DE1165657B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erhoehung der UEbertragungsleistung von Nachrichtenkanaelen, insbesondere durch ternaere Phasenmodulation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

Nummer: 1165 657

Aktenzeichen: S 80113 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 28. Juni 1962

Auslegetag: 19. März 1964

Es ist bekannt, daß durch Anwendung der mehrstufigen Tastung ohne Steigerung der Tastgeschwindigkeit die Übertragungskapazität eines Nachrichtenkanals erhöht werden kann. Um die übertragbare Nachrichtenmenge auf das η-fache zu steigern, müssen bei dem bekannten Verfahren 2" unterscheidbare Modulationsmerkmale übertragen werden.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung sind neben einem Ruhezustand, der z. B. durch den unmodulierten Träger gekennzeichnet ist, nur ¹It · 2" unterscheidbare Modulationsmerkmale erforderlich. Das Verfahren wird gemäß weiterer Erfindung bevorzugt in Verbindung mit der digitalen Phasenmodulation angewendet, weil sich hierbei die verschiedenen Modulationsmerkmale (Phasenlagen des Trägers gegen eine Bezugsphasenlage bzw. Phasensprünge) in zyklischer Folge bzw. fortlaufend gleichartig wiederholen können. Nach einigen grundsätzlichen Ausführungen über das Wesen der digitalen Phasenmodulation wird bei der ausführlichen Beschreibung des Verfahrens und der Ausführungsbeispiele bevorzugt der Fall mit η — 2 behandelt.

Zum Übertragen von binär codierten Nachrichtenzeichen, z. B. Telegraphiezeichen, ist unter anderem die Phasensprungmodulation einer Trägerfrequenz bekannt. Im einfachsten Fall werden hierbei die beiden Zustände des binären Signals durch um 180° unterschiedliche Phasenlagen der Trägerschwingung gekennzeichnet, und bei jedem Wechsel von einen in den anderen Zustand findet somit ein 180°-Phasensprung statt. Zur Demodulation auf der Empfangsseite ist eine Vergleichsträgerschwingung erforderlich, die nach bekannten Verfahren aus dem trägerfrequenten Signal gewonnen werden kann. Diese Art der Phasenmodulation hat den Nachteil der Zweideutigkeit, d.h., im empfangsseitig demodulierten Signal können die beiden Zustände miteinander vertauscht sein, ohne daß dies im allgemeinen unmittelbar bemerkt werden kann. Der Nachteil wird durch die ebenfalls bekannte Phasendifferentialmodulation vermieden. Bei dieser wird die Information nicht durch die Phasenlage der trägerfrequenten Schwingung, sonder durch die Änderung der Phasenlage gekennzeichnet. Im Anwendungsfall der Telegraphie, wo die beiden binären Zustände z. B. als Trennzustand und Zeichenzustand bezeichnet werden, bedeutet dann beispielsweise jeder »Phasensprung« einen Zeichenschritt, und »kein Phasensprung« kennzeichnet den Trennzustand. Die Demodulation auf der Empfangsseite kann ebenfalls mit Hilfe einer Vergleichs-Trägerschwingung oder auch dadurch vorgenommen werden, daß das trägerfrequente Empfangssignal Verfahren und Schaltungsanordnung zur
Erhöhung der Übertragungsleistung von
Nachrichtenkanälen, insbesondere durch ternäre Phasenmodulation

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Hans Rudolph, München-Solln

einerseits unmittelbar, andererseits nach Verzögerung um etwa eine Schrittdauer einem Empfangsmodulator zugeführt wird.

Um Übertragungsfrequenzband zu sparen bzw. um die Übertragungskapazität eines Kanals ohne Steigerung der Tastgeschwindigkeit zu erhöhen, kann man Nachrichtensignale auch in quaternärer Codierung übertragen. Da das zu übertragende Signal im allgemeinen in binärer Form vorliegt und in gleicher Form auch wieder abgegeben werden muß, sind sende- und empfangsseitig Umcodierungen erforderlieh. Zweckmäßig werden je zwei aufeinanderfolgende Binärschritte zu einem Quaternärschritt zusammengefaßt, wodurch die Telegraphiergeschwindigkeit auf die Hälfte reduziert wird. Bei phasenmodulierter Übertragung benutzt man die vier Phasenlagen 0, 90, 180 und 270°, und um eine Vierdeutigkeit des demodulierten Signals zu vermeiden, wendet man auch hier die Phasendifferentialmodulation an und kennzeichnet beispielsweise das Schrittpaar TZ als Phasensprung von +90°, das Schrittpaar ZT als Phasensprung von —90°, das Schrittpaar TT als Phasensprung von 180° und das Schrittpaar ZZ als »kein Phasensprung«. Ein Phasensprung von z.B. +90° liegt vor, gleichgültig, ob sich die Phasenlage von 0 nach 90°, von 90 nach 180°, von 180 nach 270° oder von 270 nach 0° ändert.

Das Verfahren der quaternären Phasendifferentialmodulation hat eine Reihe von Nachteilen, die sich vorwiegend durch großen Aufwand ausdrücken. Hierzu gehören die Art der Modulation, die zweckmäßig durch zwei umpolbare orthogonale Trägerkomponenten vorgenommen wird. Entsprechend kann die Demodulation mit Hilfe von zwei orthogonalen Ver-

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gleichsträgerkomponenten durchgeführt werden. Dazu kommen die schon erwähnten Codeumsetzer auf der Sende- und Empfangsseite und auf der Empfangsseite ein zusätzlicher Taktgeber, der auf das empfangene Signal synchronisiert werden muß und der in Verbindung mit dem Codeumsetzer das ursprüngliche binäre Signal wieder herstellt. Nachteilig sind auch die relativ kleinen Phasensprünge, die eine erhöhte Störempfindlichkeit bedeuten und (wegen der

bh d

Phasensprung einen Impuls an die zweite Impulsverlängerungsschaltung, und diese letztere legt die Ausgangsschaltung für die Dauer von zwei Binärschritten in den Zeichenzustand. In den Zwischenzeiten hält 5 sich die Ausgangsschaltung stets in der dem Trennzustand entsprechenden Ruhestellung.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausfühg rungsbeispielen erläutert, bei denen auch noch zu

unvermeidlichen frequenzabhängigen Phasendre- 10 sätzliche Merkmale gemäß der Erfindung verkörpert hungen im System) erhöhte Anforderungen an die sind.

Konstanz der frequenzbestimmenden Bauelemente Bei der in Fig. 1 dargestellten Sendeschaltung

stellen. wird das Eingangssignal über die Leitung ES zu-

Bei Anwendung des Verfahrens und der Schal- geführt. Es wird in der Verstärker- oder Umsetzertungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung 15 stufe E in eine zweckmäßige Form gebracht, derart, werden die wesentlichen Vorteile des binären und des daß in der Trennlage die Ausgangsleitung T positive quaternären Phasendifferentialmodulationsverfahrens Spannung, die Leitung Z dagegen keine Spannung miteinander vereinigt. Wie beim quaternären System oder nur eine vernachlässigbare Restspannung gegen wird die Telegraphiergeschwindigkeit halbiert, so daß die nicht dargestellte Erde führt. In der Zeichenstromzur Übertragung der gleichen Nachrichtenmenge 20 lage sind die Verhältnisse umgekehrt. Außerdem wird gegenüber dem binären Verfahren nur die halbe Fre- der Sendeschaltung ein Taktpuls P (vgl. Fig. 4, quenzbandbreite erforderlich ist. Wie beim binären Zeile a) zugeführt, der aus einem besonderen, nicht System ist empfangsseitig kein synchronisierter Takt- dargestellten Taktpulsgenerator entnommen wird und geber notwendig, und die Wiederherstellung des ur- auch die nicht dargestellte Nachrichtenquelle veransprünglichen binären Signals kann in ähnlich ein- 25 laßt, das Signal im gewünschten Rhythmus bereitzufacher Weise wie bei diesem vorgenommen werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht unter
anderem eine ternäre Phasendifferentialmodulation
vor. Dabei werden drei vorzugsweise um 120° gegeneinander versetzte Phasenlagen der Trägerschwingung 30
benutzt. Die Information wird nur durch Phasen-Sprünge von +120 bzw. von —120° durch »keinen
Phasensprung« gekennzeichnet. Demgemäß werden

außer dem Ruhezustand, der beispielsweise dem pg, g p

Trennzustand des binären Signals entspricht, nur zwei ₃₅ pulses P schaltet die Kippschaltung K1 aus der Ruhe-Arten von Schrittpaarinformationen gebildet, wobei stellung in die Betriebsstellung um (vgl. Fig. 4, die beiden Schritte eines Paares jeweils zwei unmit- Zeile c). Der nachfolgende Impuls des Taktpulses T, telbar aufeinanderfolgende Binärschritte sind, die der etwa in der Schrittmitte des dem ersten Zeichen-Schrittpaare unter sich jedoch einen beliebigen, durch schritt folgenden Schrittes (im Beispiel ein Trennden Ruhezustand ausgefüllten zeitlichen Abstand von- ₄₀ stromschritt) auftritt, schaltet die Kippschaltung K1 einander haben können. Dem Beispiel gemäß kenn- wieder in die Ruhestellung zurück. Dabei wird ein zeichnet ein Phasensprung von +120° das Schritt- Impuls auf den Eingang eines dreistufigen Zählers paar ZT und ein Phasensprung von —120° das gegeben. Dieser Zähler besteht aus den Kippschal-Schrittpaar ZZ. tungen X2 und K3, den Koinzidenzgattern Gl und Eine vorteilhafte Sendeschaltung zur Durchführung 45 G 3 und dem Mischgatter G 4. Der Ausgang dieses des Verfahrens gemäß der Erfindung für diesen An- Zählers wird gebildet durch das Koinzidenzgatter G 5 wendungsfall enthält einen Trägerfrequenzgenerator, für die Zählerstellung »1«, durch das Koinzidenzder die als Trägerfrequenz dienende Schwingung in gatter G 6 für die Zählerstellung »2« und durch die drei verschiedenen, vorzugsweise um 120° gegenein- beiden Koinzidenzgatter G 7 und G 8, die mit Hilfe ander versetzten Phasenlagen bereitstellt, eine Ein- go des Mischgatters G 9 zusammengefaßt werden, für die richtung, die nur solche zwei Binärschritte zu einem Zählerstellung »3«. Zur besseren Übersicht sind Lei-Paar zusammenfaßt, deren erster Schritt ein Zeichen- tungen, die nur Impulsspannungen führen, oder Leischritt (Z) ist und eine Steuerschaltung, die je nach tungen, die Rechteckspannungen führen, deren steile Art des Schrittpaares (ZT oder ZZ) den Senderaus- Flanken aber in der angeschlossenen Kippschaltung gang auf die jeweils um 120° vorausliegende (+120°- 55 differenziert und somit als Impulse wirksam werden, Ph) d f di jil 120° ük gestrichelt dargestellt.

Der genannte Zähler ist durch das Eingangssignal umsteuerbar. Er zählt vorwärts bei Spannung auf der

pg Leitung T und rückwärts bei Spannung auf der Lei-

führung des Verfahrens gemäß der Erfindung für 60 tungZ. An sich sind vier Zählerstellungen möglich, diesen Anwendungsfall enthält eine Demodulations- Die beiden Zählerstellungen »beide Kippschaltungen einrichtung, zwei Impulsverlängerungsschaltungen K2 und K 3 in Stellung oben« und »beide Kippschal- und eine Ausgangsschaltung. Die Demodulationsein- tungen K2 und K3 in Stellung unten« werden jerichtung gibt bei jedem empfangenen positiven doch als eine Zählenstellung »3« gewertet (Zusam-Phasensprung einen Impuls an die erste Impulsver- 65 menfassung über das Mischgatter G 9). Bei der Vorlängerungsschaltung; diese bewirkt, daß die Aus- wärtszählung wird stets der Zustand »beide Kippden Zeichenzustand abgibt. Die Demodulationsein- schaltungen oben« übergangen (Rückführung vom richtung gibt bei jedem empfangenen negativen oberen Ausgang der Kippstufe K3 zum unteren

, g g y

stellen. Dieser Taktpuls kann auch unmittelbar von der Nachrichtenquelle mitgeliefert werden und kann bei temporär rhythmischem Betrieb auch mit Unterbrechungen auftreten.

Sobald im Eingangssignal (vgl. F i g. 4, Zeile b) ein Zeichenschritt auftritt, wird das Koinzidenzgatter G1 durchlässig. Die bistabile Kippschaltung Kl erhält dadurch an ihrem unteren Eingang Vorbereitungsspannung, und der nächstfolgende Impuls des Taktl il h

gg j g (

Phasensprung) oder auf die jeweils um 120° zurückliegende (-120°-Phasensprung) Phase des Trägergenerators umschaltet.

Eine vorteilhafte Empfangsschaltung zur Durch-

h d Vfh

Nebeneingang der Kippstufe K 2). Bei der Rückwärtszählung wird der Zustand »beide Kippschaltungen unten« übergangen (Rückführung vom unteren Ausgang der Kippstufe K3 zum oberen Nebeneingang der Kippstufe K 2). Die Ausgangsspannungen des Zählers werden in den Verstärkern F1 bis V 3 verstärkt und dienen zur Phasenumtastung der Trägerfrequenz.

Diese Trägerfrequenz wird beispielsweise in dem Oszillator 05 erzeugt. Ein diesem Oszillator nachgeschaltetes Netzwerk Ph stellt die Trägerfrequenz in den drei Phasenlagen O, 120 und 240° bereit. Jede der drei Trägerphasen kann über einen Tastmodulator zum Sendeverstärker V 4 durchgeschaltet und nach Passieren des Sendefilters SF der Übertragungsleitung L zugeführt werden. Beispielsweise besteht der Tastmodulator für die Trägerphase 120° aus einem Eingangsübertrager E/l und einer Primärwicklung des für alle Tastmodulatoren gemeinsamen Ausgangsübertragers E/4. Die beiden Übertrager sind über das Diodenpaar D1 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Übertrager U 2 und E/3 über die Diodenpaare D 2 und D 3 mit den Primärwicklungen des Ausgangsübertragers E/4 verbunden.

In der Zählerstellung »1« ist das Koinzidenzgatter G 5 durchlässig, und es fließt ein Strom vom Verstärker Vl zum Mittelabgriff der ersten Primärwicklung des Ausgangsübertragers U 4, teilt sich über die beiden Wicklungshälften auf, durchfließt das Diodenpaar D1 und zwei nicht bezeichnete Linearisierungswiderstände und die beiden Hälften der Sekundärwicklung von E/l und vereinigt sich wieder am geerdeten Mittelabgriff dieser Wicklung. Das Diodenpaar Dl ist damit für den gegenüber dem Steuerstrom kleineren Trägerwechselstrom der Phasenlage 120° durchlässig.

Wie bereits erwähnt, wird die KippschaltungKl bei einem Zeichenschritt nach »unten« und in der Mitte des darauffolgenden Schrittes wieder zurück nach »oben« umgelegt. Damit werden jeweils zwei Schritte erfaßt, die ein Schrittpaar ZT oder ZZ bilden (in F i g. 4, Zeile b, sind diese Schrittpaare durch Klammern kenntlich gemacht). Die nicht zu einem solchen Schrittpaar gehörigen dazwischenliegenden Trennzustandsintervalle bilden den Ruhezustand des ternären Systems. Je nach der zufälligen Zählerstellung kann jede der drei Trägerphasen den Ruhezustand darstellen. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen worden, daß sich zu Beginn der Sendung der Zähler in Stellung »3« befindet (die Kippstufen Kl und K3 befinden sich entsprechend Fig. 4, Zeile d und e, in der Stellung »oben«). Dabei wird die Trägerphase 0° gesendet. Der erste Zählimpuls (erste ansteigende Flanke der Kurve nach Fig. 4, Zeile c) trifft auf einen Trennstromschritt (vgl. Fig. 4, Zeile &). Demzufolge zählt der Zähler vorwärts und geht in die Stellung »1« über (Kippstufe K 2 in der Stellung »unten«, Kippstufe K3 in der Stellung »oben«). An Stelle der Trägerphase 0° wird die Trägerphase 120° eingeschaltet. Dabei entsteht ein Phasensprung von +120°, der die Schrittkombination ZT übermittelt. Die drei folgenden, durch Klammern zusammengefaßten Schrittpaare in Fig. 4, Zeile b, sind ebenfalls ΖΓ-Kombinationen, demzufolge geht der Zähler über die Stellungen »2« und »3« wieder nach »1« (vgl. Fig. 4, Zeile /), und die Tastung des Trägers gelangt über die Phasenlagen 240 und 0° wieder nach 120° (vgl. hierzu auch F i g. 3, in der die drei verschiedenen Phasenlagen in Vektordarstellung dargestellt sind). Darauf folgen unmittelbar aufeinander bzw. im Abstand mehrerer Trennstromschritte drei Schrittkombinationen ZZ. Der Zähler geht demzufolge von der Stellung »1« zurück in die Stellung »3«, dann in die Stellung »2« und wieder in die Stellung »1«. Damit wird, von 120° ausgehend, nacheinander auf die Trägerphase 0, 240 und wieder 120° umgeschaltet. Die dabei entstehenden Phasensprünge sind jeweils —120°. Das letzte Schrittpaar nach F i g. 4, Zeile b, ist wieder eine ZT-Kombination. Der Zähler geht in die Stellung »2« und veranlaßt wieder einen Phasensprung von +120°.

- Bei der in F i g. 2 dargestellten Empfangsschaltung durchläuft das über die Leitung L übertragene trägerfrequente Signal das Empfangsfilter EF, wird in dem zweckmäßigerweise zugleich als Begrenzer ausgebildeten Verstärker V 5 in geeigneter Weise verstärkt und dann über je ein Eingangsklemmenpaar den beiden Empfangsmodulatoren Ml und M 2 zugeleitet. Außerdem wird das verstärkte Empfangssignal über ein Laufzeitglied TO und ein zusätzlich phasendrehendes Netzwerk Tl, nötigenfalls im Verstärker V 6 nochmals verstärkt, dem zweiten Eingangsklemmenpaar des Modulators M1 und über das Laufzeitglied Γ0 und ein weiteres phasendrehendes Netzwerk T 2, gegebenenfalls über den Verstärker Vl, dem zweiten Eingangsklemmenpaar des Modulators M 2 zugeführt. Beide Modulatoren Ml und M 2 erhalten das trägerfrequente Signal also einerseits unmittelbar, andererseits verzögert, und in der Phase gedreht, zugeführt. Der Unterschied zwischen den Phasenlagen an den Ausgängen der Verstärker V 6 und Vl liegt zweckmäßig im Bereich zwischen 60 und 120°. Besonders vorteilhaft ist ein Phasenunterschied von 90°, der im Beispiel zugrunde gelegt wurde. Die Gesamtphasendrehung der Netzwerke TO+Tl beträgt 2 η π — π/4 und der Netzwerke Γ0 + Τ2 = 2 η π+ π/4. Die Verzögerung in TO+Tl bzw. in T0+T2 wurde zu dreiviertel der binären Schrittdauer zugrunde gelegt. Damit erhält das demodulierte Signal am Ausgang des Modulators Ml etwa den Verlauf nach Fig. 4, Zeile g, und das am Ausgang des Modulators M 2 etwa den Verlauf nach F i g. 4, Zeile h.

Wie ersichtlich, entsteht bei jedem positiven Phasensprung ein negativer Impuls am Ausgang des Modulators Ml und bei jedem negativen Phasensprung ein negativer Impuls am Ausgang des Modulators M 2. Man braucht also nur jeden negativen Impuls des Modulators Ml auf die Dauer eines Binärschrittes und jeden negativen Impuls des Modulators M 2 auf die Dauer von zwei Binärschritten zu verlängern und die verlängerten Impulse in einer sonst stets in positiver Trennlage festgehaltenen Ausgangsschaltung zu vereinigen, um die ursprüngliche binäre Nachricht zu erhalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sind noch zusätzliche Sicherungsmaßnahmen gegen kurze Störimpulse vorgesehen. Eine Einrichtung zur Flankenversteilerung, z. B. ein Schmitt-Trigger TgI, bringt die infolge der Frequenzbandbegrenzung durch die Sende- und Empfangsfilter abgeflachten Impulse in eine Rechteckform. Bei der ersten (abfallenden) Flanke dieser Reckteckspannung wird ein sehr kurzer Impuls an die monostabile Kippschaltung K 4 abgegeben, die dadurch aus ihrer Ruhestellung »unten« in die Betriebsstellung »oben« umgeschaltet wird. Nach einer Verzögerungszeit t' kippt die monosta-

7 8

bile Kippschaltung K 4 selbsttätig wieder in die Ruhe- Fi g. 8, Zeile a, dargestellt ist. In diesem Fall ist die stellung »unten« zurück und gibt dabei einen kurzen für die ternäre Tastung erforderliche Taktinformation Impuls an den oberen Eingang des Koinzidenzgatters bereits in der zu übertragenden Impulsfolge enthalten. G10 ab. Nur wenn in diesem Augenblick noch nega- Um die richtige Abtastphase zu erhalten, ist nur eine tive Signalspannung vom Modulator Ml am unteren 5 Verzögerungsschaltung notwendig. In der Umsetzer-Eingang dieses Gatters anliegt, kann der Impuls stufe E werden die Impulse (F i g. 8, Zeile a) zu vollen (Fig. 4, Zeile i) das Koinzidenzgatter passieren und Schritten ergänzt (Fig. 8, Zeile c) und gleichzeitig in die monostabile KippschaltungK6 in die Arbeits- invertierter Form (Fig. 8, Zeile V) bereitgestellt. Das stellung umschalten. Nach der Dauer eines Binär- so geformte Signal wird über die Leitungen T (F i g. 8, Schrittes kippt die monostabile KippschaltungK6 io Zeile b) und Z (Fig. 8, Zeile c) einem nicht mehr wieder in ihre Ruhestellung zurück. Der dadurch ge- dargestellten dreistufigen Vorwärts-Rückwärts-Zähler bildete Zeichenschritt wird über das Mischgatter zugeführt, der wie bei dem Ausführungsbeispiel nach G12 der Ausgangsschaltung A zugeführt. F i g. 1 aufgebaut ist. Die der Leitung ES zugeführten

Am Ausgang des Modulators M 2 ist eine ent- Impulse werden außerdem in der aus zwei monosprechende Anordnung mit dem Schmitt-Trigger Tg2, 15 stabilen Kippschaltungen KΓ und Kl" gebildeten der monostabilen Kippschaltung KS und demKoinzi- Verzögerungseinrichtung um das Zeitintervall 11 zeitdenzgatter GIl vorgesehen. Die Verlängerung der Hch verschoben. Das Zeitintervall 11 entspricht der das Gatter GIl passierenden kurzen Impulse (Fig. 4, Dauer von etwa 1,5 Binärschritten und ist in Fig. 8 Zeile k) auf die Dauer von zwei Binärschritten erfolgt an zwei charakteristischen Stellen angegeben. Da das jedoch abwechselnd durch die monostabilen Kipp- 20 Zeitglied einer monostabilen Kippschaltung auch schaltungen .K 8 und K9. Zur wechselweisen Um- nach dem Zurückkippen in die Ruhelage noch Nachschaltung dieser beiden monostabilen Kippschaltungen Wirkungserscheinungen aufweist (Abklingen der Zeitdient die bistabile Kippschaltung K 7. Durch diese konstanten), ist es zweckmäßig, das Zeitintervall 11 Maßnahme wird bei unmittelbarer Aufeinanderfolge auf zwei Kippschaltungen (K 1', Kl" in Fig. 5) zu von zwei Schrittkombinationen ZZ verhindert, daß 35 verteilen, von denen dann jede beispielsweise eine eine der beiden monostabilen Kippschaltung sofort Kippdauer von ¹It 11 aufweist. Am Ausgang der wieder in die Arbeitslage geschaltet wird, nachdem monostabilen KippschaltungKl" erhält man dann sie unmittelbar vorher nach Beendigung der vor- die in Fig. 8, Zeiled, dargestellte ImpulsfolgeP. herigen Schrittkombination ZZ in die Ruhestellung Diese Impulse werden, in der gleichen Weise wie bei zurückgekippt ist. 30 dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Ausgangs-

Wie aus der Beschreibung der Wirkungsweise der impulse der bistabilen Kippstufe Kl, dem Zählein-Sende- und Empfangsschaltung hervorgeht, kann gang des nicht dargestellten Vorwärts-Rückwärtsman bei dem ternären Phasensprungverfahren auf Zählers zugeführt. Der übrige Aufbau der Schaltung eine synchrone Abtastung des Empfangssignals ver- entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. ziehten. 35 Natürlich kann an Stelle der monostabilen Kippschal-

Selbstverständlich kann mit einem ternären tungen auch irgendeine andere Verzögerungseinrich-Phasensprungmodulationssystem auch eine rein tungen benutzt werden.

binäre Übertragung durchgeführt werden. In diesem F i g. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Sendeschal-

Fall wird auf die Bildung von Schrittkombinationen tung für Start-Stop-Telegrafiezeichen. Das über die verzichtet und jeder Zeichenschritt beispielsweise 40 Leitung ES zugeführte Eingangssignal, dessen Verlauf durch einen positiven Phasensprung und jeder Trenn- bei Einf achstrom der in der Zeile b in F i g. 8 darstromschritt durch einen negativen Phasensprung gestellten Form entspricht, wird in der Umsetzerschalübertragen. In der Sendeschaltung nach F i g. 1 wird tung E derart umgesetzt, daß die Ausgangsleitung T dabei die Kippschaltung Kl und das Koinzidenzgatter bei Trennzustand positive Spannung und bei Zeichen-Gl weggelassen, d. h., der Taktpuls T wird unmittel- 45 zustand Erdpotential gemäß Fig. 8, Zeile b, und die bar dem dreistufigen Zähler zugeführt. Damit zählt Ausgangsleitung Z bei Trennzustand Erdpotential der Zähler bei jedem Trennstromschritt um eine und bei Zeichenzustand positive Spannung gemäß Stufe vorwärts und bei jedem Zeichenstromschritt um F i g. 8, Zeile c, führt. Die Anlaufschritte sind in eine Stufe nach rückwärts. Der Ruhezustand wird also F i g. 8, Zeile c, durch Schraffur hervorgehoben, nicht übertragen. Die Empfangsschaltung bleibt in 50 Der Taktgeber TG wird bei Beginn jedes Anlaufdiesem Fall bis einschließlich der Koinzidenzgatter schrittes ausgelöst und liefert jeweils sieben Ausgangs-GlO und GIl unverändert. Die von diesen beiden impulse (dies gilt für normale Fernschreibzeichen mit Gattern durchgelassenen Impulse werden unmittelbar fünf Informationsschritten, einem Anlaufschritt und auf verschiedene Eingänge einer bistabilen Kippschal- einem Sperrschritt), die etwa in der Mitte der Schritte tung gegeben, und man erhält damit am Ausgang 55 der einzelnen Zeichen liegen (F i g. 8, Zeile e). Diese dieser Kippschaltung unmittelbar das ursprüngliche Impulse werden der bistabilen Kippschaltung K1 als Signal. Durch Summierung der Ausgangsimpulse der Taktimpulse zugeführt. Die Kippstufe Kl entspricht KoinzidenzgatterG10 und GIl, beispielsweise in der gleich bezeichneten Kippstufe in Fig. 1, das einem Mischgatter, erhält man einen pausenlosen gleiche gilt für das Koinzidenzgatter G1. Der übrige Taktimpuls, der für eine eventuell nachgeschaltete 60 Teil der nicht dargestellten Sendeschaltung entspricht Nachrichtenverarbeitungsanlage vielfach von großem ebenfalls dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Vorteil ist. In F i g. 8, Zeile /, sind die der in den Zeilen α bis c

F i g. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer verein- dargestellten Eingangsinformation entsprechenden fachten Sendeschaltung, die mit Vorteil dann an- Phasensprünge dargestellt, wie sie sich theoretisch bei gewendet werden kann, wenn das Eingangssignal in 65 unendlich großer Bandbreite ergeben würden. Infolge einer Form vorliegt, bei der jeder zu übertragende der Frequenzbandeinengung durch die Sende- und Zeichenschritt bzw. Trennschritt durch einen bzw. Empfangsfilter sind die Phasenänderungen im empkeinen Impuls auf der Eingangsleitung ES gemäß fangenen Signal jedoch abgeflacht (F i g. 8, Zeile g).

Die Änderungsgeschwindigkeit der Phase gegenüber einer als konstant angesehenen Bezugsphase der Trägerfrequenz ist gleichbedeutend mit einer Frequenzänderung gegenüber der als konstant zugrunde gelegten Trägerfrequenz. Diese Tatsache wird bei der Empfangsschaltung nach F i g. 7 ausgenutzt.

Das über die Leitung L ankommende trägerfrequente Signal gelangt über das Empfangsfilter EF an den Empfangsverstärker VS, wo es verstärkt und durch Begrenzung auf konstante Amplitude gebracht wird. Bei Bedarf werden die bei der Begrenzung entstehenden höherfrequenten Anteile im Tiefpaß TP1 wieder beseitigt, nötigenfalls wird das Signal im Verstärker V 6 noch einmal nachverstärkt und dann dem Frequenzdiskriminator DG zugeführt. Das Ausgangssignal des Diskriminators DC hat nach Beseitigung höherfrequenter Demodulationsanteile im Tiefpaß TP2 den Verlauf nach Fig. 8, Zeile h. Die positiven und negativen Ausgangsimpulse werden durch die Impulsweiche W voneinander getrennt. Man kann nun diese voneinander getrennten Impulse, in der gleichen Weise wie die Ausgangsimpulse der Koinzidenzgatter G10 und GIl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, auf die Dauer von einem bzw. zwei Zeichenschritten verlängern. Die Anstiegsflanken der Impulse nach F i g. 8, Zeile h, liegen jedoch zeitlich nicht sehr genau, weil diese Anstiegsflanken von Bereichen geringer Änderungsgeschwindigkeiten der Phase des Empfangssignals herrühren. Die genauen Zeitpunkte liegen auf dem Scheitel der Impulse. Deshalb sind an den Ausgängen der Impulsweiche W die Differenzierglieder D1 und Dl angeschlossen. Die ursprünglich positiven Impulse der Zeile h haben am Ausgang des Differenziergliedes D1 den Verlauf nach Zeile k, wo der die Nullinie steil durchlaufende Kurventeil den genauen Zeitpunkt für den Schritteinsatz festlegt. Entsprechendes gilt für die ursprünglich negativen Impulse, die am Ausgang des Differenziergliedes D 2 gemäß Zeile k verlaufen. Nach gegebenenfalls nochmaliger Verstärkung in den Verstärkern F 9 bzw. FlO werden die Ableitungen der Impulse nach Zeile/ bzw. k der monostabilen KippschaltungK6 bzw. der bistabilen Kippschaltung K 7 zugeführt, die zusammen mit den monostabilen Kippschaltungen K 8 und K 9 und dem Mischgatter G12 in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die binären Zeichenschritte formen.

Natürlich kann man auch bei an sich nur binärer Nachrichtenübertragung den »Ruhezustand« zur Übermittlung eines Sondersignals benutzen. Beispielsweise wird das Fernsprechnetz oft auch zur Übertragung digitaler Nachrichten benutzt. Die gewünschte Verbindung wird durch Wählen aufgebaut, und nach telefonischer Vereinbarung wird auf die Digitalübertragung umgeschaltet. Das durch den Ruhezustand übermittelte Sondersignal kann dann dazu dienen, die Bedienungsperson wieder an den Fernsprecher zu rufen, wobei das Zurückschalten auf den Fernsprechapparat gleichzeitig automatisch durchgeführt werden kann. Bei blockweiser Nachrichtenübermittlung kann der Ruhezustand auch als Blockende- oder Blockabstandssignal dienen (temporär rhythmischer Betrieb). Um die mittels der Phasendifferentialmodulation übertragbare Nachrichtenmenge ohne Erhöhung der Schrittgeschwindigkeit auf das Dreifache (n — 3) zu steigern, sind neben der unmodulierten Trägerschwingung als Ruhezustand gemäß der schon erwähnten Beziehung V2 -2" = 4 unterschiedliche Modulationsmerkmale erforderlich. Dabei werden vorzugsweise die fünf Trägerphasen 0, +72, +144, —72 und — 144° (quinäre Tastung) benutzt. Im binären Eingangssignal werden nur jeweils solche Schrittgruppen (aus drei aufeinanderfolgenden Schritten) gebildet, die mit einem Zeichenschritt beginnen. Beispielsweise werden dann die Schrittgruppe ZTT durch einen Phasensprung von +72°, die Schrittgruppe ZTZ durch einen Phasensprung von —72°, die Schrittgruppe ZZT durch einen Phasensprung von +144° und die Schrittgruppe ZZZ durch einen Phasensprung von —144° gekennzeichnet. Während der zwischen den Schrittgruppen auftretenden Trennzustandintervalle bleibt der Träger in der zuletzt innegehabten Phasenlage.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steigerung der Übertragungskapazität für binär codierte Signale auf den n-iachen Wert in Nachrichtenkanälen ohne Erhöhung der Tastgeschwindigkeit mit Hilfe der Umwandlung in eine höhercodierte Form, wobei jeweils η binäre Nachrichtenelemente zu einem Element der höheren Form zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß von' den jeweils 2" möglichen Kombinationen aus η binären Codeelementen nur diejenigen Kombinationen als ein Element der höhercodierten Form übertragen werden, die mit einem binären Element der einen Art beginnen, während die zeitlich zwischen diesen Kombinationen auftretenden Intervalle der anderen binären Art als ein quasistationärer Zustand (Ruhezustand) z. B. bei trägerfrequenter Übertragung durch einen unmodulierten Träger übertragen werden, wodurch die Anzahl der unterscheidbar zu übertragenden Elemente der höheren Form auf V2 · 2" reduziert wird.

2. Verfahren zur Steigerung der Übertragungskapazität für binär codierte Signale auf den «-fachen Wert in Nachrichtenkanälen ohne Erhöhung der Tastgeschwindigkeit mit Hilfe der Umwandlung in eine höhercodierte Form, wobei jeweils η binäre Nachrichtenelemente zu einem

. Element der höhercodierten Form zusammengefaßt werden, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur trägerfrequenten Übertragung die Phasendifferentialmodulation mit (1 + Va · 2") möglichen Phasenlage, d. h. mit V2 · 2" möglichen, die Information kennzeichnenden Phasensprüngen benutzt wird, wobei von den jeweils 2" möglichen Kombinationen aus η binären Codeelementen nur diejenigen Kombinationen als ein Element der höhercodierten Form übertragen werden, die mit einem binären EIemen der einen Art beginnen, während die zeitlich zwischen diesen Kombinationen auftretenden Intervalle der anderen binären Art als »Ruhezustand« durch den unmodulierten Träger in der jeweils zuletzt innegehabten Phasenlage übertragen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verdoppelung der Übertragungskapazität des Nachrichtenkanals (n = 2) die Phasenlagen 0, 120 und 240° der Trägerschwingung benutzt werden (ternäre Tastung).

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Information der binären Elementfolge ZT (Z = Zeichenelement, T = Trennelement) durch einen Phasensprung von -r 120 - und die Information der binären Elementfolge ZZ durch einen Phasensprung von —120° (oder umgekehrt) übertragen wird, während die Trennzustandsintervalle, die nicht durch ein Elementepaar ZT erfaßt werden, den Ruhezustand ohne Phasensprünge bilden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verdreifachung der Übertragungskapazität des Nachrichtenkanals (n = 3) fünf um vorzugsweise je 72° versetzte Phasenlagen der Trägerschwingung benutzt werden (quinäre Tastung).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die binäre Elementkombination ZTT durch einen Phasensprung von +72°, die Kombination ZTZ durch einen Phasensprung von —72°, die Kombination ZZT durch einen Phasensprung von +144° und die Kombination ZZZ durch einen Phasensprung von —144° gekennzeichnet wird, während die zeitlich zwischen solchen Kombinationen auftretenden Trennzu-Standsintervalle durch »keinen Phasensprung« gekennzeichnet sind.

7. Sendeschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Trägerfrequenzgenerator, der die Trägerschwingung in drei verschiedenen, vorzugsweise um 120° gegeneinander versetzten Phasenlagen bereitstellt, und durch eine Bewertungs- und Steuerschaltung, die jeweils nur solche Schrittpaare zusammenfaßt, die (beispielsweise) mit einem Z-Schritt beginnen und je nach Art des jeweils zweiten Schrittes (T oder Z) eines solchen Paares ein Ausgangssignal abgibt, das an Stelle der zuvor gesendeten Phasenlage die um 120° voreilende Phasenlage (+120°-Phasensprung) oder die um 120° nacheilende Phasenlage (~120^c-Phasensprung) der Trägerschwingung vom Trägergenerator zum Übertragungskanal durchschaltet.

8. Sendeschaltung nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsund Steuerschaltung eine als Frequenzteiler mit einem Teilerverhältnis 2:1 wirkende bistabile Kippstufe (Kl), die durch zu den Schrittmitten der zu übertragenden Telegrafiezeichen auftretende Taktimpulse (P) zwischen einer Ruhelage und einer Arbeitslage umgeschaltet wird, wobei eine Umschaltung von der Ruhelage in die Arbeitslage nur bei Zeichenstrompolarität der zu übertragenden Telegrafiezeichen möglich ist, und einen im Ring geschalteten Vorwärts-Rückwärts-Zähler (Kl, K3, Gl, G3, G4) mit drei Zählstellungen aufweist, der durch beim Umschalten der Kippstufe von der Arbeitslage in die Ruhelage auftretende Schaltimpulse in der einen bzw. der anderen Richtung weitergeschaltet wird, wenn die zu übertragenden Telegrafiezeichen zum Zeitpunkt des Auftretens eines Schaltimpulses Trennstrom- bzw. Zeichenstrompolarität aufweisen und der in jeder der drei Zählstellungen eine bestimmte der drei Phasenlagen zum Ausgang durchschaltet (Fig. 1).

9. Sendeschaltung nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 und 4, bei der jeder zu übertragende Zeichenschritt bzw. Trennschritt durch einen bzw. keinen Impuls dargestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Impuls nach einer Verzögerungsdauer von η Schritten mit 1«2 einen im Ring geschalteten Vorwärts-Rückwärts-Zähler mit drei Stellungen in der einen bzw. der anderen Richtung weiterschaltet, wenn die zu übertragenden Telegrafiezeichen zum Zeitpunkt des verzögerten Impulses Trennstrom bzw. Zeichenstrompolarität aufweisen, wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler in jeder der drei Zählstellungen eine bestimmte der drei Phasenlagen zum Ausgang durchschaltet (Fig. 5).

10. Sendeschaltung nach Anspruch 8 für Start-Stop-Telegrafiezeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse durch einen Taktgenerator (TG) erzeugt werden, der bei Beginn jedes Anlaufschrittes für die Dauer eines Telegrafiezeichens ausgelöst wird und während der Auslösedauer Impulse jeweils zu den Schrittmitten der zu übertretenden Telegrafiezeichen liefert (Fig. 6).

11. Empfangsschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Demodulatorschaltung, die bei jedem empfangenen positiven bzw. negativen Phasensprung einen Impuls an einem ersten bzw. zweiten Ausgang abgibt, und durch eine Umwandlungseinrichtung, die bei einem Impuls an dem ersten bzw. zweiten Ausgang der Demodulatorschaltung die erste bzw. zweite Schrittkombination und bei Fehlen eines solchen Impulses den gewählten Ruhezustand zum Ausgang durchschaltet (F i g. 2, 7).

12. Empfangsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulatorschaltung zwei Modulatoren (Ml, Ml), z. B. Ringmodulatoren, aufweist, denen das durch Phasensprünge modulierte trägerfrequente Signal über die ersten Eingänge unmittelbar und nach vorzugsweise gleicher Verzögerung, aber unterschiedlicher Phasendrehung auch den zweiten Eingängen der beiden Modulatoren zugeführt wird (Fi g. 2).

13. Empfangsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zweiten Eingang des ersten bzw. zweiten Modulators zugeführte Empfangssignal gegenüber den ersten Eingängen beider Modulatoren vorzugsweise um drei Viertel der binären Schrittdauer verzögert und um 2m.-t — n/4 bzw. 2 «7.-7+ .-τ/4 (m = 0, 1 ...) in der Phase gedreht ist (Fig. 2).

14. Empfangsschaltung nach Anspruch 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal jedes Modulators (Ml, Ml) einerseits nach Überschreiten eines Schwellwertes in eine Rechteckspannung umgewandelt wird (TgI, TgI), deren Vorderflanke eine monostabile Kippschaltung (K 4, K 5) auslöst und andererseits an dem Eingang eines Koinzidenzgatters (GlO, GIl) anliegt, dessen anderen Eingang beim Zurückkippen der monostabilen Kippstufe (K 4, K5) in die Ruhelage ein Impuls zugeführt wird (Fig. 2).

15. Empfangsschaltung nach Anspruch 11, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als

Demodulatorschaltung ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Frequenzdiskriminator (DC) vorgesehen ist, dem das frequenzbandbegrenzte Empfangssignal zugeführt wird und der bei jedem positiven bzw. negativen Phasensprung einen positiven bzw. negativen Ausgangsimpuls abgibt (Fig. 7).

16. Empfangsschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse des Frequenzdiskriminators (DC) einer Impulsweiche (W) zugeführt werden, die die positiven bzw. negativen Ausgangsimpulse des Frequenzdiskriminators zu einem ersten bzw. zweiten Ausgang durchschaltet (Fig. 7).

17. Empfangsschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ausgang der Impulsweiche (W) ein Differenzierglied (D 1, Dl) angeschlossen ist (Fig. 7).

18. Empfangsschaltung nach Anspruch 14 bzw. nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

der Ausgangsdmpuls des einen Koinzidenzgatters (G 10) bzw. des einen Differenziergliedes (D 1) eine erste monostabile Kippstufe (K 6) auslöst, die nach der Dauer eines Informationsschrittes in die Ruhelage zurückkippt, daß jeder Ausgangsimpuls des anderen Koinzidenzgatters (G 11) bzw. des anderen Differenziergliedes (D 2) eine bistabile Kippstufe (K 7) umsteuert, die beim Umschalten in der einen bzw. der anderen Richtung eine zweite bzw. dritte monostabile Kippstufe (K8, K9) auslöst, die jeweils nach der Dauer von zwei Informationsschritten in die Ruhelage zurückkippen, und daß die Ausgänge der ersten bis dritten monostabilen Kippstufen über eine Entkopplungsschaltung (G 12) mit einer Ausgangsschaltung 04) verbunden sind, die im Fall, daß mindestens eine monostabile Kippstufe ausgelöst ist, Zeichenstrom und im Fall, daß keine monostabile Kippstufe ausgelöst ist, Trennstrom abgibt (Fig. 2, 7).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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