DE3007501A1 - System zur digitalen umwandlung von zeitmultiplex-signalen in frequenzmultiplex-signale - Google Patents

Description

• System zur digitalen Umwandlung von Zeitmultiplex-
• Signalen in Frequenzmultiplex-Signale Die Erfindung betrifft ein System zur digitalen Umwandlung von Zeitmultiplex-Signalen in Frequenzmultiplex-Signale und umgekehrt, bei dem das Frequenzmultiplex-Signal stufenweise aus Gruppen zusammengesetzt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches System wird auch digitaler Transmultiplexer genannt.
• Aus der Zeitschrift AEü Band 32 (1978), S. 477 bis 485 ist im Aufsatz "Multiplier-free Modulation Schemes for PCM/FDM and Audio/FDM Conversion von A. Fettweis, ein Transmultiplexer beschrieben, der das Frequenzmultiplex-Signal aus Zweier- und Dreier-Gruppen zusammensetzt. Dabei werden viele verschiedenartige Filter und einfache Modulatoren verwendet. Aufgrund der verwendeten Struktur ergibt sich, daß die Elementarstruktur, bei der drei Signale zusammengefaßt werden, nur an einer bestimmten Stelle verwendet werden kann. Außerdem sind die Elementarstrukturen, die zwei Signale zusammenfassen, in jeder Stufe des Hierarchiebaumes anders aufgebaut.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der Eingangs genannten Art anzugeben, das ohne Modulatoren und ohne Signalprozessoren auskommt und durch eine einfache, übersichtliche, gleichmäßige, leichtintegrierbare und gut auf Fehler überprüfbare Struktur realisiert werden kann.
• Die Aufgabe wird gelöst, wie in den Ansprüchen 1 und 2 beschrieben.
• Der Unteranspruch gibt eine vorteilhafte Auagestaltung an.
• Im folgenden sei die Erfindung anhand der Figuren und zweier Beispiele für die Umsetzung von 2x30 PCM-Signalen in die Sekundärgruppenlage näher erläutert.
• Figur 1 zeigt eine Elementarstruktur, die zwei Signale zusammenfaßt. Dabei bedeutet der Block "K" Kehrwertbildung, der Block "+2" Erhöhung der Abtastfrequenz um den Faktor 2 und "H1" bzw. "H2 ein komplementäres Filter, wobei H die zu H komplementäre Wirkungsfunktion ist.
• Figur 2 zeigt die spektralen Zusammenhänge, die aufgrund der Elementarstruktur gemäß Figur 1 entstehen. Dabei bedeutet H1 = 1 das Filter läßt das Frequenzband durch und H1 = 0 das Filter sperrt das Frequenzband.
• Figur 3 zeigt eine Elementarstruktur, die drei Signale zusammenfaßt.
• Figur 4 zeigt die spektralen Zusammenhänge, die aufgrund der Elementarstruktur gemäß Figur 3 entstehen.
• Figur 5 zeigt den Hierarchiebaum für 64 Kanäle und einer Abtastfrequenz fs = 512 kHz, cöei in jeder Stufe zwei Signale gemäß der Elementarstruktur nach Figur 1 zusammengefaßt werden. Dabei werden die Kanäle 1 und 2 sowie 63 und 64 nicht belegt, um die Anforderungen an die Flankensteilheit der nachgeschalteten Analogfilter zu mildern.
• Figur 6 zeigt einen möglichen Hierarchiebaum für 72 Kanäle und einer Abtastfrequenz fs = 576 kHz. Dabei ist zu beachten, daß die Gruppen die zwei bzw. drei Signale gemäß der Elementarstruktur nach Figur 1 bzw. Figur 3 zusammenfassen an beliebiger Stelle des Hierarchiebaumes auftreten können.
• Die ersten 6 und die letzten 6 Kanäle bleiben frei, um die Flankensteilheit der erforderlichen Filter zu verringern.
• Ein wese-ntlicher Gedanke der Erfindung ist, daß man bei Berücksichtigung der Periodizität der Spektren der umzusetzenden, mit fs = 8 kHz abgetasteten Sprachsignale Transmultiplexersysteme angeben kann, die ohne Modulatoren und Signalprozessoren auskommen.
• Für den Fall, daß das Sekundärgruppensignal mit fs = 512 kHz abgetastet wird, bedeutet dies eine Erhöhung der Abtastfre-6 quenz um den Faktor 64 = 26. Das bedeutet, daß man jeweils zwei Signale zusammenfassen und so das Sekundärgruppensignal stufenweise aufbauen kann. Zur Beschreibung des gesamten Transmultiplexers ist es deshalb ausreichend, eine Elementarstruktur für zwei Kanäle zu beschreiben. Eine solche Elementarstruktur ist in Figur 1 gezeigt. Das erste Signal S1(kT) wird in der Regellage verarbeitet, während vom zweiten Signal S2(kT) zuerst die Kehrlage zu bilden ist. Anschließend muß von beiden Signalen die Abtastfrequenz verdoppelt werden. Die beiden höherfrequenten abgetasteten Signale werden dann in einem Komplementärfilter mit zueinander komplementären Wirkungsfunktionen weiterverarbeitet und überlagert. Die Filtercharakteristiken sind aus Figur 2 ersichtlich.
• Für den Fall, daß das Sekndärgruppensignal mit fs = 576 kHz abgetastet wird, bedeutet dies eine Erhöhung der Abtastfrequenz um den Faktor 72 = 23.32.Das bedeutet, daß in zwei Hierarchiestufen von einer Elementar struktur jeweils drei Signale zusammengefaßt werden müssen, dabei ist es gleichgültig, an welcher Stelle des Hierarchiebaumes die drei Signale zusammengefaßt werden. Eine von mehreren möglichen Elementarstrukturen ist in Figur 3 dargestellt. Es ist beispielsweise auch möglich, vom ersten Signal S1(kT) oder vom dritten Signal S3(kT) zuerst die Kehrlage zu bilden oder auch von zwei beliebigen Signalen die Kehrlage zu bilden.
• Die Abtastfrequenz muß jeweils um den Faktor 3 erhöht werden. Die Filtercharakteristik H2 wird in diesem Fall durch H1 und H3 realisiert, entsprechend der Kaskadenanordnung H2 = H1 . H3 Verwendet man für die Realisierung der Komplementärfilter nichtrekursive oder Wellendigitalfilter, so lassen sich die auftretenden Stabilitätsprobleme (Schleifenstabilität und Antwortstabilität) gut beherrschen. Darüber hinaus ist mit beiden Filtertypen auch eine aufwandsgünstige Realisierung der Komplementärfilter möglich.
• Bekanntlich ist bei nichtrekursiven Interpolationsfiltern bezogen auf den Filtergrad nur eine reduzierte Anzahl von Multiplikationen auszuführen. Außerdem können die zueinander komplementären Wirkungsfunktionen im wesentlichen mit gleichen Filterkoeffizienten realisiert werden, falls sie über Tiefpaß/Hochpaß-Transformation miteinander zusammenhängen. Entsprechendes gilt auch für die Beziehungen H1 und H3 der Elementarstruktur gemäß Figur 3.
• Beim Einsatz von Wellendigitalfiltern ergeben sich beson- ders einfache Healisierungen, wenn die Dämpfungsforderungen spiegelbildlich zu einem Viertel der Abtastfrequenz fs/4 sind. Diese Voraussetzung ist z.B. bei der Elementarstruktur gemäß Figur 1 erfüllt.
• Die bisher gemachten Überlegungen gelten ebenso für die Umwandlung von Frequenzmultiplex-Signalen in Zeitmultiplex-Signale. Diese Umsetzungen in der einen oder anderen Richtung sind zueinander transponierte Vorgänge. Das bedeutet, daß sich z.B. folgende Vorgänge entsprechen: Summenbildung Verzweigung Erhöhung der Abtastfrequenz Erniedrigung der Abtastfrequenz.
• L e e r s e i t e

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. System zur digitalen Umwandlung von Zeitmultiplex-Signalen in Krequenzmultiplex-Signale, bei dem das Frequenzmultiplex-Signal stufenweise aus Gruppen zusammengesetzt wird, wobei jeweils zwei Signale zu einem Gruppensignal mit jeweils verdoppelter Kanalzahl zusammengefaßt werden, wobei von einem Signal die Kehrlage gebildet wird und von beiden Signalen die Abtastfrequenz verdoppelt wird und anschließend die so verarbeiteten Signale mit zwei Filtern oder in einem Komplementärfil ter zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Signal eine Tiefpaßfilterung und das andere Signal eine Hochpaßfilterung erfährt und daß für eine Kanalzahl N = 2k (k - 1,2,3, ...) jede Stufe der gesamten Anordnung aus der gleichen Elementarstruktur aufgebaut ist.
2. 2. System zur digitalen Umwandlung von Zeitmultiplex-Signalen in Frequenzmultiplex-Signale, bei dem das Frequenzmultiplex-Signal stufenweise aus Gruppen zusammengesetzt wird, wobei jeweils zwei bzw. drei Signale zu einem Gruppensignal mit jeweils doppelter bzw. dreifacher Kanalzahl zusammengefaßt werden, wobei mindestens von einem Signal die Kehrlage gebildet wird und bei zwei Signalen die Abtastfrequenz verdoppelt bzw. bei drei Signalen die Abtastfrequenz verdreifacht wird und anschließend die so verarbeiteten Signale z.B. mit Hilfe von Komplementärfiltern zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den drei Signalen zuerst zwei Signale mit Hilfe von zwei Filtern bzw. eines Komplementärfilters zusammengefaßt werden und das zusammengefaßte Signal mit dem dritten Signal entweder mit Hilfe von weiteren zwei Filtern bzw. eines Komplementärfilters zusammengefaßt wird, oder nur das dritte Signal über einen Filter geführt wird und danach das dritte Signal mit dem zusammengefaßten Signal mit Hilfe eines Summiergliedes zusammengefaßt wird, daß für eine Kanalzahl N = 2k 31 (k = 1,2,3,..., 1 = 1,2,3,...) an beliebiger Stelle der gesamten Anordnung entweder zwei oder drei Signale mit jeweils der gleichen Elementarstruktur zu einer Gruppe zusammengefaßt werden.
3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komplementär filter Wellendigitalfilter sind.