DE2624637C2 - "Sender für Signalübertragung durch komprimierte Deltamodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sender für Signalübertragung durch komprimierte Deltamodulation, der einen mit einer Rückkopplungsschaltung versehenen Deltamodulator mit Kompressionsregelung enthält, in dem die Rückkopplungsschaltung e'me geregelte Signalquelle und ein mit dem Ausgang der Signalquelle gekoppeltes integrierendes Netzwerk mit einem parallel geschalteten Leckwiderstand enthält, wobei die geregelte Signalquelle Stromquellen zum Zuführen von Stromimpulsen zum integrierenden Netzwerk enthält.

Ein derartiger Sender ist unter anderem aus der Fig. 4 des Artikels »Delta Modulation« von H. R. Schindler, IEEE Spektrum, Oktober 1970, Seiten 69 und 70, bekannt. Dabei dient der in Fig. 11 dargestellte, im Deltamodulator parallel zum integrierenden Netzwerk angeordnete Leckwiderstand zum Reduzieren des Einflusses von durch Störsignale im Übertragungsweg in das übertragene Signal eingeführten Fehler, die u. a. eine von Null verschiedene mittlere Anzahl von »Einsen« und »Nullen« im demodulierten Signal zur Folge hat.

Für ein Übertragungssystem ist es erforderlich, daß die Übertragungskennlinien des Deltamodulators und des Deltademodulators identisch sind. Dies ist durch den identischen Aufbau der im Deltamodulator und Deltademodulator angewandten Parallelschaltung von integrierendem Netzwerk und Leckwiderstand verwirklicht.

Es tritt bei einem derartigen, mit einem Deltamodulator mit Kompressionsregelung versehenen Sender unter gewissen Umständen ein Rückgang in der Wiedergabequalität auf, welcher Vorgang in der DE-OS 21 19 000 ausführlich erörtert ist. Insbesondere tritt dieser Rückgang in der Wiedergabequalität bei einem niedrigen Pegel des zu übertragenden Signals auf, wie bei Pegeln ab 30 dB unter Nennpegel. Dieser Rückgang wird u.a. durch Leckströme im Deltamodulator und durch Toleranzen der Elemente des Deltamodulators verursacht.

Zur Verbesserung der Wiedergabequalität ist in der DE-OS 21 19 000 angegeben worden, den Deltamodulator mit einer zusätzlichen Rückkopplungsschleile auszurüsten. Das auf diese Weise verwirklichte Übertragungssystem ist jedoch umfangreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art auf sehr einfache Weise die Wiedergabequalität wesentlich zu verbessern.

ίο Das erfindungsgemäße Übertragungssystem ist dadurch gekennzeichnet, daß der Deltamodulator eine an den Ausgang der geregelten Signalquelle angeschlossene Serienschaltung aus einem Kondensator und der Parallelschaltung des integrierenden Netzwerkes und des Leckwiderstandes enthält

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei entsprechende Teile in den unterschiedlichen Figuren die gleichen Bezugsziffern tragen. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Übertragungssystems mit nicht einheitlicher Deltamodulation,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel eines Teiles eines Modulators nach der Erfindung zur Anwendung in dem in F i g. t dargestellten Ausführungsbeispiel.

Das in F i g. 1 teilweise dargestellte Übertragungssystem ist zum Umsetzen eines Datensignals in eine Deltamodulationsimpulsfolge mit geregelter Schrittgröße in einem Sender, zum Übertragen dieser deltamodulierten Impulsfolge auf einen mit dem Sender zusam-

menarbeitenden Empfänger und zum Umsetzen der deltamodulierten Impulsfolge im Empfänger in das ursprüngliche Datensignal eingerichtet Dazu enthält der Sender einen Deltamodulator 1 mit Kompressionsregelung und der Empfänger einen Deltademodulator 2 mit Expansionsregelung.

Das Datensignal gelangt über eine Eingangsklemme 3 an einen ersten Eingang 44 eines Differenzverstärkers 4, dessen Ausgang an den Eingang einer Quantisierungseinrichtung 5 angeschlossen ist. Diese Quantisierungs-

einrichtung 5 ist als ein Entscheidungsschalter ausgeführt und enthält zwei Ausgänge 6 und 7, an denen zueinander komplementäre Digiialsignale auftreten. Diese Quantisierungseinrichtung 5 wird von Abtastimpulsen gesteuert, die ein Impulsgenerator 8 liefert Auf

bekannte Weise liefert diese Quantisierungseinrichtung 5 zum Zeitpunkt des Auftretens eines Abtastimpulses einen Impuls mit Binärwert »1« am Ausgang 6, wenn das Ausgangssignal am Differenzverstärker 4 positiv ist, und einen Impuls mit Binärwert »1« am Ausgang 7,

so wenn das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 4 negativ ist.

Die am Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 auftretenden Ausgangsimpulse werden über einen Ausgangsverstärker 9 auf einen Empfänger übertragen.

Außer zum Ausgangsverstärker 9 gelangen die Ausgangsimpulse des Ausgangs 6 zusammen mit den Ausgangsimpulsen des Ausgangs 7 an eine in eine Rückkopplungsschleife 10 aufgenommene geregelte Signalquelle 11. Diese geregelte Signalquelle 11 wird

von zwei Modulatoren 12 und 13 gebildet, denen die an den Ausgängen 6 bzw. 7 der Quantisierungseinrichtung 5 auftretenden Ausgangsimpulse zugeführt werden. Diese Modulatoren 12 und 13 werden von einer an den Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 angeschlos-

senen Stufengrößenregeleinrichtung 14 gesteuert, die den Energieinhalt der den Modulatoren 12 und 13 zugeführten Ausgangsimpuls der Quantisierungseinrichtung 5 proportional der von der Stufengrößenregel-

einrichtung 14 erzeugten Stufengröße variiert Diese Variation kann beispielsweise durch Amplituden- oder Dauermodulation dieser den Modulatoren zugeführten Impulse erfolgen. Die Ausgänge der Modulatoren 12 und 13 sind an einen im Rückkopplungskreis 10 angeordneten Integrator 15 angeschlossen, der an seinem Ausgang ein Signal liefert, das einem zweiten Eingang 45 des Differenzverstärkers 4 zum Bestimmen des Ausgangssignals auf bekannte Weise aus den dem ersten und zweiten Eingang zugeführten Signalen jo zugeführt wird.

Die vom Ausgangsverstärker 9 gelieferten Impulse werden auf eine Eingangsklemme 16 eines im Empfänger angeordneten Deltademodulators mit Expansionsregelung 2 übertragen. Die der Eingangsklemme 16 zugeführten Impulse gelangen einerseits über eine bistabile Schaltung 17 zu einer geregelten Signalquelle 18, die der im Sender vorhandenen Signalquelle 11 identisch ist, und zum anderen zu einer Stufengrößenregeleinrichtung 19, die der im Sender vorhandenen Einrichtung 14 identisch ist. Weiter ist die Stufengrößenregeleinrichtung 19 an einen Steuereingang der geregelten Signalquelle 18 zur Steuerung dieser Signalquelle angeschlossen. Die bistabile Schaltung liefert auf bekannte Weise zum Zeitpunkt des Auftretens der aus den empfangenen Signalen von einem nicht in der Figur dargestellten Taktimpulsregenerator erzeugter Taktimpulse einen Impuls mit Binärwert »1« am Eingang 20, wenn an der Eingangsklemme 16 ein Impulssignal erscheint, und einen Impuls mit Binärwert »1« am Eingang 21, wenn an der Eingangsklemme 16 kein Impulssignal vorhanden ist. Weiter ist die Wirkung der Wirkung der im Sender vorhandenen geregelten Signalquelle 11 und der daran angeschlossenen Stufengrößenregeleinrichtung 14 völ-Hg identisch.

Die von der geregelten Signalquelle 18 abgegebenen Signale gelangen an einen Integrator 22, der diese Signale integriert und das auf diese Weise erhaltene Signal einer Ausgangsklemme 25 zuführt. Der Integrator 22 enthält in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auf bekannte Weise ein doppelt integrierendes Netzwerk 23. Zum integrierenden Netzwerk 23 parallel ist ein Leckwiderstand 24 geschaltet, der dazu dient, auf dem Übertragungsweg eingeführte und vom integrierenden Netzwerk 23 integrierte Fehlersignale auf bekannte Weise durch Weglecken des integrierten Signalwertes zu unterdrücken. Der Integrator 22 besitzt dabei eine erste Grenzfrequenz von beispielsweise 200 Hz und eine zweite Grenzfrequenz von beispielsweise 3400 Hz.

Zum Erhalten einer der Übertragungskennlinien des Deltademodulators 2 gleichen Übertragungskennlinien des Deltademodulators 1 ist in bekannten Übertragungssystemen der Integrator 15 im Deltamodulator 1 dem Integrator 22 des Deltademodulators 2 identisch ausgeführt

Zur Erläuterung der Problematik wird die Wirkungsweise der Stufengrößenregelung des Deltamodulators 1 nachstehend näher beschrieben.

Beim Auftreten eines Impulses mit Binärwert »1« am Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 wird gemäß obiger Beschreibung die Ausgangsspannung des Integrators 15 um einen Betrag erhöht, der der von der Stufengrößenregeleinrichtung 14 gelieferten Stufengröße proportional ist, und beim Auftreten eines Impulses mit Binärwert»1« am Ausgang 7 der Quantisierungseinrichtung 5 wird die Ausgangsspannung des Integrators 15 um einen Betrag herabgesetzt, der der von der Stufengrößenregeleinrichtung 14 gelieferten Stufengröße proportional ist.

Das Erzeugen der erwähnten Stufengröße durch die Stufengrößenregeleinrichtung 14 kann beispielsweise gemäß der Beschreibung in der DE-AS 19 11431 bewirkt werden. Insbesondere enthält die Stufengrößenregeleinrichtung 14 einen Impulsmusteranalysator 26, der die am Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 auftretenden Impulse analysiert and beim jeweiligen Auftreten vorbestimmter Impulsmuster einen Ausgangsimpuls liefert Die erwähnten Impulsmuster werden dabei durch Verknüpfung von Ausgangsimpulsen gebildet, die am Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 in einer Periode auftreten, die gleich mindestens drei Perioden des Impulsgenerators 8 ist Sowohl die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 8 als auch die am Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 auftretenden Impulse werden in diesem Ausführungsbeispiel dem Impulsmusteranalysator 26 zugeführt. Die Ausgangsimpulse des Impulsmusteranalysators 26 gelangen an tin integrierendes Netzwerk 27, dessen Ausgangssignal ein Maß für die erwähnte Stufengröße ist. Dieses Ausgangssignal gelangt über einen Ausgang 28 an die Modulatoren 12 und 13 zum Steuern des Energieinhaltes der von diesen Modulatoren 12 und 13 gelieferten impulse.

Durch Leckströme und Toleranzen, die beispielsweise in den Elementen des Differenzverstärkers 4 auftreten, weist dieser eine von Null abweichende Ausgangsspannung bei gleichen Eingangssignalen auf. Infolgedessen liefert die Quantisierungseinrichtung 5 an einen ihrer Ausgänge 6 oder 7 eine Impulsanzahl, die das vom Integrator 15 gelieferte Signal derart regelt, daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 4 auf Null geregelt wird.

Durch die von der Quantisierungseinrichtung 5 abgegebene Impulsfolge hat die von der Stufengrößenregeleinrichtung 14 abgegebene Stufengröße einen von der kleinsten Stufengröße abweichenden Wert erhalten. Ein der Eingangsklemme 3 zugeführtes Datensignal mit einer sehr kleinen Amplitude kann der Deltamodulator 1 durch die auf den erwähnten Wert geregelte Stufengröße nicht mehr genau abtasten, wodurch bei der Übertragung von Signalen mit kleiner Amplitude die Qualität zurückgeht Dem wird u.a. dadurch entgegengekommen, daß das integrierende Netzwerk 27 mit einer endlichen Speicherzeit versehen oder der Stufengrößenanalysator 26 derart ausgeführt wird, daß er die Stufengröße auf eine zuvor bestimmte Weise auf den kleinsten Wert zurückregelt, usw.

Der Integrator 15 ist jedoch mit einer endlichen Speicherzeit versehen, um die Übertragungskennlinie des Deltamodulators 1 an die des Deltademodulators 2 anzugleichen. Die irn Integrator 15 gespeicherte Gleichspannungskomponente entweicht nämlich über den dort vorhandenen Leckwiderstand. Die Folge davon ist, daß der Differenzverstärker 4 eine Gleichspannung mit einer von Null abweichenden Amplitude abgibt, wodurch die Quantisierungseinrichtung 5 zum Wiederherstellen der Gleichspannungskomponente im Integrator 15 über die geregelte Signalquelle 11 einen Impuls liefert Infolgedessen bewirken diese zusätzlichen Impulse einerseits ein Geräusch im ausgesandten deltamodulierten Datensignal und andererseits eine Änderung des der Stufengrößenregeleinrichtung 14 zugeführten Impulsmuster, wodurch sich eine Verzerrung durch fehlerhafte, von der Stufengrößenregelein-

richtung 14 gelieferte Stufengrößen ergibt.

Um dem zu begegnen, ist gemäß F i g. 2 der Deltamodulator 1 mit Kompressionsregelung mit einer zwischen der Anschlußklemme 29 bzw. 41 und der Anschlußklemme 37 angeschlossenen Serienschaltung aus einem Kondensator 31 und der Parallelschaltung des integrierenden Netzwerkes 32 und des Leckwiderstandes 33 versehen, und die geregelte Signalquelle 11 enthält Stromquellen 34 und 39 zum Zuführen von Stromimpulsen mit einem von der Kompressionsregelung bestimmten Energieinhalt an die erwähnte Serienschaltung 31 bis 33.

Die Signalquelle 11 kann hierbei jede bekannte, mit geregelten Stromquellen versehene Signalquelle sein. Eine eigens für diesen Zweck eingerichtete einfache und intsgrierbsre SignaUjueUe, die ohne Anwendung eines zusätzlichen Regelorgans nur eine äußerst geringe, innerhalb in der Praxis zulässigen Grenzen liegenden Abweichung einer linearen Signalübertragung aufweist, ist bereits in der deutschen Auslegeschrift 26 04 193 beschrieben.

Das Prinzipschaltbild einer für diesen Zweck geeigneten Signalquelle ist in Fig.2 dargestellt. Dieses Schaltbild zeigt einen zwischen der geerdeten Anschlußklemme 29 und der Eingangsklemme 37 des integrierenden Netzwerkes 32 angeschlossenen Modulator 12, der die geregelte Stromquelle 34 mit Parallelleiter 35 und einen Umschalter 36 enthält. Zum anderen zeigt dieses Schaltbild den zwischen der Eingangsklemme 37 und der mit einer positiven Klemme einer nicht dargestellten Speisequelle verbundenen Anschlußklemme 41 angeschlossenen Modulator 13, der den Umschalter 38, die geregelte Stromquelle 39 und den Parallelleiter 40 enthält.

Zur Steuerung dieser Signalquelle 11 ist der Ausgang 6 der Quantisierungseinrichtung 5 an den Steuereingang des Umschalters 36 angeschlossen, um unter der Steuerung eines am Ausgang 6 auftretenden Impulses den Umschalter 36 in die gezeichnete Stellung und beim Ausbleiben eines Impulses in die nicht dargestellte Stellung zu bringen. In der dargestellten Stellung führt die Strumquelle 34 beim Auftreten eines Impulses am Ausgang 6 dem Integrator 15 einen Entladeimpuls zu. In der nicht dargestellten Position ist die Stromquelle 34 des integrierenden Netzwerkes 15 abgeschaltet und über den Parallelleiter 35 kurzgeschlossen. Ebenso ist der Ausgang 7 der Quantisierungseinrichtung 5 an den Steuereingang des Umschalters 38 angeschlossen, um unter der Steuerung eines am Ausgang 7 auftretenden Impulses den Umschalter 38 in die nicht dargestellte Position zu bringen. In dieser Position liefert die Stromquelle 39 über den Eingang 37 dem Integrator 15 einen Ladeimpuls. Beim Ausbleiben eines Impulses am Ausgang 7 wird der Umschalter 38 in die dargestellte Position gebracht In dieser Position ist die Stromquelle 39 vom Integrator 15 angeschaltet und über den Parallelleiter 40 kurzgeschlossen.

Weiter ist der Ausgang 28 der Stufengrößenregeleinrichtung 14 an beide Stromquellen angeschlossen, um unter der Steuerung der von Stufengrößenregeleinrichtung 14 gelieferten Stufengrößen den Energieinhalt der von den Stromquellen 34 und 39 gelieferten Stromimpulse zu bestimmen.

Eine von Null abweichende Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 4 bei gleichen Signalen an den Eingangsklemmen 44 und 45 erzeugt auf bereits beschriebene Weise eine Impulsfolge. Diese Impulse laden den Kondensator 42 und 43 des integrierenden Netzwerkes 32 und den damit in Serie geschalteten Kondensator 31 auf. Die Ladungen an den Kondensatoren 42 und 43 entweichen über den Leckwiderstand 33, wobei die Ladung am Kondensator 31 aufrechterhalten bleibt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 4 wird dabei von der im Kondensator 31 gespeicherten Ladung auf Null geregelt. Die erwähnte Ladung entweicht nur äußerst langsam, weil die Impedanz der geregelten Signalquelle 11 und die Eingangsimpedanz des an den Integrator 15 angeschlossenen Eingangs 45 des Differenzverstärkers 4 sehr hoch sind. Die Anzahl der von der Quantisierungseinrichtung 5 gelieferter Korrekturimpulse zum Ausgleichen dieser entweichenden Ladung ist demzufolge sehr klein, so daß nur sehr wenig Zusatzgeräusch im Ausgangssignal des Senders vom Deltamodulator eingeführt wird, trotz der Tatsache, daß für im Sprechband liegende Signale im Deltamodulator ein sogenannter leckender Integrator angewandt wird. Auch die Anzahl fehlerhafter Stufengrößen und die dadurch verursachte Signalverzerrung ist entsprechend geringer geworden.

Die Übertragungskennlinie des Deltamodulators 1 und des Deltademodulators 2 sind innerhalb in der Praxis zulässiger Grenzen identisch, wenn die Kapazität des Kondensators 31 in bezug auf die der im integrierenden Netzwerk 32 angewandten Kapazität groß ist. beispielsweise wenn die Grenzfrequenz eines vom Kondensator 31 gebildeten zweiten integrierenden Netzwerk um mindestens einen Faktor 20 niedriger ist als die erwähnte erste Grenzfrequenz des doppelt integrierenden Netzwerkes 32, also eine Grenzfrequenz kleiner als 10 Hz.

Es sei bemerkt, daß das vom Kondensator 31 geänderte Verhalten des Integrators 15 in bezug auf das des Integrators 22 ausgeglichen werden kann, indem die Impedanz des integrierenden Netzwerkes 32 oder die Impedanz des integrierenden Netzwerkes 23 daran angeglichen wird.

Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß das integrierende Netzwerk 32 auch ein einfaches integrierendes Netzwerk sein darf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Sender für Signalübertragung durch komprimierte Deltamodulation, der einen mit einer Rückkopplungsschaltung versehenen Deltamodulator mit Kompressionsregelung enthält, in dem die Rückkopplungsschaltung eine geregelte Signalquelle und ein mit dem Ausgang der Signalquelle gekoppeltes integrierendes Netzwerk mit einem parallel geschalteten Leckwiderstand enthält, wobei die geregelte Signalquelle Stromquellen zum Zuführen vor Stromimpulsen zum integrierenden Netzwerk enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Deltamodulator eine an den Ausgang der geregelten Signalquelle (11) angeschlossene Serienschaltung aus einem Kondensator (31) und der Parallelschaltung des integrierenden Netzwerkes (32) und des Leckwiderstandes (33) enthält.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Kondensator (3i) gebildetes zweites integrierendes Netzwerk eine Grenzfrequenz hat, die um mindestens den Faktor 20 kleiner ist als die niedrigste Grenzfrequenz des integrierenden Netzwerkes (32).