DE2824137C2 - Einrichtung zur Phasensynchronisation - Google Patents

Description

Dit Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Phasensynchronisation einer Endstelle einer digitalen Übertragungsstrecke für Daten oder sonstige Informationen mit einem in der Phase steuerbaren Grundtaktgeneralor, bei der das Stellsignal für den steuerbaren Grundtaktgenerator mittels einer Phasenvergleichseinrichtung aus dem Phasenvergleich der Schwingung des Grundtaktgenerators mit der empfangsseitig ankommenden Impulsfolge des Nutzsignals oder eines speziellen Synchronisiersignals gewonnen ist.

Bei Datenübertragungsstrecken sowie bei synchronisierten Flächenfunknetzen, die im Hinblick auf Geheimhaltung der zu übertragenden Information und Störer mit Verschlüsselung und/oder Frequenzsprungbetrieb arbeiten, müssen sehr hohe Anforderungen an die Phasensynchronisation der Taktfrequenz der einzelnen Sende-Empfangsstationen gestellt werden. Zwar läßt sich diese hohe Anforderung mit relativ geringem Aufwand realisieren, wenn davon ausgegangen werden kann, daß einer Sende-Empfangsstation die hierfür erforderliche Synchronisierinformation von einer Gegenstation bzw. einer zentralen Station über die Betriebszeit lückenlos zur Verfügung steht. Diese einschränkende Voraussetzung läßt sich im praktischen Betrieb jedoch mit der zu fordernden hohen Sicherheit nicht verwirklichen. Es muß deshalb dafür gesorgt werden, daß die Phasensynchronisation eine Sende-Empfangsstation bei kurzzeitigem Ausfall der Synchronisierinformation wenigstens so weit erhalten bleibt, daß ein einwandfreier Empfang des Nutzsignals gewährleistet wird.

Eine Möglichkeit besteht darin, den empfangsscitigen Taktgenerator entsprechend frequenzstabil aufzubauen. Der Aufwand ist allerdings beträchtlich, weil hierzu von hochpräzisen Quarzen in Thermostaten Gebrauch gemacht werden muß. Thermostatquarze haben darüber hinaus den Nachteil großer Abmessungen und zusätzlichen Energiebedarfs. Beides ist insbesondere bei mobilen Sende-Empfangsstationen unerwünscht. Bei solchen Stationen wird bekanntlich neben geringem Gewicht ein kleines Gesamtvolumen und ein möglichst geringer Energiebedarf der Geräte angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Einrichtung zur Phasensynchronisation anzugeben, die die geschilderten hohen Anforderungen an die Einhaltung der Synchronisation auch bei auftretenden kurzzeitigen Störungen mit einem Minimum an technischen Aufwand ermöglicht und zwar unter Verzicht auf besondere Maßnahmen zur Erhöhung der Frequenzkonstanz des Quarzgrundtaktgenerators.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Phasensynchronisalion eine Speicherschaltung mit einem Durchlaufspeicher und einer Schaltvorrichtung aufweist, daß ferner in den Durchlaufspeicher zusätzlich die auf der Ausgangsseite der Phasenvergleichseinrichtung auftretenden Stellsignale nach Korrekturschrittrichtung und zeitlicher Aufeinanderfolge fortlaufend eingespeichert sind und daß während einer Ausfallzeit des empfangsseitig ankommenden, für die Synchronisation auszuwertenden Signals mittels der Schaltvorrichtung die Ausgänge von Phasenvergleichseinrichtung und Durchlaufspeicher hinsichtlich des Grundtaktgenerators miteinander ver-

tauscht sind und der Durchlaufspeicher im Ring geschaltet ist

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im normalen Betrieb die Tendenz der Phasendrift eines Grundtaktgenerators einer Sende-Emptangsstation über größere Zeitabschnitte hinweg sich wenig ändert Werden daher die zeitlich anfallenden Korrekturschritts des Stellsignals für eine gewisse Anzahl von Korrekturschritten fortlaufend in einem Durchlaufspeicher gespeichert dann können bei Ausfall des ankommenden Synchronisiersignals diese zuletzt gespeicherten Korrekturschritte als Ersatzstellsignale zum Überbrücken der Ausfallzeit verwendet werden. Wie praktische Untersuchungen gezeigt haben, läßt sich auf diese Weise die maximale Drift um den Faktor 10 verbessern.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Durchlaufspeicher zwei den beiden korrekturrichtungsabhängigen Stellsignalausgängen der Phasenvergleichseinrichtung zugeordnete /j-stufige Schieberegister auf. Den Schieberegistern ist dabei jeweils eingangsseiiig ein erster Umschalter vorgeordnet und ausgangsseitig ein zweiter Umschalter nachgeordnet die die von einem Auswerter für das Empfangssignal betätigbare Schaltvorrichtung darstellen. Bei ungestörtem Betrieb sind hier die Stellsignale an den Ausgängen der Phasenvergleichseinrichtung über die ersten Umschalter den Schieberegistern und über die zweiten Umschalter den Steuereingängen des Taktgenerators zugeführt. Bei gestörtem Betrieb dagegen sind die Schieberegister über die ersten Umschalter im Ring geschaltet und die Schieberegisterausgänge über die zweiten Umschalter an die Steuereingänge des Phasenschiebers angeschaltet.

Besondere Bedeutung kommt dem Erfindungsgegenstand hinsichtlich seiner Verwendung in mobilen Sende-Empfangssiationen zu, die zur Sicherheit gegen Abhören, Stören und täuschendes Eindringen in den Informationskanal von einem Pseudozufallsgenerator Gebrauch machen. Ein solcher Pseudozufallsgenerator dient beispielsweise der Verschlüsselung bzw. Entschlüsselung der zu übertragenden Informationen und, sofern die Informationsübertragung unter Anwendung eines Frequenzsprungbetriebes erfolgt, zusätzlich auch zur Steuerung des Frequenzadressengebers des örtlichen Synthesizers. Ein mit solchen Stationen ausgerüstetes Funknetz hat dabei in der Regel eine plesiochrone Netzstruktur, bei der die Sende-Empfangsstationen, nachdem sie einmal synchronisiert sind, lediglich von Zeit zu Zeit eine Synchronisierinformation benötigen, mit deren Hilfe die zeitlichen Schwankungen der Phase der Grundtaktgeneratoren korrigiert werden. Diese Synchronisierinformation wird mittels einer sämtlichen Stationen gemeinsamen Bakensendung in Furm von kurzen Bursts einer Dauer von z.B. 10ms und einer Buistfolge von z. B. 20 Sekunden übertragen. Hierbei ist die Schiebetaktperiode für den Durchlaufspeicher gleich der Burstperiode der Bakensendung und die Schaltvorrichtung wird bei fehlerhalten bzw. fehlendem Empfang der Synchronisationsbursts aktiviert.

Anhand von Ausführungsl t vielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert weraen. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 das Blockschaltbild der empfangsseitigen Einrichtung zur Phasensynchronisation auf der Endstelle einer digitalen Übertragungsstrecke nach der Erfindung

F i g. 2 ein näheres Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild der Phasenvergleichseinrichtung nach F i g. 1

Fig.3 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild des Durchlaufspeichers nach F i g. 1

F i g. 4 das Blockschaltbild einer mobilen Sende-Empfangsstation mit einer Einrichtung zur Phasensynchronisation nach der Erfindung.

In Fig. 1 wird das ankommende Signal Sigüber die Empfängereingangsschaltung EEa&m Regenerator RG und dem einen Eingang der Phasenvergleichseinrichtung PVE zugeführt Der Eingang des Auswerters A W ist an den Ausgang des Regenerators angeschaltet. Der Ausgang des steuerbaren Grundtaktgenerators TC ist ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang der Phasenvergleichseinrichtung PVE und dem Takteingang für den Regenerator RG verbunden. Die Phasenvergleichseinrichtung PVE weist zwei Ausgänge auf, die mit den beiden Eingängen la und 2a der Speicherschaltung SS verbunden sind. Die Phasenvergleichseinrichtung ist so aufgebaut, daß sie an den Eingang la lediglich Stellsignale liefert, die eine Phasenänderung in positiver Richtung, d. h. also eine Vergrößerung der Phase anzeigen. In gleicher Weise liefert der zweite Ausgang an den Eingang 2a lediglich Stellsignale die eine Phasenänderung in negativer Richtung, d. h. abnehmender Phase anzeigen. Die Stellsignale an den Eingängen la. 2a der Speicherschaltung SS werden im ungestörten Betrieb, also bei einwandfreiem Empfang der Synchronisierinformationen über die Ausgänge 1 b und 2b an die entsprechenden Sttuereingänge des Grundtaktgenerators TG abgegeben. Erkennt der Auswerter A W einen Ausfall der ankommenden Synchronisierinformationen, so gibt er über seinen Ausgang an den Eingang 3a der Speicherschaltung SS ein Schaltsignal, durch das die Ausgänge 1 b und 2b intern an den in der Speicherschaltung SS enthaltenen Durchlaufspeicher angeschaltet werden. Hierdurch gelangen dann die zuletzt gespeicherten Stellsignale nach Vorzeichen und zeitlicher Reihenfolge als Ersatzstellsignale an die Steuereingänge des Grundtaktgenerators TG. Der Grundtaktgenerator TG besteht wie F i g. 1 zeigt, aus dem Quarzoszillator QG, der ein Festfrequenzgenerator ist, und dem ihm nachgeschalteten steuerbaren Phasenschieber PS. Der Quarzoszillator QG hat einen zweiten Ausgang, der über den Frequenzteiler FT an den Eingang 36 der Speicherschaltung SS angeschaltet ist. An diesem Eingang 3b erhält die Speicherschaltung den erforderlichen Schiebetakt für den Durchlaufspeicher.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Vergleichseinrichtung PVE, die dann zur Anwendung gelangt, wenn die empfangsseitige Synchronisation aus dem ankommenden Nutzsignal über eine Fehlermitteilung hinweg gewonnen wird. Sie besteht aus dem eigentlichen Phasenvergleicher PV dem ausgangsseitig der Fehlerzähler Znachgeschaltet ist. Der Fehlerzähler Zhat eine mittlere Zählstellung als Nullstellung und zählt in Abhängigkeit der ihm zugeführten positiven und negativen Stellschritte von dieser ZählmiUelstellung nach oben oder unten. Eine dem Fehlerzähler Z nachgeschaltete Logik LK spricht immer dann an, wenn der Fehlerzähler seine maximale bzw. minimale Zählstellung erreicht hat. In diesem Falle stellt die Logik den Fehlerzähler über den Rückstelleingang rwiederum in seire mittlere, die Nullstellung darstellende Zählstellung und gibt zugleich über einen ihrer beiden Ausgänge einen positiven oder negativen Stellimpuls ab.

Wie das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild der SDeicherschaltung nach F i g. 3 zeigt, weist

sie als Durchlaufspeicher, zwei Schieberegister RR 1 und RR 2 auf, denen eingangsseitig die Umschalter S ta und 5 2a vorgeordnet und die Umschalter 516 und S 2b nachgeschaltet sind. Der Schieberegistertakt wird den beiden Schieberegistern über den Anschluß 3b gemeinsam zugeführt Die Umschalter 51a, 52a, 5 Ii? und S2b werden gemeinsam vom Auswerter AW über den Eingang 3a gesteuert. In der angegebenen Schaltstellung der Umschalter, die den normalen Betriebszustand angeben, werden die positiven Korrekturschritte des Stellsignals am Eingang la über den Umschalter 516 an den Ausgang \b weitergegeben und gleichzeitig über den Umschalter 51a an den Eingang des Schieberegisters RR 1. In gleicher Weise werden die negativen Korrekturschritte des Stellsignals am Eingang 2a über den Umschalter 526 an den Ausgang 2b und gleichzeitig über den Umschalter 52a an den Eingang des Schieberegisters RR2 gegeben. Im Rhythmus der ,ankommenden Stellsignale, der mit dem Schiebetakt für die Schieberegister übereinstimmt, werden diese Korrekturschritte in die Schieberegister eingespeichert, und mit jedem Schritt eine Stufe weitergeschoben. Sind die Schieberegister gefüllt, dann wird mit jedem Schiebetakt der jeweils letzte Korrekturschritt wiederum ausgespeicherl und geht damit verloren. Meldet der Auswerter einen Ausfall der Synchronisation bzw. eine kurzzeitige Unterbrechung des Nutzsignals, dann werden sämtliche Umschalter über den Eingang 3a in ihre zweite Schaltstellung umgelegt. In dieser zweiten Schaltstellung sind dann die Schieberegister RR 1 und RR 2 im Ring geschaltet. Gleichzeitig werden die Ausgänge der Schieberegister mit den Ausgängen \b und 2b verbunden. Die Eingänge la und 2a sind dann ihrerseits abgeschaltet. Sobald der Auswerter A W nach Fig. 1 den Empfang des Synchronisiersignals wieder erkennt, werden die Umschalter in ihre ursprüngliche Ausgangsstellung zurückgeschaltet.

Das Blockschaltbild nach Fig. 4 für eine Sende-Empfangsstation die zur Sicherung gegen Abhören, Stören und Eindringen in den Informationskana! mit Verschlüsselung und Frequenzsprungbetrieb arbeitet, besteht aus einem Sender 5 und einem Empfänger E, die wahlweise über den Sendeempfangsumschalter AS an die Antenne An anschaltbar sind. Der Sender weist ein Mikrofon Mi auf, das mit dem Eingang eines Analog-Digitalwandlers D/A verbunden ist. Die digitalen Informationen werden über den Ausgang des Analog-Digitalwandlers einem Modulo-Zwei-Addierer M 2 zugeführt, der einen Verschlüssler darstellt und dem das Schlüsselsignai vom Quasizufallsgenerator QZG zugeführt wird. Vom Ausgang des Modulo-Zwei-Addierers Mi wird die verschlüsselte information mitteis des Modulators Mod zunächst in eine Zwischenfrequenzlage und anschließend im sendeseitigen Umsetzer US in die Radiofrequenzlage umgesetzt Dem Umsetzer US ist der Sendeverstärker V nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Sende-Empfangs-Umschalter AS verbunden ist Empfangsseitig ist die Antenne An über den Sendeempfangsumschalter AS mit dem Bandpaß BP verbunden, der praktisch eine Rauschbegrenzung darstellt Auf der Ausgangsseite des Bandpasses BP folgt der empfangsseitige Umsetzer Ue. Die im empfangsseitigen Umsetzer Ue in die Zwischenfrequenzlage umgesetzten empfangenen Informationen werden im Zwischenfrequenzverstärker ZV verstärkt, im Demodulator Dem demoduliert und anschließend über den Regenerator RG zur Entschlüsselung dem empfangsseitigen Modulo-Zwei-Addierer M 2 zugeführt. Der Modulo-Zwei-Addierer M2 erhält sein Entschlüsselungssignal wiederum vom Quasizufallsgenerator QZG. Die entschlüsselten Informationen werden vom Ausgang des Modulo-Zwei-Addierers M 2 einem Digital-Analogumsetzer zugeführt, dessen Ausgang der Hörer HO nachgeschaltet ist. Die Einrichtung zur Phasensynchronisation entspricht der nach F i g. 1

und ist eingangsseitig wiederum an den Ausgang des Demodulators Dem angeschaltet. Da hier die Synchronisierinformation nicht aus dem Nutzsignal abgeleitet wird, sondern in Form von kurzen Bursts in der Größenordnung von 10 ms mit einer Folgefrequenz von etwa 20 Sekunden als Bakensendung zugeführt wird, benötigt der Auswerter A W ebenfalls den Takt des Grundtaktgenerators TG und den Takt für die Burstfolgefrequenz. Der Frequenzteiler FT' teilt hierzu die Frequenz der Schwingung des Quasizufallsoszillators QZG auf die Frequenz der Burstfolge der Bakensendung herunter. Dieser Takt dient gleichzeitig als Schiebetakt, für die Schieberegister der Speicherschaltung SS. Die Frequenzen für den sende- und empfangsseitigen Umsetzer Us und Ue erzeugt der

Synthesizer SZ, der über den Frequenzadressenspeicher FAS ebenfalls vom Quasizufallsgenerator QZG gesteuert wird. Der Quasizufallsgenerator QZG markiert auch den Zeitpunkt des Eintreffens eines Synchronisationsbursts der Bakensendung, so daß dieser aufgenommen und im Auswerter A W und in der Phasenvergleichseinrichtung PVE zur Durchführung einer Korrektur ausgewertet wird, sofern die Abweichung wenigstens 1 Bit beträgt.

Zusammenfassung

Einrichtung zur Phasensynchronisation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Phasensynchronisation einer Endstelle einer digitalen Übertragungsstrecke für Daten oder sonstige Informationen mit einem in der Phase steuerbaren Grundtaktgenerator (TG), der aus einem Festfrequenzoszillator (QG) mit nachgeschaltetem steuerbaren Phasenschieber (PS) besteht. Um die Phasensynchronisation auch bei gestörtem Empfang der Synchronisierinformation wenigstens über kurze Zeitabschnitte hinweg aufrechtzuerhalten, weist die Phasensynchronisiereinrichtung einen Durchiaufspeicher (RRi, RR 2) auf, in den zusätzlich die anfallenden Korrekturschritte nach Vorzeichen und zeitlicher Aufeinanderfolge fortlaufend eingespeichert werden. Ein Auswerter (AW. AS') vertauscht bei Erkennen eines Ausfalls der Synchronisation mittels einer Schalteinrichtung (S \a, 52a, 516, S2b) die Ausgänge von Phasenvergleichseinrichtung (PVE) und Durchlaufspeicher hinsichtlich des Phasen-Schiebers (PS) miteinander und schaltet gleichzeitig den Durchiaufspeicher im Ring.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Phasensynchronisation einer Endstelle einer digitalen Übertragungsstrecke für Daten oder sonstige Informationen mit einem in der Phase steuerbaren Grundtaktgenerator, bei der das Stellsignal für den steuerbaren Grundtaktgenerator mittels einer Phasenvergleichseinrichtung aus dem Phasenvergleich der Schwingung des Grundtaktgenerators mit der empfangsseitig ankommenden Impulsfolge des Nutzsignals oder eines speziellen Synchronisiersignals gewonnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Speicherschaltung (SS) mit einem Durchlaufspeicher und einer Schaltvorrichtung vorgesehen sind, daß ferner in den Durchlaufspeicher zusätzlich die auf der Ausgangsseite der Phasenveigleichseinricfitung (PVE) auftretenden Stellsignale nach Korrekturschrittrichtung und zeitlicher Aufeinanderfolge fortlaufend eingespeichert sind und daß während einer Ausfallzeit des empfangsseitig ankommenden, für die Synchronisation auszuwertenden Signals (Sig) mittels der Schaltvorrichtung die Ausgänge von Phasenvergleichseinrichtung und Durchlaufspeicher hinsichtlich des Grundtaktgenerators miteinander vertauscht sind und der Durchlaufspeicher im Ring geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufspeicher der Speicherschaltung (SSJ zwei, den beiden korrekturrichtungsabhängigen Stellsignalausgängen der Phasenvergleichseinrichtung (PVE) zugeordnete n-stufige Schieberegister (RR 1, RR 2) aufweist, daß ferner den Schieberegistern, jeweils eingangsseitig. ein erster Umschalter (SIa, S2a) vorgeordnet und ausgangsseitig ein zweiter Umschalter (Sib. S2b) nachgeordnet ist, die die von einem Auswerter (A W,

A W'jiür das Einpfangssignal be'.ätigbare Schaltvorrichtung darstellen, daß außerdem bei ungestörtem Betrieb die · Stellsignale an den Ausgängen der Phasenvergleichseinrichtung (PVE) über die ersten Umschalter den Schieberegistern und über die zweiten Umschalter den Steuereingängen des Taktgenerators (TG) zugeführt sind und daß bei gestörtem Betrieb die Schieberegister über die ersten Umschalter im Ring geschaltet sind und die Schieberegisterausgänge über die zweiten Umschalter an die Steuereingänge des Phasenschiebers angeschaltet sind.

3. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Phasensynchronisation von Sende-Empfangsstationen, die einen der Sicherheit gegen Abhören, Stören und täuschendes Eindringen in den Informationskanal dienenden Pseudozufallsgenerator aufweisen und denen eine plesiochrone Netzorganisation mit einer Bakensendung in Form periodischer Synchronisationsbursts gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebetaktperiode für den Durchlaufspeicher der Speicherschaltung fco (SS) gleich der Burstperiode der Bakensendung ist und daß die Schaltvorrichtung bei fehlerhaftem bzw. fehlendem Empfang der Synchronisationsbursts aktiviert ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Grundtaktgenerator (TG) aus einem Festoszillator hoher Frequenzkonstanz, z. B. einem Quarzoszillator (QG) und einem ihm nachgeschalteten steuerbaren Phasenschieber (PS)besieht