DE1960077A1 - UEbertragungssystem - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6000 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau), 6. November I969

PT-UL/Fg/mJ UL 69/194

"Übertragungssystem"

Die Erfindung betrifft ein PCM-Übertragungssystem mit der Rahmenfrequenz f_R, vorzugsweise f_R = 8 kHz, dessen PAM-Stufe Abtastfilter enthält, wobei die Abtastfreqnenz f ein ganzzahliges Vielfaches der Rahtnenfrequenz f_R ist, bei dem eine quasivierdrahtige Übertragung vom PCM-System zu den angeschlossenen Teilnehmern vorgesehen ist.

Die Probleme, die der vergrößerte Bedarf an Nachrichtenübertragungskapazität mit sich bringt, haben dazu geführt, daß Systeme entwickelt wurden sind, die beJArertretbarem Aufwand diesen Bedarf zu decken vermögen« In diesem Zusammenhang ist es seit langem bekannt, eine Nachrichtenübertragung im Zeitmultiplex vorzunehmen. Die Signale das einzelnen Teilnehmers, die zunächst Analogsignale sind, werden dabei hinsichtlich ihrer Amplitude mit einer Ab-

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taatfrequenz f_A abgetastet; die Amplituden dieser Abtastwert© werden digital codiert und bilden eine Impulsfolge, die über ein Übertragungsmedium leicht in der Weise übertragen werden kann, daß mehrere solcher Impulsfolgen ohne gegenseitige Beeinflussung ineinander verschachtelt werden. Ein derartiges System wird üblicherweise als PCM-Zeitmultiplex-System bezeichnet. Voraussetzung für diese Punktion eines solchen Systems ist eine Band begrenzung der vom Teilnehmer abgegebenen Analogsignale (NF-Signale) durch einen Tiefpaß. Durch die Abtastung entsteht ein periodlsohes Frequenzspektrum, in dem das NF-Signal Seitenbänder zu den Vielfachen der Abtastfrequenz η . f_A (n = 0,1,2 ...) bildet. Figur 1 zeigt ein derartiges Frequenzspektrum. Diese höher frequenten Seitenbänder werden im folgenden als trägerfrequent bezeichnet. Wirf nun entsprechend einem älteren Vorschlag aus dem bei der Abtastung entstehenden Frequenzspektrum ein trägerfrequentes Band für die Rückübertragung eines Signals von der PAM-Stufe des FCM-Syetems zum Teilnehmer verwendet, so ist auf einer zweidrähtigen Leitung ein quasivierdrahtiger Betrieb möglich, da ja das vom Teilnehmer zu der PAM-Stufe des PCM-Systems übertragene Nachrichtensignal als NF-Band auftritt. Figur 2a zeigt rein schematisch eine derartige Zweidrahtverbindung zwischen

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Teilnehmern TL₁ und TL₃. Hierbei sol angenommen, daß Jeder der Teilnehmer ein NF-Signal abgebe und ein TF-Signal (trägerfrequentes Signal) erhalte. Jedem der Teilnehmer sind für die von ihm abgegebenen und empfangenen Nachrichten Filter F₁ bzw. F_g zugeordnet. Weiterhin ist dargestellt, daß der PCM-Teil jeweils aus Codierern COD und Decodierern DEC aufgebaut ist.

In einem älteren Vorsehlag ist gezeigt worden, daß durch eine geeignete Anwendung von Abtastfiltern nioht mehr jedem einzelnen der an die PAM-Systeme angeschlossenen Teilnehmer ein Abtastfilter zugeordnet werden muß, sondern daß vielmehr nur so viele Abtastfilter notwendig sind, wie maximal gleichzeitig Teilnehmer Nachrichten übertragen und daß die Abtastfilter jeweils den Teilnehmern zugeordnet werden, die gerade Nachrichten übertragen. Werden derartige Abtastfilter im PAM-Teil eines PCM-Systems verwendet, dann muß die Abtastfrequenz f_A der Abtastfilter zu f_A * f gewählt sein, wobei f_ ein ganzes Vielfaches der PCM-Rahmenfreque

^p f

f_R 1st. Jeweils - 1 aufeinanderjFolgende PAM-Impulse

R
werden am Ausgang des Abtastfilters unterdrückt, so daß wieder eine PAM-Impulsfolge mit der Folgefrequenz f_R erscheint, die einem Amplitudencodierer zugeleitet wird. In Figur 2b ist die prinzipielle Verbindung zwischen den Teil-

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nehmern TL₁ und TI^ sehematiseh dargestellt, wobei die Filter P₁ und F₂ Abtastfilter sind. I₁ und I₂ sind Interpolations schal tungen> die aus den PAM-Impulsen das Analogsignal annähern.

Soll der Übergang von der Vierdraht- auf die Zweidrahtleitung ohne Gabel oder Frequenzweiche erfolgen, wie es in Bild 2 dargestellt ist, d. h. werden der Ausgang der Interpolationsschaltung I₁ und der Eingang des Filtere F₁ direkt zusammengeführt, dann muß das für die Rüekübertragung gewählte TF-Band erfindungsgemäß in seiner Mittenfrequenz so verschoben werden - hierfür dienen die Frequenzumsetzer FU₁ und Füg, deren Funktion weiter unten beschrieben wird -, daß das Signal TF₁ nail der erneuten Abtastung mit allen dabei auftretenden periodischen Bändern in die periodisch wiederkehrenden Sperrbereiche des Abtastfilters F₂ fällt und entsprechend die periodischen Bänder nach der Abtastung von TF₂ in die Sperrbereiche des Abtastfilters F₁ fällt. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, dann ist die Vierdrahtschleife in sich geschlossen und schwingt.

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Figur 3 ϊθ^ diese Veraohiebung schematisch, wobei der Jeweils angedeutete schräge Anstieg lediglich andeuten soll, wie die hohen und ttiedrigen Frequenzen verteilt shd. Während bei der Abtastung des NF-Bandes gemäß dem oberen Diagramm in Figur 3 Seitenbänder zu den Vielfachen der Abtastfrequenz f entstehen, soll also das TF-Band bzw. die TF-Bänder für die zweite Übertragungsrichtung durch Seitenbänder zu den ungeraden Vielfachen der halben Abtastfrequenz f (m . <···} m = 1,3*5 .·►) dargestellt werden. Mit anderen Worten, wenn dies gelingt, wird die Ausgangsgröße beispielsweise de3 Interpolators I₁ mit einer derartigen Frequenzlage auf den Eingang des Abtastfilters F₁ gegeben, daß das Filter F₁ dieses Signal TF₂ völlig sperrt, und umgekehrt. Die Realisierung einer solchen Frequenzbandversohiebung kann gemäß älteren Vorsohlägen durch alternierende Umpolung der PAM-Impulse erfolgen oder durch die Unterdrückung jedes zweiten PAM-Impulses bewerkstelligt werden, wenn diese reduzierte Impulsfolge auf ein Abtastfilter gegeben wird, ™ das periodische Durchlaßbereiche bei den ungeraden Viel-

f
fachen von g- aufweist.

Die Realisierung von Abtastfiltern der geschilderten Art

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ist durch Aufbau derselben aus analogen oder digitalen Bausteinen möglich. Ira zweiten Falle sind dem eigentlichen Abtastfilter Analogdigital- bzw. Digitalanalogwandler vor- bzw. nachgeschaltet. Im ersteren Fall bestehen die Schieberegisterketten des Abtastfilters im wesentlichen aus Kondensatoren und*'Entladeschaltern.

Bei den bisherigen Betrachtungen war der Einfachheit halber angenommen, daß die Abtastfilter als analoge Bausteine ausgebildet selen. Dies soll auch im folgenden angenommen sein. Die zu Übertrager//->n PCM-Signale müssen dann vor Zuführung zu den Frequenzumsetzern und Interpolatoren demoduliert sein, so daß sie wiederum als PCM-Signale auftreten.

Wird die PAM-Stufe des PCM-Systems als Zeltmultiplex-Vermittlungssystem verwendet, wobei beispielsweise zwei Teilnehmer verbunden werden, die an dieselbe PAM-Stufe des PCM-Systems angeschlossen sind und damit ihre Nachrichten nicht pulscodemoduliert werden, flann gelten die bisher gemachten Ausführungen. Wird jedoch eine Nachricht pulscodemoduliert, d. h. kommt sie als PCM-Signal an, dann muß ebenfalls das zum Teilnehmer hinführende TF-Band so ausge-

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wählt sein, daß es nach der erneuten Abtastung mit f In die Sperr^bereiche des Abtastfilters fällt.

Dazu 1st wegen der in PCM-Netzen allgemein eingeführten Rahmenfrequenz von f_R = 8 "kHz, und den deshalb um die Vielfachen von f_R auftretenden Seitenbänder - die, wie aus Figur * hervorgeht, dicht beieinander liegen -,an sioh keine Frequenz· verschiebung nötig, sondern es muß nur das gewünschte Band, ζ. B. mit einem Abtastfilter, das Duchlaßbereiehe um die

ungeraden Vielfachen von ~- aufweist, aus dem Gesamtspektrum ausgewählt werden. Dies führt in einzelnen Fällen jedoch zu Schwierigkeiten.

f Gewählt sei f = 24 kHz. Bezogen auf die Frequenz -£-- 12 kHz weisen dann, wie in Figur 4 gezeigt ist, die Seitenbänder der decodierten PCM-Impulse (f_R « 8 kHz) Signalbänder In Verkehrtlage auf. Wäre f = 16 kHz gewählt, so würden diese Fehler nicht auftreten, jedoch liegen dann die Bänder so dicht nebeneinander, daß eine sichere Trennung zwischen NF-Band und TF-Band beim Teilnehmer nieht mehr mit einfachen

Mitteln zu realisieren wäre.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Schwierigkeiten zu umgehen und gleichzeitig die Verwendung des erwähnten zusätzlichen Abtastfilters mit Durchlaßhe-

reichen um ungerade Vielfache der Frequenz -^- zu vermeiden.

Die Erfindung besteht darin, daß Jeweils diejenigen trägerfrequenten Bänder, die für die Übertragungsriohtung von der PAM-Stufe zu den Teilnehmern hin vorgesehen sind, so in ihrer» Mittenfrequenz verschoben werden, daß bei einer erneuten Abtastung dieser trägerfrequerten Bänder mit der gMchen Abtastfrequenz f die dabei entstehenden Bänder nicht in die periodischen Durchlaßbereiche des Abtastfilters fallen, und daß tei Verwendung eines digitalen Abtastfilters direkt, bei Verwendung eines analogen Abtastfilters nach ihrer Decodierung zu PAM-Signalen die übertragenen PCM-Signale dem mit der Abtastfrequenz f arbeitenden Abtastfilter zugeführt werden^ das für die Abtastung der von dem jeweils angeschlossenen Teilnehmer stammenden Analogsignal vorgesehen ist. -

Figur 5 zeigt· die orfindungsgomäße Ausführung eines PCM-Sy-3tnms,'

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Dia mit der Frequenz f_R auftretenden PAM-Impulse, d. h. die deoodierten PCM-Impulse, werden entsprechend der Erfindung mit der Frequenz f = η « fL (n = ganzgahlig) abgetastet. Dabei muß immer gewährleistet sein, daß beim Erscheinen eines der PAM-Impulse dieser vom Abtastfilter übernommen wird,Die zeitlichen Bedingungen, die dabei einzuhalten sind, sind verhältnismäßig streng. Es ist daher in der Praxis wahrscheinlich, daß durch Laufzeiteffekte ihre Einhaltung erschwert wird. Abhilfe läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch schaffen, daß die zu verarbeitenden PAM-Impulse einer Halteschaltung HS₁ bzw« HS₂ in Figur 5 zugeführt werden, die sie solange festhält, bis sie einmal und nur einmal in das Abtastfilter übernommen worden sind. Da f ein ganzzahliges Vielfaches von f_o ist, wird bei

- 1 Abtastimpulsen der Wert O in das Abtastfilter über-R
nommen, da zu diesen Zeitpunkten kein PAM-Impuls vorhanden ist.

Das Abtastfilter greift aus dem Frequenzspektrum des decodierten PCM-Signals nur die Signalbänder um η . f heraus; mit der oben beschriebenen Frequenzumsetzung werden diese

m.f Frequenzbänder dann in die Lage um * ■■ ■ verschoben.

Die bisherigen Ausführungen gingen der Einfachheit halber davon aus, daß das Abtastfilter aus Analogbauteilen aufge

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baut sei. Die gleiohen Überlegungen gelten jedoch auch für digitale Abtastfilter, allerdings brauchen die PCM» Impulse dann nicht decodiert zu werden, sondern werden in ihrer ursprünglichen digitalen Form dem Eingang des digitalen Abtastfilters direkt zugeführt, d. h. also, gegebenenfalls hinter den Analogaigitalwanäler eingespeiat* wobei auch hier die Bedingung gilt, daß ein PCM-Wort, d. h₀ die Zeichenfolge, die einem codierten PAM-Signal entspricht* solange gespeichert bleibt, bis es einmal und nur einmal in das Abtastfilter eingelesen worden 1st. Die beschriebene Invertierung Jedes zweiten PAM-Impulses am Ausgang des Abtastfilters kann bei Digitalfiltern durch Änderung des das Vorzeichen markierenden Bits oder im Anschluß an die Digitalanalogwandlung durchgeführt werden.

Da bisher nur digitale Abtastfilter bekanntgeworden sind, die für linearcodierte Signale bestimmt sind, muß bei der Verarbeitung von PCM-Signalen mit nichtlinearer Codfeüung dem Digitalfilter ein Codewandler vorgeschaltet werden, der den nichtlinearen Code in einen linearen Code umsetzt.

Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Ubertragungsverfahrens sieht vor, daß die PAM-Stufe als selbständiges Zeitmultiplex-■Vermittlungssystem verwendet wird.

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Claims (4)

Pa te ntans prü ehe

1. PCM-Übertragungssystem mit der Rahmenfrequenz f«, vorzugsweise f„ = 8kHz, dessen PAM-Stufe Abtastfilter enthält,, wobei die Abtastfrequenz f ein ganzzahliges Vielfacher dor Rahmenfrequenz f_R ist, bei dem eine quaslvierdrähtlge Übertragung vom PCM-System zu den angeschlossenen Teilnehmern vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils diejenigen trägerfrequenten Bänder, die für die übertragungsrichtung von der PAM-Stufe su den Teilnehmern hin vorgesehen sind, so in ihrer Mittenfrequenz verschoben werden, daß bei einer erneuten Abtastung dieser trägerfrequenten Bänder mit der gleichen Abtastfrequenz f die dabei entstehenden Bänder nicht in die periodischen Durchlaßbereiche des Abtastfilters fallen, und daß bei Verwendung eines digitalen Abtastfilters direkt, bei Verwendung eines cnalogen Abtastfilters nach ihrer Decodierung zu PAM-Signalen die übertragenen PCM-SignaIe dem mit der Abtastfrequenz f arbeitenden Abtastfilter zugeführt werden, das für die Abtastung der von dem jeweils angeschlossenen Teilnehmer stammenden Analogsignale vorgesehen ist.

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2. PCM-Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die decodierten bzw. niehtdecrodierten PCM-Signale in einem dem Abtastfilter vorgeschalteten Halteglied so lange gespeichert werden, bis sie genau einmal in das Abtastfilter übernommen sind.

3. PCM-Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines digitalen Abtastfilters und teiΓ Vorliegen einer niohtlinearen Codierung der PCM-Signale vor der Zuführung zu dem Abtastfilter eine Umsetzung in eines linearen Code vorgenommen wird.

4. Abwandlung des PCM-Übertragungssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die PAM-Stufe als selbständiges Zeitmultiplex-Vermittlungssystem verwendet wird.

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