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Verfahren zur elektrischen Nachrichtenübertragung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Nachrichtenübertragung, bei dem vorzugsweise jedes Teilfrequenzband der sendeseitig in zwei und mehr Spektralkanäle aufgespalteten Energie des Signals zunächst in der Frequenz gepresst wird und anschliessend die so gewonnenen Teilsignale zur Empfangsseite hin übertragen werden.
Die Übertragung von Nachrichten auf elektrischem Wege ist unter anderem durch die Nutzbandbreite der zur Verfügung stehenden Übertragungseinrichtung beschränkt. Infolgedessen hängt die Anzahl der unterzubringenden Nachrichtenkanäle bei einer solchen Einrichtung jeweils davon ab, wie schmal das für einen Kanal benötigte Frequenzband gewählt werden kann. Wie sich gezeigt hat, kann der Frequenzumfang einer Nachricht dann wesentlich herabgesetzt werden, wenn lediglich deren charakteristischen Werte zur Empfangsseite hin übertragen werden. Hiezu wird das elektrische Signal sendeseitig einem Presser zugeführt. Der Presser liefert eine hinsichtlich des Frequenzumfanges komprimierte Signalspannung, die nur noch die Eigenwerte des ursprünglichen Signals enthält.
Auf der Empfangsseite muss das derart verstümmelte Signal sodann in einem Dehner in seine ursprüngliche Form rückumgebildet werden. Das Pressen geschieht beispielsweise dadurch, dass von den Signalanteilen der in mehrere Spektralkanäle aufgeteilten Energie des Signals die Umhüllenden gewonnen und abschliessend deren höhereFrequeazanteile unterdrückt werden. Für den Dehnvorgang auf der Empfangsseite steht wenigstens eine breitbandige Synthese-Energiequelle zur Verfügung, deren den einzelnen Spektralkanälen zugesetzte Energie von den ankommenden Teilsignalen entsprechend gesteuert wird.
Mit Frequenzbandkompression arbeitende Einrichtungen dieser Art haben für die Übertragung von Sprache unter der Bezeichnung"Vocoder"Bedeutung erlangt. Beim Vocoder wird das Sprachfrequenzband sendeseitig auf zirka zehn bis zwanzig Spektralkanäle mit einer Bandbreite von je zirka 100 Hz aufgeteilt. Zur Unterdrückung der höheren Frequenzanteil in den durch Gleichrichteranordnungen gewonnenen Umhüllenden der Signalanteile müssen Tiefpässe vorgesehen werden. Die Grenzfrequenz dieser Tiefpässe liegt sehr tief, beispielsweise bei 15 Hz. Dies bedingt einen erheblichen Filteraufwand, der den Aufwand der Vocodersendeseite in erheblichem Masse mitbestimmt. Weitere Nachteile der Tiefpässe sind ihre grosse Laufzeit und das sogenannte" Überschwingen", durch das die Qualität der Übertragung mitunter stark beeinträchtigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der die bei der Durchführung einer Frequenzbandkompression der einleitend beschriebenen Art auftretenden Schwierigkeiten in einfacher Weise beseitigt.
Für ein Verfahren zur elektrischen Nachrichtenübertragung, bei dem vorzugsweise jedes Teilfrequenzband der sendeseitig in zwei und mehr Spektralkanäle aufgespaltenen Energie des Signals zunächst in der Frequenz gepresst wird und anschliessend die so gewonnenen Teilsignale zur Empfangsseite hin übertragen werden, wird erfindungsgemäss die Aufgabe dadurch gelöst, dass die in die einzelnen Spektralkanäle aufgeteilte Signalenergie jeweils über eine Gleichrichteranordnung einem Speicher zugeführt wird, den eine Schalteinrichtung mit einer Schaltfrequenz abtastet, die wenigstens den zweifachen Wert der schnellsten Änderung der zur Empfangsseite hin zu übertragenden Information aufweist.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass es für die empfangsseitig Rückumbil- dung bzw. Wiederherstellung des ursprünglichen Signals völlig ausreichend ist, wenn die zur Empfangs- seite hin übertragenen Teilsignale lediglich Angaben über die innerhalb diskreter Zeitschritte auftreten- den Energiebeträge der Signalanteile enthalten. Derartige Teilsignale lassen sich aus den Signalanteilen der Spektralkanäle mittels Speicher in Verbindung mit Abtasteinrichtungen gewinnen. Auf Grund des Ab- tasttheorems muss die Abtastfrequenz wenigstens doppelt so gross gewählt werden, wie die Frequenz der schnellsten, gerade noch zu übertragenden Energieänderung. Der grosse Vorteil des erfindungsgemässen
Verfahrens besteht im Fortfall der sehr aufwendigen, zu Störungen Anlass gebenden Tiefpässe.
Ausserdem ermöglicht eine Anwendung, die Bandbreite der zu übertragenden Teilsignale durch eine entsprechende Änderung der Abtastfrequenz in einfacher Weise zu variieren. Bei mit Tiefpässen ausgerüsteten Pressern müssten dazu die Tiefpässe hinsichtlich ihrer Gegenfrequenz umschaltbar ausgeführt werden, was mit
Rücksicht auf den damit verbundenen grossen Aufwand praktisch nicht in Frage kommt. Das erfindungs- gemässe Verfahren eignet sich fernerín ausserordentlich vorteilhafter Weise für eine Übertragung der Teil- signale der Spektralkanäle in Zeitmultiplexanlagen, weil hiebei keine zusätzlichen Abtasteinrichtungen für die Probenentnahme nötig sind.
An Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, soll die. Erfindung im fol- genden noch näher erläutert werden.
Die Fig. l zeigt in schematischer Darstellung die der Frequenzpressung dienende sendeseitige Schal- tungsanordnung einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Nachrichtenübertragungsein- richtung. Das dem Eingang Eo zugeführte Signal, vorzugsweise ein Sprachsignal, wird hinsichtlich seiner spektralen Energie mittels Bandpässen Bin eine grössere Anzahl Spektralkanäle aufgeteilt. An die Ausgänge der Bandpässe B schliesst sich jeweils eine Gleichrichteranordnung Gl an, deren Ausgang an einen Spei- cher Sp angeschlossen ist. Jeder Speicher Sp steht ferner mit einer Schaltvorrichtung Se in Verbindung, die den ihr zugeordneten Speicher Sp im Rhythmus einer Abtastfrequenz abtastet. Die Schaltvorrichtungen Se werden hiezu mit einer Steuerimpulsfolge versorgt, die ein Impulsgenerator G liefert.
Das Abtasten der Speicher Sp durch die Schaltvorrichtungen Se erfolgt in der Weise, dass erstere bei jeder Abtastung kurzzeitig auf ihren Ausgangswert rückumgeladen werden. Die zur Empfangsseite hin zu übertragenden Abtastwerte, die lediglich eine Information über die Grösse der jeweils im Intervall zwischen zwei Abtastungen in den Speichern Sp gespeicherten Energieanteile enthalten müssen, können, wie im folgenden noch gezeigt werden soll, mittelbar oder unmittelbar aus dem zeitlichen Verlauf der Speicherspannungen gewonnen werden.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer aus einer Gleichrichterschaltung Gl, einem Speicher Sp und einerschalteinrichtung Se nach Fig. l bestehenden Schaltungsanordnung angegeben. Die Gleichrichteranordnung besteht hiebei aus einem Transistor T in Basis-Basisschaltung, dessen Emitter das am Ausgang des vorgeschalteten Bandpasses stehende Teilsignal über den Widerstand R1 zugeführt ist. Die Gleichrichterfunktion erfüllt hiebei die Emitter-Basisstrecke des Transistors Ts.
Der Speicher besteht aus einem einfachen, der Kollektor-Basisstrecke des Transistors Ts paralleleschalteten Kondensator C. Die Schaltvorrichtung weist einen elektronischen Schalter S auf, der seinerseits in Reihe mit einer Energiequelle dem Kondensator parallel angeschaltet ist. Die Energiequelle besteht aus zwei Spannungsquellen 1 und 2, von denen die Spannungsquelle 2 mit der Klemmenspannung U2 über den Widerstand R2 und die Spannungsquelle 1 mit der Klemmenspannung U1 über den Gleichrichter D mit dem elektronischen Schalter S verbunden sind. Der elektronische Schalter S wird entsprechend der Fig. lvon einer Steuerimpulsfolge gesteuert, die ihm über den Anschluss St zugeführt ist. Die zum Empfänger hin zu übertragenden Abtastwerte können beispielsweise am Ausgang A hinter dem elektronischen Schalter S abgenommen werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kondensatorspannung über den Ausgang A'einem Modulator zuzuführen, der aus dem zeitlichen Verlauf der Speicherspannung zeitmodulierte Impulse ableitet, die die gewünschte Information enthalten. Die zeitmodulierten Impulse werden am Ausgang A" abgenommen.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind in Fig. 3 die wesentlichsten Spannungen über der Zeit untereinander aufgetragen. Das mit E bezeichnete Spannungsdiagramm zeigt die eingangsseitig am Transistor Tg anliegende Spannung des durch den vorgeschalteten Bandpass aus der Signalspannung ausgesiebten Anteiles. Darunter ist die den elektronischen Schalter S steuernde Steuerimpulsfolge St über der Zeit aufgetragen. Der Widerstand R1 der Fig. 2 ist so gross gewählt, dass die den Kondensator C umladenden Stromimpulse den positiven Spannungsspitzen der Eingangsspannung E proportionai sind. Solange eingangsseitig an der Gleichrichteranordnung keine Spannung anliegt, ist der Kondensator C auf die Spannung-U. aufgeladen.
Von der Eingangsspannung herrührende
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Stromimpulse entladen den Kondensator C solange, bis der elektronische Schalter S durch einen ankom- menden Steuerimpuls geschlossen wird. Da die Gleichspannung U, wesentlich grösser ist als die Gleich- spannung U 1 und auch der Widerstand R einen relativ grossen Wert aufweist, fliesst im geschlossenen Zu- stand des elektronischen Schalters S ein von der Spannungsquelle 2 herrührender konstanter Strom, der den
Kondensator C rasch auf seinen Ausgangswert-U, rückumlädt. Über den Wert -U 1 kann der Kondensator
C nicht umgeladen werden, weil bei Erreichen dieses Spannungswertes der Gleichrichter D durchlässig und damit eineweitere Umladung verhindert wird.
Sobald der Steuerimpuls zu Ende ist, öffnet der elektroni- sche Schalter S, und die Umladung des Kondensators C beginnt von neuem. Die am Ausgang A'stehende
Speicherspannung weist demzufolge eine Art sägezahnförmigen Verlauf auf. Ihre Spitzenwerte kommen der Spannung Null umso näher, je grösser der Energieinhalt des Eingangssignals im Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen ist.
Am Ausgang A hinter dem elektronischen Schalter ist die Spannung am Kondensator C nur während der Schaltzeit des elektronischen Schalters S wirksam. Infolgedessen tritt hier eine sich über der Spannung - U 1 aufbauende Dreieckimpulsfolge auf, derenSpitzenwerte der jeweiligen gespeicherten Ladung des Kon- densators C im Zeitpunkt der Abtastung proportional sind. Somit enthalten diese Dreieckimpulse die ge- wünschte Information in Form einer Amplitudenmodulation und können in dieser Form unmittelbar zur
Empfangsseite hin übertragen werden.
Wie bereits erwähnt wurde, wird der Kondensator C über die Spannungsquelle 2 mit einem konstanten
Strom rückumgeladen. Infolgedessen sind die Zeitdifferenzen zwischen den Zeitpunkten t,t,t usw., die den zeitlichen Einsatzpunkt der Rückumladung markieren und den entsprechenden, die Beendigung der
Rückumladung markierenden Zeitpunkten t'.'.t* usw. ebenfalls der jeweils im Kondensator C gespei- cherten Energie proportional. Durch bekannte Schwellwertschaltungen können somit die die Beendigung des Rückumladevorganges markierenden Zeitpunkte t;, t2', t3' usw. zur Gewinnung eines zeitmodulierten
Impulses herangezogen werden. Bei dem in Fig. 2 angedeuteten Modulator ist angenommen, dass er bei den genannten Zeitpunkten an seinem Ausgang A jeweils einen Impuls abgibt.
Die am Ausgang A" auf- tretende Impulsfolge, die die gewünschte zu übertragende Information in Form einer Pulsphasenmodulation enthält, ist der Vollständigkeit halber in Fig. 3 ebenfalls angegeben.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Pressers sieht eine Übertragung der Abtastwerte der einzelnen Spektralkanäle in Raummultiplex vor. Selbstverständlich können die Abtastwerte auch in Zeit- multiplex in einem Pulsrahmen über eine einzige Leitung übertragen werden. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, dass die vom Impulsgenerator G gelieferte Steuerimpulsfolge zunächst einer Laufzeitkette zugeführt wird, die hieraus eine der Anzahl der Spektralkanäle entsprechende Anzahl gegeneinander phasenverschobener Steuerimpulsfolgen für die einzelnen Schalteinrichtungen Se ableitet.
Sofern die Abtastsignale in Form amplitudenmodulierter Impulse über den Ausgang A (Fig. 2) abgenommen werden, ist es selbstverständlich nicht notwendig, den Kondensator C mit einem konstanten Strom Eückumzuladen, weil hiebei dem Verlauf der Impulsrückflanken keine Bedeutung zukommt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrischen Nachrichtenübertragung, bei dem vorzugsweise jedes Teilfrequenzband der sendeseitig in zwei und mehr Spektralkanäle aufgespaltenen Energie des Signals zunächst in der Frequenz gepresst wird und anschliessend die so gewonnenen Teilsignale zur Empfangsseite hinübertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die in die einzelnen Spektralkanäle aufgeteilte Signalenergie je weils über eine Gleichrichteranordnung (Gl) einem Speicher (Sp) zugeführt wird, den eine Schalteinrichtung (Se) mit einer Schaltfrequenz abtastet, die wenigstens den zweifachen Wert der schnellsten Änderung der zur Empfangsseite hin zu übertragenden Information aufweist.