DE2030121C - Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem für Pulscodemodulation, insbesondere Zeitmultiplexsystem, vorzugsweise für die Übertragung auf Kabeln, mit einem jede Abtastprobe des Anaiogsignals unter Verbleib einer analogen Restspannung bei der Quantisierung in ein digitales Signal umsetzenden Analog-Digital-Umsetzer und mit einem das quantisierte Analogsignal regenerierenden Digital-Analog-Umsetzer.

Die binäre Pulscodemodulation ist wegen ihres großen Frequenzbandbedarfes bei Übertragung auf Kabeln nicht optimal. Die Verminderung des Geräuschabstandes durch den Dämpfungsanstieg im Kabel und die in das Band fallende Geräuschleistung können durch die Geräuschempfindlichkcit des Binär-

signal- oder des pseudoternären Signals nicht ausse- ' glichen werden.

Au- der Zeitschrift ,Bell Swem Technical Journal . Okt. 1968, S. 166? bis 1713. ist bekannt, daß Meiu<tufensignale eine wesentlich bessere überiragiing-kapazilät erlauben. Aus diesem Grunde wurde ein -ogenannt"·"- Hybridsystem vorgeschlagen, das absthniit-weise eine lineare Verstärkung der Mehrstufensien.i'c vorsieht.

^X · Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CKruagungssystem anzugeben, das möglichst unempfindlich gegen Geräusch ist und gegenüber den bekaii"'.L!i Pulscodemodulationssystemen mit wesentlich größeren Verstärkerfeldlängen auskomm·..

lie: einem Nachrichtenübertragungssystem der einleii.-J geschilderten Art wird diese Äufeube erfindi! ..: jemäß dadurch gelost, daß ein auch die analoge R: ■ :v.nnung abgebender Analog-Digital-Umsetzer u -.hen ist, daß eine gesonderte Über ragunti der ar lJü Restspannung vorgesehen ist. und daß empf.: .mg eine Summierschakung vorgesehen ist. die d: _:.,a!uge Restspannung dem wiedergewonnenen q: ·■ -ierten Signal hinzufügt.

,maß der Erfindung wird demnach nicht wie beim }]■ nJsystem nur eine abwechslungsweise analo«-dig: . Verstärkung auf der Übertragungsstrecke di geführt, sondern es wird auch eine gemischt dig!^r -analoge Codierung vorgenommen. Diese soll c;/ rechend zum Hybridsssiem hybride Codierung •ze "int werden. "

Ine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be-M. ■ ·. darin, daß sendestitig ein die analoge Restspann .■■_ dem pulscodemodulierten Signa! als zusätzliche M :.llation aufprägender Modulator vorgesehen ist, u: uaß empfangsseitig für die Wiedergewinnung der ;ü '- gen R 'stspannung ein Demodulator vorgesehen iy Vorteilhaft ist es dabei, wenn für die zusätzliche Ni Julation Pulsamplitudenmodulation öder PuIsp; -enmodulation¹ vorgesehen ist.

• 'ine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfir.·lung besteht darin, daß sendeseitig eine Einrichiii''..i vorgesehen ist, in derein zu übertragendes Codev.. rt gebildet, wird, dessen erster Teil aus dem quanti-S! 'en Signal und dessen zweiter Teil aus der analoge;] Restspannung besteht, und daß empfangsseitig eine Einrichtung vorgesehen ist, in der das quantiskrte Signal mit der analogen Restspannung wieder ■vereinigt wird.

Für die praktische Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn in der sendeseitigen Einrichtung ein rückgekoppelter Wägecodierer mit einem Vergleicher, bestehend aus Differenzverstärker und Entscheider, einem internen Digital-Analog-Umsetzer und einer Logikschaltung vorgesehen ist, der so erweitert ist, daß jeweils die analoge Restspannung aus der Abtastprobe und der letzten Vergleichsspannurig des Codierprozesses am Differenzverstärker abgenommen wird und mitttis eines Schalters die wechselweise Aussendung von quantisierten bzw. pulscodemodulierten Sig.ialen und der analogen Restspan- nungcn erreicht wird.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn stattdessen in der sendeseitigen Einrichtung ein gestreckter Bewertungscodierer zur Erzeugung der pulscodemodulierten Signale mit einem Speicher, mit einem Restspannungsausgang enthaltenden Teilcodiererstufen und mit einer Logikschaltung, ferner ein Verstärker zur Verstärkung der analogen Restspannungen und ein Umschalter zur wechselweisen Aussendung der pulscodemodulierten Signale und der analogen Restspannungen vorgesehen sind.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn in der empfangsseitigen Einrichtung ein Verstärker zur Verstärkung der analogen Restspannungen, ein Digital-Analog-Umsetzer, ein Umschalter zur Verteilung der pulscodemodulierten Signale auf den Digital-Analog-Umsetzer und der analogen Restspannungen auf den Verstärker und eine Summierschaltung zur Summierung des quantisierten Analogsignals und der analogen Restspannuns vorsesehen sind.

Von besonderem Vorteil ist es. wenn sendeseitig ein Kompressor und empfangsseitig ein Expander vorgesehen ist.

Eine praktische Ausführung der Kompandierung erfolgt \orteilhaft in der Weise daß als Kompressor für die abschnittsweise Pressung des pulsamplitudenmodu'ierten Signals ein in seiner verstärkung durch die Logikschaltung steuerbarer Verstärker vorgesehen ist, und daß als Expander für die abschnittsweise Dehnung des pulsamplitudenmoduiierten Signals ein in seiner Verstärkung durch den empfangsseitigen Digital-Analog-Umsetzer steuerbarer Verstärker vorgesehen ist.

Für die Übertragung ist es von Vorteil, wenn sendeseitig ein Verstärker vorgesehen ist, der die analoge Restspannung auf die Aussteuergrenze des quantisierten. bzw. pulscodemodulierten Signals anhebt.

Bei der Übertragung über längere Strecken sind in vorteilhafter Weise längs der Ubertragungsstrecke lineare Verstärker angeordnet. In bestimmten Abständen kann es zweckmäßig sein, den quantisierten Teil des Signals regenerativ zu verstärken.

Das erfindungsgemäße System weist folgende Vorteile auf:

1. Der digitale Teil des Signals ist unempfindlich gegen Fremdstörung.

2. Der analoge Teil des Signais nimmt zwar Störgeräusche auf, jedoch werden diese durch die zwei folgenden Faktoren reduziert:

a) um den Faktor der Stufenzahl des Digitalsignals (beispielsweise 18 dB bei 8 Stufen),

b) um den Faktor des Kompandergewinnes (beispielsweise 25 dB). Im Gegensatz zur Pulscodemodulation wirkt der Kompander hier gegen eindringende Störgeräusche.

\ Gegenüber Pulscodemodulation ergeben sich eine stark reduzierte Bandbreite (beispielsweise Faktor 4), und damit größere Regenerator- bzw. Verstärkerabstände.

4. Das Quantisierungsgeräusch entfällt, da der Quantibierungsfehler übertragen und bei der Demodulation eliminiert wird.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläuteit.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystems.

Die F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystems.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführuiigsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachtichtenübertragungssystems. Die Sendeseite enthält einen rückgekoppelten Bewertungscodierer mit einem Differenzverstärker DV, einem Digitalanalogwandler DA 1 und einer Logikschaiiung L\, sowie einem Schalter Sl, Verstärker

Vl und einen Schalter 51. Die Ubertragungsstrekke L enthält einen linearen Verstärker Vl. Die Empfangsseitc enthält die Schalter 5 3, 54. einen Digital-Analog-Wandler DA 2, einen Verstärker K 3, eine Summierschaltung SU, einen Entscheider £' und eine Logiksichaltung L Y.

Die Wirkungsweise des Nachrichtenübertragung* systems nach der F i g. 1 ist folgende. Die analoge Nachricht wird wie üblich abgetastet und über die Eingangsklemme e 1 dem rückgekoppelten Bewertungscodierer für drei Bit zugeführt. Der Codierer soll ein achtstufiges Digitalsignal abgeben, das mit einem Taktimpuls T 1 übertragen wird. Dieser Codierer besteht aus einem Differenzverstärker (DV), einem nachgeschalteten binären Entscheider (E). der auf positive bzw. nega'ive Werte der Differenzspannung anspricht und entsprechend einen Impuls abgibt. Die Logikschaltung (L 1), die auch Speichcrmittel enthält, sorgt zusammen mit einer (nicht gezeichneten) Taktsteuening dafür, daß der Digital-Analog-Wandler DA I so eingestellt wird, daß seine Ausgangsspannung möglichst gut mit dem an e 1 angelegten Abtastwert übereinstimmt. Das Signal an e 1 ist dann bereits das quantisierte 8-Stufen Digitalsignal und es wird mit einem Takt T1 über Schalter S1 auf die Übertragungsleitung gesendet. Das am Ausgang von DV anliegende Diffcrcnzsigr.a! wird mit dem Takt 7*2 über Schaller 52 auf die Leitung gesendet, nachdem es durch den Verstärker V 1 auf den entsprechenden Pegel gebracht wurde.

Auf der Empfangsseite muß das 8-Stufensignal regeneriert werden, was z. B. mit einer ganz ähnlichen Anordnung der Funktionsteile DV, E, Ll und DA 1 möglich ist. Über S3 wird zum Takt Γ3 das geräsuchbehafilete Digitalsignal aufgenommen. Das von Geräusch befreite (achtstufige) Digitalsignal wird an den Eingang 1 der Addierschaltung (SU) gelegt, an deren Eingang2 zum Takt TA über Schalter 54 der analoge Differenzwert gelegt wird.

Mit nur geringen Änderungen gestattet diese Anordnung auch das achtstufige Digitaisignal mittels eines 3-Bit-Binärcodes zu übertragen. Dazu müssen auf der Sendeseite die binären Ausgangsimpulse von (E) an Stelle des Ausgangssignals von DA 1 auf die Leitung gesendet werden (Schalter 51'). Auf der Empfangsseite entfallen dann die Funktionsteile (DV, E' und LV) und der 3-Bit Code wird direkt DA 2 zugeführt, dessen Ausgangssignal, wie oben beschrieben, zum analogen Restwert addiert wird. Das so entstandene Analogsignal am Ausgang α entspricht dem Analogsignal am Eingang e 1, das somit ohne Quantisierungsfehler wieder hergestellt wurde.

Obwohl nach der Demodulation kein Quantisierungsgeräusch vorhanden ist, empfiehlt sich die Anwendung eines Kompanders. Dieser kann wie bei Pulscodemodulation mit der Codierung funktionell verbunden werden. Im Analogkanal wird in diesem Fall die Verstärkung vom Digitalcodierer gesteuert. Die jeweilige Verstärkung ist der Steigung des Bereiches der Presserkennlinie proportional, in dem sich der Abtastwert befindet.

Im Gegensatz zur Pulscodemodulation, wo der Kompander gegen das Quantisierungsgeräusch wirkt, hilft er hier im Analogsignal das eindringende Fremdgeräusch zu unterdrücken (entsprechend dem erreichbaren Kompandergewinn ca 25 dB). Die digitale Codierung hat außerdem einen zusätzlichen Kompandicrungseffekt im Analogkanal, der gleich dem dB-Wert der Stufcnzahl ist (18 dB bei acht Stufen). Dies ergibt sich daraus, daß im Analogkanal die kleinen Quantisierungsfehle!· auf den gesamten Aussteucrbercich gedehnt werden. Man kann somit, im Analogkanal eine Geräuschunterdrückung von rund 40 dB erreichen. Im Digitalkanal ergibt sich eine Geräuschbefreiung durch den digitalen Charakter des Signals und im Analogkanal eine Geräsuchreduktion durch den doppelten Effekt von Grobcodierung und Kompandie-

to rung.

Rechnet man für das angegebene Beispiel für 0,6 mm Ortskabel mit 8 Np Nahnebensprechen bei 250 KHz. 4 Np Geräuschabstand für das Achtstufensignal und 0,8 Np/km bei 250 KHz, so erhält man 5 km Verstärkungsfeldlänge.

Das angegebene Prinzip läßt sich natürlich noch auf viele Arten realisieren. Sowohl die Pulszahl als auch die Stufenzahl des Digitalkanals sind variabel. Auch der Analogkanal ist anders realisierbar, beispielsweise

ao durch eine dem Digitalkanal überlagerte Pulsphasenmodulation.

Das angegebene Beispiel einer hybriden Codierung mittels zweier Impulse wird im folgenden mit einer rein digitalen Codierung verglichen, wobei die Veras gleichsbasis gleiche Bandbreite ist. Um der eingeführten Achtbitcodierung zu genügen, müßte man mit zwei 16-Stufens!gna!en codieren. Dies führt auf etwa 4 km Verstärkerfelder und ergibt einen aufwendigen Codierer zusammen mit der Problematik der 16-Stufenerkennung. Gleiche Feldlänge (5 km) ergäbe eine kombinierte 8 4 16 Stufenübertragung (erster Puls 8, zweiter Puls 16 Stufen), die jedoch nur eine 7-Bil-Qualität bezüglich des Quantisierungsgeräusches hat und wegen des 16-Stufenpulses schwieriger ist als die hybride Codierung.

Eine analoge Übertragung mit zwei Impulsen ist ebenfalls möglich.

Die binäre Pulscodemodulation mit pscudoternären Leitungscode ergibt rund 2,5 km Regeneratorabstand.

Die Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystems. Die Anordnung enthält sendeseitig einen gestreckten Bewertungscodierer mit einem Speicher Sp, Teilcodiererstufen Cl, Cl und C3 und einer Logikschaltung L 2. Weiter ist der Verstärker V1, der Umschalter Ul und die Übertragungsstrecke L mit einem Leitungsverstärker V 2 vorgesehen. Empfangsseitig enthält die Anordnung einen Umschalter Ul, einen Digital-Analog-Umsetzer DA T, den Verstärker V 3 und die Summierschaltung SU.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach der F i g. 2 ist folgende. An den Eingang e wird die Abtastprobe angelegt, die im Speicher 5p gespeichert wird. Die Abtastprobe wird an die Kettenschaltung der untereinander gleichen Codiererstufen Cl bis C 3 angelegt, von denen jede eine Ein-Bit-Codierung durchführt und ein analoges Restsignal an die nachfolgende St^- fe weitergibt. Das analoge Restsignal der dritten Co-

diererstufe C 3 wird im Verstärker V1 verstärkt (P 2) und an den Umschalter U1 angelegt. Die erste Codiererstufe C1 gibt das erste Bit, die Codiererstufe C 2 das zweite Bit und die Codiererstufe C3 das dritte Bit an die Logikschaltung Ll ab, von der das pulscode-

modulierte Signal P1 an den Umschalter U1 gelangt. Durch eine nicht dargestellte Taktversorgung wird der Umschalter U 1 so gesteuert, daß der Puls auf die Übertragungsleitung/, gelangt. Diese Schaltung ist

insbesondere dann vorteilhaft, wenn das digitale Signal binär codiert wird.

Der empfangsseitige Umschalter Ul wird synchron zum Liiischalter U 1 betätigt und gibt den Impuls P 1 auf den Digital-Analog-Umsetzer DA T und den Impuls l'l auf den Verstärker V 3. Die Ausgangsspannungen des Digital-Analog-Umsetzers DA 2' und des Verstärkers V 3 werden in der Summierschaltung SU summiert. Am Ausgang α erscheint dann ein dem Analogsignal am Eingang e entsprechendes Analogsignal.

Im Falle einer Kumpandierung wird der Verstarkur V 1 über die gestrichelt dargestellte Leitung von der Logikschaltung Ll und der Verstärker V3 über die gestrichelt gezeichnete Leitung vom Digital-Analog-Umsetzer DA 2' gesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 018/307

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungssystem für Pulscodemodulation, insbesondere Zeitmultiplexsystem, vorzugsweise für die Übertragung auf Kabein, mit einem jede Abtastprobe des Analogsignals unier Verbleib einer analogen Restspannung bei der Quan., erung in ein pulscodemoduüertes Signal umsetzenden Analog-Digital-Umsetzer unJ mit einem das quantisierte Analogsignal wiedei ■ gewinnenden Digital-Analog-Umsetzer, dadurch gekennzeichnet, daß ein auch die analoge Restspannung abgebender Analog-Digital-Umsetzer vorgesehen ist. daß eine Übertragung der analogen Restspannung vorgesehen ist, und daß empf-^.gsseitig eine die analoge Restspannung dem wiedergewonnenen quantisierten Analogsignal hinzufügende Summierschaltung vorgesehen ist.

2. System nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig ein die analoge Restspannung dem digitalen Signal als zusätzliche Modulation aufprägender Modulator vorgesehen ist, und daß empfangsseitig für die Wiedergewinnung der analogen Restspannung ein Demodulator vorgesehen ist.

3. System nac;: Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß für die zusätzliche " lodulation Pulsamplitudenmodulation ode Pulsphasenmodulation vorgesehen ist.

4 System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig eine Einrichtung vorgesehen ist, in der ein zu übertragendes Codewort gebildet wird, dessen erster Teil aus dem digitalen Signal und dessen zweiter Teil aus der analogen Restspannung besteht, und daß empfangsseitig eine Einrichtung vorgesehen ist, in der das pulscodemodulierte Signal von der analogen Restspannung getrennt wird.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der sendeseitigen Einrichtung ein rückgekoppelter Bewertungscodierer zur Erzeugung der digitalen Signale mit einem Differenzverstärker [DV), einem Entscheider (E), einem internen Digital-Analog-Umsetzer (DA 1) und einer Logikschaltung (Ll), ferner ein Schalter (52) zum Abgriff der analogen Restspannungen mit einem Takt (TZ) aus den Abtastproben und den letzten Vergleichsspannungen jeder Bewertung, ein Verstärker (Kl) für die analogen Restspannungen und ein Schalter (S Y) zur Aussendung der digitalen Signale mit einem Takt (T 1) vorgesehen sind.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der sendeseitigen Einrichtung ein rückgekoppelter Bewertungscodierer zur Erzeugung der digitalen Signale mit einem Differenzverstärker (DV), einem Entscheider (E), einem internen Digital-Analog-Umsetzer (DA 1) und einer Logikschaltung (Ll), ferner ein Schalter (5 2) zum Abgriff der analogen Restspannungen mit einem Takt (Tl) aus t!cn Abtastproben und den letzten Vergleichsspannungen jeder Bewertung, ein Verstärker (PM) für die analogen Restspannungen und ein Schalter (S V) zur Aussendung biniirer codierter digitaler Signale vorgesehen ist.

.' S\ stern nach Anspruch 4. dadurch gekennzeicnnei, daß in der sendeseitigen Einrichtung ein «estreckter Bewertvngscodierer zur Erzeugung der pulscodemodulieaen Signale mit einem Speicher (5p). mit einem Restspannungsausgang enthaltenden Teilcodiererstufen (C 1 bis C 3) und mit einer Logikschaltur.g (L 2), ferner ein Verstarker (V 1) zurVerstärkung der analogen Restspannuncen und ein Umschalter (U I) zur wechselweisen Aussenduns der digitalen Signale (P 1) und der analosen Restspar.nungen (P 2) vorgesehen sind.

8. System nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß in der empfangsseitigen Einrichtung mit Hilfe eines rückgekoppelten Wägecodiere:- (DV, E'. LY und DA 2) das mit dem Schalter (51) und dem Takt (T 1) empfangene mehrstufig Dieitalsianale regeneriert und zu dem über Sch:.; ter~(52)"mit Takt (Tl) empfangenen analog..: Restwertsignal addiert wird.

9. System nach Anspruch 4, dadurch gekcn:. zeichnet, daß in der empfangsseitigen Einrieb,;,!! das empfangene binäre Digitalsignal direkt ein ■: · Digital-Analog-Umsetzer zugeführt wird. des-L. analoges Ausgangssignal zu dem empfangeranalogen Restweröignal addiert wird.

10."System nach einem der vorhergehenden /■■.. sprüche. dadurch gekennzeichnet, daß sendese;.. ein Kompressor und empfangsseitig ein Expar, i für die analogen Restspannungen vorgesehen :

11. System nach Anspruch 4 bis 10, dadurch _; kennzeichnet, daß sendeseitig ein Verstärker \.·· gesehen ist, der die analoge Restspannur.g auf .ii Äussteuergrenze des pulscodemodulierten Signa: anhebt.

12. System nach Anspruch 10, dadurch geken:: zeichnet, daß als Kompressor irr die abschnitt weise Pressung des pulsamplitudenriiodulier^ . Signals ein in seiner Verstärkung durch die Logik schaltung (L 1, L2) steuerbarer Verstärker (V 1; vorgesehen ist.

Ϊ3. System nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß als Expander für die abschnittsweise Dehnung des pulsamplitudenmodulierten Signa!:· ein in seiner Verstärkung durch den Digital-Analog-Umsetzer (DA T) steuerbarer Verstärker (V 3) vorgesehen ist.

14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß längs der (jbertragungsstrecke lineare Verstärker (V 2) vor gesehen sind.