DE1541373C - Übertragungssystem für Nachrichten enthaltende binäre Kodes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für Nachrichten enthaltende binäre Kodes.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zum übertragen von binären Kodesignalen, die mittels einer Hochfrequenzeinrichtung in der Lage ist, Zeit-Multiplex-Fernsprechsignale durch das PCM-System zu übertragen.

Es ist bekannt, daß eine mehrphasige Modulationsanordnung üblicherweise für das Verfahren zum übertragen von Informationen durch binäre Kode-.signale, ζ. B. PCM-Signale und Telegraphen-KodesTgnale, verwendet wird.

Andererseits ist es auch bekannt, daß außer den Verfahren der Frequenzteilung und der Zeitteilung das Verfahren der mehrphasigen Modulationsanordnung als Verfahren zum Vervielfachen einer übertragungsleitung verwendet werden kann. Die zuletzt genannte mehrphasige Modulationsanordnung erfordert jedoch eine Trägerwelle, die mit der empfangenen Welle für die Zwecke der Demodulation in der Phase synchron ist, woraus sich ergibt, daß die Ausrüstung aufwendig wird, und deshalb ist dieses System vom Gesichtspunkt der Kosten und der Zuverlässigkeit nachteilig.

Auch das FDM-FM-System, d. h. das Frequenz-Multiplex-FM-Ubertragungssystem, ist für eine Anordnung zum übertragen von Multiplex-Fernsprechkanälen durch eine Hochfrequenzeinrichtung verwendet worden. Diese Anordnung erfordert jedoch eine sehr genaue Bezugsgröße für solche Bedingungen, da die Ubertragungseigenschaft, die Geräuschunterdrückung der Ubertragungsanordnung und die Leistungsfähigkeit der Ausrüstung sehr hoch sein müssen, um dieses Erfordernis zu erfüllen, was die Ausrüstung sehr aufwendig macht. Wenn aber eine Fernsprech-Multiplex-Anordnung mit Zeitteilung durch das PCM-System an Stelle des üblichen FDM-FM-Systems verwendet wird, sind die obengenannten Bedingungen weit weniger genau, und eine genügende Leistungsfähigkeit kann durch eine relativ einfache Ausrüstung erreicht werden, die nicht kostspielig ist. Dies ergibt sich daraus, daß der Aufbau des Kanalteils der PCM-Anschlußausrüstung insbesondere einfacher als der Aufbau der FDM-Anschlußanordnung ist, und deshalb kann auch die Hochfrequenzeinrichtung in ihrem Aufbau einfach sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem übertragungssystem für binäre Kodes Einrichtungen zum Synchronisieren der Übertragungsträgerwelle mit der empfangenen Trägerwelle, wie diese bisher insbesondere beim Empfang notwendig waren, zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Gemäß der Erfindung kann somit ein Impulszug, der die binären Kodes darstellt, demoduliert und regeneriert werden, indem die übertragene phasenverschobene Welle durch einen Phasendiskriminator läuft, wodurch sich eine besonders einfache Schaltungsanordnung ergibt.

Durch diese einfache Schaltungsanordnung kann somit eine Multiplexübertragung geschaffen werden, die einen Impulszug überträgt, der die binären Kodes darstellt.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, in der sind

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausrüstung nach der Erfindung, die bei der Hochfrequenzübertragung von PCM-Kodes angewendet wird,

F i g. 2 eine Darstellung des Verfahrens der Umwandlung der Wellenformen zur Erläuterung der Ausführungsform nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Darstellung des Frequenzspektrums der Übertragungswelle,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine Darstellung des Verfahrens der Umwandlung der Wellenform durch die Ausführungsform nach F i g. 4,

F i g. 6 eine Darstellung des Vektordiagramms der Phase der Welle in jedem Intervall der F i g. 5,

F i g. 7 eine Darstellung der Wellenform der Übertragungswelle, wenn die Wellenform der modulierten Welle F i g. 5 entspricht, und

F i g. 8 eine Darstellung entsprechend der Wellenformen der F i g. 6.

F i g. 1 zeigt den Sender 1, den Empfänger 2, die Sendeantenne 8, die Empfangsantenne 9, die Eingangsklemme 3 des binären Kodezugs, z. B. der PCM-Signale, welche die Information darstellen, den Wellenform-Umwandler 4 zum Umwandeln der Eingangsimpulszüge in verschiedene Rechteckwellen, wie dies nachfolgend in Bezugnahme auf die F i g. 2 beschrieben wird, den Phasenmodulator 5 zum Modulieren der Phase der niederen Trägerfrequenz durch die Impulssignale, den Frequenz-Aufwärtswandler 6 zum Erhöhen des Ausgangs des Phasenmodulators 5 auf die Hochfrequenz, den örtlichen Sendeoszillator 7 zum Zuführen der örtlichen Sende-Schwingungsfrequenz zu dem Frequenz-Aufwärtswandler 6, den Frequenz-Abwärtswandler 11 zum Umwandeln der von dem Empfänger kommenden Hochfrequenz in die Zwischenfrequenzschwingung mit niedriger Frequenz, den örtlichen Empfangsoszillator 10 zum Zuführen der örtlichen Empfangs-Schwingungsfrequenz zu dem Frequenz-Abwärtswandler zum Umwandeln der Frequenz auf der Eingangsseite, den Demodulator 12 zum Demodulieren des Ausgangs des Frequenz-Abwärtswandlers 11 in die ursprünglichen Signale und den Ausgangsanschluß 13 der demodulierten binären Kodesignale.

Gemäß F i g. 1 sind P_ei„ die binären Kodezüge, welche die ursprünglichen PCM-Signaleingänge sind. Diese Impulszüge sind in F i g. 2 unter (a) oder (b) dargestellt. Die in F i g. 2 (a) dargestellten Impulszüge sind monopolar, und die in F i g. 2 (b) dargestellten Impulszüge sind bipolar.

Wie in F i g. 2 (a) oder (b) dargestellt ist, bilden eine bestimmte Zahl von Bits, z. B. 7 Bits, von ursprünglichen PCM-Signalen einen Kanal. Zum Beispiel 24 Kanäle bilden einen Rahmen, d. h. einen Impulszug. Die Stellen (21) bis (27) der Kodes bilden einen Kanal, und F i g. 2 (b) zeigt einen Fall, bei dem binäre Kodes »1« an den Stellen(21), (22), (25) und (27) vorhanden sind, d.h. die Kodebildung ist 1100101. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Zug aufeinanderfolgender Impulse in einen Zug aus aus Rechteckwellen umgewandelt, wie dies in F i g. 2 (c) dargestellt ist, von denen jede eine Wellenbreite von T hat, was das Impulsintervall zwischen zwei benachbarten Impulsen aus dem Zug der aufeinariderfolgenden Impulse ist, die von dem ersten Impuls ausgehen. In dem Fall der F i g. 2 (a) und (b) sind diese z. B. das Paar (21) und (22) und das Paar (25) und (27). Die Umwandlung der Wellenform kann durch den

Wellenform-Umwandler 4 (F i g. 1) erfolgen, der ζ. B. eine Flip-Flop-Schaltung enthält. Bei der Ausfiihrungsform der F i g. 1 wird die Phase der Zwischenfrequenz der Mikrowellen durch einen Rechteckwellenzug, der der Ausgang des Wellenform-Umwandlers 4 ist, mittels des Phasenmodulators 5 moduliert, und es wird eine Art phasenverschobener Welle als Ausgang des Phasenmodulators 5 erhalten. Die Phase dieser phasenverschobenen Welle nimmt dieselbe Form wie F i g. 2 (c) an, jedoch die augenblickliche «° Frequenzänderung ist in F ig. 2 (d) dargestellt. Daraufhin wird die phasenverschobene Welle (eine Zwischenfrequenz bei der vorliegenden Ausfuhrungsform) mit der örtlichen Sende-Schwingungsfrequenz in dem Frequenz-Aufwärtswandler 6 gemischt und ausgesendet und als Mikrowelle von der Sendeantenne 8 abgegeben.

An der Empfangsseite wird der Mikrowelleneingang, der von der Empfangsantenne 9 aufgenommen worden ist, mit der örtlichen Empfangs-Schwingungsfrequenz durch den Frequenz-Abwärtswandler 11 gemischt, wodurch eine phasenverschobene Welle der Zwischenfrequenz erhalten wird, die der vorstehend erwähnten phasenverschobenen Welle äquivalent ist. Wenn diese phasenverschobene Welle durch den Demodulator 12 demoduliert wird, werden in F i g. 2 (d) bei (30), (31), (32) und (33) dargestellte Wellenformen als äugenblickliche Wellenformen mit Frequenzänderung erhalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein in der Hochfrequenztechnik bekannter FM-Demodulator als Demodulator 12 verwendet werden.

Dies erfolgt, weil die Phase der phasenverschobenen Welle sich ändert, wie in F i g. 2 (c) dargestellt ist, und die augenblickliche Frequenzänderung J / gegeben ist durch

A f = f„A Θ,

worin /„ die Mittelfrequenz (die Zwischenfrequenz bei der vorliegenden Ausführungsform) der phasenverschobenen Welle und Θ die Verschiebung der Phase der phasenverschobenen Welle sind.

Diese Wellenformen des Ausgangs des Demodulators 12, wie sie in F i g. 2 (d) dargestellt sind, sind die Wiederherstellung der Wellenformen der Ursprunglichen Signale, und dies zeigt, daß die PCM-Ubertragung durch eine Hochfrequenzeinrichtung ausgeführt werden kann.

Fig. 3 zeigt das Ergebnis der tatsächlichen Berechnurig der Energieverteilung des Seitenbandes, das in dem phasenverschobenen Wellensignal enthalten ist. Wie sich aus dieser Darstellung ergibt, hat die Energieverteilung eine unendliche Ausdehnung, jedoch der Großteil der Energie ist in dem Bereich von ω_ο±2ω_ι vorhanden, wenn o>_o die Winkelfrequenz der Mittelfrequenz der phasenverschobenen Welle und W₁ = 2 π/2 T sind, wenn die Periode der wiederkehrenden Frequenz des Ursprunglichen PCM-Signals T ist. Es tritt somit in der Praxis keine Schwierigkeit auf, wenn nur dieser Bereich übertragen wird.

In dem Fall der übertragung von 24 Kanälen kann z. B. <»_χ ausgedrückt werden als 2 Oj₁ = 1,5 MHz, so daß die für die übertragung notwendige Bandbreite die Bandbreite von ± 1,5 MHz = 3 MHz ist.

Im Fall der übertragung von PCM-Signalen werden die Bedingungen der Beziehung zwischen den Signalen günstig, so daß bei der Ausführungsform der Fig. 4 Wellenformen der PCM-Signale P_eini, P_ei„₂ und P_ein3, jedes multipliziert mit einer Einheit von z. B. 24 Kanälen, in der vorstehenden Weise durch die Wellenform-Umwandler WC₁, WC₂ und WC₃ umgewandelt werden. Des weiteren werden die Phasen einer Mehrzahl von Trägerwellen (Zwischenfrequenzen bei der vorliegenden Ausfuhrungsform) durch die Phasenmodulatoren PM₁, PM₂ und PM₃ moduliert, wodurch phasenverschobene Wellen erhalten werden. Diese gehen dann durch Bandpaßfilter BPF₁, BPF₂ und BPF₃, die eine Bandbreite von ±2 W₁ habem wie vorstehend beschrieben. Die Frequenzen dieser Welle werden dann multipliziert, und gleichzeitig werden sie verstärkt oder ihre Frequenzen umgewandelt, wodurch es auch möglich wird, diese auszusenden, indem diese in einem einzigen Hochfrequenzband mit einer Breite von etwa 20 MHz angeordnet werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß sie mit geringen Kosten ausgeführt werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der ein anderes Verfahren zum Umwandeln der Wellenform verwendet wird, werden die PCM-Signale im Falle eines bipolaren Impulszuges z. B. durch einen in F i g. 5 (a) dargestellten Impulszug gebildet. Wenn es aber gewünscht wird, djese Signale zu vervielfachen und z. B. durch eine Hochfrequenzanordnung zu übertragen, ist es notwendig, die Hochfrequenzträgerwelle auf irgendeine Weise zu modulieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Modulation durch die Mehrphasen-Modulationsanordnung ausgeführt.

Bei der folgenden Beschreibung der Vierphasen-Modulation wird ein Fall berücksichtigt, bei dem PCM-Kodes die in F i g. 5 (a) dargestellten bipolaren Impulse sind. Bei diesem Beispiel bilden wie bei dem vorangehenden Beispiel 7 Bits einen Kanal und die Stellungen jedes Bits sind mit (41) bis (47) bezeichnet. Die Kodes der F i g. 5 (a) stellen deshalb die Kodes von 1110110 dar. Dieser Impulszug wird in eine Rechteckwelle A, wie sie in F i g. 5 (b) dargestellt ist, deren Wellenbreite das Intervall zwisehen zwei benachbarten Impulsen ist, z. B. (41) und (43) aus den positiven polaren Impulsen des Impulszuges, und in eine Rechteckwelle B umgewandelt, die durch die negativen polaren Impulse in derselben Weise, wie. oben beschrieben, geformt ist. Dieser Vorgang kann in einfacher Weise z. B. durch eine bekannte Flip-Flop-Schaltung ausgeführt werden.

Andererseits werden die Phasen der beiden Trägerwellen mit einer Phasendifferenz von 90° zueinander einzeln durch die Rechteckwellen A und B moduliert. In diesem Falle beträgt der Modulationsgrad ±π/2 in beiden Weüen. Diese beiden modulierten Wellen können durch Vektoren .41-3, B2-4, .43-5, B4-6 dargestellt werden, wie es F i g. 6 zeigt, die eine Phasendifferenz von π/2 in der Reihenfolge haben. Einige Teile dieser Vektoren überlappen sich zeitlieh, so daß durch Zusammensetzen dieser beiden modulierten Wellen Vektoren erhältlich sind, die sich mit der Zeit drehen, z. B. OP, OQ, OR und OS, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist, und zwar in Abhängigkeit von der Art der zeitlichen Überlappung. Wenn die ursprünglichen Signale der PCM-Kodes eine - solche Form haben, wie dies in F i g. 5 (a) dargestellt ist, ist diese Beziehung der zeitlichen Überlappung P, Q, R und S, wie dies in F i g. 5 (d) dargestellt isL Somit wird der PCM-Kodezug in

eine Anordnung von modulierten Mehrphasen-Wellen (modulierte Vierphasenwellen bei der vorliegenden Ausführungsform) mit einer Phasendifferenz von 90° zueinander umgewandelt.

Wenn die modulierten Mehrphasen-Wellen (Vierphasen bei der Ausführungsform) z. B. durch eine Hochfrequenzeinrichtung übertragen werden, können die ursprünglichen PCM-Kodes von den modulierten Wellen an der Empfangsseite durch die Verwendung eines üblichen Frequenzdiskriminators demoduliert werden. Da ein Frequenzdiskriminator eine Ausgangsgröße ergibt, die proportional zur Geschwindigkeit der Phasenänderung ist, werden Wellenformen, wie sie in F i g. 5 (e) dargestellt sind, erzeugt, da die Welle der augenblicklichen Frequenzänderung als Ausgang dient. Diese fallen zeitlich mit dem Impulszug der ursprünglichen PCM-Kodes zusammen. Deshalb können die ursprünglichen Signale aus diesem Impulszug durch Verwendung eines bekannten monostabilen Multivibrators in einfacher Weise erhalten werden.

Jedoch haben die durch das Vektordiagramm der Fi g. 6 dargestellten Signale ein Seitenband, das sich unendlich ausdehnt, so daß noch eine kleine Schwierigkeit auftritt, die gelöst werden sollte, bevor die tatsächliche übertragung stattfindet: Insbesondere ist es im Fall der übertragung durch eine Hochfrequenzeinrichtung üblicherweise unbedingt erforderlich,· "daß das Frequenzband erhalten wird.

Die Signale, die zusammengesetzt worden sind und nicht weiter abgewandelt worden sind, wie dies durch das Vektordiagramm der Fig. 6 gezeigt ist, haben unendliche Frequenzkomponenten, wie oben beschrieben worden ist, jedoch ist der Hauptteil der Energie innerhalb einer bestimmten Frequenzbandbreite konzentriert, so daß von der Praxis her gesehen die in der ursprünglichen Stellung enthaltenen Informationen vollständig übertragen werden können, indem nur ein bestimmtes Frequenzband übertragen wird. Dieses Band ist die Trägerfrequenz ± 1/2 T (Hz). In dem Fall der PCM-Kodes von 24 Kanälen ist z. B. die Trägerfrequenz ±750 kHz.

Dies kann in folgender Weise gezeigt werden. Um die Beschreibung allgemein gültig zu machen, wird angenommen, daß das ursprüngliche Signal die in F i g. 8 (i) dargestellte Form hat. Die Wellenform A, die dem ursprünglichen Signal entspricht, ist in Fig. 8 (ii) dargestellt. Die Wellenform B zeigt Fig., 8(iii).

Die Welle, die durch die Wellenform B moduliert wird, kann als cosco_oi dargestellt werden, und die Wellenform, die durch das Signal A moduliert wird, kann ausgedrückt werden als

Daraus ergibt sich

A(t) = -=-Si(co_at

Tl

und

S/1

sin χ

dx.

Der Phasenwinkel der zusammengesetzten Welle von A (f) sin ω_οί und cos co₀t kann ausgedrückt werden als

Φ = m_ot

tan"¹ Γ— Si (to_ai)l ·

Die Momentanfrequenz kann ausgedrückt werden

sin ω_οί

άΦ

ι +

A s

[A

Eine Ausgangsgröße, die dem zweiten Ausdruck der rechten Seite dieser Gleichung proportional ist, tritt an dem Ausgang des Frequenzdiskriminators auf.

Wenn nun ..

In

IT

(d. h. die Bedingung der Bandbreite, die vorstehend beschrieben worden ist) gilt, ergibt sich der obige Wert zu:

Wenn t = nT (η = 0), wird der Wert 0 und

wenn r = o, wird der Wert -^- ω_α .

Damit wird eine Wellenform, wie sie in F i g. 7 dargestellt ist, erhalten. Diese Wellenform zeigt, daß die Amplitude immer Null zu der Zeit ist, wenn die anderen Impulse vorhanden sind (d. h. t = nT), und deshalb wird die Amplitude der anderen Impulse nicht beeinträchtigt. Deshalb können die Informationen genau durch das Band

55

In IT

A (t) sin (o₀t,

worin A (i) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann, wobei die Tatsache berücksichtigt werden kann, daß die zusammengesetzte Welle durch das Bandpassfilter geht, das die Grenz-Winkelfrequenz bei ω_ο±ω_α hat:

A(t) = —

—iiot

t 1

dcu.

übertragen werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. übertragungssystem für Nachrichten enthaltende binäre Kodes in Form eines Zuges von unipolaren oder bipolaren Impulsen mit einem Sender und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen WeI-lenformumwandler zum Umwandeln des die Kodes enthaltenden Impulszuges in einen oder zwei Züge von Rechteckwellen mit einer Breite der

Rechteckwellen gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden »1«-Impulsen in dem Impulszug ist, einen oder zwei Trägerwellengeneratoren und einen oder zwei Phasenmodulatoren, welche die Phasen der Trägerwellen verschieben, enthält und daß der Empfänger einen Phasendiskriminator zum Demodulieren der übertragenen phasenverschobenen Wellen in einen die binären Kodes enthaltenden Impulszug enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1 für unipolare Impulse, gekennzeichnet durch ein Bandpass-

filter mit einer Bandbreite von ± 2 W₁ ^w₁ = 2.-τ/2 Τ, worin T die Periode der wiederkehrenden Frequenz des Impulszuges, der die binären Kodes darstellt, ist) für die Ausgangswelle des Phasenmodulators.

3. Anordnung nach Anspruch 1 für bipolare Impulse, gekennzeichnet durch ein Bandpassfilter mit einer Bandbreite, die gleich der wieder-. kehrenden Frequenz des Impulszuges, der die binären Kodes darstellt, ist, für die Ausgangswelle einer den beiden Phasenmodulatoren nachgeschalteten Mischeinrichtung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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