DE1462705C1

DE1462705C1 - Synchronisationsverfahren fuer Pulskodemodulationsuebertragungssysteme

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Publication number: DE1462705C1
Application number: DE19661462705
Authority: DE
Inventors: Christian Jacquart; Antoine Jousset
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1966-09-17
Publication date: 1970-03-12
Also published as: FR1460682A; BE687004A; GB1160118A; US3454722A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Synchronisierungsverfahren für Pulskodemodulationsübertragungs- und -schaltsysteme, d. h. Systeme, bei denen in wiederkehrenden Impulsrahmen zusammengefaßte kodemodulierte binäre Impulse verwendet werden. Als Beispiele für Ubertragungssysteme der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, können Pulskodemodulationsmultiplexsysteme genannt werden, bei

denen die N Telephonkanäle mit der Frequenz^ = -ψ abgetastet werden und die Amplitude jedes Abtastsignals dann zu einer Gruppe von η Impulsen, die einen binären Kode darstellen, verschlüsselt wird und diese Gruppen von verschlüsselten binären Impulsen schließlich zeitlich vervielfacht werden, um einen Rahmen von Nn + θ Impulsen zu erzielen, von denen die Nn Impulse die der N Kanäle sind und die Θ Impulse für nachstehend zu erläuternde Zwecke verwendet werden. Weiter können rhythmische Datenübertragungssysteme genannt werden, bei denen die Daten zu Gruppen von η binären Impulsen verschlüsselt werden und diese Gruppen dann rhythmisch übertragen werden. Diese Datenübertragungssysteme können N in zeitlicher Multiplexschaltung betriebene Kanäle aufweisen. In diesem Falle sieht das gesamte Signal genauso wie bei einem Pulskodemodulationssystem aus. Wenn das Datenübertragungssystem nur einen Kanal aufweist, so kann der Rahmen als aus η Gruppen von je einem Impuls bestehend angesehen werden, wobei das Äquivalent des Kanals dann die Ordnungszahl des Impulses in der Gruppe ist.

Bei den Ubertragungssystemen unter Verwendung einer Kodeimpulsmodulation ist das über die übertragungsleitung übertragene Signal eine Reihe von binären Impulsen, die wiederholt aufeinanderfolgend den Wert Null oder Eins haben. Um zwischen den je einem Kanal in dem System entsprechenden verschiedenen Impulsgruppen eine Unterscheidung vornehmen zu können, muß in dem Empfanger eine Synchronisationsvorrichtung vorgesehen werden, die häufig als »Bit-Zeitgeber« bezeichnet wird und mit dem Mutter-Zeitgeber der Sender-Verteilungsschaltungen synchron arbeitet und dem Zweck dient, die Impulse des gesamten Signals in Abschnitte und Unterabschnitte mit vorgegebenen Bestimmungsorten zu unterteilen, wobei die Abschnitte der η Impulse die Kanäle darstellen und die Unterabschnitte von je einem Impuls in jeder Gruppe von Kanalimpulsen ein Kodeelement eines vergebenen binären Gewichts und eine Anordnung zur Ermittlung von Synchronisationsfehlern und zur Wiederherstellung des Synchronisationszustandes dar-. stellen.

Mit anderen Worten, die Synchronisationsvorrichtung dient dazu, die Signal verteiler einzustellen, die die zeitlichen Abstände in den Kanälen und zwischen den Kodeelementen hervorrufen. Diese Einstellung erfolgt an einer geeigneten Stelle, so daß die zeitlichen Abstände in den Kanälen und zwischen den Kodeelementen richtig ausgerichtet und zugeordnet sind.

Für eine falsche Einstellung der Signalverteiler kann es zwei Gründe geben:

1. Bei Inbetriebnahme der Multiplexanlage sind die den Ubertragungs-, Abtast- und Multiplexschaltungen zugeteilten zeitlichen Abstände nicht mit den zeitlichen Abständen synchronisiert, die den empfangenden Demodulationsschaltungen zugeordnet sind.

2. Während des Betriebes kann eine zeitliche Verschiebung auftreten, weil die Telephonübertragung durch ein Geräusch oder Unterbrechungen in der Leitung beeinträchtigt wurde.

Um die Einstellung der Synchronisationsvorrichtung zu bewirken, muß das ganze Signal in jedem Rahmen ein Synchronisationssignal enthalten. In manchen Fällen ist dieses Synchronisationssignal so beschaffen, daß es von der F.inpfangseinrichtung der Multiplexanlage erkannt wird. Beispielsweise kann das Synchronisationssignal ein impuls sein, der eine andere Amplitude oder Dauer als die Kodeimpulse hat, oder das Synchronisationssignal kann aus einer Gruppe von Impulsen mit einem bestimmten Abstand voneinander bestehen. Bei diesen Multiplexanlagen, bei denen das Synchronisalionssignal eine besondere Ausbildung aufweist, erfolgt die Feststellung des Synchronisationsfehlers und die Wiederherstellung des Synchronisationszustandes sehr leicht und schnell. Aber die Erzeugung und die Feststellung des Synchronisationssignals machen die Anlage sehr kompliziert.

Bei anderen Pulskodemodiilationsübertragimgssystemen im Multiplexverfahren unterscheidet sich das Synchronisationssignal nicht von den Kodeimpulsen. Es besteht aus einem besonderen, manchmal als Winking-Impuls bezeichneten Impuls aus der Gruppe der (-) Impulse in dem Rahmen, und dieser gegebene Impuls tritt in jedem zweiten Rahmen auf. d. h., er ist bei einem Rahmen gleich Fins und beim nächsten gleich Null. Diese Auswahl des Synchronisationssignals bietet bedeutende Vorteile. Von den Impulsen im Rahmen ist nämlich eine bestimmte Gruppe von (-) Impulsen der übertragung der Telephonrufsignale vorbehalten, deren Spektrum enger ist als das der Telephonsignale. Daraus ergibt sich, daß die Abtastfrequenz für die Rufsignale niedriger als bei den Gesprächssignalen sein kann und daß infolgedessen das Abtastrufsignal eines gegebenen Kanals nur in bestimmten Rahmen, beispielsweise jedem dritten, enthalten ist. Andererseits können die in einem Rahmen enthaltenen Abtastrufsignale mit einer geringeren Zahl von binären Ziffern als bei einem Gesprächskanal verschlüsselt werden. Daraus ergibt sich, daß die Gruppe von Rufimpulsen in jedem Rahmen wenigstens eine freie Stelle für ein binäres Element enthält, das für die Synchronisation verwendet werden kann.

Bei den Systemen mit abwechselnden Synchronisationsimpulsen wird für die Wiederherstellung des Synchronisationszustandes eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt, die, wie später erläutert werden wird, der Dauer einer Zahl von Rahmen entspricht, die gleich der Hälfte der binären Ziffern pro Rahmen ist. Da in jedem Gesprächskanai ein Geräusch entsteht, durch das der Synchronisationszustand verlorengeht, den die Synchronisationsvorrichtung schrittweise wiederherzustellen versucht, kommt es darauf an, daß die Wiederherstellung des Synchronisationszustandes erst dann eingeleitet wird, wenn die Synchronisation wirklich verlorengegangen ist.

Ein Fehler in einem Synchronisationsimpuls bedeutet jedoch noch nicht automatisch, daß die Synchronisation verlorengegangen ist. Die Synchronisation kann vorübergehend gestört sein in dem Sinne, daß eines oder eine Folge von Synchronisationssignalen fehler-

haft ist. ohne daß der Synchronisalionsziisiand tatsächlich verlorengegangen ist.

Es ist sehr leicht. Bit-Zeitgeber herzustellen, die eine konstante Arbeitsweise von etwa 10" aufweisen, d. h.. wenn sie sich selbst überlassen sind, weichen sie nicht von der Wiederholungsperiode der binaren Ziffern in dem Multiplexsignal ab. d.h...sie werden erst nach 10" binären Ziffern von 360 oder KX)",, abweichend phasenverschoben. Wenn angenommen wird, daß der Rahmen aus 250 binären Elementen besteht, so beträgt die Phasenverschiebung des Bit-Zeitgebers nach ΚΓ binären Ziffern oder 400 Rahmen erst 36 oder 10",,. Daraus ist ersichtlich, daß es nicht angebracht ist. die Wiederherstellung der Synchronisation schon einzuleiten, wenn nur ein Synehronisationssignal fehlerhaft ist.

Bei den Systemen mit abwechselnden Synchronisationsimpulsen besteht die Schaltanordnung zur Ermittlung von Synchronisationsfehlern gemäß dem Stand der Technik aus zwei Vergleichsschallungen oder Komparaloren zum Vergleich der Synchronisalionsimpulse in zwei aufeinanderfolgenden Rahmen, die durch die Verteiler für die Kanäle und Kodeelemente aus den Impulsen der Rahmen herausgezogen wurden, und zwar der Synchronisationsimpulse in den Rahmen, die in den aufeinanderfolgenden Rahmen jeweils hintereinanderliegen. Mit anderen Worten, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die von den Verteilern gelieferten Impulse im modulierte Impulse sind, wird der Synchronisationsimpuls des einem ersten aufgenommenen Rahmen vorangehenden Rahmens in einem ersten Arbeitszyklus mit dem Synchronisationsinipuls des aufgenommenen Rahmens verglichen, und in einem zweiten Arbeitszyklus wird der Synchronisationsimpuls des einem /weiten aufgenommenen Rahmen vorangehenden Rahmens mit dem Synchronisationsimpuls dieses zweiten aufgenommenen Rahmens verglichen, nachdem der binäre Wert dieses letzten Impulses geändert wurde. Dann folgt wieder der erste Arbeitszyklus usw. Wenn die verglichenen Impulse nicht den gleichen binären Wert haben, so wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Sy nehronisationsfehlersignaf wird als den wirklichen Verlust des Synchronisationszustandes anzeigendes Signal betrachtet, und der Zugang der Zeitgeberimpulse zu den Verteilern wird für die Dauer eines Zeitgeberimpulses gesperrt. Somit wird der an den Verteilern für die Kanäle und Kodeelemente abgenommene örtliche Rahmensynchronisationsimpuls, der zu dem Rahmen gehört, der dem gerade empfangenen Rahmen vorhergeht, um eine Zeitlücke zwischen den Zeitgeberimpulsen verzögert, nämlich um T (Nn + (->). Bei einem Verlust des Synchronisationszustandes werden also die Impulse, die mit einem örtlichen Rahmensynchronisationsimpuls aufgenommen werden, der von einem Rahmen zum anderen um den Abstand der Wiederkehr der Zeitgeberimpulse T(Nn + (-J) phasenverschoben ist. durch die Synchronisationsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von einem Vergleich pro Rahmen so lange verglichen, bis der Synchronisationszustand wiederhergestellt ist. Daraus ist ersichtlich, daß der Bit-Zeitgeber durch Sperrung der Vorrichtung, die den Zugang von dem Bit-Zeitgeber zu den Verteilern ermöglicht, bei jeder Unstimmigkeit des Vergleichs nachgestellt wird, obwohl diese Unstimmigkeit nicht nur von einem tatsächlichen Verlust des Synchronisationszustandes, sondern auch von falschen Signalen herrühren kann, die den Vergleichsschaltungen zugeführt und von der übertragungsleitung aufgenommen werden.

Gemäß dem Stand der Technik sind Synchronis sationssysteme bekannt, bei denen der Mangel, daß durch nur einen Fehlereines Rahmensynchronisationsimpulses ein Nachlaufen in allen Kanälen entstand. beseitigt wurde. Bei diesen bekannten Systemen erfolgt die Wiederherstellung des Synchronisations-/usiands nur dann, wenn eine Reihe von Rahmensynchronisationsimpulsen nacheinander falsch sind, da allgemein bekannt ist. daß der tatsächliche Zusammenbruch des Synchronisationszustands nicht bei dem Verlust eines einzigen Rahmensynchronisationsimpulses erfolgt. Rahmenfehler werden in einer ß-C-Integrierschaltung gezählt oder gespeichert. Wenn der Zähler eine bestimmte Fehlerzahl gezählt hat oder wenn die aufgespeicherte Spannung in der Integrierschaltung einen bestimmten Wert erreicht hat, dann wird eine Entscheidungsschaltung angesteuert, die die Vorgänge zur Wiederherstellung der Synchronisation einleitet.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein anderes Kriterium als Grundlage für den.Beginn der Versuche zur Wiederherstellung des Synchronisationszustands verwendet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, ein Synchronisationsverfahren anzugeben.

bei dem eine Einregelung des Synchronisationszustandes in Abhängigkeit von der zeitlichen Häufigkeit von Fehlersignalen vorgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstellvorrichtung nur dann betätigt wird, wenn die von den Komparatoren kommenden Fehlerimpulse während einer über einem vorbestimmten Wert 7^ liegenden Zeitspanne mit einer über einem vorbestimmten Wert 1 T₁ liegenden durchschnittlichen Frequenz erzeugt werden, wobei die Zeiten T₁ und 7; ein Vielfaches der Dauer T eines Impulsrahmens betragen und T₂ größer als 7j ist.

Genauer gesagt, zwischen den vorgenannten Vergleichschaltungen und dem Gerät zur Abschaltung der Vorrichtung, die den Zugang von dem Bit-Zeitgeber zu den Verteilern .für die Kanäle und Kodeziffern ermöglicht, wird eine Verzögerungsvorrichtung eingebaut, die zwei monostabile Schaltungen umfaßt, von denen die erste aus der Null-Lage in die Eins-Lage umschaltet, falls sie sich nicht bereits dort befindet, wenn sie einen von den Vergleichsschaltungen kommenden Fehlerimpuls erhält, und nach jedem Fehlerimpuls für eine Zeitspanne T₁ in der Eins-Lage verbleibt, und die zweite monostabile Schaltung mit der ersten hintereinandergeschaltet ist und von der Null-Lage in die Eins-Lage umschaltet, wenn der von der ersten monostabilen Schaltung kommende Impuls eine Zeit gedauert hat, die mindestens gleich T₂ ist, und in die Null-Lage zurückkehrt, wenn der von der ersten monostabilen Schaltung kommende Impuls aufhört.

f>o Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn zwischen der Vorrichtung zur Ermittlung von Synchronisationsfehlern und der Vorrichtung zur Verstellung der Verteiler für die Kanäle und binären Elemente eine Zeitsteuervorrichtung vorgesehen ist, ⁶-^s die zwei monostabile Schaltungen umfaßt, von denen die erste aus der Null-Lage in die Eins-Lage geht, falls sie sich nicht bereits dort befindet, wenn sie einen von der Fehlerermittlungs vorrichtung kommenden Fehler-

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impuls erhält, und nach jedem Fehlerimpuls für eine Zeitspanne T₁ in der Eins-Lage verbleibt, und die zweite monostabile Schaltung mit der ersten hintereinandergeschaltet ist und von der Null-Lage in die Eins-Lage umschaltet, wenn der von der ersten monostabilen Schaltung kommende Impuls eine Dauer mindestens gleich 7, hat. und in die Null-Lage zurückkehrt, wenn der von der ersten monostabilen Schallung kommende Impuls aufhört, wobei die Verstellung der Verteiler erst dann beginnt, wenn sich die zweite |₀ monostabile Schaltung in der Eins-Lage befindet.

Dabei hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn T₁ etwa zwischen 57 und 157 und T, etwa zwischen I5Tund 607 liegt.

Ein derartiges Synchronisationsverfahren weist den Vorteil auf. daß eine über mehrere Perioden dauernde Einregelungder Synchronisation nicht bereits jedesmal bei zwei oder drei aufeinanderfolgenden Fehlerimpul-SLMi. die auf einer Störung ohne Verlust der Synchronisation beruhen können, vorgenommen wird, sondern erst dann, wenn diese Fehlersignale mit einer gewissen zeitlichen Häufigkeit auftreten.

Die Erfindung soll nun in ihrer Anwendung bei einem Pulskodemodulationsmulliplexübertragungssystem an Hand der Zeichnungen näher beschrieben werden. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Synchronisierungsvorrichtung.

F i g. 2 ein genaueres elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Verzögerungsvorrichtung. die in die Synchronisationsvorrichtung eingebaut werden kann, und

Fi g. 3 ein zur Erläuterung der Erfindung benötigtes Diagramm der Signale.

F i g. 4 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Standes der Technik.

Bekanntlich ist bei einem Pulskodemodulationsmultiplexsystem. das Λ" Kanäle aufweist, die jeweils mit der Frequenz 1 T abgetastet werden, die Frequenz der Pulse des Multiplexsignals ,Y/i T. wenn η die Ziffern pro Kanal angibt und wenn <■> — 0 ist. und man erhält [Nn + <->) T. wenn (-) = 0 ist.

Das Pulskodemodulationsmultiplexübertragungssystem. das in dieser Beschreibung als Beispiel genommen wurde, besteht aus fünfzehn Kanälen und einem mit den anderen Kanälen identischen zusätzlichen Kanal für die übertragung der Signalgabe und die Synchronisation, also (■) = n: N + 1 = 16. und in jedem Kanal wer3en die abgetasteten Telephonsignale in acht Kodeziffern oder Pulse verschlüsselt, also η = 8. Die zum Abtasten der Signale in jedem Rahmen· erforderliche Zeit beträgt T= 128 Mikrosekunden, was einer Abtastfrequenz für die Ziffern von

(JVn + Θ)/Τ=[Ν + I) n/T =

16-8

128· 1(

35 MHz

entspricht.

Die in Fig. 1 dargestellten Blöcke 110, 120 und 130 sind die Einheiten, aus der eine bekannte Synchronisationsvorrichtung aufgebaut ist. Der Ausgang 1202 des Blocks 120 ist direkt mit dem Eingang 1301 des Blocks 130 verbunden.

Es soll nun der Aufbau und die Wirkungsweise einer derartigen bekannten Vorrichtung kurz ins Gedächt- f>5 nis zurückgerufen werden.

Eine mit 1 bezeichnete Amplitudenbegrenzungsschaltung speist gleichzeitig einen Abtastsignalgeber 2 und einen Regenerator 3. der die durch die Leitung 4 ankommenden Pulse regeneriert. Am Ausgang des Regenerators 3 erscheinen modulierte Pulse, und am Ausgang des Zeitgebers 2 erscheinen Zeitimpulse. die natürlich nicht moduliert sind. Der Ausgang des Ahlastsignalgebers 2 ist über die Synchronisationsvorrichtung 10 mit einem Kodeelementverteiler 5 mit acht Ausgängen <->_x bis «_N und an diesen anschließend mit einem Kanalverteiler 6 mit sechzehn Ausgängen (, bis i,„ verbunden. Diese Verteiler sind Schaltzählwerke, beispielsweise Ringzähler.

Die Ausgänge des Kodeelementverteilers 5 sind mit dem übersetzer 7 verbunden, der die vom Regenerator 3 kommenden modulierten Pulse aufnimmt, und die Ausgänge des Verteilers 6 sind jeweils mit den Demodulatoren 8, bis 8,„ verbunden, die alle auch die vom übersetzer 7 kommenden rekonstruierten Abtastsignale aufnehmen. Am Ausgang jedes Modulators ist in bekannter Weise ein Tiefpaßfilter vorgesehen, das nicht dargestellt ist.

Die Schaltungen zur Ortung von Fehlern im Synchronisationssignal bestellen aus den Blöcken 110 und 120 in der Synchronisationsvorrichtung 10. Der Block 110 umfaßt eine bistabile Kippschaltung 111. die einen symmetrischen Steuereingang aufweist, der mit der Klemme /,„ des Verteilers 6 so verbunden ist. daß die Impulsfolgefrequenz durch zwei geteilt wird, und zwei Und-Schaltungen 112 und 113 mit drei Eingängen. Der erste Eingang jeder Und-Schaltung ist über die Klemme 1101 mit der Klemme w„ und der zweite Eingang über die Klemme 1111 mit der Klemme (,„ verbunden, während der dritte Eingang der Und-Schaltung 112 mit dem einen Ausgang der bistabilen Kippschaltung 111 und der dritte Eingang der Und-Schaltung 113 mit dem anderen Ausgang der bistabilen Kippschaltung 111 verbunden ist. Daraus ergibt sich, daß die Synchronisationsprüfsignale an den Ausgängen 1102 und 1112 der Schaltung 110 zwei Pulsreihen sind, die einen Abstand von 256 Mikrosekunden voneinander haben, wobei die Pulse in der einen Reihe gegenüber den Pulsen der anderen Reihe um 128 Mikrosekunden versetzt sind.

Die vom Ubertragungskanal 4 kommenden Pulse werden über die Klemme 1221 einer Vergleichsschaltung 120 zugeführt, der über die Klemmen 1201 und 1211 auch die Synchronisationsprüfsignale zugeführt werden. Diese Vergleichsschaltung besteht aus zwei Und-Schaltungen 121 und 122 und einer Oder-Schaltung 123. Jede der Und-Schaltungen 121 und 122 erhält ein Synchronisationsprüfsignal und die Vielfachsignalpulse und die Und-Schaltung 121 direkt und die Und-Schaltung 122 umgekehrt durch den Inverter 124. Daraus ergibt sich, daß, wenn die Synchronisation hergestellt ist, die Eingangssignale von 121 einerseits eine Eins, die den Synchronisationspuls des Rahmens des aufgenommenen Vielfachsignals darstellt, und andererseits eine Null sind, weil der örtliche Synchronisationsimpuls der vorhergehenden Impulsfolge durch die Wirkung der bistabilen Kippschaltung 111 gleichzeitig dem Eingang der Und-Schaltung 113 zugeführt wird: daher erscheint am Ausgang der Und-Schaltung 121 kein Puls. Ebenso sind, wenn Synchronisation besteht, die Signale an den Eingängen von 122 einerseits eine Eins, die den umgekehrten .Synchronisationspuls des Rahmens des aufgenommemenen Vielfachsignals darstellt, und andererseits eine Null, weil der Synchronisationspuls der vorhergehenden Impulsfolge durch die Wirkung der bistabilen

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Kippschaltung 111 gleichzeitig dem Eingang der Und-Schallung 112 zugeführt wird. Daher ist am Ausgang der Uncl-Sehaltung 122 kein Puls vorhanden. Daraus ergibt sich, daß bei bestehendem Synchronismus am Ausgang 1202 der Vergleichsschaltung 120 kein Fehlersignal vorhanden ist. Gemäß dem Stand der Technik ist der Ausgang 1202 von 120 mit dem Eingang 1301 der Vorrichtung zur Wiederherstellung des Synchronisationszustandes verbunden.

In F i g. 4 ist die oben beschriebene Impulsfolge, wie sie in den Schaltungen 110 und 120 auftritt, nochmals graphisch dargestellt. Mit α sind dieRahmensynchronisationsimpulse bezeichnet, wie sie empfangen werden und an dem Eingang 1221 auftreten. In diesem Impulszug wechseln sich Rahmensynchronisationsimpulse mit der Ziffer 1, die mit 65 bezeichnet sind, mit Rahmensynchronisationsimpulsen mit der Ziffer 0. die mit 66 bezeichnet sind. ab. An der Und-Schaltung 121 erscheinen die unter b gezeigten Impulse 65. die einen Abstand von zwei Rahmen aufweisen. Die Nullziffern der empfangenen Rahmensynchronisationsimpulse werden durch die Inverterschaltung 124 umgeformt, so daß eine Impulsfolge mit den Impulsen 66' entsteht, wie sie in der F i g. 4c gezeigt sind. Die Impulse 66' sind in der Zeitdauer eines Rahmens gegen die Impulse 65 zeitlich versetzt. Auch diese Impulse 66' weisen einen zeitlichen Abstand von zwei Rahmen gegeneinander auf.

Die örtlich erzeugten Synchronisationsimpulse, die an der Eingangsklemme 1111 auftreten, werden durch die bistabile Kippschaltung 111 in zwei Impulsfolgen mit den Impulsen 67 bzw. 68 zerlegt, wie sie in Fig. 4d bzw. 4e gezeigt sind. Die Impulse 67 und 68 sind ebenfalls jeweils zeitlich in der Größe eines Rahmens gegeneinander versetzt, und die einzelnen Impulse 67 bzw. 68 weisen untereinander einen zeitlichen Abstand in der Größenordnung von zwei Rahmen auf. Im synchronisierten Zustand trifft jeweils ein Impuls 65, der an dem Und-Gitter 121 liegt, zeitlich mit einem Impuls 68 zusammen, der über das Und-Gitter 113 an das Und-Gitter 122 gegeben wird. Ebenso trifft ein Impuls 66' an dem Und-Gitter 122 zeitlich mit einem Impuls 67 an dem Und-Gitter 121 zusammen, so daß die Und-Gitter 121 und 122 jeweils gesperrt bleiben.

Die Vorrichtung zur Wiederherstellung des Synchronisationszustandes 130 weist eine Inhibit-Schaltung 131 auf. die durch die Zeitgeberimpulse auf der Abtastfrequenz aller Kanäle betätigt wird, sowie eine Und-Schaltung 132. die einerseits die Zeitgeberimpulse und andererseits das Ausgangssignal Eins der Inhibit-Schaltung 131 aufnimmt (es wird angenommen, daß, wenn dem Eingang auf einer Seite ein Signal zugeführt wird, die Inhibit-Schaltung das Signal Eins am Ausgang auf dieser Seite abgibt). Andererseits ist die Inhibit-Schaltung so ausgelegt, daß das Ausgangssigna! Null ist, wenn seinen beiden Eingängen gleichzeitig Signale zugeführt werden. Daraus ergibt sich, daß 131 so lange im Zustand Eins bleibt und die Und-Schaltung 132 so lange durchlässig ist, wie der Synchronisationszustand anhält. Wenn dem Eingang 1301 ein Fehlersignal zugeführt wird, so geht die Inhibit-Schaltung 131 in die Null-Lage, und die Und-Schaltung 132 wird gesperrt. Die Verteiler 5 und 6 rücken für die Dauer einer Rückkehrperiode der Zeitgeberimpulse nicht weiter, und die Synchronisationsprüfsignale weiden versetzt und mit den nacheinander aufgenommenen Impulsen mit einer Gesell windigkeit von einem Vergleich pro Rahmen verglichen, bis der Svnchmnisationszustand wieder hergestellt ist. Im Verlauf jedes Rahmens findet ein Vergleich zwischen dem Synchronisationssignal des Rahmens und einem Impuls des Rahmens statt, der nicht der Synchronisationsimpuls ist. Da in jedem Rahmen 128 Impulse vorhanden sind, sind im Durchschnitt 64 Rahmen notwendig, um den verlorengegangenen Synchronisationszustand wieder herzustellen, also im Durchschnitt 64 · 128 μβ = 8,192 ms.

Es ist bekannt und wird allgemein angenommen, daß ein Pulskodemodulationsvielfachübertragungssystem bei einer Fehlerrate von 10"⁶ in den Kodeelementen noch zufriedenstellend arbeitet, und eine derartige Fehlerrate kann selbst dann noch eingehalten werden, wenn der Zeitbasisgeber 2 lediglich ein Bandfilter mit einem auf 1 MHz zentrierten engen Band ist. Bei einer derartigen Fehlerrate beträgt die Fehlerwahrscheinlichkeit pro Rahmen und Kanal, also in acht Kodeelementen, 8 · 10 "⁶. Bei jedem Fehler entsteht ein Knackton in dem Kanal. Die durchschnittliche Häufigkeit der Knacktöne pro Kanal beträgt daher 8 · 1(T⁶ = 0,0615 Knacktöne pro Sekunde oder 3,75 Knacktöne pro Minute.

Bei der Synchronisationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik und einer angenommenen Fehlerrate von 10"" beträgt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines falschen Synchronisationselements Eins in 10 ^h Impulsfolgen von 128 Mikrosekunden, also 128 Sekunden oder 2,13 Minuten. Daher tritt durchschnittlich alle 2,13 Minuten ein durchschnittlich 8,192 Millisekunden dauerndes Synchronisationssuchgeräusch auf; dieses ist meistens auf alle Kanäle gleichmäßig verteilt.

Wie in der Einleitung der vorstehenden Beschreibung erläutert wurde, wird der Synchronisationszustand gemäß der Erfindung nicht jedesmal, wenn ein Synchronisationsfehler festgestellt wird, wiederhergestellt, sondern erst dann, wenn die Fehlerimpulse über einen ausreichend langen Zeitraum hinweg in kurzen Abständen nacheinander auftreten. Die Zeitsteuerschaltung 140 besteht aus zwei hintereinandergeschalteten Verzögerungsschaltungen 141 und 142 und einer Und-Schaltung 143 deren einer Eingang mit dem Eingang 1401 der Zeitschaltung und deren anderer Eingang mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung 142 verbunden ist. An ihrem Eingang 1401 nimmt die Verzögerungsschaltung 141 den Synchronisationsfehlerimpuls auf, der am Ausgang 1202 der Vergleichsschaltung 120 erscheint. Bei jedem Fehlerimpuls schaltet die Verzögerungsschaltung 141 von der Normalstellung (Null-Lage) in die Arbeitsstellung (Eins-Lage) um und bleibt für eine Zeit T₁ in Betrieb, die auf den Augenblick folgt, in dem der Fehlerimpuls zugeführt wurde. Daraus ergibt sich, daß eine Reihe von Fehlerimpulsen, die so dicht zusammen sind, daß der Absland dazwischen größer als T₁ ist,- die Verzögerungsschaltung 141 in der Eins-Lage hält. Mit anderen Worten, die Verzögerungsschaltung 141 wird betätigt und in Funktion gehalten, wenn die Fehlerimpulse ausreichend häufig auftreten.

Die Verzögerungsschaltung 141 ist mit einer weiteren bistabilen Verzögerungsschaltung 142 hintereinandergeschaltet, die von der Normalstellung (Null-Lage) in die Arbeitsstellung (Eins-Lage) umschaltet, wenn der auf diese Schaltung einwirkende, von T₁ kommende Impuls eine Dauer von wenigstens T₂ hat. In diesem Falle erfolgt die Umschaltung der Verzögeruiv'^challung 142 in dem auf den Beginn des

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Triggerimpulses folgenden Augenblick T₂ und hört am Ende des Triggerimpulses auf.

F i g. 3 zeigt Fehlerimpulse 51 bis 59, und aus dieser Figur ist ersichtlich, ob die Abstände zwischen den Impulsen größer oder kleiner als T₁ waren. Aus den angegebenen Abstandswerten ist ersichtlich, daß die Verzögerungsschaltung 141 sich von dem Impuls 51 bis zu einem um die Dauer T₁ hinter dem Impuls 56 liegenden Zeitpunkt (Impuls 61), von dem Impuls 57 bis zu einem um die Dauer T₁ hinter dem Impuls 58 liegenden Zeitpunkt (Impuls 62) und für einen an dem Impuls 59 beginnenden Zeitraum (Impuls 63) in der Eins-Lage befindet. Die Verzögerungsschaltung 142 befindet sich von einem um die Dauer T₁ hinter dem Anfang des Impulses 61 liegenden Zeitpunkt bis zum Ende dieses Impulses (Impuls 64) in der Eins-Lage. Da die Impulse 62 und 63 eine kürzere Dauer als T₂ haben, geht die Verzögerungsschaltung 142 nicht in die Eins-Lage, wenn sie diese Signale erhält.

Somit kann gesagt werden, daß die Verzögerungsschaltung 142 in die Eins-Lage gebracht wird, wenn der Zeitraum, in dem die Fehlerimpulse häufig genug auftreten, lang genug ist.

F i g. 2 zeigt das Schaltbild der Verzögerungsschaltungen 141 und 142 bei einem Pulskodemodulationstelephonübertragungssystem mit sechzig Kanälen, die bereits eine Vielfachfrequenz und eine Bandbreite von 300 kHz aufweisen. Die Zahl der Kodeelemente beträgt neun Kennzeichnungselemente und ein Synchronisationselement, das abwechselnd positiv und negativ ist. Bei einem derartigen Pulskodemodulationssystem ist:

N = \, η = 10,

und wenn angenommen wird, daß /„ = 640 kHz ist, so ist die Frequenz des Zeitbasisgebers Nnf„ — 6,4 MHz. Die Dauer der Impulsfolge beträgt 1/640 · 10"³ = 1,56 μβ.

Jede Verzögerungsschaltung 141 und 142 hat einen Verstärkungstransistor 1410 bzw. 1420, eine Verzögerungsschaltung mit einem Widerstand 1411 bzw. 1421 und einem Kondensator 1412 bzw. 1422 und eine Schmitt-Trigger-Schaltung 1413 bzw. 1423. Die Widerstands- und Kondensatorschaltungen sind so ausgelegt, daß

T₁ = 15,60 ;xs,
also 10 Impulsfolgen und

T₂ = 24,96 us,
also 16 Impulsfolgen ist.

Bei einer anderen von dem Erfinder gebauten Synchronisationsvorrichtung, die einen Pulskodemodulationsvielfachübertragungssystem mit

N = 36,
« = 6,

Dauer der Impulsfolge = 125 ;xs
entsprach, betrug die Auswahl

T₂ = 6,250 ms.
also 50 Impulsfolgen.

Bei einer dritten Vorrichtung, die einem Pulskodemodulationsvielfachübertragungssystem mit

N =16.
/! = 8,
ίο Dauer der Impulsfolge = 128 v.s

entsprach, betriig-die Auswahl

T₁ = 1.536 ms.
also 12 Impulsfolgen,

T₁ = 7.168 ms.

also 56 Impulsfolgen.

Die endgültige Wahl der Werte für die Zeiten T₁ und T₂ kann nur auf Grund von Versuchen getroffen werden. Diese Versuche können über eingeschränkt werden, und es lassen sich ziemlich genaue (irößenwerte für diese Zeiten dadurch erzielen, daß die Wahrscheinlichkeit (T₁, T₂) in der Weise errechnet wird, daß. wenn der Synchronisations/usUmd im Augenblick Null verlorengeht und gleichzeitig die Verzögerungsschaltung 142 betätigt wird, diese Schaltung 142 vor dem Augenblick T₁ in die Normalstellung zurückkehrt. Das sind die Bedingungen, unter denen die Zeitsteuervorrichtung gemäß der Erfindung voll zur Wirkung kommt, d. h. unter denen sie keinen Synchronisationsfeliler durchgehen läßt.

Um die Berechnung zu erleichtern, wird diese Erscheinung nachstehend kurz erläutert. Fis leuchtet ein, daß die Zuführung von Fehlerimpulsen am Eingang der Verzögerungsschaltung 141 einsprechend der Poisson-Verteilung mit der konstanten Wahrscheinlichkeit γάι für die Zeit d/ erfolgt. Die Wahrscheinlichkeit P. daß das Synchronisationssignal während der Zeit T keinen Fehler aufweist, ist

T₁ = 1,875 ms,

P =

exp 1

und infolgedessen

also 15 Impulsfolgen,

Die Wahrscheinlichkeit, daß die Verzögerungsschaltung 141 während der Zeit di in die Noniialstellung zurückkehrt, ist daher gleich [ Wahrscheinlichkeit, daß die Verzögerungsschaltung 141 zwischen -T₁ und (-7, + di) in Betrieb gesetzt wurde] [Wahrscheinlichkeit, daß in dem Abstand (--7|.0) kein Fehlerimpuls aufgetreten ist]:

exp

Die Wahrscheinlichkeit, daß sich die Verzögerungsschaltung 141 zu einem gegebenen Zeilpunkt in Beirieb befindet, ist

1 - exp ( ;-7j).

Da bekannt ist, daß sich die Verzögerungsschaltung 141 zum Zeitpunkt Null in Betrieb befindet, ist die

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Wahrscheinlichkeit, daß zwischen ! — t -r d;) und Null kein Fehlerinipuls aufgetreten ist, gleich

γ dt exp (— ;■?)
• f-exp("-;^:tj'

Dies ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Verzögerungsschaltung 141 in der Zeit (0. df) von der Arbeitsstellung in die Nonnalstellung umschaltet.

Wenn jetzt angenommen wird, daß _]
Wahrscheinlichkeit ist. daß die Verzögerungsschaltung 141. obwohl sie im Augenblick Null in Betrieb war, trotzdem im Augenblick f nicht in die Normaistellung zurückgekehrt ist, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Verzögerungsschaltung 141 von Null bis f in Betrieb bleibt, aber in dem Zeitabschnitt (ι. ι + df) in die Normalsiellung zurückkehrt, gleich dem Produkt aus der Wahrscheinlichkeit

P_7] U) die

Pr₁ C)

und der Wahrscheinlichkeit

;-df exp ( — ;·/)
1 -exp (-^T₁)

;df exp J- ;f)
^T< ' I -exp(-;-T,) '

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist nun genau

-d Ρ_Γι(ί):

durch Intcürierunt! wird daher ermittelt, daß

Wenn nun von dem Augenblick ausgegangen wird, an dem die Fehler zu erscheinen beginnen, d. Ii. am Anfang eines Swichronisationsfehlers. so bewirkt das Auftreten des Fehlers zu diesem Zeitpunkt die Inbetriebsetzung der Verzögerungsschaltung 141 für eine auf diesen Fehlerinipuls folgende Zeitspanne 7,. und erst nach Ablauf dieser Zeit T₁ läßt sich die oben- so genannte Formel (2) anwenden. Somit ist

Wird ;· durch seinen durch (I) gegebenen Wert ersetzt, so ergibt sich

exp( _;-7i) = P^Ti^r (4)

und durch dessen Einbeziehung in die Gleichung (3)

T₂-T₁

(Iog_t.P)

.-τ (T₁. T₂) = exp

1 -P'i

r, τ

die Wahrscheinlichkeit, daß der Sviiehronisationsverlust vor Ahlauf der Zeitspanne 7_; festgestellt wird, da die Verzögerungsschaltung 141 mit Sicherheit nicht in die Nonnalstellung zurückgekehrt ist und die Verzögerungsschaltung 142 mit Sicherheit in Funktion getreten ist.

Daher ist gemäß der Gleichung (2)

τ (Ti, T₁) =

Wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht.

daß die Verzögerungsschaltung 141 längere Zeit in Funktion bleibt oder daß in der Zeit T₁ wenigstens

ein Fehlerimpuls auftritt, so ist die Größe P^{T lT} im Vergleich zur Einheit klein, und es läßt sich sagen

₁, T₂) α exp

T₂-T₁

(log,,P) P'

Dies ist die Formel, die die Wahrscheinlichkeit angibt, daß die erfindungsgemäße Zeitsteuervorrichtung nach Ablauf der Zeit T₁ voll wirksam ist.

Wenn der Exponent der Exponentialgröße des Verhäitnisses (6) klein genug ist. so ist es möglich, zu schreiben

;τ (T₁. T₂) = 1 + ^T- ~ ^Tl -(log,P)P"'i '. (7)

Wenn nun bei der Formel (5) P zur Eins hin erweitert wird, so wird ersichtlich, daß τ (T₁. T) als Grenzwert

T₂ -V

('γ T\ - -ψ -j

hat. Wenn angenommen wird, daß das übertragungssystem mit einer Mindcstfehlerwahrscheinlichkeit (P annähernd 1) arbeitet, so stellt das Verhältnis (8) die Wahrscheinlichkeit dar. daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, nachdem die Verzögerungsschaltung 141 durch einen Fehlerinipuls getriggert wurde, wieder durch einen weiteren Fehlerimpuls falsch betätigt wird. Somit stellt die Formel (8) die Wahrscheinlichkeit dar. daß ein Fehlerinipuls eine unnötige Wiederherstellung des Synchronisationszustands fehitriggert.

Die vorstehende mathematische Darstellung wurde erheblich vereinfacht: eine genauere Formel für die bei (S) errechnete Wahrscheinlichkeit ist

.7 (Ti. T₂) * (i P>

exp

Nachstehend soll ein Beispiel für die Anwendung an Hand von Zahlen gegeben werden·

Fs wird angenommen, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß das System nicht seine volle Wirksamkeit erreicht hat, 1()~^Λ ist {das S\stem ermittelt nicht einen Swichronisationsfehlcr von tausend), daß P gleich 1 2 und T₁ T = 50 ist. d. h., daß T₂ gleich der Dauer von 50 Impulsfolgen ist. Dann ist

fts Kr³= 1-.T(T₁, T₂) = - ⁷^'---^l (log,P) P^r> ^r

(3)

oder

BAD ORIGINAL

-,τ τ

T₁ T* 15.

Damit sind die Werte für die von dem Erfinder gebaute zweite Vorrichtung gefunden.
Bei dem gleichen Wert P und bei

-x[T₁. T₁) = H) ²
7, 7 '= 16

wäre T₁ T zwischen 9 und 10 ermittelt worden: das ist der Wert für die von dem Erfinder gebaute erste Vorrichtung.

In der Praxis liegen die Werte zwischen 5 und 15 für T₁ T und zwischen 15 und W) für T_z T.

Claims

Patentansprüche:

1. Synchronisationsverfahren für Dbertragungssysteme, bei denen in Kanälen und Impulsrahmen zusammengefaßte kodcmodulicrtc. rhythmische binäre Impulse verwandt werden und das Synchronisationssignal aus binären Impulsen besteht, deren Wellenform gleich der der modulierten Impulse ist. wobei das Synchronisationssignal jeweils in aufeinanderfolgenden Impulsrahmen wechselweise 0 und 1 ist. mit Verteilern zum Verteilen der Kanäle und der binären Impulse und mit einer Einrichtung zum Herstellen des örtlichen Synchronisationsrahmenimpulses mit zwei Komparatoren zum Vergleichen dieses örtlichen Synchronisationsrahmenimpulses mit dem wechselweise 0 und 1 darstellenden, empfangenen Synchronisationsimpuls, mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Synchronisationsfehlern und zur Erzeugung von Fehlersignalen und einer Vorrichtung zur

Verstellung der von den Fehlersignalen gesteuerten Verteiler, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung nur dann betätigt wird, wenn die von den Komparatoren kommenden Fehlerimpulse während einer über einem vorbestimmten Wert T₂ liegenden Zeitspanne mit einer über einem vorbestimmten Wert 1 T₁ liegenden durchschnittlichen Frequenz erzeugt werden, wobei die Zeiten TJ und T₂ ein Vielfaches der Dauer T eines Impulsrahmens betragen und T₂ größer als T₁ ist.

2. Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorrichtung zur Ermittlung von Synchronisationsfehlern und der Vorrichtung zur Verstellung der Verteiler für die Kanäle und binären Elemente eine Zeitsteuervorrichtung vorgesehen ist. die zwei monostabile Schaltungen (141.142) umfaßt, von denen die erste aus der Null-Lage in die Eins-Lage gehl, falls sie sich nicht bereits dort befindet, wenn sie einen von der Fehlerermittlungsvorrichtung kommenden Fehlerimpuls erhält, und nach jedem i Fehlerimpuls für eine Zeitspanne T₁ in der Eins-Lage verbleibt, und die zweite monostabile Schaltung mit der ersten hintereinandergeschaltet ist und von der Null-Lage in die Eins-Lage umschaltet, wenn der von der ersten monostabilen Schaltung kommende Impuls eine Dauer mindestens gleich T₁ hat. und in die Null-Lage zurückkehrt, wenn der von der ersten monostabilen Schaltung kommende Impuls aufhört, wobei die Verstellung der Verteiler erst dann beginnt, wenn sich die zweite monostabile Schaltung in der Eins-Lage befindet.

3.· Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß 7| etwa zwischen 5 T und 15 T und T₂ etwa zwischen 15 7 und 60 T liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen