-
Verfahren zur Übertragung von bis zu vier fehlergeschützten
-
Tonprogrammsignalen im Pulsrahmen des Fernsprechsystems PCM 30 mit
der Möglichkeit der Taktanpassung Im CCIR-Grünbuch "Recomendations and Reports of
the CCIR, 1978", Volume XII, sind in der Tabelle 1, Spalten 1, 3 und 4, auf Seite
154 verschiedene Verfahren zur Quellencodierung von 15-kHz-Tonsignalen dargestellt.
Allen Verfahren ist nur die Abtastfrequenz von 32 kHz, die feinste Auflösung in
14 bit, die Aussteuerungsgrenze von + 12 dBmO und die Tatsache gemeinsam, daß ein
Kompander verwendet werden soll. Die Kompander sind sämtlich unterschiedlich. Dies
gilt auch für Codierverfahren der British Broadcasting Corporation, die im BBC-Research
Department Report 1978/14 beschrieben sind. Zu den meisten Codiervorschlägen existieren
auch Vorstellungen über eine Zeitvielfachbildung bzw. über die Nitbenutzung des
Pulsrahmens der Digitalsignalverbindung DSV2. Einige dieser Vorstellungen sind z.
B. in den nachstehend genannten Veröffentlichungen beschrieben. Billia, G.P.; Decina,
n.: "Digital codingandtransmission of high quality sound programmes", Alta Frequenza,
Vol XLIII, No. 1, 1974; "The use of NICAM-3 in an 2048 kbit/s multiplex", Europäische
Rundfunkunion, Dokument GT C2 54; "Proposal concerning a system for digital coding
of sound signals", Dokument CMTT/ 186 E, 1974 - 1978 ; "Joint use of 2048 kbit/s
digital paths for setting up international sound-programme circuits with PCM", CCITT
Dokument COM XVIII-No, 285-E, 1977 - 1980.
-
Bezüglich des Schutzes gegen auf dem Übertragungsweg entstehende Bitfehler
ist es bekannt, eine bestimmte Anzahl von Bits durch ein Paritätsbit zu schützen.
Erfahrungsgemäß reicht es aus, nur die höchstbewerteten Bits, die sogenannten most
significant bits (MSB) eines Codewortes in den Schutz einzubeziehen. Jedem Codewort
kann ein eigenes, oder mehreren
Codewörtern eines @@s@gn@@@ @@@
ein @ta@sbit zugeordnet werden. @@ @@@ Paten@anm@@@@@ 18 16 36@ ist von der Anmeider@@@
@@ @@nren@@@ @@es @@@ @r@@@ @@ dem ein erstes Par@tä@st @ @@ @ @@ @in zweite Paritätsbit
das @@ @@ @n e@ @r@ @arita@t@@@t das 3., 7., 1@. und ur@ e@@ vierte Par@ta@ @a@
8., 12. und 16. @odewert einet Folge von @@dews @ern innerhalb eines Überrahmens
der DSVE schützt.
-
Die 17. bis 32., 33. bis 48. und 49. bis 64. Codewörter diese Tonprogramms
werner @ sinngemäß lurch die jeweils fünften bis sechzehnten Paritätsbits geschützt.
-
Wird ein oder werden mehrere Bitfehler erkannt, so werden alle vier
Codewörter, welche Abtastwerte des Tonsignals repräsentieren und durch ein gemeinsames
Paritätsbit geschützt sind, nach einer bekannten Fehlerüberdeckungstechnik durch
Schätzwerte ersetzt.
-
Es können die zu ersetzenden Codewörter durch das vorhergehende Codewort
(Extrapolation der Ordnung Null), durch Extrapolation mehrerer vorhergehender Codewörter
(Extrapolation höherer Ordnung) oder durch Interpolation der benachbarten Codewörter
(z. B. Mittelwertbildung) nachgebildet werden. Die Mittelwertbildung (Interpolation
erster Ordnung) ermöglicht eine gute Annäherung an das ursprüngliche, ungestörte
Tonsignal, Hörversuche haben ergeben, daß selbst bei hohen mittleren Bitfehlerhäufigkeiten
subjektiv keine Beeinträchtigung des demodulierten analogen Tonsignals feststellbar
ist. Oft wird selbst die Extrapolation der Ordnung Null als ausreichend erachtet.
-
In einer weiteren älteren Patentanmeldung P 29 47 227.3 der Anmelderin
ist die Notwendigkeit der Taktanpassung erörtert, die immer dann auftritt, wenn
die Datenströme mehrerer digitaler "Untersysteme" mit zueinander plesiochronen Takten
zu einem
"Otersystem" zusammengefaßt werden sollen, oder aber, wenn
ein "Untersystem" - z. B. ein codiertes Tonsignal - den Pulsrahmen eines Obersystems
- z.B. den einer zur Fernsprechübertragung vorgesehenen Digitalsignalverbindung
für 2-Mbit/s-Signale (DSV2, früher PCM 30) mitbenutzen soil, die Takte der Systeme
aber plesiochron zueinander sind. In dieser älteren Patentanmeldung wird eine Möglichkeit
zur wortweisen Taktanpassung vorgeschlagen, bei der im Falle einer negativen Taktabweichung
ein ganzes Codewort eines codierten Tonprogrammkanals weggelassen oder ausgeblendet
wird, im Falle einer positiven Taktabweichung aber eine dem Codewort entsprechende
Anzahl von eerbits übertragen wird.
-
Das bei negativer Taktabweichung fehlende oder ausgeblendete Codewort
kann in der vorstehend geschilderten Weise auf der Empfangsseite durch einen Schätzwert
ersetzt werden.
-
Die internationale Normung eines den Programmaustausch erleichternden
Systems auf der Basis der oben erwähnten Vorschläge ist zwar wlinschenswert, erscheint
derzeit aber nicht möglich.
-
Diese Vorschläge setzen nämlich alle eine Codierung mit Kompandern
voraus, die jedoch jeweils unterschiedlich sind. Um den Zwang zur internationalen
Einigung über die Art der Kompendierung zu umgehen, wurden seitens der British Broadcasting
Corporation Vorstellungen entwickelt, die eine gleichförmige Quantisierung von Tonsignalen
und die Codierung in 14 bit vorsehen (System for transmitting for 14-bit linearly-coded
sound signals in an 2048 kbit/s multiplex. Europäische Rundfunkunion Dokument GT
C2 60). Der zugehörige Vorschlag für einen Pulsrahmen sieht zwar zusätzliche Informationskapazität
für den Bitfehlerschutz, nicht aber für eine evtl. Taktanpassung vor.
-
Auch ist keine gemischte Belegung des Systems mit Ton- und Pernsprechkanälen
möglich.
-
Auch die Europäische Rundfunkunion (European Broadcasting Union, EBU)
sieht als einzigen Ausweg aus dem Dilemma der
der verschiedenen
Vorschläge einer Codierung mittels Kompandern nur eine gleichförmige Codierung in
14 bit (EBU-Dokument GT V1/ Trans 013 Rev, Oktober 1979). Allerdings sind bei gemeinsamer
Benutzung des Pulsrahmens über eine DSV2V nur drei codierte Tonprogrammkanäle übertragbar,
von denen zwei zu einem Stereopaar zusammengefaßt werden können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Vorschlag
der eigenen älteren Patentanmeldung P 28 26 364.1 auf der Basis der Datensignalverbindung
DSV2 einen Pulsrahmen anzugeben, in dem wiederum eine ganze Zahl von Fernsprechkanälen
der nunmehr aus gleichförmiger Quantisierung und Codierung in 14 Bit eines Tonsignals
hervorgehenden Information zugeordnet wird, wobei sowohl der Schutz gegen Bitfehler,
als auch eine evtl. notwendige Taktanpassung und darüberhinaus eine gemischte Übertragung
von Ton- und Fernsprechkanälen möglich sind.
-
Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung
gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildun der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
-
Die Erfindung vereinigt die Vorteile der genannten, bekannten Übertragungsverfahren
in sich, ohne deren Nachteile, wie die Inkompatibilität der verschiedenen Kompander
und die Unmöglichkeit einer gemischten Übertragung von Tonprogramm- und Fernsprechkanälen
in Kauf nehmen müssen.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei dem Verfahren nach der
Erfindung im Kennzeichenkanal zusätzlich zu den Taktanpassungssignalen und den Paritätsbits
noch freie Bitstellen zur Übertragung von Signalwörtern zur Verfügung stehen. Diese
Signalwörter können der beliebigen Signalisierung und Fersteuerung von technischen
Einrichtungen, wie etwa zur Steuerung eines selbständigen Programmablaufs im Rundfunkverteilnetz
dienen.
-
Die Erfindung wird anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine erste Möglichkeit der Verschachtelung des codierten
15-kHz-Tonsignals im Pulsrahmen einer DSV2, bei der der die benutzten Zeitkanäle
im Pulsrahmen jeweils unmittelbar aufeinander folgen, Fig. 2 zeigt eine weitere
Möglichkeit der Verschachtelung, bei der die Zeitkanäle verteilt sind und Fig. 3
zeigt für einen Überrahmen der DSV2 den Aufbau der Kennzeichenkanäle gemäß der Erfindung.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Pulsrahmen einer DSV2 für Fernsprechverbindungen
besteht aus 32 Zeitkanälen ZKO bis 231 mit je 8 Bits. Wie bekannt dient der erste
Zeitkanal ZKO der Synchronisation der Pulsrahmen und der siebzehnte Zeitkanal ZK16,
auch Kennzeichenkanal genannt, der Übertragung der Wahl- und Schaltkennzeichen der
einzelnen Fernsprechkanäle. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden in diesem Beispiel
die sieben Zeitkanäle ZK1 bis ZK7 mit insgesamt 56 Bits zur Übertragung eines linear
mit 14 Bits pro Abtastwert codierten 15-kHz-Tonsignals verwendet, das zur bertragung
während der Zeitdauer von 1251uns eines Pulsrahmens 4 Codewörter Tn1 bis Tn4 benötigt.
Die zur Tonsignalübertragung genutzten Zeitkanäle liegen in diesem Beispiel entsprechend
Anspruch 7 zeitlich unmittelbar hintereinander.
-
Werden weitere 15-kHz-Tonsignale gleichzeitig übertragen, so belegt
ein zweites Tonsignal die Zeitkanäle ZK8 bis Zu14, ein drittes Tonsignal die Zeitkanäle
ZK15, ZK17 bis ZK22 und ein viertes Tonsignal die Zeitkanäle ZK23 bis ZK29. Eine
DSV2 kann also maximal mit vier gleichzeitig zu übertragenden Tonsignalen belegt
werden. Zusätzlich können die Zeitkanäle ZK30 und ZK31 weiterhin der Fernsprechübertragung
(z. B. als Dienstkanäle) dienen.
-
Fig. 2 zeigt eine weitere dem Anspruch 8 entsprechende Möglichkeit
der Auswahl der sieben Zeitkanäle für die Übertragung eines linear codierten 15-kHz-Tonsignals.
Hier wird das Auftreten von Bündelfehlern weitgehend verhindert, da die Zeitkanäle
im Pulsrahmen verteilt liegen. Auch hier werden durch Zusammenfassen der sieben
Zeitkanäle ZK1, ZK5, ZK6, ZK13, ZK17, ZK21 und ZK25 mit je 8 Bits die für die Tonsignalübertragung
benötigten 56 Bits der vier Codeworte Tn1 bis Tn4 innerhalb eines Pulsrahmen bereitgestellt,
Mögliche weitere drei gleichzeitig zu übertragende Tonsignale werden auf die Zeitkanäle
ZK2, ZK6, ZK10, ZK14, ZK18, ZK22 und ZK26; die Zeitkanäle ZK3, ZK7, ZK11, ZK15,
ZK19, ZK23 und ZK27 und Zeitkanäle ZK4, ZK8, ZK12,ZK20, ZK24, ZK28 und ZK31 aufgeteilt.
-
Auch hier können zwei Zeitkanäle, in diesem Beispiel die Zeitkanäle
ZK29 und ZK30, der Fernsprechübertragung dienen.
-
Die in Fig. 3 dargestellten Zeitkanälel6(ZK16 in Fig. 1 und 2) mit
je 8 Bits der sechzehn Pulsrahmen RO bis R15 eines Überrahmens sind der Übersichtlichkeit
wegen nebeneinander gezeichnet.
-
Außer dem Zeitkanal 16 im Pulsrahmen RO, der die Synchronisierung
ÜR-Sy des Überrahmens enthält, stehen den 30 Fernsprechkanälen zur Wahl- und Schaltkennzeichenübertragung
die Zeichensignale Z1 bis Z15 und Z17 bis Z31 mit je 4 Bits pro Überrahmen zur Verfügung.
Durch die Zusammenfassung der Zeitkanäle ZK1 bis ZK7 gemäß dem Beispiel nach Fig,
1 werden pro Überrahmen für ein Tonsignal die 7 x 4 Bits der Zeichensignale Z1 bis
Z7 zur Fehlersicherung und zur Taktanpassung frei.
-
Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden entsprechend
der älteren Patentanmeldung P 28 26 364.1 die höchstbewerteten Bits (MSB) von vier
Codewörtern eines Tonsignals mit einem Paritätsbit PB geschützt. Da pro Pulsrahmen
vier, in einem Überrahmen also 64 Codewörter - @@es T@@@@gnals übertragen werden,
belegen
zur Fehlersicherung somit 16 x 1 Paritätsbits beispielsweise die Bitstellender ursprünglichen
Zeichensignale Z1 bis Z4.
-
Entsprechend der bereits erwähnten älteren Patentanmeldung P 29 47
227.3 wird bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Signalisierung der Taktanpassung
ein Taktanpassungssignal TS innerhalb des Zeitkanals ZK16 übertragen, das vorzugsweise
8 Bits hat. Wegen dieser Taktanpassung dürfen die zueinander plesiochronen Takte
des codierten Tonsignals und der für die Ubertragung verwendeten DSV2 eine relative
Taktabweichung von z. B. 10 5 haben.
-
Bi Übereinstimmung der Takte ist das Taktanpassungssignal von Überrahmen
zu Überrahmen abwechselnd positiv und negativ, bei positiver Taktanpassung ist es
in zwei aufeinanderfolgenden Überrahmen positiv und steuert dadurch das Erkennen
des an vereinbarter Stelle eingefügten Leerwortes.
-
Bei negativer Taktanpassung ist das Taktanpassungssignal in zwei aufeinanderfolgenden
Überrahmen negativ und steuert das empfangsseitige Erkennen des sendeseitigen Ausblendens
eines Codewortes des Tonsignals an vereinbarter Stelle und veranlaßt empfangsseitig
ein Nachbilden dieses Codewortes z. B. durch einen Schätzwert.
-
DB8 negative Taktanpassungssignal hat das invertierte Bitmuster des
positiven Taktanpassungssignals. Da beide Bitmuster somit zueinander eine Hammingdistanz
von 8 haben, lassen sich bis zu drei darin gleichzeitig auftretende Bitfehler korrigieren.
-
Eine Taktanpassung erfolgt nur, wenn durch die Taktabweichung die
daraus resultierende Zahl der differierenden Taktperioden die Größe eines Codewortes
des Tonsignals(14 Bits) erreicht.
-
Das 8-bit-Taktanpassungssi.gnal TS belegt in Fig. 3 die Bitstellen
der
ursprünglichen Zeichensignale Z5 und Z6 innerhalb der Pulsrahmen R5 und R6.
-
Insgesamt werden zum Schutz gegen Bitfehler sechzehn Paritätsbits
PB und zur Taktanpassung ein Taktanpassungssignal TS von 8 bit Länge verbraucht,
also 24 Bits pro Überrahmen und pro Tonsignal. Die restlichen 4 freien Bits an der
Stelle des Zeichensignals Z7 im Zeitkanal 16 des Pulsrahmens R7 bleiben frei für
eine beliebige Signalisierung oder/und eine Fernsteuerung von technischen Einrichtungen
wie z. B. Steuerung des automatischen Programmablaufs.
-
Schaltungstechnisch kann die Erfindung mit bekannten veränderbaren
Speichern (engl. Aligner) zum Aus- und Einblenden von Bitgruppen realisiert werden.
Die Wiederherstellung des zum codierten Analogsignal gehörenden Originaltaktes ist
mittels eines PIJL-Schaltkreises mit niedriger Zeitkonstante im Regelkreis möglich.