-
-
Nachrichtenübertraguiissvstem für Sprachsignale
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein NachrichtenEbertragungssystem für
Sprachsignale, unter Anwendung einer Frequenzband- und Amplitudenkompre ssion.
-
Nachrichtenübertragungssystemen dieser Art kommt im Bereich des nicht
öffentlichen Landfunks, aber auch im Bereich des öffentlichen Landfunks im Hinblick
auf die zunehmende Verknappung von für solche Funkdienste verfügbarem Frequenzband
eine immer größere Bedeutung zu.
-
Bedeutung hat aber auch eine solche NachrichtenEbertragung im Hinblick
auf integrierte digitale Nachrichtennetze für Daten und Telegrafie, die wahlweise
auch für Sprachübertragung verfügbar sein sollen. Um hier mit einer möglichst geringen
Bitrate von beispielsweise 4,8 kbit auskommen zu können, muß das zu übertragende
Sprachsignal in seinem Frequenzband und gegebenenfalls auch in seiner Amplitude
ausreichend komprimiert werden.
-
Hierzu wird unter anderem von der sogenannten Vocodertechnik Gebrauch
gemacht, bei der sendeseitig in einem Analysegerät das Sprachband zunächst in eine
größere Anzahl von Teilbändern aufgeteilt und rur diese Teilbänder die sprachspezifischen
Eigenwerte ermittelt werden. Diese Eigenwerte werden sodann zu einem zeitmultiplexen
Summenkanal zusammengefugt und zur Empfangsseite übertragen. Auf der Empfangs seite
werden diese
Eigenwerte zur Generierung eines synthetisierten Sprachsignals
in einem Synthesegerät verwendet. Je nachdem, ob hierbei von der Sende- zur Empfangsseite
ein Teil des Sprachbandes unverändert übertragen wird oder nicht, wird dabei entweder
von einem Semivocoder oder von einem Vocoder gesprochen.
-
Der technische Aufwand, der mit einer solchen Vocodertechnik verbunden
ist, ist außerordentlich hoch.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Ubertragung von
in ihrem Frequenzband und in ihrer Amplitude komprimierten Sprachsignalen eine weitere
Lösung anzugeben, die einen hinsichtlich insbesondere der Vocodertechnik erheblich
geringeren Aufwand benötigt und vorzugsweise für Anwendungen geeignet ist, wo keine
allzu hohen Anforderungen an die Qualität der Sprachübertragung gestellt werden
müssen.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das sendeseitig
in eine HF-Ebene umgesetzte Sprachsignal über einen digitalen Frequenzteiler hinweg
in einem durch das Teilungsverhältnis n vorgegebenen Umfange im Frequenzband und
gleichzeitig in der Amplitude komprimiert ist und gegebenenfalls nach einer anschließenden
Rück-Umsetzung in eine geeignete Frequenzebene, vorzugsweise die NF-Ebene, analog
oder digital für seine Aussendung verfügbar ist und daß das empfangsseitig ankommende
frequenzband- und amplitudenkomprimierte Sprachsignal gegebenenfalls über einen
Digital-Analogwandler hinweg in analoger Form in eine ZF-Ebene umgesetzt, sodann
in einem digitalen Frequenzvervielfacher mit dem Vervielfachungsfaktor n die sendeseitige
Frequenzbandkompression aufgehoben und anschließend das le-
diglich
noch in der Amplitude komprimierte Sprachsignal in die NF-Ebene rückumgesetzt ist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein einem digitalen
Frequenzteiler zugeführtes analoges Sprachsignal die Sprachinformation am Ausgang
des digitalen Frequenzteilers noch weitgehend enthält, sofern der Teilungsfaktor
n nicht allzu groß gewählt wird, beispielsweise n = 5, weil der digitale Frequenzteiler
die in den Nulldurchgängen des Sprachsignals vorhandene Information mit verarbeitet
und hierbei gleichsam eine Mittelung vornimmt. Die dabei gleichzeitig erhaltene
Amplitudenkompression läßt sich zwar auf der Empfangsseite, bei der diese Frequenzbandkompression
in einem den Vervielfachungsfaktor n aufweisenden digitalen Frequenzvervielfacher
wieder rückgängig gemacht wird,ndehe.zurückgewinnen, doch kommt diesem Sachverhalt
für die Verständlichkeit der zurückgewonnenen Sprache in den meisten Fällen kaum
Bedeutung zu.
-
Das für die Frequenzbandkompression sendeseitig maximal zulässige
Teilungsverhältnis n kann ohne Beeinträchtigung der empfangsseitig zurückgewonnenen
Sprache um so größer gewählt werden, je kleiner die zu verarbeitende Bandbreite
ist. Um dies auszunutzen, kann in vorteilhafter Weise die sendeseitige Aufbereitung
des im Frequenzband und in der Amplitude zu komprimierenden Sprachsignals und seine
empfangsseitige Rückgewinnung unter Aufhebung der Frequenzbandkompression in mehreren,
verschiedenen Teilfrequenzbändern zugeordneten, zueinander parallelen Kanälen erfolgen.
Dabei sind diese Kanäle zur Übertragung zu einem zeitmultiplexen Summenkanal zusammengefaßt,
der empfangsseitig mittels eines Demultiplexer wiederum
auf die
den einzelnen Kanälen zugeordneten Digital-Analogwandler aufgeteilt ist.
-
Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn von dem sende
und empfangsseitig für die Umsetzung auf der Signaleingangsseite erforderlichen
Umsetzoszillator sendeseitig über einen Frequenzteiler mit dem Teilungsverhältnis
n und empfangsseitig über einen selektiven Frequenzvervielfacher mit dem Vervielfachungsfaktor
n eine weitere Schwingung abgeleitet ist, die dem jeweils auf der Signalausgangsseite
für die Umsetzung vorgesehenen Schaltungsglied als Umsetzoszillatorschwingung zugeführt
und sofern auf der Sendeseite anstelle dieses Schaltungsgliedes ein Summierglied
mit vorgeschaltetem Bandpaß vorgesehen ist, die Schwingung über dieses Summierglied
hinweg dem eigentlichen Signal als Hilfsschwingung zur Synchronisation des empfangsseitigen
Umsetzoszillators beigegeben ist.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Anspruche
4 und 5 angegeben.
-
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten.
-
Fig. 1 das Blockschaltbild der Sendeseite eines Ausführungsbeispiels
nach der Erfindung, Fig. 2 das Blockschaltbild der zur Sendeseite nach Fig. 1 zugehörigen
Empfangsseite, Fig. 3 das Blockschaltbild der Sende seite eines weiteren Ausführungsbeispiels
nach der Erfindung, Fig. 4 das Blockschaltbild der zur Sendeseite nach Fig. 3 zugehörigen
Empfangsseite.
-
Beim Ausführungsbeispiel für ein Nachrichtenübertragungssystem nach
den Figuren 1 und 2 erfolgt die Übertragung des in seinem Frequenzband und in seiner
Amplitude begrenzten Sprachsignals in einem zeitmultiplexen Summenkanal SK, dessen
m Einzelkanäle E1, K2 ... Km jeweils ein Teilfrequenzband des sendeseitig über das
Mikrofon Mi abgegebenen Sprachsignals zugeordnet ist.
-
Die Teilfrequenzbänder des am Ausgang des Mikrofons Mi auf der Sende
seite nach Fig. 1 anstehenden Sprachsignals werden über die Bandpässe BP1, BP2 ;..
BPn den Bandkompressionseinrichtungen BKN 1, BKN 2 ... BKN m der Kanäle Kl, K2 ..
Km eingangsseitig zugeführt. Jede Bandkompressionseinrichtung weist eingangsseitig
einen Balancemodulator MO, beispielsweise einen Ringmischer auf, dem am zweiten
Eingang die Schwingung des Umsetzoszillators 0 zugeführt wird. Der Balancemodulator
MO setzt jeweils das Teilfrequenzband des Sprachsignals in eine HF-Ebene um und
unterdrückt die Oszillatorfrequenz.
-
Hinter dem Balancemodulator MO ist der Bandpaß BPe vorgesehen, der
eines der beiden hochfrequenten Seitenbänder aussiebt und sie dem nachfolgenden
Verstärker V zur Verstärkung zuführt. Dem Verstärker folgt der digitale Frequenzteiler
T mit dem Teilungsverhältnis n, in dem das durch den Bandpaß BPe ausgesiebte Seitenband
in der Frequenz um den Faktor n des Teilungsverhältnisses und zugleich auch in der
Amplitude komprimiert wird. Das auf diese Weise in seinem Frequenzband.
-
und in der Amplitude komprimierte Teilband des ursprünglichen Sprachsignals
wird nunmehr dem Eingang des Schaltungsgliedes D zugeführt, das die Funktion eines
digitalen Frequenzumsetzers hat und dem hierzu eine digitale Umsetzschwingung an
seinem Eingang b
zugeführt wird. Diese digitale Umsetzschwingung
ist aus der Schwingung des Umsetzoszillators 0 über einen weiteren digitalen Frequenzteiler
mit dem Teilungsverhältnis n abgeleitet. Das am Ausgang c des digitalen Schaltungsgliedes
D und damit am Ausgang der Bandkompressionseinrichtung BKN1 anstehende im Frequenzband
und in der Amplitude komprimierte Teilband des ursprünglichen Sprachsignals in digitaler
Form wird nunmehr zusammen mit den digitalen Teilsignalen an den übrigen Ausgängen
der Bandkompressionseinrichtungen BKN 2 ...BKNm im Multiplexer MUX zum zeitmultiplexen
Summenkanal SE zusammengefaßt und in dieser Form zur Empangsseite hin übertragen.
-
Empfangsseitig wird der zeitmultiplexe Summenkanal SK, wie Fig. 2
zeigt, mittels des Demultiplexers DEMUX wieder in die einzelnen Kanäle K1, K2 ...
Km unterteilt, die Einzelkanalsignale in den einzelnen Kanälen zugeordneten Digital-Analogwandlern
D/A decodiert und anschließend den Bandexpansionseinrichtungen BEN 1, BEN 2 ...
BEN m zugeführt. Die an den Eingängen der Bandexpansionseinrichtungen anstehende
frequenzband- und amplitudenkomprimierten Teilfrequenzbänder des ursprünglichen
sendeseitigen Sprachsignals werden wie auf der Sende seite wiederum pro Kanal in
einem Balancemodulator MO in eine Zwischenfrequenzebene umgesetzt, wobei die Oszillatorfrequenz
am Ausgang nicht erscheint, anschließend ein Seitenband im Bandpaß BPe ausgesiebt,
im Verstärker V verstärkt und dann zur Aufhebung der Frequenzbandkompression dem
digitalen Frequenzvervielfacher W mit den1 Vervielfachungsfaktor n zugeführt. Analog
zur Sendeseite erfolgt anschließend im digitalen Schaltungsglied die Rückumsetzung
des in der Frequenz expandierten Teilsignals in die NF-Ebene. Das analoge,
noch
in der Amplitude komprimierte Sprachsignal wird am Ausgang des dem digitalen Schaltungsglied
nachge-.
-
schaltetem Tiefpaßfilter TP abgenommen.
-
Die Umsetzschwingung, die dem Schaltungsglied D am Eingang b zugeführt
wird, ist entsprechend der Sendeseite nach Fig. 1 aus der Schwingung des Umsetzoszillators
0 über einen digitalen Frequenzvervielfacher VV mit dem Vervielfachungsfaktor n
abgeleitet. Die nun wiederum die richtige Tonhöhe aufweisenden Sprachsignalanteile
an den Ausgängen der empfangsseitigen Frequenzbandexpansionseinrichtungen BEN 1,
BEN 2 ...
-
BEN m der Kanäle K1, K2 ... Km werden gemeinsam zur Widergabe des
Sprachsignals dem Lautsprecher Lr zugeführt.
-
Die sendeseitige Frequenzbandkompression und die empfangsseitige Frequenzbandexpansion
müssen deshalb über Umsetzungen hinweg in einer Hochfrequenzebene vorgenommen werden,
um zu verhindern, daß von den auf der Ausgangsseite des digitalen Frequenzteilers
bzw.
-
des digitalen Frequenzvervielfachers auftretenden Signalanteilen mit
Sicherheit keine Frequenzanteile in das Frequenzband der eingangsseitig anstehenden
Signalanteile hineinfallen.
-
Das digitale Schaltungsglied D kann in einfacher Weise ein digitaler
Baustein, und zwar ein UND-Gatter, ein Exklusiv-Odergatter oder ein D-Flipflop sein.
Der Ausgang c ist dabei jeweils der Bausteinausgang. Die Eingänge a und b sind bei
Verwendung eines der genannten Gatter die Gattereingänge. Bei Verwendung eines D-Flipflops
ist der Eingang a ein Signaleingang und der Eingang b der Vorbereitungseingang.
-
Soll sendeseitig das digitale in der Amplitude und dem Frequenzband
komprimierte Sprachsignal am Ausgang des digitalen Frequenzteilers T in den Bandkompressionseinrichtungen
BKN 1, BKN 2 ... BKN m in analoger Form in die NF-Ebene rückumgesetzt werden, dann
ist das digitale Schaltungsglied D durch die Hintereinanderschaltung eines seine
Grundanteile aussiebenden Bandpasses, eines Multiplizierers und eines Tiefpaßfilters
zu ersetzen. Gleichzeitig ist dafür zu sorgen, daß die dem Multiplizierer an seinem
zweiten Eingang zuzuführende vom Umsetzoszillator 0 über den Frequenzteiler T abgeleitete
Schwingung ebenfalls über einen den Schwingungsgrundanteil aussiebenden Bandpaß
zugeführt wird. Dabei kann empfangsseitig an den Bandexpansionseinrichtungen BEN
1, BEN 2 ... BEN m in gleicher Weise anstelle der Hintereinanderschaltung des digitalen
Schaltungsgliedes D und des Tiefpaßfilters TP die Hintereinanderschaltung des die
Grundanteile aussiebenden Bandpasses, des Multiplizierers und des Tiefpaßfilters
treten.
-
Auch list dann bei der Ableitung der Schwingung vom Umsetzoszillator
0 hinter dem digitalen Frequenzvervielfacher wie auf der Sende seite ein Bandpaß
vorzusehen.
-
Wie schon in der einleitenden Beschreibung der Erfindung darauf hingewiesen
worden ist, ist es keineswegs erforderlich, die sendeseitige Aufbereitung und die
empfangsseitige Rückgewinnung des Sprachsignals in der ursprünglichen Tonhöhe für
seine Übertragung in einer im Frequenzband und in der Amplitude komprimierten Form
durch zwei und mehr zueinander parallele Kanäle vorzunehmen, die jeweils einem Teilfrequenzband
des ursprünglichen Signals zugeordnet sind. Ein entsprechendes Aus führungsbei spiel
zeigen die Figuren 3 und 4.
-
Das am Ausgang des Mikrofons Mi anstehende Sprachsignal wird als Ganzes
im Balancemodulator MO in eine HF-Ebene umgesetzt und wie in der im Zusammenhang
mit den sendeseitigen Bandkompressionseinrichtungen BKN 1, BKN 2 ... BKN m nach
Fig. 1 bereits beschriebenen Weise weiter verarbeitet. Hinter dem digitalen Frequenzteiler
ist im Unterschied zur Fig. 1 zur Darstellung des in der Frequenz und der Amplitude
komprimierten Sprachsignals in analoger Form der lediglich die Signalgrundanteile
durchlassende Bandpaß BP vorgesehen.
-
Zur weiteren analogen Verarbeitung könnte diesem Bandpaß ein Multiplizierer
nachgeschaltet sein, an den sich ein Tiefpaßfilter anschließt. Der Multiplizierer
würde hierbei die vom Umsetzoszillator über den digitalen Frequenzteiler T abgeleitete
digitale Schwingung über den Bandpaß BPo hinweg in analoger Form zugeführt erhalten.Von
einer solchen AusfUhrungsform ist immer dann Gebrauch zu machen, wenn die eigentliche
Übertragung des in seinem Frequenzband und in seiner Amplitude komprimierten Sprachsignals
entweder in der NF-Ebene durchgeführt oder in seiner Basisfrequenzlage einem RF-Träger
aufmoduliert werden soll.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 soll die Übertragung
unmittelbar in der HF-Ebene erfolgen. Hierzu ist dem Ausgang des Bandpasses BP das
Summierglied SG nachgeschaltet, mit dessen Hilfe die vom Umsetzoszillator 0 über
den digitalen Frequenzteiler T und den Bandpaß BPo abgeleitete Schwingung dem im
Frequenzband und in der Amplitude komprimierten Signal in der HF-Ebene zuaddiert
wird.
-
Auf der Empfangs seite wird ein Teil des ankommenden Signals über
das Koppelglied K dem Synchronisierein-
gang des empfangsseitigen
Umsetzoszillators 0 zugeführt. Die folgende Schaltung des eigentlichen Signalweges
entspricht bis zum Ausgang des Bandpasses BP der sendeseitigen Schaltung. Das Ausgangssignal
des Bandpasses wird dem Multiplizierer MR zugeführt, in dem das Signal mittels der
vom Umsetzoszillator abgeleiteten Schwingung in die NF-Lage rückumgesetzt und nach
Durchgang durch das Tiefpaßfilter TP dem Lautsprecher Lr zur Wiedergabe zur Verfügung
gestellt wird.
-
5 Patentansprüche 4 Figuren