DE4025026C2

DE4025026C2 - Verfahren zur mehrstufigen Codierung von Information

Info

Publication number: DE4025026C2
Application number: DE4025026A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Dirr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-08-07
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2010-08-08
Also published as: DE4025026A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur mehrstufigen Codierung von Informationen.

Bekannt sind bereits schon mehrere solcher Verfahren. Hauptsächlich werden dabei solche auf Amplituden- und/oder Phasenbasis verwendet. Durchgesetzt hat sich aufgrund der Unempfindlichkeit gegenüber Störspannungen die Phasentastung. Hier werden insbesondere die 4 PSK, 8 PSK und die Kombinationscodierung Amplitude/Phase QAM verwendet. Die Phasensprünge werden insbesondere dadurch erzeugt, indem man zwei gleichfrequente um 90° phasenverschobene Wechselströme jeweils um 180° umtastet. Auf diese Art erhält man dann die 4 PSK. Eine solche Umtastung ist sehr aufwendig. Die Einschwingvorgänge bei jeder Umtastung in die neue Phasenlage bringen auch Störungen mit sich. Je mehr Phasen- und Amplitudenstufen vorgesehen werden, um so schwieriger wird die Erzeugung und die Auswertung. Bei der 4stufigen Phasenumtastung 4 PSK erhält man bei einem 2stelligen Codewort 4 hoch 2 = 16 Kombinationen, bei 3 Stellen 64 Kombinationen, bei 8 Stufen erhält man bei 2 Stellen 8 hoch 2 = 64 und bei 3 Stellen 512 Kombinationen. Man sieht hieraus, daß sich eine größere Stufenzahl bei mehr Stellen sehr zum Vorteil auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Mängel der bekannten mehrstufigen Codierungen zu beseitigen, dabei soll die Erzeugung des Codes und die Decodierung einfach sein. Die Bandbreite soll dabei klein gehalten werden. Dies wird durch die im Patentanspruch 1 offenbarte Lehre erreicht. Die Stufenzahl kann dabei in der Weise wesentlich erhöht werden, indem man zusätzlich Amplitudenstufen vorsieht und/oder indem man zusätzlich die Zahl der Einzelelemente als Stufen verwendet. Werden z. B. zu 4 Phasenstufen 3 Amplitudenstufen hinzugenommen, so erhält man insgesamt 12 Stufen. Auf der Empfangsseite kann man eine Phasenstufenänderung durch Abmessung der Periodendauer feststellen ggf. in Verbindung mit der Zahl der Stufen. Eine weitere Erhöhung der Stufenzahl ist möglich, wenn man die Stufen auf 2 Codierfolgen verteilt und auf dem Prinzip der QAM mit einem Trägerwechselstrom überträgt.

Zum Stand der Technik ist auch auf meine nachfolgend aufgeführten Patente und Offenlegungsschriften hinzuweisen: US 4.794.621, 4.675.721, 4.731.798, CA 12 14 277, Europa 0 110 427, 0 197 529, 0 239 959, 0 284 019, BRD DE 36 29 706.2, DE 35 14 664.8, 37 19 670.7, 38 02 088.2, 38 05 263.6.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Diese stellen dar:

Fig. 1, 2, 4, 5, 9 Codierungen durch Rechteckimpuls- und Halbperioden- bzw. Periodendauern.

Fig. 3 herkömmliche Erzeugung der 4 PSK,

Fig. 6 Signalübertragung auf QAM-Basis,

Fig. 7 Erzeugung von Rechteck-Halbperioden bzw. Periodendauern,

Fig. 8 Umwandlung von Halbperiodendauern in Amplituden,

Fig. 10 Übertragung unipolarer Codefolgen auf QAM-Basis,

Fig. 11 Codemultiplexe Anordnung von Farbfernsehsignalen,

Fig. 12 Prinzipschaltung eines Farbfernsehempfängers für codemultiplexe Signale nur mit einem Träger übertragen.

Fig. 13 Übertragung von Signalen auf der Basis der doppelten QAM.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die Phasenlagen bzw. Phasensprünge durch Rechteckimpulsdauern oder Halbperioden bzw. Periodendauern dargestellt. Dabei können die Impulsdauern absolute Phasenwerte oder Bezugsphasenwerte darstellen. In der Fig. 1 ist z. B. der Impuls J1 der Bezugsimpuls. Soll oder sollen die folgenden Impulse eine Phasenlage 270° erhalten, so muß der nächste Impuls J2 um den Betrag 270°/360° verkürzt werden. Der Impuls J3 hat wieder die Impulsdauer von J1 jedoch voreilend um 90° phasenverschoben. In der Fig. 1a wird durch Verlängerung des folgernden Impulses eine nacheilende Phasenverschiebung von 90° zustandegebracht. Der Impuls J3 hat wieder die Normalimpulsdauer von J1. Auf dieselbe Weise kann dies auch mit Halbperioden oder Periodendauern bewerkstelligt werden.

In der Fig. 2 ist eine vor (v) und nacheilende (n) Impulsfolge dargestellt. Gestrichelt sind noch zusätzlich Amplitudenstufen eingezeichnet.

In der Fig. 3 ist die Erzeugung von Phasensprüngen der 4 PSK nach der bisherigen Methode dargestellt. Zwei Wechselströme gleicher Frequenz u und v, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, werden in vorbestimmter Weise um 180° umgetastet. So erhält man die 4 Phasensprünge, wenn beide Wechselströme addiert werden, wie aus dem Summenwechselstrom SU hervorgeht. Die Einschwingvorgänge in die neue Phasenlage bringen auch Störungen mit sich was auch die Auswertung erschwert. Indem die Phasensprünge durch Verkleinerung oder Vergrößerung der Rechteckimpulsdauern oder Halbperioden -bzw. Periodendauern zustandekommen entstehen keine solchen Schwingungen, besonders dann nicht, wenn man eine gleichstromfreie Übertragung vorsieht, d. h. wenn für einen Impuls positive und negative Halbperioden vorgesehen werden. Will man das Frequenzband besonders klein halten, so kann man den jeweiligen Phasensprung stufenweise erzeugen. In der Fig. 4 ist dies im Prinzip dargestellt. J1 bis J4 sind Bezugsimpulse. Jv1 bis Jv4 sind verkürzte Impulse. Jeder Jv-Impuls ist um 10° verkürzt, so daß bei 4 Impulsen ein Phasensprung von 40° entsteht. Bei Übertragungswegen für Hochfrequenz kann man, damit eine schmalbandige Übertragung möglich ist, jeden Phasensprung durch eine Vielzahl von Phasenstufen darstellen, z. B. kann man die Codeelementestufen seriell anordnen. Einem Codeelement kann man z. B. 50, 100, 150 Phasenstufen zuordnen. Man kann bei 3 Phasensprüngen die Zahl zyklisch vertauschen, dann kann man voreilende und nacheilende Phasensprünge, zusätzlich Amplitudenstufen vorsehen. In der Fig. 5 ist das Prinzip dargestellt. Phn sind nacheilende und Phv voreilende Phasenverschiebungen. 1, 2, 3 sind die 3 seriell angeordneten Stufen. Sind z. B. die 50 Phasenstufen um 0,5° verkürzt, so ergeben diese 50 Stufen einen voreilenden Phasensprung von 25°.

Die Stufen können auch auf 2 Codierwechselströme verteilt werden und auf zwei Träger gleicher Frequenz aufmoduliert werden, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und für die Übertragung addiert werden. In Fig. 6 ist das Prinzip dargestellt. Die Information wird über S - dies können auch mehrere multiplex zusammengefaßte Kanäle sein - dem Codierer Cod zugeführt. In diesem werden 2 Codierwechselströme erzeugt und 2 Trägern gleicher Frequenz, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind (f, f90°), aufmoduliert und addiert und beispielsweise der Sendeantenne zugeführt, wobei erforderlichenfalls Verstärker dazwischengeschaltet sind.

In der Fig. 7 ist eine Prinzipschaltung für die Erzeugung von Phasensprüngen, Phasenstufen und ggf. auch Amplitudenstufen dargestellt. Ein Oszillator Osz steuert ein Zählglied. Ein Gatter öffnet für das Zählglied Z mit dem Beginnzeichen B die Steuerimpulse. Sollen Rechteckimpulsdauern, z. B. gemäß den Fig. 1 und 1a erzeugt werden, so sind Ausgänge entsprechend der größten Impulsdauer J4=450° erforderlich. An Stelle der 450 Ausgänge genügen auch im vorliegenden Fall 45 Ausgänge. Für J1 und J3 sind dann 36 und für J2 27 Ausgänge erforderlich. Diese Ausgänge werden dann an Gatter G2, G3, . . . geführt. Über den Codierer Cod und g2, g3, . . . werden dann diese Gatter gesteuert. Im elektronischen Relais ER werden dann die Impulse erzeugt, wie vom Codierer bestimmt. Zusätzlich können die Impulse mit verschiedenen Amplituden ausgestattet werden. Der Codierer gibt dann über A entsprechende Steuerbefehle an ER, das dann die Impulse mit entsprechenden Spannungen (A (+), . . .) ausstattet. Über den Tiefpaß TP können dann auch Wechselströme mit den entsprechenden Halbperioden bzw. Periodendauern erzeugt werden.

Mit der Anordnung der Fig. 7 kann man auch die Phasenstufen erzeugen. Wird z. B. der Bezugsimpulse J1 der Fig. 1 als Normalimpulsdauer mit 360 Ausgängen vorgesehen, so kann eine Verkürzung beim Ausgang 359 und eine Verlängerung bei 361 Ausgängen bewerkstelligt werden. Will man einen voreilenden Phasensprung von 45°, so benötigt man 45 Impulse gekennzeichnet durch den Ausgang 359 und bei nacheilenden Phasenstufen sind dann 45 Impulse der Dauer 361 erforderlich.

Diese Schaltung der Fig. 7 ist auch für die Auswertung der Impulsdauern oder der Halbperioden bzw. Periodendauern geeignet. Manchmal ist es auch erforderlich die Impuls- bzw. Periodendauern in Amplituden umzuwandeln. In den Fig. 8a, b ist das Prinzip dargestellt. Dies erfolgt mit Hilfe einer Sägezahnspannung. Beim Beginn z. B. einer Halbperiode, also beim Nulldurchgang wird der Erzeuger der Sägezahnspannung eingeschaltet, nach der Halbwelle, also beim nächsten Nulldurchgang wird z. B. mittels eines Feldeffekttransistors die Sägezahnspannung kurzzeitig an einen Kondensator geschaltet und in diesem gespeichert. Die Halbperiodendauer T/2 der Fig. 8a entspricht also der Amplitude U1/T/2 der Fig. 8b.

In der Fig. 9 sind die Phasenstufen durch Absolutwerte gekennzeichnet. Durch die Rechteckimpulsdauern sind im Beispiel die Phasensprünge der 4PSK dargestellt. 360° ist der Bezugswert f. f1 entspricht +45°, f2=+135°, f3=-45° und f4=-135°. Man kann hiermit auf einfache Weise mittels Impulsdauern die Phasensprünge codieren. Werden die Impuse unipolar mit 2 Codierfolgen vorgesehen und werden diese je einem Wechselstrom gleicher Frequenz, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, so kann man die doppelte Stufenzahl erhalten. Bei der Addition der Träger entstehen dann auch nur wie die Fig. 10 zeigt, höchstens Phasensprünge von 90°.

Bedingt durch die hohe Stufenzahl läßt sich mit Vorteil eine codemultiplexe Codierung verwenden. Ein Beispiel ist in der Fig. 11 dargestellt. Beim Farbfernsehen wird das Luminanzsignal mit 8 bit, die Farbsignale mit je 6 bit codiert. Für die Ton- und sonstigen Signale ist noch 1 bit vorgesehen. Im Beispiel werden also jedem Luminanzsignal zyklisch vertauscht Teile der Farbsignale hinzugefügt. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß nur ein Träger benötigt wird. Dadurch ist es möglich, wie die Fig. 12 zeigt, den Empfänger bis einschließlich Demodulator wie einen Rundfunküberlagerungsempfänger auszubilden. Die im DM demodulierten Signale werden dann einem Decodierer DC zugeführt, der dann die Codeelemente den verschiedenen Kanäle zuordnet. Man kann auch 3 oder 4 Codefolgen vorsehen, die je einem Träger aufmoduliert werden. Die Träger haben dabei dieselben Frequenzen. Diesen werden dabei solche Phasenlagen zugeordnet, daß sie jeweils eine Phasenverschiebung von 90° und die Summenwechselströme ebenfalls gegeneinander eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Für die Übertragung ist dann jeweils nur ein Wechselstrom einer Frequenz vorhanden. Die Fig. 13 zeigt die Phasenlage von 4 Trägern. K1 und K2 werden addiert. Bei der Addition entsteht ein Summenwechselstrom von 45°. K3 und K4 werden ebenfalls addiert. Dies gibt einen Summenwechselstrom von 135°. Die beiden Summenwechselströme weisen dann wieder einen Phasenunterschied von 90° auf und können deshalb wieder addiert werden. Auf dieser Basis kann man auch 3 Träger mit einem Trägerwechselstrom übertragen. Dabei werden zuerst 2 Träger addiert und in der Folge der Summenwechselstrom mit dem 3. Träger addiert.

Mit 2 Trägern gleicher Frequenz, die um 90° phasenverschoben sind, von denden der eine in der Gegenrichtung eingesetzt ist, kann man also auch mit einer Frequenz Duplexverkehr machen. Aufgrund der Phasenverschiebung können sie sich auf dem Übertragungsweg nicht aufheben.

Claims

1. Verfahren zur mehrstufigen Codierung von Information, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Information in einem solchen mehrstufigen Phasencode umgewandelt wird, indem die Phasenstufen durch verschieden große Impuls- oder Halbperioden- bzw. Periodendauern mit oder ohne Bezugsphase dargestellt werden, die beispielsweise jeweils durch die Summe einer verschieden großen Zahl von Rechteckimpulsdauern oder Halbperioden- bzw. Periodendauern markiert werden, wobei bedarfsweise auch eine negative oder positive Differenzphasenmodulation vorgesehen wird, die Codeelemente werden dabei zu einer Folge geordnet und unmittelbar als Wechselstrom übertragen oder einem Träger aufmoduliert, oder daß die Phasencodeelemente zu zwei Folgen zusammengefaßt werden und je einem Träger gleicher Frequenz aufmoduliert werden, die beiden Träger sind dabei gegeneinander um 90° phasenverschoben und werden für die Übertragung addiert.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codewortsänderung durch die Codeelemente selbst auf der Empfangsseite durch Abmessung der Impuls- oder Halbperioden- bzw. Periodendauern erkannt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeworts- bzw. Codeelementeänderung durch eine Amplitudenänderung erfolgt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhöhung der Stufenzahl durch eine unterschiedliche Zahl der Einzelelemente (Impulse, Perioden) oder/und durch Amplitudenstufen oder/und durch einen positiven oder negativen Impuls- bzw. Halbperioden bzw. Periodenbeginn bewerkstelligt wird.

5. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrstufige Codierung für eine codemultiplexe Übertragung in der Weise vorgesehen wird, indem die synchron angeordneten oder gespeicherten insbesondere binären Codeelemente zweier oder mehrerer Kanäle einreihig oder mehrreihig ggf. zyklisch vertauscht, parallel codiert und übertragen werden.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kanäle das Luminanzsignal, die Farbsignale, die Ton- und sonstigen Signale vorgesehen werden.

7. Verfahren nach den Patentansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung nur mit einem Träger erfolgt und daß der Farbfernsehempfänger bis einschließlich Demodulation wie in Rundfunkempfänger ausgebildet wird und daß in der Folge ein Decodierer vorgesehen wird, der die Codeelemente den verschiedenen Kanälen ggf. unter Zwischenspeicherung entsprechend der Zusammenfassung beim Sender zuordnet.

8. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen parallel/seriell angeordnet werden.

9. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen seriell angeordnet werden.

10. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhöhung der Stufenzahl durch die Lage der Stufen in der seriellen Folge vorgesehen wird.

11. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung der Stufen Zählschaltmittel vorgesehen sind (Fig. 7).

12. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite Zählschaltmittel für die Abmessung der Rechteckimpulsdauern oder der Halbperioden- bzw. Periodendauern vorgesehen werden.

13. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umwandlung der Rechteckimpulsdauern oder der Halbperioden- bzw. Periodendauern in Amplituden Mittel zur Erzeugung einer Sägezahnspannung vorgesehen werden, die beim Anfang der Abstandsmarkierung angelassen werden und daß am Ende der Abstandsmarkierung Mittel an die Sägezahnspannung geschaltet werden, die eine Abmessung der Spannung bewerkstelligen oder daß Mittel vorgesehen werden (FET) die diese Spannung speichern.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Phase durch Verkleinerung oder Vergrößerung der Impulsdauern oder der Halbperioden bzw. Periodendauern erfolgt, wobei bei einer Bezugsphase nach der Änderung wieder auf die Länge der Bezugsphasendauer geschaltet wird.

15. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasensprung durch zwei, mehrere oder eine Vielzahl gleicher Rechteck- oder Halbperioden bzw. Periodendauern mit gegenüber der Bezugsdauer verkleinerte oder vergrößerte Dauern erzeugt wird.

16. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Phase durch Verkleinerung oder Vergrößerung der Impulsdauern oder Halbperioden bzw. Periodendauern gegenüber der Bezugsphase erfolgt.

17. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Weise ein Duplexverkehr vorgesehen wird, indem die Trägerwechselströme beider Richtungen gegeneinander um 90° phasenverschoben werden.

18. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß 3 oder 4 Codefolgen vorgesehen werden, die je einem Träger aufmoduliert werden, denen dieselben Frequenzen zugeordnet sind, jeweils 2 Träger werden gegeneinander um 90° phasenverschoben und zwar mit einer solchen Phasenlage, daß gegenüber dem 3. Trägber bzw. dem Summenwechselstrom des 3./4. Trägers bei Addition des 1./2. Trägers, wieder ein Phasenunterschied von 90° entsteht, beide Summenwechselströme bzw. ein Summenwechselstrom und ein Träger werden in der Folge wieder addiert, da sie gegeneinander eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.