DE2060375B2 - Empfänger für frequenzumgetastete Signale - Google Patents
Empfänger für frequenzumgetastete SignaleInfo
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- H04L27/14—Demodulator circuits; Receiver circuits
- H04L27/156—Demodulator circuits; Receiver circuits with demodulation using temporal properties of the received signal, e.g. detecting pulse width
- H04L27/1566—Demodulator circuits; Receiver circuits with demodulation using temporal properties of the received signal, e.g. detecting pulse width using synchronous sampling
Description
Die Erfindung betrifft einen Empfänger für frequenzumgetastete Signale mit einem Abtaster zur Erzeugung von Abtastwerten des frequenzumgetasteten
Signals, mit einem Wortgenerator zur Erzeugung von zahlendarstellenden, digitalen Vielbitsignalen in Abhängigkeit von den Abtastwerten, und mit einem Digitalfilter zur Verarbeitung der Vielbitsignale.
Bei der Datenverarbeitungs- und Datenvermittlungstechnik wird an die zentrale Verarbeitungseinheit oder Vermittlungseinheit eine große Anzahl von
ankommenden Datensignalkanälen herangeführt. Die Datenkanäle können aus Fernsprechleitungen bestehen, über die frequenzumgetastete Signale übertragen
werden. Die Wiedergewinnung der Gleichstrom-Datenbasisbandsignale aus den frequenzumgetasteten
Signalen erfolgt in einem Datensatzempfänger, der gewöhnlich Filterschaltungen benutzt (wie beispielsweise Bandpässe, Tiefpässe und Reonatoren). Unter
Datensatz ist hier eine aus mehreren Schaltungen zusammengesetzte Dateneinrichtung zu verstehen.
Da eine ganze Reihe von Kanälen angeschlossen ist, sind die Datensatzempfänger zusammen mit den
Sendern und der Steuereinrichtung manchmal zu Gruppen zusammengefaßt, um eine Anordnung zu
bilden, die als Mehrfach-Datensatz bezeichnet wird. Zur Herabsetzung der Größe, Kosten und Komplexität des Mehrfach-Datensatzes ist es vorteilhaft, eine
Einrichtung zu verwenden, die von allen Datensatzempfängern gemeinsam verwendet werden kann. Eine
solche, in der Vergangenheit schon verwendete Ein-
ίο
richtung ist eine genieinsame Stromversorgung für die
Datensätze.
Die aufwendigsten und komplexesten Bauteile sind jedoch die Digitalfilter. Die digitale Filterung ist ein
Rechisnprozeß, in dem sequentielle Zahlen, die Abtastwerte eines Analogsignals definieren, digital verarbeitet werden, um die Funktionen kontinuierlicher
Filter zu simulieren. Ein Digitalfilter ist daher eine digitale Schaltung, die den Rechenprozeß durchführt.
Das Ausgangssignal des Digitalfilters besteht aus einer Zahlenfolge, welche die Signalabtastwerte des gefilterten Analogsignals darstellen. Es ist offensichtlich,
daß eine Reihe von Signalquellen verarbeitet werden können, indem die Abtastwerte verschiedener Signale
— wobei die Zahlen die verschiedenen Abtastwerte darstellen - mit Hilfe der Multiplextechnik auf Zeitteilerbasis verarbeitet werden. Die Digitalfilter sind
daher in der Lage, auf einer Zeitteilerbasis eine Reihe von Kanälen zu bedienen.
Aus der DT-US 1512173 ist ein Empfänger für
frequenzumgetastete Signale zur Erzeugung von zahiendarsteiienden, digitalen Vielbiisignalen mii einem
Digitalfilter zur Verarbeitung der Vielbitsignale bekannt Dabei werden die Vielbitsignale in Abhängigkeit von Abtastwerten erzeugt. Diese Signalmuster,
welche die momentanen Amplituden der Rechteckwelleinsignale in einem Zeitintervall definieren, werden von einem Abtaster abgeleitet. Wegen der Vielzahl der Harmonischen, welche die Rechteckwelle
enthält, ergeben sich jedoch große Schwierigkeiten bei der digitalen Filterung, die insbesondere in den hohen
Kosten und der Komplexität der Schaltungen zu sehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Komplexität und den Aufwand des eingangs definierten Empfängers für frequenzumgetastete Signale zu
reduzieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst!, daß der Wortgeneratcr so ausgelegt ist, daß
er aufgrund von Abtastwerten dt.' Halbperioden einer
Polarität ein eine erste Zahl darstellendes Vielbitsignal und aufgrund von Signalabtastwerten der Halbperioden der anderen Polarität ein eine zweite Zahl
darstellendes Vielbitsignal zum Digitalfilter führt, und daß das Digitalfilter aufgrund der beiden Zahlen das
Grundbandsignal erzeugt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des Gegenstands der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Vorteile bezüglich einer Verminderung des Aufwandes und der Komplexität werden u. a. dadurch
erzielt, daß die Vorzeichen der Empfängerausgangsrahlein zum Aufbau der Signalabtastwerte verwendet
werden. Hierzu werden die Abtastwerte zu einer geeigneten Anordnung, wie z. B. einer Datenverarbeitungsanlage, übertragen, welche die Gleichstrom-Basisbaridsignale zurückgewinnt. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist es auch von Bedeutung,
daßdisr Analog-Digitalwandlf.r, der im Signalpfad vor
den digitalen Filtern liegt und auf frequenzumgetastete Signale anspricht, einen derartigen Aufbau besitzt, daß er Vielbitzahlen auf einen oder zwei Werte
begrenzt. Dem digitalen Filter werden dann zwei Digitalzjihlen (z. B. Binärzahlen mit mehreren Bits) zugeführt, und zwar die eine Zahl immer dann, wenn
das Abtastergebnis 1 ist (beispielsweise positive Halbwelle des frequenzumgetasteten Signals und die andere Zahl immer dann, wenn das Abtastsignal 0 ist
(beispielsweise negative Halbwelle des frequenzumgetasteten
Signals). Vorzugsweise ist dabei die eine Zahl das Komplement der anderen Zahl.
Die Ausgangszahlen des Wortgenerators werden also auf zwei Zählen begrenzt, die gleich groß, jedoch
unterschiedlich in ihrem Vorzeichen sind. Insbesondere erzeugt der Wortgenerator wiederholt identische
Gruppen von Bits, um Zahlen identischer Größe zu bilden und erzeugt ferner Vorzeichenbits, die dem Pegel
des ankommenden Signals entsprechen.
Das Vorzeichenbit wird in eine ihm entsprechende Position in der Bitgruppe eingefügt, um positive oder
negative Zahlen zu bilden, weiche die gleiche Größe haben.
Es ist bekannt, daß die Antworten digitaler Filter Antworten zweiter, dritter usw. Ordnung mit enthalten
und höhere Frequenzanteile darstellen. Die Nichtlinearität analoger Filter, die sie besitzen, wenn
sie starke Begrenzungen vornehmen, erzeugen Signalharmomsche,
die in die Bänder dieser Filterschwingungen höherer Ordnung fallen. Es ist für die
Erfiödung daher weiterhin wesentlich, daß die Abtastfrequenz
mit den anderen Systemparametern betrachtet wird und sie so festgelegt wird, daß sie in einer
Lücke des Frequenzspektrums liegt, das von den digitalen Filtern infolge der Antworten höherer Ordnung
und den Signalharmonischen gebildet wird.
Im folgenden wird die Erfindung eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der verschiedenen Einrichtungen und deren Zusammenschaltung zu einem
Mehrfach-Datensatzempf anger gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild von Einzelheiten des Abtasters und Analog-Digitalwandlers,
Fig. 3 und 4, die nebeneinander anzuordnen sind, ein Blockschaltbild von Einzelheiten der Schaltung,
wie beispielsweise des Digitalfilters und des Diskriminators,
die so zusammengeschaltet sind, daß sie einen gemeinsamen Digitalempfänger darstellen,
Fig. S das Blockschaltbild einer gemeinsamen Taktschaltung, und
Fig. 6 das Blockschaltbild einer Verteilerschaltung und eines numerischen Ausgangssignalbegrenzers,
und
Fig. 7 und 8 Diagramme der Wellenformen, die jeweils die Bänder der Filterschwingungen höherer
Ordnung und der Signalharmonischen darstellen, die von dem Analog-Digitalwandler erzeugt werden.
Der Digitalempfänger wird mit Vorteil in einem System verwendet, diis als Mehrfach-Datensatzempf
anger beschrieben werden kann, welches eine Anzahl von ankommenden Fernsprechleitungen, die frequenzumgetastete
Signale führen und eine entsprechende Anzahl von Datenverbrauchern oder datenverarbeitenden
Maschinen verbindet, die geeignet sind, Basisband-Binärdatensignale zu empfangen.
Insbesondere wird das ankommende frequenzumgetastete Signal auf jeder der Fernsprechleitungen demoduliert
und die hieraus gewonnenen Gleichstrom-Basisbanddatensignale
zu einer entsprechenden Datenverarbeitungsmaschine übertragen. Im allgemeinen werden diese Funktionen von einem Abtaster und
einem Analog-Digitalwandler wahrgenommen. Diese sind in Fig. 1 als Block 101 dargestellt. Hierzu gehören
ferner der Digitalempfänger 102, der Verteiler und numerische riegrenzer 103 und schließlich der
Taktzähler 104, der r*ie Synchronisation des Systems aufrechterhält
An dem Abtaster und Analog-Digitalwandler 101 sind eine Reihe von Fernsprecbleitungen angeschlossen,
die als Gruppe identifiziert sind und als Leitungen 100 bezeichnet sind. Fig. 1 zeigt π Leitungen, von
denen jede symbolisch die a- und ft-Ader einer Fernsprechleitung
darstellt und die von 1 bis η durchnumeriert sind. Der Verteiler und numerische Begrenzer
103 besitzt eine Anzahl von Ausgangsleitungen, die
ίο zu Datenverarbeitungsmaschinen führen, die als eine
Gruppe von Maschinen 105 bezeichnet sind. Die Fig. 1 zeigt π Maschinen, von denen jede mit einer
Zahl von 1 bis η numeriert ist und den Zusammenhang zwischen einer der Maschinen 105 und einer entsprechend
numerierten Fernsprechleitung aus der Gruppe 100.
Zuerst sei der Abtaster und Analog-Digitalwandler 101 betrachtet. Diese Schaltung besteht aus drei Untersystemen,
die die folgenden Funktionen durcLführen:
(1) Überwachung der ankommenden frequenzumgetasteten Signale auf jedes der Fernsprechleitungen
100 und Erzeugung eines Einzelbit-Signals für jede Leitung, das der Polarität des
2; frequenzumgetasteten Signals entspricht;
(2) Abtastung des erzeugten Einzelbits, gesteuert vom Taktzähler 104 und Erzeugung aufeinanderfolgender
Bitzüge, wobei jeder Zug aus einer Folge von Bits besteht, die aufeinanderfolgend
jo die numerische Folge der Leitungen 100 bilden
und den Einzelbit-Signalen entsprechen, die in Abhängigkeit von den frequenzumgetasteten Signalen
erzeugt werden; und
(3) Erzeugung einer Mehrfachbit-Zahl während je-Γ)
des Zeitabschnittes oder Intervalls, der jedem
der abgetasteten Bits in dem Bitzug zugeteilt ist, wobei die Zahl einen Wert besitzt, der von dem
Einzelbit gesteuert ist und der die Polarität des Frequenzumtastungssignals bestimmt.
Das Ausgangssignal des Abtasters und Analog-Di ■
gitalwandlers 101 besteht daher aus einer Folge von Mehrfachbit-Zahlen in einem Zug, wobei jede Zahl
eine Reihe von Bits ist, die die Nummer definiert, die einer ankommenden Fernsprechleitung entspricht
4"> und die einen Wert hat, der die augenblickliche Polarität
des frequenzumgetasteten Signeis auf der Leitung angibt.
Der Zug von Mehrfachbit-Zahlen wird zu dem Digitalempfänger 102 übertragen. Die Funktion des Di-
-><> gitalempf ängers 102 besteht darin, jede seriale Bitzahl
zu empfangen und diese Zahl mit Hilfe der Digitalfiltertechnik zu verarbeiten, um auf diese Weise Ausgangszahlen
zu errechnen, die die Basisband-Datcnsignale bezeichnen, die von jedem frequenzumgetasteten
Signal abgeleitet werden. Insbesondere ist das Ausgangssignal, wie im folgenden ausführlich erläutert
werden wird, eine positive Zahl, wenn die Eingangsfrequenz des frequenzumgetasteten Signals über
der Trägerbandmittenfrequenz Hegt (die beispieis-
M) weise ein ankommendes Zeichensignal anzeigen
könnte) und die Ausgangszahl ist negativ, wenn die Frequenz des ankommenden frequenzumgetasteten
Signals unter der Bandmitte der Trägerfrequenz liegt (wodurch ein ankommendes Pausensignal angegeben
würde).
Der Verteiler iod numerische Begrenzer 103 empfängt die Ausgangszahlen des Digitalempfängers und
führt, gesteuert vom Taktzähler, drei Funktionen
durch. Diese sind:
(1) Begrenzung des Signals durch Bestimmung, ob das Signal positiv oder negativ ist,
(2) verteilt das begrenzte Signal zu einer Anzahl von Flipflop-Pufferspeichern, die jeder der Maschinen
105 zugeordnet sind,
(3) speichert das Signal in den Flipflop-Pufferspeichern, um eine Anzahl von Ausgangssignalen auf
den Leitungen bereitzustellen, die zu den Maschinen 105 das spezielle Zeichen- oder Pause η-datensignal
übertragen.
Der Taktzahler erzeugt, wie vorher schon beschrieben wurde, eine Bitzählung für die Mehrbit-Zahl (die
in einem Ausführungsbeispiel eine Zehn-Bit-Zahl ist) und erzeugt die Kanalzählungen fUr die sequentielle
Abtastung der Kanäle und die Verteilung der begrenzten Signale. Der Taktzähler besteht im allgemeinen
aus einer Taktquelle, beispielsweise einem Oszillator 401 in Fig. 5, einem Sitting 462 üi'id einem
Kanalring 403. Das Ausgangssignal des Oszillators 401 wird zur Steuerung des Bitringes 402 zu diesem
übertragen. Der Bitring 402 besteht in vorteilhafter Weise aus einem zehnstelligen Ringzähler, bei dem
jede Stufe ein Ausgangssignal auf eine der zehn Bit-Zähl-Leitungen
107 überträgt. Daher, beginnend mit der Leitung Oder Bit-Zähl-Leitungen 107, werden die
Leitungen sequentiell mit Impulsen beaufschlagt, um Zeitabschnitte zu definieren, die den serialen Bits in
der Mehrbit-Zahl zugeordnet sind.
Das Ausgangssignal des Bitringes 402, das entsteht, wenn die letzte Leitung 9 der Bit-Zähl-Leitungen 107
mit einem Impuls beaufschlagt wird, wird zu dem Kanalring 403 übertragen. Der Kanalring 403 besteht
ebenfalls in vorteilhafter Weise aus einem mehrstufigen Ringzähler, dessen Stufenzahl der Zahl der ankommenden
Fernsprechleitungen oder Kanäle und der entsprechenden Anzahl von Maschinen entspricht,
die bedient werden sollen. Jede Stufe erzeugt ein Ausgangssignal auf einer von η Leitungen der Kanal-Zähl-Leitungen
108. Daher werden die η Leitungen der Kanal-ZähJ-Leitungen 108 sequentiell mit
Impulsen beaufschlagt, wobei jedes sequentielle Impulsintervall einem vollständigen Umlauf des Bitringes
402 entspricht, d. h., daß in einem solchen Intervall alle Leitungen der Bit-Zähl-Leitungen 107
sequentiell mit Impulsen beaufschlagt werden.
Die sequentiellen Impulse auf den Kanal-Zähl-Leitungen
108 dienen zur Abtastung der Einzelbits, die von den Fernsprechleitungen 100 abgeleitet werden.
Die sequentiellen Impulse und daher die Umlaufgeschwindigkeit des Kanalringes 403 definieren
die Abtastfrequenz. Die untere Grenze dieser Abtastfrequenz wird von der Frequenz der frequenzumgetasteten
Signale auf den Fernsprechleitungen gesteuert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die
Zeichenfrequenz des Frequenzumtastungssignals 1270 Hz und die Pausenfrequenz 1070 Hz. Für jeden
Zyklus der höchsten kennzeichnenden Signalfrequenzkomponente müssen mindestens zwei Abtastwerte
erzeugt werden. Hierdurch ist im allgemeinen die untere Grenze der Abtastfrequenz festgelegt. Eine
zweite Betrachtung jedoch betrifft die Verzerrung, die von dem Abtaster und Analog-Digjtalwandler 101
verursacht wird, eine Betrachtung, die, wie später noch erläutert wird, dazu führt, eine höhere Abtastfrequenz
festzulegen. In jedem Falle steuert die Frequenz des Oszillators 401 die Umlaufgeschwindigkeit
des Bitringes 402 und dieser seinerseits die Umlaufge-
schwindigkeit des Kanalringes 403, die die vorgegebene Abtastfrequenz definiert.
Jede ankommende Fernsprechleitung aus dem Bündel 100 ist an dem Abtaster und Analog-Digital-Wandler
101 angeschlossen. Die ankommenden frequenzumgetasteten Signale werden hier in Einzelbitsignale
umgewandelt in ein Zeitvielfach eingeordnet und zu einem Wortzahlengenerator übertragen. Wie
Fig. 2 zeigt, ist die a- und ft-Ader jeder ankommenden
Fernsprechleitung, wie beispielsweise der Leitung 1, über die Primärseite eines Transformators,
beispielsweise des Transformators Tl, miteinandei verbunden. Die Sekundärseite des Transformators ist
ihrerseits mit dem Analog-Bitwandler 110 im Abtaster und dem Analog-Digitalwandler 101 verbunden
Insbesondere ist die Sekundärseite des Transformators Tl zu der Analog-Bitschaltung 1 des Analog-Bitwandlers
110 geführt. Die Sekundärseite aller anucfcn ι ränSiOrrnätGrCn lUnft ZU CiTiCT Γ-ιΠαιΟ^-υίτ-
schaltung, die der jeweiligen Fernsprechleitunj zugeordnet ist.
Jede Analog-Bitschaltung besitzt im wesentlicher den gleichen Aufbau. Bei der Analog-Bitschaltung 1
ist die Sekundärseite des Transformators Π zu einerr Eingang des Operationsverstärkers 201 geführt. Dei
andere Eingang dieses Operationsverstärkers 201 liegt an Erdpotential, so daß sein Ausgangssignal daher
ein jvjsitives oder negatives Signal ist, abhängt
von der Relation des ankommenden frequenzumge tasteten Signals zu dem Erdpotential. Dieses Aus
gangssignal steuert eine Transistorstufe 202 in Emitterschaltung,
die eingeschaltet wird, wenn das an ihre Basis angelegte Signal positiv gegenüber Erde ist, unc
diese Schaltung wird ausgeschaltet, wenn das an ihn Basis angelegte Eingangssignal negativ bezüglich Erde
ist.
Der Kollektor der Transistorstufe 202 ist direkt mi
einem Toreingang des Einstelleingangs des Flip-Flop; 203 verbunden und über einen Inverter 204 mit den
Toreingang des Rückstelleingangs des Flip-Flops ver bunden. Die Torsteuerung wird mit Hilfe der Lei
tung 0 der Bit-Zähl-Leitungen 107 durchgeführt, wo durch die Eingangstore von einem Taktimpuls irr
leitenden Teil von jedem abtastenden Kanal-Zähl-In
tervall geöffnet werden. Wenn daher die Transistor stufe 202 ausgeschaltet ist und ein Taktimpuls er
scheint, wird der Flip-Flop 203 eingestellt, und wem andererseits die Transistorstufe 202 eingeschalte
wird und ein Bit-Taktimpuls erscheint, wird der Flip Flop 203 zurückgestellt. Alle diese Operationen tre
ten zu Beginn des Abtastintervalls auf.
Das Ausgangssignal des Flip-Flops 203 ist dahe: ein Rechteckwellensignal, dessen An- und Abstiegs
punkte nahezu gleichzeitig mit den An- und Abstiegs punkten des frequenzumgetasteten Signals liegen um
dessen Pegel der Polarität des ankommenden fre quenzumgetasteten Signals entspricht. Das Rechteck
wellensignal ist daher analog einem frequenzumge
tasteten Signal, das stark begrenzt wurde. Diese bringt nichtiineare Verzerrungen dieses Signals mi
sich, und zwar in der Form von Harmonischen, dii ernste Schwierigkeiten für die digitale Filterung dar
stellen. Die Art und Weise, in der diese Schwierigkei ten überwunden werden, wird im folgenden beschrie
ben.
Das Rechteckweuensignai wird dann zu dem Ab tasterteil Ul des Abtasters und Analog-Digrtalwand
lers 101 übertragen.
Der Abtaster 111 besteht im allgemeinen aus den Toren 205(1) bis 2O5(n), wobei jeder der Fernsprechleitungen 100 ein Tor und ein gemeinsames ODER-Tor 206 zugeordnet ist. Ein Eingang jedes dieser Tore
empfängt das Rechteckwellensigna] der entsprechenden Analog-Bitschaltung 203. Der andere Eingang
der Tore 205(1) bis 205(n) ist zu den Leitungen der Kant».1.'Zahl-Leitungen 108 geführt, die die entsprechende Leitung oder den entsprechenden Kanal, der
dem Tor zugeordnet ist, identifiziert. Wie zuvor schon erläutert wurde, werden die Kanal-Zähl-Leitungen
108 sequentiell mit Impulsen gefüttert. Die Übertragung eines Impulses auf die Leitung 1 der Kanal-Zähl-Leitungen 108 öffnet ihrerseits das Tor 205(1),
das deshalb das Rechteckwellen-Ausgangssignal des Flip-Flops 203 abtastet.
In ähnlicher Weise werden die Ausgänge der Flip-Flops, die dem Flip-Flop 203 entsprechen, aber den
anderen Leitungskanälen zugeteilt sind, in Aufeinan derfolge von den Toren 205(2) bis 205(n) abgetastet
und die abgetasteten Ausgangswerte ebenso über das ODER-Tor 206 zu dem Wort-Zahlengenerator 112
übertragen. Das Ausgangssignal des ODER-Tores 206 besteht daher aus einem Zug von verschachtelten
Bits, wobei jedes Bit in einem Zeitabschnitt ausgerichtet ist, der einer ankommenden Leitung oder einem ankommenden Kanal zugeteilt ist und die augenblickliche Polarität des frequenzumgetasteten Signals
dieses betreffenden Kanals definiert. Der Impulszug wird zu dem Wortzahlengenerator 112 übertragen.
Dt Wortzahlengenerator 112 des Abtasters und
Analog-Digitalwandlers 101 besteht aus einer Anzahl von UND-Toren und ODER-Toren, die die zehn Bits
eines Zehn-Bit-Datenwortes erzeugen und aus einem mit Steuertoren versehenen Komplementbilder für
die Übertragung des Wortes, wenn eine positive Zahl gewünscht wird und für die Bildung des Zweier-Komplements, wenn eine negative Zahl gewünscht wird.
Die zehn Leitungen der Bit-Zähl-Leitungen 107 führen zu den UND-Toren 210(0) bis 210(9) und öffnen sequentiell die Torschal hingen während jedes
Abtastintervalls. Die UND-Tore erzeugen ihrerseits ein »1 «-Bit oder ein »O«-Bit, abhängig davon, ob die
andere Eingangsleitung über die manuellen Schalter 211(0) bis 211(9) an Erdpotential gelegt sind oder
nicht. Dieses Bit wird dann zu dem ODER-Tor 209 übertragen, wodurch wiederholt eine Zehn-Bit-Zahl
oder -Wort erzeugt wird. Jedes Bit dieses Zehn-Bit-Wortes wird serial erzeugt. Diese serialen Bitzahlen
werden dann zu dem über Torschaltungen gesteuerten Komplementbilder 208 übertragen.
Die Eingangssignale des mit Torschaltungen versehenen Komplementbilders 208 bestehen aus den serialen Bitwortausgangssignalen des ODER-Tores
209, den abgetasteten Bit-Zügen von dem ODER-Tor 206 und einer Quelle von (nicht dargestellten)
Taktimpulsen, die von den Bit-Zähl-Leitungen 107 abgeleitet werden, um die Torsteuerung für jedes Bit
in dem Mehrbit-Wort und die Rückstellung der Schaltung nach dem Abschluß eines serialen Wortes durchzuführen. Der mit Torschaltungen versehene Komplementbilder 208 besteht aus einer konventionellen
Torschaltung (die nicht dargestellt ist), die von den Bits 1 oder 0 des ODER-Tores 206 gesteuert wird.
Der Komplementbüder 208 überträgt entweder die Mehrbit-Zahl zu dem Ausgang der Schaltung oder zu
einem Zweier-Komplementbflder (nicht gezeigt), der
in der Schaltung 208 enthalten ist Wenn das abge
tastete Bit des ODER-Tores 206 ein l-Bit ist, (die
Polarität des frequenzumgetasteten Signals ist positiv) dann wird die seriate Zahl unverändert zu dem Ausgang des mit Toren versehenen Komplementbilders
208 übertragen. Wenn dagegen das abgetastete Bit ein O-Bit ist, dann wird die seriale Zahl zu dem
Zweier-Komplementbilder übertragen, dessen Ausgangssignal das Zweier-Komplement des Mehrbit-Wortes darstellt. Der Zweier-Komplementbilder besitzt in vorteilhafter Weise einen Aufbau, wie er in
den IEEE Transactions on Audo and Electroacoustics, Band AU-16, Nr. 3, »An Approach to the Implementation of Digital Filters« von L. B. Jackson, J.
F. Kaiser und H. S. McDonald, Seite 413 beschrieben ist.
Daher besteht das Ausgangssignal des Komplementbilders 208 aus einer Folge von Zehn-Bit-Zahlen
von invariabler Größe mit positivem oder negativem Vorzeichen, abhängig von der Polarität des ankommenden frequenzumgetasteten Signals. Dieses Ausgangssignal wird dann zu dem Eingang des Digitalempfängers 102 übertragen.
Die Signale, die in den Eingang des Digitalempfängers 102 eingespeist werden, werden direkt zu dem
Empfänger-Bandpaßfilter 301, in Fig. 2 dargestellt, übertragen. Das Empfänger-Bandpaßfilter 301 besteht in vorteilhafter Weise aus einem Butterworth-Bandpaßfilter vierter Ordnung, dessen Übertragungsbereich sich von 1020 Hz bis 1320 Hz erstreckt.
Das Ausgangssignal dieses Bandpaßfilters 301 wird zu einem Diskriminator 302 übertragen, der aus zwei
Resonatoren besteht, von denen der eine auf 1020 Hz und der andere auf 1320 Hz abgestimmt ist. Die Ausgänge des Diskriminator 302 werden in einem
Gleichrichter 303, dargestellt in Fig. 4, vollwellengleichgerichtet (im numerischen Sinne) und die beiden
auf diese Weise erzielten Ausgangssignale im Subtrahierer 304 voneinander abgezogen. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 304 wird zu einem Tiefpaßfilter
305 übertragen, dessen obere Grenzfrequenz bei 300 Hz liegt. Die Zahlen, die von dem Tiefpaßfilter
ausgehen, stellen Amplitudenwerte des wiedergewonnenen Basisband-Signals dar und der Verteiler
und numerische Begrenzer 103 benutzt, wie später noch ausführlich erläutert werden wird, das Vorzeichen dieser Zahlen, um das Basisband-Datensignal zu
erzeugen.
Das Empfänger-Bandpaßfilter 301 besteht aus den in Kaskade geschalteten Abschnitten 306 und 307
zweiter Ordnung. Jeder der Abschnitte zweiter Ordnung besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau.
D°r Abschnitt 306 beispielsweise enthält die Addierer 308,309 und 310, die Verzögerungsschaltungen 311
und 312, die eine Verzögerungszeit von einer Einheit besitzen, und den Ruckkopplungsmultiplizierern 313
und 314.
Es ist im folgenden zu verstehen, daß, wenn nichts anderes angegeben wird, die verschiedenen Schaltungen in dem Digitalempfänger Digitalschaltungen darstellen, deren Eingänge von einer Taktquelle, die nicht
dargestellt ist, aber von den Bit-Zähl-Leitungen 107
abgeleitet wird, getaktet werden. Insbesondere sind die Bit-Zähl-Leitungen in vorteilhafter Weise über ein
ODER-Tor zusammengefaßt, um eine Taktimpulsquelle abzugeben, deren Impulsfolgefrequenz von den
Impulsen auf allen Bit-Zähl-Leitungen bestimmt ist. Jedes Bit der serialen Zahl wird daher serial zu verschiedenen Schaltungen übertragen, die die verschie-
denen Zahlen auf Zeitteilerbasis serial verarbeiten.
Ein Multiplizierer, der für die Verwendung in der vorliegenden Anordnung geeignet ist, ist ebenfalls in
dem vorher erwähnten Aufsatz von L. B. Jackson et. al. beschrieben. Die Multiplikationskonstante die- >
ser Multiplizierer wird durch die Nennerkoeffizienten
der Filter bestimmt, die dadurch berechnet werden, daß eine Teilbrucherweiterung produziert wird, die
für Parallelfilter geeignet ist. Die Zähler werden ohne zusätzliche Multiplizierer verwirklicht, da im vorlie- ">
genden Beispiel die Koeffizienten entweder »1« oder »0« sind. Die Verzögerungsschaltungen mit einer
Verzögerungszeit von einer Einheit werden durch Schieberegister verwirklicht, die eine genügend große
Anzahl von Stufen besitzen, um die Zehn-Bit-Worte ι > aller Kanäle (dieses sind 1On Stufen) zu speichern.
Das Ausgangssignal des Abschnitts 306 zweiter Ordnung wird dann von dem Multiplizierer 315 skaliert,
bevor es zn dem Abschnitt 307 zweiter Ordnung übertragen
wird. Diese Skalierung wird überall im System -><> verwendet, um die Amplitude des Ausgangssignals
bezüglich der Verstärkung der Filterabschnitte zu steuern.
Fig. 7 zeigt die Antworten des Empfänger-Bandpaßfilters 301 und enthält eine Antwort erster Ord- r>
nung 601 und eine Antwort zweiter Ordnung 602. Die Antwort zweiter Ordnung 602 ist die gleiche, wie
die Antwort erster Ordnung 601, gespiegelt an der Abtastfrequenz, die mit 8000 Hz gewählt wurde. Das
Muster wird daher in 8000-Hz-Intervallen wiederholt, to
Es ist ferner das Spektrum eines 300-Bit-pro-Sekunde-(Morse-)Punktsignals (Zeichensignal + Pausensignal),
das die 1070-Hz- und 1270-Hz-Frequenzanordnungen verwendet, einschließlich der ersten,
dritten, fünften und siebenten Harmonischen darge- r> stellt. Deren signifikante Darstellungen sind allgemein
in Fig. 8 als Linien 604, 605, 606 und 607 eines Linienspektrums dargestellt. Diese Harmonischen sind
wegen der von den Analog-Digitalwandlern vorgenommenen Begrenzung vorherrschend. Es muß daher j<
> eine Vorsorge gegen die unerwünschten Effekte dieser Nichtlinearitäten getroffen werden. Es ist zu erkennen,
daß keine größere Harmonische in den Durchlaßbereich des Empfängerfilters fällt. Dieses
wird durch eine Verschachtelung der Filterantworten -r>
und der Signalharmonischen erreicht. Der primäre Parameter, der wirksam ist, um eine derartige Verschachtelung
zu gestatten, ist die Abtastfrequenz. Insbesondere ist bei der Wahl der in einem System zu
betrachtenden Parameter eine Betrachtung der Ab- ->o
tastfrequenz enthalten, so daß die spezielle Abtastfrequenz zusammen mit den Filterkoeffizienten in der
Weise ausgewählt werden soll, daß die Filterantworten höherer Ordnung und die Signalharmonischen
verschachtelt sind, um die Wirkung der Nichtlinearitäten, die durch die Analog-Digitalwandler verursacht
werden, möglichst gering gehalten werden.
Die Ausgangssignale des Filterabschnittes 307 zweiter Ordnung werden von dem Multiplizierer 316
skaliert und dann zu dem Diskriminator 302 übertra- t>o gen. Insbesondere werden diese Signale parallel zu
beiden Resonatoren 318 und 319 übertragen, die null-freie Abschnitte zweiter Ordnung sind. Jeder Resonator
besteht aus einem Paar von Addierern, zwei Schieberegistern für die Einheitenverzögerung und b5
zwei RückRoppeunuluplizierern, deren Muiüplikarjonskonstante
von den Filterkoeffizdenteri bestimmt sind, wie bereits früher im Zusammenhang mit den
Filterabschnitten im Empfänger-Bandpaßfilter 301 beschrieben W|jde. Der Resonator 318 ist auf
1320 Hz und der Resonator 319 auf 1020 Hz abgestimmt. Die Ausgangssignale der Resonatoren werden
dann über die Leitungen 320 und 321 zu der Gleichrichterschaltung 303 übertragen.
Der Vollwellen-Gleichrichtungsprozeß in einer Zweier-Komplementarithmetik erfordert, daß das
Eingangswort unverändert bleibt, wenn das Vorzeichenbit positiv ist, daß aber die Komplementbildung
vorgenommen wird, wenn das Vorzeichen negativ ist. Das letzte kennzeichnende Bit eines Datenwortes
kommt zuerst in das seriate System hinein, wo hingegen das Vorzeichenbit als letztes eintrifft. Zur Gleichrichtung
des Datenwortes wird dieses zu einer Einheitsverzögerungsschaltung
übertragen, beispielsweise zu dem Schieberegister 324, und steht deshalb am Ausgang desselben während des nächsten Abtastzyklus
zur Verfügung. Das Vorzeichenbit des Wortes wird gleichzeitig zu einer parallelen Verzögerungseinheit
übertragen, beispielsweise dem Schieberegister 325, und in das Register mittels der Bit-Zähl-Lcitung
9, die wie zuvor erläutert wurde, den Abtastiimpuls für das letzte Bit eines Wortes erzeugt,
getaktet.
Das Schieberegister 325 besitzt η Stufen (entsprechen
den η Fernsprechkanälen). Das Vorzeichenbit steht daher am Ausgang des Schieberegisters 325
während des nächsten Abtastzyklus und gleichzeitig mit der Verfügbarkeit des Mehrbit-Datenwortes am
Ausgang des Schieberegisters 324 bereit. Das Datenwort wird daher zu dem mit Torschaltungen versehenen
Koinplementbilder 326 gleichzeitig mit dem Vorzeichenbit
übertragen. Das Ausgangssignal des Kompkimentbilders 326 auf der Leitung 327 enthält
daher das vollwellen-gleichgerichtete Signal des Date η Wortes auf der Leitung 320. In ähnlicher Weise
werden die Datenwörter auf der Leitung 321 gleichgerichtet und die vollwellen-gleichgerichteten Signale
zu der leitung 328 übertragen. Die beiden gleichgerichteten
Signale auf den Leitungen 327 und 328 werden dann zu dem Subtrahierer 304 übet jagen, der
in vorteilhafter Weise ebenfalls den in dem genannten Aufsat2: beschriebenen Aufbau besitzt.
Das Ausgangssignal des Subtrahierers wird zu dem Tiefpaßfilter 305 übertragen, das die Konfiguration
eines Butterworth-Filters zweiter Ordnung und eine obere Grenzfrequenz von 300 Hz besitzt. Das Filtereingangssigna]
wird zuerst jedoch über den Multiplizierer 330 übertragen, der das Signal skaliert, um die
Amplitude des Ausgangssignals bezüglich der Verstärkung der Filterabschnitte zu steuern. Das Filter
besteht aus. Addierern, Einheitsverzögerungsschaltungen und Multiplizierern, deren Aufbau der in den
anderen digitalen Filterabschnitten verwendeten Konfiguration ähnlich ist. Die Ausgangssignale des
Tiefpaßfilters 305 stellen dann die Basisband-Signale dar, die zu dem Verteiler und numerischen Begrenzer
103 übertragen werden.
Die serialen Datenwörter werden vom Digitalempfänger
102 zu dem Vorzeichenauswähler 113 des Verteilers und numerischen Begrenzers 103, wie zuvor
erläutert wurde, übertragen. Insbesondere wird, wie Fig. 6 zeigt, das Digitalwort direkt zu dem ersten Tor
502 im Vorzeichenauswähler 113 und über den Inverter
£01 zu einem zweiten Tor 503 übertragen. Die Funktion der genannten Tore besteht darin, das Vorzeichenbit
abzutasten und den Abtastwert zu dem
Flip-Flop 504 zu übertragen. Die anderen Eingangsleitungen der Tore 502 und 503 sind zusammengefaßt
und mit der Leitung 9 der Bit-Zähl-Leitungen 107 verbunden. Die Leitung 9 definiert den Zeitabschnitt,
der dem Vorzeichenbit zugeteilt ist. Wenn daher ein ankommendes Datenwort positiv ist, bildet das Vorzeichenbit
ein »1«-Bit, das über die Torschaltung 502 zur Einstellung des Flip-Flops 504 übertragen wird.
Ein »O»-Bit wird invertiert und über das Tor 503 zur Rückstellung des Flip-Flop 504 übertragen. Der
Flip-Flops wird daher von einem positiven Vorzeichenbit eingestellt und bleibt es so lange, bis ein negatives
Vorzeichenbit von dem Ausgang des Digitalempfängers 102 das Flip-Flop zurückstellt. Das
Flip-Flop 5C4 bleibt dann so lange zurückgestellt, bis ein positives Vorzeichenbit von dem Digitalempfänger
102 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 504 wird dann zwei-adrig zu dem Verteiler 114
übertragen.
Der Verteiler 114 besteht aus einer Anzahl von UND-Tor>aaren, von denen bestimmte Tore der
Gruppe 506(a) bis 506(n) mit bestimmten der Gruppe 507(a) bis 50iT(n) zu Paaren zusammengeschaltet sind,
wobei jdes Paai einem Kanal zugeordnet ist. In Übereinstimmung hiermit werden die Kanal-Zahl- Leitungen
108 zu einem entsprechenden Paar von Toren geführt, wodurch jedes Torpaar gleichzeitig mit der
Abtastung des entsprechenden Kanals geöffnet wird.
Der »1 «-Ausgang des Flip-Flops 504 ist mit einem Tor von jedem Paar, beispielsweise Tor 506(a) verbunden,
wo hingegen der »0«-Ausgang mit dem anderen Tor von jedem Paar, beispielsweise Tor 506(b)
"> verbunden ist. Da der Flip-Flop 504 das Vorzeichenbit
des Wortes in dem gerade abgetasteten Kanal speichert, verursacht die öffnung des forpaares, des dem
Kanal zugeordnet ist, die Übertragung des Vorzeichenbits des Kanalwortes über das Torpaar zu de*n
i" Puffer-Flip-Flop 115. Speziell wenn ein »positives«
Vorzeichenbit im Flip-Flop 504 gespeichert ist und das Torpaar, das die Tore 506(a) und 506(b) enthält,
geöffnet wird, dann wird ein »1 «-Bit über das Tor 506(a) zur Einstellung des Puffer-Flip-Flops 508(a)
ι' übertragen, das auf den gleichen Kanal anspricht wie
das Torpaar. Wenn andererseits ein »negatives« Vorzeichenbit im Flip-Flop 504 gespeichert ist, dann wird
über das Tor 507(a) zur Rückstellung des Puffer-Flip-Flops 508(a) übertragen. Der Flip-Flop 508(a)
-'» wird daher in der Einstell- oder Rückstellage gehalten,
bis eine Änderung der Signalpolarität auftritt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 508(a) stellt daher
ein wiedergewonnenes Datensignal dar, das dem ankommenden frequenzumgetasteten Signal
-'" entspricht. Dieses Datensignal wird dann zu der
entsprechenden Maschine der Gruppe 105 übertragen, um, wie vorher angedeutet wurde, gespeichert
zu werden.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Empfänger für frequenzumgetastete Signale mit einem Abtaster zur Erzeugung von Abtastwerten des frequenzumgetasteten Signals, mit einem Wortgenerator zur Erzeugung von zahlendarstellenden, digitalen Vielbitsignalen in Abhängigkeit von den Abtastwerten, und mit einem Digitalfilter zur Verarbeitung der Vielbitsignale, d adurch gekennzeichnet, daß der Wortgenerator (112) so ausgelegt ist, daß er aufgrund von
Abtastwerten der Halbperioden einer Polarität ein eine erste Zahl darstellendes Vielbitsignal und
aufgrund von Signalabtastwerten der Halbperioden der anderen Polarität ein eine zweite Zahl
darstellendes Vielbitsignal zum Digitalfilter (301) führt, und daß das Digitalfilter aufgrund der beiden Zahlen das Grundbandsignal erzeugt
2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zahl das Komplement der ersten Zahl ist.
3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zahl und ihr Komplement gleiche Größe und entgegengesetztes Vorzeichen haben.
4. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielbitsignale mit einer
Rate wiederholt erzeugt werden, die die unerwünschten Durchlaßbereiche des Digitalfilters im
Frequenzspektrum zwischen die durch die Nichtlinearitäten ies Empfängers erzeugten Signalharmonischen schiebt.
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