DE2107895B2

DE2107895B2 - Schaltungsanordnung zur multiplex-signaluebertragung

Info

Publication number: DE2107895B2
Application number: DE19712107895
Authority: DE
Inventors: Yasushi Tokio Ishii
Original assignee: Ishii, Yasushi, Tokio; Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama; (Japan)
Priority date: 1970-02-18
Filing date: 1971-02-18
Publication date: 1976-10-28
Also published as: GB1348922A; US3789148A; FR2083083A5; DE2107895A1; CA1008981A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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) übertragen werden. Dazu ist der zentrale Computer gewöhnlich mittels einer Anzahl an einzelnen VoUeitungen mit den Anschlußsteuereinheiten verbunden, wodurch sich erhöhte Produktionskosten 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 von VoUeitungen anzuwenden. Es wurden bereits zahlreiche Multiplex-Systeme vorgeschlagen, die Frequenzteiler- und Zeitteiler-Multiplexsysteme umfassen, die jedoch wegen ihres kostspieligen und komplizierten Aufbaus nicht voll akzeptabel sind.

In einem älteren Vorschlag (älteres Patent...) ist ein Verfahren zur Multiplexübertragung von pulsmodulierten Signalen beschrieben, bei dem pulsmodulierte Signale senderseitig in einem von π Kanälen mit einer von η Schlüsselsequenzen moduliert werden, welche zusammen ein orthogonales System bilden, die derart modulierten pulsmodulierten Signale in einem Summenkanal gleichzeitig zur Empfängerseile hin übertragen werden und bei dem empfangsseitig der Summenkanal in einer Anzahl von Sequenzdemodulatoren mit den sendeseitig din einzelnen Kanälen zugeordneten Schlüsselsequenzen verglichen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit der eine weitestgehend störungsfreie mehrkanalige Signalübertragung bei einfacher Zeitsteuerung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mittel gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt das durch das Zufallssignal gebildete Bezugssignal über eine gemeinsame Sammelleitung an allen Sendern und Empfängern an. Jeder Sender wandelt das Bezugssignal 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 gemeinsamen Übertragungs-Sammelleitung zugeführt. Die den verschiedenen Sendern zugeteilten Trägersignale sind nicht miteinander korre· liert. Jeder Empfänger wandelt das Bezugssignal in da; gleiche Trägersignal um, das dem zu empfangender Sender zugeteilt ist, und bildet aus dem Summensigna auf der gemeinsamen Übertragungs-Sammelleitung unc dem Trägersignal das Informationssignal.

Bei dieser Schaltungsanordnung werden durch di< Verwendung eines solchen nicht periodischen Zufalls signals eventuell vorhandene Störungen bereits voi vornherein wirksam unterdrückt, wobei keine genau

Zeitsteuerung erforderlich ist Weiterhin werden externe Störsignale durch die Rauschüberlagerung bei der empfängerseitig erfolgenden Rauschauskupplung ebenfalls wirksam gedämpft, womit sich ein weitestgehend störungsfreies System ergibt

Das Verfahren gemäß dem älteren Vorschlag dient zur Multiplex-Übertragung zwischen einer Gruppe von Sendern an einem Ende eines Sammel-Übertragungskanals und einer Gruppe von Empfängern am anderen Ende dieses Kanals. Für die Verwendung bei Rechenanlagen mit beliebigem Anschluß von Sendern und Empfängern an eine gemeinsame Übertragungs-Sammelleitung ist dieses vorgeschlagene Verfahren jedoch äußerst aufwendig, da ein Gleichlauf zwischen den Taktfrequenzen der Schlüsselsequenzen erforderlich ist, und weiterhin wegen der Periodizität der Schlüsselsequenzen störanfällig.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Sender und Empfänger mehrere Verzögerungseinrichtungen haben, die das Bezugssignal u(t) um voneinander verschiedene Zeitperioden verzögern, die größer als die Zeitdauer sind, in welcher der Absolutwert der Autokorrelationsfunktion des Bezugssignals größer als Null ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Sender und Empfänger Multipliziereinrichtungen aufweisen, die die verzögerten Signale zur Erzeugung der Trägersignale miteinander multiplizieren (F ig. 10).

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Generatoreinrichtung einen Rauschgenerator aufweist, einen Wellenformer zur Erzeugung von Impulsen mit gleichem Vorzeichen wie der Momentanwert des Rauschens, einen Taktimpulsgenerator, eine Abtast- und Halteschaltung, die die von dem Wellenformer abgegebenen Impulse an der Rückflanke der Taktimpulse abtastet und den abgetasteten Wert bis zum nächsten Taktimpuls hält, und eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des abgetasteten und gehaltenen Werts mit dem Taktsignal (Fig. 11).

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Generatoreinrichtung einen Taktimpulsgenerator aufweist, einen M-Folgegenerator zur Erzeugung eines M-Folgesignals in Übereinstimmung mit dem Taklimpulssignal, und eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des M-Folgesignals mit den, Taktimpulssignal (F ig. 7).

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die die Verzögerung bewirkende Verzögerungsschaltung einen Vollweggleichrichter aufweist zur Vollweggleichrichtung des Bezugssignals zum Abtrennen des Taktsignals vor; dem Bezugssignal.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Bezugssignalsammelleitung und die Übertragungssammelleitung durch eine einzige Leitung gebildet sind und daß das Bezugssignal durch Verwendung einer kleineren Impulsbreite in einen relativ hochfrequenten Bereich fällt und mittels Filtern herausgefiltert wird.

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

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Aiitokorrelationsfunktion eines unregelmäßigen Signals zeigt, das als Bezugssignal in einem erfindungsgemäßen Multiplex-Übertragungssystem verwendet wird;

Fig.2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Multiplex-Übertragungssystems;

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

Fig.4 ist ein Blockdiagramm eines Empfängers des Systems;

ίο F i g. 5 ist ein Diagramm, das den Zeit-Impulszug und ein sich aus dem Zeit-Impulszug ergebendes M-Folgesignal zeigt;

F i g. 6 zeigt die Autokorrelationsfunktionen des M-Folgesignals nach F i g. 5;

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

F i g. 8 veranschaulicht verschiedene Wellenformen der Signale in dem Generator nach F i g. 7;
F i g. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer in dem Sender nach F i g. 3 oder dem Empfänger nach F i g. 4 verwendeten Verzögerungsschaltung;

F i g. 10 zeigt ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Form dei Verzögerungsschaltung darstellt;
F i g. 11 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des in F i g. 7 gezeigten Signalgenerators veranschaulicht;

Fig. 12 veranschaulicht verschiedene Wellenformen der Signale, die von dem Signalgenerator nach F i g. 11 erzeugt werden, und

F i g. 13 ist ein Diagramm, das eine Autokorrelationsfunktion des Ausgangsssignals des Generators nach F i g. 11 veranschaulicht.

Die in F i g. 1 gezeigte Autokorrelationsfunktion Φι4τ) ist als Mittelwert des Produkts eines Bezugssignals u(t) und seiner verzögerten Wiederholung definiert, die um die Zeit r gegenüber dem Bezugssignal u(t) verzögert ist. Die Autokorrelationsfunktion wird durch folgende Gleichung angegeben:

<Κ,(τ) = u(t - 'r)u(t). (1)

Diese Autokorrelationsfunkiion Φυιί,ν) wird maximal, wenn r = 0, und zur Vereinfachung wird im folgenden angenommen, daß sich der Maximalwert der Autokorrelationsfunktion folgendermaßen ausdrücken läßt:

= 1

Es ergibt sich, daß diese Annahme nicht die allgemeine Anwendbarkeit der Gleichung(l) verfälscht. Es wird also genauso angenommen, daß bei

IrI £ T

<i>,Jt) = 0,

wobei 7"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.

F i g. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Multiplex-Übertragungssystems. Das System besitzt einen Generator 10, der ein Bezugssignal erzeugen kann, das ein unregelmäßiges Signal u(t) ist, dessen Autokorrelationsfunktion die

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Bedingungen der Gleichungen (1), (2) und (3) erfüllt. Der Signalgenerator 10 ist mit einer Anzahl an Sendern, die /te und /te Sender 12 bzw. 14 umfassen, und einer -■ Anzahl an Empfängern verbunden, die /te und /te Empfänger 16 bzw. 18 umfassen. Jeder Sender besitzt j seinen oder seine zugeordneten Empfänger, und von den gezeigten /ten und /ten Sendern wird angenommen, daß sie jeweils den /ten und /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 10 abgegebene unregelmäßige Signal u(t) liegt an allen Sendern und Empfängern über die Bezugs-Sammelleitung 20 an. Jeder Sender und Empfänger kann das unregelmäßige Bezugssignal u(t) in sein eigenes Trägersignal umwandeln.

Empfängt nun der /te Sender 12 das unregelmäßige Bezugssignal u(t), wird dieses in das diesem zugeteilte Trägersignal u(t) umgewandelt. Das resultierende Trägersignal u(t) wird mit einem Informationssignal x, multipliziert, das dem besonderen Sender zugeteilt ist. Das Produktsignal x, u(t) liegt über eine Übertragungs-Sammelleitung 24 an dem an Masse liegenden Widerstand 22 an, wodurch ein Stromsignal /, 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-Sammelleitung 24 miteinander überlagert sind. Das auf der Übertragungs-Sammelleitung 24 erscheinende Spannungssignal v(t) wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

Dabei kann das Ihfofrriationssignal x; entweder ein analoges oder ein digitales Signal sein. Ist das Informationssignal x,- «ein Digitalsignal, das einen logischen Wert 1 oder 0 annimmt, kann der Vervielfacher 32 praktisch als Torschaltung arbeiten, die den intermittierenden Durchgärig des Signals u(i— L) in Übereinstimmung mit dem Informationssignalx/zuläßt.

Der Verstärker 34 ist ein Konstantstromverstärker und führt den:Stron-ß//der Übertragungs-Sammelleitung 24 zu, wenn das den Wert x, ■ u(t-L) darstellende Signal am Eingang des Verstärkers vorliegt. Das Spannungssignal v(t) erscheint nun auf der Ubertragungs-Sammelleitung 24. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß bei geeigneter Einstellung des Widerstandes 22 und des Verstärkungsgrades des Verstärkers 34 das Spannungssignal v(t) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

vit) --; r Σ

(41

v(t) = r Σ Λ = Σ *,"(/ - L₁-).

Der /te Empfänger 16 empfängt so nicht nur das Bezugssignal u(t), sondern das Spannungssignal v(t) und leitet von dem Signal v(t)e.me Signalkomponente ab, die mit dem Trägersignal u(t) multipliziert ist, wodurch das Informationssignal x; reproduziert wird. In gleicher Weise reproduziert der /te Empfänger 18 ein Informationssignal xj, das für den zugeordneten /ten Sender 14 bestimmt ist.

F i g. 3 veranschaulicht einen detaillierten Konstruktionsaufbau eines Senders, der bei dem in F i g. 2 gezeigten Multiplex-Übertragungssystem anwendbar ist Der Sender — beispielsweise als /ter Sender 12 gewählt — besitzt eine Verzögerungsschaltung 30, einen Vervielfacher (Multipliziereinrichtungen) 32 und einen Verstärker 34, die in Serie zwischen den Sammellleitungen 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, erzeugt Das verzögerte Signal u(t— L) wird dann über eine Leitung 38 an den Vervielfacher 32 angelegt der das Signal u(t— L) mit dem gegebenen Informationssignal Xi multipliziert Das das Produkt u(t—L) ■ x, darstellende Ausgangssignal liegt über eine Leitung 40 an dem Verstärker 34 an. Das Ausgangssignal des Verstärkers liegt über eine Leitung 42 an der Übertragungs-Sammelleitung 24 an.

F i g. 4 veranschaulicht einen detaillierten Konstruktionsaufbau eines Empfängers — beispielsweise des /ten Empfängers 16 —, der einen Teil des Multiplex-Übertragungssystems nach F i g. 2 bildet wie dargestellt ist, besitzt der Empfänger 16 eine Verzögerungsschaltung 44, einen Vervielfacher 46 und ein Glättungsfilter 48, die in Serie zwischen die Sammelleitungen 20 und 24 geschaltet sind. Die Verzögerungsschaltung 44 liefert eine Verzögerungszeit L„ die gleich der Verzögerungsschaltung 30 des /ten Senders ist.

Das unregelmäßige Bezugssignal u(t) auf der Leitung 20 liegt über eine Leitung 50 an der Verzögerungsschaltung 44 an, so daß das Bezugssignal u(t) um die Verzögerungszeit L, verzögert wird. Das so verzögerte Signal u(t-L) liegt über eine Leitung 52 an dem Vervielfacher 46 an, der das Signal u(t-L) mit dem Spannungssignal v(t) multipliziert, das von der Übertragungs-Sammelleitung 24 über eine Leitung 54 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 46, das nun das Produkt v(t) ■ u(t- L) darstellt, liegt über eine Leitung 56 an dem Glättungsfilter 48 an. Das Ausgangssignal des Glättungsfilters 48 stellt einen Wert <&uv(L) dar. der folgendermaßen ausgedrückt wird:

<·/>„, (L₁) = w(r - L₁-) v(t).

Differieren in diesem Augenblick die allen Sendern zugeteilten Verzögerungszeiten voneinander um eine Zeitdauer, die die Zeit Tüberschreitet, wird sich nur die Komponente u(t- L) des Signals vftjzur Kreuzkorrelationsfunktion <E>_UV(L) eignen, die sich demgemäß folgendermaßen ausdrücken läßt:

0_m.(L,) =

L₁) wir - L_f) = x,0„(O).

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

0„_t,(L_;) = χ.. (8)

Aus Gleichung (9) ergibt sich, daß das Ausgangssignal des Glättungsfilters 48, d. h. die Kreuzkorrelationsfunktion Φν/L), gleich dem Wert des Informationssignals x/ ist

Aus den vorhergehenden Ausführungen ergibt sich, daß das Ausgangssignal eines bestimmten Senders ausschließlich von dem zugeordneten Empfänger

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aufgenommen wird und in die Originalinforniation unabhängig von der Koexistenz der anderen Signale umgewandelt wird, die yon.den übrigen Sendern auf die pbertragUngs-Sarnmeüeilüng gegeben werden, so kann eine Vielzahl von von den zahlreichen Sendern gelieferten lnfonnatiönssignalen an die zugeordneten Empfänger durch Verwendung .der -Sender übertragen werden, die mit Verzogerungszeiten ausgestattet sind, die voneinander um Zeitdauern differieren, die jeweils langer als die Zeit Γ sind, und durch Verwendung von Empfängern, die den Sendern zugeordnet sind und auf die den zugeordneten Sendern zugeteilten Verzogerungszeiten 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 beeinflußt nicht ernsthaft das Ausgangssignal des Empfängers, nachdem das Ausgangssignal durch das Glättungsfilter gemitlelt wurde, soweit das Rauschen stochastisch unabhängig von dem Spannungssignal v(t) ist. Das dem Bezugssignal auf der Leitung 20 überlagerte Rauschen würde nur zur Erweiterung des Frequenzbandes des Bezugssignals u(t) beitragen, wenn das Rauschen eine relativ hohe Frequenz 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 niederfrequentes Rauschen, beispielsweise ein Brummen einer Energiequelle, ist es möglich, daß die Autokorrelationsfunktion 4>_uJj) fehlerhafterweise zu Null wird, wenn |τ| ί T. Dies kann dadurch vermieden werden, daß ein geeignetes Hochpaß-Filter am Eingangsanschluß jedes Senders und Empfängers vorgesehen wird, um den niederfrequenten Anteil, der das Brummen enthält, zu blockieren.

1st es erwünscht, ein Analogsignal als Informationssignal zu verwenden, kann der Vervielfacher 32 oder 46 ein Vervielfacher mit Betrieb in vier Quadranten sein. Vorzugsweise kann der Vervielfacher durch ein Potentiometer ersetzt werden, das ein Ausgangssignal mit einer Amplitude erzeugen kann, die proportional der Potentiometereinstellung ist.

Das in dem erfindungsgemäßen Multiplex-Qbertragungsverfahren 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 Vervielfachers bedeutend vereinfacht werden kann und als Verzögerungsschaltung Schieberegister verwendet werden können. Derartige Vorteile werden besser durch die Verwendung eines logisch erzeugten pseudo-unregelmäßigen Signals als durch Verwendung eines physikalisch erzeugten unregelmäßigen Signals erreicht.

Für die verschiedenen pseudo-unregelmäßigen Signale, die als Bezugssignale verwendbar sind, ist ein lineares Schieberegisterfolgesignal mit maximaler Länge (abgekürzt mit: M-Folgesignal) repräsentativ. Fig.5a veranschaulicht einen Zeitimpulszug p(t) mit einer Wiederholungsperiode T. Fig.5b zeigt ein 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 Autokorrclationsfunkiion Φ,,,,,,(ί) eines M-Folgesignals m(t) gezeigt. 1st die Periode des M-Folgesignals m(t) (siehe Fi g. 6a),gleich./V7^ weicht der Grundpegcl der M-Folge von 'dem Nullpcgel um -l/N ab. Eine andere Funktion jn'(i)_Mjis\ nun folgendermaßen gegeben:

m'(t)=m(t)+A ,

wobei

1 + N

oder

1 - I 1 + N

Die Aulokorrelaiionsfunktion Φ'_η,_η{τ) der Funktion m'(t) ist in Fig.6b gezeigt. Der Grundpegel der Autokorrelationsfunktion Φ'_mn{v) ist Null, nämlich der Wert der Funktion Φ'mnfj) ist gleich Null außerhalb des Bereichs von τ = KNT± T, wobei K eine ganze Zahl ist.

F i g. 7 veranschaulicht einen vorzugsweise gewählten Aufbau des Signalgenerators 10 nach Fig.2, der ein Bezugssignal erzeugen kann, das ein M-Folgesignal enthält. Wie dort dargestellt ist, besitzt der Signalgeneralor einen Zeitimpulsgenerator 60, einen M-Folgegenerator 62 und einen Vervielfacher 64. Der Zeitimpulsgenerator 60 ist über eine Leitung 66 mit dem Vervielfacher 64 und über eine Leitung 68 mit dem M-Folgegenerator 62 verbunden. Der M-Folgegenerator 62 ist seinerseits mit dem anderen Eingang des Vervielfachers 64 verbunden. Der Zeitimpulsgenerator 60 kann einen Zeitimpulszug p(t) erzeugen, wie er in F i g. 8a dargestellt ist. Der Zeitimpuls p(t) liegt über die Leitung 66 an einem Eingang des Vervielfachers 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 F i g. 8b dargestellt ist. Das M-Folgesignal liegt über eine Leitung 70 an dem anderen Eingang des Vervielfachers 64 an, der ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Produkt p(t) m(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 eines M-Folgesignals unterschiedliche Wellenform besitzt, dient als ein Äquivalent für das M-Folgesignal.

F i g. 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 Verzögerungsschaltung nach F i g. 9 besitzt einen Vollweg-Gleichrichter 72, der das Signal p(t)m(l + T] empfangen und den Zeitimpulszug p(t) wiedererzeugen kann. Der wiedererzeugte Zeitimpuls 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-Schaltung 80a, 806 bzw. 80c; die miteinandei in Serie geschaltet sind. Das Signal p(t)m(t+ T) auf dei 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 den Zustand des Signals p(t)m(t+ T) ändert der unmittelbai vor dieser Zustandsänderung der Flip-Flop-Schaltunj 76 vorliegt. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schal tung 76 ist daher das Signal m(t) nach F i g. 8d, das übe eine Leitung 82 an der ersten Flip-Flop-Schaltung 80, des Schieberegisters 80 anliegt. Das Signal m(t) ist un die Zeitperiode T verzögert und liegt dann an de zweiten Flip-Flop-Schaltung 806 über eine Leitung 8 an.

inn ca λ int

Die zweite Flip-Flop-Schaltung 806 erzeugt dann ein Signal w(t-2T), das über eine Leitung 86 an der dritten Flip-Flop-Schaltung 80c und über eine Leitung 90 an einem Anschluß des Vervielfachers 88 anliegt. Die dritte Flip-Flop-Schaltung 80c erzeugt dann ein Signal in(t-3T), das über eine Leitung 92 an dem anderen Eingang des Vervielfachers 88 anliegt. Eines der Charakteristika der M-Folgesignale besieht darin, daß das Signal ohne weiteres um ganze Vielfache der Wiederholungszeit 7der Zeitimpulse verzögert werden kann. Beispielsweise gilt im Fall des in F i g. 5 gezeigten M-FolgesignaIs vierter Ordnung die folgende Beziehung:

mit - 2T)I)HI - 3 7") = m(/ - 14 7)

(10)

Daher erzeugt der Vervielfacher 88 ein Signal m(t— HT), das dann über eine Leitung % an eine Vorspannschaltung 94 angelegt wird. Die Vorspannschaltung 94 erzeugt dann ein Signal

m'(t-\4T),

das gleich m(t- \4Τ)+Δ ist, wie sich aus Gleichung (9) ergibt. Im allgemeinen genügt es zur Erreichung eines verzögerten M-Folgesignals /i'ter Ordnung, ein (V)-I)-stufiges Schieberegister zu verwenden und nicht ein Schieberegister, das eine den gewünschten Verzögerungszeiteinheiten entsprecherde Anzahl an Stufen besitzt. Das verzögerte M-Folgesignal m'(t-\4T) entspricht dem Signal u(t- Z,,) nach Fi g. 3 oder 4 und wird als ein Signal, das das Informationssignal x, trägt, betrachtet.

Es ist zu bemerken, daß bei Benutzung des M-Folgesignals der n'ten Ordnung die Nummer der Verbindungskanäle des Systems nicht größer als N= 2" -1 ist, da das M-Folgesignal eine Wiederholungsperiode von

NT=(2"-\)T

hat, wobei Tdie Wiederholungsperiode des Zeitimpulszuges ist, von dem das M-Folgesignal /7'ter Ordnung abgeleitet ist.

Wird das M-Folgesignal als Bezugssignal zur Multiplex-Übertragung 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 Bezugssignal verwendet werden, ohne zu irgendeiner Kompensation zu greifen und ohne Nachteil auf die Übertragungsgüte, da ein derartiger Fehler nur zu einer vernachlässigbaren Änderung des Frequenzspektrums des M-Folgesignals führt. Macht der Sender oder der Empfänger bei der Reproduzierung des M-Folgesignals einen Fehler, kann das resultierende M-Folgesignal 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 hochfrequenten Bereich fallen zu lassen, 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 dargelegt, daß die Charakteristiken der M-Folgesignale, wie in Gleichung (10) gezeigt, auf alle

ίο unregelmäßigen Signale einschließlich der physikalisch erzeugten unregelmäßigen Signale verallgemeinert werden können.

Fig. 10 veranschaulicht einen Teil der Verzögerungsschaltung nach Fig.9 in einer allgemeinen Form, die aus dem 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, 1006 bzw. 100c, denen die gleiche Verzögerungszeit zugeteilt ist und die in Serie miteinander geschaltet sind, und mit einem ersten, zweiten und dritten Vervielfacher 102,104 bzw. 106.

Das Bezugssignal u(t) liegt über eine Leitung 108 an einem Eingang des ersten Vervielfachers an, der demzufolge ein Ausgangssignal u_Ot(t) erzeugt. Das Bezugssignal u(t) liegt ebenfalls über eine Leitung 110 an der ersten Flip-Flop-Schaltung 100a an und wird dadurch um die Zeitperiode Tverzögert. Das Ausgangssignal u\(t) der ersten Flip-Flop-Schaltung liegt über eine Leitung 112 an einem Eingang des zweiten Vervielfachers 104 und dem anderen Eingang des ersten Vervielfachers 102 an, der demzufolge ein Ausgangssignal uo\(t) erzeugt, das über eine Leitung 116 an dem dritten Vervielfacher 106 anliegt. Das Signal U\(t) liegt ebenfalls über eine Leitung 114 an der zweiten Flip-Flop-Schaltung 1006 an. Das Ausgangssignal u₂(t) der zweiten Flip-Flop-Schaltung 1006 liegt über eine Leitung 118 an dem anderen Eingang des zweiten Vervielfachers 104 an, der demzufolge ein Ausgangssignal un(t) erzeugt. Das Ausgangssignal u₂(t) liegt ebenfalls über eine Leitung 122 an dem anderen Eingang des dritten Vervielfachers 106 an, der dann sein Ausgangssignal uoi ₂(t) erzeugt. Das Ausgengssignal u₂(tj der zweiten Flip-Flop-Schaltung 1006 liegt ebenfalls über eine Leitung 120 an der dritten Flip-Flop-Schaltung 100c an. Die dritte Flip-Flop-Schaltung 100c erzeugt dann ein Ausgangssignal u₃(t) an ihrem Ausgangsanschluß 124.

Die Abtastsignale, wie U₀(X). u\(t), u₂(t) und ui(t) sine

so nicht miteinander korreliert. Wird in diesem Augenblick das Signal Uo\(t) mit dem Signal u\₂(t) multipliziert unc gemittelt, gilt die folgende Beziehung:

₁ U) u₁₂(f) = U₀U) if, (r) M₁ (Z)

= 0.

Daraus ergibt sich, daß die Signale u_O\(t) u_i2(t unkorreliert miteinander sind.

Für die Abgriffsignale u_a(t) und u_m(t) gilt eine gleicht Beziehung:

Wo(f)«oi(r) = Wo(

= 0.

Daher sind die Signale u_ü(t) und uo\(i) unkorreliert miteinander. Es erweist sich auf diese Weise, daß jedes andere der Signale u_O\(t), «02(%),..., die jeweils aus zwei unkorrelierten Abgriffsignalen gebildet wurden, und die Signale uon(t), Um₃(Q, ..., die aus drei unkorrelierten Abgriffsignalen gebildet wurden, unkorreliert miteinander sind.

1st daher eine Anzahl η von unkorrelierten Signalen gegeben, werden unkorrelicrte Signale in folgender Anzahl erzeugt:

2" - 1 .

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

= 0.

114)

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

κ? I/) = 1 .

(15)

Daraus ergibt sich, daß eine Anzahl 2„._i unkorreiierter Signale ein ortho-normales Quellensystem errichtet; dieser allgemeine Ausdruck enthält die in Gleichung (10) gezeigten Chrakieristiken der M-Folgesignale als Sonderfall, wobei das Produkt der Abgriffsignale nebenbei bemerkt eine verzögerte Wiederholung des ursprünglichen Signals ist. Aus der vorhergehenden Erläuterung genügt es, daß gegenseitig unkorrelierte Signale in einer Anzahl erzeugt werden, die der Anzahl der Übertragungskanäle entspricht. Werden dabei die zahlreichen Signale lediglich durch Verzögerung der Bezugssignale erzeugt, müßte die Verzögerungsschaltung in der Lage sein, exuem lange Verzögerungszeiten zu liefern. Die an Hand der Fig. 10 beschriebene Anordnung ist vorteilhaft, da nur eine Anzahl n-1 an Flip-Flop-Schaltungen verwendet werden, um über eine Anzahl 2„-i an Signalen verfügen zu können, die miteinander nicht korreliert sind.

F i g. 11 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Generators, der einen Rauschgenerator 126 benutzt, der eine Entladungsröhre oder eine andere physikalisches

Rauschen erzeugende Einrichtung verwendet. Der Generator besitzt einen Rauschgenerator 126, einen Diskriminator 128 zur Impulsformung, eine Abtast- und Halteanordnung 130, einen Zeitimpulsgenerator 132 und einen Vervielfacher 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

ίο mit dem positiven oder negativen Eingangs-Rauschsignal +1 bzw. -1 ist. Die Rechteckimpulswelle liegt über eine Leitung 138 an der Abtast- und Halteanordnung Musterhalter 130 an. Der Zeitimpuls p(t) von dem Zeitimpulsgenerator 132 liegt über eine Leitung 140 an dem anderen Eingang der Abtast- und Halteanordnung 130 und an einem Eingang des Vervielfachers 134 über eine Leitung 142 an. Die Abtasl- und Halteanordnung 130 tastet sein Eingangssignal an der Ablaufkante des Zeitimpulses ab und hält den abgetasteten Wert während des nächsten Zeitimpulses. Das in Fig. 12d gezeigte Ausgangssignal der Anordnung 130 liegt über eine Leitung 144 an dem anderen Eingang des Vervielfachers 134 an und wird mit dem Zeitimpuls multipliziert. Das Ausgangssignal des Vervielfachers ist in F i g. 12e gezeigt. Dabei ist die Wiederholungsperiode T des Zeitimpulses ausreichend größer als der Reziprokwert der Frequenzbandbreite des Signals n(t), so daß das Signal u(t+T)zu +1 oder -1 im Moment der Abtastung mi«, der Wahrscheinlichkeit 1/2 wird — unabhängig von dem Zustand vor oder nach der Abtastung. Auf diese Weise besitzt das Signal u(t+ T) eine Autokorrelationsfunktion Φ_υ^τ), wie sie in Fig. 13 dargestellt ist.

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

Außerdem ist zu bemerken, daß die bei der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Vervielfaeher im Falle eines Digitalsignals durch eine passende Torschaltung gebildet sein können. Beispielsweise ist ein Exklusiv-ODER-Tor einem Vervielfacher um +1 und

— 1 äquivalent, wenn logisch 0 der + 1 und logisch 1 der

- 1 — oder umgekehrt — entspricht.

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

Hierzu ? Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung einer Mehrzahl von Informationssignalen zwischen Sendem und Empfängern unter Verwendung einer Übertragungs-Sammelleitung, wobei zwischen den Sendern und Empfängern ein zusätzliches Bezugssignal übertragen wird, das senderseitig zur Modulation der Informationssignale und emptängerseitig zur Demodulation dient, gekennzeichnet durch eine - Generatoreinrichtung (10), die ein durch ein Zufallssignal gebildetes Bezugssignal u(t) auf zumindest eine Bezugssignal-Sammelleitung (20) gibt, durch Sender, in denen durch Verzögerung des Bezugssignals u(t) um bestimmte Werte Li miteinander nicht korrelierte Trägersignal u{t) hergestellt und mit jeweils einem Informationssignal χι zur Erzeugung eines Produktsignals x, u(t) multipliziert werden, das über eine Übertragungssammelleitung (24) Empfängern zugeführt wird, die über die Bezugssignalsammelleitung (20) ebenfalls das Bezugssignal u(t) empfangen und daraus durch Verzögerung um die gleichen Werte Li wiederum die Trägersignale u(t) herstellen und mit diesen die Summe der empfangenen Produktsignale x, u{t) multiplizieren und dann als Multiplikationsergebnis mitteln.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender und Empfänger mehrere Verzögerungseinrichtungen haben, die das Bezugssignal u(t) um voneinander verschiedene Zeitperioden verzögern, die größer als die Zeitdauer sind, in welcher der Absolutwert der Autokorrelationsfunktion des Bezugssignals größer als Null ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender und Empfänger Multipliziereinrichtungen aufweisen, die die verzögerten Signale zur Erzeugung der Trägersignale miteinander multiplizieren (F i g. 10).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung einen Rauschgenerator (126) aufweist, einen Wellenformer (128) zur Erzeugung von Impulsen mit gleichem Vorzeichen wie der Momentanwert des Rauschens, einen Taktimpulsgenerator (132), eine Abtast- und Halteschaltung (130), die die von dem Wellenformer (128) abgegebenen Impulse an der Rückflanke der Taklimpulse abtastet und den abgetasteten Wert bis zum nächsten Taktimpuls hält, und eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des abgetasteten und gehaltenen Werts mit dem Taktsignal (F i g. 11).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung einen Taktimpulsgenerator aufweist, einen M-Folgegenerator zur Erzeugung eines M-Folgesignals in Übereinstimmung mit dem Taktimpulssignal, und eine Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren des M-Folgesignals mit dem Taktimpulssignal (F i g. 7).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verzögerung bewirkende Verzögerungsschaltung einen Vollweggleichrichter aufweist zur Vollweggleichrichtung des Bezugssignals zum Abtrennen des Taktsignals von dem Bezugssignal.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalsammelleitung und die Übertragungssammelleitung durch eine einzige Leitung gebildet sind und daß das Bezugssignal durch Verwendung einer kleineren Impulsbreite in einen relativ hochfrequenten Bereich fällt und mittels Filtern herausgefiltert wird.