SE418133B - Deltamodulationsforfarande - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 H0 ßn.wrJøæ«us&aw¿ëm¿a¥a+a¶yoI»-«ïn#kA.-» 771za2o-4 2 dukten av steghöjden och avsökningsfrekvensen givna Båda distorsionerna, såväl motsvarande, ur pro stigningen av uppskattningssignalen. kvantiseringsbruset som även distorsionerna genonxatignings-övapbelastnin§¿ kan nu hållas låga genom att kvantiseringssteget göres variabelt.

Styrningen av steghöjden sker därvid proportionellt mot stigningen av analogsignalen, varvid den motsvarande informationen erhålles ur den deltamodulcrade signalen. Deltamodulationsförfaranden med variabelt kvantiseringssteg kallas även adaptiva deltamodulations- förfaranden. Vid användningen av adaptiv deltamodulation för överföring av talsignaler utgår man från den egenskapen hos tal- signalerna, att för varaktigheten av en uttalad stavelse amplituden av enveloppkurvan förblir tillnärmelsevis konstant. Under denna varaktighet skulle därför kvantiseringssteget blott obetydligt ändras. I den tyska offentliggörandeskriften 19 11 431 är en över- föringsanordning för signalöverföring genom deltamodulation angiven, vilken är utförd i enlighet med sådana synpunkter. För bestämning av stigningen av analogsignalen provas eller granskas därvid tre eller flera på varandra följande binärimpulser vid den deltamodulera- de signalen med avseende på koincidens. Av impulsföljden av dessa koincidens-resultat eller -avgöranden bildas medelvärdet, vilket tjänar som styrsignal för höjden av kvantiseringssteget.

I ett meddelandeöverföringssystem, vid vilket adaptiv delta- modulation användes, kan det vara nödvändigt att överföra modulerade datasignaler i stället för talsignaler. Dataöverföringen över telefonförbindelser sker i regel medelst så kallade modem. Därvid omvandlas en binär rektangelformig datasignal på sändarsidan till en för överföringskanalen lämpad modulerad datasignal, och ur denna alstras åter på mottagningssidan den binära rektangelformade data- signalen. Denna omvandling sker medelst bestämda modulations- Sålunda har för datasignaler med bitföljdfrekvenser_ CCITT-rekommenda- På grundval av förfaranden. s 1200 bit/s frekvensmodulation blivit vanlig. tionen V 23 lämnar ett normeringsförslag härför. detta förslag bildar de båda karakteristiska frekvenserna 1300 Hz och 2100 Hz symbolerna för den överförda informationen. För data- signaler med bitföljdfrekvenser 4 1200 bit/s har fasdifferensmodula- tion blivit vanlig. CCITT-rekommendationerna V 26, V 26 bis, V 27, V 27 bis och V 27 ter lämnar normeringsförslag härför. Vid denna modulationsart omnycklas i takt med en symbolföljdfrekvens fs fasläget av en bärvåg, varvid differensen mellan de mellan två nycklingstidpunkter uppträdande faslägena är symbolen för den över- Vf, :N '.~.'- “»-s"'\.x'.'\;^ .H “Kv-fl ._ 'J r <2; - 'aff- 1: -f-"fmfszwnw-fi» J: .;«:.<-.ïv.~:-:- f; pr; (-4- ,»-.=- 4.., “ 'lyf _? yewvgfi- .íÃafioí-Q vrå-Än .,~~,~__'-~~,r_ v Vrvgm-u-.f-fi»zgl-klv;ušlv\§=i-Ägßzêivwçš'a\fl.mçxi mïqggy -. I* . __' _.“,,_-,_.w___, - fngl-aâ. ,<_.^ .¿~.f. 10 15 20 25 30 35 H0 14 . q-vnn Qvgiwt. /tvpgx _ s ~-,~f.',~.~v,n-~.'nr4yf. 77? 120% (93 C) förda informationen. Antalet m av de för överföringar använda symbolerna resp. fasdifferenserna rättar sig därvid efter den utnyttjningsbara bandbredden av talkanalen samt överförings- hastigheten resp. bitföljdfrekvensen fb hos den binära rektangel- formiga datasignalen. Allmänt gäller m = 2n, varvid n är antalet av de till en bitkombination sammanfattade bitarna hos den rektangel- Till varje möjligt binärtillstànd av denna @ar1»a¿:;,.f>- formiga datasignalen. bitkombination är därvid tillordnat ett bestämt fasdifferensläge.

För bitföljdfrekvensen fb gäller därvid relationen fb = n - fs - Å I CCITT-rekommendationen V 26 föreslås ett modem för en bitföljdfrekvens av 2400 bit/s, som arbetar med fyra symboler resp. fasdifferenslägen. Den rektangelformiga datasignalen samman- fattas därvid till bitkombinationer av n = 2, även benämnda dibitar.

Symbolföljdfrekvensen (vid detta exempel även benämnd dibitfrekvens) uppgår därför till 1200 Hz. Vid ett modem för en bitföljdfrekvens av 2800 bit/s, som uppbyggs enligt CCITT-rekommendationen V 27, utgör symbolföljdfrekvensen 1600 Hz (n = 3).

Vid ett ytterligare modulationsslag, fasreferensmodulationen, bildas symbolerna för den överförda informationen icke av differensen mellan två i tiden på varandra följande faslägen, utan av differensen av fasläget av en nycklad bärvåg i relation till den konstanta fasen hos en referensbärvâg.

För att kunna bedöma egenskaperna hos ett system, vid vilket en sådan modulerad datasignal överföres medelst adaptiv delta- modulation, tillföres deltamodulationssändarens ingång, förutom den modulerade datasignalen, en definierad brussignal med en bestämd nivâdifferens i förhållande till datasignalen, och bitfelkvoten mellan den rektangelformiga datasignalen på ingångs- och utgångssidan uppmätes som funktion av nivån av denna modulerade datasignal.

Det visar sig nu, att denna bitfelkvot icke är konstant utan blott vid en medelnivå av den modulerade datasignalen har ett minimivärde och vid större och mindre nivåvärden starkt ökas.

Detta nivàberoende förhållande visar sig vara särskilt ofördelaktigt på grund av att de i driftsfallet som överföringsledning tjänande ledningarna uppvisar stora dämpningsskillnader och de överförda signalerna sålunda lätt kunna falla inom området för stora bit- felkvoter.

Till grund för uppfinningen ligger uppgiften att åstadkomma ett förfarande för överföring av modulerade datasignaler medelst adaptiv deltamodulation. Därvid skall den vid sändarsida töverlagring SMx-mfiwflfl-'Y .'H-_._ if.ç.,\ '.,_~-:-¿ ,¶ V» .-,._». ful ß W _). _ ' I I* _ 'v ßas-fa\t.e.~.-Li~ tr>-ff.i1å""-'.;' *“"'-'-*¿'°"'“*'^ “'1*“'^='“"“*~""““'~'f'~'*”f” “ 5 10 C. ( 15 20 25 35 H0 W>'“f'"'“'ß*ï. . . _, att' ~ l e - -. _.; ., ', -" .__ _. -\_ , _\_. p, _ .w-xxmyfi äv13s2o-A u av en av vitt brus bestående störsignal uppträdande bitfelkvoten ra möjligast låg inom hela nivåomràdet av den modulerade data- uppfinningen skall överförings- va signalen. Genom åtgärderna enligt egenskaperna för en talsignal, som kan överföras i stället för datasignalen, icke märkbart försämras. De olika värdena av den modulerade datasignalen bildar symbolerna för den funktion som skall överföras.

Denna uppgift löses genom att förfarandet enligt uppfinningen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen. Sålunda sker styrningen av höjden av kvantiseringsstegeni.beroende av amplituden av spektrallinjen för symbolföljdfrekvensen av den modulerade datasignalen.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas och för- klaras i anslutning till ritningen.

Pig. 1 visar ett principkopplingsschema för en deltamodulations- sändare enligt uppfinningen för modulerade datasignaler. Pig. 2 visar ett utföringsexempel på styrnätverket St i fig. 1. Pig. 3 visar ett principkopplingsschema för en deltamodulationsmottagare enligt uppfinningen.

Pig. H visar det principiella förloppet av bitfelkvoten av binära rektangelformiga datasignaler vid ett medelst anordningen enligt fig. 1 och 3 uppbyggt överföringssystem under användning av modemer.

Pig. 5 visa sändare enligt uppfinningen för valfri över eller modulerade datasignaler.

Pig. 6 visar det principiella förloppet av bitfelkvoten hos ett med sändaren enligt fig. 5 och med en motsvarande mottagare r ett princípkopplingsschema för en deltamodulations- föring av talsignaler uppbyggt överföringssystem.

Anoroningen enligt fig. till vars ena ingång över ledningen L v från modemsändaren. Vid den andra ingången hos Di tillföres den uppskattade eller rekonstruerade 1 innefattar ett differenssteg Di, 1 tillföras den modulerade datasignalen difierenssteget signalen r. Den på utgången hos differenssteget Di uppträdande -r tillföres till tröskelvärde- denna tröskelvärdeströmställare S så att vid utgången hos n-informationen differens- eller felsignalen e = v strömställaren S. Tröskelvärdet hos är inställt på referenspotentialen O volt, tröskelvärdeströmställaren S endast uppträder förtecke hos differenssignalen e. I den som bistabilt vippsteg utförda av- känningskopplingen A avkännes_denna förteckeninformation med I t " i I t ' _ . ß « m1 *a b--w hv *š-vff-:tvqrn-vu-vä..»J-r.øä'-oOV'U~lfw\4J4;-;2It“w~ . ß » r. r. å! . í i ä 'C - . ä. - - - "' _ . V1~. .- swe ~ -f ffi~-,fiw,,,,,,._._p_z..___vrflvß - ~ ' -' ' ' .'_. .- r_.\.._, _ __ '.. 'l " “ : "'41 »hf .-"_i"_'~' "' ' "H j ' "“' ”' " "'“' ' y-mipkïvifiqtu-:fnga-n ...än l..ßå.n.a*|.a_e~.,.nqfi/y\,_,,p_l ...-«. \.@¿,,_.¿,,,1...-5||,_~_.;¿,._ _ , p J 10 15 20 25 30 35 H0 5 vvksszo-4 avkënningsfrekvensen fab. På utgången hos det bistabila vippsteget ligger den deltamodulerade signal d som skall utsändas och som tillföres såväl styrnätverket St och över impulsomvandlaren IW till ingången M1 hos multipliceraren M som även till överförings- ledningen L2. Styrspänningen Ust på utgången hos styrnätverket St tillföres till adderingssteget Ad, som över en ytterligare ingång tillföres en spänning AU, vilken adderas till denna styrspänning Ust. = 0 uppträdande minsta Denna spänning AU motsvarar den i fallet Ust w AU hos adderings- höjden av kvantiseringssteget. Utgângssígnalen Ust steget Ad går till ingången M2 hos multipliceraren M och viktar de från impulsomvandlaren IW kommande bipolära impulserna med konstant amplitud. Dessa med avseende på sin höjd påverkade impulser går till det integrerande nätverket I, de signalen r uppträder, vilken i differenssteget Di jämföres med den modulerade datasignalen v.

Det i fig. 2 visade utföringsexemplet pá det i princip- kopplingsschemat i fig. 1 inkopplade styrnätverket St har ett skift- register SR, som består av ett antal u steg. I en föredragen ut- föringsform finns det tre steg. Till detta skiftregister SR till- föres med avkänningsfrekvensen fab den från avkänningskopplingen A lämnade deltamodulerade signalen d. Utgångarna hos samtliga steg (x, y, ... u) hos skiftregistret SR är förbundna med in- gångarna hos koincidensgrinden G, vars utgångavgiveren impuls, endast när på samtliga ingångar finns antingen det ena eller det andra binärtillståndet. Till utgången hos koincidensgrinden G är ansluten en anordning, som består av smalbandfiltret BF och likriktar- steget Gr, som är kopplat efter detta smalbandfilter BF. Likriktar- stegets Gr utgång är förbunden med ingången hos RC-lågpassfiltret TP1, till vars utgång ingången hos förstärkaren Vr är ansluten.

Smalbandfiltret BF är avstämt på modemets symbolföljdfrekvens fs.

Såsom redan nämnts, utgör denna symbolfrekvens fs 1200 Hz vid ett mot CCITT-rekommendationen V 26 svarande modem och 1600 Hz vid ett modem enligt V 27. Enligt en utformning av uppfinningen ligger 3 dB-bandbredden hos smalbandfiltret BF mellan 30 Hz och 80 Hz.

Uppfinningen utgår från det rönet, att vid överföringen av modulerade datasignaler med given symbolfrekvens, speciellt även fasmodulerade datasignaler, en i tidstakten av symbolfrekvensen periodisk andel av stignings-överbelastningen uppträder, vilken ökas med nivån av datasignalen.

Den av smalbandfiltret BF utfiltrerade svängningen med symbol- man; zrflfthlilfiwflfixwr f 3 v vid vars utgång den rekonstruera- , FFSKW?«°SYFC=~'K¥=KF!,~;=1",':- :ft yr-y' w -I ~.~ .-~.;-- ~__- s- \._ _._l2-'Z'-.:>.-i'_'...,,-_~, .'-_. « - '« ' ._ ' * "- " _”°"*'~*"--1\'I- -vff°f~a_~ -' - - ~ .-_.. ..._-___ .___ f- ufiv,~zu-f<.»n,-.f~w~ v-v-.fi-u-...fi a -,,,,~.~¿;.,. . -' - - . -._..i.~..._ .. JFjH"I'I'P'_I'};,-rrf'ffl~r-e' ' .ux-q-s-a v.. v. , 4 ' ' "' "-« fl""".-.f./. 'W- . yPfïflfï-w å* '1""'°.*'-"'~"'.2'.I." .WIN Gfl W-*ï v.- _-LM,Mwe~æfl«vm:4&@fi&T”“”W - _ ,... 10 15 20 25 30 35 HU "'--'* *w- -. 1 k__E“ïë_fF.,_,__-_.>n_ _. ,_ _ _._\. _. . \.._v. . -- -. :f ' ' x' I' I ~~ ». . » ~ ' ^ - w ' . . _ _ ¿4~~« :M 4*f-<-_-..\-»~a.- .upp »mn-.tf~e§§.:\f|s.aM-i,~,_;f~p:,m ~1.,,\\-,-.,.,~- ,... ~ 1 \ \\ ~ I w , V I r .we AWlfi,\w;'-W§\~1,\fl ._.-_.'L\\u g..r«\»,_.;II\)u-».._ _¿.,,,_,~,,_.,,,_“,h, rm., v an! 'r-M" _ vi _ 1713 20-4 6 följdfrekvensen fs likriktas i likríktarsteget Gr och de uppkommande halvvågorna glättas i det efterföljande RC-lågpassfiltret TP 1.

Denna glättade spänning förstärkas i den efterföljande, som lik- spänningsförstärkare utförda förstärkaren Vr, så att vid utgången hos denna förstärkare signalen Ust är uttagbar för styrning av höjden av kvantiseringssteget.

I mottagningskopplingen enligt fig. 3 går den mottagna delta- modulerade signalen d å ena sidan till impulsomvandlaren IW', på vars utgång i motsvarighet till de logiska värdena 1 och 0 av signalen d finns bipolära impulser med konstant amplitud. Å andra sidan går signalen d till styrnätverket St', på vars utgång styr- uppträder. Detta styrnätverk St' är uppbyggt på samma 2 visade styrnätverket St. I adderingssteget Ad' storheten AU. spänningen Ust sätt som det i fig. adderas analogt med fig.

Med utgångsspänningen Ust de från impulsomvandlaren IW' 1 till styrspänningen Ust + AU hos adderaren Ad' utvärderas i multipliceraren M' kommande impulserna med konstant amplitud. De sålunda utvärderade impulserna gär till det integrerande nätverket I',~som är identiskt med det integrerande näiverket I hos den i fig. 1 visade sändaren. Den med bandpassfiltret BP filtrerade utgångssignalen från det integrerande nätverket I' utgör en god approximation till den ursprungliga modulerade data- signalen v.

I fig. H visas formiga datasignalen vid ett överföringssystem, som är uppbyggt förloppet av bitfelkvoten q hos den rektangel- av en deltamodulationssträcka i förening med modemer. Denna bitfel- kvot q är angiven i beroende av nivån av den på ingången hos deltamodulationssändaren inmatade modulerade datasignalen v. En dessutom inmatad definierad brussignal inställes på sådant sätt, att nivådifferensen mellan de båda signalerna är oberoende av nivån CCITT-rekommenda- De använda modemen motsvarar tionerna V 26 resp. V 26 bis för en överföringshastighet av 2400 bit/s. Kurvan 1 visar det typiska förloppet vid användning av ett känt taladaptivt deltamodulationssystem. Kurvan 2 visar förloppet av bitfelkvoten q vid användning av sändnings- och mot- 1 och fig. 3, vid vilka styr- uteslutande sker genom i detta fall dibitfrekvensen. av datasignalen v. tagningsanordningarna enligt fig. ningen av höjden av kvantiseringssteget amplituden av symbolföljdfrekvensen fs, 2 dalförloppet av bitfelkvoten q därmed väsentligt gynn- Man ser därav, att vid kurvan är väsentligt bredare och kurvförloppet SümmäPE n E ß »wmßíè-flwwd:4_;;flf-;.:.«ara:'-x fc-ßaela-tr.^.ewaw-.-u'-sfr>r s..-«ï-'.1-w:a'.aië;w':>ß.-= -v ;«~f.~.».~.1-».1.'-_vn\-. .ffwvnwogvßuv _ 10 15 20 25 30 35 NO 7 v71za2o 4 Ett adaptivt deltamodulationsförfarande, vilket exempelvis liksom i ovannämnda tyska offentliggörandeskrift 19 11 N31 angivits tar hänsyn till de särskilda egenskaperna hos talet, kallas även taladaptivt deltamodulationsförfarande. Om med ett deltamodula- tionssystem, som arbetar enligt ett sådant taladaptivt förfarande, valfritt överföres talsignaler eller modulerade datasignaler, så omkopplas vid en vidareutveckling av uppfinningen vid dataöver- föring medelst den nu uppträdande spektrallinjen av symbolföljd- frekvensen f: från det taladaptiva förfarandet till förfarandet enligt uppfinningen. Vid en annan vidareutveckling av uppfinningen förblir efter övergången från tal- till dataöverföring det taladaptiva förfarandet inkopplat, och förfarandet enligt upg- finningen utövar en extra styrfunktion. För det senare fallet är i fig. 5 en kopplingsanordning för en deltamodulationssändare angiven. Vid denna anordning är förutom den i fig. 1 resp. fig. 2 visade anordningen ett ytterligare làgpassfilter TP2 infogat mellan utgången hos koincidensgrinden G och en gredje ingång hos adderings- steget Ad. Detta lågpassfilter TP2 deltager i genomförandet av det taladaptiva förfarandet. Den med smalbandfiltret BF enligt upp- finningen försedda grinden har vid talöverföring ingen inverkan, under det att den vid överföringen av en modulerad datasignal inverkar understödjande på det taladaptiva förfarandet och därmed åstad- kommer en minskning av bitfelkvoten q. Denna understödjande inverkan på det taladaptiva förfarandet åstadkommer, att det även adap- tionskarakteristik benämnda förloppet av kvantiseringsstegets höjd som funktion av nivån av den modulerade datasignalen v i hela nivåomràdet lineariseras. Denna understödjande inverkan regleras i utföringsexemplet enligt fig. 2 medelst en inställbar reaktions- tröskel hos förstärkaren Vr. Genom denna reaktionströskel har förstärkaren Vr en bestämd likspänningsförstärkning, om dess in- gàngsspänning är större än reaktionströskeln och förstärkningen noll, om dess ingângsspänning är mindre än reaktionströskeln. Denna åtgärd utgår från att genom det taladaptiva förfarandet vid låga nivå- värden av datasignalen v en god approximation till den fordrade adaptionskarakteristiken åstadkommas, men vid högre nivâvärden emellertid icke längre den nödvändiga styrspänningen Ust för den fordrade höjden av kvantiseringssteget kan lämnas. Reaktions- tröskeln har därför den uppgiften, att den extra styrningsfunktionen genom amplituden av spektrallinjen av symbolföljdfrekvensen is vid låga nivåvärden av datasignalen v förblir overksam och först vid medelhöga och högre nivâvärden blir verksam. Genom reaktionströskeln 10 ”mñ71sa2oÄ4i hos förstärkaren Vr uppnås alltså inom hela nivåonrådet av data- signalen en god approximation till den önskade linjära adaptions- karakteristiken.

Minskningen av bitfelkvoten q, som med anordningen enligt fig. S uppnås vid överföring av en modulerad datasignal, är principiellt visad i fig. 6. Kurvan 1 visar därvid förloppet vid ett endast ïaladaptivt förfarande, under det att kurvan 2 visar den understödjande inverkan av den med smalbandfiltret BF enligt uppfinningen försedda grenen. Man ser därvid den väsentliga förbättringen av bitfelkvoten q vid högre nivàvärden av data- signalen v. ...>\......- m... >.>.~ø I -V . . i .. i.. -.- »~...«.~...........-.~.. .. -,...«........_....-. .~ , . _» _ .1-Nea-Kmawaupfltflu-wcwI-wfiflfnwçfleapïvíf~k-p~fi.-,,w~yït.flïbßš 'I \ ~ _ v'

Claims (5)

' f., 4__.,_,,,.\,«-.wf-9~- auf., .Npnq-u «--'19v'-v.«r.. .~,--«. - -V-v.. w. -. « v. ._ . .. -« _» . , j7?{za2oÅ4 Patentkrav

1. Förfarande för överföring av modulerade datasignaler eller talsignaler, vilka före överföringen omvandlas till deltamodulera- de signaler medelst en adaptiv deltamodulator, k ä n n e t e c k- n a t av att man ur de modulerade datasignalerna eller up de där-' emot svarande, deltamodulerade signalerna utfiltrerar en svängning med datasymbolföljdens frekvens (fs), samt att kvantiserings- stegens höjd vid deltamodulationen styrs även eller uteslutande av denna svängnings amplitud, såvida denna amplitud överskrider ett tröskelvärde.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att inkoppling av det till talsignaler eller det till modulerade datasignaler anpassade deltamodulationsförfarandet sker i beroende av uppträdandet av symbolföljdsfrekvensens (fs) spektrallinje.

3. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att den deltamodulerade utsignalen inmatas i ett Skiftregister (SR), vars innehåll utvärderas medelst en koincidensgrind (G); att den vid koincidensgrindens (G) utgång uppträdande spektrallinjcn för symbolföljdsfrekvensen (fs) utfiltreras medelst ett smalband- filter (BF), likriktas i ett efterföljande likriktarsteg (Gr) samt glättas, varefter denna glättade spänning förstärks i en för- stärkare (Vr), varvid denna förstärkares utspänning utnyttjas för styrning av kvantiseringsstegens höjd. H.

4. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att förstärkaren (Vr) har en inställbar reaktionströskel.

5. Förfarande enligt kravet 3 eller H, k ä n n e t e c k n a t av att smalbandfiltrets (BP) 3 dB-bandbredd ligger mellan 30 och 80 Hz. ANFöRDA PuaLIKATioNER= f-n-.wnrwfl-'f-f-:sgmfiaziez:walk "f*-;"-'.'I”,1;*f¿::z“...å6šl='** "1'~““~*"" ä 'T-“ig - - - a-ufl.. ..-k-_ _.-r,'.._;.. _. 1- u., _; .__ ___... ...,.,_ .j. ~;:¿;,;;;¿,,¿...~,.,..,.n.\,...,,...;._, m *Y ,* .\_~. I _\_'_^_ , Av; ' '