DE2850240C2

DE2850240C2 - Verfahren zur Bestimmung der Quantisierungsverzerrung bei einem mit Impulscodemodulation arbeitenden Telefonsystem sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2850240C2
Application number: DE19782850240
Authority: DE
Inventors: Robert Hitchin Hertfordshire Walker
Original assignee: MARCONI INSTRUMENTS Ltd CHELMSFORD ESSEX GB; Marconi Instruments Ltd
Current assignee: MARCONI INSTRUMENTS Ltd CHELMSFORD ESSEX GB; Marconi Instruments Ltd
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1986-10-09
Also published as: FR2438382A1; FR2438382B1; DE2850240A1; GB2031197B; GB2031197A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Quantisierungsverzerrung, die durch eine einen Sendecodierer, eine Übertragungsleitung und einen Empfangsdecoder umfassende Stufe eines mit Impulscodemodulation arbeitenden Telefonsystems eingeführt ist, unter Verwendung einer von einem Pseudo-Zufallsgenerator erzeugten quasi-statistischen Folge von Binärsignalen.

Aus der DE-AS 19 49 132 ist ein derartiges Verfahren bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein analoges, bandbegrenztes Pseudo-Raschsignal mittels eines Analogfilters aus den vom Pseudo-Zufallsgenerator erzeugten Binärsignalen gewonnen und anstelle des Sprechsignals in den Sendecodierer der Stufe eingespeist, innerhalb welcher es dann digital zum Empfangsdecoder übertragen wird, an dessen Ausgang wiederum ein analoges Rauschsignal vorliegt, aus dem dann die Gesämt-Quantisierungsverzerrung durch Messung ermittelt wird, die sich aus dem kombinierten Einfluß aller Stufenkomponenten ergibt. Eine Aussage über die Beiträge der einzelnen Stufenkomponenten zur Gesamt-QuantJsierungsverzermng ist jedoch nicht möglich. Da die Quantisierungsverzerrung zudem vom Amplitudenwert des dem Telefonsystem zugeführten Analogsignals abhängt, ist es bei diesem bekannten Verfahren erforderlich, eine Serie von Messungen bei unterschiedlichen Eingangspegeln durchzuführen.

Aus der US-PS 33 49 195 sind verschiedene Testvorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe die Funktion bzw. Leistungsfähigkeit von Digital/Analog-Wandlern getestet werden kann, die aus einem Codierer, einem Ubertragungskanal und einem Decoder bestehen. Bei einer dieser Vorrichtungen liefert der Vergleich eines am D/ A-Wandler eingespeisten Analogsignals mit dem decodierten Ausgangssignal eine pauschale Aussage über die Funktionsiahigkeit des zu testenden D/A-Wandlers. Eine weitere Testvorrichtung besteht aus einem digitalen Funktionsgenerator, der eine digitale Darstellung eines periodischen Signals, z. B. eines Sinussignals erlaubt, mir dessen Hilfe der Decoder unabhängig von den restlichen Komponenten des D/A-Wandlers getestet werden kann. Außerdem wird eine Testvorrichtung für den Decoder allein vorgeschlagen, bei dem ein digitales Eingangssignal, das einem bandbegrenzten weißen Rauschen entspricht, am Decoderausgang auf Nullstellen untersucht wird, deren eventuelles Nichtvorhandensein eine schlechte Leistungsfähigkeit des Decoders anzeigt. Mit keinem dieser bekannten Testvorrichtungen ist eine Bestimmung der von den einzelnen Komponenten des D/A-Wandlers eingeführten Quantisierungsverzerrung möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der oben angegebenen Art zu schaffen, das es erlaubt, die von den einzelnen Komponenten einer Stufe eines digitalen Telefonsystems beigesteuerten Anteile zur Gesamt-Quantisierungsverzerning dieser Stufe zu bestimmen.

Gelöst wird diese Aufgabe in Übereinstimmung mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, daß aus der quasi-statistischen Folge von Binärsignalen eine Pseudo-Zufallsfolge von Digitalwörtern erzeugt und der von diesen dargestellte Zahlenwert mit Hilfe eines gemeinsamen, einstellbaren Faktors verändert wird, daß der von den so erzeugten Digitalwörtern dargestellte Zahlenwert in Übereinstimmung mit einem nichtlinearen Amplitudengesetz geändert wird und daß die so erhaltenen, ein frequenzbandbegrenztes Rauschen simulierenden Signale in digitaler Form in das zu testende Telefonsystem eingespeist werden.

Dadurch, daß ein frequenzbandbegrenztes Rauschsignal in digitaler Form erzeugt wird, ist der vom Decoder beigesteuerte Anteil zur Gesamt-Quantisierungsverzerrung der zu testenden Stufe bestimmbar, so daß bei bekannter Gesamt-Quantisierungsverzerrung auch der Verzerrungsanteil des Codierers ermittelt werden kann.

Mit HiUe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nur ein einziger Meßschritt notwendig, um die vom Amplitudenwert des Eingangssignals abhängige Quantisierungsverzerrung insgesamt zu erfassen, da das frequenzbandbegrenzte Rauschsignal mittels des einstellbaren Faktors die benötigte Vielzahl an von den einzelnen Digitalwörtern repräsentierten Zahlenwert aufweist.

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Von Vorteil für die Bestimmung der Quantisierungs- stik des Digitalfilters wird durch die Stufenzahld es

verzerrung ist auch, daß aufgrund des Einflusses des Schieberegisters 9 bestimmt und zwar wird die Filterung

nichtlinearen Amplitudengesetzes eine gleichmäßige mit steigender Anzahl der Stufen besser und die Ampli-

Aufteilung der Quantisierungsstufen auf alte Amplitu- tude der Frequenzkomponenten, die außerhalb der

denwerte gewährleistet wird. .5 Bandbreite von 100 Hz liegen, wird minimalisiert. Ein

Vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des Schieberegister 9 mit 127 Stufen ergibt eine ausreichend

Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. gute Charakteristik des Durchlaßbandes.

Die Erfindung wild nachfolgend anhand der Zeich- Die Pseudo-Zufallsbitfolge des Folgogenerators 1

nung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung wird in das Reihenschieberegister 9 eingetaktet und bei ist eine Digi?slrauschqueüe dargestellt. io jedem Taktimpuls werden die Inhalte des Schieberegi-

Ein Folgegenerator 1 besteht aus einem Vielstufen- sters 9 mit dem angemessenen Vervielfachungsfaktor

Digitalschieberegister 2, das in diesem Fall 12 Stufen multipliziert und die Ergebnisse des Vervielfachungs-

besitzt. Die Ausgänge der Stufen 1,4,6 und 12 sind an Vorgangs werden in einer Additionsschaltung 11 sum-

einem EXCLUSIV-ODER-Gatter 3 zusammengeführt, miert, so daß sich ein 16-Bit-Wort ergibt, das über 16 dessen Ausgang zur Bildung einer geschlossenen Rück- is parallele Leitungen 8 ausgegeben wird,

kopplungsschleife an den Eingang der ersten Stufe des Der Fluß der auf den Leitungen 8 vorliegenden

Registers 2 gelegt ist. Das Register 2 wird unter der erzeugten Digitalworte ist für das erforderliche Digital-

Einwirkung einer 8-kHz-Taktquelle getaktet, welche an rauschen repräsentativ; um jedoch die Digitalworte für

der Klemme 4 angeschlossen ist und bei dem Takten des eine Messung der Quantisierungsverzerrung bei einem Folgegenerators 1 ergibt sich eine Pseudo-Zufallsbit- 20 Telefonsystem verwenden zu können, ist es nötig, die

folge am Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gatters 3, Gesamtamplitude des Rauschens so anzupassen, daß

und diese FoIe wird wiederum einem Digitalfilter 6 die Wirksamkeit bei verschiedenen Eingangspegeln

zugeführt. Der Folgegenerator 1 erzeugt eine Pseudo- ermittelt werden kann. Die Quantisierungsverzerrung

Zufallsfolge von 4095 Bits; danach wird die Folge exakt ist selbstverständlich von dem Amplitudenwert eines

wiederholt. Das ist die Maximallänge einer Folge, die 25 Signals abhängig, das dem Telefonsystem zugeführt

sich bei einem Folgegenerator mit einem 12stufigen wird, und um die erforderliche Amplitudenveränderung

Register ergibt, nämlich 2¹²-1 Bits. Bei manchen zu erhalten, werden die Digitalworte einem Amplitu-

Anwendungen kann die Länge und die Impulswieder- deneinsteller 12 zugeführt. Im Amplitudeneinsteller 12

holungsiänge dieser Folge zu lang sein und der Folge- wird jedes Digitalwort mit einem gemeinsamen einstell-

generator wird deswegen periodisch zurückgestellt, 30 baren Faktor vervielfacht, der über Leitungen 13 zuge-

wobei die Zeitabschnitte zwischen dem Rückstellen not- führt wird.

wendigerweise geringer als die natürliche Folgelänge Da der größte Teil der Information in einem Sprachdes Folgegenerators 1 ist. Der Folgegenerator wird signal bei relativ niedrigen Amplitudenwerten auftritt, dadurch zurückgestellt, daß ein vorbestimmtes Muster ist es üblich, nicht-lineare Analog/Digitalkodierer bei von 1- und O-Werten über Eingänge 7 von einer (nicht 35 einem Digitaltelefonsystem zu verwenden, die einem gezeigten) Kodierungsquelle in das Register 2 einge- Gesetz gehorchen, das normalerweise »Kompandieführt wird. Die Pseudo-Zufallsfolge wird normalerweise rungsgesetz« (companding law) genannt wird. Infolge so angeordnet, d?ß die Stufen dadurch zurückgestellt dieses Gesetzes werden mehr Quantisierungswerte für werden, daß ein Wert logisch 1 in jede Stufe eingeführt Signale mit relativ niedriger Amplitude erreichbar als wird, während weiterhin eine Folge mit der erforderli- 40 für Signale mit höherer Amplitude, die dementsprechen Charakteristik erzeugt wird. Die wichtige Eigen- chend mit geringerer Genauigkeit in Digitalworte schaft ist das Verhältnis des Rausch-Spitzenwerts zum umgewandelt werden. Um ein wahres Maß der durch Effektivwert des Rauschens und in der Praxis wird das eine Stufe eines Telefonsystems eingeführten Quantisie-Register 2 so zurückgestellt, daß der Anteil der Pseudo- rungsverzerrung zu erhalten, ist es notwendig, das Digi-Zufallsbitfolge, der dem Filter 6 eingegeben wird, die 45 talrauschen in Übereinstimmung mit einem entsprenötige Anzahl von Amplitudenspitzen enthält. chenden nicht-linearen Gesetz zu wandeln und das wird Dadurch, daß das Schieberegister 2 durch Eingeben von durch den Wandler 14 erreicht, der ein konventioneller Weiten logisch 1 in jede Stufe zurückgestellt werden Linear/Nichtlinear-Wandler ist und nach einem bekannkann, können die Eingänge 7 parallel zu einer einzigen ten Gestez arbeitet. Der Ausgang des Wandlers 14 schaltbaren Quelle für Logikwerte geschaltet werden, so besteht aus einer Folge von Digitalworten mit 8 Bit,

Das Filter 6 ist ein Digitalfilter mit bekannter Ausle- und um die erforderliche Genauigkeit aufrechtzuerhal-

gung und arbeitet so, daß ein Fluß von Digitalworten ten, erhält der Wandler 14 Worte mit 12 Bit vom

auf Ausgangsleitungen 8 ausgegeben wird, die repräsen- Amplitudeneinsteller 12, der wiederum Worte mit

tativ für ein Rauschen in einem vorbestimmten schrr.a- 16 Bit über die Leitungen 8 erhält,

len Frequenzband sind. In diesem Fall besitzt das Fre- 55 Bei einem bestimmten Folgegenerator 1 und Digital-

quenzband eine Breite von 100 Hz und liegt zwischen filter 6 wird immer die gleiche Digitalwortfolge von dem

450 Hz und 550 Hz. Das Filter 6 besteht aus einem Wandler 14 abgegeben, wodurch eine exakte Wieder-

Vielstufenschieberegister 9 mit 127 Stufen. Jede Stufe holbarkeit der Testmessungen unter Benutzung der

ist mit einem jeweiligen Digital-Multiplikator 10 ver- Rauschquelle erzielbar ist. Die Digitalwortfolge, die der

bunden. von denen jedoch nur 7 dargestellt sind. Jeder 60 Wandler 14 abgibt, kann in einen Speicher eingegeben

Vervielfacher 10 bewirkt eine Vervielfachung der Werte werden und immer dann abgerufen werden, wenn eine

logisch 1 oder logisch 0 der entsprechenden Stufe des Testmessung bei einem Telefonsystem ausgeführt wer-

Schieberegisters 9 mit einem 16-Bit-Wort, das einen den snü. Erforderlichenfalls kann die Digitalwortfolge

Wert hat, der mit Bezug auf die Bandbreite des zu in eine Vielzahl von Festwertspeichern eingegeben wer-

erzeugenden Rauschens ausgewählt wird. Im allgemei- 65 den und es können dann nur die Festwertspeicher in

nen sind die Werte der einzelnen Vervielfachungsfakto- Verbindung mit dem Telefonsystem verwendet werden,

ren unterschiedlich. um Messungen durchzuführen.

Die Durchlaßcharakteristik oder Paßbandcharakteri- Damit ergibt sich ein Verfahren und eine Vorrichtung

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zur Erzeugung von digitalem Rauschen, das bei einem . ^;

Telefonsystem zur Bestimmung des Quantisieningsver- .,'

zerrungswerts einer Stufe des Telefonsystems angewen- '^;"^! det werden kann. Das Digitalrauschen ist frequenz- _:;

bandbegrenzt und in seinem Amplitudenwert einstell- s |'

bar, so daß die Quantisierungsverzerrung bei verschie- ;■"

denen Werten der Eingangsamplitude bestimmt werden _r :

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Quantisierungsyerzerrung, die durch eine einen Sendecodie- s rer, eine Übertragungsleitung und einen Empfangsdecoder umfassende Stufe eines mit Impulscodemodulation arbeitenden Telefonsystems eingeführt ist, unter Verwendung einer von einem Pseudo-Zufallsgenerator erzeugten quasi-statistischen Folge von Binärsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß aus der quasi-statistischen Folge von Binärsignalen eine Pseudo-Zufallsfolge von Digitalwörtern erzeugt und der von diesen dargestellte Zahlenwert mit Hilfe eines gemeinsamen, einstellbaren Faktors verändert wird, daß der von den so erzeugten Digitalwörtern dargestellte Zahlenwert in Obereinstimmung mit einem nichtlinearen Amplitudengesetz geändert wird und daß die so erhaltenen, ein frequenzbandbegrenztes Rauschen simulierenden Signale in digitaler Form in das zu testende Telefonsystem eingespeist werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pseudo-Zufallsfolge von Digitalwörtern mit Hilfe eines Pseudo-Zufallsfolgengenerators (1) erzeugt wird, der ein rückstellbares Vielstufen-Schieberegister (2) umfaßt, dessen ausgewählte Ausgangssignale an ein EXCLUSIV-ODER-Gatter angelegt sind, das ausgangsseitig an das Vielstufen-Schieberegister (2) rückgekoppelt und mit einem Digitalfilter (6) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalfilter (6) eingangsseitig ein Schieberegister (9) umfaßt, dessen Ausgangssignale an einen einen Digital-Multiplizierer (10) und eine Addierschaltung (11) umfassenden Schaltkreis (10, U) angelegt sind, wobei der Inhalt jeder Stufe des Schieberegisters (9) mit einem vorgewählten Faktor multipliziert wird, um den von den Digitalwörtern dargestellten Zahlenwert zu verändern.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Addierschaltung (U) an einen weiteren, einen Amplitudensteiler (12) und einen Wandler (14) umfassenden Schaltkreis (12, 14) angelegt sind zur Änderung des Zahlenwertes in Übereinstimmung mit einem nichtlinearen Amplitudengesetz. so