DE963791C

DE963791C - Communication system with amplitude limitation of the communication voltage in sub-frequency bands

Info

Publication number: DE963791C
Application number: DEST10013A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Steinbuch
Original assignee: Standard Elektrik AG
Current assignee: Standard Elektrik AG
Priority date: 1953-09-22
Filing date: 1955-06-17
Publication date: 1957-05-16

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957ISSUED MAY 16, 1957

St loo13 Villa/2ia^s St loo13 Villa / 2ia ^s

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Die mittlere in einem Sprechkanal übertragene Leistung hängt bekanntlich in hohem Maße von den statistischen Schwankungen der Amplitude ab. Da die Sprachspitzen, wenn auch nur in einem Bruchteil der Übertragungszeit, die mittlere Sprechleistung erheblich überschreiten, ist ein Mindestabstand der mittleren Sprechleistung vom der Aussteuerungsgrenze des Systems erforderlich. Durch eine Amplitudenbegrenzung-der Sprache kann der Abstand zwischen Aussteuerungsgrenze und mittlerer Leistung so sehr verringert werden, daß eine wesentlich günstigere Ausnutzung der Übertragungseinrichtungen möglich ist.As is known, the average power transmitted in a speech channel depends to a large extent on the statistical fluctuations in amplitude. As the language peaks, if only in a fraction the transmission time, which significantly exceed the average speech performance, is a minimum distance the mean speech power required by the system's control limit. By an amplitude limit - the language can The distance between the modulation limit and the average output can be reduced so much that a much more favorable utilization of the transmission facilities is possible.

Die Amplitudenbegrenzung hat jedoch infolge der Verzerrung der Kurvenform das Entstehen von Verzerrungsprodukten zur Folge, die sich als mehr oder weniger starkes Rauschen teilweise sehr nachteilig bemerkbar machen. Daraus resultiert eine gewisse Beeinträchtigung der Silbenverständlichkeit. Diesen Nachteil der üblichen Amplitudenbegrenzung hat. man durch verschiedene Maßnahmen zu verringern versucht und beispielsweise vor dem Begrenzer ein Differenzierglied und hinter dem Begrenzer bzw. hinter dem Übertragungssystem ein Integrierglied angeordnet. Dadurch wurde die Einbuße an Silbenverständlichkeit relativ gering gehalten. Allerdings enthält auch dabei das Ausgangssignal noch einen merklichen und teilweise störenden Anteil von Klirrprodukten. Es ist ferner bereits ein Vorschlag gemacht worden, nachHowever, the amplitude limitation has arisen due to the distortion of the curve shape of distortion products, which can be seen as more or less strong noise disadvantageously noticeable. This results in a certain impairment of the intelligibility of syllables. Has this disadvantage of the usual amplitude limitation. one through various measures tries to reduce and, for example, a differentiator in front of the limiter and behind the limiter or behind the transmission system, an integrating element is arranged. Through this the loss of syllable intelligibility was kept relatively low. However, this also includes the output signal still has a noticeable and sometimes annoying amount of distortion products. It is Furthermore, a proposal has already been made, according to

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dem die Verständlichkeit der übertragenen Sprache durch eine Momentanwert- oder Amplitudenbegrenzung nur in vernachlässigbarer Weise vermindert und der Anteil an Klirrprodukten sehr weitgehend unterdrückt wird. Nach diesem Vorschlag wird die Begrenzung nicht für das gesamte Sprachband gemeinsam vorgenommen, sondern das Sprachband wird in eine Anzahl von Teilbändern aufgeteilt, und diese Teilbänder werden individuell ίο begrenzt, wie dies im Prinzip in Fig. ι dargestellt ist.the intelligibility of the transmitted speech by limiting instantaneous values or amplitudes only reduced in a negligible way and the proportion of distortion products very much is largely suppressed. According to this proposal, the limit will not apply to the whole The voice band is made common, but the voice band is divided into a number of subbands divided, and these sub-bands are limited individually ίο, as shown in principle in Fig. ι is.

Das Sprachband, das sich z. B. von 300 bis 3400The voice band that is z. B. from 300 to 3400

erstreckt, wird durch die Filter fi bis /4 in vier Teilbänder aufgeteilt, die durch die Begrenzer Bi bis B 4 begrenzt werden. Durch die hinter den Begrenzern angeordneten Filter fi' bis /4' werden die bei der Begrenzung entstehenden Klirrprodukte beseitigt und anschließend die Teilbänder wieder zusammengeführt. Durch die Notwendigkeit, vor und nach den Begrenzern Filter vorzusehen, ergibt sich ein recht beträchtlicher Aufwand.is divided into four sub-bands by the filters fi to / 4, which are limited by the limiters Bi to B 4. The filters fi ' to / 4' arranged behind the limiters eliminate the distortion products that occur during the limit and then bring the sub-bands back together again. The need to provide filters upstream and downstream of the limiters results in a considerable amount of effort.

Bei Anwendung der Erfindung wird der Filteraufwand auf die Hälfte herabgesetzt, d. h., es ist pro Teilband nur ein einziges Filter erförderlich. Die Erfindung ist jedoch in ihrem Wesen und in ihrer Anwendbarkeit nicht auf die eben beschriebenen vorgeschlagenen Anlagen mit Aufteilung des Sprachbandes in Teilbänder beschränkt, sondern betrifft allgemein Nachrichtenübertragungsanlagen mit frequenzselektiver Amplitudenbegrenzung der Nachrichtenspannung.When using the invention, the filter expenditure is reduced to half, i.e. h., it is only one filter required per sub-band. However, the invention is in its essence and in their applicability not to the proposed systems just described with division of the Voice band is limited to sub-bands, but relates generally to communications equipment with frequency-selective amplitude limitation of the communication voltage.

Die Anlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß nur jeweils ein Filter in jedem Frequenzbereich zur Aussiebumg des gewünschten zu begrenzenden Frequenzbereiches mit nachgeschaltetem Begrenzer gleichzeitig alle bei der Begrenzung entstehenden, außerhalb seines Durchlaßbereiches liegenden Frequenzen vom Übertragungsweg fernhält.The system according to the invention is characterized in that only one filter in each Frequency range for the selection of the desired frequency range to be limited with a downstream Limiter at the same time all occurring during the limitation, outside of its pass range Keeps lying frequencies away from the transmission path.

Die Erfindung soll nun auf Grund von Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will now be based on exemplary embodiments and with reference to the drawings are explained in more detail.

Fig. ι zeigt schematisch die Aufteilung in Teilbänder, wie sie bereits vorgeschlagen wurde. Diese Figur wurde bereits besprochen.Fig. Ι shows schematically the division into sub-bands, as already suggested. This figure has already been discussed.

Die Fig. 2 und 3 zeigen das Prinzip der Erfindung in Verbindung mit ihrer Anwendung auf Anlagen mit Aufteilung des Sprachbandes.FIGS. 2 and 3 show the principle of the invention in connection with its application to plants with division of the voice band.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einer speziellen Aufgabe.Fig. 4 shows the application of the invention in connection with a specific task.

Die Fig. 2 und 3 zeigen das Prinzip der Erfindung und gleichzeitig ihre Anwendbarkeit auf Übertragungsanlagen, bei denen das Nachrichtenband, wie es bereits vorgeschlagen wurde, nicht insgesamt, sondern in Teilbändern begrenzt wird. Die Sprachspannung werde einer Spannungsquelle 'Ug (Fig. 2) mit dem inneren Widerstand Ri entnommen und über die Leitungen 1 und 2 den Ausgangsklemmen 3 und 4 zugeführt. Zwischen den Leitungen 1 und 2 liegen die Eingangsklemmen der Filter /1 bis /4, mit deren Ausgangsklemmen jeweils die Begrenzer B1 bis B 4 verbunden sind. Diese Begrenzer sind dabei nur für die Frequenzen wirksam, die von dem zugehörigen Filter durchgelassen werden. Sie bestehen aus der Parallelschaltung zweier entgegengesetzt gepolter, mit einer Vorspannungsquelle in Reihe liegender Gleichrichter, beispielsweise bei dem Begrenzer B 4 aus den Gleichrichtern G4. und G 4', zu denen jeweils die Spannungsquellen U 4 und U4' in Reihe liegen.2 and 3 show the principle of the invention and, at the same time, its applicability to transmission systems in which the message band, as has already been proposed, is not limited as a whole, but rather in sub-bands. The speech voltage is taken from a voltage source Ug (FIG. 2) with the internal resistance Ri and fed to the output terminals 3 and 4 via lines 1 and 2. The input terminals of the filters / 1 to / 4 are located between the lines 1 and 2 and the limiters B 1 to B 4 are connected to their output terminals. These limiters are only effective for the frequencies that are allowed through by the associated filter. They consist of the parallel connection of two oppositely polarized rectifiers in series with a bias voltage source, for example in the case of the limiter B 4 from the rectifiers G4. and G 4 ', to which the voltage sources U 4 and U4' are connected in series.

Da die Filter nur für einen bestimmten Frequenzbereich durchlässig sind, führen sie den angeschlossenen Begrenzern, lediglich die Frequenzen zu, die der Begrenzung unterworfen werden sollen. Außerdem verhindern sie aber gleichzeitig, daß die bei der Begrenzung entstehenden Verzerrungsprodukte, soweit sie außerhalb des Durchlaßbereiches der zugehörigen Filter liegen, auf die Leitung 1, 2 und somit an den Ausgang 3, 4 gelangen. Ein einziges Filter ersetzt daher die beiden vor und nach dem Begrenzer angeordneten Filter nach der bereits vorgeschlagenen Anordnung (Fig. 1). Erwähnt sei, daß bei dieser Anordnung die Filter T-Verhalten haben müssen.Since the filters are only permeable for a certain frequency range, they lead the connected Limiting, only the frequencies that are to be subjected to the limitation. In addition, however, they simultaneously prevent the distortion products arising during the limitation, insofar as they are outside the pass band of the associated filter are on line 1, 2 and thus to output 3, 4. A single filter therefore replaces the two filters arranged upstream and downstream of the limiter according to the arrangement already proposed (Fig. 1). It should be mentioned that with this arrangement the filter must have T behavior.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, sind lediglich zwei Begrenzer B ι und B 2, zu denen weitere hinzutreten können, angegeben, die aus den Gleichrichtern G1 und Gi' bzw. G 2 und G 2,' mit den zugehörigen Vorspannungsquellen U1 und Ui' bzw. 172 und U2' bestehen. Bei dieser Anordnung liegen die Begrenzer in Reihe mit den Filtern/1 und /2 zwischen den Leitern 1 und 2. Die Filter bestehen aus der Reihenschaltung eines Kondensators, einer Spule und eines Widerstandes, z.B. Ci, Li, Ri. Die Arbeitsweise dieser Anordnung stimmt prinzipiell mit der nach Fig. 2 überein, An Stelle der Aufteilung des Übertragungsbereiches in vier Teilbereiche, wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.. 2, kann selbstverständlich auch jede andere Aufteilung des Übertragungsbandes gewählt werden, beispielsweise "in eine geringere oder in eine größere Anzahl Teilbänder.In a further exemplary embodiment, which is shown in FIG. 3, only two limiters B ι and B 2, to which others can be added, are specified, which consist of the rectifiers G 1 and Gi 'or G 2 and G 2,' with the associated bias sources U1 and Ui ' or 172 and U2' exist. In this arrangement, the limiters are in series with filters / 1 and / 2 between conductors 1 and 2. The filters consist of a series connection of a capacitor, a coil and a resistor, eg Ci, Li, Ri. The mode of operation of this arrangement is correct Basically the same as that according to FIG. 2. Instead of dividing the transmission area into four sub-areas, as in the exemplary embodiment according to FIG Partial bands.

Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, nicht das gesamte Übertragungsband in Gestalt der Teilbandbegrenzung zu begrenzen, sondern lediglich diejenigen Frequenzen einer Begrenzung zu unterwerfen, die am ehesten zu einer Übersteuerung des Übertragungsbandes führen können. Es sind insbesondere die niederfrequenten Formanten der Sprache, für die also eine Begrenzung erwünscht sein kann, während man die für die Verständlichkeit besonders wichtigen höheren Formanten nicht zu begrenzen wünscht. In diesem Falle ist also eine frequenzabhängige Begrenzung des gesamten Bandes am Platze, die mit abnehmender Frequenz zunimmt.The invention also offers the possibility of not the entire transfer belt in the form of To limit subband limitation, but only those frequencies to a limitation that are most likely to lead to an overload of the transmission band. It are especially the low-frequency formants of speech, for which a limitation is desired while the higher formants, which are particularly important for intelligibility, can be does not wish to limit. In this case there is a frequency-dependent limitation of the entire band in place, which increases with decreasing frequency.

Die Anwendung der Erfindung für die Lösung dieser Aufgabe besteht dann darin, einen einzigen Begrenzer parallel zum Übertragungsweg vorzusehen und in Reihe mit ihm an Stelle eines Bandfilters nach Art der Fig. 2 oder 3 ein Netzwerk mit der gerade gewünschten Frequenzabhängiigkeit zu schalten. In Fig. 4 liegt daher in Reihe mit dem Begrenzer B, bestehend aus den im Gegentakt ge-The application of the invention for solving this problem consists in providing a single limiter parallel to the transmission path and in series with it instead of a band filter according to the type of FIG. 2 or 3, a network with the frequency dependency desired. In Fig. 4 is therefore in series with the limiter B, consisting of the push-pull

schalteten Gleichrichtern G ι und G 2 mit ihren Vorspannungsquellen Ui und U 2, das Netzwerk L, R. Mit abnehmender Frequenz wird dieses Netzwerk niederohmiger, so daß damit eine zunehmende Begrenzung stattfindet. Will man eine scharfe Grenze einführen, unterhalb derer die Begrenzung einsetzen soll, so kann dieses Netzwerk aus einem Tiefpaß bestehen.
Das dargestellte, aus der Parallelschaltung einerswitched rectifiers G 1 and G 2 with their bias sources Ui and U 2, the network L, R. As the frequency decreases, this network becomes lower resistance, so that an increasing limitation takes place. If one wants to introduce a sharp limit, below which the limit should begin, this network can consist of a low-pass filter.
The one shown, from the parallel connection of a

ίο Induktivität und eines Widerstandes bestehende Netzwerk ist lediglich beispielshalber angegeben. Die verschiedensten Varianten sind möglich, wie es überhaupt im Rahmen der Erfindung liegt, sämtliche als Beispiele beschriebenen Anordnungen durch ihre dualen Schaltungen zu ersetzen.ίο Inductance and a resistor existing Network is given by way of example only. The most diverse variations are possible, like it at all within the scope of the invention, all the arrangements described as examples to replace them with their dual circuits.

Bei starker Begrenzung werden durch die Beseitigung von Amplitudenunterschieden unter Umständen wesentliche Eigenschaften der zu übertragenden Nachricht, die in ihrer spektralen Amplitudenverteilung enthalten sein können, unterdrückt, wodurch die an sich vorteilhafte Wirkung der Begrenzung in Teilbändern mehr oder weniger wieder zunichte gemacht wird.In the case of strong limitation, the elimination of amplitude differences may, under certain circumstances essential properties of the message to be transmitted in its spectral amplitude distribution may be contained, suppressed, whereby the beneficial effect of the limitation is more or less wiped out again in partial bands.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, den Begrenzern eine Steuerspannung zuzuführen, die annähernd proportional der Amplitude der ursprünglichen Nachrichtenspannung ist. Zu dem Zwecke wird die ursprüngliche Nachricht mit einer außerhalb des Nachrichtenbandes «liegenden festen Frequenz gemischt und über eine geeignete Trennstufe jedem der Begrenzer eine Spannung zugeführt, die proportional der zugeführten Nachrichtenspannung ist. Auf diese Weise bleibt auch das Verhältnis der Amplituden der Teilbänder nach der Begrenzung annähernd erhalten.It has therefore already been proposed to supply the limiters with a control voltage that is approximately is proportional to the amplitude of the original communication voltage. For the purpose becomes the original message at a fixed frequency outside the message band mixed and fed via a suitable separation stage to each of the limiters a voltage that is proportional to the supplied message voltage. This is how the relationship remains of the amplitudes of the sub-bands after the limitation is approximately obtained.

Diese Möglichkeit besteht auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Ausbildung der Mischstufe und der für die entkoppelnde Zuführung erforderlichen Trennstufe liegt dabei im Rahmen der dem Fachmann zur Verfügung stehenden Kenntnisse und braucht daher hier nicht näher erläutert zu werden.This possibility also exists with the arrangement according to the invention. The training of the Mixing stage and the separation stage required for the decoupling feed is in the This is within the scope of the knowledge available to the person skilled in the art and therefore does not need any further details here to be explained.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in der erwähnten Mischstufe den Träger nicht völlig zu unterdrücken, so daß die Begrenzer dauernd eine außerhalb des Hörbereiches liegende Spannung erhalten, die ebenfalls auf den Begrenzer wirkt und verhindert, daß während der Gesprächspausen die praktisch immer vorhandenen Rauschspannungen den Begrenzer aussteuern. Es könnte sonst leicht geschehen, daß die Rauschspannungsamplituden annähernd den Amplituden der begrenzten Sprache gleich werden und zu erheblichem Störgeräusch führen. Auch dieser Vorschlag, den Begrenzern eine außerhalb des Hörbereiches liegende Spannung zuzuführen, die dadurch die Rauschspannungen nicht zur Geltung kommen lassen, läßt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwenden. Es muß dafür gesorgt werden, daß die Spannung des zugeführten Trägerrestes kleiner ist als die kleinste zu übertragende Nachrichtenamplitude und größer als die der Nachricht überlagerte Störspannung.It has also already been proposed not to completely add the carrier in the mentioned mixing stage suppress, so that the limiters continuously receive a voltage that is outside the audible range, which also acts on the limiter and prevents the control the limiter practically always present noise voltages. Otherwise it could be easy happen that the noise voltage amplitudes approximate the amplitudes of the limited speech become the same and lead to considerable noise. Also this suggestion, the limiters to supply a voltage lying outside the audible range, which thereby reduces the noise voltages can not come into their own, can be used in the arrangement according to the invention. It it must be ensured that the tension of the supplied carrier residue is smaller than the smallest message amplitude to be transmitted and greater than the interference voltage superimposed on the message.

Claims

Patent claims:

1. Communication system with amplitude limitation the communication voltage in partial frequency bands, characterized in that only one filter in each frequency range to filter out the desired frequency range to be limited with a downstream Limiter at the same time all frequencies that arise during the limitation and lie outside of its throughput range Keeps away the transmission path.

2. Circuit arrangement for a communication system according to claim 1, 'characterized in that that the input of the filter is parallel for each frequency range to be limited to the transmission path and the limiter is at the So output of the filter.

3. Circuit arrangement for a message - ten system according to claim 1 using series circuit filters, characterized in that that the series circuit filter for every- to be limited- 8g The sub-frequency range is in series with the limiter and parallel to the transmission path.

4. Application of a circuit arrangement according to claim 3 for frequency-dependent limitation of a frequency band.

1 sheet of drawings