DE2321230C2

DE2321230C2 - System zum Übertragen breitbandiger Tonsignale

Info

Publication number: DE2321230C2
Application number: DE19732321230
Authority: DE
Inventors: Gerhard-Günter 7301 Berkheim Gaßmann
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE2321230A1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Übertragen breitbandiger Tonsignale nach dem Oberbegriff vom

!Patentanspruch 1.

Einem solchen System entsprechende Übertragungseinrichtungen sind auch als Basisband-Vocoder bekannt (vgl. E. Hölzler und D. Thierbach: »Nachrichtenübertragung«, Springer-Verlag, Berlin, 1967, SS. 331 und 332 und M. R. Schrooder und E. E. David: »A vocoder for transmitting 10 kc/s speech over a 3,5 kc/s channel«. Zeitschrift ACUSTIKA, Band 10 (1960), SS. 35 bis 43). Bei derartigen Übertragungssystemen wird die Information über die Augenblickswerte der Energieverteilung mit Hilfe von Pilotfrequenzen zur Empfangsstelle übertragen. Ganz gleich, wie die Übertragung der Informationen erfolgt, im frequenzmultiplex mittels jedem Teilbereich zugeordneter Pilotfrequenzen oder mittels einer Pilotfrequenz, der im Zeitmultiplex die Informationen sequentiell aufmoduliert werden, auf der Wiedergabeseite werden diese Pilotfrequenzen durch ein Tiefpaßfilter, das nur das Basisband durchläßt, für das Gehör unterdrückt und nur die aus diesen Pilotfrequenzen abgeleiteten Ersatzsignale dem Basisband wieder zugesetzt.

Werden nun solche Basisband-Vocoder in einem Fernsprechnetz oder zur Modulation eines Rundfunksignals eingesetzt, um eine breitbandigere Übertragung zwischen den mit diesen Einrichtungen ausgerüsteten Stellen zu ermöglichen, so ist erforderSich, daß nicht mit Vocodereinrichtungen ausgerüstete Empfangsstellen wenigstens das Basisband ungestört empfangen können. Da sie keine Filter zur Unterdrückung der Pilotsignale enthalten, machen sich bei ihnen diese als störende Pfeiftöne bemerkbar. Ähnlich wie beim Stereorundfunk muß deshalb auch hier eine entsprechende Kompatibilität gegeben sein, d. h. ältere, nicht mit den Vocodereinrichtungen ausgerüstete Empfänger müssen die Sendungen eines Basisbaüdvocoders ungestört empfangen können, wenn bei ihnen auch keine breitbandige Übertragung erfolgt und nur das Basisband hörbar ist.

Durch das Hauptpatent 23 09 987 werden die bekannten Basisband-Vocoder derart verbessert, daß die von einer mit einem solchen Vocoder ausgerüstete Sendestelle ausgehenden Signale nicht nur mit der gewünschten Übertragungsbandbreite vom Empfangsteil, das ebenfalls mit Vocodereinrichtungen ausgerüstet ist, empfangen werden können, sondern daß auch konventionelle Empfangseinrichtungen diese Sendungen mit der bei ihnen üblichen Qualität (3,4 kHz beim Fernsprechen und etwa '/j Senderabstand beim Rundfunk) einwandfrei empfangen können. Die erforderliche Kompatibilität ist also gegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auch in der Vocodereinrichtung empfangene sehr schwache Synchronisiersignale einwandfrei ausgewertet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in dem Patentanspruch 1 gekennzeichnete System zum Obertragen breitbandiger Tonsignale gelöst

Schaltungstechnisch sehr einfach zu realisieren ist das System nach Anspruch 2.

Die Erfindung wird anschließend in Zusammenhang mit den in F i g. 1 und F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert

An der Eingangsklemme 22 steht das übermittelte Gesamtsignal an, las aus dem direkt übermittelter. Tonsignal des unteren Frequenzbereiches und dem Pilotsignal besteht, das mit den Amplitudeninformationen der Teilbereiche des oberen Frequenzbereiches moduliert ist und das um den Faktor P gegenüber dem Tonsignal des unteren Frequenzbereiches abgesenkt ist und das das Synchronisiersignal beinhaltet, dessen Amplitude sehr klein gegenüber der möglichen Maximalamplitude des Gesamtpilotsignals ist Seine Frequenz entspricht der halben Wiederholfrequenz der sequentiellen Übermittlung der Amplitudeninformationen.

Die Einrichtung zur Wiedergabe besitzt einen Bandpaß 24, der nur den Frequenzbereich des Piiotsignals durchläßt und dem ein regelbarer Verstärker L'Jl und ein Demodulator 25 nachgeschaltet ist Die demodulierte Folge der Amplitudeninformationen wird dem rotierenden Schalter 27 zugeführt, von dessen »Kontakten« die den einzelnen Zeitkanälen zugeordneten Lautstärkeinformationen entnommen und den Speicherkondensatoren 28, 29 und 30 und weiteren nicht dargestellten Speicherkondensatoren zugeführt werden. Von den Speicherkondensatoren werden die Lautstärkeinformationen der einzelnen Kanäle an die Modulatoren 31,32, 33 und folgende abgegeben, die ihrerseits die Signale der Oszillatoren 34, 35 und 36, welche die Ersatzfrequenzen für den jeweiligen Teilbereich erzeugen, modulieren. 371 ist die Summierschaltung, mit der die lautstärkegesteuerten Ersatzsignale addiert werden.

Die so addierten Ersatzsignale werden über einen steuerbaren Schalter 563 einer weiteren Additionsschaltung 564 zugeführt, in der die Ersatzsignale mit dem direkt übermittelten Signal des unteren Frequenzbereiches addiert werden. Das Signal, das zu dem Lautsprecher 42 gelangt, enthält auch das Pilotsignal. Da voraussetzungsgemäß das Pilotsignal jedoch infolge der Absenkung um den Faktor fund der Ausnutzung des Verdeckungseffektes unhörbar ist, braucht es nicht durch ein Filter elimiert werden. Der rotierende Schalter 27 wird von einem Taktgenerator 55 angesteuert, der die Schrittfrequenz des rotierenden Schalters 27 bestimmt.

Nach π Schritten hat der rotierende Schalter 27 einen Umlauf durchgeführt. Mit dem Frequenzteiler 54, der

einen Teilungifaktor-r— besitzt, wird die Taktfrequenz

heruntergeteilt und die so gewonnene Spannung einem multiplikativen Mischer 53 zugeführt, mit dem das von 54 kommende Signal mit dem demodulierten Pilotsignal in der Phase verglichen wird. Die Ausgangsspannung des multiplikativen Mischers 53 durchläuft ein sehr schmalbandiges Tiefpaßfilter 56 mit z. B. 0,^r< Hz Bandbreite. Durch diesen in dem multiplikativen Mischer 53 durchgeführten Phasenvergleich zwischen dem heruntergeteilten Signal und dem in dem Pilotsignal enthaltenen Synchronisiersignal entsteht am Ausgang des Tiefpaßfilters 56 eine phasenabhängige Regelspannung, die zur Frequenznachstimmung des Taktgenerators 55 verwendet wird. Die in dem Pilotsignal enthaltene Hauptnachricht, die relativ zum Synchronisiersigna! eine wesentlich größere Amplitude "ilat, fällt bei dieser Verarbeitung infolge der multiplikativen Mischung mit einem Referenzsignal mit halber Wiederholfrequenz und wegen der geringen Bandbreite des Tiefpaßfilters 56 heraus. Die Regelsteilheit der Synchronisation muß so groß sein, daß bei allen vorkommenden Frequenzabweichungen zwischen Ausgangssignal des Frequenzteilers 54 und der Frequenz des Synchronisiersignals, die Phasenabweichung im synchronisierten Zustand so gering ist, daß die Zuordnung der einzelnen Kanäle durch den rotierenden Schalter auf der Empfängerseite mit der entsprechenden Zuordnung auf der Senderseite übereinstimmt V/erden z. B. 12 Kanäle übertragen, so tritt bei einer Phasenabweichung von 360° : 12 = 30° eine Fehlzuordnung von einem Kanal ein. Die Phasenabweichung bei der Synchronisation sollte daher zweckmäßig nicht mehr als ± 10° betragen. Darüber hinaus soll der Synchronisierbereich symmetrisch sein, d. h. der Fang- und Haltebereich sollte bei Frequenzabweichungen nach beiden Richtungen etwa gleich groß sein.

Vom Taktgenerator 55 wird ein weiterer Frequenzteiler 541 angesteuert der ebenfalls de*. Teilungsfaktor

-7— hat dessen Ausgangsspannung jedoch gegenüber der zn

Ausgangsspannung des ersten Frequenzteilers immer um 90° vor- bzw. nacheilt Wie dies praktisch realisiert wird, wird in F i g. 2 noch näher erläutert. Die Ausgangsspannung dieses zweiten Frequenzteilers 541 wird in einem zweiten multiplikativen Mischer 531 ebenfalls mit dem demodulierten Pilotsignal verglichen. Auch diesem multiplikativen Mischer 531 ist ein TiefpaO 561 nachgeschaltet

Unter der obigen Synchronisierbedingung ist die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 561, je nachdem, ob die Ausgangsspannung des Frequenzteilers 541 um 90° vor- oder nacheilt, positiv oder negativ, mit einer Amplitude, die der im Pilotsignal enthaltenen Synchronisierspannungsamplitude proportional ist Da die Amplitude dieses Synchronisiersignals voraussetzungsgemäß proportional der möglichen Maximalampiitude des gesamten Pilotsignals ist, kann erfindungsgemäß die vom Tiefpaßfilter abgegebene Spannung als Regelspannung zjr Nachregelung der Amplitude des am Ausgang des Bandfilters 24 anstehenden Pilotsignals unter Zuhilfenahme des regelbaren Verstärkers 24 i benutzt werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei Schwankungen der Übertragungsstrecke, z. B. bei Selektivschwund im Bereich der Pilotfrequenz, diese Schwankungen durch die beschriebene Regelung erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann die vom Tiefpaß 561 abgegebene Spannung zur Steuerung des Schalters 563 dienen, mit dem die Ersatztöne abgeschaltet werden. Dazu wird diese Spannung über einen Schwellschalter, in F i g. 2 durch eine Zenerdiode 562 symboliE'.h angedeutet, geführt. Bei Überschreiten der Schwellspannung wird der Schalter 563 geschlossen und damit werden die Eüatztöne zur Wiedergabe zum Lautsprecher gelangen. Bei Unterschreiten der Schwellspannung bleibt der Schalter geöffnet Auf diese Weise wird erreicht, daß bei Empfang von Sendungen ohne Pilotsignal oder bei dessen Ausfall der Schalter 563 geöffnet bleibt, weil in diesem Falle vom Tiefpaß 561 keine Spannung (0 V) abgegeben wird. Aber auch bei Empfang eines Pilotsignals und nicht eingetretene» Synchronisation, z. B. infoige fehlerhaften Arbeitens der Synchronisierschaltung oder bei einer zu großen Frequenzabweichung des Synchronisiersignal, bleibt der Schalter 563 geöffnet, denn bei einer Frequenzabweichung zwischen dem Synchronisiersignal und dem Referenzsi-

gnal, die so groß ist, daß keine Synchronisierung eintritt, ist die Differenzfrequenz der Ausgangsspannung des multipükativen Mischers 531 so hoch, daß sie mit Sicherheit oberhalb der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters liegt. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 561 soll möglichst gleich oder kleiner als diejenige des Tiefpaßfilters 56 sein. Am Ausgang des Tiefpaßfilters 561 erscheint also unter den angenommenen Umständen keine (0 V) oder eine unterhalb des erwähnten Schwellenwertes liegende Spannung.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des rotierenden Schalters in elektronischer Bauweise für 6 Kanäle gezeigt: darin ist 60 ein fünfstufiges Schieberegister, dessen Ausgänge 601 bis 605 über das NOR-Gatter 61 mit seinem Eingang 600 verbunden sind. Vom Taktgenerator 55 wird das Schieberegister schrittweise weitergeschaltet. Infolge der Rückwirkung der Ausgänge über das NOR-Gatter 61 auf den Eingang wird erreicht, daß jeweils nur entweder an der Eingangsklenime 600 oder an den Ausgangsklemmen 601 bis 605 ein Steuerimpuls erscheint, mit dem die Einzelschalter 62 bis 67 des rotierenden Schalters nacheinander geschaltet werden. An den Ausgängen dieser Schalter liegen die Speicherkondensatoren 68 bis 73, die in ihrer Funktion den Speichern 28 bis 30 in Fig. 1 entsprechen, von deren Ausgängen die Modulatoren der einzelnen Kanäle, z. B. 31 bis 33 in F i g. I, angesteuert werden. Zur Erzeugung der Referenzspannungen für die multiplikativen Mischer 53 und 531 werden dem Schieberegister 60 an zwei Kontakten 602 und 605, deren Ausgangsspannungen einen gegenseitigen zeitlichen Versatz entsprechend n/2 Schritten eines Zyklus haben, Spannungen entnommen. Diese Ausgangsspannungen werden je einem Takteingang eines sogenannten JK-Flip-FIops 74 und 75 zugeführt. Um sicherzustellen, daß die Ausgangsspannungen der zur Frequenzhalbierung dienenden JK-Flip-FIops immer die gleiche Phasenbeziehung haben, d. h. daß z. B. die Aiisgangsspünnung des Flip-Flops 75 immer der Ausgangsspannung des Flip-Flops 74 um 90° nacheilt, wird vom Ausgang des Flip-Flops 74 eine Verbindung zu dem betreffenden Vorbereitungseingang des Flip-Flops 75 vorgesehen. Den multiplikativen Mischern 531 und 53 wird zusätzlich das demodulierte Pilotsignal zugeführt, wie in F i g. 1 gezeigt.

Selbstverständlich ist die zeitliche Zuordnung des im Pilotsignal enthaltenen Synchronisiersignals zu den Zeitkanälen für die einzelnen Ersatzsignale aufnahme- und wiedergabeseitig gleich.

Bei solchen Anwendungen, bei denen man mit größeren Frequenzabweichungen des Gesamtsignals und damit auch des Synchronisiersignals rechnen muß, ist es besonders zweckmäßig, anstelle des als Phasenvergleichsschaltung arbeitenden multiplikativen Mischers 53 eine an sich bekannte »Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung« zu verwenden, oder eine an sich bekannte Schaltung, bei der bis zum Eintreten der Synchronisation die Bandbreite des nachgeschalteten Tiefpaßfilters 56 wesentlich vergrößert wird und erst nach Eintreten der Synchronisation auf den ursprünglichen kleinen Bereich zurückgeschaltet wird.

	Verwendete Bezugszeichen	Eingangsklemme
	Deutsch	Bandpaß
20		Regelverstärker
	22	Demodulator
	24	rotierender Schalter
	241	Verteiler
	25	Kondensator (Speicher)
25	27	Modulator
	271	Oszillator
	28, 29,30	Additionsschaltung
	31,32,33	Schalter
	34,35,36	multiplikativer Mischer
30	371,564	Frequenzteiler
	563	Taktgenerator
	53,531	Tiefpaß
	54,541	Amplitudenschwelle
	55	Lautsprecher
35	56,561	Schieberegister
	562	Eingangsklemme ) Schiebe-
	42	Ausgangsklemme J register
	60	NOR-Gatter
	600	Schalter
40	601-605	Kondensator (Speicher)
	61	JK-Flip-Flop
	62-67
	68-73
	74,75

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. System zum Obertragen breitbandiger Tonsignale über einen Übertragungskanal mit verminderter Obertragungsbandbreite, bei dem nach Art eines Vocoders sendeseiüg das zu übertragende Tonsignal in das den unteren Signalbereich umfassende Basisband und einen mit Hilfe von Filtern in eine Anzahl von Teilbereichen aufgeteilten oberen Signalbereich unterteilt ist, und in jedem dieser Teilbereiche die Augenblickswerte der Energieverteilung bestimmt und diese Informationen als trägerfrequentes Pilotsignal im Zeitmultiplex unter Hinzufügen des unveränderten Basisbandes über den Obertragungskanal übermittelt werden, bei dem empfangsseitig aus dem Pilotsignal die Informationen über die Augenblickswerte der Energieverteilung durch Demodulation des Pilotsignals und Verteilen der Augenblickswerte auf die zugehörigen Teilbereiche mittels eines rotierenden Schalters wiedergewonnen und damit Ersatzgeneratoren gesteuert werden und aus den so gewonnenen Ersatzsignalen und dem direkt übertragenen Basisband das breitbandige Tonsignal wiedergewonnen wird, und bei dem nach Patent 23 09 987 zum störungsfreien Empfang des Basisbandes allein mittels konventioneller Empfangseinrichtungen ohne Pilotsignalverarbeitung zur sendeseitigen Modulation des Trägers des Pilotsignals die Trägeramplitude mit den Augenblickswerten der Energieverteilung mitgesteuert und der Pegel des Pilotsignals gegenüber der A.nplitude des Basisbandes abgesenkt wird, wobei der Pegel eines nr".^wjbertragenen Synchronisiersignais höchsten* gleich dem Pegel des Systemrauschens ist, dadurch ekennzeichn e t, daß empfangsseitig zum Auswerten des sehr schwachen Synchronisiersignals das das Synchronisiersignal enthaltende Pilotsignal und ein Referenzsignal zwei multiplikativen Mischern (53,531) zugeführt werden, wobei eines der beiden Signale den multiplikativen Mischern (53, 531) mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 90° und das andere Signal den beiden Mischern direkt zugeführt wird; daß als Referenzsignal ein Signal dient, das vom Taktgenerator (55) des rotierenden Schalters (27) durch Frequenzteilung (54, 541) mit dem Teilungsfaktor—hergeleitet ist,wobei η die Anzahl der

Schaltstellungen des rotierenden Schalters ist; daß die Ausgangsspannungen der beiden multiplikativen Mischer je mit einem Tiefpaß (56, 561) gesiebt werden; daß eine der beiden gesiebten Spannungen zur Frequenznachstimmung und damit zur Synchronisation des Taktgenerators (55) dient, und daß die andere gesiebte Spannung bei Unterschreiten eines vorgegebenen Pegels zur Abschaltung der Ersatzsignale und/oder als Regelspannung zur Verstärkungsregelung (24) des Pilotsignals dient.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Schalter aus η Einzelschaltern (62 bis 67) besteht, die nacheinander von den Ausgängen (600 bis 605) eines in sich rückgekoppelten Schieberegisters angesteuert werden und von zwei Ausgängen (602, 605) dieses Schieberegisters, deren Ausgangssignale einen zeitlichen Abstand von n/2 Taktimpulsen zueinander haben, je ein frequenzhalbierendes Flip-Flop (74,75) angesteuert wird, und von einem Flip-Flop-Ausgang (74) eine Verbindung zum Vorbereitungseingang des anderen Flip-Flops (75) besteht, um sicherzustellen, daß immer die Ausgangsspannung des einen Flip-Flops der des anderen um 90° nach- bzw. voreilt, und daß die Ausgangsspannungen der beiden Flip-Flops als um 90° gegeneinander versetzte Referenzspannungen den beiden multiplikativen Mischern (53, 531) zugeführt werden, denen zusätzlich direkt das das Synchronisiersignal enthaltende Pilotsignal zugeführt wird.