WO1998014042A2 - Verfahren für eine höherwertige codierung und übertragung von information - Google Patents

Verfahren für eine höherwertige codierung und übertragung von information Download PDF

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/24—Half-wave signalling systems

Definitions

  • the present invention is concerned with the digital transmission of information. To make better use of the transmission paths, higher-quality coding was provided. These codes were used for both wired and radio paths and for optical fibers. State of the art:
  • the amplitude keying ASK amplitude shift keying
  • the frequency keying FSK frequency shift keying
  • the phase keying PSK phase shift keying
  • the PSK which is least susceptible to interference or a combination of ASK and PSK in the form of QAM (quadrature amplitude modulation) is used.
  • the 4PSK, 8PSK and 16QAM are mainly used.
  • the stages are represented by pulse durations of different sizes, the pulse durations being represented by integer half-periods or periods of an alternating current of the same frequency and phase position.
  • the half-periods or periods assigned to the stages can each receive a fixed numerical value or a difference number value or a negative and positive difference number value or reference number value.
  • the following pulse is marked by a change in amplitude.
  • the coding alternating current can also be provided directly as an alternating transmission current. Since each code word can have a different number of half-periods or periods, in the case of synchronous transmission, for example with the PAM taps, filler code words are required after the respective tap coding.
  • filler elements can be added to supplement the Provide line or package. Memory is then required on the transmission and reception side. Since the total time is known, for example, for one line, you can also determine the number of remaining filling periods.
  • the information density can be multiplied by using 2 or more coding alternating currents of the same or different frequency. If the frequency is the same, the principle of the QAM can be envisaged, so that by adding both coding alternating currents, the transmission can only take place with an alternating current of the same frequency. Be it the code elements of the first Stel ⁇ len for levels empowerso obtained the number of stages by Multipli ⁇ cation. The same can be done with alternating coding currents of different frequencies. make quenz. In such a case, since the code elements take up different times, the assignment to the different coding alternating currents will be regulated so that the redundancy remains as small as possible. The redundancy periods can only start at the end of the line or block.
  • the invention relates to a higher-quality pulse duration coding.
  • the durations of the stages are represented by a predetermined number of half-periods or periods of an alternating current of the same frequency, which are transmitted in an uninterrupted sequence.
  • Fig.l 5 are assigned to levels D1, D2 and D3 2,3 and 4 periods.
  • 3-digit code words CW1 and CW2 are recorded as examples.
  • CW1 the pulse durations D3, D1, D2 and CW2 are assigned the pulse durations D1, D2 and Dl.
  • the following continuous pulse, for example with code word CW1 is characterized by the change in amplitude D3 / A1 - Dl / A.
  • FIG. 1 3-digit code words
  • the coding alternating current can also be provided as an alternating transmission current.
  • the steps can not only by a fixed half-cycle or period value but also by a differential figures ⁇ worth or negative and / or positive difference number value or reference value are displayed.
  • An increase in the levels can be used, for example can be achieved by dividing the stages into two or more coding changes or by forming the stages by a serial arrangement of the code elements.
  • the television receiver can be designed quite simply, as shown in FIG. 6, with an HF stage, a mixer stage 0SC + M, an amplifier, a demodulator DM and a decoder DC .
  • the decoder then distributes the blanking and Synchronisiersig ⁇ dimensional, the Y, R and B signals, the sound signals T and other signals SO. 1
  • the color difference signals RY.GY and BY are then generated in the matrix Ma.
  • the code words are also different
  • the tap values can also be transferred directly by providing a fill code element for each tap, designated DF in FIG. 4.
  • DF fill code element for each tap
  • the time between taps and therefore the number of periods are known. So you can subtract the number of periods of the tap code word from the number of periods of time between the taps and thus obtain the filler code element with the pulse duration DF.
  • the code word is CWF and consists of the code elements D3, D1, D2 and DF. Without these filler code elements, the tap values would have to be saved.
  • FIG. 3 shows a basic circuit for the transmission of information with this code.
  • the coding alternating current is generated in the oscillator and supplied to the modulator MO.
  • the information is converted into the code in the encoder and the alternating current in the modulator is influenced accordingly.
  • demodulation takes place in the demodulator and fed to the decoder (DCod).
  • the conversion into the original signal S takes place in this.
  • FIG. A is the large and AI the small amplitude.
  • a transition amplitude AÜ is also switched for the transition from A to AI and vice versa.
  • the levels can be designed as required, e.g. with 3,5,7,9 periods or with 10,11,12 periods.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

Zur besseren Ausnützung der Übertragungswege wurde auf höherwertige Codierungen übergegangen. Diesbezüglich sind bereits bekannt die Amplitudentastung ASK, die Frequenztastung FSK und die Phasentastung PSK und eine Kombination aus ASK und PSK die Quadraturamplitudenmodulation QAM. Bei der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Impulsdauern für eine höherwertige Codierung vorgesehen. Diese Impulsdauern werden mit den Perioden oder Halbperioden eines Wechselstromes einer Frequenz dargestellt. Die Dauerimpulse werden dabei in einer ununterbrochenen Folge gesendet. Eine solche Codierung ist nicht störanfällig. Die Hardware ist sehr einfach. Für die Synchronisierung ist nur ein Kennzeichen z.B. ein Begginnzeichen erforderlich. Durch Abzählung der Perioden oder Halbperioden ist dann die Synchronisierung gewährleistet, da die Impulsdauern in der Folge durch eine Amplitudenänderung markiert sind. Wird zusätzlich die QAM für die Codierwechselströme vorgesehen, so kann man die Stufen vervielfachen. Auch kann man noch zusätzlich Amplitudenstufen vorsehen. Auf der Basis der QAM ist auch ein Duplexverkehr möglich.

Description

Verfahren für eine höherwertige Codierung und Übertragung von Information Technisches Gebiet: Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der digitalen Übertragung von Information. Zur besseren Ausnützung der Übertragungswege wurden höherwertige Codierungen vorgesehen. Diese Codierungen wurden sowohl über lei- tergebundene als auch Funkwege und bei Lichtwellenleitern eingesetzt. Stand der Technik:
Diesbezüglich sind die Amplitudentastung ASK (Amplitude Shift Keying), die Frequenztastung FSK (Frequency Shift Keying) und die Phasentastung PSK (Phase Shift Keying) bekannt. Eingesetzt wird insbesonders die gegen Stö- rungen am wenigsten anfällige PSK oder eine Kombination aus ASK und PSK in Form der QAM (Quadraturamplitudenmodulation) . Verwendet werden hauptsächlich die 4PSK,8PSK und 16QAM. Zusammenfassung der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren darzustellen, bei dem die Hard- wäre und die Bandbreite klein ist und bei dem eine grosse Störungssicherheit gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, indem die Stufen durch verschieden grosse Impulsdauern dargestellt werden, wobei die Impulsdauern durch ganzzahlige Halbperioden oder Perioden eines Wechselstromes gleicher Frequenz und Phasenlage dargestellt werden. Die den Stufen zugeordneten Halbperioden oder Perioden können dabei jeweils einen festen Zahlenwert oder einen Differenzzahlenwert oder einen negativen und positiven Differenzzahlenwert oder Bezugszahlenwert erhalten. Die Markierung des jeweils folgenden Impulses erfolgt durch eine Amplitudenänderung.Der Codierwechselstrom kann auch unmittelbar als Sendewechselstrom vorgesehen werden. Da je- des Codewort eine unterschiedliche Zahl von Halbperioden oder Perioden aufweisen kann, sind bei einer synchronen Übertragung z.B. mit den PAM-Abgrif- fen Füllcodewörter nach der jeweiligen Abgriffscodierung erforderlich.Man kann auch z.B. nach jeder Zeile , Paket usw. Füllelemente zur Ergänzung der Zeile oder des Paketes vorsehen. Auf der Sende- und Empfangsseite sind dann Speicher erforderlich. Da die Gesamtzeit z.B. für eine Zeile bekannt, kann man auch die Restfüllperiodenzahl ermitteln. Eine Vervielfachung der Informationsdichte kann man dadurch erreichen, indem man 2 oder mehrere Codierwechselströme gleicher oder verschiedner Frequenz verwendet. Bei gleicher Frequenz kann man das Prinzip der QAM vorsehen, sodass durch Addition bei- der Codierwechselströme die Übertragung nur mit einem Wechselstrom derselben Frequenz erfolgen kann. Werden dabei die Codeelemente der ersten Stel¬ len für die Stufen vorgesehenso erhält man die Stufenzahl durch Multipli¬ kation. Dasselbe kann man auch mit Codierwechselströmen verschiedener Fre- quenz machen. Da in einem solchen Fall die Codeelemente verschiedne Zeiten beanspruchen, wird man die Zuordnung an die verschiednen Codierwechselströme so regeln, dass die Redundanz möglichst klein bleibt. Die Redundanzperioden können auch erst am Ende z.B. der Zeile, des Blockes an-
5 geordnet werden.
Da die Werte Bit/Kombinationen und Stufen/Stellen/Kombinationen für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind werden einige davon nachstehend aufgeführt: Bit/Kombinationen 1/2 - 2/4 - 3/8 - 4/16 - 5/32- 6/ 64 - 7/128 - 8/256 - 9/512 - 10/1024 - 11/2048 und Stufen/Stellen/Kombi- lOnationen 2/5/32 - 3/5/243 - 4/5/1024 - 5/5/3125. Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Fig.l Darstellung von 3 Stufen auf Dauerimpulsbasis Fig.2 Darstellung von Codewörtern Fig.3 Prinzipschaltung einer Ausführung der Erfindung
15 Fig.4 Ein Codewort mit Füllstufe
Fig.5 Ein kontinuierlicher Stufenübergang
Fig.6 Schaltprinzip eines Farbfernsehempfängers bei codemultiplexer Übertragung der Farbsignale Fig.7 Codemultiplexe Anordnung der Farbsignale 0 Wege zur Ausführung der Erfindung:
Bei der Erfindung geht es um eine höherwertige Pulsdauercodierung. Die Dauern der Stufen werden dabei durch eine vorbestimmte Zahl von Halbperioden oder Perioden eines Wechselstromes gleicher Frequenz, die in einer ununterbrochenen Folge gesendet werden, dargestellt. In der Fig.l sind 5 den Stufen D1,D2 und D3 2,3 und 4 Perioden zugeordnet. In der Fig.2 sind als Beispiel 2 3-stellige Codewörter CW1 und CW2 aufgezeichnet. CW1 sind die Impulsdauern D3,D1,D2 und CW2 die Impulsdauern D1,D2 und Dl zugeordnet. Der folgende Dauerimpuls z.B. beim Codewort CW1, wird durch die Amplitudenänderung D3/A1 - Dl/A gekennzeichnet. Beim Beispiel der Fig.2er- 0 folgt die Codierung mit den 3 Stufen D1,D2 und D3 und 3 Stellen. Man er¬ hält damit 3 hoch 3 Kombinationen = 27 Kombinationen. Bei 4 Stufen und 3 Stellen erhält man 64 Kombinationen. Wie aus der Fig.2 ersichtlich ist, kann man den Codierwechselstrom zugleich als Sendewechselstrom vorsehen. Durch die Mehrung der Stufen- und Stellenzahl kann man jede Kombination 5 zustandebringen. Die Stufen können nicht nur durch einen festen Halbperioden- oder Periodenzahlenwert, sondern auch durch einen Differenzzahlen¬ wert oder negativen und/oder positiven Differenzzahlenwert oder Bezugszahlenwert dargestellt werden. Eine Mehrung der Stufen kann z.B. damit erreicht werden, indem man die Stufen auf 2 oder mehrere Codierwechsel- verteilt oder indem man die Stufen durch eine serielle Anordnung der Codeelemente bildet. Eine einfache der Stufenmehrung kann man mit 2 um 90° phasenverschobenen Wechselströmen gleicher Frequenz erhalten, wobei für die Übertragung beide Wechselströme addiert werden (QAM) .Werden beispielsweise 2 Codierwechselströme entsprechend der Fig.2, die um 90° phasenverschoben sind, vorgesehen, so erhält man 3x3=9 Stufen, bei 2 Stellen 9 hoch 2= 81 Kombinationen. Nachstehend noch ein Beispiel mit 2 Codierwechselströmen verschiedener Frequenzen und zwar 1 MHz und 2 MHz. Die Stufen der Fig.2 werden hergenommen. Zur Vergrösserung der Stufenzahl werden 2 Codeelemente in Serie vorgesehen. Man erhält dann 3x3=9 Stufen. Diese entsprechen 18 Perioden. Als 1. Stelle werden in der Folge nochmals 18 Perioden verwendet. Die 2. Stelle wird mit dem Codierwechselstrom 1 MHz gebildet, Im Mittel sind beim 2 MHz Wechselstrom (18+18): 2= 18 Perioden für 1 Code- wort erforderlich. Beim 1 MHz Codierwechselstrom sind im Mittel 18:2= 9 Perioden für dasselbe Codewort notwendig. Je Codewort sind 569 Kombinationen möglich, also mehr als 9bit. Je Sekunde hat man dann 111111 Codewörter mit mehr als 9bit zur Verfügung. Welche Frequenz ist notwendig, um ein codemultiplexes Luminanz/Farbsignal beim Farbfernsehen mit llbit zu übertragen? In der Fig.7 sind 8 bit dem Luminanzsignal, den Abgriffen I/II sind je 3 bit für das Rotsignal R (I) und den Abgriffen III/IV je 3 bit für das Blausignal B (Q) zugeordnet. Bei einer Abgriffsfrequenz von 5 MHz sind dann den Farbsignalen je 1,25 MHz zugeordnet. Stufen mit3,4,5,6,7,8 und 9 Perioden werden vorgesehen. Bei 4 Stellen erhält man dann 2401 Kombinationen, das sind mehr als 11bit.Die Periodenzahl der Stufen ist im Durchschnitt 6, bei 4 Stellen also 24 Perio¬ den. Es ist dann ein Codier- bezw. Sendewechselstrom von 24x5MHz erforderlich, das sind 120 MHz. Sieht man 2 Codierwechselströme auf der Bsis der QAM vor und verwendet man die Stufen 3,4,5 und 6 Perioden, so erhält man für beide Codierwechselströme 16 Stufen. Bei 3 Stellen erhält man dann 2401 Kombinationen, das sind mehr als llbit.Die Periodenzahl ist im Durch¬ schnitt 4,5x3=13,5 je Codewort. Bei einer Abgriffsfrequenz von 5 MHz sind mindestens 67.5 MHz erforderlich. Da der Codierwechselstrom gleich der Sendewechselstrom ist, kann der Fernsehempfänger ganz einfach, wie in der Fig.6 dargestellt, ausgebildet werden und zwar mit einer HF-Stufe, einer Mischstufe 0SC+M, einem Verstärker, einem Demodulator DM und einem Deco- dierer DC. Der Decodierer verteilt dann die Austast-und Synchronisiersig¬ nale, die Y,R und B-Signale die Tonsignale T und die sonstigen Signale SO. 1 In der Matrix Ma werden dann die Farbdifferenzsignale R-Y.G-Y und B-Y erzeugt. Man kann natürlich den Codierwechselstrom auch einem Träger aufmodulieren. Wie aus der Fig.2 ersichtlich ist, sind die Codewörter auch verschieden
5 gross, sodass bei einer mit den Abgriffen synchronen Übertragung je Zeile oder Block usw. Füllperioden vorgesehen werden müssen. Man kann aber auch eine unmittelbare Übertragung der Abgriffswerte vornehmen, indem man je Abgriff ein Füllcodeelement, in der Fig.4 mit DF bezeichnet, vorsieht.Die Zeit zwischen den Abgriffen und daher auch die Zahl der Perioden sind be- lOkannt. Man kann also die Periodenzahl des Abgriffscodewortes von der Periodenzahl der Zeit zwischen den Abgriffen abziehen und erhält damit das Füllcodelement mit der jedweiligen Impulsdauer DF. In der Fig.4 ist dann das Codewort CWF und besteht aus den Codeelementen D3,D1,D2 und DF. Ohne diese Füllcodeelemente wäre eine Speicherung der Abgriffswerte erforder-
151ich.
Für die Übertragung der Codewörter ist keine Dauersynchronisierung notwendig, da durch eine Abzahlung der Perioden in Verbindung mit der Amplitudenänderungen die Codewörter bestimmt sind. Es genügt also bereits ein Beginnkennzeichen.
20 In der Fig.3 ist eine Prinzipschaltung der Übertragung von Information mit diesem Code dargestellt. Im Osz wird der Codierwechselstrom erzeugt und dem Modulator MO zugeführt. Im Codierer wird die Information in den Code umgesetzt und der Wechselstrom im Modulator entsprechend beeinflusst. Auf der Empfangsseite wird im Demodulator demoduliert und dem Decodierer zuge- 5 führt (DCod). In diesem erfolgt die Umsetzung in das Ursprugssignal S . Falls erforderlich kann man die Amplitudenstufen A/AI der Fig.2 kontinuierlich schalten. In der Fig.5 ist eine solches Beispiel dargestellt. A ist die grosse und AI die kleine Amplitude. Für den Übergang von A nach AI und umgekehrt ist noch eine Übergangsamplitude AÜ geschaltet. 0Die Stufen können je nach Bedarf ausgebildet werden, z.B. mit 3,5,7,9 Perioden oder mit 10,11,12 Perioden.
Man kann auch einen Duplexverkehr mit nur einem Wechselstrom einer Frequenz vorsehen, indem man den Codierwechselstrom der Gegenrichtung um 90° phasenverschiebt (mein US-Patent 5050188). Auch kann man zusätzlich Ampli- 5tudenstufen vorsehen (mein Patent DE 4326997 Cl).

Claims

Patentansprüche: ^Verfahren für eine höherwertige Codierung und Übertragung von Information, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Codierstufen durch verschieden grosse Impulsdauern in der Weise dargestellt werden, indem hierfür nur ein Wechselstrom einer Frequenz, in ununterbrochener Folge gesendet, vorge- sehen wird , die Stufen werden dabei durch eine unterschiedliche Zahl von ganzen Perioden oder von ganzen Halbperioden gebildet und durch die Abso- lutperiodenzahlenwerte, Differenzperiodenzahlenwerte, positiven oder/und negativen Differenzperiodenzahlenwerte oder Bezugsperiodenzahlenwerte dargestellt, die Impulsunterscheidung in der Folge wird dabei durch eine Am- plitudenänderung vorgenommen.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrung der Stufen in der Weise erfolgt, indem die codierte Information auf zwei Folgen verteilt wird, die entweder gegeneinander um 90° phasenverschoben sind oder auf zwei um 90° phasenverschobene Träger aufmoduliert werden und dass die Übertragung durch die Addition der beiden Codierwechselströme oder der beiden Träger erfolgt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrung der Stufen in der Weise erfolgt, indem die codierte Information ggf. in Abhängigkeit von der Frequenz auf zwei oder mehrere Wechselströme ver- schiedener Frequenz verteilt wird, wobei erforderlichenfalls z.B. zur Zei¬ len- oder Blockangleichung Füllelemente vorgesehen werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dup- lexbetrieb mit nur einem Wechselstrom einer Frequenz in der Weise vorgesehen wird, indem der Wechselstrom der Gegenrichtung um 90° phasenverscho- ben wird.
5. Verfahren für die Synchronübertragung von PAM-Information nach Patent¬ anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Codierwechselstromes so gewählt wird, dass in der Zeit zwischen den Abgriffen immer nur ganzzahlige Perioden oder Halbperioden untergebracht werden können und dass ein solcher Code gewählt wird, dass in der Abgriffszwischenzeit aus- ser der grösstmöglichen Codewortkombination noch für Füllelemente Perioden oder Halbperioden übrig bleiben.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Syn¬ chronisierung durch nur ein Kennzeichen z.B. Beginnzeichen erfolgt und die Auswertung durch Abzahlung der Perioden oder Halbperioden in Verbindung mit der Markierung der Dauerimpulse durch eine Amplitudenänderung.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Kanäle mit gleicher oder verschiedener Information codemulitplex zusammengefasst werden.
8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farb- Signale oder alle Signale beim Farbfernsehen codemultiplex zusammengefasst und unmittelbar oder mittels Träger übertragen werden und dass der Farbfernsehempfänger wie ein Radio-Superhet-Empfänger ausgebildet wird.
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