DE2532287C2 - Übertragungssystem für unipolare Signale - Google Patents

Description

3. Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator einen Impulsgenerator (7) aufweist zur Erzeugung von Impulsen einer Frequenz, die 2N-ma\ so groß wie die Trägerfrequenz ist, einen ersten Frequenzteiler (8) enthält zur Teilung der Impulse durch 2/V, einen zweiten Frequenzteiler (3) enthält zur Teilung der Folge unipolarer Signale durch N, eine Reihe logischer Schaltungen (C\ ... Cn) aufweist zur Erzeugung eines logischen Produktes aus jedem der Ausgangssignale von N Ausgangsanschlüssen des zweiten Frequenzteilers (3) und einem Paar Ausgangssignalen von einem entsprechenden Paar Ausgangsanschlüssen des ersten Frequenzteilers (8), welche voneinander einen Abstand von N Ausgangsanschlüssen haben, so daß Träger mit N unterschiedlichen Phasen erzeugt werden.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator (20) dem Amplitudenmodulato-· (5) nachgeschaltet ist und eine erste Schaltung (2) zur Diskriminierung der einzelnen unipolaren Signale der Signalfolge aufweist, und eine zweite Schaltung (3) aufweist, welche für jedes diskriminierte Ausgangssignal der ersten Schaltung einen von N Zuständen annimmt, und daß der Phasenmodulator (20) die Phase des vom Amplitudenmodulator kommenden Ausgangsträgers derart steuert, daß letzterer in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand der zweiten Schaltung (3)

zyklisch eine von Nvorbestimmten Phasen annimmt.

5. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gkennzeichnet, daß auf der Empfangsseite eine Detektorvorrichtiing (28) voi gesehen ist zur Abtastung der Information der Umhüllenden eines übertragenen Signals, welches mit den unipolaren Signalen amplituden- und phasenmoduliert worden ist.

6. Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch ίο gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung zur Abtastung der Information der Umhüllenden einen Umhüllungs- Detektor (28) aufweist

7. Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite eine erste Schaltung (27) zur Diskriminierung der Phase eines übertragenen Signals vorgesehen ist, sowie eine zweite Schaltung (29) zur Umwandlung des diskriminierten Ausgangssignals in ein Zwei-Pegel-Signal, und zwar abhängig von einem gegebenen Wechsel des Wertes des diskriminierten Signais, und eine dritte Schaltung (30) zur Steuerung der Amplitude des Zwei-Pegel-Ausgangssignals entsprechend einer festgestellten Umhüllungsinformation vorgesehen sind.

8. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist zur adaptiven Modifikation der Beziehung zwischen den unipolaren Signalen und den zugeordneten N Phasen während der Phasen-

^Jo modulation entsprechend dem Zustand der unipolaren Signale innerhalb der Signalfolge.

9. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge unipolarer Signale aus Signalen mit verschiedenen Pegeln besteht.

10. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind eine Vorrichtung zur Übertragung des amplituden- und phasenmodulierten Signals in Form eines Restseitenband-Signals, sowie auf der Empfangsseite eine Extrahiervorrichtung zum Extrahieren der doppel ten Trägerfrequenz von einem empfangenen Signal, eine Modulatorvorrichtung (26) zum Modulieren des empfangenen Signals durch einen Träger mit doppelter Trägerfrequenz, eine Zusammensetzvorrichtung zum Zusammensetzen des empfangenen Signals und des unteren Seitenbandsignals des modulierten Signals, und eine Detektorvorrichtung zum Abtasten der Umhüllenden des zusammengesetzten Signals.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für unipolare Signale, bei denen die Signalspannung mit gleichbleibender Polarität jeweils zwischen einem festen Bezugswert und beliebigen Amplitudenwerten liegt, mit einem Amplitudenmodulator zum Modulieren eines Trägers durch die Folge unipolarer Signale sowie einem Sender zum Ausstrahlen der modulierten Signale und einem Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten Signale, der einen Demodulator zum Demodulieren der empfangenen Signale enthalt.

Überlragungssysteme dieser Art dienen z. B. ^um Übertragen von Faksimilesignalen, die senderseitig durch Abtasten beispielsweise eines Schriftstücks

gewonnen werden. Bisherige Systeme wurden im

Amplitudenmodulations-Doppelseitenbandverfahren oder nach dem Frequenzmodulationsverfahren übertragen. Die hierzu erforderliche Bandbreite ist wenigstens doppelt so groß wie die Bandbreite des Ursprungssignals. Um eine Komprimierung oder Verringerung der Bandbreite zu erzielen, ist es allgemein bekannt, das ursprüngliche Signal in ein Mehrfach-Pegel-Signal umzuwandeln, welches dann einer Amplituden- oder Frequenzmodulation unterworfen wird. Aufgrund der Mehrfach -Pegel- Amplitude ist eine solche Übertragung jedoch äußerst empfindlich bei einer Verschlechterung des Störabstands oder einer Wellenformverzerrung im Übertragungsweg. Weiterhin ist zur Bandbreitenverringerung die Restseitenband-Übertragung bekannt, bei der eine Filteranordnung sowie ein empfangsseitiger Generator zur Trägerwiedergewinnung erforderlich ist. Hierdurch wird die Komplexität der gesamten Übertragungsanordnung wesentlich erhöht

Aus der US-PS 37 61 610 ist bekannt, ein Faksimilesignal in ein Drei-Pegel-Signal umzusetzen, um die erforderliche Bandbreite auf die Hälfte zu reduzieren. Das Drei-Pegel-Signal wird in Form eines Restseitenbandsignals übertragen. Hierzu muß auf der Empfangsseite der Träger wiedergewonnen werden, und es muß ein Filter zur Formung des Restseitenband-Frequenzgangs vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Sender bei einem einfachen Aufbau eine kleinere Bandbreite beansprucht als die norrralerweise bei einer Amplitudenmodulation mit Zweiseitenbändern erforderliche Bandbreite, und dessen Empfänger ein üblicher AM-Empfänger mit einem Hüllkurvendemodulator ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen mit der Folge der unipolaren Signale beaufschlagten Phasenmodulator, der entweder die Phase des dem Amplitudenmodulator zugeführten Trägers oder des bereits amplitudenmodulierten Trägers zum Erzeugen eines Ausgangssignals beeinflußt, indem entweder die Phase des zugeführten Trägers oder die des bereits amplitudenmodulierten Trägers beim Auftreten der einzelnen Impulse der Folge der unipolaren Signale zyklisch in einer festgelegten Folge jeweils eine andere von N vorbestimmten Phasen unabhängig von den einzelnen Amplituden der unipolaren Signale einnimmt.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, daß der Träger des Senders des Übertragungss>stems nicht einfach mit dem unipolaren Signal amplitudenmoduliert wird, sondern daß die Phase des Trägers vor oder nach dessen Amplitudenmodulation für jeden Impuls des unipolaren Signals um einen bestimmten Betrag gegenüber der Phase des Trägers während der Ausstrahlung des vorhergehenden Impulses verschoben ist.

In dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem können Modulator und Demodulator trotz der erzielten Bandbreitenverminderung einfach aufgebaut sein. Da im Gegensatz zu den oben erliiuterten teilweise Anwendung findenden bekannten Verfahren keine Umsetzung in ein Mehrfach-Pegel-Signal stattfindet, ist das Übertragungssystem relativ unempfindlich gegenüber Pegeländerungen und Rauschen. Der Demoduiatoi in dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem kann wie bei einem herkömmlichen Empfänger ausgebildet sein, d. h. es kann ein einfach aufgebauter Hüilkurvendemodulator verwendet werden. Das erfindungsgemäße Übertragungssystem eignet sich gut für die Auslegung als Digitalschaltungsanordnung.

Zwar ist bereits aus der US-PS 27 08 268 ein System bekannt, bei dem eine Kombination aus Amplituden- und Phasenmodulation stattfindet, hier geht es jedoch um die gleichzeitige Übertragung mehrerer Informationen zwecks Anpassung an ein Farbfernsehsignal. Während bei dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem deutlich getrennte Impulse übertragen werden

ι ο sollen, dient das bekannte System zum Übertragen eines kontinuierlichen Signals, das nicht aus diskreten Impulsen verschiedener Dauer und verschiedener Amplitude besteht Bei dem bekannten System erfolgt eine Aufteilung des zu übertragenden Signals in einzelne Intervalle, und die einzelnen Intervalle werden abhängig von der zusätzlich zu übertragenden Information (z. B. Farbinformation) in ihrer Phase versetzt. Eine zyklische Phasenversetzung gemäß einer festgelegten Folge erfolgt bei diesem bekannten System nicht Daher konnte der Fachmann dieser Druckschrift auch keine Anregung hinsichtlich der Ausgestaltung eines gattungsgemäßen Übertragungssystems entnehmen.

Weiterhin zeigt die DE-AS 11 54 530 eine Schaltungsanordnung, in der zusätzlich zur Amplituden- auch eine Phasenmodulation erfolgt Hier wird jedoch die Phase nach Maßgabe der Amplitude des zu übertragenden Signals geändert, um eine Kompatibilität der Signale mit existierenden Empfangsgeräten zu erreichen. Die Winkelmodulation erfolgt hierbei nicht zwecks Verrin-

gerung der zur Übertragung benötigten Bandbreite; die Bandbreitenverringerung wird hier dadurch erzielt, daß der Logarithmus des dem Amplitudenmodulator zugeführten Modulationssignals um 90° in der Phase gegenüber der durch den Amplitudenmodulator modulierten, bereits phasenwinkelmodulierten Trägerschwingung verschoben wird. Zum Empfang der gemischt amplituden- und phasenwinkelmodulierten Trägerschwingung ist ein besonderer Empfänger erforderlich, wohingegen zum Empfang des Signals des erfindungs-

gemäßen Übertragungssystems ein normaler AM-Empfängcr mit Hüllkurvendemodulator ausreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. IA bis IC Wellenformen zur Erläuterung des Prinzips des erfindungsgemäßen Übertragungssystems, und zwar für die Sendeseite betrachtet;

F i g. 2 eine Reihe von charakteristischen Kurven, welche spektrale Energiedichtefunktionen darstellen;

^M Fig.3A bis 3E eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Wirkung und zugeordnet spektrale Energiekurve;

F i g. 4A bis 4F eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Wirkung;

F i g. 5 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Gerätschaft, welche auf der Sendeseite des erfindungsgemäßen Übertragungssystems verwendet wird;

F i g. 6A bis 6G die Wellenformen verschiedener

^b0 Signale, die in der Gerätschaft der F i g. 5 erscheinen;

F i g. 7 ein schematisches elektrisches Diagramm zur Darstellung eines speziellen Beispiels bestimmter in F i g. 5 verwendeter Schaltungen;
F ι g. 8 ein Blockdiagramm einer anderen Ausfüh-

b5 rungsform der auf der Sendeseite des erfindungsgemäßen Übertragungssystems verwendeten Gerätschaft;

F ι g. 9A bis 9C Wellenformen, welche die Arbeitsweise auf der Empfangsseite gemäß der Erfindung

erläutern;

F i g. 10 ein Blockdiagramm der auf der Empfangsseite verwendeten Gerätschaft;

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der auf der Empfangsseite verwendeten Gerätschaft;

Fig. 12A bis 12D Wellenformen auf der Sende- und der Empfangsseite und zugeordnete spektrale Energiekurven, wenn die Restseitenband-Übertragung verwendet wird;

Fig. 13A bis 13D eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung des Empfangssystems, welches die Phaseninformation ausnutzt;

F i g. 14 ein Blockdiagramm einer Empfangsschaltung für das in Fig. 13 dargestellte Empfangssystem;

Fig. !5A bis 15D eine Reihe von Weüenformen zur Erläuterung einer Anordnung, bei welcher auf der Sendeseite die Mehrfach-Pegel-Umsetzung verwendet wird; und

Fig. 16A bis 16C eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung einer adaptiven Modifikation der Phasenmodulation.

Ein Faksimile-Signal oder ein gleichartiges zu übertragendes unipolares Signal ist in F i g. 1A als ein Signal dargestellt, welches abwechselnd einen bestimmten Spannungswert »li« aufweist und ein unipolares Signal »a« mit beliebiger Amplitude, welche größer als der Spannungswert »li« ist In Fig. IB sind die den festen Spannungswert 11 aufweisenden Signale mit b\, bi ... ön, b\, bi ... in der Reihenfolge ihres Auftretens bezeichnet, wohingegen das unipolare Signal »a« gleichermaßen a\, ar... a/v, a\, 32... bezeichnet ist, so daß die unipolaren Signale »a« zyklisch in Gruppen von N Signalen aufgeteilt sind. Beim erfindungsgemäßen Übertragungssystem wird diese Kette unipolarer Signale zur Amplitudenmodulation eines Trägers verwendet. Der modulierte Träger ist in Fig. IC dargestellt. Speziell weist der modulierte Träger eine Umhüllungsamplitude auf, die den entsprechenden Amplituden der aufgeteilten Signale a\, a₂. ■ ■ a/v, a,, a-i... entspricht Es ist jedoch zu bemerken, daß die Phase des Trägers innerhalb der Umhüllenden nicht konstant bleibt, sondern zyklisch unterschiedliche Phasen von Φ,, Φ2 ... Φν, Φ\,Φϊ ... . Φ\ ... Φ ν stellen vorbestimmte diskrete Werte dar, die beispielsweise der Reihe nach um 2π/Ν phasenversetzt sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Phasendifferenz nicht konstant zu sein braucht, sondern daß sie zunehmen oder abnehmen kann.

Die in Fig. IC gezeigte Wellenform stellt die übertragene Wellenform entsprechend dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem dar, bei welchem die Bandbreite der übertragenen Wellenform im Vergleich zum amplitudenmodulierten Doppelseitenband-Übertragungssystem reduziert ist F i g. 2 zeigt eine spektrale Energiedichtefunktion, wenn ein Träger durch ein Faksimile-Signal moduliert ist wobei für die Wahrscheinlichkeit eines Wechsels zu Markierung oder Zwischenraum des Faksimile-Signals eine Poisson-Verteilung angenommen und die Autokorrelations-Funktion des modulierten Signals berechnet wird, welches einer Fourier-Transformation unterzogen wird, um die spektrale Energiedichtefunktion abzuleiten. Die Abszisse repräsentiert eine Frequenzabweichung Af von der Trägerfrequenz, und zwar fai Einheiten des Kehrwerts des mittleren Zeitintervalls (Sekunden) zwischen den Wechselpunkten, während die Ordinate die Energie »p« pro Einheitsfrequenz darstellt Eine Kurve Nj entspricht N= 1 und stellt somit die kontinuierliche Komponente der spektralen Energiedichtefunktion für das amplitudenmodulierte Seitenbandsignal dar. Außerdem besteht bei Af=O ein Trägerspektrum, welches keine Information trägt. Die kontinuierliche Komponente ist auf eine ■> Kurve /VV normiert. Die Kurven /V₂, Λ/3 und /V₄ entsprechen /V= 2, 3 bzw. 4, wobei sich die Phase sprunghaft um 2πΙΝ ändert. Wie man sieht, sind diese Kurven im Vergleich zur Kurve Nj' viel stärker in der Nähe von Af=O oder der Trägerfrequenz konzentriert, was anzeigt, daß die Bandbreite komprimiert ist. Für einen Wert von N größer als 3 liegt die spektrale Energiedichtefunktion auf der positiven Seite, und zwar aufgrund der Änderung der Phase Φι, Φι ... Φν des Trägers in voreilender Richtung um jedesmal 2π/Ν.

is Wenn aufeinanderfolgende Phasen in nacheilender Richtung geändert werden, liegt die Dichtefunktion auf der negativen Seite, jedoch mit einem vergleichbaren Bandkomprimierungseffekt

Den Bandkomprimierungseffekt kann man leicht aufgrund folgender Erläuterung verstehen, welche für eine Anordnung von N= 2 gegeben ist. Fig.3A zeigt auf der linken Seite eine Kette zu übertragender Signale mit einer zugeordneten typischen spektralen Energieverteilung auf der rechten Seite. In diesen Figuren

2·> bedeutet t in der linken Darstellung die Zeit, während f in der rechten Darstellung die Frequenz und ρ die Energiedichte bedeuten. Wenn das Signal amplitudenmoduliert ist, erhält man eine Wellenform, wie sie auf der linken Seite der F i g. 3B gezeigt ist, in welcher der in der Umhüllenden enthaltene Träger ein kontinuierlicher Träger derselben Phase Φι ist Die entsprechende spektrale Verteilung ist auf der rechten Seite der F i g. 3B angegeben, aus welcher zu ersehen ist, daß das Spektrum der modulierten Welle auf beiden Seiten der Trägerfrequenz k dieselbe spektrale Breite wie das Spektrum des Originalsignals aufweist und somit eine Bandbreite mit der Mittenfrequenz /0 aufweist die zweimal so groß wie die Bandbreite des Originalsignals ist. Wenn alternierende unipolare Signale der F i g. 3A in ihrer Polarität umgekehrt und somit in 3-Pegel-Signale umgewandelt werden, wie es auf der linken Seite der F i g. 3C gezeigt ist wird das resultierende Spektrum auf etwa die Hälfte komprimiert wie es auf der rechten Seite dieser Figur gezeigt ist Wenn das umgewandelte Signal zur Amplitudenmodulation eines Trägers verwendet wird, wird eine modulierte Welle erzeugt wie sie auf der linken Seite der F i g. 3D gezeigt ist, und die Trägerfrequenz /0 bildet die Mittenfrequenz des resultierenden Spektrums, dessen Breite jedoch nur

so etwa halb so groß wie die der F i g. 3B ist Wenn von der in Fig. 3D gezeigten Wellenform der Träger mit einer bestimmten Amplitude abgezogen wird, ergibt sich eine Umhüllende, wie sie in Fig.3E gezeigt ist und welche mit der in F i g. 3B dargestellten amplitudenmodulierten Wellenform identisch ist, in welcher der Träger jedoch abwechselnde Phasen Φι und Φ2 aufweist, beispielsweise 0° und 180°. Dies entspricht einer Anordnung von N=2 im erfindungsgemäßen Übertragungssystem. Es folgt also, daß die spektrale Verteilung für die Wellenform der F i g. 3E eine Unterdrückung des Trägerspektniins vom Dreiweit-modulierten Signal der Fig.3D repräsentiert, welches der auf der rechten Seite der F i g. 3E gezeigten spektralen Verteilung äquivalent und somit im Vergleich zur. Wellenform der Fig.3B hinsichtlich seiner Bandbreite komprimiert ist

Eine gleiche Beschreibung läßt sich auf eine Anordnung mit N=4 anwenden. Zu fibertragende unipolare Signale a_u S₂, * und 34, wie sie in Fig.4A

gezeigt sind, werden abwechselnd aufgeteilt in zwei Ketten unipolarer Signale, wie es in den F i g. 4B und 4C gezeigt ist. Da die Zeitdauer zwischen Änderungen in der Wellenform der jeweiligen unipolaren Signale im Vergleich mit der in Fig.4A gezeigten Originalwelleniorm um einen Faktor 2 vergrößert ist, leuchtet es ein, daß die spektrale Bandbreite reduziert ist. Die in den Fig. 4B und 4C gezeigten unipolaren Signale werden einer erfindungsgemäßen Modulation unterzogen, wie sie in Verbindung mit F i g. 3 erwähnt ist, wodurch Wellenformen erzeugt werden, wie sie in den Fig. 4D und 4E gezeigt sind. Man beachte jedoch, daß die Phase des Trägers für die Wellenform der F i g. 4B gegenüber derjenigen der Wellenform der Fig.4C einen Unterschied von 90^c aufweist. Somit können die Phasen Φι, Φι des in Fig.4D gezeigten Trägers beispielsweise 0° und 180°, die Phasen Φ2,Φ* des in Fig. 4 E gezeigten Trägers dagegen 90 bzw. 270° sein. Auf diese Weise genügen die in den Fig.4D und 4E gezeigten Signale dem Erfordernis einer Phasenverschiebung von 90°, und wenn sie miteinander kombiniert werden, ergibt sich eine Wellenform, wie sie in Fig.4F gezeigt ist. Diese stellt die Wellenform des übertragenen Signals entsprechend der Erfindung für N=4 dar, wobei die entsprechende spektrale Verteilung die Kombination der Spektren für die in den Fig. 4D und 4F gezeigten Wellenformen ist. Die spektrale Verteilung der zusammengesetzten Wellenform ist auf weniger als die Hälfte der Bandbreite des Spektrums der in F i g. 3B gezeigten modulierten Welle komprimiert. Auf diese Weise erlaubt die Erfindung ein Komprimieren der Frequenzbandbreite. Wenn der Wert von /V auf unendlich erhöht wird, ist das Resultat äquivalent zu keiner Phasenänderung des Trägers, und man kommt zur selben Welle, wie man sie durch die herkömmliche Amplitudenmodulation erhält. Es ist also von Bedeutung, N gleichlaufend mit dem Erfordernis für die Phasenauflösung im Signalübertragungssystem zu erhöhen, und man erreicht nichts, wenn man den Wert von N über eine solche Grenze hinaus erhöht.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung des obengenannten übertragenen Signals. An verschiedenen Stellen der F i g. 5 erscheinende Signale sind in Fig.6 dargestellt. Eine Quelle unipolarer Signale 1 liefert eine Kette unipolarer Signale, wie sie in Fig.6A dargestellt sind, auf einen Disknminator 2, der beispielsweise eine Schmitt-Triggerschaltung aufweist, und welcher unterscheidet, ob das Eingangssignal oberhalb eines gegebenen Wertes liegt, wie es in Fig.6B gezeigt ist. Die diskriminierten unipolaren Signale werden auf einen Zustandszuteiler 3 geführt, welcher den jeweiligen hingangssignaien der Reihe nach einen von N Zuständen zuteilt. Er kann als ein durch N teilender Frequenzteiler mit W Ausgangsanschlüssen ausgebildet sein, z. B. als Ringzähler. In diesem Fall wird ein Ausgangsanschluß, an welchem ein Ausgangssignal erhalten wird, der Reihe nach für jedes Eingangssignal um eins verschoben, wie es F i g. 6C zeigt, um so einen Zyklus mit N Eingangssignalen zu vervollständigen. Alternativ dazu kann der Zuteiler so angeordnet sein, daß für jedes Eingangssignal vom Diskriminator 2 der Spannungswert um eine Stufe erhöht und auf den Anfangswert zurückgeführt wird, nachdem N Spannungswerte durchlaufen sind, wie es F i g. 6D zeigt Der Ausgang des Zustandszuteilers 3 ist mit einem Trägergenerator 4 zur Steuerung von dessen Phase verbunden, so daß Träger mit einer ausgewählten von N

Phasen entsprechend dem Zustand N des Eingangssignals erzeugt werden, wie es F i g. 6E zeigt. Eine solche Phasensteuerung kann unter Verwendung eines Vier-Phasen-Modulators, eines Acht-Phasen-Modulators oder einer ähnlichen Einrichtung durchgeführt werden, welche einen Träger gegebener Phase in Abhängigkeit von den Eingangsdaten liefert, wie es in der Nachrichtenübertragungstechnik wohl bekannt ist. Auf diese Weise wird der Träger phasenmoduliert und nimmt zyklisch für jedes unipolare Signal der Eingangskette eine von N Phasen an, und das modulierte Ausgangssignal wird auf einen Amplitudenmodulator 5 geführt. Der Modulator 5 empfängt außerdem die Folge unipolarer Signale von der Quelle 1 als Modulationssignal, und der phasenmodulierte Träger wird durch das unipolare Signal amplitudenmoduliert. Die Amplitudenmodulation im Modulator 5 findet durch eine Zeitsteuerungseinstellung solchermaßen statt, daß die Punkte, an welchen sich die Phase des phasenmodulierten Trägers ändert, mit denjenigen Punkten zusammenfallen, an welchen sich die Amplitude des unipolaren Signals ändert. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Erforderlich ist lediglich, daß eine Phasenänderung während derjenigen Zeitdauer auftritt, während weleher die Amplitude null ist. Man sieht also, daß am Ausgangsanschluß 6 des Amplitudenmodulators 5 für das erfindungsgemäße Übertragungssystem ein übertragenes Signal erhalten wird, wie es in den F i g. IC oder 6F gezeigt ist.

Fig. 7 zeigt ein spezielles Beispiel eines als Digitalschaltung aufgebauten Modulators. In F i g. 7 sind diejenigen Teile, welche solchen der F i g. 5 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das durch den Diskriminator 2 gelangende unipolare Signal wird auf einen durch N teilenden Frequenzteiler 3 geführt, welcher die Funktion des Zustandszuteilers hat. Es ist ein Impulsgenerator 7 vorgesehen, welcher Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die 2A/-mal so groß wie die gewünschte Trägerfrequenz fo ist, und von da werden die Impulse auf einen durch 2Λ/teilenden Frequenzteiler 8 gegeben. Die Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen des Frequenzteilers 3. welche mit 1 bis Λ/ beziffert sind, werden auf jeweils entsprechende UND-Schaltungen Gi bis Cn gegeben, welche auch die Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen des Frequenzteilers 8 empfangen, welche mit 1, 3, 5 ... bzw. 2N— 1 beziffert sind, wodurch ein logisches Produkt von diesen gebildet wird. Zusätzlich bilden UND-Schaltungen Gi' bis Gn' ein logisches Produkt aus dem jeweiligen Ausgangssignal von den Ausgangsanschlüssen 1 bis N des Frequenzteilers 3 und den Ausgangssignalen von den Ausgangsanschlüssen N+ 1, Λ/+3, /V+5 ... /V- 1 des Frequenzteilers 8 oder dessen Ausgangssignalen, welche einen Abstand von N Anschlüssen von den erstgenannten Ausgangsanschlüssen t, 3, 5 ... 2Λ/— 1 aufweisen. Die Ausgangssignale von diesen UND-Schaltungen Gi bis G_n werden über eine ODER-Schaltung 9 auf den Setzeingang eines Flip-Flops 11 geführt wohingegen die Ausgangssignale von den UND-Schaltungen Gi' bis G_n' über eine ODER-Schaltung 10 auf den Rücksetzanschluß des Flip-Flops 11 gegeben werden.

Wenn das dem unipolaren Signal a\ (Fig.6A) entsprechende diskriminierte Ausgangssigna] auf den Frequenzteiler 3 gegeben wird, entsteht demzufolge ein Ausgangssignal lediglich an dessen erstem Ausgangsanschluß, und dieses wird auf die UND-Schaltungen Gi und Gi' geführt, so daß das Flip-Flop 11 jedesmal wenn

ein Ausgangssignal am ersten Ausgangsanschluß des Frequenzteilers 8 erhalten wird, gesetzt und jedesmal, wenn ein Ausgangssignal am (W-H)-ten Ausgangsanschluß erhalten wird, zurückgesetzt wird, wobei das Flip-Flop 11 mit der Trägerfrequenz k gesetzt und rückgesetzt wird. Die Phase des Trägersignals, welche zu diesem Zeitpunkt am Setz-Ausgangsanschluß des Flip-Flops 11 erzeugt wird, ist mit Φι bezeichnet. Wenn nachfolgend das dem unipolaren Signal at entsprechende diskriminierte Ausgangssignal auf den Frequenzteiler 3 gegeben wird, erhält man ein Ausgangssignal lediglich an dessen zweitem Ausgangsanschluß, und dieses wird auf die UND-Schaltungen Gj und Ci gegeben, so daß das Flip-Flop 11 jedesmal, wenn am dritten Ausgangsanschluß des Frequenzteilers 8 ein Ausgangssignal erhalten wird, gesetzt und jedesmal, wenn am (7V+3)-ten Ausgangsanschluß ein Ausgangssignal erhalten wird, zurückgesetzt wird. Das nun am Setz-Ausgangsanschluß des Flip-Flops 11 erzeugte Trägersignal hat eine unterschiedliche Phase Φ2, welche hinter Φι um 2π/N nacheilt. Auf gleiche Weise erzeugt das Flip-Flop 11 jedesmal, wenn ein diskriminiertes Ausgangssignal eines unipolaren Signals auf den Frequenzteiler 3 gegeben wird, ein Trägersignal mit einer Phase, die sequentiell um 2πΙΝ nacheilt Auf diese Weise wird ein phasenmoduliertes Trägersignal mit einer Digitalschaltung erzeugt, welche leicht als integrierte Halbleiterschaltung aufgebaut werden kann.

Die Amplitudenmodulation des vom Flip-Flop 11 durch das unipolare Signal phasenmodulierten Trägers findet dadurch statt, daß die Kette unipolarer Signale von der Quelle 1 über Widerstände 12 und 13 auf einen invertierenden bzw. einen nicht invertierenden Eingangsanschluß eines differentiellen Operationsverstärkers 14 gegeben wird. Ein negativ rückkoppelnder Widerstand 15 ist zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 14 geschaltet Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 14 ist über den Source-Drain-Weg eines als Schaltelement arbeitenden Feldeffekttransistors 16 mit Erde verbunden. Der Setz-Ausgang des Flip-Flops 11 ist mit der Steuerelektrode des Transistors 16 verbunden. Unter der Annahme, daß die Widerstände 12, 13 und 15 Widerstandswerte 2R, R bzw. 2R haben, und das unipolare Signal eine Amplitude £Ί aufweist, leitet der Transistor 16 und verbindet den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 14 mit Erde, wenn der Ausgang des Flip-Flops 11 den H-Wert oder »1« aufweist, wodurch am Ausgangsanschluß des Verstärkers ein Ausgangssignal - £1 erzeugt wird. Wenn das Ausgangssignal vom Flip-Πορ Il den L-Wert oder »0« annimmt, bleibt der Transistor 16 nichtleitend, wodurch das Ausgangssignal vom Verstär ker 14 + £1 wird. Folglich erhält man am Ausgang des Verstärkers 14 einen Träger, welcher durch £1 amplitudenmoduliert ist Dieses Ausgangssignal gelangt durch ein Filter 17, um höhere Harmonische auszuschalten, wodurch am Ausgangsanschluß 6 ein Ausgangssignal erzeugt wird, wie es in Fig. IC gezeigt ist. Man erkennt, daß jede gewünschte Folge von Phasen erreicht werden kann durch Auswählen einer geeigneten Kombination der Ausgangsanschlüsse 1 bis N des Frequenzteilers 3 und der Ausgangsanschlüsse 1 bis (2JV-1) und (N+1) bis (N-1) des Frequenzteilers &

Natürlich kann der Träger anfangs durch die Folge unipolarer Signale amplitudenmoduliert und das modulierte Ausgangssignal anschließend phasenmoduliert werden. Eine solche Anordnung ist in F i g. 8 gezeigt, in welcher der vom Trägergenerator 4 gelieferte Träger mit fester Phase im Amplitudenmodulator 5 durch die von der Quelle 1 stammende Kette unipolarer Signale (Fi g. 6A) in generell gleicher Weise amplitudenmodu-') liert wird, wie es in Fi g. 6G gezeigt ist. Das modulierte Ausgangssignal wird auf einen Phasenmodulator 20 gegeben, in welchem eine Phasenmodulation durchgeführt wird, welche bewirkt, daß es zyklisch eine von N Phasen annimmt, wie Fig.6F zeigt, und zwar in Abhängigkeit vom N-Zustand (Fig.6C oder 6D) des Zustandszuteilers 3. Für N= 2 kann der Phasenmodulator 20 durch einen Phaseninverter ersetzt werden.

Das nach oben beschriebener Weise gebildete übertragene Signal kann auf der Empfangsseite ^ demoduliert werden, wie unten angegeben ist. Wie in F i g. IC oder 6F dargestellt ist, entspricht die Umhüllende des erfindungsgemäßen übertragenen Signals derjenigen der Folge unipolarer Signale, so daß selbst dann, wenn das empfangene Signal durch die Eigenschaften

des Übertragungssignals derart beeinflußt ist, daß eine Verzerrung der Wellenform der Einhüllenden entsteht, wie es in F i g. 9A gezeigt ist, die Folge ursprünglicher unipolarer Signale in der Amplitudeninformation enthalten bleibt. Wenn das empfangene Signal zum Erhalt einer Wellenform, wie sie in Fig. 9B gezeigt ist, einer Vollwellengleichrichtung unterzogen und dann durch ein Tiefpaßfilter gegeben wird, kann die Folge ursprünglicher unipolarer Signale demoduliert werden, wie in F i g. 9C gezeigt ist. Mit anderen Worten kann ein

W Umhüllungsdetektor, wie er gewöhnlich als Demodulator für das amplitudenmodulierte Doppelseitenband-Übertragungssignal verwendet wird, für die Demodulation benutzt werden. Fig. 10 zeigt beispielsweise, daß das empfangene Signal von einem Eingangsanschluß 21

^ in einem Vollwellen- oder Zweiweggleichrichter 22 gleichgerichtet und dann durch ein Tiefpaßfilter 23 gegeben wird, um an einem Ausgangsanschluß 24 ein demoduliertes Ausgangssignal zu erzeugen. Mit dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem kann die In-

'° formation der Einhüllenden des übertragenen Signals direkt moduliert werden, während die Unempfindlichkeit gegenüber einer Verzerrung auf dem Übertragungsweg aufgrund der Bandkompression bewahrt wird.

Um den störenden Einfluß von harmonischen Komponenten auf die Hochfrequenzkomponenten des Signals während der Vollwellengleichrichtung zu vermeiden, kann eine gebräuchliche Modulationsübertragungs-Detektormethode angewendet werden.

F i g. 11 zeigt in spezieller Weise, daß das empfangene Signal vom Anschluß 21 auf einen Konverter 25 gegeben wird, welcher dieses Signal in ein Frequenzband verschiebt, welches wenigstens viermal höher als die maximale Frequenz in der Kette unipolarer Signale ist, und zwar unter Verwendung eines Trägers von einem Modulationsübertragungs-Trägergenerator 26. Lediglich die verschobene Komponente oder eine flbertragungsmodulierte Einseitenband-Komponente gelangt durch ein Bandpaßfilter 33, dessen Ausgangssignal hinsichtlich seiner Umhüllenden in gleicher Weise abgetastet wird, wie sie in F i g. 10 dargestellt ist

Obgleich bei obiger Beschreibung die Zweiseitenband-Übertragung verwendet wird in Kombination mit der Abtastung der UmhfiUenden auf der Empfangsseite, um die Information dieser Umhüllenden zu extrahieren, ist es auch möglich, die Information der Umhüllenden auf der Empfangsseite durch Verwendung der Restseitenband-Übertragung zu gewinnen. Fig. 12A zeigt

dieselbe Wellenform und dasselbe Spektrum, wie es in Fig. 3E gezeigt ist, für eine Zweiphasenanordnung (N =2). Die Welle wird dadurch geformt, daß sie durch ein Restseitenband-Filter mit einer Dämpfungskennlinie, wie sie auf der rechten Seite der Fig. 12A durch gestrichelte Linien dargestellt ist, geleitet wird, wodurch ein Restseitenband erzeugt wird, wie es in Fig. 12B gezeigt ist. Wird die Wellenform direkt übertragen, wird die Information der Umhüllenden aufgrund der Quadratur-Komponenten (der durch die Phasenver-Schiebung um 90° bedingten Komponenten) verzerrt. Außerdem bewirkt die Formung des Restseitenbandes einen Übergang von der gestrichelten zur durchgehenden Übertragungsfunktion auf der rechten Seite der Fig. 12B, was zu einem Verlust der Majorität des oberen Seitenbandes und des hochfrequenten Bereiches des unteren Seitenbandes führt. Wenn auf der Empfangsseite einfach eine synchrone Abtastung angewendet wird, ergibt sich eine Drei-Pegel-Wellenform, wie sie in Fig.3C dargestellt ist, so daß eine unerwünschte Drei-Pegel/Zwei-Pegel-Umsetzung erforderlich ist

Im Gegensatz dazu kann die empfangene Welle einer Vollwellengleichrichtung auf der Empfangsseite unterzogen werden, um das Zweifache der ursprünglichen Trägerfrequenz zu gewinnen, nämlich 2 /ö, welche Frequenz in einer synchronen Abtastung zur Erzeugung einer Wellenform, wie sie in Fig. 12C gezeigt ist, verwendet werden kann. Die Verwendung der doppelten Frequenz ist zu bevorzugen, da keine Trägerkomponente /ξ> in der Wellenform der F i g. 12A, 12B vorhanden ist, sondern es existiert eine 2 k- Komponente in einer gleichgerichteten Wellenform der Fig. 12A oder 12B. Durch Eliminieren des oberen Seitenbandes der resultierenden Wellenform, welche unter Verwendung der doppelten Frequenz demoduliert wird, und durch Zusammensetzen des unteren Seitenbandes mit dem in Fig. 12B gezeigten empfangenen Restseitenband-Signal wird die ursprüngliche spektrale Verteilung der Fig. 12A wiedergewonnen, wie es in Fig. 12D gezeigt ist, so daß die ursprüngliche Umhüllungs-Wellenform erhalten wird. Die resultierende Wellenform kann hinsichtlich ihrer Umhüllenden abgetastet werden, um die ursprüngliche Information wiederzugewinnen. Auf diese Weise kann die Restseitenband-Übertragung für die Erfindung verwendet werden, um die ursprüngliche modulierte Wellenform auf der Empfangsseite genau zu reproduzieren. Diese kann dann einer Vollwellengleichrichtung unterzogen werden, um die Information der Umhüllenden zu extrahieren. Eine solche kombinierte Verwendung der Restseitenband-Übertragung ermöglicht eine effizientere Übertragung. In diesem Fall kann ein Adapter mit einer Vorrichtung zum Extrahieren der doppelten Trägerfrequenz, einer Demodulatorvorrichtung und einer Zusammensetzvorrichtung als eine Stufe vorgesehen werden, die einem herkömmlichen Empfänger vom Umhüllungsdetektortyp vorausgeht, um dadurch die ursprünglichen unipolaren Signale zu erzeugen.

Da Information auch in der Phase des Trägersignals im erfindungsgemäßen Übertragungssignal steckt, kann eine solche Information für eine Demodulation verwendet werden. Dieses Schema stellt eine zuverlässige Demodulation beim Vorhandensein eines starken Bandbegrenzungseffektes des Übertragungsweges sieher. Fig. 13A zeigt, daß der Bandbegrenzungseffekt des Übertragungsweges bewirkt, daß die übertragene Welle, wie sie in Fig.IC dargestellt ist, in ihrer

Umhüllungswellenform stärker verzerrt wird als die in F i g. 9A gezeigte Wellenform. Das empfangene Signal wird von einem Eingangsanschluß 21 (F i g. 14) auf einen Phasendiskriminator 27 und einen Umhüllungs-Detektor 28 gegeben. Der Phasendiskriminator 27 leitet Spannungs-Ausgangssignale Vi bis V_n ab, welche der Phase Φ\ bis Φ_Ν des Trägers entsprechen, wie es Fig. 13B zeigt. Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators 27 wird auf eine Phasen-Schwellenwertschaltung

29 gegeben, welche ein Ausgangssignal »1« erzeugt, wenn die Spannung innerhalb eines Bereichs von ±A V von den eingerichteten Werten der Spannungspegel Ki bis V_n liegt, und ansonsten ein Ausgangssignal »0« erzeugt. Somit wird eine Kette von Impulsen erzeugt, die den einzelnen unipolaren Signalen in der ursprünglichen Folge entsprechen, wie es Fig. 13C zeigt. Alternativ dazu kann die Eingangsspannung in binärer Weise in 2N Zustände kodiert werden, und die niedrigste Ziffer kann als ein Signal ausgegeben werden. Das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 29 steuert das öffnen oder Schließen eines Analoggatters

30 für die Steuerung des Durchlasses des Ausgangssignals vom Umhüllungs-Detektor 28. Somit wird ein demoduliertes Ausgangssignal an einem Anschluß 24 erzeugt, wie es in F i g. 13D gezeigt ist.

Da die unipolaren Signale in der Folge irgendeine Amplitude einer einzigen Polarität bezüglich des festgelegten Wertes haben, kann eine Folge unipolarer Signale, wie sie in Fig. 15A dargestellt sind, in Drei-Pegel-Signale umgewandelt werden, wie sie . Fig. 15B zeigt, und der niedrigste Wert -Ii kann als Null-Pegel gewählt werden, um eine neue Folge unipolarer Signale zu definieren, welche zur Amplituden- und Phasenmodulation eines Trägers verwendet werden kann, wie es F i g. 15C zeigt, wodurch die Bandbreite weiter um die Hälfte reduziert wird. Das Spektrum des Signals der Fig. 15B ist auf etwa eine Hälfte desjenigen des in Fig. 15A gezeigten Signals komprimiert. Wenn das in Fig. 15B gezeigte Signal in Fünf-Pegel-Signale umgewandelt wird, wie es in Fig. 15D dargestellt ist, und wenn letzteres Signal zur Gegentaktmodulation eines Trägers mit fester Phase verwendet wird, hat da«; resultierende modulierte Ausgangssignal eine Wellenform, welche mit der in Fig. 15C gezeigten übereinstimmt Das Spektrum des Signals der Fig. 15D ist wetter um etwa die Hälfte des Spektrums des in F i g. 15B gezeigten Signals reduziert. Als Folge davon weist das Spektrum des Signals der F i g. 15C eine Breite auf, die dem Spektrum des Signals der F i g. 15D um die Trägerfrequenz herum entspricht. Mit anderen Worten, der im Zusammenhang mit F i g. 3 oben beschriebene Bandkomprimierungseffekt ist verdoppelt

Die zyklische Modulation der Phase des Trägers durch die unipolaren Signale kann in geeigneter Weise modifiziert werden, und zwar abhängig vom Zustand der unipolaren Signale in der Folge. Anstatt die unipolaren Signale alternierend in der Drei-Pegel-Umwandlung einfach zu invertieren, kann die Polarität invertiert werden, wenn die Länge des Signals mit definiertem Wert, welches einem bestimmten unipolaren Signal vorausgeht, eine ungerade Anzahl Bildelemente repräsentiert. Es findet aber keine Inversion statt, wenn dieses Signal eine gerade Anzahl Bildelemente repräsentiert, was als duobinäres System bekannt ist. Ein solches System kann auf die vorliegende Erfindung angewendet werden, wenn man die Regel der Polaritätsinversion auf die Steuerung der Phase des

Trägers anwendet Beispielsweise repräsentiert in einer Folge unipolarer Signale, wie sie in F i g. 16A gezeigt ist, jede Länge b\, bz der Signale festen Wertes ein einziges Bildelement, wohingeg rn die Länge des Signals bi festen Wertes zwei Bildelemente darstellt Wenn eine Umwandlung entsprechend dem duo-binären System bewirkt wird, wird das unipolare Signal a*, welches unmittelbar auf die gerade Anzahl von Bildelementen oder das Signal & folgt, nicht invertiert, wie es in Fig. 16B dargestellt ist Eine solche Regel kann auf die vorliegende Erfindung angewendet werden, wie Fig. 16C zeigt, wobei zu bemerken ist, daß die Phasen

Φι, Φ2 des Trägers sich nicht immer für aufeinande gende unipolare Signale abwechseln, sondern da£ unipolare Signal a*, welches dem Signal bi mit 1 einer geraden Anzahl Bildelemente entsprechei Länge folgt, in seiner Phase nicht geändert wird somit dieselbe Phase Φ\ wie das vorausgehende S: annimmt.

Man sieht, daß die Vielfach-Pegel-Umwandlung Restseitenband-Übertragung und die adaptive M< kation der Phasenmodulation in jeglicher Kombins angewendet werden können, um eine effizi Übertragung verfügbar zu machen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem für unipolare Signale, bei denen die Signalspannung mit gleichbleibender Polarität jeweils zwischen einem festen Bezugswert und beliebigen Amplitudenwerten liegt, mit einem Amplitudenmodulator zum Modulieren eines Trägers durch die Folge unipolarer Signale sowie einem Sender zum Ausstrahlen der modulierten Signale und einem Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten Signale, der einen Demodulator zum Demodulieren der empfangenen Signale enthält, gekennzeichnet durch einen mit der Folge der unipolaren Signale (1, \A) beaufschlagten Phasenmodulator (20), der entweder die Phase des dem Amplitudenmodulator (5) zugeführten Trägers (7) oder die des bereits amplitudenmodulierten Trägers zum Erzeugen eines Ausgangssignals (6) beeinflußt, indem entweder die Phase des zugeführten Trägers (7) oder die des bereits amplitudenmodulierten Trägers beim Auftreten der einzelnen Impulse (a\, ai ... a^i) der Folge der unipolaren Signale (1, \A) zyklisch in einer festgelegten Folge jeweils eine andere von N vorherbestimmten Phasen unabhängig von den einzelnen Amplituden der unipolaren Signale einnimmt.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator eine dem Amplitudenmodulator (5) vorgeschaltete erste Schaltung (2) zum Diskriminieren der einzelnen unipolaren Signale der Signalfolge aufweist, eine zweite Schaltung (3), die jedesmal, wenn von der ersten Schaltung ein diskriminiertes Ausgangssignal erhalten worden ist, der Reihe nach einen von N Zuständen annimmt, und eine dritte Schaltung (4) zur Erzeugung eines Trägers mit einer von N vorbestimmten Phasen in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand der zweiten Schaltung.