NO140871B - Overfoeringsinnretning med en sender og mottager for analogsignaler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en overføringsinnret-ning med en sender og mottager for analogsignaler som stammer fra en elektroakustisk omformer hvor på sendersiden et filter for beskjæring av analogsignalets frekvensbånd er efterkoblet omformeren og hvor de analogsignaler som opptrer på utgangen av dette filter med hensyn til den spektrale energifordeling blir utjevnet.

Overføringsinnretninger som arbeider med pulskodemodulering har den fordel fremfor innretninger med analogsignalsending at signalstøyavstanden på mottagersiden bare avhenger av kvan-/

tisenngsstøyen og ikke av støy som tilføyes pa transmisjons-strekningen.

Ved de kjente overføringsinnretninger tas en rekke amplitudeverdier ut av analogsignalet som skal overføres, og de enkelte amplitudeverdier omsettes til tilsvarende kodeord som over-føres til mottagersiden. Ifølge det kjente avsøkningsteorem skulle frekvensen for uttagning av de enkelte avsøkningsprø-ver i det minste velges dobbelt så høy som den høyeste frekvens som skal sendes fra analogsignalet. Denne betingelse vil av overføringstekniske grunner ofte virke nokså forstyrrende, idet den pulsfrekvens som fremkommer av avsøkningsfre-kvensen og antallet bits pr. avsøkningspuls ikke bør over-skride en bestemt verdi.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å eliminere de nevnte vanskeligheter uten kvalitetsforringelse av det overførte analogsignal.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen med den innledningsvis nevnte innretning ved at det efter nevnte filter på sendesiden er koblet en firepol som hever signalenes amplituder med en bestemt verdi for frekvenser som ligger i øvre frekvensområde av det frekvensbånd som skal overføres for at effekten pr. frekvensenhet skal holdes konstant, at det efter firepolen er koblet inn en amplituderegulator (Silbenkompressor) hvis oppreguleringstidskonstant er større enn dens tilbakereguleringstidskonstant og som står i forbindelse med en analog-digital-omformer for omforming av analogsignalene til pulskodemodulasjonssignaler og i tilknytning til hvilken omformer det er anordnet en pulsgenerator for generering av avtastningspulser for avtastning av analogsignalet med en frekvens som er mindre enn det dobbelte av den høyeste frekvens som opptrer efter beskjæring av frekvensbåndet, samt en innretning (Momentankompressor) som for bestemte amplituder i midtre amplitudeområde bevirker mindre kvantiseringstrinn enn for de øvrige amplituder.

Ifølge ytterligere kjennetegnende trekk ved overføringsinn-retningen er det mellom amplituderegulatoren og ana log-digital-omformeren koblet inn en amplitudebegrenser og et efter denne innkoblet andre båndfilter som har praktisk talt lik gjennomslipp-karakteristikk som det første filteret. Kodingen i analog-digital-omformeren skjer i grupper på to binære symboler. Firepolen hever amplitudene med en verdi som med hensyn til signalene ved inngangen til den elektroakustiske omformer medfører en total hevning på 10 - 30 desibel ved den høyeste frekvens av det frekvensbånd som skal overføres. Amplituderegulatoren har en oppreguleringstidskonstant som ligger mellom 100 og 500 millisekunder og en tilbakereguleringstidskonstant som ligger mellom 20 og 80 millisekunder. Det første filteret overfører et frevkensbånd mellom 0,3 og

3 kHz, firepolen hever amplitudene for signaler med frekvenser som ligger over 1 kHz med en verdi som medfører en total hevning på ca. 20 desibel, oppreguleringstidskonstanten for amplituderegulatoren utgjør ca. 150 millisekunder og tilbakereguleringstidskonstanten utgjør ca. 50 millisekunder og pulsgeneratoren genererer avtastningspulser med en frekvens som svarer til det 1,6-dobbelte av høyeste frekvensbånd som skal overføres. I mottageren er det anordnet en digital-analog-omformer som mottar de overførte pulskodemodulasjonssignaler og til hvilken det er tilordnet en amplitude-ekspander som svarer til momentanverdi-kompressoren som er tilordnet analog-digital-omformeren på sendersiden og som danner med disse en momentankompander og opphever reduksjonen av kvantiseringstrinnene som sistnevnte anordning bevirket, en firepol til utligning av den hevning av amplitudene som skjedde i firepolen på sendersiden, samt et filter som.beskjærer frekvensbåndet for signalene tilsvarende første filter i senderen og overfører disse signaler til en elektroakustisk omformer.

Under henvisning til tegningen skal et utførelseseksempel av oppfinnelsens gjenstand beskrives nærmere. Fig. 1 viser en innretning med en sender- og en mottagerstasjon for generering, omforming og overføring av signaler. Fig. 2-4 viser diagrammer over verdier som opptrer på forskjellige steder i innretningen.

Mottagerstasjonen for den innretning som er vist i fig. 1 om-fatter en elektroakustisk omformer som tjener til opptagelse av akustiske signaler, f.eks. talesignaler og som i det foreliggende tilfelle er en dynamisk mikrofon med romlydkompensa-sjon og en diskanthevning på 10 dB.

Analogsignalene som genereres av mikrofonen 1 føres til et bånd-passfilter som foretar en beskjæring av frekvensbåndet med analogsignalene. De frekvenser som overføres av filteres 2 ligger fortrinnsvis i området 0,3 til 3 kHz.

Fra filteret 2 føres signalene til en firepol 3, som tjener til hevning av signalenes amplituder med frekvenser som ligger i øvre frekvensområde av det frekvensbånd som skal overføres. Verdien av nevnte amplitudehevning av de signaler som tilføres firepolen 3 utgjør i det foreliggende tilfelle ca. 10 dB, slik at det med hensyn til amplituden av det akustiske signal som opptas av mikrofonen 1 skjer en total nivåhevning på ca. 20 dB ved frekvensbåndets overste frekvens.

I diagrammet ifolge fig. 2 er frekvensen angitt på abscissen og logaritmen av signalets amplitude U er angitt på ordinaten. Den stiplete kurve I gjengir spektralfordelingen av det akustiske signal som opptrer ved mikrofonens 1 inngang og kurven II gjengir spektralfordelingen av det signal som opptrer ved fi-repolens 3 utgang. Ved en frekvens på 1 kHz er det praktisk talt ikke foretatt noen forandring av amplituden,mens det ved frekvenser som ligger over 1 kHz skjer en 'nivåhevning av amplituden.

Fra firepolen 3 fores signalene til en amplituderegulator 4, som tjener til utjevning av de amplitudeforskjeller som er fremkalt av de med forskjellig lydstyrke genererte signaler. Denne amplituderegulator har fortrinnsvis forskjellige tidskonstanter for oppregulering og tilbakeregulering. Derved bor oppregulerings-tidskonstanten ligge mellom 100 og 500 millisekunder og tilbakeregulerings-tidskonstanten bor ligge mellom 20 og 80 millisekunder. Under forutsetning av de

angitte akustiske og elektriske data bor disse tidskonstanter for oppregulering utgjore ca. 150 millisekunder og for tilbakeregulering ca. 50 millisekunder.

I fig. 3 er den statiske kurve for amplituderegulatoren 4 vist. På abscissen er inngangsspenningen UE angitt i Volt og på ordinaten er utgangsspenningen UA angitt normert på verdien 1 ved en inngangsspenning UE på ca. 1 Volt. Kurven forloper lett sti-gende, idet man skal ha for bye at kurven gjengir forholdet mellom middelverdien av de to spenninger U£ og UA-

Ved hjelp av firepolen 3 og amplituderegulatoren 4 tilveiebrin-ges en jevn frekvens- og amplitudefordeling for de elektriske analogsignaler. For å utelukke forstyrrende amplitudetopper som måtte opptre kortvarig ved amplituderegulatorens 4 utgang er det koblet en amplitudebegrenser 5 etter amplituderegulatoren 4. På grunn av amplitudebegrensningen i amplitudebegrenseren 5 vil det i signalene opptre frekvenskomponenter som ligger utenfor det frekvensområde som skal overfores, i foreliggende utforelseseksempel således utenfor området 0,3 til 3 kHz. Disse frekvenskomponenter filtreres bort i et bånd-passfilter 6 som er koblet etter amplitudebegrenseren 5 og som med hensyn til sitt passe-ringsfrekvensområde svarer til bånd-passfilteret.

Fra bånd-passfilteret 6 fores analogsignalet til en analog-digital-omformer 7, som fra en pulskilde 8 mottar avsoknings-pulsene for amplitudeprover. Disse avsokningspulsers frekvens er lavere enn det dobbelte av den hoyeste frekvens i det frekvensbånd som skal overfores.

Ved det omtalte utforelseseksempel utgjor den hoyeste frekvens som skal overfores 3 kHz, mens det som avsokningsfrekvens er valgt 4,8 kHz, dvs. det 1,6-dobbelte av den hoyeste frekvens. Ifolge det kjente avsokningsteorem burde avsokningsfrekvensen

i dette tilfelle være minst 6 kHz.

I tilknytning til analog-digital-omformeren 7 er det videre anordnet en innretning 17, som for bestemte amplituder i midtre amplitudeområde bevirker mindre kvantiseringstrinn enn for amplituder med meget lave og meget hoye verdier.

Analog-digital-omformeren arbeider i det foreliggende utforelseseksempel med 2-bit-koding. Til gjengivelse av amplitudever-dien for hver avsokningsprove disponeres således fire kodeut-trykk med to posisjoner, nemlig "00", "01","10" og "11". Det analyseres folgelig med fire amplitddeverdier. Som folge av innretningen 17 opptrer en kurve som i det vesentlige svarer til den som er vist i fig. 4. I dette diagram er spenningen U"inng ved omformerens 7 inngang inntegnet på abscissen og den • utgangs spenning U"A som henforer seg til analogsignal verdi ene er inntegnet på ordinaten. De analogsignalverdier av UA som fremgår av diagrammet omformes tilsvarende til kodesignaler.

For inngangssignaler U„ med amplityder som ligger i et område som er begrenset av en bestemt verdi a og en hoyere verdi b, fremkalles en konstant utgangssignalverdi +1, f.eks. svarende til kodesignalet "10". For tilsvarende område som bestemmes av verdiene a og c fremkalles en utgangssignalverdi -1, som svarer til kodesignalet "01". For inngangssignaler som er stor-

re enn b fremkalles en utgangssignalverdi +2 som svarer til en kodesignalverdi "11". For inngangssignalverdier som er mindre enn c blir utgangssignalverdien -2, tilsvarende et kodesignal

"00". Virkningen av amplitudebegrenseren 5, som bestemmer hov-

den av det maksimalt mulige inngangsnivå for analog-digital-omformeren 7 vil fremgå klart.

Det pulskodemodulasjonssignal som genereres i analog-digital-omformeren 7, sendes nå på kjent måte via en overforingsstrek-

ning til mottagerstasjonen, hvor det overforte signal i en digital-analog-omformer 9 som er utformet på lignende måte som analog-digital-omformeren 7, på kjent måte omformes.til et analogsignal. De taktsignaler som tilfores digital-analog-omformeren fra en taktgiver 18 må ha en taktfrekvens som er i over-ensstemmelse med sekvensfrekvensen av bits i analog-digital-omformeren 7. I tilknytning til digital-analog-omformeren 9 er det anordnet en innretning 19 som igjen reverserer reduksjonen av kvantiseringstrinnene for mellomliggende amplitudeverdier som på sendersiden ble gjennomfort av innretningen 17.

Ved utgangen av digital-analog-omformeren 9 opptrer således et analogsignal som svarer til inngangssignalet ved inngangen til analog-digital-omformeren 7. Utgangssignalet fra omformeren 9 tilfores en gjengivelsesinnretning 12 via en firepol 10 og et bånd-

passf ilter 11.

Firepolen 10 tjener til senkning av amplitudene som på sender-

siden ble hevet i firepolen 3, slik at amplitudehevningen blir reversert. I bånd-passfilteret 11 skjer en beskjæring av frekvensbåndet som svarer til frekvensbåndbeskjæringen på sender-

siden.

Gjengivelsesinnretningen 12 er gjengitt som en elektroakustisk omformer i form av en hoyttaler. Det kan selvsagt bru-

kes andre egnede omformere, eventuelt med tilkoblede forsterkere.

Om nødvendig er det også mulig å koble inn forsterkere mellom

de enkelte grupper 9,10 og/eller 11.

Claims (7)

1. Overføringsinnretning med en sender og mottager for analogsignaler som stammer fra en elektroakustisk omformer

(1) hvor på sendersiden et filter (2) for beskjæring av ana logsignalets frekvensbånd er etterkoblet omformeren (1) og hvor de analogsignaler som opptrer på utgangen av dette fil ter (2) med hensyn til den spektrale energifordeling blir utjevnet, karakterisert ved at det etter nevnte filter (2) på sendesiden er koblet en firepol (3) som hever signalenes amplituder med en bestemt verdi for frekven ser som ligger i øvre frekvensområde av det frekvensbånd som skal overføres for at effekten pr. frekvensenhet skal holdes konstant, at det etter firepolen (3) er koblet inn en amplitu deregulator (4) (Silbenkompressor) hvis oppreguleringstidskon stant er større enn dens tilbakereguleringstidskonstant og som står i forbindelse med en analog-digital-omformer (7) for om forming av analogsignalene til pulskodemodulasjonssignaler og i tilknytning til hvilken omformer det er anordnet en pulsge nerator (8) for generering av avtastningspulser for avtastning av analogsignalet med en frekvens som er mindre enn det dob belte av den høyeste frekvens som opptrer etter beskjæring av frekvensbåndet, samt en innretning (17) (Momentankompressor) som for bestemt amplituder i midtre amplitudeområde bevirker mindre kvantiseringstrinn enn for de øvrige amplituder.

2. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det mellom amplituderegulatoren (4) og analog-digital omformeren (7) er koblet inn en amplitudebegrenser (5) og et etter denne innkoblet andre båndfilter (6) som har praktisk talt lik gjennomslipp-karakteristikk som det forste filteret (2).

3. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at kodingen i analog-digital-omformeren (7) skjer i grupper på to binære symboler.

4. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at firepolen (3) hever amplitudene med en verdi som med hensyn til signalene ved inngangen til den elektroakustiske omformeren (1) medforer en total hevning på 10 - 30 desibel ved den hoyeste frekvens av det frekvensbånd som skal overfores.

5. innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at amplituderegulatoren (4) har en oppreguleringstidskonstant som ligger mellom 100 og 500 millisekunder og en tilbakereguleringstidskonstant som ligger mellom 20 og 80 millisekunder.

6. Innretning som angitt i krav 4 og 5, karakterisert ved at forste filter (2) overforer et frekvensbånd mellom 0,3 og 3 kHz, at firepolen (3) hever amplitudene for signaler med frekvenser som ligger over 1 kHz med en verdi som medforer en total hevning på ca. 20 desibel, at oppregulerings-tidskonstanten for amplituderegulatoren (4) utgjor ca. 150 millisekunder og tilbakereguleringstidskonstanten utgjor ca. 50 millisekunder og at pulsgeneratoren (8) genererer avtastningspulser med en frekvens som svarer til det 1,6-dobbelte av hoyeste frekvensbånd som skal overfores.

7. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i mottageren er anordnet en digital-analog-omformer (9) som mottar de overforte pulskodemodulasjonssignaler og til hvilken det er tilordnet en amplitude-ekspanderer (19) som svarer til momentanverdi-kompressoren (17) som er tilordnet analog-digital-omf ormeren (7) på sendersiden og som danner med disse en momentankompander og opphever reduksjonen av kvantiseringstrinnene som sistnevnte anordning bevirket, en firepol (10) til utligning av den hevning av amplitudene som skjedde i firepolen (3) på sendersiden, samt et filter (11) som beskjærer frekvensbåndet for signalene tilsvarende forste filter (2) i senderen og overforer disse signaler til en elektroakustisk omformer (12).