DE2339085C3 - Verfahren zum Messen von Linearitäts- und Phasenfehlern bei PCM-Systemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Linearitäts- und Phasenfehlern bei PCM-Systemen mit einer sendeseitigen Multiplexeinrichtung, die die zeitliche Quantisierung von NF-Signalen, ihre Amplitudenquantisierung nach Amplitudenstufen und die Kodierung der ermittelten Stufenwerte vornimmt, und mit einer empfangsseitigen Demultiplex- einrichtung, die die zeitliche Trennung der Kodesi gnale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung i gestufte Amplitudenwerte vornimmt.

PCM-Systeme werden zunehmend in der untere. S Netzebene (Ortsnetz, Nahverkehrsnetz) der Fern Sprechtechnik eingesetzt, wo die vorhandenen Kabe für die steigende Teilnehmerzahl nicht mehr ausrei chen. Wesentlichster Bestandteil einer PCM-Sende einrichtung ist die Multiplexeinrichtung, die die zeitli ίο ehe und amplitudenmäßige Quantisierung der auf dei ankommenden Einzelleitungen anstehenden NF-Si gnale sowie die Kodierung der quantisierten Amplitu denproben und die Einordnung der kodierten Signalt von den NF-Leitungen und der kodierten Kennzei chensignale vom Kennzeichemimsetzer in den Puls rahmen des betreffenden PCM-Systems bewirkt Wichtigster Bestandteil einer PCM-Empfangseinrichtung ist die Demultiplexeinrichtung, die die ko dierten Signale zeiüich, d. h. kanalmäßig getrennt deao kodiert und sie einem Tiefpaß zur Rückumwandlung in NF-Signale zuführt (»Der Fernmelde-Ingenieur«. 23. Jg., H. 3). Normalerweise steht nur die NF-Seite eines PCM-Systems für den Anschluß von Meßgeräten zur Verfügung; ein Zugang zur Kode-Seite erfordert demgegenüber erheblichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Anschaltung von Meßgeräten allein auf der NF-Seite eines PCM-Systems sowohl die Arbeitsweise der Sende-Multiplex- und Empfangs-Demultiplexeinrichtung auf Linearitätsfehler zu prüfen als auch Pha senstörungen auf dem gesamten Übertragungsweg zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Meßwechselspannung eine entsprechend den Soll-AinpHtudenstufen der Multiplexeinrichtung amplitudenimäßig gestufte Rechteck-Wechselspannung verwendet wird, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz des PCM-Systems liegt und die jeweils auf der NF-Seite des Systems eingespeist und abgenommen wird.

Nach diesem Verfahren werden auf der Empfangsseite wieder Rechteck-Wechselspannungen erhalten, deren Amplituden aufeinanderfolgend den Dekodierungsstufen der Demultiplexeinrichtung entsprechen müßten. Treten dabei andere als die Soll-Amplitudenstufen auf, liegt der Fehler in der Demultiplexeinrichtung vor. Sind hingegen Soll-Amplitudenstufen vorhanden, aber in anderer als der erwarteten Höhe bzw. Reihenfolge, ist die Multiplexeinrichtung fehlerhaft. Man kann das Auftreten und die Art der Fehler direkt als Abweichung von einem Normbild auf einem Oszilloskop erkennen. Um eine ständige Beobachtung zu umgehen und eine Fernübertragung der Meßergebnisse auf einfache Art zu erreichen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Meßwechsel spannung auf der Empfangsseite mit einer entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Demultiplexeinrichtung amplitudenmäßig gestuften V^rgleichsspannung verglichen und das Vergleichse*rgebnis angezeigt, bewertet und/oder zu einer Bewertungsstelle übertragen wird.

Eine Synchronisation zwischen Meßwechselspannung und Vergleichsspannung wird dabei auf einfache Art gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, daß die Vergleichsspannung mittels ei nes Digital-Analog-Wandlers aus der empfangenen Meßwechselspannung abgeleitet wird.

Auch Phasenfehler sind bei direkter Sichtbarma-

chung der empfangenen Meßwechselspannungen aus deren unterschiedlichen Impuls-Pausenverhältnissen :?m erkennen. Um sie objektiv zu erfassen, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Meßwechselspannung auf der Empfangsseite mit einer Rechteck-Wechselspannung voigegebener Impuls- und Pausendauer verglichen und das Vergleichsergebnis angezeigt, bewertet und/oder zu einer Bewertungsstelle übertragen wird.

Die zum Vergleich heranzuziehende Rechteck-Wechselspannung läßt sich durch einen eigenen Generator hoher Stabilität, z. B. einen quarzgesteuerten Oszillator, erzeugen. Wenn nicht der absolute, sondern ein relativer Phasenfehler zu bewerten ist, erreicht man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine gerätemäßige Vereinfachung dadurch, daß die Rechteck-Wechselspannung vorgegebener Impuls- und Pausendauer mit Hilfe eines Verzögerungsglieds aus der empfangenen Meßwechselspannung abgeleitet wird.

Um Messungen von einer zentralen Meßstelle aus zu ermöglichen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Meßwechselspannung ferngesteuert einschaltbar und an eine ausgewählte Leitung auf der NF-Seite des PCM-Systeras anschaltbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch Messen auf nur einer Leitung der NF-Seite des PCM-Systems dessen maßgebliche Bestandteile auf ihre richtige Funktion hin überprüft werden können und daß es dazu verhältnismäßig geringen Aufwands bedarf.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung,

Fig. 2 Spannungsamplitudenverläufe an verschiedenen Punkten von Fig. 1,

Fig. 3 Spannungs-Zeit-Verhältnisse an verschiedenen Punkten von Fig. 1.

Fig. 1 enthält eine PCM-Endstelle B, die über die PCM-Übertragungsstrecke mit der Endstelle C verbunden ist. Der obere Streckenzweig gilt für die Übertragungsrichtung B-Cy der untere für die Übertragungsrichtung C-B. In der Endstelle B sind oben die ankommenden NF-Leitungen zu sehen, die über den Kennzeichenumsetzer KZU zur Multiplexeinrichtung MUX führen. Von der Multiplexeinrichtung gelangen die kodierten, zeitlich geschachtelten Signale zur Leitungsanpassungseinrichtung LE, wo sie in eine für die Übertragung vorteilhaftere Form (z. B. quasiternärer Kode an Stelle von Binärkode) gebracht werden.

In der Endstelle C werden die PCM-Signale von der Leitungseinrichtung LE wieder in binär kodierte Signale zurückverwandelt und dann in der Demultiplexeinrichtung DEMUX zeitlich getrennt dekodiert. Nach Passieren eines Tiefpasses liegen die Signale wieder in Form von NF-Signalen (Sprachsignalen) vor und werden über den Kennzeichenumsetzer KZU, der die Kennzeichen aufnimmt, auf getrennten Leitungen weitergegeben.

Der untere Zweig enthält die gleichen Einrichtungen für die umgekehrte Übertragungsrichtung C-B. Jede Endstelle kann eine Vielzahl der gezeichneten Endeinrichtungen enthalten.

Vor jeder Prüfung von B nach C wird zunächst durch Wählkennzeichen ein Zugangswähler ZuW in der Endstelle B auf eine der NF-Leitungen eingestellt und dann der Verbindungsaufbau zur Endstelle C in üblicher Weise vorgenommen. Ein weiteres Kennzeichen bewirkt, daß der Gruppenwähler GW der angewählten Leitung in der Endstelle C auf den Prüfschritt

auflaufe, auf dem die betreffende Leitung von einem Prüfsuchwähler SW identifiziert werden kann. Entsprechendes gilt für Prüfungen von C nach B. Hier wirken Zugangswähler ZuW, Gruppenwähler GW und Prüf suchwähler 5 W für den prüf technischen Verbindungsaufbau zusammen.

Zum Prüfen der Linearität der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung des oberen PCM-Zweiges wird nach dem Verbindungsaufbau in B ein Rechteckgenerator 2 manuell oder über fernsteuerbare Schaltmittel 1 eingeschaltet, der Rechteckspannungen unterschiedlicher Amplitude abgibt. Die Amplituden sind entsprechend den Quantisierungsstufen der Multiplexeinrichtung MUXgewählt, und zwar derart, daß zwischen zwei Ml/AT-Stufen mehrere Meßwechsel-Spannungsstufen liegen. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 2, Kurve I, zu sehen. Hier sind je vier positive und negative Stufen bei der Multiplexeinrichtung vorausgesetzt. Die vom Rechteckgenerator 2 abgegebene Meßwechselspannung nimmt nacheinander je vier

verschiedene über einer MUX-Stvfe gelegene Werte an, bei vier Stufen also - unter Berücksichtigung, daß jeder Wert positiv und negativ erscheint - sechzehn Werte. Üblicherweise hat eine Multiplexeinrichtung je 128 positive und negative Amplitudenstufen. Die

Meßwechselspannung nimmt dann z. B. 512 Werte an. Die Frequenz der Meßwechselspannung muß im Übertragungsbereich von 300 bis 3400 Hz liegen und kleiner als die PCM-Abtastfrequenz sein. Da diese bei üblichen Systemen 8 kHz beträgt, ist der Fre-

quenzwert unkritisch. Für eine hohe Genauigkeit wählt man die Frequenz so niedrig wie möglich, z. B. 400 Hz, und hat dann - bei 512 Amplitudenwerten - eine Meßdauer von etwas über einer Sekunde. Bei geringeren Anforderungen an die Genauigkeit kann

man mit einer höheren Rechteckfrequenz, ζ. Β. 1000 Hz, arbeiten und erhält damit eine kleinere Meßdauer.

Bei richtiger Arbeitsweise der Multiplexeinrichtung

in B und der Demulttplexeinrichtung in C erhält man

auf der angewählten NF-Leitung in C, die vom Prüf-

suchwähler SW angelaufen wird, eine Rechteckspannung gemäß Kurve II in Fig. 2. Die jeweils vier eine MUX-Stuk überschreitenden Amplituden der Rechteckspannung werden, wenn kein Linearitätsfehler vorliegt, von der Multiplexeinrichtung gleich,

und zwar mit der betreffenden Stufe bewertet, in dieser Art kodiert und übertragen, von der Demultiplexeinrichtung dekodiert und wieder auf die Amplitude der entsprechenden Stufe gebracht. Kurve II stellt somit ein Normbild der Empfangsspannungen in C dar.

Bei abweichendem Verlauf der Empfangsspannungen in C kann man aus ihrer Darstellung auf einem Oszilloskop oder mittels eines Oszillographen in den meisten Fällen unmittelbar den Fehler erkennen. Beispielsweise erkennt man an einer Empfangsspannung gemäß Kurve III in Fig. 2 folgende Fehler: bei III/1 sind die positiven Amplituden zu hoch (DEMUX-Fehler), bei III/2 wurde zu früh in die nächstniedrigere Stufe geschaltet (Mt/AT-Fehler), bei III/3 sind die positiven Amplituden zu niedrig (DEMi/A'-Fehler), bei IH/4 wurde nicht auf die nächstniedrige Amplitudenstufe umgeschaltet (DEMUX-Fchler), bei ΠΙ/5 fehlen die letzten beiden Rechteckspannungsperioden (Mt/A'-Fehler).

An Stelle der visuellen Beobachtung zur Fehlerermittlung ist in Fig. 1 eine selbsttätige Auswertung vorgesehen: Die Empfangsspannungen werden dazu einer yergleiphseinrichtung 14 zugeführt, an deren zweiten Eingang ein E)igital-Analpg-Wandler 15 angeschlossen ist. Er; wird von den Flanken der empfangenen Rechteckspannung gesteuert und gibt zu jedem ZeUpunkt, den er, durch Abzählen der Flanken ermittelt, den richtigen Ämplitudenwert, also Spannungen gemäß Kurve II in Fig. 2 ab. Jede Abweichung der Empfangsspannung von der Sollspannung führt zu einem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 14, das über Schaltmittel 13 in den von C nach B gerichteten PCM-Zweig eingespeist und nach B übertragen wird. Im Beispiel von Fig. 2 ergeben sich am Ausgang der Vergleichsschaltung 14 Spannungen der mit IV bezeichneten Kurvenform. Man kann sie vor der Übertragung von B noch zu Gut-Schlecht-Aussagen komprimieren oder sie in C zu einer späteren Auswertung speichern.

Um Phasenfehler festzustellen, sind die Flanken der Empfangsspannung daraufhin zu überprüfen, ob sie zum richtigen Zeitpunkt kommen. Das läßt sich mit Hilfe eines durch einen Quarz erzeugten stabilen Zeitrasters bewerkstelligen. In Fig. 1 ist dafür eine aus zwei Verzögerungsgliedern 16,18 und zwei logischen Verknüpfungsgliedern 17,19 aufgebaute Phasenvergleichseinrichtung vorgesehen. Dabei ist das Verknüpfungsglied 17 ein invertierendes Exklusiv-ODER-Glied und das Verknüpfungsglied 19 ein UND-Glied. Das Verzögerungsglied 16 gibt die Sollzeit jeder Impuls- und Pausendauer vor und das Verzögerungsglied 18 die zugelassene zeitliche Abweichung. Die Wirkungsweise dieser Schaltung geht aus Fig. 3 hervor.

Die Empfangsspannungen, deren Amplitude hier keine Rolle spielt, weshalb alle mit gleicher Amplitude gezeichnet sind, haben beispielsweise einen Phasenverlauf gemäß Kurve α in Fig. 3. Es wird mit symmetrischen Rechteckspannungen von 400 Hz gearbeitet, also beträgt die Soll-Impuls- und Soll-Pausendauer je 1,25 ms. Um diese Zeit verzögert das Verzögerungsglied 16 beide Flanken. An seinem Ausgang erhält man somit Kurve b von Fig. 3. Das invertierende Exklusiv-ODER-Glied 17 gibt jeweils bei gleichzeitigem Auftreten von Impulszeiten und bei gleichzeitigem Auftreten von Pausenzeiten bei den Spannungen von Kurve α und Kurve b ein Ausgangssignal ab, im vorliegenden Beispiel also Ausgangssignale gemäß Kurve c. Sie werden vom Verzögerungsglied 18 um die zulässige Toleranz von z. B. 0,1 ms verzögert (Kurve d) and zusammen mit dee verzögerten Signalen dem UND-Glied 19 zugeführt, an dessen Ausgang sich nur dann ein Signal einstellt, wenn die zulässige Toleranz überschritten wird (Kurve <?). Das Ausgangssignal des UND-Glieds IS wird im Anschluß an das der Vergleichseinrichtung 14 (Schalter 13 umgesteuert) von C nach B übertragen oder auch in C zunächst umbewertet bzw. komprimiert und dann gleichzeitig, z. B. als überlagertes Signal, mit dem Vergleichsergebnis übertragen. Eine Umbewertung

kann etwa dann von Interesse sein, wenn nicht ein gleichbleibender Phasenfehler, sondern eine Schwankung des Phasenfehlers in Form des sogenannten phase-jitter interessiert. In diesem Fall sind unter Zuhilfenahme von Speichereinrichtungen die Differen- zen der zeitlich aufeinanderfolgenden Signale aus Kurve coder e in Fig. 3 zu bilden und diese zu übertragen.

Zum Messen der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung des unteren PCM-Zweigs wird zunächst wie- der die Verbindung aufgebaut und dann einer der Gruppenwähler G W in der Endstelle B auf den Prüfschritt eingestellt, auf den der Prüfsuchwähler SW aufläuft. Mittels fernsteuerbarer Schaltmittel 11 wird dann ein Rechteckgenerator 12 über den Zugangs wähler Zu W an eine der NF-Leitungen angeschlos sen. In der Endstelle B sind an den Prüfsuchwähler SrV ein Digital-Analog-Wandler 5, eine Vergleichseinrichtung 4, Verzögerungsglieder 6, 8 und logische Verknüpfungsglieder 7, 9, die den Einrichtungen in der Endstelle C entsprechen, angeschlossen. Falls die Ergebnisse nicht in B ausgewertet werden sollen, sondern zu einer zentralen Stelle übertragen, geschieht dies über fernsteuerbare Schaltmittel 3 nacheinander oder durch Überlagerung gleichzeitig.

Wenn man für Synchronisation zwischen den Rechteckgeneratoren 2 und 12 sorgt, läßt sich für die Phasenprüfung in Richtung B-C auch direkt der Rechteckgenerator 12 als Vergleichsnormal einsetzen, desgleichen der Rechteckgenerator 2 für die Phasenprüfung in Richtung C-B. Da man nur in einem Kanal zu messen braucht, um die Arbeitswe^:^e jeder Multiplex- und Demultiplexeinrichtung für alle Kanäle zu erfassen, sind die Messungen in Richtung B-C und Richtung C-B gleichzeitig durchführbar. Falls Rückübertragung der Meßwerte von C nach B erforderlich ist, muß dafür nur ein anderer Kanal als der in dem gemessen wird, angesteuert werden.

Die als Meßwechselspannung verwendete Rechteckspannung läuft nach Fig. 2, I von den höchster in Frage kommenden Amplituden zu den niedrigster durch. Dies hat gegenüber der umgekehrten Reihenfolge den Vorteil, daß man die hohen Amplituden sicherer zur Anfangssynchronisierung der Meßeinrichtungen verwenden kann. Falls erforderlich, werdei die Rechteckspannungen der höchsten Amplitude vorweg als eine Art Vorlauf etwas länger gesende als die übrigen Rechteckspannungen. Ebenso kann e zweckmäßig sein, den Amplitadenbereich der Recht eckspannungen nach oben und unten zu erweitern um auch größere Abweichungen bzw. Verschiebun gen der Quantisierungskennlinien von Multiplex- um Demultiplexeinrichtung zu erfassen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   μ 1. Verfahren zum Messen von Linearitäts- und Phasenfehlern bei PCM-Systemen mit einer sendeseitigen Multiplexeinrichtung, die die zeitliche Quantisierung von NF-Signalen, ihre Amplitudenquantisierung nach Amplitudenstufen und die Kodierung der ermittelten Stufenwerte vornimmt, und mit einer empfangsseitigen Demultiplexeinrichtung, die die zeitliche Trennung der Kodesignale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung in gestufte Amplitudenwerte vornimmt, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudensiufen der Multiplexeinrichtung (MUX) aoiplitudenmäßig gestufte Rechteck-Wechselspannung (Fig. 2, I) verwendet wird, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz des PCM-Systems liegt und die jeweils auf der NF-Seite des Systems eingespeist und abgenommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwechselspannung auf der Empfangsseite mit einer entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Demultiplexeinrichtung (DEMUX) amplitudenmäßig gestuften Vergleichsspannung (Fig. 2, II) verglichen und das Vergleichsergebnis (Fig. 2, IV) angezeigt, bewertet und/ouer zu einer Bewertungsstelle übertragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleich&pannung mittels eines Digital-Analog-Wandlers (S, 15), der die Fianken der empfangenen rechteckförraigen Meßwechselspannung abzählt und zu jedem Flankenwert den zugehörigen Amplitudenwert liefert, aus der empfangenen Meßwechseüspannung abgeleitet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwechselspannung auf der Empfangsseite mit einer Rechteck-Wechselspannung vorgegebener Impuls- und Pausendauer verglichen und das Vergleichsergebnis angezeigt, bewertet und/oder Zu einer Bewertungsstelle übertragen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteck-Wechselspannung vorgegebener Impuls- und Pausendauer mit Hilfe eines Verzögerungsglieds (6, 16) aus der empfangenen Meßwechselspannung abgeleitet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwechseltpannung ferngesteuert einschaltbar und an eine ausgewählte Leitung auf der NF-Seite des PCM-Systems anschaltbar ist.