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Publication number: DEC0009075MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 22. März 1954 Bekanntgemacht am 3. November 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Bekanntlich kann das Signal-Geräusch-Verhältnis bei Übertragungsanlagen durch Anwendung von Kompressor-Expander-Anordnungen erheblich verbessert werden, welche die Skala der übertragenen Pegel stark herabsetzen (Verdichtungen) und beim Empfang die Skala der Pegel der Sprechströme durch eine zu der Verdichtung entgegengesetzte Maßnahme (Dehnung) wiederherstellen. Bei Trägerstromübertragung werden die Verdichtung und die Dehnung bei jedem Kanal vor der Modulation durch eine lineare Anordnung vorgenommen, die eine passende Zeitkonstante aufweist. Bei Systemen für Mehrfachimpulsübertragung kann man eine »momentane« Verdichtung und Dehnung vornehmen, d. h. welche den modulierten Impuls selbst beeinflußt. Da die Impulse der verschiedenen Kanäle zeitlich gestaffelt sind, folgt daraus, daß die Organe für die Verdichtung und Dehnung für alle Kanäle gemeinsam sein können, da sie mit einer Zeitkonstante Null arbeiten.

Anordnungen dieser Art wurden insbesondere vorgeschlagen von P. A. Reiling (Bell Laboratories Record, Dezember 1948) und C. O. Mallinkrodt

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(!'ell System Technical Journal, JuIi 1951). Diese Anordnungen sind bei amplitudenniodulierten Impulsen anwendbar und liefern Impulse, deren Amplitude _y sieh in Abhängigkeit von der augenblicklichen Amplituden des modulierenden Sprechstromes nach einer Kurve
Funktion

gemäß Fig. 1 ändert, die annähernd die

darstellt, wobei k einen konstanten Faktor bedeutet.

Die Verwirklichung eines derartigen Gesetzes erfordert die Verwendung von nichtlinearen Einrichtungen, wie ■/,. Ii. Gleichrichtern oder Vakuumröhren, also von Organen, die nicht stabil sind, weil der Widerstand der Gleichrichter stark mit der Temperatur schwankt und der Widerstand der Röhren sich mil den verschiedenen Betriebsspannungen ändert. Außerdem müssen nach jeder Auswechslung von Gleichrichtern oder Köhren Nachregelungen vorgenommen werden.

ICs sind ferner pulsphasenmodulierte Multiplexsysteine bekanntgeworden, bei denen von Kompressor-F.xpander -Hinrichtungen Gebrauch gemacht wird (l.ozier, The Bell System Technical Journal, Oktober 10.51).

Demgegenüber hat die Erfindung ein Verfahren zur Verdichtung und Dehnung zum Gegenstand, welches bei Übcrtragungssystemen mit dauer- oder lagemodulierten Impulsen anwendbar ist. Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung für die Anwendung dieses Verfahrens, welche den Vorteil hat, daß sie für die Verwirklichung der Verdichtungsund Dehnungscharakteristiken nur passive Netzwerke benötigt.

Ausfülirungsbcispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen veranschaulichen Fig. 1 bis 7 das Verfahren, während Fig. 8 bis 11 sich auf die Anordnung beziehen.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht die Erzeugung von Impulsen, deren Dauer 7'_; (für eine Amplitude .r, des modulierenden Sprechstromes) von der Dauer T_n (für die Amplitude Null dieses Stromes) nach dem durch die Kurve der Fig. 1 dargestellten Gesetz abweicht, und zwar angenähert nach der Formel

punkten Ij, welche definiert sind durch die. Beziehung

t,

k x,

- I_n = —--γ:--—--

Dieses Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß man eine erste Gruppe von festen Ililfsimpulsen erzeugt, deren Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit durch eine Kurve dargestellt wird, die in bezug auf den Abszissenpunkt /„, in welchem sie die Zeitachse schneidet, symmetrisch ist, und daß man andererseits eine zweite Gruppe von steilflankigen Kanalimpulscn, deren Mitte dem Zeitpunkt t_u entspricht und deren Amplitude klein ist gegen diejenige

fm der festen Impulse, durch den Sprechstrom nach eimern ■ linearen Gesetz in der Amplitude moduliert, worauf man diese beiden Impulsgruppen überlagert, so daß sich modulierte Impulse ergeben, die in ZeitNull werden, und daß schließlich die so gewonnenen modulierten Impulse beschnitten werden, so daß sich Impulse ergeben, die ausschließlich in der Dauer in Abhängigkeit vom Sprechstrom moduliert sind.

Wenn man aus diesen in der Dauer modulierten Impulsen lagemodulierte Impulse erhalten will, braucht man sie in an sich bekannter Weise nur nach der Zeit zu differenzieren und dann zu beschneiden.

Fig. 2 bis 5 bezichen sich auf das Verfahren nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt am Beispiel eines Impulses die Form der Hilfsimpulse. Der positive Teil dieses Impulses hat einen aufsteigenden Ast A-P und einen absteigenden Ast P-F-M, während der negative Teil einen absteigenden Ast M-G-Q und einen aufsteigenden Ast Q-Ii zeigt.

Mit ζ sind die Ordinaten der Kurve und mit t_u ist die Abszisse des Punktes M bezeichnet. In dem Teil F-G-M ist die Ordinate ζ mit der Zeit durch die Beziehung

t-

U ζ

1/

verknüpft, wobei k ein konstanter Koeffizient ist.

Fig. 3 zeigt in vollen Linien einen steilflankigen Kanalimpuls, der durch den Sprechstrom in der Amplitude moduliert ist, für einen gewissen Wert dieses Stromes. Der gestrichelte Teil stellt die Form dar, welche dieser Impuls annimmt, wenn der Sprcchstrom den entgegengesetzten Wert hat.

In Fig. 4 ist die Kurve der Fig. 2 wiedergegeben, und es sind außerdem die Kurven I und II eingetragen, die man erhält, indem man zu den Ordinaten dieser Kurve die Ordinaten der positiven (Kurve I) oder negativen (Kurve II) Impulse der Fig. 3 hinzufügt. Die Kurven I und II schneiden die Zeitachsc in den Zeitpunkten Ji₁ bzw. t₂.

Schließlich zeigt Fig. 5 den in der Dauer modulierten Impuls, welcher sich nach einer doppelten Scheitelbegrenzung der Impulse der Fig. 4 ergibt, wobei die Amplituden der Impulse auf die äußersten Werte begrenzt werden, die durch die Ordinaten a-a_x bzw. b-b_v dargestellt sind.

Die rechte Flanke dieses Impulses befindet sich in no den Zeitpunkten I₁ und A> in den Lagen C₁ bzw. C₂, während die Lage C₀ im Zeitpunkt t₀ der Amplitude Null des modulierenden Stromes entspricht.

Das Verfahren nach der Erfindung ist ferner anwendbar, um in der Empfangsstation eines Übertragungssystems die Dehnung der Impulse durchzuführen.

Im folgenden wird angenommen, daß Impulse empfangen werden, die in der Dauer so moduliert sind, daß der Zeitpunkt tj des Endes eines Impulses für eine Amplitude Xj des modulierenden Stromes gegeben ist durch die Formel

^{l> =} VUA

wobei der Zeitpunkt des Endes eines Impulses bei

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fehlender Modulation als Zeitursprung betrachtet wird. Gemäß der Erfindung erzeugt man dann eine Sägezahnhilfswelle, deren Frequenz eine Harmonische der Wiederholungsfrequenz der empfangenen Impulse ist und welche in den Zeitpunkten, in welchen bei fehlender Modulation auch die veränderliche Flanke dieser empfangenen Impulse durch Null geht, Null wird. Sodann erzeugt man während der Dauer der empfangenen Impulse solche Impulse, deren augenblickliche Amplitude proportional zu derjenigen der Sägezahnwelle ist. Schließlich werden mit Hilfe eines Tiefpaßfilters die so erzeugten neuen Impulse gesiebt, wodurch man einen Strom von gleicher Form wie der Sprechstrom erhält, der bei der Sendung zur Modulation der empfangenen Impulse gedient hat.

Fig. 6 veranschaulicht dieses Verfahren. In dieser Figur ist D-E die linke Flanke eines empfangenen Impulses, dessen rechte Flanke je nach der Amplitude des modulierenden Stromes eine veränderliche Lage G₂-H₂, G₁-H₁ einnimmt. G₀-H₀ bezeichnet die Lage dieser Flanke, wenn der modulierende Strom Null ist, während J-L-H₀-N-R die Sägezahnwelle ist. Der erzeugte Impuls, welcher die Form des Sägezahnes hat, ist in den Zeitpunkten t_lt t₂ beendet, die für die veränderliche Flanke des empfangenen modulierten Impulses festgelegt sind, und umfaßt somit einen veränderlichen Teil, welcher durch die Dreiecke H₀H₁K₁ und H₀H₂K₂ dargestellt wird. Durch Siebung dieser Impulse ergibt sich ein sprechfrequenter Strom, dessen Änderungen um einen Mittelwert (den man beseitigt) proportional sind zu den Flächen der Dreiecke H₀H₁K₁ und H₀H₂K₂ — somit proportional zu i² ₃- — und welche das Vorzeichen von t_} haben.

Anstatt einer Sägezahnwelle kann man eine gleichgerichtete Sinuswelle verwenden, deren Form in Abhängigkeit von der Zeit durch die Kurvenbögen J₁-L₁-H₀-N₁-R₁ in Fig. 7 dargestellt ist, wobei man nur die annähernd geradlinigen Teile H₀-K₁ und H₀-K₂ dieser Bögen ausnutzt.

In dem Falle, wo der empfangene Impuls in der Lage und nicht in der Dauer moduliert ist, wird zunächst dieser modulierte Impuls in einen dauermodulierten Impuls durch übliche Maßnahmen umgewandelt, die nach einem der zahlreichen bekannten Verfahren durchgeführt werden können. Dann werden die so erhaltenen Impulse wie oben beschrieben behandelt.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens. Diese Anordnung wird an Hand der Fig. 8 bis 11 erläutert, von welchen Fig. 8 die Einrichtung für die Erzeugung der obenerwähnten festen Hilfsimpulse darstellt.

Fig. 9 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 8.

Fig. 10 zeigt das Schaltungsschema einer in der Sendestation der Übertragungsanlage angeordneten Verdichtungseinrichtung, während Fig. 11 das Schema einer in der Empfangsstation vorgesehenen Dehnungseinrichtung darstellt.

Die Einrichtung nach Fig. 8 besteht aus dem Generator 1, welcher eine Sinusspannung E nach Diagramm α der Fig. 9 liefert. Diese Spannung wird einer Begrenzerröhre 2 zugeführt, welche in ihrem Anodenkreis einen rechteckförmigen Strom J₁, nach Diagramm b der Fig. 9 erzeugt.

In diesem Anodenkreis liegt ein Verzögerungsglied 3, dessen Eingang an die Klemmen eines Widerstandes 4 von der Größe des Wellenwiderstandes des Gliedes 3 angeschlossen und dessen Ausgang kurzgeschlossen ist. Dieses Verzögerungsnetzwerk 3 arbeitet als Differenzierungskreis und liefert an den Klemmen des Widerstandes 4 eine Spannung U₁, welche nach Diagramm c der Fig. 9 aus einer Folge von Impulsen mit wechselnder Polarität besteht. Diese Spannung wird dem Gitter einer Röhre 5 über eine Vorspannungsquelle 6 zugeführt, welche die negativen Impulse sperrt.

Schließlich ist in dem Anodenkreis der Röhre 5 der Eingang eines zweiten Verzögerungsnetzwerkes 7 angeordnet, welcher mit den Klemmen eines Widerstandes 8 von der Größe seines Wellenwiderstandes verbunden ist. Der Ausgang dieses Netzwerkes ist kurzgeschlossen. Durch Reflexion eines positiven Impulses an dem kurzgeschlossenen Ende des Netz- ^5 werkes7 ergibt sich an den Klemmen des Widerstandes8 eine Überlagerung mit einem Impuls von umgekehrtem Vorzeichen, so daß man an diesen Klemmen eine Spannung U_s erhält, wie sie im Diagramm d der Fig. 9 dargestellt ist. Wird diese Spannung CJ₈ dem go Eingang eines Tiefpaßfilters 9 zugeführt, so erhält man an dessen Ausgangsklemmen 10, 1O₁ eine Welle, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine Verdichtungsanordnung gemäß der Erfindung, welche in der Sendestation eines Übertragungssystems angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird der modulierende Sprechstrom über die Klemmen 12, 12! dem Eingang einer Modulatorstufe 15 an sich bekannter Art zugeführt, deren Steuerklemmen 17, Iy₁ der aus dem Verzögerungsnetzwerk der Sendestation kommende Kanalimpuls zugeführt wird. Der Ausgangskreis dieser Modulatorstufe, welche die Gleichrichter 16, 1O₁ enthält, ist über einen Transformator 13 an den Eingangskreis einer Pentode 14 angeschlossen. In Reihe mit diesem Eingangskreis liegt ferner die sekundäre Wicklung eines Transformators 11, dessen primäre Wicklung an die Klemmen 10, 1O₁ des in Fig. 8 dargestellten Impulsgenerators angeschlossen ist.

In dieser Pentode erfolgt die Mischung der amplitudenmodulierten Impulse und der festen Hilfsimpulse sowie eine erste .Beschneidung der resultierenden Impulse. Der Anodenkreis der Röhre 14 ist mit dem Eingang einer zweiten Röhre 18 verbunden, welche eine zweite Beschneidung bewirkt und in deren Ausgangsklemmen 19, Ig₁ man Impulse erhält, deren Dauermodulationsgrad sich im wesentlichen wie die Quadratwurzel aus dem an den Klemmen 12, I2_X zugeführten modulierenden Sprechstrom ändert.

Im Falle einer Mehrfachübertragung ist der Transformator 11 für die Kanalgruppe gemeinsam, wobei die Hilfswelle eine solche Wiederholungsfrequenz hat, daß sie für die verschiedenen Kanäle benutzt werden kann. Hingegen sind die. Transformatoren 13 sowie die mit ihnen verbundenen Organe für jeden Kanal besonders vorgesehen. ■

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Claims

C 9075VIIIa/'21 α¹

Fig. Ii zeigt eine Dehnungsanordnung, welche in der Empfangsstation einer Übertragungsanlage vorgesehen ist. In dieser Figur bezeichnen 20, 2O₁ die Klommen, welchen die Hilfsquelle zugeführt wird, die, wie oben beschrieben, eine Sägezahnkurve oder eine gleichgerichtete Sinuswelle sein kann. Die gleichgerichtete Sinuswelle kann man erhalten, indem man die Gleiehlaufimpulse dem Eingangskreis einer Röhre zuführt, welche in ihrem Anodenkreis einen auf eine Harmonische der Widerkehrfrequenz abgestimmten Gegenresonanzkreis aufweist, wobei man nachträglich eine der Halbwollen gleichrichtet.

Die Sägezahnkurve kann man aus den Gleichlaufimpulsen oder durch eine Kippschwingungsröhre er-

IS halten, deren Tätigkeit durch sie synchronisiert wird.

Die an den Klemmen 20, 2O₁ aufgenommene Welle

wird dem Eingangskreis einer Sperrstufe 21 zugeführt, welche andererseits an ihren Steuerklemmen 22,22_a, die aus der Sendestation kommenden, in der Dauer modulierten Impulse empfängt. Am Ausgang der Sperrst ufe 21 erhält man Signale, deren Fläche einen veränderlichen Teil aufweist wie bei den Dreiecken UJl₁K₁ und Il JL, K., in Fig. 6.

Der Ausgangskreis der Sperrstufe 21 ist mit einem Tiefpaßfilter 23 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang einer \'erstärkerröhre 24 angeschlossen ist. An den Klemmen 25, 2,S₁ der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators dieser Röhre entnimmt man einen Sprechstrom, dessen augenblickliche Amplitude proportional ist zu dem Quadrat der Verschiebung der veränderlichen Flanke des empfangenen Impulses und folglich proportional zu dem modulierenden Strom in der Sendestation.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beseliiiebcnon Anordnungen. Diese sind vielmehr nur als Ausführungsbeispiele zu betrachten, welche zahlreiche Abwandlungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

PA T 1·: N TANSP H 0 C. 11 E :

I. Verfahren zur sendeseitigen Verdichtung und ompfangsseiligen Dehnung des Pegels von Signalen bei der FYrnubertragung mit dauer- oder lagemodulicrtcn Impulsen, dadurch gekennzeichnet,

Ί5 daß sondeseifig eine erste Gruppe von Hilfsimpulsen, deren Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit durch eine Kurve dargestellt wird, die in bezug auf den Abszissenpunkt, in welchem diese Kurve die Zeitachse schneidet, symmetrisch ist, und eine zweite Gruppe von steilflankigen Kanaliinpiilsen erzeugt wird, deren Mitte den Zeitpunkten entspricht, in denen die Amplitude der Impulse der ersten Gruppe Null wird, daß diese Kanalinipulse durch einen Sprechstrom linear in der Amplitude moduliert und den Hilfsimpulsen derart überlagert werden, daß sowohl in der Amplitude als auch in der Dauer modulierte Impulse entstehen, aus denen durch doppelte Amplitudenbegrenzung nur in der Dauer modulierte Impulse abgeleitet werden, die entweder als solche oder als lagemodulierte Impulse, die aus den dauermodulierten Impulsen in an sich bekannter Weise gebildet werden, fern übertragen werden; ferner dadurch gekennzeichnet, daß cmpfangsseitig eine zweite Gruppe von Hilfsimpulsen erzeugt wird, welche etwa sägezahnförmig oder von der Form gleichgerichteter Sinuswellen sind und in dem Zeitpunkt Null werden, in dem bei fehlender sendeseitiger Modulation jeder der empfangenen Impulse enden würde, daß diese Hilfsimpulse den empfangenen, dauermodulierten Impulsen oder dauermodulierten Impulsen, die aus empfangenen, lagemodulierten Impulsen in an sich bekannter Weise gebildet werden, derart überlagert werden, daß während der Dauer der empfangenen Impulse abgeleitete Impulse erzeugt werden, deren augenblickliche Amplitude proportional zu derjenigen der Sägezahn- oder gleichgerichteten Sinuswelle ist, und daß schließlich diese abgeleiteten Impulse mittels eines Tiefpaßfilters derart gesiebt werden, daß ein dem sendeseitigen Sprechstrom proportionaler Strom erhalten wird.
2. Anordnung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestation eine Modulatorstufe aufweist, welche an ihren Eingangsklemmcn einen modulierenden Sprechstrom aufnimmt und deren Steuerklemmen mit einem die Kanalimpulse liefernden Verzögerungsnetzwerk verbunden sind, daß sie ferner eine Misch- und Begrenzungsröhre aufweist, in deren Steuergitterkreis zwei Transformatoren in Reihe liegen, die einerseits mit den Ausgangsklemmen der Modulatorstufe und andererseits mit den Ausgangsklemmen eines Impulsgenerator verbunden sind, dessen Amplitudenkurve in Abhängigkeit von der Zeit symmetrisch zu dem Punkt verläuft, in dem diese Kurve die Zeitachse schneidet, und daß sie weiterhin eine zweite Regrenzungsröhre aufweist, deren Steuergitter mit dem Anodenkreis der ersten Röhre verbunden ist; ferner dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangsstation eine Sperrstufe vorgesehen ist, deren Eingangsklemmen mit einem Generator für die Sägezahn- oder gleichgerichteten Sinuswellen verbunden sind, deren Steuerklemmcn an die ankommende Leitung der empfangenen Signale angeschlossen sind und deren Ausgangsklemmen mit einem Tiefpaßfilter verbunden sind, wobei dessen Ausgang an den Gitterkreis einer Röhre angeschlossen ist, in deren Anodenkreis die demodulierten Signale entnommen werden.
3. Anordnung nach Anspruch 2 zur Erzeugung von Impulsen, deren Amplitudenkurve in Abhängigkeit von der Zeit symmetrisch zu dem Punkt ist, in dem diese Kurve die Zeitachse schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung einen Sinuswellengencrator, eine erste mit dem Ausgang dieses Generators verbundene Begrenzungsröhre sowie ein erstes Verzögerungsnetzwerk aufweist, dessen Ausgang kurzgeschlossen ist und dessen Eingang parallel zu einem in dem Anodenkreis der ersten Röhre liegenden Widerstand liegt, und daß sie ferner eine zweite Röhre, deren Gitter mit der Anode der ersten Röhre über eine negative Vorspanmingsquellc verbunden ist, ein zweites Verzögerungsnetzwerk, dessen Ausgang

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C 9075 Villa/21a*

kurzgeschlossen ist und dessen Eingang parallel zu einem Widerstand geschaltet ist, der im Anodenkreis dieser zweiten Röhre liegt, sowie ein Tiefpaßfilter aufweist, welches ebenfalls parallel zu diesem Widerstand liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 2 bei einer Mehrfachübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe für die Verdichtung und Dehnung für alle Kanäle gemeinsam sind.

Angezogene Druckschriften:

The Bell System Technical Journal, Oktober 1951, S. 1214 bis 1220.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen