DE2942245A1 - Schaltungsanordnung fuer den empfaenger eines datenuebertragungssystems - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer den empfaenger eines datenuebertragungssystemsInfo
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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 (4)
- PATENTA!»'W/ I.TEDR. DIETER V. BEZOLDDIPL. ING. PETER SCHÜTZDIPL. IN«. WOLKGANG HEDSLERMAH1A-THKHKSIA STHASSE 22 POSTFACH «β OH HXD-8(X)O MUENCUEN 8βTELEFON Ο8Ο/47β9Οβ 47 OH 19TELEX |)22β3β TELEUKAMM SOMBBZDU 415Ital.Anm.Nr.23849 A/78 10659/H/Ro.vom 18.10.1978Societä Italiana TelecomunicazioniSiemens s.p.a.
Piazzale Zavattari 12, Mailand/ItalienPatentansprüche1«) 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-0 3 0018/0869TO HYPOBANK MÜNCHEN (BlPOSTSCHECK MÜNCHEN NH. β91 4S-8OO · BANKKONTO HVPOBANK MÜNCHEN (BLZ 70O2O040) KTO. βΟβΟ23 7378 SWIFT HYPO DE MMORIGINAL INSPECTED29422A5genden 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 zweites03001 8/0869Paar 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 (Sg) 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 (Vß) auf einen dem Fehlersignal der Größe Null entsprechenden festen Wert umschaltbar ist.0 3 0 0 18/0869
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