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iTivertragungsverfahren und sender- und em pfängerseitige Schaltungsanordnung
zur gleichzeitigen Übertragung zweier Signale unter Einsatz eines Übertragungskanals
mittels kombinierter Pulsdauer- und Pulsam plituclenmodulation Die Erfindung betrifft
ein Übertragungsverfahren und sender- und empfängers eitige Schaltungsanordnung
zur gleichzeitigen Übertragung zweier Signale mittels kombinierter Pulsdauer- und
Pulsamplitudenmodulation zur Anwendung insbesondere in der Nachrichten- und Meßtechnik,
wobei der Nachrichteninhalt eines zweiten Signals in der Pulsamplitude des gleichen
Impulses innerhalb einer periodischen Impulsfolge enthalten ist.
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Nach bekannten Verfahren können zwei voneinander unabhängige Signale
unter Einsatz nur eines Übertragungskanals im Frequenz- oder Zeitmultiplex übertragen
werden. Beim Frequenzmultiplex müssen die beiden Signale senderseitig durch Modulatoren
in verschiedene Frequenzbänder umgesetzt werden, und es sind auf der Empfangsseite
aufwendige und damit teure Filterungsmaßnahmen zu treffen, um die Signale wieder
voneinander zu trennen. Bei der zeitmultiplexen Übertragung zweier Signale werden
diese zeitlich nacheinander abgetastet und unter Beachtung des Shannon'schen Abtasttheorems
(Borucki, L. und Dittmann, J.: Digitale Meßtechnik - 2. Aufl. 1971, Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York, S. 223-225) innerhalb eines Rahmens, dem zur eindeutigen
Kanalzuordnung auf der Empfangsseite ein Synchronzeichen, das einem Datenzeichen
nicht identisch sein darf, vorangestellt werden muß, so daß zur Übertragung zweier
Kanäle (Signale) insgesamt drei Kanäle erforderlich sind.
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Der Erfindung liegt neben der einfachen technischen Lösung durch Fortfall
von Modulatoren, Demodulatoren und Filtern beim Frequenzmultiplex
die
Aufgabe zugrunde, über nur einen Übertragungskanal zwei Signale zu senden, wobei
die sender- und empfängerseitige Synchronisation automatisch durch Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt, ohne von einem Synchronzeichen Gebrauch zu
machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß senderseitig
ein periodisches Rechtecksignal mit einem Signal 1 in den negativen Flanken pulsdauermoduliert
wird, während die positiven Flanken zwecks Synchronisation und Regeneration auf
der Empfangsseite zeitlich äquidistant liegen und damit die Erfordernisse des Abtasttheorems
erfüllen. Das pulsdauermodulierte Signal besitzt normierte Amplituden, und in einem
zweiten Schritt wird das Signal für die zeitliche Dauer eines jeden PDM-Impulses
noch durch ein Signal 2 pulsamplitudenmoduliert.
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Für die Erzeugung eines solchen zweifach modulierten Signals ist nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung auf der Sendeseite ein Kodierer erforderlich,
welcher beide Signale für die einkanalige Übertragung zusammenfaßt; auf der Empfangs
seite ist ein Dekodierer angeordnet, welcher zunächst - durch die positiven Flanken
des eintreffenden Signals synchronisiert - das PDM- und PAM-Signal voneinander trennt
und in einem weiteren Schritt beide in analoge Form zurückwandelt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß für die Übertragung zweier Signale über einen einzigen Übertragungskanal keine
technisch aufwendigen und störanfälligen Einrichtungen wie Modulatoren, Demodulatoren
und Filter erforderlich sind, und daß zur automatischen Synchronisation zwischen
Sender und Empfänger das zwei fach modulierte Signal selbst ohne zusätzliches Synchronwort
dient. Es entfallen weiterhin die in bekannten Verfahren erforderlichen schwierigen
Abgleicharbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Impulsdiagramm der
senderseitigen Schaltungsanordnung; Fig. 2 ein Impulsdiagramm der empfangsseitigen
Schaltungsanordnung; Fig. 3 die senderseitige Schaltungsanordnung; Fig. 4 die empfangsseitige
Schaltungsanordnung.
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Es korrespondieren miteinander die Figuren 1 und 3 und die Figuren
2 und 4, wobei alle Kleinbuchstaben (außer t=Zeit) sich fortlaufend auf die Impulsdiagramme
der Figuren 1 und 2 beziehen.
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In Fig. 3 erzeugt der Taktgenerator 1 die periodische Impulsfolge
a, welche durch eine monostabile Kippstufe 2 in eine Impulsfolge b mit gleicher
Folgefrequenz umgeformt wird. Das nun mit einem Tastverhältnis von etwa 1:100 erhältliche
Signal b wird einem Sägezahngenerator 3 zugeführt. Durch den Zustand log. 1 von
Signal b (positive Logik) wird das Sägezahnsignal c auf seinen negativen Maximalwert
gesetzt, und durch den Zustand log. 0 von Signal b steigt es zeitlin-ear bis zu
seinem positiven Maximalwert an; Signal c liegt symmetrisch zur Nullinie.
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Am Eingang eines hochohmigen Trennverstärkers 4 liegt das Signal 1,
welches ausgangsseitig von Verstärker 4 als Signal d gemeinsam mit dem Signal c
auf einen Vergleicher 5 geführt wird dergestalt, daß das Ausgangssignal e des Vergleichers
stets dann den Zustand log. 1 annimmt, wenn das Signal c negativer ist als das Signal
d, hingegen Signal e den Zustand log. 0 annimmt, wenn das Signal c positiver ist
als das Signal d. Signal e stellt das durch Signal 1 pulsdauermodulierte Signal
mit normierte Amplitude dar, welches infolge der Forderung daß die Amplitude von
5 nal c betragsmäßig stets größer sein muß als der Amplitudenbetrag von Signal d,
niemals innerhalb der Kodierperiode für das gesamte Zeitintervall T den Zustand
log.O einnehmen kann. Damit ist in Verbindung mit der Amplitudennormierung die Möglichkeit
gegeben, während des Zustands log. 1 von Signal e dieses auch noch in der Amplitude
zu modulie-
Über einen hochohmigen Trennverstärker 7 führt das Signal
2, nachdem es von der Gleichspannungsquelle 8 mit einem Spannungsoffset von UO versehen
wurde, als Signal f auf einen Schalter 6, welcher durch Signal e betätigt wird in
der Weise, daß der Schalter 6 nur dann und immer dann ein Signal g ungleich Null
liefert, wenn Signal e sich im Zustand log. 1 befindet. Signal g und Signal e -
durch den'Schalter 6 auf gleiche Pulslängen normiert - gelangen gemeinsam auf eine
Additionsstufe 9, an deren Ausgang das puls dauer- und pulsamplitudenmodulierte
Signal h steht, welches nun auf eine einkanalige Übertragungsstrecke beliebiger
Art ges-chickt werden kann.
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Es ist leicht einzusehen, daß U stets größer oder mindestens gleich
0 dem Betrag von Signal 1 und stets größer als der log. l-Pegel von Signal e sein
muß, damit bei der Addition von Signal g und Signal e das Signal h zu keinem Zeitpunkt
einen negativen Funktionswert annehmen kann.
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Eine Schaltungsanordnung zum Empfang des Signals h zeigt Fig. 4. Das
Signal h passiert den impedanzwandelnden Trennverstärker 10 und verläßt ihn als
Signal hemit unveränderter Amplitude und Phase.
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Fig. 4 ist in zwei Signalpfade geteilt zu denken. Der obere Pfad mit
den Blöcken 11,12,13,14,15,16 und 23 ist für die Rückgewinnung des Signals 1 aus
dem pulsdauermodulierten Anteil des Mischsignals h' vorgesehen, während der untere
Pfad mit den Blöcken 11, 17, 18, 19, 20,21- und 22 das Signal 2 aus dem pulsamplitudenmodulierten
Anteil von Signal h' gewinnt, wobei die Steuerung bzw. Synchronisation des unteren
Pfades von dem beiden Pfaden gemeinsamen Block 11 übernommen wird.
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Zunächst sei der obere Pfad erläutert. Das Signal h' wird einem
Vergleicher
11 mit Begrenzerwirkung zugeführt, der das Signal h' auf den Pegel +UK der Gleichspannung
squelle 23 vergleicht dergestalt, daß das auf UPDM amplitudennormierte Ausgangssignal
i stets dann den Zustand log. 1 zeigt, wenn das Signal h' größer ist als +UK. Das
Signal i setzt mit jeder negativen Flanke die bistabile Kippstufe 13, und mit jeder
negativen Blanke des aus der monostabilen Kippstufe 12 stammenden Signals k, das
durch jede positive Flanke von Signal i entsteht, wird die Kippstufe 13 wieder zurückgesetzt.
Das Ausgangssignal 1 der Kippstufe 13 triggert einen Sägezahngenerator 14 dergestalt,
daß im Zustand log. 0 von Signal 1 das Sägezahnsignal m seinen positiven Maximalwert
beibehält und für den Zustand log. 1 von Signal 1 zeitlinear abfällt mit der betragsmäßig
gleichen Geschwindigkeit wie Signal c in Fig. 1.
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Signal k, das mit dem zeitliche Äquidistanz fordernden Abtasttheorem
in Einklang steht, betätigt einen Schalter 15 zur Abfrage von Signal m in der Weise,
daß der Schalter 15 nur dann ein Ausgangssignal n ungleich Null liefert, wenn Signal
k den Zustand log. 1 besitzt. Das Signal n enthält nunmehr pulsamplitudenmoduliert
das Signal 1, welches nach bekannten Verfahren durch ein Tiefpaßfilter 16 oder durch
Einsatz eines Abtast-und Haltekreises mit anschließender Filterung in die ursprüngliche
analoge Form gebracht werden kann.
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Im folgenden wird der untere Signalpfad beschrieben. Die positiven
Flanken von Signal i setzen eine monostabile Kippstufe 17, deren Ausgangssignal
o mit einem Tastverhältnis von etwa 1:50 den Schalter 18 und den Schalter 19 in
der Weise betätigt, daß die Signale p und q nur dann ungleich Null sind, wenn sich
Signal o im Zustand log. 1 befindet. Das Signal o erfüllt durch die zeitliche Äquidistanz
seiner Impulse das Abtasttheorem. Dem Schalter 18 wird eingangsseitig das Mischsignal
h' zugeführt, und man erhält am Ausgang das Signal q, das durch die Abtastwirkung
des Signals o vom Einfluß der variablen Pulslänge befreit ist. Allerdings besitzt
das Signal q noch- einen zuvor erzwungenen Spannungsoffset
vom Betrag
tu + UpDM). Die Beseitigung desselben wird dadurch erreicht, daß zu den Abtastzeitpunkten
mit dem Signal o der Schalter 19 betätigt wird, der eingangsseitig mit dem negativen
Spannungsoffsetpegel -(UO + UpDM) der Gleichspannungsquelle 20 beaufschlagt ist.
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Die zeitnormierten Signale p und q werden nun gemeinsam einem Addierer
21 zugeführt, der als Ausgangssignal r das offsetfreie pulsamplitudenmodulierte
Signal 2 zeigt, welches nach bekannten Verfahren durch ein Tiefpaßfilter 22 oder
durch Einsatz eines Abtast- und Haltekreises mit anschließender Filterung in die
ursprüngliche analoge Form gebracht werden kann.
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Es ist ersichtlich, daß die empfangsseitige Synchronisation stets
durch die zeitlich äquidistanten positiven Flanken des Signals h ausgelöst wird.
Ebenso sind die Abtastsignale k und o mit diesen Flanken -verknüpft, so daß dadurch
einerseits eine sichere Synchronisation bewirkt und andererseits das Abtasttheorem
in vollem Umfang erfüllt wird.