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Verfahren zum automatischen hinpegeln von Digitalsignalen der Puls-Code-Modulation
(PCM) und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum automatischen Sinpegeln von Digitalsignalen der Puls-Code-Modulation
(PCM) und auf eine Schaltungsanordnung zur Durch- -führung des Verfahrens.
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Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit dem Einpegeln von Digitalsignalen,
die durch Quantisierung aus Analogsignalen gewonnen werden.
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Um Fading-Effekte zu vermeiden, müssen bekanntlich Signale auf eine
bestimmte Signalhöhe begrenzt werden. Bei Analogsignalen wird dies üblicherweise
durch eine automatische Vers t ärkungs regelung vorgenommen.
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werden jedoch Analogsignale durch Abtasten und Quantisieren in Digitalsignale
umgewandelt, versagt eine derartige automatische Verstärkungsregelung, wenn nicht
eine Digital-Analog-Umsetzung vor dieser Regelung-und eine entsprecnende Analog-Digital-Umsetzung
nach der Regelung
stattfindet was naturgemäß einen erhebtichen Schaltungsaufwand
mit sich bringt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum automatischen
Einpegeln von reinen Digitalsignalen za schaffen, welches ohne Zwischenumsetzung
der Signale in eine analoge Form auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen
des Anspruches 1 in Verbindung mit den Schaltungsmerkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt
und im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 2 ein Blockschaltbild der Schaltungsgruppe
A in Fig.1.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist mit 1 ein Leitungsbündel flir den Durchgang
eines Signals Xn bezeichnet. Dieses Signal wird dadurch gewonnen, daß ein Analogsignal
mit der Periode T abgetastet und linear quantisiert wird, wodurch es in digitaler
Form, beispielsweise in binärer Form als Modul mit Vorzeichen dargestellt ist.
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Mit 2 ist ein Leitungsbündel bezeichnet, auf dem ein Signal X'n durchgeht.
Dieses Signal X'n repräsentiert den absoluten Wert der Signale Xn in paralleler
Form
und durchläuft eine Gruppe A von Schaltkreisen zur Ermittlung
des Piittelwertes der eingehenden Signale. Die Ermittlung des IvIittelwertes erfolgt
anhand einer einpoligen integrierenden Übertragungsfunktion. Die Schaltkreisgruppe
A entspricht im wesentlichen einem RC-Schaltkreis für Analogsignale und bewirkt
eine Umformung des eingehenden X'n-Signals in ein Ausgangssignal Un unter Verwendung
der Übertragungsfunktion. Diese Funktion ist in der Technik auf diesem Gebiet allgemein
bekannt.
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Sie stellt sich durch die Formel
dar, in welcher Ao und B1 durch die Zeitkonstante des Schaltkreises bestimmte Koeffizienten
sind. Im Ausführungsbeispiel haben diese Koeffizienten die folgenden Werte: Ao =
1 ; B1 = p - 1 (II) p p worin p eine reine Binärziffer (Potenz von 2) ist und sich
aus der Beziehung K p = - (III) T ergibt, wobei K die ermittelte Zeitkonstante und.T
die Abtastperiode bedeuten.
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Die Schaltkreisgruppe A ist anhand der Fig. 2 im einzelnen erläutert.
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Der Schaltkreisgruppe A ist über eine Leitung 3 ein Schaltkreis INV
nachgeschaltet, welcher das an ihrn eingenende Signal Un in ein Signal Zn umformt.
Der Momentanwert dieses Signals Zn ergibt sich aus dem Verhältnis des durch die
Zeitkonstante der Schaltung bestimmten Mittelwertes der die Schaltung verlassenden
Signale Y'n zum Momentanwert des Signals Un. In der Technik ist es hinreichend bekannt,
einen derartigen Schaltkreis zu verwirklichen. Dabei kann beispielsweise die Tatsache
nutzbar gemacht werden, daß Un eine quantisierte Größe ist, die eine begrenzte Anzahl
von Werten umfaßt. Es ist daher möglich,-eine solche Funktion durch einen Lesespeicher
zu realisieren, wobei dieser so viele Zellen enthält wie Un-Werte möglich sind und
jede Zelle mit dem Wert des Verhältnisses zwischen dem Y'n-Signalmittelwert und
dem Un-Wert vorgespeichert ist. Das Signal Un ist dann die Adresse der zugehörigen
Speicherzelle.
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Mit A' ist eine Schaltkreisgruppe bezeichnet, die das Signal Zn in
der gleichen Weise umformt, wie die Schaltkreisgruppe A das Signal X'n. Im Aufbau
ist daher diese Schaltkreisgruppe analog zu der Schaltkreisgruppe A.
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An ihrem Ausgang gibt sie ein Signal Vn ab, welches inbezug auf das
Signal Zn anhand der durch die Formel (I) gegebenen übertragungsfunktion umgeformt
ist, so daß Vn = ZnH (z-1 Sobald beispielsweise ein Signal Xn eintrifft, schwäche
die Schaltkreisgruppe A' die scharfen änderungen des Eingangssignals Zn ab.
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In Fig. 1 bedeutet weiterhin MT ein gemeinsamer Digital-Multiplikator,
an dessen Ausgang das Produkt Y'n
der Signale X'n und Vn erscheint.
Damit wird Ytn ein in binärer Form ausgedrücktes abgetastetes Signal, das den absoluten
Wert des Signals 9n am Ausgang beinhaltet.
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In Fig. 2 bedeutet S1 eine gemeinsame Subtraktionsstufe, die den Unterschied
zwischen zwei Binärziffern bildet, welche am Eingang über eine Leitung 7 und das
Leitungsbündel 2 zugeführt werden. An diese Stufe schließt sich eine Trennstufe
D an, die eine Binärziffer durch eine reine Binärgröße auftrennt, indem beispielsweise
der Dividend von so vielen Binärstellen in Richtung der vorherrschend geltenden
Ziffern verschoben wird wie die Divisor-Potenz von 2 beträgt.
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S2 ist ein gemeinsamer Binär-Addierer, dessen am Ausgang auftretende
Summe einem Speicher M allgemein bekannter Bauart zugeführt wird, der so lange den
eingegebenen Wert abspeichert, bis ein neuer Wert eingegeben wird.
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Der Speicher M besteht zweckmäßigerweise aus einer Mehrzahl von Speicherzellen,
wodurch dieser Schaltkreis Zeitmultiplex-Funktion erhält und gleichzeitig mehrere
Kanäle überwacht, wobei er entsprechend getastet wird.
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Die Funktion der Schaltung ergibt sich wie folgt.
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Der Modul X'n des abgetasteten Signals Xn kommt von dem Leitungsbündel
l und gelangt über die Leitung 2 zur Schaltkreisgruppe A und über eine Leitung 6
zum Digital-Multiplikator MT.
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Der in vorhergehenden Zyklus ermittelte und vom Ausgang 3 über die
Leitung 7 zur Subtraktionsstufe S1 rückgekoppelte Wert U(n - 1) wird von dem auf
der Leitung 2 . dieser Stufe
zugeführten Eingangssignal abgezogen.
Die Differenzsumme gelangt an die Trennstufe D, welche sie in Binärziffern p auftrennt.
Der Ausgangswert dieser Stufe wird in dem darauffolgenden Binäraddierer S2 dem vorhergehenden,
über eine Leitung 8 angelieferten Signal U(n - 1) zuaddiert.
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Die sich ergebende Summe Un wird anschließend im Speicher M abgespeichert
und über die Leitung 3 dem Schaltkreis INV zugeführt. Diese Summe wird sodann über
die Leitung 7 an die Subtraktionsstufe S1 und über die Abzweigleitung 8 an den Binär-Addierer
S2 zur Aufbereitung des nachfolgenden Signals X (n + 1) zurückgekoppelt.
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Mathematische Methoden, auf die hier nicht eingegangen werden soll,
zeigen, daß die hier beschriebenen Operationen in exakter und einfacher Weise. anhand
der durch die Formel (I) gegebenen Übertragungsfunktion verwirklicht werden können.
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Das am Schaltkreis INV und insbesondere in der Zelle des Lesespeichers
eintreffende Signal Un hat zur Folge, daß an dessen Ausgang ein Signal Zn gebildet
wird, welches das Verhältnis des Mittelwertes der die Schaltung verlassenden Signale
n zum Wert des Signals Un darstellt.
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Sobald das Signal Zn die Schaltkreisgruppe A' erreicht hat, wird es
in der gleichen Weise wie in der Schaltkreisgruppe A umgeformt. Der Eingang 2 der
Schaltkreisgruppe A ist nunmehr der Eingang 4 der Schaltkreisgruppe Al, und der
Ausgang 3 der Schaltkreisgruppe A wird zum Ausgang 5 der Schaltkreisgruppe A'. Das
Eingangssignal ist Zn, wohingegen das Ausgangssignal Vn und das Ausgangssignal des
vorhergehenden Zyklus V(n - 1) ist.
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Im Falle, daß die Schaltung mit einem Zeitmultiplexsystem in Verbindung
steht, erfolgt die Umformung der Signale in gleicher Weise. Die innerhalb eines
Abtast-Zyklus aufbereiteten Signale werden dabei für alle Kanäle im Speicher M abgespeichert.
Der Speicherausgang ändert sich für jedes auf dem gleiten Kanal aufbereitete Signal
erst, wenn das nächste aufbereitete Signal abgespeichert wird.
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Das vom Digital-Multiplikator MT erzeugte Signal Y' ist hierbei das
Modul des gewünschten Signals Yn.
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Mit der Umsetzung der verschiedenen Transformationen des Eingangssignals
X'n in einfache mathematische Begriffe läßt sich also erreichen, daß das Ausgangssignal
Y'n einen genau angegebenen Mittelwert hat, während die einzelnen abgetasteten Signale
im umgekehrten Verhältnis der Eingangssignale stehen, Patentansprüche: