DE1175271B - Codiereinrichtung fuer PCM-Nachrichten-uebertragungssysteme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/12

Nummer: 1175 271

Aktenzeichen: 116623 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 24. Juni 1959

Auslegetag: 6. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf Codiereinrichtungen für PCM-Nachrichtenübertragungssysteme, die eine besondere .Form eines binären Codes verwenden, der einen einfachen Aufbau des verwendeten Coders erlaubt.

Es zeigte sich, daß Coder, die für jede Amplitudenstufe ein eigenes Codierelement enthalten, besonders bei hohen Codiergeschwindigkeiten große Vorteile aufweisen. In derartigen Codern spricht ein Codierelement nur auf eine bestimmte Amplitudenstufe des zu codierenden Signals an und erzeugt gleichzeitig die Ziffern der entsprechenden Codekombination, die dann verzögert und nacheinander übertragen werden.

Es sind bereits Coder bekannt, die mit Magnetkernen als Kippstufen arbeiten. Derartige Coder weisen jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen auf. Auf Grund ihres Aufbaues ließen sich Coder dieser Ausführungsform bisher nur als Parallelcoder betreiben, wobei aus der Vielzahl der vorhandenen Kippstufen immer nur eine zur Erzeugung des gerade betrachteten Codeelementes herangezogen wird. Die häufig erforderliche Übertragung des Codeelemente in Serie erfordert den Einsatz eines zusätzlichen Parallel-Serienwandlers.

Ferner müssen die Magnetkerne der erwähnten Coder stets mehrere Ausgangsleitungen aufweisen, nämlich je eine Leitung für jedes Codeelement. Dies erfordert erheblichen Aufwand, der noch dadurch gesteigert wird, daß von allen im Coder enthaltenen Magnetkernen nur einer an der Erzeugung eines Codeelementes beteiligt ist; die Zahl der benötigten Magnetkerne ist also relativ hoch, ihre Ausnutzung dagegen gering.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine einfachere und weniger aufwendige Codiereinrichtung zu schaffen, bei der zugleich die Notwendigkeit einer nachfolgenden Parallel-Serienumsetzung entfällt. Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Codiereinrichtung für PCM-Nachrichtenübertragungssysteme, die N verschiedene, N Amplitudenstufen des zu codierenden Signals zugeordnete, aus je η binären Ziffern bestehende Codeimpulsgruppen erzeugt, mit einer Anzahl von durch entsprechende Vorspannungen den N Amplitudenstufen zugeordneten Kippstufen, denen das Signal derart zugeführt wird, daß die Vorspannungen um den gleichen Betrag vermindert werden, und denen ferner gleichzeitig ein Kippimpuls zugeführt wird, der die Kippstufe zur Abgabe von Impulskriterien veranlaßt, aus denen die zugehörige Codekombination gebildet wird.

Codiereinrichtung für PCM-Nachrichtenübertragungssysteme

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Kenneth William Cattermole,
Donald Robert Barber, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. Juni 1958 (20 314)

Die dieser Codiereinrichtung zugrunde liegende Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den Kippimpuls diejenigen η Kippstufen, die den Amplitudenstufen m bis einschließlich (m-rn — 1) entsprechen — wobei m die Amplitudenstufennummer der Momentanamplitude ist —, nacheinander gekippt werden und daß das Ziffern-Markierkriterium (markiert oder unmarkiert) von diesen Kippstufen für die Amplitudenstufe m entsprechende Codekombination abgenommen wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das ringförmige Diagramm eines fünfziffrigen binären Codes, wie er in einer Codiereinrichtung nach der Erfindung verwendet wird,

F i g. 2 das vollständige Diagramm eines fünfziffrigen Codes nach Fig. 1,

F i g. 3 das ringförmige Diagramm eines siebenziffrigen UD-Coder, wie er sich in einer Codiereinrichtung nach der Erfindung verwenden läßt,

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Umstellung eines binären Seriencodes, um ihn für eine Codiereinrichtung nach der Erfindung verwendbar zu machen,

F i g. 5 das Schaltbild einer Codiereinrichtung nach der Erfindung für einen sechsziffrigen Code,

F i g. 6 eine Hysteresekurve zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltanordnung nach F i g. 5,
F i g. 7 einige Impulsformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,

409 639/327

F i g. 8 eine Modifikation des unteren Teiles der Schaltungsanordnung nach F i g. 5,

F i g. 9 eine Modifikation des oberen Teiles der Schaltungsanordnung nach F i g. 5.

Der der Erfindung zugrunde liegende Code zeigt einige Eigenschaften eines sogenannten Seriencodes. Es zeigte sich, daß bei einem binären Code mit η Ziffern die 2" möglichen Codekombinationen den 2" zu übertragenden Amplitudenstufen derart zugeordnet werden können, daß die Codekombinationen für zwei aufeinanderfolgende Amplitudenstufen den gleichen Abschnitt von n — l aufeinanderfolgenden Ziffern enthalten. Dieser Abschnitt umfaßt in der einen Codekombination die ersten n — l Ziffern und in der anderen Codekombination die letzten /7 — 1 Ziffern. Der gesamte Code läßt sich als ein vollständiger Ring von 2" Ziffern darstellen, deren eine Hälfte markierte Ziffern, d. h. Ziffernimpulse, und deren andere Hälfte unmarkierte Ziffern sind und die so angeordnet sind, daß jede Gruppe von η aufeinanderfolgenden Ziffern eine der möglichen 2" Codekombinationen darstellt. Die Verwendung dieses Codes erlaubt einen einfacheren Aufbau gewisser Codiereinrichtungen und gestattet es, die Ziffernkombinationen direkt nacheinander an einer Ausgangsleitung zu erzeugen, statt, wie bei Verwendung der bisher üblichen Binärcodes, gleichzeitig an mehreren Ausgangsleitungen.

Es ist bereits eine von den fehleranzeigenden Codes der Telegraphentechnik abgeleitete Gruppe von sogenannten »zyklischen fehleranzeigenden Codes« bekanntgeworden, bei denen jede Codekombination die gleiche Anzahl von markierten Ziffern, d. h. Ziffernimpulsen enthält, so z. B. eine Codekombination mit 2mZiffern, m Ziffernimpulsen, d. h. markierte Ziffern. Ein derartiger Code mit einer ungeraden Ziffernzahl 2m— 1 läßt sich nun so anordnen, daß er die Eigenschaften eines zyklischen Permutationscodes (CP-Codes) hat (besonders die Eigenschaft, daß eine Änderung des zu codierenden Signals um eine Amplitudenstufe nur eine Änderung in einer Ziffemstelle hervorruft), weiterhin die Eigenschaft, daß die Zahl der Ziffernimpulse in jeder Codekombination entweder m oder m—\ beträgt.

Es zeigte sich nun, daß sich ein derartiger Code mit 2 m—1 Ziffern so aufbauen läßt, daß er entweder m oder m — l markierte Ziffern, d. h. Ziffernimpulse, in jeder Codeimpulsgruppe aufweist und außerdem die oben erläuterten Eigenschaften eines binären Seriencodes hat. Solch ein Code hat aber nun nicht die Eigenschaften eines CP-Codes. Es läßt sich aber allen Codekombinationen eine 2 m-te Ziffer so zuführen, daß sie stets m Ziffernimpulse enthalten. Den Codekombinationen mit m Ziffernimpulsen wird dann eine unmarkierte Ziffer und denen mit m—l Ziffernimpulsen eine markierte Ziffer, d. h. ein weiterer Ziffernimpuls hinzugefügt. Die hinzugefügten Ziffern haben jedoch auf die codierte Amplitudenstufe keinen Einfluß. Ein derartiger Code sei als »fehleranzeigender Seriencode« bezeichnet. Er ist ausgeglichen oder hat eine Ungleichheit von einer Stufe, je nachdem, ob die Zahl der Ziffern einer Codeimpulsgruppe gerade oder ungerade ist.

Obwohl nun der binäre Seriencode nach der Erfindung nicht die Eigenschaften eines CP-Codes hat, weist er doch, wenn er in der beschriebenen Weise angewendet wird, die gleichen Vorteile auf, besonders jedoch den Vorteil, daß Codierfehler, die auf Ungenauigkeiten in den Grenzen zwischen zwei Amplitudenstufen beruhen, keinen größeren Fehler als eine Amplitudenstufe hervorrufen können. Wie weiter unten erläutert werden wird, lassen sich Seriencodes auch mit einer Ungenauigkeit von mehr als einer Stufe aufbauen.

Die Ziffern des Codes wurden bisher als »markierte« oder »unmarkierte« Ziffern bezeichnet. In PCM-Systemen werden nun die einzelnen Ziffern

ίο durch Impulse dargestellt. In dem hier beschriebenen Fall heißt das also, daß eine markierte Ziffer durch einen Impuls bestimmter Polarität und eine unmarkierte Ziffer durch keinen Impuls oder einen Impuls entgegengesetzter Polarität dargestellt werden.

Fig. 1 zeigt das Diagramm eines fünfziffrigen binären Seriencodes. Ein Kreisring ist in zweiunddreißig Segmente eingeteilt, deren eine, schraffierte Hälfte markierte Ziffern darstellt. Die unschraffierten Segmente sollen unmarkierte Ziffern darstellen. Die im Uhrzeigersinn von 1 bis 32 numerierten Segmente entsprechen in dieser Reihenfolge den zweiunddreißig Amplitudenstufen des zu codierenden Signals. Die Codekombination für jede beliebige Amplitudenstufe m ergibt sich durch die fünf im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgenden Segmente m bis m + A (oder m +4 —32, wenn m+A größer ist als 32). So lautet z. B. die der Amplitudenstufe 8 entsprechende Codekombination -\ 1- -j- —. Hierbei bedeutet » + « eine

markierte Ziffer und » —« eine unmarkierte Ziffer.

Die Anordnung der Segmente in F i g. 1 ist so getroffen, daß sich jede Kombination von fünf aufeinanderfolgenden Segmenten von allen anderen unterscheidet.

F i g. 2 zeigt die so abgeleiteten Codekombinationen für zweiunddreißig Amplitudenstufen in der üblichen Anordnung. Jeder senkrechte Streifen entspricht einer bestimmten Ziffer, während die zweiunddreißig Amplitudenstufen auf der Skala an der linken Seite des Diagramms aufgetragen sind. Die Codekombination für eine bestimmte Amplitudenstufe läßt sich durch Ziehen einer waagerechten Linie in Höhe dieser Ampliludenstufe bestimmen.

So ist z.B., wie in Fig. 2 dargestellt, die Codekombination für die Amplitudenstufe 8 gleich

Da die Codeanordnung nach Fig. 1 zyklisch ist, kann jedes Segment als Nr. 1 bezeichnet werden. Es lassen sich dann aus dem Diagramm nach F i g. 1 zweiunddreißig verschiedene Codeanordnungen nach F i g. 2 ableiten. Wie jedoch später näher erläutert werden wird, ist es mitunter von Vorteil, die Codeanordnung zu wählen, bei der die Codekombination für die höchste Amplitudenziffer fünf unmarkierte Ziffern enthält.

F i g. 3 zeigt das ringförmige Diagramm eines fehleranzeigenden Seriencodes. Bekanntlich enthält jede Codekombination eines fehleranzeigenden Codes für N Amplitudenstufen 2 m oder 2 m — 1 Ziffern. Zwischen N und m besteht dabei die Beziehung

N = 2« 2m\lm\ ml.

Der äußere Kreisring in F i g. 3 zeigt einen siebenziffrigen Code mit einer Ungleichheit von einer Stufe, d. h. m = 4 und M — 70, Der Kreisring enthält siebzig Segmente, von denen eine Hälfte schraffiert ist und die so angeordnet sind, daß jede Codekombination durch eine Gruppe von sieben im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgenden Segmenten dargestellt

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wird. Die Segmente sind, ähnlich wie in Fig. 1, ent- wärts geneigter Strich an, daß die Wicklung »vorsprechend den zugehörigen Amplitudenstufen be- wärts«, und ein rechts aufwärts geneigter Strich, daß ziffert. Die Codekombination für die Amplitudenstufe die Wicklung »rückwärts« gewickelt ist. Ein dünner

15 = —ι 1- -,— enthält drei markierte Ziffern, senkrechter Strich, der die geneigten Striche in ihrem

während die Codekombination für die Amplituden- 5 Schnittpunkt mit den Kernen schneidet, zeigt eine

stufe 30 = -I r -f jedoch vier markierte Leitung an, durch die alle von ihr berührten Wick-

Ziffern enthält. lungen in Serie geschaltet sind. Kreuzt die Leitung Es zeigt sich so, daß eine Hälfte der Codekombi- einen Kern an einem Punkt, an dem kein geneigter nationen drei markierte Ziffern und die andere Hälfte Strich vorhanden ist, so heißt dies, daß der Kern vier markierte Ziffern enthält. Ist es wünschenswert, io keine mit dieser Leitung in Serie geschaltete Wickden Code auszugleichen, so kann, wie bereits erläu- lung trägt. Im folgenden seien die geneigten Striche tert wurde, jeder Codekombination eine achte Ziffer als »Wicklungen« bezeichnet, die eine beliebige zugesetzt werden, die markiert ist, wenn die Code- Windungszahl haben können. Die in F i g. 5 dargekombination nur drei markierte Ziffern enthält und stellte Codiereinrichtung ist für zweiunddreißig posifür alle anderen Codekombinationen unmarkiert ist. 15 ^tive und zweiunddreißig negative Amplitudenstufen Im letzten Falle wird, wenn die Abwesenheit eines entworfen. Die Signalamplitude wird unabhängig Impulses eine unmarkierte Ziffer darstellt, natürlich vom Vorzeichen nach dem in Fig. 2 dargestellten nichts hinzugefügt. Die zusätzlichen Ziffern zum Aus- fünf ziffrigen Code codiert, während eine sechste zugleich des Codes sind in F i g. 3 durch die schmalen sätzliche Ziffer das Vorzeichen angibt. Die Codier-Segmente im Innern des Kreisringes dargestellt. Sie 20 einrichtung enthält zweiunddreißig Magnetkerne mit stehen gegenüber den Nummern der Amplituden- einer Hysteresekurve ähnlich der in F i g. 6 dargestufen, zu deren zugehörigen Codekombinationen stellten. Diese mit 1 bis 32 bezeichneten zweiundmarkierte Ziffern hinzuzusetzen sind. Allen anderen dreißig Kerne entsprechen den zweiunddreißig posi-Codekombinationen werden (nicht dargestellte) un- tiven oder negativen Amplitudenstufen. Es sind markierte Ziffern zugesetzt. 25 weiter vier zusätzliche Kerne 33 bis 36 vorgesehen,

Das in F i g. 4 dargestellte Diagramm erläutert um alle Ziffernimpulse für die Amplitudenstufen 29

eine Methode, mit deren Hilfe ein Seriencode mit bis 32 zu erzeugen. Die das Vorzeichen kennzeich-

einer beliebig hohen Ungleichheit abgeleitet werden "ende Ziffer wird durch den Kern 37 erzeugt. Um

kann. Das Diagramm bezieht sich auf einen sechs- das Schaltbild zu vereinfachen, sind jedoch nicht alle

ziffrigen Code, es läßt sich jedoch leicht für Codes 30 der mit den entsprechenden Wicklungen in Serie ge-

mit beliebig hoher Ziffernzahl erweitern. F i g. 4 schalteten Kerne dargestellt.

zeigt, in Blöcken in sieben horizontalen Reihen an- Die Codiereinrichtung wird durch die Vorspanngeordnet, alle möglichen vierundsechzig verschie- Stromquelle 38, deren negativer Pol geerdet ist, die denen Codekombinationen. Jede Spalte eines Blocks symmetrische Signalspannungsquelle 39 und den ergibt von oben nach unten gelesen eine Codekombi- 35 Steuergenerator 40 gesteuert. Dieser Steuergenerator nation; darin bedeutet » + « eine markierte Ziffer und hat drei Ausgangsleitungen 41, 42 und 43 und eine » —« eine unmarkierte Ziffer. Jede Blockreihe in Eingangsleitung 44, über die ihm ein Synchronisier-F i g 4 enthält alle Codekombinationen mit einer be- signal zugeführt wird.

stimmten Zahl von markierten Ziffern. Die Reihen Jeder der Kerne 1 bis 36 hat eine Haupt-Vorsind entsprechend beziffert; so enthalten z. B. alle 40 spannwicklung 45. Alle diese Wicklungen sind über Codekombinationen in der Reihe 4 vier markierte die Leitung 46 in Serie geschaltet und mit dem posi-Ziffern. Die einzelnen Blöcke der Codekombinationen tiven Pol der Stromquelle 38 und einem regelbaren sind in allen Reihen von links nach rechts gelesen Widerstand 47 verbunden. Jeder der Kerne trägt mit A, B, C und D bezeichnet. Jeder Block enthält außerdem eine Hilfs-Vorspannwicklung 48. Diese sechs Spalten mit Codekombinationen, ausgenommen 45 Hilfswicklungen sind über die Leitung 49 in Serie gedie Blöcke OA und 6A, die nur eine Spalte, IC und schaltet und mit dem positiven Pol der Stromquelle 4C, die nur drei Spalten, und 3D, der nur zwei 38 und einem zweiten regelbaren Widerstand 50 ver-Spalten enthält. bunden. Alle Haupt-Vorspannwicklungen sind »rück-·

In jedem Block sind die Codekombinationen wärts«, alle Hilfswicklungen dagegen »vorwärts« gezyklisch angeordnet, d. h. man erhält die Codekombi- 50 wickelt. Die Hilfswicklungen haben alle die gleiche nation in jeder Spalte dadurch, daß man die oberste Windungszahl a, während die Windungszahlen der Ziffer der vorhergehenden Spalte an die unterste Hauptwicklungen auf den einzelnen Kernen vonein-Stelle setzt. Jeder Block ist auch in sich zyklisch, da ander verschieden sind. So ist z. B. die Windungszahl sich die Codekombination in der ersten Spalte links der Haupt-Vorspannwicklung auf dem Kern m = mb, auf die eben beschriebene Art aus der letzten Spalte 55 dabei ist b eine konstante ganze Zahl, rechts eines jeden Blockes ableiten läßt. Jeder der Kerne 1 bis 36 trägt eine Signalwicklung

Die Schaltung in Fig. 5 zeigt die Verwendung 51. Alle diese »vorwärts« gewickelten Signalwickeines fünfziffrigen Codes nach den F i g. 1 und 2. Die lungen sind über die Leitung 52 in Serie geschaltet dargestellte Codiereinrichtung enthält Magnetkerne und einseitig mit Erde verbunden. Die Signalwickaus Ferrit oder einem ähnlichen Material mit im 60 lungen haben alle die gleiche Windungszahl c. wesentlichen rechteckiger Hysteresekurve, die ver- Jeder der Kerne 1 bis 36 trägt weiterhin eine »vorschiedene Steuerwicklungen tragen. wärts« gewickelte Abfragewicklung 53. Alle Abfrage-

Um das Schaltbild zu vereinfachen, sind die Kerne wicklungen, die die gleiche Windungszahl d haben,

und Wicklungen nur schematisch dargestellt, und sind über die Leitung 54 in Serie geschaltet und ein-

zwar jeder Kern durch einen starken horizontalen 65 seitig mit Erde verbunden.

Strich und jede Wicklung auf dem Kern durch einen Schließlich trägt jeder der Kerne 1 bis 36 eine

kurzen geneigten Strich, dessen Neigung den Wickel- Ausgangswicklung 55. Alle Ausgangswicklungen, die

sinn der Wicklungen angibt. So zeigt ein links auf- die gleiche Windungszahl e haben, sind über die Lei-

daß in dem Kern 1 ein magnetisches Feld mit der Stärke Hq hervorgerufen wird. Dieses Feld Hq ist negativ gerichtet und groß, verglichen mit der Koerzitiv-Feldstärke Hc. Hq entspricht dann der Differenz 5 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenstufen. Der Strom durch die Hilfs-Vorspannwicklungen 48 wird dann mit Hilfe des Widerstandes 50 so eingestellt, daß in jedem Magnetkern ein positives Feld von der Stärke ("-2Hq-Hc) hervorgerufen wird.

leitung 62 mit h Windungen. Die Leitungen 46, 49, 52, 54 und 56 sind gestrichelt, um anzudeuten, daß ein Teil der Kerne und Wicklungen nicht dargestellt ist.

Die Windungszahlen a, b usw. der verschiedenen Wicklungen auf den einzelnen Kernen können irgendeinen praktischen Wert, z. B. oft den Wert 1 annehmen. Die Signalspannungsquelle 39 ist mit

tung 56 in Serie geschaltet und einseitig mit Erde
verbunden. Jede Ausgangswicklung auf den Kernen 1
bis 32 ist »vorwärts« oder »rückwärts« gewickelt, je
nachdem ob das entsprechend bezifferte Segment in
dem Kreisring nach F i g. 1 eine markierte oder eine
unmarkierte Ziffer darstellt. So ist z. B. die Wicklung
auf dem Kern 3 »rückwärts« und die Wicklung auf
dem Kern 11 »vorwärts« gewickelt. Entsprechend
den Segmenten 1 bis 4 in F i g. 1 sind die Ausgangswicklungen auf den Kernen 33 bis 36 sämtlich »rück- io Die Stärke des gesamten Vorspannfeldes in dem wärts« gewickelt. Kern m (ohne Berücksichtigung des Kernes 37) ist

Der Vorzeichenkern 37 trägt eine »rückwärts« ge- dann gleich — (m—V₂) Hq VHc. Der magnetische wickelte und mit der Leitung 46 in Serie geschaltete Zustand der vorgespannten Kerne 1 bis 36 ist somit Haupt-Vorspannwicklung 57 mit /Windungen, eine in Fig. 6 durch Punkte mit dem Abstand Hq von- »rückwärts« gewickelte mit der Leitung 59 in Serie 15 einander auf dem unteren Ast der Hysteresekurve geschaltete und einseitig geerdete Signalwicklung 58 gekennzeichnet. Die Punkte für die Kerne 1 bis 3 mit g Windungen, eine »vorwärts« gewickelte, mit sind mit 73 bis 75 bezeichnet; die Punkte für die der Leitung 61 in Serie geschaltete, einseitig geerdete restlichen Kerne liegen weiter links auf dem unteren Abrufwicklung 60 mit d Windungen und schließlich Ast der Hysteresekurve, jeweils mit dem Abstand Hq eine »vorwärts« gewickelte, mit der Leitung 63 in ao voneinander. Der Punkt 73 für den Kern 1 liegt im Serie geschaltete und einseitig geerdete Ausgangs- Abstand V* Hq-Hc von der B-Achse.

Die über die Leitung 52 zugeführte Signalspannung ruft in jedem Kern ein positives Feld von der Stärke Hs hervor, das die entsprechenden Vorspannungs-25 punkte (73, 74, 75 usw.) um den Betrag Hs nach rechts verschiebt. Der magnetische Zustand einiger Kerne ist dann durch (nicht dargestellte) Punkte auf dem oberen Ast der Hysteresekurve gekennzeichnet. Der Steuergenerator 40 (F i g. 5) wird über die

einem aus den Gleichrichtern 65 und 66 gebildeten 30 Leitung 44 durch Markierimpulse synchronisiert, die Zweiweg-Gleichrichter verbunden, an dessen Aus- z· B. aus dem (nicht dargestellten) Impulsverteigang die Leitung 52 angeschlossen ist. Die Mittel- ler einer Mehrkanal-Nachrichtenübertragungsanlage anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators stammen, zu der auch die Signalspannungsquelle 39 64 ist mit Erde verbunden. Die Gleichrichter 65 und gehört. Jeder Markierimpuls bestimmt die Kanal-66 sind so gepolt, daß die gleichgerichtete Signal- 35 Periode, während der die Codeimpulse des zugespannung an der Leitung 52 stets positiv ist. Ein hörigen Kanals zu übertragen sind. Der durch die Ende der Primärwicklung des Transformators 64 ist Markierimpulse synchronisierte Generator 40 erzeugt über einen Gleichrichter 67 mit der Leitung 59 ver- die in Fi g. 7 dargestellten Steuersignale A, B und C. bunden. Der Gleichrichter 67 ist so gepolt, daß nur Das der Leitung 41 zugeführte Steuersignal A bedann ein Strom durch die Wicklung 58 fließt, wenn 40 steht aus einem einzigen sägezahnförmigen Stromdas genannte Ende der Primärwicklung positiv ist. impuls, dessen Maximalamplitude ausreichend ist,

Die Ausgänge 41 und 42 des Steuergenerators 40 um in jedem der Kerne 1 bis 36 ein magnetisches sind mit den Leitungen 54 und 61 verbunden. Feld mit einer Stärke größer als 5 Hq hervorzurufen.

Das obere Ende der Leitung 56 ist mit einem Dieser Sägezahn wird von einem negativen Strom-Schieberegister 68 verbunden, das die durch die Aus- 45 impuls 77 gefolgt, der vorzugsweise die Form einer gangswicklungen 55 erzeugten fünf Ziffernimpulse Sinus-Halbwelle hat und dessen Amplitude ausreicht, jeder Codekombination speichert und sie dann nach- ^um in jedem Kern ein magnetisches Feld mit einer einander, durch einen über die Leitung 43 vom Stärke größer als 5 Hq + 2 Hc hervorzurufen. Dieser Steuergenerator 40 zugeführten Impuls gesteuert, an negative Impuls stellt die Kerne nach dem Abfragen die Ausgangsleitung 69 abgibt. Die Leitung 63 ist 50 wieder in den normalen Zustand, über einen Gleichrichter 70 mit der Ausgangsleitung Das Steuersignal B besteht aus einem einzigen

69 verbunden. Der Gleichrichter ist so gepolt, daß positiven Stromimpuls 78, der zeitlich kurz hinter jeder von der Leitung 63 kommende negative Im- dem negativen Stromimpuls 77 des Steuersignals A puls gesperrt wird. Hegt. Es wird vom Generator 40 der Leitung 42 zu-

Die Arbeitsweise der Schaltung wird jetzt an Hand 55 geführt und dient zum Abfragen des Vorzeichender F i g. 6, in der die Hysteresekurve der verwen- kernes 37.

deten Magnekerne dargestellt ist, näher erläutert. Das Steuersignal C besteht aus fünf gleichen posi-

Fließt in keiner Wicklung eines Kernes ein Strom, so tiven Abfrageimpulsen, die zeitlich auf den Impuls befindet sich der Kern, abhängig von seinem vor- 78 folgen und der Leitung 43 zugeführt werden. Der herigen Zustand, in einem magnetischen Zustand, 60 Impuls 78 des Steuersignals B und die fünf Impulse wie er auf der Hysteresekurve F i g. 6 durch die 79 des Steuersignals C bilden somit eine Gruppe von Punkte 71 oder 72 bezeichnet wird. sechs im gleichen Abstand aufeinanderfolgenden Im-

Wird in dem Kern ein negatives magnetisches Feld pulsen.

hervorgerufen, so ist der magnetische Zustand des Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Codierein-

Kernes durch einen Punkt auf dem unteren Ast der 65 richtung sei vorerst angenommen, daß die Amplitude Hysteresekurve gekennzeichnet. des zu codierenden Signals gleich Null ist. Die ein-

Der Strom durch die Haupt-Vorspannwicklungen zelnen Kerne befinden sich dann in magnetischen wird mit Hilfe des Widerstandes 47 so eingestellt, Zuständen, wie sie durch die Punkte 73, 74, 75 usw.

in F i g. 6 gekennzeichnet sind. Durch den Impuls 76 des Steuersignals A (Fig. 7) werden alle diese Punkte gleichzeitig um einen Betrag, der etwas größer als 5 Hq ist, nach rechts verschoben. Sobald jeder Punkt die rechte untere Ecke der Hysteresekurve erreicht, springt er auf den oberen Ast der Hysteresekurve, wodurch ein Ziffernimpuls erzeugt wird. Es werden jedoch nur die Kerne 1 bis 5 umgeschaltet, da der Vorspannpunkt des Kernes 6 durch den Tmpuls 76 des Steuersignals A nur bis auf den Punkt 73 verschoben wird. Da die Ausgangswicklungen aus den Kernen 1 bis 5 entsprechend den ersten fünf Segmenten des Kreisringes in F i g. 1 angeordnet sind, wird dem Schieberegister 68 über die

Leitung 56 die Codekombination f- züge-

führt. Die umgeschalteten Kerne werden jetzt durch den Impuls 77 des Steuersignals A zurückgeschaltet .und erzeugen so eine zweite, zu der ersten inverse Codekombination + + + -I- —, die wiederum dem Schieberegister 68 zugeführt wird. Dieses Schieberegister ist jedoch so aufgebaut, daß es sich nach Speicherung einer Folge von fünf Impulsen über die Leitung 80 selbst sperrt. Die zweite Impulsfolge bleibt also unberücksichtigt.

Ist das durch die Signalamplitude hervorgerufene Feld kleiner als V2 Hq, so wird dem Schieberegister 68 dieselbe Codekombination zugeführt, lediglich mit der Ausnahme, daß die einzelnen Ziffernimpulse etwas später erzeugt werden. Ist das durch die Signalamplitude hervorgerufene Feld größer als ¹Za Hq, so befindet sich der Kern 1 bereits in einem magnetischen Zustand auf dem oberen Ast der Hysteresekurve (Fig. 6) und wird also durch den Impuls 76 nicht mehr umgeschaltet. In diesem Falle werden also die Kerne 2, 3, 4, 5 und 6 umgeschaltet und entsprechend F i g. 1 für alle Signalamplituden zwischen ¹ZiHq und 1¹^ Hq die Codekombination f— ausgesendet. Überschreitet das durch die Signalamplitude hervorgerufene Feld eine Stärke von 1 ¹Zi Hq, so wird der Kern 3 zuerst umgeschaltet. Allgemein läßt sich sagen, daß, wenn die Stärke des durch die Signalamplitude hervorgerufenen Feldes zwischen On-¹Zi)Hq und (Tn-X¹Ii)Hq liegt, der wi-te Kern zuerst umgeschaltet wird. So wird z. B., wie aus F i g. 1 hervorgeht, wenn m — 20 ist, für alle Signalamplituden, die ein Feld hervorrufen, dessen Stärke zwischen 18¹^/7g und 19¹ZiHq liegt, die Codekombination , l·+ ausgesendet.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, lautet die der Amplitudenstufe 32 zugeordnete Codekombination . So werden für die maximale Signalamplitude (m=32), die ein Feld von der Stärke 31V» Hq hervorruft, der Kern 32 und die vier zusätzlichen Kerne 33 bis 36 umgeschaltet. Die letzten eine bis vier unmarkierten Ziffern der den Amplitudenstufen 28 bis 31 zugeordneten Codekombinationen werden durch die Kerne 32 bis 35 erzeugt.

Es hat sich als praktisch erwiesen, die Signalamplitude durch geeignete Mittel so zu begrenzen, so daß das durch sie hervorgerufene Feld eine Stärke von 31 Va Hq nicht überschreitet.

Durch die bisher beschriebene Einrichtung wird die fünfziffrige Codekombination unabhängig vom Vorzeichen der Signalamplitude erzeugt. Durch den Kern 37 wird eine sechste Vorzeichen-Ziffer auf folgende Weise erzeugt: Durch die Vorspannwicklung 57 wird der Kern 37 so vorgespannt, daß sein Zustandspunkt links der 5-Achse liegt (Fig. 6). So hat

z. B. die Wicklung 57 die gleiche Windungszahl wie die Wicklung 45 auf dem Kern 1, nämlich b Windungen. Der Kern 37 wird dann auf einen Punkt 81 vorgespannt, der zwischen den Punkten 73 und 74 im Abstand Hq von der ß-Achse liegt. Die Amplitude des durch den Steuergenerator 40 der Wicklung 60 zugeführten Abfrageimpulses (Diagramm B in Fig. 7) soll dann so groß sein, daß die Stärke des in dem Kern 37 hervorgerufenen Feldes den Betrag von Hq + Hc überschreitet, so daß der Kern 37 durch den Impuls 78 umgeschaltet wird, wenn durch die Signalwicklung 58 kein Feld hervorgerufen wird. Die Windungszahl der Wicklung 58 soll groß genug sein, um sicherzustellen, daß,- wenn auch nur eine kleine Signalamplitude vorhanden ist, der Kern 37 so weit nach links vorgespannt wird, daß er durch den Abfrageimpuls 78 nicht umgeschaltet werden kann. Ist die Signalamplittide negativ, so sperrt der Gleichrichter 67, und der Kern 37 wird durch die Wicklung 58 nicht vorgespannt. Somit wird ein Vorzeichen-Ziffernimpuls (Diagramm E in F i g. 7) nur dann in der Wicklung 62 erzeugt und über die Leitung 63 dem Ausgang 69 zugeführt, wenn die Signalamplitude negativ ist.

Durch die Rückflanke des Abfrageimpulses 78 wird der Kern 37 zurückgestellt und gleichzeitig ein unerwünschter negativer Impuls erzeugt. Dieser Impuls wird jedoch durch den Gleichrichter 70 eliminiert, der nur positive Impulse an die Ausgangsleitung 69 gelangen läßt.

Die Abfrageimpulse 79 (Diagramm C in Fig. 7), die vom Generator 40 dem Schieberegister 68 zugeführt werden, bewirken hier, daß die gespeicherten Ziffernimpulse in Form von positiven Impulsen für markierte Ziffern und als Pausen (d. h. kein Impuls) an die Ausgangsleitung 69 abgegeben werden. So ist z. B. die sechsziffnge Codekombination für die negative Amplitudenstufe27 im Diagramm!) der Fig.7 dargestellt. Für die positive Amplitudenstufe 27 fehlt der an erster Stelle stehende Vorzeichenimpuls 82.

Da die beiden Seitenflanken der Hysteresekurve nicht ganz parallel zur 5-Achse verlaufen, ist es, wenn die Signalamplitude gerade einem der Werte (m — ¹Ii) Hq entspricht, nicht ganz sicher, welcher Kern zuerst umschaltet. Diese Unsicherheit kann durch Vergrößern von Hq reduziert werden, auf jenden Fall kann jedoch der dadurch hervorgerufene Codierfehler eine Amplitudenstufe nicht überschreiten. Die hier beschriebene Einrichtung hat daher die gleichen Vorteile wie eine der bekannten, mit einem CP-Code arbeitenden Codiereinrichtungen. Es ist möglich, daß sechs Kerne umgeschaltet werden, wenn die Signalamplitude etwa einem der Werte (m — ¹Ii) Hq entspricht. Dieser unter Umständen auftretende sechste Impuls stört jedoch nicht, da er durch das Schieberegister, das nur für fünf Impulse ausgelegt ist, nicht gespeichert wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Codiereinrichtung erfordert allgemein gesprochen N+ « —1 Kerne und einen Vorzeichenkern für einen n-ziffrigen Code zur Darstellung von N Amplitudenstufen. Die Ausgangswicklungen 55 sind entsprechend den Segmenten des Ringdiagramms des verwendeten Codes »vorwärts« oder »rückwärts« gewickelt. So sind z. B. für einen siebenziffrigen Code mit einer Ungleichheit von einer Stufe N = 70 und η = 7 die Ausgangswicklungen auf den einzelnen Kernen entsprechend den Segmenten des Ringdiagramms in F i g. 3 gewickelt.

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Wenn die Ausgangsspannung der Signalspannungsquelle 39 (Fig. 5) nur ein Vorzeichen hat, z. B. positives, so kann die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 entsprechend Fig. 8 dadurch vereinfacht werden, daß der Kern 37 mit seinen Wicklungen und die Schaltelemente 42, 59, 61, 63 bis 67 und 70 fortgelassen und die Leitung 52 direkt mit dem entsprechenden (positiven) Ausgang der Spannungsquelle 39 verbunden werden.

In diesem Falle können durch die Einrichtung zweiunddreißig Amplitudenstufen codiert werden. Sollen vierundsechzig Amplitudenstufen codiert werden, so ist ein sechsziffriger Code nötig, und neunundsechzig Kerne werden entsprechend F i g. 5 angeordnet.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 muß ein Schieberegister 68 verwendet werden, da die Codekombinationen durch die Kerne 1 bis 36 abhängig Stufe mit N =70 und n=7 die Ausgangswicklungen von der Signalamplitude zu verschiedenen Zeiten erzeugt werden. Die Codeimpulse werden daher nacheinandergespeichert und dann zu einem bestimmten Zeitpunkt an die Ausgangsleitung weitergegeben. Durch Verwendung des im Diagramm £ in F i g. 7 dargestellten Abfrageimpulses ist es jedoch möglich, auf das Schieberegister zu verzichten. Der neue Abfrageimpuls 83 ist ein treppenförmiger Impuls mit fünf positiven Stufen, dessen Vorderflanken so steil wie möglich sind. Die Höhe jeder Stufe entspricht einer FeldstärkeHq. Der Treppenimpuls 83 wird von einem negativen Rückstellimpuls 77 gefolgt, der dem im Diagramm A entspricht. Die fünf Kerne werden wie bisher nacheinander umgeschaltet, jedoch ist jetzt der Umschaltzeitpunkt von der Signalamplitude unabhängig und wird durch die Vorderflanken des Treppenimpulses bestimmt. Es ist jetzt möglich, wie in Fig. 9 dargestellt, die Codeimpulse der Ausgangsleitung 69 direkt oder, wenn gewünscht, über ein Verzögerungsnetzwerk 84 zuzuführen.

Die zeitliche Länge jeder Stufe in dem Stufenimpuls 83 wird entsprechend der Zeit gewählt, die für eine Ziffer in dem Code vorgesehen ist.

Werden der Abfrageimpuls nach Diagramm E in F i g. 7 und die Ausgangsschaltung nach F i g. 9 verwendet und in dem verwendeten Code markierte Ziffern durch einen positiven Impuls und unmarkierte Ziffern durch keinen Impuls dargestellt, so kann die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 durch Fortlassen von mehr als der Hälfte der Kerne vereinfacht werden. Da die unmarkierten Ziffern durch das Fehlen eines Impulses dargestellt werden, werden alle die »rückwärts« gewickelten Ausgangswicklungen in Fig. 5 nicht benötigt, d.h., die zugehörigen Kerne können auch fortgelassen werden. Aus F i g. 1 läßt sich ablesen, daß in diesem Falle nur die Kerne 5, 8, 10, 11, 13, 14, 15, 19, 20, 23 bis 27, 29 und 31 und, wenn das zu codierende Signal symmetrisch ist, der Kern 37 gebraucht werden. Die Windungszahl der Haupt-Vorspannwicklung 45 auf den verbliebenen Kernen ist wie bisher mb, dabei ist in die Zahl des betreffenden Kerns.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist es auch nicht mehr nötig, die Signalamplitude zu begrenzen, da die Codekombination für die Amplitudenstufe 32 lautet und durch eine höhere Signalamplitude auch nur diese Codekombination erzeugt werden würde. Dies zeigt, wie vorteilhaft es ist, den verwendeten Code so zu wählen, daß die die höchste Amplitudenstufc darstellende Codekombination nur aus unmarkierten Ziffern besteht.

Wird jedoch ein Serienccde mit einer Ungleichheit von einer Stufe verwendet (F i g. 3), so muß die Signalamplitude wieder begrenzt werden, da dieser Code keine Kombination enthält, die nur aus unmarkierten Ziffern besteht.

Es sind natürlich außer dem im Diagramm E in Fig. 7 dargestellten Abrufimpuls noch andere geformte Impulse denkbar, die es erlauben, auf eine Speichereinrichtung für die Ziffernimpulse, wie etwa das Schieberegister 68 in Fi g. 5, zu verzichten. Ein denkbarer Abfrageimpuls besteht in seinem ersten Teil (wie Teil 83 im Diagramm £) aus einer sehr steilen Vorderflanke, die ansteigt, bis der erste Kern umgeschaltet ist. Der durch das Umschalten hervorgerufene Ziffernimpuls ändert dann durch eine geeignete Einrichtung die Anstiegssteilheit des Abfrageimpulses, so daß er in seinem weiteren Verlauf etwa dem Teil 76 des Impulses im Diagramm A der Fig. 7 entspricht. Auf diese Weise wird der Zeitpunkt der Erzeugung des ersten Ziffernimpulses unabhängig von der Signalamplitude durch die steile Vorderflanke des Abrufimpulses festgelegt. Die weiteren Ziffernimpulse folgen dann wie bei dem Abrufimpuls nach Diagramm A der F i g. 7 in bestimmten Abständen nach. Diese Form des Abfrageimpulses ist der nach Diagramm E in F i g. 7 vorzuziehen, da an die Genauigkeit des zeitlichen Verlaufs nicht so hohe Forderungen gestellt zu werden brauchen, was die Erzeugung des Impulses wesentlich erleichtert.

Es ist für den Fachmann klar, daß sich die in Fig. 5 als magnetische Kreise dargestellten Kippeinrichtungen auch durch gleichartig wirkende andere Einrichtungen, wie z. B. bistabile Multivibratoren, ersetzen lassen, ohne daß sich an der grundsätzlichen Wirkungsweise der beschriebenen erfindungsgemäßen Codiereinrichtung etwas ändert.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Codiereinrichtung für PCM-Nachrichtenübertragungssysteme, die N verschiedene, /V Amplitudenstufen des zu codierenden Signals zugeordnete, aus je η binären Ziffern bestehende Codeimpulsgruppen erzeugt, mit einer Anzahl von durch entsprechende Vorspannungen den N Amplitudenstufen zugeordneten Kippstufen, denen das Signal derart zugeführt wird, daß die Vorspannungen um den gleichen Betrag vermindert werden, und denen ferner gleichzeitig ein Kippimpuls zugeführt wird, der die Kippstufe zur Abgabe von Impulskriterien veranlaßt, aus denen die zugehörige Codekombination gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippimpuls bewirkt, daß diejenigen η Kippstufen, die den Amplitudenstufen m bis einschließlich (m -f η — 1) entsprechen — wobei m die Amplitudenstufennummer der Momentanamplitude ist —, nacheinander gekippt werden, und daß das Ziffernmarkierkriterium (markiert oder unmarkiert) von diesen Kippstufen für die der Amplitudenstufe m entsprechende Codekombination abgenommen wird.

2. Codiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer iV-Amplitudenstufen zugeordneten N Kippstufen noch weitere n — \ zusätzlichen Amplitudenstufen zugeordnete

n—l Kippstufen vorgesehen sind, um alle η Ziffern für jede der Amplitudenstufen {N—n) bis einschließlich iV zu erzeugen.

3. Codiereinrichtung nach Anspruch 1 und/ oder 2 für einen Code, bei dem jede markierte Ziffer durch einen Impuls bestimmten Vorzeichens und jede unmarkierte Ziffer durch die Abwesenheit eines Impulses dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur jene Kippstufen vorhanden sind, die eine markierte Ziffer erzeugen.

4. Codiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalamplitude in N positive und N negative Amplitudenstufen unterteilt ist, daß das zu codierende Signal gleichgerichtet und so mit stets gleichem Vorzeichen den Kippstufen an Stelle des ursprünglichen Signals zugeführt wird, daß zur Anzeige des Vorzeichens des ursprünglichen Signals eine durch einen besonderen Impuls gesteuerte Kippstufe vorgesehen ist, die nur dann kippt, wenn das Vorzeichen des gleichgerichteten Signals von dem Vorzeichen des ursprünglichen Signals abweicht und dann eine n+l-te Ziffer abgibt.

5. Codiereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche Codekombinationen erzeugt werden, die nicht mehr als r markierte Ziffern, d. h. Ziffernimpulse (oder nicht mehr als r unmarkierte Ziffern, d. h. keine Ziffernimpulse) enthalten, wobei r kleiner als η ist.

6. Codiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß η ungerade ist und nur solche Codeimpulsgruppen erzeugt werden, die entweder Va(/1 — 1) oder ^xh(n + l) markierte Ziffern, d. h. Ziffernimpulse enthalten.

7. Codiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippimpuls ein Sägezahnimpuls ist, dessen gesamte Amplitudenänderung dem «-fachen der Amplitudendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenstufen des zu codierenden Signals entspricht.

8. Codiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippimpuls ein Stufenimpuls mit η Stufen ist, bei dem die Amplitude einer Stufe der Amplitudendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenstufen des zu codierenden Signals entspricht.

9. Codiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kippstufe aus einem Magnetkern mit im wesentlichen rechteckiger Hystereseschleife besteht, die eine oder mehrere Vorspannwicklungen, eine Signalwicklung, eine Wicklung für den Kippimpuls und eine Ausgangswicklung, an der die Ziffernimpulse abgenommen werden können, trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 661 808;
deutsche Patentschrift Nr. 938 735.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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