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Verfahren zur Taktsynchronisierung bei der Übertragung
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von digitalen Nachrichtensignalen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Uaktsynchronisisierung bei
der Übertragung von digitalen Nachrichtensignalen auf Zweidrahtübertragungsleitungen
zwischen einer übergeordneten Einrichtung, insbesondere einer PCM-Zeitmultiplex-Vermittlungsstelle,
und einer untergeordneten Einrichtung, insbesondere einer digitalen Deilnehmerstation,
in Form von wenigstens ein Nachrichtensignalwort und ein vorangestelltes Synchronisierwort
umfassendes, für die beiden Übertragungsrichtungen gesendeten Nachrichtensignalblöcken,
wobei die in den beiden Arten von Einrichtungen die Zeitverhältnisse bestimmenden
Taktgeneratoren plesiochrozzueinander arbeiten.
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Bei der erwähnten Übertragung von digitalen Nachrichtensignalen in
Form von Nachrichtensignalblöcken muß in erster Linie dafür Sorge getragen sein,
daß diese Blöcke zeitgerecht empfangen werden, wozu das erwähnte Synchronisierwort
herangezogen wird. Es muß hierbei insbesondere
dafür Sorge getragen
werden, daß eine Nachbildung des Synchronisierwortes durch über einen längeren Zeitraum
hinweg auftretende Nachrichtensignal-Bitkombinationen sowie während der Empfangszeitspannen
der betreffenden Einrichtungen auftretende Störungen nicht zu einer Fehlsynchronisierung
führen. Entsprechende Verfahren, durch die die erwahnten Probleme gelöst werden,
sind in den deutschen Patentanmeldungen P 28 41 855 und P 2842 371 vorgeschlagen
worden.
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Außer der erwähnten Nachrichtenblocksynchronisierung muß jedoch auch
für eine Taktsynchronisierung Sorge getragen sein. Es ergeben sich insofern bei
der vorausgesetzten Betriebsweise Probleme, als in der untergeordneten Einrichtung
den ankommenden digitalen Signalen die Taktinfor mation entnommen werden muß, da
eine getrennte Übertragung des Taktes nicht vorgesehen ist und da während der Sendeperiode
bei der untergeordneten Einrichtung, die, wie erwähnt, immer wechselweise mit einer
Empfangsperiode auftritt, ist eine solche Taktentnahme und dementsprechend eine
Synchronisierung nicht möglich.
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Außer Phasenabweichungen, die durch nichtexakten Gleichlauf der Taktgeneratoren
in den beiden Arten von Einrichtungen bedingt sind, treten auch kurzzeitige, durch
die Übertragung bedingte Phasenschwankungen (Jitter) auf, die durch Temperaturschwankungen
oder durch Schwankungen der Versorgungsspannung bedingt sind. Da die Phasenschwankungen
im Gegensatz zu den ersterwähnten Phasenabweichungen sich nicht aufsummieren, sollen
sie, sofern sie eine bestimmte Größe nicht überschreiten, bei der Taktsynchronisierung
unberUcksichtigt bleiben, also nicht zu einer Neueinstellung der Phasenverhältnisse
führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren ansugeben, das den
erwähnten Forderungen gerecht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Zusammenhang mit dem eingangs
erwahnten Taktsynchronisierungsverfahren dadurch gelöst, daß bei der untergeordneten
Einrichtung vom durch den Taktoszillator festgelegten Bittakt drei sich jeweils
periodisch wiederholende Gruppen unmittelbar aufeinander folgender Zeitspannen abgeleitet
werden, von denen die jeweils zweite einer Gruppe mit einer Flat> ke der Bittaktimpulsfolge
zusammenfällt, daß ferner aus einer Impulsflanke von Bits der von der übergeordneten
Einrichtung her empfangenen Nachrichtensignalblöcke jeweils ein Empfangs impuls
abgeleitet wird, daß durch Phasenvergleich festgestellt wird, ob ein solcher Empfangsimpuls
in eine der erwähnten Zeitspannen fällt, daß, sofern dies nicht der Fall ist, zwischen
dem Bittakt der untergeordneten Einrichtung und einem Empfangs impuls einmalig Phasengleichheit
hergestellt wird, daß, sofern ein solcher Empfangs impuls in eine zweite der erwähnten
Zeitspannen fällt, die Zeitverhältnisse unverändert gelassen werden, daß, sofern
ein solcher Empfangsimpuls in eine erste oder eine dritte der erwähnten Zeitspannen
fällt, dieser Umstand registriert wird, und daß, wenn innerhalb eines vorgegebenen
Zeitbereichs eine vorgegebene Anzahl solcher gleichartige Zeitspannen betreffender
Registrierungen vorliegt, die Periode des vom aktgenerator der untergeordneten Einrichtung
bestimmten Bittakh sofern die ersten Zeitspannen betroffen sind, vorübergehend verkürzt
und, sofern die dritten Zeitspannen betroffen sind, vorübergehend verlängert wird.
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Auf diese Art und Weise ist, wie noch eingehender erläutert werden
wird, gewährleistet, daß dann, wenn völlig undefinierte Phasenverhältnisse vorliegen,
sofort eine Synchronisierung der Zeitverhältnisse in der untergeordneten Einrichtung
auf die bei der übergeordneten Einrichtung herrschenden Zeitverhältnisse vorgenommen
wird,.
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daß ferner, sofern die Phasenschwankungen sich in einer vorgegebenen
zulässigen Grenze bewegen, was normalerweise bei den erwähnten übertragungsbedingten
Phasenschwankungen (Jitter) der Fall ist, diese Phasenschwankungen unberücksichtigt
bleiben, und daß, sofern dieser zulässige Schwankungsbereich in der einen oder in
der anderen Richtung jeweils nacheinander mehrmals um ebenfalls innerhalb einer
vorgegebenen Grenze liegenden Betrag überschritten wird, eine einmalige Korrektur
der Phasenverhältnisse in der einen oder in der anderen Richtung vorgenommen wird.
Der letztgenannte Betriebsfall ist nämlich mit großer Wahrscheinlichkeit ein Anzeichen
dafür, daß es sich bei den auftretenden Phasenabweichungen um solche handelt, die
durch nichtbekannten Gleichlauf der Taktgeneratoren bedingt sind und die demnach
ständig zunehmen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird angegeben, wie
dann, wenn der eigentliche Bittakt bei der untergeordneten Einrichtung durch Frequenzuntersetzung
von dem durch den Taktgenerator dieser Einrichtung gelieferten Takt abgeleitet wird,
im Falle einer eine Korrektur erfordernden Abweichung vorgegangen wird, um wieder
Phasengleichheit herzustellen.
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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf zwei Figuren naher
erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchfuhrung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Bestandteil einer untergeordneten Einrichtung
ist.
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Figur 2 zeigt ein die Zeitverhältnisse bei einer untergeordneten Einrichtung
angebendes Zeitdiagramm.
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In der untergeordneten Einrichtung werden die Zeitverhältnisse durch
einen Taktgenerator 1 bestimmt, der beispielsweise mit einer Taktfrequenz von 4,096MHz
arbeitet, siehe hierzu Zeile a in Figur 2.
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Mit Hilfe eines Frequenzteilers 2 wird dieser Takt auf den Bittakt
heruntergeteilt, der der Informationsübertragung auf der Zweidrahtübertragungsleitung
zugrundeliegt, die eine untergeordnete Einrichtung mit einer übergeordneten Einrichtung
verbindet. Dieser Bittakt beträgt beispielsweise 256kHz, siehe Zeile e4 in Figur
2.
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Der Frequenzteiler 2 ist in Form eines vierstufigen Binärzählers aufgebaut,
an dessen Ausgängen die in Figur2 in den Zeilen el bis e4 dargestellten Impulsfolgen
auftreten, won denen, wie erwähnt, die in Zeile e4 dargestellte Impulsfolge die
Bittaktimpulsfolge ist.
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Der Frequenzteiler 2 wird auch dazu ausgenutzt, drei sich jeweils
periodisch wiederholende und unmittelbar aufeinanderfolgende Zeitspannen vom erwähnten
Bittakt abzuleiten, die in Figur 2 in den Zeilen f bis h dargestellt sind. Diese
drei Zeitspannen liegen, wie ein Vergleich der Zeilen e4 und f bis h zeigt, derart,
daß die jeweils zweite dieser Zeitspannen jeweils mit einer Flanke eines Bittsktp£ises
zusammenfällt, daß die jeweils erste dieser Zeitspannen der betreffenden Bittaktflanke
vorangeht, und daß die jeweils dritte dieser Zeitspannen nach der betrefi fenden
Bittaktflanke auftritt.
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Die Anordnung gemäß Figur 1 weist außerdem einen Impulsformer 3 auf,
dem die bei der untergeordneten Einrichtung von der übergeordneten Einrichtung her
ankommenden Informationsblöcke zugeführt werden, und der aus 1-Bits dieser Information
schmale Impulse ableitet, die hier als Empfangs impulse bezeichnet sind. Die Zeile
b in Figur 2 zeigt zwei solche 1-Bits eines Nachrichtensignalblockes,
in
Zeile c sind die von den Anstiegsflanken ds ser 1-Bits abgeleiteten Empfangsimpulse
gezeigt. Die Empfangs impulse c sowie die die erwähnten Zeitspannen ds finierenden
Impulse f, g und h werden einem Phasenvergleicher 4 zugeführt. Dieser Phasenvergleicher
ist so ausgebildet, daß er je nach dem, ob ein Empfangsimpuls c in keines der Zeitintervalle
f, g und h oder in ein bestimmtes dieser Zeitintervalle fällt, jeweils ein gesondertes
Signal an eine Auswertelogik 5 liefert.
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Diese Auswertelogik ist nun so geartet, daß dann, wenn durch den Phasenvergleicher
das Fehlen einer Koinzidenz eines Empfangs impulses mit einem der Zeitintervalle
f, g oder h signalisiert wird, was bedeutet, daß der Takt der untergeordneten Einrichtung
ein undefiniertes Phasenverhältnis zum Bittakt der bei der untergeordneten Einrichtung
ankommenden Information hat, der Frequenzteiler 2 einmalig auf den Empfangsimpuls
c eingestellt wird, sie die gestrichelte Linie auf der linken Seite der Figur 3.
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Signalisiert der Phasenvergleicher, daß der Empfangsimpuls c mit dem
jeweils zweiten der drei Impulse koinzidiert, siehe den schraffierten Bereich in
Zeile g von Figur 2, dann bleiben die Zeitverhältnisse in der untergeordneten Einrichtung
unverändert. Das Intervall gemäß Zeile g ist so bemessen, daß bei einer üblichen
Phasenschwankung eine solche Koinzidenz gewährleistet ist.
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Wenn jedoch der Phasenvergleicher 4 eine Koinzidenz des Empfangs impulses
c mit dem ersten Intervall gemäß Zeile f in Figur 2 oder mit dem dritten Intervall
gemäß Zeile h in Figur 2 signalisiert, also eine größere Phasenabweichung als der
normale Phasenjitter vorliegt, dann wird dieser Umstand in der Auswertelogik 5 zunächst
registriert. Wenn es sich bei.dieser Phasenabweichung um einen einmaligen Vorgang
gehandelt hat, sich also inner
halb der Zeitdauer des betreffenden
Nachrichtensignalblockes eine derartige Koinzidenz mit einem Zeitintervall gemäß
Zeile f oder h in Figur 2 nicht wiederholt, dann hat dies keine Folge für die Zeitverhältnisse.
Wird jedoch innerhalb dieses Zeitbereichs erneut eine solche Koinzidenz im Zusammenhang
mit einem nachfolgenden Empfangsimpuls gemäß Zeile c festgestellt, dann ist dies
ein Anzeichen dafür, daß die Phasenabweichung nicht auf eine momentane Phasenschwankung
zurückzuführen ist, sondern ihre Ursache in fehlendem Gleichlauf des Taktgenerators
1 mit dem entsprechenden Taktgenerator der übergeordneten Einrichtung hat, der den
Bittakt der ankommenden Information bestimmt. Übersteigt die Anzahl der dieselbe
Art von Koinzidenz betreffenden Registrierungen einen vorgegebenen Wert, treten
beispielsweise zwei solcher Registrierungen innerhalb der Zeitdauer des betrachteten
Nachrichtensignalblockes auf, dann veranlaßt die Auswertelogik 5 eine entsprechende
Phasenkorrektur.
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Handelt es sich hierbei um Koinzidenzen mit der Zeitspanne gemäß Zeile
f in Figur 2, dann bedeutet dies, daß der Bittakt der betrachteten und untergeordneten
Einrichtung gegenüber dem Bittakt der übergeordneten Einrichtung nachhinkt. Handelt
es sich um Koinzidenzen mit Zeitintervallen gemäß Zeile h in Figur 2, dann liegt
ein Voreilen des Teilnehmertaktes vor.
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Unter der vorstehend angegebenen Voraussetzung, daß der Frequenzteiler
in Form eines Binärzählers aufgebaut ist, wird gemäß weiterer Ausgestaltung der
Erfindung im Falle eines Nacheilens des Bittaktes der betrachteten untergeordneten
Einrichtung, wenn also zur Korrektur die BittidF periode in der untergeordneten
Einrchtung vorübergehend verkürzt werden muß, der Zählerstand des die FrequensteiT
lung bewirkenden Zählers um 1 übersprungen. Liegt hinge-
gen ein
Voreilen des Bittaktes der untergeordneten Einrichtung vor, muß also die Bittaktperiode
verlängert werden, dann wird durch ein entsprechendes Signal der Auswertelogik bewirkt,
das der die Frequenzteilung bewirkens de Zähler wahrend zweier vom Taktgenerator
1 gelieferter Zählimpulse denselben Zählerstand beibehält.
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Mit Rücksicht auf weitere hier nicht dargestellte Bestandteile der
untergeordneten Einrichtung, wozu beispielsweise eine Anordnung zur Analog-Digital-Wandlung
und Digital-Analog-Wandlung (Codec) gehört, kann es zweckmäßig sein, die geschilderte
Korrektur nicht unmittelbar nach Feststellung ihrer Notwendigkeit vorsunetmen, sondern
zu einem späteren, im Hinblick auf den Betrieb der betrachteten Anordnung günstigeren
Zeitpunkt. Dieser Zeitpunkt wird von einem durch den Bittakt weitergeschalteten
Stationszähler 8 angegeben, der die Auswertelogik5 zu diesem Zeitpunkt zur Abgabe
des Korrekturbefehls veranlaßt.
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2 Patentansprüche 2 Figuren