DE2338846A1

DE2338846A1 - Duplex-sprachuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2338846A1
Application number: DE19732338846
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Smitka
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2239824A1; GB1440047A; FR2239824B3; AU7177474A; DE2338846C3; BE818287A; DE2338846B2; ES428810A1

Description

STANDARD ELEKTRIK LORENZ

STUTTGART

W»Smitka-5

Duplex-Sprachubertragungssystem

Stand der Technik

Es sind Simplex- und Duplex-Sprachübertragungssysteme bekannt. Bei Simplexsystemen ist die Sprachübertragung jeweils nur in einer Richtung möglich, d.h. der eine Teilnehmer muß mit Sprechen warten, bis der andere ausgesprochen hat. Bei Duplexsystemen ist die Sprachübertragung dagegen gleichzeitig in beiden Richtungen möglich, wie beispielsweise im öffentlichen Fernsprechnetz,

Duplexsysteme bestehen immer aus zwei Simplexsystemen für entgegengesetzte Richtungen. Man unterscheidet Duplexsysteme, die im Frequenzduplex, und Duplexsysteme, die im Zeitduplex arbeiten.

Bei Frequenzduplex wird im gemeinsamen Übertragungsmedium die doppelte Bandbreite wie in einem vergleich-

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baren Simplexsystem benötigt und zwar sowohl Mutzbandbreite, als auch Verlustbandbreite, wobei die letztere durch Selektionsmittel und Toleranzen bestimmt ist. Bei Zeitduplex wird ebenfalls die doppelte Nutzbandbreite, aber nur die einfache Verlustbandbreite benötigt (DT-OS 2 040 401). '

Die Hachrichtenverarbeitung im Menschen erfolgt jedoch meistens "simplex". Bei gleichzeitigem Sprechen und Hören sinken die Denkleistung und die Verständlichkeit rapide. Hieraus ergibt sich eine "Simplex-Verhaltensweise": Während der eine Teilnehmer spricht, wird der "Bückweg" nur manchmal benutzt, um z.B. zu widersprechen oder den Redefluß zu stoppen, weil eine Wiederholung gewünscht wird. Der sprechende Teilnehmer nimmt wegen seiner Sprechtätigkeit häufig nur das Vorliegen einer Rückfrage, nicht aber deren Inhalt voll wahr. Er kann dann unterbrechen', damit der andere Teilnehmer seine Rückfrage präzisieren kann oder er kann weitersprechen. Jedenfalls kommt es praktisch nicht vor, daß beide Teilnehmer gleichzeitig sprechen. Dies zeigt ,■> daß bei den bekannten Duplexsystemen unnötig viel Frequenzbandbreite bzw. Eanalkapazität erforderlich ist.

Es sind auch Simplexsysteme mit sprachgesteuerter Eichtungsumschaltung bekannt. Sie haben aber den Nachteil, daß unnötige Informationsübertragung nicht vermieden werden kann, weil e_S nicht möglich ist, den gerade sprechenden Teilnehmer zu stoppen oder zu unterbrechen.

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Aufgabe

Der In den Ansprüchen angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Duplex-Sprachübertragungssystem anzugeben, das weniger Bandbreite als die bekannten Duplexsysteme benötigt. ■

Vorteile

Die Erfindung ist sowohl für analoge, wie für die digitale Sprachübertragung im Frequenz- oder Zeitduplex geeignet. Man benötigt nur etwa soviel Bandbreite, wie bei einem Simplex-System.

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen für ein digitales Zeitduplexsystem für Funksprachübertragung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Station mit einem Blockschaltbild des Senders

Fig. 2 eine zweite Station mit einem

Blockschaltbild des Empfängers

Fig. 3 das Zeitdiagramm eines ersten Beispiels Sir einen Gesprächsablauf und

Fig. 4 das Zeitdiagramm eines zweiten Beispiels für einen Gesprächsablauf.

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Die Figuren 1 und 2 stellen die beiden Funkstationen einer Übertragungsstrecke dar. Sie sind gleich aufgebaut, deshalb sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Be'ide Figuren enthalten einen Sender/Empfänger 1/2, eine Antenne -12, einen Sendeempfangsumschalter 16, der die Antenne 12 wahlweise mit dem Sender 1 oder mit dem Empfänger 2 verbindet, sowie eine Leitung 19_? die vom Empfängerausgang zum Sender führt.

Es sind Zeitabschnitte von je 50 ms zur Informationsübertragung vorgesehen. Zur Aufteilung dieser 50 ms auf die beiden Stationen sind - wie weiter unten er-, läutert wird - drei Möglichkeiten vorgesehen:

45 ms (langer Block) zur Informationsübertragung von A (Fig. 1) nach B (Fig. 2) und 5 ms zur Meldung von B nach A, daß B nicht spricht,

oder

5 ms zur Meldung von A nach B, daß A nicht spricht und 45 ms (langer Block) zur Informationsübertragung von B nach A

oder

25 ms (kurzer Block) zur Informationsübertragung von A nach B und 25 ms (kurzer Block) zur Informationsübertragung von B nach A.

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In der Fig.l, die die erste Station zeigt und in der nur der Sender ausführlich dargestellt ist, werden die von einem Mikrofon 3 kommenden und in einem Verstärker 4 verstärkten Sprachsignale auf einen Sprachdetektor 6 gegeben. Das Ausgangssignal des Sprachdetektors bewirkt, daß eine Einheit 10, die einen Taktgeber und eine Präambel-Steuerung enthält, einen Schalter 11 mit vier Umschaltkontakten so steuert, daß.die vom Verstärker k kommenden Sprachsignale abwechselnd in einem von zwei Analogspeichern 5·1 und 5.2 gespeichert werden. Der Taktgeber 10 liefert auch den Einspeichertakt ti auf einer Leitung 13· Der Schalter 11 wird mit einem Takt t3 betrieben, dessen Frequenz so gewählt ist, daß der Schalter jeweils nach 50 ms umschaltet. Vom Ausgang des Speichers, in dem gerade nicht eingespeichert wird, werden die Signale des vorhergehenden Zeitabschnittes von 50 ms ebenfalls mit Hilfe des Schalters 11 zu einem Deltamodulator 7 übertragen. Die Übertragungszeit ist kürzer als 50 ms; sie beträgt - wie oben erwähnt - entweder 45 ms (langer Block) oder 25ms (kurzer Block), jeweils abzüglich der für die Präambel erforderliche Zeit. Zum Ausspeichern liefert der Taktgeber 10 auf einer Leitung einen Takt t2, der abhängig von der Übertragungszeit zwei Werte annehmen kann.

Dem Deltamodulator 7 sind eine Präambel-Vorschaltung 8 und dieser der HF-Teil 9 nachgeschaltet. Der Taktgeber 10 schaltet über einen Schalter 16 den Deltamodulator 7 an eine Leitung 15, auf der eine Taktfrequenz t¹» von 22,5 kbit/sec, die der Funkbitrate entspricht, auftritt. Außerdem wird mit einem zweiten Kontakt des Schalters 16 der HF-Teil eingeschaltet. Der dritte Kontakt des Schalters 16 ist der Sende-/Empfangsumschalter für die Antenne 12. Der Schalter 16 ist in der Stellung "Senden" gezeichnet,

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Er wird mit einem Takt t5 geschaltet, der bewirkt, •daß der Schalter während jedes Multiplex-Zeitabsclmittes von 50 ms entweder 45 ms oder 25 ms oder 5 ms in Stellung "Senden" verbleibt.

Während der Sendezeiten wandelt der Deltamodulator 7 die Sprache in digitale !Form um. Den so gebildeten Informationsblöcken wird vor dem Senden noch mit Hilfe der Präambelvorschaltung 8 eine Präambel, bestehend aus einigen Bits zur empfangsseitigen Bitsynchronisierung, einem Wort zur Erkennung des Blockanfangs, und einem Wort oder einem Bit zur Blocklängen-Markierung, vorangestellt. Die jeweilige Blocklängen-Markierung wird mit Hilfe eines Signals auf einer Leitung 1? ■> die Von der Präambel-Steuerung 10 zur Präambel-Vorschaltung führt, ausgewählt.

In der in Fig. 2 gezeigten zweiten Station ist der Empfänger 2 ausführlich dargestellt. Die vom Sender nach U¹Xg. 1 über die Antenne 12 empfangenen Blöcke gelangen über den Sende-/Empfangsumschaltkontakt des Schalters 16 zunächst auf den HF-Teil 31 und von dort zu einer Einheit 33 zur Synchronisierung-und Präambelerkennung. D^er Synchronisierungsteil bewirkt in bekannter Weise die Synchronisierung des Empfängertaktes mit dem Takt der empfangenen Impulse. Gleichzeitig mit der Erkennung des Blockanfangs beginnt die Einspeicherung in einen von zwei Digitalspeichern 32.1 und 32.2, die von je einem Schaltkontakt eines Schalters 40 jeweils nach 50 ms (Takt t13) eingangs- und ausgangsseitig umgeschaltet werden. Zwei andere Kontakte des Schalters 40 bewirken die Umschaltung von Eingabetakt t11 auf der Leitung 38 und Ausgabetakt t12 auf der Leitung 39. Der Ein-

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gabetakt t11 kann zwei Werte einnehmen, je nachdem, ob die Präambel-Erkennung einen kurzen oder einen langen Block erkannt hat. Ein langer Block wird mit der Funkbitrate von 22,5 kbit/sec eingespeichert, während ein kurzer Block doppelt so schnell-, nämlich mit 4-5 kbit/sec eingespeichert wird, wobei jedes Bit zweimal nacheinander gespeichert wird, so daß die gleiche Bitzahl wie bei einem langen Block vorhanden ist.

Vom Speicher, in den gerade nicht eingeschrieben wird, wird der jeweils vorhergegangene Block mit der Taktfrequenz t12 von 19,2 kbit/sec ausgegeben und einem Deltademodulator 35 zugeführt. Dieser wandelt den digitalen Datenstrom kontinuierlich in Sprachsignale zurück. Hierzu tastet er den digitalen Datenstrom mit einem über eine Leitung 4-1 zugeführten Takt t14- ab, der 19,2 kbit/sec beträgt, falls es sich um einen langen Block handelt und der 9,6 kbit/sec beträgt, falls es sich um einen kurzen Block handelt. Im zweiten Fall wird also jedes zweite Bit, das ein "Füllbit" war, nicht ausgewertet. Die Umschaltung des Taktes t14- wird ebenfalls von der Präambel-Erkennung gesteuert. Die Sprachsignale werden in einem Verstärker 36 verstärkt und.einem Lautsprecher 37 zugeführt.

Anhand der Figuren 3 und 4- wird nun die Wirkungsweise der Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 beschrieben.'Die an Eingängen und Ausgängen der Sender und Empfänger der Stationen A und B gleichzeitig auftretenden Signale sind untereinander gezeichnet. Das am Sendereingang der Station A auftretende Sprachsignal, das in 50 ms-Abschnitte eingeteilt ist, ist mit a, das Signal am Sender-

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ausgang von A bzw. am Empfängereingang von B mit b, das Signal am Empfängerausgang von B mit c, das Signal am Sendereingang von B mit d, das Signal am Senderausgang von B bzw. am Empfängereingang von A mit e und das Signal am Empfängerausgang von A mit f bezeichnet.

Die Blöcke sind entsprechend ihrer zeitlichen Dauer gezeichnet. Ein ausgefülltes Dreieck in der linken oberen Ecke bedeutet eine Blocklängenmarkierung "Langer Block" in der Präambel, ein nicht ausgefülltes Dreieck eine Blocklängenmarkierung "Kurzer Block" in der Präambel. Die Meldung "Keine Sprache", d.h. nur Präambelübertragung ist als durchkreuztes Rechteck gezeichnet.

Fig.3 zeigt ein Gespräch, bei dem der Teilnehmer in der Station A dauernd spricht und der Teilnehmer in der Station B nur kurzzeitig dazwischenredet.

Die bei A eingegebene Information wird jeweils in Blöcken Al, A2 mit je 50 ms Echtzeit-Analog-Information zwischengespeichert (Zeile a). Nach Analog-Digital Umsetzung werden die Blöcke Al, A2 (960 bit Deltamodulation zusammen mit Präambelmarkierung "langer Block") in 45 ms zur Station B gesendet (Zeile b) und dort nach Zwischenspeicherung verzögert ausgegeben (Zeile c), wobei die Blöcke Al, A2 wieder lückenlos aneinander anschließen.

In dem der übertragung eines Blocks folgenden Zeitabschnitt von 5 ms sendet B durch übertragung der Präambel die Meldung nach A, daß B nicht spricht. Darauf sendet A einen weiteren *f5 ms-Block mit Echtheit-Information von 50 ms.

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Spricht der Teilnehmer in Station B dazwischen (Zeile d), wird seine Sprache in Zeitduplex mit verkürzten Blöcken zu A übertragen (Zeile e). Zu diesem Zweck bewirkt die Verdopplung der Ausgabegeschwindigkeit der sendeseitigen Zwischenspeicher eine -schnellere Abgabe an den mit konstanter Taktfrequenz arbeitenden Deltamodulator, der die Information damit in der halben Zeit verarbeitet, aber gröber quantisiert. Die in der Präambel jedes Blockes mitübertragene Information "kurzer Block" ermöglicht die entsprechende Behandlung auf der Empfangsseite: Die Information wird bei Station A zweifach in den Ausgabespeicher eingeschrieben (je ein Bit belegt zwei Speicherplätze) , so daß der Speicher ebenso gefüllt ist wie beim Empfang "langer Blöcke". Bei der anschließenden Ausgabe wird mit halbem Bittakt demoduliert, so daß die ursprünglichen Zeitverhältnisse wiederhergestellt werden (Zeile f).

Zudem wird sofort nach Empfang des ersten "kurzen Blockes" die Übertragung von A nach B auch auf "kurze Blöcke" umgestellt (Zeile b), so daß eine symmetrische Duplex-Zeitaufteilung 25/25 ms entsteht. Dieser Betriebszustand geht sofort wieder in den ursprünglichen über, wenn der Teilnehmer in der Station B nicht mehr spricht, wie Fig. 3 ebenfalls zeigt.

Fig. 4- zeigt ein Gespräch, bei dem der Teilnehmer in der Station A zu sprechen aufhört, kurz nachdem der Teilnehmer in der Station B zu sprechen begonnen hat. Man sieht aus der Figur, daß danach die Information von B nach A in langen Blöcken übertragen wird.

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Die Übertragungsqualität ist in "beiden Fällen nur kurzzeitig herabgesetzt.

In-dem Pail, daß die Teilnehmer von beiden Stationen nicht sprechen, wird in beiden Richtungen nur die Präambel übertragen, wobei diese keine Blocklängenmarkierung enthält.

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Claims

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Patentansprüche

Duplex-Sprachübertragungssystem, "bei dem die Verständigung zwischen zwei Teilnehmern gleichzeitig möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des Übertragungskanals etwa gleich der für eine Simplexübertragung erforderlichen Bandbreite ist, daß Mittel vorgesehen sind, die diese Bandbreite einem d'er beiden Teilnehmer, solange er allein spricht, ganz und beiden Teilnehmern, solange sie gleichzeitig sprechen, je zur Hälfte zur Verfugung stellen.

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei digitaler Zeitmultiplex-Sprachübertragung die Sprachsignale (a,d) abwechselnd in gleichen Zeitabschnitten in einen von zwei Analogspeichern (5·1₅ 5·2) eingespeichert werden, von dort abhängig davon, ob nur einer oder beide Teilnehmer gleichzeitig sprechen, mehr oder weniger zeitgerafft einem Deltamodulator (7) zugeführt und anschließend als lange oder kurze Blöcke zur Gegenstation übertragen (b,e) werden, zusammen mit einer Präambel, die eine Markierung, ob ein langer oder, kurzer Block folgt, enthält, und daß in der Gegenstation die Signale abwechselnd in einen von zwei Digitalspeichern (32.1, 32.2) abhängig von der Markierung mehr oder weniger zeitgedehnt eingegeben und anschließend einem Deltademodulator (35) zugeführt werden, an dessen Ausgang das Sprachsignal in der ursprünglichen Länge auftritt (c,f).

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System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2iU Beginn jedes Zeitmultiplexabschnittes jede Station unabhängig davon, ob eine Sprachübertragung erfolgt oder nicht, die Präambel aussendet.

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