DE1900368A1

DE1900368A1 - Nicht-linearer Impulszahlmodulator

Info

Publication number: DE1900368A1
Application number: DE19691900368
Authority: DE
Inventors: Schmidt William George; Tadahiro Jekimoto
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1969-01-04
Publication date: 1969-09-04
Also published as: DE1900368C3; DE1900368B2; NL162272B; GB1207651A; FR1604306A; US3500247A; NL162272C; NL6900297A; SE345940B

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 13UUO

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN . HAMBURG

telefon: 395314 , 2000 Hamburg'so, 3· Januar 1969

TELEGRAMME:KARPATENT KONIGSTRASSE 28

W. l4o25/68 12/Ma

Communications Satellite Corporation Washington, D.C, (V.St.A.)·

Nicht-linearer Impulszahlmodulator.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Impulszahl- bzw. Impulscodemodulation eines Analogsignals in nicht-linearer Weise.

Bei üblichen Impulszahlmodulations (PCM)-Systemen wird der Analogeingang einem Prüf- und Haltestromkreis zugeführt, um einen amplitudenmodulierten Impulszug zu erzeugen, der eine Frequenz gleich der Prüfgeschwindigkeit und eine Hülle entsprechend dem Analogsignal hat. Der Impulszug wird dann einer CodiereinrichtiDg zugeführt, welche " jeden-Impuls quantisiert und ein entsprechendes digitales Codewort für ihn erzeugt, wobei diese Codewörter das Impulszahlmodulations signal darstellen. Einer der begrenzenden Parameter solcher Systeme ist die Anzahl der verfügbaren Quantisierungsnieveaus oder -pegel. Je größer die Anzahl solcher Nieveaus oder Pegel ist, utn|3o höher ist die Signalauflösung oder die Signaltreue. Zunehmende Auflösung durch Schaffen von mehr Quantisierungspegeln, vergrößert jedoch auch die Anforderungen hinsichtlich der Bauteile und führt zu längeren Codewörtern und demgemäß zu niedrigeren Übertragungsgeschwindigkeiten für die gleiche Zeitgabegeschwindigkeit.

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Eine Lösung für dieses Problem, wie sie bei Hörfrequenzübertragungen angewendet wird, ist die Verwendung von Kompandoren, die auf der Tatsache beruhen, daß der größte Teil des Inhalts von Hörfrequenzsignalen in den Bereichen mittlerer und niedriger Amplitude konzentriert ist. In anderen Worten ausgedrückt, führen mäßige fjrachpegel den größten Teil der Information in einem Sprachsignal, während sehr laute Komponenten oder Schreie wenig Information übertragen. Kompandorsysteme ziehen einen Vorteil aus dieser Charakteristik durch nicht lineare Verstärkung des Hörfrequenzsignals entweder vor oder nach dem Prüfen, um die Bereiche mittlerer und niedriger oder kleiner Amplitude des Signals proportional mehr als die Bereiche hoher Amplitude des Signals auszudehnen. Dadurch wird der kritischste Bereich des Sprachsignale ver-^ größert, und dies hat die Wirkung, daß die Gesamtauflösung vergrößert wird, und zwar ohne Erhöhung der Anzahl der Bauteile und ohne Verringerung der Übertragungsgeschwindigkeit. Der wiederhergestellte Impulszug bzw. das Hörfrequaazsignal am Empfängerende des Systems wird durch einen Verstärker hindurchgeführt, der eine Vestärkungskurve bzw. Übertragungscharakteristik hat, die zu derjenigen des Senderverstärkers komplementär ist, so daß die bewußt in das System eingeführte Verzerrung beseitigt und das Hörfrequenzsignal in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt, wird.

Beim tatsächlichen Gebrauch ist die vergrößerte Auflösung, die mittels solcher Kompandorsysteme erzielt wird, mehr begrenzt, als es erwartet werden könnte, und sie wird zu Lasten guter Auflösung in den Bereichen hoher Amplitude erhalten. Ein weiterer Nachteil liegt in der Notwendigkeit, Verstärkerpaare vorzusehen, die genau zusammenpassende umgekehrte oder komplementäre VastSrkungseharakteristiken haben, wobei solche Bauteile verhältnismäßig teuer und gegenüber Temperatur- und Eie*giezufuhränderungen empfindlich sind.

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Außerdem erfordern Kospandorsysteme weiterhin Prüfstromkreise, die über den gesamten Eingangsspannungsbereich arbeiten können, und solche Weitbereichsstromkreise» die üblicherweise Stromkreise mit Diodenbrücken sind, bilden Quellen großer Fehler zufolge Mißanpassung sowohl in der Stromantriebscharakteristik als auch der Diodencharakteristik.

Um die obengenannten Nachteile derlekannten Systeme zu überwinden, schafft die Erfindung ein Impulszahlmodulationssystem, in welchem das Analogeingangssignal gleichzeltig in einer Mehrzahl von parallelen Kanälen verstärkt wird, die aufeinanderfolgend zunehmende Verstärkungen haben. Stattdessen kann auch das Eingangssignal in den parallelen Kanälen in sich ändernden Graden gedämpft bzw. geschwächt werden. Das wesentliche Kriterium besteht darin, daß die parallelen Kanäle das gleiche Eingangssignal mit aufeinanderfolgend in Beziehung stehenden Amplituden versehen. Die Ausgänge aller Verstärker mit Ausnahme des Verstärkers mit der geringsten Verstärkung werden kontinuierlich durch Schwellenwert detektor en überwacht, welche den gleichen voreingestellten Triggerpegel haben. Die Detektorausgänge werden ihrerseits einem Logikstromkreis zugeführt, welcher den Kanal auswählt, der die höchste Verstärkung hat, welche den Schwellenwert- ader Triggerpegel nicht überschreitet. Dieser Kanal wird dann in einen üblichen Prüf- und Haltestromkreis eingebelendet, dessen Isqpulsausgang eine lineare Impulszahlmodulations-CodiereinreiJhtung speist. Die aus der Codiereinrichtung erhaltenen Impulse werden zum übertragen oder Senden zu einem Ausgangsregister geführt. Der Ausgang des Auswahl-Logikstromkreises wird weiterhin an einen Codierstromkreis gekoppelt, der den ausgewählten Kanal durch entsprechende Einstellung gewisser zusätzlicher Stufen in dem Ausgangsregister identifiziert. Das gesamte.Arbeitsmuster für das über-

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tragungs- oder Sendeende des Systems wird am Empfangsende einfach umgekehrt, um die erforderliche Impulszahldemodulation hervorzurufen.

Auf diese Weise wird das Eingangssignal in maximalem Ausmaß innerhalb der Grenzen des Systems versträtt oder ausgedehnt, um dadurch die Gesamtelgnalauflösung stark zu vergrößern, und zwar ohne Vergrößerung der Anzahl ναι Quantisierungspegeln und ohne Benachteiligung der Auflösung der Signale hoher Amplitude. Als ein Beispiel sei angenommen, daß ein übliches Impulszahlmodulationssystem aus 8 Bits bestehende Binärcodewörter überträgt bzw. sendet, die 2 bzw. 256 Quantisierungspegel einnehmen würden, wenn der maximale EingangsSignalbereich Io Volt beträgt, dann könnte ein 2 Volt-Eingangssignal zu annähernd 1 Teil in 51 (2/lo χ 256) aufgelöst oder quantisiert werden, oder anders ausgedrückt, auf eine Genauigkeit von jjo Millivolt (I0/256). Durch die Technik gemäß der Erfindung ist jedoch die Schrittgröße oder Quantisierungsgenauigkeit letztlich proportional der Verstärkung des verwendeten Verstärkungskanals. Werden fünf Verstärkungskanäle mit aufeinanderfolgend ansteigenden Verstärkungswerten von 1, 2, 3, 4 und 5 angenommen, so würde das gleiche 2 Volt-Eingangssignal um einen Faktor 5 auf Io Volt verstärkt, was noch innerhalb des maximalen Signalverarbeitungsbereiches des Systems liegt. Das ausgedehnte 2 Volt-Signal kann dann zu 1 Teil in 256 aufgelöst werden, für eine Auflösungsfaktorzunahme von 5 ι 1· Das ausgedehnte Signal wird zwar noch auf eine Genauigkeit von 39 Millivolt quantisiert, ergibt sich, daß, wenn die Ausdehnung am Empfängerende des Systems beseitigt wird, der 39 Millivoltpegel auf etwa 8 Millivolt schrumpft.

Die Kurve der Gesamterstärkungs eines solchen Mehrkanalsystems hat Sägezahngestalt, und liegt in dem oberen Signalverarbeitungsbereich, 'mit Ausnahme für Eingangssignale sehr kleiner Amplitude. Wenn es sich um Sprechverbindungen

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handelt« kann ein Vorteil aus der Tatsache,gezogen werden, daß in dem Bereich kLeiner Amplitude bzw. in dem Flüsterbereich im wesentlichen keine Information enthalten ist, und zwar dadurch, daß ein minimaler Eingang-sspannungspegel hergestellt wird und alle Signale unterhalb des Minimums zurückgewiesen werden. Hierdurch wird der wirksame Signalverarbeitungsbereich des Systems um einen Faktor von zwei oder mehr verkleinert, wodurch die Auflösung um einen gleichen Faktor vergrößert, der maximale Spannungsbedarf herabgesetzt wird und damit die Kosten der Prüf- und Halte- und Codierschaltung verringert werden, und ein schnelleres Arbeiten ermöglicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Impulszahlmodulations-Codiervorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Wahrheitstabelle für die Verstärker-Identifizierungslogik gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine zusaeiengesetzte Verstärkungskunve für die parallenlen Verstärlungskanäle gemäß Fig. 1.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Impulszahlmodulations-Decodiervorrichtung, die für ein Arbeiten mit der Codiervorrihtung gemäß Fig. 1 geeignet ist.

Gemäß Fig. 1 wird das an einen Anschluß Io angelegte Analog-Eingangssignal zu fünf parallelgeschalteten Verstärkern Al, A2, AJ, A4 und A5 abgezweigt, die Verstärkungen von 1 bzw. 2, 3, 4 und 5 haben, wie es in Fig. 1 angedeutet ist. Das Analog-Eingangssignal kann von einer einzelnen Quelle abgeleitet werden oder es kann von einer mehrkanaligen Multiplexeinrichtung zugeführt werden, wobei sein genauer Ursprung keinen Teil der Erfindung bildet. Die aufeinanderfolgende in Beziehung stehenden Verstärkungen der fünf Verstärker Al bis A5 sind aus Fig. 3 erkennbar, in der

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die geraden Linien, die mit Al, A2, A3, A4 und A5 bezeichnet sind, die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung bzw. Verstärkung der betreffenden Verstärker darstellen. Auch hier können die gleichen Verstärkungsverhältnisse stattdessen durch Dämpfung oder Schwächung des Eingangssignals in verschiedenen Graden geschaffen werden.

Der Ausgang jedes Verstärkers wird zu einem zugeordneten Tor 12 bzw. 14, 16, 18 und 2o geführt, wobei die Tore hier als Feldeffekttransistoren dargestellt sind. Die Ausgänge der Verstärker A2, A3, A4 und A5 werden weiterhin zu Schwellenwertdetektoren 22 bzw. 24, 26 und 28 geführt, deren jeder den gleichen voreingestellten Trigger- oder Schwellenwertpegel ν hat. Die Detektorausgänge werden an einen Verstärkerauswahl-Logikstromkreis 3o angelegt, der Inverter 32, 34, 36 und 38 sowie UND-Tore 4o, 42 und 44 enthält. Der Lögikstromkreis 3o hat fibf Ausgangsleitungen, die mit Al bis A5 bezeichnet sind, und er ist so gestaltet, daß er diejenige Ausgangsleitung erhöht, die dem Verstärker entspricht, der das höchste Signal hat, welches den maximalen Schwellenwertpegel ν nicht überschreitet.

Die Ausgänge des Auswahlfc-Logikstromkreises 30 sind einzeln mit den Toranschlüssen der Transistoren 12, l4, 3.6, und 2o verbunden und weiterhin zu einem Verstärkeridentifizierungs-Logikstromkreis 46 geführt. Die Ausgänge der Transisotren sind miteinander verbunden und an einen üblichen Prüf- und Haltestromkreis 48 von der Art einer Diodenbrücke angelegt, welcher die Analogsignale in eine impulsamplitudenmoduliete Wellenform umwandelt. Vor einer solchen Umwandlung wird die Amplitude der Analogsignale um einen Betrag gleich V . (Fig. 3) verringert. Dies kann mittels irgendeiner in der Technik bekannten SpannungssubtrahlerwHgeinrichtung 50 erfolgen, beispielsweise mittels einer reihengeschalteten Batterie, einer Zenerdiode mit einer Durchbruchspannung von V_fflin od dgl.

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Der Impuls-Ämplltudenmodulat ions (PAM)-Signal aus dem Prüf- und Haltstromkreis 48 wird zu einer linearen Impulszahlmodulations-Codiereinrichtung 52 geführt, die von irgendeiner In der Technik bekannten Art sein kann. Die CodierelnreicHung 52 quantisiert jeden Impuls in dem Impuls-Amplitudenmodulationssignal durch Auswählen des ihm zunächstliegenden Amplitudenpegels und erzeugt ein δ Bits aufweisendes Binärcodewort entsprechend dem ausgewählten Pegel. Dieses Codewort wird dueh Erhöhen der Potentiale auf entsprechenden der Einstell- und Rückstelleitungen 54 am Ausgang der Codiereinrichtung dargestellt, und diese Potentiale bringen die bistabilen Stufen S4 bis SIl in dem Ausgangsregister 56 in die dem Codewort entsprechenden richtigen Zustände.

in dem Verstärkeridentifizierunge-Logikstromkreis 46 werden drei Flip-Flops 58, 60 und 62 Über die Ausgangsleitungen Al bis A5 des Auswahl-Logikstromkreis 3o einzeln in ihren eingestellten oder rückgestellten Zustand gemäß der Vftirheitstabelle gebracht, die in Fig. 2 wiedergegeben ist, wobei dieser Vorgang durch ein Netz von Dioden-ODER-Toren ausgeführt wird. Die Einstell- und Rückstellausgänge der Flip-Flops bringen ihrerseits die bistabilen Stufen Sl bis S3 des Ausgangsregisters 56 in die richtigen Zustände, um den Verstärkerkanal zu identifizieren, der für das Codewort in den Re₁(LgBterstufen S4 bis SIl verwendet wird.

Wenn das Register 56 mit den Kanalidentifizierungsbits in den Stufen Sl bis S3 und den Bits des Impulszahlmodulations-Wortes in den Stufen S4 bis SIl vollständig beschickt ist, wird es fortgeschaltet oder in Reihe abgelesen, um die vollständige Bitfolge an den Impulszahlmodulationsausgangsanschluß 64 zu lierfern. Als Abwandlung könnte das Register auch parallel abgelesen werden, jedoch liegt dies außerhalb des Rahmens der Erfindung.

Verschiedene übliche Einzelheiten der Schaltung gemäß Fig. 1 sind in der Zeichnung und der obigen Beschreibung

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zwecks Vereinfachung fortgelassen. Beispielsweise .sind keine Energiezufuhren oder Vorspannungsquellen dargestellt, und die Zeitgabeschaltung ist fortgelassen. Die Letztere würde den Prüf- und Haltestromkreis mit der Nyquist-Geschwindigkeit betätigen, die gleich dem zweifachen der Frequenz deijhöchsten Frequenzkomponente des Analogeingangssignals ist, und sie würde ferner die Funktionen der umwandlung und Übertragung der Codiereinrichtung und auch die Fortschaltung des Registers steuern. Weiterhin ist es, wenn bipolare Analogeingangssignale verarbeitet werden sollen, erforderlich, sie einer Vollweggleichrichtung zu unterwerfen, bevor sie an den Eingangsanechluß Io angelegt werden. Ein Poldritätsbit muß dann jede codierte Übertragung begleiten, so daß negative Eingänge am Empfänger- oder Decodierende der Vorrichtung umgekehrt werden können, um die ursprüngliche Wellenform wiederherzustellen.

Die Impulszahlmodulations-Deeodiereinrichtung gemäß Fig. 4 ist so ausgebildet, daß sie am Empfängtrende eines Nachrichtenübertragungssystems verwendet werden kann, bei dem die Impulszahlmodulations-Codiereinrlchtung gemäß Fig. 1 Anwendung findet, und sie ist grundsätzlich das Umgekehrte der Anrodnung gemäß Fig. 1. Das Impulszahlmodulationssignal wird nach Übertragung durch Mikrowellen, oberirdische Leitungen oder irgendwelche anderen geeigneten Mittel an einen Eingangsanschluß 66 abgegeben. Das Signal wird einem 11-stuflgen Eingangsregister 68 zugeführt, dessen drei erste Stufen von einem

und Identifizierungs-Decodierungs-Logikstromkreis 7o ,dessen acht letzte Stufen von einem linearen Impulszahlmodulations-Decodierer 72 abgefühlt werden.

Der Logikstromkreis 7o enthält drei Flip-Flops und fünf UND-Tore, die so angeordnet sind, daß sie dieWahrheitstabelle gemäß Fig. 2 decodieren und eine der Ausgangsleitungen Al bis A5 erhöhen, dLe dem Verstirkungskanal gemäß Fig. 1 entspricht,

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der zum Verbreitern des impulscodierten Signals in den verbleibenden Stufen des Kegleters 68 verwendet wird.

Der lineare Impulazahlmodulationa-Decodierer 72 wandelt jeden 8-Bit-Code in eine äquivalente Impulsamplitude um und führt ihn zu dem Prüf- und Haltestromkreis 74. Der letztere kann der gleiche sein wie der Prüf- und Haltestromkreis 48 in der Codiereinrichtung/ jedoch ist er umgekehrt geschaltet, d.h. der Impulseingang wird dem Lade- oder Haltekondensator zugeführt, und der Aniiaogausgang wird von der gegenüberliegenden Diagonale der Diodenbrücke abgenommen. Der Ausgang des Prüf- und Haltestromkreises 74 wird einem Satz von Verstärkertoren J6 über eine Spannungaaddiereinrichtung 78 g zugeführt, welche das Potential V. wiederherstellt, das am Ende der Codiereinrichtung beseitigt worden ist.

Die Verstärkertore 76 die den in Pig. I dargestellten identisch sind, führen dasAnalogsignal von der Addiereirichtung 78 zu dem richtigen Ausgangsverstärkerkanal unter der Steuerung des Identlfizierungs-Decodierungs-Logikstrorakreises 7o. Die Ausgangsverstärker A6, A7, AS, A9 und AIo haben Verstärkungen von 1/5 bzw. 1/4, 1/5* l/l und 1, und ihre Verstärkungsverhältnisse sind somit das Umgekehrte der VerstärfcungsVerhältnisse in der Codiereinrichtung. Hierdurch wird die in das Systemjn der Codiereinrichtung eingeführte Verzerrung beseitigt und das Analogsignal an einem Ausgangsanschluß 80 in seiner urpsrünglichen Form wiederhergestellt. Obwohl nicht dargestellt, werden gewöhnlich in der Empfänger-Decodiereinrichtung Glättfilter verwendet, umfirgendwelche Übergangssignale oder Geräuschsignale zu beseitigen, die durch das schnelle Schalten von einem Verstärkungskanal zu einem anderen erzeugt werden.

Das Arbeiten des Impulszahlmodulations-Systems gemäß der Erfindung wird nunmehr beschrieben, indem der Weg eines an den Anschluß Io angelegten Analogeingangssignals durch das

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- Io -

System hindurch bis zu seinem endgültigen 'Ausgang an Anschluß 80 verfolgt wird. Es sei angenommen, daß der Signalverarbeitungsbereich des Systems, d.li, V___ Io Volt

max

beti%t und daß der Augenblickswert des Analogeingangssignals 3 Volt ist.

Die fünf parallelen Verstärker Al bis A5 wirken gleichzeitig auf das Eingangssignal ein und erzeugen Ausgänge von 3 bzw. 6, 9, 12 und 15 Volt. Da alle Schwellenwertdetektoren 22, 24, 26, 28 UHä so eingestellt sind, daß sie bei dem Pegel V_n^_x = Io Volt schalten, liegen die Ausgänge der beiden Schwellenwertdetektoren 2.6 und 28 aufwärts, während die Ausgänge der beiden Schwellendetektoren 22 und 24 abwärts liegen. Der erhöhte Ausgang des Schwellenwertdetektors 28 stellt das UND-Tor 4o ein und bewirkt, daß der Inverter 32 die Ausgangsleitung A5 des Auswahl-Lpgikstromkreises 30 gesenkt, so daß der Verstärkerkanal A5 von der Auswahl ausgeschaltet wird. Der erhöhte Ausgang des Schwellenwertdetektors 26 stellt das UND-Tor 42 ein und bewirkt, daß der Inverter 34 seinen Ausgang verringert, wodurch das UND-Tor 4o blockiert und die Ausgangsleitung A4 niedergehalten wird. Da der Schwellenwertdetöctor 24 am Ausgang des Verstärkers A3 lediglich 9 Volt abfühlt, wird sein Ausgang unterdrückt. Dies bewirkt, daß der Ausgang des Inverters 36 sich erhöht und in Verbindung mit dem Konditionierungssignal vom Schwellenwertdetektor 26 das UND-Tor 42 wirksam macht. Die Leitung A3 wird daher erhöht, um den Verstärker A3 als den aktiven Kanal für das angelegte 3 VoIt-Eingangssignal auszuwählen. Der gesenkte Ausgang des Schwellenwertdetektors 24 blockiert das UND-Tor 44, um die Leitung A2 niederzuhalten, während der gesenkte Ausgang des Schwellenwertdetektors 22 die Leitung Al niederhält.

Somit ist der Verstärkerauswahl-Logikstromkreis 30 dauernd wirksam, um nur die eine Ausgangsleitung zu erhöhen, die demjenigen Verstärkerkanal entspricht, der den höchsten

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Ausgang hat, welcher den Pegel V_max nicht Überschreitet. Das erhöhte Signal auf der Leitung A3 von dem Auswahl-Logikstronkreis 3o leitet den Null-Volt-Ausgang des VerstKrkere A3 über den Feldeffekttransistor 16 zu der Spannungeeubtraktionstinrichtung 50» Während die gesenkten Signale auf den Leitungen Al, A2, A4 und A5 die Transistoren 2o bzw. l8, 14 und 12 gesperrt halten, um die entsprechenden VerstKrkerausgttnge zu blockieren. Dies führt zu einer die zusammengesetzte Verstärkung wiedergebenden Kurve für die eingeblendeten Verstärker, wie sie in Pig» 3 durch die starke Zickzacklinie dargestellt ist, und gewährleistet, daß jedes Eingangssignal in seinem maximalen Ausmaß innerhalb der V_n^_x-QrCnZe von Io Volt verbreitet wird, bevor es winker behandelt wird.

Aus Pig. 3 ist ersichtlich, daß der Hauptteil der Kurve der zusammengesetzten Verstärkung in dem oberen Signalverarbeitungsbereich der Vorrichtung liegt, während der einzige im unteren Bereich liegende Teil, der vom Nullpunkt entlang der Verstärkungskurve des Verstärkers A5 verläuft, Eingangssignalen mit sehr kleiner Amplitude entspricht. Da diese Sig nale kleiner Amplitude bzw* Flüstersignale im wesentlichen keine Information bei Hörfrequenz- oder Sprachübertragungen enthalten, können sie ohne Beeinträchtigung der Wiedergabetreue unterdrückt werden. Dies wird von der Spannungssubtrakt ionseinrichtung 50 bewirkt, die gemäß Annahme einen V₁ Wert von 5 Volt von dem VerstÄrkertorausgangsbzieht, Diese Subtraktion von 5 Volt hat die Wirkung, daß die Abszissenbzw. V. -Koordinatenlinie in Fig. 3 bis zu dem ^v _mi_n~^Pe6^el bewegt wird, wodurch der Arbeitsbereich der Vorrichtung Jenseits der Subtraktionseinrichtung 5o von Io Volt auf 5 Volt verringert wird. Wie bereits oben erwähnt, wird durch eine derartige Verringerung von 2:1 die Auflösung des Impulszahlmodulationssignals verdoppelt, und es werden beträchtliehe Einsparungen in den Kosten des Prüf- und Haltekreises

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und des Codierstromkreises sowie ein schnelleres Arbeiten ermöglicht.

Mit einem 9 Volt-Eingang führt die Subt ratet ionseinrichtung 5o einen 9-5 Volt-, d.h. 4 Volt-Äusgang zu dem Prüf- und Haltestromkreis 48, der seinerseits das 4 Volt-Analogsignal in einen Impuls mit einer Amplitude von 4 Volt umwandelt. Dieser Impuls wird der linearen Impulszahlmodulations-CodiereinrieMung 52 zu-geführt, wo er zu dem nächstliegenden der 256 Amplitudenpegel quantisiert und in einen entsprechenden 8 Bit-Digitalcode umgewandelt wird. Die Codewort-Bits werden an die Binärstufen S4 bis SlI des Ausgangsregisters 56 über die Einstellt- und Rückstellleitungen 54 angelegt.

Zur gleichen Zeit wird das aus dem Auswahl-Logikstromkreis 3o erhaltene erhöhte Signal auf der Leitung A3 dem Verstärkeridentifizierungs-Lqö.kkreis 46 zugeführt. Dieses Signal läuft über Dioden-ODER-Tore an dem "O"-Eingang des Flip-Flop 58, dem "l"-Eingang des Flip-Flop 6o und dem "0"-Eingang des Flip-Flop 62, um dadurch die drei Flip-Flops in eine "O-l-O"-Folge gemäß der Wahrheitstabelle der Fig. 2 zu bringen. Die Zustände der Flip-Flops werden auf ihre Einstelle- und Rückstellausgänge reflektiert, die irerseits die Ausgangsregisterstufen Sl, S2 und SJ in den "θ"-bzw. "l"- und ¹¹O"-Zustand bringen. An dieser Stelle ist das Ausgangsregister 56 vollständig mit den Bits der ersten drei Stufen gefüllt, welche den ausgewählten Schwellenwertverstärkerkanal AJ identifizieren, und die Bits in den letzten acht Stufen ergeben die codierte Darstellung des Quantisierungspegels, der dem 4-Volt-Signal am nächsten liegt. Der Inhalt des Registers 56 kann dann in Reihe zu dem Impulszahlmodulations-Ausgangsanschluß 64 verschoben werden, um zu einer entfernt liegenden Empfangsstation übertragen zu werden.

Gemäß Fig. 4 wird das« empfangene Impulszahlmodulationssignal an den Eingangsanachluß 66 angelegt, von welchem es

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das elf-stufige Eingangsregister 68 speist. Sobald die ersten drei Stufen des Registers, welche die Kanalidentifizierungsbits enthalten, gespeist sind, werden sie von dem Identifizierungs-Decodierungs-Logikstromkreis ¹Jo agefühlt, während die letzten acht Stufen, welche die codierten Impulsbits enthalten, von der linearen Impulszahlmodulation-Decodiereinrichtung 72 abgefühlt werden. Die Decodiereinrichtung 72 wandelt das Codewort in einen 4 Volt-Impuls zurück und legt den Impuls an den Prüf- und Haltestromkreis 7.4 an, dessen 4 Volt-Analog-Ausgang der Spannungsaddiereinrichtung 78 zugeführt wird. Die am Modulationsende der Vorrichtung von dem Signal subtrahieresten 5 Volt, entsprechend V . , werden von der Addiereinrichtung 78 wMerhinzugefügt, und der 9-Volt-Ausgang der Einrichtung 78 wird an die Verstärkertore 76 angelegt. Der Identifteraungs-Decodierungs-Logik-Stromkreis 70 erhöht die Ausgangsleitung A3, welche das 9 Volt-Signal über den Ausgangsverstärker A8 führt, der eine Verstärkung von l/3 hat. Mit einer Verstärkung von 1/3 wird die Verzerrung, die am Modulator durch Multiplikation des ursprünglichen Bingangssignals mit dem Paktor 3 eingeführt worden ist, beseitigt, und der Analogausgang am Anschluß 80 wird in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt.

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Claims

- 14 Patentansprüche

1. Nicht-linearer Impulszahlmodulator, gekennzeichnet durcheine Mehrzahl von Signalamplitudenmodifizierern, die an einen gemeinsamen Eingangsanschluß geschaltet sind und in Folgebeziehung stehende Ausgangsamplituden haben, eine Einrichtung zum Umwandeln eines Analogsignals in ein Impulszahlmoduliertes Signal und eine Einrichtung zum Koppeln des Modifiziererausgangs mit der höchsten, ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitenden Amplitude an die Umwandlungseinrichtung.

2. Modulator nach Anspruch 1, da-durch gekennzeichnet, daß die Signalamplitudenmodifizierer parallelgeschaltete Verstärker mit aufeinanderfolgend zunehmenden Verstärkungen sind.

3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung folgende Teile umfaßt: eine Mehrzahl von Schwellenwertdetektoren, die einzeln an alle Modifiziererausgänge mit Ausnahme desjenigen, der die kleinste relative Ausgangsamplitude hat, angeschlossen und so eingestellt sind, daß sie an dem vorbestimmten maximalen Signalpegel triggern, einen Logik-Stromkreis, der eine Mehrzahl von UND-Toren und Invertern enthält, die auf die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren ansprechen, um einen Ausgang zu erzeugen, welcher denjenigen Modifizierer identifiziert, der die höchste, das vorbestimmte Maximum nicht überschreitende Amplitude hat, und eine Toreinrichtung, die auf den Ausgang des Logik-Stromkreises anspricht, um den identifizierten Modifizierer an die Umwandlungseinrichtung anzuschließen.

4. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3> gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf die Kopplungseinrichtung anspricht, um einen Impulscode zu erzeugen, welcher

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den Ausgang des ausgewählten Modifizierers identifiziert« . und eine Einrichtung zum Kombinieren des Impulscodes
mit dem impulscodemodulierten Signal, das von der Umwandlungseinrichtung erzeugt ist.

5. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine» Einrichtung, für die durch Subtraktion erfolgende Verringerung der Amplitude des Ausgangs des
Modifizierers der an die ümwandlungseinrlchtung gekoppelt
ist, um dadurch den Arbeitsbereich der Umwandlungseinrichtung zu verkleinern.

6. Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis j5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf den Ausgang des
Logik-Stromkreises anspricht, um einen Impulscode zu erzeugen, der den Ausgang des ausgewählten Modifizierers identifiziert, und eine Hinrichtung zum Kombinieren des Impülscodes mit dem impulscodemodulierten Signal, das von der Umwandlungseinrichtung erzeugt ist.

7. Modulator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für die durch Subtraktion erfolgende Verringerung der Amplitude des Ausgangs des Modifizierers, der an die Umwandlung se inrichtung gekoppelt ist, um dadurch den Arbeitsbereich der Umwandlungseinrichtung zu verkleinern.

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ORIGINAL INSPECTED