DE2714153C2

DE2714153C2 - Verfahren und Anordnung zur Regeneration des Taktes eines Mehrstufen-

Info

Publication number: DE2714153C2
Application number: DE19772714153
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. Gier; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Prasse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2714153B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Regeneration des Taktes eines Mehrstufensignals in einem Nachrichtenübertragungssystem.

Bei der Übertragung von digitalen Signalen werden die übertragenen Impulse nach bestimmten Streckenabschnitten in einem Regenerator sowohl bezüglich ihrer Amplitude als auch bezüglich ihrer relativen zeitlichen Lage zueinander, also in der Taktphase, regeneriert. Dazu muß im Regenerator der Takt des übertragenen Digitalsignals aus dem empfangenen Signal mit hoher Stabilität wiedergewonnen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß bestimmte Eigenschaften des Digitalsignals im Frequenz- oder Zeitbereich dazu benutzt werden, einen Oszillator auf diese Taktfrequenz nachzuziehen und seine relative Phasenlage zum empfangenen Signal ein eindeutiger Weise einzustellen. Der Aufwand für eine sichere Taktregeneration wird um so geringer sein, je einfacher eindeutige Kriterien zur Taktregeneration aus dem übertragenen Signal gewonnen werden können.

Üblicherweise wird bei der Regeneration des Taktes aus einem Digitalsignal die Tatsache ausgenutzt, daß vom übertragenen Signal bestimmte Amplitudenwerte, sogenannte Sollwerte bevorzugt zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb einer Taktperiode auftreten oder auch daß bestimmte andere Amplitudenwerte, sogenannte Schwellenwerte, bevorzugt zu einem Zeitpunkt innerhalb der Taktperiode durchlaufen werden. Beide Kriterien sind bei der Übertragung von Mehrstufensignalen, die mit möglichst geringer Bandbreite übertragen werden sollen, nur noch sehr schwach ausgeprägt;

besonders dann, wenn die Entzerrung des Ubertragungskanals nicht vollkommen ist, so daß diese Kriterien für eine sichere Taktregeneration wenig geeignet sind.

Aus der DD-AS 22 21 145 ist es bekannt, diese Tatsache dadurch zu umgehen, daß in das Spektrum des übertragenen Signals an einer geeigneten Stelle eine Pilotfrequenz eingefügt wird, die auf der Empfangsseite zur Wiedergewinnung der Taktfrequenz dient Außerdem wird in das zu übertragende Digitalsignal in gleichmäßigen Zeitabständen als Referenzsignal ein Signal mit vorgegebenem Pegel eingeblendet Das Bezugspegelbit wird aber nicht in das ursprünglich binäre Signal, sondern in das Mehrpegelsignal eingeblendet und erzeugt dort entweder Nulldurchgänge

Ju oder Minima bzw. Maxima, wobei der Zeitpunkt des Nulldurchganges oder der Nullberührung vom vorangegangenen oder nachfolgenden Pegel abhängt. Auf der Empfangsseite wird die Abweichung des Empfangspegels vom Sollpegel dazu benutzt, die Phase des

)5 regenerierten Taktes in definierter Weise einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungsverfahren anzugeben, welches sicherstellt, daß das übertragene Digitalsignal eindeutige und leicht auswertbare Regelkriterien für die Taktregeneration

-to enthält Außerdem soll eine Schaltung für die Taktregeneration angegeben werden, die mit Hilfe der genannten Regelkriterien den wiedergewonnenen Takt mit größtmöglicher Phasenkonstanz erzeugt.
Ausgehend von einem Verfahren zur Regeneration

■*5 des Taktes eines Mehrstufensignals in einem Nachrichtenübertragungssystem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der sendeseitigen Endstelle in gleichmäßigen Abständen in das ursprünglich binäre Signal ein Bitmuster eingeblendet wird, das nach seiner Umsetzung im Mehrstufensignal einen bestimmten Signalverlauf in Form eines definierten Nulldurchganges und eine Wiederholungsfrequenz aufweist, die in einem festen Verhältnis zur Taktfrequenz des Mehrstufensignals steht, und daß ferner in den Zwischenstellen und/oder in der empfangsseitigen Endstelle das Auftreten des bestimmten Signalverlaufes ausgewertet wird und als Kriterium zur Regeneration der Taktfrequenz und der relativen Taktphase dient.

Vorteilhaft ist es, wenn dem bestimmten Signalverlauf

^h(l die Form einer Referenzflanke gegeben wird und wenn zwei oder mehrere Impulse vor und/oder nach dieser konstant gehalten werden.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der eingeblendete Signalverlauf leicht aus dem empfange-

^h> nen Signal erkannt werden kann und da nur er zur Taktregeneration verwendet wird, das restliche Übertragungssigna! ohne Einfluß auf diese ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß

«.'ie Taktregeneration nur einen periodisch wiederkehrenden Signalverlauf — im einfachsten Fall eine Referenzflanke — auszuwerten hat und daraus sowohl die Taktfrequenz als auch die Taktphase ableitet Es ist daher möglich, die Taktfrequenz des Dipitalsignals und seine relative Phasenlage in einer einfachen phasengeregelten Nachziehschaltung mit großer Phasenkonstanz zu gewinnen.

Eine Anord lang zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Nachrichtenübertragungssystem, mit einem ersten Codierer zur Umsetzung der Analogsignale in binäre Signale, mit einem Codierer zur Umsetzung der binären Signale in Mehrstufensignale, mit Übertragungsstreckenabschnitten, mit zwischen diesen und am Ende der Übertragungsstrecke liegenden, eine Taktregenerierung enthaltenden Regeneratoren, mit einem ersten Decodierer zur Umsetzung des Mehrstufensignals in ein binäres Signal und mit einem zweiten Decodierer zur Umsetzung des Binärsignals in ein Analogsignal ist in vorteilhafter Weise dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Codierer und dem Mehrstufencodierer ein Multiplexer für die Einblendung des Bitmusters vorgesehen ist, daß bei den Regeneratoren eine auf die Referenzflanken ansprechende phasengeregelte Nachziehschaltung für einen Takt- _>^r> generator vorgesehen ist und daß zwischen dem Mehrstufencodierer und dem Decodierer ein Demultiplexer für eine Ausblendung des Bitmusters vorgesehen ist.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfin- jo dung nachstehend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Nachrichtenübertragungssystem mit der erfindungsgemäßen Taktregeneration.

Fig.2 zeigt ein Augendiagramm am Punkt a der Anordnung nach F i g. 1. r>

Fig.3 zeigt eine Referenzflanke am Punkt b und einen wiedergewonnenen Takt am Punkt c der Anordnung nach F i g. 1.

Das Übertragungssystem nach F i g. 1 enthält einen Eingang 1, einen Codierer 2, einen Referenzsignalgene- w rator 3, einen Multiplexer 4, einen Mehrstufencodierer 5, eine sendeseitige Taktzentrale 6, einen Übertragungskanal 7, einen Entzerrer und Verstärker 8, einen Mehrstufenentscheider 9, einen Mehrstufencodierer 10, einen Demultiplexer 11, einen Decodierer 12, einen J^r> Ausgang 13, einen Entscheider um Null 14, einen Phasenvergleicher 15, einen Tiefpaß-Verstä-ker 16, einen Frequenzteiler 17, eine Synchronismuserkennungsschaltung 18, eine Zeitkonstantenumschaltung 19, einen Taktgenerator 20, einen Frequenzverdoppler 21 ^r>" und eine empfangsseitige Taktzentrale 22.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 1 ist die folgende. Am Eingang 1 liegt ein Analogsignal an. Dieses wird im Codierer 2 in ein binäres Signal umgesetzt. Im Referenzsignalgenerator 3 wird ein τ> Bitmuster erzeugt, das im Multiplexer 4 in regelmäßigen Zeitabständen in Lücken des vom Codierer 2 kommenden Pulses eingefügt wird. Das Ausgangssignal des Multiplexers 4 wird im Mehrstufencodierer 5 codiert. Die genannten Baugruppen werden von der sendeseiti- m> gen Taktzentrale 6 gesteuert.

Das Ausgangssignal des Mehrstufencodierers 5 wird über den Übertragungskanal 7 zum einen Entzerrer und Verstärker 8 auf der Empfangsseite übertragen. Das Ausgangssignal des Entzerrers und Verstärkers 8 λί gelangt über den Mehrstufenentscheider 9 und den Mehrstufencodierer 10 zum Demultiplexer 11, der das Nachrichtensignal über _■ rlen Decodierer 12 zum Ausgang 13 abgibt Der Mehrstufenentscheider 9, der Mehrstufendecodierer 10, der Demultiplexer 11 und der Decodierer 12 werden von der empfangsseitigen Taktzentrale 22 gesteuert

An den Ausgang des Entzerrers und Verstärkers 8 ist weiterhin ein Entscheider um Null 14 angeschaltet, der sein Ausgangssignal an die ersten Fingänge des Phasenvergleichers 15 und der Synchronismuserkennungsschaltung 18 abgibt Das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 15 wird unmittelbar und das Ausgangssignal der Synchronismuserkennungsschaltung 18 wird über die Zeitkonstantenumschaltung 19 dem Tiefpaß und Verstärker 16 zugeführt, der sein Ausgangssignal wiederum an den Taktgenerator 20 abgibt Das Ausgangssignal dieses Taktgenerators gelangt einerseits über den Frequenzteiler 17 an die zweiten Eingänge des Phasenvergleichers 15 und der Synchronismuserkennungsschaltung 18 und andererseits über den Frequenzverdoppler 21 zum Steuereingang der empfangsseitigen Taktzentrale 22.

Zum besseren Verständnis sind in die Zeichnung Frequenzangaben eingefügt

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können lediglich Vor- und Nachschwinger des eigentlichen Nachrichtensignals den eingeblendeten Signalverlauf stören und so auf die Taktphase einwirken. Bei geeigneter Auslegung des Taktregelkreises kann diese Beeinflussung klein gehalten werden.

F i g. 2 zeigt ein Augendiagramm eines Sieben-Stufen-Zufallssignals mit eingeblendeter Referenzflanke, die durch ein Bitmuster des Referenzsignalgenerators 3 bewirkt wurde. Da sich diese Stufenfolge einige tausend Impulse später wiederholt, wird ein periodischer Signalübergang von —3 nach +3 erzeugt. Aus der Periodizität der Referenzflanke kann die Taktfrequenz abgeleitet werden und aus ihrem Nulldurchgang kann auf die Taktphase geschlossen werden.

Bei Partial-Response-Codierung muß der Mehrstufencodierer 5 in Abhängigkeit von seiner Vorgeschichte so gesetzt werden, daß er zunächst zweimal die Stufe 0 ausgibt. Erst dann erfolgt die Einblendung der Stufenfolge —3/0/+ 3. Es sind damit insgesamt fünf Partial-Response-Impulse ( = 10 bit) für die Nachrichtenübertragung nicht verfügbar. Bei der Übertragung mit einem redundanzfreien Vierstufensignal sind mindestens zwei Impulse ( = 4 bit) erforderlich. Um Störbeeinflussungen auf der Referenzflanke zu mindern, sollten aber zusätzlich zwei Impulse vor der Referenzflanke ebenfalls konstant gehalten werden, so daß etwa vier Impulse ( = 8 bit) für die Taktregeneration notwendig sind. Ein im übertragenen Nachrichtensignal vorhandenes Rahmenkennungswort könnte für die Einblendung benutzt werden. Ist dies nicht möglich oder nicht erwünscht, so muß die Bitfolgefrequenz entsprechend der zusätzlichen 8 (10)bit um 0,19 (0,24)%, d.h. von 424 Mbit/s auf sa. 425 Mbit/s erhöht werden.

Auf der Empfangsseite ergibt sich nach der Entzerrung und Verstärkung im Abstand von 2048 Impulsen ein Übergang von der niedrigsten zur höchsten Stufe. Entscheidet man das empfangene Mehrstufensignal um 0, so erhält man im Abstand von jeweils 2048 Impulsen eine positive Referenzflanke, die im Phasenvergleicher 15 mit dem wiedergewonnenen Takt verglichen werden kann. Dieser Takt wird durch Teilung 2048 :1 im Frequenzteiler 17 aus dem Takt des Taktgenerators 20 abgeleitet. Die Genauigkeit der Regelung hängt im wesentlichen nur von der Wiederholfrequenz der Referenzflanke und der Empfindlich-

keit des Phasenvergleichers ab. Kleinste Phasenänderungen müssen von diesem bereits erkannt werden und zu entsprechenden Regelspannungsänderungen führen. Gleichzeitig muß dabei gewährleistet sein, daß über den ganzen Frequenzversiellbereich keine zusätzlichen konstanten Phasenabweichungen die Taktphase verär dem.

F i g. 3 zeigt eine Referenzflanke am Punkt d un einen wiedergewonnenen Taktimpuls am Punkt c de Anordnung nach Fig. 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regeneration des Taktes eines Mehrstufensignals in einem Nachrichtenübertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß in der sendeseitigen Endstelle in gleichmäßigen Abständen in das ursprüngliche binäre Signal ein Bitmuster eingeblendet wird, das nach seiner Umsetzung im Mehrstufensignal einen bestimmten Signalverlauf in Form eines definierten Nulldurchganges und eine Wiederholungsfrequenz aufweist, die in einem festen Verhältnis zur Taktfrequenz des Mehrstufensignals steht, und daß ferner in den Zwischenstellen und/oder in der empfangsseitigen Endstelle das Auftreten des bestimmten Signalverlaufs ausgewertet wird und als Kriterium zur Regeneration der Taktfrequenz und der relativen Taktphase dient

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den bestimmten Signalverlauf die Form einer Referenzflanke gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Impulse vor und/oder nach der Referenzflanke konstant gehalten werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in einem Nachrichtenübertragungssystem, mit einem Codierer zur Umsetzung der Analogsignale in binäre Signale, mit einem Mehrstufencodierer zur Umsetzung der binären Signale in Mehrstufensignale, mit Übertragungsstreckenabschnitten, mit zwischen diesen und am Ende der Übertragungsstrecke liegenden, eine Taktregenerierung enthaltenden Regeneratoren, mit einem Mehrstufendecodierer zur Umsetzung des Mehrstufensignals in ein binäres Signal und mit einem Decodierer zur Umsetzung des Binärsignals in ein Analogsignal, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Codierer (2) und dem Mehrstufencodierer (5) ein Multiplexer (4) für die Einblendung des Bitmusters vorgesehen ist, daß bei den Regeneratoren eine auf die Referenzflanken ansprechende phasengeregelte Nachziehschaltung (14 bis 19) für einen Taktgenerator (20) vorgesehen ist und daß zwischen dem Mehrstufendecodierer (10) und dem Decodierer (12) ein Demultiplexer (11) für eine Ausblendung des Bitmusters vorgesehen ist.