<B>Verfahren und Einrichtung zur</B> Kodemodulation. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kode modulation.
Bei Amplituden-Impulsmodulation werde die Augenblickswerte des Signals auf Impulse in beliebigen, zwischen Null und einem Maxi mum liegenden, aus dem Verlauf des Signals folgenden Werten aufmoduliert, und die auf diese 'eise modulierten Impulse werden aus gesendet.
Zum Unterschied hiervon werden bei der Kodemodulation durch das Signal zwar auch sich regelmässig wiederholende Impulse amplitudenmoduliert, aber die Amplitude eines jeden auf diese Weise amplitudenmodu- lierten Impulses wird durch eine Anzahl von Quanten, die einen vorbestimmten Wert be sitzen, ausgedrückt.. Die Quantenzahl wird dann in der Form eines Kodes ausgesendet. Es ist, klar, dass die Anzahl der Quanten von dem Wert des Signals im Augenblick des Im pulses abhängt.
Der Ilauptvorteil der Kodemodulation, der dazu beiträgt., dass diese in steigendem Masse, zum Beispiel in der Fernmeldung auf ultra kurzen Wellen, Verwendung findet, beruht insbesondere in ihrer Unempfindlichkeit gegen Störungen und Verzerrungen der Impulse, auch wenn diese durch eine grosse Anzahl von Relaisstationen hindurchgeführt werden.
Bei der Kodemodulation wird der Augen blickswert des Signals mittels einer bestimm ten Anzahl von Quanten ausgedrückt, die im Augenblicke der Quantisierung einen Gesamt wert ergeben, der dem wirklichen Werte der Amplitude am nächsten kommt.. Es ist dabei von Vorteil, wenn diese Quanten nicht durch lineare Teilung des Augenblickwertes, sondern durch deren logarithmisehe Teilung gewonnen werden.
In bisher bekannten, auf diesem Prinzipe wirkenden Einrichtungen wird deshalb loga rithmische Kompression des Signals mit dar auffolgender Quantisierung verwendet. Es hat sich dabei als Vorteil erwiesen, die Anzahl der Quanten in binärer Form auszudrücken, was zum Beispiel mittels einer komplizierten Elektronenstrahlröhre, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurde, oder durch eine komplizierte Additions- oder Subtraktions schaltung und ähnliches erzielt wird, bei der die Amplitude mittels R-C- oder R-L-Krei- sen in eine binäre Zahl oder umgekehrt ein gewandelt wird.
Um eine verlässliche Quan- tisierung und Umwandlung der Quanten in einen Kode und dessen Dechiffrierung zu er zielen, ist grosse Genauigkeit erforderlich, und bisher bekannte Methoden verwenden für diese Vorgänge sehr komplizierte und kostspielige Einrichtungen.
Vorliegende Erfindung bezweckt, ein ein facheres Verfahren zur Kodemodulation zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass Impulse einer regelmässigen Im- pulsfolge durch das zu übertragende Signal amplitudenmoduliert werden und die ampli- tudenmodulierten Impulse in einen Resonanz kreis geführt werden, dessen Eigenfrequenz höher ist als die Wiederkehrfrequenz dieser Impulse, welche in ihm freie gedämpfte Wel len hervorrufen, deren Dauer praktisch kürzer ist als die Wiederkehrperiode der Impulse und deren Schwingungen von grösserer Am plitude als eine vorgegebene Grenze zusam mengezählt werden, worauf die Summe in der Form eines Impulskodes ausgesendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mittels der Fig. 1 bis 9 nä her beschrieben, wobei beispielsweise voraus gesetzt wird, dass ein fünfstelliger Kode und ein binärer Impulszähler verwendet wird, was aber nicht als Bedingung anzusehen ist.
Fig. 1 und 2 der beigelegten Zeichnung stellen das Prinzip der Amplitudenmodulation der regelmässig wiederkehrenden Impulse dar, Fig. 3 und 4 zeigen die Umwandlung dieser amplitudenmodulierten Impulse in gedämpfte Wellen, die zur Bildung des auszusendenden Kodes verwendet werden. Fig. 5 ist das Block diagramm eines Ausführungsbeispiels der gan zen Einrichtung, und Fig. 6 ist eine übersicht liche Darstellung der gegenseitigen Zeitposi tion und Funktion einiger in Fig. 5 erzeug ten Wellen und Impulse.
Die Fig. 7 bis 9 zei gen Details der Einrichtung nach Fig. 5.
In Fig.1 ist mit 1 ein Impulsgenerator bezeichnet, der die in Fig.2a dargestellten Impulse erzeugt. Diese werden dem Modulator \? zugeführt, dessen Anodenspannung im Rhythmus des in Fig. 2b dargestellten -Signals schwankt, so dass im Ausgange die in Fig. 2c dargestellte Reihe von amplitudenmodulierten Impulsen erscheint.
Fig. 3 stellt einen Resonanzkreis 5 dar, in den die modulierten Impulse der Fig. 2c nach eventueller Verstärkung im Verstärker 4 ge leitet werden. Die Eigenfrequenz des Reso nanzkreises 5 ist viel höher als die Frequenz der Impulse, und die Zeitkonstante des Reso nanzkreises ist derart gewählt, dass die freie gedämpfte Welle, die mit jedem Impuls her- vorgerufen wird, praktisch zwischen zwei hin. tereinanderfolgenden amplitudenmodulierten Impulsen und vor dem Löschimpuls des Im pulszählers abklingt, wie im weiteren erklärt wird.
In Fig. 4 zeigt 4a. eine Reihe von in den Resonanzkreis geleiteten Impulsen, und 4b zeigt die dadurch hervorgerufenen gedämpf ten Wellen. Die gedämpfte Welle 6' entspricht dem Impuls 4', Welle 6" dem Impuls 4" und Welle 6"' dem Impuls 4"'.
Es ist klar, dass je höher der modulierte Erregerimpuls, desto höher ist auch die An fangsamplitude der freien gedämpften Welle und desto grösser ist auch die Anzahl der ein zelnen Schwingungen dieser Welle, bevor deren Amplitude unterhalb einen bestimmten Wert 7 fällt. Es genügt nun, einen an sich bekannten Impulszähler, der auf Spannungen, die höher als 7 sind, anspricht, in den Strom kreis einzuschalten. Der Zähler gibt nun die Anzahl der Schwingungen der freien Welle an, bevor deren Amplitude den Wert 7 er reicht.
Je höher der. Erregerimpuls, desto höher ist also auch die Anzahl. der registrier ten Schwingungen, zum Beispiel 4, 2 und 1, für die in Fig.4b eingezeichneten Impulse 4', 4" und 4"'. Durch weitere Kreise wird dann der gewünschte Kode erzeugt und aus gesendet.
Es ist klar, dass bei diesem Quantisiet2ings- verfahren die Notwendigkeit der logarithmi schen Kompression wegfällt, da die gedämpfte Welle nach einem exponentialen Gesetz ab klingt, so da.ss die vom Impulszähler regi strierte Anzahl der Schwingungen mit stei gendem Werte des Signals nur logarithmisch ansteigt. Dadurch fällt auch Klirrverzerrung weg, die sonst im nichtlinearen Kompressor entsteht.
Fig.5 ist das Blockdiagramm einer bei spielsweise zur Ausführung des oben ange führten Verfahrens verwendbaren Einrich tung. Ein fünfstelliger binärer Impulszähler mit in Reihe geschalteten Elementen an sich bekannter Konstruktion wird zur Registrie rung der Impulsanzahl von 0 bis 31 verwen- det. Die registrierten Impulse werden dann in der Form eines fünfstelligen Kodes mittels zeitlich passend eingestellter Kodeventile be kannter Konstruktion ausgesendet.
In Fig. 5 bezeichnet 8 einen Steueroszilia- tor, der eine sinusförmige Ausgangsspan nung von 10 kHz liefert, die mit 9 gekenn zeichnet ist. Diese Spannung wird auf drei Stromwegen weitergeleitet. Der erste Weg führt über die Begrenzerschaltung 10, wo die sinusförmige Ausgangsspannung des Oszilla- tors 8 in eine annähernd rechteckige Form 11 umgewandelt wird.
Diese wird nun in eine differenzierende Schaltung oder Spitzenfor mer 12 geleitet, in dem scharfe Impulse 13 entstehen, welche dem Modulator 14 zugeführt werden, in welchen auch das zu übertragende Signal 36, verstärkt im Verstärker 16, ge langt. Die Impulse 13 werden auf diese Weise amplitudenmoduliert und erhalten die unter 15 angedeutete Form, worauf sie in den auf 1 MHz abgestimmten Resonanzkreis 17 geleitet werden, der dadurch als Generator von freien gedämpften Wellen 18 wirkt, die sich mit einer Frequenz von 10 kHz wiederholen und deren Schwingungen eine Frequenz von 1 MHz besitzen.
Die Anfangsamplitude einer jeden gedämpften Welle 18 hängt von der sie hervorrufenden Amplitude des amplituden- modulierten Impulses 15 ab, und die Anzahl der Schwingungen einer jeden Welle bis zur in Fig. 4b und 7 bezeichneten Grenzamplitude ist gleichfalls von diesem Impulse anhängig. Die gedämpften Wellen werden in den Ver stärker und die Begrenzerschaltung 19 ge leitet, wo sie auf die unter 20 dargestellte Form umgewandelt werden und gelangen über das Amplitudenfilter 21 in den fünfstelligen binären Impulszähler 22. Die Funktion der Kreise 19 und 21 wird im weiteren erklärt.
Über den zweiten Weg gelangt die sinus- förmige Ausgangsspannung 9 des Generators 8 in fünf phasenverschiebende Elemente 23 bis 27, wo sie in fünf gegeneinander um 36 verschobene sinusförmige Wellen umgewandelt wird. Mit jedem phasenverschiebenden Ele ment ist eine entsprechende Begrenzer- und differenzierende Schaltung 28 bis 32 verbun-. den, in welchen die sinusförmigen Ausgangs spannungen der phasenverschiebenden Ele mente in Impulse umgewandelt werden.
Eine mit. jeder differenzierenden Schaltung ver bundene Diode unterdrückt alle Impulse einer Polarität und lässt Impulse der zweiten Po larität durch, welche dann nacheinander mit ; einem Phasenunterschied von 36 die Kode ventile 40 bis 44 öffnen, deren Funktion im weiteren beschrieben wird.
Über den dritten Weg gelangt die sinus- förmige Ausgangsspannung 9 des Generators , 8 in den Phasenverschieber 33 und dann wei ter in die Begrenzer- und differenzierende Schaltung 34, welche dann Impulse an die Löschkreise 35 liefert, welche alle Stellen des Zählers 22 in die Ausgangs-Nullstellung zu-, rückbringen.
Der Verstärker und die Begrenzerschal- tung 19 von an sich bekannter Konstruktion wandelt alle Amplituden der freien gedämpf ten Welle bis zu einem vorbestimmten Werte 7 (siehe Fig. 4b) in annähernd gleiche Ampli tuden um, wie unter 20 in Fig. 5 angedeutet ist. Das Amplitudenfilter 21 lässt dann diese Amplituden durch und unterdrückt alle Amplituden, deren ursprünglicher Wert klei ner als 7 ist.
Der Löschkreis wird mittels seines Phasen- verschiebers derart eingestellt, dass er nach Beendigung der Tätigkeit aller Kodeventile in Tätigkeit tritt.. Die Zeitfolge der Tätigkeit des Zählers 22, der Kodeventile 40 bis 44 und der Löschkreise 35 ist. in Fig. 6 angedeutet.
Unter 6a sind zwei amplitudenmodulierte kodebildende Impulse der unter 15 in Fig. 5 angedeuteten Form dargestellt. Da die Fre quenz des Steuergenerators 8 10 kHz beträgt, sind die zwei Impulse zeitlich um 100 sss voneinander entfernt. Es sei angenommen, dass der erste dargestellte Impuls eine ge dämpfte Welle von derartiger Anfangsampli tude hervorruft, dass sie 31 Schwingungen vollzieht, bevor sie auf den Wert 7 herab sinkt.
Die gedämpfte Welle nimmt also eine Zeitspanne von 31 sss ein, da sie mit einer Frequenz von 1 MHz schwingt, wie unter 6b angedeutet, und sie bringt deshalb alle Stellen des binären Impulszählers auf plus . Nach Erlöschen der gedämpften Welle treten die Phasenimpulse 28' bis 32', die von den Ele menten 28 bis 32 ausgesendet werden und mater 6d angedeutet sind, in Tätigkeit. Diese nehmen eine Zeitspanne von 40 p.s ein, da sie voneinander um 36 oder 10 us entfernt sind.
Die Phasenverschiebung der sinusförmi- gen Spannungen 23' bis 27' in den phasen verschiebenden Elementen 23 bis 27 ist unter 6c angedeutet. Sobald die durch die Phasen impulse 28' bis 32' eingestellten Kodeventile 40 bis 44 geöffnet sind, gehen durch diese Ventile die Kodeimpulse 40' bis 44' hindurch, die unter 6f in denselben Zeitabschnitten wie die Impulse 28' bis 32' angedeutet sind.
Da der erste Phasenimpuls gemäss Fig. 6c 35 ,us und der letzte Phasenimpuls 75 ,us nach dem amplitudenmodulierten Impuls entsteht, ver bleibt bis zum Auftreten eines weiteren sol chen Impulses und damit einer weiteren ge dämpften Welle eine Zeitspanne von 25 ,us, die um die Breite des Impulses 32' verrin gert ist. Und in diese Zeitspanne werden die Löschimpulse 35' aus dem Löschkreise 35 ge legt, die alle Stellen des Zählers in die Aus gangs-Nullstellung zurückbringen und sie da durch für die Registrierung der Schwingungs anzahl einer weiteren gedämpften Welle vor bereiten, wie unter 6c angedeutet.
Falls der unter 6a dargestellte zweite Im puls eine gedämpfte Welle voll einer solchen Amplitude hervorruft, dass sie 15 Schwingun gen vollzieht, bevor sie auf den Wert 7 herab sinkt, nimmt diese Welle, wie unter 6b an gedeutet, eine Zeitspanne von 15 ,us ein und bringt die ersten vier Stellen des binären. Impulszählers auf plus . Wie im vorhergehen den Falle, werden wiederum alle fünf Kode ventile geöffnet.
Impulse gehen jedoch nur durch die vier Ventile 40 bis 43 hindurch, während das letzte Ventil 44 keinen Impuls durchschickt. Für diesen Fall sind deshalb unter 6f bloss die Impulse 40' bis 43' einge zeichnet, während der Impuls 44' ausgelassen ist, was durch einen Punkt angedeutet ist.
Die Kodeventile 40 bis 44 arbeiten mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von a '6" oder mit einer zeitliehen Verschiebung von 10 sss in einen gemeinsamen Widerstand <B>37,</B> von welchem über den Kondensator 38 die Kode-Impulsreihe 39, wie in Fig.5 ange deutet, abgegriffen wird. Durch die Impulse dieser Kode wird dann häufig eine hochfre quente Trägerwelle amplitudenmoduliert und ausgesendet.
Unter Voraussetzung, dass der erste ampli- tudenmodulierte Impuls 31. registrierbare Schwingungen liefert und alle Stellen des Im pulszählers auf plus bringt, entspricht er im binären Kode einer Signalamplitude voll 31 Quanten. Falls der zweite Impuls bloss die 4., 3. und 1. Stelle des binären Impulszählers auf plus bringt, entspricht er im binären Kode 13 registrierbaren Quanten. Falls der dritte Impuls bloss die 5. und 1. Stelle des Zählers auf plus bringt., entspricht er 17 Quanten usw. Der entsprechende binäre Kode ist in Fig. 5 unter 39 angedeutet.
Die Schaltschema des Impulszählers 2'2, des Löschkreises 35 und der Kodev entile 40 bis 44 sind in den Fig. 7 bis 9 dargestellt.
Aus der Verstärker- und Begrenzerschal- tung 19 gelangen die freien Schwingungen des Resonanzkreises 17 über das Amplituden filter 21 in den mit 45 bezeichneten Eingang des Impulszählers 22, welcher gemäss Fig.7 einen fünfstelligen Kode in binärer Form aus drücken kann. Dieser Impulszähler bestellt aus fünf gleichen Duotrioden 46 bis 50, deren Systeme mit 51 und 52 bezeichnet sind, was bloss bei der ersten Röhre 46 angedeutet ist.
Jede dieser Duotrioden besitzt eine starke (sleiehspannungs-Rückkopplung über die Wi derstände 59, 60 bzw. 61, 62 usw. bis 75, 76 bzw. 77, 78, welche bewirkt, dass jede Röhre zwei stabile Arbeitslagen besitzt. In der einen Arbeitslage leitet das erste System 51 Strom über den Anodenwiderstand 79 und den Ka thodenwiderstand 54 usw. bis 87 und 58, wäh rend das zweite System 52 infolge der erwähn ten Rückkopplung gesperrt ist. In der zweiten Arbeitslage sind die Verhältnisse umgekehrt, das heisst das ;System 52 leitet. Strom über den Anodenwiderstand 80 und den Kathoden widerstand 54 usw. bis 88 und 58, während das erste System 51 gesperrt ist.
Aus dem Eingang 45 gelangen die ein zelnen Schwingungen der in gleiche Ampli tuden umgewandelten freien Wellen 20 über den Kondensator 53 an den Kathodenwider stand 54 der ersten Duotriode 46. Wie allge mein bekannt, bewirkt jeder positive Span nungsstoss in der Kathode einer in der er wähnten Weise geschalteten Röhre ein Um schalten der Arbeitslage. An der Anode des Systems 52 erscheint eine Reehteckspannung. Jede Flanke dieser Spannung entspricht einem positiven Spannungsstoss am Kathoden widerstand 54.
Jedem zweiten Spannungsstoss am Kathodenwiderstand 54 entspricht eine positive Flanke der Reehteekspannung. Diese positive Flanke wird über den Kopplungskon densator 94 an den Kathodenwiderstand 55 der zweiten Duotriode 47 geleitet, wobei die Zeitkonstante des Kreises 94-55 so klein ge wählt ist, dass jeder positiven Flanke ein posi tiver Spannungsstoss an 55 entspricht. Jedem zweiten Spannungsstoss am Kathodenwider stand 55, das heisst jedem vierten Spannungs stoss am Kathodenwiderstand 54 entspricht eine positive Flanke an der Anode des Sy stems 52 der Röhre 47.
Dasselbe wiederholt sich in den weiteren Duotriodenstufen. Nach Abklingen der freien Welle im Kreise 17 lässt sich durch Bestimmen der entsprechenden Ar beitslagen der einzelnen Röhren 46 bis 50 des Impulszählers 22 in bekannter Weise die An zahl der eingelaufenen Impulse zählen, welche die Anzahl der Schwingungen der freien Wel len bis zum Grenzpegel 7 in Fig.4b angibt. Die Bestimmung der resultierenden Arbeits lagen erfolgt zum Beispiel durch Feststellung der Spannung an den Punkten 89 bis 93 in den Anodenkreisen der ersten Systeme 51 aller Duotrioden. Diese Spannungen werden in die entsprechenden Kodeventile 40 bis 44, deren.
Schema in Fig. 9 dargestellt ist, geleitet. Um den Zähler vor jedem Impuls 13 in die An fangsarbeitslage zu bringen, werden über 98 bis 102 den Steuergittern der ersten Systeme 51 aller Duotrioden vor Beginn des Impulses 13, das heisst nach Abklingen der ganzen Welle 20, Löschimpulse aus dem Löschkreise 35, dessen Schema in Fig.8 dargestellt ist, zugeführt.
Der Löschkreis 35 besteht aus fünf glei chen Trioden 104 bis 108, deren Steuergitter über den gemeinsamen Punkt 120 durch die aus der differenzierenden Schaltung 34 gelie ferten Spannung beeinflusst werden. Ohne Spannungszufuhr aus dem Kreise 34 sind die Steuergitter aller fünf Trioden über die Crit- terableitwiderstände 115 bis 119 stark negativ vorgespannt. Ihre Kathoden sind über 98 bis 102 parallel zu den Gitterableitwiderständen 60, 64, 68, 72 und 76 der Systeme 51 der Duotrioden 46 bis 50 des Impulszählers ge schaltet. Während die Trioden gesperrt sind, wird der Impulszähler von der Lösehschaltung nicht beeinflusst.
Bei Ankunft eines positiven Impulses aus der differenzierenden Schaltung 34 über die Kondensatoren 109 bis 114 wer den die Trioden geöffnet. Dadurch werden die entsprechenden Steuergitter der Duotrio- den des Impulszählers über den kleinen In nenwiderstand der Trioden des Löschkreises an die positive Spannung aus dem Punkte 103, der den Schaltungen 22 und 35 gemeinsam ist, angeschlossen, und der Impulszähler wird da durch in die Nullage gestellt, das heisst das System 51 einer jeden Duotriode wird geöff net.
Gemäss Fig. 9 bestehen die Kodeventile aus gleichen Pentoden 40 bis 44, deren Ka thoden an die positive Spannung des gemein samen Punktes 103 angeschlossen sind. Die Anodenspannung der Punkte 89 bis 93 der Duotrioden des Impulszählers 22, welche die Zählstellung der betreffenden Röhren an geben, werden an die Schirmgitter der Kode ventile 40 bis 44 geleitet. Diese Pentoden sind derart eingestellt, dass sie bei voller An odenspannung der Punkte 89 bis 93, das heisst bei gesperrten Systemen 51, Strom leiten, falls ihre Steuergitter aus den differenzierenden Schaltungen 28 bis 32 positiv vorgespannt werden.
Die Anodenströme der Pentoden 40 bis 44 fliessen über den gemeinsamen Anoden- widerstand 37. Nach Abklingen einer freien Welle aus dem Kreise 17, jedoch vor Ankunft des nächsten Löschimpulses, gelangen aus 28 bis 32 im Kodeimpulsabstand phasenverscho bene Impulse an die Steuergitter der Pentoden 40 bis 44, welche ihnen in der entsprechen den Zeitfolge die notwendige positive äff- nungsspannung liefern.
Im Anodenkreis ent steht jedoch der betreffende Kodeimpuls 40' bis 44' nur bei den Kodeventilen, deren Schirmgitter entsprechend dem Zählzustand der entsprechenden Duotrioden des Impuls zählers 22 genügend positiv werden.