DE2038348B2

DE2038348B2 - System zur Übertragung analoger Signale mit Hilfe von Impulscodemodula· tion

Info

Publication number: DE2038348B2
Application number: DE19702038348
Authority: DE
Inventors: Maurice George Antony Hauts-De-Seine Bellanger; Jacques Lucien St. Maur Val-De-Marne Daguet
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1970-08-01
Publication date: 1978-03-16
Also published as: GB1319628A; SE366446B; CH532342A; BE754408A; JPS4940361B1; FR2055908A5; NL7011322A; CA950971A; DE2038348C3; DE2038348A1

Description

2. Sender zum Gebrauch in einem System nach Anspruch 1, der zum Umwandeln eines analogen Signals in Pulscodegruppen mittels Pulscodemodulation eingerichtet ist, wobei diese Pulscodegruppen mit einer vorbestimmten Übertragungsfrequenz /ö auftreten, und der die nachfolgenden Elemente enthält:

— Abtast- und Codiermittel, denen das analoge Signal zugeführt wird;

— Mittel zum Erzeugen erster Abtastimpulse, die

20

2i

JO

dadurch gekennzeichnet, daß im Sender die ersten Abtastimpulse mit einer ersten Abtastfrequenz /i auftreten, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequenz F₀ liegt, und die Abtast- und Codiermittel zum Erzeugen von Pulscodegruppen is eingerichtet sind, die mit der ersten Abtastfrequenz /!auftreten;

— der Sender weiter mit die Abtastfrequenz verringernden Mitteln zum Erzeugen von Sen- 4« derausgangscodegruppen versehen ist, die mit einer zweiten Abtastfrequenz auftreten, die der genannten Übertragungsfrequenz /0 entspricht;

— der Empfänger weiter mit den nachfolgenden Elementen versehen ist:

— die Abtastfrequenz erhöhende Mittel, deren Eingang mit dem Ausgang der Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen gekoppelt ist und deren Ausgang mit dem Eingang der Pecodieranordnung gekoppelt ist und die zum Verarbeiten der empfangenen Pulscodegruppen eingerichtet sind, und zwar zum Erzeugen von Pulscodegruppen, die mit einer dritten Abtastfrequenz h auftreten, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequenz/o liegt.

den Abtast- und Codiermitteln zugeführt werden,

— ein Tiefpaß-Digitalfilter, dessen Eingang mit dem Ausgang der Abtast- und Codiermittel gekoppelt ist und dessen Grenzfrequenz höchstens der Hälfte ( ^ Juj der Übertragungsfrequenz entspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß

— die ersten Abtastimpulse mit einer ersten Abtastfrequenz /i auftreten, die ausreichend hoch über der genannten Übertragungsfrequenz k liegt, und daß über die genannten Abtast- und Codiermittel zum Erzeugen von Pulscodegruppen eingerichtet sind, die mit der genannten ersten Abtastfrequenz /Ί auftreten;

— und im Sender weiter die Abtastfrequenz verringernde Mittel zum Erzeugen von Senderausgangscodegruppen vorgesehen sind, die mit einer zweiten Abtastfrequenz auftreten, die der Übertragungsfrequenz /ό entspricht.

3. Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die genannte Abtastfrequenz verringernden Mittel in das Tiefpaß-Digitalfilter aufgenommen sind.

4. Empfänger zum Gebrauch in einem System nach Anspruch 1 und zum Zusammenarbeiten mit einem Sender nach einem der Ansprüche 2 und 3, mit

— einer Decodieranordnung zum Erzeugen des ursprünglichen analogen Signals und

— Mitteln zinn Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen, deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger weiter mit die Abtastfrequenz erhöhenden Mitteln versehen ist, deren Eingang mit dem Ausgang der Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen gekoppelt ist und deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist und die zum Veraibeiten der empfangenen Pulscodegruppen eingerichtet sind, und zwar zum Erzeugen von Pulscodegruppen, die mit einer dritten Abtastfrequenz /2 auftreten, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequenz /ö liegt.

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtastfrequenz erhöhenden Mittel ein Digitalfilter enthalten mit einer Grenzfrequenz, die der Hälfte ί y/o) der Übertragungsfrequenz /n entspricht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur bo Übertragung analoger Signale mittels Pulscodemodulation mit einem Sender und einem Empfänger, wobei die gebildeten Pulscodegruppen, die vom Sender zum Empfänger übertragen werden, mit einer vorbestimmten Übertragungsfrequenz /Ό auftreten, welcher Sender b5 mit den nachfolgenden Elementen versehen ist:

— Ablast- und Codiermittel, denen das genannte analoge Signal zugeführt wird;

— Mittel zum Erzeugen erster Ablu.stimpulse, die den Abtast- und Codiermitteln zugeführt werden;

— ein Tiefpaß-Digitalfilter, dessen Eingang mit dem Ausgang der genannten Abtast- und Codiermitte! gekoppelt ist und dessen Grenzfrequenz höchstens ■> der HaIfIe(^y₀J der genannten Übertragungsfre-

quenz entspricht;

— und der Empfänger mit den nachfolgenden Elementen versehen ist: i<;

— eine Decodieranordnung zum Erzeugen des ursprünglichen analogen Signals;

— Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodetruppen, deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist.

Bei derartigen insbesondere zur Anwendung bei Zeitmultiplexübertragungssystemen geeigneten Systemen ist es üblich, daß das Analogsignal der Codiervorrichtung über ein Eingangsfilter zugeführt wird und daß das Analogsignal dem Ausgang der Decodiervorrichtung über ein Ausgangsfilter entnommen wird. Diese Filter müssen besonders strenge Anforderungen erfüllen. Zum Beispiel sollen diese Filter eine sehr steil verlaufende Sperrflanke, eine geringe Dämpfung innerhalb des Durchlaßbandes und eine sehr große Dämpfung außerhalb des Durchlaßbandes aufweisen, damit auf der Senderseite verhindert wird, daß außerhalb des Durchlaßbandes liegende Frequenzen in das Band zurückkehren können, und damit auf der jo Empfangsseite bewirkt wird, daß die auftretenden Spiegelfrequenzen unterdrückt werden. Ein großer Nachteil besteht nun darin, daß nur diejenigen Filter die vorerwähnten strengen Anforderungen erfüllen können, die aus mehreren mit Spulen versehenen Abschnitten aufgebaut sind und die daher bei der Herstellung große Sorgfalt und eine genaue Einstellung erfordern, was zur Folge hat, daß diese Filter verhältnismäßig kostspielig sind. In der Praxis weisen diese Filter außerdem den Nachteil auf, daß sie für Temperatureinflüsse und Alterungserscheinungen empfindlich sind.

Die Erfindung bezweckt, ein neues Konzept eines Systems der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die mit Spulen bestückten Eingangs- und Ausgangsfilter völlig vermieden werden und das es überdies ermöglicht, das System als Ganzes in integrierter Form auszuführen, wodurch eine erhebliche Kostenersparung und eine größere Zuverlässigkeit erhalten werden können.

Nach der Erfindung treten zu diesem Zweck die ersten Abtastimpulse mit einer ersten Abtastfrequenz /Ί auf, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequenz fa liegt, und die Abtast- und Codiermittel zum Erzeugen von Pulscodegruppen eingerichtet sind, die mit der ersten Abtastfrequenz f\ auftreten;

— der Sender weiter mit die Abtastfrequenz verringernden Mitteln zum Erzeugen von Senderausgangscodegruppen versehen ist, die mit einer e>o zweiten Abtastfrequenz auftreten, die der genannten Übertragungsfrequenz/0entspricht;

— der Empfänger weiter mit den nachfolgenden Elementen versehen ist:

— die Abtastfrequenz erhöhende Mittel, deren Eingang b5 mit dem Ausgang der Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen gekoppelt ist und deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist und die zum Verarbeiten der empfangenen Pulscodegruppen eingerichtet sind, und zwar zum Erzeugen von Pulscodegruppen, die mit einer dritten Abtastfrequenz /2 auftreten, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequeiu f₀

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems nach de. Erfindung ist der Empfänger weiter mit die Abtastfrequenz erhöhenden Mittel versehen, deren Eingang mit dem Ausgang der Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen gekoppelt irt und deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist und die zum Verarbeiten der empfangenen Pulscodegruppen eingerichtet sind, und zwar zum Erzeugen von Pulscodegruppen, die mit einer dritten Abtastfrequenz /i auftreten, die ausreichend hoch über der Übertragungsfrequenz ίο liegt.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild des Systems nach der Erfindung,

Fig. 2a, 2b bzw. 2c die Übertragungskennlinie eines im System nach F i g. 1 verwendeten Digitalfilters, eine Anzahl dem Eingang des Filters zugeführter Codegruppen bzw. die inverse Fourier-Transformation der Filter-Übertragungskennlinie,

Fig.3 das Prinzipschaltbild des senderseitig angebrachten Digitalfilters,

Fig.4 das Prinzipschaltbild des empfangsseitig angebrachten Digitalfilters,

Fig. 5 einen Teil der im System nach Fig. 1 verwendeten Decodiervorrichtung,

Fig.6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Decodiervorrichtung nach F i g. 5,

F i g. 7 eine Ausführungsform eines Integrators mit doppelten Zeitkonstanten zur Anwendung in der Decodiervorrichtung und

Fig. 8 zur Illustrierung die vom Integrator nach F i g. 7 gelieferten analogen Ausgangssignale.

Im System zur Übertragung analoger Signale mit Hilfe von Impulscodemodulation nach Fig. 1 stellt der links von den senkrechten gestrichelten Linien Teil den Sender dar. Dieser Sender enthält eine Codiervorrichtung 2, dessen Eingangsklemme 1 das zu übertragende Analogsignal zugeführt wird und welche Codiervorrichtung Codegruppen liefert, die das Analogsignal kennzeichnen und die nach Kompression in einem Digitalkompressor 4 auf den Empfänger übertragen werden, der in F i g. 1 rechts von den senkrechten gestrichelten Linien dargestellt ist. In diesem Empfänger werden die übertragenen Codegruppen nach Expansion in einem Digitalexpandor 5 einer Decodiervorrichtung 8 zugeführt, mit deren Hilfe das ursprüngliche Analogsignal wiedergewonnen wird. Nach der Erfindung wird nun ein besonders günstiges und sehr vorteilhaftes Konzept eines solchen Systems erhalten, wenn die erwähnte Codiervorrichtung 2 derart ausgebildet ist, daß die das analoge Eingangssignal kennzeichnenden Codegruppen mit einer Frequenz (nachstehend Abtastfrequenz genannt) mindestens gleich dem Vierfachen der Höchstfrequenz des analogen Eingangssignals auftreten, diese Codegruppen aus einer bestimmten Ar'ahl von »Bits« bestehen, die in Reihe am Ausgang der Codiervorrichtung auftreten, während zwischen der erwähnten Codiervorrichtung 2 und dem erwähnten Kompressor 4 ein Digitalfilter 3 angeordnet ist, das mit Mitteln versehen ist zur Erniedrigung der Abtastfre-

quenz des ihm zugeführten Digitalsignals und zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals des Digitalfilters, dem eine Abtastfrequenz zugehört, die mindestens gleich dem Zweifachen der Höchstfrequenz des Analogsignals ist, und wobei ferner auf der Empfangsseite zwischen dem Digitalexpandor 5 und der erwähnten Decodiervorrichtung 8 mindestens ein Digitalfilter 6 angeordnet ist, das mit Mitteln versehen ist zur Erhöhung der Abtastfrequenz des dem Empfänger zugeführten Digilalsignals zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals, dem eine Abtastfrequenz zugehört, die mindestens gleich einem ganzen Vielfachen der diesem Digitalfilter zugeführten Digitalsignal zugehörende Abtastfrequenz ist.

Am Ausgang der Codiervorrichtung treten aus 12 »Bits« bestehende Codegruppen mit einer Frequenz gleich mindestens dem Vierfachen der Höchstfrequenz des analogen Eingangssignals auf, d. h., daß, wenn diese Höchstfrequenz 4 kHz beträgt, die Codegruppen mit einer Frequenz von 16 000 pro Sekunde auftreten. Die Abtastfrequenz des von der Codiervorrichtung herrührenden Digitalsignals beträgt also 16 kHz. Dieses Digitalsignal wird dem Digitalfilter 3 zugeführt zur Erniedrigung der Abtastfrequenz. Ein derartiges Digitalfilter kann z. B. gebildet werden durch eine Reihenschaltung eines Digitalfilters, das ohne Änderung der Abtastfrequenz ein digitales Ausgangssignal liefert, dessen Bandbreite genügend kleiner ist als die Bandbreite des ihm zugeführten Digitalsignals, und ein Element, dem das genannte digitale Ausgangssignal jo zugeführt wird und das jeweils nur eins von q aufeinanderfolgende Ausgangsabtastwerte des digitalen Ausgangssignals durchläßt, und also die übrigen q— 1 Abtastwerte unterdrückt. Der Wert q gibt dabei den Abtastfrequenzerniedrigungsfaktor an. Es sei bemerkt, j5 daß man in der Praxis das Digitalfilter durchaus derart ausbilden wird, daß die vom genannten Element durchgeführten Verarbeitungen auch durch das Digitalfilter vorgenommen werden. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Digitalfilters ist in Fig. 3 angegeben und wird jetzt an Hand der Fig.2a, 2b, 2c näher erläutert.

Fig. 2a zeigt im Amplituden-Frequenzgebiel die Filterübertragungskennlinien des zu verwirklichenden Tiefpasses; die Sperrfrequenz dieses Filters liegt bei 4000 Hz, was der Höchstfrequenz des zu übertragenden Analogsignals entspricht.

Fig. 2b zeigt im in der Amplituden-Zeit-Ebene die aufeinanderfolgenden PCM-Signale, die dem Filter zugeführt werden und die mit einer Frequenz von 16 000 pro Sekunde, d. h. mit einer Periode t = 62,5 jisek, auftreten. Diese PCM-Signale haben die nachstehenden Werte:

So zum Zeitpunkt ίο = 0
Si,S2,S3.. .S„zuden Zeitpunkten ^rr,

27;

1, S-2,S

/„ = η T.
S. „zuden Zeitpunkten

I 1 = -T,

I 2 = -2 T,

1 ₁₌ -3 7-....

I- ig. 2c zeigt in der Amplitiidcn-Zcit-Ebcnc und mil derselben Zeitsknlii wie in I'ig. 2b die inverse Fourier-Transformation der Filterübertragungskennlinie des zu verwirklichenden Filters.

Zu den Zeitpunkten, die den Auftrittszeitpunkten der in Fig.4b dargestellten PCM-Signale entsprechen, ist diese inverse Fourier-Transformation durch die Koeffizienten:
/4(i zu dem Zeilpunkt 1 = 0

A\,Ai, Ai.. .A„zu den Zeitpunkten

t\ und ί_ι, fjund t-i, is und i_₅.../„und /_,„

wobei η eine ungerade Zahl darstellt,

definiert.

Es sei bemerkt, daß zu den Zeitpunkten I_n = η Tund t- „ = - η 7"die Koeffizienten den Wert Null aufweisen, wenn π eine gerade von Null verschiedene Zahl ist.

Es ist an sich bekannt (siehe z. B. das Buch »System Analysis by digital computers:< von F. F. K u ο und J. K, Kaiser, Kapitel 7), daß ein Filter ohne Rückkopplungskreis und mit einer durch die inverse Fourier-Transformation definierten Übertragungskennlinie dadurch erzielt werden kann, daß die dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppen der nachstehenden Bearbeitung unterworfen werden:

Φ = "Σ A_n(S_n + S_„)

η = Il

wobei /4„die Koeffizienten der inversen Fourier-Transformation zu den Auftrittszeitpunkten der Kodegruppen S_n und S-„ darstellt. Das Resultat Φ dieser Bearbeitung ist die gefilterte Kodegruppe, wobei die Eingangskodegruppen S_n ... S3, S2, Si, So, S_i, S_2, S_j ...S-n berücksichtigt werden.

In bezug auf F i g. 2c sei bemerkt, daß die Koeffizienten A_n für die geraden Werte von η gleich Null sind, mit Ausnahme von π = 0, wo A_n den Wert Ao annimmt.

Die durchzuführende Bearbeitung wird somit für π — ungerade:

<P_h: = A₀S₀+

S_n + S_„).

Wenn nun eine gewisse Änderung des Durchlaßbandes des Filters und eine nicht unendlich scharfe Bandabsperrung gestattet sind, wird die Anzahl für die Berechnung von Φε verwendeter Koeffizienten A, endlich.

Bei Verwendung von z. B. drei Koeffizienten A\, Ay Ai ist die im Filter durchzuführende Berechnung gleich der endlichen Summe:

+ A₁S₃ + A]S₁ + A₀S₀ + 4,S_i +
- 5.

Fig. 3 zeigt blockschematisch das Filter nach dei Erfindung, das für den beispielsweise gewählten FaI ausgebildet ist, in dem drei Koeffizienten A₁, Ai, A· verwendet werden. Die »Bits« der Kodegrupper erscheinen in Reihe am Eingang des Filters. Eine bekannte Vorrichtung 10 weist die ungeradzahligcr Kodegruppenden Vervielfachern 11,12,13 zu, die diese Kodegruppen gleichzeitig mit den Koeffizienten A\, A bzw. Ai multiplizieren. Die geradzahlige Kodegruppc Si wird dem Vervielfacher 14 zugewiesen, der dicsi Kodegruppe mit dem Koeffizienten An multipliziert Das Resultat dieser Multiplikation A₀S₀ wird in einer Speicher 15 gespeichert und wird verwendet, nachdcrr

auch die dieser geradzahligen Kodegruppe folgenden ungeradzahligen Kodegruppen mit Ai, A₃ und Ai multipliziert worden sind. Das Filter enthält ferner sechs Register Ru R₂, R₃, Ri, Ri und Rt und fünf Zusammenfügungsvorrichtungen, die in der Figur durch einen Kreis mit einem Pluszeichen angedeutet sind. Diese Register und Zusammenfügungsvorrichtungen sind derart miteinander verbunden, daß der Inhalt der Register erst nach dem Erscheinen einer ungeradzahligen Kodegruppe und deren Vervielfachung mit den Koeffizienten Ai, Ai, Ai geändert wird, so daß die nachstehenden Bearbeitungen gleichzeitig durchgeführt werden kön-

- Das Resultat der Vervielfachung mit A^ wird in Rm gespeichert,

- der Inhalt von R\ wird mit dem Resultat der Vervielfachung mit Ai zusammengefügt und! in R₂ gespeichert,

- der Inhalt von R₂ wird mit dem Resultat der Vervielfachung mit A\ zusammengefügt und in Ri gespeichert,

- der Inhalt von R₃ wird mit dem Resultat der Vervielfachung mit A\ und mit dem Resultat der Vervielfachung mit Aq, das im Speicher 35 vorhanden ist, zusammengefügt Das Resultat dieser Zusammenfügung wird in ftt gespeichert;

- der inhalt von R* wird mit dem Resultat der Vervielfachung mit Aj zusammengefügt und in R$ gespeichert,

- der Inhalt von R₅ wird mit dem Resultat der Vervielfachung mit A₅ zusammengefügt und in Rb gespeichert;

- der Inhalt von R₆ verläßt das Filter und wird dann weiter vom Kompressor4 nach F i g. 1 behandelt.

Die aufeinanderfolgenden im Filter stattfindenden Bearbeitungsschritte werden nachstehend näher erläutert, wobei der Deutlichkeit halber angenommen wird, daß es sich nur um die folgenden in der genannten Reihenordnung auftretenden Kodegruppen handelt: 5s, 54... 5ό... 5_4, 5_5, die am Eingang des Filters mit der Kodegruppe 5s in führender Stellung auftreten.

Weiter sei angenommen, daß die Register R\ — Rb und der Speicher 15 zu dem Zeitpunkt is, zu dem die Kodegruppe 5s eintrifft, leer sind. Die folgende Erläuterung zeigt, daß zu dem Zeitpunkt t-₅ im Register Rb eine digitale Zahl erhalten wird, die gleich dem obengenannten Wert Φ/rist.

- Zu dem Zeitpunkt h: die Vervielfachung von 5s mit Aι, A3, Ai erfolgt, wonach das Resultat dieser Vervielfachungen direkt in die Register R₁, R₂, R₃, Ra, /?5 und Rb eingeschrieben wird. Im Ausgangsregister Rb befindet sich dann der auch in das Register R\ eingeschriebene Digitalwert. Der Inhalt des Registers R\ ist SiAi.

- Zu dem Zeitpunkt U; die Vervielfachung von 54 mit Au findet statt. Das Produkt S4A0 wird in den Speicher 15 eingeschrieben und wird bei der nächstfolgenden Bearbeitung benutzt werden. Der Inhalt der Register hat sich nicht geändert.

- Zu dem Zeitpunkt ty.

die Vervielfachung von 5s mit Au Ai, As und die Zusammenfügung der Produkte SiAu SiAj, S₃A₅ mit dem Inhalt der Register erfolgt auf die oben beschriebene Weise. Im Ausgangsregister Rt befindet sich dann der Inhalt des Registers R₂, weil dieser Wert der einzige ist, der sich zu dem Zeitpunkt f_5 im Register R_b befinden wird. Dieser Inhalt von R₂ ist SiAi + S₃A₃.

— Zu dem Zeitpunkt t₂:

52A>.wird in den Speicher 15 eingeschrieben.

— Zu dem Zeitpunkt Λ:

im Ausgairgsregister R_b befindet sich der Inhalt von /?3,dergleich:/55-4₅ + S₃A₃) + SiA₁ ist.

— Zu dem Zeitpunkt 0:

SqAo wkdiiadenSpeieher 15 eingeschrieben.

— Zudem Zeitpunkt (-ic

dec Inhalt des Registers R^ entsprich* dem Inhalt des Registers £*,. der gleicfo der Summe dreier Werte ist: dem Inhalt von Ry-SsAs + S₃A₃ + S\A\; dem Produkt SjAo; dem. Produkt S_iAi. Nach dem Zeitpunkt £_i< ist der En halt von Ä» also:
S₅A₅ + SsA_x -t-SfAif S₅A₀ + S-,A₁.

— Zq dem Zeitpunkt t-n ist der Dnhalt vom R₅ :
SsAs + SiAi + S[Ar + SsAo + S__tAi, + S-₃A₃.

2Θ. — Zu dem Zeitpunkt f_s ist der Inhalt van Λί,:

SkAs + S₃A₃ +StAt +S₀A₀ + SLtAi + 5_₃A₃ + S-5A5, d. h„ den gewünschten Wert Φ_Ε. Der Wert Φε tritt am Ausgang des Filters mit einer Frequenz auf, die gleich dem Takt ist, in dem die ungeradzahligen Kodegruppen am Eingang des Filters auftreten; d. h. mit einer Frequenz von 8000 pro Sekunde.

Während der Zeitintervalle, in denen die Inhalte der Register R\ — R_b nicht eingeschrieben oder ausgelesen werden, speichern diese Register ihren Inhalt dadurch, daß sie als dynamische Speicher wirken. Der Speicher 15 v/ird gleichfalls durch einen dynamischen Speicher gebildet Die Vervielfacher des Filters werden auch durch solche Register und durch Zusammenfügungsvorrichtungen gebildet, wobei die letzteren auf bekannte Weise aus einem Gebilde von Gattern aufgebaut werden können. Es kann somit festgestellt werden, daß das Filter aus Registern und Gattern besteht, die sich bekanntlich zur serienmäßigen Integration eignen. Das Digitalfilter, das nach der Erfindung auf der Empfangsseite verwendet wird, ist auf entsprechende Weise ausgebildet und eignet sich daher gleichfalls zur serienmäßigen Integration.

Dieses Filter ist dazu geeignet, die Abtastfrequenz des ihm zugeführten Digitalsignals um eine ganze Zahl q zu erhöhen. Ein derartiges Digitalfilter enthält z. B. ein Element, das jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten des digitalen Eingangssignals des Filters q— 1 Abtastwerte einfügt, die jeden Amplitudenwert Null haben. Die Abtastfrequenz, die zu dem digitalen Ausgangssignal dieses Elementes gehört, ist jetzt um einen Faktor q höher als die zu dem digitalen Eingangssignal dieses Elementes gehörende Abtastfrequenz. Dieses digitale Ausgangssignal des Elementes

wird jetzt ohne Änderung der zugehörenden Abtastfrequenz einem Digitalfilter zugeführt zur Unterdrückung unerwünschter Wiederholungen des Frcqucnzspcktrums im digitalen Ausgangssignal des genannten Elementes.

bo F i g. 4 zeigt blockschematisch das auf der Empfangsseite verwendete Filter. Dieses Filter enthält zwei Filtereinheiten 16 und 17, die nachstehend als Filter Fi und F₂ bezeichnet werden. Das Filter F\ liefert die gefilterten Kodegruppen mit einer Frequenz, die dem

b5 Takt entspricht, in dem diese Kodegruppen dem Eingang zugeführt werden, d. h. mit einer Frequenz von 8000 pro Sekunde. Diese am Ausgang erscheinenden Kodegruppen bilden einen Wert, der in einem Punkt

interpoliert ist, der genau halbwegs zwischen zwei aufeinanderfolgenden dem Filter zugeführten Kodegruppen liegt. Der Ausgang dieses Filters Fi ist mit einem ODER-Gatter 18 verbunden, während der Eingang dieses Filters über einen Verzögerungskreis 19 gleichfalls mit diesem ODER-Gatter 18 verbunden ist, mit dessen Hilfe die am Ausgang des Verzögerungskreises 19 auftretenden Kodegruppen eingefügt werden, so daß am Ausgang des ODER-Gatters 18 Kodegruppen mit einer Frequenz von 16 000 pro Sekunde, d. h. mit einer Dauer von 62,5 μ5^ pro Kodegruppe, auftreten.

Das an das ODER-Gatter 18 angeschlossene Filter F₂ wirkt auf gleiche Weise wie das Filter Fi, aber mit einer zweimal größeren Anzahl dem Eingang zugeführter Kodegruppen. Dieses Filter liefert die Kodegruppen mit einer Frequenz von 16000 pro Sekunde, wobei diese Kodegruppen einen interpolierten Wert in einem Punkt bilden, der halbwegs zwischen zwei dem Eingang zugeführten aufeinanderfolgenden Kodegruppen liegt Mit Hilfe der ODER-Schaltung 20 und des Verzögerungskreises 21 werden schließlich am Ausgang des ODER-Gatters 20 Kodegruppen erhalten, die mit einer Frequenz von 32 000 pro Sekunde und mit einer Dauer von 31,25 usek pro Kodegruppe auftreten. Diese Kodegruppen weiden durch den Eingang des Filters zugeführte Kodegruppen und durch in drei Punkten interpolierte Kodegruppen gebildet welche Punkte je halbwegs zwischen zwei aufeinanderfolgenden dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppen liegen.

Der Filtervorgang zum Erhalten von Kodegruppen, die in einem Punkt interpoliert sind, der genau halbwegs zwischen zwei aufeinanderfolgenden dem Eingang des Filters Fi zugeführten Kodegruppen liegt, wird nachstehend näher erläutert. Dieser Vorgang entspricht weitgehend dem mit dem senderseitigen Filter durchgeführten Vorgang. Die Übertragungskennlinie des Filters ist durch die inverse Fourrier-Transformation definiert, wie sie durch die Kurve in Fig.4c dargestellt ist. Diese Kurve ist durch die Koeffizienten Ao, Au A3, A₅ definiert.

Das Filter Fi unterscheidet sich jedoch von dem senderseitig angebrachten Filter, dem die Kodegruppen mit einer Frequenz von 16 000 pro Sekunde zugeführt werden, welche Kodegruppen einerseits ungeradzahlig, wie ... Ss, S3, Si, S-i, S_3, S-₅ ... und andererseits geradzahlig, wie ... Si, S₂, So, S_₂, S_4... sind, und zwar dadurch, daß das Filter Fi die Kodegruppen mit einer Frequenz von 8000 pro Sekunde empfängt, d. h. lediglich ungeradzahlige Kodegruppen, wie S₅, S3, Si, S_i, S-₃, S-₅ deren Auftrittszeitpunkte in Fig. 2b angegeben sind. Daraus folgt, daß die mit dem Filter Fi zu erzielende Funktion, die nach dem oben angeführten Buch von K u ο und Kaiser die allgemeine Form:

Ί'="Σ A_n(S_n + S-J

Il (I

aufweist, bei Verwendung von drei Koeffizienten A\, As, /^gleich:

S₅A₅

S₁A₁

S-sA₃ + S-₅A₅

Der Term AoSo. der beim senderseitig angebrachten Filter vorhanden war, ist hier verschwunden, weil S₀ = Oist.

Die zur Verwirklichung des Filters Fi verwendete Vorrichtung entspricht weitgehend der zur Verwirklichung des senderscitigen Filters verwendeten Vorrichtung, die in Fig.3 dargestellt ist. Die Vorrichtung zur Verwirklichung des Filters Fi unterscheidet sich jedoch dadurch, daß weder die Vorrichtung 10 zum Trennen der geradzahligen und ungeradzahligen Kodegruppen, noch der Vervielfacher 14 und der daran angeschlossene Speicher 15 verwendet werden.

Das Filter Fi wirkt derart, daß jeweils zu den Zeitpunkten, zu denen am Eingang Kodegruppen auftreten, der oben für das sendeseitige Filter bereits beschriebene Vorgang eingeleitet wird, d. h. die Vervielfachung der dem Eingang zugeführten Kodegruppen mit den Koeffizienten Au A₃, A₅ und das Einschreiben des Resultates dieser Vervielfachungen in die Register zuzüglich des Inhalts jedes vorangehenden Registers. Wenn nur sechs aufeinanderfolgende dem Eingang des Filters zugeführte Kodegruppen S₅, Sj, Si, S-i, S_3, S-5 betrachtet werden, fängt die Berechnung zii dem Zeitpunkt /5 an und befindet sich das gewünschte Resultat Φ« nach dem Zeitpunkt f-5 im Register R_t.

Diese Kodegruppe mit dem Wert Φ« stellt eine zu dem Zeitpunkt t =- 0 interpolierte Kodegruppe dar, die in der Zeit in einem gleichen Abstand von den Zeitpunkten fi und /_i liegt, wobei die Interpolation unter Berücksichtigung der passierten Kodegruppen Ss, Sj, Si und der nach dem Zeitpunkt fo noch einzutreffenden Kodegruppen S_i, S-j, S-5 durchgeführt wird. Es ist einleuchtend, daß die Kodegruppe Φ« erst nach dem Zeitpunkt r_ ₅, zu dem die Kodegruppe S-? dem Filter zugeführt wird, erhalten werden kann. Die Kodegruppen Φ« treten am

jo Ausgang des Filters Fi mit einer Frequenz von 8000 pro Sekunde auf und haben je eine Dauer von 62,5 usek, was der Hälfte der Dauer einer dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppe entspricht.

Um die am Ausgang des Filters Fi auftretenden

]5 Kodegruppen mit dem Wert Φ_κ zwischen die dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppen einfügen zu können, soll die Zeitdauer berücksichtigt werden, die die Durchführung der Berechnung dieser Kodegruppen Φ« in Anspruch nimmt. Wenn nach dem Ausführungsbeispiel Φ« für die zum Zeitpunkt 1 = 0 interpolierte Kodegruppe repräsentativ ist, wird der Wert Φ« erst eine Halbperiode nach dem Zeitpunkt t-% d. h. mit einer Verzögerung gleich dem Dreifachen der Dauer einer dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppe (375 μ$ε^, am Ausgang des Filters auftreten. Der Verzögerungskreis 19 dient zum Einführen dieser Verzögerung und ermöglicht es daher, die am Eingang des Filters auftretenden Kodegruppen zu den richtigen Zeitpunkten zwischen die am Ausgang des Filters auftretenden Kodegruppen einzufügen.

Das Filter F₂ der Fig.4 vollführt die gleichen Bearbeitungen wie das Filter Fi; dieses Filter ist auf gleiche Weise ausgebildet. Die Koeffizienten der inversen Fourier-Transformation dieses Filiers F>

T5 werden mit Hilfe der Übertragungskennlinie des ganzen empfangsseitig angebrachten Filters (F\ und Fi) bestimmt. Das Filter F₂ liefert 16 000 Kodegruppen pro Sekunde, was nach Zwischenfügung der dem Eingang des Filters zugeführten Kodegruppen eine Reihenfolge

_ho von 32 000 Kodegruppen pro Sekunde ergibt.

Es ist einleuchtend, daß das empfangsseitig angebrachte Filter, weil es aus zwei Filtern Fi und F₂ aufgebaut ist, die je für sich auf gleiche Weise wie das senderseilige Filter ausgebildet sind, sich gleich wie das letztere Filter leicht zur serienmäßigen Integration (large-scale integration) eignet.

Die Dekodiervorrichtung 8 der F i g. 1 besteht bei der beschriebenen Ausführuiigsform des Systems nach der

Erfindung aus einer Dekodiervorrichtung, die auf Impulsdichteänderungen anspricht. Diese Art Dekodiervorrichtung hat den Vorteil, daß sie sich serienmäßig integrieren läßt, nur mit Ausnahme des Analogteiles, der dabei durch einen einzigen Integrator gebildet wird, ϊ der mit zwei Zeitkonstanten wirkt und der das ursprüngliche Analogsignal liefert. Diese Dekodiervorrichtung weist außerdem den Vorteil auf, daß sie mit der gleichen genormten Frequenz wie die Kodiervorrichtung, und zwar mit einer Taktfrequenz von 2048 kHz, m arbeitet.

Die dem Eingang der Dekodiervorrichtung zugeführten Kodegruppen werden im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Vorrichtung 7 nach F i g. 1 geliefert, die die Impulskodemodulation dadurch in r, Deltaimpulskodemodulation umwandelt, daß aufeinanderfolgende Kodegruppen voneinander subtrahiert werden. Dies sind Kodegruppen, die mit einer Frequenz von 32 000 pro Sekunde auftreten und die aus 12 »Bits« in Reihe bestehen, von denen eines das Vorzeichen angibt.

Im Digitalteil der Dekodiervorrichtung werden die sechs »Bits« geringen Gewichts und die sechs »Bits« größeren Gewichtes jeder zugeführten Kodegruppe gleichzeitig in zwei unabhängige in der Dichte 2> modulierte Impulsreihen umgewandelt.

Fig. 5 zeigt blockschematisch die Vorrichtung, die zur Umwandlung einer der beiden Gruppen von sechs »Bits« in eine in der Dichte modulierte Impulsreihe verwendet wird. Diese Vorrichtung enthält sechs jo Inhibitorspeichcr Mi, M₂, M_s, M.-., M<, und M₆, die je ein »Bit« speichern können; sechs UND-Gatter Pi, P₂, Pt... P_b; ein ODER-Gattcr P₇; und schließlich ein bistabile^ Element D, das die Impulsreihe Sund ihr Komplement S zur Steuerung des mit zwei Zeitkonstanten wirkenden r, Integrators liefert.

Den erwähnten UND-Gattern werden die in Fig. 6 mit FFi, FF2, FFj ... FF_b bezeichneten Signale zugeführt, die mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Digitalzählers erzeugt werden, der aus sechs bistabilen Elementen besteht, wobei dem ersten dieser Elemente die in F i g. 8 mit H bezeichneten Taktimpulse mit einer Frequenz von 2048 kHz zugeführt werden. Die UND-Gatter werden von diesen Signalen derart gesteuert, daß sie die nachstehenden logischen Bearbeitungen vollführen:

P, = FF,;

P₂ = FF₁- FFr,

ft - FF₁- FF₂- FFy, .₍₎

P, = FFi · FF₂ ■ FF₃ ■ FF,;

P₅ = FF₁ ■ FF₂ ■ FFi ■ FF, ■ FF₅;

P_b = FFi ■ FF₂ ■ FFi ■ FF, ■ FFi FF_b.

Vy

In Fig.6 sind die infolge der erwähnten logischen Bearbeitungen an den Ausgängen der respektiven UND-Gatter auftretenden Signale mit Pi, P₂, Pj ... P_b bezeichnet. Diesen Signalen, die während der Periode Θ, die 64 Taktimpulsperioden umfaßt oder aber 31,75 jtsck ,,n dauert, auftreten, werden nun die Gewichte 32-16-8-4-2 bzw. -1 zugewiesen. Die erwähnten Signale P], P₂, P₁... Ph treten nur dann an den Ausgängen der UND-Gatter auf. wenn diese kein Inhibitorsignal aus den an die respektiven Eingänge der UND-Gatter angcschlosse- h^r> nen Inhibitorspeichern /Wi, M₂, Mi... Mb empfangen.

Aus den Fig.5 und 6 ist deutlich ersichtlich, daß, wenn die sechs »Bits«, die in die: Inhibitorspeichcr Mi, M₂, M]... Mt₁ eingeschrieben werden, im Takt von I/Θ, d. h. im Takt, mit dem die Kodegruppen der Dekodiervorrichtung zugeführt werden bzw. an einem Eingang der UND-Gatter auftreten, am Ausgang der ODER-Gatter Pi eine Impulsreihe auftritt, deren Gesamtdauer während der Periode θ für den Wert der zu dekodierenden aus sechs »Bits« bestehenden Gruppe repräsentativ ist.

Die Impulse dieser Impulsreihe sind üb .-die Periode Θ symmetrisch in bezug auf die Mitte der Periode verteilt. Das bistabile Element D, das mit einer Taktfrequenz von 2048 kHz gesteuert wird, bewirkt, daß die Phase der am Ausgang des ODER-Gatters Pj auftretende Impulse wiederhergestellt wird, und liefert die Signale S und S, die dem Integrator zugeführt werden.

Die in Fig.5 dargestellte Vorrichtung wandelt z. B. die sechs »Bits« geringen Gewicht·-, in Zeitdauer um. Die Umwandlung der Gruppe von sechs »Bits« großen Gewichts erfolgt zu gleicher Zeit mit Hilfe einer auf entsprechende Weise ausgebildeten Vorrichtung. Dabei wird für diese beiden Vorrichtungen dieselbe aus sechs bistabilen Elementen aufgebaute Zählvorrichtung verwendet, so daß schließlich zwei unabhängige in der Dichte modulierte Impulsreihen S\ für die sechs »Bits« geringen Gewichts bzw. S₂ für die sechs »Bits« großen Gewichts erhalten werden.

Oben wurde bereits bemerkt, daß die Vorrichtung 7 nach F 1 g. I, die die !mpulskodemodulation dadurch in Deltaimpulskodemodulation umwandelt, daß aufeinanderfolgende Kodegruppen voneinander subtrahiert werden, aus 12 »Bits« bestehende Kodegruppen liefert, von denen ein »Bit« das Vorzeichen angibt. Nach der oben beschriebenen Umwandlung in Zeitdauer werden diese Kodegruppen durch Zusatz der Binärzahl 100000100000 in ihre Absolutwerte umgewandelt, so daß die Nullage der Dekodiervorrichtung (Eingangssignal 0) sich, gleich wie bei der Kodiervorrichtung, in der Mitte des linearen Gebietes befindet.

Die Dekodiervorrichtung ist linear, wenn nur die Vorrichtung, die die sechs »Bits« geringen Gewichts umwandelt, wirksam ist. Für schwache Signale, deren Spitze-Spitze-Amplitude nicht größer als die Summe der sechs »Bits« geringen Gewichts ist, ist die Umwandlung in Zeitdauer also linear. _ _

Die Signale Si und S₂ und ihre Komplemente Si und S₂ werden, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, Schaltern Ci und C₂ zugeführt, die in Abhängigkeit von diesen Signalen entweder die Spannung — V_r oder die Spannung + V_r dem Eingang des mit zwei Zeitkonstanten arbeitenden Integrators zuführen.

Fig.8 zeigt die Diagramme der Signale, die am Ausgang des Integrators auftreten, wenn dem Eingang der Dekodiervorrichtung ein Signal mit der Amplitude 0 zugeführt wird. Das Diagramm jizeigt das Signal, das an dem zu den »Bits« großen Gewichts gehörigen Ausgang, und das Signal, das an dem zu den »Bits« geringeren Gewichts gehörigen Ausgang des ODER-Gatters auftritt. Das Diagramm b_ zeigt das Signal, das infolge der »Bits« großen Gewichts am Ausgang des Integrators auftritt. Das Diagramm c_ zeigt das Ausgangssignal, das infolge der >-Bits« geringeren Gewichts auftritt (Amplitude H/64, wobei // die Spitze-Spitze-Amplitude ist). Das Diagramm dzeigt die Summe dieser Signale; dieses Summensigna! hat einen konstanten Mittelwert während eines Intervalls von 3l,25/nsek;diescr Mittelwert wird durch Einstellung des Wertes der SDannunu + V, in bezug auf — V, auf Null

gebracht. Dabei folgt die Spannung + V_r sklavenartig der Spannung — V_r unter Zuhilfenahme eines Operationsverstärkers und einer Widerstandsbrücke, mit der die Werte von + V_r derart eingestellt werden können, daß die Ausgangsspannung des Integrators beim Fehlen eines Signals am Eingang der Dekodiervorrichtung einen Mittelwert von 0 V annimmt. Auf diese Weise werden die Einschalterscheinungen und die Vorspannung des Operationsverstärkers ausgeglichen. Der Integrator ist mit einem Kondensator C versehen, der von einem Widerstand r_ überbrückt ist, der eine automatische Stabilisierung des Mittelwertes des Niederfrequenz-Ausgangssignals des Integrators bewirkt.

Das System nach der Erfindung hat den Vorteil, daß

die üblichen Eingangs- und Ausgangsfiiter — abgesehen von einem einzigen /?C-Netzwerk — völlig fortgelassen werden können und daß das ganze System sich zur serienmäßigen Integration eignet. Die beschriebene Ausführungsform weist außerdem den Vorteil auf, daß die für den betreffenden Zweck vorteilhaftete Technik verwendet werden kann, d. h. die Technik, bei der die sogenannte 4-Phasenlogik benutzt wird, wobei Feldeffekttranisstoren mit gesonderten Gattern Anwendung κι finden können und wobei, indem die »Bits<* jeder Kodegruppe in Reihe zugeführt werden, nur eine Mindestzahl Ausgänge erforderlich ist, was besonders günstig ist, weil sich Ausgänge schwer erzielen lassen und somit den Selbstkostenpreis steigern.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. System zur Übertragung analoger Signale mittels Pulscodemodulation mit einem Sender und einem Empfänger, wobei die gebildeten Pulscodegruppen, die vom Sender zum Empfänger übertragen werden, mit einer vorbestimmten Übertragungsfrequenz f_a auftreten, welcher Sender mit den nachfolgenden Elementen versehen ist:

Abtast- und Codiermittel, denen das genannte analoge Signal zugeführt wird;
Mittel zum Erzeugen erster Abtastimpulse, die den Abtast- und Codiermitteln zugeführt werden;

ein Tiefpaß-Digitalfilter, dessen Eingang mit dem Ausgang der genannten Ablast- und Codiermittel gekoppelt ist und dessen Grenzfrequenz höchstens der Hälfte ( 5 J₁A der genannten

Übertragungsfrequenz entspricht;
und der Empfänger mit den nachfolgenden Elementen versehen ist:

eine Decodieranordnung zum Erzeugen des ursprünglichen analogen Signals-,
Mittel zum Empfangen der übertragenen Pulscodegruppen, deren Ausgang mit dem Eingang der Decodieranordnung gekoppelt ist,