DE812441C

DE812441C - Kodierungsvorrichtung fuer Impuls-Kodemodulation

Info

Publication number: DE812441C
Application number: DEN191A
Authority: DE
Inventors: Christopher Edmund Gerv Bailey
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1948-11-26
Filing date: 1949-11-24
Publication date: 1951-08-30
Also published as: GB648587A; US2647238A; FR1002679A; BE492403A; CH277505A

Description

Zur Erhaltung eines besonders günstigen Signalgeräuschverhältnisses bei der Übertragung von Signalen, z. B. Telephoniesignalen, durch Impulsmodulation ist es bekannt, Impulsmodulation unter Anwendung eines Impulsgruppenkode zu verwenden.

Für diese Weise der Signalübertragung, im nachfolgenden als Impulsgruppenkodemodulation bezeichnet, ist die kombinierte Anwendung einer Quantelung der Zeit und der Amplitude im Zusammenhang mit einem Impulsgruppenkode kennzeichnend.

Die Anwendung einer Zeitquantelung bedeutet hier, daß nur Impulse ausgesandt werden, die sich mit Impulsen einer Reihe von Äquidistanzimpulsen decken. Folglich können an der Empfangsseite durch zeitmäßige Verschicbungen der empfangenen Impulse eingeführte Übertragungsfehler durch Anwendung von Impulsregeneratoren, denen etwa Amplitudenschwellen- und Amplitudenbegrenzungsvorrichtungen vorgeschaltet sind, praktisch beseitigt werden. Insbesondere bei der Übertragung von Signalen über mehrere Relaissender stellt dies einen besonderen Vorteil dar, der bei anderen Impulsmodulationsarten, z. B. Impulsphasenoder Impulsfrequenzmodulation, nicht vorliegt.

Während bei anderen üblichen Modulationsweisen jeder innerhalb bestimmter Grenzen liegende, im übrigen aber beliebige Augenblickswert des Signals übertragen werden kann, lassen sich bei der Anwendung von Amplitudenquantelung unter Verwendung eines Impulsgruppenkode nur eine beschränkte Zahl von Amplitudenpegel übertragen, z. B. 32 bzw. 128 bei Anwendung eines 5-Einheiten- oder 7-Einheitenkode.

Das zu übertragende Signal wird hierbei in äquidistanten Zeitpunkten abgetastet, jedoch an Stelle der in diesen äquidistanten Zeitpunkten auftretenden Augenblickswerte des Signals wird jeweils der nächstliegende der 32 oder 128 übertragbaren Amplitudenpegel auf besondere Weise übertragen. Der zu übertragende Pegel wird in einem Kodeimpulsgruppenmodulator kodiert, d. h. bei Anwendung eines 5-Einheitenkode wird eine diesen Pegel kennzeichnende, aus »o höchstens 5 gleichen und äquidistanten Impulsen zusammengesetzte Kodeimpulsgruppe erzeugt, die übertragen wird. Das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines oder mehrerer Impulse einer Kodeimpulsgruppe kennzeichnet dabei den Amplitudenpegel und somit annähernd den Augenblickswert des Signals. Die ausgesandten Impulsgruppen sind äquidistant und haben eine Wiederholungsfrequenz (Zyklusfrequenz), die z. B. mehr als das Zweifache der höchsten zu übertragenden Signalfrequenz ist.

»ο Da die Impulse sehr kurz, z. B. ¹I₅ bis ι μ Sek., sein können, kann eine größere Zahl von Sprechkanälen in zeitlicher Verteilung zwecks Übertragung auf einer einzigen Trägerwelle vorgesehen werden. Vorzugsweise wird eine Ultrahochfrequenzträgerwelle verwendet.

Als Kode läßt sich ein binärer Kode verwenden. Bei dem normalen binären Kode mit höchstens 3 Impulsen je Kodegruppe stellt z. B. der erste Impuls einen Amplitudenwert 4 und der zweite und dritte Impuls einen Wert 2 bzw. 1 dar.

Mit einem solchen 3-Einheitenkode können sieben verschiedene Augenblickswerte der Signalspannung neben dem Wert 0 signaliert werden. Die vorliegende Erfindung wird an Hand eines Systems erläutert, in dem ein solcher 3-Einheitenkode Anwendung findet, aber es ist einleuchtend, daß durch eine Erhöhung der Einheitenzahl je Kodeimpulsgruppe jeder gewünschte Annäherungsgrad einer ununterbrochenen Reihe von Signalspannungswerten erhalten werden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutet der Ausdruck Elementperiode die Zeit an, die einem Element, d. h. einem Impuls mit darauffolgendem Intervall, in einer Kodegruppe zugewiesen ist, und der Ausdruck Kodegruppenperiode deutet die Zeit an, die einer vollständigen Kodegruppe zugewiesen ist. So wird bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Kodegruppenperiode das Dreifache einer Elementperiode sein.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Kodierungsvorrichtung für die zu übertragenden Signale. Geeignete Senderausführungen und dabei zu verwendende Multiplexmittel sowie weitere Einzelteile für Impulskodemodulationssysteme werden dem Fachmann bekannt sein und sind in Bell System Technical Journal vom Juli 1947 S. 396 und vom Januar 1948 S. 1, 44 und anderswo beschrieben.

Bei einer bekannten Kodierungsvorrichtung für Impulskodemodulationstelephonie wird eine Kathodenstrahlröhre mit einer Kodierungsmaske verwendet.

Eine solche Vorrichtung ist von Bedeutung bei der Anwendung von Kodegruppen, die eine größere Zahl von Einheiten enthalten, so daß die Augenblickswerte der Signalspannung in einer größeren Zahl von Quan-

telungsstufen fein unterteilt werden können. Wenn z. B. die Kodegruppen je 7 Elemente enthalten, sind 128 Stufen vorhanden. Für manche Zwecke aber, wie bei Verbindung für militärische oder Polizeizwecke, genügt eine viel gröbere Unterteilung, z. B. von 8 Stufen oder 16 Stufen, und Kodegruppen von je 3 Elementen oder 4 Elementen werden eine hinreichende Übertragungsqualität ergeben. In solchen Fällen kann sich eine Ersparnis und Vereinfachung ergeben durch Ersatz der obenerwähnten Kathodenstrahlröhre durch andere Mittel, z. B. einen Kreis, der aus Gleichrichtern und anderen einfachen Teilen zusammengesetzt ist. Die Erfindung bezweckt, eine solche einfachere Kodierungsvorrichtung zu schaffen. Eine Kodierungsvorrichtung nach der Erfindung zur Umsetzung von Signalen in diese kennzeichnenden Kodeimpulsgruppen ist dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über einen im Rhythmus der zu erzeugenden Kodeimpulsgruppen getasteten Tastenkreis einen mit einem Ableitungswiderstand versehenen Kondensator auf eine dem Augenblickswert des Signals entsprechende Spannung auflädt, wobei die Kondensatorspannung einen ersten Gruppenmodulator steuert. ·*

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. ι schematisch einen Kodeimpulsgruppenmodulator und

Fig. 2 einen zugehörigen Eingangskreis nach der Erfindung darstellt.

Die Sprech- oder Modulationsspannungen werden an die Eingangsklemmen M (Fig. 2) eines nachfolgend zu beschreibenden Kreises gelegt, der durch Synchronisation oder Kanalimpulse derart gesteuert wird, daß der Augenblickswert der Eingangsspannung jeweils am Anfang jeder Kodeimpulsgruppenperiode getastet wird. Außerdem ist der Kreis derart bemessen, daß die Ausgangsspannung E während der darauffolgenden Kodeimpulsgruppenperiode exponentiell abnimmt, wenn auf einem diesem Tastwert entsprechenden Pegel angefangen wird.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jede Kodeimpulsgruppe aus höchstens drei Impulsen zusammengesetzt, und die Geschwindigkeit der Abnahme der Ausgangsspannung E ist derart, daß die Spannung E während jeder Elementperiode halbiert wird.

Wenn z. B. die Signalspannung zwischen 0 und no 80 Volt wechselt, so kann deren Augenblickswert im Tastaugenblick in 8 Stufen unterteilt werden, welche von 7 bis 0 numeriert sind, wie in der Spalte A der Tabelle 1 angegeben. Die erste Stufe umfaßt sämtliche zwischen 60 und 70 Volt liegenden Augenblickswerte, die zweite Stufe sämtliche zwischen 70 und 60 Volt liegenden Werte usw., wie in der Spalte B der Tabelle angegeben. Der Wert von E beim Anfang einer Kodegruppenperiode oder zur Zeit des ersten Impulses einer Kodegruppe wird in einer der in der Spalte B angegebenen Stufen liegen. Infolge der exponentiellen Abnahme aber wird der Wert von E gegen den Augenblick des Auftretens des zweiten Impulses bis zur Hälfte herabgesunken sein. Die dann auftretenden Werte sind in der Spalte C angegeben, so daß ein Tastwert, der ursprünglich zwischen 80 und 60 Volt lag,

im Augenblick des zweiten Impulses zwischen 40 und 30 Volt liegen wird. Zur Zeit des dritten Impulses der Kodegruppe wird E von neuem halbiert sein und zwischen 20 und 15 Volt liegen. Dieser Wert wird daher in die Stufe 20 bis 10 Volt der in der Spalte D angegebenen zwei Stufen fallen.

S	Wert der	Modulationsspannung E im Moment von	3· Element impuls	Kodeelemente	I.	2.	3·	Kodekombination f
7	I. Element impuls	2. Element impuls		I			III
6	80—70	40—30	20—10	O		I	on
5	70—60	30—20		I	0	0	ΙΟΙ
4	60—50	20—10		O	I	G	001
3	50—40	10— 0	D	I		no
2	40—30	C	O		ΟΙΟ
I	30—20	I	E F	100
O	20—10	O	000
A	IO— O	H
B

Die Schaltung nach Fig. 1 ist derart, daß der Kodegruppenimpuls an die Ausgangsklemmen SE weitergegeben wird, wenn im Augenblick, in dem dieser Impuls an den Klemmen EP ankommt, der Wert von E an den Klemmen MV zwischen 80 und 70 Volt, 60 und 50 Volt, 40 und 30 Volt oder 20 und 10 Volt liegt; in der Tabelle mit 1 bezeichnet. Wenn aber die Spannung E zwischen 70 und 60 Volt, 50 und 40 Volt, ■30 und 20 Volt oder 10 und 0 Volt liegt, wird der Impuls unterdrückt; in der Tabelle mit ο bezeichnet. Drei zusammen eine Kodegruppe bildende Impulse, wie in der Spalte H angegeben, kennzeichnen daher durch ihre Anwesenheit oder Abwesenheit eine der in der Spalte A angegebenen Stufen.

Diese Ergebnisse werden wie folgt erreicht: Konstante Gleichspannungen sind an die Klemmen P₁, P₂, P₃, P_x gelegt, so daß diese Klemmen Potentiale von 80, 20, 70 bzw. 10 Volt gegen Erde aufweisen. Drei gleiche Widerstände Tf₁, welche von Kapazitäten C₁ überbrückt sind, sind zwischen die Klemmen P₁ und P₂ geschaltet, so daß Spannungen von 80, 6o, 40 und 20 Volt an den Anoden von vier Dioden d_v d₂, d₃, if₄ auftreten. Auch sind gleiche Widerstände R₃, welche von Kapazitäten C₃ überbrückt sind, derart angebracht, daß Spannungen von 70, 50, 30 und 10 Volt an den Kathoden eines zweiten Diodensatzes d_h, d_e, d₇, d_g auftreten. Wenn sodann die Augenblicksspannung E an den Klemmen MV zwischen 80 und 70 Volt liegt, werden die Dioden d_x und d₅ beide leitend, so daß ein sehr kurzer Impuls mit einem Scheitelwert von 1 oder 2 Volt, der in einer von zwei Sekundärspulen des Transformators T₁ von einem an die Klemmen EP gelegten Elementimpuls induziert

wird, über die Leitung P₁ zu dem Transformator T₂ geht, so daß an den Ausgangsklemmen SE ein Impuls auftritt, der nach einem Impulserneuerer oder Regenerator geleitet werden kann, und darauf ausgesandt wird.

Wenn aber die Spannung E zwischen 70 und 60 Volt liegt, ist kein wirksamer Übertragungsweg für einen Impuls von Transformator T₁ zum Transformator T₂ vorhanden. Wenn daher ein solcher Wert von E im Augenblick auftritt, in dem ein Elementimpuls die Klemmen EP erreicht, passiert kein Impuls, und an den Ausgangsklemmen SE wird ein unterdrückter Elementimpuls festgestellt. Wenn die Spannung E zwischen 60 und 50 Volt liegt in dem Augenblick, in dem ein Elementimpuls ankommt, ist ein Übertragungskreis p₂ mit Dioden d₂ und d_e wirksam, und ein Impuls tritt an den Klemmen SE auf. Auf ähnliche Weise sind Ubertragungskreise p_s, p_t bei einer Spannung E zwischen 40 und 30 Volt und zwischen 20 und 10 Volt wirksam, bei den übrigen Bereichen aber unwirksam.

Widerstände R₂ und eine Kapazität C₂ sind vorgesehen zwecks Vermeidung einer Übertragung von Impulsen über Diodenpaare, die nicht zusammengehören. Ein Wert von z. B. 65 Volt für die Spannung E öffnet die Dioden d_x und d₆, aber dieser Weg ist für die kurzen Impulse kleinerer Amplitude, die über die Klemmen EP zugeführt werden, nicht wirksam, vorausgesetzt, daß der Entkopplungsentladekreis C₂, R₂ passend bemessen ist. Wenn die Kapazitäten der Diode zu Schwierigkeiten Anlaß geben, können Neutrodynkapazitäten C_n verwendet werden.

Die Weise, auf welche die Augenblickssignalspan-

nung getastet wird, und auf welche die erforderliche Abnahmegeschwindigkeit der obenerwähnten Spannung E mitgeteilt wird, wird an Hand von Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert.

Die Modulations- oder Sprechspannung wird an die Eingangsklemmen M einer Kathodenfolgeröhre V₁ gelegt, so daß eine der Sprechspannung proportionale .Spannung über den Kathodenwiderstand R₆ auftritt. Positive Synchronisierimpulse werden an Klemmen CP gelegt, in der Weise, daß Dioden D₁, D₂ am Anfang jeder Kodeimpulsgruppenperiode einen Moment leitend werden. Ein Widerstand .R₅ liegt in Reihe mit der Diode D₂ und deren Widerstand ist viel kleiner als derjenige eines mit R_A bezeichneten Widerstandes, jedoch viel größer als derjenige des Kathoden Widerstandes R_e. Da der Widerstand R₅ einen hohen Wert hat gegenüber dem Widerstand des Kreises D₂, D₁, R₅, tritt der größte Teil der Spannung des an CP angelegten Steuerimpuls als Spannungsabfall über R₅ auf, während der obere Belag der Kapazität C₄ das Potential des stromführenden Endes des Kathodenwiderstandes R_t übernimmt.

Die der Klemme CP zugeführten Impulse treten jeweils am Anfang jeder Kodeimpulsgruppenperiode auf, d. h. einmal für je drei der den Klemmen EP in Fig. ι zugeführten Kodegruppenimpulse. Nach Beendigung eines den Klemmen CP zugeführten Steuerimpulses werden die Dioden D₁, D₂ gesperrt. Am Kondensator C₄ entsteht dann der Tastwert der zu kodierenden Signalspannung, die über den Klemmen MV die Schaltung nach Fig. 1 steuert. Dieser Tastwert ist wegen seiner Höhe maßgebend für das Durchlassen oder Nicht durchlassen des ersten Impulses einer Kodegruppe von Eingangsklemmen EP nach Ausgangsklemmen SE auf die bereits beschriebene Weise. Der Wert der Spannung E über die Kapazität C₄ weist nach den Sperren der Dioden D₁ und D₂, wenn vom Tastwert ausgegangen wird, eine exponentiell Abnahme auf infolge der Entladung des Kondensators über den Widerstand 7?₄, der derart bemessen ist, daß der Wert der Kondensatorspannung E während jeder Elementperiode halbiert wird. Das zweite und das dritte Signalelement wird sodann auf die bereits beschriebene Weise gesteuert, so daß der in der Spalte H angegebene Kode signaliert wird.

Durch geeignete Bemessung der Widerstände R₁, R₃ und der Kapazitäten C₁, C₃ in Fig. 1 können die aufeinanderfolgenden Spannungsstufen verschieden gemacht werden, was für Schallkompression oder Schallexpansion dienstbar gemacht werden kann.

Der in Fig. 1 dargestellte Kodeimpulsgruppenmodulator kann durch ähnlich wirkende Schaltungen ersetzt werden. Es können z. B. die zu modulierenden Kodesignalgruppen über verschieden vorgespannte Verstärkerröhren geleitet werden, die unter der Steuerung einer ununterbrochenen zunehmenden Spannung am Kondensator C₄ nacheinander auf gleiche Weise wirksam werden wie die Diodenpaare in Fig. 1. Auch würde im Prinzip die erwähnte Kondensatorspannung die senkrechte Ablenkung eines Kathodenstrahlbündels steuern können, das sodann eine Zahl von senkrecht übereinanderliegenden Anoden nacheinander trifft, wobei die unmodulierten Kodeimpulsgruppen eine Intensitätssteuerung des Kathodenstrahlbündels herbeiführen. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist aber wegen ihrer besonderen Einfachheit und weitgehenden Unabhängigkeit von Speisespannungsänderungen gegenüber anderen Ausführungsformen vorzuziehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kodierungsvorrichtung zum Umsetzen von Signalen in diese kennzeichnende Kodeimpuls- yg gruppen, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über einen im Rhythmus der zu erzeugenden Kodeimpulsgruppen getasteten Tastkreis (Fig. 2) einen mit einem Ableitungswiderstand versehenen Kondensator (C₄) auf eine dem Augenblickswert des Signals entsprechende Spannung auflädt und diese Kondensatorspannung einen Kodeimpulsgruppenmodulator (Fig. 1) steuert.

2. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des _g Kondensatorentladekreises (C₄, i?₄) bei gesperrtem Tastkreis derart gewählt ist, daß die Kondensatorspannung in einer Elementperiode halbiert wird.

3. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über eine Verstärkerröhre mit einem im Steuergitter- und Kathodenkreis liegenden Ausgangswiderstand (R₆) dem Tastkreis zugeführt wird.

4. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkreis eine ., erste Diode (D₁) enthält, unter deren Vermittlung der Kondensator (C₄) parallel zum Kathodenwiderstand (R₆) geschaltet ist, und eine zweite Diode (D₂) hat, die in Reihe mit einem Vorschaltwiderstand (R₅) und Eingangsklemmen für Tastimpulse (CP) parallel zum Kondensator (C₄) geschaltet ist.

5. Kodierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodeimpulsgruppenmodulator mehrere parallel geschaltete und normalerweise gesperrte Übertragungskreise ((I₁-(It₁, d₂-d₆ usw.) enthält, mit denen der auf den Tastkreis folgende Kondensator (C₂) derart gekoppelt ist, daß unter Einwirkung einer kontinuierlich zunehmenden Kondensatorspannung die Ubertragungskreise nacheinander wirksam werden.

6. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskreise des Kodeimpulsgruppenmodulators je ein in Reihe geschaltetes Diodenpaar enthalten, und der auf den Tastkreis folgende Kondensator (C₂) über Entkopplungswiderstände (R₂) mit den zwischen zusammengehörigen Dioden liegenden Verbindungspunkten gekoppelt ist.

7. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenpaare verschieden vorgespannt sind.

8. Kodierungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodeimpulsgruppenmodulator zwecks Vorspannung der Diodenpaare zwei Gleichspannungsteiler (A₁, R₃) enthält,

mit deren aufeinanderfolgenden Anzapfungen die Ein- und Ausgangsseiten der Diodenpaare in der Weise verbunden sind, daß bei kontinuierlicher Änderung der Kondensatorspannung die Übertragungskreise mit den Diodenpaaren nacheinander während nicht anschließender Spannungsbereiche wirksam werden.

9. Kodierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodeimpulsgruppen über einen Transformator (T₁) den Übertragungskreisen des Kodeimpulsgruppenmodulators zugeführt und/oder über einen weiteren Trafo (T₂) diesen Übertragungskreisen entnommen werden, und über diese Transformatoren Vorspannungen an die Übertragungskreise gelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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