DE4326997C1 - Verfahren für die mehrstufige Codierung von Information - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit mehrstufigen bzw. mehrwerti­ gen Codierungen.

Solche mehrwertige Codierungen wie Amplituden-Phasen-Frequenzcodierungen sind an und für sich bekannt. Der Zweck solcher mehrstufiger Codierungen ist in der Zeiteinheit mehr an Information zu übertragen. Am Beispiel ei­ ner binären und duobinären Codierung soll dies verdeutlicht werden. Für die Darstellung von 8 Zahlen benötigt die binäre Codierung ein Codewort mit 3 Bit, dagegen benötigt man für die Darstellung von 9 Zahlen bzw. Zif­ fern bei einer ternären Codierung nur 2 Digits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen sehr effektiven mehrstufi­ gen Code darzustellen. Ein solcher wird in der Weise zustandegebracht, in­ dem die Codierung von Information eines oder mehrerer Kanäle durch einen Kombinationscode dergestalt erfolgt, indem bei solchen Kombinationsglie­ dern, bei denen kein eindeutiges Stufenkriterium für die Auswertung vor­ handen ist, wie z. B. bei Phasenstufen und/oder bei Stufen durch die Zahl von Perioden dargestellt, als Kennzustandskriterium eine zusätzliche Redun­ danzamplitudenstufe vorgesehen wird. Dadurch ist es möglich, zugleich auch Amplitudenstufen beim Kombinationscode zu verwenden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Diese stellen dar:

Fig. 1 Ein unipolarer Phasen/Amplitudencode

Fig. 2 Ein bipolarer Phasen/Amplitudencode

Fig. 3 Ein Code für die quadraturmodulierte Übertragung mit Einschwing- Zonen für den Summenwechselstrom

Fig. 4 Darstellung eines Phasensprunges durch die Summierung von kleinen Phasensprüngen

Fig. 5 Ein Phasen/Zahl-der-Perioden-Code

Fig. 6 Prinzipschaltbild zur Erzeugung phasenverschobener Wechselströme

Fig. 7 Eine quadraturmodulierte Übertragung von Treppensignalen zweier Kanäle mit Einschwingzonen

Fig. 8 Darstellung der Quadraturamplitudenmodulation

Fig. 9 Codemultiplexe Zusammenfassung von Kanälen

Fig. 10 Prinzipschaltungen für die Erzeugung von Phasen/Amplitudenstufen und Übertragung zweier solch codierter Kanäle auf dem Prinzip der QAM

Fig. 11 Darstellung eines duobinären Amplitudencodes mit drei Soll-Amplitudenstufen

Fig. 12 Vektordiagramm der QAM.

In der Fig. 1 ist ein unipolarer Phasen/Amplitudencode dargestellt. Er besteht aus den 3 Phasenstufen Ph, -Ph, +Ph und aus 2 Amplitudenstufen 0,1 die 3. Amplitudenstufe ist keine aktive, sondern eine Redundanzstufe zur Kennzeichnung einer Phasenkennzustandsänderung. 1 bis 13 sind die Takte, der Abstand derselben entspricht der normalen Periodendauer bzw. Phase Ph, diese ist mit n bezeichnet. Die Phase von -Ph sind 3 Einheiten und die von +Ph 5 Einheiten, die Normalphase sind 4 Einheiten. Der Code ist in Form von Treppensignalen dargestellt. Die Codierung beginnt im Beispiel mit PH0, also Normalphase/Amplitude 0. die folgende Codierung ist -Ph0, Amplitude 0, da keine Kennzeichnung für die Phasenänderung vorhanden ist, muß eine Amplitudenänderung diese anzeigen, also sozusagen wird die Re­ dundanzstufe herangezogen. Diese Änderung wird durch die Amplitudenstufe 1 markiert. Würde z. B. gleichzeitig die Amplitudenstufe 1 vorgesehen, so müßte dies durch eine Änderung von 2 Amplitudenstufen gekennzeichnet wer­ den. Da -Ph durch 3 Einheiten markiert wird, muß dies auch wieder mar­ kiert werden, d. h. in Abhängigkeit, ob das folgende Codeelement die Ampli­ tudenstufe 0 oder 1 hat, wird auf die Amplitudenstufe 0 oder 2 geschal­ tet. Im Beispiel hat das folgende Codeelement dieselbe Phase -Ph und denselben Amplitudenwert 0. Wenn also die normale Periodendauer mit 4 Einheiten beibehalten wird, bedeutet dies, daß die Phasenverschiebung von -Ph weiterhin gilt. Das nächste Codeelement hat die Phase -Ph und die Amplitude 1, also -Ph1, d. h. die Amplitudenänderung geht von 0 auf 1 und da sich die Phase nicht ändert, ist die Periodendauer wieder 4 Einheiten. Beim nächsten Codeelement ändert sich nur die Amplitudenstufe von 0 auf 1, die Phase ist dieselbe. Beim folgenden Codeelement ändert sich die Phase von -Ph auf +Ph und die Amplitude von 0 auf 1. Dies wird gekennzeichnet durch 2 Amplitudenstufen und durch 6 Einheiten und zwar + 1 Einheit zur Erlangung der Normalphase und eine Einheit zur Erlangung der + Phase. Wür­ de man nur eine Amplitudenstufe erhöhen, so würde man damit nur die Am­ plitudenstufe 0 kennzeichnen. Da die nächsten beiden Codeelemente die +Ph Phase und die Amplitudenstufe 1 beibehalten, ist nach den 6 Einheiten nur eine Amplitudenänderung auf 1 erforderlich. Das folgende Codeelement ist -Ph0. Von der +Ph-Phase ist -Ph um 2 Einheiten entfernt, die Änderung darf daher nur 2 Einheiten betragen. Diesmal wird mit der Amplitudenstufenände­ rung auf 0 gleichzeitig auch die Phasenänderung angezeigt. Bei einer Ampli­ tudenänderung auf 1 würde die gestrichelte Linie gelten. Das nächste Code­ element ist Ph0, d. h. es muß 5 Einheiten lang sein. Eine Änderung des Am­ plitudenwertes erfolgt nicht. Bei einer Amplitudenstufenänderung auf 1 müßte die Amplitudenstufe 2 angeschaltet werden. Dies ist beim nächsten Codeelement Ph1 der Fall. Beim Empfänger müssen natürlich die Einheiten n mit dem Sender synchronisiert werden. Als Impulse können natürlich auch Wechselstromimpulse vorgesehen werden. Auf die Erzeugung dieser Treppen­ signale wird bei der Beschreibung der Fig. 10 eingegangen.

Welche Kombinationen sind nun durch diesen Code möglich? 2 verwertbare Am­ plitudenstufen und 3 Phasenstufen stehen je Codeelement zur Verfügung. Die Basis ist 6. bei 2 Stellen sind 6 hoch 2 = 36 Kombinationen, bei 3 Stellen 6 hoch 3= 216 Kombinationen usw. Man kann nun 2 solcher Kanäle für die Codierung vorsehen und diese dann 2 gleichfrequenten Trägern, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, aufmodulieren. Für die Übertragung werden die beiden Träger dann addiert. Für die Auswertung auf der Empfangsseite ist dann eine Bezugsphase, wie beim Farbfernsehen der Burst, erforderlich. Die Basis ist dann 12. Das Prinzip dieser QAM-Übertragung und ein Vektor­ diagramm sind in den Fig. 8 und 12 dargestellt, die später beschrieben wer­ den. Auch die Methode des Patentes DE 29 38 776 kann durch die vorliegende Erfindung erweitert werden. In diesem Patent werden die Zeichen durch eine vorbestimmte Codekombination aus zwei oder mehreren ein, zwei oder mehrstelligen Kennabschnitten, die seriell oder/und parallel angeor­ dnet sein können, gebildet. Die Codierung erfolgt dabei durch die Zahl der Kennabschnitte, durch die in ihnen enthaltenen Codeelemente (Schritte) und durch die örtliche Lage der Kennabschnitte.

In der Fig. 2 ist eine bipolare Anordnung der Treppensignale, so daß die Stufenzahl wesentlich erhöht wird. Die Amplitudenstufen sind dann mit 0/-0, 1/-1 bezeichnet. Allerdings können bei einer QAM-Übertragung von 2 derartigen Kanälen Phasensprünge von über 300° vorkommen. Eine Methode, bei der Phasenfehler zum großen Teil kompensiert werden, ist in der Fig. 7 dar­ gestellt. In den Fig. 7a und 7b sind 2 Treppenimpulsfolgen P1, P2, P3, . . dar­ gestellt, die 2 Trägerwechselströmen der Fig. 7c und 7d aufmoduliert wer­ den. Die beiden Träger werden in der Folge summiert (Fig. 7e). Ein Wech­ selstrom, der die Bezugsphase aufweist, entsprechend dem Burst beim Farb­ fernsehen, ermöglicht beim Empfänger in bekannter Weise die Auswertung der Information. - Die beiden Trägerwechselströme beim Sender sind gegeneinan­ der um 90° phasenverschoben. - Jedem Treppensignal wird dabei vorzugswei­ se ein ganzzahliges Vielfach von Perioden der Träger zugeordnet. Die Aus­ wertung der Phasenlage erfolgt dabei erst bei der letzten bzw. einer der letzten Perioden des Summenwechselstromes. In der Fig. 7 haben die Treppen­ signale dieselbe Periodendauer, auch der Abgriff beider Signale ist syn­ chron. Aus der Fig. 7d geht hervor, daß jeweils 3 Perioden auf eine Perio­ dendauer eines Treppensignales treffen (3P). Man kann auch die Codeelemen­ teänderungen so legen, daß noch für Einschwingvorgänge beim Summenwechsel­ strom Zeit vorhanden ist. An Hand der Fig. 3a wird dies erläutert. Einem Codeelement sind in diesem Beispiel 4 Einheiten zugeordnet, 1, 2, 1-1, 2, 1, . . In der Zeit 2 erfolgt keine Änderung, so daß dann diese Zeit für Einschwing­ vorgänge zur Verfügung steht. Wie in der Fig. 1 sind Codeelemente -Ph, Ph kund +Ph vorgesehen, d. h. Phasensprünge entsprechend den Periodendauerände­ rungen -1 und +1. In der Fig. 1 ist beim Abstand 9 der kleinste mögliche Ab­ stand zwischen Änderungen dargestellt. Bei einer QAM-Übertragung ist es deshalb zweckmäßig die Takte 1-13 bzw. n1, bis n13 bei beiden Treppen­ signalfolgen zu synchronisieren. Sind die Trägerfrequenzen ein Vielfaches der Taktfrequenz ist zwischen Änderungen immer Zeit für Einschwingvorgänge. Man kann die Stufenzahl noch dadurch erhöhen, indem man z. B. die Perioden­ dauern, im Beispiel der Fig. 1, -Ph, Ph, +Ph in vorbestimmte Zahlen von Impul­ sen oder Perioden unterteilt, z. B. bei Fig. 3b J1-Jn, bei einer Stufe sind es für die Periodendauer Ph 5 Impulse , eine andere Stufe ist dann z. B. 10 Impulse. Die Erzeugung kann dabei mit einer Schaltung entsprechend der Fig. 10 erfolgen. Außerdem können z. B. weitere Stufen gebildet werden, wenn ein Codeelement aus 2 oder mehr Periodendauern gebildet wird, z. B. in Fig. 1, 2/3, 4/5, usw.

In der Fig. 5 ist das Prinzip einer weiteren Codiermethode dargestellt. Die Stufen werden hier durch eine Vielzahl von Perioden in Verbindung mit Phasenstufen und Amplitudenstufen, wobei auch das Prinzip der Redundanz­ stufe der Fig. 1 mit vorgesehen ist. Die Stufen sind hierbei 100 Perioden mit Normalphase, voreilender und nacheilender Phase, und mit Amplituden­ stufen 0 und 1. Die Redundanzstufe dient wieder zur Kennzeichnung einer Phasen- bzw. Periodenzahländerung. Dasselbe gilt für 50 und 75 Perioden. In der Fig. 4 ist das Prinzip der Summierung von kleinen Phasensprüngen zu einer Phasenstufe dargestellt. Wird z. B. die Normalperiodendauer T auf eine Periodendauer T1 reduziert, was z. B. 10° entspricht, so kommt bei 4 Periodendauern ein Phasenunterschied gegenüber dem Wechselstrom mit der Periodendauer T von 40° zusammen. Auf dieser Basis erhält man z. B. in der Fig. 5 die vor- und nacheilenden Phasensprünge. Die Auswertung auf der Empfangsseite erfolgt wieder mit einer Bezugsphase (z. B. Burst).

Wenn ein Codeelement aus 2 oder mehr Periodendauern gebildet wird, kann aus der seriellen Lage der Periodendauern weitere Stufen gebildet werden. In der Fig. 6 ist eine Prinzipschaltung zur Erzeugung von phasenverschobe­ nen Wechselströmen dargestellt, wie sie z. B. bei der QAM benötigt werden. Alle Ausgänge eines Zählgliedes Z bilden die Zeit einer Halb- bzw. Perio­ dendauer von Rechteckimpulsen. Werden nun bei 100 Ausgängen beim 75. und 100. Ausgang elektronische Relais ER3 und ER4 gesteuert, so ist der Ab­ stand der in den ER-Relais erzeugten Impulsfolgen 90°. Die Frequenz die­ ser Impulsfolgen wird durch die Steuerfrequenz für das Zählglied bestimmt. Im Oszillator Osc werden die Steuerimpulse erzeugt und über das Gatter G an das noch Beginnpotential über B geschaltet und an das Zählglied ge­ führt. Im Beispiel werden noch an den Ausgängen 25 und 50 weitere phasen­ verschobene Wechselströme erzeugt. Die Filter Fi1 bis Fi4 sorgen dafür daß die Rechteckimpulse sinusförmig werden. Durch Oberwellenaussiebung Fi0 kann man noch höherfrequente Wechselströme erzeugen.

In der Fig. 8 ist das Prinzip der QAM, also die Addition von gleichfrequen­ ten Wechselströmen dargestellt. V und U sind die beiden um 90° phasenver­ schobenen Wechselströme. Man sieht hieraus, daß beim Nulldurchgang von V der Wechselstrom U den Amplitudenwert UA aufweist. Beim Nulldurchgang von U hat der Wechselstrom V den Amplitudenwert. Dies wird in bekannterweise bei der Auswertung auf der Empfangsseite mit Hilfe einer Bezugsphase ausgenützt. Die beiden Wechselströme können dann durch Messung der Amplituden wieder getrennt werden. Der Summenwechselstrom SU hat dieselbe Frequenz wie die Wechselströme U und V.

In der Fig. 9 sind 5 binärcodierte Kanäle dargestellt. Mit einer mehrstufi­ gen Codierung z. B. mit 10Bit könnte man die Binärcodeelemente I+II mit ei­ nem mehrstufigen Codeelement codieren. Man könnte auch vom Kanal 1 10 se­ riell angeordnete Binärcodeelemente mit einem mehrstufigen 10 Bit Codeelement übertragen.

In der Fig. 11 ist ein duobinärer Impulscode dargestellt. Die Sollgröße der Impulse ist 1/3, 2/3 und 3/3. Schraffiert eingezeichnet sind die Größe von Störungen S. Die reale Impulsgröße liegt dann bei 1/6, 3/6 und 5/6. Auch bei der Funkübertragung dürfte, wie aus der Fig. 11 ersichtlich ist, die in der Fig. 1 mitverwendete duobinäre Amplitudencodierung keine Schwie­ rigkeiten machen.

In der Fig. 12 ist ein Vektordiagramm für die QAM dargestellt, mit der 2 unipolare Impulsfolgen entsprechend der Fig. 1 übertragen werden. Man sieht hieraus, daß die Phasenverschiebung des Summenwechselstromes nur von SU3 bis SU4 geht. Die Einschwingvorgänge sind hier wesentlich kleiner als wenn Phasensprünge bis beinahe 360° entstehen wie z. B. bei einem bipolaren Phasen- Amplitudencode der Fig. 2.

In der Fig. 10 ist die Prinzipschaltung für die Erzeugung von Codeelemen­ ten wie sie in der Fig. 1 verwendet werden. Im Zählglied Z werden die Pe­ riodendauern in Verbindung mit dem Codierer Cod festgelegt. Die größte vorkommende Periodendauer tritt beim Takt 6 auf. Hierfür ist der Ausgang Z2 vorgesehen. Der Einfachheit halber werden für die 6 Einheiten 60 Aus­ gänge verwendet. Im Codierer Cod wird immer festgelegt welcher Ausgang aufgrund des Codes markiert werden muß. Bei 6 Einheiten wird an g2 ein solches Potential angelegt, daß in Zusammenwirken mit dem Z2-Potential das Gatter G2 wirksam wird. Damit wird dann am elektronischen Relais ER1 das Ende der 6 Einheiten markiert. Vom Codierer wird zugleich über A zu ER1 ein Kennzeichen am Impulsanfang gegeben, daß der Impuls 6 Einheiten die Amplitude 2 (A)⁺⁺⁺ erhält. Im Beispiel sind dann einer Einheit 10 Aus­ gänge am Zählglied zugeordnet. Wenn mehrere gleiche Codeelemente in der Folge vorkommen, so wird dies vom Codierer über A unmittelbar zu ER1 ge­ geben, so daß dann keine Amplitudenänderung durchgeführt wird. Bei 5 Ein­ heiten wird vom Codierer Cod über g3 das Gatter G3 wirksam geschaltet, d. h. der Treppenimpuls wird dann verändert. Mit dem 1. Steuerimpuls am Zähl­ glied nach der Rückschaltung, die jeweils über das Gatter 4, R erfolgt, wird über A für den jetzt beginnenden Treppenimpuls die jeweilige Ampli­ tude an ER1 markiert. Auf diese Weise ist es möglich über die Zählglied­ ausgänge alle Periodendauern in Verbindung mit dem Codierer zu steuern, während die Steuerung der Amplitudengröße unmittelbar vom Codierer am elektronischen Relais ER1 vorgenommen wird. Auch die Kleinimpulse der Fig. 3b J1-Jn können mit den Ausgängen in Verbindung mit dem Codierer ge­ steuert werden. Sollen 2 Treppenimpulsfolgen nach der Fig. 1 z. B. auf der Basis der QAM übertragen werden, so ist eine 2. Schaltung mit ER2 erfor­ derlich. Die am Ausgang der ER-Relais auftretenden Treppenimpulsfolgen werden dann den Modulatoren MO1 und MO2 zugeführt. Über den Generator G erhalten sie dann die Trägerwechselströme, der eine um 90° phasenverscho­ ben. Vom Modulator gehen beide an den Addierer und als Summenwechselstrom auf den Übertragungsweg.

Claims (8)

1. Verfahren für die mehrstufige Codierung von Information, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Codierung von Information durch einen mehrstufi­ gen Kombinationscode dergestalt erfolgt, daß bei nicht eindeutigen Ände­ rungen der Stufenkriterien, wie z. B. bei Phasenstufen und/oder Zahl von Perioden als Stufen, als Kennzustandsänderungskriterium eine zusätzliche Redundanzamplitudenstufe in der Weise vorgesehen wird, indem diese unmit­ telbar (Fig. 1, n1- Ph0/-Ph0) und mittelbar durch die Summe (Fig. 1, 5/6, -Ph0/+Ph1) oder Differenz von Amplitudenstufen unter Einbeziehung der Re­ dundanzamplitudenstufe die Kennzustandsänderung markieren.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei einem den Parameter Phase enthaltenden Kombinationscode, beispielsweise bei einem Amplituden/Phasencode, dadurch gekennzeichnet, daß die Information unipolar oder bipolar zu Treppenimpulsen in der Weise um­ gewandelt wird, indem die Phasen durch unterschiedliche Periodendauern dargestellt werden (Fig. 1, -Ph, Ph, +Ph), wobei bei gleichbleibenden Phasen­ stufen in der Folge nur mit der 1. Periodendauer die Phasenlage der Folge bestimmt wird und die übrigen Phasenstufen wieder die Periodendauern der Normalphasenlage erhalten (Fig. 1, 2/3/4/5 - -Ph, -Ph, -Ph, -Ph).

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der codierten Information 2 Kanäle gebildet werden, die für die Übertra­ gung je einem Träger derselben Frequenz, die gegeneinander um 90°phasen­ verschoben sind, aufmoduliert werden (Fig. 10, M01, M02) und daß die modu­ lierten Träger addiert werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Treppenimpulse weitere Stufen gelegt werden, beispielsweise eine unter­ schiedliche Zahl von Impulsen (Fig. 3b, J1 . . . Jn).

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenimpulse so angeordnet sind, daß zwischen Änderungen beider bzw. eines der Treppenimpulse der Folgen immer eine vorbestimmte Zahl von Peri­ oden der Träger liegen (Fig. 7d, 3P, Fig. 3a, 2).

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationscode aus einer unterschiedlichen Vielzahl von Perioden in Ver­ bindung mit voreilenden oder nacheilenden oder keinen Summen von Phasen­ stufen/Amplitudenstufen gebildet wird (Fig. 5).

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationscode aus 2 oder mehreren ein, zwei oder mehrstelligen Kenn­ abschnitte besteht, wobei die Codierung durch die Zahl und örtlichen Lage der Kenn­ abschnitte ihrer Länge und Amplitudengrößen gebildet wird.

8. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufenvermehrung dadurch erfolgt, indem 2 um 90° phasenverscho­ bene Träger vorgesehen werden, die für die Übertragung addiert werden, auf die jeweils eine Stufenfolge (Fig. 1) derselben Stufencodierung aufmo­ duliert wird, wobei die Codeelemente auch aus zwei- oder mehrstelligen Kennab­ schnitten bestehen können.