DE2503974B2 - Verfahren zum messen von linearitaetsfehlern bei pcm-systemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von ünearitätsfehlern bei PCM-Systemen mit einer sendeseitigen Multiplexeinriehtung, die die zeitliche Quantisierung von NF-Signalen, ihre Amplitudenquantisierung nach Amplitudenstufen und die Kodierung der ermittelten Stufenwerte vornimmt, und einer empfangsseitigen Demultiplexeinrichtung, die die zeitliche Trennung der Kodesignale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung in gestufte Amplitudenwerte vornimmt, bei dem nach dem Hauptpatent 23 39 085 als Meßwechseispannung eine entsprechend den Soll-Amplitudcnstufen der Multiplexeinriehtung amplitudenmäßig gestufte Spannung, deren Frequenz unterhalb der A btastfrequenz des PCM-Systems liegt, jeweils auf der NF-Seite des Systems eingespeist und abgenommen wird.

PCM-Systeme werden zunehmend in der unteren Netzebene (Ortsnetz, Nahverkehrsnetz) der Fernsprechtechnik eingesetzt, wo die vorhandenen Kabel für die steigende Teilnehmerzahl nicht mehr ausreichen. Wesentlichster Bestandteil einer PCM-Sendeeinrichtung ist die Multiplexeinriehtung, die die zeitliche und amplitudenmäßige Quantisierung der auf den ankommenden Einzelleitungen anstehenden NF-Signale sowie die Kodierung der quantisierten Amplitudenproben und die Einordnung der kodierten Signale von den ίο NF-Leitungen und der kodierten Kennzeichensignale vom Kennzeichenumsetzer in den Pulsrahmen des betreffenden PCM-Systems bewirkt. Wichtigster Bestandteil einer PCM-Empfangseinrichtung ist die Demultiplexeinrichtung, die die kodierten Signale zeitlich, d.h. kanalmäßig getrennt dekodiert 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 Verfugung; ein Zugang zur Kode-Seite erfordert demgegenüber erheblichen Aufwand.

Im Hauptpatent ist ein Verfahren angegeben, mit dem es durch Anschaltung von Meßgeräten allein auf der NF-Seite eines PCM-Systems möglich ist, sowohl die Arbeitsweise der Sende-Multiplex- und Empfangs-Demultiplexeinrichtung auf Linearitätsfehler zu prüfen als auch Phasenstörungen auf dem gesamten Übertragungsweg zu erfassen.

Dieses Verfahren besteht darin, als Meßwechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinriehtung amplitudenmäßig gestufte Rechteck-Wechselspannung zu verwenden, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz des PCM-Systems liegt und die jeweils auf der N F-Seite des Systems eingespeist und abgenommen wird. Damit werden auf der Empfangsseite wieder Rechteck-Wechselspannungen erhalten, deren Amplituden aufeinanderfolgend den Dekodierungsstufen der Demultiplexeinrichtung entsprechen müßten. Treten andere als diese Soll-Amplitu- AO denstufen auf, liegt ein Fehler in der Multiplex- oder Demultiplexeinrichtung vor. Man kann das Auftreten und vielfach auch 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, ist in einer Weiterbildung des Verfahrens der Hauptanmeldung vorgesehen, daß die Meßwechseispannung auf der Empfangsseite mit einer entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Demultiplexeinrichtung amplitudenmäßig gestuften Vergleichsspannung verglichen und das Vergleichsergebnis angezeigt, bewertet und/oder zu einer Bewertungsstelle übertragen wird.

Eine Einschränkung im Anwendungsbereich ist beim Verfahren des Hauptpatentes jedoch dadurch gegeben, daß nur Systeme konstanter Gruppenlaufzeit geprüft werden können. Wo diese Voraussetzung nicht vorliegt treten durch unterschiedliche Laufzeiten der in dei Rechteck-Wechselspannung enthaltenen Harmonisehen Verzerrungen in der Kurvenform der Empfangs spannung auf, die eine Auswertung der Meßergebnisse unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Anwendungsbereich des Verfahrens gemäß Hauptpa tent auf beliebige PCM-Systeme, unabhängig von derei Laufzeitverhalten, zu erweitern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß al Meßwechseispannung anstelle der im Hauptpaten

vorgesehenen Rechteck-Wechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinrichtung (MUX) amplitudenmäßig gestufte sinusförmige Wechselspannung mit einer im Übertragungsbereich des PCM-Systems liegenden Frequenz verwendet wird. Ein gutes Einschwingverhalten bei günstiger Synchronisationsmöglichkeit zu Meßbeginn wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Meßwechselspannung nacheinande.r alle in Frage kommenden Amplituderistufen von der höchsten zur niedrigsten Amplitude und dann umgekehrt von der niedrigsten zur höchsten Amplitude durchläuft, so daß ihre Umhüllende die Form eines X aufweist.

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-Systems anschaltbar ist.

Eine Rückübertragung der in den Endstellen des PCM-Systems anfallenden Meßwerte zur zentralen Meßstelle wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Empfangsspannungen unterschiedlich gestufter Amplitude in der entfernten Endstelle (C) oder in beiden Endstellen (B und C) nach dem Frequenzvariationsverfahren in den jeweiligen Amplitudenwerten zugeordnete Frequenzwerte umgesetzt und diese zur zentralen Meßstelle (Bbzw. an einen anderen Ort) übertragen werden, wo sie ausgewertet, gespeichert oder zur direkten Beobachtung in Amplitudenwerte rückumgesetzt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine einfache Abwandlung des Verfahrens gemäß Ha.uptpatent und ohne Mehraufwand Messungen an beliebigen PCM-Systemen durchgeführt werden können, ohne daß dabei Gruppenlaufzeitprobleme auftreten.

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

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung,

F i g. 2 Spannungsamplitudenverläufe an verschiedenen Punkten von Fig. 1,

F i g. 3 vom Schirm eines Oszilloskops abgenommene Spannungsamplitudenverläufe an den Endstellen B und C eines PCM-Systems, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft wurde.

F i g. 1 enthält eine PCM-Endstelh B, die über die PCM-Übertragungsstrecke mit der Endstelle C verbunden ist. Der obere Streckenzweig gilt für die Übertragungsrichtung B-C, 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 anstelle von Binärkode) gebracht werden.

In der Endstelle C werden die PCM-Signale von der Leitungseinrichtung LEwieder in binär kodierte Signale zurückverwandelt und dann wieder 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 S 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 Cin üblicher ίο Weise vorgenommen. Ein weiteres Kennzeichen bewirkt, daß der Gruppenwähler GlV'der angewählten Leitung in der Endstelle C auf den Prüfschritt aufläuft, auf dem die betreffende Leitung von einem Prüfsuchwähler SW identifiziert werden kann. Entsprechendes gilt für Prüfungen von C nach ß. Hier wirken Zugangswähler ZuW, Gruppenwähler CW und Prüfsuchwähler SW für den prüftechnischen Verbindungsaufbau zusammen. Der Verbindungsaufbau kann von der Endstelle B aus geschehen oder von einer nicht gezeigten zentralen Meßstelle A aus über NF- oder TF-Leitungen zwischen A und Bbewirkt werden.

Zum Prüfen der Linearität der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung des oberen PCM-Zweiges wird nach dem Verbindungsaufbau in B ein Sinusgenerator 2 manuell oder über fernsteuerbare Schaltmittel 1 eingeschaltet, der Sinuswechselspannungen unterschiedlicher Amplitude abgibt. Die Amplituden sind entsprechend den Quantisierungsstufen der Multiplexeinrichtung MUX gewählt, und zwar derart, daß zwischen 2:wei MUX-Stufen mehrere Meßwechselspannungsstufen liegen. Ein Beispiel dafür ist in F i g. 2, Kurve 1, zu sehen. Hier sind je vier positive und negative Stufen bei der Multiplexeinrichtung vorausgesetzt. Die vom Sinusgenerator 2 abgegebene Meßwechselspannung nimmt nacheinander je vier verschiedene über einer MÜ'X-Stufe 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 Frequenzwert 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 Meßfrequenz, z. B. 1000 Hz, arbeiten und erhält damit eine kleinere Meßdauer.

Bei richtiger Arbeitsweise der Multiplexeinrichtung in Bund der Demultiplexeinrichtung in Cerhält man auf S₅ der angewählten NF-Leitung in C, die vom Prüfsuchwähler SW angelaufen wird, eine Sinusspannung gemäß Kurve II in Fig. 2. Die jeweils vier eine ΜΙ/ΛΤ-Stufe überschreitenden Amplituden der Meßwechselspannung 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 13 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 111/1 sind die positiven Amplituden zu hoch (DEMUX-FeMer), bei 111/2 wurde zu früh in die nächstniedrigere Stufe geschaltet (MUX-Fehler), bei Ii 1/3 sind die positiven Amplituden zu niedrig (DEMUX-Fehler), bei 111/4 wurde nicht auf die nächstniedrigere Amplitudenstufe umgeschaltet (DEMUX-Fehler), bei 111/5 fehlen die letzten beiden Sinusspannungsperioden (MUX- Fehler).

Zusätzlich zur visuellen Beobachtung durch ein Oszilloskop 13 an der Endstelle C ist in Fig. 1 eine Möglichkeit zur Übertragung der das Meßergebnis verkörpernden Empfangsspannungen in Czur Endstelle ß vorgesehen. Die Empfangsspannungen werden dazu über fernsteuerbare Schaltmittel 15 einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 14 zugeführt, der sie in Wechselspannungen mit den Amplitudenwerten zugehörigen Frequenzen zwischen 400 und 3400 Hz umsetzt. Diese frequenzmodulierten Spannungen werden in den von C nach B gerichteten PCM-Zweig eingespeist und nach B übertragen. Dort werden sie entweder direkt ausgewertet, und zwar über einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer einem Oszilloskop oder Oszillographen zugeführt, oder sie werden unverändert zu einer zentralen Meßstelle weitergegeben. Das kann über eine weitere PCM-Strecke oder eine NF-Leitung oder über ein TF-System geschehen, je nach Art der Verbindung zwischen der zentralen Meßstelle und der Endstelle B. Wenn eine derartige Verbindung auch zwischen der zentralen Meßstelle und der Endstelle C besteht, lassen sich die in C anfallenden Meßwerte nach der Spannungs-Frequenz-Umsetzung auch direkt, also ohne den Umweg über ßzur zentralen Meßstelle übertragen.

Zum Messen der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung des unteren PCM-Zweiges wird zunächst wieder die Verbindung aufgebaut und dann einer der Gruppenwähler GW in der Endstelle B auf den Prüfschritt eingestellt, auf den der Prüfsuchwähler SW aufläuft. Mittels fernsteuerbarer Schaltmittel 11 wird dann ein Sinusgenerator 12 über den Zugangswähler ZuW an eine der NF-Leitungen angeschlossen. In der Endstelle ßist an den Prüfsuchwähler SWwahlweise ein Oszilloskop 3 oder ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer

4 angeschlossen. Das Oszilloskop 3 dient der direkten Beobachtung und Auswertung der Meßwerte an der Endstelle B, während der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 4 zur Übertragung der Meßwerte zu einer zentralen Meßstelle vorgesehen ist. Die Wahlmöglichkeit zwischen beiden Auswertearten ist durch einen Umschalter

5 angedeutet. Der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 4 arbeitet wie der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 14, d. h. er setzt die Empfangsspannungen in B in deren Amplituden entsprechende Frequenzen zwischen 400 und 3400 Hz um. In der zentralen Meßstelle besorgt ein Frequenz-Spannungs-Umsetzer die Rückumsetzung an Amplitudenwerte, aus denen die Arbeitweise der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung erkennbar sind. Da man nur in einem Kanal zu messen braucht, um die Arbeitsweise jeder Multiplex- und Demultiplexeinrichtung für alle Kanäle eines Systems 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

ίο ein anderer Kanal als der, in dem gemessen wird, angesteuert werden.

Die als Meßwechselspannung verwendete Sinusspannung läuft nach Fig. 2, 1 von der höchsten in Frage kommenden Amplitude zu der niedrigsten durch, und dann wieder von der niedrigsten Amplitude zur höchsten, so daß die Umhüllende die Form eines X annimmt. Das Beginnen mit der höchsten Amplitude hat gegenüber der umgekehrten Reihenfolge den Vorteil, daß man die hohen Amplituden sicherer zur Anfangssynchronisierung der Meßeinrichtungen verwenden kann. Falls erforderlich, werden die Sinusspannungen der höchsten Amplitude vorweg als eine Art Vorlauf etwas langer gesendet als die übrigen Sinusspannungen. Die X-Form der Meßspannungsumhüllenden hat gegenüber einer denkbaren Sägezahnform den Vorteil, daß sich die kleinstmöglichen Einschwingzeiten ergeben, die dann auch in der Praxis so gering sind, daß sie das Meßergebnis nicht beeinflussen.

In F i g. 3 sind Bilder der Empfangsspannungen an den Endstellen C(Fig.3a) und B(Fig.3b) eines bestehenden PCM-Systems dargestellt, wie sie vom Schirm eines Oszilloskops abgenommen wurden. Die Strecke B-C (F i g. 3a) ist in ordnungsgemäßem Zustand. Man erkennt in der Umhüllenden lediglich die für höhere Amplituden übliche gröbere Stufung der Multiplex- und Demultiplexeinrichtung. Demgegenüber weist die Strecke B— Cgemäß Fig.3b starke Linearitätsabweichungen auf, die sich in einer groben Treppenstufung an der unteren Flanke der X-Spannung ausdrücken. Die Periodizität, mit der sich der Fehler wiederholt, weist auf eine Störung in der Demultiplexeinrichtung hin, und zwar bei der Dekodierung. Ein Fachmann kann daraus, wie die Praxis erwiesen hat, sofort erkennen, in welcher Baugruppe der Fehler liegt.

Die Messung, deren Ergebnisse in den Bildern 3a und b zu sehen sind, wurde mit einer linear abfallenden und ansteigenden Sinuswechselspannung von 430 Hz durchgeführt, obwohl die Kodierungsstufen des gemessenen PCM-Systems nichtlinear gestaffelt sind. Dadurch fallen hier auf die höheren Amplitudenstufen mehr Sinusschwingungen als auf die kleineren Amplitudenstufen. Die Meßgenauigkeit nimmt damit zwar zu kleineren Werten hin ab, andererseits ist aber der Sinusgenerator einfacher herzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen von Ünearitätsfehlern 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 einer empfangsseitigen Demultiplexeinrichtung, die die zeitliche Trennung der Codesignale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung in gestufte Amplitudenwerte vornimmt, bei dem als Meßwechseispannung eine entsprechend den Soll-Amplitudensiufen der Multiplexeinrichlung amplitudenmäßig gestufte Spannung, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz des PCM-Systems liegt, jeweils auf der NF-Seite des Systems eingespeist und abgenommen wird, nach Patent 23 39 085, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwechseispannung anstelle der im Hauptpatent vorgesehenen Rechteck-Wechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinriehtung (MUX) amplidutenmäßig gestufte sinusförmige Wechselspannung mit einer im Übertragungsbereich des PCM-Systems liegenden Frequenz verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwechseispannung nacheinander alle in Frage kommenden Amplitudenstufen von der höchsten zur niedrigsten Amplidute und dann umgekehrt von der niedrigsten zur höchsten Amplitude durchläuft, so daß ihre Umhüllende die Form eines X aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwechseispannung ferngesteuert einschaltbar und an eine ausgewählte Leitung auf der NF-Seite des PCM-Systems anschaltbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspannung unterschiedlich gestufter Amplitude in der entfernten Endstelle (C) des PCM-Systems oder in beiden Endstellen (B und C) nach dem Frequenzvariationsverfahren in den jeweiligen Amplitudenwerten zugeordnete Frequenzwerte umgesetzt und diese zur zentralen Meßstelle (Bbzw. an einem anderen Ort) übertragen werden, wo sie ausgewertet, gespeichert oder zur direkten Beobachtung in Amplitudenwerte rückumgesetzt werden.