DE2061705A1

DE2061705A1 - Einrichtung zur Funktionsstorungs überwachung fur ein Zeitmultiplex Über tragungssystem mit Pulscodemodulation

Info

Publication number: DE2061705A1
Application number: DE19702061705
Authority: DE
Inventors: Haruo Yano Kaoru Tokio R Kaneko
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1969-12-16
Filing date: 1970-12-15
Publication date: 1971-06-16
Also published as: JPS5012859B1; US3737584A; FR2073797A5; DE2061705B2; GB1326926A; NL7018174A

Description

Dipl.-Ing. Max Bunke, 7 Stuttgart, Les'-:ingstr.9.

Einrichtung zur Funktionsstörungsüberwachung für ein Zeitmultiplex-Übertragungssyatem mit Pulskodemodulation

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Funktionsstörungsüberwnchung für die Analogschaltung eines Zeitmultiplex-Übertragungssystemes mit Pulskodemodulation, und betrifft insbesondere eine solche Einrichtung zur Funktionsstörungsüberwachung, die ein Pilotsignal verwendet.

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Wenn in einem Kommunikationssystem ein Fehler auftritt, ist es im allgemeinen dringend notwendig, die Fehlerquelle zu lokalisieren und das Kommunikationssystem wieder herzustellen, indem das fehlerhafte Schaltfeld ersetzt oder der fehlerhafte Abschnitt repariert wird. Ein Zeitmultiplex-Übertragungssystem mit Pulskodemodulation besteht aus Überführungsgeräten und einer Übertragungs- oder Verstärkungsleitung, wobei die Überführungsgeräte wiederum aus einer digitalen und einer analogen Schaltung bestehen. Die meisten Fehler in der Übertragungs- oder Verstärkungsleitung und der digitalen Schaltung können durch Überwachen der Rastersynchronisierung angezeigt werden. Dieses Verfahren kann jedoch keine Fehler in der analogen Schaltung anzeigen. Ein bekanntes Verfahren zum Überwachen von Fehlern in der analogen Schaltung besteht in der Übertragung eines Pilotsignales, indem man dieses Signal senderseitig in einen freien Kanal einspeist und das Pilotsignal empfsngsseitig überwacht. Bei diesem Verfahren ist das Pilotsignal ein Gleichstromsignal. Beispielsweise wird bei dem Verfahren, das in der US-Patentschrift 3 259 695 "Malfunction monitoring of time division multiplex PCM equipment" von Ryuichi Murakami beschrieben ist, von einem Gleichstromsignal als Pilotsignal Gebrauch gemacht. Der Grund für die Verwendung eines Gleichstromsignales als Pilotsignal liegt darin, daß das bisher ver-

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wendete Kodierungssystem eine Kombination einer schlagartig arbeitenden Presser-Dehner-Einrichtung, eines linearen Kodierers und eines Dekodierers verwendet, und daß der Hauptzweck der Pilotüberwachung darin liegt, die Gleichstromabweichungen in dem Kodierer und dem Dekodierer sowie das Anwachsen von nicht linearen Verzerrungen anzuzeigen, die durch eine annormale Temperatur des die Halbleiterdioden der Presser-Dehner-Einrichtung enthaltenden Heizofen^s hervorgerufen wurden. Da Änderungen des Gleich- * stroEiarbeitspunktes des Kodierers und des Dekodierers aufgrund von Änderungen in der Heizofentemperatur eine Änderung des Pegels des empfangenen Piltosignales hervorrufen, können Pehler in dem Kodierer, Dekodierer und dem Heizofen sowie Pegelausfälle und Pegelabweichungen in beiden Bereichen in der Analogschaltung durch eine Überwachung des Pilotsignalpegels angezeigt werden. Einige Teile des Analog/Digital- und Digital/Analog-Konverters des Kodierers und des De'kodierers können jedoch durch dieses Verfahren, das ein Gleichstrom-Pilotsignal verwendet,nicht * überwacht werden. Im einzelnen ausgeführt nimmt, wenn das Pilotsignal ein Gleichstromsignal ist, das kodierte Pilotsignal ausgangsseitig ein besonderes Singalmuster, beispielsweise 1010111 an. In dem Dekodierer wird ein Bewertungsnetzwerk in Übereinstimmung mit dem Signalmuster betätigt, um ein Analogsignal zu erzeugen. Auch wenn die

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Schaltereinrichtung, die das Bewertungsnetzwerk betätigt, so beschädigt ist, daß sie im Zustand "1" oder "O" festgelegt ist, wird ein pilotmäßiger Fehleralarm solange nicht ausgelöst, solange der betreffende Zustand dem Pilotsignalmuster nicht entgegengesetzt ist. Ähnliche Fehler können in dem Kodierer auftreten. Wenn man jedoch die Zuverlässigkeit der Bauelemente betrachtet, ist es wahrscheinlich, daß die meisten Fehler in dem Kodierer und dem Dekodierer, die mit der augenblicklich arbeitenden Presser-Dehner-Einrichtung zusammenwirken, in den Hauptabschnitten dieser Presser-Dehner-Einrichtung, des Dekodierers und des Kodierers auftreten, während das Fehlerverhältnis, das mittels eines Gleichstrom-Pilotsignales nicht angezeigt werden kann, klein ist.

Kürzlich ist ein nicht lineares Kodierungssystem mit Segmentübertragung (Segment type) vorgeschlagen worden, das als Standardsystem angenommen werden könnte. Bei diesem System wird keine Presser-Dehner-Einrichtung verwendet, und daher sollte mehr ein zum Überwachen der Fehler in dem Kodierer und dem Dekodierer geeignetes Überwachungssystem als das Gleichstrom-Pilotsystem verwendet werden, das zum Überwachen von dem mit der Presser-Dehner-Einrichtung zusammenwirkenden Kodierer und Dekodierer eigenen Fehlern geeignet ist. Ein derartiges Verfahren besteht darin,

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eine Sinusschwingung einer einzelnen Frequenz als Pilotsignal zu verwenden. Bei diesem Verfahren kann die Schaltung vereinfacht werden, falls das Pilotsignal durch Unterteilen der Tastfrequenz abgeleitet wird. Wenn jedoch das Verhältnis der Pilotsignalfrequenz zur Tastfrequenz immer konstant ist, ist der Abtastpunkt an ein paar Stellen festgelegt. Daher können nur ein paar Variationsmöglichkeiten des kodierten Ausgangsmusters erzeugt werden, so daß es unmöglich ist, Fehler in dem Kodierer und dem d Dekodierer anzuzeigen. Dieser Nachteil kann eliminiert werden, indem man die Pilotsignalfrequenz unabhängig von der Tastfrequenz wählt, was durch Verwendung eines speziellen Oszillators zum Erzeugen des Pilotsignale verwirklicht werden kann, obgleich dann die Schaltung etwas komplizierter wird. Das Verfahren, bei dem eine Sinusschwingung als Pilotsignal verwendet wird, ist somit eine brauchbare lösung zürn Überwachen der Arbeitsweise des Kodierere und des Dekodierers, aber es hat den schwerwiegenden Nachteil des Auftretens von Nebensprechen zwischen den Taktintervallen, welches aufgrund der Bandgrenzen der Verstärker usw. unvermeidbar ist, wenn das Pilotsignal, welches durch einen freien Kanal übertragen werden muß, mit den Signalen der anderen Kanäle gleichzeitig gesendet wird. Das Nebensprechen, das in Stufen vor der Kodierung, und

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zwar gegebenenfalls nur in kleiner Größe, auftritt, kann größenordnungsmäßig den sogenannten Hebensprechgrundpegel erreichen, der durch den Quantisierungsschritt "bestimmt ist. Auch wenn das Nebensprechen nicht auf den Grundpegel angestiegen ist, kann ein unerlaubter Pegel erreicht werden, da ein einzelner Ton in dem fonfrequenzband einen bemerkenswerten Störeffekt auf das Hörempfinden hat. Das Nebensprechen steigt insbesondere an, wenn die Amplitude der Sinuswelle sq&roß wie nur möglich gewählt wird, damit alle kodierten Signalmuster abgetastet werden, um in wirksamer Weise Punktionsstörungen dee Kodierers und des Dekodierers zu überwachen.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Pilotüberwachungssystem zum Überwachen ψοϊ> Punktions störungen zu schaffen, welches die Kachteile bekannter derartiger Überwachungseinrichtungen ausschaltet und das geeignet ist, Zeitmultiplex-Übertragungssyateme mit Pulskodemodulation, welche das nicht lineare Kodierungsverfahren verwenden, auf Funktionsstörungen hin zu überwachen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass ein Rausch-Signal wie ein weißes Rausch-Signal in einen freien Ka nal als Pilotsignal eingeführt , getastet und kodiert

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wird und dann über eine Übertragungsleitung einem Empfangs gerät zugeführt wird, injiem es dekodiert und demoduliert wird, um das Rausch-Singal oder das Verzerrungsrauschen wie das Quantisierungsrauschen an dem Pilotkanal-Ausgang zu überwachen. Ia Gegensatz zu den Einton-Hebensprechen zu anderen Kanälen» welches wie oben "beschrieben ein Nachteil des eine einzige Sinusfrequenz verwendeten Pilotüberwachungssystea ist, kann die Störung mit anderen Kanälen, die durch nebensprechen, verursacht wird, wenn ein Rausch-Singal als Pilotsignal verwendet wird, im Vergleich zu in diesen Kanälen aus anderen Ursachen erzeugten Rausch-Signalen merklich reduziert werden, was eine Verschlechterung der Charakteristiken dieser Kanäle verhindert. Es kann daher gesagt werden, daß ein Rauschsingal als Pilotsignal für Zeitmultiplexsysteme BtLt Pulskodemodulation geeignet ist. Wenn außerdem ein Bausch-Singal mit großem Scheitelfaktor als Piltosignal verwendet wird, reicht eine kleine Leistung aus, viele kodierte S%ialmuster abzutasten, so daß eine wirksame überprüfung der Betriebsweise des Kodierers und desDekodierers mit geringeren Störungen auf andere Kanäle erreicht wird. Mit einem Rauschsignal als Pilotsignal können schwere Fehler in dem Kodierer und dem Dekodierer durch Überwachen nur des Pilotsignal-Ausgangs-Pegels an dem Empfangsgerät ange-

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zeigt werden, und es können sogar kleine Fehler angezeigt werden, wenn man ein Bandbegrenztes Rausch-Singal als Pilotsignal verwendet und an dem Empfangsgerät oder der Empfangsstation das Verzerrungsrauschen wie das Quantisierungsrauschen überwacht, das aus dem Frequenzband des Pilotsignals herausfällt.

Die Erfindung wird jetzt im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zum Erläutern einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren abgeänderten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird ein Signal, das durch einen Modulator 11 getastet und pulsamplitudenmoduliert wird, in Zeit-

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multiplexschaltung mit den Signalen anderer Kanäle und einem Pilot- signal gleichzeitig gesendet, wobei das Pilotensignal durch Tasten und einer Pulsamplitudenmodulterung des Ausgangsrausehens eines weißen Rauschgenerator 16 über einen Pilotmodulator 17 erhalten wird. Diese ϊη Multiplexschaltung gleichzeitig gesendeten Signale werden durch einen Kodierer 12 kodiert, dessen Ausgangssignale über eine Übertragungs- oder Verstärkungsleitung 13 einem Empfangsgerät zugeleitet werden, an welchem die Signale durch einen Dekodierer 14 in Analog-Signale dekodiert werden. Anschließend bewirken Kanaldemotulatoren 15 eine Kanaltrennung und die Demodulation. Das Pilotsignal wird durch einen Pilotdemodulator 18 demoduliert. Wenn der Pegel des demodulierten Ausgangssignals anormal ist, wird dies durch eine Alarmschaltung 19 angezeigt. Dieser G-rundaufbau des Überwaehungeeyetems ist ähnlich dem Aufbau der bekannten derartigen Systeme, jedoch liegt das wesentliche Merkmal der Erfindung in der Verwendung eines Eausch-Signals als Pilotsignal für ein Zeitmultiplexübertragungssystem mit Pulskodemodulation·

Unter Bezugnahme auf die lig. 2 wird ale Pilotsignal ein weißes Bauschen in den Bandgrenzen von 2 bis etwa 4 kHz verwendet. Falls das Spektrum dee Piloteignais

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gleichförmig von 2 "bis 4 IeHs verteilt ist, wie es bei 21 gezeigt ist, ergibt sich das Spektrum des demodulierten Auagangssignales, das durch das Pulskodemndulationssystem hindurehgelaufen ist_s dadurch, daß das Spektrum des Signals_; wie es bei 21 gezeigt ist, demjenigen der Verzerrungsrauschkomponente (z.B. Quantisierungsrauschen), wie es bei 22 gezeigt ist, überlagert wird, Wenn das Spektrum der Quantisierungsrauschkomponente zwischen 0 und 4 kHz flach ist, nimmt die in das Frequenzintervall von 0 bis 2 kHz fallende Rauschleistungskomponente ungefähr die Hälfte der gesamten Yerzerrungsrauschleistiing ein« Durch Überwachen der Leistung der Bauscht rcprr.ente ■unterhalb 2 kHz, die durch einTiefpassfilter mtz einer

Grenzfrequenz von 2 kHz abgeschieden werden kann, können in

die Fehler'dem Kodierer und aeu. Bekodierer, die als Ansteigen des Quantisierungsrauschens erscheinen können, leicht angezeigt werden. Da das Quantiaierungsrauschen tatsächlich die KommunikationsQualität bestimmt, ist es offensichtlich, dafi dieses Überwachungssystem von überragenden Vorteilen ist.

Der einzelne Aufbau eines solchen Systems ist in Fig. gezeigt, in der (a) das Sendegerät und (b) das Empfangsgerät ist. Ein weißes Rausch-Signal, das durch einen

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Rauschgenerator 30 erzeugt wird, wird auf das Frequenzband von 2 bis etwa 4 KHz mittels eines Bandpassfilters

31 begrenzt, wobei dessen Ausgangsrauschleistung durch eine automatisch arbeitende Verstärkungssteuerschaltung

32 konstant gehalten wird. Der Ausgang der Schaltung 32 wird dann durch einen Modulator 33 getastet und über ein Ausgangsgerät 34 einer Kodiereinrichtung zugeführt. Im einzelnen besteht der Bauschgenerator 30 aus einer ein Rauschen erzeugenden Schaltung mit einer Zenerdiode 301, einem Widerstand 302 und einer Speisespannungsquelle 303» sowie einer Verstärkungsschaltung sit einer Kapazität 304, Widerständen 305, 307, 308 und 309 und einem Betriebsverstärker 306. Die Speisespannungsquelle 303 zusammen nit dem Widerstand 302 liefert einen Vorspannungsstrom an die Zenerdiode 301, die ein weißes Rauschband erzeugt. Dieses Rauschen wird über den Verstärker 306, der mit einer Serienrückkopplung versehen ist, verstärkt. Das Ausgangsrauschsignal von de» Rauschgenerator wird dem Bandpassfilter 31 zugeführt, dessen Ausgangsrauschen auf eine Bandbreite von 2 bis etwa 4 kHz begrenzt ist· Das Ausgangsrauschsignal des Bandpassfilters 31 wird der mit automatischer Verstärkungssteuerung arbeitenden Verstärkerschaltung 32 zugeführt, die aus einem Verstärker mit Widerständen 321, 323 und 324_f einem Betriebsverstärker 322, einer Kapazität 325, einer Diode 326, einer

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Steuerschaltung mit Widerständen 327, 3211, 3213 und 3215, einem Betriebsverstäkrer 329, einer Kapazität 328, Dioden 3210 und 3214 sowie einer Speisequelle 3212 besteht. Die Steuerschaltung wandelt das Ausgangs-Rausch-Signal des mit automatischer Verstärkungsregelung arbeitenden Verstärkers in einen gleichgerichteten Gleichstrom um, der gleich dem von der Speisequelle 3212 über den Widerstand 3215 zugeführten Bezugsstrom gehalten wird, indem der Verstärkungsfaktor des genannten Verstärkers geregelt wird. Der Betriebsverstärker 329 verstärkt das aus der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem gleichgerichteten Strom resultierende Fehlersignal, um den durch die Diode 326 hindurchfließenden Vorspannstrom zu steuern und dadurch den Verstärkungsfaktor des genannten Verstärkers einzustellen. Das Ausgangs-Rausch-Signal derSchaltung 32 wird durch den Modulator 33 in ein pulsamplitudenmoduliertes Signal umgewandelt und dann dem Kodierer zugeleitet. Der Modulator 33 besteht aus einem Diodengatter mit Dioden 331, 332, 333 und 334, sowie einer Gattersteuerschaltung mit Widerständen 335 und 336, einer Kapazität 337 und einem Übertrager 338. Der Übertrager 338 wird an seinen Anschlußklemmen 339 und 3310 mit Modulationsimpulsen von 8 kHz Impulsfrequenz gespeist.

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In dem Empfangsgerät nimmt ein Anschluß 35 die Dekodierer-Ausgangssignale auf, der von den pulsamplitudenmodulierten Signalen der anderen Kanäle durch ein Kanaltrenngatter 30 getrennt ist, welches an ein Tiefpassfilter 37 angeschlossen ist, dessen G-renzfrequenz "bei 2 kHz liegt, so daß die Raüschkomponente unterhalb 2 kHz an dem Ausgang des Tiefpassfilters erseheint. Dieses Ausgangssignal wird durch einen Verstärker 38 auf einen gewünschten Pegel verstärkt und nachfolgend durch eine Konverterschaltung M

39 in einen Gleichstrom gleichgerichtet, um ein Zählerrelais anzutreiben. Im einzelnen besteht das Kanaltrenngatter 36 aus Dioden 361, 362, 363 und 364» Widerständen 365 und 366, einer Kapazität 367 und einem Impulsübertrager 368. An Klemmen 369 und 370 werden Demodulationsimpulse angelegt. Das pulsamplitudenmodulierte Signal wird über die Anschlußklemme 35 dem Gatter 36 zugeführt, dessen Ausgangssignal an das Tiefpassfilter 37 angelegt wird. Das Ausgangssignal dieses Tiefpassfilters 37 wird über den Verstärker 38 verstärkt, welcher aus einem Betriebsverstärker 382, Widerständen 381, 383 und 384 sowie einer Kapazität 385 besteht. Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 wird der Konverterschaltung 39 zugeleitet, die aus Widerständen 391, 394 und 397, einer Kapazität 398, Dioden 392 und 393_f einem Betriebsverstärker 396

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und einer Speisequelle 395 "besteht, und wird dann in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Dieses Gleichstromsignal. wird dem Zählerrelais 40 zugeführt, um die Rauschleistung anzuzeigen.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt, in der nur da8 Empfangsgerät dargestellt ist, während das Sendegerät demjneigen von Fig. 3a gleich ist. Gemäß Fig. 4 wird das an einen Eingang 41 angelegte dekodierte Signal durch einen Demodulator 42 in das überlagerte Signal aus dem Pilotsignal und dem Verzerrungsrauschen (Quantisierungsrauschen) demoduliert. Aus diesem demodulierten Signal wird über ein Hochpassfilter 43 die Komponente über 2 kHz (als Hauptbandleistung bezeichnet) ausgefiltert und mittels eines Konverters 44 in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Andererseits wird aus dem demodulierten Ausgangssignal über ein^ Tiefpassfilter 45 die Komponente unterhalb 2 kHz (als Verzerrungsbandleistung bezeichnet) ausgefiltert und durch einen Verstärker 46 auf einen gewünschten Pegel verstärkt, um dann durch einen Konverter 47 in ein Gleichstromsignal umgewandelt zu werden. Die Ausgangssignale der Koverter 44 und 47 werden einer Vergleichsschaltung 48 zugeleitet, die das Verhältnie von Hauptbandleistung (im wesentlichen gleich der

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Signalleistung) zu Verzerrungsbandleistung (im wesentlichen/gleich der Hälfte der gesamten Verzerrungsrauschleistung) erhält und deren Ausgangssignal einer Anzeigeeinrichtung 49 zugeführt wird. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, immer das Signal/Rausch-Verhältnis zu überwachen, welches das tatsächliche Problem bei der Kanalausnutzung ist, obgleich die Schaltung etwas kompliziert wird·

Es sei bemerkt, daß der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist. So kann

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beispielsweise,auch wenn den Ausführungsbeispielen das als Pilotsignal verwendete weiße Rauschen auf die Bandgrenzen von 2 bis etwa 4 kHz begrenzt wurde, in Abhängigkeit von den Bandbegrenzungseinrichtungen, der Anzeigemöglichkeit im Empfangsgerät usw. auch jedes andere Frequenzband oder sogar ein nicht weißes Rauschen bzw. nicht gleichbleibendesRauschspektrum verwendet werden. Es ist auch möglich, die Komponente der Sjjgialleietung und die Komponente der Rauschieistun^ in dem demodulierten Ausgangspilotsignal jeweils unabhängig von einander zu überwachen.

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Claims

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Patentansprüche

1») Einrichtung zur ITunktionsstörungsüberwachung für ein Zeitmultiplex-Übertragungssystem mit Pulskodemodulation, gekennzeichnet durch eine !Einrichtung (16, 17, 12, 13) in dem Sendegerät, mit der ein Rauschsignal als Pilotsignal in ein Zeitintervall eines Multiplexkanales einfügbar und dieses Rsuschsignal kodierbar sowie übertragbar ist, und eine Einrichtung (14, 18, 19; 40) in dem Empfangsgerät zum Überwachen des demodulierten Ausgangssignales des Pilotsignalkanales.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das sendeseitig als Pilotsignal dienende Rauschsignal innerhalb bestimmter Bandgrenzen liegt, und daß das Empfangsgerät eine Einrichtung aufweist, mit der das demodulierte Ausgangssignal des Pilotsignalkanales in eine innerhalb der Bandgrenzen liegende Leistungskomponente sowie eine außerhalb der genannten Bandgrenzen liegende Leistungskomponente aufgeteilt wird und mit der jede Leistungskomponente entweder unabhängig voneinander oder wechselweise überwachbar ist.

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