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Publication number: DEC0005507MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 7. März 1952 Bekanntgemacht am 2. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf ein Modulationsund Demodulationsverfahren für Fernmeldeimpulssysteme, die mit Lage- oder Zeitmodulation arbeiten, insbesondere für Multiplexsystem^.

Bei den meisten bekannten Systemen erhält man lagemodulierte Impulse aus dauermodulierten Impulsen, von welchen man, z. B. mit Hilfe eines Kondensators und eines Widerstandes die Ableitung nach der Zeit bildet. Die Dauermodulation ergibt sich aus einem amplitudenmodulierten Impuls, welcher mittels einer mit einer Zeitkonstante behafteten Anordnung einer passenden Deformation unterworfen wird.

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei welchen die. modulierende Spannung die innere Impedanz einer Triode verändert und dadurch die Amplitude und Lage von Hilfsimpulsen beeinflußt, die ein Multivibrator liefert; diese Impulse lösen die Entladung eines Thyratrons in Zeitpunkten aus, welche sich in Abhängigkeit von der modulierenden Spannung verändern, wodurch lagemodulierte Impulse hervorgebracht werden.

Im Gegensatz dazu'bezieht sich die Erfindung auf ein Modulations- und Demodulationsverfahren, bei welchem lagemodulierte Impulse, ausgehend von durch den tonfrequenten Strom in der Ampli-

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tude modulierten Impulsen gebildet werden können, wobei für die Impulsumwandlungen nur passive Elemente Anwendung finden und Röhren nur als Verstärker benutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig eine Folge von modulierten Impulsen erzeugt wird, die in der Amplitude moduliert werden, die zeitliche Ableitung der modulierten Impulse wird dann der ursprünglichen

ίο Folge von modulierten Impulsen hinzugefügt, die resultierenden lagemodülierten Impulse werden übertragen, empfangsseitig wird- eine Folge von unmodulierten Impulsen erzeugt, welche dieselbe Wiederholungsfrequenz wie die empfangenen lagemodulierten Impulse aber die entgegengesetzte Polarität haben, die beiden Impulsfolgen werden addiert und die resultierenden Impulse integriert, durch Filterung der integrierten Impulse wird der ursprüngliche Modulationsstrom zurück erhalten.

Es ist zu beachten, daß die verschiedenen Operationen, welche das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, nämlich Amplitudenmodulation der Impulse, Bildung der Zeitableitung dieser modulierten Impulse, Hinzufügung von festen Impulsen zu den abgeleiteten modulierten Impulsen, im wesentlichen mit Hilfe von passiven Elementen erzielt werden und die verwendeten Röhren lediglich als Verstärker arbeiten, ohne daß eine genau, festgelegte Polarisation für eine richtige Wirkungsweise erforderlich wäre.

Die bekannte Schaltung, welche die Änderung des inneren Widerstandes einer Triode ausnutzt, benötigt offenbar besonders konstante Gleichstromquellen, weil hierdurch die Polarisation des Thyratrons festgelegt ist.

Schließlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung gegenüber der bekannten Anordnung durch eine weitgehende Symmetrie der Demodulationseinrichtungen beim Empfang und der Modulationseinrichtungen bei der Sendung aus, so daß alle Organe der Verbindung den Vorteil einer einfachen Regelung und einer hohen Betriebsstabilität aufweisen.

Das Prinzip dieses Verfahrens ergibt sich aus folgenden mathematischen Überlegungen:

Es sei ein elektrischer Impuls von beliebiger Form betrachtet, der durch eine stetige Zeitfunktion / (i) dargestellt werden kann und differenzierbar ist. Eine beliebige Folge von 2/>+ii gleichen und äquidistanten Impulsen kann dann wie folgt ausgedrückt werden:

y W = Σ

f(t~h) = Σ

Tc = — ρ

wobei mit t_k = kT der charakteristische Zeitpunkt des fe-ten Impulses und mit T die Wiederholungsperiode bezeichnet ist.

Es sei χ (t) ein beliebiges Signal, welches die zu übertragende Modulation darstellt. In dem Zeitpunkte hat χ (t) den Wert x_k = χ (t_k).

Nach der Amplitudenmodulation der Impulse entspricht der Folgey (i) die Folge:

ρ Va (t) = Σ ** f (< — h) ■

-P

Bei der Lagemodulation wird der charakteristische Zeitpunkt t_k = kT proportional zu x_k verändert und wird dann

Σ f (t-h¹) =

Tc= -V

h- λΤχ,

wobei λ ein konstanter Faktor ist, den man als Modulationsgrad bezeichnen kann und welcher die von dem Impuls ausgeführte Verschiebung kennzeichnet. Es ergibt sich dann die Folge:

Praktisch ist fast in allen Fällen die höchste von dem Impuls ausgeführte Verschiebung λ T x_max sehr klein im Verhältnis zu der Wiederholungsperi- οάβ,Τ (beispielsweise 0,01 T oder 0,02 T).

Wenn man Z (i) nach einer Taylorschen Reihe entwickelt und nur die Glieder erster Ordnung beibehält, so ergibt sich:

-ν

-ρ

= Σ f (t-h) -

4 \ Ί Τ

■ h) — λΙ -j—

Das Ergebnis läßt sich wie folgt ausdrücken:

Eine Folge von lagemodulierten Impulsen mit einer Verschiebung, die im Verhältnis zu der Wiederholungsperiode klein ist, kann als Summe zweier Glieder betrachtet werden: Das erste Glied stellt die -Reihe der unmodulierten Impulse dar, das zweite Glied ist proportional zu der Zeitabteilung der .Reihe derselben, vorher in der Amplitude modulierten Impulse.

Aus diesem Ergebnis läßt sich das folgende Modu'lati ons-und: Diemodula ti onsverfahretQ) ableiten:

Für die Modulation verwendet man eine Reihe von feststehenden Impulsen, welche zwei Wege nehmen. Auf dem ersten Weg werden sie in der Amplitude moduliert und dann nach der Zeit differenziert. Auf dem zweiten Weg erfahren sie keine Veränderung. Die Enden der beiden Wege werden miteinander so verbunden, daß die beiden Signal-

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reihen überlagert werden und sich eine Folge von lagemodulierten Impulsen ergibt.

Bei der Demodulation verwendet man das umgekehrte Verfahren: Man mischt die Folge von lagemodulierten Impulsen mit einer .Folge von feststehenden Impulsen, die aus dem Synchronisierungsimpuls erhalten werden, wobei die Polaritäten entgegengesetzt sind. Danach wird die Folge der erhaltenen Impulse, die als eine Zeitfunktion

ίο betrachtet werden, integriert, woraus sich eine entweder in der Amplitude oder in der Dauer modulierte Folge ergibt. In dem einen oder anderen Falle wird das Modulationssignal in an sich bekannter Weise durch eine einfache Filterung wiedterhergestellt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung.

Fig. ι zeigt Diagramme, welche den Vorgang der Modulation veranschaulichen;

Fig. 2 zeigt Diagramme, welche den Vorgang der Demodulation veranschaulichen;

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Prinzipschema eines Multiplexsystems zur Ausführung des erfmduiigsgemäßen Modulations- und Demodulationsverf ahrens.

Fig. ι zeigt die Umformungen, welche die Im-, pulse bei dem Vorgang der Modulation erfahren. Mit 1.1 ist das zu übertragende Niederfrequenzsignal bezeichnet, während bei 1.2 die Folge der unmodulierten und durch das Intervall T getrennten Impulse dargestellt ist. Das Produkt dieser Impulse mit dem Signal 1.1 ergibt die amplitudenmodulierten Impulse 1.3, deren Zeitableitung durch die Impulsfolge 1.4 dargestellt wird. Die Überlagerung von 1.2 und von 1.4 ergibt die Folge 1.5, welche offenbar in der Lage moduliert ist. Bei diesem Verfahren tritt eine störende Amplitudenmodulation auf, die man leicht durch eine geeignete Scheitelbeschneidung ausmerzen kann.

Fig., 2 veranschaulicht den Vorgang der Demodulation. Die positiven Impulse der Folge 2.1 sind die feststehenden Bezugsimpulse, welche aus dem Synchronisierungsimpuls erzeugt werden. Die negativen Impulse dieser Folge sind die lagemodulierten Kanalimpulse. Die Summe dieser Impulse ergibt die Folge 2.2, und die Integration von 2.2 ergibt die Folge 2.3, welche in der Amplitude und in der Dauer moduliert ist. Durch Scheitelbeschneidung oder geeignete Selektion kann man Impulse erhalten, welche ausschließlich in der Dauer oder ausschließlich in der Amplitude moduliert sind. Diese Operation ist jedoch nicht erforderlich, da das Spektrum des Modulationssignals in der Folge 2.3 vorhanden ist, so daß eine einfache Tiefpaßfilterung genügt, um das mit dem Signal 1.1 übereinstimmende Signal 2.4 wiederherzustellen.

Es ist zu beachten, daß die Folge 2.2 bereits eine Folge von dauermodulierten Impulsen ist; die Integration ermöglicht es jedoch, sich um die relative Lage der beiden Impulsreihen der Folge2.i in einem gewissen Ausmaß nicht zu kümmern. In dem Falle, wo die positiven und negativen Impulse nicht interferieren, liefert nämlich die Integration dauermodulierte Impulse, während die direkte Demodulation, von 2.2 ausgehend, jedenfalls ohne erhebliche Verzerrung, nicht möglich ist. Im übrigen ist der Vorgang der Demodulation genau umgekehrt zu dem Vorgang der Modulation.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Modulations- und Demodulationsverfahrens liegt in seiner Unabhängigkeit von den Charakteristiken der Elektronenröhren. Die Operationen für die Differenzierung und Integrierung werden nämlich ausschließlich mit Hilfe von passiven Netzwerken, welche Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstände enthalten, durchgeführt; die Mitwirkung von Röhren mit einer genau festgelegten Vorspannung, wie bei¹ den meisten bekannten Schaltungen, ist nicht erforderlich.

Die Anwendung der Erfindung auf Multiplexsysteme ist möglich. Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Prinzipschema für ein Multiplexsystem zur Durchführung der beschriebenen Modulation und Demodulation. In Fig. 3 stellt der mit einer gestrichelten Linie eingerahmte Teil die zu einem Kanal gehörenden Organe dar, während der außerhalb dieser Umrahmung gelegene Teil die allen Kanälen gemeinsamen Organe darstellt. Dabei ist 1 ein Generator für sinusförmige Schwingungen, auf welchen ein Impulsgenerator 2 folgt, der eine Impulsfolge mit der Wiederholungsperiode T liefert. Diese Impulsfolge erregt einerseits einen Generator^ für die Synchronisierungsleitimpulse, andererseits eine Verzögerungsleitung 4, an deren Abgriffen die den verschiedenen Kanälen zugewiesenen Impulse abgenommen werden. Der Kanalimpuls wird über einen Transformator 7 einem symmetrischen ModulatonS zugeführt, welcher z. B. Gleichrichterzellen enthält und eine Amplitudenmodulation ohne Trägerwelle liefert.

Die von einer Leitung 6 ausgehenden Sprechströme werden dem Eingangstransformator 5 des Kanalmodulators 8 über einen symmetrischen Differentialtransformator 9 zugeführt. Ein Transformator 10 liefert amplitudenmodulierte Impulse ohne Trägerwelle (die Beseitigung der Trägerwelle ist zwar nicht notwendig, jedoch zur Erzielung des höchsten Modulationsgrades wünschenswert), und die Mischung der von den verschiedenen Kanälen gelieferten Impulse wird an dem Steuergitter einer Röhre 11 vorgenommen. Die Gesamtheit dieser Impulse wird mit Hilfe einer kurzgeschlossenen Verzögerungsleitung 12 oder eines geeigneten Ci?-Gliedes differenziert. Eine Röhre 13 empfängt einerseits die Gesamtheit der abgeleiteten Impulse und andererseits die Gesamtheit der von der Verzögerungsleitung abgehenden festen Impulse, wobei die Verbindung über Mischwiderstände 14 erfolgt. Eine Röhre 15 beschneidet die Scheitel der erhaltenen Impulse, und diese werden sodann am Ausgang der Anordnung mit dem Synchronisierungsimpuls gemischt.

Beim Empfang werden die empfangenen Impulse mit der passenden Polarität über einen Transfer-

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mator 16 an das Gitter einer Röhre 17 geschickt. Eine Selektionsstufe 18 trennt den Synchronisierungsimpuls, welcher in eine Verzögerungsleitung 19 !geschickt wird, um die festen KaniaiLselektionsimpulse zu erzeugen. Diese Impulse werden ferner über Widerstände 20 gemischt, worauf ihre Amplitude gegebenenfalls durch eine Scheitelbeschneidungsstufe oder ein Potentiometer 21 verkleinert wird, bevor sie an das Gitter der Röhre 17 geführt werden.

Eine offene Verzögerungsleitung 22 oder irgendein anderes CR- oder Li?-Glied integriert die von der Röhre 17 abgegebenen Signale, und die integrierten Signale werden schließlich von einem Verstärker 23 über einen Transformator 24 den verschiedenen parallel liegenden Kanälen zugeführt. Ein Selektionskreis 25, z. B. ein Sperrkreis mit Gleichrichterzellen, wählt denKanalimpuls aus, wenn ihm die Gesamtheit der integrierten Signale über einen Transformator! 26 zugeführt wird und der dem Kanal entsprechende Selektionsimpuls von der Verzögerungsleitung 19 einem Widerstand 27 zugeführt wird. Der ausgewählte Impuls wird durch einen Tiefpaßfilter 28 demoduliert, und die von einer Röhre 29 verstärkten Sprechströme werden der Gabel 9 der Doppelleitung 6 zugeführt.

P A T E N T A N S J'K 0 C H E :

i. Impulsmodulation- und -demodulationsverfahren, bei welchem lagemodulierte Impulse aus amplitudenmodulierten Impulsen gebildet werden, wobei für die Impulsumwandlung nur passive Elemente verwendet. werden, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig eine Folge von unmodulierten Impulsen erzeugt wird, die in der Amplitude moduliert werden, die zeitliche Ableitung der modulierten Impulse wird dann der ursprünglichen Folge von unmodulierten Impulsen hinzugefügt,' die resultierenden lagemodulierten Impulse werden übertragen, empfangsseitig wird eine Folge von unmodulierten Impulsen erzeugt, welche dieselbe Wiederholungsfrequenz wie die empfangenen lagemodulierten Impulse, aber die entgegengesetzte Polarität haben, die beiden Impulsfolgen werden addiert und die resultierenden Impulse integriert, durch Filterung der integrierten Impulse wird der ursprüngliche Modulationsstrom zurückerhalten.

. 2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Modulator, der einerseits mit einem Impulsgenerator und andererseits mit einer tonfrequenten Stromquelle verbunden ist; an dem Ausgang des ■ Modulators ist eine Differenzierungsstufe angeschlossen, und eine Mischstufe ist einerseits mit dem Impulsgenerator und mit der Differenzierungsstufe, andererseits mit der zu der Empfangsstation führenden Übertragungsleitung verbunden; in der Empfangsstation erzeugt ein mit der Übertragungsleitung verbundener Selektionskreis eine Folge von unmodulierten Impulsen; eine Mischstufe ist einerseits mit diesem Selektionskreis und andererseits mit der Übertragungsleitung verbunden, an den Ausgang dieser Mischstufe ist eine Integrationsstufe angeschlossen, an deren Ausgang ein Tiefpaßfilter angeordnet ist, dessen Ausgang zu einem Empfangsgerät führt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr.2 467 793.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen