DE1949343B2

DE1949343B2 - Bandbreiten-reduzierungssystem

Info

Publication number: DE1949343B2
Application number: DE19691949343
Authority: DE
Inventors: John W. Whitestone N.Y. Smith (V.StA.)
Original assignee: Graphic Transmission Systems, Inc., Hanover, N.J. (V.StA.)
Priority date: 1968-10-07
Filing date: 1969-09-30
Publication date: 1972-06-29
Also published as: FR2020032A1; DE1949343C3; GB1251563A; US3495032A; DE1949343A1

Description

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(b) einen zweiten, zeitweise unwirksamen systemen vollständig verlorengehen. Außerdem erSchaltkreis, an den das zweite Binärsignal scheinen bei den taktgesteuerten Digitalsystemen zum Zwecke der Umwandlung angelegt solche isolierten schwarzen Linien, die noch reprowird, und der in seinem wirksamen Zustand duziert werden, oftmals an einer anderen Übergabeentweder jedes erste oder jedes zweite 5 stelle, die gegenüber der richtigen Stelle versetzt ist. Signalelement in ein drittes Amplituden- Schließlich werden bei dem erfindungsgemäßen niveau umwandelt und umgekehrt jedes System dünne, schwarze Linien, die in der Kopie in zweite oder jedes erste Signalelement des einer für die Reproduktion durch das System nicht zweiten Binärsignal* durchläßt; mehr geeigneten Weise zusammengedrängt sind,

(c) Schaltkreise, an welche das zweite Binär- " nicht miteinander verwischt bzw. verschwommen signal angelegt wird, um den ersten und wiedergegeben, statt dessen werden isolierte Linien zweiten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis ausgeschieden, so daß man eine Reproduktion der in Ansprechung auf aufeinanderfolgende Kopie bei vernachlässigbarer Degradation erhält,
gleichartige Elemente des zweiten Binär- Die Erfindung wird hinsichtlich weiterer Vorteile signals abwechselnd in seinen wirksamen »5 und Merkmale an Hand eines besonders bevorzug-Zustand zu versetzen; ^ten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die

(d) einen Schaltkreis zur Kombination der an F*8-1 und 2 der Zeichnung näher erläutert; sie ist den Ausgängen de? ersten und zweiten, J^{edoch nicht h}'^erau* beschrankt, sondern läßt sich zeitweise unwirksamen Schaltkreises wäh- unter den hier gegebenen Richtlinien sowie im Rahrend deren Wirksamkeit auftretenden Aus- ^{M men des} Gegenstandes der Erfindung und des allgangssignale zu einer Impulsfolge mit drei gemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise Amplitudenniveaus; und mit Erfolg verwirklichen. Es zeigt

τ« · #yu - je t~~~~~i~^ut,,_nn Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bandbreiten-

III. eine übertragung»· und Empfangseinnchtung _Redu£_tiomsV8tems ^₈₁, _{der Erfindung und}

zuir Übertragung der drei Amplitudenniveaus _f geeignete Wellen- bzw. SignaHörmen für

aufweisenden Impulsfolge und zu deren Um- _d,_e &_m*_en* _der Betriebsweise des in Fig. 1

Wandlung in das zweite Bmars.gnal. dargestellten Systems.

Zwar ist durch die deutsche Patentschrift In das in F i g. 1 dargestellte Bandbreitensystem 1 169 494 ein System zur Übertragung binärer Fak- kann ein Analogsignal, beispielsweise von einem simile-Signale mit reduzierter Bandbreite bekannt- 30 fotoelektrischen Sensor eines Faksimile-Abtastgeworden, bei dem eine Impulslängengebungs-, ins- gerätes, über einen Eingangsanschluß 11 entweder besondere -Verlängerungseinrichtung vorgesehen ist, direkt oder unter Zwischenschaltung eines einfachen welche die Minimalimpulse des Binärsignals auf eine Verstärkers eingegeben werden. Diese Signale sind Länge von einem Bit verlängert, und eine Impuls- allgemein als Basis-Band, Video- oder Bildfrequenzblockiereinrichtung, die derart arbeitet, daß das 35 signale bekannt und können alte Frequenzen von Binärsignal keinen entsprechenden, zeitlich nach- Null bis zur Elementfrequenz des Systems enthalten; folgenden Impuls aufweist, der auf Grund einer letztere ist durch die optische Auflösung und die Änderung des Signalniveaus des Analogsignals wäh- Geschwindigkeit des Abtastpunktes bestimmt Ein rend der Zeit von einem Bit auftraten würde, so daß typisches, durch die Signal- bzw. Wellenform I der bei Faksimile-Übertragung isolierte Linien reprodu- 40 F i g. 2 dargestelltes Faksimilesignal läßt die charakziert werden, während keine Übertragung derjenigen teristischen trapezförmig geformten, von der Abtast-Linien erfolgt, die derart dicht nebeneinander liegen, öffnung erzeugten Impulse erkennen,
daß eine Bandbreite jenseits der erzeugten maxi- Jede begrenzte öffnung kann als eine Ausfühmalen Grundfrequenz erforderlich wäre, jedoch ist rungsform eines Tiefpaßfilters mit der charakteristi-

weitere Möglichkeit im Sinne einer Bereicherung Daher wird ein in der abgetasteten Kopie auftretender Technik zeigt. der, absolut scharfer Übergang von Schwarz nach

Als Analogsignal kann bei der Erfindung jede Art Weiß, oder umgekehrt, der durch eine unendliche eines unveränderten Faksimilesignals dienen. Ohne 50 Frequenz dargestellt werden würde, durch die öffeine Reduktion der Bandbreite sind etwa 6 Minuten nung verhindert. Eine ins einzelne gehende Diserforderlich, um ein Faksimilesignal für eine Brief- kussion dieses Gegenstandes bringt der Aufsatz von seite von Standardabmessungen über einen üblichen Mertz and Gray, >A Theory of Scanning« im Telefonkreis zu übertragen. Wenn jedoch eine Band- »Bell System Technical Journal« vom Juli 1934.
breiten-Reduktion angewandt wird, erniedrigt sich 55 Die auf Grund der Öffnung verformten Faksimiledie Übertragungszeit bis auf 3 Minuten. signale der Wellenform I werden auf den Eingang

Das System nach der Erfindung hat den Vorteil, des Schmitt-Triggers 12 der Fig. 1 gegeben, der als daß bei einem derartigen Bandbreiten-Reduktions- Vorrichtung zur Bildung eines Binärsignals aus system, welches Binärsignale verwendet, kein Auf- einem Analogsignal angesehen werden kann. Der lösungsverlust eintritt, sofern die Impulse des Ana- 60 Schmitt-Trigger ist ein bekannter Schaltkreis, dessen logsignals äquidistant sind. Ausgangsgröße bei Eingangsgrößen unterhalb eines

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen vorbestimmten Niveaus effektiv Null ist und dessen Systems besteht in seiner Einfachheit im Vergleich Ausgangsgröße bei allen Eingangssignalen oberhalb zu den mit Taktzeitgebern arbeitenden Systemen. des vorbestimmten Niveaus einen einheitlichen maxi-

Darüber hinaus ist das System nach der Erfindung 65 malen Wert besitzt Das bedeutet, einSclr itt-Trigger insofern vorteilhaft als dünne, isolierte schwarze erzeugt aus einem Eingangssignal relativ geringer Linien einer Kopie stets reproduziert werden, wäh- Ändenmgsgeschwindigkeit ein Ausgangssignal, das rend derartige Linien in taktgesteuerten Digital- sich sehr schnell zwischen zwei vorgegebenen, festen

Niveaus ändert. Eine Beschreibung der Einzelheiten oder Sperrpunkt sowie mit einer unendlichen Ab- und des Aufbaus von Schmitt-Triggern mit Hilfe schalt- oder Sperrgeschwindigkeit und einer unendvon Transistoren ist in den »Elements of Transistor liehen Dämpfung im Stopp-Band. Selbstverständlich Pulse Circuits«, von T. D. Towers, D. Van gilt diese Betrachtung nur für die Orundfrequenz, da Nistrand Co., 1965, S. 95 ff., enthalten. Darüber 5 Rechtecksignale theoretisch Harmonische aufweisen, hin&us gibt es verschiedene andere Kreise, beispiels- deren Frequenz bis ins Unendliche geht. Jedoch ist weise Spannungskomperatoren, Niveausensoren usw., es in der modernen Datenübertragungstechnik nur die im Prinzip der gleichen Art »vie ein Schmitt- erforderlich, daß die Orundfrequenz eines Binär-Trigger funktionieren, jedoch ist letzterer die am (zwei-Niveau)-Signals empfangen wird, so daß die besten bekannte und am meisten verwendete Vor- io höchste zu übertragende Frequenz einheitlich festfichtung für eine Betriebsweise bis herab zur Fre- gelegt und bekannt ist. In der Praxis wird das System quenz Null. zweckmäßigerweise so eingestellt, daß die bekannte

Die durch die Mitte der Wellenformdarstellung I Bandbreite einer verfügbaren Übertragungsleitung hindurchgehende gestrichelte, mit der Bezeichnung bis zum äußerst möglichen Grade ausgenutzt wird. »Schnitt« versehene Linie stellt das Sprungniveau 15 Das Ausgangssignal des Sperrgatters und Treiberdes Schmitt-Triggers dar. Dieses Niveau, das auch Verstärkers 15 kann im Augenblick als verstärktes als Schnitt- oder Bestimmungsniveau bezeichnet Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 12 angesehen werden kann, wird zweckmäßigerweise in der Mitte werden, wie durch die Wellenform-Darstellung II zwischen das Weiß- und Schwarzniveau, welche dem veranschaulicht. Das Ausgangssignal des Treiber-Weiß b/w. dem Schwarz in der abgetasteten Original- to verstärken 15 wird gleichzeitig auf einen mit kopie entsprechen, gelegt. Das Schnittniveau sollte »Schwarz« bezeichneten 1-Bit-monostabilen Multiin einem gewissen Bereich einstellbar sein, was mit vibrator 16 und auf den Eingang 17 eines »ODER«- Hilfe der Schnittniveau-Steuerung bzw. -Einstellung Puffers 19 mit zwei Eingängen gegeben. Der mono-14 geschieht, so daß auf diese Weise das optimale stabile Multivibrator 16. der oftmals auch als »one-Schnitt- bzw. Bestimmungsniveau eingestellt werden 35 shot« bezeichnet wird, besitzt einen zeitgesteuerten kann. Ausgangsimpuls, dessen Dauer auf eine Bitzeit vor-

Die Wellenform II stellt das am Schmitt-Trigger eingestellt ist. Daher erhält man am Ausgang des 12 auftretende Ausgangssignal dar und kann als das Multivibrators 16 einen Sohwarzimpuls von der erste Binärsignal bezeichnet werden. Es sei darauf Länge eines Bits, und zwar unabhängig von der hingewiesen, daß die in diesem Signal auftretende 30 Dauer des Eingangs-Schwarzimpulses, mit dem der abrupte Änderung zwischen »Weiß«- oder Minimal- Kreis ausgelöst worden ist. Dieser an sich bekannte niveau und »Schwarz«- oder Minimalniveau dort Kre's tst im einzelnen beschrieben in »Basis Theory auftritt, wo sich Schnittniveau und Eingangssignal- and " pplication of Transistors«, Department of the Amplitude schneiden. Army Technical Manual TM 11 -690, März 1959.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 12 er- 35 S. 193 ff.

reicht das Minimal- oder Weißniveau stets dann. Der Schwarz-Ausgangsimpuls von der Länge eines

wenn sich das Eingangssignal unterhalb des Schnitt- Bits wird vom Ausgang des monostabilei. Multiniveaus befindet, während es das Maximal- oder vibrators 16 auf einen zweiten Eingang 20 des Schwarzniveau dann erreicht, wenn sich das Ein- »ODER«-Puffers 19 gegeben. Da der verstärkte Ausgangssignal oberhalb des Schnittniveaus befindet 4° gang des Schmitt-Triggers 12 am ersten Eingang 17

Das durch die erste binäre Wellenform II veran- des »ODER«-Puffers anliegt, ist der Ausgang des schaulichte Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 12 »ODER«-Puffers 19, der nach jedem Schwarzsignal wird auf ein Sperrgatter und einen Treiberverstär- des Schmitt-Triggers 12 auftritt, ein EIN-Bit oder ker 15 gegeben. Die Funktion dieses Kreises wird, längeres Schwarzsignal. In diesem Zusammenhang abgesehen von der Verstärker-und Niveauänderungs- 45 sei auf den Impuls al der Wellenform I verwiesen, funktion, erst weiter unten erläutert. aus dem ein Impuls all der Wellenform II wird,

Eine wichtige Eigenschaft dieses Systems besteh* welcher kürzer als ein Bit ist; dieser letztere Impuls darin, daß kein Impuls, weder ein Schwarz- noch wird zu einem Impuls ο III der Wellenform ΙΠ von ein Weißimpuls (Abwesenheit eines Schwarzimpulses einem Bit »gestreckt«.

bedeutet einen Weißimpuls), der schmaler als eine 50 Nicht ganz so einfach vollzieht sich die Erzeuvorbestimmte Zeitdauer ist, übertragen wird. Diese gung eines Weißimpulses von der Minimaldauer minimal zulässige Impulszeit wird im allgemeinen eines Bits. Das Ausgangssignal des »ODER«-Puffers als Bitzeit oder einfach als Bit bezeichnet. Die 19 wird hierzu auf den Eingang eines zweiten mit Wellenform I veranschaulicht die Bitzeit und Im- »Weiß« bezeichneten 1-Bit-inonostabilen Multrvibrapulse, welche kürzer und länger als die Bitzeit sind. 55 tors 21 gegeben. Dieser Kreis verstellt sich auf

Die Bedeutung der minimal zulässijen Impulszeit Grund jedes Übergangs des Eingangssignals von besteht darin, daß die maximal mögliche erzeugte Schwarz za Weiß für eine Bitzeit Das ist genau die Grundfrequenz des Systems festgelegt isL Zur Er- entgegengesetzte Aktion des mit »Schwarz« bezeichläuterune sei eine Folge von abwechselnd aufein- neten Multivibrators 16, der sich bei einem Weißanderfolgenden Schwarz- und Weißimpulsen mini- 60 zu-Schwarz-Übergang verstellt
maler Dauer betrachtet Eine solche Folge repräsen- Während der Multivibrator 21 verstellt wird, ge-

tiert die höchstmögliche Grundfrequenz, welche das langt von diesem ein Rückkopplungssignal über den System erzeugen kann. Da hierdurch eine absolut Torsteuerkreis 22 zum Sperrgatter und Treiberabrupte obere Grenze für die Grundfrequenz des verstärker 15. Da der Multivibrator 21 durch einen Signals gegeben ist (innerhalb der Genauigkeit der 65 Schwarz-zu-Weiß-Übergang verstellt wird, erhall Impulsdauer können Taktgeberkreise ebenso genau man in diesem Augenblick im Sperrgatter und sein), besitzt das System den Charakter eines Tief- Treiberverstärker 15 ein Weiß- oder NuUnrvsaupaßfilters mit der Dämpfung Null bis zum Abschalt- signal, wie leicht zu erkennen ist Die Aufgabe des

ίο

Rückkopplungs-Steuersignals besteht darin, das Sperreatte 15 in diesem Weiß- oder Nullniveau-3 unabhängig vom Eingangssignal für eine BiSe ein 2oder festzuhalten Das bedeutet, daß ein mpuls der Minimallänge von einem Bit 5 durch Spen mg bzw. Blockierung jedes Schwarz-Ss we lc X während der 1-Bi -Zeitdauer des mono iabllen Multivibrators 21 beginnt, erzeugt S Am Fnde des 1-Sit-Weißsignals wird das

T freigegeben, und der Ausgang des io

Folge schnell wiederkehrender Eingangsimpulse den ersten Impuls der Folge quasi-digita er Ausgangsimpulse stapelt. Durch die m.n.mal zulass.ge Impulslänge des quasi-digitalen Signals ist die schnellste Impuiswiederholungsrate dieses S.gnals besümm . Daher erhält zwar der erste Impuls der Folge quasidigitaler Impulse seine Zeitgebung durch den ersten Impuls der Folge sich schnell wiederho ender E,ngangsimpulse, jedoch erscheinen nachfolgende Impulse der quas.-dig.taleη Impulsfoge zu Ze, -

S «äs srsaüt^ts

In derVenenform II umgewandelt, der offensichtlicn schmaler a"s die Zeitdauer eine. Bits ist und zu einem mpisMII der Wellenform IH von der

Iä - ο., -

S3K Ä

BUM f

rend die Korrelation der nachfolgenden quas.-d.gitalen Impulse in einer Folge in bezug auf den anfänglichen Eingangsimpuls durch das Dazwischen-

die Binärimpulse nicht direkten Zeitgebung bzw Taktsteuerung der Aus

tat

3. - KSHSE«=

Frequem^ we ch : der

KSSS

Die zweiten Binär- oder quasi-digitalen Signale

^Bnd Illu KenvS
!^ euaem zlitinSvaU in
einer ;_et

ssSHSiSr

das Ausbrechen bzw. die der Differenzierschaltung 24 ist in der Welien-

% _der weilenformen I form IV m Form von Auslöseimpulsen dargestellt

Imprfse «L« Bei jedem Niveauübergang der durch die Wellen- L nur drei Impulse ₅o form ΙΠ dargestellten Folge der zweiten Bmarsignale

werden können. Wie wird ein kurzer Impuls erzeugt. Die Polantat des

erforderlich einender kurzen Impulses wird durch die Polantai des

SSr Vergleich Nivea»«berg_mgS taerhalb der. Wellenform IH be-

Ä SÄ 53. Ä«

,teS

verfugbare Ba^brej

öst wird. Das bedeutet, daß der über- 6o bestimmter Polantat am Eingang auftntt Bei dem taS dann, wenn « innerhalb der letztgenannten Multivibrator fomdett es sich um y lih i i einen allgemein bekannten Schaltkreis, der m vielen

Druckschriften im einzelnen beschrieben Bt, beispielsweise im ,General Electric Transistor Manual« 65 7. Edition, S. 186 ff. Es sei darauf hingewiesen, daß der bistabile Multivibrator 27 nur auf Ein_Sangsimpulse einer bestimmten Polantat anspricht Im _{vorliegendenFan kommt} «, _nllErgebnis nicht daiauf

r dann, wenn « innh des Sytems möglich ist, in ^ analoge^ Faksimile-3 auf ein ref willkürliches

k zu schnell für die kommt es zu einem

11 12

an, ob der Kreis auf die Impulse eines positiven auf »Certain Topics in Telegraph Transmission

Übergangs (Weiß nach Schwäre) oder eines nega- Theory« von H. Nyquist in Transactions A.I.E.E.,

tiven Übergangs (Schwarz nach Weiß) in »Flip«, Februar 1928, verwiesen. Wenn η gleich 3 wird,

sofern nur der Kreis gleichbleibend arbeitet. Die dar- dann ergibt sich für D angenähert ein Wert von

gestellten Wellenformen III und V setzen voraus, 5 3,18 Bits pro Zyklus der Bandbreite. Wenn η

daß das »Flippen« auf Grund der negativen Impulse gleich 4 ist, so nimmt D ebenfalls den Wert 4 an,

der Wellenform IV auftritt, es macht aber tatsäch- d. h. das Doppelte der Nyquist-Grenze für ein bi-

lich keinen Unterschied, welche Betriebsweise man näres Signal mit zwei Niveaus.

tatsächlich wählt. Es sei bemerkt, daß die Anzahl Die vorstehend kurz wiedergegebene Fundamental-

der Eingangsimpulse mit dem bistabilen Multivibra- io theorie zeigt, daß ein drei Niveaus aufweisendes

tor 27 effektiv durch zwei geteilt wird und daß dieser Signal die Übertragungsgeschwindigkeit gegpnüber

Kreis weitgehend diesem Zweck dient. einem einfachen Binärsigna! mit zwei Niveaus nur

Der bistabile Multivibrator 27 nach Eccles— um einen Faktor von ungefähr 1,59:1 verbessert. Jordan schließt und öffnet abwechselnd die damit Jedoch geht die Theorie davon aus, <jaß der Überverbundenen »UND«-Tore 25 und 26, die als durch 15 gang von einem extremen Niveau zum anderen die Eingangsleitung 28 beaufschlagte Parallelkreise extremen Niveau in einem Zeitintervall von einem bezeichnet werden können. Am Eingang dieser Par- Bit erfolgen kann. Eine Betrachtung der Wellenalk'kreise erscheint das durch die Wellenform III form V zeigt aber, daß bei diesem quasi-digitalen, dargestellte zweite Binärsignal. Da die Weiß-Signal- tfrei Niveaus aufweisenden Signal an keiner Stelle impulse von einem dieser Tore invertiert werden, ao ein Übergang von einem extremen Niveau zum anwährend das beim anderen Tor nicht der Fall ist, deren extremen Niveau innerhalb eines Zeitinter- und da weiterhin ein gemeinsames Schwarz-Referenz- valls von einem Bit auftritt. Statt dessen sind als niveau aufrechterhalten wird, erscheint am Ausgang untere Grenze Zeitintervalle von zwei Bits für eine der Summationsschaltung 29 ein Signal mit drei Amplitudenänderung von einem Extrem in das anNiveaus, das gleich der algebraischen Summe der as dere Extrem verfügbar. Die Bedeutung dieser Tatan den Toren auftretenden Ausgangssignale ist. Die sache besteht darin, daß die Neigung der Änderungs-Schaltung zur Polaritätsinversion des invertierenden rate der Signalamplitude um den Faktor 2 reduziert »UND«-Tores 26 kann in üblicher Weise aufgebaut ist. Diese Neigungsminderung für eine vorgegebene sein; ein Transistorverstärker in Emitterschaltung, Informationsgeschwindigkeit führt zu einem Gewinn bei dem das Eingangssignal auf die Basis des Tran- 30 von 2:1 gegenüber der Maximalgeschwindigkeit der sistors gegeben und ein invertiertes Ausgangssignal einfachen binären Übertragung. Man beachte, daß vom Kollektor des Transistors abgenommen wird, dieser spezielle Zwang, welcher die Änderungsrate hat sich als zufriedenstellende Schaltung erwiesen. der Signal amplitude begrenzt, angewandt werden

Die Summationsschaltung 29 kann in einfacher muß, wenn man bei einer Übertragung mit r?rei Weise aus zwei in Reihe über die Ausgänge der 35 Niveaus einen 2:1-Gewinn gegenüber einer einTore 25 und 26 geschalteten Widerständen be- fachen binärer Übertragung erreichen will. Eine Bestehen, wobei der Ausgang der Summierungsschal- trachtung der Wellenform V zeigt, daß der die Neitung an der Verbindung der beiden Widerstände gung begrenzende Zwang automatisch ausgeübt entnommen wird. wird, da eine Änderung von dem einen begrenzen-

Das drei Niveaus aufweisende, aus der algebra- 40 den Niveau zum anderen begref senden Niveau nie-

ischen Addition der abwechselnd invertierten und mais in einem Zeitintervall auftritt, das weniger als

nicht invertierten Weiß-Signalimpulse der Wellen- zwei Bits breit ist.

form ΙΠ wird durch die Wellenform V veranschau- Die von der Summationsschaltung 29 abgenom-

licht. menen Signale der Wellenform V werden in ein

Es sei darauf hingewiesen, daß die Kodierung 45 Tiefpaßfilter 30 eingegeben, das als Gaußsche Tiefdes zweiten Binär- oder quasi-digitalen Signals der paßschaltung oder Gauß-Filter ausgefüh' ist. In Wellenform III zu dem drei Niveaus aufweisenden Wirklichkeit wird ein leicht modifiziertes Gauß-Filter Signal der Wellenform V durch ein einfaches Gesetz verwendet, welches zur Erzeugung sogenannter angesteuert wird. Es bleibt nämlich jeder Schwarz- steigender Kosinus-Impulse aus den rechteckförmi-Impuls auf dem gemeinsamen mittleren Niveau, 50 gen bitlangen Impulsen dient. Derartige ansteigende während die Weiß-Impulse abwechselnd positiv Kosinusimpulse sind im einzelnen in dem Buch oder negativ in bezug auf das mittlere Niveau wer- »Data Transmission« von Bennett und Davey, den. Diese einfache Beziehung läßt sich aus einem McGraw Hill, 1965, S. 98, dargestellt und erörtert. Vergleich der Wellenform ITI mit der Wellenform V Ein solcher ansteigender Kosinus-Impuls weist auf entnehmen. 55 Grund eines schwachen »Klingelns« im Kreis

Die Wellenform V stellt ein drei Niveaus auf- schwache »Schwänze« auf. Die Gaußschen Schalweisendes Signal mit speziellen Charakteristika dar. tungen, wie sie beispielsweise in dem Buch »Simpli-Auf Grund der Fundamentalinformations-Theorie fied Modern Filter Design« von P.-R. Geffe, ergibt sich, daß die Anzahl der Bits einer Infor- Hayden Book Co., 1963, beschrieben sind, zeigen mation D, die über einen Kanal vorgegebener Band- 60 theoretisch kein »Klingeln«, so daß die durch rechtbreite w übertragen werden können, gleich 2w(log₂n) eckfönnige Eingangssignale ausgelösten Ausgangsist, wobei D in Bits pro Sekunde, w in Zyklen pro impulse keine »Schwänze« besitzen. Es hat sich Sekunde einzusetzen ist und η die Anzahl der jedoch gezeigt, daß es mit Hilfe der ansteigenden Signalniveaus darstellt Wenn man dip Gleichung Kosinus-Form möglich ist, einen Übertragungskanal D = 2w(Iog₂n) für w = 1 und η = 2 ausrechnet, 65 begrenzter Bandbreite optimal auszunutzen; daher so erhält man die Nyquist-Grenze von zwei Infor- wird die Gaußsche Schaltung in leicht abgewandelter mationsbits pro Zyklus der Bandbreite des Über- Form benutzt, um auf diese Weise bei Auftreten tragungskanals. Hinsichtlich der Einzelheiten wird eines rechteckförmigen Eingangssignals ein Aus-

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gangssignal zu erhalten, das im wesentlichen die Die Konstnaktion eines Vollwellen-Gleichrichters

Form eines ansteigenden Kosinus besitzt, der vorerwähnten Art ist an sich bekannt, da eine

Die Wellenform VI veranschaulicht das drei Ni- derartige Vorrichtung üblicherweise für die Umveaus aufweisende Signal nach dem Durchgang Wandlung eines drei Niveaus aufweisenden Signals durch die Tiefpaßschaltung 30. Ein Vergleich dieser 5 zurück in ein Signal von der Frequenz des Basis-Wellenform mit der Wellenform I zeigt, daß die bandes benutzt wird. Hierfür kann beispielsweise Frequenz des Signals mit Hilfe der vorerwähnten ein Transistorverstärker mit gleichen Widerstands-Operationen durch zwei geteilt worden ist. Das be- belastungen in den Emitter- und Kollektorkreisen deutet, daß das Signal der Wellenform VI, das im verwendet werden. Wenn das Eingangssignal an die wesentlichen alle Informationen des Signals der io Basis des Transistorverstärkers angelegt wird, dann Wellenform I enthält, durch einen Kanal übertragen erhält man am Emitter des Transistors eine nicht werden kann, der nur die Hälfte der für die Über- invertierte Kopie und am Kollektor eine invertierte tragung des Signals der Wellenform I erforderlichen Kopie dieses Signals. Diese Ausgangssignale befin-Bandbreite besitzt. den sich in Gegenphase und können über Gleich-

Das Signal der Wellenform VI wird mit Hilfe des 15 richterdioden zum Erzeugen eines vollwellengleich-

Ausgangsverstärkers 31 zum Zwecke der Eingabe gerichteten Ausgangs auf eine gemeinsame Last ge-

in ein Modem-Übertragungssystem verstärkt. Der geben werden.

Ausdruck »Modem« bezeichnet ein Modulator- und Die ursprüngliche Frequenz des quasi-digitalen Demodulatorsystem, das eine Signalübertragung über Basisband-Faksimilesignals wird mit dem Kodierverfügbare Übertragungskanäle gestattet. Ein der- so system durch zwei geteilt, während der Vollwellenartiges in weitern Umfange verwendetes Modem- Gleichrichter des Dekodiersystems die ursprüngliche System für die Übertragung von Faksimilesignalen Frequenz durch eine Frequenzverdopplung wieder über das Wähl-Telefonsystem ist das Bell- herstellt.

System 602 »Dataphone«. Mit diesem Modem- Das Signal der Wellenform VII wird auf einem System können Basis-Bandsignale von der Frequenz ss Schmitt-Trigger 42 gegeben, dieser besitzt eine EinNull bis zu etwa 1000 Hz verarbeitet werden. Wenn stellung 44 für das Schnitt- bzw. Einsatmiveau und man dieses Modem-System für Analog- oder Binär- entspricht dem in der Kodiervorrichtung verwensignale benutzt, dann beträgt die maximale Fak- deten Schmitt-Trigger 12. Wenn die Schnitt- bzw. simile-Ubertragungsgeschwindigkeit bei einer Seite Einsatzhöhe mit Hilfe der Einstellvorrichtung 44 der Abmessung von 21,6 ■ 27,9 cm mit repräsen- 30 beim Schmitt-Trigger 42 in die in der Wellenformtativem graphischem Material etwa 6 Minuten. Wenn Darstellung VI in gestrichelten Linien dargestellte jedoch das drei Niveaus aufweisende, vorstehend Lage eingestellt ist, erhält man ein binäres Auscharakterisierte Signal angewandt wird, dann ergibt gangssignal der Wellenform VIII,
sich eine Übertragungszeit von ungefähr 3 Minuten Es sei bemerkt, daß einige der Schwarz-Impulse für eine 21.6 · 27,9 cm große Seite einer Faksimile- 35 der Wellenform VIII von sehr kurzer Zeitdauer kopie bei Übertragung durch das Wähl-Telefonsystem sind. Da viele Faksimile-Wiedergabeeinrichtungen unter Verwendung des vorerwähnten »602 Data- keine gute Schwarz-Wiedergabe sicherstellen, wenn phone«-Modem-Systems. die Eingangsimpulse zu kurz sind, wird ein mono-

Für diesen Anwendungszweck wird das Bandbrei- stabiler Multivibrator 45 sowie ein zwei Eingänge

ten-Reduktionssystem auf eine Bitzeit von 250 Mi- 40 aufweisender »ODER«-Puffer 46 verwendet, mit

krosekunden eingestellt. Ein bitlanger Schwarz- deren Hilfe jeder eintreffende Schwarz-Impuls, so

Impuls, dem ein bh'anger Weißimpuls folgt, ergibt kurz er auch sein möge, auf eine »Minimal-Schwarz-

cine Grundperiode von 500 Mikrosekunden oder zeit« gestreckt: diese Zeit entspricht der für eine

eine Spitzen-Bisisbandfreqpenz von 2000 Hz. Die gute Schwarz-Markierung auf der Wiedergabeseite

spezielle, mit drei Niveaus arbeitende Kodiervorrich- 45 erforderlichen Impulsbreite. Die Wirkungsweise des

tung teilt die Basisbandfrequenz durch den Faktor 2, Multivibrators 45, der auch als »Minimalschwarz«-

so daß die höchste Signalfrequenz einen Wert von Multivibrator bezeichnet werden könnte, sowie die

1000 Hz annimmt. Das ist füt die untere Grenze Betriebsweise des »ODER«-Puffers 46 ist identisch

des »602 Dataphonc-Modem-Systems richtig, so mit derjenigen des Multivibrators 16 und des

daß der verfügbare Kanal vollständig ausgenutzt 50 »ODER"-Puffers 17. so daß sich eine ins einzelne

wird. gehende Beschreibung erübrigt. Zweckmäßigerweise

Der am anderen Ende des Übertragungskanals wird der Multivibrator derart zeitgesteuert, daß seine eintreffende Ausgang des Modem-Systems der Ausgangsimpulse eine Länge von einem Bit haben. Wellenform Vl wird auf einen Eingangspuffer-Vcr- Die Wellenform IX veranschaulicht das Ausgangsstärker 40 gegeben. Dieser Kreis wiederholt die Si- 55 signal des Multivibrators 45 bei dessen Einstellung gnale im wesentlichen bei niedriger Impedanz, so auf eine minimale Signalbreite von einem Bit.
daß das Ausgangssignal des Modem-Systems nicht Hin Ausgangsverstärker 47 niedriger Impedanz von dem nachfolgenden Vollwellen-Gleich richtet 41 dient zur Ankopplung der Signale der Wellenform IX belastet wird. an das Faksimile-Wiedergabesystem, Die genaue

Der Vollwellen-Gleichrichter 41 wandelt die Ein- 60 Ausführungsform des Verstärkers 47 hängt von dem

gangssignale der Wellenform VI in die Signale der verwendeten speziellen Faksimile-Wiedergabegerät

Wellenform VII um. Dieser Vorgang ist eine typische ab.

Operation des Vollwellen-Gleiehrichters, durch Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu erweiche die Frequenz des Eingangssignals verdoppelt kennen, daß das quasi-digitale Bandbreiten-Redukwird. Man beachte, daß dieser Vorgang einer FaI* 6s tionssystem die Digitalsignal-Vorteile der Binär« tung der oberen Hälfte des Bildes der Wellenform VI übertragung aufweist, nämlich einheitliche Impulsabwärts zur unteren Hälfte um die Schwarz-Achse längen sowie Anwendbarkeil der Multiniveau-Bandentspricht. brciten-Rcduktionstechnik. Gleichzeitig jedoch wer-

ίο

den von dem erfindungsgemäßen System einige Vorteile der Analo^übenragung ausgenutzt. Im einzelnen verhindert die Bildung einer Korrelation in bezug auf den Zeitpunkt des Auftretens des quasidigitalen Impulses den Nachteil eines Bandbreiten- oder Auflösungsverlustes, der sich bei den bekannten Digital-Systemen auf Grund dar Zeitbeziehungen zwischen den Prüf-Taktgebersignalen und den analogen Faksimilesignalen ergeben. Auch ist die Verwendung des quasi-digitalen Systems unkomplizier-

ter und preiswerter als eine digitale Signplverarbeitung.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der Erfindung ein Bandbreiten-Reduktdonssystem geschaffen worden ist, welches die Anwendung eines Taktgebers der üblichen Art zur Erzeugung von Binärsignaien vermeidet, wobei die Impulse des Binärsignals durch die in ein Analogsignal umgesetzten Änderungen der Intensität der Kopie erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ein nicht invertierendes UND-Tor ist, während der zweite, zeitweise unwirksame Schaltkreis (26) als invertierendes UND-Tor ausgebildet ist, 4. Bandbreiten-Reduzierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur PoIaritätsinversion der zweite, zeitweise unwirksame Schaltkreis (26) einen kollektorbelasteten Transistorverstärker in Emitterschaltung umfaßt. 5. Bandbreiten-Reduzierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (29) zur Kombination der Ausgangssignale des ersten und zweiten, zeitweise unwirksamen Schaltkreises (25 bzw. 26) eine Summierungsschaltung ist. 6. Bandbreiten-Reduzierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs- und Empfangseinrichtung einen bis zur Frequenz Null wirksamen Vollwellen-Gleichrichter bzw. Demodulator (41) zur Umwandlung der drei Amplitucienniveaus auf- ao weisenden Impulsfolge zurück in ein Signal von Basisband-Frequenz umfaßt. Die Erfindung geht aus von einem Bandbreiten-Reduzierungssystem der Art, wie es beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 351 710 beschrieben ist und das zur Umwandlung eines Analogsignals in ein Binärsignal der Basisband-Frequenz dient, welches anschließend in ein drei Niveaus aufweisendes Signal der halben Basisband-Frequenz zum Zwecke der Übertragung mittels eines Übertragungskanals umgewandelt und in einem Empfänger in ein Binärsignal der Basisband-Frequenz zurückverwandelt wird, wobei das Bandbreiten-Reduzierungssystem einer uf Änderungen im Signalniveau des Analogsignals ansprechenden Kreis zur Erzeugung eines ersten Binärsignals aufweist, welches erste Signalelemente besitzt, die bei entsprechender Zeitdauer denjenigen Teilen des Analogsignals entsprechen, welche über ein vorbestimmtes Niveau hinausgehen, sowie zweite Signalelemente (ft II), die ebenfalls bei entsprechender Zeitdauer denjenigen Teilen (ft I) des Analogsignals entsprechen, die unterhalb des vorbestimmten Niveaus liegen; sowie eine auf das erste Binärsignal ansprechende Einrichtung. Bisher wurden Bandbreiten-Reduktionssysteme verwendet, bei denen Analogsignale in Binärsignale umgewandelt werden, die anschließend wiederum in Mehrfachpegel-Signale konvertiert werden. Diese Signale wurden zur Modulation eines Trägers für die Übertragung über Telefonkreise benutzt. In den vorbekannten Bandbreiten-Reduküonssystemen werden Taktzeitgeber verwendet. Derartige Systeme bedingen in nachteiliger Weise einen Verlust von Auflösung und/oder Übertragungsgeschwindigkeit für eine gegebene Bandbreite von bis zu 30Vo. Eine eingehende Diskussion der mit der Bandbreitenreduktirn bei Faksimilesignalen auftretenden Probleme ist in dem Aufsatz von »Digital Facsimile« von R, E. Wernikoff in der Zeitschrift »Signal magazine«, December 1966, S. 19 ff., wiedergegeben. Die wesentlichen Schwierigkeiten bei derartigen Systemen sind durch die Art der Entnahme des Analogsignals bedingt, wodurch ein großer Teil der Information verlorengeht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bandbreiten-Reduktionssystem zu schaffen, mit dem die Schwierigkeiten der bekannten Bandbreiten-Reduktionssysteme in hohem Maße überwunden werden, indem ein Bandbreiten-Reduktionssystem vorgeschlagen wird, in dem keine Taktzeitgabe zum Erzeugen von äquidistanten Impulsen des Binärsignals verwendet wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch I. eine Schaltung zur Erzeugung eines zweiten Binärsignals, dessen Signalelemente sich über eine vorbestimmte zeitliche Mindestdauer erstrecken, umfassend (a) einen Treiberverstärker mit einem Sperrgatter zur Aufna'r.'iie des ersten Binärsignals und zum Erzeugen eines Zwischenbinärsignals am Ausgang mit ersten und zweiten Signalelementen; (b) einen monostabilen Multivibrator, der mit dem Ausgang des Treiberverstärkers verbunden und so angeordnet ist, daß er auf die ersten Signalelemente des Zwischenbinärsignals anspricht, um an seinem Ausgang erste Signalelemente zu erzeugen, von denen jedes eine der vorbestimmten Mindestdauer gleiche zeitliche Dauer hat; (c) einen ODER-Puffer mit zwei Eingängen, der so geschaltet ist, daß er das erste Zwischenbinärsignal vom Ausgang des Treiberverstärkers und die ersten Signalelemente vom monostabilen Multivibrator empfängt und an seinem Ausgang das zweite Binärsignal erzeugt, das erste Signalelemente aufweist, von denen jedes eine zeitliche Dauer besitzt, die wenigstens gleich der vorbestimmten Mindestdauer ist; (d) einen weiteren monostabilen Multivibrator, der zwischen den zwei Eingänge aufweisenden ODER-Puffer und das Sperrgatter des Treiberverstärkers geschaltet und so angeordnet ist, daß er auf die zweiten Signalelemente des zweiten Binärsignals anspricht, um an seinem Ausgang zweite Signalelemente zu erzeugen, von denen jedes eine zeitliche Dauer hat, die gleich der vorbestimmten Mindestdauer ist, und welche an das Sperrgatter des Treiberverstärkers angelegt, werden, um jede Änderung des zweiten Signalelementes zu verhindern, das dann vom Treiberverstärker während der vorbestimmten Mindestdauer erzeugt wird, so daß die ersten und zweiten Signalelemente des zweiten Binärsignals zeitliche Dauern besitzen, die wenigstens gleich der vorbestimmten Mindestdauer sind; II. eine Schaltung für die Umwandlung des zweiten Binärsignals in eine Impulsfolge mit drei Amplitudenniveaus, umfassend (a) einen ersten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis, an den das zweite Binärsignal zum Zwecke des Durchganges angelegt wird, und der in seinem wirksamen Zustand die ersten und zweiten Signalelemente des zweiten Binärsignals durchläßt; Patentansprüche:

1. Bandbreiten-Reduzierungssystem zur Umwandlung eines Analogsignals in ein Binärsignal der Basisband-Frequenz, welches anschließend in ein drei Niveaus aufweisendes Signal der halben Basisband-Frequenz zum Zwecke der Übertragung mittels eines Übertragungskanals umgewandelt und in einem Empfänger in ein Binärsignal der Basisband-Frequenz zurückverwandelt wird, wobei das Bandbreiten-Reduzierungssystem einen auf Änderungen im Signalniveau des Analogsignals ansprechenden Kreis zur Erzeugung eines ersten Binärsignals (II) aufweist, welches erste Signalelemente (eil) besitzt, die bei entsprechender Zeitdauer denjenigen Teilen (ei) des Analogsignals (I) entsprechen, welche über ein vorbestimmtes Niveau hinausgehen, sowie zweite Signalelemente (fell), die ebenfalls bei entsprechender Zeitdauer denjenigen Teilen (öl) des Analogsignals entsprechen, die unterhalb des vorbestimmten Niveaus liegen, sowie eine auf das erste Binärsignal ansprechende Einrichtung, gekennzeichnet durch

(I) eine Schaltung (15, 16, 19, 21) zur Erzeugung eines z.veiten Binärsignals (III), dessen Signalelementc (MII cIII) sich über eine vorbestimmte zeitliche Mindestdauer erstrecken, umfassend

(a) einen Treiberverstärker (15) mit einem Sperrgatter zur Aufnahme des ersten Binärsignals (II) und zum Erzeugen eines Zwischenbinärsignals am Ausgang mit ersten und zweiten Signalelementen;

(b) einen monostabilen Multivibrator (16), der mit dem Ausgang des Treiberverstärkers (15) verbunden und so angeordnet ist, daß er auf die ersten Signalelemente (eil) des Zwischenbinärsignals anspricht, um an seinem Ausgang erste Signalelement; (cIII) zu erzeugen, von denen jedes eine der vorbestimmten _4J Mindestdauer gleiche zeitliche Dauer hat;

(c) einen ODER-Puffer (19) mit zwei Eingängen (17, 20), der so geschaltet ist, daß er das erste Zwischenbinärsignal vom Ausgang des Treiberverstärkers (15) und die ersten Signalelemente vom monostabilen Multivibrator (16) empfängt und an seinem Ausgang das zweite Binärsignal (III) erzeugt, das erste Signalelernente (cIII) aufweist, von denen jedes eine zeitliche Dauer besitzt, die wenigstens gleich der vorbestimmten Mindestdauer ist;

(d) einen weiteren monostabilen Multivibrator (21), der zwischen den zwei Eingänge aufweisenden ODER-Puffer (19) und das Sperrgatter des Treiberverstärkers (15) geschaltet und so angeordnet ist, daß er auf die zweiten Signalelemente (Jb III) des zweiten Binärsignals (III) anspricht, um an seinem Ausgang zweite Signalelemente zu erzeugen, von denen jedes eine zeitliche Dauer hat, die gleich der vorbestimmten Mindestdauer ist, und welche an das Sperrgatter des Treiberverstärkers (15) angelegt werden, um jede Änderung des zweiten Signalelements zu verhindern, das dann vom Treiberverstärker während der vorbestimmten Mindestdauer erzeugt wird, so daß die ersten und zweiten Signalelemente des zweiten Binärsignals (III) zeitliche Dauern besitzen, die wenigstens gleich der vorbestimmten Mindestdauer sind;

(Π) eine Schaltung für die Umwandlung des zweiten Binärsignals in eine Impulsfolge mit drei Amplitudenniveaus, umfassend

(a) einen ersten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis (25), an den das zweite Binärsignal (III) zum Zwecke des Durchganges angelegt wird, und der in seinem wirksamen Zustand die ersten und zweiten Signalelemente (ftIII bzw. cIII) des zweiten Binärsignals durchläßt;

(b) einen zweiten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis (26), an den das zweite Binärsignal (III) zum Zwecke der Umwandlung angelegt wird und der in seinem wirksamen Zustand entweder jedes erste (cIII) oder jedes zweite (i>ITT) Signalelement in ein drittes Amplitudenniveau umwandelt und umgekehrt jedes zweite oder jedes erste Signalelement des zweiten Binärsignals durchläßt;

(c) Schaltkreise (24, 27), an welche das zweite Binärsignal angelegt wird, um den ersten und zweiten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis (25 bzw. 26) in Ansprechung auf aufeinanderfolgende gleichartige Elemente (ftIII oder cIII) des zweiten Binärsignals abwechselnd in seinen wirksamen Zustand zu versetzen;

(d) einen Schaltkreis (29) zur Kombination der an den Ausgängen des ersten und zweiten, zeitweise unwirksamen Schallkreises (25 bzw. 26) während deren Wirksamkeit auftretenden Ausgangssignale zu einer Impulsfolge (V) mit drei Amplitudenniveaus; und

(III) eine Ubertragungs- und Empfangseinrichtung (30, 31, 40, 41, 42, 45, 46, 47) zur Übertragung der drei Amplitudenniveaus aufweisenden Impulsfolge und zu deren Umwandlung in das zweite Binärsignal (III bzw. IX).

2. Bandbreiten-Reduzierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise, an welche das zweite Binärsignal angelegt wird, um den ersten und zweiten, zeitweise unwirksamen Schaltkreis abwechselnd in seinen wirksamen Zustand zu versetzen, eine flC-Differenzierschaltung (24) und einen dieser nachgeschalteten bistabilen Multivibrator (27) umfassen.

3. Bandbreiten-Reduzierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zeitweise unwirksame Schaltkreis (25)