DE2333870A1 - Numerisch arbeitende schaltung zur bildung eines frequenzmultiplexsystems - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPU-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

DIPL.-1NG. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

München, 3- Juli !973 E/jfi/ü - O 2744-

COHPAGNIE INIUSTKIELLE DES
IETjECOi-SiJNlCAiDIONS 01!T-ALCAl¹EL

12 rue de la Baume
75008 Paris / Frankreich

Numerisch arbeitende Schaltung zur Bildung eines
Irequenzmultiplexsystems

Die Erfindung betrifft Schaltungen, die eine Zusammenfassung einer gewissen Anzahl von Fernsprechkanälen in einem gegebenen Frequenzband durchführen, und insbesondere eine Schaltung, die ausgehend von η Kanälen mit · Tonfrequenzen ein Band eines Frequenzmultiplexsystem^,
beispielsweise eine primäre Basisgruppe von zwölf Kanälen von jeweils 4 kHz, liefert, die das Band 60 bis
108 kHz bedeckt, und zwischen einem analog-numerischen Eingangswandler, der die Kanäle mit Tonfrequenzen aufnimmt, und einen numerisch-analogen Ausgangswandler,
der das gewünschte Band, beispielsweise die primäre Basisgruppe, aussendet, ausschließlich numerische Organe besitzt, die Informations-"Wörter" behandeln. Eine derartige Schaltung dient zur Bildung von Frequenzmultiplexsystemen für die Fernsprechübertragung.

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Dr. Müller-Bor* Dr. Manitz · Dr. Deufel · Dlpl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. GrSmkow Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Kobert-Koch-StraBe 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, MarktstraS· Telefon (0531) 73887 Telefon (0811) 2938«, Telex 1-22060 mbpat Telefon (0711) 567281 Bank: Zentralkaeee Beyer. Volkabanken, München, Kto.-Nr. 9822 Postscheck: Manchen 96485

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Es ist bekannt, ein frequenzmultiplexsystem oder einen itequenzmultiplexsystemteil, beispielsweise eine primäre Basisgruppe, durch zwei Modulationsstufen zu erzeugen: Eine erste Modulation oder Vormodulation, die Vor-Modulationskanäle liefert, die alle dieselbe Lage in dem Spektrum haben, und dann eine zweite Modulation, die eine Versetzung jedes vormodulierten Kanals in einen der Kanäle der als Beispiel genommenen primären Basisgruppe bewirkt, d.h. zwölf Kanäle, die jeweils 4 kHz zwischen 60 und 108 kHz einnehmen. Derartige Operationen werden mittels Modulatoren und zugeordneten Filtern durchgeführt.

Eine besonders zweckmäßige Einrichtung zur Erzeugung der umgesetzten Kanäle ist ein Modulator mit zwei parallelen Wegen, deren eiser einen ersten Modulator besitzt, der einen Eanal mil; Tonfrequenzen und ferner einen Strom cos Λ ^t₉ (β- ^ » 2Ii¹I) empfängt, worauf ein Tiefpaßfilter und ein zweiter Modulator folgt, der außerdem mit eines Strom cos-fl«*» ^2 ^s 2TtF2)geäpeist wird, und von denen d@r andere einen dritten Modulator enthält₉ der außerdem einen Strom sinA^t empfängt, worauf ein Tiefpaßfilter und ein vierter Modulator folgt, der außerdem mit einem Strom sin Jl^ gespeist wird; die Ausgangsströme des zweiten und des vierten Modulators werden addiert, so daß am Ausgang der umgeaetzte Kanal geliefert wird.

Der wichtigste ¥ortsil eines derartigen Uiasetzungsmodulators mit zwei Weges, besteht darin, daß die Produkte der zweiten Modulation- da die !Drägerstrome von einem Zweig zum anderen um t?/2 versetzt sind, am Ausgang paarweise η oder um Null phasenverschoben sind* Sin einfacher

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Summierer gestattet die Wiederherstellung der gewünschten Produkte.

Die Erfindung wendet dieses Prinzip auf eine numerisch arbeitende Vorrichtung zwischen einem analognumerischen Eingangswandler und einem numerisch-analogen Ausgangswandler an, in dem Wörter mit einer vorbestimmten Bitzahl, beispielsweise ρ Bits, behandelt werden, deren jedes einen kodierten numerischen Wert darstellt. Während jedoch die einfache Umsetzung der analog-numerischen Methode zwei parallele Wege zur numerischen Behandlung erfordert, wird erfindungsgemäß unter Ausnutzung der der numerischen Behandlung eigenen Vorteile nur ein einziger Weg benutzt, wobei diese Vereinfachung der Schaltung die Verdoppelung der Frequenz des Taktgebers erfordert, der zur Bhythmisierung des Betriebs der Schaltung dient.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Gesamtschaltbild einer erfindungsgemäßen Multiplexschaltung.

Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild eines Teils der Schaltung von Fig. 1.

Fig. 3 eine Darstellung der Spektralzusammensetzung der einzelnen Glieder.

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild, das die Anwendung einer erfindungsgemäßen Schaltung auf ein Multiplex höherer Ordnung.zeigt.

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer Anwendung von zwei erfindungsgemäßen Schaltungen auf ein Multiplex höherer Ordnung.

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Das schematische Schaltbild von Fig. 1 entspricht dem Multiplex von η = 12 Kanälen mit Tonfrequenzen, die eine Gesamtbreite von 4 kHz bedecken, in eine primäre Basisgruppe 60 - 108 kHz.

Die Parameter haben folgende Werte:

Niederfrequenzspektrum: 300 - 3400 Hz; Bandbreite B = 3100 Hz; Frequenz der ersten Modulation F1 = = 1850 Hz; Frequenzen der zweiten Modulation f1 = 6 kHz; f2 = 10 kHz; fk = (2 + k χ 4) kHz; fn = 50 kHz; hierbei ist k die Rangnummer des Kanals zwischen 1 und η =

Die Abfragefrequenz für eine Gruppe der Breite 48 kHz beträgt Fs = 112 kHz (14 χ 8).

Die η Kanäle 1 bis η treten in einen analog-numerischen Wandler 10 mit geteilter Zeit ein, der mit einer !Taktfrequenz Fh = 12 χ Fs = 12 χ 112 kHz arbeitet. An jedem der η Ausgänge des Wandlers 10 wird jede abgefragte Stufe durch ρ Bits parallel kodiert (beispielsweise wird ρ = 12 genommen).

Ein Schrittschalter 11, der mit der Taktfrequenz Fh = 12 x 112 kHz arbeitet, nimmt während einer Rasterbzw. Abfragungsperxode von 8,9.As (= 1/112 kHz) nacheinander die Kodierung mit ρ Bits jedes der zwölf Kanäle ab.

Der gemeinsame Punkt des Schalters 11 liefert einem Eingang einer Untergruppe 12 ein Signal X₂ (t); diese Untergruppe besitzt im wesentlichen einen Multiplizierer und eine Logik, die mit dem gemeinsamen Punkt eines Schalters 13 verbunden ist, der mit einer Taktfrequenz 2Fh = 24 χ 112 kHz arbeitet, und die jeden zweiten Takt

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cos fl-1t. und im anderen Takt sin JlIt. liefert, wobei Jl₁ = 2nF1 ist. Die Periode von Fl = 1850 Hz beträgt 540,us, wobei die Abfrsgeperiode 8,9/es ist;" daraus ergibt sich eine Gesamtzahl der Werte von cos -a^t von etwas mehr als 60 pro Periode 1/F1 und ebensoviel für sin Jl₁1.

Jeder dieser Werte wird während einer Abfrageperiode von 8,9/^s gleich gehalten. Diese Werte werden mit ρ Bits kodiert, wobei beispielsweise ρ = 12. genommen wird.

Am Ausgang der Untergruppe 12, an dem im Prinzip 2p Bits auftreten, werden vorzugsweise die ρ Bits mit starkem Gewicht beibehalten.

Die Untergruppe 12 ist ebenfalls mit 2Mi rhythmisiert. Sie besitzt zwei Ausgänge, die zu zwei Pufferspeichern 14 und 15 führen. Aus dem ersten Pufferspeicher tritt ein Signal x, (t), das Produkt aus X₂ (t) und cos Si*t, aus und aus dem anderen ein Signal x, (t), das Produkt aus X₂ (t) und sin JLt.

Die Signale x^ (t) und IL (t) werden durch eine ODER-Schaltung 16 am Eingang eines an sich bekannten numerischen Filters 17 mit dem durchgelassenen Frequenzbereich von F1 + B/2 vereinigt.

Das numerische Filter 17 liefert am Ausgang eines dritten Pufferspeichers 18 ein Signal X₁, (t) und am Ausgang eines vierten Pufferspeichers 19 ein um 90° phasenverschobenes Signal x^ (t). Die beiden Signale werden durch eine ODER-Schaltung 20 an einem Eingang einer Untergruppe 21 vereinigt, die denselben Aufbau und dieselbe Arbeitsweise wie die Untereinheit 12 besitzt.

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Ein anderer Eingang der Untereinheit 21 ist mit dem gemeinsamen Punkt eines Schalters 22 verbunden, der während einer Raster - periode von 8,9 /*s 12 Werte von cos i>i , t und 12 Werte von sinöJ, t abnimmt, wobei sich k zwischen 1 und 12 ändert.

Bei einer primären Basisgruppe 60 bis 108 kHz ändern sich die Werte von f, = QM von 6 bis 50 kHz jeweils

JX £Z.

um 4 kHz.

Alle Organe 12 bis 22 arbeiten mit einer Taktfrequenz 2Fh.

Aus 21 tritt ein Signal mit ρ Bits x,- (t) und das um 90° phasenverschobene Signal X₁- (t) aus. Das erste Signal am Ausgang eines Pufferspeichers 23 und das zweite Signal werden an die Eingänge eines Addierers 24 angelegt.

Aus 24 tritt ein Signal x^ (t) aus, das an einen numerisch-analogen Wandler 25 angelegt wird.

Die Organe 23, 24 und 25 arbeiten mit der Taktfrequenz Fh.

Hinter einem analogen Bandfilter 26 erhält man bei 27 eine primäre Basisgruppe 60 bis 108 kHz.

Die Betriebstaktfrequenz ist neben jedem Organ angegeben.

Fig. 2 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild der Organe 12, 14 und 15.

Die Untereinheit 12 besitzt einen Multiplizierer M1, der einerseits die ρ Bits des Signals ^ (*) * ä-ie Kodierung einer von dem Schalter 11 (Fig.1) kommenden

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Kanalabfraging empfängt. Andererseits empfängt der Multiplizierer M1 durch, ρ ODER-Schaltungen 34 die Ausgangssignale von ρ UND-Gattern 31 oder die Ausgangssignale von ρ UND-Gattern 33, die die Ausgangssignale des Schalters 13 (Fig.1) empfangen, wobei die Gatter 33 die Taktfrequenz 2Fh und die Gatter 31 über ein Umkehrorgan32 die Umkehrung dieser Taktfrequenz 2Fh empfangen.

Der Pufferspeicher 14 besitzt eine erste Reihe von ρ UND-Gattern 35, die die entsprechenden Ausgänge 1...P des Multiplizierers M1 sowie die Taktfrequenz 2Fh über ein Umkehrorgan 37 aufnehmen, das die Taktfrequenz 2Fh empfängt. Ferner besitzt der Pufferspeicher 14 eine zweite Reihe von ρ UHD-Gattern 36, deren jedes das Ausgangssignal des UMD-Gätters 35 derselben Rangnummer und die Taktfrequenz 2Fh empfängt, nachdem diese zwei in Reihe geschaltete Umkehrorgane 41 und 38 durchquert hat.

Der Pufferspeicher 15 ist genau auf dieselbe Weise mit einer ersten Reihe von UND-Gattern 39» der Taktfrequenz 2Fh, einer zweiten Reihe von UND-Gattern 40 und hinter dem Umkehrorgan 41 der Umkehrung der Taktfrequenz 2Fh ausgebildet.

ρ ODER-Schaltungen 16 (Fig.1) erhalten jeweils einen Ausgang des Pufferspeichers 14 und den Ausgang des Pufferspeichers 15 mit derselben Rangnummer. Die Ausgänge dieser ODER-Schaltungen 16 liegen an dem Eingang des numerischen Filters 17 an.

Am Ausgang des numerischen Filters 17 sind.zwei Pufferspeicher 18 und 19 genau in derselben Art geschaltet.

Diese Anordnung gestattet die Behandlung jedes '

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der beiden um 90° phasenversehobenen Glieder (x_x (t), % Ct) 5 ^Χ4 (*)| ^4. Ct)) in geteilter Zeit. ^ .

Am Ausgang des zweiten in 21 enthaltenen Multiplizier ers genügt ein einziger Pufferspeieher 23 um die Glieder x,- (t) und xV (t) dem Addierer 24 zuzuführen.

Die Organe 24 und 25 arbeitet mit der Taktfrequenz Fh.

Fig. 3 zeigt die Spektralzusammensetzung der einzelnen Glieder.

Zur Vereinfachung des Schaltbildes wurde das Band mit der Breite B (3OO - 3400 Hz) des Niederfrequenzsignals durch b (O - 4000 Hz) ersetzt, d.h. F1 = b/2, wodurch sich am Prinzip nichts ändert.

Die Folge der durch die Organe von Fig.2 ausgeführten Operationen wird unter Berücksichtigung der Fourier-Transformation angegeben, die jedem Signal χ (t) ein Spektrum χ (jui ) entsprechen läßt.

Fünf Diagramme geben die Spektren X2(ju)), X₇(JUi) oder X₅(Oo)), x^(jijj) oder χ_ψ (θ^ω)» x^Cü **0 X₅ (3 "O und x₆ (3w) = X₅ (g "O + ~₅ (α·*0 ^de3? Signale χ (t) mit demselben Index an. Auf dem Diagramm χ ^ (jtiJ) ist die Kennlinie des numerischen Filters 17 (Kurve G1) und in dem Diagramm Xg (jtu) ist die Kennlinie des analogen Filters 26 (Kurve C2) angegeben.

Es zeigt sich, daß die Kanäle ausschließlich von der zweiten Modulation durch die Träger f1 bis fn an differenziert werden.

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Fig. 4 zeigt schematised die Anwendung eines erfindungsgemäßen Multiplexgeräts auf die Erzeugung einer sekundären Gruppe von 60 Kanälen, die 312 bis 552 kHz bedecken, von zwei synchronisierten MIC-Raster von jeweils 32 Kanälen aus, die aus 30 Informationskanälen und zwei zusätzlichen Kanälen bestehen.

Bei einem durchgelassenen Frequenzbereich von 240 kHz muß die Abfragefrequenz des Multiplexgeräts größer als 480 kHz sein. Man nimmt die Frequenz 73-x = 584 kHz.

Die Figur zeigt zwei MIC-Raster T₁, T₁₁ mit der Taktfrequenz 2048 kHz (32 Kanäle, die mit der Taktfrequenz von 8 kHz abgefragt werden, Definition 8 Bits).

Ein gemeinsamer Taktgeber H dient zur Rhythmisierung der beiden bei dem Empfang synchronisierten Raster. Jedes Raster wird von einem Pufferspeicher (Mj, M-J aufgenommen,der jeweils 30 Kanäle enthält. Es muß von der MIC-Taktfrequenz auf die Eingangstaktfrequenz des Multiplexgeräts übergegangen werden, die bei 60 Kanälen 60 χ 584 kHz beträgt. Dies wird mittels einer Untereinheit G erreicht, die am Eingang einen Schalter K, und eine Gruppe R von 73 kaskadenförmigen Verzögerungsstrecken -fvon jeweils 1,7/^s besitzt, deren Ausgänge von einer ODER-Schaltung J gesammelt werden. Die Untereinheit G arbeitet mit der Taktfrequenz von 60 χ 584 kHz.

Darauf folgt eine Untereinheit Q, die den Organen 12, 13,...23 von Fig. 1 entspricht und mit der Taktfrequenz von 584 χ 60 χ 2 kHz. arbeitet.

Die Frequenz F1 der ersten Modulation beträgt weiterhin 1.850 Hz. Die Frequenzen σ £k der zweiten

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Modulation, von denen 60 vorgesehen sind, sind von 34 bis 270 kHz jeweils um 4 kHz abgestuft,

Auf die Untereinheit Q folgt ein Substrahierorgan 28 und nicht ein Additionsorgan, wie das Organ von Fig. 1, um der gewünschten Modulationsrichtung Rechnung zu tragen, die in diesem Fall anstelle der umgekehrten Richtung bei der primären Basisgruppe direkt ist.

Auf den Substrahierer 28 folgt ein numerischanaloger Wandler 29 und ein Filter 30 mit dem durchgelassenen Frequenzbereich von 312 bis 552 kHz, hinter dem man bei 30a die Sekundärgruppe erhält.

Die Organe 28, 29 sind mit 60 χ 584 kHz rhyth-mi siert.

Die beiden synchronisierten Eingangs-MIC-Raster werden auf diese Weise direkt in eine Sekundärgruppe eines Frequenzmultiplex umgesetzt.

Die Arbeitstaktfrequenz ist neben jedem Organ angegeben.

Fig. 5 bezieht sich auf die direkte Umsetzung von zwei nicht synchronisierten MIC-Raster Tj und TJj von jeweils 32 Kanälen In eine Sekundärgruppe mit 60 Kanälen 312 bis 552 kHz eines Frequenzmultiplex.

Jedes Haster wird durch ihren eigenen Taktgeber HI, HII rhythmisiert. Jedes dieser Easter wird in dem Speicher KI, KII aufgenommen.

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Die Schaltung besitzt zwei Einheitsmultiplexgeräte, deren eines aus GI, Q1, 281, 291 und deren anderes aus GII, QII, 2811, 2911 "besteht. Diese Organe oder Untereinheiten sind wie die Elemente G, Q, 28, 29 von Fig.4 aufgebaut und arbeiten auf dieselbe Weise wie diese. GI und GII werden mit 30 χ 584 kHz, QI und QII mit 2 χ 30 χ 584 kHz, 281, 2811, 291 und 29H mit 30 χ 584 kHz rhythmisiert.

Hinter dem Bandfilter 30 erhält man bei 30a die Sekundärgruppe 312 - 552 kHz.

Die Arbeitsfrequenz ist neben jedem Organ angegeben.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   Numerisch arbeitende Schaltung zur Bildung einer Frequenzmultiplexgruppe mit η Kanälen, beispielsweise eine mit einer Abfragangsfrequenz Fs rhythmisierten, primären Basisgruppe, die am Eingang analog-numerische Umwandlungseinrichtungen besitzt, die numerische Werte X£ (t) liefern, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Multiplizierung dieser numerischen Werte Xp (t) mit abwechselndem numerischen Werten cos 2iv F.t und sin 2Tr-^t, die x-, (t) und X₇ (t) um 90° phasenverschoben liefert und mit der Taktfrequenz 2n ii Fs arbeitet, eine erste numerische FiIt er einrichtung, die gemeinsam die Vierte X₇, (t) und x^ (t) erhält und um 90° phasenverschobene, numerische Werte x^ (t) und xV (t) liefert, eine zweite Multipliziereinrichtung, die mit der Taktfrequenz 2n χ Fs arbeitet, gemeinsam die um 90° phasenverschobenen Werte x^ (t) und L (t) erhält und diese mit den abwechselnden numerischen Werten von cos 2 A^^Vt ^un<i ^s^-ⁿ 2 A^·^ multipliziert, wobei sich k von 1 bis η ändert, eine arithmetische Addiereinrichtung, die mit der Taktfrequenz η χ Fs arbeitet, Ausgangssignale x^ (t) und xV (t) um 90° phasenverschoben empfängt, die aus der zweiten Multipliziereinrichtung austreten, und Signale x,- (t) liefert, die an einen numerisch-analogen Wandler angelegt werden, auf dem ein analoges Bandfilter beispielsweise mit dem durchgelassenen Frequenzbereich von 60 bis 108 kHz folgt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die numerische Filtereinrichtung einer als Übergangsspeicher arbeitenden

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   Eingangslogik, die das abwechselnde Anlegen dieser um 90° phasenverschobenen Werte gestattet, und einer als Übergangsspeicher arbeitenden Ausgangslogik zugeordnet ist, die die abwechselnde Entnahme der beiden Reihen von um 90° phasenverschobenen Produkten gestattet.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Multiplizier einrichtung einer als Übergangsspeicher arbeitenden Eingangslogik zugeordnet ist, die das abwechselnde Anlegen dieser um 9Oo phasenverschobenen Werte gestattet, und mit der arithmetischen Addiereinrichtung einerseits über eine direkte Verbindung und andererseits über eine einzige, als Übergangsspeicher arbeitende logische Schaltung verbunden ist.
4. 4-. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die n-Mal denselben Wert von cos 2If]? t. und η-Mal denselben Wert von sin 2"IfB¹^t. am Eingang &r ersten Multipliziereinrichtung wiederholen.
5. 5- Numerisch arbeitende Schaltung zur Bildung

   einer Sekundär-Multiplexgruppe aus zwei synchronisierten MIC-Easter ,gekennzeichnet durch

   eine Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, vor der eine an sich bekannte Untereinheit zur Änderung der Abfragungsfrequenz vorgesehen ist.
6. 6. Numerisch arbeitende Schaltung zur Bildung

   einer Sekundär-Multiplexgruppe aus zwei nicht synchronisierten MIC-Rastem , gekennzeichnet durch zwei Schaltungen nach Anspruch 5» von denen eine mit jedem der beiden Raster verbunden ist

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   und die gemeinsam an einem einzigen Bandfilter enden.

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