DE3603977A1 - Method for digital transmission of phase-modulated analog signals - Google Patents
Method for digital transmission of phase-modulated analog signalsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung winkelmodulierter Analogsignale, insbesondere von frequenzmodulierten Hörfunksignalen, über digital betriebene Leitungswege. Dabei kann es sich sowohl um die Netzausläufer von Breitbandverteilnetzen auf der Basis von Lichtwellenleitern bis zum Endteilnehmer, als auch um die oberen Netzebenen von Breitbandverteilnetzen handeln, die bereits unter Verwendung digitaler Signale betrieben werden.The invention relates to a method for transmission angle-modulated analog signals, in particular from frequency-modulated radio signals, via digital operated routes. It can be both Foothills of broadband distribution networks based on Optical fibers to the end participant, as well as around the high-level broadband distribution networks that deal are already operated using digital signals.
Zur Zeit sind Breitbandverteilnetze in Betrieb und im Aufbau, bei denen die Fernseh- und Hörfunksignale in analoger Form im Frequenzvielfach als frequenz- oder amplitudenmodulierte Signale über ein üblicherweise aus Koaxialkabeln bestehendes Kabelnetz zu den Teilnehmern übertragen werden.Broadband distribution networks are currently in operation and in Structure in which the television and radio signals in analog form in frequency multiples as frequency or amplitude-modulated signals via a commonly Cable network consisting of coaxial cables to the participants be transmitted.
Es werden jedoch bereits erfolgreich Versuche zur Breitbandkommunikation mittels digitaler Signalübertragung durchgeführt, wobei als Übertragungsmedium in der Regel Lichtwellenleiter dienen. Für die Zukunft kann ein weiteres Vordringen der Digitaltechnik erwartet werden. Es werden dann u. a. neuartige "Digitale Hörrundfunkempfänger" konzipiert werden, die unter Ausnutzung aller Vorteile der digitalen Signalverarbeitung eine hohe Signalqualität liefern. Diese Empfänger sind mit entsprechendem Kostenaufwand von den Teilnehmern anzuschaffen. Für eine gewisse Übergangszeit ist es deshalb von Vorteil, wenn die Teilnehmer ihre herkömmlichen, zum Empfang frequenzmodulierter Hörfunksignale geeigneten Empfänger weiter benutzen können.However, attempts at broadband communication are already successful by means of digital signal transmission performed, usually as a transmission medium Optical fibers are used. For the future, one can further advances in digital technology are expected. Then u. a. novel "digital radio broadcast receivers" be designed using all the advantages digital signal processing a high signal quality deliver. These recipients are at a corresponding cost to be acquired by the participants. For a certain It is therefore an advantage during the transition period if the Participants their conventional, frequency-modulated for reception Radio signals suitable receiver can continue to use.
Außerdem sind Anwendungsfälle denkbar, bei denen frequenzmodulierte Hörfunksignale in den oberen Netzebenen von Breitbandverteilnetzen über digitale Leitungswege übertragen werden sollen.Applications are also conceivable in which frequency-modulated Radio signals in the upper network levels of broadband distribution networks transmitted via digital lines should be.
Ein Verfahren, das diese Aufgabenstellung zu erfüllen in der Lage ist, ist in der deutschen Offenlegungsschrift 32 08 308.4 beschrieben worden. Es wird dabei ein Frequenzvielfach von frequenzmodulierten Hörfunksignalen gemeinsam auf der Sendeseite analog/digital und digital/analog auf der Empfangsseite gewandelt.A process that fulfills this task is able to, is in the German patent application 32 08 308.4. It will be there a frequency multiple of frequency-modulated radio signals together on the transmission side analog / digital and converted digital / analog on the receiving side.
Wie durch Versuche jedoch ermittelt werden konnte und wie in einem Aufsatz in den NTG-Fachberichten 83 (Hörrundfunk 6) S. 321-327 beschrieben wurde, ist die Anzahl der mit 34,368 Mbit/s (3. Stufe der digitalen Hierarchie) übertragbaren stereophonischen Hörfunksignale auf 6 bis 7 begrenzt.However, as could be determined through tests and as in an essay in the NTG technical reports 83 (radio 6) Pp. 321-327 is the number the 34.368 Mbit / s (3rd level of the digital hierarchy) transmissible stereophonic radio signals on 6 to 7 limited.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem mit einer vorgegebenen Bitrate, z. B. 34,368 Mbit/s, eine über den Stand der Technik hinausragende Anzahl frequenzmodulierter Hörfunksignale über digital betriebenen Leitungswege übertragen werden kann.The invention is therefore based on the object Specify procedure in which with a predetermined Bit rate, e.g. B. 34.368 Mbit / s, one on the state of Outstanding number of frequency-modulated radio signals transmitted via digitally operated cable routes can be.
Bei der Lösung dieser speziellen Aufgabe ergab sich ein Verfahren, das über den oben dargestellten Anwendungszweck hinausgeht und aus diesem Grunde ganz allgemein zur Digitalübertragung von winkelmodulierten Analogsignalen geeignet ist.When this special task was solved, a Procedure that is beyond the intended use outlined above goes out and for this reason in general Digital transmission of angle-modulated analog signals suitable is.
Dieser Lösung ging die im folgenden dargestellte Überlegung voraus.This solution was based on the consideration presented below ahead.
Aus der Gleichung für den zeitlichen Verlauf einer frequenzmodulierten Schwingung wobei f T die Trägerfrequenz, f m der Frequenzhub und f die Modulierfrequenz sind, wird deutlich, daß derartige Signale eine konstante Hüllkurve haben und der Informationsgehalt des modulierenden Signals in den Änderungen der Nulldurchgänge der Trägerschwingung enthalten ist.From the equation for the time course of a frequency-modulated oscillation where f T is the carrier frequency, f m is the frequency swing and f is the modulation frequency, it becomes clear that such signals have a constant envelope and that the information content of the modulating signal is contained in the changes in the zero crossings of the carrier oscillation.
Diese Überlegung ist an sich nicht neu, sondern schon im Zusammenhang mit der heute weniger gebräuchlichen Pulsphasenmodulation angestellt worden (Hölzler, Holzwarth, Theorie und Technik der Pulsmodulation, 1. Auflage 1957, Springer Verlag Berlin, S. 59, Abs. 2).This consideration is not new in itself, but already in Relation to the less common pulse phase modulation today been employed (Hölzler, Holzwarth, Theory and technology of pulse modulation, 1st edition 1957, Springer Verlag Berlin, p. 59, paragraph 2).
Die Erfindung geht aber über den vorstehend zitierten Stand der Technik insofern hinaus, als sie zwar zunächst ebenfalls die winkelmodulierte Schwingung durch eine Folge von ihre Nulldurchgänge markierenden kurzen Impulsen ersetzt, danach aber nicht diese Impulse selbst, sondern lediglich ihren gegenseitigen Abstand als äquidistante Folge gleichlanger Codeworte überträgt. Empfangsseitig werden aus diesen Codeworten wieder die Abstände der Nulldurchgänge rekonstruiert und daraus die rechteckförmigen winkelmodulierten Ausgangssignale gewonnen, die nach Durchlaufen eines Empfangstiefpasses wieder dem Eingangssignal entsprechen.However, the invention goes beyond the state cited above technology in so far as it initially also the angle-modulated vibration by a Sequence of short marks marking their zero crossings Replaces impulses, but not these impulses afterwards themselves, but only their mutual distance transmits as an equidistant sequence of equally long code words. On the reception side the distances become again from these code words reconstructed the zero crossings and from them the square-wave angle-modulated output signals won after going through a reception low pass correspond to the input signal again.
Für die in erster Linie ins Auge gefaßte Anwendung ist es zweckmäßig, das herkömmliche FM-Hörfunksignal mit einer mittleren Trägerfrequenz von ca. 100 MHz vor seiner sendeseitigen Umwandlung auf eine möglichst niedrigere Zwischenfrequenz von vorzugsweise 150 KHz herab- und nach seiner empfangsseitigen Rückumwandlung wieder auf die alte Trägerfrequenz heraufzusetzen. It is for the primarily envisaged application expedient, the conventional FM radio signal with a average carrier frequency of approximately 100 MHz before its Transmitter-side conversion to the lowest possible Intermediate frequency of preferably 150 kHz down and after its return-side conversion back to the to increase the old carrier frequency.
Die Abstände der aufeinanderfolgenden Nulldurchgänge müssen mit einem zeitlichen Raster gemessen werden, welches so fein abgestuft ist, daß der unweigerlich entstehende zeitliche Quantisierungsfehler nicht zu störenden Geräuschen auf der Empfangsseite führt.The distances of the consecutive zero crossings must be measured with a time grid, which is so finely graded that it is inevitable temporal quantization errors do not occur disturbing noises on the reception side.
Die Feinheit des zeitlichen Rasters, d. h. die Anzahl der zu codierenden Zeitstufen richtet sich - wie später noch gezeigt werden wird - nach dem erforderlichen Signalgeräuschverhältnis für das zu übertragende Signal. Für das ins Auge gefaßte Stereo-Hörfunksignal werden vorteilhaft 1024 Zeitstufen und Codeworte zu je 10 bit gewählt.The fineness of the time grid, i.e. H. the number the time steps to be coded are determined as later will still be shown - after the required Signal-to-noise ratio for the signal to be transmitted. For the envisaged stereo radio signal Advantageously 1024 time steps and code words of 10 bits each chosen.
Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, die codierten Signale mehrerer Kanäle in einem Zeitvielfach zu übertragen. Dazu wird ein mit einem Synchronwort beginnender Pulsrahmen gebildet, wodurch die Kanalzuordnung eindeutig möglich ist.It is also in a further embodiment of the invention possible to encode the signals of multiple channels to transfer a time multiple. To do this, use a a pulse frame beginning with a synchronous word is formed, whereby the channel assignment is clearly possible.
Das Verfahren nach der Erfindung hat in seiner speziellen Anwendung auf Hörfunksignale den Vorteil, daß in Breitbandverteilanlagen, in denen digitale Signalübertragung verwendet wird, Hörfunksignale mit einer speziellen Codierung übertragen werden können, die es erlaubt, beim Teilnehmer herkömmliche, für den Empfang frequenzmodulierter Signale vorgesehene Empfänger zu benutzen. Das Verfahren hat gegenüber dem bereits erwähnten früheren Vorschlag (OS 32 08 308.4) insbesondere den Vorteil, daß die Kanalzahl von 6 auf 11 erhöht werden kann.The method according to the invention has in its special application on radio signals the advantage that in broadband distribution systems where digital Signal transmission is used, radio signals are transmitted with a special coding which allows conventional, intended for the reception of frequency-modulated signals To use the receiver. The procedure has over earlier proposal already mentioned (OS 32 08 308.4) in particular the advantage that the number of channels from 6 to 11 can be increased.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 5 näher erläutert. An exemplary embodiment is explained with reference to Fig. 1 to Fig. 5.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung nach der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram showing a transmitting device according to the invention,
Fig. 2 die zugehörigen Pulsdiagramme bzw. Signalverläufe, Fig. 2, the associated pulse diagrams and waveforms,
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung, Fig. 3 is a block diagram showing a receiving device,
Fig. 4 das zugehörige Pulsdiagramme und Fig. 4 shows the associated pulse diagrams and
Fig. 5 den Zusammenhang zwischen dem S/N-Verhältnis und der zeitlichen Auflösung der Nulldurchgänge. Fig. 5 shows the relationship between the S / N ratio and the temporal resolution of the zero crossings.
Eine frequenzmodulierte Trägerschwingung der Frequenz f T ≈ 100 MHz wird in einem Mischer M mittels eines Signals der Frequenz f o in eine sehr niedrige Zwischenfrequenz f ZF = 150 kHz umgesetzt. Das Spektrum der frequenzmodulierten ZF belegt dann das Frequenzband von 0 bis 300 kHz. Das sinusförmige ZF-Signal wird im Vergleicher V in frequenzmodulierte Rechteckspannungen U A und U mit ECL-Spannungspegel umgesetzt. Während U A im logischen Zustand 1 ist, gelangen schnelle Zählimpulse der Frequenz f Z über Tor B an den n-stufigen Zähler Z 1. Der gleiche Vorgang spielt sich bezüglich der Spannung U , des Tores und des Zählers Z 2 ab. Z 1 zählt also während der positiven Halbwelle des frequenzmodulierten Signals, Z 2 während der negativen Halbwelle. Die n-bit- parallel vorliegenden Zählerstände der Zähler Z 1 und Z 2 werden während der inaktiven Zeiten der Zähler abwechselnd an den Eingang eines FIFO-Speichers gelegt, wo sie mit der Taktfolge U E eingeschrieben werden. U E wird in einfacher Weise mittels einiger Tor- und Verzögerungsschaltungen aus den positiven Flanken der frequenzmodulierten Signale U A und U gewonnen. Die Rücksetzung der Zähler Z 1 und Z 2 erfolgt mittels der Spannungen U c , bzw. U .A frequency-modulated carrier oscillation of the frequency f T ≈ 100 MHz is in a mixerM by means of a Signal of frequencyf O into a very low intermediate frequency f ZF = 150 kHz implemented. The spectrum of frequency modulated ZF then occupies the frequency band of 0 to 300 kHz. The sinusoidal IF signal is used in the comparator V in frequency-modulated square wave voltagesU A andU implemented with ECL voltage level. WhileU A in the logic state 1, rapid counting pulses arrive the frequencyf Z over gateB to the n-level counterZ 1. The same process takes place in terms of tension U , the gate and the counterZ 2nd from.Z 1 counts during the positive half-wave of the frequency-modulated Signal,Z 2nd during the negative half wave. The n-bit parallel counter readings of the countersZ 1 andZ 2nd the counter turns on alternately during the inactive times the input of a FIFO memory, where they with the Bar sequenceU E be registered.U E will be easier Way by means of some gate and delay circuits from the positive edges of the frequency-modulated signals U A andU won. Resetting the countersZ 1 andZ 2nd takes place by means of the tensionsU c , respectively.U .
Aus dem FIFO werden die n-bit-parallelen Codeworte mit dem kontinuierlichen Takt U F ausgelesen und im Parallel-Serienwandler PS in serielle Form gebracht. Der Takt U F hat exakt die Frequenz 2 f ZF und ist identisch der über längere Zeit gemittelten Frequenz des Einlesetaktes U E . Diese festen Frequenzbeziehungen werden durch eine PLL-Schaltung erreicht, die durch Phasenvergleich des von einer Taktzentrale TZS erzeugten Taktes U F der Frequenz 2 f ZF mit dem Takt U E eine entsprechende Oszillatorfrequenz f o erzeugt, die dann zur Abwärtsmischung von f T in f ZF verwendet wird.The n-bit parallel code words with the continuous clock U F are read from the FIFO and put into serial form in the parallel-series converter PS . The clock U F has exactly the frequency 2 f IF and is identical to the frequency of the reading clock U E averaged over a longer period of time. These fixed frequency relationships are achieved by a PLL circuit, which generates a corresponding oscillator frequency f o by phase comparison of the clock U F of the frequency 2 f IF generated by a clock center TZS with the clock U E , which is then used for downward mixing of f T in f IF is used.
Am Ausgang D des Parallel-Serienwandlers erscheint die serielle Folge der Codeworte CW mit je n bit, die im Prinzip in einer Multiplexeinrichtung MUX mit m-1 weiteren Datenströmen der gleichen Art zu einem digitalen Zeitvielfach zusammengefaßt werden kann.The serial sequence of the code words CW with n bits each appears at the output D of the parallel-serial converter, which in principle can be combined in a multiplexing device MUX with m −1 further data streams of the same type to form a digital time multiple.
In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung nach der Erfindung, in Fig. 4 sind die zugehörigen Pulsdiagramme bzw. Signalverläufe dargestellt.In Fig. 3 is the block diagram of a receiving device according to the invention, in Fig. 4, the associated pulse diagrams or waveforms are shown.
Am Eingang eines Digitalsignaldemultiplexers DEMUX liegt das m Kanäle beinhaltende digitale Zeitvielfach Zvf an. DEMUX gibt die Datensignale U D z. B. des Kanals 1 seriell an den Serien- Parallel-Wandler SP mit dem zugehörigen Takt ab, der in der Taktzentrale TZE des Empfängers aus Zvf gewonnen wird. Die in SP in parallele Form gewandelten Datensignale U 1 bis U n werden mit dem ebenfalls von TZE erzeugten Taktsignal f G in einen FIFO-Speicher übernommen, dessen n parallele Ausgänge mit den Setzeingängen zweier Zähler Z 3 und Z 4 verbunden sind.At the input of a DEMUX digital signal demultiplexer there is the digital time multiple Zvf containing m channels. DEMUX gives the data signals U D z. B. the channel 1 serially from the series-parallel converter SP with the associated clock, which is obtained in the clock center TZE of the receiver from Zvf . The data signals U 1 to U n converted into parallel form in SP are taken over with the clock signal f G likewise generated by TZE into a FIFO memory, the n parallel outputs of which are connected to the set inputs of two counters Z 3 and Z 4 .
Beim Einschalten der Empfangseinrichtung habe das Flip-Flop FF am Ausgang Q 1- und an 0-Potential. Der Zählerstand von Z 3 sei beliebig. U Q veranlaßt Z 3 über Tor H zum Zählen bis zum Zählerendstand, bei dessen Erreichen an C 3 ein Übertragungsimpuls ("carry") U R auftritt. Dieser erfüllt zwei Aufgaben:When the receiving device is switched on, the flip-flopFF at the exitQ 1- and on 0 potential. The counter reading fromZ 3rd be arbitrary.U Q promptedZ 3rd over gateH to count by Final meter reading when reachedC. 3rd a transmission pulse ("carry")U R occurs. This fulfills two tasks:
- 1. Am Ausgang des FIFO erscheint das nächste n-stellige Codewort und wird über den Loadeingang L 4 in den Zähler Z 4 übernommen.1. The next n-digit code word appears at the output of the FIFO and is transferred to the counter Z 4 via the load input L 4 .
- 2. Die Potentiale der Ausgänge Q und des Flip-Flop FF werden invertiert, wodurch Z 3 über Tor H gesperrt wird und Z 4 durch Öffnen von Tor K vom voreingestellten Zählerstand bis zum Endstand zu zählen beginnt.2. The potentials of the outputsQ and of the flip-flopFF will inverted, wherebyZ 3rd over gateH is blocked and Z 4th by opening gateK from the preset meter reading begins to count to the final score.
Beim Erreichen desselben tritt an C 4 ein Übertragungsimpuls U S auf usw. Upon reaching the same, a transmission pulse U S occurs at C 4 , etc.
Das rechteckförmige Ausgangssignal des Flip-Flop FF an Q und entspricht unmittelbar dem frequenzmodulierten Signal der Frequenz f ZF (z. B. 150 kHz). Nach Filterung durch einen Tiefpaß TP erfolgt im Mischer M die Umsetzung in die mit einem herkömmlichen Tuner empfangbare Frequenz f T ≈ 100 MHz.The rectangular output signal of the flip-flopFF atQ and corresponds directly to the frequency-modulated signal of the frequency f ZF (e.g. 150 kHz). After filtering through a low passTP takes place in the mixerM the implementation in with a conventional Tuner receivable frequencyf T ≈ 100 MHz.
Prinzipiell ist das beschriebene Verfahren zur Übertragung jeder
Art winkelmodulierter Signale über digitale Leitungswege geeignet,
besondere Bedeutung kann es jedoch bei der Übertragung
frequenzmmodulierter stereophonischer Hörfunksignale erlangen.
Es seien einige Zahlenwerte angegeben:
Bei einer Zwischenfrequenz von f ZF = 150 kHz treten im Mittel
zwei Nulldurchgänge in 6,67 µs auf. Die Genauigkeit, mit der
in einem bestimmten Zeitraster die Lage der Nulldurchgänge
festgestellt und codiert übertragen wird, wirkt sich schließlich
als Geräusch im Audiokanal aus. Der entsprechende Zusammenhang
ist in Fig. 5 als Meßergebnis dargestellt.In principle, the method described is suitable for the transmission of any type of angle-modulated signals via digital conduction paths, but it can gain particular importance in the transmission of frequency-modulated stereophonic radio signals. Some numerical values are given:
At an intermediate frequency of f IF = 150 kHz, two zero crossings occur in 6.67 µs on average. The accuracy with which the position of the zero crossings is determined and transmitted in coded form in a certain time grid ultimately has an effect on the audio channel. The corresponding relationship is shown in FIG. 5 as the measurement result.
Es ist das nach CCIR-Empfehlung 468 gemessene Signalgeräuschverhältnis
in Abhängigkeit von der zeitlichen Auflösung der
Nulldurchgänge aufgetragen. Man erkennt, daß z. B. für
Auflösung erforderlich
sind. Dies entspricht einer Zählerfrequenz von f Z = 136 MHz,
oder aber der Unterteilung einer Periode der unmodulierten
ZF-Schwingung (6,67 µs) in 913 Zeitintervalle.The signal-to-noise ratio measured according to CCIR recommendation 468 is plotted as a function of the temporal resolution of the zero crossings. It can be seen that, for. B. for Resolution required
are. This corresponds to a counter frequency of f Z = 136 MHz, or the division of a period of the unmodulated IF oscillation (6.67 µs) into 913 time intervals.
Wählt man die nächstgrößere Binärzahl, also 1024, so sind in 6,67 µs zwei Codeworte zu je 10 bit zu übertragen.If you choose the next largest binary number, i.e. 1024, then to transmit two code words of 10 bits each in 6.67 µs.
Claims (6)
- a) zunächst sendeseitig jedes Signal in ein durch die zeitliche Folge seiner Nulldurchgänge definiertes Pulsphasenmoduliertes Signal (UE) umgewandelt wird,
- b) daß darauf die Abstände seiner aufeinanderfolgenden Nulldurchgänge digitalisiert und als äquidistante Folge gleichlanger Codeworte (CW) übertragen werden (Fig. 1, Fig. 2),
- c) daß empfangsseitig aus diesen Codeworten wieder die Abstände der Nulldurchgänge (Ue) rekonstruiert und daraus rechteckförmige winkelmodulierte Ausgangssignale (U Q , U ) gewonnen werden, die nach Durchlaufen eines Empfangstiefpasses wieder dem Eingangssignal entsprechen (Fig. 3, Fig. 4).
- a) each signal is first converted into a pulse phase modulated signal ( UE ) defined by the time sequence of its zero crossings,
- b) that the intervals of its successive zero crossings are then digitized and transmitted as an equidistant sequence of code words ( CW ) of the same length ( FIG. 1, FIG. 2),
- c) that the distances of the zero crossings ( Ue ) are reconstructed on the receiving side from these code words and rectangular-shaped angle-modulated output signals ( U Q , U ) are obtained therefrom, which correspond to the input signal again after passing through a reception low pass ( Fig. 3, Fig. 4).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863603977 DE3603977A1 (en) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | Method for digital transmission of phase-modulated analog signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863603977 DE3603977A1 (en) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | Method for digital transmission of phase-modulated analog signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3603977A1 true DE3603977A1 (en) | 1987-08-13 |
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ID=6293691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863603977 Withdrawn DE3603977A1 (en) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | Method for digital transmission of phase-modulated analog signals |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3603977A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3707244A1 (en) * | 1987-03-06 | 1988-09-15 | Siemens Ag | Method for digital transmission of radio signals |
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1986
- 1986-02-08 DE DE19863603977 patent/DE3603977A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3707244A1 (en) * | 1987-03-06 | 1988-09-15 | Siemens Ag | Method for digital transmission of radio signals |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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