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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Phasenmodulationssystem
insbesondere ein für telefonische Übertragung geeignetes
Phasenmodulationssystem.
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In der Basisband-Digitalübertragung über einen metallischen
Träger werden im Stand der Technik Codes verwendet die wie die
zweiphasigen Codes (auch bekannt als Walsh-Codes) als Phasenmodulationssignale
betrachtet werden können. Derartige Phasenmodulations-Codes
schließen vierphasige Phasenmodulations-Codes (QPh) mit ein, welche
auch die komplexen Walsh-Codes genannt werden.
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Die QPh-Codes haben jedoch aufgrund ihrer Verwendung von
Rechteckwellen ein breites Signalübertragungsband und ziehen daher
das Problem nach sich, andere Systeme durch Nebensprechen zu
behindern. Im Stand der Technik wird daher die Rechteckwellenform
bandbeschränkt durch einen Tiefpaßfilter höchster Wertigkeit dessen
Verwendung die Schaltlogik kompliziert und damit ein neues Problem
schafft.
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Die WO-A-84/05002 offenbart ein für
Signalbitcodeumwandlungsvorentzerrung geeignetes Datensignalverarbeitungsgerat bestehend aus
einer Seriell-Parallel- Wandeleinrichtung, einer
Wellenformspeichereinrichtung und einer Digital-Analog-Wandeleinrichtung. Die
Bit-Parallelausgabe des Zweibit-Schieberegisters erlaubt dem momentanen und
vorherigen Bitstatus des Eingabesignals die Wellenformspeichereinrichtung zu
adressieren.
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Das US-A-4 339 724 betrifft einen Filter bestehend aus einer
logischen Schaltung welche eine Eingabedatensequenz und ein
Ausgabesignal empfangt einem Sinuswellengenerator, einem
Kosinuswellengenerator einem positivem Gleichspannungsgenerator und einem
negativen Gleichspannungsgenerator welche jeweils in Abhangigkeit von den
Ausgaben der logischen Schaltung mit dem Ausgang verbunden sind
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Die logische Schaltung wählt abhangig von der Korrelation innerhalb der
Eingabedatensequenz unterschiedliche Analogwellenformen und schaltet
sie am Filterausgang ein und aus.
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Das FR-A-2 542 535 beschreibt einen synchronisierten Digitaldaten-
Telefonübertragungsprozeß. Der Prozeß schließt eine Übertragung von
Binardaten in Zweiergruppen in Zeitabschnitten fester Dauer T, genannt
Bauddauer (BP) ein. Das Signal umfaßt eine Folge von eine BP
besetzenden Elementen, die eine von vier möglichen Gestalten annehmen, indem
sie um 0, p/2, p oder 3 p/2 phasenverschoben werden. Eine Folge besteht
aus drei aufeinanderfolgenden durch eine viertel BP getrennten und durch
wenigstens eine weitere BP abgeschlossenen Übergängen. Zwei einander
folgende Folgen, die voneinander durch eine BP getrennt sind, bestehen
wie oben aus drei Übergängen und sind durch mehr als eine BP getrennt.
Die Mittel- und Endübergänge werden festgehalten und der den zwei
Folgen folgende Übergang wird unterdrückt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein vierphasiges
Phasenmodulationssystem bereitzustellen, das imstande ist,
Phasenmodulationssignale zu erzeugen, welche eine enge Bandbreite besitzen,
ohne daß der vorstehend beschriebene Filter zum Zweck der
Bandlimitierung eingesetzt werden muß.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden offenbart in der folgenden detaillierten
Beschreibung zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, in
welchen:
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Fig. 1 ein Diagramm ist, welches eine vierphasige
Phasenmodulations(QPh)- Wellenform einer Rechteckschwingung nach dem Stand der
Technik darstellt;
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Fig. 2 und 3 Diagramme sind, die QPh-Modulationswellenformen
für den Gebrauch in der Erfindung darstellen;
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Fig. 4 bis 7 und Fig. 8A bis 8C Diagramme sind zur
Beschreibung der Prozesse zum Erhalt der Wellen formen für den Gebrauch in der
Erfindung:
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Fig. 9 ein Diagramm ist, welches die Bindebeziehung der Wellenformen
für den Gebrauch in der Erfindung darstellt;
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Fig. 10 ein Tabelle ist, welche die Beziehung zwischen Bitmustern
und Wellen formen darstellt;
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Fig. 11 und 12 Blockdiagramme sind, welche eine erste und eine
zweite Ausgestaltung der Erfindung darstellen; und
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Fig. 13 ein Diagramm ist, welches die Leistungsspektren einer
Wellenform für den Gebrauch in der Erfindung und einer Wellenform gemaß dem
Stand der Technik darstellt.
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Um ein besseres Verstandnis der vorliegenden Erfindung
sicherzustellen, wird zuerst der herkömmliche QPh-Code mit Bezug zu Fig. 1
beschrieben.
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Angenommen, daß die Bitrate eines zu übertragenden Binarcodes
(0 oder 1) 2 f&sub0; ( Bits/s) ist, und daß jeweils zwei Bits ( deren
Kombination 00, 01, 10 oder 11 sein kann) dieser Codesequenz ein Symbol ergeben
so kann das Symbol einen von vier Werten annehmen. Eine Wellenform
oder eine andere in einer Zeit T-Sekunde (= 1/f&sub0;) wird wie in Fig. 1 gezeigt
jedem der vier Werte zugeordnet und auf einer Übertragungsleitung
ausgesandt. In diesem Fall ist die Wellenform rechteckig und die
Modulationsgeschwindigkeit ist f&sub0; (Baud).
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Wie oben dargelegt hat ein solcher QPh-Code eine weite
Signalbandbreite aufgrund seiner Verwendung von Rechteckschwingungen, und die
Verwendung eines bandlimitierenden Filters, um die Bandbreite zu
verringern, würde das Problem einer Komplizierung der Hardware bzw.
Maschinenausstattung nach sich ziehen.
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Die Fig. 2 und 3 stellen von dem vorstehend genannten Nachteil
bereinigte Wellenformen für die Verwendung in einem
QPh-Modulationssystem gemaß der Erfindung dar. Das Verfahren der Bereitsteilung solcher
Wellenformen wird zuerst beschrieben.
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Jede der herkömmlich verwendeten Rechteckschwingungen aus Fig. 1
wird entlang der Zeitachse in einen ersten bis vierten Teil geteilt, und
jeder Teil der Rechteckschwingung wird, wie in Fig. 4 gezeigt in eine
Sinusschwingung transformiert. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind nur
die Wellenformen von "00" und "01" in Sinusschwingungen transformiert.
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Bezugnehmend auf Fig. 4, wo die transformierten Schwingungen
gezeigt sind, zeigen sich an den in der Zeichnung mit einem Kreis
gekennzeichneten Stellen Phasenunstetigkeiten, obgleich Sinusschwingungen
verwendet werden. Da solche Phasenunstetigkeiten die Verringerung
der Signalbandbreite behindern, ist eine weitere Transformation der
Schwingungen erforderlich. Eine der denkbaren Methoden der Transformation ist,
"zwei Wellenberge bzw. Peaks" auf "einen Peak" zu reduzieren, wie in Fig. 5
dargestellt. Auf diese Weise sind die Differentialkoeffizienten des ersten
und zweiten Teils, des dritten und vierten Teils oder des zweiten und
dritten Teils an der Verbindungsstelle der zwei Teile einander gleich. Ebenso ist
die Flache der ersten Halbwelle die gleiche wie die der letzten Halbwelle,
um das Gleichspannungsgleichgewicht aufrechtzuerhalten.
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Als Beispiel einer solchen Wellenform kann, wie in Fig. 6 dargestellt,
eine vertreten durch die folgende Funktion 4. Grades verwendet werden.
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P&sub0;(t) = A { a + b(t/(T/4))² + c(t/(T/4))&sup4; } t ≤ T/4
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a = ¹&sup5;/4π - π/&sub8;, b = -2a + π/&sub2;, c = a - π/&sub2;
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Hier ist die ursprüngliche Sinusschwingung vertreten durch:
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A sin πt/(T/4) t←≤T/4
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Selbst wenn die Rechteckschwingungen der Fig. 1 in die in Fig. 5
dargestellte Form transformiert werden, werden sich noch
Phasenunstetigkeiten zwischen angrenzenden Symbolen zeigen.
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Fig. 7 zeigt, wie Phasenunstetigkeiten an den mit einem Kreis
gekennzeichneten Stellen zwischen Symbolen auftreten können. Eine Prüfung
der 16 (2&sup4;) Arten von aus Paaren angrenzender Symbole gebildeten
Wellenformen offenbart hier, daß Phasenunstetigkeiten in acht Kombinationen,
gleichgesetzt mit den Wellenform-Zahlen 0, 1, 6, 7, A, B, C und D
der Fig. 3, auftreten. Die Wellenformen der Fig. 3 stellen nur die
T/4-Anteile in den Verbindungen zwischen angrenzenden Symbolen dar
und die Wellenform-Zahlen sind in hexadezimaler Schreibweise
ausgedrückt. Diese acht Arten der Phasenunstetigkeit können in drei Klassen
eingeteilt werden, wie dargestellt in den Fig. 8A bis 8C. So sind
außerhalb zweier angrenzender Symbole sowohl die erste als auch die
zweite Verbindungswellenform (gestrichelte Linien), wie in Fig. 8A gezeigt,
Sinusformen, wobei die Wellenform von Zeit 0 bis Zeit T/4 des
gegenwartigen Symbols als eine erste Verbindungswellenform und die von
Zeit 0 bis Zeit -T/4 des unmittelbar vorhergehenden Symbols als eine
zweite Verbindungswellenform betrachtet wird. Weiterhin ist die zweite
Verbindungswellenform, in der Wellenform gezeigt in Fig. 8B, eine
Sinusform, während die erste aus der vorderen Hälfte einer Sinusform besteht.
Und in der Wellenform, gezeigt in Fig. 8C, besteht die erste
Verbindungswellenform aus der vorderen Hälfte einer Sinusform, während die zweite
die hintere Hälfte einer Sinusform ist.
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Diese Wellenformen der Fig. 8A bis 8C werden für eine
phasenstetige Verbindung ihrer jeweiligen ersten und zweiten
Verbindungswellenformen transformiert. Diese Schwingungstransformationen werden
innerhalb des Bereichs t← ≤ T/4 in den Figuren ausgeführt, indem die
Wellen formen bei t = ± T/4 kontinuierlich, die Differentialkoeffizieten
bei t = ± T/4 identisch und die Flächen der Wellenform von -T/4 ≤ t ≤ Q
und der von 0 ≤ t ≤ T/4 (zum Gleichspannungsabgleich) gleich gemacht
werden. Die durch derartige Transformationen erhaltenen Wellenformen
werden in den Fig. 8A bis 8C durch durchgezogene Linien dargestellt.
Die transformierte Wellenform der Fig. 8A wird in einer Gleichung 4. Grades
dargestellt, die mit der vorhergenannten Wellenform P&sub0;(t) übereinstimmt.
Jene aus Fig. 8B wird dargestellt durch:
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P&sub1;(t) = 0.646891 - 0.184676(4t/T) + 0.292579(4t/T)²
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+ 0.585157(4t/T)³ - 0.538988(4t/T)&sup4;
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und jene aus Fig. 8C durch:
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P&sub2;(t) = 0.482818 + 0.616287(4t/T)² - 0.318144(4t/T)&sup4;
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Auf diese Weise werden Wellen formen für eine glatte Verbindung zwei
aufeinander folgender Symbole miteinander (im weiteren
Verbindungswellenformen genannt) erhalten.
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Unterdessen werden die Abschnitte (leere Abschnitte) der in Fig. 9
gezeigten Wellenform anders als die Verbindungsabschnitte (gepunktete
Abschnitte) bestimmt durch den besonderen Wert jedes Symbols. Es ist
offensichtlich aus den in Fig. 1 dargestellten Wellen formen, daß diese
Wellenformen jene in Fig. 2 gezeigten bilden. Die Wellenformen der Fig. 2
werden im folgenden als die Grundwellenformen betrachtet. Damit können
aufeinanderfolgende Symbole dargestellt werden mit den vier, durch ein
individuelles Symbol bestimmten Grundsymbolen (Fig. 2) und 16 durch Paare
von verbindenden Symbolen bestimmte Verbindungswellenformen.
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Fig. 10 ist eine Tabelle, welche die Kombinationen einer
Grundwellenform und einer durch zwei verbindende Symbole bestimmten
Verbindungswellenform auflistet. Bezugnehmend auf Fig. 10 werden, wenn die ersten
und zweiten Symbole beispielsweise "00" und "00" sind, diese zwei
Symbole zusammengesetzt aus der Verbindungswellenform von
hexadezimal 0 und der Grundwellenform von hexadezimal A. Wenn Symbol "01"
als drittes Symbol folgend auf "00" eingegeben wird, dann bestehen "00"
und "01", entsprechend dieser Tabelle, aus der Verbindungswellenform
von hexadezimal 1 und der Grundwellenform von hexadezimal F.
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Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung der obengenannten
Wellenformen darstellt.
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Bezugnehmend auf Fig. 11, wandelt ein Seriell-Parallel(S/P)-Wandler 1
zwei-bit serielle Daten 11 in zwei-bit parallele Daten 12. Hierin bilden die
Paralleldaten Symbole. Ein Wellenforminformationsgenerator 6 erzeugt
Informationen zur Umwandlung von Symbolen in Wellen formen in
Abhängigkeit von den Paralleldaten. Der Generator 6 besteht aus den
Verzögerungsschaltungen 2 und 3, ferner schließt er Flipflops zur Verzögerung
der Paralleldaten um eine Symboldauer und Signalleitungen zur direkten
Ausgabe der Paralleldaten vom S/P-Wandler 1 ein. Die verzögerten und
nicht-verzögerten Paralleldaten bilden (die) Vierbit-Muster der Fig. 10
und werden als Adressen an ein ROM 4 geliefert. Das ROM 4 speichert
16 Wellenformen, von denen jede aus einer Verbindungswellenform und
einer Grundwellenform, entsprechend der in Fig. 10 aufgelisteten
Ausgaben, besteht, als digitale, durch Abtasten dieser Wellen formen
erhaltene Werte. Das ROM 4 gibt eine der Wellenformdaten in Abhangigkeit
von einer Adresse eines Vier-Bit-Musters aus. Ein D/A-Wandler 5 wandelt
digitale Wellen formen in analoge Wellen formen um.
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Fig. 12 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der ersten Ausführungsform der Fig. 11 benötigt der Speicher 4 eine
größere Speicherkapazität, da er 16 Wellen formen speichert, von denen
jede während T Sekunden erzeugt wird und aus einer Grundwellenform
und einer Verbindungswellenform besteht. Um die Speicherkapazität zu
verringern, speichert ein in der zweiten Ausführungsform verwendeter
Speicher 40 nur 16 Verbindungswellenform, von denen jede während
T/2 Sekunden erzeugt und sowohl für die Erzeugung von
Verbindungswie Grundwellenformen verwendet wird. Der
Wellenforminformationsgenerator 6 umfaßt zwei Halbsymbol-Verzögerungsschaltungen 13 und 14
und Inverter 15 und 16.
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Die Inverter 15 und 16 werden gebraucht, um genaue Adressen für
Grundwellenformen anzulegen.
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Insbesondere benötigt der Speicher 40 (die) Adressen "1010", "1111",
"0000" und "0101", um die in Fig. 5 gezeigten Grundwellenform-Zahlen A,
F, 0 und 5 unter Verwendung der Verbindungswellenformen, wie in Fig. 10
gezeigt, anzulegen.
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Wenn jedoch die Grundwellenformen der Symbole "00", "01", "10"
und "11" erzeugt werden, werden, da das Eingabesymbol, wie gezeigt in
Fig. 9, gleich ist dem T/2-verzögerten Symbol, falsche Adressen 0000",
"0101", "1010" und "1111" für die Symbole "00", "01", "10"
beziehungsweise "11" angelegt. Der Vergleich der falschen Adresse mit der richtigen
Adresse, zum Beispiel von "1010" mit "0000", zeigt, daß die erste und
dritte Ziffer sich voneinander unterscheiden. Daher sind die Inverter 15
und 16 notwendig, um die ersten und dritten Ziffern zum Anlegen einer
richtigen Adresse umzukehren, wenn die Grundwellenformen erzeugt
werden. Der Speicher 40 erzeugt abwechselnd die Grund- und
Verbindungswellenformen in Abhängigkeit von den durch Generator 6
gelieferten Adressen.
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Fig. 13 ist ein Diagramm zur Erläuterung, wie die obengenannten
modulierten Signale in der Bandbreite verringert werden, wobei die
theoretischen Werte der Leistungsspektren des herkömmlichen
QPh-Codes (oder des komplexen Walsh-Codes) und des gemäß der
vorliegenden Erfindung erzeugten Codes zusammen gezeigt werden.
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Die durchgezogenen Linien stehen für die Charakteristik der vorliegenden
Erfindung und die gestrichelten Linien für jene des Standes der Technik.
Wie aus den Charakteristika offensichtlich, wird das Leistungsspektrum
des erfindungsgemäßen Codes in einem Frequenzbereich oberhalb 2 f&sub0;
deutlich unterdrückt, besonders oberhalb 4 f&sub0;.
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Wie bisher beschrieben, kann die vorliegende Erfindung praktisch
auf einen Tiefpaßfilter (hoher Ordnung) zu Bandbeschränkungszwecken
auf der übertragenden Seite verzichten und hat entsprechend den Vorteil,
eine wesentliche Vereinfachung der für eine digitale Verarbeitung
zusammengestellten Schaltlogik zu gestatten.