DE2648976B2 - Zeitsteuerungsschaltung in Kombination mit einem Demodulator in einer differentiell kohärenten PSK-Daten-übertragungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zeitsteuerungsschaltung in Kombination mit einem Demodulator in einer differentiell kohärenten PSK-Datenübertragungsanlage mit einem phasenstarren Oszillator, dessen Ausgangssignal die nominelle Signalgabefrequenz von Daten besitzt, und einem Komparator für einen Vergleich des Oszillatorausgangssignals mit einem Steuersignal.

Bei einem Sender in einer differentiell kohärenten Phasenumtast-(PSK)-Datenübertragungsanlage kann eine im wesentlichen digitale Verwirklichung eines PSK-Modulators unter Verv/endung einer quantisierten, »treppenartigen« Anordnung eingesetzt werden, der sich mit Hilfe von Großintegrationsverfahren (LSI) aufbauen läßt. Die nach einer Tiefpaßfilterung erzeugte Ausgangswelle ist durch eine im wesentlichen konstante Frequenz mit diskreten Phasenänderungen gekennzeichnet, die in synchronen Modulationsintervallen, nämlich Baud-Intervallen, auftreten.

Die zu übertragende Information ist in Phasenänderungen codiert, die zwischen den Mittelpunkten aufeinanderfolgender Modulations-, Signalgabe- oder Baud-Intervallen gemessen werden. Wegen dieser differentiellen Codierung braucht kein absoluter Phasenbezug zusammen mit der Ausgangswelle übertragen zu werden.
Bei einem Demodulator in einer differentiell kohärenten PSK-Datenübertragungsanlage kann ein Empfänger für eine differentiell kohärente PSK-Signalwelle unter Verwendung von Vergleichsanzeigeverfahren durch ein vielstufiges Schieberegister und ein Paar von Binärzählern verwirklicht werdet». Augenblickliche und

ίο verzögerte Darstellungen von Empfangssignal-Abtastwerten, die in aufeinanderfolgenden Baud-Intervallen gewonnen worden sind, werden in Exklusiv-ODER-Gattern verglichen, der Ausgangssignale die Binärzähler beaufschlagen. Abhängig davon, ob die Zähler vorbestimmte Zählschwellenwerte erreicht haben oder nicht, wird die Art des übertragenen Datenbit bestimmt. Der Zeitpunkt, zu dem festgestellt wird, ob der Zählschwellenwert erreicht worden ist oder nicht, ist hinsichtlich der Gültigkeit und Fehlerfreiheit der sich ergebenden Datenentscheidung wichtig. Bei einem solchen Demodulator ist demgemäß ein Baud-Frequenz-Taktgeber zur Abtastung der Zählerausgangssignale vorgesehen.
Die Erfindung hat sich als Aufgabe gestellt, eine verbesserte Zeitsteuerungs-Wiedergewinnungsschaltung für differentiell kohärente PSK-Datenübertragungsanlagen zu schaffen. Darüberhinaus will die Erfindung eine Zeitsteuerungs-Wiedergewinnungsschaltung für differentiell kohärente PSK-Datenübertragungsanlagen unter Verwendung von digitalen Einrichtungen schaffen, die sich mit Hilfe von Großintegrationsverfahren (LSI-Verfahren) verwirklichen lassen. Schließlich sollen dabei Korrelationsverfahren verwendet werden.

Zur Lösung geht die Erfindung aus von einer Zeitsteuerungsschaltung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch ein Schieberegister zur Speicherung einer Vielzahl von Abtastwerten eines empfangenen Trägersignals, die sich über mehr als eine Periode des Trägersignals entsprechen, wobei das Schieberegister Anzapfungen bei Halbperioden der Trägersignalfrequenz besitzt, ferner durch ein Paar von Korrelatoren zur Korrelation von Abtastwertpaaren am Ausgang der Schieberegisteranzapfungen, wobei eine positive Korrelation eine Phasenänderung anzeigt, sowie durch Kombinierschaltungen zur Kombination der Ausgangssignale der Korrelatoren, durch einen monostabilen Impulsgeber, der Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Kombinierschaltungen einen Ausgangsimpuls vorbestimmter Länge erzeugt, und durch einen Komparator, der den Ausgangsimpuls des Impulsgebers mit dem Ausgangssignal des Oszillators vergleicht, um ein Steuersignal zur Einstellung des Oszillators in Richtung auf eine Phasenkoinzidenz mit der mittleren Phase des Impulsgebers zu erzeugen.

Entsprechend der Erfindung kann daher eine Abtastwert-Zeitwiedergewinnungsschaltung für einen differentiell kohärenten PSK-Datenempfänger einen Amplitudenbegrenzer zur Begradigung von empfangenen Datensignalen enthalten, ferner ein vielstufiges Schieberegister zur seriellen Speicherung von periodischen Abrastwerten, die mit einer Rate größer als die Baud-Rate der begradigten Datensignale entnommen werden, ferner ein Paar von Korrelatoren für die im Augenblick empfangenen Signale und deren Darstellungen, die um Intervalle verzögert sind, welche mit der Frequenz der Signalträgerwelle in Beziehung stehen, eine Koinzidenzschaltung, die die Ausgangssignale der

Korrektoren kombiniert, einen Differentiator, einen Monopulser und eine digitale phasenstarre Schleife.

Die Schieberegister dienen als digitale Verwirklichung eines Verzögerungsmediums.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer c.ifferentiell kodierten PSK-Datenübertragungsanlafj, bei der serielle Daten als Dibit-Paare jeweils bei diskreten Phasenänderungen von elektrisch 90 m° mitm = 0,1,2,3 codiert sind, d.h. bei 0°, 90°, 180° und 270" für dio Codier-Dibits 00, 01,11 und 10, wird eine Abtastrate so gewählt, daß jede Halbperiode der Trägerwelle wenigstens viermal und vorzugsweise mit einem Mehrfachen dieses Wertes abgetastet wird, um Quantisierfehler zu verringern und demgemäß eine annehmbare Rauschgüte sicherzustellen. Korrelationen erfolgen zwischen dem jeweils augenblicklichen Eingangsabtastwert und Abtastwerten, die um eine Halbperiode (180°) der Trägerwelle verzögert sind, sowie zwischen einem Abtastwert, der gegen das Eingangssignal um einen vorbestimmten Betrag verzögert ist, und einem weiteren Abtastwert, der um eine zusätzliche Halbperiode (180°) der Trägerwelle verzögert ist. Für eine rauschfreie Trägerwelle konstanter Phase ist jede dieser Korrelationen negativ. Wenn jedoch eine gültige Phasenänderung auftritt, beobachtet man zwei positive Korrelationen. Sporadische Korrelationen aufgrund von Rauschen können zu jedem Zeitpunkt in einem der beiden Korrelatoren auftreten. Bei Auftreten von zwei gleichzeitigen positiven Korrelationen ist klar, daß die Phase der Trägerwelle sich um den vorbestimmten Betrag geändert hat. Folglich werden die Ergebnisse der beiden Korrelationen zur Lieferung einer Anzeige für eine positive Phasenänderung kombiniert. Da die Phasenänderung am Anfang oder nahe dem Anfang jedes Baud-Intervalls auftritt und zwei Perioden der Trägerwelle für jedes Baud-Intervall vorhanden sind, wird eine Phasenänderungsanzeige von den Korrelatoren innerhalb des ersten Viertels der meisten Baud-Intervalle erzeugt (für jedes Baud-Intervall mit Ausnahme desjenigen für die Codierung des Dibits 00). Ein von der ersten solchen Anzeige in jedem Baud-Intervall getriggerter Monopulser erzeugt dann einen Impuls, der über ein halbes Baud-Intervall gedehnt ist, d. h., dessen Dauer gleich einer halben Periode der Zeitsteuerungswelle ist. Dieser Impuls wird mit dem Ausgangssignal eines phasenstarren Oszillators verglichen, dessen Nennfrequenz gleich der Baud-Rate ist und der durch eine Hinzufügungs-Weglassungsanordnung in eine Durchschnitts-Phasenübereinstimmung mit den Baud-Intervallen der empfangenen Signalwelle gebracht wird. Der phasenstarre Oszillator hat den Zweck, das dem Empfangssignal überlagerte Phasenzittern zu glätten und im wesentlichen auszuschalten. Eine zusätzliche gleichförmige Verzögerung kann in die Oszillatorschleife eingefügt werden, um irgendeine Versetzung zwischen den Übergängen zwischen Baud-Intervallen und dem Auftreten der mittleren Phasenänderung der Empfangswelle zu kompensieren.

Für das Ausführungsbeispiel einer vielphasigen differentiell codierten PSK-Datenübertragungsanlage wird angenommen, daß die Baud-Rate 600 und die Trägerfrequenz 1200 Hz ist

Die einzige Figur der Zeichnung stellt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung für eine digitale Zeitwiedergewinnungsanordnung einer differentiell codierten PSK-Datenübertragungsanlage dar.

Die Zeitwiedergewinnungs-Schaltungsanordnung weist eine Eingangsleitung 10 für das ankommende PSK-Signal auf, ferner einen Begrenzer 11, ein vielstufiges Schieberegister 13 mit Anzapfungen an den Leitungen 15-18, einen festen Oszillator 12, einen Frequenzteiler 14, Exklusiv-ODCR-Gatter 19, 20, NAND-Gatter 21, 24, 28, einen Inverter 25, Flip-Flops 16 und 27, einen Monopulser 30, einen Komparator 31, eine feste Verzögerungsschaltung 32, einen Phasensperrenoszillator 33 und eine Ausgangsleitung 35.

Das Schieberegister 13 ist im wesentlichen das gleiche, wie das bei dem oben erwähnten Demodulator verwendete Schieberegister, wobei aber zusätzliche Anzapfungen an den Stufen 8,64 und 72 vorhanden sind. Mit einer Weiterschaltfrequenz von 153,6 kHz, die von dem festen Oszillator 12 mit einer Frequenz von 614,4 kHz durch den Frequenzteiler 14 mit einem Teilerverhältnis von 1 :4 abgeleitet wird, werden 256 Abtastwerte in jedem Baud-Intervall gewonnen. Da zwei Perioden der Trägerwelle in jedem Baud-Intervall vorliegen, werden für jede Periode der Trägerwelle 128 Abtastwerte entnommen. Demgemäß ist der Abtastwert am Anzapfpunkt der 64. Stufe um 180° gegen den Abtastwert am Eingang verschoben, vorausgesetzt, daß keine Phasenänderung stattgefunden hat. Wenn jedoch eine Phasenänderung stattfindet, so ändert sich die normale Phasenopposition zwischen Anzapfpunkten, die um 64 Abtastwerte getrennt sind. Darüberhinaus ist die 8. Anzapfung etwa um 22,5° vom Eingang und die 72. Anzapfung um 180° von der 8. Anzapfung entfernt.

Demgemäß stellen die 8. und die 72. Anzapfung eine zweite Gruppe von Anzapfungen dar, an denen sich die Phasendifferenz von 180° überwachen läßt.

Die Abtastwerte am Eingang der Leitung 15 und an der 64. Anzapfung auf der Leitung 16 werden an das Exklusiv-ODER-Gatter 19 angelegt, dessen Ausgang auf H ist, wenn beide Eingangssignale gleich sind, und der auf L ist, wenn sie entgegengesetzten Binärzustand haben. Solange also die Eingangssignale des Exklusiv-ODER-Gatters 19 verschieden sind, bleibt der Ausgang auf L, wodurch angezeigt wird, daß die Abtastwerte am Eingang und an der 64. Stufe des Schieberegisters 13 eine Phasenverschiebung von 180° besitzen.

Auf entsprechende Weise werden die Abtastwerte an der 8. und 82. Anzapfung über die Leitungen 17 und 18 an das Exklusiv-ODER-Gatter 20 gegeben, dessen Ausgang ebenfalls solange auf L bleibt, wie seine Eingangssignale unterschiedlich sind.

Die Ausgangssignale der Exklusiv-ODER-Gatter 19 und 20 werden im NAND-Gatter 21 kombiniert, dessen Ausgang auf L geht, wenn seine beiden Eingänge auf H sind, und in allen anderen Fällen auf H bleibt. Das Ausgangssignal L des NAND-Gatters gibt an. daß die im voraus zugeordnete minimale Phasenverschiebung von 22,5° im Empfangssignal aufgetreten ist.

Das Flip-Flop 26 spricht auf das Eingangssignal L am ^unkt D dadurch an, daß sein komplementärer ζί-Ausgang auf H gleichzeitig mit dem nächsten über das NAND-Gatter 24 an seinen Eingang Cangelegten 614,4-kHz-Impuls. Das Ausgangssignal f/des Flip-Flops

M) 26 kippt das Flip-Flop 27 nach einer kurzen, durch das Intervall zwischen den Impulsen mit der Frequenz von 614,4 kHz bestimmten Verzögerung in den Zustand mit dem Signal H am Ausgang Q. Der nächste Impuls der Taktimpulse hoher Geschwindigkeit gelangt von der

t>5 Leitung 22 über den Inverter 25 an den C-Eingang des Flip-Flops 27.

Die übereinstimmenden /-/-Ausgangssignale der Flip-Flops 26 und 27 werden im NAND-Gatter 28

kombiniert, dessen Ausgangssignal dann kurzzeitig auf L geht. Die dargestellte Flip-Flop-Anordnung arbeitet als digitaler Differentiator. Die kurzzeitige Änderung des Ausgangszustandes des NAND-Gatters 28 aktiviert einen Monopulser (monostabiler Multivibrator) 30 zur Erzeugung eines Impulses, dessen Dauer gleich dem halben Baud-Intervall ist. Im speziellen Beispiel beträgt seine Dauer etwa V^oo Sekunden. Die Kurvenform 38 nahe dem Ausgang des Monopulsers 30 zeigt einen Rechteckimpuls mit zitternder Vorder- und Rückflanke, wobei das Zittern in der Hauptsache auf den Unterschieden der Phasenänderungszeitpunkte zwischen den verschiedenen Dibit-Codierungen beruht.

Der Monopulser 30 liefert ein Sperr-Ausgangssignal auf der Leitung 23 für die Dauer seines Hauptausgangsimpulses, um ein weiteres Ansprechen des Flip-Flops 26 für ein halbes Baud-Intervall zu verhindern. Daher kann der Monopulser nur einmal während der ersten Hälfte jedes Baud-lntervalles getriggert werden. Das Sperr-Ausgangssignal wird an das NAND-Gatter 24 angelegt, über das von der Leitung 22 kommende schnelle Taktimpulse gewonnen werden.

Der phasenstarre Oszillator 33 ist ein Ortsoszillator, der nominell mit der zugeordneten Baud-Rate, beispielsweise mit 600 Hz im vorliegenden Fall betrieben wird. Zur Vereinfachung läßt sich die Frequenz des Oszillators 33 durch Herunterteilen vom Ausgangssignal des festen Oszillators 12 auf bekannte Weise gewinnen, da 614,4 kHz die 1024. Harmonische der Baud-Rate ist. Der Oszillator 33 ist mittels der Leitung 36 zu einer Schleife mit der festen Verzögerungsschaltung 32 und dem Komparator 31 geschaltet. An einem weiteren Eingang des Komparator 31 liegt das Ausgangssignal des Monopulsers 30. Demgemäß ist da Ausgangssignal des Komparators 31 auf der Leitung 3( proportional der Phasendifferenz zwischen dem Aus gangssignal des Monopulsers 30 und des Oszillators 33 Eine feste Verzögerungsschaltung 32 verzögert da: Ausgangssignal des Oszillators um die mittlere Verset zung zwischen dem tatsächlichen Baud-Übergang un< dem Zeitpunkt, zu dem der Übergang bei dei vorliegenden Schaltungsanordnung festgestellt wird d. h., um etwa 22,5° oder acht Zählwerte de: Schieberegisters 13. Die Kurvenform 37, die nahe den Ausgang der Verzögerungsschaltung 32 dargestellt ist zeigt das Auftreten des Ausgangssignals im wesentli chen frei von Zittern im Gegensatz zur Kurvenform 38 die das Ausgangssignal des Monopulsers 30 darstellt.

Die im Komparator 31 überwachte Phasendifferenz läßt sich auf irgendeine übliche Weise zur Einstellung der Phase des Oszillators 33 verwenden. Wenn die Frequenz des Oszillators 33 durch eine Teilerkette vorr festen Oszillator 12 abgeleitet ist, so kann das vorr Komparator 31 erzeugte Differenzsignal dazu benutz werden, in der Teilerkette Impulse hinzuzufügen unc wegzulassen, bis im wesentlichen Synchronismus er reicht ist.

Das Dauerausgangssignal des Oszillators 33 auf dei Leitung 35 ist anhand der Kurvenform 34 ah Rechteckwelle mit einer Frequenz von 600 Hz gezeigt deren Übergänge in der Mitte des Baud-Intervall: auftreten. Wenn ein Abtast-Fenster statt eines scharfer Überganges in der Mitte des Baud-Intervalls erforder lieh ist, so läßt sich eine feste Phasenverschiebung vor 90° verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zeitsteuerschaltung in Kombination mit einem Demodulator in einer differentiell kohärenten PSK-Datenübertragungsanlage, mit einem phasenstarren Oszillator, dessen Ausgangssignal die nominelle Signalgabefrequenz von Daten besitzt, und einem Komparator für einen Vergleich des Oszillator-Ausgangssignals mit einem Steuersignal, gekennzeichnet durch ein Schieberegister (13) zur Speicherung einer Vielzahl von Abtastwerten eines empfangenen Trägersignals , die sich über mehr als eine Periode des Trägersignals erstrecken, wobei das Schieberegister Anzapfungen bei Halbperioden der Trägersignalfrequenz besitzt, ein Paar von Korrelatoren (19, 20) zur Korrelation von Abtastwertpaaren am Ausgang der Schieberegisieranzapfungen, wobei eine positive Korrelation eine Phasenänderung anzeigt, Kombinierschaltungen (21, 26, 27) zur Kombination der Ausgangssignale der Korrelatoren, einen monostabilen Impulsgeber (30), der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Kombinierschaltungen einen Ausgangsimpuls vorbestimmter Länge erzeugt, und einen Komparator (31), der den Ausgangsimpuls des Impulsgebers mit dem Ausgangssignal des Oszillators vergleicht, um ein Steuersignal zur Einstellung des Oszillators in Richtung auf eine Phasenkoinzidenz mit der mittleren Phase des Impulsgebers zu erzeugen.

2. Zeitsteuerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoren Exklusiv-ODER-Gatter sind.

3. Zeitsteuerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Korrelatoren eine im voraus zugeordnete relative Phasenverlagerung haben, die kleiner ist als eine Viertelperiode des Trägersignals.

4. Zeitsteuerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Impulsgeber die Kombinierschaltungen für die Zeit, während der sein Ausgangsimpuls erzeugt wird, gegen Steuersignale sperrt.