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Verfahren zur Bestimmung von der Erzeugung von Hörtönen dienenden
-CM-Codewörtern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimulung von der Erzeugung
von Hörtönen für Zeitrnriltipl ex-Forn snre chsy s*,eme dienenden PCtI-Codewörbern.
Auch in PCM-Fernmeldesystemen könnte man die Hörtöne mit den üblichen Ruf- und Signalmaschinen
erzeugen und sie wie die Fernmeldeinformationen behandeln, nämlich in PCM-Codewörter
umwandeln, in dieser Form übertragen und auf der Empfangsseite wieder dekodieren.
Sine derartige Lösung wäre Jedoch relativ umständlich und aufwendig. Es werden daher
in FCM-Zeitmultiplex-Fernmeldesystemen digitale Hörtongeneratoren eingesetzt, die
die Hörtöne charakterisierende PCM-Wörter in periodischer Wiederholung direkt erzeugen.
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Für die Ermittlung der PCM-Wörter, die solche digitalen Hörtongeneratoren
periodisch auszusenden haben, kann davon ausgegangen werden, daß für die zu erzeugenden
Hörtöne ein bestimmter Toleranzbereich zugelassen ist und daß die Periode, mit der
die einzelnen PCM-Wörter aufeinanderfolgen, durch das System festgelegt ist, nämlich
der systemeigenen Abtastfrequenz entspricht, die beim System PCM 30/32 beispielsweise
8 kHz beträgt.
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Damit die periodische Wiederholung von PCM-Wörtern e.pfangsseitlg
zu der Entstehung einer unverzerrten Hörtonschwingung führt, muß die Bedingung M
. Tfo = N . TA erfüllt sein, wobei mit Tfo die Periode der Hörtonschwingung, mit
TA die Abtastperiode, die im System PCM 30/32 125/usec beträgt und mit M und N ganze
Zahlen bezeichnet sind, wobei N größer als M ist.
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Diese Gleichung besagt also, daß die Anzahl der Abtastperioden der
PCM-Wörter, die periodisch wiederholt werden, ein ganzzahliges Vielfaches einer
oder mehrerer Hörtonschwingperioden sein muß. - Diesen Zusammenhang veranschaulicht
die Figur 1. Wie die dortige Zeile a) zeigt, wiederholt sich bei der dargestellten
Sinusschwingung und
bei der angenommenen Abtastfrequenz die Folge
der bei der Abtastung entstehenden PCM-X;örter nach drei Sinusschwingungen. Man
erkennt ohne weiteres, aaß die periodische Wiederholung einer solchen Folge von
PCM-Wörtern eine unverzerrte Sinusschwingung wiedergibt. Tfenn dagegen, wie dies
in Zeile b) veranschaulicht ist, bei den gleichen Voraussetzungen, die der Darstellung
in Zeile a) zugrundeliegen, lediglich die Abtastwerte einer einzigen Sinusschwingungsperiode
periodisch wiederholt werden, dann ergibt sich der gestrichelt dargestellte Schwingungsverlauf,
der von dem Verlauf der abgetasteten Sinusschwingung abweicht.
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Aus dem Quotienten der Abtastfrequenz und der Eörtonschwi-ngt1ngsfrequenz,
hier also 8000 Hz läßt sich erslìitteln, wieviele Abtastungen f0Hz innerhalb einer
Periode der einzelnen Abtastwerte liegen und wieviele Sinusschwingungsperioden diese
Abtastschwingungsperiode umfaßt.
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Bei der gekürzten Form dieses Bruches zeigt nämlich der Zahler die
Anzahl der erforderlichen Abtastungen und der Nenner die Anzahl der Sinus schwingungen
an, die innerhalb einer Abtastschwingungspierode liegen.
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In der nachstehenden Tabelle sind für Schwingungen, die im Hörtontoleranzbereich
zwischen 400 Hz und 450 Hz liegen, einige Hörtonschwingungen sowie die zugehörigen
erforderlichen Abtastwerte und die Anzahl der Sinusperioden innerhalb einer Abtastwertschwingung
aufgeführt. In der Praxis wird man zweckmäßigerweise eine Sinusschwingung wählen,
bei der die Abtastperioden ein ganzzahliges Vielfaches einer einzigen Sinusschwingung
sind, und von solchen Schwingungen diejenige, bei der die wenigsten Abtastungen
p-o Sinusschwingungsperiode erforderlich sind. Im vorliegenden Falle wäre dies eine
Sinus schwingung von 444,4 Hz.
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Frequenz (Hz) Abtastperioden Sinusperioden 400 20 1 410,3 39 2 421,0
19 1 425 320 77 432,5 37 2 444,4 18 1 457,7 35 2
Bisher s rden nun,
nachdem ein solcher Frequenzwert rechnerisch ermittelt war, die PCN-Wörter, die
die entsprechenden Abtastwerte repräsentieren, mit Hilfe einer 13-Segmentkennlinie,
die entsprechend den in Frage kommenden Normvorschriften die Codierungscharakteristik
der zu verwendenden Codierer wiedergibt, ebenfalls theoretisch ermittelt. Da diese
Ermittlung der PCM-Wörter jeweils nur die Ergebnisse für einen bestimmten Pegelvert
der Hörtonschwingung ergibt, muß bei jeder Pegeländerung der Hörtonschwingung das
erwähnte umständliche Ermittlungsverfahren erneut angewendet werden. Eine solche
Wiederholung des Ermittlungsverfahrens kann insbesondere auch dann erforderlich
werden, wenn die im Betrieb zur Dekodierung der PCM-Wörter verwendeten Dekoder toleranzbehaftet
sind und damit den Pegel der empfangenen Hörtöne in unerannschter Weise beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es-daher, ein einfaches Verfahren zur experimentellen
Ermittlung der zur Erzeugung von Hörtönen dienenden PCM-Codewörtern anzugeben, aufgrund
dessen es außerdem möglich ist, die durch diese PCM-Wörter gebildeten Hörtöne unter
DekodierungsbedinCungens wie sie im Betrieb einer Zeitmultiplexfernsprechanlage
vorliegen, nach Frequenz und Pegel zu überprüfen, ohne daß hierzu ein digitaler
Hörtongenerator aufgebaut und unter Umständen jeweils entsprechend geändert zu werden
braucht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus einer im
Toleranzfrequenzbereich der Hörtonschwingung liegenden Sinusschwingung durch Abtastung
und Codierung gewonnenen PCI4-Wörter mit einem einen beliebigen Momentanwert der
Sinus schwingung darstellenden, vorgegebenen PCM-Wort verglichen werden, daß nach
erstmalig festgestellter Ubereinstimmung mit diesem PCM-Wort die Lieferung nachfolgender
aus der Abtastung gewonnener PCM-Wörter daraufhin überwacht wird, ob nach einer
vorgegebenen, ein ganzzahliges Vielfaches einer oder mehrerer Sinusschwingungsperioden
darstellenden Anzahl von Abtastperioden eine weitere Übereinstimmung auftritt, daß
die Frequenz der Sinusschwingung solange variiert wird, bis sich eine solche Ubereinstimmung
einstellt, woraufhin unter Beibehaltung der eingestellten Sinusschwingsfrequenz
der Hörtonpegel auf einen gewünschten Wert eingestellt wird, und daß die zwischen
zwei nachfolgend festgestellten Ubereinstimmungen auftretenden PCM-Wörter gegebenenfalls
nach Löschung des bisherigen Speicherinhalts in einen Speicher eingetragen werden.
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Die erwähnte linderung des Hörtonpegels wird gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß schon während der Variierung
der Sinusschl!ingungsfrequens die den Abtast erten entssrechenden PCl4-Wörter jeweils
erneut in den Speicher eingetragen werden, und daß der einzustellende Hörtonpegel
am Ausgang eines Dekoders gemessen wi-.d, dem die eeils vor einer Pegeländerung
im Speicher enthaltenen PCM-Wörter zyklisch wiederholt zuges erst werden. Auf diese
tjeise kann, wie oben schon angedeutet, bei der Pegelbemessung das Verhalten der
im Betrieb erforderlichen Dekoder berücksichtigt werden.
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T,ierm auf die letztgenannte Möglichkeit kein Wert gelegt wird, läßt
sich im Zuge der Pegel einstellung der einzustellende Hörtonpegel am Ausgang des
die Sinussch.^ringung liefernden Sinusgenerators lressen.
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Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Schaltungsanordnung
zur Durchführung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Die Figur 1 die schon erwähnten zeitlichen Verläufe von
Hörtonschwingungen und Abtastschwingungen.
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Die Figur 2 den Verlauf zweier gleichphasigen Sinusschwingungen unterschiedlichen
Pegels zur weiteren Erläuterung der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden
Verhältnisse.
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Die Figur 3 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in Blockbilddarstellung.
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Die Figur 4 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung eines Teils
der Anordnung gemäß Figur 3.
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Die Anordnung gemäß Figur 3 weist einen Sinusgenerator S auf, der
eine in der Frequenz und im Pegel änderbare Sinusspannung abzugeben vermag. Diese
Sinusspannung wird einem Codierer C zugeführt, wo sie abgetastet wird, und wo die
Abtastwerte in PCM-Codewörter umgewandelt werden. Bei den Codierer C handelt es
sich zweckmäßigerweise um den Codierteil einer kombinierten Codier-Decodiereinrichtung,
wie sie beim Betrieb von PCM-Zeitmultiplexlernmeldesystemen Anwendung findet. Die
von dem Codierer C erzeugten PCM-Wörter werden zusammen
mit einem
Freigabesial, das dem Abtasbtakt entspricht, einer sogenannten Fangachaltung Fa
zugeführt, in der sich die wesentlichen Vorgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens
abspielen. An den Ausgang der Fangschaltung kann zum Zwecke der erwähnten Pegeleinstellung
ein Decoder D angeschlossen sein, bei dem es sich in entsprechender eise um den
Decoderteil einer für den einsatz in PCM-Zeit'rltiplexsystemen konzipierten kombinierten
Codier-Decodiereinrichtung handelt. An den Ausgang dieses Decoders schließlich sind
noch wahlweise ein Pegelmesser P, ein Frequenzmesser Fr sowie ein Kopfhörer Ko anschließbar.
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In der Figur 4 ist die Fangschaltung F mehr ins einzelne gehend dargestellt.
Es wird dabei von der Variante der Erfindung ausgegangen, der gemäß die Pegelmessung
zur Pegeleinstellung am Ausgang des Decoders erfolgt. Eingangsseitig weist sie ein
Wortregister R auf, in das die vom Codierer C erzeugten PCYtTJörter nacheinander
eingegeben werden. Außerdem ist sie nait einem Codierschalter K versehen, mit dessen
Hilfe jeweils ein beliebiges POM-Wort statisch eingestellt wird. Das im Codierschalter
K eingestellte PCM-Wort und das im Register R jeweils enthal-tene PC?:1Wort werden
durch den Vergleicher V verglichen. Je nach dem Frequenzverhältnis von Sinusschwingung
und Abtastung ergibt sich nach mehr oder weniger Sinusschwingungsperioden eine erste
Übereinstimmung. Durch das daraufhin vom Vergleicher V abgegebene Ausgangssignal
wird ein Adressenzähler A, der die Adressen zur Ansteuerung eines Speichers Sp liefert,
in seinen Zähleranfangsstand gebracht, andererseits wird dieses Signal einer Speichersteuerung
E zugeführt, die daraufhin das Einschreiben von im Register R gespeicherten PCM-Wörtern
in den Speicher Sp veranlaßt.
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Der Adressenzähler A, der voreinstellbar ist, wird zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Zählerstand eingestellt, der die Anzahl
von Abtastperioden angibt, die innerhalb einer oder mehrerer Sinusschwingungsperioden
liegen sollen. Diese Anzahl wird für eine bestimmte Sinusschwingungsfrequenz in
der eingangs beschriebenen Art rechnerisch ermittelt.
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Das Weiterschalten des Adressenzählers erfolgt durch das erwähnte
Freigabesignal T.
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Normalerweise wird bei Erreichen des voreingestellten Zählerstandes
des Adressenzählers A eine Übereinstimmung zwischen dem im Codierschalter K eingestellten
PCM-Wort und dem im Register R gespeicherten PCM-Wort nicht vorhanden sein. Da ein
bei Erreichen dieses voreingestellten Zählerstandes auftretendes Signal zur Rückstellung
des Adressenzählers A verwendet wird, beginnt daraufhin ein Neueintrag von PCM-krörtern
in den Speicher Sp unter Löschung des bisherigen Speicherinhalts.
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Die Frequenz des vom Sinusgenerator S in Figur 1 wird nun solange
variiert, bis sich eine erste und eine zweite Übereinstimmung des im Codierschalter
K eingestellten PCM-Wortes und eines im Register R enthaltenen PCM-Wortes ergibt,
die um die- eingestellte Anzahl von Abtastperioden auseinanderliegen. In diesem
Falle führt das gleichzeitige Auftreten des vom Vergleicher V bei positivem Vergleich
abgegebenen Signals und des vom Adressenzähler bei Erreichen der voreingestellten
Zählerstellung abgegebenen Signals, die beide der Einschreibsteuerung E zugeführt
werden, zu einer Unterbrechung des Einschreibbefehls, so daß von nun an der Inhalt
des Speichers Sp unverändert bleibt.
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Die erwähnte wiederholte Feststellung einer solchen Übereinstimmung
nach einer vorgegebenen Anzahl von Abtastperioden ist ein Zeichen dafür, daß nunmehr
eine Sinusschwingungsfrequenz eingestellt ist, von deren Periode, bzw. Mehrzahl
von Perioden die Abtastperioden ein ganzzahliges Vielfaches darstellen.
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Das im Codierschalter K voreingestellte PCM-Wort, kann, wie erwähnt,
ein beliebiges sein, nur muß es einen Abtastwert repräsentieren, der nicht größer
als die Amplitude der vom Sinusgenerator gelieferten Sinusschwingung ist. In jedem
Falle wird sich dann, wie die Figur 2 für den Fall einer Sinusschwingungsperiode
zeigt, auf eine festgestellte Übereinstimmung hin nach der vorgegebenen Anzahl von
Abtastperioden wieder eine Übereinstimmung feststellen lassen, unabhängig davon,
ob das im Codierschalter K eingestellte PCM-Wort einen Abtastwert A bei einem kleineren
Phasenwinkel einer Sinus schwingung größerer Amplitude oder einen Abtastwert A'
eines grdßeren Phasenwinkels einer Sinus schwingung kleinerer Amplitude reprsenert.
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Nunmehr wird unter Beibehaltung der eingestellten Sinusschwingungsfrequenz
der Hörtonpegel auf einen gewünschten *!wert eingestellt, wobei zwischen zwei nechfolgend
festgestellten Übereinstimmungen der Inhalt des Speichers Sp durch den Eintrag der
zwischenzeitlich auftretenden PCM-Wörter erneut geändert wird.
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Die Ermittlung des richtigen Hörtonpegels kann gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise durchgeführt werden,
daß der schon zum Zeitpunkt der Einstellung der richtigen Sinusfrequenz im Speicher
Sp enthaltene Speicherinhalt aufgrund eines, beispielsweise manuell veranlassten
Auslesesignals der Speichersteuerung E ausgelesen, dem gemäß Figur 1 an die Fangschaltung
F angeschlossenen Decoder D und schließlich als wieder in einen Analogwert zurück
verwandelte Sinuaschwingung einem an diesen Decoder angeschlossenen Pegelmesser
P zugeführt wird. Unter Wiederholung dieser Vorgänge wird dann der Pegel der vom
Sinusgenerator S abgegebenen Sinusspannung solange verändert, bis der Pegelmesser
P den gewünschten Wert anzeigt. Die zu diesem Zeitpunkt im Speicher Sp enthaltenen
PCM-Wörter sind dann diejenigen, die durch einen Hörtongenerator in zyklischer Wiederholung
erzeugt werden müssen, um den betreffenden Hörton in digitaler Form senden zu können.
Da die Pegelmessung unter Einbeziehung eines Decoders erfolgt, wie er auch im Draktischen
Betrieb auf der Empfangsseite eingesetzt ist, können bei dieser Art der Ermittlungsmethode
auch den Hörtonpegel beeinflussende Toleranzen solcher Decoder berücksichtigt werden.
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Sollte dies nicht erforderlich sein, dann kann bei der Pegeleinstellung
die Pegelmessung selbstverständlich auch am Ausgang des Sinusgenerators S erfolgen,
in welchem Falle auch der Eintrag von PCM-Wörtern in den Speicher Sp erst dann zu
erfolgen braucht, wenn sowohl die richtige Frequenz als auch der richtige Pegel
der vom Sinusgenerator abgegebenen Sinusschwingung eingestellt ist.
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Wie man beispielsweise aus der Figur 2 ersieht, ergibt sich bei richtig
eingestelltem Verhältnis der Sinusschwingungsperiode zu den,Abtastperioden auch
innerhalb einer Sinusschwingungsperiode eine periodische Wiederholung einzelner
Abtastwerte. Es hat sich gezeigt, daß aufgrund von Quantisierungsfehlern, die durch
den Coder bzw. den Decoder,
wie sie bei der Schaltungsanordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Verazendung finden, entstehen,
bei den schließlich ermittelten und im Speicher Sp enthaltenen PCM-Wörtern geringfügige
Abweichungen von einer solchen Periodizität vorhanden sind. Die periodische Wiederholung
solcherart mit Fehlern behafteter PCM-Wörter zur Erzeugung der Hörschwingungstöne
könnte unter Umständen zu spürbaren Verzerrungen der Hörtöne fuhren. Entsprechend
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher nach abgeschlossener
Ermittlung der PCM-Wörter diese einzeln aus dem Speicher Sp ausgelesen und registriert,
wozu in entsprechender Weise der Adressenzähler A und die Speichersteuerung E beeinflusst
werden.
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Ergibt sich nun bei der Gesamtheit der registrierten PCM-Wörter eine
solche Abweichung, die in der Praxis sich höchstens in den beiden Bitstellen der
niedrigsten Wertigkeit bemerkbar macht, so wird diese Abweichung dadurch korrigiert,
daß die PCM-Worte mit Hilfe des Codierschalters K wieder in den Speicher Sp eingetragen
werden, wobei bei den betreffenden zu korrigierenden PCM-Wörtern die Bitstelle mit
der niedrigsten Wertigkeit oder auch noch die Bitstelle mit der nächsthöheren Wertigkeit
in entsprechender Weise geändert sind. Die-Möglichkeit dieses manuellen Eintrags
von PCM-Codeazörtern in den Speicher Sp ist durch die gestrichelte Verbindung zwischen
dem Codierschalter K und dem Register R angedeutet.
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4 Patentansprüche 4 Figuren