DE2905428A1

DE2905428A1 - Silben-kompander mit logarithmischer kette

Info

Publication number: DE2905428A1
Application number: DE19792905428
Authority: DE
Inventors: George Gyorgy Szarvas
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2905428C2; NL7901606A; US4250470A; NL188066B; JPS5530294A; FR2430132B1; GB2024573B; CA1117431A; SE437594B; FR2430132A1; SE7905187L; IT1165635B; GB2024573A; IT7967426A0; NL188066C; JPS6011855B2

Description

HOFFMANN · EITT. E & PARTNER .

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-I N G. W. EITLE ■ D R. RER. NAT. K. HOFFMANN · D I PL. -I NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B, HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MQ NCH EN 81 . TELEFO N (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

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Communications Satellite Corporation, Washington D.C. / USA

Silben-Kompander mit logarithmischer Kette

Die Erfindung bezieht sich auf Sprachübertragungssysterne und insbesondere auf einen mit einer logarithmischen Kette arbeitenden Kompander, die eine Flexibilität bei der Änderung des Dynamikpressungs- und -dehungsverhaltens gestattet.

Bei der Übertragung von Sprache wird eine Amplitudenpressung am Senderende mit anschließender Dehnung am Empfängerende als Kompandierung bezeichnet, d.h. als Pressung und Dehnung. Eine Kompandierung kann am Analogsignal vor einer linearen Kodierung oder mit einem nicht-linearen Kodierer erfolgen. Ein Beispiel für letzteren ist in "Transmission Systems for Communications" beschrieben, und zwar von Mitgliedern des Technischen Stabes von Bell Telephone Laboratories und von Bell Telephone Laboratories, 4„ überarbeitete Ausgabe, 1971, Seiten 574 bis 583 veröffentlicht. Selbstverständlich sind die ausgesandten und empfangenen Signale nicht immer kodiert, wobei in der einfachsten Form dieses Ver-

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— ο —

fahrens das amplituden-gepreßte Analogsignal ausgesandt und empfangen wird.

In vorhandenen Kompandern ist die Pressungs- und Dehnungsvorschrift starr in den Dynamikpresser und Dynamikdehner eingebaut. Das Pressungs- oder Dehnungsverhalten kann durch eine Verlustregelvorrichtung bestimmt werden. Beispiele dieser Methode sind von R.O. Carter in "Theory of Syllabic Companders", Proc. IEE, Band III, Nr. 3, März 1964, Seiten 503 bis 513 und D. Thomson "A Speech Compander Using Junction Transistors", Post Office Elec. Engrs'., 1962, Seiten 14 bis 18 beschrieben. Gemäß einer anderen Methode wird das Pressungs- und Dehnungsverhalten durch eine festliegende Schaltkreisanordnung bestimmt, die durch H.G. Vandemark in "A Single-Channel-Per-Carrier Terminal for Satellite Communications", Calif., Microwave Co., Publication, 13, Dezember 1974, Seiten 8 bis 10 angegeben wurde.

Der Hauptgrund zur Verwendung von Kompandern bei der übertragung von Sprache liegt in der Verbesserung des Rauschabstandes. Einige Faktoren , die zur Verbesserung des Rauschabstandes beitragen, werden anschließend erläutert. In den sprachfreien Perioden dämpft der Dynamikdehner das Leitungsrauschen (einschl. Nebensprechen), das zwischen dem Dynamikdehner und Dynamikpresser auftritt. Die den stummen Perioden folgende Sprache wird leichter verständlich, infolge der Anpassung des Hörers an das geringere Hintergrundrauschen. Darüber hinaus wird die mittlere Sprachleistung im Kanal erhöht, im Vergleich zu dem nicht kompandierten Pegel. Hierauf wird mit näheren Einzelheiten von Eitel M. Rizzoni in "Compander Loading and Noise Improvement in Frequency Division Multiplex Radio-Relay Systems", Proc. IRE, Februar 1960, Seiten 208 bis 220 eingegangen.

-* 7 —

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Wie von D.G. Pape in "Modulation and Speech Processing Techniques for a Maritime-Satellite Service", IEE Satellite Systems for Mobile Coim. and Surveillance, Conf.Publ. No. 95, 13-15.März 1973, Seiten 56 bis 61 ausgeführt ist, verwendet die Britische Postverwaltung für den gesamten subjektiven Tonfrequenzrauschabstand (S /N)_c folgende empirische Formel

⁽vⁿ⁾s = v^{n +}! -^u - I^N - ¥

wobei S /N = Unbewerteter mittlerer Tonfrequenzrauschab-

stand (dB)
U = Unbeeinflußter Pegel (dBmO) - Dezibel bezogen

auf ein mW und Relativpegel 0 S = Mittlerer Signalpegel (dBmO), während der

Sprache,
N = Mittlerer Rauschpegel (dBmO)

ist. Beim Betrieb des Kompanders preßt der Dynamikpresser an der Senderseite den Lautstärkebereich der Silben mit einem konstanten\erhältnis von oC in dB,bezogen auf den unbeeinflußten Pegel. An der Empfängerseite wird der Lautstärkebereich der Silben im Verhältnis β gedehnt. Das International Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCITT) empfielt im "Blue Book", Band 3, 3. Plenarsitzung (Genf: 25. Mai bis Juni 1964), Empfehlung G-162, Seite 62, 0 dBmO für den unbeeinflußten Pegel und d~ - β = 2. Insbesondere bestimmt die Empfehlung G-162 das Pressungs- und Dehnungsverhalten für einen Telefonkompander wie folgt:

Vx. —η

Dynamikpress er: °C = — (1a)

s so

n'-n'

Dynamikdehner: ß = —| 1°- (1b)

' e eo

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wobei η und η¹ = Eingangspegel

η und η¹ = Ausgangspegel s s

η und η¹ = Eingangspegel (entsprechend O dBmO)

η und n' = Ausgangspegel (entsprechend jeweils den so so

Eingangspegeln η und n' ).

Durch Angabe von η und Einführen der mit den Pegeln η ver-

s s

bundenen Spannung u und in ähnlicher Weise der mit dem Eingangspegel η verbundenen Spannung u. wird folgende Pressungs

ti JL

formel erhalten:

Λ/Lr _ u_o = K₁U₁ ¹^ = ^Ki^ui^üi °C (2a)

und in ähnlicher Weise für die Dehnung:

^UO ^K2^Ui = K₂U₁U₁ (2b)

wobei ü. den Effektivwert (oder Pseudo-Effektivwert) von

u. im Durchschnitt über die Zeitdauer einer Silbe darstellt,

K₁ = u. -^r—, K₂ = u. " , und u. den "unbeeinflußten Spannungspegel" angibt, der bei der Pressung und Dehnung unverändert bleibt. Wird der unveränderte Pegel als O dBm (0,775 V) gewählt, so gibt die Tabelle 1 die numerischen Werte für K und

Tabelle 1

*oL -/3*	O	2	O	3	O	4
^K1	1	,88	1	,84	2	,83
^Κ2	,29	,6	,15

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Die folgenden Gleichungen sind den Gleichungen (2a) und (2b) äquivalent:

Pressung: u_q = K₃U₁U₀ ^ί1~°° ^ (3a)

(/3-1)
Dehnung: u_Q = K₄U₁U /3 (3b)

oC ²

wobei K₃ = K₁ und K₄ = K₂

Die Erfindung verwendet die Gleichungen (2a), (2b) und/oder (3a), (3b) durch Potenzieren von Signalen entsprechend dem Pressungs- und Dehnungsgrad mittels eines logarithmischen Verstärkers, Vorteilers (Sealer) und eines numerischen Verstärkers. Die Gleichungen (2a) und (2b) ergeben eine Vorkopplungsanordnung und die Gleichungen (3a) und (3b) eine Rückkopplungsanordnung, Sowohl der Dynamikpresser als auch der Dynamikdehner können in der Vorkopplungsanordnung verwendet werden. Eine Alternativlösung liegt darin, den Dynamikpresser in der Rückkopplungsanordnung, Gleichung (3a), zu verwenden und den Dynamikdehner in der Vorkopplungsanordnung, Gleichung (2b). Diese Anordnung hat Vorteile, die sich aus der anschließenden Beschreibung der Erfindung ergeben.

Unahängig davon, welche Anordnung verwendet wird, sind der erfindungsgemäße Dynamikdehner und Dynamikpresser erfindungsgemäß durch eine logarithmische Kette gekennzeichnet, die einen logarithmischen Verstärker, einen Vorteiler und einen numerischen Verstärker oder eine gleichwertige Anordnung aufweist. Dieser logarithmischen Kette ist ein Mittelwertbildungskreis vorgeschaltet, der einen Effektivwert (oder Pseudo-Effektivwert) von u. oder u erzeugt. Damit wird der Ausgang der logarithmischen Kette der U. oder U mit einem Wert potenziert, der durch den Teilungsfaktor des Vorteilers bestimmt ist. Dies hat

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besondere Vorteile, da die Leistung nun verändert werden kann, und nicht langer in die Schaltung "eingebaut" ist. Infolgedessen kann eine Untersuchung einer subjektiven Rauschabstandverbesserung als Funktion des Pressungs- und Dehnungsausmaßes durchgeführt werden, indem von Hand der Tellungsfaktor der Vorteiler in den logarithmischen Ketten des Dynamikpressers und -dehners eingestellt wird. Es ist ferner möglich, eine automatische Einstellung des Pressungs- und Dehnungsgrades vorzusehen, um eine pegelabhängige Pressung und Dehnung und/oder eine adaptive Kompandierung in Vielfachkanalsystemen zu erzielen.

Das Ausgangssignal des numerischen Verstärkers der logarithmischen Kette wird als ein Eingang einem Vervielfacher zur Erzeugung von u zugeführt. In der Vorkopplungsanordnung wird das Eingangssignal u. nach einer Mittelwertsbildung dem Eingang der logarithmischen Kette und als zweiter Eingang dem Vervielfacher zugeführt. In der Rückkopplungsanordnung wird das Ausgangssignal u vom Vervielfacher nach Mittelwertbildung als Eingang der logarithmischen Kette zugeführt, und das Eingangssignal u. wird als zweiter Eingang dem Vervielfacher zugeführt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines einfachen erfindungsgemäßen Vorkopplungs-Kompanders,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines einfachen erfindungsgemäßen Rückkopplungs-Kompanders,

Fig. 3 eine schematische Schaltung einer besonderen Ausführungsform der Dynamikpresserstufe des Vorkopplungs-Kompanders ,

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Fig. 4 eine schematische Schaltung einer besonderen Ausführ ungs form der Dynamikdehnerstufe des Vorkopplungs-Kompanders,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform

des einfachen Vorkopplungs-Kompanders nach Fig. 1,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer ersten abgeänderten Ausführungsform des einfachen Rückkopplungs-Kompanders nach Fig. 2,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des einfachen Vorkopplungs-Kompanders nach Fig. 1, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform

des einfachen Rückkopplungs-Kompanders nach Fig.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder einander entsprechende Teile bezeichnen, wobei das Blockschaltbild nach Fig. 1 entweder den Dynamikpresser oder -dehner des Vorkopplungs-Kompanders darstellt. Mit anderen Worten, diese Schaltung umfaßt entweder die Gleichung (2a) oder die Gleichung (2b), abhängig von der Proportionalitätskonstanten und dem Teilungsfaktor.

In dieser Vorkopplungsanordnung wird das Eingangssignal u. als ein Eingang dem Vervielfacher 10 und ferner als Eingang dem Mittelwertkreis 11 zugeführt. Das Ausgangssignal des Mittelwertkreises 11 ist der Effektivwert (oder Pseudo-Effektivwert) des Eingangssignals u. , gemittelt über die Zeitdauer einer Silbe. Mittelwertkreise sind selbstverständlich dem Fachmann bekannt und werden mühelos durch Verwendung von Gleichrichtern und Schaltungen mit RC-Zeitkonstante realisiert. Das Ausgangssignal "ü. des Mittelwertkreises 11 wird dem Eingang eines logarithmischen Verstärkers

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12 zugeführt. Das Eingangssignal zum Vorteiler 13 ist daher ein dem Logarithmus U. proportionales Signal. Der Vorteiler

13 kann als Typ eines Vervielfachers betrachtet werden, der das Eingangssignal mit dem Teilungsfaktor a multipliziert. Ein Potentiometer führt eine derartige Teilungsfaktormultiplikation durch, oder es kann ein Verstärker mit regelbarer Verstärkung verwendet werden. Der Ausgang des Vorteilers 13 ist mit dem Eingang eines numerischen Verstärkers 14 verbunden. Da der Mittelwert Ü. zuerst in einen Logarithmus umgewandelt wurde, der mit einem Teilungsfaktor a multipliziert worden ist, und das Resultat in einen numerischen Wert umgewandelt wurde, so ist dem Fachmann klar, daß der Ausgang des numerischen Verstärkers 14 ein U. proportionales Signal darstellt. Das Ausgangssignal des numerischen Verstärkers 14 wird als anderer Eingang dem Vervielfacher 10 zugeführt. Der Vervielfacher 10 liefert daher ein Ausgangssignal, das dem Produkt aus dem Eingangssignal u. und dem Ausgangssignal des numerischen Verstärkers

— oC ■*■

14 U. proportional ist,und das als Ausgangssignal u in jeder

der Gleichungen (2a) oder (2b) erkennbar ist.

— 1 — od

Gemäß Gleichung (2a) ist der Exponent von U. gleich —^—. Wird daher die in Fig. 1 dargestellte Schaltung als Dynamikpresser

1 - cC verwendet, so muß der Teilungsfaktor gleich -—=— sein. Aus Gleichung (2b) ergibt sich, daß der Exponent von H. gleich β -1 ist. Somit wird die in Fig. 1 dargestellte Schaltung als Dynamikdehner verwendet, in-dem der Teilungsfaktor gleich /3-1 gemacht wird. Die Proportionsalitätskonstanten K^ und K~ können durch den Vervielfacher 10 bestimmt werden.

In der in Fig. 2 dargestellten Rückkopplungsanordnung wird das Eingangssignal u. wie vorher einer Eingangsklemme des Vervielfachers 10 zugeführt. Jedoch ist in dieser Anordnung der Eingang zum Mittelwertkreis 11 das Ausgangssignal u des Vervielfachers 10. Somit ist das Ausgangssignal des Mittelwertkreises U , das den Effektivwert (oder Pseudo-Effektivwert) von

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u gemittelt über die Zeitdauer einer Silbe darstellt. Das Mittelwertsignal U wird dem Eingang des logarithmischen Verstärkers 12 zugeführt. Infolgedessen ist das Ausgangssignal des numerischen Verstärkers 14 gleich U , das als das andere Eingangssignal dem Vervielfacher 10 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 10 ist daher proportional dem Produkt aus u. und U . Aus den Gleichungen (3a) und (3b) ist ersichtlich, daß dies das benötigte Ausgangssignal u darstellt. Für die Verwendung als Dynamikpresser muß der Teilungsfaktor gleich 1-oC und bei der Verwendung als Dynamikdehner sollte er gleich -^— sein. Die Proportionalitätskonstanten I<2 und K» können im Vervielfacher 10 eingebaut sein.

Aus Gründen der Einfachheit kann die Realisierung sowohl des Dynamikpressers als auch -dehners in der Vorkopplungsanordnung bevorzugt werden. Eine alternative und attraktive Anordnung besteht aus einem Dynamikpresser in der Rückkopplungsanordnung und einem Dynamikdehner in der Vorkopplungsanordnung. In diesem Falle arbeiten beide Detektoren über den gepreßten Dynamikbereich und die logarithmischen Ketten sind ebenfalls identisch. Es ist offensichtlich ferner möglich, einen Dynamikpresser in der Vorkopplungsanordnung in Verbindung mit einem Dynamikdehner in der Rückkopplungsanordnung zu verwenden.

Die Anordnung sowohl des Dynamikpressers und -dehners in der Vorkopplungsanordnung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt ein Detail-Schaltbild einer Dynamikpresserstufe unter Verwendung von im Handel erhältlichen integrierten Schaltkreisen. Der Verstärker 150 ist ein Wechselstromverstärker, der zum Anschluß des Eingangssignals u. geschaltet ist. Der Verstärker kann die eine Hälfte eines uA 747-Verstärkers sein, der in integrierter Bauweise von Fairchild Semiconductor hergestellt wird. Die nächsten beiden Verstärker 111 und 112 und ihre zugehörige Schaltung stellen einen Präzisions-Doppelweggleichrichter

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dar. Die Verstärker 111 und 112 können jeweils ein Viertel eines als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärkers LM324 von Intersil, Inc. bilden. Die Widerstände 113 und 114 in Verbindung mit dem Kondensator 115 am Ausgang des Präzisions-Doppelweggleichrichters definierten eine Anstiegszeitkonstante von 3 ms. Falls eine Freiwerdezeitkonstante verwendet werden muß, die größer als die Anstiegszeitkonstante ist, so wird sie durch den Widerstand 116 und den Kondensator 117 am Ausgang des Verstärkers

118 definiert, der als sein Eingangssignal das Ausgangssignal des Anstiegszeitkonstanten-Schaltkreises erhält. Der Freiwerdezeitkonstante-Schaltkreis ist mit dem Eingang des Verstärkers verbunden, der ein Spannungsfolger ist. Jeder der Verstärker und 119 kann ein Viertel einer in integrierter Bauweise ausgeführten Verstärkerschaltung LM 324 sein. Somit kann jeder der Verstärker 111, 112, 118 und 119 auf einem integrierten Schaltkreischip ausgebildet sein. Das Ausgangssignal des Verstärkers

119 ist proportional U-. Somit bildet die soweit nach Fig. 3 beschriebene Schaltung den in Fig. 1 dargestellten Mittelwertkreis. Der Ausgang des Spannungsfolger-Verstärkers 119 ist über ein Pegeleinstellpotentiometer 120 mit dem Eingang des logarithmischen Verstärkers 121 verbunden. Der logarithmische Verstärker 121 kann ein integrierter Schaltkreis Typ 755P von Analog Devices sein. Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 121 ist mit einem Spannungsteilernetzwerk verbunden, welches ein Eichpotentioraeter 131 und in Reihe geschaltete Widerstände 132, 133, 134 und 135 aufweist. Die Verbindungsstellen zwischen diesen Widerständen sind mit einem Mehrstellungsschalter 136 verbunden. Der Ausgang des Schalters 136 bestimmt den Teilungsfaktor a und wählt somit den Pressungsgrad. Der Schalter 136 ist mit einem Eingang eines mit geringer Versetzung arbeitenden Gegentaktverstärkers 137 verbunden. Der Gegentaktverstärker kann als in integrierter Bauweise ausgeführter Verstärker vom Typ OP 07 von Precision Monolitics, Inc. sein. Der Ausgang dieses Gegentaktverstärkers 137 ist mit dem Eingang eines numerischen

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Verstärkers 141 verbunden, der als Verstärker vom Typ 755 P in integrierter Bauweise von Analog Devices hergestellt wird. Die verschiedenen Funktionen werden vom gleichen Schaltkreistyp durch Änderung der Anschlüsse erhalten. Der Ausgang des numerischen Verstärkers 141 ist mit einem Spannungs-Stromwandler verbunden, der aus dem Verstärker 142 und seiner zugehörigen Schaltung besteht. Der Verstärker 142 kann ein zweiter Typ OP 07 eines in integrierter Schaltung aufgebauten Verstärkers von Precision Monolitics, Inc. sein. Es ist nun offensichtlich, daß die bisher beschriebene Schaltung die logarithmische Kette bildet. Die Beschreibung der Schaltung nach Fig. 3 erfolgt zwar bezüglich der Vorkopplungsanordnung des Kompanders, jedoch könnte im wesentlichen die gleiche logarithmische Kette in der Rückkopplungsanordnung verwendet werden.

Der Vervielfacher 10 gemäß Fig. 1 wird durch einen Verstärker 100 regelbarer Steilheit verwirklicht. Dieser Verstärker empfängt an seinen Eingängen das Eingangssignal u. und das Ausgangssignal des Spannungs-Stromwandlers einschließlich des Verstärkers 142. Der Verstärker 100 regelbarer Steilheit kann ein in integrierter Bauweise ausgeführter Operationsverstärker Typ CA3O8OA von RCA sein. Dieser Operationsverstärker regelbarer Steilheit hat einen unterschiedlichen Eingang und einen unsymmetrischen A-Verstärkerausgang. Der Verstärker hat ferner einen Verstärkerstrom-Vorspannungseingang, der in dieser Schaltung zu einer linearen Verstärkungsregelung verwendet wird. Der Ausgangsstrom des Verstärkers ist gleich groß wie oder kleiner als der Vorspannungsstrom. Wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, arbeitet der RCA-Operationsverstärker regelbarer Steilheit vom Typ CA3O8OA sehr gut als Vervielfacher in der Kompanderschaltung. Der gewünschte Dynamikbereich für den Silbeneingang des Vervielfachers wird durch die Beziehung

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gegeben, wobei \ den Dynamikbereich des Eingangssignals des Dynamikpressers darstellt, und oC den Pressungsgrad. ,£ ist als Funktion von 06 für Y = 60 dB, in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2
et 2 .3.4.

S dB 30 40 45

Der gewünschte Dynamikbereich ist der gleiche für den Silbeneingang des Dynamikdehner-Vervielfachers. Der Dynamikbereich des Vorspannungsstromes hat gemäß der Tabelle 2 den Wert von 45 dB bei einem Pressungs- und Dehnungsgrad von 4. Der gewählte Vorspannungs-Strombereich für den RCA-Verstärker vom Typ CA3O8OA liegt zwischen 1uA bis 20OuA.

Ein hoher Signalwert ist einem niedrigen Gegenwirkleitwert (niedriger Vorspannungsstrom) am Dynamikpresser zugeordnet. Typischerweise g = 15-10 S (Siemens) bei einem Vorspannungsstrom I_vor = lv&· Ein 10 dBmO Signal (2,45 V), welches den höchsten Signalpegel darstellt, muß mit einem Faktor K gedämpft werden. Somit ergibt sich:

2i!5 15-1O-⁶ = j_a = j = ίο"⁶,

K A vor '

-fi
K= 15 χ 2,45 χ 10 = 37.

Das -50 dBmO (2,45 V) Signal wird auf 66 uV gedämpft. Dies erklärt die Verwendung des Differenzeingangs (Unterdrückung des gemeinsamen Schwingungstyps) und die Verwendung einer hohen Ausgangsimpedanz.

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Eine Änderung des Vorspannungsstromes verursacht eine nicht vernachlässigbare Änderung des Ausgangsstromes verglichen mit dem Wechselstromausgangsstrompegel. Dieser ist gegenüber dem Ausgang des numerischen Verstärkers durch eine Zenerdiode und einen 20 kQ -Widerstand in Reihe mit der Ausgangsimpedanz versetzt.

Es sollte schließlich darauf hingewiesen werden, daß nach Messungen an 8 Ausführungen von Steilheitsverstärkern der Gegenwirkleitwert (g) nicht genau linear mit dem Vorspannungsstrom verläuft. Der Gegenwirkleitwert läßt sich relativ zur Vor spannungsstromkurve besser durch die Gleichung (6) ausdrücken.

wobei K eine Konstante ist und der Exponent χ zwischen 0,96 und 1,06 liegt. Daher sollte der Verstärkungsfaktor des Teilungs-Verstärkers im Dynamikpresser gemäß der Gleichung (7) gewählt werden?'

wobei (1-eQ/cC den Verstärkungsfaktor für einen Pressungsgrad ©C und einen idealen Steilheitsverstärker darstellt. Der Verstärkungsfaktor (i-oC'J/oC¹ gewährleistet einen Pressungsgrad oC mit einen Verstärker regelbarer Steilheit gemäß Gleichung (6)ο Eine der Gleichung (7) äquivalente Beziehung wird durch die Gleichung (8) für den Dynamikdehner gegeben?

(Ι-/?¹) χ = 1-$ (8)

Es wird nunmehr die Beschreibung der in Fig. 3 angegebenen Schaltung fortgesetzt. Der Ausgang des Steilheitsverstärkers 100 ist mit dem Eingang des Verstärkers 101 verbunden.

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Der Verstärker 101 ist ein Impedanzwandler und der Spannungsteiler 1O2 an seinem Ausgang gewährleistet den gleichen unbeeinflußten Pegel für unterschiedliche Pressungsgrade. Für den Verstärker 101 eignet sich ein von RCA als integrierter Schaltkreis hergestellter Verstärker vom Typ CA313OAT. Der Ausgang des Spannungsteilers 102 ist über eine Temperatur-Kompensationsschaltung, die einen Thermistor 103, enthält mit dem ausgangsseitigen Verstärker 104 verbunden. Die Temperatur-Kompensationsschaltung gleicht die Temperaturabhängigkeit der· Steilheit des Verstärkers 100 aus. Der Ausgangsverstärker 104 kann eine Hälfte eines als integrierten Schaltkreis hergestellten Verstärkers des Typs uA747 von Fairchild Semiconductor sein. Somit können die als integrierte Schaltungen ausgeführten Verstärker 150 und 1O4 in einem einzigen integrierten Schaltkreistyp angeordnet sein.

Die Pressungsstufe des Vorkopplungs-Kompanders gemäß Fig. 4 ist im wesentlichen die gleiche wie die Pressungsstufe nach Fig. In der Tat ist der Doppelwegglexchrichter des Dynamikdehners identisch mit jenem des Dynamikpressers. Die durch die Widerstände 113 und 114 und den Kondensator 115 bestimmte Anstiegszeit ist etwa 6 ms. Die Amplitudeneinstellung für die verschiedenen Dehnungsgrade wird durch den Spannungsteiler 122 am Ausgang des Verstärkers 119 eingestellt. Der Teilungs-Verstärker 137 ist als Folge des positiven Exponenten kein Gegentaktverstärker. Schließlich ist wegen der höheren zulässigen Signalamplitude am linearen Verstärker 100 regelbarer Steilheit die Ausgangsimpedanz niedriger. Daher ist ein Impedanzwandler der den Verstärker 101 und seine zugehörige Schaltung umfaßt, nicht erforderlich.

Bisher wurde in der Beschreibung der Erfindung angenommen, daß die Pressungs- und Dehnungsverhältnisse nach ihrer Auswahl konstant und im Dynamikbereich von u^ und u gleich groß sind. Dies gewährleistet, daß das Verhältnis der beiden Eingangs-

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spannungen am Eingang des Dynamikpressers gleich groß wie das Verhältnis der zugehörigen Ausgangsspannungen am Ausgang des Dynamikdehners ist. Falls eine Änderung des Übertragungspegels nicht eintritt oder für eine gegebene Anwendung nicht zulässig ist, so kann der Teiler durch U oder U oder eine Funktion dieser beiden Ausdrücke eingestellt werden. Mit anderen Worten, eine signalabhängige Pressung und Dehnung kann beispielsweise zur zusätzlichen subjektiven Verbesserung des Rauschabstandes erzielt und verwendet werden. Eine derartige Anordnung ist in den Fig» 5 und 6 für die jeweiligen Anordnungen der Vorkopplungs- und Rückkopplungs-Kompander dargestellt. Insbesondere ist der Ausgang des Mittelwertkreises nicht nur mit der logarithmischen Schaltung 12 sondern auch als Eingang mit der Teilungsfaktorschaltung 16 verbunden. Die Teilungsfaktorschaltung 16 liefert den Teilungsfaktor a für den Teiler 13. Die Teilungsfaktorschaltung 16 kann vorgesehen werden, um einen Ausgang a zu liefern, der die gewünschte Funktion des Eingangs U- oder U ist. Beispielsweise kann die Teilungsfaktorschaltung 16 eine integrierte Schaltung mit einer vorgegebenen Zeitkonstante sein.

Wie vorausgehend erwähnt wurde, hebt das Einsetzen eines Dynamikpressers in einen Telefonkanal den Kanalpegel im Vergleich zum nicht-kompandierten Pegel an. Der Pegel im kompandierten Kanal hängt vom Pressungsverhältnis und vom nicht beeinflußten Pegel ab, d.h. vom jeweiligen Signalpegel, der vom Dynamikpresser unbeeinflußt ist. Bei einer Mehrfachkanalübertragung mittels einer leistungsbegrenzten Breitbandanlage hängt die Belastung der Anlage von der Anzahl der aktiven Kanäle und von der Pressungsfunktion ab. Ein adaptives System kann verwirklicht werden,indem die Pressungsfunktion der Kompander abhängig von der gemeinsamen Belastung der Anlage geändert wird.' Ein derartiges adaptives System ist in den Fig. 7 und 8 jeweils für einen Vorkopplungs- und Rückkoppungs-Kompander dargestellt. In jedem Falle empfängt

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eine lastabhängige Teilungsfaktorschaltung 17 ein Eingangssignal, das zu jedem Zeitpunkt eine Funktion der Anzahl der aktiven Kanäle darstellt. Abhängig von diesem Eingangssignal wird der Teilungsfaktor a für den Teiler 13 verändert. In ihrer einfachsten Ausführungsform liefert die lastabhängige Teilungsfaktorschaltung ein ausgangsseitiges Teilungsfaktorsignal, dessen Größe umgekehrt proportional zur Anzahl der aktiven Kanäle ist.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die eine analoge Signalverarbeitung verwenden. Es ist für den Fachmann jedoch offensichtlich, daß die erfinduhgsgemäßen Vorteile nicht von einer analogen Signalverarbeitung abhängig sind. Jede der durch die verschiedenen Blockschaltbilder gemäß den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ausgeführten Operationen kann beispielsweise auch digital erfolgen, wobei die entsprechenden Analog/Digital- und Digital/ Analog-Umwandlungen vorgenommen werden. Ferner kann eine Kombination einer Analog/Digital-Signalverarbeitung verwendet werden. Beispeilsweise könnte der Vervielfacher 10 aus einem digitalen logarithmischen Vervielfacher gemäß der US-PS 4 064 379 bestehen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung einen Silben-Kompander,der logarithmische Ketten sowohl im Dynamikpresser als auch im Dynamikdehner verwendet, betrifft. Die logarithmischen Ketten bestehen jeweils aus einem logarithmischen Verstärker, einem Teiler und einem numerischen Verstärker oder Äquivalenten dieser Bauteile. Das Ausgangssignal der logarithmischen Kette entspricht dem Eingangssignal, das mit einem Wert potenziert ist, der durch den Teilungsfaktor des Teilers bestimmt wird. Eine logarithmische Kette wird mit einem Vervielfacher und einem Mittelwertkreis verwendet, um Gleichungen der Gestalt

u = Ku.Ü^a
ο i

zu realisieren,

909882/0593 " ²¹ "

wobei u. das Eingangssignal zum Dynamikpresser oder -dehner ist, u das Ausgangssignal des Dynamikpressers oder - dehners, Ü der Effektivwert (oder Pseudo-Effektivwert) von u. oder u , gemittelt über die Zeitdauer einer Silbe, K eine Konstante und a der Teilungsfaktor, der eine Funktion des Pressungs- oder Dehnungsgrades ist.

Da der Teilungsfaktor a leicht eingestellt werden kann, ermöglicht der Kompander eine Flexibilität bei der Änderung des Dehnungs- und Pressungsgrades.

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Claims

HOFFMANN · ISITI-K A: F,1FTWEH. ο Q Π

PATENTANWÄLTE /jÜ

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-I NG. W.EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMANN · D IPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) . D-8000 MO NCH EN 31 ■ TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

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Communications Satellite Corporation, Washington D=C= / USA

Silben-Kompander. mit logarithmischer Kette

Patentansprüche¹

Kompander zur Verwendung bei der Sprachübertragung

über einen Nachrichtenkanal, der einen Dynamikpresser im Sender und einen Dynamikdehner im Empfänger aufweist, wobei der Dynamikpresser und der Dynamikdehner Gleichungen der allgemeinen Form

realisieren, u. das Eingangssignal zum Dynamikpresser oder -dehner darstellt, u das Ausgangssignal des Dynamikpressers oder -dehners, ü einen Durchschnittswert von u. oder u gemittelt über die Zeitdauer einer Silbe, K eine Konstante, und a einen Teilungsfaktor, der eine Funktion des Fressungs- oder Dehnungsgrades ist, dadurch ge kenzeichnet, daß sowohl der Dynamik-

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2 -

presser als auch der Dynamikdehner folgende Teile aufweisen:

einen Mittelwertkreis (11) zur Erzeugung von dem Mittelwert Ü proportionalen Signalen,

eine mit dem Ausgang des Mittelwertkreises (11) verbundene logarithmische Kette, die eine logarithmische Schaltung (12) aufweist, um die dem Mittelwert (U) proportionalen Signale in ein dem Logarithmus des Mittelwerts (U) proportionales Signal umzuwandeln,

einen mit dem Ausgang der logarithmischen Schaltung (12) verbundenen Vorteiler (13) zur Multiplikation des dem Logarithmus des Mittelwerts (U) proportionalen Signal mit dem Teilungsfaktor a,

eine mit dem Ausgang des Vorteilers (13) verbundene numerische Einrichtung zur Umwandlung des Ausgangs des Vorteilers in ein Signal, das dem numerischen Wert desselben proportional ist, wobei der Teilungsfaktor einstellbar ist, um den Pressungsoder Dehnungsgrad des Dynamikpressers oder -dehners festzulegen, und

einen Vervielfacher.(10), der als Eingänge ein u. proportionales Signal und das Ausgangssignal der logarithmischen Kette empfängt, wobei der Vervielfacher ein u proportionales Ausgangssignal erzeugt.
2. Kompander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikpressungs- und -dehnungsformeln die allgemeine Gestalt

u = Ku.Ü.^a

Oll ,

aufweisen, wobei "ü. der Mittelwert von u. ist und das Eingangssignal des Mittelwertkreises (11) ein u. proportionales Signal ist, und der Teilungsfaktor a für den Dynamikpresser und -dehner voneinander verschieden sind.

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3„ Kompander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikpressungs- und -dehnungsformeln die allgemeine Gestalt

aufweisen, wobei U den Mittelwert von u darstellt und das Eingangssignal des Mittelwertkreises (11) das Ausgangssignal des Vervielfachers (10) ist, und der Teilungsfaktor a für den Dynamikpresser und -dehner verschieden ist.
4. Kompander nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dynamikpressungsformel die Gestalt

aufweist, wobei Ü der Mittelwert von u ist und das Eingangssignal des Mittelwertkreises (11) im Dynamikpresser das Ausgangssignal des Vervielfachers (10) ist und wobei die Dynamikdehnungsformel die Gestalt

u_o = Ku₁D₁*

aufweist, wobei U. den Mittelwert von u. darstellt und das Eingangssignal zum Mittelwertkreis (11) im Dynamikdehner ein u.. proportionales Signal ist, wobei die Teilungsfaktoren a für Pressung und Dehnung voneinander verschieden sind.
5. Kompander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikpressungsformel die Gestalt

aufweist, wobei U. den Mittelwert von u. darstellt und das Ein gangssignal zum Mittelwertkreis (11) im Dynamikpresser ein u. proportionales Signal ist, und die Dynamikdehnungsformel die Gestalt

u = Ku.Ü ^a
ο ίο

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aufweist, U den Mittelwert von u darstellt und das

σ ο

Eingangssignal zum Mittelwertkreis (11) im Dynamikdehner das Ausgangssignal des Vervielfachers (10) ist, und die Teilungsfaktoren a für Dynamikpressung und -dehnung voneinander verschieden sind.
6. Kompander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im Dynamikpresser und im Dynamikdehner eine Einrichtung vorhanden ist, die auf die dem Mittelwert U proportionalen Signale anspricht, um den Teilungsfaktor a als Funktion von U einzustellen.
7. Kompander nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Mehrfachkanal-Nachrichtensystem, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Dynamikpresser und Dynamikdehner eine Einrichtung vorhanden ist, die auf die Anzahl der aktiven Kanäle im Nachrichtensystem anspricht, um den Teilungsfaktor a als Funktion der Anzahl der aktiven Kanäle einzustellen,

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