DE3044582C2 - Digitaler Verstärker, insbesondere zur Verwendung in einer digitalen Fernsprech-Teilnehmerschaltung - Google Patents
Digitaler Verstärker, insbesondere zur Verwendung in einer digitalen Fernsprech-TeilnehmerschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen digitalen Verstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
in Nachrichtenubertragungssystemen, beispielsweise in Fernsprech-Vermittlungssystemen benötigt man eine
Verstärkungsreglung. Eine Verstärkungsreglung erfolgt in einer Schaltung, die zu einem Teilnehmer oder zu
einer Fernleitung gehört, um diese Schaltung entsprechend den vom Benutzer gestellten Forderungen optimal
einzustellen.
Grundsätzlich hängt die Meinung des Teilnehmers über die Güte der Übertragung in einem Fernsprechsystem
von vielen Faktoren ab. Solche Faktoren sind der empfangene Schalldruck, der vom Wirkungsgrad des
Senders und des Empfängers usd von den zwischen diesen auftretenden elektrischen Verlusten abhängt, das
Frequenzverhalten des Netzwerks hinsichtlich der Bandbreite und der Amplituden- und Laufzeitverzerrung,
das Geräusch hinsichtlich seiner Stärke und seines Charakters, das Echo hinsichtlich seiner Größe und seiner
Laufzeit Im allgemeinen sollte das Übertragungssystem flexibel und so ausgelegt sein, daß es dem Benutzer
die beste und zuverlässigste Übertragung und den besten und zuverlässigsten Empfang ermöglicht, soweit
dies in Übereinstimmung mit seinen Erwartungen die durch die Technologie gegebenen Grenzen erlauben.
In dieser Hinsicht ist eine Verstärkungsregelung in einer Fernsprech-Teilnehmerschaltung ein erwünschtes
Merkmal, da es zu einer größeren Flexibilität der Arbeitsweise führt, so daß solche Erwartungen eines Teilnehmers
sich erfüllen lassen. Eine Verstärkungsregelung kann in einer Teilnehmerschaltung zur Pegeleinstellung
verwendet werden und kann ebenso durch geeignete Einstellung eine Verbesserung von bestimmten
Arten von Interferenzen bewirken. Somit lassen sich unerwünschte, durch Echos und »Pfeifen« entstehende
Effekte verbessern oder reduzieren, wenn in der Teilnehmerschaltung
eine Verstärkungsregelung stattfindet Solche Effekte werden normalerweise vollständig
oder teilweise durch eine Impedanzfehlanpassung verursacht.
Im Zusammenhang mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird auf folgenden Stand der Technik verwiesen:
Aus der US-PS 40 34 196 ist es bekannt, ein durch Multiplikation eines Worts mit einem Faktor gebildetes Produktwort auf so viele Bits zu reduzieren, wie das Wort vor der Multiplikation hatte. Im Unterschied zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung geschieht diese Multiplikation und Bitzahlreduzierung nicht bei einem digitalen Verstärker, sondern in einem rekursiven digitalen Filter in dessen Rückkopplungsschleife. Weitere Unterschiede sind, daß das zu multiplizierende Wort nicht ein Wort des Eingangssignals, sondern ein Wort des gefilterten Ausgangsignals ist, daß der Faktor kein Verstärkungsfaktor, sondern ein Filierkoeffizient mit einem Betrag kleiner als 1 ist und daß im allgemeinen ein Summenwort aus mehreren Produkten dsn Wortlängenreduzierer zugeführt wird und nur im seltenen Falle eines einzigen Filterkoeffizienten ein Produktwort.
Aus der US-PS 40 34 196 ist es bekannt, ein durch Multiplikation eines Worts mit einem Faktor gebildetes Produktwort auf so viele Bits zu reduzieren, wie das Wort vor der Multiplikation hatte. Im Unterschied zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung geschieht diese Multiplikation und Bitzahlreduzierung nicht bei einem digitalen Verstärker, sondern in einem rekursiven digitalen Filter in dessen Rückkopplungsschleife. Weitere Unterschiede sind, daß das zu multiplizierende Wort nicht ein Wort des Eingangssignals, sondern ein Wort des gefilterten Ausgangsignals ist, daß der Faktor kein Verstärkungsfaktor, sondern ein Filierkoeffizient mit einem Betrag kleiner als 1 ist und daß im allgemeinen ein Summenwort aus mehreren Produkten dsn Wortlängenreduzierer zugeführt wird und nur im seltenen Falle eines einzigen Filterkoeffizienten ein Produktwort.
so Beim Entwurf eines Fernsprechvermittlungssystems und bei einem Nachrichtenübertragungssystem ist der
Entwurf und die Realisierung einer Teilnehmerschaltung eine in erster Linie zu betrachtende Aufgabe. Jeder
Teilnehmer in einem Fernsprechsystem hat eine eigene Teilnehmerschaltung, so daß jegliches zusätzliche
Schaltungsteil in einer Teilnehmerschaltung die Kosten des gesamten Systems bedeutend erhöht. Man kann sich
vorstellen, daß ein einzelnes Vermittlungssystem beispielsweise 100 000 Teilnehmer und damit auch 100 000
Teilnehmerschaltungen hat, verglichen mit gemeinsamen Steuerungsbauteilen wie der Netzwerksteuerung,
dem Koppelfeld usw.
Die in einer Teilnehmerschaltung erwünschte Verstärkungsregelung muß daher so kostengünstig wie nur
möglich realisiert werden und muß selbstverständlich die oben angegebenen Vorteile haben. Die Verstärkungsregelung
kann sowohl im analogen als auch im digitalen Weg eines Vermittlungssystems erfolgen, und
für beide Möglichkeiten sind Schaltungen bekannt In dem nachstehend beschriebenen System sendet und
empfängt der Teilnehmer ein analoges Signal, jedoch ist das in der Teilnehmerschaltung zur Übertragung und
zum Empfang über das Koppelfeld bearbeitete Signal ein digitales Signal. Würde man die Verstärkungsregelung
auf das Analogsignal anwenden, so würde man die Anzahl der Bauteile der Teilnehmerschaltung wesentlich
vergrößern. Weiterhin verlangt eine analoge Verstärkungsregelung angepaßte Bauelemente mit hoher
Präzision, die teuer sind. Wenn die Bauelemente nicht angepaßt sind, erreicht man keine Feinaufiösung (0,1 dB
oder besser) so daß viele der Vorteile einer Verstärkungsregelung ausbleiben.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Verstärkungsregelung für eine Fernsprech-Teilnehmerschaltung
anzugeben, die ein digitales Signal verarbeitet, einfache Bauelemente enthält und dabei eine hohe Genauigkeit
und Auflösung über einen effektiven Regelbereich gewährleistet.
Die nachstehend zu beschreibende digitale Realisierung erlaubt eine Schaltungsrealisierung in integrierter
Schaltungstechnik, so daß die Verstärkungsregelung und andere Schaltungsteile sich in Form von integrierten
Schaltungen herstellen lassen, die eine Vielzahl von digitalen Schaltungen aufnehmen können.
Die Augabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst, Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer digitalen Teilnehmerschaltung, die sich in einem digitalen Fernsprech-Vermittlungssystem
verwenden läßt,
F i g. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines digitalen Verstärkers nach dem Stand der Technik,
Fig.3 ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
digitalen Verstärkers,
F i g. 4 ein Blockschaltbild, in dem die zur parallelen Arbeitsweise des digitalen Verstärkers notwendigen
Schaltungsteile dargestellt sind und
F i g. 5 ein einfaches Blockschaltbild zur Erläuterung der Arbeitsweise und der Anordnung eines digitalen
Verstärkers einer digitalen Fernsprech-Teilnehmerschaltung.
Die Fig.] zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines
Fernsprech-Übertragungssystems mit digitalen und analogen Signalwegen
Im wesentlichen ist ein einzelner Teilnehmer A über
ein digitales Koppelfeld 10 mit einem anderen Teilnehmer B verbunden. Jeder Teilnehmer, wie zum Beispiel A,
hat eine eigene Teilnehmerschaltung 20, die mit seinem Teilnehmerapparat verbunden ist und den Nachrichtenaustausch
zwischen den Teilnehmern ermöglicht. Obwohl in der F i g. 1 die Teilnehmer A und B mit Teilnehmerapparten
21 und 22 verbunden sind, können diese Teilnehmer auch Fernvermittlungsplätze sein, die zur
Verbindung mit anderen Fernvermittlungsstellen dienen und als solche auch eine Teilnehmerschaltung, wie
zum Beispiel die gezeigte Teilnehmerschaltung 20, benötigen. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist nur die
Teilnehmerschaltung 20 für den Teilnehmer A gezeigt, jedoch hat der Teilnehmer B eine identische Teilnehmerschaltung
2OB, ebenso wie die Vielzahl der zusätzlichen, nicht gezeigten Teilnehmer.
Ein Beispiel einer digitalen Teilnehmerschaltung ist aus der DE-OS 28 08 737 bekannt. Wie noch erläutert
wird, ist in solchen Teilnehmerschaltungen der erfindungsgemäße digitale Verstärker verwendbar, da dort
digitale Signale verarbeitet werden.
Der dem Teilnehmer A zugeordnete Teilnehmerapparat 21 ist über eine aus der a-Ader und der 6-Ader
bestehende Analogleitung an eine Zweidraht-Vierdraht-Gabelschaltung 16 angeschlossen. Die Gabelschaltung
16 ist ein wohlbekanntes Bauteil und verbindet im wesentlichen die analoge Zweidrahtleitung mit
einer Vierdrahtleitung. Daher hat sie einen Ausgang,
ίο der mit einer als Sendeleitung bezeichneten Zweidrahtleitung
verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einer als Empfangsleitung bezeichneten Zweidrahtleitung
verbunden ist Eine Beschreibung von geeigneten Gabelschaltungen und deren Arbeitsweise läßt sich entnehmen
aus »REFERENCE DATE FOR RADIO ENGINEERS, Sixth Edition (1975), Howard W. Sams, Seiten
35-16 bis 35-20.
Die Sendeleitung verbindet den Ein- und Ausgang der Gabelschaltung 16 mit dem Eingang eines Analogfilters
18. Das von der Gabelschaltung 16 zum Filter 18 gelangende Signal ist nämlich ein analoges Signal. Der Ausgang
des Analogfilters 18 ist mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 19 verbunden. Dieser kann
ein Pulscodemodulator (PCM) sein, der die analogen Ausgangssignale des Analogfilters 18 abtastet und digitalisiert
und an seinem Ausgang ein digitales Signal liefert. Außer der Pulscodemodulation sind auch andere
Verfahren der Analog-Digital-Wandlung anwendbar. Das am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 19 erscheinende
digitale Signal wird dem Eingang eines Dezimators 23 zugeführt. Im wesentlichen ist der Dezimator
23 ein digitales Filter, das die Ausgangswortgeschwindigkeit eines seinem Eingang zugeführten digitalen
Signals herabsetzt.
Ein Dezimator läßt sich als Filter verwenden, um das digitale Signal hinsichlich Frequenzen außerhalb des interessierenden
Frequenzbandes zu dämpfen, in diesem Falle außerhalb des Sprachbandes (0—4 kHz). Der Dezimator
23 ist ein rekursives Filter zweiten Grades mit einer Tiefpaß-Filterkurve. Der Dezimator 23 liefert an
seinem Ausgang ein Signal mit einer niedrigeren Wortgeschwindigkeit als der Wortgeschwindigkeit des am
Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 19 erscheinenden Signals. Beispielsweise kann das Ausgangssignal des
Analog-Digital-Wandlers 19 mit einer Abtastfrequenz (fs) oder einer Wortgeschwindigkeit von 1,024 MHz mit
drei Bits pro Wort auftreten. Der Dezimator 23 würde dann ein Ausgangssignal liefern mit einer Abtastfrequenz
{fs) oder einer Wortgeschwindigkeit von 32 kHz mit einer Wortlänge von 13 Bits pro Wort. Um die Arbeitsweise
der Verstärkungsregelungsschaltung 25 beschreiben zu können, sollte man die Wortlänge und die
Wortgeschwindigkeit kennen, da die Arbeitsweise einer digitalen Verstärkungsregelungsschaltung, wie zum Beispiel
25, zum Einsatz in anderen Anwendungsfällen zur Regelung der Verstärkung eines digitalen Signals anders
ausgelegt werden kann. Zwar beruht die Philosophie des gesamten Aufbaus einer Teilnehmerschaltung
auf den gegenseitigen Abhängigkeiten und Funktionen der verwendeten Schaltungsteile, jedoch kann der digitale
Verstärker gemäß dieser Erfindung auf dem Gebiet der digitalen Schaltungstechnik auch eine breitere Anwendurg
finden.
Das Ausgangsignal der Verstärkungsregelungsschaltung 25 wird über ein rekursives Niederfrequenzfilter 26 an eine Summierschaltung 30 angelegt. Das Filter 26 hat eine Bandbreite, die durch den Frequenzbereich der Niederfrequenzsignale zur Übertragung über einen
Das Ausgangsignal der Verstärkungsregelungsschaltung 25 wird über ein rekursives Niederfrequenzfilter 26 an eine Summierschaltung 30 angelegt. Das Filter 26 hat eine Bandbreite, die durch den Frequenzbereich der Niederfrequenzsignale zur Übertragung über einen
Übertragungsweg des Koppelnetzes 10 bestimmt wird. Ein zweites Eingangssignal der Summierschaltung 30
wird von einem Filter mit endlicher Impulscharakteristik 31 bereitgestellt. Dieses Filter 31 arbeitet mit einem
Korrelator 32 zusammen und unterdrückt die Auswirklingen des Echos in der Teilnehmerschaltung.
Das Ausgangssignal der Summierschaltung 30 wird an das Koppelfeld 10 angelegt und dort weitergeleitet,
wenn das Vermittlungssystem eine Verbindung zum Empfangseingang eines gerufenen Teilnehmers, beispielsweise
des Teilnehmers B, herstellt. Die Teilnehmerschaltung 2OB dieses Teilnehmers ist identisch mit
der Teilnehmerschaltung 20, die im Zusammenhang mit dem Teilnehmer A gezeigt ist. Somit wird das digitale
Ausgangssignal des Sendeausgangs (O)der Teilnehmerschaltung
20 des Teilnehmers A über das digitale Koppelfeld 10 dem Empfangseingang (I) der Teilnehmerschaltung
2OjB zugeführt. Beispiele eines digitalen Koppelfeldes
10 sind der DE-OS 29 09 762 entnehmbar.
Der Empfangseingang (J) des Koppelfeldes 10 ist mit
der Empfangsleitung der digitalen Teilnehmerschaltung verbunden. Auf diese Weise wird das vom Sendeausgang
(QJ des entfernten Teilnehmers dem Eingang eines
nicht rekursiven Tonfrequenzfilters 50 zugeführt, welches die gleiche Bandpaß-Filterkurve wie das Filter 26
hat. Das Ausgangssignal des Filters 50 ist mit dem Eingang einer Verstärkungsregelungsschaltung 51 verbunden,
die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Verstärkungsregelungschaltung 25 hat. Das digitale Signal,
dessen Verstärkung geregelt ist, gelangt vom Ausgang der Verstärkungsregelungsschaltung 51 zum Eingang
eines Interpolators 52. Grundsätzlich arbeitet der Interpolator 52 so, daß er die Wortgeschwindigkeit des
digitalen Signals erhöht.
Wie erwähnt verringert der Dezimator 23 im Sendeweg die Wortgeschwindigkeit auf 32 kHz bei 13 Bits
oder mehr pro Wort Der Interpolator 52 erhöht die Wortgeschwindigkeit auf 1,024 MHz bei drei Bits oder
mehr pro Wotl oder auf eine andere Wortgeschwindigkeit die durch die verwendete Abtastfrequenz bestimmt
ist Das Ausgangssignal des Interpolators 52 gelangt auf den Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 53. Der Digital-Analog-Wandler
53 tastet selektiv das am Ausgang des Interpolators 52 erscheinende digitale Signal ab und
liefert an seinem Ausgang ein analoges Signal, welches über das Analogfilter 54 an die Gabelschaltung 16 gelangt
Die Verwendung eines Interpolators 52 in Verbindung mit einem geeigneten Digital-Analog-Wandler 53
ist in der US-PS 41 09 110 ausführlich beschrieben. Aber
auch andere Arten von Interpolatoren und Digital-Analog-Wandlern
können verwendet werden. Das analoge Ausgangssignal wird gefiltert und gelangt an den Empfangseingang
der Gabelschaltung 16 und von dort auf die Zweidraht-Teilnehmerleitung, an die der Teilnehmerapparat
21 angeschlossen ist
Die obenstehende Beschreibung zeigt also eine digitale
Teilnehmerschaltung, die im Sendeweg ein Analogsignal in ein digitales Signal und im Empfangsweg das
digitale Signal in ein Analogsignal umwandelt Die Teilnehmerschaltung verwendet eine Verstärkungsregelungsschaltung
25 im Sendeweg und eine Verstärkungsregelungsschaltung 51 im Empfangsweg. Beide Verstärkungsregelungsschaltungen
verarbeiten ihr digitales Eingangssignal mit der gleichen Wortgeschwindigkeit und mit der gleichen Bitzahl pro Wort
An die Gabelschaltung 16 ist eine Leitungsnachbildung 40 angeschlossen. Die Aufgabe der Leitungsnachbildung
besteht darin, die Leitungsimpedanz (900 Ohm, 2 Mikrofarad) angepaßt nachzubilden. Wie oben beschrieben,
beruhen bestimmte unerwünschte Eigenschaften, wie Echo, Pfeifen und der Zustand nahe beim
Pfeifen hauptsächlich auf einer Impedanzfehlanpassung, so daß eine Verstärkungsreglung diese ungünstigen
Auswirkungen innerhalb von Grenzen regeln kann, wobei die Verstärkungsregelungsschaltung in erster Linie
in der Lage ist, eine Pegeleinstellung oder einen Pegelabgleich in der Teilnehmerschaltung durchführen.
Durch eine Verstärkungsregelung im digitalen Weg kann man eine genaue Auflösung und einen genauen
Pegelbereich erhalten, wozu eine kostengünstige und leicht integrierbare Schaltung genügt.
Der Schaltungsaufwand zur Realisierung der digitalen Verstärkungsregelung und die Genauigkeit, die man
erreichen kann, sowie die örtliche Anordnung der Verstärkungsregelungsschaltung in der Teilnehmerschaltung
wird bestimmt durch eine Betrachtung der folgenden verschiedenen Faktoren, die erläutert werden. Zu
diesen Faktoren gehören:
1) Bereich der Verstärkungsregelung (in dB)
2) Verstärkungsauflösung (in dB)
3) Verstärkungsgenauigkeit
4) Wortlänge (in Bits) des Verstärkungskoeffizienten
5) Abtastfrequenz und Länge des Abtastwortes
6) Signalpegel (in dBmO)
7) Art des Signals (linear oder korn pandiert)
Von diesen Faktoren werden einige durch Systemanforderungen bestimmt wie der Bereich der Verstärkungsregelung,
der Signalpegel und die Wortlänge. Für ein typisches System sind diese Parameter wie folgt spezifiziert:
Bereich der Verstärkungsregelung: 0—6 dB
Signalpegel:— 50 dBmO
Wortlänge: maximal 13 Bits (linear)
Signalpegel:— 50 dBmO
Wortlänge: maximal 13 Bits (linear)
Der Übertragungspegel an irgend einer Stelle in einem Übertragungssystem ist das Verhältnis (in dB) der
Leistung eines Testsignals an dieser Stelle zur Leistung eines Testsignals an einem Bezugspunkt Der Übertragungspegel
gibt nicht die absolute Leistung in dBm (Leistung in dB bezogen auf ein Milliwatt) oder in irgend
einer anderen solchen Leistungseinheit an. Es ist also eine relative Angabe. Somit bezieht sich ein Übertragungspegel
auf eine Stelle und wird ausgedrückt als Abstand in dB von einem Bezugspunkt Verschiedene
der verwendeten Abkürzungen, wie dBmO, sollten daher als Abkürzung für OdB-Übertragungspegel-Punkt
(OTLP = O-dB transmission level point) betrachtet werden. Manchmal wird dies bezeichnet als dBmO,
dBaO, dBmO und sogar als vuO, wobei vu der an einem Punkt im Übertragungssystem mit einem Aussteuerungsmesser
ermittelte Meßwert ist.
Die F i g. 2 zeigt einen digitalen Verstärker nach dem Stand der Technik. Xn ist ein Eingangssignal mit N Bits,
das mit einer Konstanten, die M Bits hat, multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Multiplizierers wird über
ein Register oder einen Wortlängenreduzierer 60 auf N Bits abgerundet Im wesentlichen besteht das Ausgangssignal
aus dem Signal Zn, dessen Wörter die gleiche Bitanzahl N wie das Eingangssignal Xn hat und mit
einem Verstärkungsfaktor oder Koeffizienten multipliziert sind. Die in F i g. 2 gezeigte Konfiguration ist zwar
für bestimmte Werte der Verstärkung geeignet jedoch liefert sie keine beliebigen Werte, wie dies in einer digi-
talen Teilnehmerschaltung erforderlich ist, und sie bringt auch keine Feinauflösungen oder Auflösungen in
der Größenordnung von 0,1 dB. Außerdem kann die Schaltung keine Verstärkungsungenauigkeit innerhalb
von 10% oder weniger haben. Diese Faktoren sind bei einem Übertragungssystem außerordentlich wichtig
und insbesondere in einem Fernsprech-Übertragungssystem aufgrund der Tatsache, daß zahlreiche Probleme
hinsichtlich Verstärkungsverzerrung auftreten, wenn die Verstärkungsregelung nicht innerhalb solcher Grenzen
gehalten wird. Daher kann die Verstärkungsregelung tatsächlich die Leistungsfähigkeit des Systems verschlechtern,
wenn diese Parameter nicht genau eingehalten werden. Diese nachteiligen Effekte wurden
manchmal als Verstärkungsübersteuerung bezeichnet, womit ein unerwünschter Zustand gemeint ist.
Die Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild einer digitalen
Verstärkungsregelungsschaltung gemäß der Erfindung. Wie man sieht, ist bei Fig.3 eine ähnliche Bezeichnungsweise
verwendet wie bei F i g. 2, so daß das Eingangssignal mit Xn und das Ausgangssignal mit Zn bezeichnet
ist. Das Signal Xn ist Teil eines digitalen Signals, das aus einer Vielzahl von Wörtern besteht, wobei
jedes die gleiche Anzahl von Bits N hat und einen gewichteten Wert eines Analogsignals bedeutet
Es wird also ein digitales Wort Xn, das aus N Bits besteht, an einen Eingang eines digitalen Multiplizierers
61 angelegt.
Der andere Eingang des Multiplizierers 61 empfängt ein Koeffizientenwort oc, das aus M Bits besteht, wobei a
der für das Wort Xn und für alle Wörter des Signals gewünschte Verstärkungsfaktor ist. Multiplizierer wie
61 sind wohlbekannt, und es gibt viele geeignete bekannte Schaltungen, die in der Lage sind, digitale Wörter
oder Signale, wie Xn mit N Bits mit dem Koeffizientenwort oder Signal oc mit M Bits zu multiplizieren. Beispiele
solcher Schaltungen sind dem Buch von R. K. Richards »ARITHMETIC OPERATIONS IN DIGITAL
COMPUTERS«, D. Van Nostrand Company, Inc. (1955), zu entnehmen, insbesondere dem Kapitel 5: »BINARY
MULTIPLICATION AND DIVISION«. Die Multiplikation zweier digitaler Zahlen, wobei jede aus
einer vorgegebenen Anzahl von Bits besteht kann man durch Verwendung eines Akkumulators, eines Simultanmultiplizierers,
von Schieberregistern und verschiedener anderer Schaltungen durchführen. Die Multiplikation
von Binärwörtern kann mittels verschiedener arithmetischer Verfahren, wie zum Beispiel der Zweierkomplement-Arithmetik,
erfolgen, wie dies im oben angegebenen Buch erläutert ist.
In jedem Falle erhält man bei der Multiplikation von
Xn mit oc am Ausgang des Multiplizierers das Produkt Xncx, das ein aus N+ M Bits bestehendes digitales Wort
ist und eine Größe hat die dem Faktor oc, der die Verstärkung bestimmt proportional ist
Das Produkt wird einem ersten Eingang eines digitalen Addierers oder Summierers 62 zugeführt Digitale
Addieren wie zum Beispiel 62, sind ebenfalls wohlbekannt und in vielfacher Weise realisiert In diesem Zusammenhang
wird auf das Kapitel 4: »BINARY ADDITION AND SUBTRACTION« des oben genannten Buches
verwiesen.
Der Addierer 62 stellt einen Teil einer digitalen Rückkopplungsschleife
dar, wie noch erläutert wird. Das Ausgangssignal des Addierers 62 gelangt auf einen
Wortlängenreduzierer 63. Im wesentlichen ist diese Schaltung ein Register, welches das M + TV-Bit-Wort
vom Ausgang des Addierers 62 empfängt und am Ausgang ein Signal Zn abgibt das aus N Bits (ebenso wie
das Eingangswort) besteht und mit dem Koeffizientenfaktor oc multipliziert ist.
Der Wortlängenreduzierer 60 der bekannten Schaltung nach F i g. 2 liefert ein Ausgangssignal Zn, dadurch
daß er die M niedrigstwertigen Bits einfach löscht. Als Beispiel wird nun angenommen, daß das Eingangswort
Xn aus vier binären Ziffern 1111 besteht, also eine Binärzahl
darstellt, die die Dezimalzahl 15 bedeutet. Weiter wird angenommen, daß das Koeffizientenwort oc drei
binäre Bits enthält, die einen positiven Koeffizienten oc mit den Bits 101 (Dezimalzahl 5) definieren. Die multiplizierte
Binärzahl besteht aus sieben Bits 1001011 (Dezimalzahl
75). Das Ausgangswort Zn hat immer N Bits (in diesem Falle vier) und erscheint somit als 1001... (Dezimalzahl
72). Die niedrigstwertigen Bits 011 (Dezimalzahl 3) werden von der Schaltung nach F i g. 2 gelöscht.
Bei der hier gegebenen einfachen Erläuterung hat man nun zu beachten, daß die Eingangszahl Xn eine
digitale Zahl ist, wobei die Bits jedes Wortes Xn den gewichteten Wert eines umgewandelten analogen Signals
bedeuten. Die ursprüngliche Zahl Xn bedeutet also beispielsweise einen abgetasteten Teil eines analogen
Niederfrequenzsignals, dessen Teil einen gewichteten Wert von 15 hat. Um diesem Signal eine Verstärkung
von oc (in diesem Falle 5) zu verleihen, sollte das Ausgangssignal den Wert 75 haben. Jedoch liefert die
Schaltung nach F i g. 2 ein Ausgangssignal vom Wert 72. Dies ist zwar eine gute Nährung, die aber eine Verstärkung
von 4,8 und nicht eine Verstärkung von 5 bedeutet. Beachtet man aber, daß das nächste Wort Xn + ι in entsprechender
Weise behandelt wird, so bewirkt die Schaltung nach F i g. 2 für jedes Wort durch das obige
Verfahren einen näherungsweisen Verstärkungsfaktor.
Es wird angenommen, daß das folgende Wort Xn + \, das
der digitale Verstärker nach F i g. 2 verarbeiten soll, einen analogen Abtastwert mit einer gewichteten Größe
von 14 darstellt Das nächste Wort Xn + ι wäre also 1110
(Dezimalzahl 14). Multipliziert mit dem Koeffizienten oc, der gleich 101 ist würde sich ein digitales Ausgangssignal
mit sieben Bits ergeben, das die Dezimalzahl 70 bedeutet und binär den Wert 1000110 hat. Wiederum
werden die drei letzen Bits durch die Schaltung 60 gelöscht, so daß am Ausgang das Wort Zn in binärer Form
als 1000 abgegeben wird, das einen gewichteten Wert 64 bedeutet. Die tatsächliche Verstärkung beträgt in diesem
Falle 4,26.
Die obige einfache Erläuterung beruht auf der Anwendung der normalen binären Multiplikation. Bei der
Verwirklichung der Schaltung nach Fig.2 kann aber
auch die Zweierkomplement-Arithmetik angewendet werden. Diese ist wohlbekannt und im oben genannten
Buch im Zusammenhang mit der Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division von Binärzahlen ausführlich
beschrieben. Die Anwendung der Zweierkomplement-Arithmetik bringt eine größere Flexibilität so daß ein
großer Bereich der Verstärkungsregelung erfaßt werden kann, einschließlich einer Dämpfung durch Multiplikation
mit Koeffizienten «, die echte Brüche darstellen.
In der Schaltung nach Fig.3 werden die niedrigstwertigen
Bits nicht gelöscht sondern verwendet Das Ausgangswort Zn mit N Bits wird einem Eingangsanschluß
eines Summierers 64 zugeführt, der es zum Ausgangssignal des Summierers 62 addiert Dieses letztere
Ausgangssignal liegt am anderen Eingang des Summierers 64 an. Der Summierer 64 liefert das Signal e (n),
welches den von der Schaltung 63 verursachten augenblicklichen Fehler darstellt und aus den niedrigstwerti-
gen Bits M besteht. Die in F i g. 3 gezeigte Konfiguration nimmt die M niedrigstwertigen Bits zum Abtastzeitpunkt
η und addiert diese Bits zum am darauffolgenden Abtastzeitpunkt η + 1 auftretenden N + M-Bit-Produktwort.
Falls e„ der von der Schaltung 63 verursachte momentane Fehler ist, so liefert die Rückkoppelungsschleife,
die mit der Schaltung 63 verbunden ist, das Ausgangssignal Zn, das sich beschreiben läßt durch :
Zn = λ -Xn + en+i + e„
wobei e„ das Fehlersignal zum Zeitpunkt η und e„ _i das
Fehlersignal zum Zeitpunkt η — 1 ist.
Die Schaltung nach F i g. 3 bewirkt eine Fehlerkorrektur bei der Durchführung der Verstärkungsregelung
und ergibt außerordentlich gute Ergebnisse, wenn die Abtastfrequenz (Wortgeschwindigkeit) fs hoch und das
digitalisierte Signal stark korreliert oder ein »Tiefpaß-Signal« ist, wie zum Beispiel ein Sprachsignal als analoges
Signal in einer Teilnehmerschaltung. Qualitativ läßt sich dieses Verhalten wie folgt erklären:
Falls das Eingangssignal Xn das digitale Äquivalent eines Niederfrequenz-Analog-Signals (ein Tiefpaß-Signal)
ist, so wird eine Abtastung mit hoher Abtastfrequenz eine starke Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden
Abtastwerten bewirken. Daher ist der durch die Schaltung 63 verursachte Fehler von einem Abtastwert
zum anderen stark korreliert. Durch Zurückkopplung des Fehlers wird der Fehlergehalt am Ausgang verringert,
und somit wird der Eingangssignalbereich, über den eine genaue Verstärkung möglich ist, vergrößert.
Wenn jedoch das Signal unkorreliert ist, so bringt die Fehlerkorrektur bei der Verstärkungsregelung keine
Systemverbesserung.
Verwendet man die oben bei der einfachen Erläuterung der F i g. 2 als Beispiel gewählten Werte, so läßt
sich die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 3 folgendermaßen erklären.
Es wird angenommen, daß zum Zeitpunkt η des Worts Xn am Addierer 62 von der Schaltungseinheit 65
her ein O-Signal anliegt. Die Schaltungseinheit 65 ist mit
Z-' bezeichnet und ist ein Register zur Übertragung der im Summierer 62 zu addierenden Bits mit der richtigen
Pegelhöhe und in der richtigen Zeitlage. Das Ausgangssignal Wn des Summierers 62 ist also das Produktsignal
1001011 (Dezimalzahl 75) und besteht aus sieben Bits. Aus Gründen der einfachen Darstellung soll das Signal
zum Zeitpunkt η M + N Bits haben. Die niedrigstwertigen Bits sind dabei mit M bezeichnet Somit subtrahiert
der Addierer oder Subtrahierer 64 das Ausgangswort Zn mit N Bits von dem Wort mit M + N Bits, um ein
Fehlersignal am Ausgang des Addierers 64 mit M + N— N=M Bits zu liefern. Diese Bits erhalten
dann in der Schaltung 65 die richtige Polarität und werden zum Zeitpunkt η + 1 dem nächsten Produktwort
zugeführt Das Produktwort entsteht dadurch, daß das nächste Eingangswort Xn+ 1 mit dem Koeffizientenwort
λ multipliziert wird. In dem einfachen, oben angegebenen
Beispiel beträgt dieses Produkt 1000110 (Dezimalzahl
70). Zu diesem Produktwort wird also ein Signal mit den M Bits addiert, das das erste Fehlersignal mit den
Bits 011 (Dezimalzahl 3) darstellt Das Ausgangssignal
des Summierers 62 beträgt also 1001001 (Dezimalzahl 73). Der Wortlängenreduzierer 63 löscht wiederum die
Bits 001, um an seinem Ausgang die Zahl 1001 ... (Dezimalzahl 72) abzugeben. Dies bedeutet einen Verstärkungsfaktor
von 4,8.
Wie im folgenden erläutert wird, bewirkt die· Schaltung
nach Fig.3 eine außerordentlich genaue Verstärkungsregelung
entsprechend der Anzahl von Bits in einem Wort und entsprechend der Abtastgeschwindigkeit
Die Schaltung sollte in der geeigneten räumlichen Anordnung innerhalb der Teilnehmerschaltung eingebaut
sein, um einen Betrieb mit einem bestmöglichen Wirkungsgrad zu gewährleisten.
Die Schaltung nach F i g. 3 ist verhältnismäßig einfach
Die Schaltung nach F i g. 3 ist verhältnismäßig einfach
ίο und leicht zu verstehen. Das in der Teilnehmerschaltung
nach F i g. 1 als Ausgangssignal des Dezimators 23 vorhandene Signal Xn besteht aus parallelen Bits, auch
wenn eine serielle Übertragung angewendet werden könnte.
Die Fig.4 zeigt die parallele Signalverarbeitung in
einer Schaltung, die leicht integrierbar ist.
Der Dezimator 23 empfängt parallele Eingangssignale XA 1 bis XAN vom Analog-Digital-Wandler 19. Es
handelt sich bei XA 1 bis XAN um drei oder mehr Bits, und in einem speziellen, nachstehend beschriebenen Fall
um drei Bits. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Verstärkungsregelungsschaltung gezielt nach dem Dezimator
23 angeordnet ist, da dies der beste Platz dafür ist. Der Dezimator 23 liefert an einem Ausgang das
Wort X(n), das aus Bits X(n)\ bis X(n)N besteht. Die
Aufgabe des Dezimators 23 besteht darin, die am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 19 vorhandene
Wortgeschwindigkeit zu erniedrigen. Die Bits X(n)\ bis X(n)N, die ein Wort wie X(n) darstellen, werden an den
Multiplizierer 61 mit parallelen Eingängen angelegt, ebenso wie die Bits χ 1 bis acM, die das Verstärkungskoeffizientenwort
oc bedeuten. Die erwünschte Verstärkung wird mittels des Wortgenerators 70 gewählt. Der
Generator 70 kann eine Mehrstufenregister enthalten, wobei jede Stufe eingestellt werden kann, um die Verstärkungskoeffizienten
oder Verstärkungsbits λ 1 bis ocM zu bestimmen. Der Wortgenerator 70 wird auf die
Wortgeschwindigkeit des Dezimators 23 synchronisiert, so daß eine synchrone Multiplikation durchgeführt werden
kann. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 61 ist als (N + M) Bits dargestellt, welche die Bits M + Λ/des
Produktwortes P(n) bedeuten. Die Bits des Produktwortes werden einem Paralleladdierer 62A zugeführt, der
dem Summierer 62 nach F i g. 3 äquivalent ist Der Addierer 62Λ liefert die Ausgangsbits W(n)\ bis W(n)N + m,
die das fehlerkorrigierte Produkt darstellen, das auf den Eingang des Wortlängenreduzierers 63 gelangt Wie
man der F i g. 3 entnehmen kann, ist dieses Bauteil ein Register, das Bits W(n)\ bis W(n)N + μ einer Zahl mit
N + M Bits empfängt und am Ausgang an Leitungen mit gleichem Stellenwert Bits Z(n)\ bis Z(n)N abgibt deren
Bitanzahl N beträgt Diese Bits erscheinen daher mit den richtigen Stellenwerten und entsprechen direkt den
Stellenwerten X(n)i bis Χ(π)ν am Ausgang des Dezimators
23, weichen jedoch entsprechend dem Multiplikationsfaktor in ihren Binärwerten davon ab. Die Bits
Z(n)\ bis Ζ(π)ν werden einem Addierer 64 zugeführt der
die W(n)\ bis W(ji)n + μ Bits empfängt und an seinem
Ausgang die Fehlerbits e(n)\ bis e(n)M liefert, welche die
niedrigstwertigen Bits (M) bedeuten. Diese Bits oder Fehlersignale werden um eine Wortperiode, die gleich
einen Zeitabschnitt π ist, verzögert und zum nächsten Produktwort über den Addierer 62 mit dem richtigen
Vorzeichen und der richtigen Größe addiert
Es dürfte somit klar sein, daß das gezeigte System sich
für alle Arten von digitalen arithmetischen Operationen eignet, wie zum Beispiel die normale Binärarithmetik,
die Zweierkomplement-Arithmetik usw.
11 12
Wie man ebenfalls sieht, können die niedrigstwerti- 0,416 · 106.
gen Bits zur Verstärkungsregelung mit positiven Fakto- Die Wortgröße am Ausgang 80 beträgt nur 3 oder
ren die größer als 1 sind, vom Register 63 direkt wieder- höchstens 4 Bits pro Wort im Gegensatz zu 13 oder
gewonnen werden, indem man direkt diese die nied- mehr Bits pro Wort bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz
rigstwertigen Bits speichernden Stufen anzapft Diese 5 am Platz 82.
Bits können darauf direkt zum nächsten Produktwort Aufgrund von F i g. 5 würde es scheinen, daß sich die
über die Register- und Verzögerungsstufe 65 addiert Verstärkungsregelung einfacher am Ausgang 80 des
werden. Es dürfte klar sein, daß alle solche Schaltungs- Analog-Digital-Wandlers aufgrund der kleinen Wortteile
durch einen geeigneten Taktgenerator leicht ge- größen realisieren läßt Die kleine Wortgröße erhält
steuert werden können, um die geeignete Datenübertra- io man durch Verwendung der hohen Abtastfrequenz
gunfe und Steuerung zu gewährleisten. (MHz) und durch Formung des Quantisierungsge-
Die in F i g. 3 und 4 gezeigte Schaltung ist in der Lage, räuschs, derart, daß die Geräuschleistung im Sprach-
in einer digitalen Teilnehmerschaltung innerhalb au- band (0—4 kHz) gering ist
ßerst enger Toleranzgrenzen zu arbeiten. Jedoch hat man zu beachten, daß man aufgrund der
Der zur Realisierung der digitalen Verstärkungsrege- 15 hohen Abtastfrequenz 3,02 · 106 Additionen pro Sekun-
lung erforderliche Schaltungsaufwand hängt von der de durchführen muß. Wenn auch alle verwendeten
Wortlänge der Koeffizienten (ac) ab, der Abtastfrequenz Schaltungen integriert werden können, so ist die Schal-
(Eingangswortgeschwindigkeit) und von der Struktur. tungskomplexität doch noch ein Problem, aber man
Die Koeffizientenwortlänge ist durch die gewünschte muß auch einen Platz für die Verstärkungsregelung aus-
Auflösung oder durch den kleinsten Verstärkungsschritt 20 wählen, indem man überlegt ob die Systemanforderun-
vorgegeben. Die Abtastfrequenz bestimmt die örtliche gen an die Verstärkung erfüllt werden können.
Anordnung der digitalen Verstärkungsregelung. Wie Bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung wird klar, daß
noch erläutert wird, folgt die Verstärkungsregelung 25 die Verstärkung nicht genau durchgeführt werden kann
auf den Dezimator 23 (F i g. 1) im Sendeweg dem Inter- wegen der endlichen Wortlänge. Somit ist es notwendig
polator 53 vorgeschaltet ist 25 zu runden, abzubrechen, oder das Produkt mit M + N
Die Verstärkungsregelungsschaltung, die in den Bits des N-Bit-Abtastwerts und des M-Bit-Koeffizien-F
i g. 3 und 4 gezeigt ist, ist besonders zur Verstärkungs- ten auf N Bits am Ausgang zu reduzieren. Dies führt zu
regelung eines 13-Bit-PCM-Signals geeignet. Das Signal Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der gekann
ein kompandiertes Signal oder ein kodiertes Signal wünschten Verstärkung. In F i g. 2 wird die realisierte
sein, jedoch ist die Verstärkungsregelung eines linearen 30 oder die effektive Verstärkung zum großen Teil durch
13-Bit-PCM-Signals bei dieser Geschwindigkeit er- den Wortlängenreduzierer 60 beeinflußt,
wünscht, und das Signal ist mit der in modernen digita- Dies kann ganz einfach durch Abbrechen geschehen, len Fernsprechvermittlungssystemen verwendeten Falls Xn und Yn, die Signal-Abtastwerte als ganze Zah-Technik kompatibel. len abgebrochen werden, und der Koeffizient λ einen
wünscht, und das Signal ist mit der in modernen digita- Dies kann ganz einfach durch Abbrechen geschehen, len Fernsprechvermittlungssystemen verwendeten Falls Xn und Yn, die Signal-Abtastwerte als ganze Zah-Technik kompatibel. len abgebrochen werden, und der Koeffizient λ einen
Die F i g. 5 zeigt einen Teil der Teilnehmerschaltung 35 binären Bruch hat, kann man das Ausgangssignal Yn
20 nach Fig. 1, wobei zur Angabe der Wortgeschwin- schreiben als:
digkeit, der Wortlänge usw. spezielle Werte gewählt
digkeit, der Wortlänge usw. spezielle Werte gewählt
sind. Yn = χ ■ Xn + en
Es gibt zum Einbau der digitalen Verstärkungsrege- mit en< 1
lungsschaltung, die in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, im in 40 en ist der augenblickliche Fehler
F i g. 5 gezeigten Signalweg drei mögliche Plätze. Ein
F i g. 5 gezeigten Signalweg drei mögliche Plätze. Ein
möglicher Einbauplatz 80 liegt am Ausgang des Analog- Verwendet man die Zweierkomplement-Arithmetik
Digital-Wandlers 19. Ein anderer Einbauplatz 81 befin- und reduziert die Wortlänge durch einfaches Löschen
det sich am Ausgang des Dezimators 23 und eine dritte der M niedrigstwertigen Bits, so gilt
Möglichkeit besteht am Ausgang 82 des Niederfre- 45
quenzfilters 26.
quenzfilters 26.
In jedem Falle unterscheiden sich die zur Verstär- 0<enSl—2+M.
kungsregelung eines linearen PCM-Signals möglichen
Plätze 80,81 und 82 hinsichtlich der Abtastfrequenz und
kungsregelung eines linearen PCM-Signals möglichen
Plätze 80,81 und 82 hinsichtlich der Abtastfrequenz und
der Wortgröße voneinander, die zur Darstellung der 50 Da das Register 60 in F i g. 2 kein »Gedächtnis« hat,
Eingangsabtastwerte benützt wird. An der Stelle 80 ist die realisierte Verstärkung unabhängig von der Abwird
eine Abtastfrequenz von 1,024 MHz bei drei Bits tastfrequenz. Wenn man jedoch, wie oben erläutert, die
pro Wort gewählt An der Stelle 81 beträgt die Abtast- niedrigstwertigen M Bits verwendet die in F i g. 2 gefrequenz
32 kHz bei 13 oder mehr Bits pro Wort und an löscht werden, so kann man eine Fehlerregelung entder
Stelle 82, dem Ausgang des Niederfrequenzfilters, 55 sprechend der Abtastfrequenz erreichen,
beträgt die Abtastfrequenz 8 kHz bei 13 oder mehr Bits Die Verstärkungsregelung am Ausgang des Analogpro Wort Digital-Wandlers durchzuführen, ist aufgrund der durch
beträgt die Abtastfrequenz 8 kHz bei 13 oder mehr Bits Die Verstärkungsregelung am Ausgang des Analogpro Wort Digital-Wandlers durchzuführen, ist aufgrund der durch
Wie man sieht sind bei diesen Abtastfrequenzen zur die Anzahl der Additionen pro Sekunde bedingten
Durchführung der Verstärkungsregelung die folgenden Schaltungskomplexität nicht gerechtfertigt In Anbe-
Anzahlen von Additionen pro Sekunde erforderlich: 60 tracht der Plätze 8f und 82 hat man nun die Systeman-
forderungen zu betrachten:
| Platz 80 | 3,072 | • 106 Additionen/s |
| Platz 81 | 0,416 | • 106 Additionen/s |
| Platz 82 | 0,104 | χ 106 Additionen/s |
(1) Bereich der Dämpfung: 0—6 dB
(2) Stufengröße: 0,1 dB 65 (3) Genauigkeit: 0,01 dB
Beispielsweise beträgt am Platz 81, dem Ausgang des (4) Eingangssignalbereich: 45 dBmO
Dezimators 23 die Anzahl der Additionen pro Sekunde
(32000 Abtastwerte pro Sekunde) 32000 · 13 oder Angesichts dieser Bereiche wurde eine Koeffizienten-
Dezimators 23 die Anzahl der Additionen pro Sekunde
(32000 Abtastwerte pro Sekunde) 32000 · 13 oder Angesichts dieser Bereiche wurde eine Koeffizienten-
13
wortlänge λ von 10 Bits gewählt Von 210 damit für das
Koeffizientenwort verfügbaren B-tmustern werden tatsächlich nur 60 (
< 26J verwendet, wegen:
Dämpfungsbereich/Auflösung = 6/0,1 = 60.
Da der Signalbereich, bei dem die realisierte Verstärkung
die Genauigkeitsanforderungen erfüllt, mit der Abtastfrequenz zunimmt, befindet sich der beste Platz
für die Verstärkungsregelung nach dem Dezimator 23 oder an einem Platz in einer digitalen Teilnehmerschaltung,
an dem eine Abtastfrequenz zwischen 10 und 50 kHz bei einer Wortlänge von 13 oder mehr Bits vorhanden
ist Eine Bereichsverbesserung von 35 dB erhält | man, wenn man die Verstärkungsregelung 25 nach dem 15 ~'j
Dezimator anordnet, gegenüber einer selchen Anord- <·"
nung, bei der die Verstärkungsregelung sich hinter dem /'
Filter 26 befindet Somit lassen sich mit linearen PCM-Abtastwerten mit 13 oder mehr Bits als Eingangssignal
der Verstärkungsregelung bei einer Wortgeschwindigkeit von 32 kHz die oben angegebenen Systemerfordernisse
erfüllen.
Es dürfte klar sein, daß die gezeigte Verstärkungsregelung
ein Signal verarbeiten kann, wie es am Ausgang eines Analog-Digital-Wandlers 19 (F i g. 1) erhalten
wird. Der Analog-Digital-Wandler 19 setzt ein analoges Eingangssignal um, das korreliert ist und ungefähr eine
Tiefpaßcharakteristik, wie zum Beispiel Sprache, hat Die Wortgeschwindigkeit am Eingang der Verstärkungsregelung
sollte vorzugsweise hoch sein, nämlich über 20 kHz. Die Verstärkungsregelung wird natürlich
auch kompadierte Signale, wie zum Beispiel kompandierte PCM-Signale, verarbeiten. Der Platz der Verstärkungsregelung
sollte an einem Punkt in der Teilnehmer- il schaltung hegen, wo das digitale Eingangssignal vorzugsweise
13 oder mehr Bits hat mit einer Abtastfrequenz von 32 kHz oder innerhalb der oben angegebenen
Grenzea i'J Die Verstärkung wird in typischer Weise gemessen
und als Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Aus- 40 7-
gangssignalleistung zur Eingangssignalleistung angege- ',*
ben. Für die theoretische Verstärkung und für die effek- , J
tive Verstärkung können viele mathematische Bezie- ,,
hungen angewendet werden, um positiv die überlegene \
Arbeitsweise der in den F i g. 3 und 4 gezeigten digitalen Verstärkungsregelung nachzuweisen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
50
55
60
65
Claims (7)
1. Digitaler Verstärker mit einem Multiplizierer, der jedes Wort des aus einer Vielzahl digitaler Wörter
bestehenden Eingangssignals mit einem digitalen Koeffizientenwort, das den gewünschten Verstärkungsfaktor
darstellt, multipliziert und jeweils ein Produktwort mit einer erhöhten Bitanzahl angibt,
und mit einem Wortlängenreduzierer, der vom Produktwort durch Löschen von niedrigstwertigen Bits
ein Ausgangswort mit der Bitanzahl des digitalen Eingangsworts ableitet, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Multiplizierer (61) und den Wortlängenreduzierer (63) ein Addierer (62)
geschaltet ist, der zum Produktwort ein Fehlersignal addiert, das aus den bei der Verstärkung des vorhergehenden
Wortes im Wortlängenreduzierer gelöschten niedrigwertigen Bits besteht.
2. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung des Fehlersignals
{e(N)) ein Summierer (64) vorhanden ist, dessen
einer Eingang mit dem Eingang des Wortlängenreduzierers (63) und dessen anderer Eingang mit
dem Ausgang des Wortlängenreduzierers (63) verbunden ist, und dessen Ausgang die im Wortlängenreduzierer
gelöschten niedrigstwertigen Bits als Fehlersignal abgibt.
3. Digitaler Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung
(65) vorhanden ist, die das vom Summierer (64) bereitgestellte Fehlersignal um eine Wortperiode verzögert
und an den Addierer (62) abgibt.
4. Digitaler Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wortlängenreduzierer
ein Register (65A) enthält, das das vom Addierer (62) empfangene Wort speichert, und
Mittel, um dessen niedrigstwertige Bits abzubrechen.
5. Digitaler Verstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleingabe,
die Signalverstärkung und die Signalausgabe in paralleler Form geschieht.
6. Digitaler Verstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Löschen der niedrigstwertigen Bits der Stellenwert der übrigen, nicht gelöschten Bits beibehalten wird.
7. Digitaler Verstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Bereitstellung des digitalen Koeffizientenwortes für den Multiplizierer ein Wortgenerator (70) vorhanden
ist, der in der Lage ist, beliebig wählbare Koeffizientenwörter als Verstärkungsfaktoren zu erzeugen.
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