DE1088117B

DE1088117B - Verfahren zur Synchronisierung von Pulsmodulationssystemen, insbesondere Pulsphasenmodulations-systemen

Info

Publication number: DE1088117B
Application number: DES44578A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Arens; Dipl-Ing Hans-Mar Christiansen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1955-06-30
Publication date: 1960-09-01

Description

Die Zeitaufteilung der Kanäle bei Pulsmodulationssystemen erfordert einen strengen Synchronismus in bezug auf Frequenz und Phase zwischen dem Sendeteil und dem fernen Empfangsteil. Es ist bekannt, bei Mehrkanal-Pulsmodulationssystemen zur Synchronisierung und phasenrichtigen Einstellung sendeseitig ein Synchronisierungskennzeichen, z. B. einen Taktpuls, auszusenden, der zur Einregelung von Frequenz und Phase des die Empfangsseite steuernden Pulsgenerators dient. Das Synchronisierungskennzeichen unterscheidet sich im allgemeinen in seiner Form, z. B. durch längere Dauer, von den Kanalimpulsen und belegt den vollen Zeitbereich eines Kanals. Bei diesem Verfahren geht also ein Kanal für die eigentliche Nachrichtenübermittlung verloren.

Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, das diesen Kanalverlust vermeidet. Hierbei wird der die Empfangsseite steuernde Pulsgenerator in seiner Frequenz vom ankommenden Pulsrahmen — das sind die Kanalimpulse innerhalb einer Abtastperiode — synchronisiert. Zur genauen Zeitmarkierung wird sendeseitig eine Kanalimpulsfolge zusätzlich mit einer sogenannten Gleichlaufpilotschwingung moduliert, deren Frequenz für die von dieser Kanalimpulsfolge übernommene Nachrichtenübermittlung nicht benutzt wird. Der Synchronismus dar Empfangsseite erfolgt durch Nachregeln des die Demodulatoren steuernden Pulsgenerators mittels einer Regelspannung, die durch den Zeitvergleich zwischen einer beliebigen Kanalimpulsfolge des empfangenen Pulsrahmens und einer vom Pulsgenerator erzeugten Vergleichsspannung gewonnen wird. Als Kriterium für die phasenrichtige Einstellung der empfangsseitigen Zerlegung des Pulsrahmens im Vergleich zur sendeseitigen Abtastung der .Nachrichtenspannung wird der empfangene Gleichlaufpilot benutzt. Sobald nämlich die mit dem Gleichlaufpilot modulierte Kanalimpulsfolge nicht in den ihr zugeordneten Kanal fällt, wird die Regelspannung für den Pulsgenerator periodisch abgeschaltet; dadurch wird der Pulsgenerator ein wenig verstimmt, und zwar so lange, bis der Gleichlaufpilot empfangen wird.

Bei Vielkanal-Pulsmodulationssystemen, insbesondere Pulsphasenmodulationssystemen, bietet es Vorteile, die Kanäle in Gruppen einzuteilen und die entsprechenden Impulsgruppen nach der Modulation zeitlich ineinanderzuschachteln. Dieser Aufbau trägt bekanntlich wesentlich zur Verminderung des Nebensprechens zwischen den Kanälen bei, außerdem erleichtert er die Abzweigung von Kanalgruppen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung von Pulsmodulationssystemen, insbesondere Pulsphasenmodulationssystemen, bei denen die Kanäle in Gruppen eingeteilt sind, unter Verwendung des Verfahren zur Synchronisierung
von Pulsmodulationssystemen,
insbesondere Pulsphasenmodulationssystemen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Walter Arens

und Dipl.-Ing. Hans-Martin Christiansen, München,
sind als Erfinder genannt worden

Pulsrahmens für die Synchronisierung. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig einem Kanal jeder Gruppe vor der Pulsmodulation ein für diese Gruppe charakteristischer Kennton zur Phasenkennzeichnung zugeführt wird und daß tmpfangsseitig die Demodulationseinrichtungen für die einzelnen Kanalgruppen von Pulsgeneratoren gesteuert werden, die mit Hilfe des Pulsrahmens und des zugeordneten Kenntones synchronisiert werden.

Dadurch ergeben sich gegenüber einem System, das für sämtliche Kanalgruppen nur ein gemeinsames Synchronisierzeichen vorsieht, folgende wesentliche Vorteile:

1. Auf der Sendeseite genügt zur Kopplung der Modulationseinrichtungen der Kanalgruppen eine einzige Frequenz, z. B. die Pulsfrequenz der Kanalgruppen.

2. Auf der Empfangsseite arbeiten die Demodulationseinrichtungen der Kanalgruppen völlig unabhängig voneinander. Zur Trennung der Pulsgruppen braucht die Synchronisierschaltung lediglich auf die richtige Kennung eingestellt zu werden. Man erhält so eine sehr einfache und betriebssichere Abzweigtechnik.

3. Die Unabhängigkeit der Kanalgruppen voneinander gewährleistet eine erhöhte Betriebssicherheit. Der Ausfall einer Kanalgruppe beeinflußt die

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anderen nicht. Um die Betriebssicherheit weiter zu erhöhen, kann man bei Funksystemen jeder Kanalgruppe einen eigenen HF-Empfänger zuordnen, so daß bei Ausfall eines HF-Teils nur eine Gruppe betroffen wird.

4. Bei Ausfall einer Gruppe kann der zugeordnete Kennton ein bestimmtes Alarmsignal auslösen, wodurch sich die Fehlersuche vereinfacht.

5. Bei veränderlichem Sprechkreisbedarf lassen sich leicht einzelne Kanalgruppen aus dem System herausnehmen und wieder einbauen.

Werden längs der Übertragungsstrecke Kanalgruppen abgezweigt und wieder belegt, so werden zweckmäßig der abgezweigten und der wieder belegenden Kanalgruppe verschiedene Kenntöne zugeordnet. Man wird also mehr Kenntöne vorsehen, als das System Kanalgruppen enthält.

Die Kenntöne werden einem bestimmten Nachrichtenkanal jeder Gruppe zugeführt, und zwar wählt man ihre Frequenz zweckmäßig so, daß möglichst wenig Klirrfrequenzen unmittelbar oder durch Spiegelung an der Abtastfrequenz in das zu übertragende Nutzband fallen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Kennfrequenzen unterhalb einer Frequenz liegen, die halb so groß wie die tiefste zu übertragende Nutzfrequenz ist, die bei Sprachübertragung im allgemeinen 300 Hz beträgt. Von Nachteil ist bei diesen tiefen Frequenzen jedoch, daß zum Aussieben der Kenntöne auf der Empfangsseite Filter verhältnismäßig schmaler Bandbreite verwendet werden müssen, so daß sich eine lange Einschwingzeit ergibt. Es wird daher weiter vorgeschlagen, zur Schnellregelung noch einen Gleichlaufpilot mitzusenden, dessen Frequenz für alle Kanalgruppen die gleiche ist und oberhalb des zu übertragenden Nutzbandes liegt. Wählt man diese Frequenz gleich einer Subharmonischen der Abtastfrequenz — also z. B. gleich 4 kHz bei einer Rahmenfrequenz von 8 kHz —, so können keine Störfrequenzen in das übertragene Nutzband fallen.

Der Kennton braucht an sich nicht dauernd übertragen zu werden, sondern nur so lange, bis der Synchronismus erreicht ist. Da während dieser Einstellzeit keine Nachrichten übertragen werden, besteht in diesem Fall für die Wahl der Kennfrequenzen keinerlei Beschränkung; sie können innerhalb des ganzen übertragbaren Bandes — also auch innerhalb des Nutzbandes — liegen. Da hierbei ein größerer Abstand der Kennfrequenzen voneinander möglich ist, kann die Bandbreite der Filter entsprechend größer gewählt werden, so daß sich kürzere Einschwingzeiten und schnellere Einregelung ergeben, als dies bei Frequenzen unterhalb von z. B. 150 Hz möglich ist. Zur Rückmeldung ist ein Schaltpilot notwendig, dessen Frequenz insbesondere außerhalb des zu übertragenden Nutzbandes gelegt wird; sie kann für alle Kanalgruppen dieselbe sein und wird zweckmäßig gleich einer Subharmonischen der Abtastfrequenz gewählt.

Im folgenden werden verschiedene Synchronisiereinrichtungen unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in,

Fig. 1 «ine Verbindung mit zwei Endstellen und einer Abzweigstelle,

Fig. 2 den Sende- und Empfangsteil eines Pulsmodulationssystems,

Fig. 3 die Prinzipdarstellung einer Verbindung, bei der der Kennton nur so lange übertragen wird, bis der Synchronismus erreicht ist,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zum Senden und Empfangen des Kenntons.

In Fig. 1 ist eine Übertragungsstrecke mit zwei Endstellen A und C und eine Abzweigstelle B dargestellt. Es werden vier Gruppen von Kanälen übertragen, und zwar wickelt sich der Verkehr zwischen den Endstellen^ und C über drei Kanalgruppen mit den Kenntönen Kl, K 2 und K 3 ab. Auf der Abzweigstelle B wird die von A kommende, mit iT4 gekennzeichnete Gruppe ausgeblendet und für den Verkehr mit C eine Gruppe eingeblendet, die den Pulsrahmen wieder auffüllt; diese wieder belegende Kanalgruppe erhält nun einen neuen Kennton K 5. Der Vorteil dieser Maßnahme zeigt sich, wenn bei einem Ausfall des Abzweiggeräts in B die Kanalgruppen unmittelbar durchgeschaltet werden: Über die Abzweigkanalgruppe kann keine Fehlverbindung zustande kommen, weil die Synchronisierschaltung in C nicht auf Ki. und die Synchronisierschaltung in A nicht auf K 5 anspricht. Durch die Zuordnung eines eigenen Kenntones für jede Kanalgruppe wird eine Verkopplung der Teilstrecken vermieden, wie sie bei einem Taktpulssystem durch die gemeinsame Synchronisierung entsteht.

Die Prinzipschaltung eines Pulsmodulationssystems mit getrennter Synchronisierung der einzelnen Kanalgruppen zeigt Fig. 2, in der nur eine Übertragungsrichtung dargestellt ist. Die Schaltung kann in vielen Einzelheiten weitgehend abgeändert werden.

Es sei ein System mit achtundvierzig Kanälen angenommen, die beispielsweise in vier Gruppen zu je zwölf Kanälen eingeteilt sind. Bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz beträgt die Impulsfolgefrequenz jeder 12-Kanalgruppe 96 kHz. Auf der Sendeseite werden die vier jeder Kanalgruppe zugeordneten Modulationseinrichtungen 1 bis 4 von vier vorzugsweise quarzstabilisierten 96-kHz-Pulsgeneratoren 11 bis 14 gesteuert. Die Generatoren müssen derart miteinander gekoppelt sein, daß sich am Ausgang der Modulationseinrichtungen die vier Teilpulsrahmen zeitrichtig ineinanderschachteln. Die 96-kHz-Impulsfolgen müssen also um bestimmte Beträge gegeneinander phasenverschoben sein. Eine Möglichkeit zur Kopplung der Generatoren 11 bis 14 besteht z. B. darin, daß der erste Generator 11 eine 96-kHz-Sinusschwingung liefert, die den anderen Generatoren 12 bis 14 über einstellbare Phasenschieber 62 bis 64 zugeführt wird. Zweckmäßig werden besondere Mittel vorgesehen, damit beim Ausfall eines der 96-kHz-Generatoren die anderen dessen Funktion mitübernehmen.

Die Reihenfolge der Kanäle im Gesamtpulsrahmen ist nun nicht mehr festgelegt, wie dies bei einem System, das nur ein einziges Synchronisierkennzeichen verwendet, der Fall ist; nur innerhalb der Gruppen folgen die Kanäle entsprechend ihrer Numerierung. Dies rührt daher, daß die Modulationseinrichtungen, die ja zeitlich gestaffelt im Rhythmus der 8-kHz-Abtastfrequenz arbeiten, nicht über die Abtastfrequenz, sondern über die Impulsfolgefrequenz der Kanalgruppen (96 kHz) miteinander gekoppelt sind. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird z. B. die Abtastfrequenz 8 kHz durch Frequenzteilung 12:1 aus 96 kHz gewonnen (in der Figur nicht dargestellt). Für die Phasenlage der 8-kHz-Schwingung im Vergleich zur 96-kHz-Schwingung bestehen daher zwölf Möglichkeiten, die lediglich vom Einschaltvorgang des Frequenzteilers abhängen; nach Beendigung des Einschaltvorgangs bleibt selbstverständlich die zeitliche Lage der Kanäle im Gesamtpulsrahmen bestehen. Bezeichnet man die Kanäle mit arabischen Zahlen und die Kanalgruppen mit hochgestellten römischen Zah-

len, so kann sich ζ. B; folgende Reihenfolge der Kanalimpulse im Gesamtpulsrahmen einstellen:

li, 11«, 8"I, 6*
2i, 12", 9^ΙΠ, 7*
3i, 1«,

121, _lon ₇in 5IV.

Beim nächsten Einschalten ergibt sich vielleicht die Reihenfolge I¹, 5« 12"¹, 4¹? usw.

Die zeitliche Unbestimmtheit der Kanalimpulsfolge bietet den AOrteil, daß bei Ausfall einer 12-Kanal-Gruppe die drei anderen ungestört weiterlaufen. Würde für sämtliche Kanalgruppen nur ein gemeinsames Synchronisierzeichen übertragen, so müßten die Modulationseinrichtungen außer auf der 96-kHz-Pulsebene auch auf der 8-kHz-Pulsrahmenebene verkoppelt sein, damit die zeitliche Aufeinanderfolge der Kanalpulse bestimmt wird. Dann wäre aber ein sehr großer Aufwand notwendig, um zu erreichen, daß bei Ausfall einer Kanalgruppe die anderen nicht beeinflußt werden.

Der jeder Kanalgruppe zugeordnete Kennton (Kl bis K4l) wird z. B. jeweils dem Kanal 1 mit Hilfe der Generatoren 21 bis 24 zugeführt. Wie schon erwähnt, kann mit dem Kennton noch ein Gleichlaufpilot zur Schnellregelung übertragen werden, dessen Frequenz für alle Kanalgruppen dieselbe ist.

Auf der Empfangsseite werden die vier für jede Kanalgruppe vorgesehenen Demodulationseinrichtungen 31 bis 34 von vier voneinander unabhängigen 96-kHz-Pulsgeneratoren 41 bis 44 gesteuert. Jeder einzelne Generator wird nach dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren vom ankommenden Pulsrahmen synchronisiert, wobei die richtige Phaseneinstellung dann erreicht ist, wenn in den selektiven Empfängern 51 bis 54 der zugeordnete Kennton empfangen wird.

Da die Demodulationseinrichtungen 31 bis 34 auf der Empfangsseite nur über den gemeinsamen Pulsrahmen gekoppelt sind, kann sich auch hier die Störung einer Kanalgruppe auf die anderen nicht auswirken.

Soll der Kennton nur so lange übertragen werden, bis der Synchronismus erreicht ist, so ergibt sich eine Anordnung, deren Prinzip in Fig. 3 für eine Kanalgruppe dargestellt ist. Dabei bedeuten A und B die beiden Endstellen, S ist .die Sendeeinrichtung, E die Empfangseinrichtung.

Zunächst senden die beiden Endstellen A und B die beiden Kenntöne K_A und K_B (Fig. 3 a). Hat z. B. die Empfangseinrichtung in B zuerst den Synchronismus erreicht, d. h. wird dort K_A empfangen, so sendet B den Schaltpilot P_B nach A (Fig. 3 b). Unterdessen läuft auch die Empfangseinrichtung in A synchron, d. h., K_B und P_B werden empfangen. Dabei bewirkt P_B die Abschaltung von K_A, und K_B veranlaßt die Einschaltung des Schaltpilots P_A. Durch den Empfang von P_A in B wird K_B abgeschaltet. Im ungestörten Betrieb laufen also nur die beiden Schaltpilote P_A und P_B über die Strecke (Fig. 3 c). Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Kennzeichen für Asynchronismus oder Synchronismus der beiden Endstellen.

Es bedeutet: K=^= Kennton, P=Schaltpilot, Index= sendende Endstelle.

Fällt z. B. die Empfangseinrichtung in A außer Tritt, so wird Pß nicht mehr empfangen, dadurch wird P_A abgeschaltet, und dies bewirkt in B, daß K_B so lange gesendet wird, bis der Synchronismus in A wiederhergestellt ist (Fig. 3 b). K_B wird dann mit Hilfe von P_A wieder abgeschaltet.

Die Frequenzen der beiden Kenn töne K_A und K_B sind innerhalb einer Kanalgruppe die gleichen; jede Gruppe erhält jedoch eine andere Kennfrequenz, die z. B. bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz beliebig zwischen 0 und 4 kHz liegen kann. Die Frequenzen der Schaltpilote P_A und P_B sind untereinander und für alle Kanalgruppen die gleichen und liegen vorzugsweise außerhalb des übertragenen Nutzbandes (z. B. 4 kHz).

Bei den beschriebenen Anordnungen müssen bei Wechsel der Kennfrequenz auf der Empfangsseite die Filter zum Aussieben der Kenntöne umgeschaltet werden. In Fig. 4 ist eine einfache Einrichtung gezeigt, die durch Anwendung des Überlagerungsprinzips erreicht, daß bei Wechsel der Kennfrequenz nur ein Generator umgestimmt werden muß, der für Sende- und Empfangsteil gemeinsam ist. Außerdem bietet die Einrichtung den weiteren Vorteil, daß die zur Erzeugung und Aussiebung von Kenntönen mit Frequenzen unterhalb von z. B. 150 Hz verwendeten Schwingkreise in einem höheren Frequenzgebiet liegen, so daß man mit kleineren Spulen und Kondensatoren auskommt.

Die Einrichtung zum Senden des Kenntones besteht aus dem Modulator Ml, dem die von den Generatoren Gl und G 2 erzeugten Spannungen mit der festen Frequenz Z₁ und der veränderbaren Frequenz f₂ zugeführt werden. Beträgt ^₁ z. B. 400 Hz und ist /₂ von 250 bis 350 Hz einstellbar, so entstehen am Ausgang des Modulators unter anderem Spannungen mit Differenzfrequenzen von 150 bis 50 Hz, die über den Tiefpaß Tl (Grenzfrequenz z. B. 180 Hz) zum Kanal 1 gelangen.

Da in der Empfangsrichtung die Kennfrequenz die gleiche wie in der Senderichtung ist, kann derselbe Generator G 2 zur Umsetzung benutzt werden. Der Tiefpaß T2 läßt von dem vom Kanal 1 kommenden Frequenzgemisch nur das Band unterhalb von z. B. 180 Hz durch. Im Modulator M 2 entsteht durch Summenbildung von (f_t —/₂) und f₂ eine Spannung mit der ursprünglichen Frequenz f_±=400 Hz, die das Bandfilter F aussiebt. Der im Verstärker V verstärkte Kennton bringt das Relais R zum Ansprechen und meldet so, daß der Synchronismus erreicht ist. Über das i?-Relais läßt sich außerdem ein Alarmsignal auslösen, das den Ausfall des Kenntones bei einer Störung der betreffenden Kanalgruppe anzeigt.

Claims

Patentansprüche: Asynchronismus Synchronismus , Endstelle A Endstelle B A Pb

1. Verfahren zur Synchronisierung von Puls-So modulationssystemen, insbesondere Pulsphasenmodulationssystemen, bei denen die Kanäle in Gruppen eingeteilt sind, unter Verwendung des Pulsrahmens für die Synchronisierung, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig einem Kanal jeder Gruppe vor der Pulsmodulation ein für diese Gruppe charakteristischer Kennton zur Phasenkennzeichnung zugeführt wird und daß empfangsseitig die Demodulationseinrichtungen für die einzelnen Kanalgruppen von Pulsgeneratoren gesteuert werden, die mit Hilfe des Pulsrahmens und

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des zugeordneten Kenntones synchronisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abzweigungen mit Wiederbelegung der abgezweigten und der wieder belegenden Kanalgruppe verschiedene Kenntöne zugeordnet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennton in einem Kanal übertragen wird, der gleichzeitig auch zur Nachrichtenübermittlung dient.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Kenntöne unterhalb einer Frequenz liegen, die halb so groß wie die tiefste zu übertragende Nutzfrequenz ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schnellregelung zusätzlich ein Gleichlaufpilot mitübertragen 'wird, dessen Frequenz für alle Kanalgruppen die gleiche ist und oberhalb des zu übertragenden Nutzbandes liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des zusätzlichen Gleichlaufpilots gleich einer Subharmonischen der Abtastfrequenz gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenntöne nur so lange übertragen werden, bis der Synchronismus erreicht ist, und daß zur Rückmeldung ein Schaltpilot verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schaltpilots außerhalb des zu übertragenden Nutzbandes liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Schaltpilots für alle Kanalgruppen die gleiche ist und gleich einer Subharmonischen der Abtastfrequenz gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Kenntöne durch Umsetzung einer festen mit einer veränderbaren Frequenz gewonnen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangsrichtung die veränderbare Frequenz zur Rückumsetzung der Frequenz des ankommenden Kenntones verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Modulationseinrichtungen für die einzelnen Kanalgruppen nur über die Impulsfolgefrequenz der Kanalgruppen gekoppelt sind.

13. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die .Modulationseinrichtungen für die einzelnen Kanalgruppen von Pulsgeneratoren gesteuert werden, deren Impulsfolgefrequenz gleich der Impulsfolgefrequenz der Kanalgruppen ist, und daß ein Pulsgenerator eine Synchronisierspannung liefert, die den anderen Pulsgeneratoren jeweils über einstellbare Phasenschieber zugeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 960 543;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 676 010.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen