DE1951300A1

DE1951300A1 - Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE1951300A1
Application number: DE19691951300
Authority: DE
Inventors: Hiroya Fujisaki; Nobuyuki Goto; Masahiro Iwasaki; Kunihiko Niwa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1970-04-16
Also published as: FR2020422A1; US3667047A; GB1291444A

Description

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. SS 5341

TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 91139

BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÖNCHEN 2,

Case 44331-3

TokyoShibaura Electric Co., Ltd., Kawasaki-shi/Japan

Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation

Die Erfindung betrifft ein Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation, bei dem die Änderung des Frequenzspektrums der Signale durch ein Filter die Verständlichkeit der Signale in Bezuq auf ein gegebenes Siqnal-Rausch-Verhältnis verbessert und bei dem das vorgegebene Frequenzband auf Grund der sich ergebenden Vervesserung dieses Signal-Rausch-Verhältnisses gepreßt, d.h. verschmälort werden kann.

Bislang wurden bewegliche Fernmeldesysteme für Fahrzeuge und Schiffahrt mit Frequenzmodulation betrieben. Mit dem in jüngster Zeit beobachteten Ansteigen der Teilnehmer jedoch ist die gegenseitige Störung der einzelnen Systeme größer geworden, und es ergab sich als Problem ein Mangel an verfügbaren Frequenzbändern. Um dem zu begegnen, wird die bisher übliche Bandbreite von 50 kHz pro Fernmeldekanal auf den halben Wert, d.h. auf 25 kHz Bandbreite begrenzt. Es ergibt sich jedoch die Notwendigkeit, diese Bandbreite weiter zu reduzieren.

Andererseits führt die Begrenzung eines vorgegebenen Frequenzbandes zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses.

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. _ 2 —

Daraus ergibt sich die Frage, wie das vorgegebene Frequenzband ohne Reduzierung des Signal-Rausch-Verhältnisses gepreßt werden kann.

Bisher bekannt geworden ist ein Fernmeldesystem, das zur Behebung dieser Schwierigkeiten eine Entzerr- oder Ausgleichsschaltung verwendet. Bei diesem bekannten System werden die Sendesignale einem Übertragungsentzerrer zugeführt, der die Amplitudenfrequenzcharakteristik der Signale im Verhältnis zur ^ Frequenz der Eingangssignale zu verändern gestattet. Die Aus- ;' gangssignale der Entzerr- oder Ausgleichsschaltung werden in einem .Frequenzmodulator moduliert und werden über einen Übertragung skanal drahtlos von einem Sender zu einem Empfänger . übertragen. Im allgemeinen verschlechtern im drahtlosen Über— tragungskanal eingestreute Störungen das Signal-Rausch-Verhältnis, i

Die zum Empfänger übertragenen Signale werden durch einen Demodulator demoduliert und durchlaufen einen Empfangsentzerrer, dessen Amplitudenfrequenzcharakteristik der des vorerwähnten Sendeentzerrers genau entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten erzeugt die Aufbereitung der Signale durch die beiden Sende- Ψ und Empfangsentzerrer demodulierte Ausgangssignale, bei denen der Rauschanteil lediglich entsprechend entzerrt ist, während ■ das Frequenzspektrum der Signale unverändert bleibt.

Das erwähnte bekannte Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation läßt lediglich die Glättung des Rauscheffekts zu, es ergibt sich jedoch nicht das beste Signal-Rausch-Verhältnis in Bezug auf die spezifischen Signale, insbesondere die der Sprache entsprechenden Signale. Die bis jetzt bekannten Fernmeldesysteme ergeben damit keine vollbefriedigende Lösung für die Verschlechterung dey Signal-Rausch-Verhältnisses, die sich unvermeidlicherweise mit der Pressung des vorgegebenen Frequenzbandes ergibt.

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Ziel der Erfindung ist daher ein Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation, bei dem das mit einem vorgegebenen Frequenzband verbundene Signal-Rausch-Verhältnis verbessert ist, wobei das Band insoweit gepreßt wird, als das Signal-Rausch-Verhältnis sich nicht verschlechtert. Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, daß das Frequenzspektrum der spezifischen Signale bei Sendung und Empfang verändert wird, und zwar dadurch, daß auf der Sendeseite ein erstes Filter vorgesehen ist, das Übertragung ssignale mit solcher Frequenzcharakteristik abgeben kann, daß ein maximal möglicher Informationsfluß pro Zeiteinheit mit den Übertragungssignalen als auch über den verwendeten Übertragungskanal übertragen·· werden kann , während die Empfangsr.eite mit einem zweiten Filter ausgerüstet ist, das die Frequenzcharakteristik der empfangenen und demodulierten Signale in den ursprünglichen Zustand zu Beginn der Übertragung zurück tr cuisponi er t.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beispie3sweise erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fernmeldesystems mit Frequenzmodulation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in einem Kurvendiagramm die Verteilung des gewöhnlichen Frequenzspektrums von Sprachsignalen und Frequenzmodulationsstörungen bzw. -rauschen;

Fig. 3 zeigt in einem Kurvendiagramm die Verteilung des Frequenzspektrums von Sprachsignalen und Frequenzmodulationsstörungen bei einem erfindungsgemäßen Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation;

Fig. 4 zeigt in einer Kurvendarstellung die Beziehung des Signal-Rausch-Verhältnisses zürn übertragenen Informationsfluß bei dem erfindungsgemäßen Fernmeldesystem im Vergleich zum Stand der Technik;

Fig. 5 zeigt die Schaltung eines senderseitigen Filters bei der vorerwähnten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 6 zeigt die Schaltung eines empfangsseitigen Filters für diese Ausführungsform;

Fig» 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Frequenzmodulators gemäß einer anderen Ausführungsform;

Fig. 8 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Eingangs-Ausgangs-Kermlinie eines senderseitigen Momentanwertpressers, der in Verbindung mit dem Fernmeldesystem nach Fig. 7 verwendet wird;

Fig. 9 zeigt in einer Kurve die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie einer Schaltung zur Momentanexpansion (Dehner), die ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Fernmeldesystem eingesetzt ist;

Fig.10 verdeutlicht die Schaltung eines Frequenzmodulators gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.11 zeigt in einer Kurvendarstellung die Frequenzspektren von Signalen, die sowohl Sprache und mit dem erfindungsgemäßen Fernmeldesystem verbundene Frequenzmodulationsstörungen aufweisen;

Fig.12 zeigt in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis und dem übertragenen Informationsfluß, die sich bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 10 im Vergleich zum Stand der' Technik ergibt;

Fig.13 verdeutlicht die Schaltung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig.14 dient zur Erläuterung der Umgruppierung der Frequenzspektren bei der Ausführungsform nach Fig. 13 und

Fjq«, 15 gibt ein Signalspektrum wieder, das zur Verdeutlichung der Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach Fig.14 dient.

In Fig. 1 wird einerEingangsklemme 11 ein Sprach Signa], beispielsweise von einem Mikrophon aus, zugeführt. Das Gprachsi- gnal gelangt von der Eingangsklemme 11 auf ein LJbertragungsf i L-ter 12, das ein spezifisches Eingangssignal mit solcher Anhebung (Emphasis) abgibt, daß die Übertragung des Informationsf 1 usi.cr mit maximaler Geschwindigkeit erfolgt. Das, wie angedeutet,

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angehobene Sprachsignal gelangt vom Filter 12 auf einen Frequenzmodulator 13, in dem das angehobene Signal frequenzmoduliert wird. Das frequenzmodulierte Signal wird durch einen Sender auf einen Übertragungskanal gegeben, beispielsweise einen drahtlosen Kanal oder eine Strecke 15. Das auf die drahtlose Übertragungsstrecke 15 gegebene Sendersignal wird durch einen Empfänger 16 aufgenommen und durch einen Demodulator 17 demoduliert. Das vom Demodulator 17 demodulierte Signal durchläuft ein Empfängerfilter 18, das einen zum erwähnten senderseitigen Filter 12 inversen Frequenzgang oder eine Deemphasis- bzw. Entzerrercharakteristik aufweist, so daß sich an einer Klemme 19 ein empfangenes Endsignal ergibt.

Im folgenden werden nun das senderseitige Filter 12 und das
Empfängerfilter 18 näher beschrieben. Die Erfindung ist im allgemeinen dazu bestimmt, solche Signale mittels Frequenzmodulation zu übertragen, die sich als Summe mehr als einer Art von spektralen Energiedichtefunktionen darstellen lassen. Bei der folgenden Beschreibung der Übertragungssignale werden als Beispiel Sprachsignale herangezogen, die sich aus zwei verschiedenen spektralen Energiedichtefunktionen zusammensetzen.

Ein Sprachsignal besteht aus einem stimmhaften und einem stimmlosen Anteil. In Fig. 2 sind die Frequenzcharakteristiken dieser Anteile schematisch veranschaulicht. Das Spektrum der stimmhaften Komponente liegt in einem niedrigen Frequenzbereich, der durch die ausgezogene Linie verdeutlicht ist, während die
stimmlose Komponente in einem höheren Frequenzbereich liegt, der durch eine gestrichelte Linie markiert ist.

Die Verständlichkeit von Sprachsignalen wird in starkem Maße von diesen Frequenzkomponenten beeinflußt. Während die Qualität eines Fernsprechsystems im allgemeinen auf Grund der Verständlichkeit der gesendeten Nachrichtensignale bewertet wird,

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so ist es doch bekannt, daß die stimmlose Komponente kleiner Energie bei guten Bedingungen für das Signal-Rausch-Verhältnis ebensoviel zur Verständlichkeit beiträgt wie die stimmhafte Komponente. Damit ergibt sich, daß die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in Bezug auf die stimmlose Komponente eine eventuelle Verbesserung der Verständlichkeit ermöglicht, obgleich das allgemeine Signal-Rausch-Verhältnis festgelegt sein kann. Die sich ergeben/de äquivalente Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses löst das Problem des verminderten Signal-Rausch-Verhältnisses, das als Begleiterscheinung bei der Pressung eines vorgegebenen Frequenzbandes auftritt.

Da die Verständlichkeit eines Nachrichtensignals eine Große ist, die sich nicht leicht aus der Frequenzverteilung ermitteln läßt, wird nun ein Informationsübertragungsfluß angegeben, dessen Größe eng mit der Verständlichkeit verbunden ist. Werden die Bereiche der Signalfrequenz als f.. bis f „, die Entropxelex stung s-i dichte der Signale und des Rauschens als S„(f) bzw. n_E(f) be- j zeichnet (die spektrale Energiedichte von weißem Gauß'sehen Rau- j sehen weist die gleiche Entropie im gleichen Frequenzbereich I

auf), so läßt sich die übertragene Nachrichtenmenge pro Zeiteinheit R ausdrucken als:

rf_o St₅₁() + _v()
E = \ ^ logp -A—P_n-^ df (bit/sec) (1)

Es ist bekannt, daß die Menge des Informationsflusses eng mit der Verständlichkeit eines Nachrichtensignals verbunden ist und als Maß für die theoretische Überprüfung der Verständlichkeit herangezogen werden kann. Wird im Falle eines Nachrichtensystems mit Frequenzmodulation die gesamte in dem Frequenzband vorhandene Rauschleistung mit N bezeichnet, so ergibt sich

n_F(f) ^ y¹-, f² (2)

^X ¹

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Darin bedeuten:

f^: untere Grenze des Sprachfrequenzbandes
f~: obere Grenze desselben Frequenzbandes
N : gesamte Rauschleistung.

Die spektrale Leistungsdichtefunktion 0^(f) und 0~(f) der stimmhaften bzw. stimmlosen Komponenten, die im Sprachsignal enthalten sind, können angenähert werden durch die Ausdrücke

[I,

[ι π U₂

Darin sind die Größen W₁, W₂, f_lu, f₂₁ in Fig. 2 angegeben.

Wird angenommen, die stimmhafte Komponente weise eine Exponentialverteilung und die stimmlose Komponente eine Gauß'sche Verteilung auf, so ergibt sich die entsprechende Entropieleistungs dichte zu:

S,_ro(f) - |l(f) (stimmhafte Komponente)..... (5)
zs φ^(.Γ) (stimmlose Komponente) ..... (6)

Aus den obigen Gleichungen läßt sich die Nachrichtenübertragungsmenge pro Zeiteinheit bzw. der übertragene Informationsfluß R
errechnen. Es sei angenommen, in einem bestimmten Kommunikationsoder Fernmeldesystem werde, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Signal
in einen Modulator 13 durch ein Übertragungsfilter 12 eingespeist, das einen Frequenzgang aufweist, dessen Leistungsübertragungsverhältnis der Funktion P(f) entspreche, und daß das
Signal nach der Demodulation durch ein empfängerseitiges Filter 18 regeneriert würde, dessen Frequenzgang ein Leistungsübertragungsverhältnis von 1/P(f) gewährleiste. Die Entropieleistunan-

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dichte des ausgangsseitigen Rauschens wird dann um den Faktor 1/P(f) modifiziert. Der übertragene Informationsfluß R. (i 1,2) dieses Fernmeldesystems kann dann in Bezug auf die stimmhaften und stimmlosen Kompon--enten wie folgt angegeben werden:

)" ^{dr (blt/occ)} ·'··· ⁽⁷⁾

Darin bedeutet:

i = 1, 2 (i = 1: stimmhafte Komponente) (i = 2: stimmlose Komponente).

Wird das durch die Lücke oder Pause der stimmhaften Komponente beanspruchte Zeitverhältnis als OO bezeichnet, so ergibt sich die gesamte Nachrichtenübertragungsmenge pro Zeiteinheit R zu:

R = CiR₁ +. (1 - o) Rp . (8)

Da bei dem Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation die Begrenzung auf ein vorgeschriebenes Frequenzband zwingendvorgegeben ist, ist es notwendig, eine Frequenzabweichung einzuschränken, was gleichbedeutend ist mit der Forderung, daß der Spitzenwert der einem Modulator zugeführten Eingangs signale unter einem bestimmten Wert gehalten werden muß. Bleibt in diesem Augenblick der Spitzenwert des Signals unverändert, nachdem dieses das vorbeschriebene Filter 12 passiert hat, so wird die Begrenzung des Spitzenwertes gleich der des Effektivwertes. Ist daher ein die Gleichung (8) m-aximier ender Wert für P(f) festgelegt ,währ end der Effektivwert der Signal energie unter einenbestimmt pci. Wert beschränkt ist, so ergeben sich optimale Charakteristika für die Übertragungssignale. Die Leistung bzw. Energie des Originalsignals kann angegeben werden zu

_± df (9)

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Da die Energie bzw. Leistung S^ der stimmhaften Komponente größer ist als die der stimmlosen, so kann die Energie irgendwelcher Signale, die das erste Filter 12 (Fig. 1) passiert haben, den Viert S. nicht überschreiten. Das Energieübertragungsverhältnis P(f) kann in Bezug auf die Energie der das Filter 12 passierenden Signale durch Maximierung des allgemeinen Informationsflusses R insoweit bestimmt werden, als die nachfolgend gegebenen Bedingungen eingehalten werden können:

%(f)P(f)df g S₁ - ·. . (11)

Ebenso müssen die Bedingungen für den realisierbaren Frequenz- \

gang eingehalten sein: j

P(f) > 0 (f-, < f < fp) (12) I

Es sei angenommen, al = 1/2 werde in Gleichung (8) eingesetzt, die Frequenzbänder hätten Werte von f,. = 50 Hz und,- gestützt auf in der Literatur veröffentlichte Werte, f^ =800 Hz, f₂ g Hz und W^/W₂ = 560, so ergibt sich unter Anwendung der Lagrange'sehen Methode

Darin werden -^- und yu. aus der nachfolgenden Gleichung bestimmt:

In diesem Fall ergeben sich folgende Vierte:

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= 5,17 χ ΙΟ³ = 2,78 χ ΙΟ³

Damit läßt sich der Frequenzgang eines optimalen Filters wie folgt bestimmen:

P(-f) = 57171T^

Demzufolge wird ein senderseitiges Filter 12 mit dem vorerwähnten Frequenzgang P(-f) bevorzugt, während das empfängerseitige Filter 18 einen Frequenzgang äquivalent der Funktion 1/P(f) aufweisen sollte.

Fig. 3 zeigt schematisch das Merkmal eines Filters mit einem durch die Gleichung (12) gegebenen Frequenzgang und das Frequenzspektrum von Sprach Signalen, die dieses Filter passiert haben. Wie ersichtlich, ist die Verständlichkeit auf Grund der Anhebung des hohen Frequenzbereichs verbessert, in dem das FrequenzSpektrum der stimmlosen Komponente konzentriert ist, die einen bemerkenswerten Einfluß auf die Verständlichkeit ausübt.

Fig. 4 zeigt den übertragenen Informationsfluß des Fernmeldesystems mit Frequenzmodulation unter Verwendung eines Filters mit einem Frequenzgang, wie er durch Gleichung (12) gegeben ist, im Vergleich zu einem anderen Kommunikationssystem mit Frequenzmodulation, bei dem keine Verarbeitung der Signale erfolgt, sowie einem herkömmlichen Fernmeldesystem, bei dem eine Entzerrer?- bzw. eine Ausgleichsschaltung verwendet wird. Aus der Fig. ist ersichtlich, daß für ein erfindurigsgemäßes Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation, bei dem ein Filter mit einem durch die Gleichung (12) gegebenen Frequenzgang verwendet wird, das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu bekannten Systemen mit Frequenzmodulation bei gleicher pro Zeiteinheit übertragener Informationsmenge gut um etwa

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6dB verringert werden kann. Unter Zugrundelegung gleicher Übertragungsverhältnisse ermöglicht daher die Erfindung, das für die Frequenzmodulation erforderliche Signalband auf etwa die Hälfte des bei bekannten Systemen erforderlichen Wertes zu pressen. Dies ist eine ganz bedeutende Bandbreitenreduktion.

Weiterhin können die durch die durch die Gleichung (8) vorgegebenen Filtercharakteristika angenähert werden, indem bei Darstellung in der komplexen Frequenzebene auf einer negativen realen Achse eine doppelte Nullstelle und ein komplexes Polpaar vorgesehen werden, wie die folgende Gleichung zeigt:

P(f) = K . -ρ ^ -~ (16)

^{B + 2}VV*⁺ V

Darin bedeutet

W= die Winkelfrequenz der Nullstelle und OJ = die Winkelfrequenz an der Polstelle.

Diese Filtereigenschaften können außer für einen bestimmten Verstärkungsgrad bei Verwendung eines Schaltkreises erhalten v/erden, wie ihn Fig. 5 zeigt. In dieser Fig. ist eine Klemme 20 von zwei Eingangsklemmen 20 und 21 mit einer Klemme .22 von zwei Ausgangsklemmen 22 und 23 über einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator 25 verbunden. Die Ausgangsklemme 22 ist mit der anderen Ausgangsklemme 23 über einen zweiten Widerstand 26, eine Spule 27 und einen zweiten Kondensator 28 verbunden. Werden die Widerstandswerte der Widerstände 24 und

26 entsprechend als R^ und R₂, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 25 und 28 als C^ und C₂ und die Induktivität der Spule

27 als L bezeichnet, so läßt sich der Frequenzgang für diesen Fall beschreiben mit

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ω - -¹-

"ρ Λ

η-

C₁ Ο

Dabei gilt die Beziehung

Ι _ ^Η2

Andererseits läßt sich das Filter 18 mit gegenüber dem Filter 12 in Fig. 5 genau inverser Frequenzcharakteristik, ausgenommen für einen bestimmten Verstärkungsfaktor, durch j einen Schaltkreis, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, realisieren. ι Eine Klemme 29 zweier Eingangsklemmen 29 und 30 ist mit einer ι Klemme 33 zweier Ausgangsklemmen 33 und 34 über einen ersten Widerstand 31 und eine erste Spule 32 verbunden. Die Ausgangsklemme 33 ist mit der anderen Ausgangsklemme 34 über einen zweiten Widerstand 35, eine zweite Spule 36 und einen Kondensator 37 verbunden. Werden die Widerstandswerte der Widerstände 31 und 35 als R₀ bzw. R₄, die Kapazität des Kondensators 3 7 als C, und die Induktivitäten der Spulen 32 und 36 als Lp bzw. L~ bezeichnet, so ergeben sich die Frequenzcharakteristika für diesen Fall wie folgt:

BAD ORSGiNAl

Darin gilt die Beziehung

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R-, + R

2(L₂ +

Wie erwähnt, ermöglicht die Erfindung auf sehr wirkungsvolle Weise die Pressung des vorgegebenen Frequenzmodulationssignalbandes auf einen Bruchteil dessen, was für das bekannte System erforderlich war, wobei ein einfacher Schaltkreis verwendet wird, ohne daß das Frequenzband der Sprachsignale selbst reduziert wird. Dabei wird die gegenseitige Störunq der Nachrichtensysteme auf ein Minimum gedruckt, und die elektrischen Wellen (Frequenzbänder) werden in vorteilhafter Weise ausgenützt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zur weiteren Verbesserung der Vorrichtung bzw. Anordnung nach Fig. 1 auf der Senderseite zwischen dem Filter 12 und dem Modulator 13 eine Schaltung zur Momentankompression (Presser) 40 liegt, während auf der Empfangsseite zwischen dem Modulator 17 und dem Filter 18 eine Schaltung zur Momentanexpansion (Dehner) 41 angeschlossen ist. Werden das Filter 12 und der Presser 40 als auch der Dehner 41 und das Filter 18 in ihrer Reihenfolge umgesetzt, so ergibt sich eine weitere Verbesserung.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 gibt voll befriedigende Ergebnisse, wenn die relative Sprachintensität konstant bleibt. Tatsächlich jedoch ändert sich diese Intensität von Zeit zu Zeit in starkem Maße, selbst bei der gleichen Person, und darüber hinaus ändert sich auch die durchschnittliche Lautstärke der Sprache von einem Individuum zum anderen. Demzufolge gibt es Fälle, in denen die Verwendung von Filtern 12 und 18 nicht ganz den erwünschten Zweck erfüllt. Die Fig. 7 zeigt eine diesbezügliche Verbesserung. Der Momentanwertpresser 40 hat die in Fig. 8 gezeigte Eingangs-Ausgangs-Kennlinie, während der Momentanwertdehner 41 die in Fig. 9 dargestellte

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Eingangs-Ausgangs-Kennlinie aufweist- Diese Vorrichtung verstärkt niedrige Sprachpegel und reduziert überhöhte Sprechamplituden, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis und demzufolge die Verständlichkeit verbessert werden. Ebenso wird verhindert, daß Momentanfrequenzen übermäßig groß werden.

Da die Amplitude auf der Eingangsseite des Frequenzmodulators 13 sich einem Festwert nähert, ist es unnötig, hohe Pegel für die Maximalgröße dieser Amplitude zuzulassen, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis für niedere Sprachpegel sicherzustellen. Bei gleichem Signal-Rausch-Verhältnis ist die Frequenzabweichung daher minimal, weshalb die wirkungsvolle Pressung des vorgegebenen Frequenzbandes ermöglicht ist.

Wird der erwähnte Momentanwertpresser 4O und der Dehner 41 durch einen Silbenpresser bzw. einen Silbendehner ersetzt, so ergeben sich dieselben Resultate.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zur weiteren Verbesserung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung oder Anordnung auf der Senderseite zwischen dem Filter 12 und dem Modulator 13 ein erster Frequenzspektrumsinverter bzw. Frequenzumsetzer 42 angeordnet ist, während auf der Empfangsseite zwischen dem Demodulator 17 und dem Filter 18 ein zweiter Frequenzspektrumsinverter bzw. Frequenzumsetzer 43 angeschlossen ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. ist dazu bestimmt, Frequenzmodulationsstörungen durch Verwendung der Frequenzumsetzerschaltungen 42 und 43 auf der Sender-bzw. Empfangsseite anzupassen bzw« einzuhalten. Die spektrale Energiedichte n„(f) der Frequenzmodulationsstörungen, d.h. des Rauschens, läßt sich ausdrücken als

Im Falle einer Spektrumsumsetzung ergibt sich

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Mit einer Frequenz von f~ = 8000 Hz ergibt, wie Fig. 11 zeigt, eine solche Umsetzung des Frequenzspektrums des Rauschens eine weitere Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in der stimm]ösen Komponente. Selbst wenn das Signal-Rausch-Verhältnis in der stimmhaften Komponente leicht abimint, wird die allgemeine Verständlichkeit auf Grund des verbesserten Signal-Rausch-Verhältnisses in tier stimmlosen Komponente erhöht.

Wird eine Frequenzspektrumsumsetzung bei einem einfachen Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation, d.h. einem System ohne entsprechenden Ausgleich, angewendet, dann ergibt sich, wie Fig. zeigt, nur eine leichte Verbesserung des Nachrichtenübertragungsflusses in Bezug auf die stimmlose Komponente. Bei dem erfindungsgemäßen Komrnunikationssystem mit Frequenzmodulation jedoch, bei dem ein Filter und eine Frequenzumsetzerschaltung verwendet werden, kann das zur Erzielung des gleichen Nachrichtenflusses erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis um etwa 4 bis 6 dB niedriger sein im Vergleich zu einem FM-Systern mit optimaler Anhebung. Das bedeutet, daß das Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber den mit bekannten Fernmeldesystemen dieser Art erzielbaren Werten um 10 bis 12 dB verbessert ist. Wie erwähnt, läßt sich mit der Erfindung eine wirkungsvolle Pressung der Frequenzbänder erzielen, so daß sich deren großer praktischer Vorteil anbietet.

Weiterhin ist es möglich, die Schaltung 42 zur Umsetzung des FrequenzSpektrums auf der Sendeseite, wie Fig. 13 zeigt, durch eine Schaltung 44 zur Umgruppierung eines Frequenzspektrums zu ersetzen, um das Frequenzband in geeignete Unterteilungen zu trennen und um diese Unterteilungen gegeneinander auszutauschen, und ebenso soll dann die Schaltung 43 zur Umsetzung des Frequenzspektrums auf der Empfangsseite durch eine Schaltung 45 zur Urngruppierung eines Frequenzspektrums ersetzt sein, um das

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BAD ORiQiNAL

FrequenzSpektrum der Eingangssignal in den ursprünglichen Zustand zurückzutranspqnieren, wie sie ursprünglich in die Schaltung 44 zur Umgruppierung des Frequenzspektrums auf der Sender-Beite zugeführt wurden. Diese Verfahrensweise ergibt im wesentlichen den gleichen Effekt. Die Trennung des Sprachfrequenzspektrums in geeignete Unterteilungen und der gegenseitige Austausch eines, höherfrequenten Bereichs durch einen niederfrequenten Bereich und umgekehrt ergibt ebenfalls die Möglichkeit zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in Bezug auf die stimmlose Komponente, so daß der erwähnte gegenseitige Austausch entsprechender Abschnitte, des Frequenzspektrums im we ε en tu ich en das gleiche Ergebnis ergibt.

Unter Bezug auf die Fig. 14 und 15 wird nun die Schaltung 44 zur Umgruppierung des Frequenzspektrums auf der Senderseite» und die entsprechende Schaltung 45 auf der Empfängerseite beschrieben. Es sei der P'all betrachtet, daß Signale mit Frequenzbändern f. bis f_Q in Verbindung mit Signalen der Frequenzbänder f* bis fp (f^ K f„) unverändert in den Bereich der Frequenzbänder f₂ - (f_o-f₁)bis f₂ verschoben v/erden mit Frequenzbändern, die von f_Q bis f₂ und umgekehrt von f₂ bis f ₁+(f₂-f₀)reichen.Dieiri den Frequenzbändern f. bis fp der Eingangssignale enthaltene Komponente f. bis f„, die der Eingangsklemme 46 zugeführt wird, wird in einem ersten Amplitudenmodulator 47 durch eine üszillatorfrequenz f_ + f. eines ersten Oszillators 48 amplitudenmoduliert und durchläuft dann ein erstes Bandpaßfilter 49, um das Frequenzspektrum zu invertieren , indem eine untere Bandkomponente f. bis fp herausgegriffen wird, worauf eine zweite Amplitudenmodulation in einem zweiten Amplitudenmodulator 50 durch eine von einem zweiten Oszill/ator 51 gewonnene Oszillatorfrequenz 2fp - (f_Q - f-j) durchgeführt wird. Dann durchläuft das Signal ein Tiefpaßfilter 52, um das Frequenzspektrum umzustellen, indem eine untere BandJ'omponente fp - (f~ - f..) bis fp herausgegriffen wird, die später einer Summierschaltung 53 zugeführt wird. Andererseits wird die im Frequenzband f\. bis f„ des Eingangssignals enthaltene Komponente f₀ bis f_?, die der Ein-

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gangsklemme 46 zugeführt wird, in einem von dem ersten Oszilla-

tor 48 gespeisten ersten Amplitudenmodulator 47 amplitudenmoduliert und durchläuft dann ein zweites Bandpaßfilter 54, um das Frequenz Spektrum umzustellen, indem der Teil f^, bis f„ - (f_Q f.), der in der unteren Bandkomponente enthalten ist, herauszugreifen, wobei der Teil f- bis f„ - (f_Q - f^,) später der Summierschaltung 53 zugeführt wird. Λη einer Ausgangsklemme 55 wird demzufolge ein Sendesignal erhalten, dessen hohe Frequanzkomponente wechselseitig gegen eine niedrige Frequenzkomponente ausgetauscht ist, während umgekehrt die niedrige Frequenzkomponente anstelle einer hohen Frequanzkomponente liegt. Wenn auf der Empfangsseite die niedere Frequenzkornp»--Onente des Eingangssignal gegen eine hohe Frequ.enzkomponente und die hohe Frequenzkomponente gegen eine niedrige Frequenskomponente wechselseitig ausgetausch wird, so läßt sich die Frequenzcharakteristik des Eingangssignals auf einfache Weise in den ursprünglichen Zustand zurücktransponieren.

mit der Oszillatorfrequenz fp + f*

BAD

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Claims

Patentansprüche

(l.J Fernmeldesystem mit Frequenzmodulation, bei dem zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses die Frequenzcharakteristiken der Signale durch eine erste auf der Senderseite angeordnete Aufbereitungsschaltung veränderbar sind und bei dem die Frequenzcharakteristiken der auf der Empfangsseite demodulierten Signale unter Verwendung einer zweiten Verarbeitungsschaltung in den Ausgangsszustand zurückwandelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Aufbereitungsschaltung ein erstes Filter vorgesehen ist, das Übertragungssignale liefern kann, die durch mindestens eine spektrale Energiedichtefunktion mit einer solchen Frequenzcharakteristik beschreibbar sind, daß eine maximal mögliche Informationsmenge pro Zeiteinheit (Informationsfluß) mit den Übertragungssignalen und dem verwendeten Übertragungskanal übertragen wird, und daß ein zweites als zweite Verarbeitungsschaltung wirkendes Filter vorgesehen ist, das die auf der Empfangsseite empfangene und demodulierte Frequenzcharakteristik in die ursprünglichen Übertragungssignale zurückverwandelt.
2. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang P(f) des ersten Filters eine Funktionder Form

^Sl

erfüllt, worin

0^j(f): die spektrale Energiedichtefunktion der

stimmhaften Komponenten, 0~(f): die spektrale Energiedichtefunktion der

stimmlosen Komponenten, K₁U,: Konstanten und
S : die Energie der sprachbehafteten Komponenten

0098 16/135 4 'bad original

bedeuten, und daß der Frequenzgang des zweiten Filters der Funktion 1/P(f) entspricht.
3. Fernrneldesystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das erste Filter zwischen paarweise vorhandenen Eingangs- und Ausgangsklemmen die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes und eines Kondensators sowie zwischen dem Ausgangsklemmenpaar die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes, einer ersten Spule und eines zweiten Kondensators aufweist,und daß das zweite

Filter zwischen seinen "paarweise vorhandenen Eingangs- und Ausgangsklemmen die Reihenschaltung eines dritten Widerstandes und einer zweiten Spule sowie zwischen seinem Ausgangsklemmenpaar die Reihenschaltung eines vierten Widerstandes, einer dritten Spule und eines dritten Kondensators aufweist.
4. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ausgangs -seite des ersten Filters eine Schaltung zur Mornentankompression (Presser) und mit der Eingangsseite des zweiten Filters eine Schaltung zur Momentanexpansion (Dehner) verbunden sind.
5. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_r daß mit der Eingangsseite des ersten Filters eine Schaltung zur Momentankompression (Presser) und mit der Ausgangsseite des zweiten Filters eine Schaltung zur Momentanexpansion (Dehner) verbunden ist.
6. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des ersten Filters ein Silbenpresser und mit dem Eingang des zweiten Filters ein Silbendehner verbunden ist. ·

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BAD ORIGINAL
7. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eingang des ersten Filters ein Silbenpresser und mit dem Ausgang des zweiten Filters ein Silbendehner verbunden ist.
8. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des ersten Filters ein erster Frequenzumsetzer und mit dem Eingang des zweiten Filters ein zweiter Frequenzumsetzer verbunden ist.
9. Fernmeldesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des ersten Filters eine erste Schaltung zur Umgruppierung eines Frequenzspektrums verbunden ist, um zum Vertauschen der FrequenzSpektren ein Übertragungssignal in eine Anzahl Frequenzbänder zu trennen, und daß mit dem Ein-rgang des zweiten Filters eine zweite Schaltung zur Umgruppierung eines Frequenzspektrums verbunden ist, um das Frequenzspektrum eines Eingangssignals in den Zustand des ursprünglichen Übertragungssignals zurückzutransponieren.
10. Fernmeldesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. zweite Schaltung zur Umgruppierung von FrequenzSpektren jeweils eine Eingangsklemme zur Beaufschlagung mit einem Eingangssignal im Frequenzband f.. bis f·^, ■ einen ersten mit der Eingangsklemme verbundenen Arnplitudenmodulator, einen ersten Oszillator zur Versorgung des ersten Amplitudenmodulators mit Signalen der Frequenz f ~ + f,. , wobei die Amplitudenmodulation der Frequenzkomponente f. bis f_Q durch den ersten Amplitudenmodulator zugelassen wird, und ein erstes Bandpaßfilter aufweisen, um eine untere Bandkomponente f, bis f„ aus dem Ausgangssignal des ArtiDlitudenmodulators herauszufiltern, und daß weiterhin ein zweiter mit dem ersten Bandpaßfilter verbundener Amplitudenmodulator, ein zweiter Oszillator zur Speisung des zweiten Amplitudenmodulators mit Signalen der Frequenz 2f - (f_Q-f-),ein Tiefpaßfilter zur Herausfilterung einer unteren Bandkomponente f_o - (f^-f,,)

bis f„ aus dein Ausqanqssiqnal des zweiten Amplitudonrnodulators. ² 009816/1354 . .

BAD ORiGiNAL

ein zweites 'Bandpaßfilter zur Herausfilterung von Signalen der Frequenzkomponente f^ bis f~ - (f - f ) aus den Ausgangssignalen des ersten Aniplitudenmodulators und eine Schaltung zur Summation der Ausgangssignale des Tiefpaßfilters und des zweiten Bandpaßfilters vorgesehen sind.

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