DE2302360A1

DE2302360A1 - Einrichtung mit einer sende- und einer empfangsstation zum erzeugen, umformen und uebertragen von signalen

Info

Publication number: DE2302360A1
Application number: DE2302360A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Frutiger
Original assignee: Anstalt Europaeische Handelsgesellschaft
Current assignee: Anstalt Europaeische Handelsgesellschaft
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1973-08-09
Also published as: NO140871B; NL7301217A; BE794774A; SE376704B; CA987787A; DK142599B; CH542552A; FR2170105B1; GB1386923A; IT973069B; US4151469A; DK142599C; ATA1091072A; NO140871C; AT352780B; FR2170105A1; JPS48104409A

Description

Patenlcmwfilie

chel

Paiksiiaßö 13

Anstalt Europäische Handelsgesellschaft, Vaduz

(Liechtenstein)

Einrichtung mit einer Sende- und einer Empfangsstation zum Erzeugen, Umformen und Uebertragen von Signalen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer Sende- und einer Empfangsstation zum Erzeugen, Umformen und Uebertragen von Signalen.

Mit Pulscodemodulation arbeitende Uebertragungseinrichtungen haben gegenüber Einrichtungen mit Analogiesignalübertragung den Vorteil, dass der Signalgeräuschabstand an der Empfangsseite nur vom Quantisierungsgeräusch und nicht von auf der Uebertragungsstrecke hinzugefügten Geräuschen abhängt.

Bei den bekannten Uebertragungseinrichtungen werden dem zu übertragenden Analogsignal eine Folge von Amplituden-

15.12*72 - 1 - 26 864 a

309832/0878

werte entnommen und die einzelnen Amplitudenwerte werden in entsprechende Codewörter umgesetzt, welche auf die Empfangsseite übertragen werden. Nach dem bekannten Abtasttheorem sollte die Frequenz für die Entnahme der einzelnen Abtastproben wenigstens doppelt so hoch gewählt werden wie die höchste Frequenz, die aus dem Analogsignal noch übertragen werden soll. Diese Bedingung wirkt sich aus übertragungstechnischen Gründen oftmals als recht störend aus, da sie sich aus der Abtastfrequenz und der Anzahl Bit pro Abtastimpuls ergebende Impulsfrequenz einen bestimmten Wert nicht überschreiten sollte.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, ohne dass die Qualität des übertragenen Analogsignales herabgesetzt wird.

Dieser Zweck wird mit der eingangs erwähnten Einrichtung erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Sendestation einen elektroakustischen Wandler aufweist, der mit einem ersten Filter verbunden ist, welcher das Frequenzband der vom Wandler erzeugten elektrischen Signale beschneidet und diese Signale einem Vierpol zuführt, der die Amplituden der Signale mit im obern Frequenzbereich des zu übertragenden Frequenzbandes liegenden Frequenzen um einen bestimmten Wert anhebt, um die Leistung pro Frequenzeinheit konstant zu halten, dass dem Vierpol ein Amplitudenregler nachgeschaltet ist, dessen Aufregelungszeitkonstante grosser ist als dessen Rückregelungszeitkonstante und der mit einem Analog-Digital-Umsetzer zum Umwandeln der Analogsignale in Pulscodemodulationssxgnale in Verbindung steht, dem ein Impulserzeuger zum Erzeugen von Abtastimpulsen zum Abtasten des. Analogsignales mit einer Frequenz, welche kleiner ist als das Doppelte der nach der Beschneidung des Frequenzbandes auftretenden höchsten Frequenz, sowie eine Vorrichtung zugeordnet ist, welche für bestimmte, im mittleren

3098 32/0878

Amplitudenbereich liegende Amplituden kleinere Quantisierungsstufen bewirkt als für die übrigen Amplituden.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung mit einer Sende- und einer Empfangsstation zum Erzeugen, Umformen und Uebertragen von Signalen, und die

Fig. 2-4 Diagramme von an verschiedenen Stellen in der Einrichtung nach Fig. 1 auftretenden Grossen.

Die Empfangsstation der in der Fig. 1 gezeigten Einrichtung weist einen zur Aufnahme von akustischen Signalen, z.B. Sprachsignalen, dienenden elektroakustischen Wandler 1 auf, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein dynamisches Mikrophon mit Raumschallkompensation und einer Höhenanhebung von etwa 10 dB ist.

Die vom Mikrophon 1 erzeugten Analogsignale werden einem Bandpassfilter 2 zugeführt, welcher eine Beschneidung des Frequenzbandes der Analogsignale vornimmt. Die vom Filter 2 übertragenen Frequenzen liegen vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 3 kHz.

Vom Filter 2 werden die Signale einem Vierpol 4 zugeführt, welcher zur Anhebung der Amplituden der Signale mit im oberen Frequenzbereich des zu übertragenden Frequenzbandes liegenden Frequenzen dient. Der Wert der erwähnten Amplitudenanhebung der dem Vierpol 3 zugeführten Signale beträgt im vorliegenden Fall etwa 10 dB, so dass bezüglich der Amplitude des vom Mikrophon 1 aufgenommenen akustischen Signals eine gesamte Höhenanhebung bei der obersten Frequenz des Frequenzbandes von etwa 20 dB erfolgt.

309832/0878

Im Diagramm nach Fig. 2 ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate der Logarythmus der Amplitude U des Signales aufgetragen. Die gestrichelte Kurve I stellt die Spektralverteilung des am Eingang des Mikrophons 1 erscheinenden akustischen Signals und die Kurve II die Spektralverteilung des am Ausgang des Vierpols 3 erscheinenden Signals dar. Bei einer Frequenz von 1 kHz ist praktisch keine Veränderung der Amplitude vorgenommen, während bei oberhalb 1 kHz liegenden Frequenzen eine Höhenanhebung der Amplitude erfolgt.

Vom Vierpol 3 werden die Signale einem Amplitudenregler 4 zugeführt, der zum Ausgleichen der durch die mit verschiedener Lautstärke erzeugten'akustischen Signale hervorgerufenen Amplitudenunterschieden dient. Dieser Amplitudenregler weist vorteilhafterweise unterschiedliche Zeitkonstanten für die Aufregelung und die Rückregelung auf. Dabei sollte die Aufregelungszeitkonstante zwischen 100 und 500 Millisekunden und die Rückregelungszeitkonstante zwischen 20 und 80 Millisekunden liegen. Unter Annahme der bis anhin angegebenen akustischen und elektrischen Daten sollten diese Zeitkonstanten für die Aufregelung vorzugsweise etwa 150 Millisekunden und für die Rückregelung vorzugsweise etwa 50 Millisekunden betragen.

In der Fig. 3 ist die statische Kennlinie des Amplitudenreglers 4 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Eingangsspannung Ug in Volt und auf der Ordinate die Ausgangsspannung U. normiert auf den Wert 1 bei einer Eingangsspannung U_p von etwa 1 Volt aufgetragen. Die Kennlinie verläuft leicht ansteigend, wobei zu beachten ist, dass die Kennlinie die Beziehung zwischen Mittelwerten der beiden Spannungen Up und U. wiedergibt.

Durch den Vierpol 3 und den Amplitudenregler 4 wird eine gleichmässige Frequenz- und Amplitudenverteilung für die

3 0983 2/0878

elektrischen Analogsignale geschaffen. Um allfällige am Ausgang des Amplitudenreglers 4 kurzzeitig auftretende, störende Amplitudenspitzen auszuschalten, ist dem Amplitudenregler 4 ein Amplitudenbegrenzer 5 nachgeschaltet.

Durch die im Amplitudenbegrenzer 5 erfolgende Amplitudenbegrenzung treten in den Signalen Frequenzkomponenten auf , welche ausserhalb des zu übertragenden Frequenzbereiches, d.h. beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ausserhalb des Bereiches von 0,3 bis 3 kHz, liegen. Diese Frequenzkomponenten werden in einem dem Amplitudenbegrenzer 5 nachgeschalteten Bandpassfilter 6 ausfiltriert, welcher bezüglich seines Durchlassfrequenzbereiches dem Bandpassfilter 2 entspricht.

Vom Bandpassfilter 6 wird das Analogsignal einem Analog-Digital-Umsetzer 7 zugeführt, welcher von einer Impulsquelle 8 die Abtastimpulse zur Entnahme von Amplitudenproben erhält. Die Frequenz dieser Abtastimpulse ist geringer als das Doppelte der höchsten im zu übertragenden Frequenzband auftretenden Frequenz gewählt.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die höchste zu übertragende Frequenz 3 kHz, während als Abtastfrequenz 4,8 kHz, d.h. das 1,6-fache der höchsten Frequenz gewählt ist. Nach dem bekannten Abtasttheorem müsste die Abtastfrequenz in diesem Fall mindestens 6 kHz betragen.

Dem Analog-Digital-Umformer 7 ist weiter eine Einrichtung 17 zugeordnet, welche für bestimmte, im mittleren Amplitudenbereich liegende Amplituden kleinere Quantisierungsstufen bewirkt als für Amplituden mit sehr niedrigen und sehr hohen Vierten.

Der Analog-Digital-Umsetzer arbeitet beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 2-Bit-Codierung. Für die Darstellung des Arnplitudenweries jeder Abtastprobe stehen somit vier Code-

3 0 9 8 °> ? / G 8 7 8

ausdrücke mit zwei Stellen zur Verfügung; nämlich "00", "01" _s "10" und "11". Es wird demzufolge nach vier Arnplitudenwerten ausgewertet. Durch die Wirkung der Einrichtung 17 tritt eine Kennlinie auf, die im wesentlichen der in der Fig. 4 dargestellten entspricht. In diesem Diagramm ist auf der Abszisse

die Spannung U . am Eingang des Umsetzers 7 und auf der Oremg

dinate die auf Analogsignalwerte bezogene Ausgangsspannung U. des Umsetzers 7 aufgezeichnet. Die dem Diagramm entnommenen Analogsignalwerte von U. sind entsprechend in Codesignale umzusetzen.

Für Eingangssignale U_p mit im von einem bestimmten Wert a und einem höheren Wert b begrenzten Bereich liegenden Amplituden wird ein konstanter Ausgangssignalwert +1 erzeugt, beispielsweise entsprechend dem Codesignal "10". Für den entsprechenden, durch die Werte a und c bestimmten Bereich wird ein Ausgangssignalwert -1 erzeugt, der dem Codesignal "01" entspricht. Für Eingangssignalwerte grosser als b wird ein Ausgangssignalwert + 2 erzeugt, entsprechend einem Codeslgnalwert "11". Für Eingangssignalwerte, die kleiner als c sind, wird der Ausgangssignalwert -2, was einem Codesignal "00" entspricht. Die Wirkung des Amplitudenbegrenzers 5, der die Höhe des maximal möglichen Eingangspegels des Analog-Digital-Umsetzers 7 festlegt, lässt sich gut erkennen.

Das im Analog-Digital-Umsetzer 7 erzeugte PuIscodemodulationssignal wird nun auf bekannte Weise über eine Uebertragungsstrecke an eine Empfangsstation übertragen, wo das übertragene Signal in einem Digital-Analog-Umsetzer 9, der ähnlich dem Analog-Digital-Umsetzer 7 ausgebildet ist, auf bekannte Weise in ein Analogsignal umgewandelt wird. Die dem Digital-Analog-Umsetzer 9 von einem Taktgeber 18 zugeführ'ocn Taktsignale müssen eine Taktfrequenz aufweisen, die mit der Folgefrequenz der Bits im Analog-Digital-Umsetzer 7 überein-

3098 3 2/0878

stimmt. Dem Digital-Analog-Umsetzer 9 ist eine Einrichtung 19 zugeordnet, welche die sendeseitig durch die Einrichtung 17 vorgenommene Verkleinerung der Quantisierungsstufen für mittlere Amplitudenwerte wieder rückgängig macht.

Am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 9 erscheint somit ein Analogsignal, das dem Eingangssignal am Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 7 entsprächt. Das Ausgangssignal vom Umsetzer 9 wird über einen Vierpol 10 und einen Bandpassfilter 11 einer V/iedergabevorrichtung 12 zugeführt.

Der Vierpol 10 dient zur Absenkung der sendeseitig im Vierpol 3 angehobenen Amplituden, um diese Arnplitudenanhebung rückgängig zu machen. Im Bandpassfilter 11 erfolgt eine Beschneidung des Frequenzbandes, die der sendeseitig erfolgenden Frequenzbandbeschneidung entspricht.

Die V/iedergabevorrichtung 12 ist als elektroakustischer Wandler in Form eines Lautsprechers dargestellt. Es können selbstverständlich andere geeignete Wandler, gegebenenfalls unter Vorschalten von Verstärkern verwendet werden.

Es ist auch möglich, falls erforderlich, Verstärker zwischen die einzelnen Baugruppen 9, 10 und/oder 11 einzuschalten.

309B V087 8

Claims

Patentansprüche

/Iy Einrichtung mit einer Sende- und einer Empfangsstation zum Erzeugen, Umformen und Uebertragen von Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendestation einen elektroakustischen Wandler aufweist, der mit einem ersten Filter verbunden ist, welcher das Frequenzband der vom Wandler erzeugten elektrischen Signale beschneidet und diese Signale einem Vierpol zuführt, der die Amplituden der Signale mit im oberen Frequenzbereich d*es zu übertragenden Frequenzbandes liegenden Frequenzen um einen bestimmten Wert anhebt, um die Leistung pro Frequenzeinheit konstant zu halten, dass dem Vierpol ein Amplitudenregler nachgeschaltet ist, dessen Aufregelungszeitkonstante grosser ist als dessen Rückregelungszeitkonstante und der mit einem Analog-Digital-Umsetzer zum Umwandeln der Analogsignale in Pulscodemodulationssignale in Verbindung steht, dem ein Impulserzeuger zum Erzeugen von Abtastimpulsen zum Abtasten des Analogsignales mit einer Frequenz, welche kleiner ist als das Doppelte der nach der Beschneidung des Frequenzbandes auftretenden höchsten Frequenz, sowie eine Vorrichtung zugeordnet ist, welche für bestimmte, im mittleren Amplitudenbereich liegende Amplituden kleinere Quantisierungsstufen bewirkt als für die übrigen Amplituden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Amplitudenregler und dein Analog-Digital-Umsetzer ein Amplitudenbegrenzer und ein diesem nachgeschalteter zweiter Filter geschaltet sind, der eine dem ersten Filter entsprechende Beschneidung des Frequenzbandes vornimmt»

309P- V08 79

eingegangen amiiL^f^30236Q
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung im Analog-Digital-Umsetzer in Gruppen von 2 binären Symbolen erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vierpol die Amplituden um einen Wert anhebt, der bezüglich der Signale am Eingang des Wandlers eine Gesamtanhebung bei der höchsten Frequenz des zu übertragenden Frequenzbandes von 10 - 30 Dezibel zur Folge hat.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenregler eine zwischen 100 und 500 Millisekunden liegende Aufregelungszeitkonstante und eine zwischen 20 und 80 Millisekunden liegende Rückregelungszeitkonstante aufweist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter ein Frequenzband zwischen 0,3 und 3 kHz überträgt, dass der Vierpol die Amplituden von Signalen mit über 1 kHz liegenden Frequenzen um einen Wert anhebt, der eine Gesamtanhebung von etwa 20 Dezibel zur Folge hat, dass die Aufregelungszeitkonstante des Amplitudenreglers etwa 150 Millisekunden und dessen Rückregelungszeitkonstante etwa 50 Millisekunden beträgt und dass der Impulserzeuger Abtastimpulse mit einer Frequenz erzeugt, die dem 1,6-fachen der höchsten Frequenz des übertragenen Frequenzbandes entspricht.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsstation einen Digital-Analog-Umsetzer der die übertragenen Pulscodemodulationssignale empfängt und dem eine Vorrichtung zugeordnet ist, die der dem sendeseitigen Analog-Digital-Umsetzer zugeordneten Vorrichtung entspricht und die von letzterer bewirkte Verkleinerung der Quantisierungsstufen aufhebt, einen Vierpol zum Ausgleichen der im sendeseitig vor-

3098° //0873

gesehenen Vierpol erfolgten Anhebung der Amplituden, sowie einen Filter aufweist, der das Frequenzband der Signale entsprechend dem ersten Filter in der Sendestation, beschneidet und diese Signale an einen elektroakustischen Wandler übertrag

30983 2/0878