DE3629706A1

DE3629706A1 - Verfahren fuer die codierung und uebertragung analoger information

Info

Publication number: DE3629706A1
Application number: DE19863629706
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Dirr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1988-03-03

Description

In der Patentanmeldung P 36 10 761.1 wird ein Verfahren offenbart, bei der mehrwertige Codierungen in der Weise er folgen, indem verschieden große Summen von Phasenänderun gen von Perioden eines Wechselstromes die Stufen (Zustände) von Codeelementen bilden. Die Phasenänderungen werden dabei so festgelegt, daß eine ununterbrochene Folge von positiven und negativen Halbwellen entstehen. Die Übertra gung der codierten Information erfolgt dabei insbesondere auf der Basis der Winkel- und Pulsmodulation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun ein Verfahren darzustellen, mit dem bei gleicher Übertragungssicherheit bei der Übertragung noch an Bandbreite gewonnen werden kann. Dies wird durch die im Patentanspruch 1 offenbarte Lehre erreicht.

Dadurch, daß die Codierung nur mit einem Wechselstrom er folgt und nur 2-3stufige Amplitudenkennzustände hergenom men werden, liegen bei der Übertragung Zustände wie bei der Pulscodemodulation vor. Wird nun diese Codierung bei der Ein seitenbandmodulation angewendet, so erhält man nach Fourier ein Seitenband nur mit einem Wechselstrom einer Frequenz. Wie aus der Formel

u ₁ (t) = U _T cos Ω t + ¹/₂ U _m cos (Ω - ω)t + ^-1/₂ U _m cos (Ω + ω)t

hervorgeht, gehen die Amplituden nicht mit in die Frequenz mit ein. Hie raus geht hervor, daß diese Methode der Codierung und Über tragung sich sehr vorteilhaft auswirkt.

Nachstehend wird nun die Erfindung näher erläutert. Zuerst werden Einzelschaltungen, die bei der Codierung verwendet werden erläutert. In der Fig. 1 ist eine Methode für die pha sengerechte Umschaltung von Halbwellen eines Wechselstromes mit großen und kleinen Amplituden, also mit 2 Kennzuständen dargestellt. Im Generator G wird der Codierwechselstrom er zeugt. Zur Codierung der großen und kleinen Amplituden sind 2 Wechselstromkreise mit den Widerständen R 1 und R 2 bezw. ent sprechenden Verlängerungsleitungen vorgesehen. Wird der jewei lige Stromkreis mit dem elektronischen Schalter eS geschlos sen, so entstehen am Ausgang entweder große Amplituden gr oder kleine Amplituden kl. Dieser elektronische Schalter wird durch den Codierer Cod bei 0/360 Grad bezw. 180 Grad der jeweiligen Periode des Wechselstromes betätigt. Am Ausgang ist dann der Codierwechselstrom CW. Für die Steuerung des elektronischen Schalters und die Synchronisierung der Steuerung ist ein wei terer Wechselstromkreis über den Begrenzer B vorhanden. Dieser erzeugt aus dem Wechselstrom Synchronisierimpulse J, die dem Codierer Cod zugeführt werden. An den Codierer Cod ist auch der Code geschaltet. Vom Codierer aus werden dann die Umschaltbe fehle entsprechend dem Code an den elektronischen Schalter gege ben.

Während die Schaltung der Fig. 1 nur für einen 2stufigen Wech selstromcode ausgelegt ist, ist in der Fig. 2 eine Schaltung für einen 4stufigen Wechselstromcode dargestellt. Im Beispiel sind 4 Wechselstromparallelkreise mit den Widerständen R 1-R 4, von denen jeweils einer mit dem elektronischen Schalter I, II, III oder IV angeschaltet wird, vorhanden. Die Synchronisierung wird wieder im Begrenzer B erzeugt. An den Codierer Cod ist der Code angeschaltet und vom Begrenzer kommen die Synchroni sierimpulse. Der Codierer steuert dann die elektronischen Schal ter I, II, III und IV. Eine kontinuierliche Stufenschaltung, wie sie am Ausgang A dargestellt ist, kann man z. B. bei einer wei chen Tastung vorsehen.

Bei der Phasenmodulation werden z. B. die Phasensprünge durch Veränderung der Amplituden zweier um 90 Grad gegeneinander phasenverschobener sinusförmiger Wechselströme gleicher Fre quenz erzeugt. Solche Phasensprünge wurden durch eine Änderung einer Amplitude durchgeführt. Im Summenwechselstrom, der durch Addition der um 90 Grad phasenverschobenen Wechselströme gebil det wurde, entstanden bei jedem Phasensprung große Verzerrun gen und Amplitudenänderungen. Um solche Verzerrungen klein zu halten, kann man die Phasensprünge stufenweise vornehmen. In der Fig. 3 ist ein Phasensprung in 4 Stufen dargestellt. Die Stu fen werden mit dem Vektor V, mit den Vektoren V 1, V 2, V 3, V 4 nach jedem Nulldurchgang des Wechselstromes erzeugt. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ändert sich jeweils dabei auch die Amplitude des Summenvektors US. Will man dabei die Amplitudenänderung vermeiden, muß, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, bei jeder Änderung des Vektors V auch eine Änderung des Vektors U erfol gen, z. B. V 1/U 1, V 2/U 2, V 3/U 3. Eine Prinzipschaltung solcher stufenweisen Phasensprünge ist in der Fig. 5 dargestellt. Der Codierwechselstrom wird in dieser im Generator G erzeugt. Zwei Gruppen von Wechselstromkreisen sind vorgesehen, die eine Gruppe liegt unmittelbar am Oszillator und wird durch Parallelstromkreise Wi 11 bis Wi 11 n die jeweils über elektro nische Schalter 11 es bis 11 nes angeschaltet werden, gebil det. Die andere Gruppe Wi 1 bis Win und es 1 bis esn, wird durch denselben Generator G gespeist, jedoch wird die ser durch den Phasenschieber Ph um 90 Grad phasenverscho ben. Die Wechselströme der jeweils angeschalteten Stromkrei se werden dann an den Addierer Ad geführt und als Summen wechselstrom weiter verwendet. Um eine Umschaltung des Co dierwechselstromes bei 0/360 Grad bezw. bei 180 Grad zu ge währleisten ist eine Synchronisierung der Steuerung derge stalt vorgesehen, indem nach dem Addierer ein Summenwechsel strom zum Begrenzer B abgezweigt wird. In diesem werden in bereits beschriebener Weise Synchronisierimpulse J erzeugt und dem Codierer Cod zugeführt. Der ebenfalls zugeführte Code wird dann vom Codierer zeitgerecht in Betätigungen der elektronischen Schalter umgesetzt, so daß durch die Veränderung der Amplituden der Vektoren der beiden Wechselströme Phasen sprünge entsprechend der Fig. 4 entstehen. Die Parallel stromkreise können natürlich auch als Reihenstromkreise ausgebildet werden, dann müssen die Widerstände kurzge schlossen werden.

Für die Übertragungssicherheit ist der Code von großer Be deutung. Es wird daher ein Code verwendet, der sowohl die Vorteile der Pulscodemodulation, als auch der Frequenzmodu lation aufweist. Dabei soll nur die Bandbreite der Einseiten bandmodulation benötigt werden. In Fig. 6 ist ein Digitalcode dargestellt, bei dem die Codeelemente durch die Zahl von Pe rioden nur eines Wechselstromes gebildet werden. Die Kennab schnitte werden durch zwei Kennzustände markiert, und zwar durch einen großen und einen kleinen Amplitudenwert der Pe rioden. A ist der große Amplitudenwert und A 1 der kleine. Der Übergang von einem zum anderen Kennzustand erfolgt durch Zwischenstufen AÜ 1 und AÜ 2. Es können auch mehr Zwischenstu fen z. B. 4 wie in der Fig. 2 am Ausgang A dargestellt ist, ver wendet werden. Die Zwischenstufen können den Codeelementen mit zugerechnet werden. Der Zahl der Perioden für die Code elemente können auch Toleranzen zugeordnet werden. Man kann auch einen analogen Code durch die Zahl der Perioden fest legen. In Fig. 7 ist eine analoger Code dargestellt. Jede Probeentnahme wird durch eine Amplitudenänderung gekenn zeichnet. Zwei Amplitudengrößen sind hierfür in der Fig. 7 vorgesehen, A und A 1. Ein weicher Übergang von der einen zur anderen Amplitudengröße kann natürlich auch verwendet werden. Bei den Codierungen der Fig. 6 und 7 kann man zu sätzlich die Phase für die Codierung vorsehen. Die Phasen änderung wird dabei auf die Zahl der Perioden eines Code elementes verteilt. Die Periodendauer T ändert sich dann nur geringfügig je Periode, in Fig. 8 auf T 1 die nächste Pe riode. Das Prinzip der stufenweisen Phasenänderung wurde bereits bei der Beschreibung der Fig. 4 und 5 dargestellt. Bei der analogen Codierung nach der Fig. 7 kann man z. B. die untere Hälfte der größtmöglichen Probeentnahme durch die Zahl der Perioden und die obere Hälfte durch eine Phasen verschiebung und der Zahl von Perioden kennzeichnen. Bei der digitalen Codierung nach der Fig. 6 erhält man durch ei ne zusätzliche Phasenverschiebung mehr Codestufen. Als Code kann man z. B. einen Telegrafencode vorsehen, oder einen entsprechend der Fig. 9. Beim Letzteren wird jedem Zeichen eine vorbestimmte Codekombination aus zwei oder mehreren ein- zwei- oder mehrstelligen Kennabschnitten, seriell und/ oder parallel angeordnet, zugeordnet. Die Zeichenkombination wird dabei aus der Zahl der Codeelemente der Kennabschnitte in Verbindung mit ihrer zeitlichen oder/und örtlichen Lage gebildet (Patentanmeldung P 29 38 776.6-31).

Nachstehend werden einige Prinzipschaltungen der Erfindung beschrieben. In der Fig. 10 wird dem Fernsprechkanal K mit dem Abtaster Probeentnahmen, z. B. im Rhythmus von 8 kHz, ent nommen. Im PAM/Cod werden die Probeentnahmen in digitale Codeelemente (Fig. 6) oder analoge Codeelemente (Fig. 7) um gewandelt. Dieser Codierwechselstrom wird im Amplituden modulator Mk einem Träger Tr aufmoduliert. Der Träger und das obere oder untere Seitenband bezw. Seitenfrequenz wer den mit dem Filter Fi ausgesiebt. Am Ausgang EB liegt dann nur mehr ein Seitenband. Auf dieser Basis können natürlich mehrere Kanäle nach dem Prinzip der TF-Technik zusammenge faßt werden. Auf der Basis der Einseitenbandmodulation kann man den Codierwechselstrom einer Frequenz nach den Fig. 6 oder 7 sehr schmalbandig nach dem Prinzip der Pulscodemodulation und auch der Amplitudentastung besonderer Art übertragen.

In der Fig. 11 werden n Kanäle von einem elektronischen Ab tast Abt pulsamplitudenmoduliert abgegriffen. Die Probeent nahmen PAM werden entsprechend z. B. der Fig. 6, 7 und 8 co diert einem Amplitudenmodulator M mit dem Träger Tr zuge führt. Der Träger und die obere oder untere Seitenfrequenz bezw. Seitenband werden ausgesiebt (Fi) und einseitenband moduliert übertragen (EB). Man kann dann auch mehrere sol cher Multiplexkanäle auf dem Prinzip der TF-Technik übertra gen.

In der Fig. 12 ist die Prinzipschaltung einer erfindungsgemä ßen Anordnung für Funk dargestellt. Sprache und Musik soll in Stereo übertragen werden. Die Signale L + R und L - R werden entsprechend den Fig. 6, 7 oder/und 8 codiert, wobei der co dierwechselstrom von L - R um 90 Grad gegenüber dem von L + R phasenverschoben ist. Beide Codierwechselströme werden in Ad addiert und dem Amplitudenmodulator M mit dem Träger Tr zugeführt. Durch das Filter Fi wird der Träger und das un tere oder obere Seitenband ausgesiebt. Das Einseitenband wird über einen Verstärker V und weiteren Stufen (nicht ein gezeichnet) der Endstufe E und der Antenne zugeführt.

In der Fig. 13 sind 2 Stereoprogramme entsprechend der Fig. 12 zusammengefaßt und zwar über einen Entkoppler E und einem Amplitudenmodulator M mit Träger Tr zugeführt. Im Filter Fi wird der Träger und eines der Seitenbänder ausgesiebt. Über Verstärkerstufen V und der Endstufe E werden dann die codier ten Einseitenbandsignale der Antenne zugeführt. Oberwellen und sonstige Störspannungen werden bei dieser Anordnung vor der Endstufe abgezweigt und einem Filter Fi, das die Nutzsignale sperrt, zugeführt. Eine Phasenumkehr von 180 Grad (Ph) bewirkt dann in der Endstufe eine Aufhebung der Oberwellen und Störspannungen. An Stelle eines 2. Programmes kann man ein Programm mit je einem Wechselstrom verschiede ner Frequenz übertragen, so daß eine Auslöschung eines Pro grammes durch selektiven Schwund nicht möglich ist. Auf die ser Basis kann man natürlich auch mehrere Programme zeitmul tiplex zusammenfassen.

In der Fig. 14 ist die Prinzipschaltung für die zeitmultiple xe Übertragung der Information einer Vielzahl von Kanälen mit einer Codierung z. B. entsprechend den Fig. 6 bis 8 darge stellt. Die Information soll stereo übertragen werden. Für die Kanäle K 1 bis Kn L + R und K 1 bis Kn L - R sind je ein eigener Abtaster Abt vorgesehen. Die Probeentnahmen werden dem PAM/Cod zugeführt. In diesem werden sie entweder digi tal oder analog z. B. entsprechend den Fig. 6 bis 8 codiert. Der Codierwechselstrom von L - R Cod 90° ist um 90 Grad gegen über dem Codierwechselstrom von L + R phasenverschoben. Die beiden Wechselströme gleicher Frequenz werden addiert (Ad) und dem Amplitudenmodulator M mit Träger Tr zugeführt. Am Ausgang des Modulators ist ein Filter (nicht eingezeichnet) das dann den Träger und ein Seitenband aussiebt. Man kann nun mehrere solcher Schaltungen zusammenschalten und auf der Basis der TF-Technik übertragen, oder aber auch auf die se Weise eine Vielzahl von Programmen über Funk übertragen. Werden bei der Übertragung über Funk Frequenzen verwendet, die schwundanfällig sind, so kann man noch parallel zu den PAM/Cod noch ein weiteres Paar einsetzen, die mit einem an deren Codierwechselstrom arbeiten. In der Fig. 14 ist die Parallelschaltung gestrichelt angedeutet. Nach den PAM/Cod werden dann die Doppelprogramme DPr wieder einem Addierer Ad und von diesem einem Entkoppler zugeführt. An diesem liegen auch die primären Programme. Für die primären und Doppelpro gramme wird man solche Frequenzen wählen, bei denen nicht gleichzeitig Schwunderscheinungen auftreten.

In der Fig. 15 sind 3 Multiplexgruppen mit den Kanälen K 1- Kn und ihren Abtastern Abt 1, 2 und 3 dargestellt. Vom Ab taster gehen die Probeentnahmen an die jeweilige PAM/Cod Schaltung und zum Modulator M und zur Aussiebung des jeweiligen Trägers und ei nes Seitenbandes über ein Filter Fi zu einem Entkoppler E. Der Entkoppler kann ein Teil eines TF-Systems sein.

Um die Übertragungsmenge an Information zu steigern, wurden, wie auch zum Teil auch bei der vorliegenden Erfindung, mehr wertige Codes eingesetzt. Die Zahl der erforderlichen Code wörter N ist von der Zahl der unterscheidbaren Zustände des Codeelementes q und von den Codeelementen pro Codewort ab hängig, N = q ^m. Bei der beschriebenen Erfindung kann das Codeelement folgende Zustände erhalten: die Zahl von Perio den bezw. Halbwellen, Amplitudengröße derselben, die Phasen verschiebung einer oder mehrerer Perioden, die Richtung der Phasenverschiebung, die Änderung von Zuständen ohne Phasen verschiebung. Als weiterer Zustand kommt hinzu der Phasen zustand des Codierwechselstromes in dem eine Änderung z. B. der Amplitudengröße oder Phase erfolgt. In Fig. 16 ist ein Codierwechselstrom mit 2 Amplitudengrößen dargestellt. Am Punkt A 1 erfolgt die Amplitudenänderung bei 0/360 Grad, bei A 2 und A 3 bei 180 Grad der Wechselstromperiode. In der Fig. 17 ist ein Codierwechselstrom dargestellt, bei dem 2mal eine Phasenänderung erfolgt. Ohne Phasenänderung ist die hal be Periodendauer T/2, bei der Phasenänderung T 1/2. Man sieht daß bei A 1 die Phasenänderung bei 0 + 360 Grad und bei A 2 bei 180 Grad der jeweiligen Periode ist.

Claims

1. Verfahren für die Codierung von analoger Information, insbesondere Töne, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Merkmale:

a) die Information wird pulsamplitudenmoduliert,
b) die Probeentnahmen werden analog oder digital nur mit ei nem Wechselstrom codiert,
c) als Code wird die Zahl von Perioden bezw. Halbwellen und/ oder deren Amplitudengrößen und/oder verschieden große Summen von Phasenverschiebungen der Perioden bezw. Halbwellen und deren Richtung und/oder die Phase des Kennzustandswechsels vorgesehen,
d) die Umschaltung auf den nächsten Kennabschnitt erfolgt nur beim Nulldurchgang,
e) die Übertragung erfolgt auf der Basis der Einseitenband modulation.

2. Verfahren für die Codierung und Übertragung von Informa tion über Funk, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Merkmale:

a) die Information wird analog oder digital durch einen Co dierwechselstrom dargestellt,
b) als Code wird die Zahl von Perioden bezw. Halbwellen und/ oder deren Amplitudengrößen und/oder verschieden große Sum men von Phasenverschiebungen der Perioden bezw. Halbwellen und/oder die Phase des Kennzustandswechsels vorgesehen,
c) die Umschaltung auf den nächsten Kennabschnitt erfolgt nur beim Nulldurchgang,
d) die Übertragung erfolgt auf der Basis der Einseitenband modulation,
e) zur Kompensation von Amplitudenstörungen wird ein weiterer Codierwechselstrom mit der Frequenz vorgesehen, der außer halb des Einflußbereiches der Amplitudenstörung (z. B. selek tiver Schwund) des primären Codierwechselstromes liegt (Fig. 13, Fig. 14).

3. Verfahren für eine mehrwertige Codierung von Information gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Stufenkennzeichnung der Codeelemente erfolgt durch die Zahl von Perioden bezw. Halbwellen und/oder deren Ampli tudengrößen und/oder verschieden große Summen von Phasen verschiebungen der Perioden bezw. Halbwellen und deren Rich tung,
b) eine weitere Stufe wird durch die Winkellage bei der Kenn abschnittsänderung festgelegt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß 2 Kanäle, vorzugsweise Stereo-Kanäle in der Weise mit je einem Wechselstrom derselben Frequenz codiert werden, indem der eine Wechselstrom gegenüber dem anderen um 90 Grad phasen verschoben wird und die Übertragung in der Weise erfolgt, in dem beide Wechselströme addiert werden (Fig. 12).

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kanäle zeitmultiplex abgegriffen und pulsampli tudenmoduliert werden (Fig. 11) und nur mit einem Wechselstrom codiert werden (Fig. 6, 7, 8, 16, 17).

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß eine Vielzahl von zeitmultiplex abgegriffenen Gruppen (Fig. 15, Abt 1, Abt 2, Abt 3) von Kanälen, die pulsam plitudenmoduliert werden (Fig. 15, PAM/Cod) und mit einem Wech selstrom codiert und einseitenbandmoduliert werden, über Entkopplungsglieder (Fig. 15 E) zusammengeschaltet und auf der Basis eines TF-Systems übertragen werden.

7. Verfahren nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Funk und Vorstufenmodulation, vor der Endstufe eine Ab zweigung von Stör- und Oberwellenspannungen und eine Phasenver schiebung von 180 Grad erfolgt und daß diese zur Kompensie rung derselben der Endstufe wieder zugeschaltet werden.