-
Nachrichtenübertragungssystem mit Pulscodemodulation Die Erfindung
bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssystem mit Pulscodemodulation, bei dem
für die entlang der Strecke zu übertragenden unipolaren Impulse in gewissen Abständen
Regeneriereinrichtungen vorgesehen sind.
-
Nachrichtenübertragungssysteme dieser Art weisen erhebliche Vorteile
auf, weil sie eine große Geräuschunempfindlichkeit haben und eine Regeneriereinrichtung
verwenden können, die eine fast vollständige Störbefreiung des Signals von Geräuschen
und Verzerrungen ermöglicht, sofern sich die Verzerrungen und der Signalgeräuschabstand
N eines Kanals nicht über einen bestimmten Pegelschwellwert hinaus verschlechtern.
Ferner lassen sich auf diese Weise außerordentlich wirkungsvolle Nachrichtensysteme
für die Signalübertragung mittels Funk über große Entfernungen sowie sehr breitbandige
übertragungen im Millimeterwellenbereich und verschiedene Trägersysteme verwirklichen,
die in einem geräuscherfüllten Kanal verwendet werden können.
-
Die Regeneriereinrichtung hat bei einem solchen Nachrichtenübertragungssystem
die Aufgabe, mittels des Taktpulses die im ankommenden, Geräusch und Verzerrungen
aufweisenden Pulszug vorhandenen Impulse der Codezeichen festzustellen und ihre
ursprüngliche Form wiederherzustellen. Die übertragüngsqualität und die übertragungsstrecke
werden durch die Codefehlerrate und den Grad der Pülsformverzerrung beim Regenerierprozeß
der Regeneriereinrichtung bestimmt. Unter Berücksichtigung der Übertragung des vorerwähnten
Taktpulses lassen sich Regeneriereinrichtungen dieser Art in zwei Gruppen einteilen.
Zur einen Gruppe gehören hierbei solche Regeneriereinrichtungen, denen der Taktpuls
auf besonderem Wege zugeführt wird, während die Regeneriereinrichtungen der anderen
Gruppe den Taktpuls vom ankommenden eingangsseitigen oder regenerierten Pulszug
ableiten.
-
Die Codefehlerrate und die Pulsformverzerrung (Schwanken der Impulslage)
vollziehen sich bei der regenerierten Nachricht während der Wiederherstellung der
aufeinanderfolgenden Impulse nach Zeit und Form. Sie machen sich durch Geräusch
und Nebensprechen im Verstärker und auf der tTbertragungsstrecke bemerkbar. Die
auf die Restentzerrung zurückzuführende Pulsformverzerrung verursacht Schwankungen
der Gleichstromkompönente bei niedriger Grenzfrequenz, Amplituden- und Phasenschwankungen
des Taktpulses usw.
-
Bei Nachrichtensystemen, die symmetrische Kabel verwenden oder zur
Zuführung von Betriebsenergie verwendet werden, werden ein Eingangs- und ein Ausgangsübertrager
T 1 und T 2 zur Anpassung der unsymmetrischen Regeneriereinrichtung
an das symmetrische Kabel oder zur Trennung der Betriebsspannung benötigt. Unsymmetrische
Wellenformen, wie sie beispielsweise Codezeichenpulsfolgen darstellen, haben die
Eigenschaft, daß sich ihr Gleichstrommittelwert in Abhängigkeit der einzelnen Codezeichen
ändert. Aus diesem Grund verlieren die Pulsfolgen, die über den Übertrager T 1 geführt
werden, ihre orthogonale Charakteristik zwischen den einzelnen Impulsen, wie das
in der F i g. 2 a (1), bei der der vordere Teil des Impulszuges anders verläuft
als sein hinterer Teil, gezeigt ist. Die hierdurch verursachten Schwankungen im
Spitzenwert der Impulse haben Codefehler und Pulsformverzerrungen zur Folge.
-
Diese Schwankungen des Gleichstrommittelwertes können dadurch vermindert'
werden, daß die übertragungscharakteristik des Übertragers T1, der die Gleichstromkomponente
nicht mitüberträgt, gegen tiefere Frequenzen bis zur niedrigsten Wiederholungsfrequenz
der Codezeichenpulsfolge (beispielsweise 300 Hz bei Sprachübertragung) erweitert
wird.
-
Diese Maßnahme ist jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar,
weil ein solcher übertrager einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand verlangt
und ferner in den Verstärkern der Regeneriereinrichtung verhältnismäßig große Kondensatoren
benötigt werden. Weiterhin hätte eine
derartige Maßnahme zur Folge,
daß das durch Netzbrumm oder Wählimpulse:-verursachte, "niederfrequente Geräusch
in der Regeneriereinrichtung zunimmt. Hauptsächlich bei Orts- und Fernkabeln ist
der Geräuschwert großer Spitzen, wie er bei Wählimpulsgeräuschen vorhanden. ist;
größer.als..das.thermische Geräusch, das- ein flaches Frequenzspektrum aufweist,
so däß die Erweiterung des 'Überträgungsbandes nach tieferen=Frequeiizen durch diese
.Geräusche eine--Verschlechterung- des Si gnalgeräuschabstandes
verursacht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,. für ein Nachrichtenübertragungssystem
der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung zur Beseitigung der geschilderten
Schwierigkeiten anzugeben.
-
Ausgehend von einem Nachrichtenübertragungssystem mit Pulscodemodulation,
bei dem für die entlang der Strecke zu übertragenden unipolaren Impulse in gewissen
Abständen Regeneriereinrichtungen vorgesehen sind, die sich aus Vorkreisen und einem
Pulsform-Regenerierkreis zusammensetzen, von denen die Vorkreise im wesentlichen
aus einem Entzerrerverstärker bestehen und der Pulsform-Regenerierkreis einen von
einem Taktpuls gesteuerten Zeitkreis und einen sich daran anschließenden Regenerierverstärker,
vorzugsweise eine monostabile Kippstufe, aufweist, wird diese Aufgabe gemäß der
Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorkreise eine Gesamtcharakteristik hinsichtlich
der übertxagungsstrecke vom Typus einer »differenzierten orthogonalen Formcharakteristik«,
vorzugsweise eine differenzierte Kosinusquadratcharakteristik aufweisen.
-
Um die Erweiterung der Frequenzcharakteristik der Übertrager gegen
tiefere Frequenzen zu vermeiden, könnte beispielsweise von der sogenannten quantisierten
Rückkopplung Gebrauch gemacht werden. Bei dieser Kompensationsmethode wird ein Teil
der Ausgangsleistung des Ausgangsübertragers der Regencriereinrichtung über dessen
zweiten Ausgang in Gegenphase zur Eingangsseite zurückgeführt und hierdurch. die
auf die untere Grenzfrequenz zurückzuführende Wirkung des Ausgangsübertragers aufgehoben.
Die quantisierte Rückkopplung erfordert jedoch einen Regelkreis zur Einstellung
der Phasenlage zwischen dem Eingang und dem Ausgang der regenerierenden Verstärkereinrichtung
sowie Kompensationskreise zur Stabilisierung der Rückkopplungsschleife, wodurch
die Schaltung verhältnismäßig aufwendig wird.
-
Es sind auch bereits Nachrichtenübertragungssysteme, sogenannte »Bipolar-Pulssysteme«
bekannt, deren Impulse im Gegensatz zu übertragenen Codezeiichenpulsfolgen mit unipolaren
Impulsen eine positive und negative Polarität aufweisen, wodurch der Gleichstrommittelwert
der Codezeichenpulsfolge wirksam unterdrückt wird. Bei einem weiteren Verfahren
werden Informationen mittels zweier zueinander komplementärer Code in wechselseitigem
Austausch übertragen, die gegenseitig eine Phasendifferenz von der Größe z aufweisen.
-
Jede dieser Methoden benötigt- zusätzliche Kreise für die Codeumwandlung.
Auch läßt sich die quantisierte Rückkopplung schlecht auf ein Nachrichtenübertragungssystem
mit Pulscodemodulation anwenden, weil hier ja die unipolaren Impulse als Sendeimpulse
vorgesehen sind und die Schaltung auch verhältnismäßig kompliziert wird. Das letztgenannte
Verfahren ist -seinerseits für Multiplexnachnchtenübertragungssysteme, die in der
Regel ' Seriencode verwenden, wenig geeignet, weil hier die Eigenständigkeit des
Code stark begrenzt ist.
-
. , Beim Erfindungsgegenstand-=wird in außerordentlich vorteilhafter
Weise durch die Verwendung einer Bändbegrenzüngschärakteristik (differerizierfe`orthogonale
Formcharakteristik) eine vollkommene Orthogonalität erreicht, die eine orthogonale
Charakteristik zwischen den Impulsen zuzüglich,. eines differenzierten Abfalls aufweist,
bespielsweise,eine differenzierte Kosinusquadrätchärakteristik '
mit der höchsten Wiederholungsfrequenz f. des Binärcode, die als Ausgleichsformcharakteristik
des Eingangsentzerrers für die Übertragungsstrecke bei gleichzeitiger Verminderung
des niederfrequenten Geräusches, wie des Kanalgeräusches, des Netzbrumms, der Wahlimpulsgeräusche
usw., mittels des differentiellen Abfalls verwendet werden kann. Hierbei wirkt sich
die Bandbegrenzungscharakteristik der genannten Art ausgleichsformend sowohl auf
die Impulse als auch auf den Taktpuls der jeweiligen Regeneriereinrichtung aus.
-
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
F i g. 1 das Blockschaltbild einer Regeneriereinrichtung bei einem Nachrichtenüberträgungssystem,
nach der Erfindung, die den zur Regenerierung erforderlichen Taktpuls aus der ankommenden
Pulsfolge ableitet, F i g. 2 a den Spannungsverlauf eines Pulszuges an verschiedenen
Stellen in einer von einer üblichen Entzerrermethode Gebrauch machenden Regenerier=
einrichtung, F i g. 2b den Spannungsverlauf eines Pulszuges an verschiedenen Stellen
in der Regeneriereinrichtung eines Nachrichtenübertragungssystems nach der Erfindung,
F i g. 3 a Diagramme der Entzerrercharakteristik, der entzerrten Pulsformen sowie
die Darstellung der Einwirkung des Taktpulses auf die zu entzerrende Pulsfolge bei
.einem Nachrichtenübertragungssystem mit üblicher Entzerrercharakteristik, F i g.
3 b Diagramme der Entzerrercharakteristik, der entzerrten Pulsform sowie der Darstellung
der Einwirkung des Taktpulses auf die zu entzerrende Pulsfolge bei einem Nachrichtenübertragungssystem
nach der Erfindung.
-
Beim Blockschaltbild nach der F i g.1 bedeutet P einen aus einem Eingangsübertrager
T 1, einem eingangsseitigen Entzerrer E und einem Verstärker A bestehender Vorkreis
und R die eigentliche Regenerierschaltung, die einen Zeitkreis S, einen Regenerierverstärker
B, einen Ausgangsübertrager T 2 und einen Taktpulsgenerator O aufweist.
In jedem der beiden Systeme vollzieht sich die Entzerrung der Impulse nach Form
und Zeitlage entsprechend den in der F i g. 2 a dargestellten Vorgängen.
-
Die -der Schaltung nach der F i g. 1 in einem Geräusch und
Verzerrungen aufweisenden Kanal zugeführte Codezeichenpulsfolge wird in dieser Schaltung
zu einem bandbegrenzenden Wellenzug [F i g. 2 a (1)] so entzerrt, daß die einander
benachharten
Impulse der Pulsfolge durch den Eingangsentzerrer
der Regeneriereinrichtung eine orthogonale Charakteristik erhalten. ' Anschließend
werden die auf diese Weise gewonnenen Impulse verstärkt und mittels des Taktpulses
[F i g. 3 a (2)] im Zeitkreis S der Regenerierschaltung R, entsprechend dem in der
F i g. 2 a (3) gezeigten Diagramm, zeitrichtig gleichgerichtet. Die gleichgerichteten
Impulse triggern den Regenerierverstärker B, der aus einer monostabilen Multivibratorschaltung
oder einem sogenannten »Blocking-Oszillator« besteht und über seinen Ausgang die
wiederhergestellten ursprünglichen Impulse über den Ausgangsübertrager dem nächsten
Streckenabschnitt zuführt.
-
Die Wirkung des eine differenzierte kosinusquadratförmige Charakteristik
aufweisenden Netzwerkes hinsichtlich der Codezeichenpulsfolge (im folgenden steht
kosinusquadratförmig für alle anderen Netzwerke vom orthogonalen Typ) wird aus der
F i g. 3 b (1) ersichtlich. Der Gleichstrommittelwert jedes der geformten Impulse
wird Null. Auch werden durch die in dieser Weise geformten Impulse die durch die
Pulsformverzerrung in der regenerierenden Verstärkereinrichtung verursachten Codefehler
oder. Pulsformverzerrungen praktisch vernachlässigbar klein, weil die so geformte
Pulsfolge eine vollständige Orthogonalität zwischen einander benachbarten Impulsen
entsprechend einer Kosinusquadratwelle aufweist. Das von einer differenzierten kosinusquadratförmigen
Charakteristik Gebrauch machende Verfahren weist ferner Verbesserungen hinsichtlich
des Kanalgeräusches, insbesondere hinsichtlich niederfrequenter Geräusche auf, die
verglichen mit dem lediglich eine Kosinusquadratcharakteristik verwendenden Verfahren
entsprechend der F i g. 3 a durch den differentiellen Abfall (6 db pro Oktave) groß
ist und daher beim thermischen Geräusch eine Verbesserung von der Hälfte bis ein
Drittel (3 bis 5 db) bei der gleichen Grenzfrequenz erreicht wird, da der ursprünglich
flache Verlauf des Geräuschspektrums einen dreieckigen Verlauf erhält. Bei einem
vom Erfindungsgegenstand Gebrauch machenden System kann somit die wirksame Übertragungsstrecke
vergrößert werden.
-
Zum andern ist der Taktpuls am Pulsform-Regenerierkreis in diesem
System so festgelegt, daß die Phase des Taktpulses nach der F i g. 2b(2)
näherungsweise
um 2 voreilt, weil die Spitzenpunkte der differenzierten kosinusquadratförmigen
Impulse entsprechend der F i g. 3 b (2) im Vergleich zu den kösinusquadratförmigen
Impulsen in der F i g. 3 a (2) um näherungsweise 90° voreilen.
-
Diese Einstellung kann mittels eines im allgemeinen festen Phasendrehgliedes
erreicht werden, das im Taktpulsgenerator vorgesehen wird. Die Entzerrung der Übertragungsstrecke
mittels der differenzierten, kosinusquadratförmigen Charakteristik wird im allgemeinen
durch den Eingangsentzerrer E der Regeneriereinrichtung erfolgen. Sie kann aber
auch von dem im Vorkreis P enthaltenen Eingangsübertrager T 1 und dem Vorverstärker
A
usw. durchgeführt werden. Beispielsweise gestaltet sich der Aufbau des Übertragers
bei geringen Kosten sehr einfach, wenn als Eingangsübertrager ein abgestimmter Übertrager
verwendet wird. Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß
er mit üblichen Systemen vereinigt werden kann, weil das erfindungsgemäße System
die gleichen unipolaren binären Impulse F i g. 2 b (4) verwendet wie die bei üblichen
Systemen zur Übertragung ausgesendeten Impulse und die ganze Einrichtung sich einfach
gestaltet, da keine besonderen zusätzlichen Schaltungen benötigt werden.
-
Bei bekannten Systemen, beispielsweise Systemen, die von einer kosinusquadratförmigen
Pulsform Gebrauch machen, treten Schwankungen der Impulsbreite beim regenerierten
Pulszug auf, die ihre Ursache in Schwankungen der Amplitude und Impulsbreite der
entzerrten ankommenden Pulsfolge nach der F i g. 2 a (1) haben, und wirksame Pulsformverzerrungen
darstellen. Dies trifft beim vorliegenden System lediglich hinsichtlich der Zeitposition
der negativen Impulsspitzen des entzerrten Pulszuges nach der F i g. 3 b (1) zu,
so daß keine Wirkung auf die Amplitude und die Impulsbreite der positiven Impulse,
die für die Codeerkennung benötigt werden, auftreten kann und somit eine stabile
regenerierende Verstärkung sichergestellt ist.