DE1960077C - PCM-Übertragungssystem - Google Patents

Description

Die Probleme, die der vergrößerte Bedarf an Nachrichtenübertragungskapazität mit sich bringt, haben dazu gerührt, daß Systeme entwickelt worden sind, die bei vertretbarem Aufwand diesen Bedarf zu decken vermögen. In diesem Zusammenhang ist es seit langem bekannt, eine Nachrichtenübertragung im Zeitmultiplex vorzunehmen. Die Signale des einzelnen Teilnehmers, die zunächst Analogsignale sind, werden dabei hinsichtlich ihrer Amplitude mit einer Abtastfrequenz f_A abgetastet; die Amplituden dieser Abtastwerte werden digital codiert und bilden eine Impulsfolge, die über ein Ubertragungsmedium leicht in der Weise übertragen werden kann, daß mehrere solcher Impulsfolgen verschiedener Teilnehmer ohne gegenseitige Beeinflussung ineinander verschachtelt werden. Ein derartiges System wird üblicherweise als PCM-Zeitmultiplex-System bezeichnet. Voraussetzung Tür diese Funktion eines solchen Systems ist eine Bandbegrenzung der vom Teilnehmer abgegebenen Analogsignale (NF-Signale) durch einen Tiefpaß. Durch die Abtastung entsteht ein periodisches Frequenzspektrum, in dem das NF-Signal Seitenbänder zu den Vielfachen der Abtastfrequenz η -f_A (n = 0, 1, 2...) bildet. F i g. 1 zeigt ein derartiges Frequenzspektrum. Diese höherfrequenten Seitenbänder werden im folgenden als trägerfrequent bezeichnet. Wird 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 PCM-Systems 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. F i g. 2 a zeigt rein schematisch eine derartige Zweidrahtverbindung zwischen Teilnehmern TL₁ und Tl₁. Hierbei sei 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 Fi bzw. F₂ zugeordnet. Weiterhin ist dargestellt, daß der PCM-Teil jeweils aus Codierern COD und Decodierern DEC aufgebaut ist.

In einem weiteren älteren Vorschlag ist gezeigt worden, daß durch eine geeignete Anwendung von Abtastfiltern nicht 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 = /_p gewählt sein, wobei /_p ein ganzes Vielfaches der PCM-Rahmenfrequenz/κ ist. Jeweils

1 aufeinanderfolgende PAM-Impulse werden

am Ausgang des Abtastfilters unterdrückt, so daß wieder eine PAM-Impulsfolge mit der Folgefrequenz f_R erscheint, die einem Amplitudencodierer zugeleitet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein derartiges System so auszugestalten, daß es einem quasivierdrähtigen Betrieb gestattet, ohne daß jedoch für den übergang von der Vierdraht- auf die Zweidrahtleitung Gabeln oder Frequenzweichen nötig sind. Die im Anspruch 1 angegebene Erfindung löst diese Aufgabe. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der F i g. 2b bis 5 erläutert. Es zeigt

F i g. 2 b ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 die Verschiebung der ankommenden trägerfrequenten Bänder gegenüber den Durchlaßbereichen des Abtastfilters,

F i g. 4 ein weiteres Frequenzschema,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

In F i g. 2b ist die prinzipielle Verbindung zwischen den Teilnehmern TL₁ und TL₁ schematisch dargestellt, wobei die Filter F₁ und F₂ Abtastfilter sind, J₁ und I₂ sind Interpolationsschaltungen, die aus den PAM-Impulsen das Analogsignal annähern.

Durch die Frequenzumsetzer FU₁ und FU₂ wird bewirkt, daß das Signal TF₁ nach der erneuten Abtastung mit allen dabei auftretenden periodischen Bändern in die periodisch wiederkehrenden Sperrbereiche des Abtastfilters F₂ fällt und daß entsprechend nach der Abtastung von TF₂ die periodischen Bänder in die Sperrbereiche des Abtastfilters F₁ fallen. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, dann ist die Vierdrahtschleife in sich geschlossen und schwingt.

F i g. 3 zeigt die Frequenzverschiebung schematisch, wobei der jeweils angedeutete schräge Anstieg lediglich andeuten soll, wie die hohen und niedrigen Frequenzen verteilt sind. Während bei der Abtastung des NF-Bandes gemäß dem oberen Diagramm in F i g. 3 Seitenbänder zu den Vielfachen der Abtastfrequenz f_p entstehen, soll also das TF-Band bzw. die TF-Bänder für die zweite übertragungsrichtung durch Seitenbänder zu den ungeraden Vielfachen der halben Abtastfrequenz ,

•-4F-; m= 1,3,5 .

dargestellt werden. Mit anderen Worten, wenn dies gelingt, wird die Ausgangsgröße beispielsweise des Interpolators /, mit einer derartigen Frequenzlage auf den Eingang des Abtastfilters F₁ gegeben, daß das Filter F₁ das Signal TF₂ völlig sperrt, und umgekehrt. Die Realisierung einer solchen Frequenzbandverschiebung kann, wie schon vorgeschlagen, 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

Vielfachen von

aufweist.

Die Realisierung von Abtastfiltern der geschilderten Art ist durch Aufbau derselben aus analogen oder digitalen Bausteinen möglich. Im 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 sind. Dies soll auch im folgenden angenommen sein. Die zu übertragenden PCM-Signale müssen dann vor Zuführung zu den Frequenzumsetzern und Interpolatoren demoduliert sein, so daß sie wiederum als PAM-Signale auftreten.

Wird eine Nachricht pulscodemoduliert, d. h. kommt sie als PCM-Signal an, dann muß das zum Teilnehmer

hinführende TF-Band so ausgewählt sein, daß es nach der erneuten Abtastung mit/p in die Sperrbereiche des Abtastfilters Rillt.

Dazu ist wegen der in PCM-Netzen allgemein eingeführten Rahmenfrequenz von/_R = 8 kHz und den deshalb um die Vielfachen von/_R auftretenden Seitenbänder — die, wie aus F i g. 4 hervorgeht, dicht beieinanderliegen —, an sich keine Frequenzverschiebung nötig, sondern es muß nur das gewünschte Band, z. B. mit einem zusätzlichen Abtastfilter, das Durchlaßbereiche um die ungeraden Vielfachen von Jj- aufweist, aus dem Gesamtspektrum ausgewählt werden. Dies führt in einzelnen Fällen jedoch zu Schwierigkeiten. Gewählt sei/_p = 24 kHz. Bezogen auf die Frequenz

Jj- = 12 kHz weisen dann, wie in F i g. 4 gezeigt ist, die Seitenbänder der decodierten PCM - Impulse (/_K = 8 kHz) Signalbänder in Verkehrtlage auf. Wäre /_p = 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 nicht mehr mit einfachen Mitteln zu realisieren wäre.

Bei Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 werden die genannten Schwierigkeiten (Verkehrtlage bzw. zu geringer Abstand der Bänder) umgangen und gleichzeitig die Verwendung des erwähnten zusätzlichen Abtastfilters mit Durchlaßbereichen um ungerade Vielfache der Frequenz Jj- vermieden.

F i g. 5 zeigt diese Weiterbildung des PCM-Systems. Es werden hierbei die übertragenen PCM-Signale nach ihrer Decodierung zu PAM-Signalen jeweils demselben Abtastfilter zugeführt, das für die Abtastung der von dem angeschlossenen Teilnehmer stammenden Analogsignale vorgesehen ist

Die mit der Frequenz f_R auftretenden PAM-Impulse, d. h. die decodierten PCM-Impulse, werden entsprechend der Erfindung mit der Frequenz f_p = η ■ f_R (n = ganzzahlig) 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 F i g. 5 zugeführt werden, die sie so lange festhält, bis sie einmal und nur einmal in das Abtastfilter übernommen worden sind. Da/_P

ein ganzzahliges Vielfaches von /„ ist, wird bei ψ— 1 „

JR ⁵->

Abtastimpulsen der Wert 0 in das Abtastfilter übernommen, da zu diesen Zeitpunkten kein PAM-Impuls vorhanden ist.

Das Abtastfilter greift aus dem Frequenzspektrum des decodierten PCM-Signals nur die Signalbänder um n-f_p heraus; mit der oben beschriebenen Frequenzumsetzung werden diese Frequenzbänder dann

in die Lage um verschoben.

Die bisherigen Ausführungen gingen der Einfaichheit halber davon aus, daß das Abtastfilter aus Analogbauteilen aufgebaut sei. Die gleichen 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 Analogdigitalwandler eingespeist, wobei auch hier die Bedingung gilt, daß ein PCM-Wort, d. h. die Zeichenfolge, die einem codierten PAM-Signal entspricht, so lange gespeichert bleibt, bis es einmal und nur einmal in das Abtastfilter eingelesen worden ist. 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, rnuß bei der Verarbeitung von PCM-Signalen mit nichtlihearer Codierung dem Digitalfilter ein Codewandler vorgeschaltet werden, der den nichtlinearen Code in einen linearen Code umsetzt.

Eine PAM-Stufe der Anordnung nach Fig. 2b kann als selbständiges Zeitmultiplex-Vermittlungssystem verwendet werden; hierbei werden zwei Teilnehmer miteinander verbunden, die an dieselbe PAM-Stufe des PCM-Systems angeschlossen sind. Eine Pulscodemodulation der Nachrichten erfolgt hierbei nicht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. PCM-Ubertragungssystem mit der Rahmenfrequenz f_R, vorzugsweise f_R - 8 kHz, dessen PAM-Stufe Abtastfilter enthält, mit einer Abtastfrequenz/p, die ein ganzzahliges Vielfaches der Rahmenfrequenz f_R ist, bei dem ferner eine quasivierdrähtige 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 zu den Teilnehmern hin vorgesehen sind, so weit in ihrer Mittenfrequenz verschoben werden, daß bei einer Abtastung dieser trägerfrequenten Bänder mit der Abtastfrequenz f_p die dabei entstehenden Bänder nicht in die periodischen Durchlaßbereiche des Abtastfilters fallen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen PCM-Signale bei Verwendung eines digitalen Abtastfilters direkt und bei Verwendung einet» analogen Abtastfilters erst nach ihrer Decodierung zu PAM-Signalen jeweils demselben Abtastfilter zugeführt werden, das für die Abtastung der von dem angeschlossenen Teilnehmer stammenden Analogsignale vorgesehen ist.

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

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

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PAM-Stufe als selbständiges Zeitmultiplex-Vermittlungssystem verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen