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Die Erfindung betrifft Deltamodulationskommunikationseinrichtungen und insbesondere eine Kompandierung, die bei Deltamodulationskommunikationseinrichtungeinrichtungen verwendet wird. Die Erfindung eignet sich insbe– sondere für die Anwendung bei Mehrfachgegensprechsystemen und Konferenzschaltungen und dazu, es einem oder mehreren Benutzern eines Mobiltelefons zu ermöglichen, mit dem Mobiltelefon mittels einer separaten Kopfhörer-Mikrofon-Einheit, einem sog. Headset oder einem separaten Handapparat, drahtlos und energiesparend zu kommunizieren.
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Die Deltamodulation bildet ein kontinuierliches Signal durch eine Folge von Impulsen gleicher Höhe nach, wobei jeder Impuls eine Veränderung des kontinuierlichen Signals seit dem letzten Impuls darstellt.
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Man unterscheidet zwischen binärer und ternärer Deltamodulation. Die binäre Deltamodulation kennt nur Impulse der Wertigkeit +1, i. e. positiver Deltamodulationswert, und –1, i. e. negativer Deltamodulationswert. Ein kontinuierliches Signal niedriger Frequenz oder ein Signal mit konstanter Amplitude wird aus einer entsprechenden Folge von +1- und –1-Werten dargestellt. Die Demodulation kann über einen Integrator erfolgen.
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Die ternäre Deltamodulation kennt nur die Werte +1, 0 und –1. Ein ansteigendes Signal wird durch Impulse mit dem Wert +1 dargestellt, wobei die Häufigkeit der Impulse zunimmt, wenn die Flankensteilheit des Signals zunimmt. Entsprechend wird ein abfallendes Signal durch Impulse des Werts –1 dargestellt. Ein konstantes Signal könnte durch den Wert 0 dargestellt werden. Der Wert 0 muss nicht übertragen werden, da er keine zusätzliche Information enthält, d. h. für die Übermittelung des Werts 0 wird keine Übertragungsleistung bzw. -bandbreite benötigt. Aus diesem Grund eignet sich die ternäre Deltamodulation besonders für batteriebetriebene Geräte. Ferner eignet sich die ternäre Deltamodulation für eine asynchrone Übertragung zwischen Deltamodulationskommunikationseinrichtungen, insbesondere wenn eine Mehrzahl von Deltamodulationskommunikationseinrichtungen miteinander kommuniziert, wie es bei Mehrfachgegensprechsystemen der Fall ist. Die Demodulation kann wie bei der binären Deltamodulation durch einen Integrator erfolgen. Da die ternäre Deltamodulation nur bei Signalen mit hoher Flankensteilheit viele Impulse senden muss, zeichnet sie sich durch eine besonders hohe Bandbreitenökonomie aus.
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Ein wesentliches Problem bei der Deltamodulation ist, dass steile Flanken nur bedingt nachgebildet werden können. Aus diesem Grund wurde eine sog. Kompandierung eingeführt, wobei der Begriff Kompandierung eine Synthese der englischen Wörter ”compress” und ”expand” ist. Durch die Kompandierung wird den Deltamodulationswerten je nach Flankensteilheit eines Eingangssignals eine unterschiedliche Gewichtung, i. e. Kompandierungsmaß, zugewiesen. Das heißt, das Kompandierungsmaß ist höher, wenn ein steiler Signalverlauf moduliert wird, und ist niedriger, wenn ein weniger steiler Signalverlauf moduliert wird. Um eine qualitativ hochwertige Signalübertragung zu gewährleisten, muss bei Modulation und Demodulation das gleiche Kompandierungsmaß verwendet werden. Bei Mehrfachgegensprechsystemen muss sichergestellt werden, dass alle beteiligten Deltamodulationskommunikationseinrichtungen das gleiche Kompandierungsmaß verwenden.
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DE 29 19 940 C2 beschreibt eine asynchrone ternäre Deltamodulationskommunikationseinrichtung ohne Kompandierung.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Übertragungsqualität bzw. Dynamik zu verbessern.
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US 3 564 415 A beschreibt ein binäres synchrones Deltamodulationssystem mit einer Zentraleinheit und mindestens einem Endgerät, die Nachrichten in Form von Deltamodulationswerten über ein Zeitmultiplexverfahren austauschen. Die Empfangseinrichtung der Zentraleinheit ermittelt nach der Demodulation aus dem analogen Signal ein Kompandierungsmaß, das an die Sendeeinrichtung der Zentraleinheit übergeben wird, anschließend während vorbestimmter Zeitschlitze von der Sendeeinrichtung der Zentraleinheit an die Empfangseinrichtung des Endgeräts übergeben wird, von dieser an die Sendeeinrichtung des Endgeräts übergeben wird, von dieser zum senderseitigen Kompandieren verwendet wird, von der Sendeeinrichtung des Endgeräts während vorbestimmter Zeitschlitze an die Empfangseinrichtung der Zentraleinheit zurückgegeben wird und von dieser zum empfängerseitigen Kompandieren verwendet wird.
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Aus der
DE 26 24 637 C2 ist ein Sender für Signalübertragung durch komprimierte Deltamodulation bekannt, der einen mit einer Rückkopplungsschaltung versehenen Deltamodulator mit Kompressionsregelung enthält, in dem die Rückkopplungsschaltung eine geregelte Signalquelle und ein mit dem Ausgang der Signalquelle gekoppeltes integrierendes Netzwerk mit einem parallel geschalteten Leckwiderstand enthält. Die geregelte Signalquelle enthält Stromquellen zum Zuführen von Stromimpulsen zum integrierenden Netzwerk, und der Deltamodulator enthält eine an den Ausgang der geregelten Signalquelle angeschlossene Serienschaltung aus einem Kondensator und der Parallelschaltung des integrierenden Netzwerkes und des Leckwiderstandes.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Kompandieren für eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung gemäß Anspruch 1 und durch eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung zur Verwendung in einem eine Mehrzahl solcher Deltamodulationskommunikationseinrichtungen aufweisenden Kommunikationssystem gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kompandieren für eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung weist die folgenden Schritte auf: Umwandeln eines Eingangssignals in Deltamodulationswerte in einem Sender, Übergeben dieser Deltamodulationswerte an einen Empfänger, empfängerseitiges Bestimmen eines Kompandierungsmaßes aus den erhaltenen Deltamodulationswerten, Übergeben des Kompandierungsmaßes an den Sender und senderseitiges Anpassen der Kompandierung in Reaktion auf das Kompandierungsmaß.
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Der Sender kann ein IR-Sender, ein Ultraschallsender, ein HF-Sender, etc. sein, es kann sich aber ebenso um einen Sender im Sinne der Kommunikationstechnik und Informationstechnik handeln, der Informationen wie auch immer abgibt. Entsprechendes gilt für den Empfänger, Das Übergeben der Deltamodulationswerte an einen Empfänger kann über eine Luftschnittstelle, Glasfaser, ein leitungsgebundenes Netzwerk oder über ein Datennetzwerk, beispielsweise ein paketorientiertes Netzwerk, erfolgen. Das empfängerseitige Bestimmen eines Kompandierungsmaßes erfolgt aus den erhaltenen Deltamodulationswerten. Der Sender und der Empfänger können räumlich getrennt sein oder sich in einem Gerät befinden. Je nach Ausgestaltung kann eine lineare oder eine nichtlineare Kompandierung verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Schritt des empfängerseitigen Anpassens der Kompandierung in Reaktion auf das Kompandierungsmaß. Sobald dem Sender das Kompandierungsmaß übergeben wird, wird vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig die empfängerseitige Kompandierung mit diesem Kompandierungsmaß durchgeführt. Dieses Verfahren ist besonders einfach zu realisieren, arbeitet zuverlässig, führt zu einem Bandbreitengewinn und erfordert keine Synchronisation, da das dem Sender übergebene Kompandierungsmaß nicht vom Sender an den Empfänger zurückgegeben werden muss. Ferner ist empfängerseitig keine Synchronisation, z. B. eine Bitsynchronisation, erforderlich.
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US 3 564 415 A geht davon aus, dass das Kompandierungsmaß vom Sender an den Empfänger mehr oder weniger synchron mit den Deltamodulationswerten zu übergeben ist, selbst wenn das Kompandierungsmaß im Empfänger bestimmt wurde. Durch das von der senderseitigen Kompandierungseinrichtung unabhängige Anpassen des Kompandierungsmaßes im Empfänger ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Deltamodulationskommunikationseinrichtung und des beteiligten Übertragungssystems. Ferner kann sichergestellt werden, dass die Anpassung des Kompandierungsmaßes in der senderseitigen und der empfängerseitigen Kompandierungseinrichtung mehr oder weniger synchron erfolgt, so dass sich beide Kompandierungseinrichtungen im Gleichlauf befinden.
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Vorzugsweise werden bei dem Schritt des Umwandelns eines Signals in Deltamodulationswerte ternäre Deltamodulationswerte erzeugt, und das empfängerseitige Bestimmen eines Kompandierungsmaßes erfolgt aus den erhaltenen ternären Deltamodulationswerten, wobei die ternären Deltamodulationswerte positive und negative Deltamodulationswerte aufweisen. Die Begriffe ”positiver Deltamodulationswert” und ”negativer Deltamodulationswert” sind nicht absolut zu verstehen, sondern relativ zu deren Mittelwert.
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Vorzugsweise kann das Übergeben des Kompandierungsmaßes an den Sender innerhalb einer Funktionseinheit aus Sender und Empfänger erfolgen. Eine Funktionseinheit kann jedes Kommunikationsgerät sein, das sowohl senden als auch empfangen kann.
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Vorzugsweise erfolgt das Übergeben der Deltamodulationswerte von einer Mehrzahl von Sender an mindestens einen Empfänger.
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Vorzugsweise werden bei dem Schritt des Umwandelns eines Signals in Deltamodulationswerte ternäre Deltamodulationswerte erzeugt, und das empfängerseitige Bestimmen eines Kompandierungsmaßes erfolgt asynchron aus den erhaltenen Deltamodulationswerten. Die ternäre Deltamodulation kann auch asynchron verwendet werden, wodurch sie sich für Mehrfachsprechsysteme eignet, bei denen mindestens zwei Sender an mindestens zwei Empfänger im sogenannten Vollduplexbetrieb senden können. Die Sender können auch gleichzeitig senden. Empfangsseitig kann gegebenenfalls eine einfache, beispielsweise asynchrone, Überabtastung vorgesehen werden, i. e. Abfragen eines Empfangssignals und/oder mehrerer Empfangssignale mit einem empfängerseitigen Bittakt, der ein beispielsweise ganzzahliges Mehrfaches eines senderseitigen Taktes, z. B. eines senderseitigen Bittaktes, der Deltamodulation ist.
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Sind der Sender und der Empfänger in einer Funktionseinheit integriert, umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Übergebens der Deltamodulationswerte von dem Sender an den Empfänger der gleichen Funktionseinheit. Die Deltamodulationswerte können sowohl intern als auch extern übergeben werden. Extern können die Deltamodulationswerte beispielsweise über eine Luftschnittstelle, über ein Glasfaserkabel, leitungsgebunden oder über ein Netzwerk sowie mit optischen Verfahren übergeben werden. Mit bekannten Multiplexverfahren wie Frequenz-, Zeit- und Code-Multiplex können mehrere voneinander unabhängige Teilnehmergruppen gebildet werden. Bei einem Multiplexbetrieb muss sichergestellt werden, dass jeder Empfänger die Deltamodulationswerte jedes Senders einschließlich des Senders der gleichen Funktionseinheit empfängt. Das kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die Sender und die Empfänger aller Funktionseinheiten bei einem Multiplexverfahren den gleichen Kanal verwenden. Alternativ kann eine Vermittlungseinrichtung derart konfiguriert sein, dass jeder Empfänger die Deltamodulationswerte jedes Senders einschließlich des Senders der gleichen Funktionseinheit empfängt. Werden paketorientierte Netzwerke zum Übertragen verwendet, kann der Sender einer Funktionseinrichtung die Deltamodulationswerte auch an den Empfänger der gleichen Funktionseinheit senden. Bei einem optischen Übertragungsverfahren kann das optische Sendesignal mit Hilfe einer optischen Vorrichtung, beispielsweise einem teildurchlässigen Spiegel oder durch Lichtstreuung, an den optischen Empfänger der gleichen Funktionseinheit übertragen werden. Innerhalb einer Funktionseinheit kann das Signal beispielsweise durch eine Leitung übergeben werden.
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Durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Verfahrens wird sichergestellt, dass jeder Empfänger das gleiche Summensignal aus allen gesendeten Deltamodulationswerten erhält. Dadurch ist sichergestellt, dass jeder Empfänger aus den empfangenen Deltamodulationswerten das gleiche Kompandierungsmaß ermittelt und dem Sender in der gleichen Funktionseinheit übergibt. Dadurch ist das Verfahren besonders für Mehrfachgegensprechsysteme geeignet.
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Vorzugsweise umfasst das Umwandeln eines Eingangssignals auch das Erfassen eines senderseitigen Tonsignals, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines empfängerseitigen Tonsignals aus den Deltamodulationswerten durch den Empfänger und Dämpfen des empfängerseitigen Tonsignals während eines Zeitintervalls, während dem der Sender der gleichen Funktionseinheit Deltamodulationswerte abgibt. Das Dämpfen kann auch ein Unterdrücken bis unter die Hörschwelle umfassen.
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Vorzugsweise weist das Verfahren auch den Schritt des Übergebens des Tonsignals an den Empfänger innerhalb der Funktionseinheit als Nebenschlusssignal und das Abgeben des Nebenschlusssignals durch den Empfänger auf. Wie zuvor dargelegt wurde, empfängt jede Funktionseinheit auch das durch diese abgegebene Signal. Wird die Funktionseinheit für akustische Kommunikation verwendet, würde ein Benutzer sein eigenes Sprachsignal ungedämpft hören, was von dem Benutzer als unangenehm empfunden werden kann oder zu störenden Rückkoppelungen führen kann. Die Deltamodulationswerte von dem Sender der gleichen Funktionseinheit und aller Sender der anderen Funktionseinheiten können unterdrückt oder gedämpft werden, und dem Benutzer kann über das Nebenschlusssignal, entsprechend gepegelt, das eigene Sprachsignal bereitgestellt werden, was von diesem als ein besonders angenehmer Mithörton empfunden wird. Besonders bevorzugt wird das aus den Deltamodulationswerten des Senders der gleichen Funktionseinheit erzeugte Tonsignal unterdrückt und das Nebenschlusssignal beispielsweise um 10 bis 20 Dezibel gedämpft vom Empfänger abgegeben.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt des Übergebens der Deltamodulationswerte an einen Empfänger ein Abgeben eines ersten Übertragungssignals durch den Sender für einen positiven Deltamodulationswert und ein Abgeben eines zweiten Übertragungssignals durch den Sender für einen negativen Deltamodulationswert. Die Dauer des Übertragungssignals kann kürzer sein als die Periodendauer des Taktes der Deltamodulationswerte.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt des Übergebens der Deltamodulationswerte an einen Empfänger ein Erzeugen eines positiven Deltamodulationswerts beim Empfang eines ersten Übertragungssignals durch den Empfänger und ein Erzeugen eines negativen Deltamodulationswerts beim Empfang eines zweiten Übertragungssignals durch den Empfänger. Das Übertragungssignal kann beispielsweise ein modulierter Lichtimpuls einer LED, ein modulierter elektromagnetischer Impuls oder ein Datenpaket in einem Netzwerk sein. Bei der ternären Deltamodulation werden Deltamodulationswerte nur erzeugt, wenn sich das Eingangssignal ändert. Dadurch wird die zur Verfügung stehende Bandbreite besonders ökonomisch genutzt. Vorzugsweise ist der empfängerseitige Takt für die Deltamodulationswerte ein Mehrfaches des senderseitigen Taktes der Deltamodulationswerte. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem empfängerseitigen und einem senderseitigen Bittakt.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens eines Kompandierungsmaßes Folgendes auf: Bestimmen eines Flankensteilheitsmaßes aus einer Mehrzahl von Deltamodulationswerten und Erzeugen eines impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes aus dem Flankensteilheitsmaß, wobei der Schritt des empfängerseitigen und/oder senderseitigen Anpassens der Kompandierung in Reaktion auf das Kompandierungsmaß Folgendes aufweist: Weiterleiten des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes während eines Zeitintervalls, während dem ein Signal auf positive binäre Deltamodulationswerte hinweist, und Weiterleiten des invertierten impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes während eines Zeitintervalls, während dem ein Signal auf negative binäre Deltamodulationswerte hinweist. Je nach verwendeter Logik kann das Signal positiv oder negativ sein, wenn es auf einen entsprechenden Deltamodulationswert hinweist. Das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß kann für die Deltamodulation bestimmt sein Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine zuverlässige Multiplikation mit einfachen Mitteln und wird für sich ohne die Merkmale des Anspruchs 1 oder mit nur einem Teil der Merkmale des Anspruchs 1 als neu und erfinderisch angesehen. Ferner muss diese Ausgestaltung nicht darauf beschränkt sein, dass sie empfängerseitig implementiert wird. Sie könnte auch auf andere technische Bereiche außerhalb der Deltamodulation angewendet werden, beispielsweise beim Kompandieren von Puls-Code-Modulations-Signalen (PCM-Signale) oder beim Kodieren oder Dekodieren von Signalen oder beim Ansteuern von elektrischen Maschinen, z. B. einem Motor. Dabei müssen nicht notwendigerweise ein Deltamodulationswert bzw. ein Kompandierungsmaß multipliziert werden.
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Das auf die Deltamodulationswerte hinweisende Signal enthält die Deltamodulationswerte in Form von Impulsen zeitlich nacheinander, wobei jeder Wert etwa so lange wie die Periodendauer des entsprechenden Bittaktes in dem Signal abgebildet ist. Das Bestimmen eines Flankensteilheitsmaßes aus einer Mehrzahl von Deltamodulationswerten kann beispielsweise durch Integration, Mittelwertbildung oder einen sog. ”slope overload detector” erfolgen. Das Flankensteilheitsmaß kann analog, digital oder als Zahlenwert ausgegeben werden. Dem Fachmann sind verschiedene Impulsbreitenmodulationsverfahren bekannt, um aus einem analogen oder einem digitalen Wert Impulse definierter Länge zu erzeugen, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Das Weiterleiten zum des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes, beispielsweise für die Deltamodulation, kann über eine Schalteinrichtung oder einen Multiplexer erfolgen.
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Das auf die binären Deltamodulationswerte hinweisende Signal bestimmt, ob das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß oder das invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß zur Demodulation der Deltamodulationswerte weitergeleitet wird. Das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß repräsentiert die zu verwendende Kompandierung. Ist die zu verwendende Kompandierung hoch, hat der Impuls des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitmaßes eine größere Breite, wobei die Breite die Periodendauer des entsprechenden Bittaktes nicht überschreiten darf. Somit wurde ein sehr einfaches und zuverlässiges Verfahren für eine Multiplikation bereitgestellt, die bei der Kompandierung verwendet wird. Vorzugsweise betragt die Impulsbreite die Hälfte der Periodendauer des entsprechenden Bittaktes, wenn keine Kompandierung verwendet wird, und maximal die Periodendauer des entsprechenden Bittaktes, wenn die maximal gewünschte Kompandierung verwendet wird. Wird das Verfahren senderseitig angewandt, kann der senderseitige Bittakt betrachtet werden. Entsprechend kann für eine empfängerseitige Anwendung des Verfahrens der empfängerseitige Bittakt betrachtet werden. Vorzugsweise wird der Bittakt betrachtet, der die kürzere Periodendauer hat, insbesondere wenn das gleiche impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß im Sender und Empfänger verwendet wird.
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Der Fachmann erkennt, dass auch das invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß während eines Zeitintervalls weitergeleitet werden kann, während dem ein Signal auf positive Deltamodulationswerte hinweist, und das nicht invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß während eines Zeitintervalls weitergeleitet werden kann, während dem ein Signal auf negative Deltamodulationswerte hinweist. Dadurch ergibt sich bei der Demodulation ein umgekehrter Regelsinn, der zu einer Phasenverschiebung von 180° führt, die bei der Sprachübertragung nicht relevant ist. Diese Ausführungsform wird als äquivalent angesehen.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens eines Kompandierungsmaßes Folgendes auf: Bestimmen eines Flankensteilheitsmaßes aus einer Mehrzahl von Deltamodulationswerten und Erzeugen eines impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes aus dem Flankensteilheitsmaß, wobei der Schritt des empfängerseitigen und/oder senderseitigen Anpassens der Kompandierung in Reaktion auf das Kompandierungsmaß Folgendes aufweist: Weiterleiten des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes während eines Zeitintervalls, während dem ein Signal auf positive ternäre Deltamodulationswerte hinweist, und Weiterleiten des invertierten impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes während eines Zeitintervalls, während dem ein Signal auf negative ternäre Deltamodulationswerte hinweist.
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Diese Ausgestaltung ist insbesondere für eine ternäre Deltamodulation geeignet. Das Signal, das auf positive ternäre Deltamodulationswerte hinweist, enthält die Deltamodulationswerte in Form von zeitlich nacheinander folgenden Impulsen, wobei jeder Impuls etwa so breit wie die Periodendauer des entsprechenden Bittaktes ist. Das gleiche gilt für ein Signal, dass auf die negativen ternären Deltamodulationswerte hinweist. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird die zuvor für binäre Deltamodulationswerte beschriebene Multiplikation für jeden der ternären Deltamodulationswerte verwendet. Wie zuvor erwähnt, kann auch das invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß während eines Zeitintervalls weitergeleitet werden, während dem ein Signal auf positive Deltamodulationswerte hinweist, und das nicht invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß während eines Zeitintervalls weitergeleitet werden kann, während dem ein Signal auf negative Deltamodulationswerte hinweist.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt des Anpassens der Kompandierung in Reaktion auf das Kompandierungsmaß ein Weiterleiten eines Ruhesignals während eines Zeitintervalls, während dem weder ein Signal auf positive Deltamodulationswerte hinweist, noch ein Signal auf negative ternäre Deltamodulationswerte hinweist. Das Ruhesignal ist ein Signal, dessen Mittelwert während einer Periode des Bittaktes dem Amplitudenmittelwert des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes und des invertierten impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes entspricht. Diese Definition von Ruhesignal für die Deltamodulation umfasst sowohl ein konstantes Signal in der Größe des Amplitudenmittelwerts als auch ein oszillierendes Signal, das um den Amplitudenmittelwert oszilliert, wobei die Oszillationsfrequenz ein Mehrfaches des entsprechenden Bittaktes ist. Erfolgt die Demodulation durch Integration, hat dieses Ruhesignal für die Deltamodulation keine Auswirkung auf den durch die Integration erzeugten Wert.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Dämpfens des Tonsignals während eines Zeitintervalls, während dem der Sender in der gleichen Funktionseinheit Deltamodulationswerte abgibt, ferner den Schritt eines Weiterleitens eines Ruhesignals auf. Damit kann erreicht werden, dass keine von einem beliebigen Sender erhaltenen Deltamodulationswerte ausgegeben werden.
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Der Fachmann erkennt, dass dieses Multiplikationsverfahren mit Hilfe eines impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes bei einem Sender und Empfänger angewendet werden kann und dass es nicht darauf beschränkt ist, dass der Empfänger dem Sender ein Kompandierungsmaß bzw. das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß übergibt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung, die einen Sender mit einer Deltamodulationskodiereinrichtung, die Deltamodulationswerte aus einem Eingangssignal erzeugt, und einer senderseitigen Kompandierungseinrichtung und einen Empfänger mit einer Deltamodulationsdekodiereinrichtung und einer empfängerseitigen Kompandierungseinrichtung aufweist, wobei die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung dazu ausgebildet ist, aus Deltamodulationswerten ein Kompandierungsmaß zu bestimmen, das der senderseitigen Kompandierungseinrichtung übergeben wird, und die senderseitige Kompandierungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Reaktion auf das vom Empfänger übergebene Kompandierungsmaß die Kompandierung anpasst.
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Der Sender und der Empfänger können sich in einem Kommunikationsgerät befinden oder in zwei separaten Kommunikationsgeräten, wenn eine Signalübertragung nur in einer Richtung gewünscht wird. Eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung kann beispielsweise aus diskreten Bauteilen, einem ASIC, programmierbaren Logikbausteinen (CPLD – complex programmable logical device, FPGA – field programmable gate array, etc.) oder einem Prozessor, z. B. einem Signalprozessor, aufgebaut sein. Die Deltamodulationskodiereinrichtung erzeugt typischerweise ein Differenzsignal aus ihrem Eingangssignal und einem Rückkoppelsignal. Dieses Differenzsignal wird binärisiert und über ein Zeitintervall, das der Periodendauer des Bittaktes entspricht, auf einem konstanten Wert gehalten und als Ausgangssignal abgegeben. Das Ausgangssignal wird ferner demoduliert, beispielsweise durch eine Integrationseinrichtung, und als Rückkoppelsignal bereitgestellt. Die Deltamodulationsdekodiereinrichtung kann durch eine Integrationseinrichtung ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Integrationseinrichtung ein RC-Glied enthalten, wodurch die Integration verlustbehaftet ist, wodurch eventuell auftretende Bitfehler nicht akkumuliert, sondern abgebaut werden. Die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung bestimmt das Kompandierungsmaß aus den Deltamodulationswerten, ohne dass diese dekodiert werden müssen. Das Kompandierungsmaß kann beispielsweise durch Bestimmen des zeitlichen Abstands und/oder der Häufigkeit der Deltamodulationswerte ermittelt werden. Im englischen Sprachraum sind dazu Schaltungen mit dem Namen ”Slope Overload Detector” bekannt. Die senderseitige Kompandierungseinrichtung multipliziert im Rückkoppelpfad das Ausgangssignal der Deltamodulationskodiereinrichtung mit dem Kompandierungsmaß, bevor es in dem Integrator im Rückkoppelpfad demoduliert wird. Je nach Ausgestaltung kann eine lineare oder eine nichtlineare Kompandierung realisiert werden.
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Die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung der Deltamodulationskommunikationseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie in Reaktion auf das Kompandierungsmaß die Kompandierung anpasst. Damit ist sichergestellt, dass der Sender und der Empfänger das gleiche Kompandierungsmaß verwenden, da die Anpassung mehr oder wenig gleichzeitig erfolgt. Ferner benötigt diese einfache Ausgestaltung keinen Synchronisationsmechanismus, um sicherzustellen, dass der Empfänger und der Sender das gleiche Kompandierungsmaß verwenden. Die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung multipliziert die Deltamodulationswerte mit dem Kompandierungsmaß, bevor sie an die Deltamodulationsdekodiereinrichtung weitergegeben werden.
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Vorzugsweise ist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung zum Verarbeiten von ternären Deltamodulationswerten ausgebildet, die positive und negative Deltamodulationswerte aufweisen.
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Vorzugsweise ist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung derart ausgebildet, dass der Sender und der Empfänger eine Funktionseinheit bilden, wobei das Kompandierungsmaß innerhalb der Funktionseinheit übergeben wird. Bei dieser Ausführungsform bilden der Sender und der Empfänger eine Funktionseinheit in Form eines Kommunikationsgeräts innerhalb dem das Kompandierungsmaß einfach übergeben werden kann.
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Vorzugsweise ist die als Funktionseinheit ausgebildete Deltamodulationskommunikationseinrichtung derart ausgebildet, dass der Empfänger auch die durch den Sender abgegebenen Deltamodulationswerte erhält. Das kann, wie zuvor beschrieben wurde, innerhalb der Funktionseinheit oder außerhalb der Funktionseinheit über einen Nachrichtenkanal erfolgen. Kommuniziert eine Mehrzahl von Funktionseinheiten miteinander, erhält jeder Empfänger mehr oder weniger gleichzeitig die Deltamodulationswerte aller Sender. Damit ist sichergestellt, dass jeder Empfänger die gleichen Deltamodulationswerte erhält. Da das Kompandierungsmaß jeweils im Empfänger bestimmt wird, ist sichergestellt, dass alle Empfänger unabhängig voneinander das gleiche Kompandierungsmaß ermitteln und an den Sender ihrer Funktionseinheit übergeben. Somit ist auch sichergestellt, dass alle Sender beim Senden das gleiche Kompandierungsmaß verwenden, was insbesondere bei Mehrfachgegensprechsystemen, insbesondere wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig sprechen, vorteilhaft ist. Wie zuvor beschrieben ist, gibt es Übertragungsmedien, die inhärent sicherstellen, dass der Empfänger auch die durch den Sender der gleichen Funktionseinheit abgegebenen Deltamodulationswerte erhält und Übertragungsmedien bzw. Übertragungsverfahren, bei denen durch Konfiguration des Übertragungsverfahrens sichergestellt werden muss, dass der Empfänger auch die durch den Sender der gleichen Funktionseinheit abgegebenen Deltamodulationswerte erhält.
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Vorzugsweise ist die Deltamodulationseinrichtung zum Verarbeiten von asynchronen ternären Deltamodulationswerten ausgebildet. Bei einem Mehrfachgegensprechsystem mit mehreren gleichzeitig kommunizierenden Funktionseinheiten ist besonders vorteilhaft, dass diese nicht miteinander synchronisiert werden müssen.
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Vorzugsweise umfasst die Deltamodulationskommunikationseinrichtung eine Toneingabeeinrichtung, die mit der Deltamodulationskodiereinrichtung verbunden ist und die das Eingangssignal zum Erzeugen der Deltamodulationswerte erzeugt, eine Tonausgabeeinrichtung, die mit der Deltamodulationsdekodiereinrichtung verbunden ist und die ein aus Deltamodulationswerten erzeugtes Ausgangssignal abgibt, und eine Dämpfungssteuereinrichtung, die während eines Zeitintervalls, während dem der Sender der gleichen Funktionseinheit Deltamodulationswerte abgibt, ein Dämpfungssteuersignal an den Empfänger abgibt, wobei der Empfänger in Reaktion auf das Dämpfungssteuersignal das aus den erhaltenen Deltamodulationswerten erzeugte Ausgangssignal gedämpft abgibt oder kein Ausgangssignal abgibt.
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Vorzugsweise weist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung ferner eine Nebenschlusssteuereinrichtung auf, die zumindest während eines Zeitintervalls, während dem der Sender der gleichen Funktionseinheit Deltamodulationswerte abgibt, ein Nebenschlusssteuersignal abgibt, wobei der Sender das Eingangssignal als Nebenschlusssignal der Deltamodulationsdekodiereinrichtung übergibt und der Empfänger in Reaktion auf das Nebenschlusssteuersignal das Nebenschlusssignal als Tonsignal abgibt. Wie zuvor beschrieben wurde, ist es für den Benutzer einer als Funktionseinheit ausgebildeten Deltamodulationskommunikationseinrichtung angenehm, das eigene Sprachsignal gedämpft zu hören. Dazu kann das Nebenschlusssignal vorzugsweise um 10 bis 20 Dezibel gedämpft werden.
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Vorzugsweise kann die Nebenschlusssteuereinrichtung der Deltamodulationskommunikationseinrichtung integral mit der Dämpfungssteuereinrichtung ausgebildet sein und das Dämpfungssteuersignal auch das Nebenschlusssteuersignal sein.
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Vorzugsweise weist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung eine Signalsendeeinrichtung auf, wobei die ternären Deltamodulationswerte der Signalsendeeinrichtung zugeführt werden, die bei einem positiven ternären Deltamodulationswert ein erstes Übertragungssignal und bei einem negativen ternären Deltamodulationswert ein zweites Übertragungssignal abgibt. Die Signalsendeeinrichtung sendet über eines der Übertragungsmedien, die vorstehend beispielhaft aufgeführt sind. Dadurch, dass die Deltamodulationskommunikationseinrichtung nur beim Vorliegen eines positiven ternären Deltamodulationswerts oder eines negativen ternären Deltamodulationswerts ein Übertragungssignal oder einen Übertragungsimpuls abgibt, benötigt sie relativ wenig Energie zum Übertragen, was sie für batteriebetriebene Geräte besonders geeignet macht. Das Übertragungssignal kann zeitlich kürzer sein als die zeitliche Dauer des Vorliegens eines Deltamodulationswerts.
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Vorzugsweise weist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung ferner eine Zusatzfunktionsschalteinrichtung auf, wobei die Deltamodulationskommunikationseinrichtung ein drittes Übertragungssignal zum Aktivieren der Zusatzfunktionsschalteinrichtung abgibt. Beispielsweise für Mobiltelefone sind sog. drahtlose Headsets bekannt, die ein Mikrofon und einen Lautsprecher aufweisen, damit der Benutzer eines Mobiltelefons dieses benutzen kann, ohne dass er gezwungen ist, das Mobiltelefon an seinen Kopf zu halten. Dadurch kann eine etwaige Strahlungsbelastung des Benutzers des Mobiltelefons verringert werden. Die Zusatzfunktionsschalteinrichtung kann beispielsweise dazu verwendet werden, um ein Gespräch anzunehmen oder zu beenden, wobei ein Signal von dem Headset zu dem Mobiltelefon gesendet wird, wodurch dieses die Telefonverbindung abbaut.
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Vorzugsweise weist die Deltamodulationskommunikationseinrichtung eine Signalempfangseinrichtung auf, wobei die Signalempfangseinrichtung derart ausgebildet Ist, dass sie beim Empfang des ersten Übertragungssignals einen positiven ternären Deltamodulationswert und beim Empfang des zweiten Übertragungssignals einen negativen ternären Deltamodulationswert der Deltamodulationsdekodiereinrichtung übergibt. Die Signalempfangseinrichtung kann mit einem der zuvor beschriebenen Übertragungsmedien verbunden sein. Vorzugsweise werden die positiven ternären Deltamodulationswerte und die negativen ternären Deltamodulationswerte der Deltamodulationsdekodiereinrichtung als Impulse mit einer Breite übergeben, die der Periodendauer des empfängerseitigen Bittaktes entspricht.
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Vorzugsweise aktiviert die Deltamodulationskommunikationseinrichtung beim Empfang des dritten Übertragungssignals die Zusatzfunktionsschalteinrichtung.
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Vorzugsweise weist die Kompandierungseinrichtung der Deltamodulationskommunikationseinrichtung Folgendes auf: eine Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung, die aus einer Mehrzahl von Deltamodulationswerten ein Flankensteilheitsmaß bestimmt, eine Impulsbreitenmodulationseinrichtung, die mit der Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung verbunden ist und aus dem Flankensteilheitsmaß ein impulsbreitenmoduliertes Flankensteilheitsmaß erzeugt, das das Kompandierungsmaß ist, und eine erste Schalteinrichtung mit einem ersten Signaleingang, an den das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß angelegt wird, einem zweiten Signaleingang, an den das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß durch einen Inverter invertiert angelegt wird, einen Signalausgang und einen ersten Steuereingang, an den ein Signal angelegt wird, das auf die Deltamodulationswerte hinweist, wobei der erste Signaleingang oder der zweite Signaleingang je nach Signalpegel an dem ersten Steuereingang mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird. Diese Ausgestaltung eines Multiplikators wird für sich ohne die Merkmale des Anspruchs 16 oder mit nur einem Teil der Merkmale des Anspruchs 16 als neu und erfinderisch angesehen. Dieser Multiplikator kann sowohl im Sender als auch im Empfänger sowie auf beide verteilt implementiert werden. Er könnte auch auf andere technische Bereiche außerhalb der Deltamodulation angewendet werden, beispielsweise beim Kompandieren von Puls-Code-Modulations-Signalen (PCM-Signale) oder beim Kodieren oder Dekodieren von Signalen oder beim Ansteuern von elektrischen Maschinen, z. B. einem Motor.
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Diese Kompandierungseinrichtung eignet sich insbesondere für binäre Deltamodulationssignale. Besonders bevorzugt sind die Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung und die Impulsbreitenmodulationseinrichtung nur im Empfänger vorgesehen und je eine erste Schalteinrichtung im Empfänger und im Sender vorgesehen. Das Signal, das auf die Deltamodulationswerte hinweist, besteht aus einer zeitlichen Folge von Impulsen, wobei jeder Impuls einen Deltamodulationswert repräsentiert und die minimale Breite der Impulse der Periodendauer des Bittaktes entspricht. Die Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung wird im englischen Sprachraum auch als ”slope overload detector” bezeichnet. Sie kann aus einer Integrationseinrichtung oder einer Mittelwertbildungseinrichtung gebildet sein. Impulsbreitenmodulationseinrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Die erste Schalteinrichtung kann aus einem Multiplexer gebildet sein. Die Breite eines Impulses des impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaßes beträgt bevorzugt etwa die Hälfte der Periodendauer des jeweils verwendeten Bittaktes, wenn keine Kompandierung anzuwenden ist, und entspricht etwa der Periodendauer des jeweils verwendeten Bittaktes, wenn die maximal mögliche Kompandierung anzuwenden ist. Da das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß aus den Deltamodulationswerten gewonnen wird, ist es mit diesen korreliert. Dadurch dass das Signal an dem ersten Steuereingang mit dem impulsbreitenmodulierten Flankensteilheitsmaß korreliert ist, wird eine entsprechend korrekt gewichtete Multiplikation mit den Deltamodulationswerten erreicht.
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Vorzugsweise weist die erste Schalteinrichtung einen Dämpfungssignalsteuereingang auf, an den das Dämpfungssteuersignal angelegt wird, und einen dritten Signaleingang, an den ein Ruhesignal angelegt wird, wobei der dritte Signaleingang mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird, wenn der Dämpfungssignalsteuereingang aktiviert wird. Das Ruhesignal wurde vorstehend bereits beschrieben. Durch Anlegen des Dämpfungssteuersignals wird das Ruhesignal am Ausgang der ersten Schalteinrichtung abgegeben und einer Deltamodulationsdekodiereinrichtung zugeführt, so dass diese kein Ausgangssignal aus den anliegenden Deltamodulationswerten erzeugt.
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Vorzugsweise weist die Kompandierungseinrichtung der Deltamodulationskommunikationseinrichtung Folgendes auf: eine Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung, die aus einer Mehrzahl von Deltamodulationswerten ein Flankensteilheitsmaß bestimmt, eine lmpulsbreitenmodulationseinrichtung, die mit der Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung verbunden ist und aus dem Flankensteilheitsmaß ein impulsbreitenmoduliertes Flankensteilheitsmaß erzeugt, das das Kompandierungsmaß ist, und eine zweite Schalteinrichtung mit einem ersten Signaleingang, an den das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß angelegt wird, einem zweiten Signaleingang, an den das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß durch einen Inverter invertiert angelegt wird, einem Signalausgang, einem ersten Steuereingang, an den ein Signal angelegt wird, das auf die positiven ternären Deltamodulationswerte hinweist, und einem zweiten Steuereingang, an den ein Signal angelegt wird, das auf die negativen ternären Deltamodulationswerte hinweist, wobei der erste Signaleingang mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird, wenn der Signalpegel am ersten Steuereingang auf einen positiven ternären Deltamodulationswert hinweist, und der zweite Signaleingang mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird, wenn der Signalpegel am zweiten Steuereingang auf einen negativen ternären Deltamodulationswert hinweist.
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Diese Ausgestaltung der Kompandierungseinrichtung ist besonders für die ternäre Deltamodulation geeignet. Bezüglich der Funktionsweise der Kompandierungseinrichtung und den in der Kompandierungseinrichtung enthaltenen Komponenten wird auf die obige Beschreibung der Kompandierungseinrichtung für binäre Deltamodulationswerte hingewiesen. Diese Kompandierungseinrichtung multipliziert das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß einerseits mit dem Signal, das auf die positiven ternären Deltamodulationswerte hinweist, und andererseits das invertierte impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß mit dem Signal, das auf die negativen ternären Deltamodulationswerte hinweist. Das Signal, das auf die positiven ternären Modulationswerte hinweist, besteht aus einer Folge von Impulsen, die positive Deltamodulationswerte repräsentieren, wobei jeder Impuls etwa so breit ist wie die Periodendauer des entsprechenden Bittaktes. Entsprechendes gilt für das Signal, das auf die negativen ternären Deltamodulationswerte hinweist. Der zweite Signaleingang kann mit dem Signalausgang elektrisch verbunden werden, wenn der Signalpegel am ersten Steuereingang auf einen positiven ternären Deltamodulationswert hinweist, und der erste Signaleingang kann mit dem Signalausgang elektrisch verbunden werden, wenn der Signalpegel am zweiten Steuereingang auf einen negativen ternären Deltamodulationswert hinweist, was wie oben beschrieben ist, als äquivalent angesehen wird. Dadurch ergibt sich ein umgekehrter Regelsinn und eine Phasenverschiebung von 180°.
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Vorzugsweise weist die zweite Schalteinrichtung einen dritten Signaleingang auf, an den ein Ruhesignal angelegt wird, wobei der dritte Signaleingang der zweiten Schalteinrichtung mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird, falls weder ein Signalpegel, der auf einen positiven Deltamodulationswert hinweist, an dem ersten Steuereingang noch ein Signalpegel, der auf einen negativen Deltamodulationswert hinweist, an dem zweiten Steuereingang anliegt.
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Wird das Ruhesignal vom Ausgang der zweiten Schalteinrichtung einer Deltamodulationsdekodiereinrichtung, beispielsweise einem Integrator, zugeführt, hält dieser wiederum sein Ausgangssignal auf einem konstanten Wert.
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Vorzugsweise weist die zweite Schalteinrichtung einen dritten Steuereingang auf, an den das Dämpfungssteuersignal angelegt wird, wobei der dritte Signaleingang der zweiten Schalteinrichtung mit dem Signalausgang elektrisch verbunden wird, wenn das Dämpfungssteuersignal aktiv ist. Wiederum werden beim Anlegen des Dämpfungssteuersignals keine Deltamodulationswerte von der zweiten Schalteinrichtung an eine nachfolgende Deltamodulationsdekodiereinrichtung abgegeben.
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Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren beschrieben, wobei gilt:
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt ein Mehrfachgegensprechsystem, das die vorliegende Erfindung realisiert;
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3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Signalsendeeinrichtung und einer Signalempfangseinrichtung;
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4 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Deltamodulationswerte vom Empfänger an den Sender innerhalb der Deltamodulationskommunikationseinrichtung übergeben werden;
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5 zeigt eine Ausführungsform des Senders einer Deltamodulationskommunikationseinrichtung;
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6 zeigt eine Ausführungsform des Empfängers einer Deltamodulationskommunikationseinrichtung; und
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7 zeigt Details einer Kompandierungseinrichtung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche bzw. gleiche Komponenten. 1 zeigt eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 mit einem Sender 2, der eine Deltamodulationskodiereinrichtung 4 und eine senderseitige Kompandierungseinrichtung 6 aufweist, und einem Empfänger 3, der eine Deltamodulationsdekodiereinrichtung 5 und eine empfängerseitige Kompandierungseinrichtung 7 aufweist. Ein Eingangssignal 8, z. B. ein Sprachsignal oder ein anderes akustisches Signal, wird von der Deltamodulationskodiereinrichtung 4 in Deltamodulationswerte gewandelt, die von dem Sender 2 über eine Leitung oder einen Nachrichtenkanal 9 an den Empfänger 3 abgegeben werden. Die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung 7 prüft beispielsweise anhand der Häufigkeit des Eintreffens der Deltamodulationswerte, ob eine Kompandierung notwendig ist. Dazu wird ein Kompandierungsmaß ermittelt, das von dem Empfänger über eine Leitung oder einen Nachrichtenkanal 10 an die senderseitige Kompandierungseinrichtung 6 übergeben wird. Die senderseitige Kompandierungseinrichtung passt die Kompandierung der Deltamodulationswerte in Reaktion auf das Kompandierungsmaß an. Durch diesen Aufbau wird ein Gleichlauf der senderseitigen Kompandierungseinrichtung 6 und der empfängerseitigen Kompandierungseinrichtung 7 erreicht, ohne dass eine Synchronisation erforderlich ist. Ferner kann das Kompandierungsmaß sehr schnell an das Eingangssignal angepasst werden. Ferner wendet die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung 7 das ermittelte Kompandierungsmaß auf die erhaltenen Deltamodulationswerte an und übergibt diese der empfängerseitigen Dekodiereinrichtung 5, die ein Ausgangssignal 11 erzeugt.
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2 zeigt ein Mehrfachgegensprechsystem 12 mit mehreren Deltamodulationskommunikationseinrichtungen 1, bei denen der Sender 2 und der Empfänger 3 zu einer Funktionseinheit integriert sind, so dass sich ein Kommunikationsgerät ergibt. Das Kompandierungsmaß wird von der empfängerseitigen Kompandierungseinrichtung 7 über eine Leitung 10 an die senderseitige Kompandierungseinrichtung 5 übergeben. Die einzelnen Geräte, d. h. Deltamodulationskommunikationseinrichtungen 1, 1' und 1'', können beispielsweise Teil eines Mehrfachgegensprechsystems 12 oder eines sog. drahtloses Headsets für ein Mobiltelefon sein, das mit einer zugeordneten Kommunikationseinrichtung in dem Mobiltelefon den letzten Meter drahtlos und strahlungsverträglich überbrückt. Das Mehrfachgegensprechsystem weist eine Mehrzahl von Deltamodulationskommunikationseinrichtungen 1, 1' und 1'' auf. Die Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 gibt Deltamodulationswerte 13 in ein gemeinsames Übertragungsmedium ab, die von dem Empfänger 3' der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1' und von dem Empfänger 3'' der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1'' erhalten werden. Ebenso erhält der Empfänger 3 der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 die von dem eigenen Sender 2 abgegebenen Deltamodulationswerte 13. Ferner erhält der Empfänger 3 der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 die von dem Sender 2' der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1' und von dem Sender 2'' der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1'' abgegebenen Deltamodulationswerte 14 bzw. 15. Damit gibt jeder Sender an jeden Empfänger Deltamodulationswerte ab, und jeder Empfänger erhält von jedem Sender Deltamodulationswerte. Somit erhält jeder Empfänger das gleiche Summensignal aus Deltamodulationswerten, aus denen jede empfängerseitige Kompandierungseinrichtung folglich das gleiche Kompandierungsmaß ermittelt. Somit ist sichergestellt, dass alle Deltamodulationskommunikationseinrichtungen senderseitig und empfängerseitig das gleiche Kompandierungsmaß verwenden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für die ternäre Deltamodulation. Es ist nicht notwendig, die Deltamodulationskommunikationseinrichtungen miteinander bittaktmäßig zu synchronisieren, da bei der ternären Deltamodulation nur Deltamodulationswerte abgegeben werden, wenn sich das entsprechende Eingangssignal ändert, wodurch sich auch ohne Synchronisation eine niedrige Kollisionswahrscheinlichkeit ergibt. Geeignete Übertragungsmedien wurden vorstehend bereits erwähnt.
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3 zeigt eine Deltamodulationskodiereinrichtung 1, wobei der Sender 2 ferner eine Signalsendeeinrichtung 16 aufweist und der Empfänger ferner eine Signalempfangseinrichtung 17 aufweist. Besonders bevorzugt gibt die Signalsendeeinrichtung 16 eine frequenzmodulierte elektromagnetische Welle an die Luftschnittstelle ab, die durch die Signalempfangseinrichtung 17 erhalten wird. Wird eine Mehrzahl von Deltamodulationskommunikationseinrichtungen 1 bei einem Mehrfachgegensprechsystem verwendet, findet die Summenbildung sozusagen in der Luftschnittstelle statt. Ferner kann die Signalsendeeinrichtung 16 über eine Leuchtdiode, vorzugsweise eine Infrarotleuchtdiode, optische Signale abgeben, die durch eine als optischen Empfänger ausgebildete Signalempfangseinrichtung 17 erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform ist auf optischem Weg sicherzustellen, dass die Signalempfangseinrichtung 17 die Signale von der Signalsendeeinrichtung 16 erhält, was beispielsweise durch einen teildurchlässigen Spiegel oder Einbettung der Leuchtdiode und des optischen Empfängers in Plexiglas® erfolgen kann oder sich durch Streulichtempfang bei einem entsprechend empfindlichen Empfänger von selbst ergeben kann.
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4 zeigt eine Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 mit einem Sender 2 und einem Empfänger 3, wobei die Deltamodulationswerte innerhalb der Deltamodulationskommunikationseinrichtung 1 über eine Verbindung 18 an den Empfänger übergeben werden. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, wenn die Deltamodulationswerte von der Signalsendeeinrichtung an ein Datennetz oder ein sonstiges Netz mit einem etwas aufwändigeren Übertragungsprotokoll, beispielsweise Zeitmultiplex, Frequenzmultiplex oder Ähnliches, übergeben wird. Die Signalsendeeinrichtung 16 und Signalempfangseinrichtung 17 müssen jedoch nicht zwingend bei dieser Ausführungsform vorhanden sein.
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5 zeigt als weitere Ausführungsform eine schaltungstechnische Realisierung eines beispielhaften Senders 2. Ein Mikrofon 102 erfasst Tonsignale, die über ein Tiefpassfilter 104 gefiltert werden. Die Deltamodulationskodiereinrichtung weist eine Subtraktionseinrichtung 105, einen Komparator 106, ein erstes D-Flip-Flop 108, einen ersten Multiplexer 120 und einen Integrator 118 auf. Die Subtraktionseinrichtung 105 subtrahiert von dem Ausgangssignal des Tiefpasses 104 das Ausgangssignal des Integrators 118. Das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 105 wird durch den Komparator 106 binärisiert und an den Dateneingang des ersten D-Flip-Flops 108 angelegt. An den Takteingang des ersten D-Flip-Flops 108 wird der senderseitige Bittakt TCLK angelegt. Das Ausgangssignal des ersten D-Flip-Flops 108 steuert den ersten Multiplexer 120 der seinerseits den Integrator 118 entsprechend bedient, dessen Ausgangssignal als Rückkoppelsignal an den negativen Eingang der Subtraktionseinrichtung 105 angelegt wird. Das Ausgangssignal des ersten D-Flip-Flops 108 wird an den Dateneingang des zweiten D-Flip-Flops 110 angelegt, an dessen Takteingang auch der senderseitige Bittakt angelegt wird. Das erste D-Flip-Flop 108 und das zweite D-Flip-Flop 110 bilden ein zweistufiges Schieberegister, das zusammen mit der Und-Verknüpfung 112 und der NOR-Verknüpfung 114 und 116 die binären Deltamodulationswerte in ternäre Deltamodulationswerte wandelt. Die positiven ternären Deltamodulationswerte werden von der Und-Verknüpfung 112 abgegeben, und die negativen ternären Deltamodulationswerte werden von der NOR-Verknüpfung 114 und 116 abgegeben. Der ternäre Ruhezustand (0) ist dadurch gekennzeichnet, dass keine der beiden Verknüpfungen einen Wert abgibt.
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Der erste Multiplexer 120 wird auch als senderseitige Kompandierungseinrichtung verwendet. Dabei wird ein Kompandierungsmaß über eine Leitung 174 von einem Empfänger bezogen, wie im weiteren beschrieben wird.
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Ein Frequenzsynthesiser 126 erzeugt beim Anlegen eines positiven ternären Deltamodulationswerts an einer Leitung 113 ein Ausgangssignal einer ersten Frequenz, das über eine Leitung 136 abgegeben wird, und beim Anlegen eines negativen ternären Deltamodulationswerts an einer Leitung 117 ein Signal einer zweiten Frequenz, das über die Leitung 136 abgegeben wird. Bei der gewählten Betriebsart des Frequenzsynthesisers 126 wird darum ein Wechsel zwischen den beiden möglichen Frequenzen stets von einer Sendepause von mindestens einer Periodendauer des senderseitigen Bittaktes unterbrochen. Daraus resultiert die niedrige durch die ternäre Deltamodulation beanspruchte Bandbreite bei der Signalübertragung. Beim Aktivieren der Zusatzschaltfunktion durch den Schalter 124 erzeugt der Frequenzsynthesiser 126 synchron zum senderseitigen Bittakt TCLK und im Raster dieses Taktes repetitive Impulse einer dritten Frequenz, die unabhängig von den an den Leitungen 113 und 117 anstehenden positiven und negativen ternären Deltamodulationswerten über die Leitung 136 abgegeben werden. Vorzugsweise befindet sich die dritte Frequenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz. Alternativ können für die Dauer der Betätigung der Zusatzschaltfunktion schnelle mäanderförmige Wechsel zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz erzeugt werden, wobei die Periodendauer des Mäandersignals deutlich unter der Periodendauer des senderseitigen Bittaktes der Deltamodulation liegt. Empfängerseitig kann dann durch Mittelung mit einem Tiefpass wieder eine Frequenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz detektiert werden. Diese Ausführungsform eignet sich für eine Breitbandübertragung; sie hat den Vorteil, dass der Frequenzsynthesiser 126 nur zwei Frequenzen erzeugen muss.
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Während des Übertragens der Zusatzschaltfunktion werden die positiven und negativen ternären Deltamodulationswerte nicht übertragen, was dem Einblenden von ternären Ruhewerten entspricht. Das hat eine gewisse Quantisierungsstörung bei der empfängerseitigen Dekodierung zur Folge. Um diese Quantisierungsstörung zu minimieren, gibt der Frequenzsynthesiser 126 über eine Leitung 138 ein Pausesteuersignal an den Pausesignalsteuereingang des ersten Multiplexers 120 ab. An einem Eingang des ersten Multiplexers 120 liegt ein Ruhesignal (TNCLK) an, das entweder ein konstantes Signal oder ein oszillierendes Signal mit einer Periodendauer, die kürzer ist als die des senderseitigen Bittaktes, sein kann. Liegt das Pausesteuersignal am Pausesignalsteuereingang an, gibt der erste Multiplexer 120 das Ruhesignal (TNCLK) an den Integrator 118 ab. Somit erhält der Integrator 118 im Rückkoppelzweig die gleiche Störung wie die empfängerseitige Deltamodulationsdekodiereinrichtung. Die Regelschleife regelt diesen Störeinfluss nach Deaktivieren der Zusatzschaltfunktion wieder aus. Diese Korrektur kommt im Zuge der Übertragung der Deltamodulationswerte allen empfängerseitigen Dekodiereinrichtungen eines Mehrfachgegensprechsystems zugute.
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In der Signalsendeeinrichtung 130 findet ggf. eine übergeordnete Modulation bzw. Frequenzumsetzung statt. insbesondere können die Sendeimpulse, der ersten, der zweiten und der dritten Frequenz aus ihrer Zwischenfrequenzlage in eine für einen Nachrichtenkanal 134 passende Hochfrequenzlage umgesetzt werden. Im Falle eines optischen Übertragungskanals können auch modulierte Trägerimpulse an infrarotleuchtdioden gegeben werden.
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Mit einer Oder-Verknüpfung 128 wird aus den positiven ternären Deltamodulationswerten und den negativen ternären Deltamodulationswerten ein Signal gewonnen, das mit einer Verzögerungseinrichtung 132 um die Sender- und Empfängerlaufzeit verzögert als Stummschaltsignal 140 an den Empfänger der gleichen Funktionseinheit oder des gleichen Geräts abgegeben wird.
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6 zeigt den Empfänger 3 einer Deltamodulationskommunikationseinrichtung. Die Dekodiereinrichtung weist einen Integrator 158 auf. Die empfängerseitige Kompandierungseinrichtung weist eine Oder-Verknüpfung 152 eine Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung 154, eine Impulsbreitenmodulationseinrichtung 156 und einen zweiten Multiplexer 148 auf. Eine Signalempfangseinrichtung 142 detektiert die Signale aus dem Nachrichtenkanal 134 und gibt bei Empfang der ersten Frequenz einen Impuls an eine Leitung 144 ab, der auf einen positiven ternären Deltamodulationswert hinweist, wobei die Breite des Impulses etwa der Periodendauer des empfängerseitigen Bittaktes entspricht. Beim Empfang der zweiten Frequenz gibt die Signalempfangseinrichtung 142 an eine Leitung 146 einen Impuls ab, der auf einen negativen ternären Deltamodulationswert hinweist, wobei die Breite des Impulses etwa der Periodendauer des empfängerseitigen Bittaktes entspricht.
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Beim Empfang der dritten Frequenz gibt die Signalempfangseinrichtung 142 ein Signal an eine monostabile retriggerbare Kippstufe 164 ab, die die sich wiederholenden Impulse in ein stationäres Zusatzfunktionsschaltsignal wandelt, das an eine Leitung 166 abgegeben wird. Das Zusatzfunktionsschaltsignal kann verschiedene Aufgaben übernehmen, beispielsweise die Ferntastung von Funkgeräten, die ferngeteuerte Abnahme-/Auflegefunktion bei Telefonen, die Fernauslösung der Sprachwahl bei Telefonen, die Stummschaltung der anderen Sender eines Mehrfachgegensprechsystems, wenn eine Sprecherpriorität erwünscht ist.
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Die Oder-Verknüpfung 152 führt eine Betragsbildung der an den Leitungen 144 und 146 anliegenden Impulse durch, die auf positive bzw. negative ternäre Deltamodulationswerte hinweisen. Das Ausgangssignal der Oder-Verknüpfung 152 wird an die Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung 154 weitergeleitet, die hier einen ”Slope Overload Detector” aufweist. Diese detektiert ab einer gewissen Anzahl unmittelbar aufeinander folgender Impulse, die auf positive und negative Deltamodulationswerte hinweisen, die Flankensteilheit, einen sog. ”Slope Overload”. Das Ausgangssignal entspricht einem Flankensteilheitsmaß, dem sag. ”Slope Overload”. Das Ausgangssignal der Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung 154 wird der Impulsbreitenmodulationseinrichtung 156 zugeführt, die daraus ein impulsbreitenmoduliertes Flankensteilheitsmaß erzeugt, das das Kompandierungsmaß ist. Das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß wird über eine Leitung 172 an einen ersten Signaleingang des zweiten Multiplexers 148 und durch einen Inverter 150 invertiert an einen zweiten Signaleingang des zweiten Multiplexers 148 angelegt. Die Leitung 144 ist an einen ersten Steuereingang des zweiten Multiplexers 148 und die Leitung 146 an einen zweiten Steuereingang des zweiten Multiplexers 148 angeschlossen. Liegt an dem ersten Steuereingang ein Impuls an, der auf einen positiven ternären Deltamodulationswert hinweist, wird der erste Signaleingang des zweiten Multiplexers 148 mit einem Signalausgang des zweiten Multiplexers 148 verbunden. Liegt an dem zweiten Steuereingang ein Impuls an, der auf einen negativen ternären Deltamodulationswert hinweist, wird der zweite Signaleingang des zweiten Multiplexers 148 mit dem Ausgang des zweiten Multiplexers 148 verbunden. Da das impulsbreitenmodulierte Kompandierungsmaß und die Impulse, die auf positive oder negative ternäre Deltamodulationswerte hinweisen, miteinander korreliert sind, wird auf diese Weise eine zuverlässige multiplikative Gewichtung mit einfachen Mitteln erzeugt. An einem dritten Signaleingang des zweiten Multiplexers 148 liegt ein Ruhesignal (RNCLK) an, das entweder ein konstantes Signal oder ein oszillierendes Signal mit einer Periodendauer, die kürzer ist als die des empfängerseitigen Bittaktes, sein kann. Liegt weder am ersten Steuereingang noch am zweiten Steuereingang des zweiten Multiplexers 148 ein Impuls an, der auf einen positiven oder negativen ternären Deltamodulationswert hinweist, wird der dritte Signaleingang mit dem Ausgang verbunden.
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Der Ausgang des zweiten Multiplexers 148 ist mit dem Eingang des Integrators 158 verbunden, der eine Ausführungsform der Deltamodulationsdekodiereinrichtung bildet. Je nach ermitteltem Kompandierungsmaß erhält der Integrator längere oder kürzere Impulse, die in Abhängigkeit vom ternären Deltamodulationswert positiv oder negativ sein können. Der Integrator 158 ermittelt aus diesen Impulsen das Ausgangssignal, das über einen Tiefpass 160 und einen Lautsprecher 168 von dem Empfänger abgegeben wird.
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Ferner weist der zweite Multiplexer 148 einen dritten Steuereingang auf, an den die Leitung 140 angeschlossen ist. Liegt an der Leitung 140 das Stummschaltsteuersignal vom Sender der gleichen Deltamodulationskommunikationseinrichtung an, wird bewirkt, dass der zweite Multiplexer 148 das Ruhesignal (RNCLK) als Ausgangssignal abgibt, wodurch der Integrator 158 auf einem konstanten Wert gehalten wird und kein Tonsignal bzw. keine Tonsignaländerung durch den Lautsprecher 168 gegeben wird.
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Außerdem wird das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß, d. h. das Kompandierungsmaß, über eine Leitung 174 dem ersten Multiplexer 120 des Senders übergeben, der in 5 gezeigt ist und die senderseitige Kompandierungseinrichtung bildet. Das impulsbreitenmodulierte Flankensteilheitsmaß wird an einen ersten Signaleingang des ersten Multiplexers 120 und über einen Inverter 122 an einen zweiten Signaleingang des ersten Multiplexers 120 angelegt. Am Ausgang des ersten D-Flip-Flops 108 liegen binäre Deltamodulationswerte an, die an einen ersten Steuereingang des ersten Multiplexers 120 angelegt werden. Je nach binärem Deltamodulationswert am Steuereingang wird der erste oder der zweite Signaleingang des ersten Multiplexers 120 mit dem Ausgang des ersten Multiplexers 120 verbunden. Damit wird eine entsprechend korrekt gewichtete Multiplikation der Deltamodulationswerte erreicht. Es ist nicht erforderlich, dass empfängerseitig und senderseitig der gleiche Bittakt verwendet wird. Ist die Frequenz des empfängerseitigen Bittaktes ein Mehrfaches des senderseitigen Bittaktes, erfolgt die Multiplikation während einer Periodendauer des senderseitigen Bittaktes sozusagen mehrfach, was zum gleichen Ergebnis führt.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass das Flankensteilheitsmaß aus ternären Deltamodulationswerten ermittelt wird. Der Fachmann versteht, dass auch binäre Deltamodulationswerte der Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung 154 bzw. dem ”Slope Overload Detector” übergeben werden können. Der Fachmann versteht auch, dass ein impulsbreitenmoduliertes Flankensteilheitsmaß auch senderseitig aus den ternären Deltamodulationswerten ermittelt werden kann, wie sie durch die Und-Verknüpfung 112 und die NOR-Verknüpfung 114 und 116 abgegeben werden.
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7 zeigt Details einer erfindungsgemäßen Kompandierungseinrichtung. Gibt die Flankensteilheitsbestimmungseinrichtung 154 ein analoges Ausgangssignal ab, wird es über einen Analog/Digital-Wandler 173 in ein 5 Bit breites Digitalsignal gewandelt, das an einen ersten Eingang eines 5-Bit-Komparators 176 angelegt wird. Am Eingang eines 6-Bit-Binärzählers 175 wird ein Taktsignal NCLK gelegt, das ein ganzzahliges Mehrfaches des Bittaktes ist, der die niedrigere Periodendauer aufweist, wobei die 5 niederwertigsten Bits des Binärzählerausgangs an einen zweiten Eingang des digitalen Komparators 176 angeschlossen sind und das höchstwertige Bit des Ausgangs des Binärzählers 175 an einen ersten Eingang einer Oder-Verknüpfung 180 angeschlossen ist. Die Frequenz des Taktes NCLK und der Binärzähler müssen so ausgewählt werden, dass die maximale Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Kompandierungsmaßes kleiner oder gleich dem Bittakt ist, der innerhalb der Deltamodulationskommunikationseinrichtung die kürzeste Periodendauer hat. Das Ausgangssignal des Komparators wird über einen Inverter 178 invertiert und an einen zweiten Eingang der Oder-Verknüpfung 180 angelegt. Damit sich für die Deltamodulationskodiereinrichtung im Sender immer ein eindeutiger Regelsinn ergibt, ist es bevorzugt, dass die Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Kompandierungsmaßes bei einem Wert von knapp über der Hälfte der Periodendauer des entsprechenden Bittaktes beginnt. Bei maximaler Kompandierung entspricht die Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Kompandierungsmaßes dem entsprechenden Bittakt. Dabei geht das impulsbreitenmodulierte Signal in ein stationäres Signal über. Dadurch dass das höchstwertige Bit des Binärzählers 175 an das Oder-Gatter 180 angelegt wird, ist sichergestellt, dass die Impulsbreite des impulsbreitenmodulierten Kompandierungsmaßes immer größer als die Hälfte des entsprechenden Bittaktes ist. Das Ausgangssignal der Oder-Verknüpfung wird bei dieser Ausführungsform über eine Leitung 174 an die senderseitige Kompandierungseinrichtung übergeben und über die Leitung 172 an den zweiten Multiplexer 148 im Empfänger.
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Der Fachmann erkennt in 5 und 6 ferner, dass das senderseitige Tonsignal als Nebenschlusssignal vom Sender 2 an den Empfänger 3, beispielsweise durch eine Leitung 182, gedämpft übergeben werden kann, und der Empfänger 3 dieses Signal vorzugsweise über den Lautsprecher 168 abgeben kann, wenn das Stummschaltesignal 140 aktiv ist. Dazu muss lediglich das Signal des Mikrofons 102 verstärkt werden und in der Leitung 162 eine Summationseinrichtung 184 vorgesehen werden.
