DE2213680A1

DE2213680A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur synchronisierung eines empfaengers fuer phasendifferenzmodulierte datensignale

Info

Publication number: DE2213680A1
Application number: DE2213680A
Authority: DE
Inventors: Joachim Siglow; Karl Dipl Ing Witte
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-03-21
Filing date: 1972-03-21
Publication date: 1973-10-11
Also published as: FR2176643A1; DE2213680C3; LU67237A1; CH548709A; DE2213680B2; NL7303720A; JPS4915306A; GB1355028A; US3803492A; FR2176643B1; SE383465B; IT972762B; BE797111A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München ?, ? 1. MRZ 1972

Berlin und München Witteisbacherplatz 2

VPA 72/2023

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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Synchronisierung eines Empfänger β für phasendif ferenzmodulierte Datenaignale

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Synchronisierung eines Empfängers für phaaendifferenzmodulierte Datensignale, bei dem die binär codierten Daten durch bestimmte, im zeitlichen Mittel ungefähr gleich viele positive und negative, unterschiedliche Phasensprünge, die im zeitlich festgelegten Abstand eines Modulationsabschnihtes aufeinanderfolgen und den auf einen Modulationsabsohnitt entfallenden Schrittkombinationen der auszusendenden Daten zugeordnet sind,- übertragen werden und die Korrekturkriterien für die Taktimpuls folge und die Referenzträgerschwingung unmittelbar aus der empfangenen Trägerfrequenz des Datensignales abgeleitet werden.

Bei synchron arbeitenden Datenübertragungssystemen, die binäre Datenzeichen, beispielsweise Telegrafiezeichen übertragen, müssen bekanntlich der Umlauf von Sende- und Empfangseinrichtungen hinsichtlich Frequenz und Phase übereinstimmen, damit eine richtige empfangsseitige Auswertung der übertragenen binären Daten möglich ist. Mit Hilfe eines Abtasttaktes, der die einzelnen Schritte der Nachrichtenzeichen in der Mitte abtastet, erfolgt eine zeitliche Regenerierung der Datensignale. Frequenz- und Phasenlage des Abtasttaktes können prinzipiell mit dem Datensignal übertragen werden, nehmen dann allerdings einen bestimmten Teil der Nachrichtenkapazität des Übertragungskanals in Anspruch.

Bei den meisten Synchronsystemen wird deshalb der Abtasttakt durch einen Frequenzteiler aus dem empfangsseitigen Generator,

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der eine große Frequenzkonstanz, beispielsweise durch eine Quarzstabilisierung, besitzt, abgeleitet. Da Ή« Frequenz des Generators auf der Empfangsseite immer gewisse. A-enn auch teilmise äußerst geringe Abweichungen r ^vy-nul:" - derjenigen des von der Sendeseite verwendeten Generator .-■ aufweist, wird empfangsseitig eine Synchroni er: ere .l a rl chtsm^ benötigt, die diese Frequenzunterschiede aus regelt. Gleichzeitig ist diese Einrichtung in der Lage, bei Beginn der Uber_ tragung die richtige Phasenlage herzustellen * j ri ^ri während der Übertragung aufrechtzuerhalten. Die Korrektur deT' Phasenlage erfolgt durch Einblenden oder Ausblenden von impulsen vor dem Frequenzteiler. Das Ein- und Ausblenden wird von einer Logiksoha]tung gesteuert, die die Richtuni' des Korrekturvorganges aus einer Verknüpfung der Abtasttaktimpulsfolge und dem zeitlich nicht regenerierten Empfangssignal bestimmt. Bei i'bertragungssystemen mit Phasendifferenzmodulation und kohärenter Demodulation sind jedoch nicht nur Taktsignale sondern auch phasenrichtige Referenzträger im Empfänger zur Rückgewinnung der Information erforderlich. Zur Synchronisierung der Taktimpulsfolge und der Referenzträgerschwingung werden zusätzliche Kriterien übertragen. Es ist bereits ein Übertragungssystem für. phasendifferenzmodulierte Datenübertragung bekannt geworden, das den Takt unabhängig vom modulierten Datensignal träger als zusätzliche Amplitudenmodulation auf dem Datensignalträger überträgt (OS 1 762 515). Es ist auch bekannt, den Takt und den RePerenzträger in Pilotkanälen außerhalb des Frequenzbandes für die Daten zu übertragen. Die Übertragung von Pilottönen zu Synchronisierzwecken erfordert einen hohen Schaltungsaufwand, insbesondere an Filtern, und erniedrigt die Signalleistung des Datensignales, da ein Teil der zulässigen Sendeleistung für die Pilotkanäle abgezweigt werden muß. Eine zusätzliche Amplitudenmodulation des Datenträgers benötigt eine ausreichende Dynamik im Träger. Die Pilot-Verfahren benutzen wegen der Taktrückgewinnung ein größeres Frequenzband als zur Datenübertragung eigentlich notwendig wäre. Für die Herstellung des Synchronismus bei Übertragungsbeginn treten Zeiten

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in der Größenordnung von Sekunden auf. Diese langen Synchronisierzeiten sind besonders nachteilig, wenn die Übertragungsrichtung oder die Übertragungsstrecke oft wechselt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, das eine sehr rasche und sichere Synchronisierung von Takt und Referenzträger ermöglicht und im Aufbau besonders einfach ist·

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß im Empfänger von einem konstanten Generator die Taktimpulsfolge für die Abtastung und die Referenzträgerschwingung abgeleitet werden, daß die Phasen der empfangenen mit den Phasensprüngen modulierten Trägerschwingung und der im Empfänger gebildeten Referenzträgerschwingung jeweils im zeitliehen Abstand einer Periode der Trägerschwingung verglichen werden, daß ein Kor— rektursignal für den Takt dann entsteht, wenn seit dem vorangegangenen Korrekturimpuls die Differenz der Phasenänderungen der beiden verglichenen Schwingungen einen bestimmten Wert überschreitet, daß das Korrektursignal mit der im Empfänger erzeugten Taktimpulsfolge verglichen wird, daß beim Auftreten des Korrektursignales zeitlich vor dem Taktimpuls eine Verkürzung eines Taktinterval.ls erfolgt und daß beim Auftreten des Korrektursignales zeitlich nach dem Taktimpuls eine . Verlängerung eines Taktintervalls erfolgt, daß die Taktimpulse den Vergleich zwischen der empfangenen modulierten Träger— schtoringung und der Referenzträgerschwingung freigeben und daß bei einem Unterschied zwischen der Phase der Trägerschwingung und der Referenzträgerschwingung eine Phasenkorrektur bei der Referenzträgerschwingung ausgelöst wird.

Der Grundgedanke der lösung besteht darin, die Synehronisierkriterien für den Takt und den Referenzträger direkt aus den informationstragenden Phasenübergängen des empfangenen trägerfrequenten Signales abzuleiten. Die Korrekturkriterien werden direkt aus dem begrenzten Datensignalträger mit Diskriminatoien,

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die in integrierter Schaltkreistechnik rea]isiert werden können, gebildet. Der Schaltungsaufwand für die Synchronisiereinrichtung ist wesentlich kleiner als bei den bekannten Systemen. Die Taktsynchronisierung ist stabil und unabhängig von der Lage der Trägerphase, also unabhängig davon, ob die Referenzträgerphase bereits synchronisiert ist oder nicht. Aus dem Taktimpuls wird sogleich das Korrektursignal für die Referenzträgersynchronisierung abgeleitet. Die Verknüpfung von Taktimpuls, Phase der Referenzträgerschwingung und Datensignal trägersehwingung ergibt das Korrektursignal zum Nachstellen der Referenzträgerschwingung. Das erfindungsgemäße Verfahren leitet die Kriterien fi.r die Takt- und Trägersynchronisierung aus einem Signal ab, das ausschließlich auf eine optimale Atagenöffnung im Abtastzeitpunkt bei minimalem Frequenzbandbedarf dimensioniert ist. Bei den Schaltungsanordnungen zur Realisierung des Verfahrens wird vorteilhaft das Prinzip des phasenkorrigierten Frequenzteilers angewendet. Sende- und Empfangsfilter werden zur optimalen Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Frequenzbandes auf größte Augenöffnung in der Schrittmitte bei minimalem Frequenzbandbedarf optimiert, damit der Abtastzeitpunkt in der Mitte des Modulationsabschnittes liegt und hohe Übertragungsgeschwindigkeiten möglich sind.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Prinzipschaltbildern, Zeitdiagrammen und vorteilhaften Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, erläutert. Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild für die Synchronisiereinrichtungen eines Datenübertragungssystems mit achtwertiger Phasendifferenzmodulation.

Fig. 2 und 3 zeigen im Zeitdiagramm die Ableitung der Korrektursignale für die Taktsynchronisierung. Fig. 4 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungnbeispiel für die Phasenvergleichsschaltung.

Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm zur Phasenvergleichsschaltung in Fig. 4.

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Pig. 6 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die

Korrekturschaltung der Taktsynchronisierung. Pig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm zur Korrekturschaltung in Pig.

Pig. 1 zeigt den Empfänger eines Datenübertragungssystems für achtwertige Phasendifferenzmodulation im Blockschaltbild. Dabei sind nur die Einrichtungen des Empfängers dargestellt, die für das Verständnis der Synchronisierung erforderlich sind. Das Blockschaltbild enthält eine Synchroninierschaltung ST für den Takt und eine Synchronisierschaltung SR für den Referenzträger. Am Eingang E liegt der Datensignalträger, der mit den Phasensprüngen moduliert ist. Nach einer Frequenzumsetzung PU, bei der der Datensignalträger von 1,8 kHz auf 27 kHz umgesetzt wird, dem Empfangsfilter EP, das auf größte Augenöffnung in der Schrittmitte dimensioniert ist, und einem Begrenzerverstärker BV gelangt das in der Frequenz umgesetzte Empfangssignal über den Ausgang A1 an den Demodulator. Der Empfänger enthält einen quarzstabilisierten Referenzoszillator RG, der eine konstante Frequenz von 3,456 MHz abgibt. Mit Hilfe des Frequenzteilers FT3 wird die Oszillatorfrequenz auf die η-fache Trägerfrequenz des. Datensignales geteilt, wenn η die Anzahl der im Empfangssignal möglichen Phanensprünge ist. Der Oszillator RG gibt eine Rechtecksehwingung ab, so daß die Frequenzteilung auf einfache Weise mit hintereinandergeschalteten bistabilen Kippstufen erfolgt. Im vorliegenden Fall ist bei einer achtwertigen Phasendifferenzmodulation eine Referenzträgerschwingung von 216 kHz (Hx27 kHz) erforderlich. Diese wird mit einem. Frequenzteiler erzeugt, der vier bistabile Kippstufen enthält und eine 16er-Teilung der Oszillatorfrequenz von 3,456 MHz bewirkt. Nach dem Frequenzteiler PT4 ist ein 8er-Teiler angeordnet, der mit drei bistabilen Kippstufen aufgebaut ist. Am Ausgang A3 entsteht die Referenzträgerschwingung 0 ,. Der Frequenzteiler FT4 wird als dynamischer Speicher für die Demodulation verwendet.

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In der Phasenvergleichsschaltung PV wird das in der Frequenz umgesetzte trägerfrequente Empfangssignal mit der n-fachen (H.0 ) Trägersehwingung verglichen und die Korrektursignale gebildet. Die Korrektursignale werden in der Korrekturschaltung KT mit, den Taktimpulsen am Ausgang A2 verglichen, die ebenfalls vom Referenzoszillator RG mit den beiden Frequenzteilern FT1 und FT2 erzeugt werden. Der Frequenzteiler FT1 teilt die Oszillatorfrequenz um den Faktor 720 und der Frequenzteiler FT2 besitzt einen Teilerfaktor von 3. Damit entsteht am Ausgang von A2 der Schrittakt mit einer Frequenz von 1600 Hz und am Ausgang A4 der Bittakt mit 4800 Hz. Bei der achtwertigen Phasendifferenzmodulation werden jeweils jedem Phasensprungwert drei bestimmte Bits zugeordnet, so daß acht unterschiedliche Kombinationen entstehen. Erscheint das Korrektursignal vor dem Taktimpuls am Ausgang A2, so wird in den Frequenzteiler FT1 ein zusätzlicher Impuls eingeblendet, so daß die Dauer einer Polarität des Ausgangssignales und damit der Taktimpuls verkürzt wird. Beim Auftreten des Korrektursignales nach dem Taktimpuls wird über die Korrekturschaltung KT ein Impuls im Frequenzteiler FT1 ausgeblendet, so daß ein Umkippvorgang einer Kippstufe unterbleibt und eine Verlängerung der Dauer des Taktimpulses auftritt.

Gleichzeitig mit der Taktsynchronisierung erfolgt auch die Synchronisierung der Referenzträgerschwingung. Dabei wird in der Korrekturschaltung KR die η-fache Referenzträgerschwingung (8.0 ) mit dem in der Frequenz umgesetzten Empfangssignal verglichen. Der Vergleich wird jeweils durch den korrigierten Taktimpuls freigegeben. Dabei wird die Phasenlage des η-fachen Referenzträgers (8.0 ) mit der Phasenlage des empfangenen trägerfrequenten Signales verglichen und bei einem Unterschied eine Phasenkorrektur durch Einblenden oder Ausblenden eines Impulses im Frequenzteiler FT3 eingeleitet. Gleichzeitig wird jedoch auch im Frequenzteiler FT5 ein Impuls eingeblendet oder ausgeblendet. Der Frequenzteiler FT5

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besitzt einen Teilungsfaktor von 120, so daß an seinem Aus-j gang eine Frequenz von 28,8 kHz entsteht, die als Umsetzerfrequenz dem Frequenzumsetzer EU zugeführt wird, der die emp·»- fangene Trägerschwingung auf eine Frequenz von 2? kHz umseist. Durch die zusätzliche Trägerphasenkorrektur über den Frequenzteiler FT5 wird ein größerer Frequenzfehler des empfangenen oignales ausgeglichen.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist im Zeitdiagramm die Ableitung der .. Korrektursignale dargestellt. Die Trägerschwingung des empfangenen Datensignales eilt während eines Modulationsabschnittes der Referenzträgerschwingung je nach Vorzeichen und Größe der Phasensprünge vor oder nach. Fig. 2 zeigt die verschiedenen möglichen Phasenänderungen des Datensignals gegenüber darm Referenzträger während eines Modulationsabschnittes zwischen den Abtastzeitpunkten A und B. Vom Punkt A ausgehend sind positive, vom Punkt A¹ negative Phasenübergänge zu den Zeitpunkten 0^ bis 0. entsprechend den sendeseitig modulierten Phasenübergängen y„ aufgetragen. In vertikaler Richtung sind in Pig. 2 die Phasenänderungen des modulierten Signäles gegenüber dem unmodulierten Signal aufgetragen. Die Phasen der Datensignalschwingung und der unmodulierten Referenzträgersehwingung werden ,jeweils im zeitlichen Abstand einer Periode der Trägerschwingung miteinander verglichen. Ein Korrektursignal für den Takt wird immer dann gebildet, wenn sich die Phasen der beiden Schwingungen seit dem vorangegangenen Korrekturimpuls um 45° gegeneinander verschoben haben. Die Lage der 45°-$chwellen ist bei Übertragungsbeginn durch den zufälligen Anfangswert der Trägerphase bestimmt. Es werden also durch dauernden" Vergleich des empfangenen Datensignales mit den vier Referenzphasen 0 -, 0_r2' 0_r3 ^und ^rA ^die S^eS^{enüber der} Rerferenzphase 0^ um 22,5 , 67,5°, 112,5° und 157,5° verschoben sind, in der Phasenvergleichsschaltung PV die Korrektursignale gebildet. Die Zeilen a bis d in Fig. 3 zeigen symbolisiert durch Impulse die Korrektursignale, die in den Schnittpunkten des Datensignalträgers

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mit, den verschobenen Referenzphasen 0 ₁ bis 0 . entstehen. Der Schwerpunkt dieser Impulse kennzeichnet den Zeitpunkt C des oohrittbeginns (Zeile g in Fig. 3). Bei Beginn der Übertragung herrscht noch kein Synchronismus bezüglich der Re/erenzphase β , so daß die Referenzphasen 0 * bis 0 . so verschoben sind, wie dies etwa in Fig. 2 mit den Keferenzphasen 0'^-, bis 0^% . angedeutet ist. Den Zeilen a bis d in Fig. 3 sind jeweils die auftretenden Phasensprünge f _φ zugeordnet, so daß ,jeweils nur dann ein Korrektursignal entsteht, wenn die Di fferens der Phasenänderungen seit dem vorangegangenen Korrektursignal 45° beträgt. Die Zeile e in Fig. 3 zeigt die Korrektursignale, die durch positive Phasensprünge f~ entstanden sind und die "eile f die aus den negativen Phasensprüngen f ~ entstandenen Signale. Die Wirkung der Taktsynchronisierscha"! tang ST besteht in einer Mittelung der Korrektursignale, so daiS sich der zeitliche Schwerpunkt C ergibt. Dabei muß etwa die gleiche Anzahl von positiven und negativen Phasensprüngen Ψ_τ im Empfangs signal enthalten sein. Dies wird beispielsweise durch nie übertragung eines Zufallstextes erzielt, der durch einen Scrambler au"' der Sendeseite und einen De scramble¹- auf der F₁ nip rangsse i te realisiert wird. Mit dem Scrambler wird eine Codeunabhängigkeit von der zu übertragenden Nachricht erreicht, indem die Nachricht in eine Bitsequenz mit quasi-zufallsförmigem Charakter mit einem neunstufigen, rückgekoppelten Schieberegister umgewandelt wird. Es liegen dann unabhängig von der frägerphase stets etwa gleich viele Korrektursignale vor und nach den Mitten der Phaeenübergänge, d.h. vor und nach der Mitte zwischen zwei Abtasttaktzeitpunkten. Jedes Korrektursignal stellt die Taktphase um einen kleinen Betrag vor oder zurück. Die Taktsynchrcnisierung ist unabhängig von der Trägerphase, also ist es nicht erforderlich, daß die Referenzträgerphase bereits synchronisiert ist.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Phasenvergleicher (PV in Fig, 1). Das zugehörige Zeitdiagramm ist in

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Pig. 5 dargestellt, wo die Zeilen mit Bezugszeichen versehen sind, die in Fig. 4 an den Stellen der Schaltung eingetragen sind, an denen die dargestellten Impulszüge auftreten. Dem Phasenvergleicher wird aus der Trägersynchronisierschaltung der η-fache Referenzträger (FT3 in Fig. 1) zugeführt. Im vorliegenden Fall handelt es sich um die achtfache Trägerfrequenz (H.0 ), die in der zweiten Zeile der Fig. 5 nur mit den positiven Flanken dargestellt ist. Die erste Zeile zeigt die Heferenzträgerschwingung 0 mit einer Periodendauer von 37 jasec, das entspricht einer Frequenz von 27 kHz. Mit Hilfe der Kippstufen K1, K2 und K3, die als 8er-Teiler geschaltet sind, wird die Referenzträgerschwingung in acht Phasenbereiche von je 45 eingeteilt. An den Ausgängen der nachgeschalteten UND-Gatter G1 , G2, G-3-und G4 entstehen die Abtastimpulse f ^, ψ_τ2* f_v^ ^und ¥_τλ mit den Phasenverschiebungen um 22,5°, 67,5 , 112,5° und 157,5 gegenüber der Referenzschwingung... Die Impulse treten also au den Zeitpunkten der Referenzphasen 0 *, 0 p» 0 -z ^un<i 0_ta in Fig. 2 auf. Der Abstand zwischen zwei Impulsen benachbarter Zeilen entspricht einem Phasenbereich von 45° der Referenzträgerschwingung. Mit diesen Impulsen wird der Referenzträger 0 im Abstand seiner Periodendauer von 37/Usec jeweils abgetastet. Der- begrenzte Datensignal träger DS liegt an den Vorbereitungseingängen der Kippstufen K4, K5, K6 und K7 und wird durch die Abtäte timpulse ^₁ bis f . in die Kippstufen übernommen. Bei jeder Phasenänderung zwischen der Referenzträgerschwingung und dem Datensignalträger von 45° seit dem letzten Umkippen einer der Kippstufen K4 bis K7 kippt erneut eine der Kippstufen um* Die Wechsel der Signalzustände an den Ausgängen der Kippstufen K4 bis K7 (Fig. 5 Zeile a bis d) zeigen an, daß die Phase des Datensignal es gleich einer der Referenzphasen 0 ^ bis 0 . (Fig.2) ist und kennzeichnen somit die in Fig. 2 in den Zeilen a bis f symbolisch dargestellten Impulse. Die Ausgänge der Kippstufen sind über die Halbaddierer HAI, HA2 und HA3, die als Exklusiv-Oder-Gatter ausgeführt werden können und eine Addition modulo ohne Übertrag bewirken, zusammengefaßt. Am Ausgang des Halbaddie-

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rers HA3 tritt jeweils dann ein Wechsel des Signalzustandes ein (Zeile e in Fig. 5), wenn eine der Kippstufen K4 bis K7 ihren Zustand wechselt.

In Fig. 6 ist die Korrekturschaltung für die Taktsynchronisierung (KT in Fig. 1) und in Fig. 7 das dazugehörige Zeitdiagramm dargestellt. Die Zeilen in Fig. 7 sind mit Bezugszeichen versehen, die in der Schaltung in Fig. 6 an den Stellen eingetragen sind, an denen die entsprechenden Impulszüge entstehen.. Am Eingang des Halbaddierers HA4 (Fig. 6) liegt das rechteckförmige Ausgangssignal des Oszillators (RG in Fig. 1) mit einer Frequenz von 3,456 MHz (Zeile a in Fig. 7). Am anderen Eingang des Halbaddierers HA4 ist der Ausgang des Halbaddierers HA3 (Fig. 4) angeschaltet. Das vom Phasenvergleicher abgegebene Impulssignal zeigt die Zeile b in Fig. 7. Jeder auftretende Wechsel im Ausgangssignal des Phasenvergleichers kennzeichnet einen Durchgang des Datensignals bei den Schwellwerten 22,5°, 67,5°, 112,5° oder 157,5° und löst eine Korrektur der Taktphase aus. Es wird immer um den gleichen Betrag, der in diesem Pail 0,14 yusec beträgt, korrigiert. Bei einer Phasenänderung von k.45° (k...0,1,2,3.4) liefert der Phasenvergleicher k Wechsel der Signalzustände. Je mehr Wechsel auf die Korrekturschaltung gelangen, umso größer ist die Korrektur. Im Mittel beträgt k = 2. Liegt der Wechsel im Bereich zwischen -50 i> bis 0 # der Schrittdauer, so wird der Schrittakt beschleunigt. Liegt der Wechsel im Bereich zwischen 0 # bis +50 #, so wird der Schritttakt verzögert. Nach erfolgter Synchronisierung wird erreicht, daß der Schrittbeginn (0 #) mit dem Schwerpunkt der Phasenübergänge, der dem Punkt C in Fig. 2 entspricht, zusammenfällt und dort gehalten wird.

Bei ,jedem vom Phasenvergleicher eintreffenden Wechsel (Zeile b in Fig. 7) wird die Oszillatorspannung am Halbaddierer HA4 umgepolt. Damit entsteht am Ausgang des Halbaddierers HA4 eine zusätzliche Impulsflanke (Zeile c in Fig. 7). Die Ausgangsspannung des Halbaddierers HA4 liegt an den Steuereingängen

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der beiden hintereinandergeschalteten Kippstufen K8 und K9.' Die Ausgangsspannung des Phasenvergleichers (Zeile b) liegt einerseits direkt und andererseits über das Gatter G5 negiert an den Vorbereitungseingängen der Kippstufe K8. Die Ausgangsspannung der Kippstufe K8 (Zeile d) liegt an den Vorbereitungs eingängen der Kippstufe K9. Die Ausgangssignale der Kippstufen K8 und K9 ( Zeilen d und e) werden über den Halbaddierer HA5 zusammengefaßt, so daß am Ausgang immer dann ein positiver Impuls (Zeile f) entsteht, deseen Zeitdauer der Periodendauer der Oszillatorfrequenz (Zeile a) entspricht, wenn ein Wechsel im Ausgangssignal des Phasenvergleichers auftritt. Das NAND-Gatter G6 bestimmt, ob beschleunigt oder verzögert wird. Am einen Eingang des Gatters G6 liegt das Ausgangssignal des Halbaddierers HA5, während am anderen Eingang der Schrittakt (Zeile i), der über die Kippstufe K10 und die Frequenzteiler PT1 und PT2 gebildet wird, anliegt. Die Ausgangsspannung des Gatters G6 zeigt die Zeile g. Solange das Gatter G6 gesperrt ist, erscheint am Ausgang eine positive Spannung und die Kippstufe K10 arbeitet als 2er-Teiler, an dessen Ausgang die Recht eckschwingung mit der Frequenz von 1,728 MHz erscneint. Ein Wechsel des Ausgangssignales des Phaeenvergleichers bringt am Ausgang der Kippstufe K10 eine einmalige Verkürzung der Periodendauer um 25 $ mit sich, das bedeutet-eine Verkürzung des Schrittaktes um O,23%> (vgl. Zeilen f und h in Fig. 7). Ist das NAND-Gatter G6 geöffnet, so entfällt ein Umkippvorgang der Kippstufe K10. Das bedeutet im Anschluß an die schon erfolgte Verkürzung der Periodendauer um 25 $> eine Verlängerung um 50 $>, somit insgesamt eine Verlängerung um 25 $> (vgl. Zeilen f, g und h). Diese Verlängerung bewirkt eine Verzögerung des Schrittaktes um ebenfalls 0,23 %* . Die Korrekturschaltung erreicht, daß beim Eintreffen von Wechseln im Bereich von -50 bis 0 % der Schrittakt beschleunigt und im Bereich von 0 # bis +50 ia verzögert korrigiert wird. Die Größe der Korrektur beträgt bei der Einsynchronisierung im Mittel pro Schritt und be zogen auf die Schrittlänge 0,46 %₀.

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Die Synchronisierschaltung SR (Fig. 1) für den Referenzträger enthält eine Korrekturschaltung KR, die ähnlich der Korrekturschaltung KT für den Takt aufgebaut ist. In der Korrekturschaltung KR werden die Phasen der η-fachen Referenzträgerschwingung am Ausgang des Frequenzteilers FT3 und der in der Frequenz umgesetzten Datensignalträgerachwingung verglichen. Der Vergleich wird immer von einem Taktimpuls'freigegeben. Nach der Freigabe durch den Takt erfolgt der Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem im Datensignalträger die erste positive Flanke auftritt. Bei einer Phasendifferenz erfolgt in der gleichen Art und Weise wie bei der Taktsynchronisierung eine Phasenkorrektur der Referenzträgerschwingung in Form einer Verkürzung oder Verlängerung der Dauer einer Polarität. Der Korrekturschritt beträgt im vorliegenden Fall 1,4 · der Referenzträgerschwingung 0 pro Schritt. Damit ist im Grenzfall bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 1600 Bd eine Frequenzverwerfung &f zwischen ankommendem Datensignalträger und unkorrigierter Referenzträgerschwingung 0 von 6,25 Hz ausregelbar. Höhere Werte lassen sich durch entsprechend größere Korrekturschritte erreichen, die jedoch die Mittelwertbildung beeinträchtigen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist zusätzlich der Frequenzteiler FT5 (Fig. 1) angeordnet, der einen Teilerfaktor von 120 besitzt und zur Erzeugung der Umsetzerfrequenz von 28,8 kHz für den Frequenzumsetzer FU dient. Die von der Korrekturschaltung abgegebenen Korrekturschritte dienen hier zur Frequenzfehlerkorrektur. Die Korrekturriafatung erfolgt umgekehrt verglichen mit der Takt- und Referenzträgersynchronisierung, da bei der Frequenzumsetzung das gespiegelte Seitenband (28,8 kHz -1,8 kHz) verwendet wird. Die ausregelbare Frequenzverwerfung Af durch die Frequenzfehlerkorrektur bei der Frequenzumsetzung beträgt etwa 6,65 Hz, so daß die gesamte Synchronisierschaltung SR für die Referenzträgerschwingung im Grenzfall eine Frequenzverwerfung von etwa ^12,9 Hz ausregeln kann.

6 Patentansprüche

7 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Synchronisierung eines Empfängers für phasendifferenzmodulierte Datensignale, bei dem die "binär codierten Daten durch bestimmte, im zeitlichen Mittel ungefähr gleich viele positive und negative, unterschiedliche Phasensprünge, die im zeitlich festgelegten Abstand eines Modulationsabschnittes aufeinanderfolgen und den auf einen Modulationsabschnitt entfallenden Schrittkombinationen der auszusendenden Daten zugeordnet sind, übertragen werden und die Korrekturkriterien für die Taktimpulsfolge und die Referenzträgerschwingung unmittelbar aus der empfangenen Trägerfrequenz des Datensignales abgeleitet werden, dadurch gekennze i ohne t, daß im Empfänger von einem konstanten Oszillator die Taktimpulsfolge für die Abtastung und die Referenzträgerschwingung abgeleitet werden,, daß die Phasen der empfangenen mit den Phasensprüngen modulierten Trägerschwingung und der im Empfänger- gebildeten Eeferenzträgerschwingung jeweils im zeitliehen Abstand einer Periode der Träger-Schwingung verglichen werden, daß ein Korrektur-Signal für den Takt dann entsteht, wenn seit dem vorangegangenen Korrekturimpuls die Differenz der Phasenänderungen der beiden verglichenen Schwingungen einen bestimmten Wert überschreitet, daß das Korrektursignal mit der im Empfänger er-·. zeugten Taktirapulsfolge verglichen wird, daß beim Auftreten des Korrektursignales zeitlich vor dem Taktimpuls eine Verkürzung eines Taktintervalls erfolgt und daß beim Auftreten des Korrektursignales zeitlich nach dem Taktimpuls eine Verlängerung eines Taktintervalls erfolgt, daß die Taktimpulse den Vergleich zwischen der empfangenen modulierten Trägerschwingung und der Referenzträgerschwingung freigeben und daß bei einem zeitlichen Unterschied zwischen der Phase der Trägerschwingung und der Referenzträgerschwingung eine Phasenkorrektur bei der Referenztjrägerschwingung ausgelöst wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrektursignal dann abgegeben wird, wenn die Differenz der Phasenänderung seit dem letzten Korrektursignal einen Wert aufweist, der mindestens dem Wert des kleinsten vorkommenden Phasensprungs entspricht.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei n-wertiger Phasenmodulation dem Oszillator (RG) ein erster Frequenzteiler (FT3) nachgeschaltet ist, der die n-fache Trägerfrequenz erzeugt, daß der eine Eingang einer Phasenvergleichsschaltung (PV) mit dem Ausgang des ersten Frequenzteilers (FT3) verbunden ist und der andere Eingang am Ausgang eines Begrenzers (BV), der die Datenträgerschwingung begrenzt, anliegt, daß in der Phasenvergleichsschaltung (PV) mit logischen Schaltungen n-Phasenwerte der Referenzträgerschwingung im gleichen Abstand digital codiert entstehen, daß die Phasenschwellen mit der Datensignalschwingung verglichen werden und daß beim Überschreiten einer Phasenschwelle ein Ausgangssignal entsteht, das an der nachgeschalteten Korrekturschaltung (KT) für den Takt anliegt, daß dem Oszillator (RG) ein zweiter Frequenzteiler (FT1, FT2) nachgeschaltet ist, der die Taktimpulsfolge abgibt, die am zweiten Eingang der Korrekturschaltung (KT) anliegt, daß in der Korrekturschaltung ein Vergleich zwischen den Taktimpulsen und dem Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung erfolgt, daß bei zeitlich voreilendem Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung gegenüber dem Taktimpuls die Korrekturschaltung einen Impuls dem zweiten Frequenzteiler (FT1, FT2) zuführt, der einen Impuls vom Oszillator sperrt und bei zeitlich nacheilendem Ausgangssignal der Impuls zusätzlich in den Prequaizteiler eingeblendet wird, und daß für die Synchronisierung der Referenzträgerschwingung der Ausgang des ersten Frequenzteilers (FT3) mit dem ersten Eingang der Korrekturschaltung (KR) für die Ee-

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ferenzträgerschwingung verbunden ist, daß am zweiten Eingang der Ausgang des Begrenzers (BV) für die Datenträgerschwingung und am dritten Eingang der Ausgang des zweiten Frequenzteilers (FT1, FT2) anliegen, daß ein Vergleich der Phasen der Referenzträgerschwingung und der Datenträgerschwingung erfolgt und "bei einer Differenz zwischen den Phasenlagen über die Ausgangsleitung an den ersten Frequenzteiler (FT3) ein Korrektursignal abgegeben wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Phasenvergleichsschal-· tung (PV) der Ausgang des ersten Frequenzteilers (I¹T3) am Steuereingang der ersten von drei hintereinandergeschalteten als Ser-Teiler wirkenden Kippstufen (K1, K2, K3) und an jeweils einem Eingang von vier UND-Gattern (G-1 , G2, G3, G4) anliegt, daß die weiteren drei Eingänge jedes UND-Gatters mit den Ausgängen der Kippstufen (K1, K2, K3) verbunden sind und während jeder Halbperiode der Referenzträgerschwingung mit einer Phasenverschiebung von 22,5° gegenüber der Referenzträgerschwingung jeweils im Abstand von 45° nacheinander an den Ausgängen der UHD-Gatter Impulse (f .. , ψ ₂, ψ ,, ψ Α auftreten, daß der Ausgang jedes UND-Gatters mit dem Steuereingang einer nachgeschalteten Kippstufe (K4, K5, K6, K7) verbunden ist, an deren Vorbereitungseingängen der Ausgang des Begrenzers (BV) angeschaltet ist, und daß die Ausgänge der Kippstufen über Halbaddierer (HA1, HA2, HA3) zusammengefaßt sind und beim Überschreiten eines jeden Phasenschwellwertes ein Ausgangssignal entsteht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, in der Korrekturschaltung (KT) für die Taktimpulse ein Halbaddierer (HA4) angeordnet ist, an dessen einem Eingang der Ausgang des Oszillators (RG) und an dessen anderem Eingang der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung (PV) ang-eschaLtet ist, daß der Ausgang des HaIb-

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addierers mit den Steuereingängen von drei Kippstufen (K8, K9, K1O) verbunden ist, von denen die erste (K8) mit dem einen Vorbereitungseingang direkt und mit dem anderen Vorbereitungseingang über ein Umkehrgatter (G5) mit dem Ausgang der Phasenvergleichsschaltung (PV) verbunden ist, daß die Ausgänge der ersten Kippstufe (K8) mit den Vorbereitungseingängen der zweiten Kippstufe (K9) verbunden sind und die Ausgänge der ersten und der zweiten Kippstufe über einen weiteren Halbaddierer (HA5) zusammengefaßt sind, dessen Ausgang am einen Eingang eines NAND-Gatter (G6) anliegt, daß der Ausgang des NAND-Gatters mit den Vorbereitungseingängen der dritten Kippstufe (K1O), der der zweite Frequenzteiler (PT1, FT2) nachgeschaltet ist, verbunden ist, und daß der Ausgang des zweiten Frequenzteilers am zweiten Eingang des NAND-Gatters (G6) anliegt.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Oszillators (RG) ein dritter Frequenzteiler (PT5) angeordnet ist, der eine Frequenz für einen Frequenzumsetzer (FU) bildet, der die empfangene Datenträgerschwingung in der Frequenz umsetzt und daß der Ausgang der Korrekturschaltung (KR) für die Referenzträgerschwingung mit dem dritten Frequenzteiler (FT5) verbunden ist.

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