DE1149744B - Automatisches Korrektursystem fuer eine Synchronisationsvorrichtung bei der Impulskodemodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Korrektursystem für Synchronisationsschaltungen mit eigensynchronisierten Regenerierverstärkern, wie sie in Impulskodemodulations-Übertragungssystemen verwendet werden.

Wenn ein in einer Sendestelle erzeugtes Impulsinformationssignal ein Übertragungssystem der hier betrachteten Art durchläuft, wird es von Zeit zu Zeit in Verstärkerstationen regeneriert, die entlang der Übertragungsstrecke angeordnet sind. Auf Grund von Rauschen und während der Übertragung sich ändernden Umwelteinflüssen ergeben sich kleine Änderungen der zeitlichen Abstände zwischen benachbarten Impulsen, die zu einer Erscheinung führen, die gewöhnlich »Synchronisationszittern« genannt wird. Wenn diese Änderungen zu groß werden, können ursprünglich in dem Nachrichtensignal vorhandene Informationsimpulse verlorengehen oder fehlerhafte Impulse erzeugt werden. Der wirkliche Inhalt des Kodes wird dadurch gestört, und die Information wird fehlerhaft.

Da das Zittern eine mögliche Beeinträchtigung des Informationssignals darstellt, ist es unerwünscht, und es müssen normalerweise Maßnahmen ergriffen werdenden, um das Anwachsen während der Übertragung durch das System zurückzuhalten. Ein Versuch, der sich zur Verhinderung des Anwachsens des Zitterns während der Übertragung in Impulskodemodulations-Ubertragungssystemen als erfolgreich erwiesen hat, besteht in der Synchronisation der Phase einer örtlichen Quelle für Taktimpulse mit der Grundwiederholungsfrequenz des Systems mit dem Durchschnittswert des Eingangsimpulsinformationssignals für einen langen Zeitabschnitt.

Hochfrequentes Zittern des Eingangsimpulsinformationssignals wird auf diese Weise von den Synchronimpulsen, die wiederum zur Synchronisierung des Eingangsimpulsinformationssignals benutzt werden, entfernt, so daß dadurch das angewachsene Zittern verringert wird. Eine solche Durchschnittsbildung wird durch Anlegen eines Steuersignals, das den Phasenunterschied zwischen den Eingangssignalimpulsen und den Synchronimpulsen darstellt, als Korektursignal an die Quelle für die Synchronimpulse über einen Weg mit Tiefpaßeigenschaften erreicht.

Bei dem oben beschriebenen System treten zeitliche Nichtübereinstimmungen zwischen den Spitzen der Informationsimpulse, die an die Regeneriereinrichtung angelegt werden, und den Spitzen der entsprechenden Synchronimpulse in sich änderndem Grad auf. Das ergibt sich aus der Tatsache, daß die Synchronimpulse mit dem Durchschnitt des Impuls-Automatisches Korrektursystem

für eine Synchronisationsvorrichtung

bei der Impulskodemodulation

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. November 1960 (Nr. 70 219)

William Mc Henry Goodall, Colts Neck, N. J.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

informationssignals synchronisiert sind. Wenn das hochfrequente Zittern des Eingangsinformationssignals merklich ist, kann die Nichtübereinstimmung genügend groß sein, um die Regenerierung einiger Signalimpulse zu verhindern oder um Impulse zu erzeugen, die ursprünglich nicht vorhanden waren, so daß eine weitere Fehlerquelle im System entsteht. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Fehlermöglichkeiten bei der Regenerierung von Impulskodesignalen während der Übertragung von Informationen zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verstärker, der eine Phasensynchronisation ähnlich der oben beschriebenen benutzt, mit einem zusätzlichen Korrekturkreis versehen, um die Verzögerung, der das Eingangsimpulsinformationssignal vor Anlegen an die Regeneriereinrichtung unterliegt, in einem Sinne zu ändern, daß die Informationsimpulse in Übereinstimmung mit den Synchronimpulsen gebracht werden.

Dabei wird die Phase od. dgl. des Eingangsimpulsinformationssignals mit der Phase eines Standardsignals verglichen. Ein Steuersignal, das der Differenz entspricht, wird gleichzeitig über einen Weg mit Tiefpaßeigenschaften an eine Korrektureinrichtung für die Phase des Standardsignals und über einen Weg mit Hochpaßeigenschaft an eine Korrektureinrichtung für die Phase des Impulsinformationssignals angelegt.

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Auf diese Weise wird, wenn die Frequenzgänge der beiden Steuerwege komplementär sind, was für übereinstimmende Grenzfrequenzen gilt, das gesamte Spektrum des Steuersignals ausgenutzt. Die niederfrequenten Änderungen der Phase der Standardsignale und die hochfrequenten Änderungen der Phase des Impulsinformationssignals werden so korrigiert, daß die Standard- und Informationssignale in Übereinstimmung gebracht werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verbindet ein Kanal für die Informationssignale eine Quelle für Impulsinformationssignale und eine Ausgangsschaltung. Der Signalkanal besteht aus einer variablen Verzögerungseinrichtung, Mitteln zur Abtastung des Informationssignals und einer Regeneriereinrichtung, die alle in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Eine Abtastprobe des Informationssignals wird bezüglich ihrer Phasenlage mit einer Abtastprobe der Quelle für die Synchronimpulse verglichen, die die oben besprochenen Standardsignale darstellen. Ein einheitliches Signal für die Phasendifferenz wird erzeugt und über eine erste Rückkopplungsschaltung mit einem Tiefpaß an die Quelle für die Synchronimpulse angelegt, so daß die Phasenlage ihrer Ausgangsspannung korrigiert wird. Das Fehleroder Korrektursignal, das sich aus dem Phasenvergleich ergibt, wird gleichzeitig über eine zweite Rückkopplungsschaltung mit einem Hochpaß an eine variable Verzögerungseinrichtung angelegt, um die in den Signalkanal eingeführte Verzögerung in ihrer Größe zu steuern, so daß dadurch die Phasendifferenz oder Nichtübereinstimmung zwischen den Informationsimpulsen und den Synchrondmpulsen herabgesetzt wird. Vorzugsweise stimmen die Grenzfrequenzen der Filter überein.

Die Synchronimpulse werden zur Steuerung der Regenerierung des verzögerten Informationssignals benutzt. Als Folge davon wird eine Übereinstimmung zwischen den zu regenerierenden Signalimpulsen und den Synchronimpulsen erreicht. Die Phasenlage der Synchronimpulsfolge wird auf Grund der niederfrequenten Empfindlichkeit der ersten Rückkopplungsschaltung durch das Impulsinformationssignal bestimmt, das als Mittelwert in einem großen Zeitabschnitt gebildet worden ist. Eine gegenseitige Beeinflussung zwischen der durch die beiden Rückkopplungsschaltungen bewirkten Steuerung wird auf Grund der komplementären Frequenzgänge dieser Rückkopplungsschaltungen verhindert.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung ni Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines im Rahmen der Erfindung liegenden Verstärkers und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Verstärkers mit einer alternativen Taktanordnung und einem Wanderwellenröhrenverstärker im hochfrequenten Signalkanal.

Im Hochfrequenzverstärker nach Fig. 1 ist der Weg des hochfrequenten Signals als stark ausgezogene Linie gezeigt. Die hochfrequenten Impulsinformationssignale 10, die impulskodemodulierte Signale darstellen, werden von der Eingangsantenne 12 aufgenommen und an ein Gerät 14 mit variabler Verzögerung angelegt, das unter Steuerung eines äußeren Korrektursignals eine Verzögerung in den hochfrequenten Signalweg einführt. Das verzögerte Informationssignal wird an den Verstärker 16 gelegt, hinter dem eine Probe des Informationssignals durch einen Richtkoppler 18 für einen später zu erklärenden Zweck abgenommen wird. Der restliche Teil des Informationssignals wird an eine Impulsregeneriereinrichtung 20 angelegt, wo unter Steuerung durch die Synchronimpulse, die mit der Grundwiederholungsfrequenz des Eingangsimformationssignals von einer örtlichen Takteinrichtung 22 zugeführt werden, die hochfrequenten Impulse neu geformt und

ίο synchronisiert werden. Zum Schluß hebt ein Verstärker 24 den Pegel des regenerierten Signals an, um die weitere Übertragung durch die Ausgangsantenne 26 zu ermöglichen.

Zwischen den Taktgeber 22 und die Regeneriereinrichtung 20 ist eine fest eingestellte Verzögerungseinrichtung 41 eingeschaltet, um die an die Regeneriereinrichtung angelegten Spitzen der Synchronimpulse mit den Spitzen der hochfrequenten Signalimpulse auf der Grundlage des Durchschnittswertes

ao in Übereinstimmung zu bringen. Die fest eingestellte Verzögerungseinrichtung 41 kompensiert auf diese Weise unterschiedliche Verzögerungen der Signale nach der Aufteilung am Richtkoppler 18.

Die vom Richtkoppler 18 abgezweigte Abtastprobe des hochfrequenten Informationssignals wird in einem herkömmlichen Detektor 28 für die Umhüllende demoduliert und in einem Phasendetektor 30 mit einem Teil der Synchronimpulse aus der örtlichen Takteinrichtung 22 verglichen, um ein Signal zu erzeugen, dessen Größe den Phasenunterschied zwischen ihnen darstellt.

Der Phasendetektor 30 kann beispielsweise eine Schaltung sein, die in den Fig. 12 bis 14 in »Electronic Instruments«, Radiation Laboratory Series Vol. 21, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1948, gezeigt ist. In diesem Fall könnte das Signal von dem Detektor für die Umhüllende 28 direkt als Fehlersignal angelegt werden und die Ausgangsspannung des Taktgebers 22 als Bezugsspannung.

Ein Tiefpaß 32 stellt eine Verbindung mit kleiner Impedanz für die niederfrequenten Anteile des Phasendifferenzsignals beim Durchgang zum örtlichen Taktgeber 22 dar. Wie oben ausgeführt, ergibt die Verwendung nur der niederfrequenten Änderungen oder Komponenten des Phasendifferenzsignals zur Steuerung des Taktgebers 22 eine Synchronisation der Phase des Taktgebers 22 mit dem Durchschnittswert für einen langen Zeitabschnitt des Eingangsimpulsinformationssignals, so daß das Zittern des durch die Synchronimpulse wieder synchronisierten regenerierten Impulsinformationssignals verringert wird. Auf diese Weise werden Korrekturen beim Taktgeber 22 durchgeführt, um sowohl ein fehlerhaftes Wandern der Phase des Taktgebers als auch Änderungen des Durchschnittswertes des Eingangsimpulsinformationssignals auszugleichen.

Gleichzeitig mit der Korrektur des Taktgebers 22 durch die niederfrequenten Änderungen des Phasendifferenzsignals werden die hochfrequenten Ände-

6n rungen über einen Hochpaß 36 auf der Leitung 34 an die variable Verzögerungseinrichtung 14 angelegt, um die in den hochfrequenten Signalweg eingeführte Verzögerung zu steuern. Die variable Verzögerungseinrichtung 14 verzögert das Impulsinformationssignal ausreichend, um eine Übereinstimmung zwischen den Informations- und Synchronimpulsen aufrechtzuerhalten, trotz des Vorhandenseins von Zittern beim Informationssignal.

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Um beste Ergebnisse zu erhalten, sollte die Grenz- Funktionen der Verstärkung als auch der gesteuert

frequenz des Hochpasses 36 mit der Grenzfrequenz änderbaren Verzögerung, die zur Durchführung der

des Tiefpasses 32 zusammenfallen. Wenn die Fre- Erfindung nötig sind. Das hochfrequente Signal wird

quenzgänge der Filter 32 und 36 komplementär sind, an den Eingang 50 der Wanderwellenröhre 48 anwie im Falle von übereinstimmenden Grenzfrequenzen, 5 gelegt, unterliegt einer verteilten Verstärkung beim

kann das gesamte Frequenzspektrum des Fehler- Durchgang durch eine dicht gewickelte Wendel 52

signals vom Phasendetektor 30 zur Steuerung ent- und wird am Ausgang 54 abgenommen. Eine Heizung

weder der Phase des Taktgebers oder der in den 62 verursacht eine Elektronenemission der Kathode

hochfrequenten Signalweg eingeführten Verzögerung 58, und die Elektronen werden durch eine Elektro-

ausgenutzt werden. Das stellt eine genaue Überein- io nenkanone 64, die auf einem positiven Potential mit

Stimmung zwischen den Synchron- und Signalimpulsen Bezug auf die Kathode 58 gehalten wird, zu einem

sicher. Weiterhin sind die beiden Rückkopplungs- Strahl geformt. Der Elektronenstrahl (in Fig. 2 nicht

schaltungen voneinander getrennt, so daß keine Be- gezeigt) wird durch die Wendel 52 geleitet, geführt

einfiussung zwischen ihnen stattfinden kann. von einem durch Fokussierspulen 66 erzeugten

In einem praktisch ausgeführten System könnte 15 axialen Magnetfeld, und endet an der Auffangelekder Hochpaß 36 durch einen breiten Bandpaß ersetzt trode 60, die, ebenso wie die Wendel 52, auf posiwerden. Die untere Grenzfrequenz würde unbeeinflußt tivem Potential mit Bezug auf die Kathode 58 gebleiben und die obere Grenzfrequenz durch die halten wird. Diese Funktionsweise ist allgemein Bandbreite des Systems vollständig bestimmt sein. bekannt. Es sei jedoch kurz gesagt, daß der Elek-Das stellt jedoch nur eine alternative Anordnung dar 20 tronenstrahl Energie an das hochfrequente Signal und ist nicht notwendige Voraussetzung für die Er- liefert, das so während des Durchgangs durch die findung. Wendel 52 verstärkt wird.

Die Synchronimpulse vom Taktgeber 22 werden Das hochfrequente Steuersignal vom Phasendetek-

durch einen spannungsabgestimmten Oszillator 38 tor 30 wird an die Wendelanordnung 52 über die

erzeugt, der als Signalquelle in Reihe mit der Impuls- 35 Leitung 34 mit Hilfe eines Kopplungskondensators 70

formschaltung 40 geschaltet ist. Die Impulsformschal- angelegt und erscheint am Widerstand 68. An den

tung 40 formt die Synchronimpulse der sinusförmigen Widerstand 68 angelegte Spannungen ändern die

Ausgangsspannung des Oszillators 38 entsprechend Kathodenwendelspannung und verursachen Ände-

den Anforderungen der speziellen Regeneriereinrich- rangen der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls,

tung 20, und diese Form entspricht weitgehend der 30 der von der Kathode 58 zur Auffangelektrode 60

gewünschten Form der regenerierten Informations- läuft, und daher wird die Phasenlage des Informa-

impulse. Es wird oft als vorteilhaft empfunden, In- tionssignals beim Durchgang durch den Wander-

formationsimpulse mit »erhöhter Kosinusform« zu wellenröhrenverstärker 48 geändert,

übertragen. Zur Bildung von Synchronimpulsen mit Je kleiner die Grenzfrequenz des Tiefpasses 32 ist,

erhöhter Kosinusform kann die Impulsformschaltung 35 um so kleiner ist das im regenerierten Informations-

40 eine einfache Abschneide- oder Begrenzerschal- signal erscheinende Zittern. Die Grenzfrequenz des

tung sein, wie sie im Abschnitt 4-3 im Buch »Pulse Tiefpasses 32 im System ist jedoch durch die Stabi-

and Digital Circuits« von Millmann und Taub, lität des Taktgebers 22 und des Übertragungsmediums

McGraw-Hill Book Company, Inc., 1956, beschrie- begrenzt. Wenn die Grenzfrequenz des Tiefpasses 32

ben ist. 40 zu klein ist, kann die maximal zulässige Phasenände-

Eine weitere Schaltanordnung mit einem alterna- rung der Synchronimpulse aus den Informationstiven örtlichen Taktgeber 22 ist in Fig. 2 gezeigt. In impulsen überschritten werden, bevor der Taktgeber diesem Fall wird ein Bandpaß hoher Güte 42, der 22 korrigiert werden kann, oder, anders gesagt, die auf die gewünschte Taktfrequenz abgestimmt ist, be- Taktgeberschaltung spricht zu langsam an, um die nutzt, um durch Frequenzauswahl eine annähernd 45 gewünschte Korrektur durchzuführen,
sinusförmige Frequenz aus der Ausgangsspannung des Ein numerisches Beispiel, soll die Erklärung der Detektors 28 für die Umhüllende abzuleiten. Ein Beziehung zwischen der Stabilität und Grenzfrequenz Begrenzer 44 für die Spitzenspannung entfernt die unterstützen. Wenn die Stabilität des Taktgebers 22, Amplitudenänderungen aus der Ausgangsspannung der bei einer Impulswiederholungsfrequenz von des Bandpasses 42, und danach entfernt ein zweiter 50 160 MHz arbeitet, 1 Hz für 10⁸ Hz beträgt (es wird Bandpaß 46 mit verhältnismäßig kleiner Güte die bei angenommen, daß das Übertragungsmedium wenigder Begrenzung entstandenen Harmonischen. Die stens die gleiche Stabilität besitzt, so daß die Stabi-Ausgangsspannung des Bandpasses 46 besitzt eine lität durch den Taktgeber begrenzt wird), beträgt die Kurvenform ähnlich der des Oszillators 38 in Fig. 1, maximale Wanderung 1,6 Hz je Sekunde oder 57,6° so daß dieses Signal an eine Impulsformschaltung 40 55 je Sekunde. Bei einer maximal zulässigen Phasenähnlich der in Fig. 1 angelegt werden kann, um die änderung von 10° sind 57,6 Korrekturen je Sekunde Synchronimpulse für die Regenerierung zu bilden. des Taktgebers 22 maximal notwendig. Daher ist für Wie im Falle des Oszillators muß der Bandpaß 42 die gegebene Stabilität des Taktgebers eine Grenzfür eine Abstimmkorrektur unter Steuerung eines frequenz von 100 Hz die untere Sicherheitsgrenze für äußeren Signals geeignet sein. Da der Bandpaß 46 60 den Tiefpaß 32. Um möglichst gute Ergebnisse zu sehr kleine Güte besitzt, sind jedoch Verschiebungen erhalten, sollte die Grenzfrequenz des Hochpasses seiner Frequenz nicht kritisch, und eine Steuerung ebenfalls 100 Hz betragen. Bei einer so niedrigen ist nicht nötig. Grenzfrequenz des Tiefpasses 32 von 100 Hz er-

In der Schaltung nach Fig. 2 ist außerdem ein scheint nur ein kleines Zittern bei den Synchron-

Wanderwellenröhrenverstärker 48 enthalten, der an 6g impulsen und daher bei den regenerierten Informa-

Stelle der variablen Verzögerungseinrichtung 14 und tionssignalen. Weiterhin wird, da die Wirkung des

des Verstärkers 16 der Fig. 1 eingesetzt ist. Der Hochpasses 36 dort einsetzt, wo diejenige des Tief-

Wanderwellenröhrenverstärker 48 erfüllt sowohl die passes 32 aufhört, eine vollständige Korrektur des

Systems im gesamten Übereinstimmungsfehler verursachenden Bereich erreicht, während eine Trennung zwischen den Taktgeber- und variablen Signalverzögerungs-Steuerschaltungen aufrechterhalten wird.

Obwohl die Erfindung an Hand von Hochfrequenzverstärkern beschrieben wurde, kann sie für Niederfrequenzverstärker ebenfalls angewendet werden. Andererseits kann die erfindungsgemäße Schalteinrichtung auch bei anderen Anwendungen als Regenerierverstärker von Nutzen sein. *°

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Automatisches Korrektursystem für eine Synchronisationsvorrichtung bei der Impulskodemodulation mit einer Detektoreinrichtung zur Erzeugung einer Anzeige der Differenz der Phase od. dgl., die sowohl ersten elektrischen Signalen als auch elektrischen Bezugssignalen gemeinsam ist, und mit einer Trenneinrichtung zur Anlegung der niederfrequenten Änderungen dieser Differenz an eine empfindliche Korrektureinrichtung zur Korrektur der Phase der elektrischen Bezugssignale, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung, die auf ein äußeres Steuersignal anspricht, um die gleiche Phase bei den ersten elektrischen Signalen zu korrigieren, und durch eine Trenneinrichtung zur Anlegung der hochfrequenten Änderungen der Anzeige der Differenz für die Phase zur Lieferung des Steuersignals, um diese Phase zu korrigieren.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequente und niederfrequente Trenneinrichtung aus einem Hochpaß (36) und einem Tiefpaß (32) besteht und daß die Grenzfrequenz des Hochpasses mit der Grenzfrequenz des Tiefpasses zusammenfällt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Herstellung der Übereinstimmung zwischen den ersten elekirischen Signalen, die eine Eingangsimpulsinformation darstellen und den elektrischen Bezugssignalen, die die Ausgangsspannung einer örtlichen Quelle (22) für Taktimpulse, bei welcher eine Korrektur der Phasenlage möglich ist, darstellen, dient, daß eine variable Verzögerungseinrichtung

(14) in Reihe zu der Quelle für die Eingangsimpulse geschaltet ist, um die Phasenlage der Eingangsimpulse zu korrigieren, und daß die Detektoreinrichtung (30) für die Differenzermittlung die Phase einer Abtastprobe der Eingangsimpulsinformation mit der Phase einer Abtastprobe der Taktimpulse vergleicht, um eine Signalanzeige der Phasendifferenz zu erlangen, wobei die hochfrequenten Anteile des Anzeigesignals für die Phasendifferenz abgetrennt und an die variable Verzögerungseinrichtung angelegt werden, um die eingeführte Verzögerung zu steuern.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System als Teil eines Regenerierverstärkersystems dient, bei dem die korrigierten elektrischen Bezugssignale als Synchronimpulse an eine Regeneriereinrichtung (20) angelegt werden, um die Regenerierung der korrigierten ersten elektrischen Signale, die durch die Signalkorrektureinrichtung zu der Regeneriereinrichtung übertragen werden, zu steuern.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System als Teil eines Regenerierverstärkersystems dient und eine Wanderwellenröhre (48) sowohl die variable Verzögerungseinrichtung als auch einen Verstärker darstellt, daß die Wanderwellenröhre in Reihe zwischen die Quelle für die Eingangssignale, die hochfrequente Impulsinformationen enthalten, und die Regeneriereinrichtung (20) geschaltet ist, daß die Detektoreinrichtung für die Differenzermittlung die Umhüllende des von der Wanderwellenröhre verstärkten Ausgangssignals mit den Taktimpulsen vergleicht, daß die hochfrequenten Änderungen des phasenabhängigen Differenzsignals an die Wanderwellenröhre angelegt werden, um die Spannung zwischen ihrer Wendel und Kathode zu ändern und dadurch auch die Verzögerung, der das Informationssignal beim Durchlauf durch die Wanderwellenröhre unterliegt, und daß die korrigierten Taktimpulse an die Regeneriereinrichtung als Synchronimpulse zur Steuerung der Regenerierung der korrigierten und verstärkten Informationssignale angelegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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