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Automatische Beurteilung der Eigenschaften eines Datenübertragungsweges
mit Hilfe eines Toleranzschemas Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beurteilung
der Ubertragungsgüte eines für die Datenübertragung vorhan denen Ubertragungsweges
hinsichtlich der Eigenschaften des Übertragungsweges, des Modulationsverfahrens
und der Modulationsgeräte und zur Ermittlung der maximal zulässigen über tragungsgeschwindigkeit
aus dem Empfangssignai0 Um über einen vorhandenen tbertragungsweg eine Datenübertragung
durchzuführen, ist es notwendig, die Güte des "bertragungsweges zu kennen. Dies
ist deshalb erforderlich, damit festgelegt werden kann, mit welcher maximalen Schrittgeschwindigkeit
die Datennachrichten übertragen werden und was notfalls zur Verbesserung der Übertragungsgüte
zu tun ist0 Zur Beurteilung eines Übertragungsweges ist für die Anwender der Datenübertragung
die Angabe einer mittleren Fehlerhäufigkeit eine maßgebende Aussage. Um jedoch eine
geringe Fehlerhäu figkeit zu erzielen, müssen auch geringe Veränderungen der Zeichen
auf den einzelnen Teilabschnitten beobachtet wer den, da sie bei ihrer Summierung
über viele Abschnitte zu Fehlern führen können. Diese Veränderungen des Signals
werden bekanntlich durch die folgenden Einflüsse verursacht: Rauschen, impulsartige
Störspannungen, kurze Unterbre chungen, Echo und Nebensprecherscheinungen; Dämpfungs-
und Phasenverzerrungen des bbertragungsweges; Nichtlinearitäten im. Übertragungsweg'
im Sender und im Empfänger;
Frequenzabweichungen und Phasensprünge
der zur ttbertra gung benutzten Trägerfrequenz.
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Zum Erkennen der Storursachen ist es bereits bekannt, das Empfangssignal
zu betrachten0 Diese Kontrolle erfolgt meist hinter dem Tiefpaß des Empfangsdemudulators,
also bevor das Empfangssignal in der Amplitude regeneriert wird0 Dabei ist eine
bekannte Art der Kontrolle die "Augenmethode". Die Schrift te der Datennachricht
werden auf einem Oszillographenschirm so übereinander aufgezeichnet, daß sich als
zeitlich integriert tes Bild ein "Auge" ergibt. Die vffnung des Auges ist ein Maß
für die Güte der Verbindung, da der Unschärfebereich mit der Formverzerrung einzelner
Schritte wächst Eine weitere bekannte Kontrolle ist die Anwendung einer ToleranzmaskeO
Ein in der Form festgelegter Prüfimpuis wird über den betrachteten Übertragungsweg
übertragen, aufgezeichnet und mit einer Toieranzmaske auf der Empfangsseite verglicheno
Beim Bewerten des Prüfimpulses auf der Empfangsseite muß dieser auf einem Aufzeichnungsgerät,
beispielsweise einem Kathodenotrahloszillographen abgebildet werden. Die Toleranz;
maske hat eine obere und eine untere Begrenzung, die aus horizontalen und vertikalen
Abschnitten zusammengesetzt isto Fur die Auswertung des Prüfimpulses kann eine Rasterscheibe
mit der aufgezeichneten Toleranzmaske vor den Bildschirm gesetzt werden. Diese Methode
kann zu Ablesefehlern durch Parallaxe und Abbildungsfehlern des Ablenksystems und
der Bildröhre fUhren. Ein elektronisch zusätzlich zur Meßkurve mittels desselben
Ablenksystems aufgezeichnetes Raster vermeidet die erzehnten Ablesefehler. Bei dieser
Art der Rasteraufzeichnung war es bisher üblich, die Lage der einzelnen vertikalen
und horizontalen Abschnitte der Toleranzmaske mittels durchgehen der vertikaler
und horizontaler Linien zu markieren; Bei mehr als zwei oder drei Linien in jeder
Richtung, die gleichzeitig aufgezeichnet werden, ist es selbst für den geübten Beobachter
äußerst schwierig, eine qualitative beurteilung des Verlaufes des Prüfimpulses vorzanehmar
Für
die Beurteilung des Übertragungsweges wird ein Prüfimpuls bestimmter Form über die
Übertragungsstrecke gesendet; (während dieser Zeit findet sonst keine Nachrichtenübertragung
statt) Es erfolgt ein visueller Vergleich, so daß ein Aufzeichnungsgerät, beispielsweise
ein Kathodenstrahloszillograph, erforderlich ist. Die bekannten Meßmethoden zur
Gütebeurteilung einer Übertragungsstrecke ergeben nur qualitative Aussagen über
die fbertragungsgUte. Eine automatische Anzeige für den Grad der Gute erfolgt dabei
nicht. Außerdem werden die für die Datenübertragung benutzten Geräte-Einheiten nicht
benutzt, so daß die im Betrieb herrschenden Bedingungen nicht gegeben sind.
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Es ist ebenfalls bereits ein Verfahren zur binären Nachrichtenübertragung
bekannt, das Störspannungen oder kurze Unterbrechungen im Empfangssignal erkennt,
indem es die Form des Empfangssignals kontrolliert. Ein Amplituden-Zeittoleranzdetektor
prüft, ob die Form des Empfangssignals der Mindestanforderung genügt. Dabei wird
eine Amplitudenschwelle gebildet, so daß beim Unterschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes
eine Störungoeendung abgegeben wird, die eine Rückmeldung zur Sendeutation und damit
eine Wiederholung der zuletzt ausgesanden Zeichen veranlaßt. Diese Amplitudenschwelle
wird für eine bestimmte Zeitdauer festgelegt, die ungefähr der Schrittdauer entspricht.
Bei diesem Verfahren ist noch möglich, eine obere und eine untere Amplitudengrenze
zu bildend Diese Amplitudengrenze ist ständig vorhanden, und sobald das Empfangssignal
die Begrenzung verläßt, entsteht ebenfalls eine Störung sendung und ein Wiederholungsvorgang
wird eingeleitet. Dieses Verfahren stellt zwar elektronisch ein Toleranzfeld her,
aoer dieses besitzt nur eine Amplitudenschvrelle, die für eine bestimmte Zeitdauer
eingestellt werden kanne Das Verfahren benötigt für das Herstellen des Zeittoleranzrasters
bereits im Demodulationsteil den Takt der Nachricht, der dem Datenendgerät zugeführt
oder im Demodulationsteil von der Nachricht abgeleitet wird. Dadurch ist die Freizügigkeit
in der Anwendung des Verfahrens begrenzt. Das Toleranzfeld ist fest eingestellt,
so
daß eine Anpassung an die Übertragungsgeschwindigkeit nicht möglich ist. Ein Toleranzfeld
mit mehreren Zeit- und Amplitudenstufen ist dabei nicht ausführbar (vergl. K. Steinbuch,
"Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung" 1967, Seite 854, Abb. 7. 2/22). Dieses
Verfahren eignet sich daher nicht für die genaue und exakt Bewertung einer Übertragungsstrecke,
da die Kontrolle des Empfangssignals zu grob ist. Über die bei der Übertragung auftretenden
Phasen-, Laufzeit- und Zeichen verzerrungen kann keine exakte Aussage erfolgen.
Daher konnte sich dieses Verfahren für die exakte Bewertung eines Sbertragungsweges
nicht durchsetzen, sondern es wurde die Kontrolle mit Hilfe einer Toleranzmaske
und dem augenförmig aufgezeichneten Empfangssignal bevorzugt. Dieses Verfahren hat
jedoch die oben beschriebenen Nachteile0 Aufgabe der Erfindung ist ee, ein Verfahren
aufzuzeigen, das automatisch eine quantitative Aussage über die Übertragungsgüte
eines Übertragungsweges erstellt und dabei nicht nur die Leitungseigenschaften,
sodern auch das Modulationsverfahren und die Modulationsgeräte einschließt. Das
Verfahren soll am übertragenen Datensignal die Übertragungsgüte feststellen, so
daß kein Zeitverlust für die Prüfsignalübertragung auftritt, und außerdem exakt
die Betriebsbedingungen herrschen. Der Aufwand für das Verfahren soll gering seinO
Das neue Verfahren soll die bekannte Methode der augenförmigen Aufzeichnung des
Empfangssignals mit der visuellen Bewertung durch eine Bedienunsperson ersetzen
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß während der Daten Übertragung die ansteigenden
und abfallenden Schrittflanken des in der Amplitude nicht regenerierten Datensignals
in ein elektronisch erzeugtes Toleranzfeld eingeblendet werden, daß das elektronisch
erzeugte Toleransfeld eine Vielzahl von hmplitnden und Zeitatufen aufweist, daß
der zeitliche Verlauf der Schrittflanken mit der Umrandung des elektronisch erzeugten
Toleranzfeldes verglichen wird, und daß beim Verlassen des
Toieranzfeldes
durch t*F @ seitlichen Verlauf des Empfangssignals,automatisoh eine Anzeige erfolgt.
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Das Verfahren ermöglicht die Einstellung eines inneren und eines äußeren
Toleranzfeldes, so daß die augenförmigen Kurvenzügs in ihrem zeitlichen Verlauf
exakt überwacht werden0 Es können beliebig viele amplituden und Zeitstufen eingestellt
werden. Das Verfahren ermöglicht durch die exakte Kontrolle des zeitlichen Verlaufs
der Schritte eine große Sicherheit gegenüber auftretenden Störbeeinflussungen. Das
Verfahren bewertet nicht nur binäre Signale, sondern auch Signale, die mit mehr
als zwei Modulationsstufen übertragen wurden. Es entstehen dann gleichzeitigmehrere
augenförmige Empfangsbilder Das Verfahren bildet eine quantitative Aussage über
die über tragungsgüte des Übertragungsweges bezüglich der Eingenschaften der Übertragungsstrecke,
des Modulationsverfahrens und der Modulationsgeräte. Das Verfahren ermöglicht eine
automatische Anzeige der Übertragungsgüte, ohne Aufzeichnung der empfangenen Signale
und des Toleranzfeldes. Bei der Verwendung eines Oszillo graphen für Sontrollzwecke
erfolgt auf dem Bildschirm die Aufzeichnung der Umrandung des Toleranzfeldes, 90
daß auch für ungeübte Beobachter eine qualitative Beurteilung leicht fällt.
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Es kennen mehrfach gestufte Toleranzfelder eingestellt werden0 Die
übereinandergeschriebenen Schrittflanken ergeben auf einem Aufzeichnungagerät ausgenförmige
Kurvenzüge. Bei Verlasoen des Toleranzfeldes erfolgt eine Anzeige auf der Empfangaseiteo
Bei der ständig fortschreitenden Rationalisierung und Automatisierung ist dies ein
Vorteil, da eine digitale Anzeige die Güte des Übertragungsweges festhält. Der Vergleich
der empfangenen Schrittflanken mit dem Toleranzfeld erfolgt im elektronisch er zeugten
Toleranzfeld. Es wird nicht nur die zeitliche Lage der Umschlagzeitpunkte des Datensignals
sondern auch der zeitliche Verlauf der Signalspannung beurteilt. Bei der Datenübertragung
kann genau festgestellt werden, welche maximale Verzerrung nicht
überschritten
wird, bei Laufzeitverzerrungen werden mit Hilfe des Verfahrene die entsprechenden
Laufzeitentzerrer in den Übertragungsweg singeschaltet und die maximal zulässige
Übertragungsgeschwindigkeit festgelegt. Das Verfahren läßt sich für eine gesicherte
Datenübertragung anwenden. Da bei der Gütebeurteilung der Datenübertragung die übertragenen
Nachrichtenschritte herangezogen werden, entsteht kein Zeitverlust für die Übertragung
der Nachrichten, wie dies bei der Übertragung einse eigenen Präfimpulses der Fall
ist. Der Aufwand verringert sich wesentlich, da Beine eigenen Prüfsignaleinrichtungen
erforderlich zind.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Prinzipschaltbil dera
erläutert.
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Figur 1 zeigt das prinzipielle Blockschaltbild eines Datenempfängers
mit dem erindungsgemäßen Verfahren.
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Figur 2 zeigt am Beispiel einer oszillographischen Aufzeichnung die
Wirkungsweise des Verfahrens.
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Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild für ein elektronisch erzeug tes
Toleranzfeld.
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Der Sender sendet über die Übertragungsstrecke die Datennach richt
zum Empfänger. In Figur 1 ist das Prinzipschaltbild des Empfängers dargestellt.
Von der Übertragungsstrecke ' gelangen die trägerfrequenten Nachrichtensignale nach
dem Empfangsfilter EP und einem Verstärker V an den Demodulator D, der die trägerfrequenten
Signale in Gleichstromsignale umwandelt, Am Ausgang des Tiefpasses TP stehen die
in der Amplitude noch nicht regenerierten Schritte zur Verfügung. Die nachgeschaltete
Kippschaltung K regeneriert die Amplituden, so daß am Ausgang h binäre Datensignale
entstehen, die zum Datenendgerät und einer evtl. Auswertung gelangen. Gemäß dem
neuer Verfahren ist das elektronisch erzeugte Toleranzfeld TF hochohmig am Ausgang
des Tiefpasses TP angeschaltet. Die in der Amplitude nicht regenerierten Nachrichtenschritte
werden mit dem Toleranz feld verglichen und bei Überschreiten bzw. Unterschreiten
des
Feldes erfolgt eine Anzeige AZ. Eine Zähleinrichtung kann die
Anzahl der Überschreitungen bzw. Unterschreitungen festhalten, eo daß auf die Fehlerhäufigkeit
bei der Übertragung geschlossen werden kann. Bei einer gesicherten Ubertragung löst
die Anzeige AZ unmittelbar ein Rücksignal aus, dag dem Sender mitteilt, daß eine
bestimmte Anzahl der zuletzt gesendeten Zeichen, beispielsweise 100 Bits, nocheinmal
ausgesendet werden müssen. Da der zeitliche Verlauf der Datensignalspannungen bewertet
wird, entsteht eine Übertragung mit sehr großer Fehlersicherheit Es ist somit ohne
weiteres möglich, bei normaler Datenübertragung dem empfänger ein elektronisch erzeugtes
Tolerenzfeld mit einer Anzeige beim Verlassen des Feldes durch die Datensignalspannung
zuzuordnen. Damit entsteht ohne weiteres Zutun in der Sendeitation eine gesicherte
Datenübertragung mit großer Sicherheit gegen auftretende Fehler bei der ttbertragung
Die Sicherheit gegenüber Fehlern ist deswegen so groß, da die Verzerrung, der Störabstand,
die Leitungseigenschaften, das Modulationsverfahren und die Modulationsgeräte während
der Dauer jedes Nachrichtenschrittes beurteilt werden0 Weiterhin ergibt sich die
maximal zulässige Ü@@@ zugungsgeschwindigkeit Durch Umschaltung auf verschiedene
Tolerenzfelder kann eine sehr genaue Anzeige Über die Güte aus Übertrag zeweges
erfolgen. Die Änderung des Toleranzfeldes kann auch von der Sendeetation aus erfolgen,
indem die Anzeige auf der Empfangsseite zur Sendestation übertragen wird und abhängig
von der Anzahl der Toleranzfeld-Überschreitungen kann durch Aussenden eines bestimmten
Codezeichens ein anderes Toleranzfeld eingeschaltet werden. Auf der Sendeseite kann
eine zu häufige Wiederholung von Zeichen auch dazu führen, automatisch die Übertragungsgesohwindigkeit
herabzusetzen Figur 2 seigt in einem Zeitdiagramm die auf einem Cszillographenschirm
entstehenden Kurvenzüge beim erfindungsgemäßen Verfahren. Die Kurven in Figur 2a
entetehen dann, wenn die dem elektronisch erzeugten Toleranzfeld zugeführten in
der Amplitude nicht regenerierten Schritte des Datenignals und das Toleranzfeld
aufgezeichnet werden.
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Da eine Vielzahl verformter und verzerrter Schritte übereinander geschrieben
wird, entsteht ein Streuberoich des aufgezeichneten Empfangssignals. Die dick ausgezogenen
Kurvenzüge stellen den Streubereich der Schritte dar. In horizontaler Richtung ist
die Zeit t aufgetragen, während in vertikaler Richtung die Amplitude +U und U dargestellt
ist. Das Toleranz feld besteht aus der inneren Begrenzung 3' und den beiden äußeren
Begrenzungen B2 und B3. Rechts und links von der inneren Toleranzfeldbegrenzung
ist eine weitere Begrenzung nicht erforderlioh, da eine Verschiebung einer Schrittflanke
vom Toleranzfeld weg gleichzeitig auf der anderen Seite des Toleranzfeldes eine
Verschiebung in Richtung der inneren Toleranzfeldgrenze bewirkt. Damit wird die
maximal zulässige Verschiebung angezeigt. Im Toleranzfeld ist durch den Abstandded
die maximal zulässige Verzerrung der Schritte festgelegt0 Aus der ffnung der augenförmigen
Kurvenzüge x:y ergibt sich der Störabstand der Nachricht. Sobald der zeitliche Verlauf
eines Schrittes die innere Toleranzfeldgrenze B1 unterschreitet oder die äußeren
Begrenzungen 32 und B3 überschreitet, erfolgt eine Anzeige0 Die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen das Blookschaltbild in Figur 3 sowie die entsprechenden
Zeitdiagramme in Figur 2.
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Die Anordnung gemäß Figur 3 erhält am Eingang E1 das in der Amplitude
nicht regenerierte Empfangssignal, von dem in einer Zeit taktetufe Z? ein Zeittakt,
abgeleitet wird. Dießer Zeittakt ist in Figur 2b abgebildet und soll ein exaktes
Starten und Stoppen eines Sägezahngenerators SG gewährleisten. Die vom Sägezahngenerator
erzeugte Spannung iet in Figur 2c abgebildet0 Dieser Sägezahnimpuls bestimmt die
Zeitdauer, während der ein Vergleich des elektronisch erzeugten Toleranzschemas
mit dem Empfangssi gnal stattfindet. Dem Sägezahngenerator folgt eine Schwellwertschaltatufe
SWS, die die Zeitdauer für den Vergleich mit einem bestimmten eingestellten Vergleichswert
festlegt0 Die Schwellwertschaltstufe bildet die Zeitbereiche t1 bis t5, die in Figur
2c
eingezeichnet sind. Bs entstehen fünf Zeitbereichc, entspreohend
dem Toleranzfeld, und jede der fünf Ausgangsleitungen ist einem Zeitbereich zugeordnet.
So entsteht nacheinander an einer der fünf Leitungen eine Spannung. Sobald die Sägezahn
Spannung einen bestimmten Schwellwert (U1, U2, U3 und U4 in Figur 2C) überschreitet,
spricht der nächste Ausgang an und die zuvor spannungsführende Leitung schaltet
den Ruhezustand durch. Den Zeltbereichen, im vorliegenden Fall sind es fünf, müssen
nun die entsprechenden Vergleichsspannungen zugeordnet werden. In Figur 2a sind
im Toleranzfeld die Amplitudenstufen eingezeichnet. Xm Zeitbereich t1 soll die Amplitudenstufe
S1, im Zeitbereich t2 die Amplitudenotufe 82 und im Zeitbereich t3 die Amplitudenstufe
S3 nicht unterschritten werden. Die Amplitudenstufen für die Zeitbereiche t3 und
t5, nämlich S4 und S5, entsprechen den Stufen 52 und 31. Somit sind für die innere
Toleranzfeldgrenze drei Amplitudenstufen erforderlich0 Für die gesamte Zeitdauer
t1 bis t5 ißt noch zusätzlich eine Ampli tudenstufe notwendig, dio dem Abstand y
entspricht0 Die Ampli tudenstufen entstehen in den Glcichopannungsstufen GS1 und
GS2, u.z. getrennt nach positiven und negativen Werten. Am Eingang der Gleichspannungsstufen
liegt eine positive bzw. negative Spannung (+U, -U), und mit Hilfe von Potentiometern
werden die entsprechenden Amplitudenstufen S1 bis S3 und der Wert y eingestellt.
Auf den jeweils vier Ausgangsleitungen stehen die vier Vergleichsspannungen zur
Verfügung. Eine Zuordnerschaltung ZU nimmt die in Figur 2a und 2c angegebene Zuordnung
vor. Über Gatterschaltungen erfolgt eine Zuordnung der Zeitbereiche zu den Amplitudenstufen.
So wird S1 zu t1, S2 zu t2, S3 zu t3, 52 zu t4 und S1 zu t5 zugeordnet. Weiterhin
wird noch der Wert y für die obere und untere Toleranzfeldgrenze der gesamten Zeitdauer
zugeordnet. Diese fünf Zuordnungen werden für die positiven und negativen Werte
getrennt am Zuordner ausgegeben. Eine Vergleichsschaltung für positive (V1) und
für ne gative (V2) Werte vergleicht nun die jeweils spannungsführende Eingangsleitung
mit dem in der Amplitude nicht regenerierten Datensignal, das den beiden Vergleichern
vom Eingang El zuge
führt wird. Zuordner und Vergleicher lassen
sich sehr ein fach in logischer Schaltkreistechnik aufbauen. Einer der Ver gleicher
Vi bzw. V2 gibt dann ein Ausgangssignal ab, wenn eine der Amplitudenstufen 31 bis
S5 in positiver bzw. negativer Richtung unterschritten oder enn eine der beiden
äußeren Toleranzfeldgrenzen überschritten wird. Das Ausgangssignal erscheint nach
dem Gatter G am Ausgang Al, an dem die Anzeige-Einrichtung anliegt, Bei einer gesicherten
Nachrich tenübertragung wird der Ausgangsimpuls an Al zum Sender zurückübertragen
und von dort entsprechende Maßnahmen, oeispielsweise Wiederholung mehrerer Nachrichtenzeichen
oder Erniedrigung der Übertragungsgeschwindigkeit, veranlaßt. Bei einer Steuerung
des Toleranzfeldes von der Sendeseite aus, gelangen die dafür festgelegten Codezeichen
in den Empfänger, der sie decodiert und über den Eingang E2 einer Steuereinrichtung
ST zuführt. Die Steuereinrichtung stellt die Schwellwertstufen im Schwellwertschalter
SWS ein und steuert den Sägezahn generator SG. Damit wird festgelegt, bei welcher
maximalen Ver zerrung oder Abweichung von der zeitlichen Sollkurve eine Än zeige
erfolgt. Die Fehlerhäufigkeit ist ein Maß für die Güte der Verbindung. Je nach der
Fehlerhäufigkeit wird die Ansprech grenze auf kleinere oder größere Abweichungen
des Empfangesignals von der Sollkurve eingestellt, Das erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich nicht nur für die empfangsseitige Bewertung von binären Signalen, sondern
es können auch Signale mit mehr als zwei Modulationszuständen bewertet werden. So
entstehen beispielsweise bei einer ternären Modulation (drei Modulationszustände)
zwei augenförmige Kurvenzuge, bei der quarterären Modulation ( vier Mo dulationszustände)
entstehen drei augenförmige Kurvenzüge.
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Die augenförmigen Abbildungen entstehen bei der Aufzeichnung auf einem
Oszillographen übereinander. Für das elektro nische Toleranzfeld sind dann aufwendigere
Toleranzfelder notwendig, die jedoch in der im Verfahren beschriebenen Art und Weise
realisiert werden. Allgemein entstehen bei n-Modulationzuständen des Empfangssignals
n - 1 auge ormige Darstellungen. Das elektronische Toleranzschema muß somit n i
To leranzfelder besitzen.
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8 Patentanspr., 3 Figuren