DE1537188C - Anordnung zur Nullpunktsnachregelung eines Coders in Pulscodemodulationssyste men - Google Patents

Description

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 Polarität des zu codierenden Analogsignals, und die übrigen Ziffern des Codes geben die Amplitude des Signals an. Es ist ebenfalls als vorteilhaft bekannt, dem Coder eine nichtlineare Kennlinie zu geben und die Größe der Quantisierungsschritte entsprechend der Amplitude des zu codierenden Analogsignals zu wählen.

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

Die Nullpunktnachregelung kann in PCM-Systemen, 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.

Wenn keine freie Periode zur Verfügung steht, müssen andere Wege beschritten werden.

Ein bekannter Steuerkreis zur Zentrierung eines symmetrischen Codes ist in F i g. 1 dargestellt. Der Coder selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung und nur durch den Block 1 gekennzeichnet. Es kann jeder bekannte Typ verwendet werden, der ein Analogsignal in einen symmetrischen Binärcode umwandelt.

Der automatische Zentrierungskreis enthält den Rückkopplungsweg, der zwischen dem Ausgangskreis 2 des Coders und dem Eingangskreis 3 für das Analogsignal liegt. Die Polaritätsziffer des codierten Ausgangssignals 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 Kanalcode eine negative Amplitude anzeigt. Am Ausgang des bistabilen Kreises erscheint eine Rechteckwelle mit konstanter Amplitude. Das Verhältnis von Zeichenschritt zu Trennschritt dieser Welle hängt von dem Verhältnis von positiven zu negativen Kanälen ab.

Da das zu codierende Analogsignal ein Wechselstromsigna! ist und keine Gleichstromkomponente vorliegt, ist das Verhältnis von positiven zu negativen Halbwellen in einem genau eingestellten Coder dann, wenn über eine ausreichende lange Zeitperiode geprüft wurde, gleich Eins. Die Rechteckwelle wird in dem Integrierkreis 7 integriert, der einen Konden sator C und Widerstand R enthält. Das analoge Ausgangssignal dieses Integrierkreises wird dazu verwendet, den Vorspannungsgenerator 8 zu steuern. Die Polarität dieser Vorspannung wird so gewählt, daß sie die Verschiebung des Coders reduziert.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß dann, wenn die Zeitkonstante des Integrationskreises kurz ist, die Annahme, daß eine gleiche Zahl von positiven und negativen Amplituden in den Kanälen in einer gegebenen Zeitperiode auftreten wird, nicht erfüllt ist. Ein weiterer Nachteil des Kreises besteht darin, daß die Verstärkung der Steuerschleife, die als Wechsel des Zeichen-Trennschritt-Verhältnisses des Signals am Ausgang des bistabilen Kreises 6 für eine Einheitsverschiebung im codierten Ausgangssignal am Punkt 2 definiert werden kann, abnimmt, wenn die Belastung des Systems ansteigt. Unter Belastung des Systems wird das Produkt der Zahl der verwendeten Kanäle und die Amplitude der Signale in jedem Kanal verstanden.

Um die Abhängigkeit von der Abweichung von dem Zeichen-Trennschritt-Verhältnis vom Wert 1 infolge von Systembelastung zu demonstrieren, sei der Fall betrachtet, in dem alle Kanäle gleichmäßig mit der maximalen Amplitude belastet sind, d. h. der Codierbereich 2 Q Quantisierungsschritte enthält und jeder Pegel jeden Kanals mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftritt.

Mit .

ρ = 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 Quantisierungsschritt hat:

1/2Ö und q = (Q-\)/2Q

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 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 Ubervereinfachung.

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. Die durch das Integrationsnetzwerk entstandene Regelgröße soll auf einen Bruchteil eines Quantisierungsschrittes beschränkt werden, aber jede nach dem Integrationsnetzwerk eingefügte Verstärkung vergrößert diese Regelgröße. Um diese Vergrößerung nicht zu groß werden zu lassen, wird die Zeitkonstante des Integrationsnetzwerkes entsprechend vergrößert.

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 Nullpunktnachregelung 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 Ausgangssignals steuert, in Pulscodemodulationssystemen zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht auf-

treten 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 π 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 sind und die Polarität der Mehrzahl der Kanäle als Polarität der Gruppe ausgewertet wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Coders nach dem Stand der Technik, wie er bereits oben beschrieben wurde,

F i g. 2 ein Schaltbild eines Coders gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Abwandlung des Coders nach F i g. 2 und

F i g. 4 Kennlinien der Anordnung nach Erfindung.

In der Anordnung nach F i g. 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 Signals 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 Rückkopplungsweg 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 6 in den einen Zustand gebracht und andernfalls in den anderen Zustand. Die logische

ίο Torschaltung 4 wird jetzt über die Leitung 11 mit Torimpulsen gesteuert, die mit jedem η-ten Torimpuls 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 Weise an den Integrationskreis 7 angelegt, der die gleiche Funktion hat, wie es schon vorher beschrieben wurde.

Es wird jetzt bewiesen, daß der Kreis gemäß F i g. 2 eine höhere Verstärkung in dem Rückkopplungspfad hat als die Anordnung nach F i g. 1.

Um das Zeichen-zu-Trennschritt-Verhältnis in dem bistabilen Kreis für eine gegebene Verschiebung im Coder festzulegen, ist es notwendig, die Wahrscheinlichkeit 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. Da die Polarität einer Gruppe als die Polarität angenommen wird, die die Mehrzahl der Kanalcode innerhalb einer Gruppe hat, ist η . als ungerade Zahl gewählt worden.
Die Gruppe ist positiv, wenn:

(1) (n + l)/2 Kanalcode positiv sind oder
(2) (n + 3)/2 Kanalcode positiv sind oder
(η) π Kanalcode positiv sind.

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

⁴⁰

-c( ^{n + 1}

45 Fällen auftreten.

„ ι 4

Die Wahrscheinlichkeit, daß man —γ- positive Kanäle hat ist dann = p\2 )-q\

\2 )-q\ 2 J.

In gleicher Weise ist für den Fall (2) die Wahrscheinlichkeit, daß man —γ- positive Kanäle hat - P q 2 p+ij.

Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit p„, daß in einer Gruppe von η Kanälen mehr positive als negative Kanäle sind

_Pn. = p\ 2 )-q\ 2.)-"Cfn+i\+ p\ 2 J ■ q\ 2 )> "C /n+3\ + . . . + P* *

In entsprechender Weise ist die Wahrscheinlichkeit q_n, daß in einer Gruppe mehr negative als positive Kanäle vorhanden sind, gegeben durch

= p\ 2

._q[

. qⁿ .

Wenn die Polarität der Gruppen über eine längere Zeitperiode geprüft wird, ergibt sich für das Verhältnis von positiven Gruppen zu negativen Gruppen

q«

Teilt man durch q", so erhält man

Pj₁ _ _ In

...+Γ-ε-r

T)

Dieser Wert von pjq„ entspricht dem mittleren Zeichen-zu-Trennschritt-Verhältnis des bistabilen Kreises.

Wenn man mit O₁ die Abweichung des Zeichenzu-Trennschritt-Verhältnisses des bistabilen Kreises in der Anordnung nach F i g. 1 vom Wert 1 bei einer Verschiebung um einen Quantisierungsschritt bezeichnet und mit 6₂ die Abweichung bei der Anordnung nach F i g. 2, kann ein Vergleich zwischen den beiden Schaltungen durch Darstellung von ö₂ als Funktion von O₁ für verschiedene Werte von η dargestellt werden. Diese Darstellung ist in F i g. 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, daß m Gruppen mit je η Kanälen in einen Block zusammengefaßt werden, der die der Polarität der Mehrzahl der Gruppen in dem Block erhält. Eine solche Anordnung ist in F i g. 3 dargestellt. Eine logische Torschaltung 13 und ein Zähler 14 sind zu der Anordnung nach F i g. 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. Wenn die Zahl geringer als die Hälfte ist, dann bleibt die bistabile Kippschaltung in dem bisherigen Zustand.

Wenn 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.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Nullpunktsnachregelung 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 Ausgangssignals steuert, in Pulscodemodulationssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Coders (2) und der logischen Schaltung (4, 6) eine weitere logische Torschaltung (10) und ein Zähler (9) eingefügt sind, daß die weitere logische Torschaltung (10) jeweils die Polaritätsziffer durchläßt und im Zähler (9) 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 (4, 6) gesteuert wird, so daß dadurch η Kanäle zu einer Gruppe zusammengefaßt sind und die Polarität der Mehrzahl der Kanäle als Polarität der Gruppe ausgewertet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einfügen, einer dritten logischen Torschaltung (13) und eines zweiten Zählers (14), die entsprechend arbeiten, Blöcke mit m Gruppen gebildet werden und die Polarität der Mehrzahl der Gruppen als Polarität für den Block verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen