direction to the polarity of the additional unipolar pulses.
This downward shift with respect to the threshold lines + Vk and -Vk leads to errors based on the absence of positive control pulses or to errors that arise as a result of the pretense of negative control pulses.
In Fig. 3 a simplified typical test signal according to the invention is shown. A suitable combination of unipolar pulses is shown above the time line a of FIG. 2, which are necessary to provide the aforementioned direct current component for the transmission in such a way that the possibility of transmission via a transmission path equipped with repeaters is preserved.
Timeline b in Figure 3 illustrates a series of bipolar pulses; H. Alternating polarity pulses. Such a bipolar pulse train must often be added to the test signal in order to clock or synchronize the intermediate amplifiers. The test signal composed of signals a and b is shown above time line c in FIG. 3. Furthermore, in FIG. 3, the "identification tone" is plotted over the time line d in the form of a frequency component which originates from the selected grouping of the unipolar pulses and whose frequency is equal to the repetition frequency of the groups of unipolar pulses. As will be explained later, this identification tone is used to determine the quality and accuracy of the transmission at a specific point on the transmission line.
4 shows a bipolar pulse messaging system according to the invention. On the transmitter side S of the transmission line provided with repeaters there is a test signal generator 12 which can generate signals of the type shown in Fig. 3 above the time line c and which is connected to the input terminals of the transmission path. The transmission path is equipped with repeaters 14, 16, 18, 20 and 22. A filter network 24, 26, 28, 30 and 32 is connected to the output terminal of each of these intermediate amplifiers. Each of these filter networks responds to a different frequency which is assigned to the repeater to which the network in question is connected. For example, the filter network 24, which is connected to the output of the intermediate amplifier 14, responds to the frequency flan.
It can be seen that this frequency, which is assigned exclusively to the intermediate amplifier 14, can be used to determine the quality or accuracy of the transmission at the output of the intermediate amplifier 14. The fil-
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- f5terminal of the transmission line connected. Then the repetition frequency of the groups of unipolar impulses and therefore the frequency of the identification tone is adjusted so that it is equal to the response frequency of the filter that is assigned to the repeater furthest away from the measurement location. At the beginning of the test process, only a small number of pulses per unipolar group, for example only 1 pulse or 2, are superimposed on the bipolar pulse train (FIG. 3 b).
This leads to a slight increase in the direct current component of the pulse train and also causes an additional frequency component to appear, namely the identification tone, which in the present case has the frequency f5. If an error-free transmission takes place along the transmission path, this pulse train appears in a regenerated form at the output of the intermediate amplifier 22. The filter 32, which responds to the frequency f5, transmits the identification tone to a retrograde transmission.
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transmission path 37. At the transmitter end of this retrograde transmission path 37, a measuring instrument 13 is connected which measures the amplitude of the identification tone.
Thereafter the width B of the unipolar pulse group, i.e. H. the number of unipolar impulses per group, increased by a certain amount. This leads to a further increase in the direct current component of the pulse train. As can be seen from Figure 5, this increase in the DC component causes a corresponding increase in the amplitude A of the identification tone. For each transmission system, the amplitude curve A of the identification tone to be maintained can now be recorded by appropriate calibration of the measuring instrument. The width B of each group of unipolar pulses or the number Z of these pulses is now further increased until the amplitude of the identification tone deviates significantly from the expected value, which reveals an error in the transmission path. Such a measurement result is for the measurement curve Az in FIG. 5 at FIG.
Reading indicated. As can be seen from FIG. 5, the amplitude of the derived identification tone drops significantly below the expected value at this point.
Such a decrease in the amplitude of the identification tone can also be attributed to the fact that the transmitted direct current component is already transmitted at normal, i.e. H. undisturbed operation is sufficient to shift the pulse train with respect to the intersection of the line t in FIG. 2 with the relevant threshold value line to such an extent that errors occur. If this is the case, the entire transmission path is OK.
If, on the other hand, errors are displayed at this most distant intermediate amplifier 22, although only a small direct current component is transmitted as part of the test signal, this is a sign that a (not yet known) intermediate amplifier in the transmission path is malfunctioning. In order to determine the relevant intermediate amplifier, the repetition frequency of the unipolar pulse group is changed so that it corresponds to the response frequency of a filter network which is connected to an intermediate amplifier located closer to the transmitter end. When this has been done, the number of unipolar pulses in each group must be increased again in stages in order to determine the quality or accuracy of the transmission up to this point.
If the transmission is reasonably accurate at the point mentioned, the faulty repeater is somewhere between the first and the second measuring point. The repetition frequency of the unipolar pulse groups is changed in an analogous manner as long as this is necessary in order to localize the faulty repeater.
FIG. 6 shows a pulse signal generator which can generate a test signal according to the invention. This object is achieved in that first a unipolar pulse train with a variable pulse density is produced and this pulse train is then keyed in and out with the frequency of the identification tone.
A pulse train with variable pulse density (i.e. a pulse train which contains a movable number of "on" pulses per unit of time) is produced in such a way that firstly periodically recurring pulse trains are generated. Each of these pulse trains is formed by n successive unipolar "on" pulses followed by M-n "off" pulses. The size n can be 0, 1, 2, 3, 4 or 5, while the size M can have the values 8.16 or 32. The momentum density of a pulse train obtained in this way can accordingly be increased either by increasing n or by decreasing M.
As FIG. 6 shows, a clock pulse train is applied to a terminal 40 at the input of a frequency divider 42. The frequency of the clock pulse train is fo and corresponds to the pulse train frequency which is normally used in the communication system. The frequency dividers 42, 44, 46, 48 and 49 have the usual structure and only provide an output pulse for every second input pulse. The frequency of the pulse train therefore has the value fo / 8 at the output of the frequency divider 46, the value fo / 16 at the output of the frequency divider 48 and finally only the value fo / 32 at the output of the frequency divider 49. With the aid of a switch S, the output frequency of any of the frequency dividers 46, 48 and 49 can be selected.
If, for example, the switch S., as shown in the drawing, is set to the output of the frequency divider 48, then a pulse train with the frequency fo / 16 is applied to the input of a 5-digit generator 45 via the wire 43. The S-DIgit generator 45 consists of stages connected in series, each of which forms a 1-digit generator. The 5-digit generator works in such a way that after the first mare has been triggered, the following stages are automatically triggered one after the other until the last stage is reached, whereupon the generator is shut down. This 5-digit generator is synchronized by the clock pulse train from terminal 40 in such a way that its 5 output pulses are output with the pulse repetition frequency fo.
With the help of switches S, Sg, S, Sg and S6, the 5 output wires of the 5-digit generator can be connected to a common wire 65
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get connected. The changeover switch S 1 thus offers the possibility of selecting the value M, while the switches S2-S6 provide the possibility of selecting the desired value n. By suitably setting these switches, the pulse density in the pulse train occurring at the wire 65 can be varied within a wide range of steps from a maximum density of 5/8 (corresponding to a filling of 5 of a total of 8 time slots) to a minimum density of 0.
It is now still necessary to provide a sequence which keys these pulse trains of variable density in and out with the frequency of the identification tone. This object is achieved in that the pulse train occurring at the output of the frequency divider 49 is first applied via the wire 51 to the input of a bistable trigger circuit 52. The bistable trigger circuits 52, 54, 56, 58 and 59 are usually binary counters, each equipped with 5 terminals, namely an input terminal, a reset terminal, the two usual bistable output terminals and a third output terminal, which only has one for every second input pulse Output pulse supplies.
The input terminals of a
AND valves 62 can be selectively connected to a desired one of the two bistable outputs of the binary counters with the aid of switches S -Sll. The AND valve 62 then delivers an off in each case. output signal to wire 53. when all five inputs of the same are excited at the same time.
To understand how this part of the circuit works, let us first assume that
EMI5.1
When a second pulse arrives, the trigger circuit 52 changes its operating state again and now emits a signal again on the 0 wire, but also a signal at the input of the trigger circuit 54, whereby this trigger circuit changes its operating state and a signal on its I wire gives.
The inputs of the AND valve 62 are only excited simultaneously until a number of pulses have been received by the counter row which is equal to the binary number which has been selected with the switches S7 - S 11 (in the case of FIG it is the binary number 00111, accordingly
EMI5.2
the wire 53 a pulse has been emitted, this arrives after a slight delay in the delay network 64 to the wire 57 and resets the bistable trigger circuits to the original state 00000, so that the counting process can start again. The delay network 64 is required to prevent premature resetting of the bistable trigger circuits. The pulse train on wire 53 is also fed to the input of a binary counter 68.
The output wire 55 of this binary wire
EMI5.3
and blanked. The wire 55 leads together with the wire 65, on which the pulse train of variable density is located, to the input of an AND valve 69. The output valve of the AND valve 69 then represents the desired pulse train of variable pulse density, which starts with the frequency of the identification tone. and is blanked. A blocking oscillator 70 connected downstream of the AND valve 69 supplies an output signal to the wire 63 which is similar to the output signal of the AND valve 69, but regenerated and again synchronized with the clock pulses applied to the wire 6i. The transformer 67 is used to deliver an output signal which is suitable for feeding the transmission line equipped with repeaters.
The test signal generator described can be regulated within a wide range of direct current components by setting the switches S-S accordingly and in an analogous manner within a wide range of frequencies for the identification tone by setting the switches S7-S17 accordingly.
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