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Verfahren zur Übertragung von Mehrkanal-Stereofonie mittels Pulsamplitudenmodulation
Für die Übertragung mehrkanaliger stereofonischer Programme beim Rundfunk od. dgl.
ist die Anwendung von Zeitmultiplex, z. B. in Form der Pulsamplitudenmodulation
(PAM) vorgeschlagen worden. Dabei werden die Signale der getrennten Stereokanäle
mit hoher Ab:tastfrequenz nacheinander abgetastet und zeitlich gebündelt übertragen.
Für die Übertragung der mehrkanaligen Stereosignale ist dann ein einziger Kanal,
z. B. eine einzige Trägerwelle, ausreichend. Empfangsseitig werden die Abtastwerte
mit der Abtastfrequenz wieder auf getrennte Stereokanäle verteilt. Hierfür wird
ein Verteiler verwendet, der mit dem Abtaster auf der Senderseite synchron arbeitet.
Ein normaler Rundfunkempfänger ohne diesen Verteiler nimmt in wesentlichen die Summe
der Stereosignale auf und ermöglicht damit eine monaurale Wiedergabe; andererseits
kann man mit einem Stereoempfänger auch monaurale Sendungeen abhören. Das Verfahren
ist also kompatibel.
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Werden für die Abtastung bei Pulsamplitudenmodulation, kurze Rechteckimpulse
verwendet, so ergibt sich im Prinzip ein unendlich ausgedehntes Frequenzspektrum,
welches sich nicht für eine wirtschaftliche Übertragung eignet. Beschneidet man
es, so kann die Übertragungsqualität beeinträchtigt werden. Durch die Beschneidung
entsteht auch die Gefahr des Nebensprechens. Die Frequenzbandbeschneidung erfordert
deshalb ein Tiefpaßfilter mit großer Flankensteilheit, das sich nur schwer realisieren
läßt, da -s außerdem die Forderung eines linearen Phasengangs erfüllen muß.
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In der Mehrkanaltechnik ist es an sich bekannt, aus einem mit Pulsamplitudenmodulation
übertragenen Mehrkanalsignal ein Signal von treppenförmigem Pulsverlauf als Zwischenstufe
innerhalb der Empfangsgeräte zu bilden. Andererseits ist es an sich bekannt, zur
Bandeinsparung Rechteckimpulse einer mehrkanaligen Pulsfolge in ein Signal, von
Kosinuspulsform umzuformen. Trotz Bekanntsein dieser beiden Maßnahmen bestand jedoch
in Fachkreisen das Vorurteil, daß Impulsmodulationsverfahren für den Stereorundfunk
ausscheiden müßten, da sie sich schlecht mit den, bisherigen Modulationsarten vertragen
und ein großes Frequenzband beanspruchen würden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine geeignete Pulsform für die Übertragung
des PAM-Stereosignals zu finden, die die Abstrahlung eines weniger ausgedehnten
Frequenzspektrums erfordert bzw. eine Frequenzbandbeschneidung mit einfacheren Mitteln
ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß aus dem durch
Abtastung der getrennten primären Stereosignale gewonnenen zusammengesetzten sekundären
Stereosignal ein Signal von treppenförmigem Pulsverlauf gebildet wird. Dieses wird
voreilhaft in ein Signal von Kosinuspulsform umgeformt. Damit kann man die mehrkanalige
Stereoinformation einkanalig übertragen. Es ist auch möglich, die Treppenspannung
direkt zu übertragen und die Kosinuspulsform auf der Empfangsseite zu bilden.
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Eine Möglichkeit zur Bildung des Treppensignals besteht in der Anwendung
einer Kondensatorspeicherung mit bestimmter Zeitkonstante nach der Abtastung. Das
Kosinuspulssignal kann aus dem Treppensignal durch ein vereinfachtes Tiefpaßfilter
mit geringer Flankensteilheit gewonnen werden, das sich leicht mit linearem Phasengang
herstellen läßt. Der Tiefpaß läßt sich auch auf der Empfangsseite anwenden.
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Die Erfindung ist an, Hand von Zeichnungen näher erläutert. _ Fig.
1 zeigt im Blockschaltbild eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Anordnung auf der Senderseite, Fig. 2 an verschiedenen Stellen der Schaltung
auftretende Pulsformen, Fig.3 das Frequenzspektrum der einzelnen Pulsformen und
Fig. 4 die Frequenzkurve eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Tiefpaßfilters.
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Die getrennten primären Stereosignale,4 und B der verschiedenen Stereokanäle
werden in Fig. 1 zwei elektronischen Schaltern in den Modulatoren NIl und
, 'V zur Abtastung zugeführt. Das Frequenzband jedes 1 2 el Signals
möge sich beispielsweise von 30 Hz bis 15 kHz erstrecken. Als Abtastfrequenz fo
wird zweckmäßig die doppelte Frequenz, also 30 kHz, verwendet. Die Kreisfrequenz
o), beträgt dann 2@i fo.
In Fig: 2, Zeile ca, sind Beispiele für
die beiden Stereosignale A (t) und B (t) dargestellt. Ein Impulsgenerator
G liefert zwei um 180° versetzte Folgen schmaler Rechteckimpulse mit der Abtastfrequenz
fo von 30 kHz, die die elektronischen Schalter in den Modulatoren 1111 und. 1112
steuern und dadurch die beiden primären Stereosignale A und B abwechselnd
abtasten. Die Zeile b in Fig. 2 zeigt das mit diesen kurzen Rechteckimpulsen abgetastete
Stereosignal A und Zeile c das entsprechend abgetastete Signal B. Der Impulsabstand
To =1l f o beträgt beispielsweise 33,3 #ts, und die beiden Impulsfolgen sind um
16,7 [.s gegeneinander versetzt. Die Impulsdauer bzw. die Schaltzeit t" der elektronischen
Schalter beträgt beispielsweise 1/2o To. Die Modulatoren Ml und ?V12 werden ausgangsseitig
zusammengeschaltet, und es würde ein zusammengesetztes sekundäres Stereosignal gemäß
Fig.2, d entstehen, welches bei e an den Kondensator C gelangt. Dieser
bildet zusammen mit dem Durchlaß-Innenwiderstand R1 der elektronischen Schalter
in den Modulatoren Ml, 1V12 einen Kreis mit bestimmter Zeitkonstante, die so gewählt
wird, daß in jedem Fall die Aufladung während der Schaltzeit t, sichergestellt ist.
Dies wird erreicht, wenn die Schaltzeit t, wesentlich bzw. mehrfach (z. B. fünffach)
größer ist als die Ladezeitkonstante R1 - C. Der Kondensatorspeicherkreis hat die
Eigenschaft, daß nach jedem Abtastimpuls die Ladung stehenbleibt, bis sich beim
nächsten Impuls ein neuer Wert einstellt. Damit wird das in Fig.2, e gezeigte Signal
von treppenförmigem Pulsverlauf aus dem zusammengesetzten sekundären Stereosignal
der Fig.2, d gewonnen. Aus diesem Treppensignal läßt sich mit einfachen Mitteln,
z. B. mit einem Tiefpaß F, der Kosinuspulsverlauf Fig.2, f, g, h herstellen, der
besonders gute Übertragungseigenschaften besitzt und ein Spektrum geringer Ausdehnung
aufweist. In Fig. 2, f ist das aus dem Stereosignal A gewonnene Kosinussignal, in
Fig. 2, g das aus dem anderen primären Stereosignal B gewonnene Kosinussignal und
in Fig, 2, la das Kosinussignal aus dem zusammengesetzten sekundären Signal dargestellt.
Die Formen nach Fig: 2, f bzw. 2, g treten nur auf, wenn das Signal A oder
B allein gesendet wird.
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Aus der Darstellung der Freqüenzspektren in Fig. 3 ist der Unterschied
der einzelnen Signale ersichtlich. Die Kurve i zeigt das praktisch unendlich ausgedehnte
Spektrum der schmalen Rechteckimpuise nach Fig. 2, b bis 2, d. Die Kurve j stellt
das Spektrum des Treppensignals nach Fig. 2, e dar, welches bereits eine wesentlich
geringere Ausdehnung besitzt, und die Kurve h zeigt das Spektrum des Kosinussignals,
welches gegenüber dem Treppensignal den Vorteil hat, daß es oberhalb von 2 fo praktisch
keine nennenswerten Amplituden mehr aufweist. Zweckmäßig wird in Fig. 1 dem Kondensator
C eine Trennröhrenstufe Tr mit sehr hochohmigem Eingang und niederohmigem Ausgang,
z. B. eine Kathodenstufe, nachgeschaltet, damit die Ladung auf dem Kondensator durch
den folgenden Kreis nicht beeinflußt wird und das anschließende Tiefpaßfilter F
niederohmig gehalten werden kann:. Am Ausgang dieses Filters entsteht bei h das
Kosinussignal, mit dem der Sender S in der Frequenz moduliert wird. Die Anforderungen
an den Tiefpaß F zur Umwandlung des Treppensignals in das Kosinussignal sind gering;
Fig.4 zeigt einen geeigneten Frequenzgang, dessen Dämpfung bei fo = 30 kHz etwa
0,23 Neper und bei 2 fo = 60 kHz etwa 1 Neper beträgt. Für diesen vereinfachten
Tiefpaß ist es nicht schwierig, die Voraussetzung eines linearen Phasenganges noch
gut zu realisieren. Der Tiefpaß kann sich auch auf der Empfangsseite befinden..
Er kann auch durch ein Zwischenfrequenzfilter im Empfänger allein oder zusätzlich
gebildet werden.