DE1158560B

DE1158560B - UEbertragungssystem fuer Signaluebertragung durch Impulskodemodulation und dabei anzuwendende Sender und Empfaenger

Info

Publication number: DE1158560B
Application number: DEN21850A
Authority: DE
Inventors: Johannes Anton Greefkes
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-07-20
Filing date: 1962-07-17
Publication date: 1963-12-05
Also published as: OA01060A; ES279306A1; DK105926C; NL109537C; US3249870A; NL267338A; GB982204A; BE620450A; CH411991A

Description

Die Erfindung betrifft ein Signalübertragungssystem mittels Impulskodemodulation und dabei anzuwendende Sender und Empfänger, wobei der Sender mit einem an einen Impulsgenerator angeschlossenen Kodemodulator versehen ist, dessen Ausgangsimpulse nach dem zusammenhörenden Empfänger ausgesandt und außerdem einem Vergleichskreis mit einem darin enthaltenen Orstempf anger zum Erzeugen einer Vergleichsspannung zugeführt werden, welche gemeinsam mit dem zu übertragenden Signal einen Differenzbildner steuert, um eine Differenzspannung zu erzielen, die in dem Kodemodulator die Übertragung der von dem Impulsgenerator stammenden Impulse steuert.

Das vorerwähnte Modulationsverfahren ist bekannt unter dem Namen »Deltamodulation« und ist z.B. bereits in der belgischen Patentschrift 489 207 beschrieben.

Bei Impulskodemodulation im allgemeinen und somit auch bei Deltamodulation entstehen infolge der Amplitudenquantisierung Abweichungen zwischen der auf der Empfangsseite wiedergegebenen Signalspannung und der ursprünglichen Signalspannung, welche Abweichungen das sogenannte Quantisierungsrauschen hervorrufen; insbesondere ist bei verhältnismäßig niedriger Signalspannung oder bei einem niedrigen Signalpegel dieses Quantisierungsrauschen störend wirksam, wobei außerdem mit Rücksicht auf die Amplitudenquantisierung die Übertragung der niedrigen Signalspannungen ungenau ist.

Beim Steigern der Impulsfrequenz nimmt in dieser Vorrichtung für Deltamodulation die Genauigkeit der Wiedergabe zu und die Leistung des Quantisierungsrauschens im Signalfrequenzbereich ab, und zwar, wie dies nachgewiesen wurde, mit der 3. Potenz der maximalen Impulsfrequenz, wodurch bei Übertragung hoher Qualität sehr hohe Impulsfrequenzen und somit ein großer Bereich erforderlich sind. Es ist z. B. um die durch die CCITT für übliche Fernsprechverbindungen aufgestellten Empfehlungen in bezug auf Übertragungsqualität eines Gesprächssignals zu erfüllen, eine maximale Impulsfrequenz von mehr als 120 kHz erforderlich.

Die Erfindung bezweckt, ein Übertragungssystem und dabei anzuwendende Sender und Empfänger eingangs erwähnter Art zu schaffen, wobei außer einem überraschend einfachen Zusammenbau eine erheblich genauere Wiedergabe der zu übertragenden Signale und eine wesentliche Verringerung des Quantisieraagsrauschens erzielt weiden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat die Merkmale, daß die Sendevorrichtang außerdem mit einem durch die zu übertragenden Nachrichten gespeisten Übertragungssystem für Signalübertragung durch Impulskodemodulation und dabei

anzuwendende Sender und Empfänger

Anmelder:

ίο N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 20. Juli 1961 (Nr. 267 338)

Johannes Anton Greefkes,

Eindhoven (Niederlande),

ist als Erfinder genannt worden

Pegelspannungsgenerator versehen ist, dessen Ausgangsspannung als Steuerspannung dem Kodemodulator zugeführt wird, während im Ortsempfänger und in dem zusammenwirkenden Empfänger die von dem Kodemodulator ausgesandten Kodeimpulse einem Impulsmodulator zugeführt werden, wobei in dem Impulsmodulator der Energieinhalt der zugeführten Kodeimpulse durch eine geglättete Gleichspannungskomponente moduliert wird, die einem durch die übertragenen Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilter entnommen wird.

Bei Durchführung der Maßnahmen nach der Erfindung wird bewerkstelligt, daß bei einer außerordentlich niedrigen Impulsfrequenz, z. B. bei 40 kHz, eine Übertragungsqualität erzielt wird, die den CCITT-Empfehlungen für übliche Fernsprechverbindungen genügt.

Der Impulsmodulator wird zur Modulation des Energieinhaltes der zugeführten Kodeimpulse vorzugsweise durch einen Impulsamplitudenmodulator gebildet; es ist jedoch auch möglich, zu diesem Zweck

^pulsdauermodulation anzuwenden.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert.

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Fig. la und Ib zeigen in einem Blockschema einen Fig. Ib zeigt einen bei dem Sender nach Fig. 1 a

Sender bzw. einen Empfänger für Deltamodulation anzuwendenden zusammenwirkenden Empfänger. Die nach der Erfindung; über die Leitung 12 empfangenen Impulse, die ver-

Fig. 2 und 3 zeigen einige Zeitdiagramme zur Er- formt sein können, werden durch einen Impulsregeneläuterung der in den Fig. 1 a und 1 b dargestellten 5 rator 13, der an einen mit dem Impulsgenerator des Vorrichtungen; Senders synchronisierten örtlichen Impulsgenerator

Fig. 4 und 5 zeigen Einzelheiten eines Senders und 14 angeschlossen ist, durch örtlich erzeugte Impulse eines Empfängers für Deltamodulation nach der Er- ersetzt. Diese regenerierten Impulse werden einem findung in transistorisierter Ausführung, und die Signalfrequenzen integrierenden Netzwerk 15 ent-

Fig. 6 zeigt ein Strom-Spannungs-Diagramm zur io sprechend dem Integrationsnetzwerk des im VerErläuterung der in Fig. 4 dargestellten Sendevor- gleichskreis des Senders enthaltenen Ortsempfängers richtung. zugeführt, wodurch am Ausgang des integrierenden

Bei dem in Fig. 1 a in einem Blockschema darge- Netzwerkes 15 ein dem Vergleichssignal im Sender stellten Sender für Deltamodulation werden die einem entsprechendes Signal auftritt. Über ein Tiefpaßband-Mikrophon 1 entnommenen Gesprächssignale über 15 filter 16, das für den gewünschten Gesprächsfrequenzein Gesprächsfilter 2 mit einem Durchlaßbereich zwi- bereich durchlässig ist und das höher liegende Fresohen 300 und 3400 Hz und einen Niederfrequenz- quenzen unterdrückt, wird das Signal einem Niederverstärker 3 einem Differenzbildner 4 zugeführt. frequenzverstärker 17 zugeführt, der mit einer

Dem Differenzbildner 4 wird außerdem über die Wiedergabevorrichtung 18 verbunden ist. Leitung 5 ein auf weiter unten zu l/eschreibende Weise 20 Zur Erläuterung des Verhaltens des soweit beerhaltenes Vergleichssignal eines Ortsempfängers 6 schriebenen Übertragungssystems zeigt Fig. 2 einige zugeführt, um ein Differenzsignal zu erzielen, das Zeitdiagramme; in Fig. 2a stellt die Kurve« ein zu einen an einen Impulsgenerator 7 angeschlossenen übertragendes Gesprächssignal in der Voltskala dar, Kodemodulator 8 steuert. Der Impulsgenerator 7 lie- wobei die sich um die Kurve α herumschwingende fert dabei äquidistante Impulse mit einer Wieder- 25 sägezahnförmige Kurve b die Vergleiohsspannung am holungsfrequenz, die um einen Faktor höher als die Ausgang des integrierenden Netzwerkes 11 darstellt, höchste zu übertragende Frequenz des Gesprächs- Jeweils wenn die Vergleichsspannung b am Zeitsignals ist. punkt eines von dem Impulsgenerator 7 stammenden

In Abhängigkeit von der Polarität der Ausgangs- Impulses kleiner als das zu übertragende Signal α ist, spannung des Differenzbildners 4 treten von dem Im- 30 d. h. wenn eine positive Differenzspannung auftritt, pulsgenerator 7 stammende Impulse am Ausgang des läßt der Kodemodulator 8 einen Impuls durch, der Kodemodulators 8 entweder auf oder sie werden nach Impulsregeneration über die Leitung 10 dem unterdrückt, und die so erhaltene Reihe von Kode- zusammenwirkenden Empfänger und außerdem dem impulsen wird einem Impulsregenerator 9 zum Unter- Eingang des Ortsempfängers 6 zugeführt wird, wodrücken der in dem Kodemodulator 8 entstandenen 35 durch die Spannung am Ausgang des integrierenden Änderungen in der Amplitude, in der Dauer, in der Netzwerkes 11 mit einem festen Wert zunimmt. In Wellenform oder Zeit des Auftretens der Impulse der nächstfolgenden Zeitperiode nimmt die Spannung zugeführt. Die Regeneration erfolgt z. B. durch Er- des integrierenden Netzwerkes 11 sägezahnförmig ab, setzung der zugeführten Impulse durch direkt dem wobei in Abhängigkeit von der Positivität oder Nega-Impulsigenerator7 entnommene Impulse. Die regene- 40 tivität der Differenzspannung beim Auftreten eines rierten Impulse werden über die Leitung 10 gegebe- nächstfolgenden Impulses des Impulsgenerators 7 dienenfalls nach Modulation auf eine Trägerfrequenz ser Impuls von dem Kodemodulator 8 durchgelassen nach dem zusammenwirkenden, in Fig. Ib darge- oder unterdrückt wird. Auf diese Weise entsteht an stellten Empfänger ausgesandt und außerdem dem dem integrierenden Netzwerk 11 eine Spannung b, die Ortsempfänger 6 in einem Vergleichskreis zugeführt, 45 einen Sägezahnverlauf aufweist, sich um die zu überder mit einem Signalfrequenz-Infcegrationsnetzwerk tragende Gesprächsspannung herumschwingt und also 11 versehen ist, dessen Zeitkonstante z. B. 0,01 Se- eine Annäherung dieser bildet, künde beträgt. Fig. 2 b zeigt die zum Entstehen der Annäherungs-

Am Ausgang des Ortsempfängers 6 entsteht die kurve oder der Vergleichsspannung & erforderlichen vorerwähnte Vergleichsspannung, die über die Lei- 50 Impulse durch volle Linien, während die von dem tung5 dem Differenzbildner 4 zugeführt wird. Impulsgenerator 7 stammenden Impulse, welche von

Der beschriebene Kreis tendiert dazu, die Differenz- dem Kodemodulator 8 wegen des Fehlens einer posispannung auf Null herabzusetzen, wodurch das dem tiven Differenzspannung unterdrückt werden, in Ortsempfänger 6 in dem Vergleichskreis entnommene Fig. 2 b gestrichelt angedeutet sind. Vergleichssignal eine quantitative Annäherung des 55 Zum Veranschaulichen des Verhaltens der be-Eingangssignals wird. treffenden Einrichtung im Falle kleiner Signalspan-

Anders gesagt — und in einem Zeitdiagramm nungen und somit eines niedrigen Signalpegels sind gesehen —, schwingt das Vergleichssignal um das in Fig. 3 Zeitdiagramme entsprechend denen der Eingangssignal, wobei der Rhythmus der Schwingung Fig. 2 dargestellt, wobei in Fig. 3 a die Kurve d das duroh die Impulswiederholungsfrequenz bedingt wird. 60 zu übertragende Gesprächssignal andeutet, von dem Es sei bemerkt, daß bei Deltamodulation die Kode- lediglich die Amplitude von der der in Fig. 2 a darimpulse nicht stets den Momentanwert des zu über- gestellten Gesprächsspannung α verschieden ist; die tragenden Signals kennzeichnen, sondern den Unter- Amplitude der Gesprächsspannung d ist erheblich schied zwischen diesem Momentanwert des Signals kleiner, z. B. um einen Faktor 10 kleiner als die der und dem vorangehenden Momentanwert, der dem 65 Gesprächsspannung in Fig. 2 a. Die Gesprächsspan-Vergleichssignal entnommen wird. Das Impulsmuster nung d ist nach einer Zehntelvoltskala angedeutet, der Kodeimpulse kennzeichnet somit die Flanke des d.h., die Gesprächsspannung wird hier nach einer Signals. Zehnfachskala im Vergleich zu der Gesprächsspan-

nung a in Fig. 2 a veranschaulicht, ähnlich wie die Vergleichsspannung b', die durch Integration der Impulsreihe erzielt wird. Fig. 3 b zeigt wieder die übertragene Impulsreihe.

Infolge der Amplitudenquantisierung nimmt die Genauigkeit der Annäherung der Gesprächsspannung a' mit kleiner Amplitude infolge der Vergleichsspannung b' ab; insbesondere werden Details der Gesprächsspannung oder wird die Gesprächsspannung an sich unterhalb eines bestimmten Schwellwertes nicht mehr übertragen. Die gestrichelte Kurve c' der Fig. 3 a deutet die Niederfrequenzkomponente der integrierten Impulereihe beispielsweise an, die, wie dies aus der Figur ersichtlich ist, eine sehr grobe Annäherung des Gesprächssignals a' bildet. Außerdem ist bei der Gesprächsspannung mit kleiner Amplitude das Quantisierungsrauschen besonders störend wirksam. Das Quantisierungsrauschen ist unabhängig von der Gesprächsspannung und im absoluten Wert konstant, d.h., das Verhältnis zwischen Gesprächsspannung und Quantisierungsrauschen nimmt ab in Richtung nach den Gesprächsspannungen mit kleiner Amplitude.

Beide insbesondere bei kleineren Gesprächsamplituden störend wirksame Effekte, d.h. einerseits die Ungenauigkeit der Wiedergabe und andererseits das bei kleinerer Gesprächsamplitude abnehmende Verhältnis zwischen Gesprächsspannung und Quantisierungsrauschen, werden durch die Erfindung zweckdienlich verringert, da die Einrichtung weiter mit einem durch die zu übertragenden Gesprächssignale gespeisten Pegelspannungsgenerator versehen wird, der durch einen Detektor 19 und ein sich daran anschließendes Tiefpaßbandfilter 20 mit einer Grenzfrequenz von z.B. 50 Hz gebildet wird und dessen Ausgangsspannung als Steuerspannung über den Differenzbildner 4 dem Kodemodulator 8 zugeführt wird, während im Ortsempfänger 6 die durch den Kodemodulator 8 über den Impulsregenerator 9 ausgesandten Kodeimpulse einem Impulsmodulator 21 zugeführt werden, in dem der Energieinhalt der daran zugeführten Kodeimpulse durch eine geglättete Gleichspannungskomponente moduliert wird, die einem durch übertragene Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilter 22 entnommen werden. In der dargestellten Einrichtung ist der Impulsmodulator 21 als Impulsamplitudenmodulator ausgebildet, während die Pegelspannung des Pegelspannungsgenerators 19, 20 dem Differenzbildner 4 zugeführt wird.

Wenn in der beschriebenen Einrichtung statt des Gesprächssignals eine Gleichspannung in Form der Pegelspannung dem Kodemodulator zugeführt wird, wobei einstweilen von dem Impulsamplitudenmodulator 21 abgesehen wird, wird ähnlich wie bei einem Gesprächssignal der Kreis die Differenzspannung auf Null herabzusetzen suchen. Dieser Kreis ist somit bestrebt, die dem Ortsempfänger 6 entnommene Gleichspannung, die durch die mittlere Gleichspannungskomponente der zugeführten Kodeimpulse bedingt wird, der zugeführten Gleichspannung gleichzumachen, d.h., bei der Zufuhr einer Gleichspannung wird sich die Anzahl von dem Kodemodulator 8 durchgelassener Kodeimpulse und somit die Impulsdichte selbsttätig derart einstellen, daß die Differenzgleichspannung praktisch auf den Nullwert gebracht wird.

Am Ausgang des Glättungsfilter» 22 entsteht durch Glättung der ausgesandten Kodeimpulse eine Gleichspannung, die aus einer konstanten Komponente, die durch die Impulsdichte in Abwesenheit einer Pegelspannung bedingt wird, und aus einer sich mit der Pegelspannung ändernden Gleichspannungskomponente zusammengesetzt ist, die die dem integrierenden Netzwerk 11 zugeführten Kodeimpulse im Impulsamph'tudenrnodulator 21 in der Amplitude moduliert, wobei der dargestellte Kreis wie vorher stets bestrebt ist, die Vergleichsspannung, die durch Glättung der

ίο Kodeimpulse erhalten wird, deren Dichte und Amplitude dabei veränderlich sind, der zugeführten Gleichspannung gleichzumachen. Um dafür zu sorgen, daß die Ausgangsspannung des Glättungsfilters 22 den Pegeländerungen folgen kann, ist die Grenzfrequenz

is des Glättungsfilters 22 mindestens gleich der Grenzfrequenz des Ausgangsfilters 20 des Pegelspannungsgenerators 19, 20; die Grenzfrequenz des Glättungsfilters 22 beträgt z. B. 100 Hz und die des Ausgangsfilters 20 des Pegelspannungsgenerators 50 Hz. Auf diese Weise wird in der dargestellten Vorrichtung eine Änderung einer dem Kodemodulator zugeführten Gleichspannung durch eine Dichteänderung gemeinsam mit einer Amplitudenänderung der dem integrierenden Netzwerk 11 zugeführten Kodeimpulse kompensiert; es ist für eine optimale Übertragungsqualität günstig, eine Änderung der Pegelspannung größtenteils durch die Amplitudenänderung der dem integrierenden Netzwerk 11 zugeführten Kodeimpulse ausgleichen zu lassen, d. h. dafür zu sorgen, daß die Amplitude dieser Kodeimpulse praktisch proportional zu der Ausgangsspannung des Pegelspannungsgenerators 19 ist.

Dies wird auf einfache Weise dadurch bewerkstelligt, daß dem Impulsamplitudenmodulator 21 über eine Leitung 23 außerdem eine konstante Bezugsspannung angemessener Größe als Modulationsspannung zugeführt wird, die zu diesem Zweck in der dargestellten Ausführungsform zunächst der Ausgangsspannung des Glättungsfilters 22 in einer Addiervorrichtung 24 zugeordnet wird. Die Größe der Bezugsspannung ist derart eingestellt, daß bei Abwesenheit eines Gesprächssignals in dem Impulsamplitudenmodulator die Amplitude der Kodeimpulse größtenteils, z.B. bis zu 5 %, reduziert ist. Bei einer Änderung der Pegelspannung ändert sich die Amplitude der dem Impulsamplitudenmodulator 21 entnommenen Kodeimpulse praktisch proportional zur Pegelspannung, wobei außerdem eine Änderung der Impulsdichte auftritt, die bei Abwesenheit eines Gesprächssignals durch eine dem Differenzbildner 4 zugeführte Einstellspannung von einer Gleichspannungsquelle 25 derart eingestellt wird, daß die dabei auftretende Impulsdichte etwa das 0,3fache der Dichte bei der maximalen Impulswiederholungsfrequenz ist.

Die Fig. 2 c und 3 c veranschaulichen wieder in einem um das lOfache voneinander verschiedenen Maßstab die in den Fig.2a und 3a durch« und a' angedeuteten Gesprächssignale. Fig. 2 c zeigt die Signalspannung α in Volt, und Fig. 3 c zeigt die Signalspannung a' in Zehntelvolt. Wird in dieser Vorrichtung der Pegel des Gesprächssignaisa in Fig.2a allmählich verringert bis zu dem zehnmal kleineren Pegel des Gesprächssignaisa', so nimmt infolge dieser Verringerung der Ausgangsgleichspannung des Pegel-Spannungsgenerators 19, 20, wie vorstehend erläutert wurde, die mittlere Impulsdichte der ausgesandten Kodeimpulse ab und somit auch die Ausgangsgleichspannung des Glättungsfilters 22. Die Gleichspan-

nungsänderung hat zur Folge, daß die Amplitude der dem Impulsamplitudenmodulator 21 entnommenen Kodeimpulse praktisch proportional zur Pegelspannung abnimmt. Insbesondere ist bei Übertragung des Gesprächssignals ä in Fig. 3 c die Amplitude der dem integrierenden Netzwerk 11 zugeführten Kodeimpulse praktisch um einen Faktor 10 kleiner als bei Übertragung des in Fig. 2 c dargestellten Gesprächssignals a. In den Fig. 3 c und 2 c sind die Vergleichsspannun-

daß die Amplitude des Quantisierungsrauschens bei Übertragung des Gesprächssignals d um einen Faktor 10 verringert ist, was einen Leistungsfaktor von 100 bedeutet.

Unter Beibehaltung aller Vorteile der Impulskodeübertragung werden deren Nachteile infolge der bei Impulskodeübertragung erforderlichen Amplitudenquantisierung, d. h. das bei kleinerer Sigaalamplitude störende Quantisierungsrauschen und die Ungenauig-

gen, die durch Integrierung dieser Kodeimpulse io keit der Wiedergabe weitgehend herabgesetzt. Es erhalten sind, deren Amplitude für das Gesprächs- wurde bei Durchführung der Maßnahmen nach der signal d um einen Faktor 10 kleiner ist als für das Erfindung eine auffällige Verbesserung von mehr als Gesprächssignal α, durch die Kurvene' bzw. e ange- 25 db der Übertragungsqualität erzielt, wodurch es deutet. Aus diesen Kurven ist sofort ersichtlich, daß möglich ist, bei der sehr niedrigen maximalen Impulsdurch die Durchführung der Maßnahmen nach der 15 Wiederholungsfrequenz von 40 Hz den Qualitätsemp-Erfindung eine wesentlich genauere Annäherung des fehlungen der CCITT für normale Fernsprechverbindungen zu genügen, die bei den bebannten Deltamodulationsvorrichtungen erst bei einer Impulswiederholungsfrequenz von mehr als 120 kHz erfüllt werden.

keit der Annäherung der Gesprächssigoale α und d 20 Überraschend ist dabei die besondere Einfachheit durch die zugehörigen Vergleichsspannungen e unde' der Verwirklichung dieser hervorragenden Verbesseist infolge der Anpassung der Amplitude der dem
integrierenden. Netzwerk zugeführten Kodeimpulse an
den Pegel des Gesprächssignals weitgehend unabhängig von der Amplitude des Gesprächssignals ge- 25
macht, was aus den Fig. 2 c und 3 c ersichtlich ist.

In den Fig. 2d und 3d sind die zu übertragenden
Kodeimpulse angedeutet, die in der Einrichtung nach
der Erfindung zwei Informationen des zu übertragenden Gesprächssignals enthalten. Die mittlere Impuls- 30 ganze Frequenzband optimale Übertragungsmöglichdichte stellt den Pegel und die Anwesenheit und keiten zu erzielen, indem die zu übertragenden Gesprächssignale über ein Differenzierungsnetzwerk oder Verzugsnetzwerk 30 dem Pegelspannungsgenerator zugeführt werden, was sich dadurch erklären 35 läßt, daß bei Deltamodulation die ausgesandten Kodeimpulse die Neigung des zu übertragenden Signals

Gesprächssignals a' kleiner Amplitude durch die Vergleichsspannung e' erhalten ist als bei der bekannten Vorrichtung (vgl. Kurve b' in Fig. 3 a). Die Genauig-

rung, so daß diese in technischer und wissenschaftlicher Hinsicht äußerst verfeinerte Vorrichtung für die Praxis besondere zweckdienlich ist.

Außer der vorstehend beschriebenen, hervorragenden Verbesserung der bei Kodemodulation kennzeichnenden QuaMtätsbeeinflussung ermöglicht die geschilderte Vorrichtung auch auf einfache Weise, unabhängig von der Gesprächsfrequenz, über das

kennzeichnen. Es wurde mit der dargestellten Vorrichtung auf diese Weise die außerordentliche Qualitätsverbesserung von mehr als 30 db gemessen.

Es sei noch vermerkt, daß statt einer Verbindung des Pegelspannungsgenerators 19, 20 mit dem Differenzbildner 4 eine Verbindung desselben an einem anderen Punkt im Kreis zwischen dem Ausgang des Amplitudenmodulators 21 und des Eingangs des

Abwesenheit der Kodeimpulse den Verlauf des Gesprächssignals dar, wodurch es möglich ist, die übertragenen Signale mit großer Genauigkeit wiederzugeben.

In dem in Fig. 1 b dargestellten zusammenwirkenden Empfänger werden die beiden Informationsdaten
der übertragenen Impulsreihe auf gleiche Weise wie
bei dem Ortsempfänger in dem Sender verarbeitet,
um das übertragene Gesprächssignal zurückzugewin- 40
nen. Die dem Impulsregenerator 13 entnommenen
regenerierten Impulse werden einerseits einem Impulsampütudenmodulator 26 und andererseits einem
Glättungsfilter 27 zugeführt, dessen Ausgangsspannung nach Addition in einer Addiervorrichtung 28 mit 45 Kodemodulators 8 möglich ist, was auch gilt für die einer konstanten Bezugsspannung von der Leitung 29 Einstellspannung der Gleichspannungsquelle 25. Aus die Modulationsspannung am Impulsamplitudenmo- praktischen Gründen ist dabei günstig, den Pegeldulator26 bildet. Die amplitudenmodulierten Aus- spannungsgenerator 19, 20 direkt mit dem Eingang gangsimpulse des Impulsamp]itudenmodulators wer- des integrierenden Netzwerkes 11 zu verbinden, was den nach Integrierung in dem integrierenden Netzwerk 50 in Fig. la durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. 15 und nach Glättung im Tiefpaßbandfilter 16 zur In Fig. 4 ist ein Sender für Deltamodulation nach

Wiedergabe durch den Niederfrequenzverstärker 17 der Erfindung in Transistorausbildung dargestellt, der Wiedergabevorrichtung 18 zugeführt. Aus den Der Sender enthält einen Kodemodulator 31, deren

Fig. 2 c und 3 c ist ersichtlich, daß die zu übertragen- Eingangsklemme 32 äquidistante Impulse eines Imden Signale α und a' unabhängig von dem Pegel mit 55 pulsgenerators zugeführt werden, weiter einen Imgroßer Genauigkeit wiedergegeben werden. pulsgenerator 33, einen Vergleichskreis mit einem

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird integrierenden Netzwerk 34 und einem Differenzbildnicht nur die Genauigkeit der Wiedergabe erheblich ner 35, der in der dargestellten Ausführungsform mit verbessert, sondern auch das störende Quantisierungs- einem Widerstand 36 versehen ist, dem über einen rauschen nach der geringeren Signalamplitude wird 60 Transistor 37 die zu übertragenden Gesprächssignale wesentlich verringert; bei einem niedrigen Signalpegel und über die Leitung 38 die Vergleichsspannung zuwird nämlich die Amplitude der Kodeimpulse propor- geführt werden.

tional verringert und somit auch das Quantisierungs- Die Differenzspannung wird mit einer konstanten

rauschen. Bei Übertragung des Gesprächssignals a' Einstellspannung in einer Transistorstufe addiert, die in Fig. 3 c ist die Amplitude der dem Impulsampli- 65 zwei Transistoren 39, 40 mit einem gemeinsamen tudenmodulator26 entnommenen Kodeimpulse um Emitterwiderstand 41 enthält, wobei der Basiselekeinen Faktor 10 kleiner als bei dem in Fig. 3 a ver- trode des Transistors 39 die Differenzspannung und anschaulichten Gesprächssignal α'; dies bedeutet also, der Basiselektrode des Transistors 40 die Einstell-

spannung zugeführt werden, welch letztere einem zwischen den Klemmen 43, 44 einer Speisespannungsquelle liegenden Spannungsteiler 42 entnommen wird.

Zur Steuerung des Kodemodulators 31 sind die Kollektorelektroden an die Basiselektrode zweier als nichtlineare Verstärker geschalteter Transistoren 45, 46 in Form einer bistabilen Kippschaltung angeschlossen, deren Kollektorelektroden und Basiselektroden über Widerstände kreuzweise miteinander verbunden sind, während die Emitterelektrode an einen gemeinsamen Emitterwiderstand 47 angeschlossen sind.

An den Kollektorelektroden der Transistoren 39, 40 tritt eine Gegentaktausgangsspannung auf, wobei in Abhängigkeit von der Polarität des Spannungsunterschieds zwischen den Kollektorspannungen entweder der Transistor 45 oder der Transistor 46 Strom führt, während der Kollektorelektrode des Transistors 46 über den Widerstand 48 die Steuerspannung für den Kodemodulator 31 entnommen wird.

Der Kodemodulator enthält zwei in Reihe geschaltete Transistoren 49, 50 mit einer zwischen ihnen eingeschalteten Primärwicklung eines Transformators 51, wobei die Basiselektrode des Transistors 50 dem Impulsgenerator entnommene äquidistante Impulse negativer Polarität zugeführt werden, die jedoch keine Übertragung über den Transformator 51 hervorrufen, es sei denn, daß der Transistor 49 durch eine positive Steuerspannung an seiner Basiselektrode freigegeben ist. Sobald jedoch über den Widerstand 48 der Basiselektrode des Transistors 49 eine gegenüber seiner Emitterelektrode positive Steuerspannung zugeführt wird, treten die an der Basiselektrode des Transistors 50 auftretenden Impulse am Transformator 51 verstärkt auf und werden über eine als Schwellenwertvorrichtung geschaltete Diode 52 dem Impulsgenerator 33 zugeführt.

Der Impulsgenerator 33 enthält zwei kreuzweise gekoppelte Transistoren 53, 54, die als monostabiler Kippschwingungsgenerator geschaltet sind. Die Kollektorkreise der Transistoren 53, 54 enthalten Kollektorwiderstände 55, 56; die Basiselektrode des Transistors 54 wird durch einen Kondensator 57 mit der Kollektorelektrode des Transistors 3 gekoppelt, während die Basiselektrode letzteren Transistors 53 durch einen Spannungsteiler 55, 58, 59 direkt mit dem Kollektor des Transistors 54 gekoppelt ist. Die Emitterelektroden beider Transistoren 54, 53 sind an eine von einer Zenerdiode60 stammende Vorspannung angeschlossen, während die Basiselektrode des Transistors 54 über einen Widerstand 61 an die negative Spannungsklemme 43 der Speisespannungsquelle gelegt ist, so daß gesichert wird, daß in der Ruhelage der Transistor 54 leitend und der Transistor 53 gesperrt ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung mit zwei kreuzweise gekoppelten Transistoren 53, 54 ist bekannt, so daß eine weitere Erläuterung sich erübrigt. Jeweils wenn an der Basiselektrode des Transistors 53 über den Transformator 51 ein Impuls negativer Polarität auftritt, legt sich der Impulsgenerator in seine Arbeitslage um, wobei der Transistor 53 leitend und der Transistor 54 gesperrt ist. Dieser Zustand behauptet sich nur während einer Zeitdauer, die durch die Zeitkonstante des Kreises bedingt wird, der durch den Kondensator 57, den Widerstand 56 und den Widerstand 61 gebildet wird, worauf der beschriebene Kreis wieder in die Ruhelage zurückkehrt. Dem Impulsgenerator 33 entnommene regenerierte Impulse werden einerseits für die weitere Übertragung einem als Ausgangsverstärker geschalteten Transistor 62 mit einer Ausgangsklemme 100 und andererseits dem im Vergleichskreis Hegenden Ortsempfänger zugeführt. Die dem Widerstand 55 des Impulsgenerators entnommenen Impulse werden über einen weiter unten zu beschreibenden Transistor 64

ίο einem Transistor 65 zugeführt, der mit dem im Kollektorkreis Hegenden integrierenden Netzwerk 34 versehen ist, um die Vergleichspannung zu erzeugen, die über die Leitung 38 dem Differenzbildner 36 zugeführt wird. Das verwendete Netzwerk ist von der in der britischen Patentschrift 691 824 ausführlich beschriebenen Art; es enthält die Kaskadenschaltung eines ersten integrierenden Netzwerkes 66 mit einer Zeitkonstante etwa gleich einer Periode der niedrigsten Gesprächsfrequenz und ein zweites integrierendes Netzwerk 67 mit einer erheblich kleineren Zeitkonstante, das die Impulsfrequenzen integriert.

Wie an Hand von Fig. 1 a bereits beschrieben ist, werden dem geschilderten Kreis kodemodmierte Impulse entnommen, wobei die Anwesenheit und die Abwesenheit durch die Polarität des Spannungsunterschieds zwischen dem Gesprächssignal und dem Vergleichssignal bedingt wird. Die Impulsdichte der ausgesandten Kodeimpulse kann dabei durch die Einstellspannung eingestellt werden, die über den Spannungsteiler 42 der Basiselektrode des Transistors 40 zugeführt wird.

Zur Verbesserung der Übertragungsqualität enthält der beschriebene Deltamodulationssender außerdem einen Pegelspannungsgenerator 68, der über ein differentiirendes Netzwerk durch die übertragenen Gesprächssignale gespeist wird, sowie ein Glättungsfilter 69, um die ausgesandten Kodeimpulse zu glätten, um einen ImpulsampHtudenmodulator 70, welche Elemente weiter unten einzeln beschrieben werden.

In der geschilderten Einrichtung werden die dem Transformator 37 zugeführten Gesprächssignale über das differentiirende Netzwerk, das durch einen Kondensator 71 und einen Widerstand 72 gebildet wird und das eine Zeitkonstante von z. B. 10~⁴ Sekunden hat, dem Pegelspannungsgenerator 68 zugeführt.

Der Pegelspannungsgenerator 68 wird durch einen Transistorverstärker 73 gebildet, dessen Kollektorkreis über einen Transformator 74 mit einem Gegentaktgleichrichter mit zwei Gleichrichterzellen 75 und 76 und einem Ausgangsfilter 77 gekoppelt ist, dessen Ausgangsspannung über den Transistor 65 dem Ausgangskreis des integrierenden Netzwerkes 34 zugeführt wird. Das Ausgangsfilter 77 des Gleichrichters, welches Filter aus Widerständen und einem Kondensator zusammengesetzt ist, hat z. B. eine Grenzfrequenz von 50 Hz.

Um eine sich mit der Dichte der ausgesandten Kodeimpulse ändernde Gleichspannung zu erzielen, ist in den Kollektorkreis des Ausgangsverstärkers 62 das aus Widerständen und Kondensatoren zusammengesetzte Glättungsfilter 69 aufgenommen, das z. B. eine Grenzfrequenz von 100 Hz hat. In der beschriebenen Einrichtung werden auf die Ausgangsspannung des Glättungsfilters 69 durch eine Diode 78 die dem Impulsgenerator 33 entnommenen Impulse überlagert, die über einen Kondensator 79 der Diode 78 zugeführt werden; die auf die Ausgangsspannung

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des Glättungsfilters 69 überlagerte Impulsreihe wird einem Transistor 64 zugeführt, der durch eine im Emitterkreis auftretende Bezugsspannung derart gesperrt ist, daß bei Abwesenheit einer Pegelspannung nur ein kleiner Bruchteil der dem Transistor zügeführten Impulse durchgelassen wird. Die Bezugsspannung wird einer Zenerdiode 80 entnommen, die durch einen Widerstand 81 mit der negativen Spannungsklemme 43 der Speisespannungsquelle verbunden ist. ίο

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Impulsamplitudenmodulators ist in Fig. 6 die Basisspannung F₆-KoUektorstrom /,,-Kennlinie des Transistors 64 dargestellt, wobei V_z die durch die Zenerdiode 80 hervorgerufene Sperrspannung bezeichnet. Bei Ab-Wesenheit der Pegelspannung V_g werden die dem Transistor 64 zugeführten Kodeimpulse größtenteils, z. B. bis zu 5 °/o, unterdrückt, was durch den Impuls Z₁ angedeutet ist, während bei Anwesenheit einer Pegelspannung Vg die Kodeimpulse auf diese Pegelspannung überlagert werden (vgl. Impuls I₂), wodurch der durchgelassene Teil des Kodeimpulses mit der Pegelspannung V_g vergrößert wird.

Darauf tritt an der Kollektorelektrode des Transistors 64 eine Reihe von Kodeimpulsen auf, die sich, wie dies bereits an Hand der Fig. 1 a erläutert wurde und in Fig. 6 dargestellt ist, in der Amplitude praktisch proportional zur Amplitude der Pegelspannung ändern -und die bei Zufuhr an das integrierende Netzwerk 34 eine Vergleichsspannung liefern, die eine genaue Annäherung des übertragenen Gesprächssignals bildet.

Fig. 5 zeigt den zusammenwirkenden transistorisierten Empfänger.

In dieser Ausführungsform werden die den Eingangsklemmen 82, 83 zugeführten regenerierten Impulse einem durch einen Kondensator 84 und eine Diode 85 gebildeten Gleichspannungsrücksteller zugeführt, wodurch der Fuß der regenerierten Kodeimpulse auf der Spannung der Minusklemme 86 der Speisespannungsquelle fixiert wird.

Die auf diese Weise erhaltenen Kodeimpulse werden in Parallelschaltung zwei Transistorverstärkern 87 und 88 zugeführt, wobei der Kollektorkreis des Transistorverstärkers 88 ein aus Widerständen und Kondensatoren zusammengesetztes Glättungsfilter 89 enthält, um eine sich mit der Impulsdichte ändernde Gleichspannung zu gewinnen. Auf die an Hand der Fig. 4 beschriebene Weise werden auf die Ausgangsspannung des Glättungsfilters 89 durch eine Diode 90 die dem Transistorverstärker 87 entnommenen Kodeimpulse über einen Kondensator 91 überlagert und einem Transistor 92 zugeführt, der durch eine im Emitterkreis wirksame Bezugsspannung gesperrt ist. Ähnlich wie beim Ortsempfänger im Sender nach Fig. 4 wird diese Bezugsspannung einer Zenerdiode 93 entnommen, die über einen Widerstand 94 mit der Minusklemme 86 der Speisespannungsquelle verbunden ist.

Im Kollektorkreis des Transistors 92 treten, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist, amplitudenmodulierte Kodeimpulse auf, die über einen Transistor 95 einem integrierenden Netzwerk 96 zugeführt werden, das auf gleiche Weise wie das integrierende Netzwerk 34 im Ortsempfänger im Sender ausgebildet ist.

Die Ausgangsspannung des integrierenden Netzwerkes 96 wird nach Niederfrequenzverstärkung im Verstärker 97 über ein Tiefpaßbandfilter 98 einer Wiedergabevorrichtung 99 zugeführt und, wie dies in Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 bereits angegeben wurde, wird durch die Durchführung der Maßnahmen nach der Erfindung eine außerordnetliche Verbesserung der Übertragungsqualität bewerkstelligt.

In der Ausführungsform der beschriebenen Einrichtung brauchen zum Erzielen einer vorzüglichen Wiedergabequalität keine besonderen Anforderungen an den Impulsamplitudenmodulator 21, 26 senderseitig und empfangsseitig gestellt zu werden, sofern dafür gesorgt wird, daß die Kennlinien dieses Impulsamplitudenmodulators 21, 26 einander gleich sind.

Es sei noch bemerkt, das statt des Impulsamplitudenmodulators 21, 26 nach den Fig. 1 a und 1 b in der Einrichtung nach der Erfindung auch ein Impulsdauermodulator benutzt werden kann, der auf bekannte Weise ausgebildet sein kann. Es können zu diesem Zweck z. B. die Kodeimpulse als Anregeimpulse einem monostabilen Kippschwingungsgenerator zugeführt werden, wobei die Ausgangsspannung des Glättungsfilters als Einstellspannung an den monostabilen Kippschwingungsgenerator gelegt ist. In diesen Einrichtungen entstehen sich mit der Pegelspanung in der Dauer ändernde Kodeimpulse, die nach Integierung in dem integrierenden Netzwerk das gleiche Ergebnis ergeben wie bei der Amplitudenmodulation der Kodeimpulse in den vorstehend geschilderten Ausführungsformen.

Es sei schließlich noch bemerkt, daß die Maßnahmen nach der Erfindung nicht nur bei Deltamodulationssystemen, bei denen der Verlauf der übertragenen Signals durch die Anwesenheit und die Abwesenheit der Kodeimpulse gekennzeichnet wird, sondern auch bei Deltamodulationssystemen durchgeführt werden können, bei denen das übertragene Signal durch Impulse verschiedener Polarität gekennzeichnet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Übertragungssystem für Signalübertragung durch Impulskodemodulation, wobei der Sender mit einem an einen Impulsgenerator angeschlossenen Kodemodulator versehen ist, dessen Ausgangsimpulse nach dem zusammenwirkenden Empfänger ausgesandt und außerdem einem Vergleichskreis mit einem darin enthaltenen Ortsempfänger zum Erzeugen einer Vergleichsspannung zugeführt werden, wobei die Vergleichsspannung gemeinsam mit dem zu übertragenden Signal einen Differenzbildner steuert, um eine Differenzspannung zu erzielen, die im Kodemodulator die Übertragung der vom Impulsgenerator stammenden Impulse steuert, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sendevorrichtung außerdem mit einem durch die zu übertragenden Signale gespeisten Pegelspannungsgenerator versehen ist, dessen Ausgangsspannung als Steuerspannung dem Kodemodulator zugeführt wird, während im Ortsempfänger sowie in dem zusammenwirkenden Empfänger die von dem Kodemodulator ausgesandten Kodeimpulse einem Impulsmodulator zugeführt werden, in dem der Energieinhalt der zugeführten Kodeimpulse durch eine geglättete Gleichspannungskomponente moduliert wird, die einem durch die übertragenen Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilter entnommen wird.

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sendevorrichtung die zu übertragenden Signale über ein differenzierendes Netzwerk dem Pegelspannungsgenerator zugeführt werden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sendevorrichtung die dem Impulsmodulator entnommenen Kodemipulse gemeinsam mit der Ausgangsspannung des Pegelspannungsgenerators dem Ortsempfänger zügeführt werden.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sendevorrichtung die Grenzfrequenz des durch die ausgesandten Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilters mindestens gleich der Grenzfrequenz des Ausgangsfilters des Pegelspannungsgenerators ist.

5. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sendevorrichtung die Grenzfrequenz des Ausgangsfilters des Pegelspannungsgenerators etwa 50 Hz beträgt.

6. System nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Sendevorrichtung dem Kodemodulator zur Einstellung der Impulsdichte bei Abwesenheit übertragenerSignale außerdem eine von einer Gleichspannungsquelle stammende Einstellspannung zugeführt wird.

7. System nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im zusammenwirkenden Empfänger die von dem Kodemodulator ausgesandten Kodeimpulse einem impulsmodulator zugeführt werden, der den Energieinhalt der zugeführten Kodeimpulse durch eine geglättete Gleichspannungskomponente moduliert, die einem durch die übertragenen Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilter entnommen wird.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsmodulator durch einen Impulsamphtudenmodulator gebildet wird.

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsmodulator durch einen Impulsdauermodulator gebildet wird.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des durch die ausgesandten Kodeimpulse gespeisten Glättungsfilters etwa 100 Hz beträgt.

11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß gemeinsam mit der Ausgangsspannung des Glättungsfilters eine Bezugsspannung einer Bezugsspannungsquelle dem Impulsmodulator zugeführt wird.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Bezugsspammng derart eingestellt ist, daß bei Abwesenheit der 2Oi übertragenden Signale die Ausgangsimpulse des Impulsmodulators größtenteils unterdrückt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen