DE2657914B1 - Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Traegersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfaenger - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Traegersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem DatenempfaengerInfo
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Description
55
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und
Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfänger, dem von einem Datensender modulierte Datensignale
zugeführt werden, der eine die Trägersignale erzeugende Trägerregelstufe, eine die Taktsignale
erzeugende Taktregelstufe, einen die modulierten Datensignale unter Verwendung der Trägersignale
demodulierenden Demodulator und einen die demodulierten Datensignale unter Verwendung der Taktsignale
abtastende Abtaststufe enthält.
Bei einer Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit über bandbegrenzte Kanäle werden
häufig Einseitenbandsignale verwendet. Die Übertragung erfolgt beispielsweise mit 64 kBit/s über
Primärgruppenverbindungen unter Verwendung von Amplitudenmodulation mit Partial-Response-Impulsen
der Klasse IV. Die Verwendung von Partial-Response-Impulsen, die häufig auch als Teilinformationsimpulse
oder Teileinschwingsignale bezeichnet werden, für die Übertragung von Daten ist bereits allgemein bekannt
und beispielsweise in einer Veröffentlichung, K r e t ζ mer, E. R.: »Generalization of a technique für binary
data communication«, IEEE Trans, on Communication Technology, COM-14 (1966), S. 67 und 68, bereits
beschrieben.
Bei einer Übertragung von Daten im Primärgruppenband des Trägerfrequenz-Weitverkehrsnetzes werden
die Daten unter Verwendung von Amplitudenmodulation übertragen. In einem Datensender werden den von
einer Datenquelle abgegebenene Daten Partial-Response-Impulse zugeordnet. Anschließend erfolgt eine
Amplitudenmodulation der Partial-Response-Impulse mit Hilfe von Trägersignalen. Die modulierten Datensignale
werden zu einem Datenempfänger übertragen, der die übertragenen Daten zurückgewinnt. Der
Datenempfänger enthält einen Demodulator, der mit Hilfe von weiteren Trägersignalen das modulierte
Datensignal demoduliert. Das demodulierte Datensignal wird mit Hilfe von Taktsignalen zu vorgegebenen
Zeitpunkten abgetastet. In einem Decodierer werden aus den abgetasteten Datensignalen die übertragenen
Daten zurückgewonnen und an eine Datensenke abgegeben.
Die empfangsseitigen Trägersignale und Taktsignale werden in einer Trägerregelstufe bzw. einer Taktregelstufe
ständig mit den übertragenen Datensignalen synchronisiert. Der Fangbereich dieser Regelstufen ist
jedoch im allgemeinen nicht groß, so daß eine Einsynchronisierung zu Beginn einer Übertragung von
Daten nicht gewährleistet ist. Es ist bereits bekannt, zum Einsynchronisieren der Trägersignale und der Taktsignale
zunächst einzelne Impulse vom Datensender zum Datenempfänger zu übertragen. Die Abstände der
einzelnen Impulse sind so groß, daß sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Aus der Form der Impulse können
Regelkriterien abgeleitet werden, mit denen ein Einsynchronisieren auch bei beliebigen Anfangswerten
der Träger und der Taktphase ermöglicht wird.
Bei der bekannten Grobsynchronisierung muß nicht nur die Übertragung der Daten vom Sender zum
Empfänger in einer Richtung unterbrochen werden, sondern auch in umgekehrter Richtung, da dem Sender
vom Empfänger aus mitgeteilt werden muß, daß eine Grobsynchronisierung erforderlich ist. Die beiden
Übertragungseinrichtungen sind somit in diesem Fall nicht mehr unabhängig voneinander.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von
Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen anzugeben, die bei einem beliebigen Datentext, d.h.
ohne Verwendung einer besonderen Synchronisierezeichenfolge arbeitet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß eine Schaltstufe vorgesehen ist, an der eingangsseitig von der Abtaststufe erzeugte abgetastete
Datensignale anliegen und die an die Trägerregelstufe die Phase der Trägersignale verändernde erste Steuersi-
gnale und an die Taktregelstufe die Phase der Taktsignale verändernde zweite Steuersignale abgibt,
solange die über eine vorgegebene Zeitdauer gemittelte
Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale und ihren Sollwerten einen
vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Die Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß die Trägersignale und die
Taktsignale sehr schnell mit den übertragenen Datensignalen synchronisiert sind. Bei dem Beginn einer
Übertragung von Daten oder bei einem Wechsel des Übertragungswegs, wie beispielsweise durch Ersatzschaltung
von Richtfunkstrecken kann nicht erwartet werden, daß die Trägerphase und die Taktphase bereits
im Fangbereich der Trägerregelstufe und der Taktregelstufe liegen. Ein langsames Einschwingen der Trägerregelstufe
und der Taktregelstufe wird vermieden.
Die Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale und ihren Sollwerten wird
auf vorteilhafte Weise ermittelt, wenn die Schaltstufe eine Differenzstufe enthält, an der die abgetasteten
Datensignale und die Sollwertsignale anliegen und die Fehlersignale abgibt, die der Differenz zwischen den
abgetasteten Datensignalen und den Sollwertsignalen entsprechen.
Zur Erzeugung der ersten und zweiten Steuersignale ist es zweckmäßig, wenn die Schaltstufe einen
Gleichrichter enthält, der die Fehlersignale gleichrichtet und einen diesem nachgeschalteten Integrator enthält,
der die gleichgerichteten Fehlersignale über mehreren Periodendauern der Taktsignale integriert. Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn der Gleichrichter als Doppelweggleichrichter ausgebildet ist.
Um eine Entscheidung treffen zu können, wann die Grobsynchronisierung beendet ist und mit einer
Feinsynchronisierung begonnen werden kann, ist es von Vorteil, wenn die Schaltstufe einen Vergleicher enthält,
der an eine die Steuersignale erzeugende Steuerstufe ein Sperrsignal abgibt, das die Steuersignale sperrt,
wenn die Fehlersignale den vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Datenübertragungsanordnung,
Fig.2 ein Blockschaltbild einer Schaltstufe zur Grobsynchronisierung,
F i g. 3 Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltstufe,
Fig.4 ein in Form von Höhenlinien dargestellter
mittlerer, absoluter Fehler, der bei einer Übertragung von beliebigem Datentext auftritt als Funktion der
Träger- und Taktphase.
Die in F i g. 1 dargestellte Datenübertragungsanordnung
zeigt eine Datenquelle DQ, einen Datensender SE, eine Übertragungsstrecke US, einen Datenempfänger
£Mund eine Datensenke DS. Die Datenquelle DQ gibt
Daten in Form von binär codierten Datensignalen D1
an den Datensender SiT ab. Der Datensender SE enthält einen Codierer CD, ein Transversalfilter TF und einen
Modulator MO. Der Codierer CD bewirkt eine Vorcodierung der Datensignale Di, wonach jeder
Binärwert eines an seinem Ausgang abgegebenen Datensignals D 2 aus der Summe modulo 2 des
gleichzeitig auftretenden Binärwerts des Datensignals 6*5
D1 und des um zwei Taktperioden früher aufgetretenen
Binärwertes des Datensignals D 2 gebildet wird. Der Datensender SE enthält weiterhin ein Transversalfilter
TF, das jedem 1-Wert des Datensignals D 2 einen Partial-Response-Impuls zuordnet. Jedem O-Wert des
Datensignals D 2 wird kein Partial-Response-Impuls zugeordnet. Die aus den Partial-Response-Impulsen
gebildeten Datensignale D 3 am Ausgang des Transversalfilters TF werden an einen Modulator MO abgegeben,
der mittels Amplitudenmodulation und Einseitenbandübertragung entsprechende Datensignale D 4 über
die Übertragungsstrecke US zum Datenempfänger EM überträgt. Die Vorcodierung der Datensignale und die
Erzeugung der Partial-Response-Impulse im Transversalfilter TF sind bereits allgemein bekannt und
beispielsweise in einer Veröffentlichung von Tannhäuser,
A., und Gerges, A.: »Ein Verfahren zur Datenübertragung auf Primärgruppenverbindungen«,
Nachrichtentechnische Zeitschrift, 29 (1976), Heft 6, Seiten 449 bis 452, beschrieben.
Der Datenempfänger EM enthält ein Empfangsfilter EF, dem die übertragenene Datensignale D 4 zugeführt
werden. Der Ausgang des Empfangsfilters EF ist mit einem Demodulator DM verbunden, der mit Hilfe von
Trägersignalen TK die übertragenen Datensignale D 4 demoduliert. Der Demodulator DM gibt an seinem
Ausgang demodulierte Datensignale D 5 an eine Abtaststufe AB ab. Die Abtaststufe AB tastet die
demodulierten Datensignale D 5 mit Hilfe von Taktsignalen TA ab. Am Ausgang der Abtaststufe AB
werden abgetastete Datensignale D 6 abgegeben, deren Momentanwerte den Momentanwerten der demodulierten
Datensignale D 5 zu den durch die Taktsignale TA gegebenen Abtastzeitpunkten zugeordnet sind. Die
abgetasteten Datensignale D 6 werden einerseits an einen Decodierer DC abgegeben, der die empfangenen
Daten in Form von codierten Datensignalen D 7 an die Datensenke DS abgibt. Andererseits werden die
abgetasteten Datensignale D 6 an eine Trägerregelstufe TRR, an eine Taktregelstufe TAR und an eine
Schaltstufe GSzur Grobsynchronisierung abgegeben.
Die Trägerregelstufe TRR erzeugt mit Hilfe von in
einem Quarzgenerator QG erzeugten Taktimpulsen T die Trägersignale TR, die dem Demodulator DM
zugeführt werden. Die Taktregelstufe TAR erzeugt ebenfalls mit Hilfe der Taktimpulse T die Taktsignale
TA, die der Abtaststufe AB zugeführt werden. Die Phasen der Trägersignale TR und die der Taktsignale
TA werden beispielsweise dadurch geregelt, daß in der Trägerregelstufe TRR und in der Taktregelstufe TAR
zwischen die Taktimpulse T zusätzliche Taktimpulse eingeblendet werden oder einer oder mehrere Taktimpulse
ausgeblendet werden.
Die Schaltstufe GS erzeugt mit Hilfe der abgetasteten Datensignale D 6 erste Steuersignale STi und zweite
Steuersignale ST2, die der Trägerregelstufe TRR bzw. der Taktregelstufe TAR zugeführt werden und mit
denen eine Grobsynchronisierung der Trägersignale TR bzw. der Taktsignale TA erfolgt.
Die in Fig.2 dargestellte Schaltstufe GS enthält
einen Sollwertgeber SW, eine Differenzstufe DI, einen Gleichrichter GR, einen Integrator IN, einen Vergleicher
VG, einen Taktgeber TG und eine Steuerstufe SS. Die abgetasteten Datensignale D 6 werden einerseits
dem Sollwertgeber 5Wund andererseits der Differenzstufe DI zugeführt. Der Sollwertgeber SW erzeugt
Sollwertsignale 50, deren Momentanwerte den Sollwerten der Datensignale D 6 zugeordnet sind. Die
Differenzstufe DI erzeugt Fehlersignale Fl, die die Abweichungen der Datensignale D 6 von den Sollwertsignalen
50 angeben. Diese Fehlersignale Fi werden in
einem Gleichrichter GR, der vorzugsweise als Doppelweggleichrichter
ausgebildet ist, gleichgerichtet und als Fehlersignale F2 an einen Integrator IN abgegeben.
Der Integrator IN integriert die Fehlersignale F2 über jeweils eine vorgegebene Anzahl von Periodendauern
der Datensignale D 6 und gibt an seinem Ausgang integrierte Fehlersignale F3 an einen Vergleicher VG
ab. Diese integrierten Fehlersignale F3 stellen den mittleren absoluten Fehler der Datensignale D 6 dar.
Jeweils am Ende einer Integrationsperiode vergleicht der Vergleicher VG diesen mittleren absoluten Fehler
mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt ein Sperrsignal SP an die Steuerstufe SS ab, die mit Hilfe
von von einem Taktgeber TG abgegebene Taktimpulsen die Steuersignale STi und ST2 erzeugt. Wenn der
mittlere absolute Fehler kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, sperrt das Sperrsignale SP die Steuerstufe SS und es werden keine Steuersignale STi bzw.
ST2 mehr abgegeben. In diesem Fall ist die Grobsynchronisierung
beendet und es erfolgt nur noch eine Feinsynchronisierung durch die Trägerregelstufe TRR
und die Taktregelstufe TAR. Weitere Einzelheiten der in F i g. 2 dargestellten Schaltstufe werden im folgenden
zusammen mit den in F i g. 3 dargestellten Zeitdiagrammen beschrieben.
Bei den in F i g. 3 dargestellten Zeitdiagrammen sind in Abszissenrichtung die Zeit iund in Ordinatenrichtung
die Momentanwerte von Signalen an verschiedenen Punkten des Datenempfängers EM und der Schaltstufe
GS dargestellt.
Das demodulierte Datensignal D 5 weicht zu den Abtastzeitpunkten il bis f6, die durch das Auftreten
der Taktsignale TA vorgegeben sind, vor der Grobsynchronisierung durch die Schaltstufe GS von ihren
Sollwerten 0, 51 und 52 ab. Die Momentanwerte der Datensignale D 5 zu den Abtastzeitpunkten werden
durch die Datensignale D 6 dargestellt, die am Ausgang der Abtaststufe AB abgegeben werden. Der Sollwertgeber
SW in der Schaltstufe GS erzeugt aus den abgetasteten Datensignalen D 6 die Sollwertsignale 50,
die die Sollwerte 0, 51 oder 52 annehmen können. Die Sollwertsignale 50 werden dabei aus den abgetasteten
Datensignalen dadurch erzeugt, daß jeweils untersucht wird, ob das abgetastete Datensignal näher bei dem
Wert 0, bei dem Schwellenwert 51 oder bei dem Schwellenwert 52 liegt. Die Differenzstufe DI erzeugt
die Fehlersignale Fl, die jeweils die Differenz zwischen
den abgetasteten Datensignalen D 6 und den Sollwertsignalen 50 darstellen. Diese Fehlersignale Fl werden
in dem Gleichrichter GR gleichgerichtet und am Ausgang werden die Fehlersignale F2 abgegeben. Nach
der Integration dieser Fehlersignale im Integrator IN wird das Sperrsignal SP erzeugt, das die Steuerstufe 55
freigibt bzw. sperrt. Die Steuersignale 571 und 572, die an die Trägerregelstufe TRR und die Taktregelstufe
TAR abgegeben werden, geben die Verstellschrittweite für die Trägerphase und die Taktphase an. Diese
Steuersignale 571 und 5Γ2 können beispielsweise Steuerspannungen für einen spannungsgesteuerten
Oszillator oder einzelne Impulse sein, die zwischen die zur Erzeugung der Trägersignale 77? und der Taktsignale
TA verwendeten Taktimpulse T ein- bzw. ausgeblendet werden.
Bei dem in Fig.4 dargestellten mittleren absoluten
Fehler m als Funktion der Trägerphase und der Taktphase sind in Abszissenrichtung die Taktphase Φ
und in Ordinatenrichtung die Trägerphase Θ dargestellt. Der mittlere absolute Fehler stellt eine Fläche dar, die
durch die in der Fig.4 dargestellten Höhenlinien gekennzeichnet wird. Die Fläche wiederholt sich sowohl
in Abszissen als auch in Ordinatenrichtung ständig, da jeweils ein Phasenwinkel von 180° einem Phasenwinkel
von — 180° entspricht. Der Parameter m für die Höhenlinien ist auf den Betrag des Sollwerts 51 bzw.
S 2 normiert und in der F i g. 4 sind Höhenlinien bis zu einem Wert von m=0,2 dargestellt. Falls beispielsweise
der Fangbereich der Trägerregelstufe TRR und der Taktregelstufe TAR bis zu einem mittleren absoluten
Fehler von /n=0,15 reicht, werden mit Hilfe der Steuersignale 571 und 572 die Trägerregelstufe TRR
und die Taktregelstufe TAR so lange beeinflußt, bis der mittlere absolute Fehler kleiner als 0,15 ist.
Zu Beginn der Übertragung der Daten können die Trägerphase Θ und die Taktphase Φ einen beliebigen
Wert zwischen —180° und +180° annehmen. Durch die Steuersignale 571 und 572 werden die Trägersignale
TR und die Taktsignale TA gleichzeitig so verstellt, daß die entsprechende Höhenlinie möglichst schnell erreicht
wird. In F i g. 4 ist beispielsweise ein Ausgangspunkt mit P bezeichnet, und durch gleichzeitiges Verstellen der
Trägerphase Θ und der Taktphase Φ wird längs der gestrichen dargestellten Linie die entsprechende Höhenlinie
erreicht. Der zwischen der gestrichelt dargestellten Linie und der Ordinate auftretende Winkel α
wird dabei durch die fest vorgegebenen Verstellschrittweiten der Trägerphase Θ und der Taktphase Φ
gebildet. Wenn die entsprechende Höhenlinie erreicht wird, wird die Grobsynchronisierung abgeschaltet und
es werden keine Steuersignale 571 und 572 mehr abgegeben. Die folgende Feinsynchronisierung der
Trägersignale TR und der Taktisgnale TA wird durch die Trägerregelstufe TRK bzw. die Taktregelstufe TAR
übernommen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit
Datensignalen in einem Datenempfänger, dem von einem Datensender modulierte Datensignale zugeführt
werden, der eine die Trägersignale erzeugende Trägerregelstufe, eine die Taktsignale erzeugende
Taktregelstufe, einen die modulierten Datensignale unter Verwendung der Trägersignale demodulierenden
Demodulator und einen die demodulierten Datensignale unter Verwendung der Taktsignale
abtastende Abtaststufe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltstufe (GS)
vorgesehen ist, an der eingangsseitig von der Abtaststufe (AB) erzeugte abgetastete Datensignale
(D 6) anliegen und die an die Trägerregelstufe (TRR) die Phase der Trägersignale (TR) verändernde erste
Steuersignale (STi) und an die Taktregelstufe (TAR) die Phase der Taktsignale (TA) verändernde
zweite Steuersignale (ST2) abgibt, solange die über eine vorgegebene Zeitdauer geihittelte Differenz
zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale (D6) und ihren Sollwerten (0, Si, S2)
einen vorgegebenen Schwellenwert (m) überschreitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) eine
Differenzstufe (DI) enthält, an der die abgetasteten Datensignale (D 6) und den Sollwerten (0, 51, 52)
zugeordnete Sollwertsignale (50) anliegen und die Fehlersignale (Fi) abgibt, die der Differenz
zwischen den abgestasteten Datensignalen (D 6) und den Sollwertsignalen (5 0) entsprechen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) einen
Gleichrichter (GR) enthält, der die Fehlersignale (Fi) gleichrichtet und einen diesem nachgeschalteten
Integrator (IN) enthält, der die gleichgerichteten Fehlersignale (F2) über mehrere Periodendauern
der Taktsignale (TA) integriert.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (GR) als
Doppelweggleichrichter ausgebildet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltstufe (GS) einen Vergleicher (VG) enthält, der an eine die Steuersignale (STi, ST2) erzeugende
Steuerstufe (SS) ein Sperrsignal (SP) abgibt, das die so
Steuersignale (STi, ST2) sperrt, wenn die Fehlersignale (F3) den vorgegebenen Schwellenwert (m)
unterschreiten.
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