DE3743730C2 - Method for synchronizing a code word with a received spectrally spread signal - Google Patents
Method for synchronizing a code word with a received spectrally spread signalInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Schaltungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus NTZ 28 (1975) H. 3, S. 79 bis 88 bekannt.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and circuits for performing this procedure. One such method is for example known from NTZ 28 (1975) H. 3, pp. 79 to 88.
Bei der Übertragung von Nachrichten nach dem Code-Multiplex-Verfahren wird ein bereits mit der Nachricht modulierter Träger mit einem Codewort, dessen Taktfrequenz groß gegenüber der Bandbreite des Nachrichtensignals ist, moduliert, wodurch eine spektrale Spreizung des an sich schmalbandigen mit der Nachricht modulierten Signals erfolgt. Zur empfangsseitigen Rückgewinnung der Nachricht wird die spektrale Spreizung des jeweils gewünschten Signals rückgängig gemacht, wozu ein phasenrichtig synchronisiertes Codewort erforderlich ist. Bei den bekannten Verfahren wird dieses Codewort bei einem Suchvorgang bezüglich des empfangenen Signals derart phasenverschoben, bis eine Übereinstimmung des im empfangenen Signal enthaltenen Codewortes und des im Empfänger erzeugten Codewortes vorliegt (Anfangssynchronisation). Danach wird der Suchvorgang beendet und eine Nachführregelschleife für die Aufrechterhaltung der Synchronisation während der Nachrichtenübertragung aktiviert. Mit der Nachführregelschleife werden langsame Änderungen der Phasenlage des empfangenen Signals ausgeregelt. Tritt jedoch ein plötzlicher Fehler auf - beispielsweise auf der Übertragungsstrecke -, so gerät die Nachführregelung außerhalb ihres Regelbereichs, so daß zur weiteren Synchronisierung zunächst ein Suchvorgang auszulösen ist. Bis dieser Suchvorgang beendet ist, ist die zu empfangene Nachricht gestört.When transmitting messages after Code multiplexing is already done with the message modulated carrier with a code word, its clock frequency is large compared to the bandwidth of the message signal, modulated, causing a spectral spread of the itself narrowband signal modulated with the message he follows. To retrieve the message at the receiving end becomes the spectral spread of the desired signal undone, which is why a phase-synchronized Codeword is required. In the known methods this code word when searching for the received signal out of phase until a Match the one contained in the received signal Code word and the code word generated in the receiver is present (initial synchronization). Then the Search process ended and a tracking control loop for the Maintaining synchronization during the Message transfer activated. With the Tracking control loops are slow changes in the Phase position of the received signal corrected. Occurs however a sudden error - for example on the Transmission route - this is how the tracking control comes in outside their control range, so that for further Synchronization must first trigger a search process. Until this search process is finished, the one to be received Message disturbed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Auswirkungen derartiger Störungen zu unterdrücken, mindestens jedoch zu verringern.The object of the present invention is the effects to suppress such interference, but at least to reduce.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß nach kurzen Störungen ein Suchvorgang mit dem Start bereits beendet ist, wodurch praktisch unmittelbar nach dem Ende der Störung infolge der richtigen Phasenlage zwischen dem Codewort und dem empfangenen Signal eine ungestörte Demodulation der empfangenen Nachricht möglich ist. Bei einer längeren Störung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Suchvorgang erheblich abgekürzt.The inventive method with the characteristic Features of the main claim has the advantage that after short disturbances a search process with the start already has ended, making practically immediately after the end of Disturbance due to the correct phase position between the Codeword and the received signal an undisturbed Demodulation of the received message is possible. At a longer disturbance is caused by the invention Procedure of the search process shortened considerably.
Es ist zwar durch KUHNKE, Falko: DCF77 als Frequenznormal; In: Funkschau, Sonderheft Nr. 34, 1982, Seiten 16 bis 24 ISSN 0172-2778 bekannt geworden, bei einem Empfänger für den Zeitzeichensender DCF77 eine Synchronisierschleife aufzutrennen und somit die Steuerspannung für den zu synchronisierenden Oszillator zu speichern. Eine Verkürzung des Suchvorganges nach einer Störung eines empfangenen spektralgespreizten Signals ist dadurch jedoch nicht möglich.Although it is by KUHNKE, Falko: DCF77 as frequency standard; In: Funkschau, Special Issue No. 34, 1982, pages 16 to 24 ISSN 0172-2778 became known at a receiver for the Time signal transmitter DCF77 a synchronization loop to separate and thus the control voltage for the store synchronizing oscillator. A shortening the search process for a disturbance of a received one however, this does not result in a spectrally spread signal possible.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung und vorteilhafte Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified invention and advantageous Circuit arrangements for performing the invention Procedure possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are in the drawing represented with several figures and in the following Description explained in more detail. It shows:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer bekannten Schaltung, Fig. 1 is a block diagram of a known circuit,
Fig. 2 die Kennlinie des in der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten Autokorrelators, Fig. 2 of the autocorrelator used in the circuit of FIG. 1, the characteristic curve,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 is a block diagram of a first circuit arrangement for carrying out the method according to the invention,
Fig. 4 Zeitdiagramme von Impulsen, welche bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 auftreten und Fig. 4 time diagrams of pulses which occur in the circuit arrangement of FIG. 3 and
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 5 is a block diagram of a second circuit arrangement for carrying out the method according to the invention.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Fig. 1, 3 und 4 sind einzelne Signale, die Schaltungspunkte, an denen sie auftreten, und die Zeitdiagramme der Signale mit gleichen Buchstaben bezeichnet.Identical parts are provided with the same reference symbols in the figures. In Figs. 1, 3 and 4 individual signals, the circuit points at which they occur and the timing diagrams of the signals are denoted by the same letter.
Der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 - einer Empfängerschaltung für bandbreitegespreizte Signale - wird bei 1 ein spektral gespreiztes Signal zugeführt, welches beispielsweise in einem Frequenzbereich bei 70 MHz liegt und eine Bandbreite von 5 MHz aufweist. Die spektrale Spreizung des bei 1 zugeführten Signals ist mit einem Codewort erfolgt, das aus einer pseudo-statistischen Bitfolge besteht. Bei praktisch ausgeführten Übertragungssystemen weist das Codewort eine Länge von einigen Hundert, beispielsweise 256 Bit auf. Ein Codegenerator 2 erzeugt dasjenige Codewort, welches zur Spreizung des jeweils zu empfangenen Signals verwendet worden ist. Die Schaltung nach Fig. 1 dient dazu, das vom Codegenerator 2 erzeugte Codewort in phasenmäßige Übereinstimmung mit dem zu empfangenen Signal zu bringen und die Übereinstimmung beizubehalten. Dazu sind bei der Schaltung nach Fig. 1 ein Suchvorgang und eine Nachführregelung vorgesehen.The circuit arrangement according to Fig. 1 - a receiver circuit for bandwidth-spread signals - are supplied with a spectrally spread signal at 1, which is for example in a frequency range at 70 MHz and has a bandwidth of 5 MHz. The spectral spreading of the signal supplied at 1 was carried out using a code word which consists of a pseudo-statistical bit sequence. In practical transmission systems, the code word has a length of a few hundred, for example 256 bits. A code generator 2 generates that code word which has been used to spread the signal to be received in each case. The circuit according to FIG. 1 serves to bring the code word generated by the code generator 2 into phase agreement with the signal to be received and to maintain the agreement. For this purpose, a search process and a tracking control are provided in the circuit according to FIG. 1.
Der Codegenerator enthält im wesentlichen ein Schieberegister, durch welches das Codewort im Takt eines zugeführten Signals H durchgeschoben wird, wobei das Codewort am Ausgang in serieller Form ansteht. Das vom Codegenerator 2 erzeugte Codewort ist über einen Ausgang 3 einem nicht dargestellten Mischer zur Entspreizung des empfangenen Signals zuführbar. Mit einer um jeweils eine halbe Bitperiode voreilenden und nacheilenden Phasenlage wird das Codewort zwei Mischern 4, 5 zugeführt und mit dem bei 1 zugeführten gespreizten Signal gemischt. Die Mischprodukte werden in an sich bekannter Weise über je eine Filter- und Detektorschaltung 6, 7 einer Subtraktionsschaltung 8 zugeführt.The code generator essentially contains a shift register through which the code word is pushed through in time with a supplied signal H, the code word being present at the output in serial form. The code word generated by the code generator 2 can be fed via an output 3 to a mixer (not shown) for despreading the received signal. With a phase position leading and lagging by half a bit period, the code word is supplied to two mixers 4 , 5 and mixed with the spread signal supplied at 1 . The mixed products are supplied in a manner known per se via a filter and detector circuit 6 , 7 to a subtraction circuit 8 .
Die Schaltungsblöcke 4 bis 8 bilden einen Autokorrelator, dessen Kennlinie in Fig. 2 dargestellt ist. Über ein Tiefpaßfilter 9 wird die Ausgangsspannung des Autokorrelators dem Steuereingang eines steuerbaren Oszillators (VCO) 10 zugeführt, dessen Ausgang über eine Und-Schaltung 11 mit einem Takteingang des Codegenerators 2 verbunden ist. Bei bereits bestehender Synchronisierung sorgt der beschriebene Regelkreis für eine Nachführung der Frequenz des Ausgangssignals des steuerbaren Oszillators 10, so daß für langsame Änderungen der Taktfrequenz des bei 1 zugeführten gespreizten Signals die Korrelation zwischen dem im Codegenerator 2 erzeugten Codewort und dem im empfangenen Signal enthaltenen Codewort gewährleistet ist. The circuit blocks 4 to 8 form an autocorrelator, the characteristic of which is shown in FIG. 2. Via a low-pass filter 9 , the output voltage of the autocorrelator is fed to the control input of a controllable oscillator (VCO) 10 , the output of which is connected via an AND circuit 11 to a clock input of the code generator 2 . In the case of already existing synchronization, the described control circuit ensures that the frequency of the output signal of the controllable oscillator 10 is tracked , so that the correlation between the code word generated in the code generator 2 and the code word contained in the received signal ensures for slow changes in the clock frequency of the spread signal supplied at 1 is.
Bei stärkeren Abweichungen als +/- 1 Bit ist jedoch aufgrund der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie eine Nachführung nicht mehr möglich. Auch beim Einschalten des Empfängers, wobei eine zufällige Lage zwischen beiden Codeworten entsteht, ist eine Synchronisierung mit Hilfe dieses Regelkreises nicht möglich. Hierzu ist eine Anfangssynchronisation während eines Suchvorgangs mittels eines Suchgenerators notwendig.With deviations greater than +/- 1 bit, however, tracking is no longer possible due to the characteristic curve shown in FIG. 2. Even when the receiver is switched on, with a random position between the two code words, synchronization using this control loop is not possible. This requires an initial synchronization during a search using a search generator.
Beim Suchvorgang wird von einem Suchgenerator 12 die Zuführung von Taktimpulsen vom steuerbaren Oszillator 10 zum Codegenerator 2 mit Hilfe der Und-Schaltung 11 unterdrückt, bis die Regelschleife eingerastet bzw. wieder eingerastet ist. Dem Suchgenerator 12 wird von den Ausgängen der Filter- und Detektorschaltung 6, 7 über je eine Schwellwertschaltung 13, 14 ein logisches Signal zugeführt, das in Abhängigkeit vom Bestehen der Korrelation den einen oder anderen Pegel einnimmt.During the search process, the supply of clock pulses from the controllable oscillator 10 to the code generator 2 is suppressed by a search generator 12 with the aid of the AND circuit 11 until the control loop is engaged or re-engaged. The search generator 12 is supplied with a logic signal from the outputs of the filter and detector circuits 6 , 7 , each via a threshold circuit 13 , 14 , which takes on one level or another depending on the existence of the correlation.
Tritt während bestehender Korrelation, also während der eingerasteten Nachführregelschleife, eine Störung auf, so wird durch das aus der Schleifenüberwachung stammende logische Signal A der Suchvorgang gestartet, bis wieder eine Korrelation festgestellt wird. Bei den bekannten Verfahren kann dadurch der Empfang eines Signals wesentlich länger gestört sein, als es an sich durch die Störung bedingt ist; denn nach dem Abklingen der Störung ist beim Suchvorgang ein Absuchen wieder, gegebenenfalls aller möglichen Phasenlagen der Codeworte zueinander erforderlich, selbst wenn nach dem Abklingen der Störung die Phasenlage beider Codeworte wieder die gleiche ist wie vor der Störung.Occurs during the existing correlation, i.e. during the locked control loop, a fault on, so is replaced by that from loop monitoring logical signal A the search process started until another Correlation is found. In the known methods the reception of a signal can be considerably longer be disturbed than is inherent in the disorder; because after the disturbance has subsided, the search process turns on Search again, possibly all possible phases the code words to each other, even if after the The phase position of both code words subsides again is the same as before the disturbance.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ergänzt die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und ermöglicht somit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist zwischen den Ausgang F des Tiefpaßfilters 9 (Fig. 1) und den Steuereingang des steuerbaren Oszillators 10 ein Umschalter eingefügt, der aus zwei Schaltern 21, 22 besteht. Das Ausgangssignal A der Schwellwertschaltung 13, 14 (Fig. 1) wird einerseits einem Eingang einer Nicht-Oder-Schaltung 23 und andererseits Eingängen eines monostabilen Multivibrators 24 und eines Flip-Flops 25 zugeführt, deren Ausgänge mit weiteren Eingängen der Nicht-Oder-Schaltung 23 verbunden sind. Außerdem wird das Signal A einem Steuereingang des Schalters 21 und das Ausgangssignal D der Nicht-Oder-Schaltung 23 einem Steuereingang des Schalters 22 zugeführt.The circuit arrangement shown in FIG. 3 supplements the circuit arrangement according to FIG. 1 and thus enables the method according to the invention to be carried out. A switch is inserted between the output F of the low-pass filter 9 ( FIG. 1) and the control input of the controllable oscillator 10 , which consists of two switches 21 , 22 . The output signal A of the threshold circuit 13 , 14 ( FIG. 1) is supplied on the one hand to an input of a non-OR circuit 23 and on the other hand inputs of a monostable multivibrator 24 and a flip-flop 25 , the outputs of which have further inputs of the non-OR circuit 23 are connected. In addition, the signal A is fed to a control input of the switch 21 and the output signal D of the not-or circuit 23 is fed to a control input of the switch 22 .
Die Ausgangsspannung F des Tiefpaßfilters 9, welche die Steuerspannung für den steuerbaren Oszillator 10 bildet, wird einem Analog/Digital-Wandler 26 zugeführt, dessen parallele Ausgänge mit den Eingängen eines Registers 27 verbunden sind, dessen Ausgänge wiederum an die Eingänge eines Digital/Analog-Wandlers 28 angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal über den Schalter 22 dem steuerbaren Oszillator zuführbar ist.The output voltage F of the low-pass filter 9 , which forms the control voltage for the controllable oscillator 10 , is fed to an analog / digital converter 26 , the parallel outputs of which are connected to the inputs of a register 27 , the outputs of which in turn are connected to the inputs of a digital / analog Converter 28 are connected, whose output signal can be fed to the controllable oscillator via the switch 22 .
Dem Flip-Flop 25, den Wandlern 26, 28 und dem Register 27 ist in an sich bekannter Weise ein Taktsignal CLK zuführbar. Außerdem kann die Übernahme der Ausgangssignale des Analog/Digital-Wandlers 26 in das Register 27 dadurch unterbunden werden, daß dem Takteingang des Registers 27 eine Und-Schaltung 29 vorgeschaltet ist, welcher einerseits das Taktsignal CLK und andererseits das Signal A zugeführt sind.A clock signal CLK can be fed to the flip-flop 25 , the converters 26 , 28 and the register 27 in a manner known per se. In addition, the transfer of the output signals of the analog / digital converter 26 into the register 27 can be prevented by preceding the clock input of the register 27 by an AND circuit 29 , which is supplied with the clock signal CLK and the signal A.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist zwischen den Suchgenerator und die Und-Schaltung 11 (Fig. 1) eine Oder-Schaltung 30 eingefügt, welcher das invertierte Ausgangssignal C des monostabilen Multivibrators 24 zugeführt wird. In the circuit arrangement according to FIG. 3, an OR circuit 30 is inserted between the search generator and the AND circuit 11 ( FIG. 1), to which the inverted output signal C of the monostable multivibrator 24 is fed.
Die Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird im folgenden anhand der in Fig. 4 dargestellten Diagramme erläutert. Da die Speicherung eines des vor einer Störung vorhandenen Wertes der Steuerspannung nur dann sinnvoll ist, wenn vor dieser Störung eine Korrelation bestand, wird bei dem Erreichen der Korrelation nach einem Suchlauf vom Signal A das Flip-Flop 25 gesetzt (t0), so daß das Signal E den Wert null einnimmt. Tritt danach eine Störung des Nachlaufs auf, so springt das Signal A auf null (Zeitpunkt t1), wodurch der vom monostabilen Multivibrator 24 erzeugte Impuls B gestartet wird. Die Dauer tF dieses Impulses ist derart gewählt, daß nach dem Impuls eine derart geringe Phasenabweichung zu erwarten ist, die in den Fangbereich der Nachführregelung fällt.The function of the circuit arrangement according to FIG. 3 is explained below with reference to the diagrams shown in FIG. 4. Since the storage of a value of the control voltage existing before a fault only makes sense if there was a correlation before this fault, the flip-flop 25 is set (t 0 ) by signal A when the correlation is reached after a search run, so that the signal E assumes the value zero. If a follow-up disturbance then occurs, the signal A jumps to zero (time t 1 ), whereby the pulse B generated by the monostable multivibrator 24 is started. The duration t F of this pulse is selected such that after the pulse such a small phase deviation is to be expected that falls within the catch range of the tracking control.
Vor dem Zeitpunkt t1 wurden die jeweils vorhandenen Werte der Steuerspannung laufend in das Register 27 eingeschrieben. Vom Zeitpunkt t1 an unterbleibt dieses, so daß im Register der zuletzt vor dem Auftreten der Störung vorhandene Wert verbleibt.Before the time t 1 , the respectively existing values of the control voltage were continuously written into the register 27 . From time t 1 onwards, this is omitted, so that the last value existing before the occurrence of the fault remains in the register.
Bei t1 wird der Schalter 21 geöffnet und der Schalter 22 geschlossen, so daß der gespeicherte Wert der Steuerspannung dem steuerbaren Oszillator 10 zugeführt wird. Außerdem bewirkt das invertierte Ausgangssignal C des monostabilen Multivibrators 24, daß die Oder-Schaltung 30 das Ausgangssignal (mit dem Pegel null) des Suchgenerators 12 nicht an die Und-Schaltung 11 weiterleitet. Es wird also kein Suchvorgang während der Zeit tF eingeleitet. Die Frequenz des steuerbaren Oszillators 10 bleibt auf dem vor der Störung bestandenen Wert.At t 1 , the switch 21 is opened and the switch 22 is closed, so that the stored value of the control voltage is supplied to the controllable oscillator 10 . In addition, the inverted output signal C of the monostable multivibrator 24 has the effect that the OR circuit 30 does not forward the output signal (with the zero level) of the search generator 12 to the AND circuit 11 . No search process is therefore initiated during the time t F. The frequency of the controllable oscillator 10 remains at the value that existed before the disturbance.
Ist die Störung zu einem Zeitpunkt t2 beendet, der vor dem Ende t3 des Impulses B liegt, so wird durch Schließen des Schalters 21 und Öffnen des Schalters 22 wieder vom Tiefpaßfilter 9 (Fig. 1) die Steuerspannung F dem steuerbaren Oszillator 10 zugeführt. Außerdem erhält das Register 27 wieder Taktimpulse, so daß es den jeweils vorhandenen Wert der Steuerspannung speichert.If the disturbance ends at a time t 2 , which is before the end t 3 of the pulse B, the control voltage F is fed to the controllable oscillator 10 by the low-pass filter 9 ( FIG. 1) by closing the switch 21 and opening the switch 22 . In addition, the register 27 receives clock pulses again, so that it stores the respectively existing value of the control voltage.
Sollte jedoch die Störung über t3 hinaus andauern, so werden die Signale vom Suchgenerator 12 (Fig. 1) der Und-Schaltung 11 zugeführt, nachdem das Signal C von eins auf null gesprungen ist. Damit wird der Suchvorgang gestartet und erst beendet, wenn wieder eine Korrelation vorhanden ist.However, if the interference persists beyond t 3 , the signals from the search generator 12 ( FIG. 1) are fed to the AND circuit 11 after the signal C has jumped from one to zero. This starts the search process and only ends when there is a correlation again.
Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 wird beim Auftreten einer Störung unmittelbar der Suchvorgang eingeleitet, wobei jedoch der gespeicherte Wert der Steuerspannung den Beginn des Suchvorgangs bestimmt. Dabei kann in vorteilhafter Weise bei einem Suchgenerator, der den Codegenerator in einer Richtung um jeweils ein Bit verschiebt, bis eine Korrelation festgestellt wird, ein Startpunkt gewählt werden, welcher in entgegengesetzter Richtung von der vor der Störung vorhandenen Phasenlage liegt. Damit wird erreicht, daß bei Auftreten einer Störung des Suchgenerators zunächst Phasenlagen abgesucht werden, welche im Bereich der vor der Störung vorhandenen Phasenlage liegen. Zur Speicherung des jeweiligen Wertes der Steuerspannung ist bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 ein Schreib-Lese-Speicher vorgesehen, welcher über einen Lese- und einen Schreibeingang verfügt, wobei der Schreibeingang vom Signal A und der Leseeingang von einem mit Hilfe des Invertierers 32 invertierten Signal A gesteuert wird. Der gespeicherte Wert wird vom Schreib-Lese-Speicher 31 in digitaler Form dem Suchgenerator 12 zugeführt.With the circuit arrangement of FIG. 5 of a fault is initiated immediately upon occurrence of the search process, except that the stored value of the control voltage determines the beginning of the search operation. In this case, in a search generator that shifts the code generator in one direction by one bit at a time until a correlation is established, a starting point can be selected which is in the opposite direction from the phase position before the fault. It is thereby achieved that, if a fault occurs in the search generator, phase positions are first searched which are in the range of the phase position existing before the fault. For storing the respective value of the control voltage 5, in the circuit of Fig., A read-write memory is provided which has a read and a write input, said write input from the signal A and the read input inverted from a by means of the inverter 32 Signal A is controlled. The stored value is fed from the read-write memory 31 to the search generator 12 in digital form.
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