NO121282B - - Google Patents

Description

Pulskodemodulasjonssystem.

Den foreliggende oppfinnelse angår pulskodemodulasjonssystemer, og særlig pulskodemodulasjonssystemer hvor det foretas en gjentagen prøvetagning av et analogt signal og hvor bare differensen mellom prøvetagningene utsendes som informasjon.

Det er tidligere kjent slike differensial pulskodemodulasjonssystemer hvor hele differensen mellom to prøvetagninger oversendes i form av et digitalt signal bestående av flere siffer med bestemte vektfaktorer eller vekter. Imidlertid vil det være nødvendig å la det digitale signal bestå av relativt mange siffer for å kunne oversende informasjon om store sprang mellom to påhverandrefølgende prøve-tagninger. Vanligvis er det imidlertid bare bruk for relativt få siffer da denne differense normalt har en relativt liten verdi. Ved et system som oversender et fast antall digitale elementer med faste vektfaktorer vil mange av disse elementer alltid være overflødige fordi de inneholder liten eller ingen informasjon. Formålet med foreliggende system er derfor å frembringe et pulskodemodulasjonssystem hvor den digitale informasjon som oversendes inneholder et minimalt antall elementer uten at dette går nevneverdig ut over systemets evne til å overføre såvel store som små analogverdier med tilstrekkelig nøyaktighet. Dette oppnås ved å utforme systemet i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

Et system i henhold til foreliggende oppfinnelse vil både,bli rimeligere og hurtigere enn tidligere kjente systemer og krever heller ikke så stor båndbredde på overføringskanalene som konven^sjonelle systemer.

En utførelse' av oppfinnelsen vil 1 det følgendé bli detaljert beskrevet under henvisning til tegningene, 'hvor

fig. 1. skjematisk viser en dekoder og en koder,

fig. 2 i forenklet form viser en kbnseritrator.

Før tegningene beskrives skal det gis en kort generell beskriv-else av pulskodemodulasjonsteknikken. Det system som beskrives be-nytter en form for pulskodemodulasjon som ligner delta-modulasjon ved at koden som virkelig sendes representerer forskjellen mellom amplituden av én taleprøve (hvis det antas at det analogsignal som skal sendes er tale) og amplituden av den umiddelbart foregående taleprøve. Den virkelige kombinasjon som sendes er basert på en 12 elements binærkode, men bare 5 etter hverandre følgende elementer sendes. Den kombinasjon som virkelig sendes avviker fra en sann binærkode ved at hvert element som sendes hår kjennetegnet +1 eller

-1, idet det benyttes positive og negative pulser for dette formål. Det vil imidlertid også være mulig å representere kjennetegnene

+1, -1 ved hjelp av tilstedeværelse eller fravær av elektriske pulser. I dette tilfellet vil de to elektriske tilstander være henholdsvis puls og ikke- puls. Når prøveamplituden gjør det nødvendig, foretas en områdeforskyvning, dvs. at den neste øvre eller neste lavere gruppe med sifre sendes, idet hver slik forskyvning avhenger av verdien av den siste koding. Dersom f.eks. det elementområdet som benyttes er 2°-21+, og en prøveamplitude.har størrelsen 29, blir området forskjøvet mot venstre én gang, slik at de elementer som da sendes er elementene mellom 2^-2^ osv.

Når en prøve overskrider 15 ved betraktning av en gruppe på

5 elementer som brukes i et enkelt binærtall, blir en markeringstilstand satt opp, og tilstedeværelse eller fravær av en slik markeringstilstand har også en styrende virkning på pmrådeforskyvning- en. Ved området 2^-2^ blir denne markeringstilstand satt opp dersom amplituden av en. prøve overskrider 15; ved området 2^-25 blir den satt opp når amplitudén av en prøve overskrider 31; for området

oe

2-2 når prøven overskrider 63; osv.

Når én markeringstilstand er satt opp., foretas en registrering av dette i en syklisk hukommelse, idet denne hukommelse også omfatter registreringer som angir hvilket område av binærelementer som er i bruk og den sykliske hukommelse testes ved jevne mellomrom, for hver tidsstillingskanal:; for å se om markeringstilstand er tilstede.

I det foreliggende tilfelle antas det at denne tes.ting foregår hver 16. periode, og dersom en markeringstilstand er tilstede vil denne bli eliminert fra hukommelsen, mens det benyttede området ikke forandres. Dersom imidlertid testen ikke finner at noen markeringstilstand er tilstede, oppfatter utstyret dette som en indikasjon på at prøveamplituden siden den siste markeringstilstandstest, alltid har ligget innenfor den laveste halvdel av det amplitudeområdet som er i bruk. Som følge av dette og for å forbedre nøyaktigheten av kodingen, forskyves apparatet så til det neste lavere området, f.eks. en forskyvning mot høyre fra området 2^-2^ til området 2^-2^.

Under kodingen vil det første trinn ved behandling av en analog-størrelse, være å tilvéiébringe et antall (5 i det foreliggende tilfelle) med par med såkalte pulskretseridet det i det foreliggende tilfelle antas å være 12 par pulskretser. Hvert av disse par pulskretser svarer til ett av de tilgjengelige binærelementer, og amplituden av strømpulsen fra en pulskrets er avhengig av dens elementposisjon. Hvert slikt pulskretspar omfatter en pulskrets som leverer en positiv puls og en som leverer en negativ puls. Utgangs-stillingen styres av den sykliske hukommelse som er nevnt ovenfor og som f.eks. kan være en ferro-magnetisk kjernematriks,med ehrekke for hver kanal i systemet, pg dette arrangement vil, selv om det velger de pulskretser som skal benyttes, ikke foreta valg mellom pluss og minus.

Etter hver operasjon med prøvetagning bg koding, lagres en indikasjon på amplituden av prøven. Dette gjøres ved å lade en kondensator til et nivå avhengig av nivået åv prøven, med det resultat at når en ny prøveperiode kommer, har kondensatoren for denne kanal en ladning som svarer til amplituden av signalet i den umiddelbart foregående prøve. Dette siste prøvenivå blir så sammenlignet med det nye signals prøvenivå i en sammenligningsanordning, og sammenligningsanordningen utfører så en rekke sammenligninger som i antall tilsvarer antall sifferelementer som skal sendes, og som et resultat av hver av disse sammenligninger tilføres en positiv eller en negativ puls til kondensatoren for å innstille dens nivå på den nye tale-prøve. Følgelig genereres en kodekombinasjon som svarer til en rekke-følge med pulser som hver enten er positiv eller negativ og som representerer forskjellen i amplitude mellom en taleprøve og den umiddelbart foregående taleprøve.

Dersom f.eks. det lagrede nivå tilsvarer verdien 17 og det nye nivå tilsvarer verdien 28, og det antas at området 2^-2^ benyttes, oppstår følgende forhold: 1. 2 8 overskrider den lagrede verdi 17, og derfor adderes +16 til lagringskondensatoren for å gi 33. Elementet for denne sammenligning er således +1. 2. Den nye lagrede verdi 3 3 overskrider verdien 2 8 for den nye taleprøve, og derfor adderes -8 til lagringskondensatoren for å gi

25. Elementet for denne sammenligning er følgelig -1.

3. Denne nye taleprøve 2 8 overskrider innholdet av lagringskondensatoren som er 25, og derfor adderes +4 for å gi 29. Elementet er nå +1. 4. 2 9 som er lagret overskrider 2 8 som tilsvarer taleprøven, og derfor adderes -2 for å gi 27. Elementet for dette er -1. 5. 2 8 (ny prøve) overskrider 2 7 (lagret), og derfor adderes +1 for å gi 28, og denne lagrede tilstand holdes inntil den neste prøve-tagning. Elementet er i dette tilfellet +1.

Kodekombinasjonen som er et resultat av denne prøvetagning vil følgelig være +1, -1, +1, -1, +1 og dette representerer differansen 11 mellom nivået 17 og det nye nivå 28. I tillegg vil det sees at lagringskondensatoren har fått sitt innhold justert slik at den nå lagrer en ladning som tilsvarer den nye taleprøve. Denne holdes som nevnt inntil neste prøvetagning. Da forskjellen i amplitude mellom to etterfølgende tale"prøver således er mindre enn 15, vil ingen markeringstilstand være nødvendig.

Følgelig vil det sees at den sykliske hukommelse velger hvilke pulskretser, dvs. hvilke elementvekter, som er nødvendige, mens sammenligningsanordningen styrer utvelgningen blant pulskretsene i hvert par avhengig av resultatet av den foregående sammenligning. Dersom det under disse sammenligninger oppnås likhet før den siste elementplass, kan enten en spesiell operasjon foretas for å sende en tredje tilstand for å tilkjennegi denne likhet, eller en kan behandle en slik likhetstilstand som en positiv differans. Dette siste vil normalt resultere i en feil på bare 1, dersom det antas at det nederste området benyttes. Denne feil ville normalt være tillatelig da den ligger minst 30 dB under det sendte nivå og dette vil føre til et enklere system enn det som måtte benyttes dersom en tredje tilstand skulle sendes.

Dekodingen bevirker at de riktige pulskretser tilkobles en utgangskondensator som er ladet til nivået av den umiddelbart foregående kombinasjon, og at dette nye nivå avleses over utjevnende kretser og med slik forsterkning som er nødvendig. Denne tilkobling-en av pulskretsene kan foretas i flere etterfølgende trinn som tilsvarer antall elementplasser som benyttes,eller i to trinn. I siste tilfellet vil i det første trinn alle pulskretsene som svarer til kombinasjonen som skal dekodes, bortsett fra pulskretsen for den minst signifikante, kobles til lagringskondensatoren, hvoretter den minst signifikante elementpulskrets tilkobles. Denne andre metode reduserer krysstalen mellom nærliggende kanaler i et tidsstillings-multiplekssystem med pulskodemodulasjon.

Fordelene med kodings- og dekodingsteknikken som er beskrevet ovenfor, er at de samme utstyr kan benyttes både for koding og for dekoding. Videre vil overføring av signaler som angir områdefor-andringer ikke være nødvendig p.g.a. disse områdeforandringers art og den måte hvorpå de opptrer. I noen utførelser har det imidlertid vært funnet fordelaktig å synkronisere områdeinnstillingene i de to ender av et samband for hver n prøvetagningspulser. Denne infor-masjonen kan sendes sammen med signaleringsinformasjonen. Det vil således sees at før den første kombinasjon av noe signal sendes, vil begge ender av systemet være innstilt på det nederste området, dvs. på området 2^-2^ i det eksempel som er beskrevet ovenfor. Den første kombinasjonen vil derfor benytte de fem minst signifikante pulskretspar på mottagersiden. Fra den innkommende kodekombinasjon vil den dersom det er nødvendig generere sitt eget markeringssignal, og den vil også fra denne kombinasjon merke når verdien 15 overskrides. Dekoderen vil således fra hva den mottar, "vite" når en venstre-forskyvning eller høyre-forskyvning skal foretas. I begynnelsestil-standen, dvs. før noen forskyvning er foretatt, kan selvfølgelig bare en forskyvning mot venstre foretas. Den sykliske hukommelse på mottagersiden kan lagre data på samme måte som kodesiden. Følgelig kan koderen og dekoderen stort sett være samme apparat.

For å unngå å bruke en hukommelse i begge ender av en over-føringskanal ■ har det vært funnet fordelaktig å sende data som angår stillingen av den første pulskretsstilling i forhold til hele området med 12 stillinger. Der er 8 mulige stillinger., og 3 binærsifre kan benyttes for å representere denne stilling.

Dersom den kodekombinasjon som virkelig sendes bare består av

4- sifre i stedet for 5, vil forholdet mellom den største og minste strømpuls bli redusert fra 16-1 til 8-1, hvilket gjør kretsen mindre kritisk, men krever høyere prøvetagningsfrekvens for samme signal/ støyforhold.

Apparatet i fig. 1 viser både en koder og en dekoder som er koblet til det samme sett med pulskretser. Det er klart at normalt vil koderen og dekoderen for den samme signalkanal være adskilt, og normalt befinne seg i motsatte ender av et.overføringsmedium som f.eks. en koaksialkabel eller et telefonpar, men fig. 1 viser kretsene sammenkoblet for enkelhets skyld. Det skal også anmerkes at når toveis overføring er nødvendig, må hver ende av kanalen være forsynt med både en koder og en dekoder. I visse tilfeller hvor begge over-føringsretninger ikke vil være i bruk samtidig, kan det benyttes en krets som vist i fig. 1 for både koding og dekoding.

Når, som normalt er tilfellet, koder/dekoder-arrangementet benyttes i et multiplekssystem, benyttes portkretsér for å styre "oppsamlingen" av analogprøver for tilførsel til koderen og for fordeling av resultatene fra dekoderen på mottagersiden.

Kretsen som er vist i fig. 1 omfatter både koder og dekoder, idet et sett pulskretser betjener koderen for utgående signaler og også dekoderen for innkommende signaler.

Virkemåten av kretsene i fig. 1 vil bli kort beskrevet. Et audiosignal som det skal tas prøver av, tilføres basis for en transistor Tl som, sammen med en transistor T2 utgjør en del av en par-sammenligningsanordning. Der er én slik sammenligningsanordning pr. kanal i multiplekssystemet, idet der pr. kanal også er en kondensator Cl hvori det lagres en ladning som er representativ for kanalens signalamplitude og polaritet ved den siste prøvetagning.

Når prøvetagningstidspunktet for den betraktede kanal inntreffer, bevirker blokk-kretsen at pulskretsene PP og PN blir til-koblet over trinn med porter som er betegnet GP og GN, til kanalens kondensator. Disse portkretsér kan være konvensjonelle diodeport-kretser. Den sykliske hukommelse CM, som, som allerede nevnt, kan være en koordinat-matriks av ferritelementer med én rekke pr. kanal, inneholder data om hvilket område med elementvekter som benyttes og denne vil, over en pulsstyrekrets PCC og de forbindelser som er antydet med strekede linjer, velge det riktige sett med positive og negative pulskretser. Kretsen PCC omfatter buffere og porter i et konvensjonelt arrangement og vil ikke bli beskrevet. Data fra kretsen CM innstiller også portene i GP og GN til de riktige stillinger, slik at ladninger med passende verdier styres mot den riktige kondensator.

Kollektorutgangen fra Tl avhenger av om prøven er større eller mindre enn ladningen på Cl. Portkretsen GM reagerer overfor dette ved å signalere til pulsstyrekretsen PCC om en positiv eller en negativ pulskrets skal velges. En pulskrets velges således, og en puls med riktig polaritet sendes over utgangssambandet OH. Dersom polariteten av differansen mellom inngangene til Tl - T2 er ufor-andret, vil den neste lavere pulskrets av samme polaritet bli valgt, osv. inntil fortegnet forandres. Når fortegnet forandres blir den neste lavere pulskrets valgt, som allerede nevnt, men med motsatt polaritet. Hurtigheten av operasjonene er selvfølgelig valgt riktig i forhold til den omkobling som skal foretas.

Ved mottagelse, vil hver puls, når den ankommer over inngangs-sambandet IH, bevirke at styrekretsen PCC velger den riktige pulskrets, positiv eller negativ, som angitt av pulskarakteristikken. Som allerede nevnt "vet" mottagerutstyret hvilket område som er i bruk. Kondensator C2 lades så til det riktige nivå i forhold til prøveamplituden av det mottatte signal, og dens utgangskrets strekker seg over de vanlige filter- og forsterkerkretser.

Områdeforskyvningen foretas, når det er nødvendig, ved hjelp

av styrekretsen PCC under styring av innholdet av den sykliske hukommelse CM og tilstanden av kondensatorladningen. Normalt husker CM stillingen av det første pulskretspar som benyttes, og de pulskretser som benyttes i den neste sifferperiode er paret til høyre i kjeden.

En konsentrator er vist i forenklet form i fig. 2, og omfatter et par linjekretser hvorav bare en (LCx) er vist. Denne er koblet over koder/dekoder-kretsene CDN1 og CDN2 til sentralen. Duplisering er foretatt av sikkerhetsmessige hensyn, og bare ett utstyrsett vil bli beskrevet.

I tilknytning til kretsen CDN1 er det anbragt en avsøknings-anordning SCI og en styrende tidskrets EC.

Avsøkningsanordningen bevirker at linjene testes for anrops-tilstander, og når en slik finnes, blir et signal sendt over en krets BP (omfattende buffere, dempningskretser og synkroniserings-kretser) og forbindelsen C til hovedsentralen, slik at denne "vet" at et anrop er foretatt. En tråd A benyttes for å signalisere til konsentratoren hvilken port som skal benyttes for den neste kombinasjonen som sendes ut fra konsentratoren, dvs. den forteller konsentratoren hvilken linje som skal sende den neste kombinasjon. En tråd B fører på tilsvarende måte signaler som identifiserer en linje som en kombinasjon skal benytte. To andre tråder, D og E, er henholdsvis utgående og inngående samband.

To kretser S0C1 og S0C2 er omkoblingskretser for å koble ut en feilaktig vei i konsentratoren, og tilkoble den andre vei.

Det vil sees fra fig. 2 at hver linjekrets er tilgjengelig både for CDNl og CDN2. Dersom en feil inntreffer, blir den feil-aktige krets frakoblet, og tilgjengeligheten til denne fjerne konsentrator er redusert med 50%, mens alle linjer fremdeles er brukbare.

Siffersambandene A, B, C, D, E er som beskrevet ovenfor, og signalene kan blandes sammen av økonomiske hensyn.

Claims (5)

1. Elektrisk pulskodemodulasjonssystem hvor et analogt signal frem-stilles ved hjelp av en binær pulskodekombinasjon hvis elementer er avveiet i overensstemmelse med konvensjonell binær praksis og hvor hver kodekombinasjon som overføres omfatter elementer som enten kan ha positiv eller negativ verdi idet de ulike fortegn representeres av ulike elektriske tilstander, og hvor hver binær kodekombinasjon som overføres representerer et tall som angir forskjellen mellom amplitudene til de løpende analoge signal prøvetagninger og til den umiddelbart foregående analoge prøvetagning, mens antall signalelementer som overføres,er mindre enn det totale antall elementer til kombinasjonen som tilsvarer den løpende prøvetagning, og elementene som overføres omfatter de mest betydningsfulle elementposisjoner i kombinasjonen, karakterisert ved at når tallet som tilsvarer verdien av den overførte binære kodekombinasjon overskrider en første grense, så forårsaker styringselementer (PCC, GP, GN) at det utføres en områdeforskyvning slik at det overføres elementer med høyere vekter og at når tallet som overføres,under-skrider en andre grense så forårsaker styringselementene at det ut-føres en områdeforskyvning slik at det overføres elementer med lavere vekt.

2. Elektrisk pulskodemodulasjonssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at når styringselementene (PCC, GP, GN) detekterer at tallet som tilsvarer den overførte binære kode-kombinas jon befinner seg mellom de to nevnte grenser.så blir dette indikert ved lagring av en markeringstilstand i et midlertidig lager (CM), at styringselementene ved intervaller gjennomfører en testing for å fastlegge hvorvidt markeringstilstanden foreligger i lageret, at dersom denne testingen viser at markeringstilstanden ikke foreligger i lageret så medfører dette at det blir foretatt en områdeforskyvning, og at dersom testingen viser at det foreligger en markeringstilstand så fjernes denne fra lageret.

3. Elektrisk pulskodemodulasjonssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at systemet behandler analoge signaler for et flertall kanaler etter tidsmultipleks prinsippet og at et lagringsutstyr inneholder data som identifiserer den blokk med signalelementer som benyttes for hver av de nevnte kanaler.

4. Elektrisk pulskodemodulasjonssystem ifølge krav 3, karakterisert ved at det ved sendersiden foreligger et kapasitiv lagringsorgan (Cl) for hver enkelt kanal hvilket lagringsorgan etter at en kodekombinasjon er blitt sendt inneholder en ladning hvis størrelse tilsvarer den analoge verdi for den aktuelle kode-kombinas jon, at når en ny stikkprøve skal behandles så blir dets verdi sammenlignet av en komparator (Tl - T2) med ladningen i den tilforordnede av de kapasitive lagringsorganer og resultatet av denne sammenligning fastlegger kodekombinasjonen som skal overføres, og at denne sammenligning og fastleggelse også resulterer i en justering av ladningen til det kapasitive lagringsorgan i overensstemmelse med den nye stikkprøve av analogisignalet.

5. Elektrisk pulskodemodulasjonssystem ifølge krav 4, karakterisert ved at det ved mottagersiden foreligger et kapasitivt lagringsorgan for hver kanal (Cl), at hver mot-tatt kodekombinasjon medfører små endringer i strømmen som fås fra strømgeneratorer (PP, PN) som tilsvarer at elementene i kodekombinasjonen summeres i det tilforordnede kapasitive lagringsorgan, og at områdeforskyvningen blir utført når dette er nødvendig av styringselementene (PCC, GM, GP, GN) under styring av den mottatte signal-kombinasjon og av innholdet i datalagringsutstyret (CM) ved mottagersiden.