Verfahren für Mehrkanal-Zeitmultiplexübertragung von Fernsprechsignalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Mehrkanal- Zeitmultiplexübertragung von Fernsprechsignalen, das mit dem für Multiplex-übertragung über Leitungen bisher hauptsächlich angewendeten Einseitenband-Trä- gerfrequenzverfahren konkurrieren kann und gegenüber diesem wichtige Vorteile aufweist.
Den herkömmlichen Träger-Systemen wohnen einige charakteristische Mängel inne, die zum Teil gar nicht und zum anderen Teil nur durch kostspielige zusätzliche Massnahmen behoben werden können. Solche Nachteile sind z. B. aufwendige Kanalfilter sowie das durch nichtli neare Verzerrungen bedingte übersprechen.
Das erfindungsgemäss vorgeschlagene übertragungs- verfahren, das auf einem völlig anderen Prinzip beruht, vermeidet diese Nachteile; es benötigt insbesondere keine Filter zur Trennung von Frequenzkanälen und keine Massnahmen zur Vermeidung des Übersprechens zwischen den einzelnen Kanälen; überdies ermöglicht dieses Verfahren einen Betrieb mit einer minimalen Frequenzbandbreite entsprechend einer Einseitenband- Trägerfrequenzübertragung, d. h. ca. 4 kHz pro Telefo- niekanal.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf m parallelen Kanälen anstehenden Sprechsignale sendeseitig in Signalintervalle gleicher Zeitdauer zerlegt, die Amplituden jedes Signalintervalls in n äquidistanten Zeitpunkten mit einer ersten Abtastfrequenz f, abgeta stet und die abgetasteten Amplitudenwerte im Takt dieser Frequenz in individuelle Kanalregister in der Weise eingespeichert werden, dass am Schluss der Abtastung eines Signalintervalls jedes Kanalregister sämtliche Abtastwerte dieses Signalintervalls speichert,
dass sodann die Zeitmultiplex-Abtastung der in den Kanalregistern gespeicherten Amplitudenwerte, Register für Register, sequentiell mit einer zweiten Abtastfre- quenz Ft vorgenommen wird, die mindestens das m- fache der ersten Abtastfrequenz f8 beträgt, und dass die somit in ihrer Zeitdauer ebenfalls mindestens um den Faktor m komprimierten Signalintervalle, deren Fre- quenzbandbelegung dementsprechend um mindestens denselben Faktor m ausgedehnt ist,
in zeitlicher Ver- schachtelung über einen gemeinsamen Übertragungska nal zur Empfangsseite übertragen werden, wo unter Vornahme der für die Sendeseite beschriebenen Verfah- renschritte in umgekehrter Reihenfolge die Verteilung der komprimierten Signalintervalle auf m empfangskana- leigene Register und mittels Abtastung dieser Register mit der ursprünglichen Frequenz f5 ihre Expansion auf die ursprüngliche Länge und ihre Übermittlung auf die m
Empfangskanäle erfolgt.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wird die zweite Abtastfrequenz f" nur soviel grösser gewählt als die erste Abtastfrequenz f6, dass zwischen den über den gemeinsamen Übertragungskanal in zeitlicher Staffe lung übertragenen komprimierten Signalintervallen Übertragungspausen entstehen,
während welcher Syn- chronisiersignale für eine Synchronisierung des sende- und des empfangsseitigen Abtastzyklus übertragen wer den.
Bei Gegensprechbetrieb auf den Telefoniekanälen wird die zweite Abtastfrequenz f. des Abtastzyklus zweckmässigerweise nur soviel grösser gewählt als die erste Abtastfreqnenz f", dass zwischen den über den gemeinsamen Übertragungskanal in zeitlicher Staffelung übertragenen komprimierten Sprechsignal-Intervallen Übertragungspausen von solcher Länge entstehen,
dass in diesen Pausen in umgekehrter Richtung die kompri mierten Gegensprech-Signalintervalle und überdies gege benenfalls Synchronisiersignale übertragen werden sowie auch ein Ausgleich der Laufzeitdifferenzen erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert: es zeigen Fig. 1 ein an sich bekanntes Analog-Schieberegister für die Einspeicherung und Weiterübermittlung der abgetasteten Amplitudenwerte, Fig. 2a bis e Impulsdiagramme zur Veranschauli chung des Verschiebeprozesses in einem solchen Regi ster,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Speiche rung und Zeitmultiplex Abtastung der zeitlich kompri- mierten Signalintervalle gemäss der Erfindung, Fig. 4 ein Schema zur Veranschaulichung der sende- seitigen Kompression,
der zeitverschachtelten übertra- gung und der empfangsseitigen Expansion der Sprechsi- gnal-Intervalle gemäss der Erfinding, Fig. 5 ein Diagramm zur Gegenüberstellung der bei einer Einseitenband-Frequenzmultiplex-Übertragung und der bei der Zeitmultiplex-Übertragung gemäss der Erfindung benötigten Frequenzbandbreiten,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des übertra- gungsvorgangs beim Gegensprechen auf einer 2-Draht- Leitung.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ein über- tragungsprinzip verwendet, für das sich in der Fachwelt die Bezeichnung Burst-Kompression eingebürgert hat.
Dabei werden die mit einer bestimmten Geschwindigkeit eintreffenden Informationssignal-Gruppen in der Rei henfolge ihres Eintreffens gespeichert und anschliessend mit einer höheren Geschwindigkeit abgetastet und auf den Übertragungskanal ausgesendet: Am Empfangsort kann wieder eine Expansion , d. h. eine Wiederherstel lung der ursprünglichen Signalfrequenz mittels neuerli cher Zwischenspeicherung und Abtastung mit der ur sprünglichen Geschwindigkeit erfolgen. Bei diesem Ver fahren gewinnt man Übertragungszeit, d. h.
Zeitinterval le zwischen den komprimierten Signalgruppen, während welcher Intervalle der Übertragungskanal für die über mittlung anderer Informationen zur Verfügung steht; andererseits benötigt man wegen der höheren Signalfre quenz auch ein breiteres Frequenzband, so dass das für die Übertragung einer bestimmten Informationsmenge massgebende Produkt Frequenzband mal übertra- gungszeit per Saldo konstant bleibt.
Die bei der Burst-Kompression entstehenden Pausen zwischen den Signalgruppen bieten sich naturgemäss insbesondere für eine Zeitmultiplex-Übertragung von weiteren Eingangssignalen an, die auf einer Vielzahl von Kanälen eintreffen, gespeichert und nacheinander abge tastet werden. In der Telegraphie-Übertragungstechnik wird dieses Verfahren insbesondere bei der Übertragung mehrerer (in der Praxis nicht mehr als vier) Fernschreib nachrichten mit verkürzter Schrittlänge über einen Funk kanal verwendet (siehe z. B. K. Steinbuch Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung , Springer 1962, S. 880).
Bei der Übertragung von analogen Sprachsignalen gibt es nun - im Gegensatz zu Telegraphiesignalen, bei denen stets gleich lange Gruppen von digitalen Codeele menten (Telegraphieschritten) definierter Länge in Ge stalt von Telegraphiezeichen auftreten - a priori keine vorgegebenen Signallängen.
Beim erfindungsgemäss vor geschlagenen Verfahren wird daher eine Zerlegung der auf den parallelen Fernsprechkanälen anstehenden Sprechsignale in Abschnitte gleicher Zeitdauer vorgese= hen. Die auf einer Anzahl Fernsprechkanäle (TfK, Fig. 3, 4) eintreffenden Signale werden in regelmässigen Zeitabständen abgetastet (z.
B. mit einer Abtast-Fre- quenz von f. = 8 KHz). Die bei den Abtastungen erfassten Amplitudenwerte des analogen Sprechsignals in jedem Kanal werden mit der durch die Abtastfrequenz bestimmten Geschwindigkeit in ein kanaleigenes Regi ster eingegeben, und zwar so, dass dieses Register, wenn es vollständig gefüllt ist, sämtliche Werte eines Signalin- tervalls speichert.
Ein solches Register muss also - wenn es sich um ein Analog-Register handelt - so viele Analob Spei cherelemente umfassen, wie ein Signalintervall Abtast- werte enthält, und jedes Speicherelement soll einen Abtastwert speichern. Als Kurzzeit-Speicherelemente für analoge Spannungswerte eigenen sich vorzugsweise Kon densatoren.
Dabei könnte die Abtastung und Speiche rung des auf einem Kanal eintreffenden Fernsprechsi gnals naheliegenderweise so erfolgen, dass der Fern- sprechkanal über je einen Zweirichtungs-Schalter (z. B. symmetrischer Transistor) mit der freien Belegung je eines Speicherkondensators verbunden ist, dessen zweite Belegung an festem Potential (z. B. an Erde) liegt.
Ein elektronischer Ringverteiler mit ebensovielen bistabilen (oder monostabilem) Stufen, wie das Register Speicher kondensatoren enthält, liefert bei Zuführung von Fort- schaltimpulsen der Reihe nach am Ausgang jeder Stufe einen Steuerimpuls, welcher den zum entsprechenden Speicherkondensator führenden Schalter kurzzeitig schliesst (Basis-Steuerung der Schalttransistoren).
Somit werden sukzessive Augenblicks- Amplitudenwerte des Fernsprechsignals auf benachbarte Speicherkondensato ren des Kanalregisters geleitet und darin gespeichert;
zwischen dem Eingangskanal und jedem Schalter werden zweckmässigerweise noch Verstärker mit hohem Ein gangswiderstand und kleinem Ausgangswiderstand vor gesehen, damit einerseits das Fernsprechsignal bei der Abtastung nicht belastet wird und andererseits die Aufladung der Kondensatoren auf den Abtastwert rasch erfolgen kann.
Dieses naheliegende Verfahren weist aber einige Nachteile auf: Zunächst bringt die Verwendung von Ringverteilern einen ziemlich grossen Aufwand mit sich; es muss ja nicht nur ein Verteiler für den soeben beschriebenen Einspeicherungsvorgang vorgesehen sein, sondern es müsste (wie später noch näher ausgeführt wird) durch weitere Verteiler dafür gesorgt werden, dass die (eventuell in Hilfsspeicher umgespeicherten)
Abtast- Werte während des folgenden Abtastzyklus in schneller Folge neuerlich abgetastet und Kanal für Kanal im Zeitmultiplex zur gemeinsamen Übertragungsstrecke übermittelt werden.
Abgesehen von dem Verteiler-Auf- wand (je ein elektronischer Verteiler mit relativ langsa mem Umschalt-Takt muss ja auf jeden Fall für die sende- und empfangsseitige Kanalabtastung vorgesehen sein) sind aber solche elektronischen Schaltungen nicht immer zuverlässig;
namentlich bei der Schnellabtastung der gespeicherten Abtast-Werte kann es vorkommen, dass eine bistabile Verteilerstufe entweder hängen bleibt oder übersprungen wird, was naturgemäss zu Signalverzerrungen und zur Notwendigkeit zusätzlicher Synchronisiermassnahmen führt.
Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel verzichtet daher auf eine Steuerung durch Impulsvertei ler und macht von Kanalregistern Gebrauch, die man als Analog-Schieberegister bezeichnen kann.
Ein solches Analog-Schieberegister kann z. B. in der Weise verwirklicht werden, wie dies in der britischen Zeitschrift Nature Januar 1952, S. 148 beschrieben ist (Artikel von Janssen). Danach ist eine Reihe von Speicherkondensatoren vorgesehen, zwischen denen durch kurzzeitiges Schliessen entsprechender Schalter Ladungen übertragen werden (s. Fig. 1).
Dabei werden durch periodisches Abtasten des anstehenden Analogsi gnals aus diesem Signal Momentanwerte ( samples ) herausgeschnitten; dies geht in der Weise vor sich, dass am Beginn des Abtastvorganges für einen Signalab schnitt (ein Intervall) der erste Schalter S1, der den Eingang des Analog- Schieberegisters mit der freien Belegung des ersten Kondensators Cl verbindet, durch einen Impuls J11 der Impulsfolge J1 für eine kurze Zeit geschlossen wird;
dadurch wird der Kondensator Cl auf den in diesem Zeitpunkt anstehenden Span nungswert des Eingangssignals Uo aufgeladen und spei chert diesen Wert nach dem unmittelbar darauf erfolgen den öffnen dieses Schalters bis zum neuerlichen Schlies- sen von Sl, das eine Zeit T später durch den nächsten Impuls J12 der Schaltimpulsfolge J, erfolgt. T ist die Periode der Abtastungen ( samplings ), so dass die Abtast-Frequenz f3 z.
B. für einen Wert T = 125 ,us 8 kHz beträgt. Unmittelbar vor dem neuerlichen Schliessen von S, - und zwar hat diese Zeitdifferenz gemäss Fig. 2 den Wert z - wird nun ein kurzer Zeitimpuls J21 der Impulsfolge J2 an den elektronischen Schalter S2 zugeführt, so dass SZ bei der Vorderflanke von J21 schliesst und bei seiner Rückflanke wieder geöffnet wird;
zwischen jedem Kondensator und dem nachfolgenden Schalter sollen (nicht dargestellte) Verstärker mit hohem Eingagswiderstand, niedrigem Ausgangswiderstand und dem Spannungs-Verstärkungsfaktor 1 vorgesehen sein, was zur Wirkung hat, dass jeder Kondensator seine Spannung genügend lange behält und im Moment des Schliessens eines Schalters wie beispielsweise S2 im Zeitpunkt der Vorderflanke von J21 der nächste Kon densator (C2) unmittelbar (niederohmiger Verstärker ausgang!) den Spannungswert des ersten Kondensators (Cl)
übernimmt und bis zum neuerlichen Schliessen von S2 (nach der Zeit T) speichert.
Nach dieser Übernahme des zunächst in Cl gespei cherten ersten Abtast-Wertes Uol durch den Kondensa tor C2 wird dem ersten Kondensator (Cl) nach dem Zeitintervall v durch neuerliches Schliessen des Schal ters S, (Schaltimpuls J12)
der nächste Abtast-Wert der Eingangsspannung Uo zugeführt und bewirkt eine Umladung von Cl auf diesen Wert (auch dem Schalter S1 ist ein Verstärker der oben spezifizierten Art vorgeschaltet) Wie aus den Kurven der Fig. 2a<B>...</B> e unmittelbar ersichtlich, bewirkt die Zuführung der jeweils um das Zeitintervall a gegeneinander verschobenen Schalt impulsfolgen J, ...
J" mit der Periode T an die Schalter S, <B>...</B> S" eine schrittweise Verschiebung der eingangsseitig abgetasteten Abtast-Werte des Signals UO und das Nachschieben des nachfolgenden Ab tast-Wertes in den Kondensator, dessen Spannungswert unmittelbar zuvor (Verzögerung z) vom nächsten Kon densator übernommen wurde.
Die Impulsfolge für jeden Schalter wird zweckmässi- gerweise aus der Impulsfolge für den unmittelbar nach folgenden Schalter durch Verzögerung der Impulse um die Zeit z abgeleitet und die Impulsfolge für den letzten Schalter einem Impulsgenerator entnommen. Zur Im pulsverzögerung können bekannte Mittel wie z. B. mo- nostabile Multivibratoren, Verzögerungsleitungen mit Anzapfungen usw. verwendet werden.
Hat ein einem Fernsprechkanal zugeteiltes Analog- Schieberegister der geschilderten Art z. B. 24 Kondensa- s toren und wählt man Schalt-Impulsfolgen, z. B. mit der Periode T = 125,us, so ergibt sich nach einer Zeit 24 - T = 3ms vom Beginn der Abtastung folgende Situation: der erste Kondensator (Cl) speichert den 24.
Abtastwert (dies soll der letzte Abtastwert eines Signalin lo tervalls von 3ms sein), während die folgenden Kondensa toren (2 bis 24) sämtliche vorhergehenden Abtastwerte bis zum ersten Wert speichern, der sich jetzt im letzten Kondensator (C24) befindet.
Dabei muss allerdings die Bedingung 1s n-z < T erfüllt sein, wo n die Zahl der Abtastungen je Signalin tervall und r die Verzögerung zwischen den Impulsfol gen ist; im gewählten Beispiel muss diese Verzögerung also kleiner sein als
EMI0003.0094
,us, was in der Praxis leicht verwirklicht werden kann. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so können sich Signalverzerrungen ergeben, da z. B- zwei benachbarte Kondensator den gleichen Wert speichern können. Man wird a sogar noch kleiner wählen (z.
B. gleich der Hälfte von
EMI0003.0101
), um genü gend Zeit für die Schaltoperationen zu gewinnen, die für die nach Füllung des Kanalspeichers vorzunehmende Schnellabtastung erforderlich sind, von der im folgenden noch ausfübrlich gesprochen werden soll.
Diese Schnellabtastung, die zur zeitlichen Kompres sion der gespeicherten Abtast-Signale und zu ihrer Übermittlung auf die gemeinsame Übertragungsstrecke dient, soll ohne Unterbrechung der Langsamabtastung vorgenommen werden. Dies kann so geschehen, dass unmittelbar nach der Speicherung des letzten Abtast- Wertes im ersten Kondensator Cl ein dem ersten Kanalregister (R) zugeteiltes und ihm völlig nachgebilde tes Hilfsregister (HR) sozusagen eine Momentaufnah me des Hauptregisters macht, d. h. seinen momentanen Inhalt abliest und speichert (s. Fig. 3).
Dies muss in dem Zeitintervall zwischen der Einspeicherung des letzten (vierundzwanzigsten) Abtast-Wertes im ersten Konden sator und dem im letzten Kondensator (C24) um die Zeit T-na später erfolgenden Spannungssprung vom ersten auf den zweiten Abtast-Wert geschehen, weil sonst eine Signalverzerrung in dem Sinn auftreten würde, dass die beiden letzten Kondensatoren den zweiten Abtast-Wert und noch ein Verzögerungsintervall später der vorletzte Kondensator (wie der drittletzte) den dritten Abtast- Wert und der letzte Kondensator den zweiten Wert speichern.
Wenn aber na beträchtlich kleiner ist als die Abtastperiode T (s.o.), bleibt für die Füllung des Hilfsregisters HR ein genügendes Zeitintervall, ohne dass Abtastwerte verlorengehen.
Die Langsam-Abtastung der auf den parallelen Fernsprechkanälen eintreffenden Signale schreitet nun auf allen Kanälen parallel fort, d. h. die homologen Signalwerte auf sämtlichen (z. B. 6) Fernsprechkanälen werden jeweils zur gleichen Zeit abgetastet. Unmittelbar nach Abtastung des letzten (z. B. 24. ten) Signalwertes jedes Kanal-Signalintervalls seiner Einspeicherung in den jeweils ersten Kondensator eines jeden Kanalregi sters sind also sämtliche Kondensatoren in allen Kanal registern mit den Abtast-Werten der jeweiligen Signalin tervalle gefüllt.
Die Übernahme dieser Werte in die jeweiligen Hilfsregister, von denen je eines jedem Hauptregister zugeteilt ist, erfolgt, zerstörungsfrei , so dass der Abtastvorgang auf den Fernsprechkanälen und in den Hauptregistern ungehindert und ohne Unterbrechung weitergehen kann. Unmittelbar nach dem Spannungs- sprung des ersten Kondensatores in jedem Hauptregister vom vorletzten auf den letzten, also z.
B. vom 23. auf den 24. Abtast-Wert und innerhalb des Zeitintervalls T nz nach diesem Spannungssprung erfolgt das Able sen des gespeicherten Inhalts der Hauptregister durch die Hilfsregister und die Speicherung der abgelesenen Abtastwerte für alle Kondensatoren in sämtlichen Hauptregistern simultan und parallel in genau derselben Weise, wie dies weiter oben für die Übernahme des Spannungswertes eines Kondensators durch den näch sten Kondensator geschildert wurde.
Dazu sind weitere elektronische Schalter S vorgese hen, von denen je einer zwischen jedem Kondensator eines Hauptregisters R und dem homologen Kondensa tor des zugehörigen Hilfsregisters HR angeordnet ist (s. Fig. 3); wiederum ist einem jeden Schalter S zweckmäs- sigerweise ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, niedriger Ausgangsimpedanz und der Spannungsverstär kung 1 vorgeschaltet, so dass die Hauptregister-Konden- satoren nicht belastet sind und die Aufladung der Hilfsregister-Kondensatoren auf den abgelesenen Wert in sehr kurzer Zeit erfolgen kann.
Nach kurzer gleichzeitiger Schliessung sämtlicher elektronischer Schalter S- und somit kurz vor Beginn der Abtastung des nächsten Signalintervalls in sämtlichen Hauptregistern - ergibt sich somit folgende Situation:
Die Kondensatoren Co der Hauptregister speichern ebenso wie die homologen Hilfsregister-Kondensatoren C, die Abtast-Werte des ersten Signalintervalls; dabei sind sämtliche Schalter S wieder geöffnet,
so dass die niederohmigen Ausgänge der den Schaltern S vorge schalteten Verstärker von den Hilfsregister-Kondensato- ren abgeschaltet sind und diese Kondensatoren somit ihre Spannungswerte halten und für einen zweiten gegenüber dem ersten Abtastvorgang beschleunigten Abtastprozess zur Verfügung stehen" der im Hinblick auf die Zeitmultiplex-Übertragung über die gemeinsame Übertragungsstrecke vorgenommen wird.
Dieser zweite, mit einer höheren Frequenz f, vorgenommene Abtastprozess unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass die Abtastung der einzelnen kanal eigenen Hilfsregister HR für die homologen Kondensa toren in diesen Registern nicht simultan erfolgt; vielmehr werden die Signalwerte für jedes Hilfsregister sequentiell ausgespeichert und zum gemeinsamen übertragungska- nal (Draht oder Funk) übermittelt, wonach derselbe Prozess für das Hilfsregister des folgenden Fernsprech kanals TfK wiederholt wird usw.
Ein zweiter Unter schied liegt in der Natur der Sache und ist dadurch gegeben, dass am Eingang der Hilfsregister HR keine neue Information ansteht; diese Eingänge können also z. B. einfach geerdet sein, so dass beim kurzzeitigen Schliessen des zwischen dem Eingang und dem ersten Kondensator (Cl') eines Hilfsregisters befindlichen Schalters S1' (die Hilfsregister sind ja den Hauptregi ster völlig nachgebildet und haben somit ebenfalls entsprechende Schalter zwischen den Speicherstufen)
am Beginn der Schnellabtastung eines Hilfsregisters dieser erste Kondensator des Hilfsregisters völlig entladen wird und den Spannungswert Null enthält.
Bei der Schnellabtastung werden also - genau wie bei der Langsam-Abtastung für die Hauptregister - an alle elektronischen Schalter der Hilfsregister Schaltim- pulsfolgen mit ein und derselben Periode T' zugeführt, und zwar ebenfalls so, dass jede an einen Schalter zugeführte Impulsfolge gegenüber der an den nächsten Schalter (in Richtung vom Anfang zum Ende des (Hilfsregisters) zugeführten Impulsfolge eine Phasenver zögerung aufweist, die einer Zeitdifferenz z' entspricht.
Umgekehrt weist somit jede an einem Schalter wirksame Impulsfolge gegenüber der an den vorhergehenden Schalter zugeführten Impulsfolge einen Phasenvorsprung entsprechend der Verzögerungszeit z' auf.
Am Beginn des Schnellabtastprozess sind sämtliche Hilfsregister HR mit den Abtast-Werten des unmittelbar vorher abgetasteten Signalintervalls gefüllt. Während sich nun die Hauptregister R in der obenbeschriebenen Weise parallel fortschreitend mit den Abtast-Werten des nächsten Signalintervalls füllen,
geht die Schnellabta- stung der Hilfsregister HR und die Übermittlung der darin gespeicherten Abtast-Werte auf den gemeinsamen Übertragungskanal so vor sich, dass ein Hilfsregister nach dem anderen geleert wird und somit zuerst die im ersten Hilfsregister gespeicherten Signalwerte seriell aus gespeichert und zur Übertragungsstrecke übermittelt werden, unmittelbar darauf (oder nach einer Pause) die Ausspeicherung der im zweiten Hilfsregister gespeicher ten Abtastwerte erfolgt usw.,
so dass gerade bei Vollen dung des langsamen Abtastzyklus für das nächste Signal intervall auch die Ausspeicherung der zuvor im letzten (z. B. sechsten) Hilfsregister befindlichen Abtast Werte des ersten Signalintervalls des letzten Fernsprechkanals abgeschlossen ist.
Die schnellen Schaltimpulsfolgen mit der Frequenz f, und der Periode T' werden also in der ersten Schnellabtast-Phase nur den elektronischen Schaltern des ersten Hilfsregisters zugeführt, in der zweiten Ab tastphase nur den Schaltern des zweiten Hilfsregisters usw. Dies kann in bekannter Weise mittels eines elektro nischen Verteilers geschehen; derselbe Verteiler, (Zeit multiplex), der in Fig. 3 schematisch als mechanischer Drehschalter Sm dargestellt ist, kann auch die sukzessi ve Verbindung der einzelnen Hilfsregister mit der ge meinsamen Übertragungsstrecke steuern.
Eine untere Grenze für die Schnell-Abtastfrequenz f, ist dadurch gegeben, dass in dem für die Langsam Abtastung eines Signalabschnittes erforderlichen Zeitin tervall die Schnell-Abtastung sämtlicher (z. B. 6) Hilfsre gister HR abgeschlossen sein muss. Somit muss die Schnell-Abtastfrequenz f, wenn die Zahl der Fern sprechkanäle gleich m ist, mindestens das m = fache der Langsam-Abtastfrequenz betragen (z.
B. das 6-fache) in Praxis wird man jedoch, um Zeit für die Übermittlung von Betriebssignalen zu gewinnen (Synchronisiersignale u. ä.), die Schnell-Abtastfrequenz noch höher wählen.
Die Schnellabtast-Schaltimpulsfolgen, die für jeden Schalter des z. B. dem ersten Fernsprechkanal zugeteil ten Hilfsregisters um die Zeit i verzögert sind (s.o.), beginnen jeweils mit einem Schaltimpuls der an den letzten Schalter (also z. B. S'24) zugeführten Impulsfol ge. Kurz zuvor (um die Zeit T' früher) wird der letzte Kondensator (z.
B. Q4) über den Zeitmultiplex-Abtaster S (Fig. 3) mit dem gemeinsamen Übertragungskanal verbunden, so dass der in diesem Kondensator gespei cherte erste Abtast-Wert des ersten Signalintervalls im ersten Kanal auf diesen Übertragungskanal übermittelt wird.
Beim Schliessen des Schalters S24 durch den ersten Impuls der Schnell-Abtastfolge J'24 übernimmt C'24 den Abtast-Wert von C'23 und dieser entspricht dem zweiten Abtastwert des ersten Signalintervalls im ersten Kanal, so dass jetzt dieser Wert zum gemeinsamen Übertragungskanal übermittelt und im zeitlichen Ab stand T' hinter dem ersten Wert übertragen wird.
Auf Grund der zwischen den einzelnen Schaltimpulsfolgen vorgesehenen Verzögerung r' pflanzt sich nun der Vorgang des Schliessens der Schalter S'23 bis S'1 mit den Zeitimtervallen z' fort, und zwar wird die Zeit i zweckmässigerweise wieder so gewählt, dass n -,r' (n ist die Zahl der Speicherkondensatoren in einem Hilfs- speicher, also z.
B. 24) kleiner ist als die Periode T' der Schaltimpulsfolgen. Somit hat der Prozess des Schlies- sens aufeinanderfolgender Schalter das gesamte Hilfsre gister HR vom Ende zum Anfang bereits durchlaufen und die Verlagerung sämtlicher in den Kondensatoren gespeicherten Abtast-Werte um eine Nummer in Vor wärtsrichtung bewirkt,
bevor der Schalter S'24 durch den nächsten Schaltimpuls der an diesem Schalter wirksamen Impulsfolge J'24 neuerlich geschlossen wird und den nunmehr im vorletzten Kondensator gespeicher ten dritten Abtast-Wert des ersten Signalintervalls im ersten Kanal wiederum im zeitlichen Abstand T' gegen über dem zweiten Abtast-Wert zum letzten Kondensator C'24 und somit zur gemeinsamen Übertragungsstrecke übermittelt.
Es findet also jeweils innerhalb einer Schnell-Abtast- periode T' eine Verschiebung der gespeicherten Abtast- Werte um einen Schritt und das Hinausschieben des im letzten Kondensator (C24) gespeicherten Wertes auf die Übertragungsstrecke statt. Der Vorgang entspricht durchaus der sequentiellen Leerung eines bekannten digitalen Schieberegisters durch Hinausschieben der darin gespeicherten binären Information (Parallel-Serie Umsetzung).
Genau wie in jenem Fall werden eingangs- seitig Nullen nachgefüllt , d. h. der erste Schalter in jedem Hilfsregister verbindet, wenn er schliesst, die freie Belegung des ersten Kondensators C', mit Nullpoten tial (Erde), so dass C'1 - und später somit C'2, C'3 usw. - im gleichen Takt mit dem Überlaufen der Information am Ausgang des Hilfsregisters HR und ihrer Übermittlung zur Übertragungsstrecke mit Nullinforma tion nachgefüllt werden.
Nach Ausspeicherung und Übertragung sämtlicher Abtastwerte im ersten Hilfsregister sind dessen sämtliche Kondensatoren demnach völlig entladen und stehen für die später erfolgende Speicherung des zweiten Signalin tervalls im ersten Fernsprechkanal zur Verfügung. Die Schalt-Impulsfolgen für das erste Hilfsregister werden jetzt - vorzugsweise (wenn die Abtastfrequenz fz dies erlaubt) nach Ablauf eines kleinen Zeitintervalls, s.o.
auf das zweite Hilfsregister HR geleitet, und gleichzeitig wird das zweite Hilfsregister durch den Zeitmultiplex- Abtaster Sm (Fig. 3) mit der gemeinsamen Übertra gungsstrecke verbunden. Die Zeitmultiplex-Kanalum- schaltung und die Umleitung der Schaltimpulsfolgen vom ersten auf das zweite Hilfsregister kann naturgemäss mittels ein- und desselben elektronischen Verteilers von an sich bekanntem Typ verwirklicht werden.
Der oben geschilderte Schnellabtast-Prozess wieder holt sich nun (während die Lagsam-Abtastung des zweiten Signalintervalls auf sämtlichen Kanälen parallel fortschreitet) für das zweite, dann für das dritte Hilfsre- gister usw., bis sämtliche Hilfsregister völlig entleert sind und ihr Inhalt Register für Register, sequentiell zur gemeinsamen Übertragungsstrecke übertragen wurde.
Die dafür erforderliche Zeit ist nicht länger als die zur Langsamabtastung des nächsten Signalintervalls in den Hauptregistern R benötigte Zeit, so dass die nunmehr in den Hauptregistern gespeicherten Abtast-Werte des zweiten Signalintervalls sämtlicher Kanäle durch kurzzei tiges Schliessen der zwischen den homologen Kondensa toren der Haupt- und der Hilfsregister angeordneten Schalter von den Hilfsregistern zwecks neuerlicher Schnellabtastung übernommen werden können.
Die Einrichtung kann in der Weise vereinfacht werden, dass die soeben erwähnten, zur parallelen und simultanen Füllung der Hilfsregister dienenden elektro nischen Schalter ebenso wie die ihnen vorgeschalteten und weiter oben näher spezifizierten Verstärker doppelt ausgenützt werden können;
sie werden nämlich nach ihrer kurzzeitigen Betätigung vor Beginn einer Schnell abtastung bis zum Beginn der nächsten Schnellabtastung nicht mehr benötigt und können unmittelbar nach dieser Betätigung für die Funktion des Übertragens der sam- pling -Werte zwischen den Kondensatoren der Hilfsregi- ster HR ausgenützt werden.
Dies kann durch an sich bekannte zweipolige Umschalter (bistabile elektronische Kippschaltungen) verwirklicht werden, die unmittelbar nach Übernahme der sampling -Werte durch die Hilfs register jeden zwischen einem Kondensator eines Haupt register R und dem homologen Kondensator des zugehö rigen Hilfsregisters HR angeordneten Schalter mit sei nem vorgeschalteten Verstärker in die zweite Stellung Schnellabtastung umschalten. Da jeder dieser Schalter mit einer seiner Klemmen ständig mit der freien Bele gung eines Hilfsregisters-Kondensators (z.
B. C'3) ver bunden bleibt, braucht dabei nur der Eingang des diesem Schalter vorgeschalteten Verstärkers vom homologen Kondensator (d. h. in diesem Fall C3) abgeschaltet und mit der freien Belegung des vorhergehenden Kondensa- tors (also C'2) des Hilfsregisters HR verbunden zu werden; elektronisch kann dies z.
B. mit einem einzigen bistabilen Flip-Flop und einer Reihe von Transistor- Weichenschaltern verwirklicht werden, wobei jeder Wei chenschalter aus zwei (z B. symmetrischen) Transistor schaltern besteht, deren erste Klemmen jeweils zusam mengeschaltet und mit dem Eingang eines einem Schal ter S vorgeschalteten Verstärkers verbunden sind, wäh rend die zweite Klemme des einen Transistors mit der freien Belegung des homologen Hauptregister-Konden- sators (also z.
B. Cs und die zweite Klemme des anderen Transistors mit der freien Belegung des vorher gehenden Hilfsregister-Kondensators verbunden ist. Die komplementären Flip-Flop-Ausgänge steuern sämtliche Transistorpaare an ihren Basiselektroden. In der ersten kurzzeitigen Flip-Flop-Stellung Parallel-Auslesen in die Hilfsregister leiten jeweils die ersten Transistoren jeder Weiche und verbunden jeden Hauptregister-Kondensa- tor (z.
B. C3 über den besagten Verstärker und den (durch das Flip-Flop-Signal ebenfalls geschlossenen ent sprechenden Schalter S mit der freien Belegung des homologen Hilfsregister-Kondensators (also C3 ), so dass der letztere den Abtast-Wert aus dem Hauptregi- ster-Kondensator ablesen und speichern kann;
dagegen wird in der zweiten Flip-Flop-Stellung Schnellabta- stung in jeder Weichenschaltung der erste Transistor gesperrt und auch der zugehörige Schalter S zunächst geöffnet, während umgekehrt, der zweite Transistor leitend gesteuert wird und jetzt eine Verbindung zwi schen dem Verstärker-Eingang und der freien Belegung des jeweils vorhergehenden Hilfsregister-Kondensators (hier also C'2) schafft. Diese zweite Flip-Flop-Stellung wird während der Dauer des gesamten Schnellabtast- Prozesses beibehalten.
Es gibt auch Möglichkeiten (die hier nicht detailliert untersucht werden sollen), um die Hilfsregister (HR) überhaupt einzusparen und die Schnellabtastung in den Hauptregistern R gleichzeitig mit der Langsam-Abtas- tung des folgenden Signalintervalls vorzunehmen. Dabei müsste die sequentielle Einspeicherung der Abtast-Werte der einzelnen Fernsprechkanäle nicht in allen Kanalregi stern parallel fortschreiten, sondern (wie dies in Fig. 4 angedeutet ist) von Kanal zu Kanal in der Weise verzögert sein, dass die Summe der Verzögerungen der Länge eines Signalintervalls entspricht (also z.
B. bei 24 Kondensatoren je Kanalregister, einer Abtast-Periode T gleich 125,us sowie einer Kanalzahl m = 6 eine Verzö gerung von 500 ,us entsprechend 4 Kondensatoren zwischen zwei benachbarten Registern, so dass die Summe der Verzögerungen 6 x 500,us genau der Länge eines Signalintervalls von 3 ms entspricht).
Die Schnellabtastung müsste sofort nach Füllung eines Kanalregisters mit den Abtast-Werten eines Signal intervalls beginnen, und zwar noch innerhalb des Zeitin tervalls T bis zur Speicherung des ersten Abtast-Wertes des folgenden Signalintervalls im ersten Kondensator dieses Registers.
Dabei müsste dieser Kondensator Cl bei Beginn der Schnellabtastung nicht völlig entladen werden, da die darin gespeicherte Information (letzter Abtast-Wert des ersten Signalintervalls) beim ausgangs- seitigen Überlaufen des Registers in die ersten Speicherkondensatoren genauso nachgefüllt wird, wie dies bei dem oben beschriebenen Verfahren mit den Hilfsregistern für die Nullinformation der Fall ist.
Bei diesem Verfahren würde die Schnellabtastung somit der nachfolgenden Langsam-Abtastung sozusagen davonlaufen und wäre gerade in dem Zeitpunkt der kompletten Füllung des nächsten Registers (also z. B. 4 Langsam-Abtastperioden T = 50D Ms nach Beginn der Schnellabtastung des ersten Registers abgeschlossen, so dass die Schnellabtastung des nächsten (vollständig gefüllten) Registers unmittelbar anschliessen kann.
Die Impulsfolgen für Langsam- bzw. Schnellabtastung dürften hierbei jedoch keineswegs interferieren, es müss- te also dafür gesorgt werden, dass für die Gesamtdauer der Schnellabtastung in jedem Register die zuvor an sämtliche Schalter S dieses Registers zugeführten, gegen einander zeitlich versetzten Impulsfolgen unterbrochen und bei Beginn der darauffolgenden Langsamabtastung von Schalter zu Schalter schrittweise wieder aufgebaut werden, bis die Schnellabtastung abgeschlossen ist;
von diesem Zeitpunkt an können die Impulsfolgen, wie vor der Schnellabtastung, wieder an alle Schalter zugeführt werden, und zwar bis zur neuerlichen vollständigen Füllung dieses Registers.
Diese Unterbrechung und der sukzessive Aufbau der Langsam-Impulsfolgen während der Schnellabtastung er fordern jedoch zusätzliche Massnahmen, die ziemlich aufwendig und verwickelt sein können, so dass das an erster Stelle geschilderte Abtastverfahren trotz der dabei verwendeten Hilfsregister im allgemeinen doch einfacher zu verwirklichen und daher vorzuziehen ist.
Die komprimierten Signalintervalle ( bursts ) mit der gegenüber der Langsam-Abtastfrequenz um den Kompressionsfaktor k höheren Frequenz der abgetaste ten Amplitudenwerte werden nun in zeitlicher Ver- schachtelung über die gemeinsame Übertragungsstrecke (Drahtverbindung oder Funkkanal) zur Empfangsseite übertragen. Dort erfolgt unter sinngemässer Umkehrung der beschriebenen Verfahrensschritte die Verteilung der komprimierten Signalintervalle auf m Empfangskanäle und ihre Expansion auf die ursprüngliche Länge.
Ist der Kompressionsfaktor k genau gleich der Kanalzahl n, so schliessen sich die komprimierten bursts bei der Übertragung lückenlos aneinander an. Will man jedoch zwecks Übertragung von Betriebssigna len (z. B. Synchronisierimpulsen) zwischen den bursts Übertragungspausen einlegen (s.Fig. 4) so muss man die Schnellabtastung mit einer noch höheren Frequenz vor nehmen.
Das ursprüngliche Signalintervall, das P = n - T beträgt (n ist die Anzahl der Langsam- Abtastungen je Signalintervall und T die Abtastperiode),
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wird <SEP> dabei <SEP> auf <SEP> dt <SEP> = <SEP> k <SEP> verkürzt. Bei 6 Kanälen (s. Fig. 4) kann der Kompressionsfak tor k zwecks Schaffung der Pausen für die Synchronisier- impulse z. B. gegenüber dem Mindestwert m = 6 um 10<B>%</B> auf 6,6 erhöht werden (k = 1,1 m).
Dabei wird das Sprachband 0,3<B>...</B> 3,4 kHz, in dem die ursprüngli- che Übertragung auf den Fernsprechkanälen erfolgt dementsprechend auf 2<B>...</B> 22 kHz erweitert. Die Fre- quenzbandbelegung entspricht somit etwa derjenigen einer Einseitenband Trägerfrequenzübertragung, d. h. ca. 4 kHz pro Fernsprechkanal.
Diese Verhältnisse werden durch das in Fig. 5 gezeigte Frequenz = Zeit = Diagramm veranschau licht, in welchem die Übertragung im Einseitenband- Frequenzmultiplex der komprimierten Übertragung im Zeitmultiplex gegenübergestellt ist.
Man spart also gegenüber der Frequenzmultiplex- Übertragung per Saldo weder Zeit noch Frequenzband ein, doch bietet die burst Zeitmultiplex-Übertragung insofern einen wichtigen Vorteil, als eine Intermodula- tion zwischen den einzelnen Kanälen ausgeschlossen ist.
Im Gegensatz zu Zeit-Multiplexsystemen mit Kurzim pulsen wird bei einer burst -Dauer von einigen ms auch ein durch Pulsverschmierungen bei linearen Verzerrungen der Übertragungskanäle bedingtes Über sprechen vermieden.
Erhöht man den Kompressionsfaktor k auf etwas mehr als das Doppelte des zulässigen Mindeswertes m, so entstehen zwischen den bursts so grosse Pausen, dass auf 2 Drahtleitungen ein Gegensprechbetrieb (Dup lex) möglich wird. Durch eine solche Wahl von K können auch zusätzliche Zeitintervalle für den Ausgleich der Laufzeitdifferenzen berücksichtigt werden. Das be legte Frequenzband entspricht ungefähr demjenigen bei einer Trägerfrequenz-Übertragung mit richtungsgetrenn ten Frequenzbändern.
Bei dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfah ren können die abgetasteten Amplitudenwerte vor ihrer Speicherung und zeitkomprimierten Übertragung natur- gemäss auch digitalisiert werden, dies mit besonderem Vorteil deshalb, weil dann einfache und raumsparende digitale Schieberegister (vorzugsweise in IC-Technik) Verwendung finden können. In Betracht kommt dabei für. die Codierung der abgetasteten Signal-Amplituden- werte die Pulscode-Modulation und namentlich die Delta-Modulation.
Vor der Übertragung auf den gemeinsamen Zeitmul- tiplexkanal werden durch Demodulation und anschlies- sende , Tiefpassfilterüng (welche:. letztere naturgemäss auch vor der Übertragung von -analog gespeicherten Abtastwerte notwendig ist) wieder analoge Signale gewonnen, die ein verkürztes Abbild des ursprünglichen Signalintervalls mit entsprechend erhöhten Frequenzen darstellen.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren in den Fällen eingesetzt wer den, wo es auf eine Verhütung des unbefugten Abhörens der übertragenen Ferngespräche ankommt. Eine Ent schlüsselung von unbefugterweise empfangene Signalen ist nur möglich, wenn sowohl die Frequenz als auch der Kompressionsfaktor bekannt sind.