DE2049457A1

DE2049457A1 - Einrichtung zum Kodieren und Deko dieren analoger Nachrichtensignale

Info

Publication number: DE2049457A1
Application number: DE19702049457
Authority: DE
Inventors: Ralph William Torrance Cahf Schoolcraft (V St A )
Original assignee: Magnavox Co
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-04-22
Also published as: IL35384A; CA946065A; GB1279508A; JPS5019202B1; US3667046A; FR2065184A5; IL35384A0; DE2049457C2

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel Dipl-Ing. Wolfgang Reichel

6 Frankiuri a. M. 1

Parketraße ^13 6448

THE MAGNAVOX COMPANY, Fort Wayne, Indiana, VStA

Einrichtung zum Kodieren und Dekodieren analoger Nachrichtensignale

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kodieren | und zum Dekodieren analoger Nachrichtensignale und sie befaßt sich insbesondere mit einer Sprachenübertragungseinrichtung, bei der Pulslängenmodulation zum Kodieren der Spracheninformation verwendet wird. Die vorliegende Erfindung läßt sich bei allen Arten von Sprechverbindungseinrichtungen und insbesondere bei in der Luftfahrt verwendeten Verbindungseinrichtungen anwenden, jedoch kann die Erfindung auch für andere Arten von Verbindungseinrichtungen als den in der Luftfahrt verwendeten Verbindungseinrichtüngen angewendet werden.

Da sich der Bedarf an weitreichenden, in der Luftfahrt verwendeten Verbindungseinrichtungen erhöht, werden andere Übertragungseinrichtungen notwendig, als sie zur Zeit in Gebrauch sind. " Beispielsweise werden in den gewöhnlichen für Sichtweite verwendbaren Übertragungseinrichtungen im allgemeinen Übertragungseinrichtungen mit Amplitudenmodulation, Einseitenbandmodulation oder Frequenzmodulation verwendet. Gewöhnlich bieten die Übertragungseinrichtungen mit Einseitenbandmodulation und Frequenzmodulation sehr zuverlässige Übertragungseigenschaften für Übertragung in Sichtweite. Wenn die Verbindung über die Sichtweite hinausgehen soll, dann erhöhen sich die Schwierigkeiten bei den zur Zeit verwendeten Übertragungseinrichtungen beträchtlich. Beispielsweise sind Übertragungseinrichtungen,

109817/1862

die von ionosphärischen Reflexionen abhängen, unzuverlässig, da diese Einrichtungen der Wirkung der Sonnenflecken und Veränderungen der atmosphärischen Zustände ausgesetzt sind. Ferner sind weitreichende Übertragungseinrichtungen mit Amplitudenmodulation nicht erwünscht, da sie einen übermäßigen Leistungsbedarf aufweisen.

Es ist deshalb vorgeschlagen worden, daß als Übertragungseinrichtungen, die über die Sichtweite hinaus wirken, Satellitenübertragungseinrichtungen verwendet werden und daß diese Übertragungseinrichtungen auch Frequenzmodulation oder andere Arten von Modulation mit konstanter Hüllkurve zum Kodieren der Nachrichten verwenden. Die Verwendung von Satelliten-Übertragungseinrichtungen ist sehr zuverlässig, ergibt eine sehr große Reichweite und schaltet die Abhängigkeit von in der Natur auftretenden Erscheinungen aus.

Die Erfindung ist auf eine Übertragungseinrichtung gerichtet, bei der eine sehr wirksame Modulationsart verwendet wird, die einfach zu handhaben ist und die kompakt in ihrem Aufbau ist und die insbesondere Pulslängenmodulation als Modulationsart für die Sprachensignale verwendet.

Bei der Einrichtung wird ein Abtastverfahren verwendet, um analoge Sprachsignale in kodierte Nachrichtensignale umzuwandeln. Die analogen Sprachsignale sind in zwei Dimensionen veränderlich, da sie sowohl eine Amplituden- als auch eine Zeit (Frequenz)-Abhängigkeit aufweisen. Die analogen Sprachsignale werden in Signale mit einer festen Dimension umgewandelt, welche durch die Abtastfrequenz dargestellt ist, wobei eine veränderliche Dimension die Amplitudennachricht enthält. Die minimale Abtastfrequenz, die eine Wiederherstellung des Analogsignals ermöglicht, wird Nyquist,- Frequenz genannt, und sie ist zweimal so groß wie die höchste im Analogsignal vorkommende Frequenz.

109817/1862

Es gibt im wesentlichen zwei Modulationsverfahren, die zum Abtasten von Nachrichten dienen. Bei einem Verfahren wird die Impulsamplitude entsprechend der abgetasteten Analogamplitude verändert, und bei dem anderen Verfahren wird die Impulsdauer, die die Amplitude des Analogsignals darstellt, verändert. Das erste Verfahren wird Pulsamplitudenmodulation genannt, und es handelt sich dabei um ein grundsätzliches Verfahren. Der Empfänger ist im wesentlichen ein Tiefpaß. Da die Impulsamplituden.in den HF-Empfängern erhalten werden müssen, ist dieses Verfahren in seinen Eigenschaften der Amplitudenmodulation im wesentlichen gleich.

Das zweite Verfahren, welches zum Abtasten von Nachrichten dient, wird Pulszeitmodulation genannt. Eine Art der Pulszeitmodulation ist die Pulslagenmodulation oder Pulsphasenmodulation, bei der die analoge Amplitude durch die Lage eines schmalen Impulses innerhalb der Abtastperiode dargestellt ist. Die Pulsphasenmodulation wird gewöhnlich in gepulsten Übertragungseinrichtungen verwendet. Da die Amplitude der schmalen Impulse konstant ist, hat die Pulsphasenmodulation, wenn sie in gepulsten Übertragungseinrichtungen verwendet wird, eine Verstärkung zur Folge, wie die Frequenzmodulation und es kann, in ähnlicher Weise wie bei der Frequenzmodulation, die Bandbreite auf Kosten der übertragenen Leistung erhöht werden.

Eine zweite Art der Pulszeitmodulation wird Pulslängenmodulation oder Pulsbreitenmodulation genannt. Bei der Pulslängenmodulation wird die analoge Amplitude durch die Pulslänge dargestellt. Die Pulslängenmodulation hat gegenüber der Pulsphasenmodulation in gepulsten Übertragungseinrichtungen keinen beträchtlichen Vorteil, jedoch eignet sich die Pulslängenmodulation für Übertragungsverfahren mit konstanter Leistung, beispielsweise für Phasenumtastübertragungsverfahren.

Eine Einrichtung zum Kodieren von analogen Nachrichtensignalen ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste auf die analogen Nachrichtensignale ansprechende Vor-

109817/1862

richtung vorgesehen ist, durch die entsprechend einem Taktimpuls ein taktiertes amplitudenmoduliertes Signal erzeugt wird, daß an die erste Vorrichtung eine zweite, auf das taktierte amplitudenmodulierte Signal ansprechende Vorrichtung angeschlossen ist, durch die ein taktiertes pulslängenmoduliertes Signal erzeugt wird, welches dem taktierten amplitudenmodulierten Signal entspricht, und daß an die zweite Vorrichtung eine dritte Vorrichtung angeschlossen ist, die auf das taktierte, pulslängenmodulierte Signal derart anspricht, daß sie den Taktimpuls unterdrückt und ein pulslängenmoduliertes Signal mit unterdrücktem Takt erzeugt, welches dem taktierten, pulslängenmodulierten Signal entspricht.

Gemäß der Erfindung wird ein Analogsignal abgetastet und dadurch in ein pulsamplitudenmoduliertes Signal umgewandelt. Das pulsamplitudenmodulierte Signal wird dann in ein pulslängenmoduliertes Signal umgewandelt, und als ein weiterer Vorteil gegenüber bestehenden Sprachübertragungseinrichtungen wird der Taktpuls, der bei einem gewöhnlichen pulslängenmodulierten Signal vorhanden ist, unterdrückt, so daß ein pulslängenmoduliertes Signal mit unterdrücktem Taktpuls entsteht. Das Nachrichtensignal kann dann durch einen Phasenumtastmodulator moduliert werden, wobei das pulslängenmodulierte Signal mit unterdrücktem Taktpuls in ein phasenumtastmoduliertes Signal umgewandelt wird. Die obigen Verfahrensschritte beim Kodieren des Analogsignals haben einen guten Wirkungsgrad bei der Übertragung der Spracheninformation relativ zur notwendigen Bandbreitenleistung, wodurch Nachrichten empfangen werden können, wenn ein relativ schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis vorliegt. Eine nahezu optimale Demodulation verhindert Signal-Rausch-Schwellen, wie sie bei Übertragungseinrichtungen mit Frequenzmodulation vorkommen. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Übertragung und einen Empfang von Sprachinformation, die sehr zuverlässig sind, und wobei die Sprache auch dann noch verstanden werden kann, wenn die Entfernung zwischen Sender und Empfänger sehr groß ist, und selbst dann, wenn die Übertragung zwischen Sender und Empfänger im allgemeinen einen großen Rausch aufweist.

109817/1862

Gemäß der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zum Dekodieren von pulslängenmodulierten Signalen mit unterdrücktem Taktpuls, die ein analoges Nachrichtensignal darstellen, vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine fünfte auf das pulslängenmodulierte Signal, mit unterdrücktem Taktpuls bei Zuführung eines Taktsignals ansprechende Vorrichtung vorgesehen ist, durch die ein taktiertes,pulslängenmoduliertes Signal erzeugt wird, welches dem puls-' längenmodulierten Signal mit unterdrücktem Taktpuls entspricht, daß an die fünfte Vorrichtung eine auf das taktierte, pulslängenmodulierte Signal ansprechende sechste Vorrichtung angeschlossen ist,die ein taktiertes,pulsamplitudenmoduliertes Signal erzeugt, welches dem taktierten, pulslängenmodulierten Signal entspricht, und daß an die sechste Vorrichtung eine auf das taktierte, pulslängenmodulierte Signal ansprechende siebte Vorrichtung angeschlossen ist, die ein dem taktierten, pulslängenmodulierten Signal entsprechendes Analogsignal erzeugt.

Zum Empfang der phasenumtastmodulierten Signale kann ein Phasenumtast-Demodulator vorgesehen sein. Der Ausgang dieses Phasenumtastdemodulators wird einem Begrenzer zugeführt, und dieser Begrenzer hat nicht eine schmale Bandbreite, sondern eine relativ weite Bandbreite. Die Bandbreite des Begrenzers ist so groß, daß das Rauschen beträchtliche Nulldurchgänge zeigt, die von den normalen Übergängen der wirklichen Daten abweichen. Wenn man auch meint, daß eine Erhöhung der Bandbreite in Wirklichkeit das Rauschen verstärkt, so wird doch gemäß der Erfindung durch die Erhöhung der .Bandbreite ein optimaler Einstellpunkt vorgesehen, so daß das Rauschen in Wirklichkeit vermindert wird. Der optimale Einstellpunkt für die Bandbreite liegt etwa dort, wo das Rauschen durch Signalzittern etwa gleich dem Rauschen durch unerwünschte Nulldurchgänge ist,-

109817/1862

Das pulslängenmodulierte Signal mit unterdrücktem Taktpuls wird als ein Eingangssignal einer exklusiven ODER-Schaltung zugeführt. Als zweites Eingangssignal wird der exklusiven' ODER-Schaltung ein Taktpuls zugeführt, der durch eine bistabile Kippschaltung in der Frequenz halbiert worden ist. Das Ausgangssignal der exklusiven ODER-Schaltung ist ein taktiertes, pulslängenmoduliertes Signal.

Der Taktpuls wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt, der von dem integrierten Ausgangs- * signal der exklusiven ODER-Schaltung gesteuert wird. Der Mittelwert der Sprachinformation ist ein Gleichstrom-Nullwert, und deshalb ist das integrierte Ausgangssignal der exklusiven ODER-Schaltung normalerweise Null oder ein Minimalwert. Wenn die Phase des Ausgangssignals der exklusiven ODER-Schaltung eine Abweichung aufweist, dann entspricht der integrierte Wert nicht mehr dem Nennwert, und er kann als Fehlersignal zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszil-¹ lators verwendet werden.

Aus dem pulslängenmodulierten Signal wird dann das Tonsignal wiedergewonnen, wodurch der Arbeitsvorgang des w Empfängers abgeschlossen ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen: '

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Übertragungseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 3(a)

bis 3(n) Kurven, die zur Erklärung der Arbeitsweise der

Einrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 2 verwendet vrerden. 109817/1862

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Übertragungseinrichtung dargestellt, die ein Toneingangssignal in ein pulslängenmoduliertes, phasenumtastmoduliertes Ausgangssignal mit unterdrücktem Taktimpuls umwandelt. Die Wirkungsweise der Übertragungseinrichtung nach Fig. 1 läßt sich wohl deutlicher an Hand der Kurven, die in den Figuren 3(a) bis 3(g) dargestellt sind, verstehen. Die in den Figuren 3(a) bis 3(g) dargestellten Kurven stellen die Signale an entsprechenden Stellen in Fig. 1 dar, die mit kleinen Buchstaben des Alphabets bezeichnet sind.

In Fig. 1 wird das Eingangssignal von einem Mikrofon, welches das Toneingangssignal ist, einem Tonfrequenzverstärker und Spracheneinstellungsschaltungen zugeführt. Das Toneingangssignal, welches dem Tonfrequenzverstärker 10 zugeführt wird, kann einen Kurvenverlauf aufweisen, wie es durch die Kurve in Fig. 3(b) dargestellt ist. Die Spracheneinstellung läßt sich beispielsweise durch Vorverzerrung, dynamische Kompression oder dynamische Begrenzung und automatische Verstärkungsregelung erreichen. Die Spracheneinstellung verbessert die Verständlichkeit der Sprache bei geringem Tonsignal-Raus ch-Verhältni s.

Durch die automatische Verstärkungsregelung wird ein hoher Modulationsgrad erreicht , und die dynamische Kompression wird dazu verwendet, die wirksame Modulation zu verstärken. Die Vorverzerrung kann 6 dB pmOktave betragen, wobei der Empfänger eine Entzerrung von 6 dB pro Dekade bewirkt. Normalerweise hat die männliche Stimme etwa bei 300 Hz ein Maximum und fällt tatsächlich oberhalb von 300 Hz etwas schneller ab als die vorgewählte Vorverzerrung von 6 dB. Durch die Vorverzerrung erhält die Stimme ein nahezu flaches Frequenzspektrum. Durch die übertragungseinrichtung kann daher bei allen Frequenzen innerhalb des Durchlaßbereiohes eine vollständige Modulation erreicht werden.

109 817/1862

In dem Empfänger wird durch Entzerrung das dreieckförmige Frequenzspektrum der Stimme wieder hergestellt, ebenso wie auch für das Rauschen wieder ein dreieckförmiges Frequenzspektrum hergestellt wird. Deshalb ist das Signal-Rausch-Verhältnis im gesamten Tonausgangsfrequenzspektrum nahezu konstant. Ohne die Vorverzerrungen verschwinden die Tonhöhen, die einen großen Teil des Nachrichtengehalts enthalten, allmählich unter den Pegel des flachen Rauschfrequenzspektrums .

Ein weiteres Spracheneinstellungsverfahren, welches die Verständlichkeit erhöht, ist die Kompression oder Begrenzung. Die Übertragungseinrichtung nach Fig. 1 weist zwei eigentliche Begrenzer auf. Einer von ihnen ist der wirkliche Pulslängenmodulator, und der andere Begrenzer befindet sich in der Spracheneinstellungsschaltung und folgt in seiner Einstellung dem vorverzerrenden Teil der Spracheneinstellungsschaltung. Wie oben bereits erwähnt wurde, erhöht die Kompression oder die Begrenzung die wirksame Modulation.

Die Ausgangssignale des Tonfrequenzverstärkers 10 werden einem Tiefpaß 12 zugeführt. Der Tiefpaß unterdrückt alle Tonfrequenzen über F/2, wobei F die Abtasttaktpulsfrequenz ist. Der Taktpuls wird einem Sägezahngenerator 14 zugeführt, und die Taktsignale sind derart ausgebildet, wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist.

Das Ausgangssignal des Tiefpasses 12 wird einem Abtaster mit Halteglied zugeführt. Der Abtaster mit Halteglied tastet kurzzeitig, beispielsweise eine Mikrosekunde lang ab und hält den abgetasteten Wert für die Abtastzeit, die 1/F ist, wobei F die Frequenz des Abtasttaktpulses ist. Das Ausgangssignal des Abtasters 16 mit Halteglied ist in Fig. 3(c) dargestellt, und es ist als Stufenkurve ausgebildet, die der Tonsignalkurve, die in Fig. 3(b) dargestellt ist, nahekommt.

109817/1862

Die Wirkung der Spracheneinstellungsschaltung und des Tiefpasses sind in diesen Figuren nicht dargestellt, da es einfacher ist, die Wirkungsweise der Einrichtung dann zu verstehen, wenn man diese Wirkungen vernachlässigt, da sie die Kurven beeinflussen würden. Die Spracheneinstellungsschaltung wird jedoch in der oben angegebenen Weise verwendet. Das Ausgangssignal des Abtasters 16 mit Halteglied kann auch als ein pulsamplitudenmoduliertes Signal angesehen werden, da die Impulszeiten konstant, jedoch die Amplituden der Impulse veränderlich sind.

Das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 14 ist in Fig. 3(d) dargestellt, die der Fig. 3(c) überlagert ist. Wie man in Fig. 3(d) erkennt, erzeugt der Sägezahngenerator ein Ausgangssignal, welches bis auf einen bestimmten Viert anwächst. Das Ausgangssignal des Abtasters 16 mit Halteglied und das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 14 werden einem Vergleicher 18 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vergleichers ist in Fig. 3(e) dargestellt. Jedesmal wenn das Signal des Abtasters 16 mit Halteglied, welches in Fig. 3(c) dargestellt ist, seinen Wert ändert, wächst das von dem Vergleicher 18 erzeugte Ausgangssignal auf einen bestimmten Wert an. Wenn das Signal des Sägezahngenerators 14 die gleiche Amplitude hat wie das Signal des Abtasters 16 mit Halteglied, dann erzeugt diese Koinzidenz einen Abfall im Ausgangssignal des Vergleichers 18. Dementsprechend ist das Ausgangssignal-des Vergleichers 18 ein Pulssignal,mit einer Hinterflanke, die nur bei Koinzidenz der Signale des Sägezahngenerators 14 und des Abtasters 16 mit Halteglied auftritt. Folglich entspricht die Impulsdauer des Ausgangssignals des Vergleichers 18 der Amplitude des Signals des Abtasters 16 mit Halteglied, und entsprechend ist das Ausgangssignal des Vergleichers 18 ein pulslängenmoduliertes Signal.

Der Taktpuls, der in Fig. 3(a) dargestellt ist, wird auch einer bistabilen Kippschaltung 20 zugeführt, die den Taktpuls

109817/1862

in der Frequenz halbiert. Das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 20 wird einem Eingang einer exklusiven ODER-Schaltung 22 zugeführt. Dem anderen Eingang der exklusiven ODER-Schaltung wird das Ausgangssignal des Vergleichers 18 zugeführt. Die exklusive ODER-Schaltung 22 gibt ein zusammengesetztes Signal zweiter Ordnung des pulslängenmodulierten Signals des Vergleichers 18 und des F/2-Signals der bistabilen Kippschaltung 20 ab, wodurch die Taktpulsübergänge in dem pulslängenmodulierten Signal des Vergleichers 18 unterdrückt sind. Das Ausgangssignal der exklusiven ODER-Schaltung 22 ist deshalb ein pulslängenmoduliertes Signal mit unterdrücktem Taktpuls, und es hat einen Verlauf, wie er in Fig. 3(f) dargestellt ist.

Wie man in Fig. 3(f) erkennt, ändert sich das pulslängenmodulierte Signal mit unterdrücktem Taktpuls nur bei Auftreten der Hinterflanke des Pulssignals, welches in Fig. 3(e) dargestellt ist. Dies hat die Wirkung, daß der Nachrichtengehalt, der mit einem Übertragungssignal einer bestimmten Bandbreite übertragen werden kann, sich erhöht, wodurch sich wiederum der Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung vergrößert.

Schließlich wird das pulslängenmodulierte Signal mit unterdrücktem Taktpuls dazu verwendet, einen Phasenumtastmodulator 24 zu modulieren. Der Phasenumtastmodulator 24 kann auch von einem Überlagerungsoszillator 26 angesteuert werden. Das Ausgangssignal des Phasenuratastmodulators 24 ist in Fig. 3(g) dargestellt, und man kann an Hand von Fig. 3(g) erkennen, daß das Hochfrequenzsignal, welches von dem Überlagerungsoszillator 26 zugeführt wird, in seiner Phase bei jedem Übergang des pulslängenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls der exklusiven ODER-Schaltung 22 verschoben wird. Die Verwendung des pulslängenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls zur Modulierung des Phasenumtastmodulators ergibt eine äußerst

109817/1862

wirksame Verwendung der Bandbreite des Ausgangssignals, und es läßt sich dadurch eine sehr wirksame und praktisch brauchbare Übertragungseinrichtung verwirklichen.

Das Ausgangssignal der Übertragungseinrichtung nach Fig. 1 kann von einer Empfangseinrichtung nach Fig. 2 aufgenommen werden. Nach Fig. 2 wird das phasenumtastmodulierte, pulslängenmodulierte Signal mit unterdrücktem Taktpuls, wie es in Fig. 3(g) dargestellt ist, einem Phasenumtastdemodulator 28 zugeführt. Dieser Demodulator kann beispielsweise eine Costas-Schleife sein. Das Ausgangssignal des Phasenumtastdemodulators wird einem Begrenzer 30 zugeführt.

Das Ausgangssignal des Begrenzers 30 ist in Fig. 3(i) dargestellt, welches ein pulslängenmoduliertes Signal mit unterdrücktem Taktpuls ist und dem Signal, welches in Fig. 3(f) dargestellt ist, im wesentlichen gleicht. Vor dem Begrenzer 30 kann das Signal des Phasenumtastdemodulators ein beträchtliches Rauschen aufweisen. Dieses Rauschen tritt in zwei Formen auf, welche als Rauschen durch Signalzittern und Nulldurchgangsrauschen bezeichnet werden können. Das Rauschen durch Signalzittern verursacht eine zeitliche Veränderung des Nulldurchgangs des pulslängenmodulierten Signals, und das Nulldurchgangsrauschen ist durch Abweichungen des Signals mit dem Rauschen gegeben, welches tatsächlich den Mittelpunkt des pulslängenmodulierten Signalshubs kreuzt und daher die Vorzeichen in dem pulslängenmodulierten Signal zu ändern scheint. Je geringer die Bandbreite des vorgeschalteten Begrenzers 30 ist, desto mehr Nulldurchgangsrauschen wird ausgeschaltet.

Bisher wurden die Begrenzer gewöhnlich so ausgebildet, daß sie eine relativ kleine Eingangsbandbreite aufweisen, damit sie das Nulldurchgangsrauschen verhindern, da dieses Nulldurchgangsrauschen wegen der nicht optimalen Demodulations-

109817/1862

verfahren zu falschen Daten führen kann. Gemäß der Erfindung wird jedoch ein Begrenzer mit relativ großer Bandbreite anstelle der bekannten Begrenzer mit geringer Bandbreite verwendet. Die Bandbreite ist erweitert,bis der Begrenzer einen Schwellwert erreicht, d.h. bis das Signal einen wirklichen Nulldurchgang beginnt, der aber nicht dann auftritt, wenn ein Übergang vorliegt. Die Erweiterung der Bandbreite sorgt für eine Verbesserung des Ausgangssignals des Begrenzers, da · sich das Rauschen durch Signalzittern vermindert, wenn die Bandbreite erhöht wird. Es ist deshalb wünschenswert, eine Bandbreite für den Begrenzer nahe einem solchen Wert zu wählen, bei dem das Rauschen durch Signalzittern und das NuIldurchgangsrauschen etwa den gleichen Wert aufweisen, da sich dabei das geringste Gesamtrauschen für die Einrichtung ergeben würde.

Das Ausgangssignal des Begrenzers wird dann einem Eingang einer exklusiven ODER-Schaltung 32 zugeführt. Der zweite Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 32 ist mit einer bistabilen Kippschaltung 34 verbunden. Das Eingangssignal der bistabilen Kippschaltung 34 ist ein wiederhergestelltes Taktsignal, wie es in Fig. 3(h) dargestellt ist. Die bistabile Kippschaltung 34 erzeugt ein Signal, wie es in Fig. 3(j) dargestellt ist, dessen Frequenz nur halb so groß ist wie die des Taktsignals, welches in Fig. 3(h) dargestellt ist. Das Ausgangssignal der exklusiven ODER-Schaltung 32 hat einen solchen Verlauf, wie es in Fig. 3(k) dargestellt ist, und es entspricht im wesentlichen dem pulslangenmodulierten Signal, welches in Fig. 3(e) dargestellt ist. In Fig. 3(k) und in Fig. 3(e) sollte dementsprechend das gleiche Signal dargestellt sein.

Das Ausgangssignal der exklusiven ODER-Schaltung 32 wird einer Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 und einer Integrierschaltung 36 zugeführt. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 36 wird einem spannungsgesteuerten Oszilla-

109817/1862

tor 38 zur Steuerung seiner Frequenz zugeführt, und die Kombination aus Integrierschaltung 36 und spannungsgesteuertem Oszillator 38 dienen zur Gewinnung des Taktpulses. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 36 würde einen Gleichspannungswert Null (oder eine bestimmte Spannung, die eine Phasenabweichung Null darstellt)aufweisen, wenn die Phase des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 38 den richtigen Wert aufweist. Dies ist dadurch bedingt, weil der Mittelwert der Sprachinformation, welche in dem pulslängenmodulierten Signal der exklusiven ODER-Schaltung 22 enthalten ist, einen Gleichspannungswert Null aufweist, wenn die Phase zwischen den Eingangssignalen der exklusiven ODER-Schaltung einen geeigneten Wert aufweist, so daß der Taktpuls an einer bestimmten Stelle wieder eingeführt werden kann.

Da das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators der bistabilen Kippschaltung 34 zugeführt wird und das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 34 ein Eingangssignal für die exklusive ODER-Schaltung 32 darstellt, werden durch die Integrierschaltung 36 Phasenfehler zwischen den Eingängen der exklusiven ODER-Schaltung festgestellt, dadurch daß ein Gleichstromfehlersignal erzeugt wird, was diesem Phasenfehler entspricht. Das von der Integrierschaltung 36 erzeugte Fehlersignal kann ein Vorzeichen haben, wenn der Phasenfehler in einer ersten Richtung liegt, und es kann entgegengesetztes Vorzeichen haben, wenn der Phasenfehler in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung liegt.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 38 wirkt als wiederhergestellter Taktpuls, und dieser Taktpuls wird der bistabilen Kippschaltung 34, einer Verzögerungsschaltung 40 und einem Abtaster 42 mit Halteglied zugeführt. Die Verzögerungsschaltung 40 kann eine sehr kurze Verzögerung, beispielsweise von einer Mikrosekunde, aufweisen,' und sie kann dazu verwendet werden, den Unterbrecherteil der In-

109817/1862

tegrier- und Unterbrecherschaltung 35 zu steuern. Die Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 integriert zuerst das pulslängenmodulierte Signal der exklusiven ODER-Schaltung und unterbricht dieses integrierte Signal auf einen Befehl des Taktsignals jedoch nur, nachdem das Taktsignal durch die Verzögerungsschaltung 40 verzögert worden ist.

Das Ausgangssignai der Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 wird dem Abtaster 42 mit Halteglied zugeführt, und der Abtaster mit Halteglied tastet den Wert des Signals, der in der Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 erzeugt ist, soft fort ab, nachdem die Signale unterbrochen sind. Das Ausgangssignal der Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 ist in Fig. 3(1) dargestellt, und man kann in dieser Figur erkennen, daß die Ausgangskurve der Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 Endwerte aufweist, die proportional zur Länge der Impulse des pulslängenmodulierten Signals der exklusiven ODER-Schaltung 32 sind.

Das Ausgangssignal des Abtasters 42 mit Halteglied ist in Fig. 3(m) dargestellt, und wie man an Hand dieser Figur erkennt, tastet der Abtaster mit Halteglied den integrierten Endwert ab, der durch die Integrier- und Unterbrecherschaltung 35 erzeugt wird, und er hält diesen Wert für eine Takt-' Periode. Die Ausgangskurve des Abtasters 42 mit Halteglied, wie sie in Fig. 3(m) dargestellt ist, entspricht im wesentlichen der Kurve, die in Fig. 3(c) dargestellt ist.

Das Ausgangssignal des Abtasters 42 mit Halteglied wird einem Tiefpaß 44 zugeführt, der unerwünschte Harmonische und Seitenbänder unterdrückt, damit das Tonsignal, was ursprünglich dem Eingang der Übertragungseinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, zugeführt wurde, wiederhergestellt wird. Deshalb ist das Ausgangssignal des Tiefpasses, wie es in Fig. 3(n) dargestellt ist, im wesentlichen gleich dem ursprünglichen Eingangssignal, welches in Fig. 3(b) dargestellt ist. Schließ-

109817/1862

lieh kann das Ausgangssignal des Tiefpasses einem Tonfrequenzverstärker 46 zugeführt werden, der einen Entzerrer aufweist.

Gemäß der Erfindung ist also eine Übertragungseinrichtung vorgesehen, die eine Übertragung eines pulslangenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls vorsieht, welches als Eingangssignal für einen Phasenumtastmodulator verwendet wird. Mit einer solchen Kodiereinrichtung wird eine wirksame Modulation erreicht, die zur Übertragung durch ein rauschendes Verbindungsglied bei geringem Verlust an Verständlichkeit verwendet werden kann. Durch die Unterdrückung des Taktpulses wird die Nachricht, die pro Bandbreitenleistung übertragen werden kann, verdoppelt, und durch die Phasenumtastmodulation wird eine wirksame Übertragung des pulslängenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls bewirkt. Wenn die Nachricht empfangen wird, verwendet man einen Begrenzer, der eine relativ große Bandbreite hat, damit das Rauschen in der Empfangseinrichtung vermindert wird.

109817/1862

Claims

Patentansprüche

I¹Tj Einrichtung zum Kodieren analoger Nachrichtensignale, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste auf die analogen Nachrichtensignale ansprechende Vorrichtung (16) vorgesehen ist, durch die entsprechend einem Taktimpuls (a) ein taktiertes amplitudenmoduliertes Signal (c) erzeugt wird, daß an die erste Vorrichtung (16) eine zweite, auf das taktierte amplitudenmodulierte Signal (e) ansprechende Vorrichtung (18) angeschlossen ist, durch die ein taktiertes pulslängenmoduliertes Signal (e) erzeugt wird, welches dem taktierten amplitudenmodulierten "Signal (c) entspricht, und daß an die zweite Vorrichtung (18) eine dritte Vorrichtung (22) angeschlossen ist, die auf das taktierte pulslängenmodulierte Signal (e) derart anspricht, daß sie den Taktpuls unterdrückt und ein pulslängenmoduliertes Signal (f) mit unterdrücktem Takt erzeugt, welches dem taktierten pulslängenmodulierten Signal (e) entspricht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß an die dritte Vorrichtung (22) eine vierte, auf das pulslängenmodulierte Signal (f) mit unterdrücktem Taktpuls ansprechende Vorrichtung (24) angeschlossen ist, die ein phasenumtastmoduliertes Signal (g) erzeugt, welches dem pulslängenmodulierten Signal (f) mit unterdrücktem Taktpuls entspricht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß an das analoge Nachrichtensignal (b) über eine Spracheneinstellschaltung (10) geleitet wird, die eine Vorverzerrung und eine Kompression bewirkt.

109817/1862

-17- 2ΌΑ9Α57
4. Einrichtung zum Dekodieren eines pulslängenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls, welches einem analogen Nachrichtensignal entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß eine fünfte, auf das pulslängenmodulierte Signal (f) mit unterdrücktem Taktpuls bei Zuführung eines Taktsignals (J) ansprechende Vorrichtung (32) vorgesehen ist, durch die ein taktiertes pulslängenmoduliertes Signal (k) erzeugt wird, welches dem pulslängenmodulierten Signal (i) mit unterdrücktem Taktpuls entspricht, daß an die fünfte Vorrichtung (32) eine auf das taktierte, pulslängenmodulierte Signal (k) ansprechende sechste Vorrichtung angeschlossen ist,die ein taktiertes, pulsamplitudenmoduliertes Signal (1) erzeugt, welches dem taktierten pulslängenmodulierten Signal (k) entspricht, und daß an die sechste Vorrichtung (35) eine auf das taktierte pulslängenmodulierte Signal (1) ansprechende siebte Vorrichtung (42,44) angeschlossen ist, die ein dem taktierten pulslängenmodulierten Signal (1) entsprechendes Analogsignal (η) erzeugt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Taktsignal (j) von einem spannungsgesteuerten Oszillator (38) erzeugt wird, der von einem Fehlersignal gesteuert wird, und daß das Fehlersignal durch Integrieren des Ausgangssignals (k) der fünften Vorrichtung (32) erzeugt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das pulslängenmodulierte Signal (g) mit unterdrücktem Taktpuls über einen Breitbandbegrenzer (30) zugeführt wird, und daß der Begrenzer (30) eine derartige Bandbreite aufweist, durch die das Rauschen durch Signalzittern und das Nulldurchgangsrauschen des pulslängenmodulierten Signals (g) mit unter drücktem Taktpuls etwa gleich sind.

109817/1862
7. Übertragungseinrichtung zur Übertragung eines Ausgangssignals mit einer kodierten Nachricht, die ein Analogsignal darstellt mit einer Einrichtung zum Kodieren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung (16) das analoge Nachrichtensignal (b) mit einer festen Frequenz periodisch abtastet und ein taktiertes, pulsamplitudenmoduliertes Signal (c) abgibt, dessen Amplitudenwerte den periodisch abgetasteten Amplitudenwerten des analogen Nachrichtensignals (b) entsprechen, daß . das von der zweiten Vorrichtung (18) erzeugte taktierte, puls-

fc längenmodulierte Signal (e) Pulslängen aufweist, die den Amplituden der Impulse des taktierten, pulsamplitudenmodulierten Signals (c) entsprechen, daß.dabei die Vorderflanken der Impulse des taktierten, pulslängenmodulierten Signals (e) bei den Vorderflanken der entsprechenden Impulse des taktierten, pulsamplitudenmodulierten Signals (c) auftreten, daß dabei die Hinterflanken der Impulse des taktierten, pulslängenmodulierten Signals (e) bei einer bestimmten Amplitude der entsprechenden Impulse des taktierten, pulsamplitudenmodulierten Signals (c) auftreten, und daß die dritte Vorrichtung (22) ein pulslängenmoduliertes Signal (f) mit unterdrücktem Takt erzeugt, bei dem die Vorderflanken und die Hinterflanken der Impulse bei den jeweiligen Hinterflanken der Impulse des tak-

" tierten, pulslängenmodulierten Signals (e) auftreten.
8. übertragungseinrichtung nach den Ansprüche 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Vorrichtung (24) ein schwingendes Signal (g) erzeugt, dessen Phase bei Auftreten der Vorderflanken und der Hinterflanken der Impulse des pulslängenmodulierten Signals (f) mit unterdrücktem Taktpuls verschoben ist.

109817/1862
9. Übertragungseinrichtung zum Empfang eines pulslängenmodulierten Signals mit unterdrücktem Taktpuls, welches eine kodierte Nachricht eines Analogsignals enthält, mit einer Einrichtung zum Kodieren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Vorrichtung (32), der ein Taktsignal (j) zugeführt wird und die auf das pulslängenmodulierte Signal (i) mit unterdrücktem Taktpuls anspricht, ein taktiertes, pulslängenmoduliertes Signal (k) erzeugt, wobei die Vorderflanken der Impulse des taktierten, pulslängenmodulierten Signals (k) bei den Taktimpulsen und die Hinterflanken der Impulse des taktierten, pulslängenmodulierten Signals (k) bei den vorderen und den hinteren Flanken der Impulse des pulslängenmodulierten Signals (i) mit unterdrücktem Taktpuls auftreten, daß das von der sechsten Vorrichtung (35) erzeugte taktierte, pulsamplitudenmodulierte Signal (1) Impulsamplituden aufweist, die den Impulsbreiten des taktierten, pulslängenmodulierten Signals entsprechen, und daß das von der siebten Vorrichtung (42,44) erzeugte Analogsignal (n) Amplituden aufweist, die den Amplituden der Impulse des taktierten, pulsamplitudenmodulierten Signals (n) entsprechen.
10. Einrichtung zum Kodieren und zum Dekodieren analoger Nachrichtensignale ,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Kodieren nach einem der Ansprüche 1 und 3» und eine Einrichtung zum Dekodieren nach einem der Ansprüche 4 bis 6.
11. Einrichtung zum Kodieren und zum Dekodieren analoger Nachrichtensignale nach Anspruch 10 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die fünfte Vorrichtung (32) eine achte Vorrichtung (28) angeschlossen ist, die auf das phasenumtastmodulierte Signal (g) durch Erzeugung eines pulslängenmodulierten Signals (i) mit unterdrücktem Taktpuls anspricht.

^Rei/Gu 109817/1862