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Verfahren für die Markierung eines Binärcodes, insbesondere
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für Fernmeldeanlagen.
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Bei der Übertrsgung von analogen und digitalen Informationen, sei
es nun drahtgebunden oder drahtlos, wurden bei den heutigen Methode doch sehr breite
Frequenzbänder benötigt. Bei torgegebener Bandbreite, z.B. 300 bis 3400 Hz bei Sprachkanälen,
war es nur möglich unter Zuhilfenahme von Dämpfungs- und Laufzeitentzerrern eine
Übertragungsgeschwindigkeit bei Daten von 9,6 Kbit/s zu erreichen.Lasselbe gilt
auch für die Telegrafie, Telekopie und die Bildübertragung. Die Übertragungsgeschwindigkeit
lässt sich nur durch Wahl entsprechender Bandbreiten erhöhen.
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Das gesamte Xunkspektrum,als auch der Kabelbestand reichen trotz Koaxialkabeln
nicht mehr aus, um den explodierenden Bedarf der Kommunikationssysteme zu decken.
Im Funkbereich ist man bei Wellenlängen kleiner als 5mm durch die Absorptionsspitzen
an einer Punkmauer angelangt. In der Kabeltechnik versucht man mit Hilfe von Hohlleitern
bezw. Glasfasern noch grössere Bandbreiten zu erreichen, Die Kosten für die Entwicklung
und inbetriebname sind enorm hierfür. Auch bei den TF-Systemen wird für die Ubertragung
der Signale ein grosser Aufwand getrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun ein Verfahren aufzuzeigen,
bei dem man mit den vorhandenen Kabeln und Funkberelchen noch jahrelang den Bedarf
für die zunehmende Kommunikation decken kann. Dies wird durch die im Patentanspruch
1 gegebene Lehre erreicht.
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Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand von Zeichnungen im Einzelnen
erläutert. Wird ein Wechselstrom vorbestimmter Prequenz, z.B. über eine Verbindung
eines Selbsrwählsystems gegeben, so kommt dieser frequenzgleich in der Empfangsstelle
an. Die Amplitudenwerte sind in Abhängigkeit von der Leitungedämpfung verhältnisgleich
angekommen. Bei Verwendung nur einer Frequenz für die Codierung spielt die Laufzeit
keine Rolle, nur bei einer Blockwiederholung beim Datenbetrieb muss eine solche
mit einkalkuliert werden. Kompromissentzerrer sind nicht erfolderlich.Gemäss der
Erfindung wird eine Halbwelle oder Periode eines Welch selstromes, niederfrequent
oder hochfrequent, als Binärschritt vorgesehen. Wie aus der Fig.1 sind bei einer
Halbwelle bei einer Periode eines Wechselstromes 4 Kombinationen
möglich, Ein Wechsel ents richt darin 2 bit. Von jeder 8&l
le gibt es nur zwei Zust.nde, der eine wird durch die vol Amplitude gA, und der
andere entweder durch Unterdrückun der Amplitude, oder aber durch Verkleinerung
der Amplitud gebi auf einen Bruchteil der vollen Amplitude, in Fig.1 auf KA Zweckmässig
wird man die kleine Amplitude KA so ausl dass sie noch gut messbar bezUglioh des
Grundgeräusches il Man kann die vorliegende erfindung nicht mit einer Pulsam tudenmodulatio
vergleichen, bei der sig Amplituden te Uebertragen werden. während bei der vorliegenden
Erfind nur zwei Werte, die gut zu unterscheiden sind, übertragen den. In der Empfangsstelle
kann man mit dem Markierwechse strom eine Synchronissierung der Auswerteschaltmittel,
wie Zählglider, Schieberegister usw., wie solche auch bei d elektronischer Fernschreibmaschine
bekannt sind vornehme oder einen Oszillator synchronisieren oder durch Quarze entsprechende
Genauigkeit herbeiführen. Bei einer ssynchro betriebsweise kann der Oszillator esine
wesentlich höhere quenz erhaUen wid durch Untersetzung dann ein zeitgerech Einsatz
für die Messung der Amplitudenspitze erreicht we Bei der Auswertung kann man entweder
durch einen redundan Binär-Code, oder durch Abzählung Fehler aus sieben und dan:
eine Blockwiederholung veranlassen. Eine solche Auswerte richtung ist also sehr
einfach. Wird z.B. ein Block mit e 5bit-Code übertragen, so braucht zwischen den
Codeworten Markierung sein weil durch die Zahl der Halbwellen das jedes Codewortes
festgestellt wird. Nur das Blockande mus markiert werden, entweder z.B. durch Unterbrechung
des We indem man stromes oder
dem Ende ein oder zwei Codewörter oder dauernd grosse bezw. kleine Amplit zuordnet.
Im letzteren Fall muse ein eiganer Modelkanal fü die Blokwiederholung vorgesehen
werden. In Fig.2 sind zw Oderworte CW dargestellt mit je 5 Binärschritten.
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Wird beispielweise die Frequenz 2500Hz für die Datenübertz vorgesehen,
so können damit 5000bit/s übertragen werden. I eine mehrwertige Codierung kann man
natürlich eine höhere zahl je Sekunde @@ Her@tz erreichen. Dabei muss jedoch be
den bischer bekannten mehrwertigen Verfahren darauf geachtet werden, dass das Verhältnis
zwischen den beiden Kennzust
den her Halbwelle erhalten bleibt.
Die kleine Amplitude KA soll keineswegs grösserswein als die Halfte der grossen
Amplitude gA. Bei einer Phasenumtastung z.B. können mit einem Wech-Hz sel bereits
4bit/s/erreicht werden (Fig.3). Verwendet man z.B.
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2500 und 3000Hz für die digitale Übertragung, so kann man mit jeder
Frequenz für sich ohne mehrwertige Codierung 5000bit/a und 6000bit/s übertragen.
Verwendet man z.B. bei einem Übertragungsweg mit Fernsprechbansbreite nur die Trägerfrequnezen
eines 24-Kanal-WT-Systems, so können damit gemäss der Erfindung bei einwertiger
Codierung 86400 bit/s übertragen werden.
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Dies ist die doppelte Summe der Trägerfrequenzen. In Fig.5 ist der
Sendeteil einer solchen Anordnung im Prinzip dargestellt. Die jeweilige Frequenz
(Trägerfrequenz ist gleich Markierfrequenz) wird im Oszillator Osz erzeugt und einmal
dem Verstärker V und zur Synchronisierung dem Einärzeichengeber BZ zugeführt. Beim
Nulldurchgang des Wechselstromes wird und je nach Zustand des Binarschrittes die
Arbeitskennlinie jede mal den nachsten Binärschritt geschaltet. Vom Verstärdes Verstärkers
so beeinflusst. dass einega oder KA entstent. ker aus wird der z.B. über die Arbeitskennlinie
@ amplitudenbeeinflusste Wechselstrom über das Sendefilter und Anpassungsübertrager
in Senderichtung der Leitung zugeführt. Die übrigen 23 Frequenzen sind genau so
geschaltet. Auf der Empfangsseite gelangt dann der jeweilige Wechselstrom über einen
Einv und gangsfilter zu einem Empfangsverstärker zu einem Ausgangsumsetzer. In diesem
erfolgt die Schnittstellenanspassung z.B.
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eine Umsetzung des binären Halbwelensystem in ein binäres Impulsesystem.
Auf derartige Schaltungen wird nicht näher eingegangen.
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Bei einer Parallelkombination (Fig.4) kann man 4bit/e je Hertz und
bei einer zusätzlichen Phasenumtastung 16bit/s je Hertz erreichen.
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Diese Art der Markierung des Binärschrittes lässt sich auch beim Telefardienst
sehr gut anwenden. Bei den bishering Metho den kannte man höchstens 9,6kbit/s übertragen,
sodass ziemlich lange Übertragungszeiten zustandegekommen sind. Dasselbe gilt auch
für die digitale Sprachübertragung. Ein digitales Fern-und Farbfernschen dürfte
mit dieser Art der Übertragung wirtschaftlich realisiert werden. - Gerade bei Funk
sind Einsparun gen von Bandbriten von immerser Bedeutung, um meue Frequnezbänder
für andere Zwecke freizubekommen. - Vorwendet man z.B.
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für das Leuchtdichte-und die beiden Chrominanzsignale 20 v schiedene
Werte so sind 20x20x20 Kombinationen erforderli also 8000, das Codewort müsste dann
13 stellig sein. Da ei Binärschritt durch eine Halbwelle markiert ist, wäre eine
Frequenz 6,5 fach der Bildpunktabtastfgeschwindigkeit erfor lich. Dei Verwendung
von 2 oder mehreren Frequnezen für di Codierung kann man natürlich mit niedrigeren
Frequenzen au kommen. jeder Bildpunktwert atisste dann erst gespeichert u ii dann
in richtiger Reihenfolge der Bildröhre zugeführt 1 den.
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Bei einer Kombinationmarkierung eines Codewortes mit zwe oder mehreren
Frequenzen parallel (Fig.4) muss so lange mi der Auswertung gewartet werden, bis
die Halbwellen aller F quenzen ausgewertet sind, oder abor die Halbwellen werden
einem Speicher in die entsprechenden Kombinationen umgewan delt.
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Bei der Bildübertragung sind eingestreute Fehler ohne Bede tung, während
bei der Datenlibertragung die Fehler erkannt werden müssen. Hier gibt es viele Methoden
um solche Fehle festzustellen. So gibt es einen fahlererkennenden 7-Code.
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den 128 Variationen werden dabei nur diejenigen verwendet, denen das
Verhältnis der beiden Kennzustände 3:4 ist, also z.B. grosse Amplitude gA zu kleiner
Amplitude kA, dies min 35. Davon kann man 32 zeicher für das internationale Telegrahpenalphabet
Nr2 und die übrigen für Steuerungswecke v sehen.
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Dieser Binärcode lässt sich natürlich auch für Tastwahl ve den. Bei
den verwendeten Mehrfrequenzverfahren wird 70s 1 ein Gemisch von 2 Frequenzen gesendet.
Bei einer Codierung nach der Erfindung kann z.B. man entsprechend der Fig.6 vo fahren.
Zach dem Drücken einer Wahltaste wird die Gleichst schleife hochohmig geschaltet,
sodass dies im Amt als Wahl ginn ausgewertet werden kann. Für die Markierung soll
ein Frequenz von 770Hz vorgesehen werden. Erst nach dem Einsch gen wird der Wechselstrom
beim Durchlaufen von Null angesc tet. Nach 5 grossen Amplituden kommt die eigentliche
Codie Diese erfolgt mit Schritten, sodass 16 Kombinationen mög sind. Bis die gesamten
70ms verflossen sind, wird die Codi
rung laufen wiederholt. In Fig.6
sind zuerst die 5 Halbwellen nit voller Amplitude 1 biß 5 und dann die laufende
Codierung mit den Halbwellen grosser und kleiner Amplitude 1 bis 4 darnoch gestellt.
Man kann natürlich/ zusätlich einen Dauerwechselstrom s.B. Von 1477Hz enden. Letzteres
ist bei elektronischen Koppelfeldern von Vorteil.
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Natürlich lässt sich das Verfahren gemäss der Erfindung auch beim
Bildfernsprechen einsezten. In Fig.7 ist die prinzipielle Anordnung der Verbindungswege
dargestellt. Der Teilnehmer T1 wählt Uber eine Selbstwählverbindung den Teilchmer
T2 an.
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Die Teilnehmer 1 und 2 haben noch einen 2. Hauptanschluss tth und
T2B. Letztere sind nicht im amtlichen Fernsprechbuch einzu T getragen. Automatisch
um eine Impulsserie nachteilen wird wom T1H-Anschluss aus eine Verbindung zum T2B
Anschluss aufgebaut.
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Der T1-Teilnehmer hat durch Tastendruck gekennzewichnet, dass er eine
Bildverbindung zum Teilnehmer T2B aufbauen will. Im T1B sind alle möglichen Rufnummern
mit Bildanschluss gespeichert. - Über Sammelrufnummern kann man hier eine gewisse
Vereichfachung erreichen.- Liegt im Wege der Bildverbindung ein gassenbesetzt vor
eo wird dies ausgewertet und dem Teilnahmer T1 optisch oder akustisch übermittelt.
Er kann nun nochmals die entsprechende Bildtaste drücken. Die Wahlwiderholung des
gewünschten Bildanschlusses kann auch automatisch erfolgen.
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Meldet sich der gewünschte Teilnehmer, so erfolt eine Bildwenn auch
T2B erreicht ist. übermittlung Für die Bildübertragung wird Halbduplexbetrieb vorgesehen.
In Fig.8 ist das Prinzip hierfür dargestellt.
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Die Steuerung beider Fernseheinrichtungen erfolgt immer durch das
Gerät des rufenden Teilnehmers. Da man während des Gespräches keinen Film sehen
will, sondern nur das Gefühl der Nähe des Partners genügt, wenn alle paar Sekunden
ein Bildwechsel erfolgt. Die Bilder selbst werden von dere Fernsehkamera FK nur
während einer Sprechpause aufgenommen und einem Sendespeicher Spe zugefüfhrt. Das
Bild soll mit Hilfe von 4 Frequenzen gesendet werden. Der Speicher Sps ist in 4
Speicher unterteilt und zwar für jede Frequenz enin Speicher, je ein Viertel des
Bildes ist dann in den Teilspeichern. Normal genügt ein Bild von 10x15cm sodass
man mit 60000 Bildpunkten auskommt. Bei schwarz/weiss-übertragung genugen 8 Helligkeitswerte.
Für
die Codierung sind hierfür 3 Halbwellen erfolder lich. Als Markierfrequenzen werden
2820 Hz, 2940 Hz, 3060 H und 3180 Hz vorgesehen. Mit der kleinsten Frequenz 2820
Hz könen dann je Sekunde 1880 Bildpunkte übertragen werden.Fu'r Übertragung von
15000 Bildpunkten sind dann ca.8 Sekunden e forderlich.Vom Sendespeicher gehen die
Signale an den Codes ler CU. In diesem werden die Helligkeitswerte jedes Bild; tes
auf 3 Stellen umgewandelt und über ein Filter und Anpas sungsübertrager der Leitung
zugeführt. Die Zeilenmarkierung folgt durch Abzählung der Bildpunkte. Ist das gesamte
Bild übertragen, dann wird ein Kennzeichen zur Gegenstelle geget dass sie nun senden
kann. Zugleich wird auf einen Empfangsspeicher SpE1 oder SpE2 umgeschaltet. ueber
die Filter gelar die Oodierungen der 4 Wechselströme auf den Speicher SpE1 diesem
wird jedes Codewort in einen magnetischen oder elekt schen Wert, der für den Fernseher
geeignet ist, umgewandelt Sind alle Bildpunkte gespeichert, erfolgt laufend eine
AbtE stung, und zwar 25mal in der Sekunde. In der folge wird di Einrichtung beim
Teilnehmer 1 wieder auf Senden geschaltet.
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Wird wieder auf Empfang umgeschaltet, so werden die nun zu empfangenen
Bildpunkte auf den anderen Empfangs speicher Spl gegeben. Ist das Bild vollständig
aufgenommen, wird dieses der laufend auf den Fernsehempfänger übertragen. Der Speicl
SpE1 mit dem früheren Bild wird gelöscht.
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Mit der Auslösung der Sprechverbindung T1/T2 wird auch die verbindung
ausgelöst und die Bildeinrichtungen in die Ausg lage gebracht.
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Sowohl beim Bildfernsprechen als auch beim Fernsehen ist i jedem Punkt
die Helligkeit mit enthalten. Sind z.B. 16 Hel: keitsgrade vorgesehen, sind 4 Binärschritte
notwendig um e: Bildpunkt zu übertragen. Analog ist es beim Farbfernsehen.
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Bildpunkt müssen dann ein Leuchtdichte- und 2 Chrominanzsis übertragen
werden. Diese 3 Werte können einzeln oder in Ko nation übertragen werden.
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Als Binärschritt kann man auch die Periode (Wechsel) des W selstromes
nehmen Bei gleichstromfreier Übertragung ist d: immer erforderlich
Vorteilhaft
kann die Erfindung bei Trägerfrequenzsystemen mit systemeigener Signalübertragung
ausserhalt des Sprachbandes eingesetzt werden. In Fig. 14 ist das Prinzip einer
systemeigenen Signalübertragung dargestellt. Über die a/b-Adern der Irägerfrequenzübertragung
TFUe-g und
HPG gelangt die Sprache in den Kanalumsetzer KU In diesem ist eine Verlängerungsleitung
VL ein Modulator M mit Trägeranschaltung Tr und ein Filter Fs Durch das Pilter wird
das unerwünsch te Seitenband ausgesiebt. Daß andere Seitenband gelangt nun zum Vorgruppenumsetzer
VGU. Die Signale, wie Belegung, Wahlkriterien, Auslösung, werden vom der Trägerfrequenzübertragung
DFUe-g mit einem Relais AH (nicht eingezeichnet)gesteuert. Mit dem Kontakt dieses
Relais wird über die d-Ader ein Modulator gesteuert, wie ein solcher in Fig. 12
dargestellt ist. der ah-Kontakt ist in dieser durch einen elektronischen Kontakt
ek ersetzt. Wird Erde an den Modulator gelegt, so wird der Tlonfrequenzwechselstrom
3,85KHz freigegeben, der über das Filter Pz mit der geträgerten Sprache zusammengeschaltet
wird. Empfangsmässig wird das. vom Vorgruppenumsetzer VGU ankommende geträgerte
Sprachband im Filter Fs ausgesiebt,dem Demodulator DZ zugeführt, sodass dann die
Sprache über den Verstärker V und die Verlängerungsleitung VI und die Hochpassgabel
HPG zur Trägerfrequenzübertragung TFUe-g gelangt.
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Aus Fig.13 ist ersichtlich wie bei einem Kanalabstand von 4KHz die
Sprachfrequenzen und die Signalfrequenz; angeordnet sind,.
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In Fig.9 ist im Prinzip dargestellt, wie die Signalfrequenz für die
Datenübertragung verwendet wird. Angenommen wird, es handelt sich um ein 12-Kanal-Trägerfrequenzsystem.
Die Signaladern aller 12 Kanäle werden dann über WKs 1 - 12 einem Xultiplexer Mu
zugeführt. Der Multiplexer frägt die Signal adern aller Kanäle in einem vorgegebenen
Rythmus ab und gibt sir sie z.B. mit einem Binärcode an ein Modem Ma In diesem ist
z.B.
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ein Signalmodulator analog der Fig.12 integriert. Der empfangen Binärcode
wird im Modem Mo in einen Binärtonfrequenzcode von 3,85KHz umgewandelt, d.h. der
Kennzustand 1 wird durch einen Wechsel bezw. Periode und der Kennzustand 0 wird
durch Unterdrückung der Tonfrequenz gekennzeichnet. Über ein Filter Fz
werden dann die codierten Daten mit der geträgerten Sprache über en Kanal K1g dem
Vorgruppenumsetzer VGU zuge-
führt. Die vom Vorgruppenumsetzer VGU über den Kanal klk ko menden
codierten Daten und die geträgerte Sprache werden mi Hilfe der Pilter :Fs und Fz
getrennt. Die Sprache wird mitte: des
Demodulators M, wie bereits bei der Erläute rung der Fig.14 ausgeführt, auf die
normale Frequenz ebene g bracht. Die Binärsignale werden im Modem Mo in von den
Kenn ständen Periode der Tonfrequenz 3,85 KHz/keine Tonfrequenz i die Kennzustände
Impuls/kein Impuls umgewandelt, und dem Mu plexer Mu zugeführt, der eine Verteilung
der Signale auf di 12 Kanäle vornimmt. Die Signalkanäle der übrigen 11 Trägerf quenzkanäle
können für die Übertragung von Fremddaten vorge sehen werden. Ein Beispiel ist Fig.11
dargestellt. Die Da kommen von der Datenendeinrichtung DEE, werden dem Modem Mo
zugeführt und gelangen dann wie bereits in. Fig.9 beschrie über das Filter Fz mit
der dem jeweiligen Trägerfrequenzkas zugeordneten geträgerten Sprache zum Vorgruppenumsetzer
VGU Ankommend ist die Wirkungsweise analog wie bereits in Fig. c beschrieben.
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Wird im Modem Mo ein Signalmodulator entsprechend Fig.12 mi verwendet,
so muss das elektronische Relais ek synchron mit Signalfrequenz 3,85KHz laufen.
Der Kennzustand 1 muss jeder Phasenwinkel bei 0 Grandybeginnen. Dadurch dass im
vorliegenden Fall einc Periode für den Kennzustand 1 vorgesehen ist, ist eine gle:
stromfreie Übertragung möglich. Die Länge des Kennzustande ist also lms : 3,85.
Da im Multiplexer die Gleichstromsign der Trägerfrequenzübertragungen TFUe-g sowieso
in einen Bi code umgesetzt werden, ist es zweckmässig im Multiplexer bi reits die
Synchronisierung mit der Tonfrequenz 3,85ICHz vor nehmen. Die Länge des Kennzustandes
0 ist natürlich auch 1 3,85. Zwei gleiche Kennzustände hintereinander haben dann
d Länge 2ms:3,85 usw. Bei der Umwandlung der Gleichstromkenn chen , wie Belegung,
Wahl., Auslösung bezw. in der Gegenric Wahlende, Beginn, Schlusszeichen muss natürlich
in den Mul xern ein Speicher vorgesehen werden.
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An Stelle der zeitlichen Abhängigkeit der Signale Belegung Wahl, usw.
kann eine Kennzeichnung durch die Eingänge am M plexer erfolgen. a des Kriterium
hat dann einen Eingang, z Belegung und Auslösung je 1,10 Wahlkriterien 10 Eingänge,
dass je Sprachkanal 12 Eingänge notwendig sind, bei 12 Spr kanälen eine sind kann
144 Eingänge)erforderlich. Es ist ei
Frage der wirtschaftlichkeit, welches
Markierung und Umwandlung der Gleichstromsignale verwendet wird.
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In den ankommenden Sprach- und Signalkanälen sind Selbstverständlich
Verstärker vorgesehen. Der Modulator der Fig.12 kann natürlich auch so ausgelegt
werden, dass der Kennzustand O gleich einer kleinen Amplitude der Periode der Tonfrequenz
ist, wie analog in Fig.1c dargestellt.
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Man kann auch, wie aus Fig.10 ersichtlich ist den Signalkanal nur
für die Signale WK (Kennzeichen) des Sprechkanales vorsehen, und die freien Kapazitäten
am Mulitplexer (3850 bit/s) für den Signalkanal gesamt) T1 bis Tn für Fremddaten
verwenden.