DE1949426C3 - Verfahren zur Übertragung von Signalen in Pulsmodulationssystemen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

τ/;

genügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückumsetzung der pulsmodulierten Signale in Abtastproben über einen Codewandler (C) voirgenommen wird, der aus jedem piilsmodulierteri Signal dasjenige erzeugt, das einer Abtastprobe mit umgekehrten Vorzeichen entspricht, und daß mittels zweier gegeneinander phasenverschobener, den Codewandler steuernder Taktpulse (T bzw. T) von n-facher Abtastfrequenz die am Ausgang des dem Codewandler nachgeschalteten Decodierers (D) auftretenden Abtastproben in der ersten Hälfte einer Wechselimpulsperiodeder PAM- Wechselimpulse mit einem vorgegebenen Vorzeichen und in der anderen Hälfte dieser Wechselimpulsperiode mit entgegengesetzten Vorzeichen zurückgewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangsseitig in Abtastproben rückumgewandelte pulsmodulierte Signal über einen dem Umsetzer nachgeschalteten Wandler in einer ersten Wechselimpulsperiodenhälfte direkt und in einer zweiten Wechselimpulsperiodenhälfte mit entgegengesetzten Vorzeichen bzw. umgekehrt übertragen wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem Inverter (4), zwei Gattern (1, 2) und einer Summierstufe (3) besteht, daß hierbei der Eingang (P,)fürdieAbtaslproben direkt mit dem einen Eingang des ersten Gatters und über den Inverter (4) mit dem einen Eingang des zweiten Gatters verbunden ist, daß den anderen Eingängen der Gatter zwei gegeneinander phasenverschobene Taktpulse (T bzw. T) von n-facher Abtastfrequenz zugeführt sind, und daß die Ausgänge der beiden Gatter über die Siimmierstufe (3) miteinander verbunden sind, deren Ausgang (A) den Ausgang des Wandlers bildet.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch»! und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dei Wandler ein Ringmodulator (KM) mit einem Signaleingang (P,), einem Trägereingang (R₁) und einem Signalausgang (A) ist, daß dem Signaleingang die empfangsseitig in Abtastproben rückuingewandelten pulsmodulierten Signale und dem Trägereingang ein Rechteckwechselimpuls oder eine Sinusschwingung von «-fächer Abtastfrequenz zugeführt wird, und daß der Signalausgang der Ausgang der Wandlerstufe ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur übertragung von Signalen, bei dem die Signale sendeseitig während einer Abtastperiode abgetastet, anschließend die Abtastproben in eine für die übertragung geeig-

nete pulsmodulierte Form, insbesondere pulscodemodulierte Form, umgesetzt und zur Empfangssene hi.i übertragen werden, bei dem ferner empfangsseitig die pulsmodulierten Signale wiederum in Abtast proben rückumgesetzt und anschließend aus den Abtastproben

die ursprünglichen Signale zurückgewonnen werden. 3ei Nachrichtenübertragungssystemen dieser Art muß, wenn Verzerrungen des Signals bei der übertragung' weitgehend vermieden werden sollen, bei der Abtastung das sogenannte Abtasttheorem erfüllt sein.

Nach dem Abtasttheorem gelten für die Abtastfrequenz folgende Bedingungen: Für ein Signalband von der Frequenz Null bis zu einer Frequenz /„ muß die Abtastfrequenz mindestens gleich oder größer der zweifachen Frequenz /„ sein. Für die übertragung

J₅ eines Signalbandes mit den Frequenzgrenzen /, und J₂ muß die Abtastfrequenz /, nach J. Rasch: »Zur Abtastung bandpaßbegrenzter Nachrichten«, AE ü, 21, 1967, H. 1, innerhalb erlaubter Abtastbereiche gleich oder'größer als das Zweifache der Signalbandbreite

/2 - /1 ^sein- ^{was einer wesentlicnen} Verkleinerung der benötigten Übertragungsbandbreite gegenüber der ersten Bedingung entspricht. Bei der Abtastung eines Signalbandes mit einer Abtastfrequenz, die kleiner als das Zweifache der höchsten Signalfrequenz aber größe.r oder gjeich der zweifachen Signalbandbreite ist, ergibt sich auf der Empfangsseite nach der Rückumsetzung des pulsmodulierten Signals in Abtastproben für das aus den Abtastproben rückgewonnene Analogsignal, bei Verwendung der bisher

üblichen treppenförmigen Signalform der unmittelbar ineinander übergehenden Abtastproben ein sehr starker Frequenzgang. Dieser Frequenzgang kann reduziert werden, wenn die Dauer der Impulse der Abtastproben verkürzt wird. Hierbei nimmt jedoch die Lei-

stungsausbeute wesentlich kleinere Werte an, und der Klirrfaktor wird bei nichtidealen Schaltungen vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Nachrichtenübertragungssystemen mit übertragungsbedingungen, insbesondere der letztgenannten Art, die bei derempfangsseitigenRückgewinnungdes ursprünglichen Analogsignals auftretenden geschilderten Verzerrungen und übrigen Nachteile mit einfachen Mitteln wesentlich zu vermindern. Dabei ist ein pulsampli-

(.5 tudenmoduliertes Signal derart zu erzeugen, daß die Ampiiiudendichtc des Spektrums im Frequenzbereich von /', „„■„ bis J_211111x möglichst groß und der Frequenzgang des Spektrums möglichst gering ist.

'5

Ausgehend von einem Verfahren zur Übertragung von Signalen, bei dem die Signale sendeseitig während einer Äbtastperiode abgetastet, anschließend die Abtastproben in eine für die Übertragung geeignete pulsmodulierte Form, insbesondere pulscodemodulierte Form, umgesetzt und zur Empfangsseite hin übertragen werden, bei dem ferner empfangsseitig die pulsmodulierten Signale wiederum in Abtastproben rückumgesetzt und anschließend aus den Abtastpioben die ursprünglichen Signale zurückgewonnen werden, wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abtastfrequenz/, in bekannter Weise gleich oder größer als das Zweifache der Signalbandbreite B = f₂ - /„ aber grundsätzlich kleiner als die zweifache höchste Signalfrequenz /₂ ist und in bestimmten zulässigen Bereichen liegt, daß ferner empfangsseitig zur Rückgewinnung der ursprünglichen Signale die übeitragenen pulsmoduüerten Signale in m-fache pulsampJitudenmodulierte Wechselimpulse umgesetzt werden, deren m-fache Wechselimpulsperiode kieiner oder gleich einer Abtastperiode gewählt ist, und daß hierbei m eine ganze Zahl ist, die der Beziehung

A < m < A

Jl Jl

genügt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch entsprechende Formung der bei der ercpfarigsseitigen Rückumsetzung der pulsmodulierten Signale entstehenden Abtastproben der Frequenzgang des aus den Abtastproben erzeugten Analogsignals im Signalfrequenzband gering gehalten werden kann, ohne daß die Leistungsausbeute wesentlich verringert wird. Dies soll im folgenden an einer Berechnung gezeigt werden. Die spektrale Verteilung F₁ (ω) der Abtastproben ist.

Darin bedeutet

F₁ (ω) = spektrale Verteilung der Abtastproben,
F(a>) = spektrale Verteilung des ursprünglichen Signals,

T = _T = Periode der Abtastfrequenz /„

Ji

<l(t) = Impulsform des zu modulierenden Impulses im Bereich von t — 0 bis t = cc, η = ganze Zahl.

In der Regel darf y (r) nur im Bereich von NuN bis T ungleich Null sein, damit keine Überlappung zweier aufeinanderfolgender Impulse auftritt. Es soll hier nur dieser Fall betrachtet werden.

Da nur die Änderung des ursprünglichen Signals im Nutzend interessiert, kann F(<») = 1 in diesem Band und F(d>) = 0 außerhalb des Bandes geseilt werden. Unter diesen Bedingungen ergibt sich:

Da für den Frequenzgang nur der Betrag und nicht die Phase betrachtet werden soll, wird aus der Gleichung (2)

φ(ί) COS tut df

>t dt

An Hand der Gleichung (3) lassen sich nun die Frequenzgänge für die einzelnen Impulsformen im Signalfrequenzband Z₁ bis /₂ berechnen. Für einen rechteckförmigen Impuls ist ν (ί) = 1 für 0 < τ < Τ. Es ergibt sich

ergibt sich

45

sin -	C) T	- sin	C)T0
	4	C)T	2

C)T

SlIl —- -

(4)

Hieraus läßt sich erkennen, daß für eine Dauer des Rechteckimpulses τ < T der Frequenzgang verringert wird. Gleichzeitig wird aber auch die Leistungsausbeute des Analogsignals verringert. Für einen Rechteckwechselimpuls mit der Periodendauer r, die kleiner oder gleich der Abtastperiode T ist, ergibt sich Definition von T₀ siehe Fig. Ic und Spalteo, Zeilen 3 bis 9.

Für einen Sinuswechselimpuls mit einer Impulsdauer τ, die kleiner oder gleich der Abtastperiode T ist, ergibt sich

T . C) T

τ ^sin -J-

sin

c,T

(5)

Für zwei aufeinanderfolgende Rechteckimpulse entgegengesetzter Polarität, deren Impulsdauer -, jeweils kleiner oder gleich der halben Abtastperiode T ist, Wie sich aus der Auswertung der obigen Gleichungen (4) bis (7) und ihrer graphischen Darstellung in F i g. 2 für das Beispiel mit η = 1 Wechselimpulsen, ergibt, haben die Wechselimpulse im betrachteten Frequenzband einen wesentlich geringeren Frequenzgang als der ireppenförmige Impuls. Allerdings ist auch bei den Wechselimpuisen zu erkennen, daß durch eine Verkleinerung der Impulsdauer τ der Frequenzgang verändert wexden kann. Die günstigsten Ergebnisse ergeben sich in allen Fällen für τ - 7.

Eine Realisierung der Abtastproben als Wechsclimpulse ist auf digitalem oder analogem Wege möglich. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung der Abtastproben als Wechselimpulse auf digitalem Wege ergibt sich dadurch, daß die Rückumsetzung der pulsinodulierten Signale in Abtastproben über einen Codewandler vorgenommen wird, der aus jedem pulsinodulierten Signal dasjenige erzeugt, das einer Abiastprobe mit umgekehrten Vorzeichen entspricht, und daß mittels zweier gegeneinander phasenverschobener, den Codewandler steuernder Taktpulse mit Abtastfrequenz bzw. dem n-fachen davon, die am Ausgang des dem Codewandler nachgeschalteten Decodierers auftretenden Abtastproben in der ersten Hälfte einer Wechselimpulsperiode mit einem vorgegebenen Vorzeichen und in der zweiten Hälfte dieser Wechselimpulsperiode mit entgegengesetzten Vorzeichen zurückgewonnen werden.

Auf analogem Wege können die Ablaslproben als Wechselimpulse dadurch leicht erhalten werden, daß das empfangsseitig in Abtastproben rückumgewandelte pulsmodulierte Signal über einen dem Umsetzer nachgeschalteten Wandler in einer ersten Wechselimpulsperiodenhälfte direkt und in einer zweiten Wechselimpulsperiodenhälfte mit entgegengesetztem Vorzeichen bzw. umgekehrt übertragen wird.

Dies kann beispielsweise in einer Schaltungsanordnung geschehen, die einen Inverter, zwei Gatter und eine Sunimierstufe enthält, deren Eingang für die Abtastproben direkt mit dem einen Eingang des ersten Gatters und über den Inverter mit dem einen Eingang des zweiten Gatters verbunden ist. Den anderen Eingängen der Gatter sind zwei gegeneinander verschobene Taktpulse mit Abtastfrequenz bzw. einem «-fachen davon zugeführt. Außerdem sind die Ausgänge der beiden Gatter über eine Summierstufe miteinander verbunden, deren Ausgang den Ausgang des Wandlers bildet.

Eine weitere, besonders einfache Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Wechselimpulse aus den Abtastproben. besteht aus einem Ringrnodulalor mit einem Signaleingang, einem Trägereingang und einem Signalausgang, dessen Signaleingang die empfangsseitig in Abtastproben rückumgewandelten pulsmodulierten Signale und dessen Trägereingang ein Rechteckwechselimpuls oder eine Sinusschwingung mit Abtastfrequenz bzw. dem η-fachen davon, zugeführt wird. Der Signalausgang ist der Ausgang der Wandlerstufe.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung im folgenden an einem übertragungssystem für ein Signalfrequenzband von /, bis /₂, bei dem empfangsseitig π = 1 Wechselimpulse pro Abtastperiode erzeugt werden, noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 vier verschiedene Impulsformen für die Abtastproben,

F i g. 2 den Frequenzgang α bei Rückgewinnung der Analogsignale aus den Abtastproben mit einer Impulsform nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung zur Umformung der Abtastproben auf digitalem Wege,

F i g. 4 eine Schaltungsanordnung zur Umformung der Abtastproben auf analogem Wege,

F! s. 5 eins weitere Schaltungsanordnung zur Umbrmung der Abtastproben auf analogem Wege.

In Fig. I sind vier verschiedene Impulsformen der Abtastproben dargestellt Dabei ist F i g. 1 a ein Rechtu's lüii einer Impulsbreite r, die kleiner als die Abtastperiode T ist. Fig. Ib stellt einen Rechteckwechselimpuls dar, dessen Periodendauer τ ebenfalls kleiner oder gleich der Abtastperiode T ist. Fig. Ic stellt einen Rechteckwechselimpuls dar, dessen zwei Impulshälften durch eine Impulspause getrennt sind.

Dabei ist .,· jeweils die Impulsdauer einer Impulshälfte, während T₀ die Zeitspanne von Null bis zum Einsatz der zweiten Impulshälfle bedeutet. Fig. Id ίο zeigt einen Sinuswechselimpuls mit einer Impulsdauer T,diekleiner oder gleich derAbtastperiode T ist.

In F i g. 2 ist der Frequenzgang a — 201 g F₁ ( -,'^ J

. [dB] bei der Rückgewinnung des Analogsignals aus Abtastproben mit Impulsformen nach Fig. la bis F i g. Id dargestellt. Dabei ist

1. der Frequenzgang für eine Impulsform nach Fig. Ia mit τ =■ T,

II. der Frequenzgang für einen Rechlcckwechselimpuls nach Fig. 1 b für τ = T,

III. der Frequenzgang für eine Impulsform nach F i g. 1 d für τ = T,

IV. der Frequenzgang für eine Impulsform nach F i g. J a mit einer Impulsdauer τ = 0.5 T,

V. der Frequenzgang für eine Impulsform nach

Fig. Ib mit einer Impulsdauer r = 0,5 T',
VI. der Frequenzgang für eine Impulsform nach

F"ig. Ic mit einer Impulsdauer τ = 0,6 T,
VII. der Frequenzgang für eine Impulsform nach

Fig. la mit einer Impulsdauer τ = 0.25 T,
VIII, der Frequenzgang für eine Impulsform nach Fig. Id mit einer Impulsdauer τ = 0,6 T.

Die dargestellten Kurven gelten für die Abtastung eines Frequenzbandes mit den Grenzen J₁ bis /, mit einer Abtastfrequenz/, die größer oder gleich /"·> — /,, aber wesentlich kleiner als 2f₂ ist.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Abtastproben als η = 1 Wechselimpulse pro Abtastperiode, die einen Codewandler C und den Decodierer D enthä't. ijie parallel ankommenden Codezeichen werden den Eingängen £1 bis £4 zugeführt, während den Takteingängen T und T zwei gegeneinander verschobene Taktpulse mit Abtastfrequenz zugeführt werden. Bei Anliegen des Taktpulses T werden in einer ersten Taktperiodenhälfte die ursprünglichen Codszeichen dem Decodierer D zugeführt, während bei Anliegen des Taktpulses T in der zweiten Taktperiodenhälfte die gerade anste-

henden Codezeichen dem Decodierer D in einer solchen Form zugeführt werden, die dem ursprünglichen Analogwert mit umgekeluten Vorzeichen entspricht. Bei Verwendung eines symmetrischen Code, beispielsweise des Gray-Code, braucht dabei jeweils nur das

am höchsten zu bewertende Codeelement invertiert werden. Am Ausgang A sieht das decodierte Analogsignal als Wechselimpuls tür Verfügung. Die Decodierung erfolgt hierbei mit doppelter Taktgeschwindigkeit gegenüber der Sendeseite.

F i g. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der η = I Wechseli mpulse auf analogem Wege. Die Schaltungsanordnung enthält die Gatter 1 und 2, eine Summierstufe 3 und «snei. Inverter 4. Die Abtastproben in Rechteckform werden dem Impulseingang P,

zugeführt der über dem Inverter 4 mit dem einen Eingang des Gatters 2 ttnJ direkt mit dem emen Eingang des Gatters 1 verbunden ist. Due anderen Eingänge der Gatter 1 und 2 werden von den eeeen-

einander verschobenen Taktpulsen T und T von Abtaslfrequenz. gesteuert. Die Ausgänge der beiden Gatter sind über die Summierstufe 3 miteinander verbunden, an deren Ausgang A die Wechselimpulse zur Verfügung stehen. Durch die Dauer der Impulse, wie auch durch die relative zeitliche Lage der Taktpulse T und T an den anderen Eingängen der Gatter 1 und 2, läßt sich die Impulsform am Ausgang A der Summierstufe in gewünschter Weise in gewissen Grenzen gestalten.

F i g. 5 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung zur Umwandlung der Abtastproben in ein- oder «-fache Wechselimpulse. Die Schallungsanordnung enthält einen Ringniodulator RM mit einem Impulseingang P₁ Tür die Abtastproben und einen Trägerspannungseingang A₁, dem entweder eine Rechteckwechselschwingung oder eine Sinuswechselschwingung zugeführt wird. Am Ausgang A entstehen dann Wechselinipulse mit einer durch die Trägerschwingung bestimmten Impulsform.

Wird eine Signalübertragung bei einer Frequenzlage des Signalbandes B=J₁- j\ und einer Abtastfrequenz /, vorgenommen, bei der sich auf Grund der

angegebenen Beziehung ·.! < η < .² für η ein Wert

größer als 1, also beispielsweise /i = 2 oder η = 3 ergibt, so können die im Zusammenhang für den Fall η = 1 beschriebenen empfangsseiligen Schaltungsanordnungen nach den Fig. 3 bis 5 ebenfalls zur Anwendung gelangen.

Dabei ist für die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 die Taktfrequenz der Decodierung um den Faklor 2n und die Frequenz der Taktpulse 7" und T um den Faktor η zu vergrößern.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist ebenfalls die Frequenz der Taktpulse um den Faktor η zu vergrößern, während bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 eine Trägerschwingung mit n-facher Abtastfrequenz vorzusehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

109638/115

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur übertragung von Signalen, bei dem die Signale sendeseitig während einer Abtastperiode abgetastet, anschließend die Abtastproben in eine für die übertragung geeignete pulsmodulierte Form, insbesondere pulscodemodu-Iierte Form, umgesetzt und zur Empfangsseite hin übertragen werden, bei dem ferner empfangsseitig die pulsmodulierten Signale wiederum in Abtastproben rückumgesetzt und anschließend aus den Abtastproben die ursprünglichen Signale zurückgewonnein werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz /, in bekannter Weise gleich oder größer als das Zweifache der Signalbandbreite B = f₂ — f_lt aber grundsätzlich kleiner als die zweifache höchste Signalfrequenz /₂ ist und in bestimmten zulässigen Bereichen liegt, daß ferner empfangsseitig zur Rückgewinnung der ursprünglichen Signale die übertragenen pulsmodulierten Signale in m-fache pulsamplitudenmodulierte Wechselimpulse umgesetzt werden, diese m-fache Wechselimpulsperiode kleiner oder gleich einer Abtastperiode gewählt ist, und daß hierbei m eine ganze Zahl ist, die der Beziehung