DE1300968B

DE1300968B - Deltamodulations-Nachrichtenuebertragungssystem mit Compandereigenschaften

Info

Publication number: DE1300968B
Application number: DEN29546A
Authority: DE
Inventors: Tomozawa Atusi; Kaneko Hisashi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1966-03-08
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1969-08-14
Also published as: NL6618014A; GB1142578A; NL141735B; US3496468A; FR1517014A

Description

Die Erfindung betrifft ein Deltamodulations-Nach- Wiedergewinnung des Sendesignals möglich ist. Diese richtenübertragungssystem mit Compandereigenschaf- Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ten, in dessen Sendeteil einer Subtraktionsschaltung der Pegelsignalgenerator an den Ausgang der Deconeben der Nachrichtenwellenform und der über eine dierungsschaltung angeschlossen ist und daß die örtliche Decodierungsstufe rückgeführten demodu- 5 Empfangsdecodierungsschaltung einen gleichen Auflierten Ausgangssignalwellenform der Codierungs- bau wie die örtliche Decodierungsschaltung der stufe ein Pegelsignal der Nachrichtenwellenform zu- Sendestufe hat.

geführt ist und dessen örtliche Decodierungsstufe eine Durch die Ankopplung des Pegelsignalgenerators

Multiplizierschaltung enthält, die einerseits unmittel- an den Ausgang der Decodierungsschaltung innerbar an die Codierungsstufe und andererseits an einen io halb des Rückkopplungskreises spart man einen be-Pegelsignalgenerator angeschaltet ist und der eine sonderen Pegelsignalgenerator auf der Eingangsseite Decodierungsschaltung nachgeschaltet ist. der Subtraktionsschaltung ein. Diese Ausbildung der

Zur Umwandlung eines Analogsignals, z. B. eines örtlichen Decodierungsstufe erlaubt eine genau Sprachsignals, in ein Digitalsignal unter Anwendung gleiche Ausbildung der Empfangs-Decodierungsstufe, der Deltamodulation geht man nach einem bekann- 15 so daß die Compandereigenschaften auf der Sendeten System so vor, daß die sich ändernde Komponente und Empfangsseite einander genau entsprechen. Da des Analogsignals in konstanten Stufen quantisiert das Pegelsignal allein in dem Rückkopplungskreis wird, unabhängig von der Größe des Eingangsanalog- erzeugt wird, kann man einen außerordentlich grosignals. Nach diesem System wird jedoch das Signal- ßen Dynamikbereich des Eingangsanalogsignals ver-Quantisierungsrausch-Verhältnis immer kleiner, in 20 arbeiten.

dem Maße, wie sich die Amplitude des Signals ver- In Weiterbildung der Erfindung kann man mehrere

mindert. Zur Vermeidung dieses Nachteils kann man in Reihe geschaltete Multiplizierschaltungen vorin Erwägung ziehen, die Quantisierungsstufe für eine sehen, deren jeweilige Vorspannungssummierungs-Signalkomponente mit geringer Amplitude kleiner als schaltungen parallel an die Pegelnachweisstufe angefür eine Signalkomponene mit großer Amplitude zu 25 koppelt sind.

machen. Hierfür ist bereits ein System vorgeschlagen Wenn das Signalübertragungssystem nach der Erworden, wobei die Momentanwertcompanderschal- findung zur Übertragung von Telefonsignalen dient, tung zum Anheben der Analogsignalkomponente mit kann der Übertragungskanal mit geringem Quantisiekleiner Amplitude gegenüber der Signalkomponente rungsrauschen auch dann benutzt werden, wenn die mit großer Amplitude (d. h. die Schaltung zur Ampli- 30 Sprache nicht so laut ist, womit man eine erhebliche tudenkomprimierung) in einer Vorstufe des Delta- Verbesserung der Übertragungsgüte erzielt, modulators angeordnet ist. Innerhalb dieses Systems Nunmehr wird die Erfindung an Hand bevorzugmachen sich jedoch ungünstige Temperaturkennlinien ter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die und Ungleichförmigkeiten von Kennlinien nachteilig Zeichnung erläutert.

bemerkbar, da die Nichtlinearität dieser Momentan- 35 Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Auswertcompanderschaltung von der Nichtlinearität der führungsform der Erfindung, Kennlinien nichtlinearer Schaltelemente, z.B. von F i g. 2 Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungs-

Halbleiterbauelementen oder Elektronenröhren, ab- weise der Erfindung und hängt. F i g. 3 ein Blockschaltbild einer abgewandelten

Andererseits war bereits ein verbessertes Delta- 40 Ausführungsform der Erfindung. modulations-Nachrichtenübertragungssystembekannt, Eine Sendestufe nach Fig. 1 für ein Deltamodu-

wo die Modulation mit einer nichtlinearen Com- lations-Nachrichtenübertragungssystem nach der Erpanderkennlinie erfolgt, ohne daß eine Momentan- findung umfaßt folgende Baustufen: eine Eingangswertcompanderschaltung benutzt ist. Bei diesem klemme 11 zum Anschluß an eine nicht dargestellte System liegen an einer Subtraktionsschaltung einer- 45 Signalquelle für ein zu übertragendes Niederfrequenzseits das Sprachsignal selbst und andererseits ein aus signal, ζ. B. ein Sprachsignal; eine Subtraktionsschaldem Sprachsignal durch Glättung gewonnenes Pegel- tung 12 zur Aufnahme dieses Niederfrequenzsignals signal sowie schließlich ein Rückkoppelsignal an. In- über einen Eingang; eine Codierungsstufe 13 mit folge dieses Pegelsignals arbeitet der Modulator einer Impulssignalquelle für konstante Wiederhonichtlinear. Im örtlichen Demodulator erfolgt eine 50 lungsfrequenz und zur Erzeugung der Codeimpulse zusätzliche nichtlineare Verzerrung, indem kleine »1« oder »~1« in Abhängigkeit davon, ob die Aus-Pegelwerte mit verringerter Amplitude zurückgeführt gangsspannung der Subtraktionsschaltung größer als werden. Diese nichtlineare Verzerrung im Rückfüh- eine feste Spannung ist oder nicht; einen Impulsverrungskreis erfolgt mittels einer Multiplizierschaltung, stärker 15 zur Verstärkung des Ausgangs der Codiedie von einem Pegelsignalgenerator angesteuert wird. 35 rungsstufe 13 und zur Einspeisung der verstärkten Dieser Pegelsignalgenerator erzeugt aus der Pulswel- Pulse in eine drahtgebundene oder drahtlose Überlenform ein Pegelsignal. Die zweimalige Pegelsignal- tragungsstrecke 14; und eine örtliche Decodierungserzeugung innerhalb der Sendestufe stellt einen er- stufe 16 zur Decodierung eines Teils des Ausgangsheblichen Aufwand dar. Da das Pegelsignal einerseits signals der Codierungsstufe 13 und zur Einspeisung unmittelbar der Subtraktionsschaltung und anderer- 60 des decodierten Sendesignals in den zweiten Eingang seits dem Rückkoppelungskreis zugeführt wird, ist der Subtraktionsschaltung 12. auf der Empfangsseite eine genau symmetrische De- Zu der örtlichen Decodierungsstufe 16 gehören:

codierung nicht möglich, so daß es leicht vorkom- eine Multiplizierschaltung 161 zur Aufnahme der men kann, daß zwischen dem Empfangssignal und Ausgangsimpulse an einem Eingang; eine Decodiedem Sendesignal Abweichungen auftreten. 65 rungsschaltung 162 zur Decodierung der Ausgangs-

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbil- impulse der Multiplizierschaltung 161; ein Spandung des Deltamodulations-Nachrichtenübertragungs- nungsgenerator 163 zur Erzeugung einer Spannung systems, daß auf der Empfangsseite eine genaue zur Darstellung des Ausgangspegels der Decodie-

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Hilfsschaltung 162, d. h. zur Erzeugung einer Gleich- liehe Funktion des Eingangssignalpegels X dargestromkomponente; eine an eine nicht dargestellte stellt wird.

Vorspannungsquelle für eine konstante Vorspannung Die hyperbolische Amplitudendehnung ergibt sich

angeschlossene Anschlußklemme 164 und eine Sum- somit aus der Umwandlung des Eingangspegels X in mierungsschaltung 165 zur Bildung der Summe der 5 den Ausgangspegel Y. Infolgedessen besitzt der Gleichstromkomponente vom Ausgang des Span- Deltamodulator insgesamt eine hyperbolische Komnungsgenerators 163 und der genannten Vorspannung primierungskennlinie.

sowie zur Einspeisung des Summensignals in den Das Quantisierungsrauschen des Deltamodulators

zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 161. ist der Größe der genannten Quantisierungsstufe pro-

Die Subtraktionsschaltung 12, die Codierungsstufe io portional. Da die Quantisierungsstufe bei dem erfin-13 und der Impulsverstärker 15 können nach her- dungsgemäßen System durch die Ausgangsspannung kömmlicher Schaltungstechnik aufgebaut sein. Auch der Decodierungsschaltung 162 der örtlichen Decodie Decodierungsschaltung 162 ist in herkömmlicher dierungsstufe 16 bestimmt ist, ist das Quantisierungs-Weise aufgebaut, z. B. als Integratorstufe, die in her- rauschen der Eingangspulsamplitude für die Decodiekömmlichen Empfängern für Deltamodulationssignale 15 rungsschaltung 162 proportional. Somit gilt für das benutzt wird. Der Spannungsgenerator 163 besteht Quantisierungsrauschen N
aus einem Bandpaßfilter zur Aufnahme der Aus- j, _ »y ,γ.

gangsfrequenzkomponente der Decodierungsschaltung ^ '

162, einem Gleichrichter und einem Tiefpaßfilter zur mit k als einer Konstanten. Durch Auflösen der Glei-Glättung der Ausgangsgleichspannung. Die Multipli- so chung (1) nach X durch Einsetzen in Gleichung (2) zierschaltung 161 umfaßt eine Schaltstufe zur Ein- erhält man für das Signal-Quantisierungsrausch-Verspeisung der Ausgangsspannung der Summierungs- hältnis S/N die Beziehung

schaltung 165 in die Decodierungsschaltung 162, S/N = kY/(AY + B) (3)

entweder gleichphasig oder gegenphasig in Abhängig- ^ '' ^ '

keit davon, ob das Ausgangspulssignal der Codie- 35 In Fig. 2, wo auf der Abszisse der Signalpegel rungsstufel3 ein »1«- oder » —1«-Code ist. Somit und auf der Ordinate das Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt die Multiplizierschaltung 161 eine Signal- S/N aufgetragen sind, wird die Beziehung der Gleifolge, die das Produkt des von der Summierungs- chung (3) durch die Kurve H dargestellt, die einen schaltung 165 eingespeisten Signals mit den Aus- Teil einer Hyperbel bildet. Im Vergleich mit dem gangsimpulsen der Codierungsstufe 13 darstellt. 30 Fall, wo die Decodierungskennlinien der örtlichen

Damit liefert die örtliche Decodierungsschaltung Decodierungsstufe 16 linear sind und das Signal-16 nicht eine Decodierung der Ausgangsimpulse der Rausch-Verhältnis dementsprechend ebenfalls linear Codierungsstufe 13 an sich, sondern das Produkt der nach der Kurve L in F i g. 2 ist, erkennt man die Ausgangsimpulse der Codierungsstufe 13 mit der überraschende Verbesserung des Signal-Rausch-VerSumme aus der Gleichstromkomponente, die den Pe- ₃₅ hältnisses nach der Kurve H. Da die Gesamtverstärgel des durch die Ausgangsimpulse der Codierungs- kung A des Spannungsgenerators 163 und die Vorstufe 13 dargestellten Analogsignals proportional ist, spannung B beliebig gewählt werden können, kann und aus der konstanten Vorspannung. Diese deco- die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses dierte Ausgangsspannung wird sodann auf die Sub- nach Gleichung (3) groß gemacht werden,
traktionsschaltung 12 zurückgeführt, so daß man eine ₄₀ Wenn die Verbesserung des Signal-Rausch-Vernichtlineare Companderkennlinie erhält, wie im fol- hältnisses auch dann nicht ausreicht, wenn die Gegenden erläutert wird. samtverstärkung A und die Vorspannung B in der Der Pegel des durch die Ausgangsimpulse der Co- beschriebenen Weise geändert werden, kann man die dierungsstufe 13 dargestellten Analogsignale sei X, hyperbolische Kennlinie nach Gleichung (1) in eine der Pegel des niederfrequenten Ausgangssignals der ₄₅ hyperbolische Kennlinie höherer Ordnung ändern.
Decodierungsschaltung 162 sei Y, die Gesamtverstär- F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Erfindung für kung des Spannungsgenerators 163 sei A und die an diesen Zweck, wonach die örtliche Decodierungsstufe der Anschlußklemme 164 anliegende Vorspannung 16 folgende Baugruppen umfaßt: drei Vorspannungsr,ei B. Dann ist die Amplitude des von Seiten der Summierungsschaltungen 16Sa, 165 b und 165 c an Summierungsschaltung 165 an der Multiplizierschal- _5o Stelle der Vorspannungs-Summierungsschaltung 165, tungl61 anliegenden Signals durch folgende Glei- an denen jeweils über die Anschlußklemmen 164 α, chung gegeben: 164 & und 164 c Vorspannungen Ba, Bb und Bc an- M = AY + B. liegen; sowie Multiplizierschaltungen 161a, 161b,

161c, an denen jeweils die Ausgangsspannung einer

Da nach dem Obigen die Ausgangsspannung der ₅₅ zugehörigen Summierungsschaltung anliegt. Das Si-Multiplizierschaltung 161 das Produkt der Ausgangs- gnal-Rausch-Verhältnis S/N ist in entsprechender impulse der Codierungsstufe 13 und der Ausgangs- Weise wie im Fall der Gleichung (3) durch die Bespannung der Summierungsschaltung 165 darstellt, ziehung gegeben
ergibt sich der Signalpegel Y zu ^ _m _ ^_/(^_{y +} ^ _{{Αγ +} ^ _{(Αγ +} ^ _

Y = MX-= X(AY + B). ° (⁴)

Daraus erkennt man deutlich, daß das Signal-

Durch Auflösung dieser Gleichung nach Y erhält Rausch-Verhältnis beträchtlich verbessert werden man kann.

γ _ τ>νι(Λ — jY) (i\ ⁶5 Das im vorstehenden in seinen Grundzügen be-

^ ^ ' schriebene System nach der Erfindung kann in vie-

Daraus erkennt man, daß der Ausgangspegel Y der lerlei Hinsicht abgewandelt werden, z. B. kann ein örtlichen Decodierungsstufe 16 durch eine hyperbo- Gegentaktmodulator, dessen Moduliersignal vom

Ausgang der Vorspannungs-Summierungsschaltung 165 abgenommen wird und dessen Modulationssignal die Pulsfolge der Codierungsstufe 13 ist, oder ein Pulslängenmodulator, in dem die Pulslänge der Pulse der Codierungsstufe 13 in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vorspannungs-Summierungsschaltung 165 moduliert wird, an Stelle der Multiplizierschaltung 161 benutzt werden. Es wurde ferner eine Subtraktionsschaltung 12 zur Subtraktion der Ausgangsspannung der Sendedecodierungsstufe 16 von dem Momentanwert des Eingangsanalogsignals an der Eingangsklemme 11 beschrieben. Diese Schaltung kann auch durch eine Summierungsschaltung ersetzt werden, da die Subtraktion eine algebraische Summierung darstellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Deltamodulations-Nachrichtenübertragungssystem mit Compandereigenschaften, in dessen Sendeteil einer Subtraktionsschaltung neben der ao Nachrichtenwellenform und der über eine ortliche Decodierungsstufe rückgeführten demodulierten Ausgangssignalwellenf orm der Codierungsstufe ein Pegelsignal der Nachrichtenwellenform zugeführt ist und dessen örtliche Decodierungsstufe eine Multiplizierschaltung enthält, die einerseits unmittelbar an die Codierungsstufe und andererseits an einen Pegelsignalgenerator angeschaltet ist und der eine Decodierungsschaltung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelsignalgenerator (163) an den Ausgang der Decodierungsschaltung (162) angeschlossen ist und daß die Empfangsdecodierungsschaltung einen gleichen Aufbau wie die örtliche Decodierungsschaltung der Sendestufe hat.

2. Deltamodulations-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere, in Reihe geschaltete Multiplizierschaltungen (161a, 161 δ, 161c), deren jeweilige Vorspannungssummierungsschaltungen (165 a, 165 b, 165 c) parallel an den Pegelspannungsgenerator (163) angekoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen