DE3629705C2 - Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information.

Aufgabe der Erfindung ist es eine solche Codierung vorzusehen, damit eine große Übertragungssicherheit bei einem schmalen Frequenzband zustandekommt, wobei die Laufzeitunterschiede auch klein gehalten werden sollen.

Dies wird durch die Kombination verschiedener Elemente erreicht, wie sie in dem Patentanspruch 1 offenbart sind.

Solche Einzelelemente der Kombination sind an und für sich bekannt, wie z. B. die PAM-Abtastung, PCM-Codierung, Phasen-Amplitudencodierung, wie z. B. die Amplituden von Halbwellen oder Perioden eines Wechselstromes für die Codierung vorzusehen. Auch die Kombination von Impulslängen ist bekannt. Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Funk einsetzen, da sich kleine Störungen nicht auswirken. Dabei kann auch der Sendewechselstrom zugleich als Codierwechselstrom vorgesehen werden. Insbesondere bei Vorstufenmodulation wird man die bis zur Endstufe auftretenden Störspannungen und Oberwellen in der Endstufe kompensieren, indem man über einen Abzweigkreis diese um 180° phasenverschiebt und später wieder an den Hauptstromkreis schaltet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können 2 Codierwechselströme für dieselbe Information mit solchen Frequenzen versehen werden, daß bei auftretendem selektiven Schwund nur ein Frequenzbereich betroffen wird. Die vorstehenden Merkmale sind auch allgemein anwendbar.

Dadurch, daß die Codierung nur mit einem Wechselstrom erfolgt und nur 2-3stufige Amplitudenkennzustände hergenommen werden, liegen bei der Übertragung Zustände wie bei der Pulscodemodulation vor. Diese Codierung kann bei der Einseitenbandmodulation angewendet werden. Es ergibt sich, daß diese Methode der Codierung und Übertragung sich sehr vorteilhaft auswirkt.

Nachstehend wird nun die Erfindung näher erläutert. Zuerst werden Einzelschaltungen, die bei der Codierung verwendet werden, erläutert. In der Fig. 1 ist eine Methode für die phasengerechte Umschaltung von Halbwellen eines Wechselstromes mit großen und kleinen Amplituden, also mit 2 Kennzuständen dargestellt. Im Generator G wird der Codierwechselstrom erzeugt. Zur Codierung der großen und kleinen Amplituden sind 2 Wechselsstromkreise mit den Widerständen R1 und R2 bzw. entsprechenden Verlängerungsleitungen vorgesehen. Wird der jeweilige Stromkreis mit dem elektronischen Schalter eS geschlossen, so entstehen am Ausgang entweder große Amplituden gr oder kleine Amplituden kl. Dieser elektronische Schalter wird durch den Codierer Cod bei 0/360 Grad bzw. 180 Grad der jeweiligen Periode des Wechselstromes betätigt. Am Ausgang ist dann der Codierwechselstrom CW. Für die Steuerung des elektronischen Schalters und die Synchronisierung der Steuerung ist ein weiterer Wechselstromkreis über den Begrenzer B vorhanden. Dieser erzeugt aus dem Wechselstrom Synchronisierimpulse J, die dem Codierer Cod zugeführt werden. An den Codierer Cod ist auch der Code geschaltet. Vom Codierer aus werden dann die Umschaltbefehle entsprechend dem Code an den elektronischen Schalter gegeben.

Während die Schaltung der Fig. 1 nur für einen 2stufigen Wechselstromcode ausgelegt ist, ist in der Fig. 2 eine Schaltung für einen 4stufigen Wechselstromcode dargestellt. Im Beispiel sind 4 Wechselstromparallelkreise mit den Widerständen R1-R4, von denen jeweils einer mit dem elektronischen Schalter I, II, III oder IV angeschaltet wird, vorhanden. Die Synchronisierung wird wieder im Begrenzer B erzeugt. An den Codierer Cod ist der Code angeschaltet und vom Begrenzer kommen die Synchronisierimpulse. Der Codierer steuert dann die elektronischen Schalter I, II, III und IV. Eine kontinuierliche Stufenschaltung, wie sie am Ausgang A dargestellt ist, kann man z. B. bei einer weichen Tastung vorsehen.

Bei der Phasenmodulation werden z. B. die Phasensprünge durch Veränderung der Amplituden zweier um 90 Grad gegeneinander phasenverchobener sinusförmiger Wechselströme gleicher Frequenz erzeugt. Solche Phasensprünge wurden durch eine Änderung einer Amplitude durchgeführt. Im Summenwechelstrom, der durch Addition der um 90 Grad phasenverschobenen Wechselströme gebildet wurde, entstanden bei jedem Phasensprung große Verzerrungen und Amplitudenänderungen. Um solche Verzerrungen klein zu halten, kann man die Phasensprünge stufenweise vornehmen. In der Fig. 3 ist ein Phasensprung in 4 Stufen dargestellt. Die Stufen werden mit dem Vektor V, mit den Vektoren V1, V2, V3, V4 nach jedem Nulldurchgang des Wechselstromes erzeugt. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ändert sich jeweils dabei auch die Amplitude des Summenvektors US. Will man dabei die Amplitudenänderung vermeiden, muß, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, bei jeder Änderung des Vektors V auch eine Änderung des Vektors U erfolgen, z. B. V1/U1, V2/U2, V3/U3. Eine Prinzipschaltung solcher stufenweisen Phasensprünge ist in der Fig. 5 dargestellt. Der Codierwechselstrom wird in dieser im Generator G erzeugt. Zwei Gruppen von Wechselstromkreisen sind vorgesehen, die eine Gruppe liegt unmittelbar am Oszillator und wird durch Parallelstromkreise Wi11 bis Wi11n, die jeweils über elektronische Schalter 11es bis 11nes angeschaltet werden, gebildet. Die andere Gruppe Wi1 bis Win und es1 bis esn wird durch denselben Generator G gespeist, jedoch wird dieser durch den Phasenschieber Ph um 90 Grad phasenverschoben. Die Wechselströme der jeweils angeschalteten Stromkreise werden dann an den Addierer Ad geführt und als Summenwechselstrom weiter verwendet. Um eine Umschaltung des Codierwechselstromes bei 0/360 Grad bzw. bei 180 Grad zu gewährleisten, ist eine Synchronisierung der Steuerung dergestalt vorgesehen, indem nach dem Addierer ein Summenwechselstrom zum Begrenzer B abgezweigt wird. In diesem werden in bereits beschriebener Weise Synchronisierimpulse J erzeugt und dem Codierer Cod zugeführt. Der ebenfalls zugeführte Code wird dann vom Codierer zeitgerecht in Betätigungen der elektronischen Schalter umgesetzt, so daß durch die Veränderung der Amplituden der Vektoren der beiden Wechselströme Phasensprünge entsprechend der Fig. 4 entstehen. Die Parallelstromkreise können natürlich auch als Reihenstromkreise ausgebildet werden, dann müssen die Widerstände kurzgeschlossen werden.

Für die Übertragungssicherheit ist der Code von großer Bedeutung. Es wird daher ein Code verwendet, der sowohl die Vorteile der Pulscodemodulation, als auch der Frequenzmodulation aufweist. Dabei soll nur die Bandbreite der Einseitenbandmodulation benötigt werden. In Fig. 6 ist ein Digitalcode dargestellt, bei dem die Codeelemente durch die Zahl von Perioden nur eines Wechselstromes gebildet werden. Die Kennabschnitte werden durch zwei Kennzustände markiert, und zwar durch einen großen und einen kleinen Amplitudenwert der Perioden. A ist der große Amplitudenwert und A1 der kleine. Der Übergang von einem zum anderen Kennzustand erfolgt durch Zwischenstufen AÜ1 und AÜ2. Es können auch mehr Zwischenstufen, z. B. 4 wie in der Fig. 2 am Ausgang A dargestellt ist, verwendet werden. Die Zwischenstufen können den Codeelementen mit zugerechnet werden. Der Zahl der Perioden für die Codeelemente können auch Toleranzen zugeordnet werden. Man kann auch einen analogen Code durch die Zahl der Perioden festlegen. In Fig. 7 ist ein analoger Code dargestellt. Jede Probeentnahme wird durch eine Amplitudenänderung gekennzeichnet. Zwei Amplitudengrößen sind hierfür in der Fig. 7 vorgesehen, A und A1. Ein weicher Übergang von der einen zur anderen Amplitudengröße kann natürlich auch verwendet werden. Bei den Codierungen der Fig. 6 und 7 kann man zusätzlich die Phase für die Codierung vorsehen. Die Phasenänderung wird dabei auf die Zahl der Perioden eines Codeelementes verteilt. Die Periodendauer T ändert sich dann nur geringfügig je Periode, in Fig. 8 auf T1 die nächste Periode. Das Prinzip der stufenweisen Phasenänderung wurde bereits bei der Beschreibung der Fig. 4 und 5 dargestellt. Bei der analogen Codierung nach der Fig. 7 kann man z. B. die untere Hälfte der größtmöglichen Probeentnahme durch die Zahl der Perioden und die obere Hälfte durch eine Phasenverschiebung und der Zahl von Perioden kennzeichnen. Bei der digitalen Codierung nach der Fig. 6 erhält man durch eine zusätzliche Phasenverschiebung mehr Codestufen. Als Code kann man z. B. einen Telegrafencode vorsehen, oder einen entsprechend der Fig. 9. Beim Letzteren wird jedem Zeichen eine vorbestimmte Codekombination aus zwei oder mehreren ein- zwei- oder mehrstelligen Kennabschnitten, seriell und/ oder parallel angeordnet, zugeordnet. Die Zeichenkombination wird dabei aus der Zahl der Codeelemente der Kennabschnitte in Verbindung mit ihrer zeitlichen oder/und örtlichen Lage gebildet (Patentanmeldung P 29 38 776.6-31).

Nachstehend werden einige Prinzipschaltungen der Erfindung beschrieben. In der Fig. 10 wird dem Fernsprechkanal K mit dem Abtaster Probeentnahmen, z. B. im Rhythmus von 8 kHz, entnommen. Im PAM/Cod werden die Probeentnahmen in digitale Codeelemente (Fig. 6) oder analoge Codeelemente (Fig. 7) umgewandelt. Dieser Codierwechselstrom wird einem Amplitudenmodulator M einem Träger Tr aufmoduliert. Der Träger und das obere oder untere Seitenband bzw. Seitenfrequenz werden mit dem Filter Fi ausgesiebt. Am Ausgang EB liegt dann nur mehr ein Seitenband. Auf dieser Basis können natürlich mehrere Kanäle nach dem Prinzip der TF-Technik zusammengefaßt werden. Auf der Basis der Einseitenbandmodulation kann man den Codierwechselstrom einer Frequenz nach den Fig. 6 oder 7 sehr schmalbandig nach dem Prinzip der Pulscodemodulation und auch der Amplitudentastung besonderer Art übertragen. In der Fig. 11 werden n Kanäle von einem elektronischen Abtast Abt pulsamplitudenmoduliert abgegriffen. Die Probeentnahmen PAM werden entsprechend z. B. der Fig. 6, 7 und 8 codiert einem Amplitudenmodulator M mit dem Träger Tr zugeführt. Der Träger und die obere oder untere Seitenfrequenz bzw. Seitenband werden ausgesiebt (Fi) und einseitenbandmoduliert übertragen (EB). Man kann dann auch mehrere solcher Multiplexkanäle auf dem Prinzip der TF-Technik übertragen.

In der Fig. 12 ist die Prinzipschaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung für Funk dargestellt. Sprache und Musik soll in Stereo übertragen werden. Die Signale L+R und L-R werden entsprechend den Fig. 6, 7 oder/und 8 codiert, wobei der Codierwechselstrom von L-R um 90 Grad gegenüber dem von L+R phasenverschoben ist. Beide Codierwechselströme werden in Ad addiert und dem Amplitudenmodulator M mit dem Träger Tr zugeführt. Durch das Filter Fi wird der Träger und das untere oder obere Seitenband ausgesiebt. Das Einseitenband wird über einen Verstärker V und weiteren Stufen (nicht eingezeichnet) der Endstufe E und der Antenne zugeführt.

In der Fig. 13 sind 2 Stereoprogramme entsprechend der Fig. 12 zusammengefaßt, und zwar über einen Entkoppler E und einem Amplitudenmodulator M mit Träger Tr zugeführt. ImFilter Fi wird der Träger und eines der Seitenbänder ausgesiebt. Über Verstärkerstufen V und der Endstufe E werden dann die codierten Einseitenbandsignale der Antenne zugeführt. Oberwellen und sonstige Störspannungen werden bei dieser Anordnung vor der Endstufe abgezweigt und einem Filter Fi, das die Nutzsignale sperrt, zugeführt. Eine Phasenumkehr von 180 Grad (Ph) bewirkt dann in der Endstufe eine Aufhebung der Oberwellen und Störspannungen. An Stelle eines 2. Programmes kann man ein Programm mit je einem Wechselstrom verschiedener Frequenz übertragen, so daß eine Auslöschung eines Programmes durch selektiven Schwund nicht möglich ist. Auf dieser Basis kann man natürlich auch mehrere Programme zeitmultiplex zusammenfassen.

In der Fig. 14 ist die Prinzipschaltung für die zeitmultiplexe Übertragung der Information einer Vielzahl von Kanälen mit einer Codierung z. B. entsprechend den Fig. 6 bis 8 dargestellt. Die Information soll stereo übertragen werden. Für die Kanäle K1 bis Kn L+R und K1 bis Kn L-R sind je ein eigener Abtaster Abt vorgesehen. Die Probeentnahmen werden dem PAM/Cod zugeführt. In diesem werden sie entweder digital oder analog z. B. entsprechend den Fig. 6 bis 8 codiert. Der Codierwechselstrom von L-R Cod 90° ist um 90 Grad gegenüber dem Codierwechselstrom von L+R phasenverschoben. Die beiden Wechselströme gleicher Frequenz werden addiert (Ad) und dem Amplitudenmodulator M mit Träger Tr zugeführt. Am Ausgang des Modulators ist ein Filter (nicht eingezeichnet), das dann den Träger und ein Seitenband aussiebt. Man kann nun mehrere solcher Schaltungen zusammenschalten und auf der Basis der TF-Technik übertragen, oder aber auch auf diese Weise eine Vielzahl von Programmen über Funk übertragen. Werden bei der Übertragung über Funk Frequenzen verwendet, die schwundanfällig sind, so kann man noch parallel zu den PAM/Cod noch ein weiteres Paar einsetzen, die mit einem anderen Codierwechselstrom arbeiten. In der Fig. 14 ist die Parallelschaltung gestrichelt angedeutet. Nach dem PAM/Cod werden dann die Doppelprogramme DPr wieder einem Addierer Ad und von diesem einem Entkoppler zugeführt. An diesem liegen auch die primären Programme. Für die primären und Doppelprogramme wird man solche Frequenzen wählen, bei denen nicht gleichzeitig Schwunderscheinungen auftreten.

In der Fig. 15 sind 3 Multiplexgruppen mit den Kanälen K1- Kn und ihren Abtastern Abt 1, 2 und 3 dargestellt. Vom Abtaster gehen die Probeentnahmen an die jeweilige PAM/Cod Schaltung und zum Modulator M und zur Aussiebung des jeweiligen Trägers und eines Seitenbandes über ein Filter Fi zu einem Entkoppler E. Der Entkoppler kann ein Teil eines TF-Systems sein.

Um die Übertragungsmenge an Information zu steigern, wurden, wie auch zum Teil auch bei der vorliegenden Erfindung, mehrwertige Codes eingesetzt. Die Zahl der erforderlichen Codewörter N ist von der Zahl der unterscheidbaren Zustände des Codeelementes q und von den Codeelementen pro Codewort abhängig, N=q^m. Bei der beschriebenen Erfindung kann das Codeelement folgende Zustände erhalten: die Zahl von Perioden bzw. Halbwellen, Amplitudengröße derselben, die Phasenverschiebung einer oder mehrerer Perioden, die Richtung der Phasenverschiebung, die Änderung von Zuständen ohne Phasenverschiebung. Als weiterer Zustand kommt hinzu der Phasenzustand des Codierwechselstromes, in dem eine Änderung z. B. der Amplitudenngröße oder Phase erfolgt. In Fig. 16 ist ein Codierwechselstrom mit 2 Amplitudengrößen dargestellt. Am Punkt A1 erfolgt die Amplitudenänderung bei 0/360 Grad, bei A2 und A3 bei 180 Grad der Wechselstromperiode. In der Fig. 17 ist ein Codierwechselstrom dargestellt, bei dem 2mal eine Phasenänderung erfolgt. Ohne Phasenänderung ist die halbe Periodendauer T/2, bei der Phasenänderung T 1/2. Man sieht, daß bei A1 die Phasenänderung bei 0+360 Grad und bei A2 bei 180 Grad der jeweiligen Periode ist.

Claims (10)

1. Verfahren für die Codierung und Übertragung von Information,gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a. Die Information wird pulsamplitudenmoduliert und in der Folge in einen Digital- oder Analogcode umgewandelt
• b. Das Codeelement wird durch eine Vielzahl von Halbwellen bzw. Perioden eines Wechselstromes dargestellt
• c. Die Codierung erfolgt durch eine unterschiedliche Vielzahl von Halbwellen bzw. Perioden in Verbindung mit der Amplitudengröße und durch die den Halbwellen bzw. Perioden zugeordneten Summen von Phasenstufen und/oder deren Richtung (voreilend, nacheilend oder gleichbleibend).

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Störspannungen, insbesondere bei Funk mit Vorstufenmodulation vor der Endstufe eine Abzweigung dergestalt vorgesehen wird (Fig. 13, V, Fi+Ph), daß im Abzweigstromkreis das Nutzsignal, das vorzugsweise Codier- und Sendewechselstrom ist, gesperrt wird, wobei im Abzweigstromkreis weiterhin Mittel für eine 180° Phasenverschiebung angeordnet sind (Fig. 13, Ph), daß weiterhin dieser Abzweigstromkreis der Endstufe zugeschaltet wird, sodaß damit eine Kompensation der Stör- und Oberwellensignale erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung und Übertragung von Information über Funkt zur Vermeidung von Schwundausfällen in der Weise erfolgt, indem die Information mit 2 solchen Abtastfrequenzen PAM-moduliert und analog oder digitalisiert auf die Halbwellen oder Perioden von Wechselströmen übertragen wird, daß bei der Übertragung, ggf. bei weiterer Trägerung die Frequenzbereiche der beiden gleichen Informationen so liegen, daß der bekannte insbesondere in bestimmten Frequenzbereichen auftretende selektive Schwund nur bei einem der beiden Frequenzbereiche auftritt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Codeelementen Toleranzen zugeordnet werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einem Kennzustand zum folgenden kontinuierlich erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung auf der Basis der Einseitenbandmodulation erfolgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, daß der Übergang von einem zum folgenden Kennzustand beim Nulldurchgang erfolgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig 2 Informationskanäle in der Weise übertragen werden, indem die Codierwechselströme gegeneinander um 90° phasenverschoben und für die Übertragung addiert werden, wobei beiden die gleiche Frequenz zugeordnet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kanäle zeitmultiplex abgetastet und so als eine Information codiert und übertragen werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Kombination durch die Änderung des Kennzustandes bei 0° oder 180° vorgesehen wird. (Fig. 16, 17).