DE1223904B - Zeitmultiplex-Nachrichten-UEbertragungssystem mit Pulscodemodulation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H04j

Deutsche Kl.: 21 a4 - 49

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

K47679IXd/21a4
5. September 1962
1. September 1966

Die Erfindung betrifft ein Zeitmultiplex-Nachrichten-Ubertragungssystem mit Pulscodemodulation.

Zeitmultiplex - Nachrichten - Übertragungssysteme mit Pulscodemodulation weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf, insbesondere sind sie beim Empfang im wesentlichen frei von Ubersprecherscheinungen und Rauschstörungen und besitzen eine äußerst hohe Stabilität. Diese PCM-Systeme arbeiten kurz gesagt derart, daß an der Sendeseite die Nachrichtensignale mehrerer Kanäle der Reihe nach abgetastet, die abgetasteten Signale codiert und die entstehenden Impulsfolgen über eine Ubermittlungsleitung auf die Empfangsseite übertragen werden, an welcher dann eine Decodierung und Aufspaltung in die verschiedenen Kanäle erfolgt. Dabei ist jedoch die Übertragungsbandbreite der Übermittlungsleitung beschränkt, so daß nur eine begrenzte Zahl von Kanälen angeschlossen werden kann. Sollen diese Signale von mehr Kanälen übertragen werden, so ist es erforderlich, zusätzliche Übertragungsleitungen mit den jeweiligen sendeseitigen und empfangsseitigen Anlagen (Umsetzern, Codierern, Decodierern usw.) vorzusehen. Dies bedeutet aber, daß die Kosten eines Vielkanal-PCM-Systems unwirtschaftlich hoch sind, so daß derartige Systeme trotz der erwähnten Vorteile in der Praxis bisher nur in geringem Maße Verwendung finden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Zeitmultiplex - Nachrichten - Übertragungssystem mit Pulscodemodulation zu schaffen, das auf wirtschaftlicher Basis eine Vielkanalübertragung ermöglicht. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch Schaltkreise zum Umsetzen der zu übertragenden Zeitmultiplexsignale in Pulscodesignale einer Frequenz oberhalb der für eine einzige Übertragungsleitung zulässigen Frequenz, durch Verteilerkreise zum Verteilen der Pulscodesignale auf eine Vielzahl von die Sende- mit der Empfangsstation verbindenden Übertragungsleitungen und durch an sich bekannte Regenerierkreise in der Empfangsstation. Die periodische Verteilung der Impulsfolgen kann dabei pro Codeelement oder aber pro Codegruppe erfolgen.

Beim System nach der Erfindung werden also die Nachrichtensignale in Pulscodesignale einer Frequenz umgesetzt, die höher liegt als die zulässige Frequenz für eine einzelne Übertragungsleitung, und dann diese Pulscodesignale periodisch auf eine Vielzahl von Übertragungsleitungen verteilt. Damit werden der Aufbau der Leitungsanschlußkreise wesentlich vereinfacht und die Herstellungskosten beträchtlich vermindert.

Zeitmultiplex-Nachrichten-Ubertragungssystem
mit Pulscodemodulation

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, Tokio
Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:
Hiroki Yoshine, Tokio

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 6. September 1961 (31759)

Bei dem erfindungsgemäßen System kann es zwar in manchen Fällen erforderlich sein, zum Zweck einer Verminderung der Impulsdämpfung durch die Übertragungsleitungen die Impulse an der Sendeseite zu dehnen und an der Empfangsseite wieder auf die ursprüngliche Breite zu verkürzen; der dabei sich ergebende geringfügige bauliche Mehraufwand wird jedoch durch die im wesentlichen dämpfungsfreie Übertragung auch über weite Strecken aufgewogen. An Hand der Abb. 1 bis 5 werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei wird zum besseren Verständnis der Erfindung von einem vergleichbaren bekannten System ausgegangen. Es zeigt

A b b. 1 ein Schaltdiagramm eines bekannten Zeitmultiplex-Impulsmodulations-Nachrichtensysterns,

Abb. 2 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform nach der Erfindung,

Abb. 3 in schematischer Darstellung Impulsformen an verschiedenen Stellen der erfindungsgemäßen Ausführungsform von A b b. 2,

A b b. 4 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Abb. 5 in schematischer Darstellung Impulsformen der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Abb. 4.

Das Prinzip eines PCM-Nachrichtensystems ist aus der Anordnung gemäß A b b. 1 zu entnehmen,

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wobei die Übertragungssignale von m Kanälen nacheinander phasenverschoben werden, und zwar mit Hilfe eines Abtast- und Multiplexkreises S₁, der jedes Signal abtastet. Die abgetasteten Signale werden dann fortlaufend mit Hilfe eines Codierers C₁ codiert, und als resultierender Ausgang ergeben sich Zeitmultiplex-Impulsmodulations-Signale mit einem Vervielfachungsgrad (Multiplexgrad) m. Dieser Ausgang wird über eine Übermittlungsleitung L₁ der Empfangsseite übermittelt,, wo er durch einen Decodierer D₁ zur Vervollständigung des Übertragungsvorgangs entschlüsselt bzw. decodiert wird.

In diesem Fall ist die Folgefrequenz / der von der Übermittlungsleitung L₁ übertragenen Zeitmultiplex-Nachrichtenimpulse im wesentlichen ausdrückbar durch das Produkt aus der Anzahl m an Kanälen (Multiplexgrad), der Abtastfrequenz/_s und der Anzahl B an Codeelementen bzw. Bits, d. h. / = mf_sB.

Diese Frequenz / jedoch ist durch verschiedene Faktoren auf einen bestimmten Betrag begrenzt, beispielsweise durch die Übertragungsbandbreite der Leitung L₁, den Rauschpegel und die Eigenschaften des Übertragers, so daß eine bestimmte Frequenz f_e (zulässige Frequenz) nicht überschritten werden kann. Um somit die Bedingung / < f_e bei konstanter Abtastfrequenz /_s und konstanter Anzahl B von Codierbits einzuhalten, muß auch die Anzahl m der Kanäle begrenzt sein, so daß auch eine zulässige Höchstkanalzahl m_e existiert.

Wenn somit eine Anzahl η m_e von Signalen übertragen werden soll, die größer ist als die zulässige Kanalzahl m_e, so wird im allgemeinen eine weitere Anzahl von Abtast- und Multiplexkreisen S₂, S₃ .. .S_n, CodierernC₂, C₃...C_n und Decodieren!D₂, D_s...D_n eingebaut und das System so ausgebildet, daß die Signale von η m_e Kanälen in η Gruppen unterteilt werden und für jeden Block bzw. jede Gruppe ein Codieren und Decodieren stattfindet.

In Abb. 1 sind nur die wesentlichsten Teile dargestellt, und andere notwendige Teile, wie Generatoren für Zifferimpulse oder Zeitgeberimpulse, sind weggelassen,

Wenn bei dem beschriebenen bekannten System die Anzahl an Übertragungssignalen (Anzahl der Kanäle) über die Zahl ansteigt, die von den Übermittlungsleitungen einer Gruppe übertragen werden kann, wird eine große Anzahl ähnlicher Gruppen vorgesehen. Demgemäß werden die Ausrüstungen der Sendestation und der Empfangsstation sehr kompliziert und erfordern bedeutend höhere Kosten als Geräte anderer Systeme mit gleicher Übertragungskapazität. Auf Grund dieser rein wirtschaftlichen Schwierigkeiten ist es bisher in größerem Ausmaß noch nicht gelungen, ein PCM-System auf eine für die Praxis geeignete Form zu bringen.

Die Erfindung schafft ein Zeitmultiplex-PCM-System, bei dem ohne Verminderung der Übertragungskapazität die Ausrüstung sowohl der Sendestation als auch der Empfangsstation beträchtlich vermindert und verbilligt ist und das so ausgebildet ist, daß in der Sendestation der Ausgangsimpuls eines Codierkreises auf eine Vielzahl von Übertragungsleitungen verteilt und durch diese übermittelt wird.

Der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in A b b. 2 dargestellt. In der Sendestation führt ein Abtast-, und, Multiplexkreis S fortlaufend Phasenverschiebungen der Übertragungssignale von K Kanälen durch, die somit abgetastet werden, und sendet sie dann durch Codieren als Zeitmultiplexsignal aus. Dieser Vorgang ist der gleiche wie bei den Abtast- und Multiplexkreisen des Systems nach Abb. 1, aber im Fall von Abb. 2 ist die Anzahlt an Kanälen größer als die Zahl m_e an nutzbaren Kanälen einer Ubermittlungsleitung. Die Zeitmultiplex-Abtastsignale werden dann fortlaufend durch einen Codierkreis C codiert und als Reihen binärer

ίο Impulssignale übermittelt.

Diese Schaltanordnung ist die gleiche wie bei einer einzigen Gruppe der üblichen, in Abb. 1 gezeigten Anordnung, aber die Impulsfolgefrequenz f_k des vom Codierkreis C abgegebenen Zeitmultiplex-PCM-Im-

pulses liegt höher als die zulässige Frequenz ~f_e einer Übertragungsleitung und beträgt f_k = Kf_sB, wobei die Abtastfrequenz /_s und die Anzahl B der Bits dem Fall von Ab b. 1 entsprechen.

In Abb. 3 stellt die mit (α) bezeichnete Impulsform Zeitgeberimpulse (Folgefrequenz f_k) dar, welche im Codierkreis C Verwendung finden. Die mit (b) bezeichnete Impulsform zeigt ein Beispiel von Zeitmultiplex-PCM-Impulsen, wobei die Codierimpulse binäre 4-Bit-Impulse (B.— 4) darstellen. Bei (b) soll der Buchstabe T das Zeitintervall anzeigen, während dem der PCM-Impuls bezüglich eines Abtastimpulses eines Kanals existiert, wobei diese Zeitspanne im folgenden als »Zeitschritt« bezeichnet wird. Der Buchstabe jF bezeichnet die Zeitspanne für K Kanäle der Impulssignale, die sich durch Aneinanderreihen in folgerichtiger Ordnung der Zeitschritte jedes Kanals und Vervielfachen der Zeitschritte mittels eines Zeitmultiplexvorgangs ergibt. Diese Zeitspanne wird als eine »Abtastspanne« bezeichnet.

Gemäß Abb. 2 ist die Sendestation außerdem mit einem Verteilerkreis H zum Verteilen der Zeitmultiplex-PCM-Impulse [Abb. 3 (b)] auf η Wege der K obenerwähnten Kanäle ausgerüstet. Dieser Verteilerkreis H enthält Torschaltkreise G₁, G₂... G_n und einen Impulserzeugerkreis zum Erzeugen von Zeitgeberimpulsen für die Steuerung des Öffnens und Schließern der Torschaltkreise. Der Impulserzeugerkreis PG₁ weist η Impulsausgangsklemmen t_v t₂...t„ auf, durch welche eine Impulsfolge einer Wiederholungsfrequenz von — fortlaufend in versetzten

Intervallen erzeugt werden, deren jedes einer Periode der Zeitgeberimpulsfrequenz f_k gleich ist, womit das Öffnen und Schließen aller Torschaltkreise folgerichtig gesteuert wird.

Die in A b b. 3 mit (c) bezeichnete Gruppe von Impulsformen zeigt die Impulse an, die im Fall von η = 4 an den Klemmen t_p t₂, t_s und Z₄ erzeugt werden. Die Impulsformen (d) geben die Ausgangsimpulse der Torschalterteilerkreise G₁, G₂, G₃ und G₄ an, die von den Impulsen (c) gesteuert werden. Die Impulsbreiten dieser Ausgangsimpulse (d) der Torschaltkreise werden durch Impulsbreiten-Streckkreise E₁, E₂.. .E_n vergrößert, für die beispielsweise Sperr-

oszillatoren Verwendung finden. Der Ausgang dieser Impulsbreiten-Streckkreise ist in Abb. 3 mit (e) bezeichnet.

Der Sinn dieser Dehnung der Impulsbreite ist, die in den Übertragungsleitungen auftretende, bekanntlieh von der Impulsbreite abhängige Dämpfung der Impulse möglichst gering zu halten. Selbstverständlich darf dabei die Dehnung nicht so weit getrieben werden, daß eine' Impulsüberschneidung auftritt.

Besonders vorteilhaft ist eine Impulsverbreiterung G₂.. .G_n und einen Impulserzeuger PG_ia aufweist. .._R4,, , _f T Der Ausgangsimpuls des Codierkreises besitzt die

gemaii add.j aur -,, . Impulsform (b) von Abb. 5, und der Impulsgenera-

Die auf η Wege verteilten und bezüglich ihrer tor PG_{1 a} erzeugt an seinen verschiedenen Klemmen Breite in oben beschriebener Weise gedehnten Im- 5 Impulse, wie sie in Abb. 5 mit (c) bezeichnet sind, pulse werden über η Ubermittlungsleitungen L₁, Der Impulserzeuger PG_{1 a} steuert mit Hilfe dieser L₂.. .L_n zur Empfangsseite übertragen. Die Impuls- Impulse fortlaufend die bereits erwähnten Torschaltsignalfrequenz / jeder Ubermittlungsleitung ist in kreise. Der Ausgangsimpuls jedes dieser Torschaltdiesem Fall derart, daß kreise ist in der Gruppe (rf) dargestellt.

Λ. ίο In der Sendestation sind außerdem Kreise A₁,

R₂... R_n vorgesehen, die nach einmaliger Speicherung der Ausgänge der entsprechenden Torschaltkreise Impulssignale mit einer Wiederholungsfrequenz — in Bitintervallen aussenden, und zwar durch Herauslesen aus dem Speicher mittels Steuerimpulsen der Frequenz —. Der Ausgangsimpuls jedes

dieser Kreise ist für den Fall n = 4 in Abb. 5 (e) dargestellt. Ebenfalls sind Impulsbreiten-Streckkreise E₁, E₂ ... E_n in der Ausführungsform nach A b b. 4 vorgesehen, die denjenigen von A b b. 2 ähnlich sind, und ihre Ausgangsimpulse werden in Abb. 5 (f) dargestellt.

Die auf die oben beschriebene Weise auf η Wege verteilten Impulssignale werden durch η Übermittlungsleitungen L₁, L₂.. .L_n zur Empfangsstation übertragen. Es ist offensichtlich, daß die Impulswiederholungsfrequenz in jeder dieser Übermittlungsleitungen wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel auch in diesem Fall unter der Grenzfrequenz f_e gehalten werden kann.

In der Empfangsstation werden die bezüglich ihrer Breite gestreckten Impulse aller Ubermittlungsleitungen durch Torschaltkreise g_v g₂... g_n und einen Steuerimpulserzeuger PG_{2 a} für die Torschaltkreise in Impulssignale der Impulsform von (rf) in Abb. 5 umgesetzt, so daß ihre ursprüngliche Gestalt vor der Breitenstreckung wiederhergestellt ist. Dann werden in Kreisen r_v r₂... r„ zur Verengung der Zeitschritte Ausgangsimpulse [Abb. 5 (rf)] entsprechend denjenigen der Torschaltkreise des Verteilerkreises H_a in der Sendestation durch Regenerierung erzeugt, und zwar durch einen Speicher- und Auslesevorgang (wobei die Frequenz der Steuerimpulse zum Auslesen f_k beträgt). Diese Ausgangsimpulse werden kombiniert, und schließlich ergeben sich mit Hilfe eines Decodierkreises D regenerierte Signale der Übertragungssignale von K Kanälen.

Wenn bei der Ausführungsform nach A b b. 4 die

Größe —eine ganze Zahl ist, so ist es möglich, ohne

Verminderung der Impulsbreiten einen Verteilerkreis für jede Übermittlungsleitung vorzusehen, um so die PCM-Signale auf eine Vielzahl von Kanälen in den verschiedenen Übermittlungsleitungen zu verteilen und diese Signale zu decodieren.

Bei jedem dieser beiden Ausführungsbeispiele ist in der Sendestation ein Modulationskreis zum Übertragen von PCM-Impulssignalen mittels eines Übertragers zu den verschiedenen Übermittlungsleitungen sowie in der Empfangsstation ein Detektorkreis zum Erfassen der übermittelten Signale vorgesehen, die denjenigen üblicher Systeme entsprechen. Während in dem System nach der Erfindung die Phasen der verteilten und zu den verschiedenen Ubermittlungsleitungen gesendeten Impulse Zeile für Zeile versetzt sind, ist es auch möglich, mit Hilfe eines Verzöge-

und wird damit ähnlich wie in dem Fall von A b b . 1 kleiner als die Grenzfrequenz.

In der Empfangsstation werden die von den ÜbermittlungsleitungenL_1;L₂... L_n übertragenen Impulssignale auf einen Impulsbreiten-Verminderungskreis gegeben, der aus Torschaltkreisen g_v g₂... g_n und einem Steuerimpulserzeuger PG₂ besteht. Dieser Impulsbreiten-Verminderungskreis hat die Aufgabe, die gedehnten Impulse wieder in schmale Impulse zurückzuwandern, d. h. in diejenige Form [Abb. 3 (d)], die sie vor ihrer Dehnung mittels der Impulsbreiten-Dehnungskreise E₁, E₂... E_n der Sendestation aufgewiesen haben.

Der Impulserzeuger PG₂ erzeugt Impulse ähnlich denen des Steuerimpulserzeugers PG₁ des Verteilerkreises H der Sendestation. Die Impulse des Generators PG₂ dienen zum Steuern der Torschaltkreise g_v g₂ ... g_n, derart, daß in einem gegenüber dem Impulsdehnungskreis der Sendestation umgekehrten Vorgang die Impulse wieder auf ihr ursprüngliches Maß verkürzt werden. Durch Kombination der Ausgangsimpulse der Torschaltkreise des Impulsbreiten-Verminderungskreises werden dann Ausgangsimpulse erhalten, welche den Ausgangsimpulsen [einer Impulsform (b) von Abb. 3] der Codierkreise C der Sendestation entsprechen. Durch Verteilen dieser Ausgangsimpulse auf die verschiedenen Kanäle in einem Decodierkreis D und Decodieren der Signale werden die Ubertragungssignale von K Kanälen regeneriert. Der Decodierkreis D kann in diesem Fall den gleichen Aufbau aufweisen wie im Fall von Abb. 1, da die Codeimpulssignale der Kanäle durch einen einzigen Decodierkreis entschlüsselt werden können, aber seine Decodiergeschwindigkeit muß größer sein als im Fall von Abb. 1, und wenn K derart gewählt ist, daß K = η m_e, wird sie K-mal größer als in dem Fall von A b b. 1 sein.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Fall erläutert, bei dem jeder Impulsbit innerhalb jedes Zeitschrittes auf eine geeignete Vielzahl von Übertragungsleitungen verteilt wird. Es ist aber ebensogut möglich, die Impulse in jedem Zeitschritt zu kombinieren und diese Impulskombination auf eine geeignete Vielzahl von Übermittlungsleitungen zu verteilen und zu übertragen. Der Aufbau eines derartigen Systems ist in Abb. 4 gezeigt, und die entsprechenden Impulsformen an verschiedenen Stellen dieses Systems sind in Abb. 5 dargestellt.

Bei dem System nach A b b. 4 ist der Aufbau für die Betriebsstufen vom Abtasten der Übertragungssignale von K Kanälen durch Codieren bis zum Erhalten von Zeitmultiplex-PCM-Impulssignalen der gleiche wie in dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 2. In der Sendestation ist jedoch ein Verteilerkreis H_a vorgesehen, der eine Verteilung auf η Wege bei jedem Zeitschritt vornimmt und der Torschaltkreise G₁,

rungskreises in der Sendestation die Phasen in Übereinstimmung zu bringen und dann zu übertragen.

Um die Vorteile der Erfindung klar herauszustellen, wird im folgenden ein Vergleichsbeispiel angegeben:

. Wenn die Grenzfrequenz / einer Übertragungsleitung 1,54MHz beträgt, so ist die Abtastfrequenz 8 MHz, und die Übertragungssignale von 192 Kanälen werden als 8-Bit-PCM-Signale übertragen. Ein übliches System, etwa gemäß Abb. 1, benötigt dabei acht Gruppen mit je 24 Kanälen. Demgemäß sind acht Codierkreise und acht Decodierkreise erforderlich.

Im Gegensatz dazu ist in dem Fall des Systems nach der Erfindung die Frequenz f_c des Ausgangssignals des Codierkreises:

f_c = 8 · 8 · 192 = 12,288MHz

(eine Abtastspanne F = 125 Millisekunden und ein Zeitschritt T — 0,65 Millisekunden). Dieses Ausgangssignal wird für jedes Bit oder jeden Zeitschritt ao auf acht Ubermittlungsleitungen verteilt, und die Frequenz einer Übermittlungsleitung wird zu 1,536 MHz. Das heißt, daß bei dem System nach der Erfindung ein einziger Codierkreis und ein einziger Decodierkreis genügen.

Wenn auch bei der Erfindung die Betriebsgeschwindigkeit des Codierkreises und des Decodierkreises 8mal größer als bei einem System gemäß Abb. 1 sein muß, so sind jedoch derartige Kreise mit einem Betrieb bei 12,288 MHz leicht erhältlich.

Auch bedeutet es keinen Nachteil, daß das System nach der Erfindung einige zusätzliche Kreise erfordert, die in üblichen Systemen unnötig sind, beispielsweise Verteilerkreise, weil die Verteilerkreise äußerst einfach und billig sind. Auf Grund der beträchtlichen Einsparung an teuren Codier- und Decodierkreisen durch die Erfindung schafft diese ein Nachrichtensystem, das äußerst wirtschaftlich ist und beträchtliche Vorteile aufweist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zeitmultiplex-Nachrichten-Übertragungssystem mit Pulscodemodulation, gekennzeichnet durch Schaltkreise (SC) zum Umsetzen der zu übertragenden Zeitmultiplexsignale in Pulscodesignale einer Frequenz oberhalb der für eine einzige Übertragungsleitung zulässigen Frequenz, durch Verteilerkreise (H) zum Verteilen der Pulscodesignale auf eine Vielzahl von die Sende- mit der Empfangsstation verbindenden Übertragungsleitungen und durch an sich bekannte Regenerierkreise (D) in der Empfangsstation.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Verteilung der Impulsfolgen pro Codeelement erfolgt.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Verteilung der Impulsfolgen aus codierten Signalen pro Codegruppe erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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