DE3744537C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer drahtlosen Ton­ übertragung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE 28 37 907 B2 bekannt ist.

Für mehrkanalige Tonübertragung mit Hilfe von Licht sind verschiedene analoge (kontinuierliche) und abtastende (dis­ kontinuierliche) Verfahren bekannt. Zu den kontinuierlichen Verfahren gehört zum Beispiel die Frequenzmodulation sinus­ förmig amplitudenmodulierter Lichtquellen, die eine frequenz­ multiplexe Verschachtelung der Kanäle erlaubt. Abtastende Ver­ fahren, wie zum Beispiel die Pulsphasenmodulation (PPM) ampli­ tudenmodulierter Lichtquellen, erlauben eine zeitmultiplexe Verschachtelung der Kanäle. Der Nachteil dieser Viel­ kanal-Verfahren ist die relativ große erforderliche Band­ breite, die proportional mit der Anzahl der Kanäle ansteigt, und deshalb eine Begrenzung auf wenige Sendestellen zur Folge hat.

In vielen Fällen werden die einzelnen zu übertragenden Tonsi­ gnale ohnehin nach Empfang wieder zu einem Summensignal addiert, wie zum Beispiel in einem Orchester oder in einer Diskussions­ anlage. In diesem Fall liegt es nahe, ein Modulationsverfahren zu verwenden, das den gleichzeitigen additiven Betrieb aller Sendestellen auf ein- und demselben Kanal zuläßt. Ein hierfür geeigne­ tes Modulationsverfahren ist z. B. die bekannte Amplitudenmodu­ lation von Lichtquellen mit trägerlosen Einseitenbandsignalen. Dieses Verfahren benötigt eine recht hohe mittlere Leistung des Lichtsenders, da der Mittelwert der abgestrahlten Amplitude der größten zu erwartenden negativen Signalamplitude entsprechen muß, um Übersteuerung zu vermeiden. Großer Energiebedarf erfordert aber teure und unhandliche Energiespeicher und aufwendige Sendewandler.

Um dennoch Energie einzusparen, paßt mant gemäß der deutschen Auslegeschrift DE 28 37 907 B2 die Höhe der mittleren Sendeamplitude der Aussteuerung durch das Einseitenbandsignal dynamisch an. Dieses Verfahren kann zwar die erforderliche mittlere Leistung verringern, es birgt jedoch den Nachteil von Einschwingverzer­ rungen, und die Leistungsreduktion ist bei weitem nicht opti­ mal, da auch bei nur kurzen impulsartigen Aussteuerungen, wie sie zum Beispiel bei Sprache die Regel sind, eine ausreichend frühzeitige Aufregelung der mittleren Sendeleistung erfolgen müßte, damit Einschwingverzerrungen erträglich gehalten würden.

Es ist bekannt, daß im Falle der Übertragung mit Licht die Pulsamplitudenmodulation gegenüber der analogen Amplitudenmo­ dulation hinsichtlich Störsicherheit und Sendeleistung deutli­ che Vorteile bringt und den interferenzfreien Betrieb synchro­ nisierter Sender zuläßt (z. B. DE-PS 31 27 669 C2). Es erfolgt bekanntermaßen dabei die Amplitudenmodulation von Lichtimpulsen definierter Breite direkt mit dem zu übertragenden Tonsignal. Auch hier ist eine der maximal zu erwartenden negativen Signal­ amplitude entsprechende mittlere Lichtpulsamplitude erforder­ lich, und auch bei diesem Verfahren könnte das obengenannte Verfahren der dynamischen Anpassung der mittleren abgestrahlten Lichtamplitude angewandt werden, um Sendeenergie einzusparen, jedoch auch nur mit denselben vorgenannten Nachteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Verfahren zur drahtlosen Tonübertragung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 auf der Sendeseite mit einer möglichst geringen Leistungsaufnahme auszukommen und gleichzeitig Einschwingver­ zerrungen zu vermeiden.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch dieses Verfahren kann die gesamte Sendeenergie auf die informationstragenden Seitenbandschwingungen konzentriert wer­ den, was eine erhebliche Energieeinsparung bedeutet. Die addi­ tive interferenzfreie Übertragung von einer großen Anzahl von Sendestellen bleibt erhalten, und es können keine Einschwing­ verzerrungen entstehen. Außerdem wird die erforderliche Spit­ zensendeamplitude gegenüber dem bekannten Verfahren mit dynami­ scher Lichtträgeranpassung mindestens halbiert, was den Einsatz billigerer Lichtwandler ermöglicht.

Die Subtraktion zweier Pulse gleicher Polarität hat den Vor­ teil, daß ein wesentlicher Störunterdrückungseffekt im nieder­ frequenten Bereich entsteht und somit die abgestrahlten nieder­ frequenten Signalanteile für den Empfang gut genutzt werden können. Dafür kann vorteilhaft gemäß Anspruch 5 der zeitliche Abstand zwischen den beiden Kanalpulsen 1 und 2 klein gehalten werden, damit die Störungen der beiden Kanäle möglichst gleich­ phasig erfaßt werden.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung beispiels­ weise, unter Benutzung der in den Unteransprüchen 3 und 4 ge­ nannten Ausgestaltung, erläutert:

In der Fig. 1 ist eine Sinusschwingung der Toninformation ge­ zeigt, die in herkömmlicher Weise durch ein PAM-Signal abgeta­ stet wird. Bei optimaler Regelung des Mittelwerts der Lichtträ­ geramplitude beträgt die maximale Pulsamplitude zwei Einheiten.

In der Fig. 2 ist ebenfalls eine Sinusschwingung der Toninfor­ mation gezeigt, die aber jetzt nach dem Verfahren der vorlie­ genden Erfindung abgetastet wird. Die positive Halbwelle dieser Sinusschwingung wird gemäß dem gewählten Beispiel in dem in Fig. 3 mit 1 bezeichneten PAM-Kanal übertragen, die negative Halbwelle im mit 2 bezeichneten PAM-Kanal. Die maximale Pulsam­ plitude beträgt eine Einheit bei gleicher Übertragungslautstär­ ke wie nach Fig. 1. Die Höhe der zu den Kanälen 1 und 2 gehören­ den Pulse variiert entsprechend der Aussteuerung durch die Toninformation, was durch die Strichelung angedeutet wurde. Entsprechend einer beispielhaften Ausgestaltung werden die beiden PAM-Kanäle gemäß Fig. 3 zeitmultiplex verschachtelt über­ tragen, wobei es zum Vermeiden von Phasenverzerrungen zweck­ mäßig ist, die Abtastzeitpunkte für positive und negative Si­ gnalanteile der Toninformation zeitgleich zu wählen, und für die Übertragung einen der beiden PAM-Pulse entsprechend zu verzögern. Nach Empfang kann dann durch Verzögern des zum anderen Kanal gehörenden Pulses um dieselbe Zeitspanne die Synchronität wiederhergestellt werden. Die beiden Pulse können dann beispielsweise durch Subtraktion in ein bipolares elektri­ sches PAM-Signal überführt werden, das in bekannter Weise ein­ fach zu demodulieren ist und das Tonfrequenz-Summensignal aller Sendestellen liefert. Mit 3 ist ein von einer zentralen Stelle beispielsweise ausgesendeter Synchronisationspuls bezeichnet, der den Sendestellen in bekannter Weise als Bezugsphase dient.

Die zeitmultiplexe Übertragung der beiden PAM-Kanäle wurde nur beispielsweise gezeigt. Es ist zum Beispiel gemäß Unter­ anspruch 6 ebenso eine Übertragung unter Verwendung verschiede­ ner Lichtwellenlängen möglich. In diesem Fall wäre eine Verzö­ gerung von Signalen nicht erforderlich. Auch dabei tritt der Effekt der Störbefreiung im niederfrequenten Bereich auf, vor­ ausgesetzt, daß die Störungen in beiden Kanälen in gleicher Weise wirken.

Die Beschränkung auf eine Sinusschwingung im beschriebenen Beispiel dient nur der Übersichtlichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert für jeden anderen Verlauf des Tonfre­ quenzsignals ebenso.

Dies und der Vorgang der gesamten Übertragung soll anhand der Fig. 4 bis 8 Schritt für Schritt erläutert werden.

In den Fig. 5 und 6 sind die beliebig angenommenen Signal­ verläufe zweier Sendestellen dargestellt. Gemäß der Voraussetzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sollen diese beiden Signale addiert im Empfänger zur Verfügung stehen.

Die Addition der Signale der Fig. 5 und 6 führt durch einfa­ che punktweise grafische Addition zum Verlauf nach Fig. 4.

Die für die Umsetzung der Signale in die PAM erforderliche Abtastung erfolgt für alle Sendestellen synchronisiert unter Benutzung des in Fig. 3 eingetragenen, mit 3 bezeichneten Synchronisationspulses als Bezugszeitpunkt. In die Fig. 5 und 6 sind die Abtastpulse eingetragen, die - z. B. durch Verzögerung oder mit Hilfe einer PLL (Phasenstarre Schleife) - mit dem Sychronisationspuls verkoppelt sind und die für die Herstellung der PAM benötigt werden, wobei zur Unterscheidung die Abtastpulse in Fig. 5 fett und in Fig. 6 dünn gezeichnet sind. Die Synchronisationspulse sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet.

Gemäß der Erfindung werden die ent­ standenen Abtastpulse in jeder Sendestelle so umgesetzt, daß bei positivem Puls ein zur Höhe proportionales Lichtsignal im Kanal 1 gesendet wird, entsprechend der Kennzeichnung mit 1 in Fig. 3, bei negativem Puls ein zur Höhe proportionales Lichtsi­ gnal im Kanal 2, der in diesem Beispiel (Fig. 7) zeitlich kurz auf den Kanal 1 folgt.

Der erste aus der Fig. 6 stammende, dünn gezeichnete Puls ist positiv, gelangt also in den Kanal 1, der hier zeitlich direkt zusammenfällt mit dem Abtastzeitpunkt, was allgemein gesehen nicht zwangsläufig der Fall sein muß. Der von der anderen Sendestelle stammende erste Puls der Fig. 5 ist ebenfalls positiv, also im Kanal 1 und tritt damit gleichzeitig mit dem Puls der Sendestelle der Fig. 6 auf. Also werden diese Lichtpulse auf der Übertragungsstrecke linear addiert übertragen, d. h. am Empfänger wird ein Lichtimpuls eintreffen, der sich aus der Summe der Einzelpulse zusammensetzt. Das für dieses Verfahren notwendige lineare Verhalten der Sende- und Empfangsstufen ist realisierbar. Fig. 7 zeigt die am Empfänger eintreffenden Pulse. Der resultierende erste Puls ist entspre­ chend zusammengesetzt aus dem jeweils ersten Abtastpuls aus Fig. 5 und Fig. 6. Sobald eines der Sendersignale negativ wird, dies ist bei dem vierten Abtastzeitpunkt der Fall, tritt ein entsprechender Puls im Kanal 2 auf, dies ist in Fig. 7 daran zu erkennen, daß leicht versetzt hinter dem fett gezeichneten, aus der Fig. 5 stammenden Puls, der aus Fig. 6 stammende, dünn ge­ zeichnete Puls erscheint. Die negativen Pulse werden gewisser­ maßen nach oben geklappt und verzögert (in Kanal 2) gesendet. Auf diese Weise sammeln sich alle Pulse aus positiver Pola­ rität in Kanal 1, alle Pulse aus negativer Polarität in Kanal 2. In der Fig. 7 soll als weiteres Beispiel der aus der 10. Abtastung resultierende Puls betrachtet werden, der sich aus zwei negativen - in etwa gleich großen - Amplitudenwerten der Sen­ destellen zusammensetzt, weshalb in Kanal 1 kein Puls auftritt; auch im Abtastzeitpunkt 9, wo das Signal der Fig. 5 zufällig gerade gleich Null ist, ergibt sich nur in Kanal 2 ein Puls, der aus dem negativen Amplitudenwert des Signals der Fig. 6 stammt.

Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 soll nun das durch Überlagerung am Empfänger entstandene Signal des Kanals 1 verzögert werden, um zeitgleich mit Kanal 2 zu werden. Dieses Vorgehen ist in der Fig. 8 zu beobachten. Man betrachte den ersten Puls in dieser Figur, der nun, in der Höhe übereinstimmend mit dem Gesamtpuls in Fig. 7, nach rechts versetzt erscheint. Dies kann leicht durch bekannte Technik erreicht werden. Das Übereinanderschie­ ben der Pulse der Kanäle 1 und 2 kann am besten am vierten Puls beobachtet werden, wo erstmals sowohl in Kanal 1 als auch in Kanal 2 ein Puls vorhanden ist. Nach einer weiteren Forderung des Anspruchs 4 sollen die Pulse der beiden Kanäle danach voneinander subtrahiert werden, wobei es letztendlich unerheb­ lich ist, welcher Puls von welchem Subtrahiert wird, da dies sich nur auf die Phasenlage des Ausgangssignals auswirkt, auf die das Ohr nicht empfindlich ist.

In dem Beispiel der Fig. 8 wird der Puls des Kanals 2 von dem des Kanals 1 subtrahiert. Dies wird dadurch angedeutet, daß der Puls des Kanals 1 nach oben, also in positive Richtung, der des Kanals 2 in negative Richtung gezeichnet ist. Die durch Sub­ traktion gebildeten Pulse liefern eine umhüllende Kurve, die exakt der der Fig. 4 entspricht, also dem Summensignal der Sendestellen. Durch verschiedene bekannte einfache Methoden der Demodulation (z. B. Sample and Hold und Filterung) kann nun diese Umhüllende leicht aus den resultierenden Pulsen gewonnen werden.

Das beschriebene Verfahren auf der Empfangsseite ist nur ein Beispiel und kann gemäß Anspruch 1 variiert werden, so daß sich eine andere Reihenfolge von Demodulation und Subtraktion erge­ ben kann.

Die durch unterschiedliche Abstände zwischen Sendestellen und Empfänger entstehenden Lautstärkeunterschiede stehen einer erfolgreichen Anwendung des Verfahrens nicht entgegen. Falls benötigt, kann in diesen Fällen in bekannter Technik z. B. eine individuelle Leistungsregelung der Sendestellen eingeführt werden. Dazu wird auf die DE 36 27 863 A1 verwiesen, in der ein dafür praktikables Verfahren beispielsweise beschrieben ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur drahtlosen Tonübertragung zwischen mehreren beweglichen Sendestellen und einem oder mehreren Empfängern, bei dem die einzelnen Tonnachrichten additiv überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - von jeder Sendestelle die positiven und negativen Anteile des Tonsignals getrennt auf zwei verschiedenen Kanälen durch Puls­ amplitudenmodulation (PAM) von Licht übertragen werden,
• - daß die zu den positiven Signalanteilen gehörenden Pulse aller Sendestellen auf den einen Kanal und die zu den negativen Signalanteilen gehörenden Pulse aller Sendestellen auf den anderen Kanal synchronisiert sind,
• - daß nach Empfang der auf dem Übertragungsweg durch Überla­ gerung entstandenen zwei PAM-Summensignale das Tonsummensignal aller Sendestellen
  • -- entweder zunächst durch Subtraktion dieser beiden PAM-Sum­ mensignale voneinander und anschließende Demodulation
  • -- oder durch Anwendung mindestens eines Demodulationsschrittes vor der Subtraktion

gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung in positive und negative Signalanteile nicht exakt auf der Nullinie der Tonfrequenzspannung, sondern in ihrer Nähe geschieht (Restträger).

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden PAM-Kanäle zeitmultiplex verschachtelt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der Tonsignale der verschiedenen Sendestellen für positive und negative Signalanteile zeitgleich erfolgt, einer der beiden Pulse jedoch für die zeitverschachtelte Übertragung entsprechend verzögert gesendet wird und nach Übertragung durch Verzögern oder Zwischenspeichern des anderen Pulses die Zeitgleichheit wiederhergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb eines Pulsrahmens die beiden Pulse aus den PAM-Kanälen nicht gleichmäßig in dem zur Verfügung stehenden Zeitfenster verteilt sind, sondern unmittelbar oder mit sehr geringem Abstand aufeinander folgen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden PAM-Kanäle frequenz­ multiplex (spektral) verschachtelt sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Sendestellen zu Gruppen zusammengefaßt sind und daß jeder Gruppe ein eigenes PAM-Kanalpaar zugeordnet ist.