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Die rrfindung betrifft ein Zeitmultiplexsystem mit
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zyklischer Aufschaltung mehrerer Teilnehmer auf einen Ceinsamen, auf
Sprachbandbreite begrenzten Kanal mit einen: sehr niedrigen, nach dem Abtasttheorem
verbotenen Kultiplextakt, insbesondere zur Doppelausnutzung von '»prechfunkkanälen.
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Zeitmultiplexsysteme zur Mehrfachausnutzung von Ubertraeucswegen sind
hinreichend bekannt. 3ie Schrittgeschwindigkeit dieser Systeme bett im Summenkanal
stets das der Anzahl der Einzelkanäle entsprechende Vielfache der Schrittgeschwindigkeit
eines Einzelkanals multipliziert mit dem Zweifachen der höchsten im System zu übertragenden
Frequenz eines Einzelkanals. Diese auf dem Abtasttheorem beruhende Gesetzmäßigkeit
verbietet den Einsatz solcher Systeme auf tibertragungawegen, deren nutzbare Bandbreite
auf die Bandbreite eines Einzelkanals begrenzt ist.
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Auch werden mit zunehmender Schrittgeschwindigkeit an den Gleichlauf
der Taktgeber und deren Nachführung hohe Anforderungen gestellt. Derartige Einrichtungen
werden z.B.
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im beweglichen Landfunk wegen der sich ständig ändernden Laufzeiten
aufwendig (siehe z.B. DT-AS 18 12 836).
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Bleibt man mit der Abtastfrequenz unterhalb des Sprachbandes, eo treten
erhebliche Lücken im Signalfluß auf und die Verständlichkeit leidet sehr, weil bei
niedriger Abtastfrequenz Silben oder zumindest Teile von Silben nicht mehr übertragen
werden (Acustica Vol. 21, 1969, S. 130, Abs. 5.2).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zeitmultiplexsystem
mit sehr niedriger Abtastfrequenz, d.h. Multiplexfrequenz, anzugeben, das diese
Nachteile nicht mehr aufweist.
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Insbesondere soll mit dem Zeitmultiplexsystem nach der Erfindung die
Kanalzahl eines bestehenden Funknetzes des
beweglichen Landfunks
durch Zeitteilung der Einzelkanäle verdoppelt werden. Dabei darf die Übertragungsbandbreite
der Teilkanäle nicht beschnitten werden, die belegte Bandbreite des aus zwei Teilkanälen
gebildeten Summenkanals darf nicht größer werden als vor der Zeitteilung, die Synchronisation
und Nachführung muß wenig aufwendig und den Erfordernissen des beweglichen Landfunks
angepaßt sein und die Übertragung von systemeigenen Kriterien, tonfrequente Impulstelegramme,
muß möglich sein.
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Eine, wenn auch sehr unvollständige Lösung der Aufgabe der Verdopplung
von Sprechfunkkanälen ist in der DT-OS 25 49 473 vorveröffentlicht. Dort ist ein
Zeitmultiplexesystem angegeben, das Quasigegensprechen auf demselben Kanal ermöglicht.
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Dazu werden zwei zusammen~zu~fassenden Teilkanälen Proben entnommen,
nacheinander uebertragen und am Jeweiligen Empfangsort wieder zu Teilkanälen zusammen
gefolgt, wobei während der Pausen, d.h. während der Ubermittlungszeit der Probe
des anderen Teilkanals, die unmittelbar vorher empfangene Probe aus einem Speicher
wiederholt wird.
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Das Verfahren erlaubt nur mittelmäßige Sprachqualität.
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Bei Periodenlängen größer 20 ms geht während der Übertragungs pause
Information verloren, bei Periodenlängen kleiner 20 ms stören Modulationsprodukte
im Übertragungsband merklich.
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Höhere Abtastfrequenzen erlaubt die begrenzte Bandbreite nicht.
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Andererseits sind Verfahren zur Mehrfachausnutzung eines Fernsehsignals
zur Übertragung von mehreren Begleittonsignalen in den Leerzeilen des Bildsignalß
bekannt, bei dem die zuvor pulsamplitudenmodulierten Begleittonsignale einer sendeseitigen
Zeitkompression unterworfen werden, die auf der Empfangssotte durch eine entsprechende
Zeitexpansion rückgängig gemacht
werden (Funktechnik, 1970, Heft
10, S. 371-373).
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Wenn dieses Verfahren auch eine Art Zeitmultiplexübertragung darstellt,
eo liegen bei dem bekannten Verfahren die Verhältnisse insofern anders, als daß
das zu übertragende Bildaignal eine Bandbreite von über 5 MHz aufweiet.
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Das bekannte Verfahren kann also leicht die fehlende Übertragungszeit
in der Leerzeile in eine entsprechend groBe Bandbreite umwandeln, eine Möglichkeit,
die zur Lösung der Aufgabe der Erfindung gerade ausgeschlossen iet.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse bei den sogenannten Zeitkompressions-Multiplexverfahren,
die zusätzlich zur Multiplexbildung eine sendeseitge Zeitkompression durchführen,
die.empfangaseitig wieder rückgängig gemacht wird.
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iiierzu wird Jedes der im Zeitmultiplex zu übertragenden Sprachsignale
zunächst in bekannter Weise mit einem 8 kHz-Takt abgetastet und in Pulsamplitudenmodulation
überführt. Darauf werden die mit den Impulsen anderer Sprachkanäle zu verschachtelnden
Impulse gruppenweise zur Verhinderung des Nebensprechens zusammengedrängt (DT-AS
10 54 511).
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Ein Ausführungsbeispiel nach dem bekannten Verfahren benötigt für
die Übertragung von 8 Sprachkanälen von Je 4 kHz Bandbreite im gtinstigsten Falle
mit 4 Pulsen Je Gruppe über 75 kRz Gosamtbandbreite.
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Mit den bekannten Verfahren der vorherigen Umwandlung in Puleamplitudenmodulation
und nachfolgendem Zusammendrängen der Pulse läßt eich die Aufgabe der Erfindg, Übertrsgung
von mehreren Sprachsignalen in einem nur 4 kHz breiten Sprachkanal, demnach nicht
lösen, weil schon die 8 kHz Abtastfrequenz für einen Sprachkanal über der zur Verfügung
stehenden Ge8amtbandbreite
liegen würde.
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Dieser Beschränkung im Hinblick auf die begrenzte Bandbreite ist such
ein weiteres bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Wiedergabegeschwindigkeit von
Magnetbandaufzeichnungen unter Beibehaltung der Ursprungsfrequenzlage nicht unterworfen.
Bei dieser "Variable Speech Control" werden aus einer mit doppelter Wiedergabegeschwindigkeit
abgespielten Magnetbandaufzeichnung Sprachproben entnommen, die um die Hälfte verkürzt
in einen Analogspeicher gegeben werden. Beim Auslesen wird das komprimierte Restsignal
wieder um den Faktor 2 gedehnt. Das Ergebnis ist ein in seiner zeitlichen Länge
halbiertes, mit doppelter Geschwindigkeit gesprochenes Sprachsignal in der Originalfrequenzlage
(Electronics, August 22, 1974, S. 87 - 94).
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Die Erfindung geht von einem Zeitmultiplexsystem mit zyklischer Aufschaltung
mehrerer Teilnehmer auf einen gemeinsamen, auf Sprachbandbreite begrenzten Kanal
mit einem sehr niedrigen, nach dem Abtasttheorem verbotenen Multiplextakt und empfangsseitiger
Zwischenspeicherung der Jeweils übertragenen Sprachschwingungen zum Auffüllen der
durch die zyklische Übertragung entstehenden Lücken im Signalfluß Jedes Teilnehmers
aus, wie es ähnlich der DT-OS 25 49 473 zu entnehmen ist.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik löst die Erfindung die Aufgabe
der Multiplexbildung mit sehr niedrigem Multiplextakt dadurch, daß das Sprachsignal
Jedes Teilnehmers vor der Zeitmultiplexübertragung durch ein von einem Nulldurchgangsdetektor
gesteuertes Einlesen nur Jedes n-ten (n 5 2, 4, 8) Schwingungszuges in einen Sendespeicher
und
anschließendes kontinuierliches Auslesen der Schwingungszüge um den Faktor n zeitkomprimiert
und nach der Zeitmultiplexübertragung durch paralleles Einlesen in n Empfangs speicher
und von einem weiteren Nulldurchgangedetektor gesteuertes, zyklisch erfolgendes
Auslesen je eines Schwingungszuges aus jedem der n Empfangsspeicher wieder auf die
ursprüngliche Länge cxpandiert wird.
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Der Sendespeicher und die n Empfangaspeicher mit den zugehörigen Steuerschaltungen
für Jeden TeilnehJner sind doppelt vorhanden und ihre Ein- und Auslesevorgänge werden
vom Multiplextakt wechselzeitig gesteuert. Das Einlesen und Auslesen in die Analogspeicher
erfolgt auch hier in bekannter Weise mit einem das Abtasttheorem erfüllenden 8 kHz-Takt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Zeitkompreßsions-Multiplexverfahren
wirkt dieser Takt aber nicht in das eigentliche Zeitmultiplexsystem hinein, weil
die einzelnen Schwingungizüge kontinuierlich aneinandergereiht vorliegen.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausführung für die Doppelausnutzung
von Funkaprechkanälen wird nur Jeder zweite Schwingungszug des am Eingang liegenden
Sprachsignais in den Sendespeicher eingelesen, n ist also n 2.
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Der nach außen wirkende Multiplextakt beträgt vorteilhaft nur 5 Hz,
sodaß nach 200 ms der andere Funksprechkanal eingeschaltet wird. Trotz dieser langen
Multiplexperiode ist durch das Auslesen jedes zweiten Schwingungszugs der anliegenden
Sprachsignale sichergestellt, daß auch sehr kurze Impulstelegramme für den Aufbau
von Funkverkehrsverbindungen unverstümmelt übertragen werden.
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Im folgenden wird ein Au8fffhrungsboisplel der Erfindung anhand
zweier
Blockschaltbilder und eines Zeitdiagramms schematisch dargestellt.
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Das Ausführungabeispiel erlaubt eine Doppelausnutzung von Sprechfunkkanälen
normaler Bandbreite. Es geht von einem Multiplextakt von 5 Hz aus, mit dem in einem
200-is-Rhythmus zwischen der gezeichneten Verbindung vom Teilnehmer A zum Teilnehmer
B und der nicht im Einzelnen gezeichneten Verbindung vom Teilnehmer C zum Teilnehmer
D hin und her geschaltet wird.
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Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt den sendeseitigen Zeitkompressor,
der zwischen das Mikrophon des sprechenden Teilnehmers A und das Zeitmultiplexsystem
geschaltet ist, welches auf der rechten Seite der Fig. 1 durch einen Multiplexechalter
und einen 5 Hz-Multiplextakt symbolisiert ist.
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Pro Teilnehmer sind zwei Zeitkompressoranordnungen vorgesehen, welche
ebenfalls mit dem Takt des Zeitmultiplexsystems im 200-ms-Rhythmus zwischen dem
Teilnehmer A und dem Multiplexschalter wechselzeitig eingeschaltet werden.
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Dies geschieht durch die Umschalte X In der Fig. 1 ist der obere Sendespeicher
3 auf Einlesen, der untere Sendespeicher 3 auf Auslesen geschaltet. Dazu liegt der
Teilnehmer A über den oberen Schalter 2 am oberen Sende-Speicher 3 und ist über
den unteren Schalter 2 vom unteren Sendespeicher 3 abgetrennt. Die Schalter 2 schalten
außerdem mit einem weiteren Kontakt den von einem Taktgenerator 4 gelieferten 8-kHz-Fortschaltetakt
beim Einlesen über einen weiteren Schalter 5, dessen Funktionsweise später beschrieben
wird, und beim Auslesen direkt an den Sendespeicher 3.
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Diese Umschaltung ermöglicht eine gleichzeitige Informationsein- und-ausgabe,
wie aus dem Zeitdiagramm der Fig. 3 Zeile t und Zeile 4 und Zeile 2 und Zeile 5
hervorgeht.
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Vom Mikrophon des sprechenden Teilnehmers A gelangt das Sprachaignal
über einen der bereits erwähnten Umschalter 2 in einen analogen Sendespeicher 3.
Als analoger Sendespeicher und als analoger Empfsngsspeicherkommen die sogenannten
Eimerkettenspeicher bzw. ladungsgekoppelten Speicher in Betracht, die heute bereits
mit 512 bzw.
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1024 analogen Speicherplätzen auf dem Markt sind.
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Der 8-kHz-Takt wirkt nicht auf das eigentliche Zeitmultiplexsystem
ein und verbreitert demnach nicht die Bandbreite des Sprachkanals.
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Das Sprachsignal gelangt außerdem an einen Nulldurchgangsdetektor
6. Dieser steuert über ein Flipflop 7 bei Jedem positiven Nulldurchgang der Sprachschwingung
(von unterhalb der Nullschwelle nach oberhalb der Nullschwelle) den Schalter 5 derart,
daß die Fortschaltung des einlesenden Sendespeichers 3 für die Dauer eines Jeden
zweiten Schwingungezuges des Sprachsignals unterbunden wird.
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Das in der Zeitachse auf diese Weise komprimierte Sprachsignal wird
in der auf die Einlesephase von 200 ms (Fig. 3 Zeile 1 und 4) folgenden Auslesephase
von 100 ms kontinuierlich aneinandergereiht und das Zeitmultiplexsystem abgegeben.
Dieser Vorgang ist in den Zeilen 2 und 5 des Zeitdiagramme der Pig. 3 dargestellt.
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Da das komprimierte Sprachaignal zur Übermittlung im Zeitmultiplexsystem
nur die halbe Zeit benötigt wie das Ursprungseignal, kann während der übrigen Zeit
ein zweiter Kanal vom Teilnehmer C zum Teilnehmer D im Zeitmultiplex übertragen
werden. Die freien Zeiten für die Übertragung des zweiten
Kanals
sind im Zeitdiagramm in den Zeilen 3 und 6 dargestellt (Fig. 3).
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Fig. 2 erläutert die Wlirungsweise der Expandierung.
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Auch hier werden zwei gleiche Anordnungen über zwei Schalter 8 mit
dem Takt des Zeitmultiplexsystems wechaelzeitig an den Ausgang des Zeitmultiplexsystems
gelegt, so daß eine gleichzeitige Informationsein- und-Ausgabe möglich ist. Diese
Vorgänge sind im Zeitdiagramm der Fig. 3 in Zeile 7 und 10 bzw. 8 und 11 dargestellt.
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Vom Zeitmultiplexsystem, das am linken Rand der Figur 2 dargestellt
ist, gelangt das zeitkomprimierte Sprachsignal über einen der beiden bereits erwähnten
Schalter 8 parallel an die Eingänge der beiden Jeweils doppelt vorgesehenen Empfangsspeicher
9 und 10, die den Sendespeichern 3 entsprechen können.
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Die beiden oberen Empfangaspeicher 9 und 10 stehen auf Einlesen, die
beiden unteren Empfangs speicher auf Auslesen, wie sich aus der Schalterstellung
des Jeweils linken Kontaktes der beiden Schalter 8 ergibt. Der Jeweils rechte Kontakt
der Schalter 8 überbrückt beim Einlesen die Schalter 13 und macht diese in der Einlesephase
damit wirkungslos.
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Zum Einlesen liegen die 8-kHz-Fortschaltetakte aus dem Taktgenerator
11 huber die beiden von dem Flipflop 12 gesteuerten Schalter 13 ständig an den beiden
Empfangoepeichern 9 und 10. Die Ausgänge aller 4 Empfangsspeicher sind zusammengefaßt
an einen Nulldurchgangsdetektor 14 und den Teilnehmer B geführt, der durch einen
Fernhörer eymbolisiert ist. Die Einlesephase ist im Zeitdiagramm der
Fig.
3 in Zeile 7 und 10 dargestellt.
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Zum Auslesen wird der Fortschaltetakt über das erwähnte Flipflop 12
und die Schalter 13 durch denAulldurchgangedetektor 14 derart gesteuert, das die
in den Empfangsspeichern 9, 10 gespeicherten Sprachschwingungszüge (bzw. Gruppen
von SprachschwingungszUgen) abwechselnd nacheinander auagelesen werdai. Dies ist
aus den Zeilen 8 und 11 des Zeitdiagramms zu erkennen. Auf diese Weise wird die
Sprachinformation wieder auf die ursprüngliche zeitliche Länge expandiert. Die Zeilen
9 und 12 eollen verdeutlichen, daß während der dort dargestellten Zeit eine Gesprächaverbindung
vom Teilnehmer C zum Teilnehmer D bestehen kann, ohne die Verbindung zu den Teilnehmern
A und B zu stören.
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In dem Zeitdiagramm der Fig. 3 ist das wechselseitige Wirksamwerden
der Speicheranordnungen verdeutlicht.
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Die für die Übertragung der zweiten Verbindung des Teilnehmers C mit
dem Teilnehmer D freigebliebene, zur VerfUgung stehende Zeit ist in den Zeilen 3,
6, 9 und 12 dargestellt.
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Die in den Figuren nur schematisch dargestellte Anordnung erlaubt
selbstverständlich Vereinfachungen, z.B. die zentrale Nutzung eines 8-kHz-Taktgebere
an einer ortsfesten Funketelle für alle Teilnehmer dieser Funkstelle.
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Es könnten auch mehrere Sprachschwingungszüge zusammen -hängend eingelesen
werden, die Fortschaltung des einlesenden Sendespeichers müßte dann entsprechend
länger angehalten werden. Dies wird erreicht, indem das Flipflop ale Teiler s.B.
1 : 2 oder 1 : 3 arbeitet.
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Mit dem dargestellten Zeitmultiplexsystem ist es somit möglich, mit
einem extrem niedrigen Umschaltetakt von 5 Hz eine mit Sicherheit unterbrechungsfreie
Sprach- und Verbindungskennzeichenübertragung von mehreren Teilnehmern in einem
bandbegrenzten Sprachkanal durchzuführen.
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Selbstverständlich steigt mit dem Kompressionsfaktor der Aufwand an
Empfangsspeichern. Es sind aber durchaus Fälle denkbar, z.B. Seekabelverbindungen,
wo ein höherer Aufwand für einen höheren Kompressionafaktor als in dem Auaführungsbeispiel
gerechtfertigt erscheint.
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Fig. 3
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