DE878381C - Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Nachrichtenuebertragung - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Nachrichtenübertragung Bei der elektrischen Nachrichtenübertragung erfolgt die Übermittlung einer vorgegebenen Signalfunktion üblicherweise mit ihren Augenblickswerten, die unmittelbar oder nach einer Umwandlung für die Übertragung benutzt werden.
• Gemäß der Erfindung werden als Bestimmungsgrößen der Nachricht die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz des zeitlichen Vorgangs übertragen, aus denen am Empfangsort wieder die ursprüngliche Nachricht gebildet wird. Die Übertragung kann dabei insbesondere über verschiedene Übertragungskanäle bzw. -wege oder auch zeitlich nacheinander über einen Übertragungskanal erfolgen. Es läßt sich so eine Herabsetzung des erforderlichen Frequenzbandbereiches erzielen, was überall dort, wo man an verfügbarem Frequenzband beschränkt ist, z. B. bei der Übertragung über Seekabel, von erheblichem Vorteil ist. Durch die Erfindung wird weiterhin auch eine wirksame Geheimhaltung gewährleistet, da sich nur bei gleichzeitigem Vorhandensein beider bestimmender Größen eine verständliche Nachricht ergeben kann.
• Jede zu übertragende Nachricht besteht aus einer Reihe von Sinusschwingungen, die in einem mehr oder weniger breiten, aber endlichen Frequenzband liegen, z. B. zwischen cal und co, wie dies im Amplitudenspektrum der Fig. i symbolisiert ist. Die Signalfunktion f (t) kann man nach Fourier als die Wirkung einer großen Zahl dauernd vorhandener Sinusschwingungen coh auffassen, z. B, entsprechend der Beziehung als ein Gemisch von sehr vielen gleichzeitig vorhandenen Sinusschwingungen mit den Amplituden aL;, den Frequenzen cot; und den Phasen cck. Verschiebt man das Signalband im Frequenzspektrum um eine relativ hohe Frequenz h nach oben, so erstreckt sich das Signalband z. B. von h + co, bis h + o.)2, wie dies in Fig. x ebenfalls dargestellt ist. Die Frequenzbandverschiebung kann leicht dadurch erfolgen, daß man eine Trägerfrequenz h mit f (t) moduliert und die Trägerfrequenz und z. B. das untere Seitenband hinter dem Modulator unterdrückt: Durch die Frequenzbandverschiebung ist aus der Signalfunktion f (t) eine neue Signalfunktion entstanden. Den zeitlichen Verlauf dieser neuen Funktion g (t) zeigt die Fig.2. In der Sekunde ergeben sich bei dieser Funktion mindestens h/n Nulldurchgänge. Wenn die Frequenz h hoch genug gewählt ist, läßt sich g (t) in eine Folge von sehr kurzen Zeitabschnitten einteilen; von denen jeder noch viele Wellenzüge enthält und deren Amplitude und Frequenz sich während dieses Zeitabschnittes sehr wenig verändern. Man kann also von einer Augenblicksfrequent, gegeben durch den Abstand der Nulldurchgänge, sprechen. Andererseits zeigt die Fig. 2 auch eine den zeitlichen Verlauf Einhüllende; deren Verlauf in Fig. 3 besonders dargestellt ist.
• Die Einhüllende e (t) und die Augenblicksfrequenz d 991d t können in einfacher Weise aus der Signalfunktion f (t) abgeleitet werden. Die Gleichung (2) läßt sich auch in der Form schreiben. Der Koeffizient von cos ht ist identisch mit der ursprünglichen Signalfunktion f (t) (vgl. Gleichung (r)), und der Koeffizient von sin ht ist die zu f (t) orthogonale Funktion Die Funktion f' (t) entsteht aus f (t); indem alle Frequenzen um z12 gedreht werden, und ist daher durch f (t) eindeutig bestimmt.
• Wird die Frequenz hoch genug gewählt, so sind sin h t und cos h t sehr schnell veränderliche Zeitfunktionen, während f (t) und f' (t) im Vergleich dazu langsam veränderliche Zeitfunktionen sind. Man kann dann formell schreiben g (i) = e (t) - sin (h t + 9i) (5) und findet durch einen Vergleich mit Gleichung (3) e (t) = v f (t)1 + f' (t) 2 (6) t9 (P = f (t)lf' (t) - (7) Die Einhüllende e (t) ist nicht identisch mit der ursprünglichen Signalfunktion f (t) und ist unabhängig von der Wahl der Trägerfrequenz h. Sie ist jedoch eindeutig durch f (t) bestimmt, da ja auch f' (t) 3urch f (i) bestimmt ist. Die Funktion e (t) ist somit Sowohl die Einhüllende von g (t) als auch von f (t). Die Augenblicksfrequenz von g (t) ergibt sich durch Differentiation des Arguments von sin (h t + @) zu o) (t) = h + d p/d t. (8) Da sich g (t) von f (t) nur durch die konstante Frequenzverschiebung h unterscheidet, ist d 991d t die Augenblicksfrequenz von f (t) und mittels Gleichung (7) aus f (t) bestimmbar.
• Da die Funktionen e (t) und co (t) die Signalfunktion g (t) vollständig beschreiben, ist es möglich, an Stelle von f (t) oder g (t) die beiden Zeitfunktionen e (t) und (» (t) zu übertragen. Weder e (t) noch co (t) sind mit g (t) oder f (t) identisch, jede der beiden Zeitfunktionen ist daher für sich unverständlich.
• Die Funktion e (t) läßt sich in einfacher Weise dadurch gewinnen, daß man g (t) linear gleichrichtet. Man erhält so die in Fig. 3 dargestellte Einhüllende. Da e (t) eine veränderliche Zeitfunktion ist, ist zu ihrer Übertragung ein bestimmtes- Frequenzband erforderlich. Dieses stimmt jedoch im allgemeinen nicht mit dem Frequenzband w1 bis co, der ursprünglichen Signalfunktion f (t) überein. Es ist z. B. bekannt, daß die Einhüllende bei Sprache hauptsächlich durch die Silbenfrequenz gegeben ist, also eine zeitlich sehr langsam veränderliche Funktion ist. Zu ihrer Übertragung ist daher ein wesentlich schmaleres Frequenzband als das Frequenzband der Sprache erforderlich.
• Wie aus Gleichung (8) ersichtlich, besteht die Augenblicksfrequenz von g (t) aus einer Konstanten h und einer veränderlichen Zeitfunktion d gg/dt, wie dies in Fig. q. dargestellt ist. Um diese Zeitfunktion aus g (t) (vgl. Fig. 2) zu gewinnen, kann man zunächst g (t) stark begrenzen, so daß man eine Schwingung veränderlicher Frequenz, aber konstanter Amplitude erhält. Da die Begrenzung die Nulldurchgänge von g (t) nicht beeinflußt, bleibt die Augenblicksfrequenz erhalten. Die begrenzte, frequenzmodulierte Schwingung wird nun mittels eines Frequenzmodulators (Diskriminators) in eine amplitudenmodulierte Signalfunktion umgewandelt. Hierbei kann man beispielsweise den Diskriminator so einstellen, daß die Frequenz h der Amplitude Null entspricht. Am Ausgang des Diskriminators tritt dann die Zeitfunktion co (t) - h = d p/dt auf.
• Eine Sendeeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung könnte beispielsweise entsprechend dem Schema der Fig: 5 aufgebaut sein. Das Signal f (t) wird in einem Modulator M mit einer relativ hoch liegenden Trägerfrequenz h moduliert. Eines der entstehenden Seitenbänder und die Trägerfrequenz werden dabei z. B. im Sperrfilter S unterdrückt. Am Ausgang des Sperrfilters hat man dann die Signalfunktion g (i). Um die Einhüllende e (t) zu erhalten, erfolgt in einer im wesentlichen linear arbeitenden Gleichrichteranordnung G eine Gleichrichtung. Am Ausgang des Gleichrichters kann gegebenenfalls noch ein Tiefpaß angeordnet sein, der die Einhüllende e (t) nach hohen Frequenzen hin, z. B. oberhalb zoo Hz, begrenzt. Aus g (t) kann die Zeitfunktion i d 97/d t dadurch gewonnen werden, däß zunächst in einem Begrenzer D auf im wesentlichen gleiche Amplitudenwerte begrenzt wird und im Frequenzmodulator (Diskriminator) D die berenzte, frequenzmodulierte Schwingung in ein amplitudenmoduliertes, der Augenblicksfrequenz proportionales Signal umgewandelt wird. Mit der dargestellten Anordnung ist also die Signalfunktion f (t) in zwei andere Signalfunktionen; nämlich die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz aufgespalten worden. Diese beiden Funktionen können nun in irgendeiner Form übertragen werden, sei es in getrennten Kanälen, z. B. Trägerfrequenzkanälen, oder auch zeitlich hintereinander über den gleichen Kanal.
• Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Trägerfrequenz 1a hinter dem Modulator.I7 vollständig zu unterdrücken. Ein Trägerrest kann sogar vorteilhaft sein, dann nämlich, wenn die Signalfunktion f (t) längere Pausen hat, so daß die Begrenzung versagen würde. Ein vorhandener Trägerrest ändert natürlich die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz. Diese sind jedoch immer noch eine vollständige Beschreibung der ursprünglichen Signalfunktion f (t) und können daher an ihrer Stelle zur Übertragung verwendet werden.
• Eine Empfangseinrichtung könnte etwa in der Art, wie es die Fig.6 zeigt, aufgebaut sein. Das der Augenblicksfrequenz proportionale Signal d(p/dt wird einem Frequenzmodulator FM zugeführt, der ohne Signal eine Schwingung der Frequenz lt liefert, und bei Vorhandensein des Signals die Frequenz um d9p;dt auslenkt. Die Schwingung der Frequenz h -; . d (["'d t dient als Trägerfrequenz eines gewöhnlichen Amplitudenmodulators A M. Wirkt am Eingang das Signal e (t), so erscheint am Ausgang ein frequenzmoduliertes Signal mit der Hüllkurve e (t). Setzt man nun noch im Modulator IV7 alle Frequenzen um die Frequenz lt herunter, so erhält man schließlich wieder die ursprüngliche Nachricht f (t).

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur elektrischen Nachrichtenübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestimmungsgrößen der Nachricht die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz des zeitlichen Vorgangs übertragen werden und daß am Empfangsort aus diesen wieder die ursprüngliche Nachricht gebildet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht zur Gewinnung der Einhüllenden und der Augenblicksfrequenz des zeitlichen Vorgangs zunächst in einen höheren Frequenzbereich verschoben wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz übervoneinander unterschiedliche Übertragungswege übertragen werden.
4. 4.. Verfahren nach Anspruch i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhüllende und die Augenblicksfrequenz zeitlich nacheinander über den gleichen Übertragungsweg übertragen werden.
5. 5. Sendeeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 4., gekennzeichnet durch eine Modulationsvorrichtung mit einer relativ hoch liegenden Trägerfrequenz, mit deren Hilfe das Nachrichtenband in einen höheren Frequenzbereich verschoben wird, wobei eines der entstehenden Seitenbänder und die Trägerfrequenz unterdrückt werden, durch eine im wesentlichen linear arbeitende Gleichrichteranordnung zur Bildung der Einhüllenden aus einem der Seitenbänder, durch einen parallel dazu angeordneten Amplitudenbegrenzer, der auf im wesentlichen gleiche Amplitudenwerte begrenzt, und einen nachgeschalteten Frequenzmodulator (Diskriminator), der die begrenzte, frequenzmodulierte Schwingung in ein amplitudenmoduliertes, der Augenblicksfrequenz proportionales Signal umwandelt.
6. 6. Abänderung der Einrichtung nach Anspruch 5 derart, daß die Trägerfrequenz nur zum Teil unterdrückt wird.
7. 7. Sendeeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Gleichrichteranordnung ein Tiefpaßfilter angeordnet ist, das die Einhüllende nach hohen Frequenzen zu begrenzt. B. Empfangseinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis q., gekennzeichnet durch einen Frequenzmodulator, dem das der Augenblicksfrequenz proportionale Signal zugeführt wird und der so eingestellt ist, daß er ohne Vorhandensein des Signals eine Schwingung einer bestimmten Trägerfrequenz liefert, durch einen Amplitudenmodulator, dem die Einhüllende und das Ausgangssignal des Frequenzmodulators zugeführt wird, und durch einen weiteren Amplitudenmodulator, in welchem das so entstandene frequenzmodulierte Signal mit Hilfe der gleichen Trägerfrequenz in den Frequenzbereich der ursprünglichen Nachricht umgesetzt wird. g. Anwendung des Verfahrens und der Einrichtungen nach den vorhergehenden Ansprüchen für die elektrische Nachrichtenübertragung über Seekabel. io. Anwendung des Verfahrens und der Einrichtungen nach den Ansprüchen i bis 8 für die Geheimhaltung von elektrisch übertragenen Nachrichten.