DE2942245A1

DE2942245A1 - Schaltungsanordnung fuer den empfaenger eines datenuebertragungssystems

Info

Publication number: DE2942245A1
Application number: DE19792942245
Authority: DE
Inventors: Francesco Dipl Ing Fiumani
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1980-04-30
Also published as: BR7906668A; FR2439512A1; AU524779B2; AR221508A1; US4272845A; GB2036512A; IT1159939B; IT7828849A0; GB2036512B; CA1123058A; AU5181479A

Description

Schaltungsanordnung für den Empfänger eines Datenübertragungssystems.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere handelt es sich um ein System zum Datenempfang über die sogenannte Fernsprechprimargruppe, wobei gemäß der CCITT-Empfehlung V36 unter Einseitenband-Amplitudenmodulation bei unterdrücktem oder gedämpftem Träger ein dreistufiges Signal moduliert wird, das man durch Codierung im sogenannten Pseudo-Mehrstufen-Code ("Partial-response"-Technik Klasse IV) erhält (vgl. z.B. Becker, Kretzmer und Sheehan, "A new signal format for efficient data transmission" - BSTJ Mai und Juni 1966). Das Leitungssignal setzt sich aus dem gedämpften 100-kKz-Träger und dem modulierten Signal zusammen, dessen Frequenzspektrum als Sinusbogen geformt ist und links vom Träger ein Frequenzband belegt, das der Hälfte der Bitfrequenz entspricht. Die sendeseitige Behandlung des Signals erfordert empfangsseitig zwei hintereinandergeschaltete Stufen, nämlich einen Amplitudendemodulator zur Gewinnung des dreistufigen Basisbandsignals aus dem von der Leitung kommenden Signal und einen Decodierer zur Erzeugung des binären Datensignals aus dem dreistufigen Basisbandsignal. Hinsichtlich des Amplitudendemodulators, für den sich bekannte Schaltungsanordnungen eignen, bestehen keine besonderen Schwierigkeiten. Für die richtige Arbeitsweise des Decodierers ergeben sich jedoch Probleme: Da kein Pilotton gesendet wird, muß das Abtastsignal zur Decodierung (der normalerweise mit C115 bezeichnete Empfangstakt) aus dem Basisbandsignal gewonnen werden. Ferner ist das Basisband verzerrt, da das Leitungssignal mit dem aus ihm selbst gewonnenen Träger moduliert wird, und die

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Trägerfrequenz anders phasenverzerrt wird als das modulierte Signal. Das sogenannte Augendiagramm des Basisbandsignals zeigt sich um so geschlossener, je größer der Unterschied (Phasenfehler) zwischen der tatsächlichen Phase des Modulationsträgers und der idealen Phase ist, bei der die maximale Öffnung des Augendiagramms möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche die genannten Probleme behebt und den Phasenfehler so korrigiert, daß unabhängig von den Leitungsbedingungen stets eine größtmögliche Öffnung des Augendiagramms ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst.

Die gewünschte Korrektur des Phasenfehlers ist möglich, da die Schaltung zur Synchronismus-Wiederherstellung ein Abtastsignal liefert, dessen (zur Decodierung benutzte) signifikanten übergänge stets mit der Mitte des Augendiagramms zusammenfallen, und zwar unabhängig von der Öffnung, also selbst dann, wenn das Diagramm geschlossen ist. Das Lesen bzw. Abtasten des Basisbandsignals während zweckmäßiger Übergänge des Abtastsignals liefert am Ausgang eines Tiefpaßfilters eine dem Phasenfehler proportionale Spannung. Diese Spannung kann zur Phasenverschiebung des an den Demodulator angelegten Trägers und somit zur Realisierung einer automatischen Regelung verwendet werden, welche die Spannung und mit ihr den Phasenfehler auf Null herabsetzt.

An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Schaltung RS zur Synchronismus-Wiederherstellung;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Phasenfehler-Meldeschaltung RE; und

Fig. 4 eine Ausführungsform der Phasenverschiebungsschaltung Δ φ .

In Fig. 1 ist durch Strichlinien die Amplituden-Demodulationsstufe DM angedeutet, die von der Leitung L das mit dem Modulationsträger P modulierte Signal empfängt und das Basisbandsignal BB erzeugt. Die Demodulationsstufe enthält ein Empfangsfilter FR, einen Amplitudendemodulator DA und ein Filter FP zur Ausfilterung des Trägers P. Von den bisher bekannten Schaltungen weicht die Demodulationsstufe dadurch ab, daß sie eine Phasenverschiebungsschaltung Δφ enthält, welche die Phase des an den Demodulator DA tatsächlich angelegten Trägers P¹ ändern kann. Eine bevorzugte Ausführungsform der Phasenverschiebungsschaltung ist in Fig. 4 dargestellt.

Das dreistufige Basisbandsignal BB gelangt in eine (in Fig. 2 genauer dargestellte) Schaltung RS zur Synchronismus-Wiederherstellung, in eine an sich bekannte und daher nicht näher beschriebene Decodierschaltung DS sowie in eine (in Fig. genauer dargestellte) Phasenfehler-Meldeschaltung RE, welche die Phasenverschiebungsschaltung Δφ steuert.

Die Amplitude des Basisbandsignals ist zeitlich nicht immer konstant und hängt insbesondere von den Dämpfungseigenschaften der Leitung ab. Aus diesem Grund ist die in Fig. 1 dargestellte Bezugsspannungsschaltung PR vorgesehen, die aus einem Paar gleicher, miteinander in Reihe geschalteter und mit ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt an Massepotential liegenden

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Kondensatoren C₂, den an den Enden des Kondensatorpaars zueinander entgegengesetzt gepolt angeschlossenen Dioden D₁ bzw. D2 und aus einem parallel zu den Kondensatoren geschalteten Widerstandsspannungsteiler besteht. Die Bezugsspannungsschaltung liefert darstellungsgemäß zwei Paare von symmetrischen Bezugsspannungen +V und -V bzw. +V" und -V", deren Werte in genauen Beziehungen oder Verhältnissen zum Spitzenwert des Basisbandsignals stehen, die bei Spitzenwertänderungen des Basisbandsignals unverändert bleiben. Die Eigenschaft der Eezugsspannungen, sich in Abhängigkeit von dar Eingangssignalamplitude des Empfängers zu ändern, macht automatische Verstärkungsregelschaltungen überflüssig.

In Fig. 2 ist schematisch eine Ausführungsform für die Schaltung RS zur Synchronismus-Wiederherstellung dargestellt, welche eine besondere Eigenschaft des Basisbandsignals ausnutzt. Ist das ursprüngliche Binärsignal pseudozufällig und wird das entsprechende Basisbandsignal durch Schwelleneinrichtungen mit zweckmäßig gewähltem Wert nicht-linear begrenzt (z.B. 3/5 der maximalen Augendiagramm-Öffnung), so weist das Frequenzspektrum des resultierenden Signals eine Komponente auf, die in Frequenz und Phase mit dem idealen Abtastsignal übereinstimmt, so daß die Signalübergänge mit der Mitte des Augendiagramms zusammenfallen. Diese Signalkomponente hat zudem eine Amplitude, die von den benachbarten Linien des Spektrums unterschieden werden kann.

Die hier beschriebene Schaltung unterscheidet sich von vergleichbaren bekannten Schaltungen im wesentlichen dadurch, daß sie zwei Schwellenkreise S₁ und S₂ enthält, deren Bezugsspannungen +V gegen Masse symmetrisch sind. Wenn mittels des Suiranierkreises S₃ in Form eines Differenzverstärkers die an den Ausgängen der beiden Vergleicher, d.h. der Schwellenkreise

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vorliegenden Signale summiert werden, dann addieren sich in der Amplitude nur die Komponenten, die in Phase mit dem idealen Abtastsignal sind, wodurch das Verhältnis zwischen der Nutzsignalamplitude und der Amplitude der benachbarten Linien des Spektrums wesentlich verbessert wird. Dies ermöglicht die Verbesserung der isochronen Verzerrung des Empfangstaktes C115 und die Verminderung der an das Bandpaßfilter F und an einen Oszillator PLL in Form eines Phasenregelkreises ("phase-locked loop") gestellten Anforderungen. Der in üblicher Weise quarzgesteuerte Oszillator PLL erzeugt den Empfangstakt.Der mit dem Ausgang des Eandpaßfilter F verbundene Spannungsmesser V mißt die Amplitude der Nutzsignalkomponente und kann zum Handabgleich der Phasenverschiebungsschaltung Δφ verwendet werden (vgl. Fig. 4).

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Phasenfehler-tieldeschaltung RE. Wie erwähnt, erfährt die Trägerfrequenz durch die Gruppenlaufzeit der Verbindung bzw. Leitung eine Phasenverzerrung, die von derjenigen des modulierten Signals abweicht, was sogenannte Nachbarsymbolstörungen auf dem Basisbandsignal, Schließung des Augendiagramms und Verschlechterung der Fehlerrate bei gleichem Rauschabstand am Empfängereingang zur Folge hat.

Zur Meldung des Phasenfehlers wird das dreistufige Basisbandsignal (+ 1;0) während zweckmäßig gewählter Übergänge des Abtastsignals gelesen bzw. abgetastet. Da die Signaltibergänge +1, 0 und +1 oder -1, 0 und -1 keine Information über den Phasenfehler liefern, werden nur die Übergänge mit positivem Anstieg, d.h. -1, +1 oder -1, 0, +1 bzw. mit negativem Anstieg, also +1, -1 oder +1, 0, -1 ausgewählt.

Liegt kein Phasenfehler vor, so hat das Basisbandsignal bei den gewählten Übergängen eine Amplitude Null. Eilt der

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Phasenfehler vor, so hat das Basisbandsignal während der mit positivem bzw. negativem Anstieg gewählten übergänge einen positiven (bzw. negativen) Amplitudenfehler. Bei der hier beschriebenen Schaltungsanordnung wird dieser Amplitudenfehler, der dem Phasenfehler proportional ist, durch Änderung der Phase des an den Demodulator DA angelegten Trägers korrigiert. Hierzu erzeugt die Phasenfehler-Meldeschaltung RE aufgrund des Wertes des BB-Signals während der oben erläuterten Zeitpunkte und bei dem Anstieg des Signals selbst ein Fehlersignal V , das die Phasenverschiebungsschaltung Δφ steuert, und dessen Vorzeichen und Amplitude sich so ergeben, daß der Phasenfehler theoretisch zu Null wird.

Die Phasenfehler-Meldeschaltung RE enthält zwei Schwellenkreise S₄ und S₅, in welchen das Basisbandsignal BB mit zwei symmetrischen Bezugsspannungen +V" verglichen wird, die vorzugsweise mittels des Widerstandsteilers der Bezugsspannungsschaltung PR nach Fig. 1 erzeugt werden und der Hälfte der maximalen Amplitude des Augendiagramms entsprechen. Die Ausgänge der Schwellenkreise S₄ und S₅ sind mit den Eingängen einer bistabilen Kippschaltung FF vom Setz-Rücksetz-Typ verbunden, deren Ausgänge an die ersten Eingänge von zwei UND-Glieder P₁ bzw. P_ geschaltet sind, deren zweite Eingänge durch die Schwellenkreise S₄ bzw. S₅ gesteuert sind, während an die jeweils dritten Eingänge eine regelmäßige Folge C115' von sehr kurzen Impulsen angelegt ist, die das gleiche Vorzeichen und eine zweimal so hohe Frequenz wie der Empfangstakt C115 haben und aus diesem durch ein Differenzierglied D erzeugt werden.

Die Schalter I₁, I₂ und I₃, I₄ bilden mittels der in der dargestellten Weise geschalteten Kondensatoren C und C₁ zwei Speicherketten, welche von den Abtastwerten des Basisbandsignals durchlaufen werden. Das den ersten Schalter I., der

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in Fig. 3 unteren Kette und den zweiten Schalter I„ der oberen Kette steuernde Ausgangssignal a des UND-Gliedes P₁ besteht aus Impulsen der Folge C115¹, v/enn das Signal im Bereich 0 vorliegt, vom Bereich +1 kommt und zu dem Bereich -1 gerichtet ist. Das die beiden anderen Schalter I₁ und I. steuernde Ausgangssignal b des UND-Gliedes P₂ besteht aus Impulsen der Folge C115¹, wenn das ßasisbandsignal im Bereich 0 vorliegt, vom Bereich -1 kommt und zu dem Bereich +1 gerichtet ist. Durch die obere Kette gehen daher die Abtastwerte für den positiven Anstieg und über die untere Kette die Abtastwerte für den negativen Anstieg. Die aus den beiden Ketten kommenden Signale werden mittels eines Operationsverstärkers Sg einer Differenzbildung unterzogen, damit als Fehlersignal V eine Spannung erzeugt wird, die dem Phasenfehler proportional ist und das richtige Vorzeichen hat.

Die "kreuzweise" Steuerung der Ketten (a steuert I- und I-, b steuert I₁ und I₄) vermeidet, daß Signalabtastwerte für die Übergänge +1, 0, +1 und -1, 0, -1, welche keine Information über den Phasenfehler liefern, von den Kondensatoren C zu den Kondensatoren C₁ übertragen v/erden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die genannten Schalter aus Abtast- und Haltekreisen an sich bekannter Art ("sample and hold") mit FET-Transistoren und als Folgeglieder dienenden Operationsverstärkern.

Zusammen mit den dargestellten Widerständen bildet der Kondensator C₂ ein Tiefpaßfilter, so daß am Ausgang des Operationsverstärkers S, ein Fehlersignal V vorliegt, das so kontinuierlich wie möglich ist, um die Phasenverschiebungsschaltung Δφ zu steuern. Diese besteht im wesentlichen aus einer an sich bekannten Schaltung, in welcher sich ein Operationsverstärker befindet und der die Größe der Phasen-

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verschiebung bestimmende Widerstand ein FET-Transistor ist, an dessen Gate-Elektrode das Fehlersignal V angelegt ist. Die Bestandteile und Anordnung einer bevorzugten Ausführungsforrn der Schaltung Δφ sind Fig. 4 zu entnehmen.

Außer ihrer Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften und von den Verlegungsverhältnissen der Leitung ist die Größe der von der Leitung eingeführten Gruppenlaufzeit nicht zeitlich konstant, sondern sie ändert sich innerhalb eines mehr oder weniger weiten Wertebereiches in Abhängigkeit von der Temperatur und mit dein Altern der Bauelemente. Es ist also zweckmäßig, bei der Installation eine manuelle Einstellung vorzunehmen und eine automatische Regelung vorzusehen, die die durch klimatische Einflüsse und Alterung bedingten Änderungen ausgleicht. Die Phasenverschiebungsschaltung Δφ hat daher vor (oder hinter) dem durch das Fehlersignal V gesteuerten Phasenverschiebungsglied ein ähnliches weiteres Glied, dessen Wirkung durch das Potentiometer R.. geregelt werden kann. Bei der Inbetriebsetzung des Systems kann die Schaltung Δφ dadurch abgeglichen werden, daß der FET-Transistcr F mittels des Schalters SCH durch einen Widerstand R ersetzt wird, dessen Viert gleich dem Widerstandswert des FET-Transistors beim Fehlersignal V der Größe Null ist, und das Potentiometer R- so eingestellt wird, daß die am Spannungsmesser V angezeigte Amplitude der Spektralkomponente, die in Phase mit dem idealen Empfangstakt ist und durch die Schaltung RS zur Synchronismus-Wiederherstellung gewonnen wird, maximal wird. Bei einem derartig realisierten System ist die Amplitude dieser Komponente proportional der öffnung des Augendiagramms.

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Claims

PATENTA!»'W/ I.TE

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. IN«. WOLKGANG HEDSLER

MAH1A-THKHKSIA STHASSE 22 POSTFACH «β OH HX

D-8(X)O MUENCUEN 8β

TELEFON Ο8Ο/47β9Οβ 47 OH 19

TELEX |)22β3β TELEUKAMM SOMBBZ

DU 415

Ital.Anm.Nr.23849 A/78 10659/H/Ro.

vom 18.10.1978

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a.
Piazzale Zavattari 12, Mailand/Italien

Patentansprüche

1«) Schaltungsanordnung für den Empfänger eines mit Einseitenband-Amplitudenmodulation und gedämpftem Träger arbeitendes Datenübertragungssystem mit einem Amplitudendemodulator zur Gewinnung eines dreistufigen Basisbandsignals aus dem von der Leitung des Systems kommenden Signal, einer Schaltung zur Synchronismus-Wiederherstellung, die aus dem Basisbandsignal den Empfangstakt erzeugt, einer durch den Empfangstakt gesteuerten Decodierschaltung zur Gewinnung des Datensignals aus dem Basisbandsignal und einer Meldeschaltung zur Feststellung des Phasenfehlers zwischen dem dem Leitungssignal entnommenen Träger und dem idealen Demodulationsträger und zur Erzeugung eines den Phasenfehler beseiti-

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ORIGINAL INSPECTED

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genden Fehlersignals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsspannungsschaltung (PR) vorgesehen ist, die mindestens ein Paar zueinander bezüglich Massepotential symmetrischer Spannungen (+V) erzeugt, deren Amplitude dem Spitzenwert des Basisbandsignals proportional ist, daß die Schaltung (RS) zur Synchronismus-Wiederherstellung zwei Schwellenkreise (S.. , S„) enthält, welche das Basisbandsignal mit den beiden symmetrischen Spannungen (+V) vergleichen, daß an die Ausgänge der Schwellenkreise (S₁ , £~) ein Summierkreis (S^) geschaltet ist, der ein Eandpaßfilter (F) speist, und daß das vom Bandpaßfilter (F) kommende Signal mit der Bitfrequenz einen phasengeregelten Oszillator (PLL) steuert, der den Empfangstakt (C115) erzeugt.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenfehler-Meldeschaltung (RE) zwei Schwellenkreise (S₄, S₅) enthält, die das Basisbandsignal (BB) mit einem Paar von der Bezugsspannungsschaltung (PR) erzeugter symmetrischer Spannungen (+ V") vergleichen, und deren Ausgänge mit dem jeweils ersten Eingang eines ersten bzw. eines zweiten Torgliedes (P. bzw. P-) sowie mit dem Setz-Eingang bzw. dem Rücksetz-Eingang einer bistabilen Kippschaltung (FF) verbunden sind, daß der direkte bzw. der negierte Ausgang der Kippschaltung (FF) an den jeweils zweiten Eingang des ersten bzw. des zweiten Torgliedes (P₁, P₂) geschaltet sind, daß an den jeweils dritten Eingängen der zweiten Torglieder (P-, P-) eine durch Differenzieren des Eingangstaktes (C115) erzeugte Impulsfolge (C115¹) liegt, daß die Meldeschaltung (RE) ferner zwei miteinander in Reihe geschaltete, an ihrera Verbindungspunkt an Masse liegende Kondensatoren (C) zur Speicherung der Stufen des durch ein erstes Paar von Schaltern (I₁, I₃) abgetasteten Basisbandsignals enthält, daß die in den beiden Kondensatoren (C) gespeicherten Abtastwerte über ein zweites

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Paar von Schaltern (1?» I4) / die jeweils mit einem der Schalter (I₁ bzw. I₃) des ersten Paars in Reihe geschaltet sind, auf zwei weitere miteinander in Reihe und mit ihrem Verbindungspunkt an Masse liegende Kondensatoren (C₁) übertragbar sind, daß die Meldeschaltung (RE) einen Operationsverstärker (S_g) zur Erzeugung des Fehlersignals (V ) enthält, dessen Eingänge über ein Tiefpaßfilter mit den äußeren Polen der beiden weiteren Kondensatoren (C₁) verbunden sind, und daß das erste Torglied (P₁) den zweiten Schalter (I₃) des ersten Schalterpaars sowie den ersten Schalter (I₂) des zweiten Schalterpaars und das zweite Torglieo (P₂) den ersten Schalter (I₁) des ersten Paars sowie den zweiten Schalter (I₄) des zweiten Paars steuert.
3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugsspannungsschaltung (PR) zwei gleiche, miteinander in Reihe geschaltete, an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt an Masse liegende Kondensatoren (C₂) enthält, an deren äußere Pole über zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Dioden (D₁, D₂) das Basisbandsignal (BB) angelegt ist, und daß die Paare gegen Masse symmetrischer Spannungen (+V, +V") an den Zwischenpunkten eines parallel zu den beiden Kondensatoren (C₃) geschalteten Widerstandsspannungsteilers abgegriffen werden.
4.) Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (V ) ein erstes Phasenverschiebungsglied einer den Amplitudendemodulator (DA) steuernden Phasenverschiebungsschaltung (Δφ) zugeführt ist, welche ein in Reihe mit diesem ersten Glied geschaltetes zweites Glied enthält, dessen Wirkung manuell regelbar ist, und daß ein Schalter (SCH) vorgesehen ist, mit dem die Wirkung des ersten Gliedes von der Steuerung durch das Fehlersignal (V_ß) auf einen dem Fehlersignal der Größe Null entsprechenden festen Wert umschaltbar ist.

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