DE1961666A1

DE1961666A1 - Rueckkopplungscoder und Decoder,die bewertete Codefolgen verwenden

Info

Publication number: DE1961666A1
Application number: DE19691961666
Authority: DE
Inventors: Candy James Charles
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1970-08-06
Also published as: BE743050A; NL6918390A; US3550004A; FR2026083A1; GB1285937A; SE352794B; JPS4814624B1

Description

Western Electric Company Incorporated J. C. Candy 9

New York, N. Y. 10007 U.S.A.

Rückkopplungscoder und Decoder, die be wertete. Codefolgen verwenden

Die Erfindung betrifft Impulsübertragungssysteme, insbesondere Verbesserungen an Rückkopplungscodern für derartige Übertragungssysteme.

Die ausgedehnte Verwendung von digitalen Rechnern und das Aufkommen von billigen integrierten Schaltkreisen ermutigt die Anwendung der digitalen Darstellung von analogen Signalen. Bei Übertragungssystemen verringert diese digitale Darstellung von analogen Signalen Fehler während der Übertragung, doch bringt die der Darstellung innewohnende Quantisierung der analogen Signalwerte oftmals eine Begrenzung der Systemgenauigkeit. Es sind zahlreiche Verfahren zur Verringerung dieser Quantisierungsfehler vorgeschlagen worden, von denen die bekanntesten die Deltamodulation und die differenzielle Codierung sind.

Die Deltamodulation ist eins der einfachsten und bekanntesten Codierungsverfahren. Sie ändert ihren analogen Ausgang zu regelmäßigen Zeitpunkten positiv oder negativ um einen festen Betrag. Die differenzielle Codierung ist ein verwandtes Verfahren, bei dem sich der Aus-

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gang zu regelmäßigen Zeitpunkten von einer Reihe von vorgeschriebenen Werten ändert. Die Deltamodulation wird als differenzielle Ein-Bit-Codierung betrachtet, weil sie zu jeder Abtastzeit einen von zwei Code einen Impuls oder einen Zwischenraum überträgt, die eine positive oder eine negative Stufe darstellen.

Coder mit direkter Rückkopplung arbeiten auf die gleiche Weise wie differenzielle Coder, doch ist die Schaltung so angeordnet, daß sie eine größere Beweglichkeit der Filterbemessung erlaubt. Grundsätzlich verwendet ein Coder mit direkter Rückkopplung einen Signal-Integrationsprozeß vor dem Impulsmodulator, wobei die Ausgangsimpulse des Modulators vom Eingangssignal subtrahiert und rückgekoppelt werden. Dann wird das Differenz signal integriert und dem Impulsmodulator zugeführt. Der Impulsmodulator vergleicht die Amplitude des integrierten Differenzsignals mit dem vorherigen Referenzpegel. Funktionsmäßig kann er als Gatter angesehen werden, das geöffnet wird, um einen Impuls vom Impulsgenerator durchzulassen, wenn das Differenzsignal größer als der Referenzpegel ist und das geschlossen wird, wenn das Differenzsignal kleiner als der Referenzpegel ist. Infolgedessen wird das integrierte Differenz signal stets in der Nähe des Referenzpegels gehalten, vorausgesetzt, daß das Eingangssignal nicht zu groß ist. Somit entsprechen die Ausgangsimpulse, welche die

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Information führen, der Eingangs signalamplitu de. Ein Coder dieses Typs ist in einem Aufsatz von Hiroshi Inose und Yasuhiko Yasuda mit dem Titel "A Unity Coding Method by Negativ Feedback" in Fig. auf Seite 1524 der Proceedings of the IEEE, vom November 1963 beschrieben.

Herkömmlicherweise verwenden alle drei oben erwähnten Typen von Codern die Ein-Bit-Codierung. Zum Beispiel werden bei einer einfachen Form der Deltamodulation die übertragenen Impulse im Sender und Empfänger an gleiche Integrationskreise angelegt. Vor der Übertragung jedes Impulses wird der Ausgang vom Integrator im Sender mit dem ursprünglichen analogen Signal verglichen. Wenn das ursprüngliche analoge Signal größer als der Ausgang vom Integrator ist, wird ein positiver Impuls übertragen, um den Integratorausgang zu vergrößern, während wenn das ursprüngliche Signal kleiner als das Signal vom Integrator ist, ein negativer Impuls übertragen wird, um den Integratorausgang zu verringern. Normalerweise weicht daher der Ausgang des Integrators im Sender vom Eingangssignal um weniger als die Größe eines Impulses ab. Der Deltamodulationsempfänger enthält eine gleiche Integratorschaltung, der ein Tiefpaßfilter folgt, um den Rausch zu verringern, der durch die Impulsübertragungsform erzeugt wird. Der Ausgang des Integrators im Empfänger ist identisch

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mit dem Ausgang im. Sender, er ist daher eine gute Näherung des ursprünglichen analogen Signals. Wenn jedoch die Steilheit der Kennlinie der ursprünglichen Eingangs Signalamplitude, abhängig von der Zeit, zu groß wird, wird ein Deltamodulatio ns coder dieses Typs überlastet, so daß eine wesentliche Verzerrung entsteht. Da der Integratorausgang gleichzeitig nur eine Stufe aufbaut, kann es eine beträchtliche Zeit dauern, bis der Integratorausgang auf dem Pegel des analogen Eingangssignals aufgebaut ist. Diese Erscheinung wird offensichtlich wenn es notwendig wird, ein Stufeneingangs signal zu codieren. Um die bei einer derartigen einfachen Coderform entstehende Verzerrung zu beseitigen, wurden Ein-Bit-Coder durch Erhöhen der Stufengröße kompandiert, wenn eine Reihe von Impulsen übertragen wird. Die Stufengröße wird unter dem Einfluß der Übertragung von einer Reihe von gleichen Bits erhöht, wobei die Stufengröße auf Eins zurückgeführt wird, wenn die Reihe von gleichen Bits abbricht. Ein Coder, der diese Verfahren verwendet, ist in dem Aufsatz "Pictorial Transmission with H.I. D. M. " von M. R. Winkler beschrieben, der im IEEE International Convention Record, Teil I, auf Seite 285 bis 290 veröffentlicht ist. Wenn auch festgestellt wurde, daß derartige Schaltungen technische Vorteile aufweisen, insbesondere wenn die Stufengröße empirisch bestimmt wird, um ein gewünschtes Ziel zu erreichen, so haben sich diese Schaltungen doch als mangelhaft erwiesen, insofern aLs keine

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ausreichend Zeit vorhanden ist, um jede Entscheidung der Schwellenwertschaltung über den Rückkopplungskreis zu geben, um die nächste Entscheidung voll zu beeinflussen. Infolgedessen wurde festgestellt, daß die Schaltung in der Praxis eine niederfrequente Instabilität besitzt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die niederfrequente Instabilität von Rückkopplungscodern zu beseitigen, die bewertete Codefolgen verwenden.

Erfindungsgemäß wird eine Codiereinrichtung geschaffen, die aus einer Subtraktionsschaltung zur Lieferung eines Signals besteht, das die Differenz zwischen einem zu codierenden analogen Signal und einem bewerteten Referenzsignal darstellt, ferner aus einer Integratorschaltung, um den Ausgang der Subtraktions schaltung periodisch zu erhalten, weiterhin aus einer Triggerschaltung, um den Ausgang der Integratorschaltung periodisch zu erhalten und um ein digitales Signal zu liefern, dessen aufeinanderfolgende Impulse einen Wert haben, der von dem Integratorschaltungsausgang abhängt, und schließlich aus einem Rückkopplungsweg vom Ausgang der Trigger schaltung, wobei die Codiereinrichtung gekennzeichnet ist durch eine erste und eine zweite Bewertungssignalschaltung, um Signale mit einer ersten und • einer zweiten Polarität zu liefern und mit Amplituden, die von der

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Anzahl der aufeinanderfolgenden Ziffernimpulse im Trigger schaltungsausgang abhängen, wobei die Signale den einen oder den anderen Zifferwert haben und durch Schaltmittel, die bewirken, daß der Ausgang der ersten oder der zweiten Bewertungssignalschaltung als Referenzsignal zur Subtraktionsschaltung geht, wobei der Rückkopplungsweg die Arbeitsweise des dritten Schaltmittels entsprechend dem Wert des unmittelbar vorangehenden Ziffernimpulses im Ausgang der Triggers chaltung kontrolliert.

Die Decodiereinrichtung, die zur Wiedergewinnung eines analogen Signals aus digitalen Signalen geeignet ist, die von einer derartigen Codiereinrichtung ausgehen, ist gekennzeichnet durch ein Paar von Schaltungen, die der ersten und der zweiten Bewertungssignalschaltung gleichen und die auf die zu de codierenden digitalen Signale einwirken und durch Schaltmittel, um als gewünschtes analoges Ausgangssignal den Ausgang der einen oder der anderen des Paares von Schaltungen entsprechend dem Wert des vorangehenden Ziffernimpulses im zu decodierenden digitalen Eingangssignal auszuwählen.

Ein Ein-Bit-Rückkopplungscoder wird kompandiert, indem seine Stufengröße erhöht wird, wenn eine Reihe von gleichen Bits im übertragenen Code festgestellt wird. Die Bewertungsfolge (absoluter Wert) 1, 1, 2, 3, 5... 5 wird verwendet, um jede Reihe zu codieren und zu decodieren,

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wobei die Bewertung auf eins zurückgeführt wird, wenn die Reihe endet. Die Bewertungsschaltung liegt außerhalb des Rückkopplungskreises, wobei jedes Ausgangssignal dazu dient, einen von zwei bewerteten Werten am Eingang des Coders zu einer Subtraktio ns schaltung zu geben, um die nächste Probe zu codieren, so daß eine sehr schnelle Arbeitsweise ermöglicht wird. Wenn auch die Ausführungen der Erfindung anhand der direkten Rückkopplungscodierung dargelegt werden, so ist eine Anwendung auf die Delta- oder die differenzielle Modulation in gleicher Weise möglich. Als Ergebnis der Verlegung der Bewertungsschaltung aus dem Rückkopplungskreis heraus wird die niederfrequente Instabilität von Codern mit direkter Rückkopplung unter Verwendung von bewerteter Kompandierung beseitigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema eines Impulssenders, der die Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ein Blockschema eines Impulsempfängers, der die Erfindung verkörpert;

Fig. 3 eine Reihe von Signalformen, die zum Verständnis der

Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Senderschaltung nützlich sind;

Fig. 4 ein Blockschema eines zweiten Impulssenders, der die

I\v\hulling \Pi¹IiOrP(¹I¹I;

Fig. 5 ein Blockschema eines zweiten Impulsempfängers, der

die Erfindung verkörpert;
Fig. 6 die Anordnung der Figuren 1 und 2, um ein Blockschema

eines vollständigen Übertragungssystems entsprechend

der Erfindung zu erhalten und Fig. 7 die Anordnung der Figuren 4 und 5, um ein Blockschema

eines vollständigen Übertragungs systems der Erfindung

zu erhalten.

In Fig. 1 ist das Eingangssignal an ein Vorentzerrangsfilter 10 angelegt, das für Sprach- und Videosignale gewöhnlich ein Differenzierfilter ist. Ein Ausgangssignal des Differenzierfilters 10, das auf der Linie A der Fig. 3 dargestellt ist wird einer Eingangs klemme 11 einer Subtraktionsschaltung 12 zugeführt. Die zweite Eingangsklemme 13 der Subtraktionsschaltung 12 ist mit einem Pol eines Schalters 14 verbunden, der ein Mittel zum Verbinden entweder der Klemme 15 oder der Klemme 16 mit der Eingangsklemme 13 der Subtraktionsschaltung 12 darstellt. Der Schalter 14 wird gemäß einem Rückkopplungssignal betätigt, das unmittelbar vom digitalen Kanal 18 erhalten wird. Wenn insbesondere auf dem digitalen Kanal 18 ein Impuls erzeugt wird, so betätigt dieser Impuls den Schalter 14 derart, daß die Klemme 15 mit dem Eingang 13 der Subtraktions schaltung 12 verbunden wird. Wenn umgekehrt auf dem

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digitalen Kanal 18 ein Nichtimpuls erzeugt wird, dient der Schalter dazu, die Klemme 16 mit der Eingangsklemme 13 der Subtraktions schaltung 12 zu verbinden. Zwischen dem Ausgang der Subtraktions schaltung 12 und dem digitalen Kanal 18 liegen ein Schalter 20, eine Integrators chaltung 21, ein Schalter 22 und eine Schwellenwert- oder eine Trigger schaltung 23. Im Betrieb schließt zuerst der Schalter 20 zur Zeit Tl, wobei das Differenzsignal zwischen den an den Klemmen 12 und 13 vorhandenen Signalen durch die Integrators chaltung 21 integriert wird. Die Funktion der- Integratorschaltung 21 besteht darin, eine arithmetische Summe der Differenz zwischen den Signalen an den Klemmen 11 und 13 der Subtraktidnsschaltung 12 nährend je4-3s Zeitintervalls, bei dem der Schalter 20 geschlossen ist, aufrechtzuerhalten. Die Buchstaben-Zahlen-Kombination Tl am Schalter 20 in Fig. 1 gibt an, daß dies die Zeitperiode ist, bei der eier Schalter geschlossen ist, wobei diese Zeit dem Beginn einer Impulsperiode auf dem digitalen Kanal entspricht and am Ende dieser- Impulsperiode endet. Dieses Signal wird von einem Zweiphasenzeitgeber 26 erhalten, der sich im Inipuls sender befindet.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden die fcewsireetäR Esfe.vansspannungen außerhalb de.* Itüokkopplungskreises mit Hufs der- b^iasr Schieberegister 30 und 40 bestimmt. Der Ausgang des Register,;; f <3

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erwartet einen Impuls im nächsten Übertragungszeitelement, während der Ausgang des Registers 40 einen Nichtimpuls in diesem Zeitelement erwartet. Das heißt, der Ausgang des Registers 30 bildet den bewerteten Referenzpegel in dem Fall, daß das nächste übertragene digitale Signal ein Impuls ist, während das Register 40 den bewerteten Referenz· pegel in dem Fall bildet, daß das nächste übertragene digitale Signal ein Nichtimpuls ist. Kurz gesagt, wählt der Ausgang auf dem digitalen Kanal 18 einen der Refernzwerte aus. Um dies durchzuführen, ist der Gesamtar-foeitszyklus des Impulssenders in 2 Teile geteilt, wobei das Zeitintervall, in dem der Schalter 20 geschlossen ist, etwa einer Hälfte des Arbeitszyklus entspricht und zeitlich eine Impulsperiode auf dem digitalen Kanal umfaßt. Zur gleichen Zeit, in der ein Signal über den digitalen Kanal 18 übertragen wird, wird das UND-Gatter 25 durch das Signal TI betätigt,, das vom, Zweiphasenzeitgeber 26 erhalten wird. Die mit Tl bezeichnete Ansgar-gsklemme des Zweiphasenzeit= gefoers 26 bestimmt die Betätigung des Schalters 20 und des UND-Gatters 25« Das auf dem digitalen E ^n si 18 übertragene Signal wird dann in die bistabile Sehaltoag 27 eiKgsiesen. Hier wird es während des zweiten Teils des Arbaitszykli-s gsspsieliert, Während dieses zwsitea Zeitintervalle "i/ird süi Sigaai ar- dsr Ausgangsklemme T2 des Zeitgebers 26 erzeugt,, das heinrkt, daß dsr Schalter 52 Iisitet, so daß dl® lEtegratorschaltung 21 und die Trlggerschal^-Tig 2·:' --s-rbuaden

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werden, wodurch die Triggerschaltung oder die Schwellenwertschaltung beginnt den Schwellenwert-Entscheidungsprozeß der Bestimmung durchzuführen, ob sein Eingang positiv oder negativ ist und ob ein Impuls oder ein Nichtimpuls auf den digitalen Kanal 18 übertragen wird. In der Zwischenzeit wird während dieses zweiten Teils des Operationszyklus das letzte in der bistabilen Schaltung 25 gespeicherte übertragene digitale Signal unter dem Einfluß des Ausgangssignals T2 des Zeitgebers 26 in die Schieberegister 30 und 40 gegeben, um die beiden Signale an den Klemmen 15 und 16 aufzubauen. Der Ausgang der Entscheidungsschaltung 23 wählt dann eines dieser Signale mit Hilfe des Schalters 14 aus und gibt es zur Vorbereitung des nächsten Zyklus zur Subtraktionsschaltung 20.

Zu Beginn kann das erste auf dem digitalen Kanal 18 übertragene Signal entweder ein Impuls oder ein Zwischenraum sein, je nach dem Restsignal im Integrator 21, so daß das erste in die bistabile Schaltung 27 eingelesene Signal nicht durch das Eingangssignal der Senderschaltung bestimmt ist. Es sei zur Erklärung angenommen, daß der Integratorausgang während der ersten digitalen Impulsperiode positiv war-, so daß anfangs in der bistabilen Schaltung 27 eine "l" gespeichert ist. Wenn das Signal T2 vom Zeitgeber 26 erzeugt wird, werden die Einlese-

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Eingänge der Register 30 und 40 in Tätigkeit gesetzt, wobei dieses Signal in das Register 30 eingelesen wird, dessen Eingangs klemme mit der Ausgangsklemme ^U1^H der bistabilen Schaltung 27 verbunden ist. Gleichzeitig wird das Register 40 mit Hilfe des Signals gelöscht, das vom Gatter 28 erzeugt wird, das ebenfalls mit dem Ausgang "l" der bistabilen Schaltung 27 verbunden ist. Das Register 30 ist ein vierstufiges Schieberegister, dessen erste Stufe eine Ausgangsklemme 31 hat, die nicht mit irgendeiner anderen Einrichtung verbunden ist. Die zweite, die dritte und die vierte Stufe haben die Ausgangsklemmen 32, 33 und 34, wobei wenn in diesen Stufen ein Impuls gespeichert ist, eine Spannung an ihren jeweiligen Ausgangsklemmen erzeugt wird. Das Register ist so angeordnet, daß die Spannung, die an der Klemme 32 erzeugt wird, +1 - Einheitsamplituden hat. Dieselbe Spannung wird an der Klemme 33 erzeugt. An der Klemme 34 wird jedoch eine Spannung von +2 Einheits amplituden erzeugt. Die drei Klemmen 32, 33 und 34 sind jeweils mit einer Eingangsklemme einer Summier schaltung 35 mit vier Eingangsklemmen verbunden, deren vierte Eingangs klemme mit einer Quelle 36 verbunden ist, die eine Spannung von +1 Einheits amplituden hat, so daß stets eine Spannung von wenigstens +1 Einheitsamplituden an der Summierungsschaltung 35 liegt. Die Ausgangsklemme 37 der Summier ungs schaltung 35 ist direkt mit der Klemme 15 des

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Schalters 14 verbunden, so daß das Schieberegister 30 und die Summierungsschaltung 35 dazu dienen, zur Anlegung an die Subtraktionsschaltung 12 eine bewertete Spannung entsprechend der Anzahl der aufeinanderfolgenden auf dem digitalen Kanal 18 erzeugten Impulse zu erzeugen. Zum Beispiel dient ein. erster erzeugter digitaler Impuls dazu, die erste Stufe des Schieberegisters einzustellen, deren Ausgangsklemme 31 nicht mit irgendeiner anderen Einrichtung verbunden ist. Jedoch erzeugt die Summierungsschaltung 35 dennoch eine Ausgangsspannung +1 zum Anlegen an die Klemme 15, die mit der Subtraktionsschaltung 12 infolge der Tatsache verbunden ist, daß wenn immer das übertragene digitale Signal ein Impuls ist, das an den Schalter 14 angelegte Rückkopplungssignal dazu dient, den Schalter mit der Klemme 15 zu verbinden. Ein zweiter nachfolgender digitaler Impuls dient dazu, die zweite Stufe des Schieberegisters wie die erste einzustellen, so daß nunmehr eine zweite Spannung von +1 Amplitudeneinheit an die Summierungsschaltung 35 angelegt wird. Somit beträgt die bewertete Spannung an der Klemme 15+2 Amplitudeneinheiten. Für einen dritten nachfolgenden Impuls wird eine dritte Spannung von +1 Amplitudeneinheit an der Klemme 33 erzeugt, die dazu dient, die bewertete Spannung auf +3 Amplitudeneinheiten zu erhöhen. Schließlich dienen vier oder mehr nachfolgende Impulse dazu, zu bewirken, daß

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alle vier Stufen des Schieberegisters "Einsen" enthalten, so daß die an die Eingangsklemme 15 des Schalters 14 angelegte bewertete Spannung +5 Amplitudeneinheiten beträgt. Wenn die nächste Entscheidung einen Impuls erzeugt, wird der bewertete Referenz wert von +5 Einheiten zur Klemme 13 der Subtraktions schaltung 12 gegeben. Daher muß das Signal an der Ausgangsklemme des Vorverzerrungsfilters 10 größer als +5 Amplitudeneinheiten sein, damit das Signal, das an die Integratorschaltung 21 angelegt wird, wenn der Schalter 20 geschlossen ist, groß genug ist, um den Eingang der Trigger schaltung positiv zu machen und damit einen Impuls an ihrem Ausgang zu erzeugen. Das vorverzerrte Signal 11 hat die Tendenz, das im Integrator angesammelte Signal zu vergrößern, während das Rückkopplungssignal 13 die Tendenz hat, es nach Null zu zu verringern. Mit anderen Worten, die Bewertungen I₄1, 2, 3 und 5 werden unter dem Einfluß des ersten, des zweiten, des dritten, des vierten und des fünften aufeinanderfolgenden Impulses, der über den digitalen Kanal 18 übertragen wird, an die Eingangsklemme 13 der Subtraktionsschaltung 12 angelegt, wobei zur Erzeugung einer derartigen Reihe von Impulsen auf diesem digitalen Kanal der vorverserrte Eingang größer als diese verschiedenen Pegel sein muß, damit ein Impuls auf dem digitalen Kanal erzeugt wird. Wenn der Ausgang des Integrators negativ wird.

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wird die Reihe der auf dem digitalen Kanal übertragenen aufeinanderfolgenden Impulse durch das Vorhandensein eines Übertragenen Nichtimpulses unterbrochen, wobei eine ¹¹O" in der bistabilen Schaltung 25 gespeichert wird und dies bewirkt, daß das UND-Gatter 50 zu der nächsten Zeit T2 betätigt wird und hierdurch alle Stufen im Schieberegister 30 löscht. Die Bewertung ist dann wiederum entsprechend einem bewerteten Wert von +1 durchgeführt.

Ein zweites vierstufiges Schieberegister 40 wird verwendet, um negative bewertete Referenzwerte unter dem Einfluß von Reihen von Nichtimpulsen zum Anlegen an die Klemme 16 des Schalters 14 zu erzeugen. Die zum Schieberegister 40 gehörige Schaltung entspricht der Schaltung des Schieberegisters 30. Die Ausgangsklemme "θ" der bistabilen Schaltung 27 geht an die Eingangsklemme des Schieberegisters 40, so daß unter dem Einfluß des zweiten übertragenen Nicht- ( impulses oder der ¹¹O" der bewertete Wert von -1 Amplitudeneinheit, geliefert von der Spannungsquelle 41 auf -2 Amplitudeneinheiten zunimmt. Die durch die Kombination der Spannung der Quelle 41 und der Spannung geliefert wird, die von dem Signal mit -2 Amplitudeneinheiten an der Aus gangs klemme 42 des Registers 40 geliefert wird. In gleicher Weise erzeugen die Ausgangsklemmen 43 und 44 -1 und -2 Amplitudeneinheiten, damit die negativ bewerteten Werte vervoll-

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ständigt werden, die in der Einrichtung verwendet werden. Der erste auf dem digitalen Kanal auftretende Impuls bewirkt, daß eine "l" an der Aus gangs klemme ¹¹I" der bistabilen Schaltung 27 erzeugt wird, so daß das Schieberegister 40 durch den Ausgang des Gatters 28 gelöscht wird und die nachfolgenden Signale an der Klemme 11 entsprechend den bewerteten Werten +1 oder -1 codiert werden, bis eine weitere Reihe von mehr als zwei Impulsen oder Nichtimpulsen zur Übertragung erzeugt wird, dann nehmen die Bewertungen wiederum zu.

Es ist sehr wichtig, festzustellen, daß die in Pig» I dargestellte Einrichtung die Bewertungsschaltung aufweist, die aus der bistabilen Schaltung 25 und den Schieberegistern 30 und 40 zusammen mit der zugehörigen Einrichtung außerhalb des direkten Rückkopplungsweges zwischen dem Kanal 18 und dem Schalter 14 besteht. Das heißt, die Bewertungs schaltung liegt nicht im selben Rückkopplungsweg wie das zur Bestätigung des Schalters 14 verwendete Signal. Infolgedessen wird jedes Signal auf dem digitalen Kanal 18, gleichgültig ob es ein Impuls oder ein Nichtimpuls ist, zugeführt, um die Bewertungseinrichtung in Erwartung der nächsten Entscheidung in Tätigkeit zu setzen derart, daß die bei der nächstfolgenden Schwellenwertentscheidung durchgeführte Integration durch eine der von den Summierungs-

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Schaltungen 35 und 45 erzeugten bewerteten Spannungen beeinfluß wird.

Mit anderen Worten, die Schwellenwertentscheidungen werden nicht sofort verwendet, um die Bewertungswerte während des ersten halben Operationszyklus zu ändern, sondern sie werden direkt zurückgeliefert, um eine der bereits an den Klemmen 15 und 16 durch vorherige Schwellenwertentscheidungen hergestellte Bewertungen auszuwählen. Die ausgewählte Bewertung wird über die Subtrahier schaltung 14 und den Schalter 20 zu den Integratoren gegeben, um das angesammelte Signal im Integrator zu verringern. Während des zweiten Halbzyklus entsprechend dem Zeitgebersignal T2 wird die Entscheidung verwendet, um neue Bewertungswerte in Erwartung der nächsten Entscheidung, ob ein Impuls oder ein Nichtimpuls zu übertragen ist, zu erzeugen. Da zu dieser Zeit noch nicht bestimmt ist, ob diese nächste Entscheidung eine ¹¹I" oder eine ¹¹O" ist, müssen für beide Werte geeignete Bewertungen erzeugt werden. Der Zyklus wird dann wiederholt.

Hierdurch werden die Bewertungsschaltungen zur gleichen Zeit betätigt wie die Entscheidung gefällt wird und nicht in einer Zeitfolge, wie es notwendig wäre, wenn die Bewertung in dem Rückkopplungskreie hinter einander ge schaltet wäre. Diese gleichzeitige Betätigung der . Schaltungefunktionen setzt die Schaltung in die Lage, mit höherer

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Geschwindigkeit zu arbeiten und beseitigt die oben geschilderte niederfrequente Instabilität.

Ein Impulsübertragungsempfänger, der die Erfindung verkörpert, ist in Fig. 2 dargestellt. Um das ursprüngliche Signal wiederzugewinnen, ist es notwendig, an ein Entzerrungsfilter 60 ein Signal anzulegen, das dem Signal entspricht, das an der Eingangsklemme 13 der Subtraktionsschaltung 12 im Sender vorhanden ist. Erfindungsgemäß kann das Signal dadurch erhalten werden, daß das übertragene digitale Signal in genau der gleichen Weise im Empfänger bearbeitet wird, wie es im Impulssender geschah. Eine bistabile Schaltung 61, zwei vierstufige Schieberegister 62 und 63 und zwei Summierungsschaltungen 64 und 65 sind in genau der gleichen Weise wie die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung geschaltet, die die bewerteten Referenzspannungen erzeugt. Ferner wird das digitale Signal direkt einem Schalter 70 zugeführt, der dem Schalter 14 entspricht und der die Klemme 71 mit einem der beiden Pole 72 und 73 verbindet, je nach dem ob das übertragene Signal ein Impuls oder ein Nichtimpuls ist. Da diese Einrichtung genau der Einrichtung in der sendenden Endsteils entspricht, die benutzt wurde, um die bewerteten Referenzsignale sm erzeugen, ent·» spricht das an der Klemme 71 erscheinende Signal mit /uisaai'OB ve»

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infolge der Übertragung auftretenden Fehlern, dem an der Klemme 13 vorhandenen Signal.

Während jedes übertragenen Signals erzeugt ein Zweiphasenzeitgeber 79 ein Signal Tl, das den Schalter 75 schließt, wobei das Signal an der Klemme 71 über den Schalter 75 an das Entzerrungsfilter 60 angelegt wird, dessen Kennlinien die Umkehrung der Kennlinien des in der Sende-Endstelle verwendeten Filters 10 darstellen. Infolgedessen entspricht das an der Ausgangsklemme 80 erscheinende Signal dem Eingangssignal,, das im Sender an das Filter 10 angelegt wird.

Fig. 3 zeigt eine Reihe von Signalformen auf den Linien A bis F, die zum Verständnis der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung der Erfindung nützlich sind und die eine Grundlage für das Verständnis der Ausführung der Erfindung in den Fig. 4 und 5 liefern. Auf der Zeile A der Fig. 3 ist ein typisches Signal dargestellt, das am Ausgang des Vorverzerrungsfilters 10 in der Sende-Endstelle erscheint. Wie oben erklärt wurde, soll das an der Klemme 13 erscheinende Signal derart sein, daß es bewirkt, daß die Summe des an den Integrator 21 angelegten Differenz signals sich Null nähert. Das an die Klemme 13 der Subtraktionsschaltung 12 angelegte Signal ist in Zeile B dargestellt, während die laufende Summe der an die Integratorschaltung

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angelegten Signale in Zeile C dargestellt ist. In Zeile D ist der auf dem digitalen Kanal 18 übertragene Code dargestellt, wobei eine "l" einen Impuls und eine "θ" einen Nichtimpuls angibt. Wie leicht zu sehen ist, wird wenn immer der Ausgang der Integratorschaltung 21 positiv ist, ein Impuls erzeugt, während bei negativem Ausgang der Integratorschaltung eine "θ" erzeugt wird. In Zeile E ist die Bewertung der an die Klemme 15 angelegten Referenzsignale dargestellt, während in Zeile F die Bewertung des an die Klemme 16 angelegten Signals dargestellt ist. Wie oben erklärt wurde, wird die Wahl ob die Bewertung an der Klemme 15 oder die Bewertung an der Klemme 16 verwendet wird, auf der Grundlage bestimmt, ob ein Impuls oder ein Nichtimpuls im nachfolgenden Zeitelement übertragen wird. So wird bei Übertragung eines Impulses die Bewertung an der Klemme 15 zur Codierung des nächsten zu übertragenden Signals verwendet, während bei Übertragung einer "θ" die Bewertung zur Codierung des nächsten Signals verwendet wird, die an der Klemme 16 angetroffen wird.

Wie oben festgestellt wurde, wurden die Bewertungen bestimmt je nach dem ob ein Impuls oder ein Nichtimpuls im vorangehenden Zeitelement erzeugt wurde, weiterhin durch die Anzahl der aufeinanderfolgenden Impulse oder Zwischenräume, die in den unmittelbar voran-

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gehenden Zeitelementen erzeugt wurden. So wird z.B. im fünften Zeitelement des in Zeile D der Fig. 3 dargestellten übertragenen Code ein Impuls übertragen, weil der Ausgang der Integratorschaltung positiv ist. Weiterhin wird in den vier Zeitelementen ein Impuls übertragen, weil der Ausgang der Integratorschaltung weiterhin positiv ist, so daß die fünften bis neunten Zeitelemente Impulse enthalten. Da die Bewertung, die bei dieser Ausführung der Erfindung verwendet wird, 1, 1, 2, 3, 5 beträgt, ergibt sich, daß am Ende des neunten Zeitelements eine Spannung von +5 Amplitudeneinheiten an der Ausgangsklemme 37 der Summierungsschaltung 35 erscheint. Infolgedessen wird der bewertete Refernzwert +5 an die Klemme 13 der Subtraktionschaltung 12 angelegt. Diese bewertete Refernzspannung wird vom Eingangssignal bei der Codierung des zehnten Zeitelements des übertragenen Code subtrahiert. Die in Zeile B dargestellten bewerteten Referenzspannungen stellen die bewerteten Werte dar, die an die Klemme 13 angelegt werden. Da zur Zeit in der bei der Codierung des neunten Zeitelements eine Entscheidung getroffen wurde, der in Zeile C dargestellte Integratorausgang, wenn auch noch positiv, so doch nahe bei ¹¹O" lag, ergeben die +5 Amplitudeneinheiten beim Subtrahieren vom an der Klemme 11 vorhandenen Eingangssignals bei der Codierung des zehnten Zeitelemente ein Abfallen des Wertes des

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Integrator aus gangs auf einen Wert von fast -4, wie es in Zeile C der Fig. 3 dargestellt ist. Infolgedessen zeigt der Integrator aus gang ein Überschwingen über den gewünschten Pegel ¹¹O¹¹, dem er sich zu nähern versucht, um die Genauigkeit der Übertragung sicherzustellen. Dann werden "Nullen" erzeugt, damit sie vom Integratorauagang subtrahiert werden derart, daß er wieder sich ¹¹O" zu nähern beginnt. Das Überschwingen im Ausgang der Integratorschaltung ist unerwünscht und ergibt Übertragungsfehler.

Es wurde festgefctellt, daß der Fehler, der durch das Überschwingen im Ausgang der Integrator schaltung entsteht, in großem Ausmaß beseitigt werden kann. Dieser Fehler wird erfindungsgemäß klein gemacht, indem die bewerteten Referenzpegel, die durch die Schieberegister 30 und 40 bestimmt werden, gemittelt werden, und daß der Mittelwert dieser Referenzpegel an eine Subtraktionsschaltung angelegt wird, die mit dem Ausgang der der Triggers chaltung vorangehenden Integratorschaltung verbunden ist. Die Entscheidung ob ein Impuls oder ein Nichtimpuls erzeugt wird, beruht dann darauf, ob der Ausgang des Integrators positiver oder negativer als der Mittelwert der bewerteten Referenzwerte ist.

Die verbesserte Codierungseinrichtung in Fig. 4 beseitigt ia sehr

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großem Maß das mit bewerteten Codern verbundene Überschwingen. Dieses Überschwingen wird, wie oben festgestellt wurde, dadurch beseitigt, daß die bewerteten Referenzpegel gemittelt werden, und daß ein Impuls erzeugt wird, wenn der Ausgang der Integratorschaltung im Sender positiver als der mittlere bewertete Wert ist, und daß ein Nichtimpuls erzeugt wird, wenn der Ausgang der Integratorschaltung im Sender negativ in Bezug auf den Mittelwert des bewerteten Refernzwertes ist. Der Effekt einer derartigen Feststellung ist in Zeile G der Fig. 3 dargestellt. Während der in Zeile C gezeigte Ausgang des Integrators ein Überschwingen über den Referenzpegel "θ" zeigt, den er bei der Codierung des zehnten übertragenen Impuls signals zu erreichen sucht, ist dieses Überschwingen in Zeile G beseitigt. Der Referenzwert wird gemäß einem Merkmal der Erfindung, das in der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung verkörpert ist, +5 an der Klemme 115 (die der Klemme 15 in Fig. 1 entspricht) mit dem bewerteten Referenzwert -1 an der Klemme 116 (die der Klemme 16 in Fig. 1 entspricht) gemittelt, so daß der mittlere bewertete Referanzwert +2 beträgt. Da in diesem Augenblick der Ausgang der Integratorschaltung, wie er in Zeile C der Fig. 3 dargestellt ist, nicht größer als +2 ist, wirkt die in Fig. 4 dargestellte Schaltung auf das Signal am Ausgang der Integratorschaltung, so daß die Triggerschaltung keinen Impuls erzeugt und der bewertete Referenzwert +5 nicht

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zur Codierung des Impuls signals verwendet wird. Vielmahr erzeugt die Schaltung einen Nichtimpuls, so daß der nächste verwendete, bewertete Referenzwert eine -1 ist. Es ergibt sich, wie es in Zeile G der Fig. 3 dargestellt ist, daß im Integratorschaltungsausgang eine leichte Zunahme vorhanden ist, daß jedoch das verhältnismäßig große Überschwingen beseitigt ist und der Integrator aus gang sich wieder schnell dem Pegel ¹¹O" nähert.

Um in der oben allgemein beschriebenen Weise zu arbeiten, ist die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung in gewissem Grad abgeändert, um den Arbeitszyklus in drei Teile zu teilen und um eine Einrichtung zu schaffen, die feststellt, ob der Ausgang der Integrator schaltung positiver oder negativer als das bewertete Mittel der Referenzwerte ist. Die entstehende Einrichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist, hat Bauteile, die den in Fig. 1 dargestellten entsprechen, wobei jedes derartige Bauteil eine Bezugszahl aufweist, die um 100 höher liegt, als die in Fig. 1 dargestellte. So entspricht z.B. das Filter 110 dem Filter 10 in Fig. 1. Um den Arbeitszyklus in drei Teile zu teilen, wird eine Dreiphasenzeitgeberschaltung 101 anstelle der bei der Ausführung der Fig. 1 verwendeten Zweiphasenzeitgeberschaltung 2ΰ benutzt. Der erste Teil des Zyklus beginnt mit der Erzeugung eines schmalen Impulses zur Zeit Tl durch den Zeitgeber 101. Eine kurve Zeil

l· U c' i"

danach wird ein breiterer Impuls T2 erzeugt, diesem folgt ein weiterer, verhältnismäßig schmaler Impuls T3. Der Zyklus wird dann wiederholt.

Zur Zeit Tl wird eine Triggers chaltung 123 in Tätigkeit gesetzt und erzeugt einen Impulsausgang an der Klemme 101 zur Übertragung über den digitalen Kanal 118, wenn der Eingang der Triggers chaltung 123 von einer Subtraktionsschaltung 102 an deren Ausgangsklemme 103 ein Signal erzeugt, das positiv ist. In gleicher Weise erzeugt die Triggerschaltung zur Zeit Tl einen Nichtimpuls an der Klemme 101, wenn der Ausgang an der Klemme 103 der Subtraktionsschaltung 102 negativ ist. Zusätzlich wird das Ausgangssignal an der Klemme 101 auch über den Rückkopplungssignalweg zur Steuerung der Betätigung des Schalters 114 zurückübertragen, so daß die Klemme 115 mit der Eingangsklemme 113 der Subtraktionsschaltung 112 verbunden ist, wenn ein Impuls übertragen wird und mit der Klemme 116, wenn ein Nichtimpuls übertragen wird. Die Triggers chaltung 123 hat ferner eine zweite Ausgangsklemme 106, an der ein Ausgangssignal vorhanden ist, das zum Signal an der Klemme 105 komplementär ist. Dieses Signal wird einer Eingangsklemme des UND-Gatters 127 zugeführt, ferner der Eingangsklemme des Schieberegisters 140. Die Schieberegister 13 0 und 140 entsprechen zusammen mit den Addierschaltungen

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135 und 145 und den Spannungsquellen 136 und 141 in ihrer Arbeitsweise in jeder Hinsicht den entsprechenden Einrichtungen, die Bezugszahlen haben, welche in Fig. 1 um 100 niedriger liegen, wobei die Signale, die an den Klemmen 115 und 116 erscheinen, den Signalen entsprechen, die in Fig. 1 an den Klemmen 15 und 16 erzeugt werden, wenn keine Differenz in der Bewertung vorhanden ist, die infolge der unten beschriebenen zusätzlichen Einrichtungen verwendet wird, die das vorher erwähnte Problem des Überschwingens vermeidet. Die Ausgänge der Addier schaltungen 135 und 145 werden ferner an eine Addier schaltung 107 angelegt, deren Ausgang mit einer Schaltung 108 zum Teilen durch 2 verbunden ist, deren Aus gangs signal einer Eingangsklemme der Subtraktio ns schaltung 101 zugeführt wird. Infolgedessen werden die durch die Register 130 und 140 bestimmten bewerteten Referenzwerte gemittelt und einer Eingangs klemme der Subtraktionsschaltung zugeführt.

Die Arbeitsfolge beginnt mit der Erzeugung des schmalen Impulses Tl, zu welcher Zeit die Triggerschaltung bestimmt, ob der Eingang von der Subtraktionsschaltung 102 positiv oder negativ ist. Wenn das Eingangssignal positiv ist, wobei angezeigt wird, daß der Ausgang der Integratorschaltung 121 positiver als das bewertete Mittel der Referenzwerte ist, wird die Triggerschaltung eingestellt und erzeugt einen

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Ausgangsinapuls, wenn das Eingangssignal negativ ist, wird die Triggers chaltung gelöscht, so daß kein Ausgangs signal erzeugt wird. Wie vorher festgestellt wurde, wird das Ergebnis übertragen und auch dazu verwendet, den Schalter 114 so einzustellen, daß zur Zeit T2, wenn ein breiter Impuls erzeugt wird, einer der beiden bewerteten Referenzwerte an die Subtraktions schaltung 112 angelegt wird, so daß diese Werte vom vorverzerrten Eingangssignal subtrahiert werden und die sich ergebende Differenz zur Zeit T2 in die Integrators chaltung 121 geliefert wird. Zur Zeit T3 wird die Entscheidung, die durch die Triggers chaltung 123 getroffen wird, in die Schieberegister und 140 gegeben.

ie vorher sind die Schieberegister 130 und 140 so geschaltet, daß eine übertragene ¹¹I" in das Register 13 0 eingelesen wird und dazu dient, das Register 140 zu löschen. Umgekehrt wird die übertragene ¹¹O" in das Register 140 eingelesen und verwendet, um das Register ί3ϋ zu löschen.

Wie vorher besteht der Zweck der Übertragungseinrichtung darin, die Signale, die an die Subtraktions schaltung 112 angelegt werden, gleich zu machen. Wenn dies geschehen ist, dann ist durch bloßes Umkehren des Bnwertungsprozesses in der Empfängeroinrichtung,

wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, das Signal, das an den Eingang der Subtraktionsschaltung 112 vom Schalter 114 angelegt wird, am Ausgang des Schalters 175 reproduzierbar, wobei dieses Signal, das an ein Entzerrungsfilter 160 angelegt wird, das Vorhandensein des ursprünglichen analogen Signals an der Ausgangsklemme 180 des Entzerrungsfilters ergibt. In der Praxis ist selbstverständlich eine gewisse Differenz zwischen dem an den Eingang des Entzerrungsfilters angelegten Signals und dem am Eingang 113 der Subtraktions schaltung 112 vorhandenen Signal vorhanden. Diese Differenz wird in der Subtraktions schaltung 121 angesammelt und bestimmt die Triggerentscheidung.

Der Grund, warum die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Einrichtung die Verringerung des vorher vorhandenen Überschwingens bewirkt, liegt darin, daß bei der Wahl, ob der an der Klemme 115 vorhandene bewertete Referenz wert oder der an der Klemme 116 vorhandene verwendet wird, die Sendeeinrichtung zunächst bestimmt, ob der angesammelte Fehler in der Subtraktions schaltung 121 größer oder kleiner als das bewertete Mittel der beiden Referenzwerte ist. Auf diese Weise wird das Überschwingen weitgehend beseitigt

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Claims

Patentansprüche

1. Codierungseinrichtung bestehend aus einer Subtraktionsschaltung zur Lieferung eines Signals, das die Differenz zwischen einem zu codierenden analogen Signal und einem bewerteten Referenzsignal darstellt, ferner einer Integratorschaltung, um den Ausgang der Subtraktionsschaltung periodisch zu erhalten, weiterhin einer Triggerschaltung, um den Ausgang der Integratorschaltung periodisch zu erhalten und um ein digitales Signal zu liefern, dessen aufeinanderfolgende Impulse einen Wert haben, der von dem Integratorschaltungsausgang abhängt, und schließlich aus einem Rückkopplungsweg vom Ausgang der Trigger schaltung, wobei die Codierungseinrichtung gekennzeichnet ist durch eine erste und eine zweite Bewertungssignalschaltung (30, 35, 40, 45), um Signale mit einer ersten und einer zweiten Polarität zu liefern und mit Amplituden, die von der Zahl der aufeinanderfolgenden Ziffernimpulse im Ausgang der Triggerschaltung (23) abhängen, der den einen oder den anderen Ziffernwert hat, und durch Schaltmittel (14), die bewirken, daß der Ausgang der ersten oder der zweiten Bewertungssignalschaltung zur Subtraktionsschaltung (12) als Referenzsignal geht, wobei der Rückkopplungsweg die Arbeitsweise des dritten Schaltmittels entsprechend dem Wert des unmittelbar vorangehenden Ziffernimpulses im Ausgang der Triggers chaltung kontrolliert.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (107,108), um die Ausgänge der beiden BewertungsSignalschaltungen zu mitteln und durch eine Subtraktionschaltung (102), um am Eingang zur Trigger schaltung die Differenz zwischen dem Ausgang der Integratorschaltung und dem gemittelten Signal zu liefern.

3. Decoder zur Wiedergewinnung eines analogen Signals aus digitalen Signalen, die von der Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 ausgehen, gekennzeichnet durch ein Paar von Schaltungen (62, 64; 63, 65 oder 162, 164; 163, 165), die der ersten und der zweiten Bewertungssignalschaltung von Anspruch 1 oder 2 gleichen und die auf das zu decodierende Signal einwirken, und durch Schaltmittel (70 oder 170), um als gewünschtes analoges Aus gangs signal den Ausgang der einen oder der anderen des Paars von Schaltungen entsprechend dem Wert des vorangehenden Ziffernimpulses im zu decodierenden digitalen Eingangssignal auszuwählen.

4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bewertungssignalschaltungen oder der Schaltungen, die ihnen gleichen, aus einem vielstufigen Schieberegister (30, 40 oder 130, 140) besteht, um aufeinanderfolgende Ziffernimpulse

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mit geeignetem Wert zu speichern, wobei jede Stufe auf die Speicherung eines Ziffernwertes anspricht, um ein Aus gangs signal (auf 32 bis 34 oder 42 bis 44) mit geeigneter Polarität und einem vorbestimmten Amplitudenpegel zu liefern, ferner aus einer Summier schaltung (35, 45 oder 135, 145) für die Ausgänge der Stufen des Schieberegisters.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen des Schieberegisters (30, 130) der ersten B ewertungs signal schaltung oder dieser Schaltung gleichenden Schaltung (62, 162) dazu dient, bewertete Refernzspannungen mit den Amplitudenpegeln +1, +1, +2, +3, +5.. . .+5 unter dem Einfluß der aufeinanderfolgenden ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften... . η-ten Ziffernwertes zu liefern, und daß die Stufen des Schieberegisters der zweiten Bewertungssignalschaltung (40, 140) oder der Schaltung, die dieser gleicht (63, 163), dazu dienen, Referenzspannungen mit den Amplitudenpegeln -1, -1, -2, -3, -5.. . . -5 unter dem Einfluß der aufeinanderfolgenden anderen ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften.. . . η-ten Ziffernwerte zu liefern.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, oder 5, gekennzeichnet durch Ausgänge von den Stufen der Schieberegister, die periodisch (T2) und

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durch eine bistabile Schaltung (27) geleitet werden, die abwechselnd (Tl) mit der Betätigung des Ausgangs der Schieberegister betätigt wird, um das digitale Signal mit dem geeigneten Schieberegister zu verbinden, je nach dem Zustand der bistabilen Schaltung.

7. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (28, 50), die auf das Auftreten eines Ziffernwertes im digitalen Signal ansprechen, der eine aufeinanderfolgende Folge von Ziffernwerten unterbricht, um das Schieberegister frei zu machen, das für diese aufeinanderfolgende Folge geeignet ist.

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