DE1294435C2 - Verfahren zur Stoererkennung in Datenuebertragungssystemen mit binaerer Frequenzumtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störerkennung in Datenübertragungssystemen mit binärer Frequenzumtastung, deren Empfangseinrichtungen für jede der beiden Umtastfrequenzen ein Filter entsprechender Durchlaßcharakteristik aufweisen, dem jeweils eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der Gleichrichteranordnungen Schwellwertschaltungen zugeführt werden, . deren Ansprechen oder Nichtansprechen die Entscheidung für die eine oder die andere Zeichenlage des jeweils empfangenen Zeichens darstellt.

In Datensicherungssystemen für Datenübertragung auf öffentlichen Fernsprechwegen werden mit Vorteil Störungsdetektoren eingesetzt. Sie überwachen die vom Übertragungskanal her beim Empfänger eintreffenden Signale und melden dem Sicherungssystem Störungen der Empfangssignale, die im Demodulator möglicherweise zu Fehlern führen können. Augenblicklich sind für Datenübertragung im öffentlichen Fernsprechnetz hauptsächlich Frequenzmodulatoren und -demodulatoren (FM-Modems) im Einsatz. Das Modulationsverfahren ist binäre Frequenzumtastung. Eine positive Eingangsspannung am Modulator hat die Aussendung einer sinusförmigen Spannung höherer Frequenz, eine negative die Aussendung einer solchen niedrigeren Frequenz zur Folge. Typische Werte sind 2100 und 1300 Hz für den Datenkanal, 450 und 390Hz für den Hilfskanal (Rückmeldekanal). Im Hauptkanal sind damit bis zu 1200 Umtastungen pro Sekunde, im Hiliskanal bis zu 75 Umtastungen pro Sekunde möglich.

Es gibt eine Reihe von Vorschlägen, an welchem Signal und auf welche Art und Weise eine Störerkennung durchgeführt werden soll. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Störerker.nung vor der Demodulation keine genügend große Korrelation mit den tatsächlich entstehenden Fehlern liefert. Entweder wird die Erkennfähigkeit zu gering oder, bei empfindlicherer Einstellung der Detektoren, die Redundanz (unnötige Fehleranzeige) zu hoch. Wesentlich bessere Ergebnisse liefert die Störerkennung am demodulierten Signal, wie sie beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1 208 332 beschrieben ist.

Bei dieser bekannten Anordnung erscheint das demodulierte Signal in Form zweier Spannungen M₁ und Mj, am Ausgang zweier Gleichrichteranordnungen, die Bandfiltern nachgeschaltet sind, die auf die hohe Frequenz /, und die niedrige Frequenz /₂ abgestimmt sind. Wird Z₁ empfangen, so nimmt M₁ im Idealfall den Wert U₁ an, M₂ den Wert 0, bei Empfang von /₂ wird U₁ = 0 und u₂ = U₂. Die Differenz U₁ — U₂ ist positiv bei Empfang von /,, negativ bei Empfang von Z₂- Eine Schwellenschaltung gewinnt daraus in einfacher Weise das digitale Ausgangssignal. Die Ausgangssignale M₁ und u₂ der Gleichrichteranordnungen sind in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt. Störungen auf dem Kanal haben zur Folge, daß die beiden Frequenzen Z₁ und /₂ nicht mehr in dieser sich gegenseitig ausschließenden Weise empfangen werden. Verschiedenartige Möglichkeiten sind denkbar:

1. Die Ausgangsspannung in einem Teilband erreicht nicht den Wert U₁ bzw. U₂, während sie im anderen Band Null bleibt;

2. in beiden Teilbändern wird die Ausgangsspannung zu Null;

3. in beiden Teilbändern tritt Energie auf, wobei (Kw₁ < U₁ und 0<h₂< [Z₈ ist

Kritisch sind die Fälle 2 und 3. FaU 1 führt zu keinem Fehler, solange er nicht in Fall 2 übergeht. Im Fall 2 kann die Entscheidungsschaltung keine eindeutige Entscheidung treffen; die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlentscheidung wird 0,5. Fall 3 geht im Ergebnis in Fall 2 über, wenn M₁ = U₂ wird. Wird der Empfang von Z₁ (/₂) so stark gestört, daß

wird, so entsteht ein Fehler. Störungsdetektoren versuchen stets, den Entscheidungsbereich der eigentlichen Entscheidungsschaltung einzuengen, d. h., engere Toleranzen für das Signal, an dem die Entscheidung getroffen wird, zu setzen. Das führt bei der hier interessierenden Frequenzumtastung zu den bereits bekannten Amplituden-Toleranz-Detektoren nach der Demodulation. Hat man M₁ und u, zur Verfügung, so wird, wie in F i g. 2 dargestellt, ein Signal nur dann für ungestört angesehen, wenn entweder M₁ oberhalb einer Schwelle X₁ und gleichzeitig M₂ unterhalb einer Schwelle y, liegt oder wenn U₁ unterhalb einer Schwelle V₁ und" gleichzeitig U₂ unterhalb einer Schwelle x₂ liegt. Der Empfindlichkeit des Stördetektors ist abhängig vom Abstand der Schwellen von der Nullinie. Einen völlig äquivalenten Detektor erhält man mit nur zwei Schwellen χ und y, wenn man die Störerkennung an der Differenz der Ausgangsspannungen der Gleichrichteranordnungen U₁ = M₂ durchführt, wie dies in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt ist, wobei von der gleichen Zeichenfolge wie in F i g. 2 ausgegangen wurde.

Dtese bekannten Möglichkeiten führen jedoch zu äußerst unbefriedigenden Ergebnissen, wenn auf dem Kanal oder in den Empfangsfiltern lineare Verzerrungen auftreten. Das ist z. B. bei der zulässigen oberen Umtastfrequenz von 1200Bd in starkem Maße der Fall. Die in Fig. 1 dargestellten Spannungsverläufe haben dann die in F i g. 4 dargestellte Form. Die Filter schwingen in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit zwischen zwei empfangenen Frequenzen nicht mehr voll ein, bei schnell aufeinanderfolgenden Zeichenwechseln werden die Filterausgangsspannungen 0, U₁ und U₂ nicht mehr erreicht. Dies hat aber zur Folge, daß es praktisch nicht mehr möglich ist, mit vernünftigem Aufwand sowohl an Bauelementen als auch an Redundanz Stördetektoren, die nach den bekannten Verfahren arbeiten, einzusetzen.

Wie F i g. 4 zeigt, ist es gerade noch möglich, die Binärentscheidung auf Grund des linear verzerrten Signals zu treffen. Die heute üblichen Stördetektoren arbeiten jedoch alle in der Weise, daß bestimmte Bereiche, in denen zwar schon eine eindeutige Entscheidung möglich ist, die aber noch dicht an der Nullinie liegen, ausgeklammert werden, weil hier die Gefahr, daß eine Störung vorliegt, nicht mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Für einen solchen Verzicht auf bestimmte Bereiche bietet aber das linear verzerrte Signal von einem gewissen Verzerrungsgrad ab keinen Raum mehr.

Die Erfindung geht nun von der Idee aus, durch den Stördetektor einen Spannungsverlauf beurteilen zu lassen, der gegen lineare Verzerrungen bei der Übertragung weitgehend invariant ist, dabei aber empfindlich auf Frequenzverwerfungen reagiert, die durch Störungen verursacht werden.

Claims (3)

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangseinrichtung Schwellwertschaltungen vorgesehen sind, deren Eingang eine Summenspannung us = a · U1 + b + c zugeführt wird, wobei mit U1 und uo die Ausgangssignale der den beiden Filtern nachgestellten Gleichrichteranordnungen bezeichnet rind und wobei α und b si/ gewählt sind, daß bei ungestörtem Emp- »> fang die Beziehung erkennungseigenschaften erzielt Die Verwirklichung von Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ausgehend von dem eingangs erläuterten Stand der Technik, für den Fachmann mit keinerlei Schwierigkeiten verbunden. Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens würde sich beispielsweise von der aus der deutschen Auslegeschrift 1 208 332 bekannten Anordnung lediglich dadurch unterscheiden, daß durch Umpolung der Anschlüsse an der einen der Gleichrichteranordnungen an Stelle der Differenzspannung a · U1 = b ud = = U1 - U2 gilt, und c so gewählt ist, daß sich für die Schwell- die Summenspannung wertschaltungen ein günstiger Arbeitsbereich ergibt, 15 Mj und die zwei Schwellen aufweisen, die einen Bereich definieren, in dem die Summenspannung us liegen muß, wenn die Störungen nicht über eiken vorgegebenen Wert hinausgehen, wobei dieser Bereich denjenigen Wert der Summenspannung enthält, der bei ungestörtem Empfang auftritt. In Wirklichkeit wird die Summenspannung = M1 -t- ms = M1 + M2 beim Wechsel zwischen zwei Frequenzlagen kurzzeitig von dem konstanten Wert abweichen, da M1 und 11., nie exakt gegenläufig sein werden. Besitzen jedoch die beiden jeweils aus einem Bandfilter und einer nachgeschalteten Gleichrichteranordnun? bestehenden Dcmodulatoren, wie dies bei dem heutigen Stand der Technik ohne weiteres realisierbar ist und auch durchgeführt wird, einigermaßen gleichförmige Durchlaßkurven, so werden M1 und M2 in jedem Fall annähernd gegenläufig sein, auch dann, wenn eine hohe Umtastgeschwindigkeit lineare Verzerrungen zur Folge hat. Die sich dabei ergebende Summenspannung ist ebenfalls in F i g. 4 der Zeichnung dargestellt. Man erkennt, daß die Summenspannung Ms =: M1 + M., 40 auch bei verhältnismäßig starken linearen Verzerrungen in der Zeichenmitte konstant ist. Für einen erfindungsgemäßen Störungsdetektor genügen somit zwei Schwellen, die den zulässigen Bereich für Schwankungen der Summenspannung M4 eingrenzen. Dieser Bereich ist in F i g. 4 zwischen einer oberen Schwelle 1 und einer unteren Schwelle 2 schraffiert eingezeichnet. In vorteilhafter Weise wird man die Schwellen 1 und 2 symmetrisch zu demjenigen Wert der Summenspannung ms wählen, der unter idealen bedingungen, d. h. bei ungestörtem Empfang, vorliegt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird man ferner in an sich bekannter Weise auch den erfmdungsgemäßen Störungsdetektor nur zu dem Zeitpunkt abfragen, in dem auch das binäre Ausgangssignal abgefragt wird, nämlich in der Zeichenmitte. Bei Ausbildung eines erfindungsgemäßen Stördetektors als getakteter Stördetektor können die Schwellen 1 und 2 noch wesentlich enger an den idealen Wert der Summenspannung herangeschoben werden, so daß der Detektor empfindlicher wird. Auf Grund der vorausgegangenen Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Störerkennung wird deutlich, daß mit Hilfe dieses Verfahrens alle Störungen erkannt werden können, die die Ausgangsspannungen eines der beiden Bandfilter verändern, ohne gleichzeitig die des zweiten Filters genau gegenläufig zu ändern. Es werden also ausgezeichnete Störgebildet wird. Diese Ausführungsform einer Anord nung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als Beispiel in F i g. 5 der Zeichnung dargestellt. Nach der ausführlichen Erläuterung des Standes der Technik und der Erläuterung des erfindungsgemäßen Vertahrens, spricht die F i g. 5 ohne größere Erläuterungen für sich selbst. Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß in F i g. 5 mit 1 und 2 die beiden Bandfilter, mit 3 und 4 die beider Gleichrichteranordnungen und mit 5 und 6 die beiden Widerstände bezeichnet sind, über denen die Summenspannung ms abgegriffen werden kann. Diese Summenspannung müßte nunmehr den Schwellwertschaltungen zugeführt werden, die beispielsweise bistabile Kippstufen mit entsprechend vorgespannten Eingängen sein könnten, für die aber auch jede andere bekannte Realisierungsmöglichkeit für Schwellwertschaitungen brauchbar wäre. Pateniansprüche:

1. Verfahren zur Störerkennung in Datenübertragungssystemen mit binärer Frequenzumtastung, deren Empfangseinrichtungen für jede der beiden Umtastfrequenzen ein Filter entsprechender Durchiaßcharakteristik aufweisen, dem jeweils eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der Gleichrichteranordnungen Schwellwertschaitungen zugeführt: werden, deren Ansprechen oder Nichtansprechen die Entscheidung für die eine oder die andere Zeichenlage des jeweils empfangenen Zeichens darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangseinrichtung Schwellwertschaitungen vorgesehen sind, deren Eingang eine Summenspannung

m_s = a · M₁ + b

11,

zugeführt wird, wobei mit U₁ und M₂ die Ausgangssignale der den beiden Filtern nachgeschalteten Gk'ichrichteranordnungen bezeichnet sind und wobei α und b so gewählt sind, daß bei ungestörtem Empfang die Beziehung

a ■ U₁ = b ■ i/„

gilt, und c so gewählt ist, daß sich für die Schwellwertschaitungen ein günstiger Arbeitsbereich ergibt, und die zwei Schwellen aufweisen, die einen Bereich definieren, in dem die Summenspannung m_s liegen muß, wenn die Störungen nicht über

einen vorgegebenen Wert hinausgehen, wobei dieser Bereich denjenigen Wert der Summenspannung enthält, der bei ungestörtem Empfang auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwellen symmetrisch zu dem Mittelwert der Summenspannung liegen, der sich bei ungestörtem Empfang einstellt,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrage des Stördetektors in an sich bekannter Weise nur zu den Zeitpunkten erfolgt, die der Zeichenmitte entsprechen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen