DE2538536B2

DE2538536B2 - Verfahren zur beurteilung der eignung von uebertragungswegen fuer die datenuebertragung mit phasendifferenzmodulation

Info

Publication number: DE2538536B2
Application number: DE19752538536
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Zürich Kemper (Schweiz)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2538536A1; DE2538536C3

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zui Beurteilung der Eignung von Übertragungswegen füi die Datenübertragung mit Phasendifferenzmodulation bei dem auf der Senderseite Testimpulse über den zi messenden Übertragungsweg ausgesendet werden.

Für die Eteurteilung der Qualität von Übertragungsstrecken für die Datenübertragung ist das wichtigste Kriterium die zu erwartende Bit-Fehlerhäufigkeit. Sie hat einen Einfluß auf die Art und Auslegung vor Fehlersicherungsverfahren, auf die Art der Übertra gungsgeräl·;, auf die Einstellung der Übertragungsgeschwindigkeit, auf die Wahl oder Änderung dei Einstellung von Leitungsentzerrern und, wenn mehrere

Übertragungsstrecken vorhanden sind, auf die Wahl der Übertragungsstrecke bzw. auf einen Leitungswechscl Ebenso ist es für die Postverwaltungen wichtig, die Qualität der Wähl- und Stanclverbindungen auf ihre Eignung als Datenübertragungskanäle zu untersucher und zu überwachen.

Es ist bereits bekannt, einen Prüftext von der Sendestelle zur Empfangsstelle über die zu messende Übertragungsstrecke zu übertragen, wobei der Text aul der Empfangsseite bekannt ist, und durch bitweiser

so Vergleich auf der Empfangsseite die auftretender Fehler zu ziihlen. Diese Messungen erfordern insbesondere bei langsamen und mittelschnellen Übertragungsgeschwindigkeiten unökonomisch lange Meßzeiten und sind in den wenigsten Betriebsfällen durchführbar.

ss Es ist bereits ein Verfahren zum Messen der Übertragungsqualität von Signalen, die in taktgebundener Weise in aufeinanderfolgenden Modulationsabschnitten mit Hilfe eines phasendiffercnzmodulierter Trägers übertragen werden, bekannt, bei dem Phasen abtastimpulse erzeugt werden, die in der Mitte der Modulationsabschnitte des phasendifferenzmodulierten Trägers auftreten, wobei der phasendifferenzmodulierte Träger infolge einer Bandbegrenzung einer Amplitudenmodulation unterliegt, wobei mit Hilfe eines

(\s Amplitudenmodiilators ein Amplitudensignal erzeugl wird und wobei Modulationsabschnitte des phasendifferenzmodulierten Trägers Modulationsabschnitten des Amplitudensignals zugeordnet sind. Die Messung der

'•f

Übertragungsqualität erfolgt derart, daß von den Phasenabtastimpulsen Abtastimpulse abgeleitet werden, die in der Mitte der Modulationsabschnitte des Amplitudensignals auftreten, daß mittels der Abtastimpulse Momentanwerte des Amplitudensignals abgetastet und gemessen werden, daß die während eines Beobachtungszeitraumes aufgetretenen größten und kleinsten Momentanwerte durch entsprechende Me3-werte gespeichert werden und daß die Differenz der beiden Meßwerte gebildet wird, die ein Maß für die Übertragungsqualität ist Dabei handelt es sich zwar um ein einfaches, aber für visle Anwendungsfälle, in denen eine exakte Qualitätsaussage gewünscht wird, zu ungenaues Meßverfahren.

Es ist auch bereits zur Verkürzung der Meßzeit bekannt, die Einflüsse der Leitungseigenschaften auf die Datenübertragungsstrecke indirekt zu messen, beispielsweise durch Übertragung von Testimpulsen und Auswertung der Impulsverformung auf der Empfangsseite. Ein bekanntes Meßverfahren ist das sogenannte PAR-Verfahren, das die Änderung des Verhältnisses Spitzenwert zu Mittelwert eines Testimpulses auswertet. Bei diesem bekannten Verfahren hat sich jedoch als Nachteil gezeigt, daß insbesondere bei Übertragungsverfahren mit Phasendifferenzmodulation eine nur unzureichende Korrelation zur Bit-Fehlerhäufigkeit besteht. Auch Modifikationen des Testimpulsverfahrens nach dem PAR-Prinzip liefern keine bessere Übereinstimmung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beurteilung der Güte von Übertragungswegen für die Datenübertragung mit Phasendifferenzmodulation aufzuzeigen, das in engem Zusammenhang mit dem Modulationsverfahren steht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Sendeseite periodisch Testimpulse einer Trägerschwingung aufmoduliert und ausgesendet werden, daß auf der Empfangsseite eine Detektorschaltung angeordnet ist, die eine der Umhüllenden des getragenen Testimpulses proportionale Spannung bildet, die durch Taktimpulse abgetastet wird, die von einem Taktgenerator im Abstand der festgelegten Schrittdauer des Datensignals gebildet werden, daß das Ausgangssignal der Detektorschaltung quadriert und ein Mittelwert gebildet wird, der zu den quadrierten und aufsummierten Abtastsignalen in Verhältnis gesetzt und der Verhältniswert angezeigt wird.

Das neue Verfahren arbeitet nach dem indirekten Meßprinzip und steht in engem Zusammenhang mit dem Modulationsverfahren. Das Verfahren verwendet gleiche oder ähnliche Baugruppen wie ein für die Datenübertragung vorgesehenes entsprechendes Modem. Es ist daher auch eine Integration der Schaltungsanordnung zur Realisierung des Meßverfahrens mit dem Modem zur Qualitätskontrolle der Übertragungsstrecke zur automatischen Entzerrereinstellung, zur automatischen Anpassung der Übertragungsgeschwindigkeit, zum automatischen Leitungswechsel oder ähnlichem möglich, wobei die Gütemessung vor Beginn der Datenübertragung oder während Übertragungspausen erfolgt.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Blockschaltbildes und eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels, die in den Figuren dargestellt sind, erläutert.

F i g. 1 zeigt im Blockschaltbild das Prinzip des Meßverfahrens;

F i g. 2 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des neuen Meßverfahrens.

Im Gegensatz zu einem bereits vorgeschlagenen Meßverfahren für frequenzmodulierte Datensignale, bei dem aus den aktuellen Signalwerten im Empfangsjnodem ein Beurteilungskriterium abgeleitet wird, kann bei einem Meßverfahren für phasendifferenzmodalierte Datensignale nur unter Anwendung eines getragenen Testimpulses ein ausreichend sichere- und genaues Beurteilungskriterium, das proportional zur Fehlerhäufigkeit ist bestimmt werden.

Bei einem Datenübertragungssystem mit Phasendifferenzmoduiation ist die Schrittfehlerrate P_s im wesentlichen eine Funktion des Signal-Geräusch-Verhältnisses und des Verhältnisses der Summen der Quadrate der Abtastwerte eines mit dem Schrittakt abgetasteten demodulierten Einzelschrittes zur Energie des demodulierten Einzelschrittes. Dabei bedeutet die Schrittfehlerrate die Wahrscheinlichkeit dafür, daß infolge von Störungen im Empfänger eine Winkeländerung auftritt, die die Entscheidungsschwelle überschreitet, also einen anderen Schritt vortäuscht, obwohl keine Winkeländerung gesendet wurde.

P_s =t erfc - ===== =; erfc ; 054r ;

12+12

2ΤΚΣ s² _v{t_ü-n
U<r)d<

Darin bedeuten:

erfc Fehlerintegral über die Gauß-Verteilung
T Dauer eines Einzelschrittes
^ K Signal-Geräusch-Verhältnis

s,(t) zeitlicher Verlauf des demodulierten Einzelschrittes am Empfangsort
to Abtastzeitpunkt

Die Beziehung (1) läßt sich zur Realisierung eines Meßsystems heranziehen, bei dem dann s_t{t) die Umhüllende des getragenen Testimpulses am Empfangsort ist. Unter bestimmten Voraussetzungen, beispielsweise unter Anwendung des Gray-Codes und eines hinreichend großen Signal-Geräusch-Verhältnisses, steht die Bit-Fehlerhäufigkeit Pb in einem bestimmten festen Verhältnis zur Schrittfehlerrate P,:

^ P.

Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild das neue Meßverfahren, das einen Sendeteil, einen Empfangsttil und einen Auswerteteil enthält. Der Sendeteil besteht aus dem Impulsgenerator IG, der periodisch im Abstand von Vielfachen der Schrittdaucr Impulse an einen Tiefpaß TP1 abgibt, dem Modulator MO, dem Trägerfrequenzgenerator FG und dem Sendefiltcr SF. Der Empfangsteil Listeht aus dem Empfangsfilter EF, dem Verstärker Vund dem Taktgenerator TG. Der Auswerteteil besteht aus der Detektorschaltung DE für die Bildung der Umhüllenden, die Abtaststufe 5, die Quadrierstufen Q 1 und Q2, die Mittelwertstufen MSl und MS 2, die Dividierstufe DSund die Anzeigeeinrichtung AZ.

Die tiefpaßgefilterten Impulse des Generators IG werden über den Modulator MO einer Trägerschwingung geeigneter Frequenz aufmoduliert, die vom

Frequenzgenerator FG an den Modulator herangeführt wird. Das Ausgangssignal des Modulators MO gelangt über das Sendefilter SF auf die zu messende Übertragungsstrecke ÜK. Mit dem Tiefpaßfilter werden glockenförmige Impulse gebildet, die der Umhüllenden eines Einzelschrittes eines Datenübertragungssystems mit Phasendifferenzmodulation entsprechen. Anstelle des Tiefpasses kann auch ein anderes impulsformendes Netzwerk verwendet werden. Entscheidend ist nur die Form der Umhüllenden des Einzelschrittes, die der Form des Basisbandsignals eines Überlragungssystems mit Phasendifferenzmodulationen entsprechen soll. Als Modulator kann auch eine Multiplikationsstufe verwendet werden, der am einen Eingang der geformte Impuls und am anderen Eingang die Trägerfrequenz zugeführt wird.

Auf der Empfangsseite gelangt das trägerfrequente Impulssignal nach dem Empfangsfilter EF und einem Begrenzerverstärker V an die Detektorschaltung DE, die die Umhüllende des trägerfrequenten Signals zurückbildet. Als Detektorschaltung wird vorteilhaft eine Gleichrichterschaltung mit nachfolgendem Tiefpaß verwendet. Die Umhüllende des Empfangssignals kann auch mit Hilfe eines Begrenzerverstärkers, der nach dem Sendefilter angeordnet ist, und einer Multiplikationsstufe gewonnen werden, wobei der Multiplikationsstufe das Signal vor und nach dem Begrenzerverstärker zugeführt wird und am Ausgang die Umhüllende, die dem Basisbandimpuls entspricht, entsteht. Die Basisbandimpulse am Ausgang der Detektorschaltung werden in der Abtastschaltung 5 mit dem vom Taktgenerator TG abgegebenen Takt Tabgetastet und die Abtastwerte in der Quadrierstufe Q1 quadriert. Der Taktgenerator bildet im Abstand der festgelegten Schrittdauer des Datensignals des Datonübertragungssystems für Phasendifferenzmodulation Taktimpulse. Mit dem Ausgangssignal der Quadrierstufe wird die Taktphase der Taktimpulse T des Taktgenerators so korrigiert, daß sich der optimale Abtastzeitpunkt für ein Datenübertragungssystem mit Phasendifferenzmodulation ergeben würde. Dies ist dann der Fall, wenn die Echowerte am wenigsten zum Abtastwert beitragen. Für den Taktgenerator kann eine bekannte Taktgeneratorschaltung für Datenübertragungssysteme verwendet werden. Das Basisbandsignal wird in einer zweiten Quadrierstufe Q 2 quadriert. Aus den Ausgangsspannungen der Quadrierstufen QX und Ql wird in den Mittelwertstufen MSi und MS2 jeweils ein Mittelwert gebildet. Die beiden Mittelwerte liegen an den Eingängen einer Dividierstufe DS. Der sich ergebende Verhältniswert wird in einer Anzeigeeinrichtung AZ analog oder digital angezeigt Der gebildete Verhältniswert ist dem gewünschten Meßwert proportional. Die Filter 7Pl, SFund EFsollen das Impulsspektrum dem in einem Datenübertragungssystem mit Phasendifferenzmodulation verwendeten möglichst gut annähern.

Für das Sendefilter SF, das Empfangsfilter EF, den Verstärker V und den Taktgenerator TG können die in einem Empfangsmodem für die Übertragung von phasendifferenzmodulierten Datensignalen Vorhändenen bekannten Stufen verwendet werden. Für die Abtastschaltung kann auch eine Multiplikationsstufe oder ein an sich bekanntes Abtasthalteglied angeordnet werdea In einer einfachen Ausführung können die Quadrierstufen durch Dioden ersetzt werden, die im quadratischen Teil ihrer Arbeitskennlinie betrieben werden. Die Mittelwertstufen können durch RC-Glieder ersetzt werden. Die Abtastschaltung kann auch durch einen Analog-Digital-Wandler ersetzt werden, dem zur Bildung des Verhältniswertes eine Digitalrechenschaltung nachfolgt. Empfangsseitig läßt sich das Meßverfahren für die Güterbestimmung für die Datenübertragung s mit Phasendifferenzmodulation durch Umschaltung besonders einfach mit einem Meßverfahren für die Gütebestimmung für die Frequenzmodulation kombinieren, weil teilweise die gleichen Stufen verwendet werden.

ίο Fig.2 zeigt in einem praktischen Ausführungsbeispiel die empfangsseitige Anordnung zur Beurteilung der Übertragungsstrecke für die Datenübertragung mit Phasendifferenzmodulation. Dargestellt ist der Auswerteteil, der das durch das Empfangsfilter begrenzte und verstärkte trägerfrequente Empfangssignal und die vom Taktgenerator zur Abtastung abgegebenen Taktimpulse benötigt. Die Schaltungsanordnung ist mit im Handel erhältlichen integrierten Baustufen als Multiplizierer und Dividierer und mit Operationsverstärkern aufge-

zo baut.

Am Eingang £1 liegt das vom Sender ausgesendete trägerfrequente Signal des Testimpulses an, das nach dem Empfangsfilter auftritt. Die Detektorschaltung zur Gewinnung der Umhüllenden des trägerfrequenten

2> Signals besteht aus einer sehr exakten Gleichrichterschaltung mit einem nachfolgenden Tiefpaßfilter. Die Gleichrichterschaltung besteht aus einer Spitzenwertgleichrichtung mit dem Operationsverstärker Vl, den Dioden DX, Dl und den Widerständen RX-R3. Mit dem einstellbaren Widerstand'PX wird der Pegel der Umhüllenden eingestellt. Nach einer Verstärkerstufe, die aus dem Operationsverstärker V2 und dem Widerstand R 4 besteht, folgt eine Trennstufe, bestehend aus dem Operationsverstärker V3 und dem

(s Widerstand R 5, die den Eingang der nachfolgenden Tiefpaßfilterkette entkoppelt und eine Anpassung ermöglicht. Der Tiefpaßfilterkette besteht aus fünf aktiven Tiefpaßgliedern mit den Operationsverstärkern Vl-V8, den Widerständen R6-RX5 und den Kondensatoren Cl-ClO. Durch diese Tiefpaßfilterkette wird eine sehr steile Filterflanke erreicht, die erforderlich ist, wenn das Basisband nahe am Trägerfrequenzbereich liegt. Am Ausgang des Operationsverstärkers V8 entsteht die der Umhüllenden des empfangenen getragenen Testimpulses proportionale Spannung, die an der Abtastschaltung anliegt, die aus den Transistoren TX und 7"2 besteht. Die Abtastschaltung wird vom Taktgenerator TG gesteuert, der im Abstand der festgelegten Schrittdauer des Datensignals des

Übertragungssystems Taktimpulse über den Widerstand R18 an den Transistor Π abgibt Die an sich bekannte Taktgeneratorschaltung besteht aus einem Oszillator hoher Frequenz, die mit Hilfe von binären Teilerstufen auf die Taktfrequenz geteilt wird. Aus den Nulldurchgängen des Basisbandimpulses stellt die im Taktgenerator enthaltene Synchronisiereinrichtung die optimalen Abtastzeitpunkte fest und ändert durch kurzzeitige Vergrößerung oder Verkleinerung des Teilungsverhältnisses der Teilerstufen die Taktphase.

Ebenfalls zur Regelung der Taktphase wird die am Ausgang der Multiplikationsstufe Mi entstehende Spannung an den Taktgenerator zurückgeführt

Zwischen den Taktimpulsen sind die Transistoren Ti und T2, die als Schalter arbeiten und von denen der Transistor Γ2 ein Feldeffekttransistor ist über die Zenerdiode Zi und die Diode D 3 gesperrt Über die Widerstände R17 und R19 wird eine positive Spannung + U zugeführt Bei einem auftretenden Taktimpuls wird

der Transistor Tl leitend gesteuert und dadurch auch der Transistor TI in den leitenden Zustand gebracht. Der Transistor T2 schaltet für die Dauer des Abtasttaktes die anliegende Spannung an den Operationsverstärker V9 durch, der als Entkopplungsstufe arbeitet. Mit dem Regelwiderstand P2 wird die Schaltschwelle des Transistors 7"1 eingestellt. Am Ausgang der Entkopplungsstufe V9 ist eine erste Multiplikationsstufe M1 angeordnet, die als Quadrierer arbeitet. Dazu ist lediglich erforderlich, die beiden Eingänge der Multiplikationsstufe miteinander zu verbinden. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung am Ausgang des Operationsverstärkers V 8 liegt über einen als Entkopplungsstufe arbeitenden Operationsverstärker VlO an einer zweiten Multiplikationsstufe M 2 an, die ebenfalls als Quadrierer arbeitet. Die Ausgangsspannungen der Multiplikationsstufen liegen jeweils über eine nachgeschaltete Mittelwertstufe an den Eingängen der Dividierstufe DS, die den Verhältniswert über den Ausgang A an die Anzeigeeinrichtung abgibt. Die am Ausgang der Multiplikationsstufe M\ angeschaltete Mittelwertstufe besteht aus dem Operationsverstärker VH, den Widerständen R2Q, R2\ und den Kondensatoren ClI, C13. Die entsprechende Mittelwertstufe am Ausgang der Stufe M 2 besteht aus dem Operationsverstärker V12, den Widerständen R 22, R 23 und den Kondensatoren C12, C14. Zwischen dem Ausgang der Dividierstufe DSund dem Ausgang A ist eine Entkopplungsstufe geschaltet, die die Mittelwertstufe von der Anzeigeeinrichtung entkoppelt und die aus dem Operationsverstärker V13 und den Widerständen /?24, /?25 besteht. Als Multiplikationsstufen und Dividierstufe werden bekannte im Handel erhältliche integrierte Schaltkreisbausteine verwendet.

Hicr/u 2 Bl.iit Zeichnungen

709 526/:

Claims

Patentansprüche:

.1. Verfahren zur Beurteilung der Eignung von Übertragungswegen für die Datenübertragung mit Phasendifferenzmodulation, bei dem auf der Sendeseite Testimpulse über den zu messenden Übertragungsweg ausgesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite periodisch Testimpulse einer Trägerschwingung aufmoduliert und ausgesendet werden, daß auf der Empfangsseite eine Detektorschaltung angeordnet ist, die eine der Umhüllenden des getragenen Testimpulses proportionale Spannung bildet, die durch Taktimpulse abgetastet wird, die von einem Taktgenerator im Abstand der festgelegten Schrittdauer des Datensignals gebildet werden, daß das Ausgangssignal der Detektorschaltung quadriert und ein Mittelwert gebildet wird, der zu den quadrierten und aufsummierten Abtastsignalen in Verhältnis gesetzt und der Verhältniswert angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite dem Impulsgenerator (IG) zur Impulsformung ein Tiefpaßfilter (TPi) naichgeschaltet ist, dessen Ausgang am einen Eingang eines Modulators anliegt, daß am anderen Eingang des Modulators ein Generator (FG) für die zur Übertragung verwendete Trägerfrequenz anliegt, und daß am Ausgang des Modulators ein Sendefilter (SF) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Testimpulse eine Form aufweisen, die der Form der Umhüllenden eines Einzelschrittes eines Datenübertragungssystems mit Phasendifferenzmodulation entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite der Ausgang der Detektorschaltung (DE) mit dem Eingang des Tiiktgenerators (TG), der Abtastschaltung (S) und einer ersten Quadrierstufe (Q 2) verbunden ist, daß der Taktgenerator Taktimpulse an die Abtastschaltung abgibt, daß am Ausgang der Abtastschaltung eine zweite Quadrierstufe (Qi) angeordnet ist, deren Ausgang mit dem Eingang einer ersten Mittelwertstufe (MSi) verbunden ist, daß am Ausgang der ersten Quadrierstufe (Q 2) eine zweite Mittelwertstufe (MS2) angeordnet ist, und daß die Ausgänge der beiden Mittelwertstufen mit einer Dividierstufe fDSJverbunden sind, der eine Anzeigeeinrichtung (AZ) nachgeschaitet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der zweiten Quadrierstufe (Q 1) zur Regelung der Taktphase der Taktimpulse an den Taktgenerator (TG) rückgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite als Detektorschaltung eine Gleiehrichterschaltung mit einem nachfolgenden Tief pa Sfilter angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite nach dem Ernpfangsfüter ein Begrenzerverstärker angeordnet ist, daß das Signal vor dem Begrenzerverstärker und das Signal nach dem Begrenzerverstärker an einer Multiplikationsstufe anliegen, und daß am Ausgang des nachgeschalteten zweiten Tiefpaßfilters eine der Umhüllenden des getragenen Testimpulses proportionale Spannung steht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß als Multiplikationsstufen, Dividierstufen, Quadrierstufen integrierte Bau stufen angeordnet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Quadrierstufen Dioder angeordnet sind, deren Arbeitspunkte im quadrati sehen Teil der Kennlinie eingestellt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittelwertstufe ein RC Glied angeordnet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastschaltung ein an sich bekanntes Halteglied angeordnet ist
12. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastschaltung eine Multiplikationsstufe angeordnet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastschaltung ein Analog-Digital-Wandler angeordnet ist, und daß in einer nachfolgenden digitalen Rechenschaltung der Verhältnisw et gebildet wird.