DE2847149C3 - Vorrichtung zur Wiedergabe einer pulscodemodulierten Information - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wiedergabe einer pulscodemoduliert empfangenen Information, die in einem Signal mit Phasen-Übergängen einer ersten Art, die mit der Frequenz eines sendeseiligen Taktgebers auftreten, enthalten ist, wobei in den Intervallen zwischen Übergängen der ersten An auftretende Übergänge einer zweiten Art die Informa tion darstellen, mit einem empfangsseitigen Taktgeber mit höherer Frequenz als die des sendeseitigen Taktgebers, mit einer Einrichtung zum periodischen Feststellen der Anzahl Π\ der Perioden des empfangssel· tigen Taktgebers zwischen zwei aufeinander folgenden Übergängen der ersten Art und zum Laden eines Rückwärtszählers mit dieser Anzahl, mit einer Einrichtung zum Verringern des Inhalts des Rückwärtszählers mit einer höheren Frequenz als derjenigen des empfangsseitigen Taktgebers lind mit einer Einrichtung zum Feststellen eines Obergangs der zweiten Art während eines mit einem Obergang der ersten Art beginnenden, einer Anzahl πι von Perioden des empfangsseitigen Taktgebers entsprechenden Zeitintervalls, in dem der Inhalt des Rückwärtszählers größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet ist ein Informationsaustausch (-übertragung) im Zeitmultiplexverfahren.

ίο Das Pulscodemodulation-Verfahren (PCM-Verfahren) wird immer häufiger zur Übertragung nicht nur analoger, sondern vor allem numerischer Information angewandt, weil es besonders unempfindlich gegen Störungen ist

Eine PCM-Obertragung in einem zweiphasigen Code erfordert sendeseitig einen Taktgeber, der die Sendefolge festlegt, wobei in jeder Periode des Taktgebers eine Information ausgesendet wird. Jeder zweite Takttignal-Obergang wird als Übergang der ersten Art bezeichnet und ständig zur Empfangsseite übertragen. Die dazwischen liegenden Taktsignal-Übergänge entsprechen den Zeitpunkten, in denen man von einem zum nächsten Wert der zu übertragenden Information übergeht. In diesen Zeitpunkten, die als Zeitpunkte der zweiten Art bezeichnet werden, kann effektiv ein Übergang, der als Übergang der zweiten Art bezeichnet wird, in dem übertragenen Signal (v enn sich die Phase nicht ändert) oder kein derartiger Übergang (wenn sich die Phase ändert) vorhanden sein.

JO Die Dekodierung der Information auf der Empfangsseite erfordert die Verwendung eines Signals, das mit den Übergängen der ersten Art synchronisiert ist. Eine mögliche Lösung besteht in der Übertragung des sendeseitigen Taktsignals auf die Empfangsseite. Diese

Lösung erfordert jedoch eine zusätzliche Übertragungsleitung und erhöht die Störanfälligkeit.

Man hat daher bereits empfangsseitig zur Vermeidung einer zusätzlichen Übertragungsleitung ein Taktsignal mit der gleichen Periode wie ^s sendeseitige Taktsignal erzeugt. Von jedem Übergang des codierten Empfangssignals an wird festgestellt, ob innerhalb eines Intervalls mit vorbestimmter Dauer, die zwischen der halben und ganzen Taktperiode liegt, ein Übergang auftritt oder nicht. Auf diese Weise werden die fehlenden Übergang' festgestellt, die zwangsläufig von der zweiten Art sind, so daß die Folge der übertragenen numerischen Werte wiedergegeben werden kann.

Um auf diese Weise eine möglichst fehlerfreie Wiedergabe zu erzieleii, muß jedoch dafür gesorgt sein.

daß kein zu großer Gangunterschied zwischen dem sendeseitigen und dem empfangsseitigen T.iktgeber aufintt. Wenn der Gangunterschied so groß ist daß die benutzte Demodulationszeit kürzer als eine Halbwelle oder langer als eine vollständige Periode des sendeseitigen Codierungs-Taktgebers ist, wird empfangsseitig eine falsche Information wiedergegeben.

Das Problem wird noch dadurch erschwert, daß im allgemeinen empfangsseitig ein digitales Signalfilter verwendet wird, das eine Verzögerung eines Empfangssignalübergangs um eine Periode des empfangsseitigen Filter-Taktgebers, öder sogar um zwei Perioden beim Auftreten von Störimpulsen, gegenüber benachbarten Übergängen bewirken kann. Die relative Stabilität des sendeseitigen Taktgebers Und der empfangsseitigen Zeiteichung müssen daher um so größer sein, je wirksamer das Filter sein soll. Bei bislang hergestellten Einrichtungen war es schwierig, diese Abhängigkeit zu überwinden.

λ Π ti

Λ Λ [\ LtZl

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei Einrichtungen mit zwar sich langsam ändernder, aber hoher Frequenzabweichung. Dies ist bei Einrichtungen von Kraftfahrzeugen der Fall, bei denen sich die Frequenz aufgrund von Temperaturschwankungen im Verhältnis von 1 : 2$ ändern kann.

Zur Lösung dieses Problems könnte daran gedacht werden, eine bekannte Lösung anzuwenden, die zur Kompensation v>;i Geschwindigkeitsänderunger; beim Abwickeln eines Magnetbandes dient (FR-PS 2136 906). Hierbei werden in der Zeit zwischen Obergängen der ersten Art die Impulse eines Taktgebers gezählt und mit einem Faktor, der kleiner als eins ist, multipliziert, um die Zeitintervalle festzulegen, in denen die Übergänge der zweiten Art festgestellt werden. Eine derartige Lösung wäre jedoch unzureichend, wenn sich die Frequenz in weiten Grenzen ändert. Auch die Multiplikation mit einem anderen Faktor als zwei ist äußerst kompliziert. Wenn mit der gleichen Geschwindigkeit rückwärts gezählt wird, mit der vorwärts gezählt wird, mußte der Schweüwert geändert werden, um ein einwandfreies Funktionieren sicherzustellen, weil sich die Anzahl der Impulse in der Zeit zwischen zwei Übergängen der ersten Art in einem großen Bereich ändert.

Es ist auch schon eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art bekannt (DE-OS 26 42 422), bei der der Rückwärtszähler mit der 1,1 bis lJ25fachen Frequenz des Vorwärtszählers heruntergezählt und festgestellt wird, ob vor dem Nulldurchgang ein Phasen-Übergang der zweiten Art stattfindet oder nicht. Auch hier bereitet es Schwierigkeiten, die Frequenz für den Rückwärtszähler festzulegen. Dies gilt insbesondere, wenn die Größe des für die Entscheidung maßgebenden Zeitintervalls änderbar sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff anzugeben, bei der die Speisefrequenz des Rückwärtszählers auf einfachere Weise zur Verfugung gestellt und trotzdem die Größe des für die Ei !scheidung maßgeblichen Zeitintervalls w frei gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speisefrequenz des Rückwärtszählers doppelt so groß ist wie diejenige des empfangsseitigen Taktgebers und daß eine Vergleichseinrichtung den Inhalt des Rüjkwärtszählers mit einem vorbestimmten negativen Schwellwert vergleicht, der so gewählt ist. daßni/2<n₂<ni ist.

Da die Frequenzen für den Vorwärtszähler und für den Rückwärtszähler im Verhältnis 1 : 2 stehen, läßt sich die eine leicht aus der anderen gewinnen, beispielsweise mit Hilfe eine 3 einfachen Teilers. Da im Vergleich zur Vorwärtszählung mit doppelter Frequenz rückwärts gezählt wird, ist das für den Vergleich maßgebende Zeitintervall irgendwo in der zweiten Hälfe des Intervalls zwischen zwei Übergängen der ersten Art beendet. Durch Wahl des Schwellwerts kann man die Größe dieses Intervalls nach Belieben festlegen.

Wenn die Übergänge der zweiten Art genau in der Mitte zwischen zwei Übergängen der ersten Art auftreten, kann unter Einhaltung der erforderlichen Genauigkeit und Zuverlässigkeit ein fester Schwellwert, der nahe bei Null liegt verwendet werden.

Die Vorrichtung ist auch wenig empfindlich, wenn Abweichungen der Frequenz auftreten, auch solche mit großer Amplitude,

Hierbei werden die mit f vsntuellen Gangunterschieden zwischen senden und empfangsseitigem Taktgeber verbundenen Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß empfanssemg ein periodischer Takt der Codierungstaktperiode gebildet wird. Dieser Takt kann dadurch gebildet werden, daß die Anzahl der Perioden des empfangsseitigen Taktgebers in ein oder mehreren Intervallen zwischen Übergängen der ersten Art mit so hoher Frequenz gezählt wird, daß eine Abweichung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Takten vernachlässigbar ist In der Praxis wird ein im wesentlich fester Takt gebildet, wobei jeder Takt einem Intervall zwischen Übergängen der ersten Art entspricht.

Wenn die Informationswiedergabevorrichtung (bzw. Demodulationsvorrichtung) eingangsseitig ein numerisches Filter aufweist, dient vorzugsweise der Taktgeber dieses Filters als empfangsseitiger Taktgeber. Dies ergibt einen verhältnismäßig einfachen Aufbau der Wiedergabevorrichtung.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigt

F i g. ! verschiedene Möglichkeiten der '"!bertragung von binärcodierten Werten in Form einer zweiphasigen Pulscodemodulation,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Bestandteile der erfindungsgemäßen Wiedergabevorrichtung und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Signalen, die an verschiedenen Stellen der Vorrichtung nach Fig. 2 auftreten.

Zunächst sei an Einzelheiten bezüglich der Übertragung von zweiwertigen numerischen Informationen in zweiphasiger Pulscodemodulation erinnert. Die Zeilen B und C der Fig. 1 stellen jeweils eine Folge zu übertragender Binärwerte als Beispiel dar, wobei die Informationsfolge im Richtiingsschreibverfahren (ohne Rückkehr zu Null) dargestellt ist. Jeder Wert wird während der Dauer einer Periode Feines Codierungstaktgebers (Zeile Λ) übertragen. Dabei sind men cre zweiphasige Codes anwendbar. In allen Fällen findet ein Phasen-Übergang, der nachstehend als »Übergang erste· Art« bezeichnet wird, bei einer vorbestimmten Flznke des vom Taktgeber erzeugten Taktsignals statt. Bei dem in Fig. I dargestellten Fall ist es die Rückflanke.

Mehrere zweiphasige Codierungsarten sind anwendbar. Bei der Codierungsart L(ZeUe Din Fig. 1) tritt eine Phasenumkehr, die nachstehend »Übergang zweiter Art« genannt wird, mit der Vorderflanke (Anstiegsflanke) des Taktsignals auf. wenn der in dieser Periode zu übertragende Wert gleich dem in der vorhergehenden Periode übertragenen Wert ist. Bei der Codierungsart M (Zeile E) findet ein Übergang zweiter Art in einer bestimmten Periode statt, wenn der in dieser Periode zu übertragende Wert Null ist.

Andere Codierungsi.-ten sind ebenfalls anwendbar.
Man sieht, daß in allen Fällen in gleichen Zeitabständen T Übergänge auftreten, wenn der sendeseitige Codierungstaktgeber stabil ist (Zeile F). Die Übergänge der zweiten Art treu,ι zwischen bestimmten Übergängen der ersten Art auf (Zeile G), und zwar in der Mitte jeder Periode, wenn der Tastgeber ein Impuls-Pausen-Verhältnis von gen ,u eins (bzw. ein Tastverhältnis von 0,5) hat. Die Wiedergabevorrichtung muß die gesendete Wertefolge von der Abwesenheit oder Anwesenheit dieser Übergänge an rekonstruieren bzw. wiedergeben, wobei die Wiedergabe selbst dann fehlerfrei bleibt, wenn sich das Zeitmaß des Codierungstaktgebers ändert, was zwanesläufie eine Änderung von T zur

Folge hat.

Die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung hat dngangsseitig ein digitales Filter 10, das in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann. Das als Beispiel dargestellte Filter 10 besitzt zwei D-Flipflops 11 und 12, die durch zwei NOR-Glieder und ein exklusives ODER-Glied 15 (auch ANTIVALENZ-Glied genannt) verbunden sind. Das Filter 10 ist an einen empfangsseitigen Taktgeber 16 angeschlossen, dessen Frequenz höher als· die des sendeseitigen Taktgebers ist. In der Praxis genügt es, wenn die Frequenz etwa zwanzigmal höher al? die des Codierungstaktgebers ist. Die am Ausgang 17 des Filters 10 auftretenden Signale werden dem einen Eingang eines exklusiven ODER-Gliedes 18 zugeführt. Der Einfachheit halber sei unterstellt, daß die empfangenen Signale entsprechend dem Code L moduliert sind und den in Zeile 17 der Fig.3 dargestellten Verlauf haben. Das Ausgangssignal des exklusiven ODER-Gliedes 18 wird einpr Diffprpnyiprirhalinncx 1Q ^uapführt die bei jeder Anstiegsflanke des ihr vom exklusiven ODER-Glied 18 zugeführten Signals einen Impuls abgibt. Diese Impulse werden dem Null-Rückstelleingang 20 eines Vorwärtszählers 21 zugeführt. Als Beispiel ist ein Vorwärtszähler mit vier Binärstellen dargestellt. Die vier Stellen sind mit einem Vergleicher 22 verbunden, dessen Ausgang 23 so lange ein Signal abgibt, wie keine Identität zwischen dem Inhalt des Vorwärtszählers 21 und einem voreingestellten Wert besteht. Der vorangestellte Wert ist in Abhängigkeit von den relativen Frequenzen des sendeseitigen Codierungstaktgebers und des empfangsseitigen Taktgebers 16 gewählt. Der Zähleingang des Vorwärtszählers 21 ist mit dem Ausgang eines UND-Gliedes 32 verbunden. Dieses UND-Glied 32 erhält an seinem einen Eingang das Ausgangssignal des Vergleichers 22 und an seinem anderen Eingang das Taktsignal des Taktgebers 16 nach Halbierung seiner Frequenz über einen Frequenzteiler 33.

Der Vorwärtszähler 21 ist ferner mit einem programmierbaren Rückwärtszähler 24 verbunden, dessen Ladeeingang die Au'Sgangsimpulse der Differenzierschaltung 19 ebenfalls, zugeführt werden. Dem Zanieingang des Kuckwärtszahlers 24 wird das Taktsignal vom Taktgeber 16 zugeführt.

Der Rückwärtszähler 24. der ebensoviele Binärstellen wie der Vorwärtszähler 21 aufweist, ist mit einem Vergleicher 26 verbunden, der ein Ausgangssignal abgibt wenn er eine Übereinstimmung zwischen dem Inhalt des Rückwärtszählers und einem voreingestellten Wert feststellt Das Übereinstimmungssignal wird einem D-Flipf!oD 27 zugeführt dessen Ausgang Q einerseits mit dem zweiten Eingang des exklusiven ODER-Gliedes 18 und andererseits mit dem Ladeeingang eines Schieberegisters 28 verbunden ist dessen Takteingang 29 mit dem Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes 18 verbunden ist

Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird nachstehend anhand von Fig.3 beschrieben, in der zur Bezeichnung der Zeilen die gleichen Bezugszahlen verwendet sind, die in F i g. 2 zur Bezeichnung der Bauteile verwendet werden, deren Signale in der gleichbezeichneteri Zeile in F i g. 3 dargestellt sind.

Das dem exklusiven ODER-Glied 18 über das Filter 10 zugeführte Eingangssignal (Zeile 17 in Fig.3) wird vom exklusiven ÖDER*Glied 18 invertiert, wenn dein Schieberegister 28 über die Leitung 30 ein 1-Signal zugeführt wird, d. h. das exklusive ODER-Glied 18 gibt immer dann ein 1-Signal ab, wenn seine beiden Eingangssignale antivalent (ungleich) sind. Die Differenziefschaltung 19 tastet alle Anstiegsflanken des Wiedergabetaktsignals in der Weise ab, daß diese Anstiegsflanken Übergängen der ersten Art entsprechen.

Der Vorwärlszähler 21 erhält daher bei jedem

Übergang erster Art einen Null-Rückstellimpuls von der Differenzierschaltung 19. Unmittelbar danach beginnt der Zähler 21 mit der halben Frequenz des Taktgebers 16 zu zählen (Zeile 21 der F i g. 3). Wenn der Inhalt des Vririuöpfc^ählsrs 2! einen vorbsstirrirrilcr! ^^ert erreicht der so gewählt ist, daß er die Hälfte der maximalen Anzahl der Perioden des empfangsseitigen Taktgebers überschreitet, die in der Periode des Codierungstaktgebers auftritt, sperrt der Vergleicher 22 das UND-Glied 32.

Der folgende Ausgangsimpuls der Differenzierschaltung 19 bewirkt sukzessiv die Übertragung des Inhalts Πι/2 des Vorwärtszählers 21 in den Rückwärtszähler 24 und da'*n die Rückstellung des Vorwärtszählers 21 auf Null, wobei dieser sofort wieder zu zählen beginnt Die dem Rückwärtszähler 24 zugeführten Taktimpulse bewirken, daß dieser mit dem doppelten der Geschwindigkeit rückwärtszählt, mit der der Vorwärtszähler vorwärtszählt. Bei Abwesentheit eines Übergangs zweiter Art geht der Zählerstand bzw. Inhalt des Zählers am Ende eines Zeitintervalls durch Null, das merklich kleiner als die Dauer T einer Periode des Codierungstaktgebers ist Der an den Rückwärtszähler 24 angeschlossene Vergleicher 26 ist so programmiert daß er nicht schon beim Nulldurchgang des Vorwärts-Zählers ein Ausgangssignal abgibt, sondern erst bei einem etwas negativen Wert z. B. 1100 im Falle eines Vorwärtszählers und eines Rückwärtszählers mit vier Bits (Zeile 24). Auf diese Weise wird vermieden, daß ein Auslöseimpuls am Eingang des D-Flipflops 27 erscheint obwohl ein Übergang zweiter Art vorhanden ist, der relativ zu dem unmittelbar vorhergehenden Übergang erster Art durch das Filter verzögert wäre. Das vom Vergleicher 26 ausgelöste D-Flipflop 27 führt dem Eingang des Schieberegisters (Zeile 30 in Fig.3) ein Signal zu, daß beim Auftreten des nächsten Impulses am Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes 18, d ,- eine Rekonstruktion des Taktsignals darstellt in das Schieberegister übernommen wird.

Wenn dagegen ein Übergang zweiter Art auftritt und den Rückwärtszählvorgang des Rückwärtszählers 24 durch Zuführung eines Signals am Eingang 31 (im Zeitpunkt fi in F i g. 3) sperrt gibt der Vergleicher 26 kein Ausgangssignal ab und weiterhin das gesendete Signal im Richtungsschreibverfahren (ohne Rückkehr zu Null) am Ausgang des D-Flipflops 27 wieder.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 9R Al 1 zLQ ~W · < J. I ^l

1. Vorrichtung zur Wiedergabe einer pulscodemoduliert empfangenen Information, die in einem Signal mit Phasen-Obergängen einer ersten Art, die mit der Frequenz eines sendeseitigen Taktgebers auftreten, enthalten ist, wobei in den Intervallen zwischen Obergängen der ersten Art auftretende Obergänge einer zweiten Art die Information darstellen, mit einem empfangsseitigen Taktgeber mit höherer Frequenz als die des sendeseitigen Taktgebers, mit einer Einrichtung zum periodischen Feststellen der Anzahl /Ji der Perioden des emfpangsseitigen Taktgebers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Obergängen der ersten Art und zum Laden eines Rückwärtszählers mit dieser Anzahl, mit einer Einrichtung zum Verringern des Inhalts des Rückwärtszählers mit einer höheren Frequenz als derjenigen des empfangsseitigen Taktgebers und mit einer Einrichtung zum Feststellen eines Obergangs der zv/dten Art während eines mit einem Übergang der ersten Art beginnenden, einer Anzahl /J2 von Perioden des empfangsseitigen Taktgebers entsprechenden Zeitintervalls, in dem der Inhalt des Rückwärtszählers größer als ein vorbestimmter Wert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisefrequen7 des Rückwärtszahlers (24) doppelt so groß ist wie diejenige des empfangsseitigen Taktgebers (16, 33) und daß eine Vergleichseinrichtung (26) den Inhalt des Rückwärtszählers mit einem vorbestimmten negativen Schwellwert vergleicht, der so gewählt ist,daß n\!2 <ri2<n\ ist.

2. Vorrichtung nach Ai spruch '., dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellw^rt nahebei Null liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Auslöseeinrichtung aufweist, die auf die Obergänge der ersten Art anspricht, die ein exklusives ODER-Glied (18) enthält, dessen einer Eingang (17) so geschaltet ist, daß er die Information empfängt, und dessen anderer Eingang so geschaltet ist. daß er ein Signal erhält, wenn der Inhalt des Rückwärtszählers (24) gleich dem Schwellwert ist. und eine Differenzierschaltung (19) enthält, deren Eingang mit dem Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes (18) und deren Ausgang mit dem Null-Rückstelleingang (20) des Vorwärts/.ählers (21) verbunden ist.