DE1157652B

DE1157652B - Transmitter for pulse code modulation transmission systems

Info

Publication number: DE1157652B
Application number: DEJ18657A
Authority: DE
Inventors: Bent Bulow Jacobsen
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1959-09-03
Filing date: 1960-09-03
Publication date: 1963-11-21
Also published as: GB873926A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Übertragungssysteme mit Pulscodemodulation und betrifft Verbesserungen an den Codiereinrichtungen für solche Systeme.The invention relates to pulse code modulation transmission systems and concerns improvements at the coding facilities for such systems.

Enthält ein Signalfrequenzband eine Gruppe von beispielshalber sechzig einzelnen Kanalfrequenzbändern, die nach Frequenzmultiplexprinzip über ein Pulscodemodulationssystem übertragen werden, so ändert sich die Belastung des Systems sehr stark gemäß der Anzahl derjenigen Kanäle, die gleichzeitig in Betrieb sind.If a signal frequency band contains a group of, for example, sixty individual channel frequency bands, which are transmitted according to the frequency division multiplex principle via a pulse code modulation system, see above the load on the system changes very much according to the number of those channels that are running simultaneously are in operation.

Nimmt man an, daß die zu übertragenden Signalamplituden linear quantisiert werden, d. h. in gleichmäßig hohe Amplitudenstufen unterteilt werden, so zeigt sich, daß die Zahl der erforderlichen Quantisierungsschritte verschieden ist, je nachdem, ob gerade in sämtlichen Kanälen übertragen wird oder nur in einigen wenigen.If one assumes that the signal amplitudes to be transmitted are quantized linearly, i. H. in evenly If high amplitude levels are subdivided, it can be seen that the number of quantization steps required is different, depending on whether all channels are being transmitted or only in a few.

Unterstellt man, daß die Quantisierungsschritte gleichen Spannungsänderungen entsprechen, so ergibt sich, daß dann, wenn alle Kanäle in Betrieb sind, so daß das Codemodulationssystem voll ausgelastet ist, eine geringe Anzahl von Quantisierungsschritten ausreicht. Sind jedoch in diesem Falle nur ein oder zwei Kanäle in Betrieb, so zeigt sich, daß die Spannungsänderungen häufig kleiner sein werden, als es einem Quantisierungsschritt entspricht, so daß überhaupt nichts übertragen wird. Der Quantisierungsschritt muß, mit anderen Worten, stark vermindert werden und die Gesamtzahl der Schritte demgemäß erhöht werden, wenn ein einziger, nur geringfügig belasteter Kanal zufriedenstellend übertragen werden soll.Assuming that the quantization steps correspond to the same voltage changes, the result is that when all channels are in operation so that the code modulation system is fully utilized, a small number of quantization steps is sufficient. However, in this case there are only one or two Channels in operation, it turns out that the voltage changes will often be smaller than it is Quantization step, so that nothing is transmitted at all. The quantization step In other words, it must be greatly reduced and the total number of steps increased accordingly if a single, only slightly loaded channel is to be transmitted satisfactorily.

Ein weiterer gewichtiger Gesichtspunkt ist der des Geräuschabstandes. Die Quantisierung ist ein nichtlinearer Prozeß, auf Grund dessen sich die empfangene Signalwelle von der Sendewelle unterscheidet und wie bei anderen nichtlinearen Vorgängen Komponenten enthält, die in der ursprünglichen Welle nicht vorhanden waren. Im Falle einer 60-Kanal-Gruppe, in der alle Kanäle in Betrieb sind, sind die zusätzlichen Komponenten gleichmäßig über das gesamte Gruppenfrequenzband verteilt mit einer Tendenz, in der Nähe des oberen Bandendes in etwas geringerem Umfange aufzutreten. Diejenigen Komponenten, die in irgendein individuelles Kanalband fallen, erscheinen dort als Geräusch, was in üblicher Weise als »Quantisierungsrauschen« bezeichnet werden soll.Another important aspect is that of the signal-to-noise ratio. The quantization is a non-linear process, on the basis of which the received Signal wave differs from the transmission wave and, as in other non-linear processes, components contains that were not present in the original wave. In the case of a 60-channel group, In which all channels are in operation, the additional components are uniform across the entire Group frequency band spread out with a tendency towards something near the upper end of the band occur to a lesser extent. Those components that are in any individual channel band fall appear there as noise, which is usually referred to as "quantization noise" target.

Sind jedoch beispielshalber nur zwei Kanäle in Betrieb, und zwar mit niedrigem Pegel, so sind die Komponenten des Quantisierungsrauschens, die auf diese Signale zurückgehen, nicht mehr gleichmäßig Sendeeinrichtung für Pulscodemodulations-Übertragungssysteme However, if only two channels are in operation, and with a low level, for example, they are Components of the quantization noise that are due to these signals are no longer uniform Transmitting device for pulse code modulation transmission systems

Anmelder:Applicant:

International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)International Standard Electric Corporation, New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart W, Rotebühlstr. 70Representative: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 3. September 1959 (Nr. 30 036)Claimed priority:
Great Britain, September 3, 1959 (No. 30 036)

Bent Bulow Jacobsen, London,
ist als Erfinder genannt wordenBent Bulow Jacobsen, London,
has been named as the inventor

über das Gruppenfrequenzband verteilt, sondern haben die Neigung, in der Nähe der Summen und Differenzen der Signalfrequenzen und ihrer Harmonischen aufzutreten. Daher empfangen gewisse andere Kanäle erhebliches Quantisierungsrauschen. Es hängt dies damit zusammen, daß der momentane Quantisierungsfehler nicht gleichmäßig über der Zeitachse verteilt ist, wenn ein oder zwei Kanäle nur mit geringem Pegel betrieben werden.distributed over the group frequency band, but tend to be close to the sums and Differences in signal frequencies and their harmonics occur. Hence certain others receive Channels have significant quantization noise. It is related to the fact that the current quantization error is not evenly distributed over the time axis if one or two channels are only slightly Level are operated.

Die Quantisierungsschritte ausreichend klein zu wählen, ist also nicht nur notwendig, um die Übertragung eines einzigen Kanals mit niedrigem Pegel sicherzustellen, sondern auch, um zu gewährleisten, daß sich das Quantisierungsrauschen für jeden Kanal unter allen Belastungszuständen des Systems innerhalb der vorgegebenen Grenzen hält. Für die üblichen Codemodulationsysteme für die Übertragung eines aus einer großen Anzahl von Kanälen bestehendenChoosing the quantization steps to be sufficiently small is therefore not only necessary for the transmission a single low-level channel, but also to ensure that the quantization noise for each channel under all load conditions of the system is within the given limits. For the usual code modulation systems for the transmission of a consisting of a large number of channels

Gruppenfrequenzbandes würde dies bedeuten, daß der Quantisierungsschritt so klein zu wählen wäre, daß die Gesamtzahl von Quantisierungsschritten, die notwendig ist, um den Amplitudenbereich des voll ausgelasteten Systems zu überdecken, untragbar groß werden würde.Group frequency band this would mean that the quantization step would have to be chosen so small, that the total number of quantization steps that is necessary to fully cover the amplitude range of the Covering a busy system would become prohibitively large.

Eine andere Methode, unter Vermeidung einer großen Anzahl von Quantisierungsschritten das Quan-Another method, while avoiding a large number of quantization steps, the quant

309 749ß54309 74954

3 43 4

tisierungsrauschen in erträglichen Grenzen zu halten, Quelle 2 ein geeignetes Geräuschband oder geeignete besteht darin, das zu übertragende Signal logarith- Geräuschbänder auswählt. Das Rauschen am Ausmisch vorzuverzerren und anschließend in gleichen gang des Filters 3 wird dem von der Kanaleinrich-Stufen zu quantisieren und zu übertragen. Es wird tungl erzeugten Gruppenfrequenzband mittels eines dabei die bekannte Eigenschaft des menschlichen 5 Gabelübertragers 4 oder mit Hilfe anderer geeigneter Ohres, gleiche relative Verzerrungen annähernd als Einrichtungen zugefügt. Die kombinierte Signalwelle gleich störend zu bewerten, ausgenutzt. Auf der Emp- wird an einen Pulscoder 5 üblicher Art angelegt, der fangsstation muß das Signal dann wieder entzerrt die Signalwelle abtastet und quantisiert und in beiexpandiert) werden. Dabei müssen die Kennlinien kannter Weise entsprechende Gruppen von Codeder sendeseitigen Kompression und der empfangs- io impulsen erzeugt. Die Impulse gelangen über den seitigen Expansion genau aneinander angepaßt wer- Leiter 6 an einen nicht dargestellten Sender irgendden, weshalb sich dieses Verfahren wohl für Über- welcher Art. Das Prinzip der Erfindung wird an Hand tragung einzelner weniger Kanäle als durchaus an- der Fig. 2 erläutert. Diese zeigt mit der Zeit als wendbar erweist, seiner Verwendung jedoch bei gro- Alszine die Null-Achse 7 der Signalamplitude sowie ßer Kanalzahl, beispielsweise bei der Übertragung 15 vier Niveaulinien für Amplitudenpegel, die mit +3 einer 60-Kanal-Grundgruppe, erhebliche Schwierig- 5/2, +5/2, —S/2 und —3 S/2 bezeichnet sind, wobei keiten im Wege stehen. S die Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbarten Die vorliegende Erfindung hat es sich nun zum Pegeln ist. Liegt der Signaltastwert irgendwo zwischen Ziel gesetzt, die erwähnten Nachteile und Schwierig- den Werten Null und +5, dann erscheint er nach keiten zu überwinden. Erfindungsgemäß handelt es 20 der Quantisierung mit der Amplitude S/2. Es sei ansich dabei um eine Sendeeinrichtung für Pulscode- genommen, daß das Signal eine konstante Amplitude modulations-Übertragungssysteme mit linearer Quan- (l+#) S/2 habe, wie es die Linie 8 in Fig. 2 andeutet, tisierung, insbesondere zur gemeinsamen Codierung Mit einer üblichen Codieranordnung würde diese und Übertragung eines Signalfrequenzbandes, in dem Amplitude für jeden Wert von α zwischen +1 und eine Vielzahl Einzelkanäle nach Frequenzmultiplex- 25 —1 als S/2 codiert werden, dagegen als 35/2 für prinzip aneinandergereiht sind. Sie ist dadurch ge- jeden Wert von α zwischen +1 und +2. Ist nun gekennzeichnet, daß der Signalwelle vor Anlegung an maß der Erfindung die Rauschwelle überlagert, so den Coder ein Band weißen Rauschens mit einem wird die effektive Signalwellenform so aussehen, wie Effektivwert von etwa der halben Höhe der Quanti- es durch die unregelmäßige Welle 9 angedeutet ist. sierungsstufen zugefügt wird und daß die Zahl der 30 Es gibt eine ziemlich erhebliche Anzahl von Tast-Quantisierungsstufen kleiner gehalten ist, als sie bei werten mit quantisierten Pegeln Null und 5 und ferner linearer Quantisierung ohne Kompandierung erforder- eine geringere Anzahl mit anderen Pegeln wie 3 5/2, lieh wäre. —5/2 usw.To keep tization noise within tolerable limits, source 2 a suitable noise band or suitable consists in selecting the signal to be transmitted logarithic noise bands. The noise is pre-distorted at the mixing and then in the same course of the filter 3 is quantized and transmitted by the channel setup stages. It is generally generated group frequency band by means of the known property of the human fork transmitter 4 or with the help of other suitable ears, approximately equal relative distortions as devices. To evaluate the combined signal wave equally disruptive, exploited. A pulse encoder 5 of the usual type is applied to the receiving station, the signal must then be equalized again, the signal wave scanned and quantized and expanded. The characteristic curves must generate corresponding groups of codes for the compression on the transmission side and the reception pulses in a known manner. The impulses arrive via the lateral expansion precisely matched to one another. Conductor 6 to any transmitter (not shown), which is why this method is probably suitable for whatever type. 2 explained. This shows over time as reversible, but its use with large Alszine the zero axis 7 of the signal amplitude as well as ßer channel number, for example in the transmission 15 four level lines for amplitude levels, the +3 of a 60-channel basic group, is considerably difficult - 5/2, +5/2, - S / 2 and -3 S / 2 are designated, with keiten being in the way. S is the voltage difference between two neighboring The present invention has now turned to leveling. If the signal sample lies somewhere between the goal set, the disadvantages and difficulties mentioned - the values zero and +5, then it seems to be overcome after a while. According to the invention, it is the quantization with the amplitude S / 2. It is assumed that the signal has a constant amplitude modulation transmission system with linear quantum (1 + #) S / 2 , as indicated by line 8 in FIG Coding With a conventional coding arrangement, this and transmission of a signal frequency band in which the amplitude for each value of α between +1 and a large number of individual channels would be coded as S / 2 according to frequency division multiplexing 25-1, on the other hand, would be strung together as 35/2 for principle. It is therefore any value of α between +1 and +2. If it is now indicated that the signal wave is superimposed on the noise wave prior to application of the invention, the coder will have a band of white noise with an effective signal waveform like the rms value of about half the height of the quanti- es indicated by the irregular wave 9 is. and that the number of 30 key quantization steps is kept smaller than is the case with values with quantized levels zero and 5 and, furthermore, linear quantization without companding - a smaller number with other levels such as 3 5 / 2, would be borrowed. —5/2 etc.

Wie später näher erläutert werden wird, ist das Beträgt der quantisierte Mittelwert der Amplitude notwendige Maß des hinzuzufügenden Geräusches 35 der hinzugefügten Rauschwelle mindestens 5/2, so sehr gering und kann so gewählt werden, daß die ist das Verhältnis der verschiedenen Quantisierungs-Anzahl der zur Erfüllung der Forderungen notwen- pegel derart, daß der mittlere Quantisierungspegel digen Quantisierungsschritte erheblich verkleinert recht genau α S/2 ist, und zwar für alle Werte von a. wird, wobei auch die zugelassenen Grenzen für das Die Signalamplitude wird folglich durch die Hinzu-Gesamtgeräusch in jedem Kanal eingehalten werden. 40 fügung des Rauschens getreu übertragen. Ist der Wie weiter unten erklärt wird, beseitigt das hinzu- quantisierte Mittelwert der Rauschamplitude 5/2, so gefügte Rauschen die Diskontinuität, die eintritt, wenn übersteigt der Codierungsfehler für keinen Wert von a die Signalamplitude mit einem Quantisierungsschritt den Wert ±¹/sooS. Wird die Amplitude des hinzuvergleichbar wird, so daß der auf die Quantisierung gefügten Rauschens auf 5/3 vermindert, so ist der zurückgehende Nichtlinearitätseffekt, der in einem 45 maximale Codierungsfehler ± V20 5. In einigen Fällen herkömmlichen System unter dieser Bedingung außer- wird dies bereits genügen.As will be explained in more detail later, if the quantized mean value of the amplitude is the necessary measure of the noise 35 to be added to the added noise wave, it is at least 5/2, so very small and can be chosen so that it is the ratio of the different quantization numbers to the Fulfillment of the requirements necessary in such a way that the mean quantization level digen quantization steps is considerably reduced and quite precisely α S / 2 , namely for all values of a. The signal amplitude is consequently complied with by the added total noise in each channel. 40 faithful transmission of the noise. If the As will be explained below, the added quantized mean value of the noise amplitude eliminates 5/2, the added noise eliminates the discontinuity that occurs when the coding error does not exceed the signal amplitude for any value of a with a quantization step of ± ¹ / sooS. If the amplitude of the becomes comparable, so that the noise added to the quantization is reduced to 5/3, the declining non-linearity effect is the result of a 45 maximum coding error ± V20 5. In some cases conventional system under this condition, this is already done suffice.

ordentlich groß wird, vermieden wird. Ferner ver- Der Nachteil der Hinzufügung des Rauschens auf hindert die Hinzufügung des Rauschens die tatsäch- der Sendeseite liegt darin, daß dieses Rauschen in liehe Größe des Quantisierungsschrittes um einen abgeänderter Form auch empfangsseitig auftritt. Der beachtlichen Faktor. 50 erreichte Vorteil aber ist, daß die Signalamplitude Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung im Mittel korrekt wiedergegeben wird, statt daß Fehnäher erläutert werden. ler auftreten, die für einige Werte von a die Größe Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Pulscode- von ± 5/2 erreichen können. Die Bandbreite des modulationssystems nach der Erfindung im Block- zugefügten Rauschens sollte grundsätzlich so groß schaltbild; 55 sein, daß die Wirkung des Rauschens auf aufein-Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der anderfolgende Codeoperationen dem Zufall unterArbeitsweise des Systems nach Fig. 1. liegt.neatly large is avoided. Furthermore, the disadvantage of adding the noise prevents the addition of the noise on the actual transmitting side is that this noise also occurs in a modified form on the receiving side in the size of the quantization step. The considerable factor. The advantage achieved is, however, that the signal amplitude is now to be reproduced correctly on the average with the aid of the drawing, instead of being explained in more detail. ler occur that the size of Fig for some values of a. 1 shows an embodiment of a pulse code of ± 5/2 can achieve. The bandwidth of the modulation system according to the invention in the noise added to the block should basically be as large as the circuit diagram; 55 be that the effect of noise on one-Fig. FIG. 2 shows a diagram for explaining the other code operations randomly under the operation of the system of FIG.

Fig. 1 zeigt den Sender für ein Pulscodemodula- Bisher wurde angenommen, daß die Signalampli-Fig. 1 shows the transmitter for a pulse code module so far it was assumed that the signal amplification

tionssystem, bei dem Block 1 die üblichen Kanalein- tude konstant ist. Ein entsprechender Vorteil ergibttion system in which block 1 the usual canal intrusion is constant. There is a corresponding advantage

richtungen einschließlich der Modulatoren für die 60 sich jedoch auch mit einem Signal variabler Ampli-directions including the modulators for the 60 but also with a signal of variable amplification

Erzeugung eines Gruppenfrequenzbandes, das aus tude, das beispielsweise einer 60-Kanal-GrundgruppeGeneration of a group frequency band that consists of tude, for example a 60-channel basic group

einer Anzahl aneinanderschließender Kanalfrequenz- entsprechen möge. Der Codierfehler tritt unsystema-may correspond to a number of mutually connecting channel frequencies. The coding error occurs unsystematically

bänder besteht, symbolisiert. Im Falle eines 60-Kanal- tisch auf, was auch immer die Natur des Signals sei,ribbons, symbolizes. In the case of a 60-channel table, whatever the nature of the signal,

Systems ist die Breite des Gruppenfrequenzbandes und das entsprechende unsystematisch auftretendeSystem is the width of the group frequency band and the corresponding unsystematically occurring

beispielshalber etwa 24OkHz, wenn jeder einzelne 65 Rauschen ist gleichmäßig über das gesamte Bandfor example about 24OkHz if every single 65 noise is uniform over the entire band

Kanal eine Bandbreite von 4 kHz hat. verteilt.Channel has a bandwidth of 4 kHz. distributed.

Block 2 stellt eine Quelle bekannter Art für weißes Ohne das hinzugefügte Rauschen hat der Codier-Block 2 represents a source of known type for white. Without the added noise, the coding

Rauschen dar, auf die ein Filter 3 folgt, das aus der fehler die Neigung zur Systematik, und zwar dann,Noise, followed by a filter 3, which from the error the tendency to systematics, namely then,

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wenn die Eingangssignalamplitude mit der Höhe der Spannungsspitzen bis zu etwa +10 Volt richtigif the input signal amplitude is correct with the height of the voltage peaks up to about +10 volts

Quantisierungsschritte vergleichbar wird. Ein syste- codiert werden. Folglich wäre es notwendig, etwaQuantization steps becomes comparable. A system-coded. Consequently, it would be necessary, roughly

matischer Codierfehler aber führt zu nichtlinearen fünfhundert Quantisierungsstufen vorzusehen, um denHowever, matic coding error leads to non-linear five hundred quantization steps to be provided around the

Verzerrungen, was bedeutet, daß das Quantisierungs- gesamten Bereich zu überdecken. Dies würde die An-Distortion, which means that the quantization range has to be covered. This would

rauschen nicht gleichförmig verteilt ist, sondern in 5 Wendung eines binären Codes mit neun Elementennoise is not evenly distributed, but in 5 turns of a binary code with nine elements

verschiedenen Teilen des Signalfrequenzbandes ver- erfordern,require different parts of the signal frequency band,

stärkt ist. Es wurde schon darauf hingewiesen, daß ein Signal,is strengthens. It has already been pointed out that a signal

Wenn das hinzugefügte Rauschen einem Band ent- dessen Spannung geringer ist als die den Quantisie-If the added noise to a tape is either its voltage is less than that of the quantization

nommen wird, das zwischen der höchsten Signalfre- rungsschritten zugeordnete Spannung, bei bisher üb-it is assumed that the voltage allocated between the highest signal recovery steps, with previously transmitted

quenz und einer Frequenz liegt, die gleich der Diffe- io liehen Codiereinrichtungen überhaupt nicht über-frequency and a frequency that is equal to the dif- io borrowed coding devices not at all.

renz zwischen der doppelten Abtastfrequenz, die bei tragen wird. Im Beispielsfalle muß das Signal alsorence between double the sampling frequency that will contribute. In the example, the signal must therefore

der Codierung verwendet wird, und der höchsten eine höhere Amplitude haben als 0,0367 Volt. Diesthe coding is used and the highest have an amplitude greater than 0.0367 volts. this

Signalfrequenz liegt, dann ruft es ein Empfangs- entspricht einem sinusförmigen Signal in einem ein-Signal frequency lies, then it calls a reception corresponds to a sinusoidal signal in a single

rausohen unmittelbar nicht hervor. zigen Kanal mit einem Pegel von etwa 32 Dezibelthey do not immediately emerge. umpteen channel with a level of around 32 decibels

Wächst die Signalamplitude an, so daß sie eine 15 unterhalb 1 Milliwatt an einem Punkt mit relativemThe signal amplitude increases so that it is a 15 below 1 milliwatt at a point with relative

ziemlich große Anzahl von Quantisierungsschritten Pegel.quite a large number of quantization levels.

überdeckt, dann ist die »Linearisierangs«-Wirkung Ein solcher Pegel ist, wenn der Kanal nur schwachcovered, then the "linearization" effect. Such a level is when the channel is only weak

des hinzugefügten Rauschens weniger notwendig. beaufschlagt ist, nicht undenkbar, so daß der Quan-of the added noise is less necessary. is not unthinkable, so that the quantum

Wenn die Signalamplitude groß ist, dann ist die auf tisierungsschritt selbst dann, wenn er die Geräusch-If the signal amplitude is large, then the increase step is even if it is the noise

die Quantisierung zurückgehende Nichtlinearität von 20 forderungen bei voller Last erfüllt, noch zu grob fürthe quantization of declining non-linearity of 20 requirements is met at full load, still too coarse for

geringerer Bedeutung. den Fall ist, daß die Belastung nur schwach ist. Dar-lesser importance. the case is that the load is only weak. Dar-

Zusätzlich zur erheblichen Linearisierung des über hinaus werden die Geräuschforderungen, wieIn addition to the considerable linearization of the beyond, the noise demands, such as

Systems für einen nur wenig belasteten einzigen Kanal oben schon erläutert wurde, in gewissen KanälenSystem has already been explained above for a single channel that is only slightly loaded, in certain channels

hat das hinzugefügte Rauschen den Effekt, daß das dann nicht erfüllt werden, wenn einige wenige Kanälethe added noise has the effect that these are not fulfilled when there are a few channels

Quantisierungsrauschen gleichmäßig über das ganze 25 nur schwach belastet sind, nämlich wegen der inQuantization noise is only lightly loaded evenly over the whole of 25, namely because of the in

Frequenzband verteilt wird, so daß in keinem Kanal diesem Falle ungleichmäßigen Verteilung der Kom-Frequency band is distributed, so that in no channel in this case uneven distribution of the com-

ein extremes Rauschen empfangen wird. ponenten des Quantisierungsrauschens.extreme noise is received. components of the quantization noise.

Im folgenden sei ein Beispiel angeführt. Ein System Wie bereits ausgeführt, werden diese Schwierigerstrecke sich über eine Entfernung von 2500 km, und keiten jedoch gemäß der Erfindung dadurch vollstänzwar auf Grund von neun in Reihe geschalteten Puls- 30 dig überwunden, daß ein weißes Rauschen mit einem codemodulationsverbindungen, und zu übertragen sei quadratischen Spannungsmittelwert von S/2 hinzuein aus sechzig Kanälen bestehendes Gruppenfrequenz- gefügt wird (also der halben Spannung eines Quantiband. Ferner sei unterstellt, daß das Signal an den sierungsschrittes), wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.
Zwischenstationen zwischen den einzelnen Verbin- Die vom weißen Rauschen eingenommene Banddungen decodiert und neu codiert wird, um dort die 35 breite ist zweckmäßigerweise nicht enger als die Abzweigung einzelner Kanäle zu ermöglichen. Gruppenbandbreite zu wählen und kann erheblichAn example is given below. A system As already stated, this more difficult route extends over a distance of 2500 km, and according to the invention, however, it was completely overcome on the basis of nine series-connected pulse digits that a white noise with a code modulation connection was to be transmitted quadratic voltage mean value of S / 2 is added to a group frequency consisting of sixty channels (i.e. half the voltage of a quantiband. It is also assumed that the signal at the sizing step), as indicated in FIG.
Intermediate stations between the individual connec- The tape dung taken up by the white noise is decoded and re-encoded, in order to allow the width there, expediently, not narrower than the branching off of individual channels. Group bandwidth to choose and can be substantial

Der Einfachheit halber werden alle Pegel und größer als diese sein.For simplicity, all levels and will be greater than this.

Signalspannungen auf einen relativen Null-Pegel be- Die obigen Überlegungen gehen davon aus, daß zogen und auf einen Punkt, an dem der Kreiswider- keine Anteile des weißen Rauschens in das Band der stand 1000 Ohm beträgt. Für ein solches System ist 40 60-Kanal-Gruppe fallen, so daß sich kein weißes die von C.C.I.T.T. empfohlene Geräuschgrenze für Rauschen zum Rauschen in irgendeinem Kanal den Kanal aus allen Quellen 10~^s Milliwatt (bewertet), addiert. Koinzidiert dagegen das Band des weißen und von diesen sind 25% für die Kanaleinrichtung Rauschens mit dem Gruppenfrequenzband, so wächst (1 in Fig. 1) an den Enden der neun Abschnitte zu- das Gesamtrauschen von S'²I12 zu annähernd 5²/3 gelassen. Damit verbleiben 7,5 · 10~⁶ Milliwatt als 45 an, wird also viermal so groß. In diesem Falle ist der Grenze für das Quantisierungsrauschen in den PCM- Quantisierungsschritt auf die Hälfte des vorher beVerbindungen. Das entsprechend unbewertete Rau- rechneten Wertes zu vermindern, wenn das Gesamtschen beträgt 16,8 · 10~⁶ Milliwatt für eine Band- geräusch innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen gebreite von 4 kHz. halten werden soll. In diesem Falle ist die tatsäch-Signal voltages to a relative zero level. The above considerations assume that we moved to a point at which the circular resistance is no part of the white noise in the band of 1000 ohms. For such a system, 40 60-channel group is covered so that no white CCITT recommended noise limit for noise ^{adds to the noise in any channel, the channel from all sources, 10 ~ s} milliwatts (weighted). If, on the other hand, the band of the white and 25% of these are noise for the channel device coincides with the group frequency band, then (1 in FIG. 1) at the ends of the nine sections the total noise of S ' ² I12 increases to approximately 5 ^2/3 calmly. This leaves 7.5 · 10 ~ ⁶ milliwatts on as 45, which is four times as large. In this case, the limit for the quantization noise in the PCM quantization step is half that of the previous connection. Reduce the corresponding unevaluated noise calculated value if the total is 16.8 · 10 ~ ⁶ milliwatts for a band noise within the prescribed limits of 4 kHz. should be held. In this case the actual

Die Leistung des Quantisierungsrauschens wächst 5° liehe Verminderung im Quantisierungsfehler durch mit der Anzahl der Codierungs- und Decodierungs- das hinzugefügte Rauschen 125fach anstatt 250fach. Zwischenvorgänge, die im vorliegenden Falle mit Doch ist auch dies noch eine erhebliche Verbesserung, neun angenommen ist. Somit ist das maximal zu- Es ist klar, daß das Band des hinzugefügten Raulässige Quantisierungsrauschen pro Kanal mit einer schens teilweise innerhalb und teilweise außerhalb Bandbreite von 4 kHz in jeder Verbindung 1,87 oder 55 des Gruppenfrequenzbandes liegen kann. Der erzielte 112 · 10 ⁶ Milliwatt für das gesamte aus sechzig Vorteil liegt dann irgendwo entsprechend in der Mitte Kanälen bestehende Band. zwischen den beiden angegebenen Grenzen.The performance of the quantization noise increases by a 5 ° reduction in the quantization error due to the number of encoding and decoding processes, the added noise 125 times instead of 250 times. Intermediate processes, which in the present case with But this is still a considerable improvement, nine is assumed. It is clear that the band of the added rough quantization noise per channel can be with a small partly inside and partly outside bandwidth of 4 kHz in each connection 1.87 or 55 of the group frequency band. The 112 · 10 ⁶ milliwatts achieved for the entire band consisting of sixty benefits is then somewhere in the middle corresponding to the channels. between the two specified limits.

Beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den Quan- Wird der Pegel des hinzugefügten Rauschens vertisierungsstufen 5VoIt, so ergibt sich für die Leistung mindert, so zeigt sich, daß damit der erzielte Vorteil des Quantisierungsrauschens im Gruppenband an- 60 ziemlich rasch abnimmt. Beträgt der quadratische nähernd S²/12 für den Fall, daß das 60-Kanal-System Mittelwert der Rauschspannung nur S/3 anstatt S/2, voll belastet ist. Setzt man nun S²/12 = 112 ■ 10~⁶, so wird der Quantisierungsfehler um ungefähr ± 5/20 so ergibt sich hieraus, daß der Maximalwert von S, vermindert. Aber auch dies ist noch eine Verbessefür den die Geräuschforderung eingehalten wird, rung von 10:1 gegenüber üblichen Anordnungen.
0,0367 Volt beträgt. 65 Sämtliche Zahlenangaben, einschließlich derjenigenIf the voltage difference between the quantization levels is 5VoIt, the power output is reduced, so that the advantage achieved in the quantization noise in the group band decreases fairly quickly. If the approaching square S ^2/12 for the case that the 60-channel system of the noise voltage only S / 3 rather than S / 2, is fully loaded mean. Then it is assumed S ^2/12 = 112 ■ 10 ~ ^6, so the quantization error by approximately ± 5/20 is so, this results in that the maximum value of S is reduced. But this is also an improvement for which the noise requirement is complied with, a ratio of 10: 1 compared to conventional arrangements.
Is 0.0367 volts. 65 All figures, including those

Der quadratische Mittelwert der Spannung an eines 60-Kanal-Gruppenbandes, sind nur beispiels-The root mean square value of the voltage on a 60-channel group band is only an example

1000 Ohm, der einer maximalen Leistung von 4 MiIIi- halber gedacht und stellen keine Einschränkung des1000 ohms, which is intended for a maximum output of 4 mils and does not represent a limitation of the

watt entspricht, ist etwa 2 Volt. Indessen müssen Wesens der Erfindung und ihrer Anwendbarkeit dar.watt is about 2 volts. However, the essence of the invention and its applicability must be shown.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Transmitter for pulse code modulation transmission systems with linear quantization, in particular for common coding and transmission of a signal frequency band in which a large number of individual channels are lined up according to the frequency multiplex principle, characterized in that the signal wave before being applied to the coder is a band of white noise with an effective value of about half the height of the quantization levels is added and that the number of quantization levels is kept smaller than would be required with linear quantization without companding.

2. Device according to claim 1, characterized in that the width of the frequency band of white noise coincides with the bandwidth of the signal wave.

3. Device according to claim 1, characterized in that the frequency band of the white Noise is between the highest frequency of the signal wave and a frequency equal to the Is the difference between twice the sampling frequency and the highest frequency of the signal wave.

Considered publications:
E. Hölzler, H. Holzwarth, "Theory and Technology of Pulse Modulation," Springer-Verlag, Berlin / Göttingen / Heidelberg, 1957, pp. 60 to 66, 146 to 151.

1 sheet of drawings