DE2503974C3 - Verfahren zum Messen von Linearitätsfehlern bei PCM-Systemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Linearitätsfehlern bei PCM-Systemen mit einer sendeseitigen Multiplexeinrichtung, die die zeltliche Quantisierung von NF-Signalen, ihre Amplitudenquantisierung nach Amplitudenstufen und die Kodierung der ermittelten Stufenwerte vornimmt, und einer empfangsseitigen Diiinultiplexeinrichtung, die d^;e zeitliche Trennung der Kodesignale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung in gestufte Amplitudenwerte vornimmt, bei dem nach dem Hauptpatent 23 39 085 als Meßwechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Mluitiplexeinrichtung amplitudenmäßig gestufte Spannung, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz 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 Multiplexeinrichtung, 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 N F-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

■S 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 Verfügung; 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 ein« 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 Multiplexeinrichtung amplitudenmäßig gestufte Rechteck-Wechselspannung zu verwenden, deren Frequenz unterhalb der Abtastfrequenz des PCM-Systems liegt und die jeweils auf der NF-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-Amplitudenstufen 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 Meßwechselspannung 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 der Rechteck-Wechselspannung enthaltenen Harmonisehen Verzerrungen in der Kurvenform der Empfangsspannung auf, die eine Auswertung der Meßergebnisse unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich des Verfahrens gemäß Hauptpatent auf beliebige PCM-Systeme, unabhängig von deren Laufzeitverhalten, zu erweitern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Meßwechselspannung anstelle der im Hauptpatent

vorgesehenen Rechteck-Wechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinrichtung (MLJX) 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 nacheinander alle in Frage kommenden Amplitudenstufen von der höchsten zlt 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 Meßstelie 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 /v zentralen Meßstelle (B bzw. an einen anderen Ort) übertragen werden, w< sie ausgewertet, gespeichert oder zur direkten Beobachtung in Amplitudenwerte riickumgesetzt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine einfache Abwandlung des Verfahrens gemäß Hauptpatent 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,

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

Fig. 1 enthält e.ne PCM-Endstelle B, die fiber 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 Multiplexeinriehtung MUX führen. Von der Multiplexeinriehtung 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 LE wieder 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 (Sprachsignaien) 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 aufläuft, auf dem die betreffende Leitung von einem Prüfsuchwähler 5VV" identifiziert werden kann. Entsprechendes gilt für Prüfungen von C nach B. Hier wirken Zugangswähler ZwIV', Gruppenwähler GW und Prüfsuch wahler SW für den prüf technischen Verbindungsaufbau zusammen. Der Verbindungsaufbau kann von der Endstelle B aus geschehen oder von einer nicht gezeigten zentralen Meßstelie A aus über NF- oder TF-Leitungen zwischen A und B bewirkt 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 Multiplexeinriehtung MUX gewählt, und zwar derart, daß zwischen zwei MUX Stufen mehrere Meßwechselspannungsstufen liegen. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 2, Kurve I, zu sehen. Hier sind je vier positive und negative Stufen bei der Multiplexeinriehtung vorausgesetzt. Die vom Sinusgenerator 2 abgegebene Meßwechselspannung nimmt nacheinander je vier verschiedene über einer MUX-Stufe gelegene Werte an, bei vier Stufen also — unter Berücksichtigung, daß jeder Wert positiv und negativ erscheint — sechzehn Werte. Üblicherweise hat eine Multiplexeinriehtung 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 Multiplexeinriehtung in Bund der Demultiplexeinrichtung in Cerhält man auf der angewählten NF-Leitung in C die vom Prüfsuchwähler 5VV" angelaufen wird, eine Sinusspannung gemäß Kurve II in Fig. 2. Die jeweils vier eine MUX-Stufe überschreitenden Amplituden der Meßwechselspannung werden, wenn kein Linearitätsfehler vorliegt, von der Multiplexeinriehtung 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 H stellt somit ein Normbild der Empfangsspannungen in C dar. Bei abweichendem Verlauf der Empfangsspannungen in Γ 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 F i g. 2 folgende Fehler: Bei III/1 sind die positiven Amplituden zu hoch (DEMUX-FehIer), bei 111/2 wurde zu früh in die nächstniedrigere Stufe geschaltet (MUX-Fehler), bei II1/3 sind die positiven Amplituden zu niedrig (DEMUX-Fehler), bei HI/4 wurde nicht auf die nächstniedrigere Amplitudenstufe timgeschaltet (DEMUX-Fehler), bei III/5 fehlen die letzten beiden Sinusspannungsperioden (MUX- Fehler).

Zusätzlich zur visuellen Beobachtung durch ein Oszilloskop 13 an der Endstelle C ist in Fig. I eine Möglichkeit zur Übertragung der das Meßergebnis verkörpernden Empfangsspannungen in Czur Endstelle B vorgesehen. Die Empfangsspannungen werden dazu über fernsteuerbare Schaltmittel 15 einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 14 zugeführt, der sie in Wechselspannuiigen mit den Amplitudenwerten zugehörigen Frequenzen zwischen 400 und 3400 Hz umsetzt. Diese fiequenzmodulierten 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 Meßstel'e und der Endstelle fi Wenn eine derartige Verbindung auch zwischen der zentralen Meßstelle und der Endstelle Cbesteht, lassen sich die in C anfallenden Meßwerte nach der Spannungs-Frequenz-Umsetzung auch direkt, also ohne den Umweg über F zur zentralen Meßstelle übertragen.

Zürn Messen der Multiplex- u id Demultiplexeinrichtunf des unteren PCM-Zweiges wire zunächst wieder die Verbindung aufgebaut und dann einer der Gruppenwähler CW in der Endstelle B auf den Prülschntt 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 Bist an den Prüfsuchwähler SWwahiweise ein Oszilloskop 3 oder ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer

4 angsschlossen. 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 a Amplitudenwerte, aus denen die Arbeitweise de Multiplex- und Demultiplexeinrichtung erkennbar sind.

Da man nur in einem Kanal zu messen braucht, um di Arbeitsweise jeder Multiplex- und Demultiplexcinrich tung für alle Kanäle eines Systems zu erfassen, sind di Messungen in Richtung B-C und Richtung C-J gleichzeitig durchführbar. Falls Rückübertragung de Meßwerte von C nach B erforderlich ist, muß dafür nu

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

Die als Meßwechselspannung verwendete Sinusspan nung läuft nach Fig. 2, I von der höchsten in Frag kommenden Amplitude zu der niedrigsten durch, unc dann wieder von der niedrigsten Amplitude zu höchsten, so daß die Umhüllende die Form eines X annimmt. Das Beginnen mit der höchsten Amplitude ha gegenüber der umgekehrten Reihenfolge den Vorteil daß man die hohen Amplituden sicherer zur Anfangs synchronisierung der Meßeinrichtungen Verwender kann. Falls erforderlich, werden die Sinusspannungei der höchsten Amplitude vorweg als eine Art Vorlau etwas länger gesendet als die übrigen Sinusspannungen Die X-Form der Meßspannungsumhüllenden ha gegenüber einer denkbaren Sägezahnform den Vorteil daß sich die kleinstmöglichen Einschwingzeiten erge ben, 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 der Endstellen C(Fig.3a) und B(Fig.3b) eines bestehen den 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 gt obere Stufung der Multiplex- unc Demultiplexeinrichtung. Demgegenüber weist die Strecke B—Cgemäß Fig.3b starke Linearitätsabwei chungen auf, die sich in einer groben Treppenstufung an der unteren Flanke der X-Spannung ausdrucken. 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 welchei 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 durch geführt, 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 Linearitätsfehlern 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 Kodesignale, ihre Dekodierung und Rückumwandlung in gestufte Amplitudenwerte vornimmt, bei dem als Meßwechselspannurg eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinrichtung 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 Meßwechselspannung anstelle der im Hauptpatent vorgesehenen Rechteck-Wechselspannung eine entsprechend den Soll-Amplitudenstufen der Multiplexeinrichtung (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 Meßwechselspannung 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 Meßwechselspannung 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 ('S bzw. an einem anderen Ort) übertragen werden, wo sie ausgewertet, gespeichert oder zur direkten Beobachtung in Amplitudenwerte rückumgesetzt werden.