DE2742783A1 - Schaltungsanordnung zur reduzierung des nebensprechens in pcm-systemen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur reduzierung des nebensprechens in pcm-systemenInfo
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Description
Telefonbau uid Normalzeit GcbH, 6000 Prankfurt/Main
rif.inzer Landszv..'-28-146
Schaltungsanordnung zur Reduzierung des Nebensprechens
in PCM - Systemen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung des Nebensprechens in PGM-Systemen, wobei die
PCM-Codeworte Jeweils aus einem Vorzeichenbit und mehreren Inforraations-bit zur Darstellung der Spannungswerte gebildet
sind.
Die Pulscodemodulation (PCM) wird in der Fernsprechtechnik zur Übertragung von Sprachsignalen benutzt, wobei diese
als Abtastproben in digitalisierter Form übermittelt werden. Die Pulscodemodulation wird in der Ubertragunge- und auch
in der Vermittlungstechnik verwendet.
Das Verfahren zur Bildung von PCM-Signalen ist für ein 30 (32)-Kanal-PCM-Grundsystem (CEPT-System) international
genormt, es kann deshalb als bekannt vorausgesetzt werden und wird im Rahmen dieser Beschreibung nur soweit näher erläutert,
wie es zum Verständnis der Erfindung notwendig ist. PCM-Signale werden bekanntlich aus Amplitudenproben erzeugt,
die von einem Multiplexer, der eine Anzahl Leitungen zyklisch mit mindestens der doppelten Frequenz der max. zu
übertragenden Frequenz abtastet, geliefert werden. Diese Amplitudenproben sind bipolare PAM-Signale, d.h. sie können
entsprechend der SprechwechBelspannung, der sie entnommen werden, alle Spannungswerte zwischen dem positiven und negativen
Maximum einnehmen. Die Pulsamplitudenmodulation (PAM) ist als Zwischenstufe zur Bildung von PCM-Signalen anzusehen.
Den PAM-Signalen werden dann Zahlenwerte zugeordnet, die in binär-kodierter Form das PCM-Signal bilden. Hierzu können
verschiedene Verfahren angewendet werden, z.B. mit Hilfe eines Zählkodierer, eines Parallelkodierers oder eines
Iterativkodierere.
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Ira Gegensatz zu PAM-Signalen kann aus PCM-Signalen das
ursprüngliche Informationssignal ohne Fehler nicht wiedergewonnen
werden. Dies liegt an der Quantisierung, bei der nicht Jedem Wert der Amplitude ein bestimmter Ausgangewert
zugeordnet wird. Alle unterschiedlichen Amplituden, die innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen, werden mit
dem gleichen diskreten Wert übertragen, sie können daher am Erapfangsort nicht mehr voneinander unterschieden werden.
Wenn man bei einem Pulscode-Modulationssystem die Ausgangespannung
über der Eingangsspannung (U. über ü*E, siehe Fig.6)
aufträgt, so erhält man eine Treppenfunktion. Die Auegangsspannung ändert jedesmal sprunghaft ihren Wert, wenn die
Eingangskennlinie von einem Quantisierungsintervall in das nächste übergeht. Daraus wird ersichtlich, daß der Quantisierungsfehler
umso größer wird, je kleiner die Zahl der Amplitudenstufen ist. Unterteilt man den ganzen AusSteuerungsbereich nun in gleich hohe Amplitudenstufen, dann ist der
Absolutwert des Ouantisierungsfehlers überall gleich groß.
Die auf diese Weise erzeugten Signale werden auch als lineare PCM-Signale bezeichnet. Maßgebend ist jedoch das Verhältnis
der Fehler zum Original-Amplitudenwert. Bei großem Amplitudenwert darf auch der Quantisierungsfehler groß sein, bei
kleinem Amplitudenwert muß er dagegen klein bleiben. Dies führt zu einer logarithmischen Verteilung der Stufenhöhen
mit sehr feiner Stufung in der Mitte des Aussteuerungsbereichs (die kleinen positiven und negativen Amplitudenwerte, siehe
Figuren 4 und 5) und mit bedeutend größeren Stufen an den Grenzen dee Aussteuerungebereichs. Damit die Quantieierungsfehler
über einen weiten Amplitudenbereich konstant gehalten werden können, bedient man sich der nicht-linearen Quantisierung
auf der Grundlage der sogenannten A-Kennlinie
(Fig.4 und 5), welche in Europa allgemein verbindlich festgelegt ist. Auf der Abszisse sind die positiven und negativen
Amplitudenwerte aufgetragen, während die Ordinate in 256
Quantisierungeetufen (- 8 bit) eingeteilt ist.
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Insgesamt besteht die Α-Kennlinie aus 13 linearen Segmenten zu denen jeweils bestimmte Größen der Quantisierungsstufen
gehören. Innerhalb jedes Segments ist die Stufenhöhe konstant, sie ändert sich von Segment zu Segment jeweils um den Faktor
Ein PCM-Signal oder Codewort besteht aus 8 bit, von denen die
ersten vier bit die Lage des Knickpunktes und die zugehörige Größe der Quantisierungsstufe kennzeichnen, während die
restlichen vier bit den Abstand zum Knickpunkt bestimmen. Der Vorgang der nicht linearen Umwandlung von Amplitudenwerten
in digitale Signale wird auch als Kompandierung bezeichnet.
Ein typisches Merkmal der PCM-Technik ist das unverständliche Nebensprechen, welches auch als Grundgeräusch bezeichnet
wird, es entsteht durch ein von kleinsten Spannungen verursachtes Kippen einer Entscheidungsschwelle, vor allem
wenn sich der Nullpunkt des Systems durch die Drift von Halbleitern verschiebt. Durch dieses Stufenkippen entsteht
eine Rechteckspannung.
Anhand der Darstellung eines Teils der Kompanderkennlinie in Fig.6 läßt sich der Effekt des Stufenkippens verdeutlichen.
Liegt der Wert der angelegten Eingangsspannung UE im Ruhezustand
nicht auf Null (was auch in der Praxis nicht durchführbar ist), sondern er schwankt wegen der erwähnten Drifterscheinungen
beispielsweise in der Nähe der Entscheidungsschwelle zwischen dem Wert von 1/2o48 und 1/1o24 der maximalen
Eingangs spannung IL,, so kann durch die Spannungsbewertung
sowohl der Binär-Wert 1 000 0000 oder 1000 0001 gebildet werden.
Ein weiterer Effekt, welcher bei der PCM-Technik auftritt, ist das verständliche Nebensprechen, wobei unter diesem
Nebensprechen jedoch nicht das hochfrequente Nebensprechen zwischen Adernpaaren des gleichen Kabels verstanden werden soll,
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Das verständliche Nebensprechen kann beispielsweise dadurch auftreten, daß der Kondensator, welcher zur Speicherung
der Spannung der Abtastprobe zwecks Umwandlung in einen digitalen Spannungswert dient, nicht vollständig entladen ist.
Es können fiestspannungen von der vorhergehenden Abtastprobe
eingespeichert sein, zu denen die Spannung der nächsten Abtastprobe hinzukommt.
Es sind bereits Maßnahmen bekannt, das unerwünschte Nebensprechen in PCM-Systemn zu verringern, zumal auch durch die
Postverwaltungen Vorschriften bezüglich der Höhe des Nebensprechens
erlassen worden sind. Diese Mindestanforderungen wurden ursprünglich für Systeme mit analoger übertragungstechnik
aufgestellt und müssen zur Gewährleistung einer hohen Ubertragungsqualität auch durch übertragungsverfahren
auf der Grundlage der PCM-Technik erfüllt werden.
Im Hinblick auf eine integrierte PCM-Übertragungs- und
Vermittlungstechnik ist eine Verringerung des Nebensprechens eine Voraussetzung für das Betreiben von Fernsprechnebenstellenanlagen
in einem PCM-Netz, da der zulässige Wert des Grundgeräuschs in Fernsprechnebenstellenanlagen bei PCM-Systemen
ohne besondere Vorkehrungen nicht eingehalten werden kann. Eine Möglichkeit zur Verringerung des Grundgeräuschs
besteht zum Beispiel darin, die einzelnen Spannungeschritte weiter zu unterteilen und anstelle des 8 bit-PCM-Codewortes
ein solches von 10 bit Länge zu verwenden.
Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, die Drifterscheinungen
auf digitalem Wege durch eine Mittelwertbildung zu eliminieren, inden der aus einer Anzahl von Proben
errechnete Mittelwert bei der Bildung des PCM-Codewertes
berücksichtigt wird.
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Das verständliche Nebensprechen läßt sich beispielsweise dadurch verringern, daß der Formgebung der PAM-Pulse besondere
Maßnahmen gewidmet sind, wie das völlige Entladen des Kondensators, in welchem die Abtastprobe (PAM-PuIs) zwischengespeichert
wird oder die Trennung der PAM-Sammelschiene in je zwei Teile
für die geradzahligen und die ungeradzahligen Kanäle.
Aus den geschilderten Möglichkeiten zur Verringerung des Nebensprechens
geht hervor, daß die zu ergreifenden Maßnahmen sehr aufwendig sind und sich jeweils nur auf eine Ursache des Nebensprechens
beziehen können. Die folgende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gesetzt, eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche
das Nebensprechen generell a\if einfache Weise verringert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine
oder mehrere bit-Stellen jedes PCM-Codewortes, welche die Information
über den kleineren Spannungswert beinhalten,auf den niedrigsten Spannungswert (Null) gesetzt werden, wenn durch
eine Überwachungseinrichtung, welche die übrigen bit-Stellen außer dem Vorzeichenbit des PCM-Codewortes überprüft, festgestellt
wird, daß diese bit-Stellen den niedrigsten Spannungswert darstellen und daß durch die Überwachungseinrichtung das
Setzen der bit-Stellen auf den niedrigsten Spannungswert (Null) veranlaßt wird. Mit Hilfe der überwachungseinrichtung wird
jedes PCM-Codewort überprüft, ob es die Information über einen Spannungswert beinhaltet, welcher unterhalb einer vorgegebenen
Schwelle liegt. Die Höhe der Schwelle wird dabei durch die Anzahl der überwachten bit-Stellen bestimmt. Da die letzten
ein bis zwei bit lediglich die Information über sehr kleine Spannungen beinhalten (siehe Pig.6), welche in der Größenordnung des Nebensprechen liegen, kann auf diese Weise dieser
unerwünschte Effekt weitgehend eliminiert werden. Da durch dies· Maßnahme generell die übertragung kleiner Spannungswerte
verhindert ist, werden auch die übertragenen Sprachsignale entsprechend beeinflußt. Es iet bereite aus Untersuchungen bekannt,
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- er-
daß bei einer schwellwertbegrenzten Sprache die Sprachqualität
erheblich verbessert wird, da die natürlichen Pausengeräusche, wie das Nebensprechen und eventuell auch das Raumgeräusch,
unterdrückt werden und der Eindruck einer "sauberen" Sprache entsteht (siehe auch "Untersuchungen zur Silbenverständlichkeit
schwellwertbegrenzter Sprache" Nachrichtentechnik 21 (1971) Heft 2, Seite 77 bis 79).
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß mit einem jeweils ein PCM-Codewort enthaltenden Register ein Parallel/
Serien-Wandler durch eine der Zahl der bit-Stellen entsprechende Anzahl/Leitungen verbunden ist und in die Leitungen für die
bit-Stellen, welche die Information über den kleineren Spannungssprung beinhalten, eine Sperreinrichtung eingeschleift ist und
diese an der Überwachungseinrichtung angeschlossen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß innerhalb eines Analog/Digital-Wandlers die Bildung eines
PCM-Codewortes vorzeitig beendet wird, wenn durch eine überwachungseinrichtung
festgestellt wird, daß der bis dahin gebildete Teil des PCM-Codewortes den niedrigsten Spannungswert
darstellt und daß die restlichen bit-Stellen in dem das gebildete PCM-Codewort enthaltene Register auf Veranlassung der überwachungseinrichtung
auf den niedrigsten Spannungswert (Null) gesetzt werden. Da Analog/Digital-Wandler in zunehmendem Maße bereits
als integrierte Bausteine hergestellt werden, läßt sich die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung auch in diese Bausteine
integrieren.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteraneprüchen. Die Erfindung
wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
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Fig.1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur
Reduzierung des Webensprechens,
Fig.2 den Aufbau eines PCM-Codewortes und die Veränderung des
lnforraationsinhaltH durch Anwendung der Erfindung,
Fig.3 die Schaltungsanordnung eines Analog/Digital-Wandlers
in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und
Fig.4 bis 6 verschiedene Darstellungen derKompanderkennlinie.
In Fig.1 ist ein Register REG dargestellt, welches zur Speicherung
eines PCM-Codewortes vorgesehen ist und zu diesem Zweck ebenso viele Speicherplätze besitzt, wie bit-Steilen innerhalb
eines PCM-Codewortes vorhanden sind. Die Einspeicherung eines PCM-Codewortes in das Register REG kann dabei parallel oder
seriell geschehen.
Entsprechend dem in Fig.2 dargestellten Beispiel eines
Codewortes/ mit einer Lange von 8 bit besitzt das Register REG
für jeden Speicherplatz oder bit-Stelle einen Ausgang. Diese Ausgänge sind mit bv, b1 bis bn, bn+1 bis bn+m bezeichnet,
wobei die bit-Stelle bv das Vorzeichen-bit darstellt. Die Wertigkeit der bit-Stellen ist bei diesem Beispiel aufsteigend,
und zwar von rechts nach links, das bedeutet, daß die bit-Stelle mit der niedrigsten Wertigkeit die bit-Stelle b1 und die
bit-Stelle mit der höchsten Wertigkeit (abgesehen von dem Vorzeichenbit bv) die bit-Stelle bn+m ist. Wie bereits erläutert,
repräsentiert dabei die bit-Stelle mit der niedrigsten Wertigkeit (bi) den kleinsten und die bit-Stelle mit der höchsten
Wertigkeit (bn+m) den größten Spannungssprung (siehe auch
Fig.4 bis 6).
Das in Fig.1 dargestellte Register REG ist durch eine der bit-Stellen des PCM-Codewortes entsprechenden Zahl von Leitungen
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mi*; einem Parallel/Serien-Wandler (PS) verbunden, welcher zur
seriellen Aussendung von PCM-Codeworten auf der Leitung PCM dient.
Die aus einem ODER-Gatter gebildete und mit den Leitungen bn+1
bis bn+m verbundene Überwachungseinrichtung UG prüft den Informationsinhalt
des Registers KRG bezüglich des Vorhandenseins von logischen "Einsen". Solange eine dieser Leitungen dieses
Potential führt, liegt am Ausgang des ODER-Gatters der Überwachungseinrichtung
UG ebenfalls dieses Potential an.
Das Beispiel in Pig.2 zeigt, daß von den überwachten bit-Stellen
diejenige mit der niedrigsten Wertigkeit (bn+1) die bit-Stelle 3 ist. Aus der Darstellung eines Teils der Kompanderkennlinie
in Fig.6 ist ersichtlich, daß das erste PCM-Codewort mit einer logischen "Eins1 (vom Nullwert an gerechnet) dem Spannungswert
1/512 von U- entspricht.
Der Ausgang der in Fig.1 gezeigten überwachungseinrichtung UG
ist mit dem Eingang der Sperreinrichtung SP verbunden. Die Sperreinrichtung SP besteht aus η-UND-Gattern, in dem vorliegenden
Beispiel (Fig.2) aus zwei, welche in die entsprechenden Leitungen b1 bis bn eingeschleift sind und durch die Überwachungseinrichtung
UG freigegeben werden, wenn mindestens eine der Leitungen bn+1 bis bn+m das Potential führt, welches dem logischen
Wert "Eins" entspricht.
Führen nun die Leitungen bn+1 bis bn+m sämtlich ein Potential, welches dem logischen vert "Null' entspricht, so führt der
Ausgang der Überwachungseinrichtung UG ebenfalls dieses Potential,
das bedeutet, daß der Spannungswert des PCM-Codewortes, welches
im Register REG eingespeichert ist, unterhalb eines Wertes von 1/512 U£max liegt. In diesem Fall werden durch die Sperreinrichtung
SP die Leitungen b1 bis bn gesperrt, worauf diese bit-Stellen
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im Parallel/Serien-Wandler PS auf den Wert logisch "Null" gesetzt werden.
Bei dem beschriebenen Vorgang der Veränderung von bit-Stellen
vor der Übergabe eines PCM-Codewortes von dem Register REG
an den Parallel/Serien-Wandler PS wurde ebenso wenig wie in der Darstellung in Fig.1 auf eine zeitliche Steuerung der
beschriebenen Vorgänge eingegangen. Eine solche ist zwar eine Voraussetzung zur Durchführung der Übergabe nicht jedoch der
Veränderung der bit-Stellen. Es wird nicht weiter darauf eingegangen, da dies nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört.
Der Vorgang der Veränderung von bit-Stellen gemäß der Erfindung läßt sich auch anhand der Darstellung in Fig.2 erläutern.
Im ersten Beispiel (B1) zeigt die Zeile REG ein PCM~Codewort im Register REG, dabei sind nur die bit-Stellen 2 und 8
(Vorzeichen) gesetzt (logische "Eins"). Da die bit-Stelle 2 gesetzt ist und die bit-Stellen 1>
bis 7 nur logische "Nullen" beinhalten, erfolgt durch die überwachungseinrichtung UG die
Sperrung der Leitungen 1 und 2, worauf das von dem Parallel/ Serien-Wandler übernommene PGM-Codewort in der Zeile PS den
niedrigsten Spannungswert (Null) darstellt. Am zweiten Beispiel (B2) wird der Vorgang am Beispiel eines PCM-Codewortes
erläutert, wenn dieses einen Spannungswert darstellt, welcher größer ist als ein Spannungswert, welcher sich durch die bit-Stellen
1 und 2 kennzeichnen läßt, d.h. das von dem Parallel/ Serien-Wandler PS übernommene PCM-Codewort in der Zeile PS
ist unverändert.
Bei dem beschriebenen Beispiel wurde davon ausgegangen, daß das PCM-Codewort eine Breite von 8 bit besitzt, die Schaltungsanordnung
läßt sich ebenfalls auch auf breitere oder schmalere PCM-Codeworte anwenden. Ebenso kann auch die Anzahl der zu
sperrenden bit-Stellen und damit die Schwelle zur Bewertung der Spannung beliebig gewählt werden.
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In Fig.3 wird die bekannte Anordnung eines Analog/Digital-Wandlers gezeigt, es handelt sich hierbei um einen solchen,
der nach dem Iteratiwerfahren arbeitet.
Die auf der Leitung PAM anstehenden Amplitudenproben werden einem Vergleicher K zugeführt, welcher mit einer Logikschaltung L
verbunden ist. Die Bildung des PCM-Codewortes im Register REG erfolgt schrittweise, indem die einzelnen bit-Stellen fortlaufend mit fallender Wertigkeit gesetzt werden. Zuerst wird
die Polarität der Amplitudenprobe festgestellt und das Vorzeichenbit (bv) eingestellt, dann werden die übrigen bit-Stellen
gesetzt oder nicht gesetzt, je nachdem, wie der Vergleich des jeweiligen vom Wandler W angebotenen Gewichtssatzes mit der
Amplitudenprobe PAM ausfällt.
An den Ausgängen b1 bis bv des Registers REG sind, wie bereits
beschrieben, wiederum die Überwachungseinrichtung UG und die Sperreinrichtung SP angeschlossen. Sobald im Register REG das
PCM-Codewort bis zur bit-Stelle bn+1 gebildet ist, kann durch
die überwachungseinrichtung UG der Inhalt der bit-Stellen bn+m bis bn+1 überprüft werden. Beträgt der in diesen bit-Stellen
dargestellte Spannungswert "Null", so kann der Vorgang zur Bildung der bit-Stellen bn bis b1 abgebrochen werden, da diese
beiden bit-Stellen auf den Wert logisch "Null" zu setzen sind. Dies kann nun in bereite beschriebener Weise durch die Sperreinrichtung SP oder über die gestrichelt angedeutete Leitung S
direkt über die Logikschaltung L im Register REG geschehen. In diesem Fall wird die Sperreinrichtung SP nicht benötigt.
Das endgültige PCM-Codewort kann anschließend von dem Parallel/Serien-Wandler PS übernommen und in serieller Form
auf die LeitungPCM ausgesendet werden.
P 3397
16.8.77
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Claims (1)
- Patentansprüche27A°7831. Schaltungsanordnung zur Reduzierung des Nebensprechens in PCM-Systeinen, wobei die PCM-Codeworte jeweils aus einem Vorzeichenbit (bv) und mehreren Informationsbit (b1 bis bn+m) nur Darstellung der Spannungswerte gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,daß eine oder mehrere bit-Stellen (b1 bis bn) jedes PCM-Codewortes, welche die Information über den kleineren Spannung swert beinhalten, auf den niedrigsten Spannungswert (Hull) gesetzt werden, wenn durch eine Überwachungseinrichtung (UG), welche die übrigen bit-Stellen (bn+1 bis bn+m) außer dem Vorzeichenbit des PCM-Codewortes überprüft, festgestellt wird, daß diese bit-Stellen (bn+1 bia bn+m) den niedrigsten Spannungswert (Null) darstellen und daß durch die überwachungseinrichtung (UG) das Setzen der bit-Stellen (b1 bis bn) auf den niedrigsten Spannungswert (Null) veranlaßt wird.P. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mit einem jeweils ein PCM-Codewort enthaltenden Register (REG) ein Parallel/Serien-Wandler (PS) durch eine der Zahl der bit-Stellen (bv, b1 bis bn+m) entsprechenden Anzahl von Leitungen verbunden ist und in die Leitungen für die bit-Stellen (b1 bis bn), welche die Information über den kleineren Spannungssprung beinhalten, eine Sperreinrichtung (SP) eingeschleift ist und diese an der Überwachungseinrichtung (UG) angeschlossen ist.3. Schaltungβanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß innerhalb eines Analog/Digitalwandlers die Bildung eines PCM-Wortes vorzeitig beendet wird, wenn durch eine-2-909813/0449Überwachungseinrichtung (UG) festgestellt wird, daß der bis dahin gebildete Teil des PCM-Codewortes (bv, bn+m bis bn+1) den niedrigsten Spannungswert (Null) darstellt und daß die restlichen bit-Stellen (b1 bis bn) in dem das gebildete PCM-Codewort enthaltene Register (REG) auf Veranlassung der Überwachungseinrichtung (UG) auf den niedrigsten Spannungswert (Null) gesetzt werden,4·. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,daß die Überwachungseinrichtung (UG) aus einem ODER-Gatter mit m-Eingängen und die Sperreinrichtung (SP) aus η-UND-Gattern mit je zwei Eingängen gebildet wird.16.8.77909813/0448
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- 1978-09-22 AT AT0687578A patent/AT376861B/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2702497A1 (de) * | 1976-02-10 | 1977-08-11 | Ericsson Telefon Ab L M | Verfahren und anordnung zur verbesserung der uebersprechdaempfung zwischen nebeneinanderliegenden kanaelen in einem zeitteilungs-multiplexsystem |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
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