DE1512508B2 - Verfahren zum uebertragen einer impulsfolge - Google Patents

Description

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Impulsfolge: (letzte drei	Umkodierter, als vierter
Impulse der durch Delta-	Impuls vorausgesagter
Modulation gewonnenen Folge)	Impuls:
..000	0
..001	1
..010	1
..011	0
..100	1
..101	0
..110	0
..111	1

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4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Schieberegister, an dessen Eingang die Impulsfolge angelegt ist, und durch eine Gatteranordnung, an die sowohl die Ausgänge des Schieberegisters als auch die Impulsfolge selbst angelegt sind und an dessen Ausgang ein Übertragungskanal angeschlossen ist.

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Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Informationen durch kodierte Impulse mit einer Sendestation, einem Übertragungskreis und einer Empfangsstation, bei welchem System an der Sendestation mittels einer Quelle für Informationssignale ein analoges Signal geliefert wird, welches durch eine elektrische Spannung dargestellt wird, wobei dieses analoge Signal an den Eingang eines binären Kodierers, der nach dem Prinzip der Delta-Modulation arbeitet, gegeben wird, bei welcher die Augenblicksamplitude des genannten analogen Signals mit einer gegebenen Wiederkehrperiode geeicht wird, wobei der genannte Kodierer an seinem Ausgang eine Serie von kodierten Impulsen liefert, von denen jeder einen der Werte »0« und »I« aufweist gemäß dem Wert der Differenz zwischen der geeichten Amplitude und der Amplitude des Signals, welches beim Abgang von Impulsen erhalten wird, die zuvor von der genannten Serie geliefert worden sind und in welchem System eine neue Serie von kodierten Impulsen bei der genannten Empfangsstation gebildet wird, und zwar mit dem Abgang von binären Irrtums-Impulsen, die von der genannten Sendestation quer zu dem genannten Übertragungskreis empfangen werden und danach in einem Dekodierer verarbeitet werden, um das genannte analoge Signal wieder zu bilden. Ein solches Verfahren ist aus der DT-AS 12 06 476 bekannt. Der Sinn der Umkodierung besteht dabei darin, die Anzahl der zu übertragenden Impulse pro Informationseinheit oder, generell, die Übertragungsbandbreite zu verringern. Bei dem bekannten Verfahren wird die bei der üblichen Delta-Modulation entstehende Impulsfolge dahingehend umkodiert, daß eine sonst bei konstanter Modulationsspannung auftretende Impulsfolge »10101010...« ersetzt wird durch »00000000...« und umgekehrt die bei abfallender Modulationsspannung auftretende Impulsfolge »00000000...« ersetzt wird durch »10101010...«. Dabei geht man von der Wahrscheinlichkeit aus, daß die Modulationsspannung während eines längeren Gesamtzeitraums konstant sein wird als abfallend, so daß im Ergebnis weniger Impulse übertragen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei dem unabhängig von der jeweils an die statistische Wahrscheinlichkeit anzupassenden Umkodierung die Zahl der zu übertragenden Impulse weiter drastisch erniedrigt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an der Sendestation Mittel vorgesehen sind, um jede Gruppe von m-Impulsen festzuhalten, die aufeinanderfolgend von der genannten Serie während einer vorbestimmten Zeit und mit Mitteln kodiert werden, um gleichzeitig die genannten Impulse in einer Anzahl entsprechend den Eingängen eines logischen Voraussagekreises zu erhalten, der an den Ausgang einen binären kodierten Voraussageimpuls liefert, dessen Größe von der Zusammensetzung der genannten Gruppe abhängt, wonach der genannte Voraussageimpuls an einen ersten Eingang einer Vergleichseinrichtung zur selben Zeit angelegt wird, wenn der Impuls der genannten Serie, der unmittelbar dem letzten der Impulse der genannten Gruppe folgt, an einen zweiten Eingang der genannten Gruppe angelegt wird, um an den Ausgang der genannten Vergleichseinrichtung einen der genannten binären Irrtumsimpulse zu liefern, der den Wert von »1« hat, wenn die beiden Impulse, die gleichzeitig an die genannte Vergleichsschaltung angelegt werden, verschieden sind oder den Wert »0«, wenn die beiden letztgenannten Impulse gleich sind; wobei die genannte Empfangsstation ferner eine andere Vergleichseinrichtung aufweist, die der obenerwähnten Vergleichsschaltung identisch ist und einen ersten Eingang hat, der die genannten binären Irrtumsimpulse empfängt und einen zweiten Eingang, der von neuen vorausgesagte Impulse aufnimmt, die von einem anderen logischen Voraussagekreis abgegeben werden, der im wesentlichen identisch mit dem genannten Voraussagekreis der genannten Sendestation ist, wobei die genannte andere Vergleichseinrichtung an den Ausgang die genannte Serie von wieder gebildeten Impulsen liefert; ferner gekennzeichnet durch andere Mittel zur Erhaltung jeder Gruppe von aufeinanderfolgenden Impulsen der genannten Serie, die während einer vorbestimmten Zeit wiedergebildet werden und durch Mittel, die gleichzeitig auf die letztgenannten Impulse angewandt werden, die in einer

Anzahl erhalten werden, die dem Eingang des genannten anderen logischen Vorhersagekreises entspricht; sowie gekennzeichnet dadurch, daß jede dieser Sendestationen und Empfangsstationen einen Generator aufweist, der durch Synchronisationssignale gesteuert wird, die von der genannten Sendestation in Zeitintervallen empfangen werden, die viel länger, vorzugsweise ein Mehrfaches länger, sind als die genannte Wiederkehrperiode, welcher Generator Gruppen von aufeinanderfolgenden kodierten binären Impulsen von identischer vorbestimmter Zusammensetzung liefert sowie daß Mittel vorgesehen sind, um die letztgenannten Gruppen an den Eingang eines Speichers der Empfangsstation zu geben.

Man erkennt, daß nur dann ein Signal (binär) übertragen zu werden braucht, wenn der vorausgesagte Impuls mit dem tatsächlich eintreffenden Impuls der Folge übereinstimmt (oder, was bevorzugt ist, wenn diese Übereinstimmung fehlt). Man kann daher die Zahl der zu übertragenden Impulse um so mehr verringern, je redundanter die zu übertragende Information ist, d. h., je größer in Abhängigkeit von den vorhergehenden Impulsen die Wahrscheinlichkeit ist, daß ein bestimmtes Binärsignal nachfolgt; eine Übertragung über einen Kanal zu einem Empfänger muß immer nur dann erfolgen, wenn eine Abweichung von der Voraussage eintritt, während der Kanal in der Zwischenzeit — etwa durch Zeitmultiplex — anderweitig belegt werden kann. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es nicht an irgendeine starre Umkodierung gekoppelt ist, sondern immer dann wertvolle Entlastung der Kanalkapazität bringt, wenn überhaupt statistische Voraussagen über den Verlauf eines Signals möglich sind. Nachfolgend wird noch näher erläutert werden, wie man etwa bei der Delta-Modulation von Sprachsignalen zweckmäßig vorgehen kann.

Vorher ist aber anzumerken, daß in der Zeitschrift »Bell System Technical Journal« die sogenannte »Differential-Pulskodemodulation« beschrieben ist, bei der ebenfalls ein Vergleich zwischen einem statistisch vorhergesagten und einem tatsächlich eintreffenden Signal erfolgt und nur deren Differenz übertragen wird. Hier handelt es sich aber nicht um Binärsignale, sondern um Amplituden eines quantisierten Signals — beispielsweise eines Fernsehsignals —, bei denen diese Differenz eben den wesentlichen, zu übertragenden Informationsgehalt repräsentiert. Der Gedanke, der der Erfindung zugrunde liegt, läßt sich dieser Druckschrift nicht entnehmen und aus ihr auch nicht herleiten, schon deshalb nicht, weil in ihr die Differential-Pulskodemodulation der Delta-Modulation als auf einem grundsätzlich anderen Prinzip beruhend gegenübergestellt wird.

Nachstehend wird der Gegenstand der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 Impulsdiagramme für die Sprachübertragung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 das Blockdiagramm der Senderschaltung,

F i g. 3 ein Schaltungsdetail,

F i g. 4 eine Ausführungsform eines logischen Blockes für die Voraussage des Signals,

F i g. 5 eine Vergleichsschaltung und

F i g. 6 das Blockdiagramm der Empfangsschaltung.

In F i g. 1 sind die Ausgangs-Impulsfolge (oder der

Anfangs-Delta-Impulszug), die umkodierte und die zu übertragende Impulsfolge dargestellt.

Die umkodierte Impulsfolge wird gleichzeitig im Sender und im Empfänger erzeugt und basiert z. B. auf den drei letzten Impulsen des Anfangs-Delta-Impulszuges.

Die Voraussage beruht auf statistischen Untersuchungen und führt zu dem folgenden Ergebnis:

Letzte drei Impulse der	Als vierter vorausgesagter
Ausgangsimpulsfolge:	Impuls:
	(= umkodierte Folge)
...0 0 0	0
...0 0 1	1
...0 10	1
...0 11	0
...100,	1
...10 1	0
...110	0
...111	1

Man kann aus Fig. 1 ersehen, daß eine solche Umkodierung allein noch keine merkbare Einsparung an Übertragungsleistung ergibt, da die Zahl der »1« in der Ausgangs- und der umkodierten Folge im wesentlichen gleich ist.

Die zu übertragende Impulsfolge wird beim Sender erzeugt, und zwar durch impulsweisen Vergleich zwischen der umkodierten Impulsfolge und der Ausgangsimpulsfolge. Wenn Übereinstimmung vorliegt,

dann liefert der Sender eine Null. Wenn die Übereinstimmung nicht vorliegt, dann liefert der Sender ein Irrtumssignal, welches in Gestalt eines »1 «-Impulses dargestellt werden kann, wie es die F i g. 1 zeigt.
In regelmäßigen Abständen überträgt man drei aufeinanderfolgende Impulse einer im voraus bekannten Gruppe, um den Empfänger zu synchronisieren, 000 z. B.; davon ausgehend bildet man ohne weiteres wieder die umkodierte Impulsfolge und daraus dann den Anfangs-Delta-Impulszug.

4c Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in F i g. 2 und 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es handelt sich um eine Anzahl von mehreren hundert Delta-Kanälen, wobei an den beiden Enden eine Anordnung vorgesehen ist, die aus üblichen logischen Kreisen gebildet ist, in welchen die Voraussage des Signals gleichzeitig bei der Sendung und bei dem Empfang jedes der Signale erfolgt. Die Übertragung ist auf die eines Irrtumssignals für jedes Signal, das fehlerhaft vorausgesagt wurde, beschränkt, wobei das Irrtumssignal den entsprechenden Kanal belegt. Wie erwähnt, ist es notwendig, in regelmäßigen Abständen, z. B. alle tausend Impulse, ein Kontrollsignal zu übertragen, welches anzeigt, daß in diesem Augenblick eine Gruppe von Impulsen durchläuft, z. B. drei, die im voraus vereinbart sind, um die Verarbeitung der Voraussagen des Empfängers zu steuern.

Bei der Sendung (F i g. 2) wird die Synchronisation mit dem Impulszug (Deltazug) mittels eines Abtastzählers 1 durchgeführt. Die drei aufeinanderfolgenden Impulse werden durch Schieberegister 2, 3, 4 gespeichert, die sie in den logischen Block 5 (Voraussage des Signals) übertragen. Das Ausgangssignal dieses Blocks 5 wird in der logischen Vergleichsschaltung 6 mit dem Impulszug verglichen, welcher direkt von dem Delta-Modulationssignal herrührt. Der Impulszug, der sich daraus ergibt, entspricht dem Irrtumssignal ε, welches bei 7 abgeht. Die Übertragung des Irrtumssignals kann danach auf folgende Weise stattfinden: Man überträgt

im Binär-Kode die Zahl des Kanals, bei dem eine »1« erscheint.

Der Abtastzähler wird durch einen Taktgeber H gesteuert. Er erlaubt, drei aufeinanderfolgende Augenblicke des Signals abzutrennen. Er ist aus einem »UND«-Tor 8, drei umgekehrten »ODER«-Kreisen 9, 10 und 13 und zwei Kippkreisen 11 und 12 (Flip-Flop-Kreisen) gebildet. Das erste Signal erscheint gleichzeitig an den Kippkreisen 11 und 12. Der Kippkreis 11 ändert daraufhin seinen Zustand, während der Kippkreis 12, der einerseits den direkten Impuls und andererseits den Impuls, der durch den Kippkreis 11 läuft, empfängt, seinen Zustand nicht ändert. Beim zweiten von dem Taktgeber H kommenden Signal bleibt der Kippkreis 11 in seinem Zustand, während der Kippkreis 12 seinen Zustand ändert, bis das dritte Taktsignal eintrifft und er dann wieder in seinen Anfangszustand zurückkehrt. Beim dritten Taktsignal ändert der Kippkreis 11 von neuem seinen Zustand usw. Auf den Ausgängen a und b erscheinen zwei Stufenspannungen, die um eine Abtastperiode phasenverschoben sind. Diese beiden Spannungen werden in einem umgekehrten »ODER«-Kreis 13 kombiniert und bilden ein drittes Abtastsignal einer neuen Abtastperiode.

Der Speicherblock mit parallelen Eingängen, welcher durch den Zähler 1 gesteuert wird, nimmt mit jedem Abtastzyklus die Aufeinanderfolge von drei letzten Augenblicken des Delta-Impulszuges auf. Er wird im wesentlichen aus drei Kippkreisen gebildet, bei welchen einerseits das Signal, welches vom Zähler herrührt, und andererseits der Delta-Impulszug ankommen.

Der Speicherblock mit parallelen Eingängen kann durch ein Phasenschieberegister mit Serieneingängen ersetzt werden. In diesem Fall wirken die Delta-Impulse einer nach dem anderen auf den Zustand der drei Kippkreise ein, die andererseits durch ein Signal gesteuert werden, welches aus dem Taktsignal erzeugt wird.

Der logische Block empfängt Impulse, die von den Kippkreisen des Speicherblocks herrühren, und erzeugt ein Voraussagesignal. Dieser Block besteht im wesentlichen aus einer Vereinigung von »UND«-Toren mit Mehrfacheingängen und einem »ODER«-Kreis.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein Impuls ausgehend von drei vorgehenden Impulsen vorausgesagt wird, wird die Voraussagetabelle realisiert, indem der logische Kreis gebildet wird, der der nachstehenden Beziehung entspricht:

ρ = abc + abc + abc + abc,

wobei a, b und c die drei aufeinanderfolgenden Impulse und ρ der vorausgesagte Impuls sind.

Der Aufbau kann sehr einfach (F i g. 4) mittels vier »UND«-Kreisen 14, 15, 16 und 17 mit drei Eingängen 14', 15', 16', 17' und einem »ODER«-Kreis 18 mit vier Eingängen 18' verwirklicht werden.

Die Vergleichsschaltung vergleicht das vorausgesagte Signal mit dem Delta-Signal. In dieser Schaltung wird die Funktion ε entsprechend dem Irrtumssignal erzeugt:

, \p+ IJf.

Diese Vergleichsschaltung ist in F i g. 5 gezeigt. Sie weist zwei »UND«-Tore 19, 20 und einen »ODER«- Kreis 21 auf. Der auf diese Weise erhaltene Impulszug ε hat dieselbe Folgeperiode wie der Anfangs-Deltazug.

Der Empfang (F i g. 6) erfolgt auf genau dieselbe Art und Weise mit denselben Organen, indem der Tatsache Rechnung getragen wird, daß das Synchronisationssignal das Taktsignal mittels eines Generators regeneriert. In der Fig.6 sind für entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 angewendet worden, jedoch mit dem Index 1 versehen.

Das wiedergewonnene Delta-Signal wird danach z. B. in ein Sprachsignal auf an sich bekannte Weise umgewandelt.

Man sieht, daß bei der dargestellten Anordnung, wenn die P Sprachkanäle in Synchronismus belegt werden, die mittlere Anzahl von »1«, die auf der Gesamtheit der P Kanäle erscheint, sehr viel kleiner ist als die Anzahl P von Kanälen selbst. Die Anzahl von aktiven Kanälen beträgt nämlich

P-ρ oder P<^-

da selbst wenn alle diese Verbindungen aktiv sind, sie keinesfalls zur gleichen Zeit aktiv sind gemäß dem insbesondere bei dem beim transozeanischen Fernmeldebetrieb zwischen Europa und den Vereinigten Staaten angewendeten Prinzip. Pro Kanal beträgt die mittlere Anzahl von »1« g, wobei g das Reduktionsverhältnis der Anzahl von »1«ist

Die mittlere Anzahl von »1« beträgt daher

η = Ppg,

η = «p.

Man begrenzt die Kapazität der Übertragung zu Κ· η »1« durch die Abtastperiode. Die Zahl K wird derart gewählt, daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Anzahl von »1«, die gleichzeitig K ■ π überschreitet, niederiger bleibt als eine gegebene Größe.

Zum Beispiel kann man bei einem Block von 512 Kanälen (=2⁹) K ■ n=30 wählen: Die Übertragung erfordert 30 -9 = 270 Bits pro Abtastzyklus an Stelle von 512. Man erhält demgemäß eine sehr erhebliche Vergrößerung der pro Sekunde übertragenen Signale und eine wichtige Verminderung des verwendeten Durchlaßbereichs.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Übertragen einer durch digitale Delta-Modulation gewonnenen Impulsfolge, bei dem die Impulsfolge sendeseitig zwecks Verringerung der Übertragungsbandbreite gemäß statistischen Annahmen umkodiert und empfängerseitig wieder rückkodiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder bei der Umkodierung erhaltene Impuls mit dem nächstfolgenden, bei der Umkodierung gerade nicht mehr berücksichtigten Impuls der ursprünglichen Folge verglichen und nur das binäre Vergleichergebnis übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsergebnis Binär-NULL übertragen wird, wenn der statistisch erwartete und der tatsächlich vorliegende nächstfolgende Impuls übereinstimmen.

3. Verfahren nach Anspruch 2 für die Übertragung von Sprache, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkodierung in Abhängigkeit von den letzten drei Impulsen der Impulsfolge gemäß folgendem Schema durchgeführt wird: