DE2107895A1

DE2107895A1 - Multiplex-Übertragungsverfahren und -system

Info

Publication number: DE2107895A1
Application number: DE19712107895
Authority: DE
Inventors: Yasushi Tokio Ishii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1970-02-18
Filing date: 1971-02-18
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1348922A; FR2083083A5; CA1008981A; DE2107895B2; US3789148A

Description

PAT ENTANWKLT E

Dr. D.Thomsen Dipi.-ing. H.Tiedtke

Dipl.-Chem. G. BÜhÜIig Dipl.-lng. R. ΚΐΠΠΘ

MÜNCHEN 15

KAISER-LUDWIG-PLATZ

TEL. 0811/530211 530212

CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT

ι Dipl.-lng

-mg. W. Wemkauff 2107895

FRANKFURT (MAIN) SO FUCHSHOHL 71

TEL. 0611/514668

Antwort erbeten nach: Please reply to:

8000 München 1518. Februar 1971

Yasushi Ishii Tokyo (Japan)

und

Nissan Motor Company, Limited Yokohama (Japan)

Multiplex-Übertragungsverfahren und -system

Die Erfindung bezieht sich auf ein Multiplex-Ubertragungsverfahren und -system und insbesondere auf ein Multiplexübertragungssystem und -verfahren, bei dem unregelmäßige Signale, z.B. lineare.Schieberegisterfolgesignale mit maximaler Länge, als Bezugssignale verwendet werden.

Bei einem industriellen Prozeßsteuersystem, das einen Computer verwendet, ist es wichtig, daß eine Anzahl an Signalen, die Steuersignale und Rückordnungssignale enthalten, zwischen einem zentralen Computer und Endsteuereinheiten (terminals)

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übertragen werden. Dazu ist der zentrale Computer gewöhnlich mittels einer Anzahl an einzelnen Volleitungen mit den Anschlußsteuereinheiten verbunden, wodurch sich erhöhte Produktionsposten und ein großbemessener Aufbau des gesamten Systems ergibt. Daher ist es vorteilhaft ein Multiplex-übertragungssystem für die übertragung der zahlreichen Signale über eine kleinere Anzahl an Volleitungen anzuwenden. Es v/urden bereits zahlreiche Multiplex-Systeme vorgeschlagen, die Frequenzteilerund Zeitteiler-Multiplexsysteme umfassen, die jedoch wegen ihres kostspieligen und komplizierten Aufbaus nicht voll akzeptabel sind.

Durch die Erfindung wird ein Multiplex-Ubertragungsverfahren geschaffen, bei dem zumindest ein Bezugssignal erzeugt wird, dieses Bezugssignal in eine Anzahl vonTrägersignalen umgewandelt wird, die miteinander nicht korreliert sind; ferner wird ein erster Satz an Produktsignalen jeweils von einem der Trägersignale und einem gegebenen Informationssignal erzeugt; außerdem wird ein zweiter Satz an Produktsignalen erzeugt, die die Summe des ersten Satzes der Produktsignale und des einen Trägersignals sind, und ein Mittelwert des zweiten Satzes der Produktsignale gebildet.

Pazu wird ein unregelmäßiges Bezugssignal in dem MuI-tiplex-Ubertragungssystem verwendet. Das unregelmäßige Rezugssignal liegt über eine gemeinsame Sammelleitung an alle Sender und Empfänger an. v^pöef« §fi}$&^r wandelt das Bezugs-

ORlGiNAL INSPECTED

signal in ein Trägersignal um, das dem besonderen Sender zugeteilt wird, und das resultierende Trägersignal wird dann mit einem dem zugeordneten Empfänger zu sendenden Informationssignal multipliziert. Die von all den Sendern gelieferten Signale werden einer anderen gemeinsamen Sammelleitung zugeführt. In diesem Augenblick sind die den verschiedenen Sendern zugeteilten Trägersignale nicht miteinander korreliert oder unkorreliert. Andererseits wandelt jeder Emofanger das Bezugssignal in das gleiche Trägersignal um, das dem zugeordneten Sender zugeteilt ist, wodurch das Informationssignal gebildet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Autokorrelationsfunktibn eines unregelmäßigen Signals zeigt, das als Bezugssignal in einem erfindungsgemäßen Multiplex-übertragungssystem verwendet wird;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramn des Multiplex-übertragungssystems;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Senders des Multiplex-übeftragungssystems;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramra eines Empfängers des Systems;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Zeit-Iitipulszug und

ein sich aus dem Zeit-Impulszug ergebendes 109840/1075

M-Folgesignal zeigt;

Fig. 6 zeigt die 'Autokorrelationsfunktionen des M-Folgesignals nach Fig. 5;

Fig. 7 zeigt ein Blockdiagrantm einer Ausführungsform eines M-Folge-Bezugssignalgenerators, der für das Multiplex-übertragungssystem verwendet wird;

Fig. 8 veranschaulicht verschiedene Wellenformen der Signale in dem Generator nach Fig. 7;

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer in dem Sender nach Fig. 3 oder dem Empfänger nach Fig. 4 verwendeten Verzögerungsschaltung;

Fig.10 zeigt ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Form der Verzögerungsschaltung darstellt;

Fig.11 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des in Fig. 7 gezeigten Signalgenerators veranschaulicht;

Fig.12 veranschaulicht verschiedene Wellenformen der Signale, die von dem Signalgenerator nach Fig. erzeugt werden; und

Fig.13 ist ein Diagramm, das eine Autokorrelationsfunktion des Ausgangssignals des Generators nach Fig. 11 veranschaulicht.

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— 3 "

Die in Fig. 1 gezeigte Autokorrelationsfunktion #_uu ist als Mittelwert des Produkts eines Bezugssignals u(t) und seiner verzögerten Wiederholung definiert, die um die Zeit 7-gegenüber dem Bezugssignal u(t) verzögert ist. Die Autokorrelationsfunktion wird durch folgende Gleichung angegeben:

(l)

Diese Autokorrelationsfunktion ^_uuft") wird maximal wenn 'Z"= O, und zur Vereinfachung wird im folgenden angenommen, daß sich der Maximalwert der Autokorrelationsfunktion folgendermaßen ausdrücken läßt:

*5_uu(o) = u²(t) =1 (2)

Es ergibt sich, daß diese Annahme nicht die allgemeine Anwendbarkeit der Gleichung (1) Verfälscht. Es wird also genauso an-

' ■ ■ 1

genommen, daß bei
^ ^T

Au

wobei T eine vorbestimmte Zeitperiode ist.

Gleichung (3) bedeutet, daß die beiden Werte des Signals u(t), die um ein Zeitintervall T voneinander getrennt auftreten, nicht miteinander .korreliert sind. Dies wird unbedingt eingehalten, sofern die Frequenzbandbreite des Signals u(t) ausreichend groß ist.

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Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen riultiplex-Ubertragungssystems. Das System besitzt einen Generator 10, der ein Bezugssignal erzeugen kann, das ein unregelmäßiges Signal u(t) ist, dessen Autokorrelations-.funktion die Bedingungen der Gleichungen (1), (2) und (3) erfüllt. Der Signalgenerator 10 ist mit einer Anzahl an Sendern, die i'te und j'te Sender 12 bzw. 14 umfassen, und einer Anzahl an Empfängern verbunden, die i'te und j'te Empfänger 16 bzw. 18 umfassen. Jeder Sender besitzt seinen oder seine zugeordneten Empfänger, und von den gezeigten i'ten und j'ten Sendern wird angenommen, daß sie jeweils den i'ten und j'ten Empfängern zugeordnet sind. Die Anzahl der Sender muß nicht mit der Anzahl der Empfänger übereinstimmen, da einem Sender zwei oder mehr Empfänger zugeordnet sein können. Die Sender und Empfänger sind über eine gemeinsame Bezugs-Sammelleitung 20 parallel zueinander mit dem Generator 10 verbunden. Das ' von dem Signalgenerator IO abgegebene unregelmäßige Signal u(t) liegt an allen Sendern und Empfängern über die Bezugs-Saramelleitung 20 an. Jeder Sender und Empfänger kann das unregelmäßige Bezugssignal u(t> in sein eigenes Trägersignal umwandeln.

Empfängt nun der i'te Sender 12 das unregelmäßige Bezugssignal u(t), wird dieses in das diesem zugeteilte Trägersignal u.(t) umgewandelt. Das resultierende Trägersignal U₁(t) wird mit einem Informationssignal x^ multipliziert, das

dem besonderen Sender zugeteilt ist. Das Produktsignal ^

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liegt über d.ne übertragungs-Sammelleitung 24 an dem an Masse liegenden Widerstand 22 an, wodurch ein Stromsignal I^ dazu gebracht wird, über die Übertragungs-Sammelleitung 24 zum Widerstand 22 zu laufen.

Alle Sender und auch die Empfänger sind mit dieser Übertragungs-Sammelleitung 24 verbunden, so daß die von all den Sendern gelieferten Trägersignale durch die übertragungs-Samiaelleitung 24 miteinander überlagert sind. Das auf der übertragungs-Saramelleitung 24 erscheinende Spannungssignal v(t) wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

v(t)'- rjL (4)

Der i'te Empfanget 16 empfängt so nicht nur das Bezugssignal u(t) sondern das Spannungssignal v(t) und leitet von dem Signal v(t) eine Signalkomponente ab, die mit dem Trägersignal Uj(t) multipliziert ist, wodurch das Informationssignal Xj reproduziert wird. In gleicher Weise reproduziert der j'te Empfänger 18 ein Informationssignal χ., das für den zugeordneten j *ten Sender 14 bestimmt ist.

Fig. 3 veranschaulicht einen detaillierten Konstruktionsaufbau eines anderen Senders , der bei dem in Fig. 2 gezeigten Multiplex-Ubertragungssystem anwendbar ist. Der Sender - beispielsweise als i'ter Sender 12 gewählt - besitzt

eine Verzögerungsschaltung 30, einen Vcrfielfacher 32 und ei-

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nen Verstärker 34, die in Serie zwischen den Sammelleitungen 20 und 24 geschaltet sind. Das unregelmäßige Bezugssignal u(t) auf der Bezugs-Sammelleitung 20 liegt über eine Leitung 36 an der Verzögerungsschaltung 30 an, die dann ein Signal u(t -L.,) in einer vorbestimmten Verzögerungszeit L.nerzeugt. Das verzögerte Signal u{t ~Lj) wird dann über eine Leitung 38 an den Verfielfacher 32 angelegt, der das Signal uit-Lj^ mit dem gegebenen Informationssignal x. multipliziert. Das das Produkt u(t -L.)"X. darstellende Ausgangssignal liegt über eine Leitung 40 an dem Verstärker 34 an. Das Ausgangssignal des Verstärker liegt über eine Leitung 42 an der Übertragungs-Sammelleitung 24 an.

Dabei kann das Informationssignal x, entweder ein analoges oder ein digitales Signal sein. Ist das Informations-

Signal x^ ein Digitalsignal, das einen logischen T-Jert 1 oder 0 annimmt, kann der Verfielfacher 32 praktisch als Torschaltung arbeiten, die den intermittierenden Durchgang des Signals u(t-L.) in Übereinstimmung mit dem Informationssignal x. zuläßt.

Der Verstärker 34 ist ein Konstantstronverstärker und führt den Strom I^ der Übertragungs-Sammelleitung 2 4 zu, wenn das den Wert x.· u(t-L^) darstellende Signal am Eingang des Verstärkers vorliegt. Das Spannungssignal v(t) erscheint nun auf der Übertragungs-Sammelleitung 24. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß bei geeigneter Einstellung des Widerstandes und des Verstärkungsgrades des Verstärkers 34 das Spannungs-

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signal v(t) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

v(t) - T^J-I₁ =-f-X₁UCt-L₁) ...(5)

Fig. 4 veranschaulicht einen detaillierten Konstruktionsaufbau eines Empfängers - beispielsweise des i'ten Empfängers 16 - , der einen Teil des Multiplex-Ubertragungssystems nach Fig. 2 bildet. Wie dargestellt ist, besitzt der Empfänger 16 eine Verzögerungsschaltung 44, einen Verfielfacher 46 und einen Glättungsfilter 48, die in Serie zwischen die Sammelleitungen 20 und 24 geschaltet sind. Die Verzögerungsschaltung 44 liefert eine Verzögerungszeit L., die gleich der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 30 des i'ten Senders ist.

Das unregelmäßige Bezugssignal u(t) auf der Leitung liegt über eine Leitung 50 an der Verzögerungsschaltung 44 an, so daß das Bezugssignal u(t) um die Verzögerungszeit L₁ verzögert wird. Das so verzögerte Signal UCt-L₁) liegt über eine Leitung 52 an dem Verfielfacher 46 an, der das Signal u(t-L.) mit dem Spannungssignal νCt) multipliziert, das von der Ubertragungs-Sammelleitung 24 über eine Leitung 54 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verfielfachers 46, das nun das Produkt VCt)-UCt-L₁) darstellt, liegt über eine Leitung 56 an dem Glättungsfilter 48 an. Das Ausgangssignal des Glättungsfliters 4 stellt einen Wert f^_nv(^*) dar, der folgendermaßen ausgedrückt

wird:

^v(L₁) ·* UTt-L₁) v(t) (6)

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Differieren in diesem Augenblick die allen Sendern
zugeteilten Verzögerungszeiten voneinander um eine Zeitdauer, die die Zeit T überschreitet, wird sich nur die Komponente UU-L₁) des Signals v(t) zur Kreuzkorrelationsfunktion
jzJ (L₁) eignen, die sich demgemäß folgendermaßen ausdrücken

₍₇₎

Unter Berücksichtigung der Annahme nach Gleichung (2) ergibt sich nun folgende Beziehung:

Aus Gleichung (9) ergibt sich, dafl das Ausgangssignal des Glättungsfilters 48, d.h. die Kreuzkorrelationsfunktion
jz5_uv(L₁) , gleich den Wert des Infomationssignaln x^ ist.

Aus den vorhergehenden Ausführungen ergibt sich, daß
das Ausgangssignal eines bestimmten Senders ausschließlich von dem zugeordneten Empfänger aufgenommen wird und in die Originalinformation unabhängig von der Coexistenz der anderen Signale umgewandelt v/ird, die von den übrigen Sendern auf die Ubertragungs-Sammelleitung gegeben werden, so kann eine Vielzahl von von den zahlreichen Sendern gelieferten Informationssignalen an die zugeordneten Empfänger durch Verwendung der Sender übertragen werden, die mit Verzögerungszeiten ausgestattet

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sind, die voneinander um Zeitdauern differieren, die jeweils langer als die Zeit T sind, und durch Verwendung von Empfängern, die den Sendern zugeordnet sind und auf die den zugeordneten Sendern zugeteilten Verzögerungszeiten ansprechen.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens und Systems der Multiplex-übertragung nach der Erfindung liegt darin, daß die übertragenen Signale praktisch frei von externen Störungen· sind. Ein dem Spannungssignal v(t) auf der Sammelleitung 24 überlagertes Rauschen beeinfluß nicht ernsthaft das Ausgangssignal des Empfängers, nachdem das Ausgangssignal durch das Glättungsfilter gemittelt v/urde, soweit das Rauschen stochastisch unabhängig von dem Spannungssignal v(t) ist. Das dem 3ezugssignal auf der Leitung 20 überlagerte Rauschen würde nur zur Erweiterung des' Frequenzbandes des 3ezugssignals

u(t) beitragen, wenn das Rauschen eine relativ hohe Frecmenz besitzt. Dabei wird das Bezugssignal u(t), das mit dem Rauschen überlagert ist, in seiner Gesamtheit für ein unabhängiges Bezugssignal gehalten. Ist das dem Bezugssignal aufgelagerte Rauschen ein niederfrenuentes Rauschen, beispielsweise ein Brummen eincir Energiequelle, ist es möglich, daß die Autokorrelationsfunktion #^(^0 fehlerhafterweise zu Null v/ird, wenn jT[ ^. T. Dies kann dadurch vermieden v/erden, daß ein geeignetes Hochpaß-Filter am Eingangsanschluß jedes Senders und Empfängers vorgesehen v/ird, um den niederfrequenten Anteil, der das Brummen enthält, blockieren.

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Ist es erwünscht, ein Analogsignal als Informationssignal zu verwenden, kann der Verfielfacher 32 oder 46 ein Verfielfacher mit Betrieb in vier Quadranten sein. Vorzugsweise kann der Verfielfacher durch ein Potentiometer ersetzt werden,.das ein Ausgangssignal mit einer Amplitude erzeugen kann, die proportional der Potentiometereinstellung ist.

Das in dem erfindungsgemäßen Multiplex-Übertragungs- ψ verfahren und- system verwendete Bezugssignal u(t) kann ein unregelmäßiges Signal beliebiger Art und Wellenform sein, soweit seine Autokorrelationsfunktion die Forderung nach Gleichung (3) erfüllt. So kann das Bezugssignal u(t) ein binäres unregelmäßiges Signal sein, das den Wert +1 oder -1 stochastisch zufällig über die Zeit verteilt annehmen kann. Die Verwendung eines derartigen binären Signals erweist sich als vorteilhaft, da der Aufbau des Verfielfachers bedeutend vereinfacht werden kann und als Verzögerungsschaltung Schieberegister verwendet v/erden können. Derartige Vorteile werden besser durch die Verwendung eines logisch erzeugten pseudo-unregelmäßigen Signals als durch Verwendung eines physikalisch erzeugten unregelnässigen Signals erreicht.

Für die verschiedenen pseudo-unregelmäßigen Signale, die als Bezugssignale verwendbar sind, ist ein lineares Schiebe-' re.gisterfolgesignal mit maximaler Länge (abgekürzt mit: M-Folgesignal) repräsentativ. Fig. 5a veranschaulicht einen Zeitimpulszug p(t) mit einer Wiederholungsperiode T. Fig. 5b zeigt ein

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M-Folgesignal m(t) , das sich aus dem Zeitimpulszug p(t) ergibt, wobei das M-Folgesignal m(t) einen Wert von +1 oder -1 hat.

In Fig. 6a ist die Autokorrelations funktion &_rm(t) eines M-Folgesignals m(t) gezeigt. Ist die Periode des M-Folgesignals m(t) (siehe Fig. 6a) gleich NT, weicht der Grundpegel der M-Folge von dem Nullpegel um —l/N ab. Eine andere Funktion m¹ (t) ist nun folgendermaßen gegeben: m¹ (t) = m(t) + /S, , wobei

oder (9),

Die Autokorrelationsfunktion φ' (£} der Funktion m'(t) ist in Fig. 6b gezeigt. Der Grundpegel der Autokorrelationsfunktion 0^(/£) ist Null, nämlich der Wert der Funktion S^'_mm ist gleich Null außerhalb des Bereichs von ^= KNT=¹⁷T, wobei K

eine ganze Zahl ist.

Fig. 7 veranschaulicht einen vorzugsweise gewählten Aufbau des Signalgenerators 10 nach Fig. 2, der ein Bezugssignal erzeugen kann, das ein il-Folgesignal enthält. Wie dort dargestellt ist, besitzt der Signalgenerator einen Zeitimpulsgenerator 60, einen M-Folgegenerator -62 und einen Verfielfacher 64. Der Zeitimpulsgenerator 60 ist über eine Leitung 6G mit dem Verfielfacher 64 und über eine Leitung 63 mit dem M-Folgegenerator 62 verbunden. Der M-Folgegerierator 62 ist seinerseits mit dem anderen Eingang des Verfielfachers 64 verbunden.

Der Zeitimpulsgenerator 60 kann einen Zeitimpulszug p(t) er-

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zeugen, wie er in Fig. 8a dargestellt ist. Der Zeitinipuls p(t) liegt über die Leitung 6C an einem Eingang des Verfielfachers 64 an und ebenfalls über die Leitung 68 an dem M-Folgegenerator 62, der dann ein M-Folgesignal m(t+T) erzeugt, wie es in Fig. 8b dargestellt ist. Das M-Folgesignal liegt über eine Leitung 70 an dem anderen Eingang des Verfielfachers 64 an, der ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Produkt p(t) ia(t+T) des Zeitimpulses und des M-Folgesignals ist; dieses Ausgangssignal ist in Fig. 8c gezeigt. Das Signal p(t)m(t+T), das eine von der Wellenform tines M-Folgesignals unterschiedliche Wellenform besitzt, di3nt als ein Äquivalent für das M-Folgesignal.

Fig. 9 veranschaulicht einen vorzugsweise gewählten Aufbau der Verzögerungsschaltung 30 oder 44, die das zuvor

beschriebene Signal p(t)m(t+T) von der Leitung 20 empfangen und das um eine gewünschte Zeitperiode verzögerte M-Folgesignal erzeugen kann.

Die Verzögerungsschaltungr nach Fig. 9 besitzt einen Vollwellen-Gleichrichter 72, der das Signal p(t)m(t+T) empfangen und den Zeitimpulszug ρ(t) wiedererzeugen kann. Der wiedererzeugte Zeitimpulszug p(t) liegt über eine Leitung 74 an der Flip-Flop-Schaltung 76 und über eine Leitung 78 an einem Schieberegister 80 an. . Das Schieberegister 80 besitzt eine erste, zweite und dritte Flip-Flop-Schnltung 0Oa, S^- :> brv, 80c,

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die miteinander in Serie geschaltet sind. Das Signal p(t)m(t+T) auf der Leitung 20 liegt an der Flip-Flop-Schaltung 76 an, die ihren Zustand an der Ablaufkante (nacheilende Kante) des Zeitimpulses p(t) in Übereinstimmung mit dem Zustand des Signals p(t)m(t+T) ändert, der unmittelbar vor dieser Zustandsänderung der Flip-Flop-Schaltung 76 vorliegt. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 76 ist daher das Signal ra(t) nach Fig. 8d, das über eine Leitung 82 an der ersten Flin-Flop-Schaltung 80a des Schieberegisters 80 anliegt. Das Signal m(t) ist um die Zeitperiode T verzögert und liegt dann an der zweiten Flip-Flop-Schaltung 80b über eine Leitung 84 an.

Die zweite Flip-Flop-Schaltung 80b erzeugt dann ein Signal m(t-2T), das über eine Leitung 86 an der dritten Flip-Flop-Schaltung 80c und über eine Leitung 9O an einem Anschluß des Verfielfachers 88 anliegt. Die dritte Flip-Flop-Schaltung 80c erzeugt dann ein Signal ra(t-3T), das über eine Leitung 9 2 an dem anderen Eingang des Verfielfachers 88 anliegt. Eines der Charakteristika der H-Folgesignale besteht darin, daß das Signal ohne weiteres um ganze Vielfache der Wiederholungszeit T der Zeitimpulse verzögert werden kann. Beispielsweise gilt im Fall des in Fig. 5 gezeigten M-Folgesignals vierter Ordnung die folgende Beziehung:

m(t-2T)m(t-3T) = m(t-14T) (10)

Daher erzeugt dar Verfiel fächer 88 ein Signal m(t-14T) , 109840/1075

** Iu —

das dann über eine Leitung 96 an eine Vorspannschaltung 94 angelegt wird. Die Vorspannschaltung 94 erzeugt dann ein Signal m¹ (t-14T) , das gleich m(t-14T> + Λ. ist, v.'ie sich aus Gleichung (9) ergibt. Im allgemeinen genügt es zur Erreichung eines verzögerten M-Folgesignals n'ter Ordnung, ein (n-1)-stufiges Schieberegister zu verwenden und nicht ein Schieberegister, das eine den gewünschten Verzögerungszeiteinheiten entsprechende Anzahl an Stufen besitzt. Das verzögerte M-Folgesignal m¹(t-14T) entspricht dem Signal uit-L^) nach Fig. 3 oder 4 und wird als ein Signal, das das Informationssignal x^ trägt betrachtet

Es ist zu bemerken, daß bei Benutzung des M-Folgesig-

nals der η'ten Ordnung die Nummer der Verbindungskanäle des Systems nicht größer als N = 2ⁿ-l ist, da das M-Folgesignal eine Wiederholungsperiode von NT = (2ⁿ-l)T hat, wobei T die Wiederholungsperlode des Zeitimpulszuges ist, von dem das M-Folgesignal n'ter Ordnung abgeleitet 1st.

Wird das M-Folgesignal als Bezugssignal zur Multiplexübertragung verwendet, wird das übertragene Signal kaum von dem dazugegebenen Rauschen beeinflußt. Selbst wenn sowohl Sender als auch zugeordneter Empfänger gleichzeitig bei der Reproduzierung des M-Folgesignals einen Fehler machen, kann das resultierende M-Folgesignal noch als Berugssignal ver wendet werden, ohne zu irgendeiner Kompensation eu greifen und ohne Nachteil auf die Übertragungsgüte, da ein derartiger Fehler nur zu einer vernachlüßsigbaren Änderung dos Frequene-

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Spektrum« de* M~Folgesignal* führt. Macht der Sender oder der Empfänger bei der Reproduzierung des M-Folgesignals einen Fehler, kann das resultierende M-Folgenignal als Bezugssignal verwendet werden, da die Dauer des Fehlers nicht länger als die Zeitperiode ist, während der der fehlerhafte Teil des M-Folgesignals durch das Schieberegister läuft. Und diese Durchlaufzeit ist weit kürzer als die Zeitkonstante des Glättungsfilters, so daß der Fehler die übertragungsgüte nicht merkbar beeinflußt.

Obwohl angegeben wurde, daß zwei Volleitungen für die Bezugs- und Übertragungsleitungen 20 bzw. 24 verwendet werden, bedeutet dies nicht die Notwendigkeit, zwei physikalisch unabhängige Leitungen zu verwenden. Wird beispielsweise ein Bezugssignal mit einer relativ großen Amplitude und einer relativ kleinen Impulsbreite verwendet, um einen Hauptteil seiner Energie in einen Hochfrequenzbereich fallenzulassen, können sowohl das Bezugs- als auch das übertragungssignal einer gemeinsamen Sammelleitung zugeführt werden, wobei die beiden Signale - nun, miteinander überlagert - mittels eines geeigneten Filters voneinander getrennt werden können. Es wird nun dar ge legt j, das die Charakteristiken der M-Folgesignale, wie in Gleichung (K) gezeigt, auf alle unregelmäßigen Signale ein schließlich der physikalisch erzeugten unregelmäßigen Signale verallgemeinert werden.können.

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Fif. IO veranschaulicht mtnm ¹SmIl amt Vereögerungs-

»chaltung nach Pig. 9 in einer allgemeinen Form, die aus dom Bezugssignal u(t) eine Anzahl an Signalen erzeugen kann, die nicht miteinander korreliert sind. Die gezeigte Schaltung besitzt ein Schieberegister 100 mit einer ersten, zweiten und dritten Flip-Flop-Schaltung 100a, 100b bzw. 100c, denen die gleiche Verzögerungszeit zugeteilt ist und die In Serie miteinander geschaltet sind, und nit einem ersten, zweiten und dritten Verfielfacher 1O2, 104 bzw. 106.

Das Bezugssignal u(t) liegt über eine Leitung 108 an einem Eingang des ersten Verfielfachers an, der demzufolge ein Ausgangssignal u_o«(t) erzeugt. Das Bezugssignal u(t) liegt ebenfalls über eine Leitung 110 an der ersten Flip-Flop-Schaltung lOOa an und wird dadurch um die Zcitperiode T ver-

zögert. Das Ausgangssignal u,(t) der ersten Flip-Flop-Schaltung liegt über eine Leitung 112 an einem Eingang des zweiten Verfielfachers 104 und dem anderen Eingang des ersten Verfielfachers 102 an, der demzufolge ein Ausgangssignal u_Q1(t) erzeugt, das über eine Leitung 116 an dem dritten Verfielfacher 106 anliegt. Das Signal U₁Ct) liegt ebenfalls über eine Leitung 114 an der zweiten Flip-Flop-Schaltung lOOb an. Da· Ausgangesignal« U₂(t) der zweiten Flip-Flop-Schaltung 100b liegt über eine Lei- I tung 118 an de*» anderen Eingang des zweiten Verfielf achers 104 an, der demzufolge ein Ausgangesignal U₁₂(t) erzeugt. Das Ausgangssignal U₂ (t) liegt ebenfalls über eine Leitung 122 an dem anderen Eingang des dritten Verfielfachors 106 an, der dann sein

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Ausgangssignal u_ol2(t) erzeugt. Das Ausgangtssignal U₂^ ^der zweiten Flip-Flop-Schaltung 100b liegt ebenfalls über eine Leitung 120 an der dritten Flip-Flop-Schaltung 100c an. Die dritte Flip-Flop-Schaltung 100c erzeugt dann ein Ausgangssignal Ug(t) an ihrem Ausgangsanschluß 124.

Die Abtastsignale, uie u_Q(t) , U₁(t), U₂(t) und U₃(t) sind nicht miteinander korreliert. Wird in diesem Augenblick das Signal u_Q1(t) mit dem Signal u_l2(t) multipliziert und gemittelt, gilt die folgende Beziehung:

(t) = u_o{t) U₁U) u_x(t) u₂ (t)

uj (t) u_o(t) U₂Ct)

0 (11)

Daraus ergibt sich, daß die Signale U₀₁Ct) und u_l2(t) unkorreliert miteinander sind.

Für die Abgriffsignale U₀Ct) und u_Q1(t) gilt eine gleiche Beziehung:

u_o(t) U₀₁TtT= ü_o<t)

U₁Ct) »■Ο (12)

Daher sind die Signale u_o(t) und U₀₁Ct) unkorreliert

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miteinander. Es erweist sich auf diese Weise, daß jedes andere der Signale u_Q1(t), u_Q2(t), ...., die jeweils aus zwei unkorrelierten Abgriffsignalen gebildet wurden, und die Signale

^uO12^' ^uO13^ ' *···' ^{die aus} drei .unkorrelierten Abgriffsignalen gebildet wurden, unkorreliert miteinander sind.

Ist daher eine Anzahl η von unkorrelierten Signalen gegeben, werden unkorrelierte Signale in folgender Anzahl erzeugt:

r=l

darin ist die Anzahl der. anfänglich gegebenen Signale enthalten. Die nicht-Korrelation zwischen zwei willkürliche gewählten Signalen u.(t) und u.(t) kann so unveränderlich aus folgender Gleichung festgestellt werden: ,

j (t) = O (14) .

Aufgrund der durch Gleichung (2) getroffenen Annahme ergibt sich folgende Gleichung:

uj(t) » 1 ' (15)

Daraus ergibt sich, daß eine Anzahl 2ⁿ-l unkorrelierter Signale ein ortho-normales Quellensystem errichtet; dieser allgemeine Ausdruck enthält die in Gleichung (10) gezeigten Charakteristiken der M-Folgesignale als Sonderfall, wobei das Pro-

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dukt der Abgriffsignale nebenbeibemerkt eine verzögerte Wiederholung des ursprünglichen Signals ist. Aus der vorhergehenden Erläuterung genügt es, das gegenseitig unkorrelierte Signale in einer Anzahl erzeugt werden,die der Anzahl der Ubertragungskanäle entspricht. Werden dabei die zahlreichen Signale lediglich durch Verzögerung der Bezugssignale erzeugt, müßte die Verzögerungsschaltung in der Lage sein,extrem lange Verzögerungszeiten zu liefern. Die anhand der Fig, IO beschriebene Anordnung ist vorteilhaft, da nur eine Anzahl n-1 an Flip-Flop-Schaltungen verwendet v/erden, um über eine Anzahl 2ⁿ-l an Signalen verfügen, zu können,die miteinander nicht korreliert sind.

Fig. 11 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Generators, der einen Rauschgenerator 126 benutzt, der eine Entladungsröhre oder eine andere physikalisches Rauschen erzeugen-

de Einrichtung verwendet. Der Generator besitzt einen Rauschgenerator 126, einen Diskriminator 123 zur Impulsformung, einen Musterhalter 130, einen Zeitimpulsgenerator 132 und einen Verfielfacher 134. Ein von dem Rauschgenerator 126 geliefertes Rauschsignal n(t) liegt über eine Leitung 136 an einem Eingang des Diskriminators 128 an, der dann eine Rechteckimpulswelle b(t) erzeugt (in Fig. 12b dargestellt), deren Wert in Übereinstimmung mit dem positiven oder negativen Eingangs-Rauschsignal +1 bzw, -1 ist. Die Rechteckimpulswelle liegt über eine Leitung 138 an dem Ilusterhalter 130 an. Der Zeitimpuls p(t) von den Zeitimpulsgenerator 132 liegt über eine Leitung 140 an dem anderen Eingang des Musterhalters 130 und an einem Eingang des

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Verfielfachers 134 über eine Leitung 142 an. Der Musterhalter 130 tastet sein Eingangssignal an der Ablaufkante des Zeitimpulses ab und hält den abgetasteten Wert während des nächsten Zeitimpulses. Das in Fig. 12d gezeigte Ausgangssignai des Musterhalters 130 liegt über eine Leitung 144 an den anderen Eingang des Verfielfachers 134 an und wird mit dem Zeitimpuls multipliziert. Das Ausgangssignal des Verfielfa- * chers ist in Fig. 12e gezeigt. Dabei ist die Wiederholungsperiode T des Zeitimpulses ausreichend größer als der Reziprckwert der Frequenzbandbreite des Signals n(t), so daß das Signal u(t+T) zu +1 oder -1 im Moment der Abtastung mit der Wahrscheinlichkeit 1/2 wird,- unabhängig von dem Zustand vor oder nach der Abtastung. Auf diese Weise besitzt das Signal u (t+T) eine Autokorrelations funktion 0_uu(c") t wie sie in Fig. dargestellt ist.

Es ist zu bemerken, daß für den Rauschgenerator 126 ™ eine mathematische Einrichtung, beispielsweise ein Zufallszahl-Generator (random), der einen Rechner benutzt, verwendet werden kann.

Außerdem ist zu bemerken, daß die bei der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Verfielfacher durch eine passende Torschaltung gebildet sein können. Beispielsweise ist ein Exklusiv-ODER-Tor einem Verfielfacher von +1 und -1 äquivalent, wenn logisch 0 der +1 und logisch 1 der -1 - oder umgekehrt - entspricht.

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Die Bezugs-Sammelleitung kann aus einer Vielzahl von Leitungen gebildet sein, un eine Anzahl an Bezugssignalen zu senden und die Anzahl der Kanäle des Systems zu vergrößern.

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Claims

Patentansprüche

Multiplex-Übertragungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest ein Bezugssignal erzeugt, dieses Bezugssignal in eine Anzahl an Trägersignalen umwandelt, die nicht miteinander korreliert sind, einen ersten Satz an Produktsignalen jeweils aus einem die Trägersignale und einem gegebenen Informationssignal erzeugt, einen zweiten Satz von Produktsignalen erzeugt, die die Summe des ersten Produktsignalsatzes und des einen Trägersignals sind, und daß man den zweiten Satz, der Produktsignale mittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Umwandlung des Bezugssignals in die Vielzahl der Trägersignale aus dem Öessugssignal eine Anzahl von mit-

einander unkorrelierten Trägersignalen bildet und daß man zumindest zwei Trägersignale miteinander multipliziert und damit eine Anzahl an Trägersignalen erzeugt, die von den zuerst genannten Trägersignalen differieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß das Bezugssignal ein unregelmäßiges Signal ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unregelmäßige Signal ein pseudo-unregelmäßiges Signal ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Umwandlung des unregelmäßigen Signals in eine Anzahl an Träc/ersignalen das Bezugssignal um eine Anzahl voneinander unterschiedlicher Zeitperioden verzögert, die größer sind als der Reziprokwert der Prequenzbandbreite des Bezugssignals.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal ein Produktsignal aus dem pseudo-unregelmäßigen Signal und einem Zeitimpulszug ist, von dem das pseudo-unregelmäßige Signal abgeleitet ist.
7. Multiplex-übertragungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (10) zur Erzeugung zumindest eines Bezugssignals, durch eine zweite Einrichtung (12, 14) zur Umwandlung des Bezugssignals in miteinander unkorrelierte Trägersignale und zur Erzeugung eines ersten Satzes an Produktsignalen jeweils aus einem der Trägersignale und einem gegebenen Informationssignal, und durch eine dritte Einrichtung (16, 13) zur Umwandlung des Bezugssignals in das genannte eine Trägersignal und einem zweiten Satz an Produktsignalen, die die Summe des ersten Satzes der Produktsignale und des genannten einen Trägersignals sind, und zur Mittlung des zweiten Produktsatzes und damit zur Reproduzierung des Informationf?riignaln.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekonntelehnet, daß 109840/1075

die erste Einrichtung (10) einen Rauschgenerator (126) besitzt, einen mit dem Rauschgenerator (126) verbundenen Diskriminator (128) , einen mit dem Diskriminator (123) verbundenen llusterhalter (130) / einen mit der i'lusterhalter schaltung (130) verbundenen Zeitimpulsgenerator (132) und einen ersten Verfielfacher (134), der mit dem Musterhalter (13O) und dem Zeitimpulsgenerator (132) verbunden ist (Fig. 11).
9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (10) eine Zeitimpulsgenerator (70) besitzt, einen mit dem Zeitimpulsgenerator (60) verbundenen M-Folgegenerator (62) und einen zweiten Verfielfacher (64) , der mit dem Zeitimpulsgenerator (60) und dem M-Folgegenerator (62) verbunden ist (Fig. 7) .
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (12, 14) eine Verzögerungsschaltung (30) und einen dritten Verfielfacher (32) besitzt, der mit der Verzögerungsschaltung (3O) zur Multiplizierung eines Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung (30) mit dem Informationssignal und mit einem Verstärker (34) verbunden ist (Fig. 3).
11. System nach einem der Ansprüche 7 bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (16, 18) eine Verzögerungsschaltung (44) besitzt, die die gleiche Verzögerungszeit wie die zv/eite Einrichtung (12, 14) besitzt, einen

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vierten Verfielfacher (46), der mit der Verzögerungsschaltung (44) verbunden ist, und ein Glättungsfilter (48), das mit dem vierten Verfielfacher (46) verbunden ist (Fig. 4).

1.2. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (30) einen Vollwellen-Gleichrichter (72) besitzt, eine Flip-Flop-Schaltung (76) , die mit dem
Vollwellen-Gleichrichter (72) verbunden ist, ein Schieberegister (80), das mit der Flip-Flop-Schaltung (7G) und dem Vollwellen-Gleichrichter (72) verbunden ist, einen fünften Verfielfacher (88), der mit dem Schieberegister (80) verbunden ist,
und eine Vorspannschaltung (94), die mit dem fünften Verfielfacher (88) verbunden ist (Fig. 9).

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