DE1537188A1

DE1537188A1 - Anordnung zur Nullpunktsnachregelung eines Coders in Pulseodemodulationssystemen

Info

Publication number: DE1537188A1
Application number: DE19671537188
Authority: DE
Inventors: Malcolm Edward Gabriel
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1966-11-22
Filing date: 1967-11-16
Publication date: 1970-02-19
Also published as: CH491550A; SE336812B; NL6715893A; FI44807B; GB1113700A; DE1537188B2; US3495238A; BE706858A; ES347416A1; FI44807C

Description

Dipl.-Ing.Heinz Ciaessen

Patentanwalt

7 ütuttgart-1,Postfach 3H1

Iöüj/Reg.3767
H. ji. Gabriel- 3

INTiäRNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORtOHiVTION, New York

"Anordnung zur Nullpunktsnachregelung eines Coders in Pulscodemodulationssystemen"

Die Priorität der Anmeldung Hr.52152/66 vom 22.11.1966 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Für Pulscodemodulation (PCM)- Nachrichtensysteme,ist der Vorteil der Verwendung eines symmetrischen Binärcodes für die Codierung von Sprachsignalen allgemein bekannt. In einem solchen Code kennzeichnet die erste Stelle die PoIarität des zu codierenden Analogsignales und die übrigen Ziffern des Codes geben die Amplitude des öignales an. Es ist ebenfalls als vorteilhaft bekannt, dem Coder eine nichtlineare Kennlinie zu geben und die Größe der ^uantisierungsschritte entsprechend der Amplitude des zu codierenden Analogsignales zu wählen.

In einem solchen Coder ist es wichtig, daß der Nullwert des Eingangssignales mit der Mitte des Codebereiches zusammen fällt, wenn ein maximaler Kompandierungsvorteil erreicht werden soll.

Die Nullpunktsnachregelung kann in PCM-3ystemen, die eine freie Kanalzeit haben, die z.B. für Synchronisierungszwecke vorgesehen ist, während dieser Periode ausgeführt werden. Während dieser Periode wird der Coder nämlich nicht benutzt und es kann ihm ein Bezugssignal mit dem Wert Null zugeführt werden. Ein Ausgangssignal, das während dieser Zeit vom Coder abgegeben wird, zeigt das Vorliegen von Verschiebungen an und ermöglicht eine Rückkopplungskorrektur.

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Wenn keine freie Periode zur Verfugung steht, müssen andere ,/ege beschritten werden.

üin bekannter oteuerkreis zur Zentrierung eines symmetrischen Codes ist in Mg.1 dargestellt. Der Coder selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung und nur durch den Block 1 gekennzeichnet, oi's kann jeder bekannte Typ verwendet werden, der ein Analogsignal in einen symmetrischen Binärcode umwandelt.

Der automatische Zentrierungskreis enthält den liückkopplungsweg, der zwischen dem Ausgangskreis 2 des Coders und dem Eingangskreis 3 für das Analogsignal liegt. Die Polaritätsziffer des codierten Ausgangssignales wird durch die logische Torschaltung 4 geprüft, an die Torimpulse über die Leitung 5 angelegt werden. Diese Torimpulse treten immer dann auf, wenn die Polaritätsziffer im Ausgang 2 des Coders vorliegt. Der Ausgang der Torschaltung ist an den bistabilen Kreis 6 angelegt. Die Anordnung arbeitet so, daß dann, wenn der geprüfte Kanalcode eine positive Amplitude anzeigt, die bistabile Kippschaltung in dem einen Zustand ist und in dem anderen Zustand, wenn der Kanal code eine negative .amplittide anzeigt. Am Ausgang des bistabilen Kreises erscheint eine Hechteckwelle mit konstanter Amplitude. Daß Verhältnis von Zeichenschritt zu Trennschritt dieser ,felle hängt von dem Verhältnis von positiven zu negativen Kanälen ab·

Da das zu codierende Analogsignal ein Weehselstromsignal ist und keine Gleichstromkomponente vorliegt, ist das Verhältnis von positiven zu negativen Halbwellen in einem genau eingestellten Ooder darin, wenn über eine ausreichend lange Zeitperiode geprüft wurde, gleich uns. Die Hechteckwelle wird in dem Integrierkreifl 7 integriert, der einen Kondensator C und Widerstand Ii antha.lt. Das analoge Axis^angasignal dieses Integrierkreis wird dazu verwendet, de*? Yox'ijpanrumgsgenerator 8 zu attPH;, '--Ie 'folarität uLeser Vorspannung wird so gewählt, ^aS eis dia Y^^echie^tMi,-: ley ΟοΛοχ-ώ reduziert,

BAD O;

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Diese Anordnung hat den Hachteil, daß aann, wenn die Zeitkonstante des Integrationskreises kurz ist, die annähme, daß eine gleiche Zahl von positiven und negativen Amplituden in den Kanälen in einer gegebenen Zeitperiode auftreten wird, nicht erfüllt ist. Ein v/eiterer liachteil des Kreises besteht darin, daß die Verstärkung der oteuerschleife, die als wechsel des Zeicheii-Trennschritirerhältnisses des oignales am Ausgang des bistabilen Kreises 6 für eine Einheitsverschiebung im codierten ausgangssignal am iunkt 2 definiert werden kann, ab-

lOnimmt, veini die Belastung des systems ansteigt. Unter Belastung des üystems wird das Produkt der Zahl der verwendeten Kanäle und die Amplitude der oignale in jedem Kanal verstanden.

Um die abhängigkeit von dex- Abweichung von aem Zeichen-Trennschritt-Verhältnis vom ,/ert 1 infolge von oystembelastung zu demonstrieren, sei der i^all betrachtet, in dem alle Kanäle gleichmäßig mit der maximalen Amplitude belastet sind, d.h. der Codierbereich 2 Q ^uantisierungsschritte enthält und jeder Pegel jeden Kanals mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftritt, Mit
P= Wahrscheinlichkeit in jedem Kanalcode, daß er positiv ist und

q = Wahrscheinlichkeit in jedem Kanalcode, daß er negativ ist, ergibt sich unter Annahme, daß der Coder eine negative Verschiebung gleich einem siuantisierungsschritt hat:

ρ = Q+1/2Q und q. = (Q-1)/24 und -1) = 1+2/(Q-D.

Daraus ergibt sich unter der Annahme, daß Q /► 1 ist, daß die Abweichung des Verhältnisses von der Einheit umgekehrt proportional zu der Zahl der erregten Pegel ist.

Der obengenannte Ausdruck ist nur angenähert, da dabei die Tatsache nicht in Betracht gezogen ist, daß dann, wenn die

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Coderkennlinie nichtlinear ist, die effektive Zahl von linearen Pegeln sehr viel größer sein kann als die wirklich vorliegenden nichtlinearen Pegel. Die Annahme, daß alle Pegel mit gleicher ,Wahrscheinlichkeit auftreten, ist ebenfalls eine Übervereinfachung.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es notwendig, eine hohe Verstärkung in der Kontrollschleife zu haben. Diese Verstärkung kann in dem Analogteil des Rückkopplungsweges vorgenommen werden, d.h. hinter dem Integrationskreis. Da es jedoch notwendig ist, den durch das Integrationsnetzwerk entstandenen Abfall auf einen Bruchteil eines i^uantisierungsschrittes zu beschränken, verstärkt jede nach dem Integrationsnetzwerk eingefügte Verstärkung diesen Abfall, wenn nicht die Zeitkonstante des Integrationsnetzwerkes entsprechend vergrößert wird.

Es gibt deshalb eine praktische Grenze für die Verstärkung, die nach dem Integrationsnetzwerk eingefügt werden kann·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Hullpunktsnachregelung eines Coders für symmetrische Binärcode mit einer logischen Schaltung, die über einen Integrierkreis das Anlegen einer Korrekturspannung an den Eingang in Abhängigkeit von der Polaritätsziffer des Ausgangssignales steuert, in Pulscodemodulationssystemen zu schaffen, bei dem die genannten liaehteile nicht auftreten und auch eine höhere Verstärkung möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen dem Ausgang des Coders und der logischen Schaltung eine weitere logische Torschaltung und ein Zähler eingefügt sind, daß die weitere logische Torschaltung jeweils die Polaritätsziffer durchläßt und im Zähler die Anzahl der Ziffern, die eine vorgegebene Polarität darstellen, während eines Zeitraumes, in dem η Polaritätsziffern auftreten, gezählt werden und beim überschreiten eines vorgegebenen Wertes die bekannte logische Schaltung gesteuert wird, so daß dadurch η Kanäle zu einer Gruppe zusammengefaßt and und die Polarität der Mehrzahl der Kanäle als Polarität der Gruppe ausgewertet

^35wird· 009808/1358 - -5-

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Die Erfindung wird nun anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. ils zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild eines Coders nach dem Stand der

Technik, wie er bereits oben beschrieben wurde.

Fig.2 ein Schaltbild eines Coders gemäß der Erfindung,

Fig.3 eine Abwandlung des Coders nach Fig. 2 und

Fig.4 Kennlinien der Anordnung nach Erfindung.

In der Anordnung nach Fig.2 wird die Fehlersignalinformation, die von der Überprüfung der Polaritätsziffer der aufeinanderfolgenden Kanalcodes, die am Ausgang des Coders auftreten, abgeleitet wird, digital verarbeitet und dadurch verstärkt. Der Ausdruck "verstärkt" muß so verstanden werden, daß bei einer gegebenen Disparität zwischen positiven und negativen Kanalcodes das Einschließen von digitaler Verarbeitung in den Rückkopplungsweg eine Vergrößerung der Abweichung vom Wert 1 in dem Zeichen-zu-Trennschritt-Verhältnis des Signales ergibt, das am Ausgang des bistabilen Kreises 6 auftritt.

Die Grundidee besteht darin, Gruppen von η Kanälen zu bilden und jeder Gruppe die Polarität der Mehrzahl der Kanäle in dieser Gruppe zuzuordnen. Dies wird dadurch erreicht, daß man in den Hückkopplungsweg zwischen dem Ausgang 2 des Coders und dem Eingang der Torschaltung 4 einen Zähler 9 und eine logische Torschaltung 10 einfügt, die durch die über die Leitung 5 angelegten Taktimpulse gesteuert wird. Die Zahl, der Kanäle einer gegebenen Polarität wird in dem Zähler gespeichert. Nachdem der letzte Kanal innerhalb der Gruppe geprüft wurde, wird über die logische Torschaltung 4 der Zähler geprüft, um festzustellen, ob eine Zahl, die größer oder kleiner als die Hälfte der Kanäle in der Gruppe mit der vorgegebenen Polarität erreicht ist. Ist die Zahl größer als die Hälfte, wird die bistabile Schaltung in den einen Zustand gebracht und anderernfalls in den anderen Zustand. Die logische Torschaltung 4 wird jetzt über die leitung 11 mit Torimpulsen gesteuert, die mit jedem η-ten Torimpuls

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auf der Leitung 5 auftreten. Der Zähler wird dann durch einen über die Leitung 12 angelegten Impuls zurückgestellt, der kurze Zeit nach dem Impuls auf der Leitung 11 auftritt. Das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 6 wird in gleicher ,/eise an den Integrationskreis 7 angelegt, der die gleiche Punktion hat wie es schon vorher beschrieben wurde.

is \/ird jetzt bewiesen, daß der Krei3 gemäß iig.2 eine höhere Verstärkung in dem Hückkopplungspfad hat als die Anordnung nach Fig.1.

Um das Zeichen-zu-Trennschritt-Verhältnis in dem bistabilen Kreis für eine gegebene Verschiebung im Coder festzulegen, ist es notwendig, die Viahrscheinlichkeit dafür festzulegen, daß in einer Gruppe von η Kanälen mehr positive als negative Kanalcode auftreten, und zwar in Ausdrücken der Wahrscheinlichkeit dafür, daß jeder Kanalcode innerhalb einer Gruppe positiv ist.

die
Da die Polarität einer Gruppe als/Polarität angenommen wird, die die Mehrzahl der Kanalcode innerhalb einer Gruppe hat, ist η als ungerade Zahl gewählt worden.

Die Gruppe ist positiv, wenns

(1) (n+i)/2 Kanalcode sind,
(2) (n+2)/2 Kanalcode sind,
(η) η Kanalcode positiv sind.

Der Pail (1), in dem n+1/2 Kanalcode positiv sind, kann in

²¹C/ n+1 χ

_K 2 _}

Fällen auftreten.

Die Wahrscheinlichkeit, daß man Stl— positive Kanäle hat ist dann

-7-

009808/1358 ^α^

In gleicher Weise ist für don Fs.ll (2) die daß nan ^=-ζ— positive Kanäle iiat

Deshalu ist die Waiirsclieinliclxlceit ρ , da3 in einer von ii Ilanälen a:ehr positive als negative Kanäle Bind

In entsprechender "weise ist die Jahrsclieiniiciilzeix q., dai 1λ einer Gruppe ineiir negative als poisitve Kanäle vorhanden siJxd gegeben durch

2 ^; „^ 2 ^; η_Λ ^ 2

.QL · Ο.,, _ 1+P

Wenn die l^Jolarität der G-ruppen über eine längere Zeitpeiiods geprüft wird, ergibt sich für das Verhältnis von positiven Gruppen zu negativen Gruppen

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BAD OFUGINAL

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»π j. J' 2 ' ^x 2 ' n_n _,_ _nn

qn _Λ

__, ϋ '^n₀ ^ 2 '^ 2 ^n_{0 +} η

Teilt man durch q , so erhält man

Dieser Wert von pn/qn entspricht dem mittleren Zeichen-zu-Trennschritt-VerJiältnis des bistabilen Kreises.

Wenn man. mit Jj die Abweichung des Zeichen-zu-Irennschritt-Verhältniases des bistabilen Kreises in der Anordnung nach FIg.1 vom Wert 1 bei einer Verschiebung um einen Quantisieromgsschritt bezeichnet und mit 0 2 die Abweichung bei der Anordnung nach Fig.2, kann ein Vergleich zwischen den beiden Schaltungen durch Darstellung von <j 2 als Funktion von Q 1 für verschiedene Vierte von η dargestellt werden. Diese Darstellung ist in Fig.4- gezeigt, aus der sich ergibt, daß sich die Verstärkung des Rückkopplungspfades um den Faktor η vergrößert, d,h. um die Zahl der Kanäle je Gruppe« Man erkennt weiterhin, daß sich dann, wenn η groß ist, die Verstärkung mit der Größe der Verschiebung vergrößert.

Die Verstärkung des Rückkopplungsweges kann weiterhin dadurch vergrößert werden, m Gruppen mit je η Kanälen, in einen Block zusammengefaßt wird, der die der Polarität der Mehrzahl der

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Gruppen in dem Block erhält. Sine solche Anordnung ist in Fig.3 dargestellt. Eine logische Torschaltung 13 und ein Zähler 14 sind zu der Anordnung nach Pig.2 hinzugefügt. Der Zähler 14 registriert die Zahl der Gruppen innerhalb eines Blockes, die eine gegebene Polarität haben und betätigt die bistabile Schaltung 6, wenn diese Zahl größer als eine Hälfte der Gesamtzahl der Gruppen ist. Die bistabile Schaltung 6 wird über die logische Torschaltung 4 gesteuert, die über die Leitung 15 Steuerimpulse erhält. Ein »Steuerimpuls tritt nach jedem m-ten Impuls auf der Leitung 11 auf. Die Rückstellimpulse werden mit geringer Verzögerung gegenüber den Impulsen auf der Leitung 15 über die Leitung 16 angelegt, \lenn die Zahl geringer als die Hälfte ist, dann bleibt die bistabile Kippschaltung in dem bisherigen Zustand. Y/enn m Gruppen geprüft sind, wird der Zähler 14 durch einen Taktimpuls auf der Leitung 16 zurückgestellt. Die logische Torschaltung 13 wird jedesmal dann geöffnet, wenn der gespeicherte Inhalt des Zählers 9 geprüft wird, d.h. nachdem jedesmal η Kanalcodes geprüft sind.

2 Patentansprüche
2 Bl.Zeichng.,4 Fig.

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Claims

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Patentansprüche

· Anordnung aur liullpunktsnachregelung eines Coders für symmetrische Binärcode mit einer logischen uchaltung, die über einen Integrierkreis das Anlegen einer Korrekturspannung an den eingang in Abhängigkeit von der xolaritätsziffer des Ausgangssignales steuert, in rulscoderjodulationssystemenj dadurch gekennzeichnet, daß zv/i sehen dem Ausgang des Coders (2) und der logischen Schaltung (4»6) eine weitere logische Torschaltung (10) und ein Zähler (;)) eingefügt sind, daß die weitere logische Torschaltung( 10) ,jeweils die Polaritätsziffer durchläßt und im Zähler (9) die „jisahl der Ziffern, die eine vorgegebene ."Polarität darstellen, während eines Zeitraumes, in de κ η Poiarxtätsaiffern auftreten, gezählt werden und beira Überschreiten eines vorgegebenen Viertes die bekannte logische Schaltung (4>6) gesteuert wird, so daß dadurch η Kanäle zu einer G-ruppe ausammengefaßt sind, und die Polarität der Hehrzahl der Kanäle als Polarität der Gruppe --sagewertet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1» daävroh gekennzeichnet,, daß durch Einfügen einer dritten logischen xjrsoiialtung (13) und eines zweiten Zählers (14), die entsprechend arbeiten, Blöcke mit m Gruppen gebildet werden und die Polarität der Mehrzahl der Gruppen ala Polarität für aen Block verwendet wird.

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