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Pulscodemodulations-Nachrichtenübertragungssystem mit einem Coder
und Decoder vom Serientyp Die Erfindung bezieht auf Coder und Decoder vom Serientyp,
wie sie in Nachrichtenübertragungssystemen mit Pulscodemodulation verwendet werden.
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Bei der Pulscodemodulation (PCM) wird der zu übertragende Amplitudenbereich
in diskrete Amplitudenstufen unterteilt. Jeder dieser Amplitudenstufen wird entsprechend
dem verwendeten Code eine kennzeichnende Folge von Impulsen zugeordnet. Für jeden
zu übertragenden Momentanwert des Signals wird dann die Impulsfolge ausgesendet,
deren zugehörige Amplitudenstufe dem Momentanwert am nächsten liegt.
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Setzt man einen binären Code voraus, bei dem in den Codeimpulsfolgen
nur zwei Amplitudenwerte (+a, -a) auftreten, so muß jede Codeimpulsfolge,
wenn man im Signalbereich m Amplitudenstufen unterscheiden will, aus n
= 1092 m Codeimpulsen bestehen. Für eine beliebige Amplitudenstufe
N
ergibt sich dann die zugehörige Impulsfolge aus der Reihe N
# a"-, 211-1 . .. +a, * 21+ao ' 20.
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Dabei sind a" - 1 * , (i. die Amplituden der einzelnen
Codeimpulse, die beim bipolaren binären Code z. B. gleich + 1 oder gleich
- 1 sind.
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So wird z. B. bei einem Code mit acht Codeimpulsen pro Impulsfolge
die Amplitudenstufe 134 durch die Impulsfolge 134 = 1,27 + 0,26 + 0,25 +
0,24 + 0,23 + 1,21+ 0,20 dargestellt. Die Wertigkeit der einzelnen Impulse
in der Codeimpulsfolge ist also nach Potenzen von 2 gestaffelt.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Codierung und Decodierung
nach einem binären Code bekanntgeworden.
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Die entsprechend aufgebauten Coder und Decoder lassen sich nun in
zwei Gruppen einteilen, die Seriencoder bzw. -decoder und die Parallelcoder bzw.
-decoder. Bei den Parallelcodern werden die Impulse einer Codeimpulsgruppe alle
gleichzeitig erzeugt, während bei den Seriencodern das zu codierende Signal während
des Codiervorganges mehrmals im Coder umläuft und während jedes Umlaufs ein Codeimpuls
erzeugt wird. Bei den Seriencodem entstehen also die Impulse einer Codeimpulsgruppe
bereits in der richtigen zeitlichen Reihenfolge.
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Seriencoder bzw. -decoder sind an sich bekannt. Beispielsweise kennt
man Coder, deren Rückkopplungsschleife aus einem Verstärker und einer Verzögerungseinrichtung
besteht. Die jeweilige Augenblicksamplitude des zu codierenden Signals wird
zwecks Umlauf in die Schleife eingespeist. Ferner benötigt man einen Amplitudendiskriminator,
der mit der Schleife gekoppelt ist und auf eine in der Schleife umlaufende Augenblicksamplitude
mit einer Größe anspricht, welche die Hälfte des vollen Amplitudenbereichs übersteigt,
so daß ein Ausgangsimpuls mit einem bestimmten Wert geliefert wird. Gleichzeitig
wird die halbe Amplitude von dem in der Schleife umlaufenden Impuls abgezogen. Man
erhält so einen Restwert für den weiteren Umlauf in der Schleife. Selbstverständlich
müssen Verstärker und Verzögerungseinrichtung gemäß ihrem Verwendungszweck entsprechend
bemessen sein; die Verzögerungseinrichtung muß beispielsweise für jede in
der Schleife umlaufende Augenblicksamphtude in jedem Impulsintervall eine gerade
Anzahl von Umläufen ergeben, und der Verstärker muß die Größe der Augenblicksamplitude
im Verlauf dieser Umläufe um den Faktor 2 verstärken.
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Ein Nachteil dieser Codierungsanordnungen liegt darin, daß sie nur
unipolare Impulse aufnehmen und abgeben können. Es müssen also Mittel vorhanden
sein, die das etwa von einem Mikrofon stammende bipolare Sprachsignal in ein solches
mit unveränderlicher Polarität umwandeln. Ebenso liefern Coder der oben beschriebenen
Art nur unipolare Ausgangsimpulse, eine Eigenschaft, die für viele Anwendungsfälle
wenig befriedigend und unbequem ist. Man muß also auch hier Einrichtungen vorsehen,
die die unipolaren Ausgangsimpulse in bipolare umformen.
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Der gleichen Schwierigkeit begegnet man bei einer anderen, ebenfalls
bekannten Ausführungsform des
Seriencoders. Hier wird ein Kondensator
auf die Amplitude des zu codierenden Signals aufgeladen und dann je nach
Größe dieser Amplitude um gewisse Spannungswerte weiter aufgeladen oder entladen.
Bei diesen Codern liegt noch eine große Schwierigkeit darin, den Kondensator um
einen genau definierten Spannungswert zu laden oder zu entladen. Hierzu muß dem
Kondensator eine Ladung Q = S i dt zugeführt werden. Damit
jedoch der Strom i von der am Kondensator liegenden Spannung unabhängig ist, muß
die Einspeisung aus einer Quelle erfolgen, deren Spannung im Vergleich zur KondensatorspannuAg
groß- ist. Um nun allzu hohe Spannungen zu vermeiden, könnte die Ladung über den
differentiellen Widerstand, beispielsweise eines Transistors, erfolgen. Dann läßt
sich jedoch mit einer einzigen Transistortype (z. B. pnp) nur eine Ladung in -einer
Richtung erzielen. Bei der in vieler Hinsicht günstigen bipolaren Arbeitsweise des
Coders muß jedoch der Kondensator sowohl in positiver als auch in negativer Richtung
geladen werden.
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Es ist weiterhin eine Schaltung bekanntgeworden, bei der zwei Kondensatoren
verwendet werden, die abwechselnd an den Ein- und Ausgang eines Vierpoles, bestehend
aus Begrenzer und Addierer, angeschaltet werden. Bei dieser Schaltung wird vermieden,
die Spannung des Kondensators um einen bestimmten Betrag zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Die Schaltung benötigt jedoch zwei elektronische Umschalter.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Coder und einen
Decoder vom Serientyp zu schaffen, von denen besonders der Coder die Nachteile der
bisher bekanntgewordenen Schaltungen vermeidet.
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Die Erfindung betrifft ein Pulscodemodulations-Nachrichtenübertragungssystem
mit einem Coder und Decoder vom Serientyp, wobei im Coder nacheinander mit Verzögerungszeiten,
die jeweils einem Codeimpulsinteivall entsprechen, durch Vergleich der Signalspannung
bzw. von abgeleiteten Spannungswerten, die das Doppelte der Differenz aus der Signalspannung
bzw. dem jeweils vorangegangenen abgeleiteten Spannungswert und einem vorgegebenen
Teil des maximal zu codierenden Signalspannungsbereichs betragen, mit dem mittleren
Spannungswert des' gesamten, maximal zu codierenden Signalspannungsbereiches geprüft
wird, ob die Signal- oder die aus ihr abgeleitete Spannung über oder unter dem mittleren
Spannungswert liegt, und wobei je nach dem Ergebnis eines der beiden binären
Kriterien erzeugt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener
Teil des maximal zu codierenden Signalspannungsbrreiches dessen vom Bezugs-oder
Nullpotential aus gerechnete Hälfte genommen ist und daß die unmittelbare Erzeugung
bipolarer Codeimpulse dadurch ermöglicht wird, daß als mittlerer Spaimungswert des
maximal zu codierenden Signalspannungsbereiches das damit gleichzeitig das Bezugspotential
darstellende Nullpotential so gewählt ist, daß Npolar anfallende Signale unmittelbar
anzulegen sind, und daß die die Prüfung, ob die Signalspannung bzw. die aus ihr
abgeleiteten Spannungswerte über oder unter dem mittleren Spannungswert liegen,
d. h. positiv oder negativ sind, vornehmende Anordnung so getroffen ist,
daß sie als Ergebnis der Prüfung jeweils einen positiven bzw. einen negativen Codeimpuls
abgibt, sie ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß zur Decodierung der in dem bipolaren
binären Code mit n Elementen, die in ihrer zeitlichen Reihenfolge nach fallenden
Potenzen von 2 gewichtet sind, übertragenen Signale ein Decoder vorgesehen ist,
bei dem die einzelnen Impulselemente eine um den Faktor 2 verstärkende Verstärkerschleife
in ihrer zeitlichen Reihenfolge n-mal, (n - 1)-mal ... bzw. [n-(n
-- 1)]-mal mit Verzögerungszeiten, die einem Impulsintervall entsprechen,
durchlaufen und die entstehenden Spannungen an der Ausgangsklemme zur Bildung des
Analogwertes addiert werden, in der Weise, daß die bipolaren Codeimpulse vorzeichenrichtig
an eine Addierschaltung angelegt werden, an der andererseits mindestens für die
Dauer der Analogwertbildung ein mit der Ausgangsklemme verbundener Addierspeicher
liegt.
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Ein Coder und ein Decoder werden nun nach der Erfindung an Hand der
Figuren näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Coder vom Serientyp nach der
Erfindung unter Verwendung eines bipolaren binären Codes und Fig, 2 einen Decoder
vom Serientyp nach der Erfindung unter Verwendung eines bipolaren binären Codes.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Coders nach der Erfindung,
Die zu codierende Spannung wird durch kurzzeitiges Schließen des Schalters
5 in dem Kondensator 1 eingespeichert. Durch einen Begrenzerverstärker7
mit einer nachgeschalteten bistabilen Anordnung8, vorzugsweise einem bistabilen
Multivibrator (Flip-Flop), wird geprüft, ob diese Signalspannung größer oder kleiner
als ein Bezugspotential, normalerweise 0 Volt, ist. Ist die Signalspannung
größer als 0 Volt, so wird im Addierer 9 von der über die Leitung
11 zugeführten Signalspannung eine konstante Spannung UO, die ein Viertel
der maximalen Signalamplitude beträgt, abgezogen. Ist die Signalspannung jedoch
kleiner als Null, wird die Spannung U,) im Addierer 9 zu ihr addiert. Gleichzeitig
tritt am Ausgang der bistabilen Anordnung8 je nach der Größe der Signalspannung,
d. h. ihrem Vorzeichen, ein positiver oder negativer Impuls auf, der als
PCM-Impuls der Ausgangsleitung zugeführt wird. Die Summenspannung am Ausgang des
Addierers 9 wird im Verstärker 10 um den Faktor 2 verstärkt und über
das aus den Schaltern 3 und 4, dem Speicherkondensator 2 und dem Trennverstärker
6 bestehende Laufzeitglied zum Speicherkondensator 1 zurückgeführt.
Der Codiervorgang wird durch abwechselndes Schließen und öffnen der Schalter
3 und 4 gesteuert. Durch Schließen des Schalters 4 wird die Spannung vom
Kondensator 2 auf den Kondensator 1. übertragen. Sie wird dann, wie oben
beschrieben, geprüft, korrigiert und liegt dann am Schalter 3. Beim Schließen
vom Schalter 3
und gleichzeitigen öffnen vom Schalter 4 wird der Kondensator
2 auf die korrigierte Spannung geladen. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich
so lange, bis die gewünschte Zahl der Codeimpulse erzeugt ist und durch kurzzeitiges
Schließen vom Schalter 5 die nächste zu codierende Signalspannung an den
Kondensator 1 angelegt wird. Die am Ausgang der bistabilen Anordnung
8 entnommenen Impulse bilden das in Form einer Dualzahl mit fallender Wertigkeit
codierte PCM-Signal.
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Fig. 2 zeigt nun das Blockschaltbild eines nach demselben Prinzip
aufgebauten Decoders vom Serientvi). Es sei an2enommen, daß zu Bejänn des Decodiervorganges
der
Speicherkondensator 1 vollständig entladen ist. Der erste Codeimpuls der
zu decodierenden Codeimpulsfolge wird über die Leitung 12 dem Addierer
9 zugeführt und zu der im Speicherkondensatorl enthaltenen Spannung (in diesem
Fall 0 Volt) addiert. Die Summenspannung vom Ausgang des Addierers
9 wird im Verstärker 10 um den Faktor 2 verstärkt und über das aus
den Schaltern 3
und 4, dem Trennverstärker 6 und dem Speicherkondensator
1 zugeführt. Zu dieser Spannung wird jetzt im Addierer 9 der zweite
Impuls einer Codeimpulsgruppe hinzu addiert und die Summenspannung über den Verstärker
10 und das Laufzeitglied zum Speicherkondensator 1 zugeführt. Dies
wird so lange fortgesetzt, bis alle PCM-Impulse einer Impulsgruppe eingelaufen sind.
Dann wird durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 5 das am Kondensator
1
stehende decodierte Signal, d. h. ein PAM-Impuls., abgenommen. Die
Steuerung des Decodierungsvorganges geschieht ähnlich wie bei dem oben beschriebenen
Coder durch abwechselndes öffnen und Schließen der Schalter 3 und 4. Ist
nicht gewährleistet, daß der Speicherkondensator 1 bei jedem Öffnen des Schalters
5 vollständig entladen wird, so muß, während der erste Impuls einer zu decodierenden
Codeimpulsgruppe über die Leitung 12 zugeführt wird, ein zusätzlicher Schalter
13 geöffnet werden.
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Bei dem eben beschriebenen Coder und Decoder wird also im Gegensatz
zu den bisher bekanntgewordenen Schaltungen vermieden, zu der Spannung im Speicherkondensator
1 einen bestimmten Betrag zu addieren oder zu subtrahieren. Das Korrigieren
der Signalspannung wird statt dessen im Addierer 9 mit Hilfe eines einfachen
Widerstandsnetzwerkes vorgenommen.
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Statt des hier verwendeten Schalter-Kondensator-Netzwerkes läßt sich
als Laufzeitglied, dessen Laufzeit dem zeitlichen Abstand zweier erzeugter bzw.
zu decodierender Codeimpulse entsprechen muß, natürlich auch jedes andere geeignet
aufgebaute Laufzeitglied verwenden, durch das die in der Schleife umlaufenden Impulse
nicht mehr als zulässig verzerrt werden.