DE3023107A1

DE3023107A1 - Schaltkreis zur rueckgewinnung des taktsignals fuer ein zeitmultiplex-system mit mehrfach-zugriff oder ein nachrichten- umschaltsystem

Info

Publication number: DE3023107A1
Application number: DE19803023107
Authority: DE
Inventors: Yoshio Tanimoto
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE3023107C2; JPS6251014B2; US4339824A; JPS562761A; IT8022878A0; IT1209233B

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals in,digitalen Datenkommunikationssystemen, insbesondere einen Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals aus Impulsbündelsignalen in Zeitiuultiplex-Systemen mit Mehrfach-Zugriff (TDMA) bei der Satellitenkommunikation oder in Nachrichten-Umschaltsystemen bei der kabelgebundenen Datenkommunikation.

In TDMA-Systemen bei der Satellitenkommunikation übertragen mehrere Erdstationen abwechselnd in verschiedenen zugeteilten Zeitabschnitten intermittierende Signale oder Impulsbündel (Bursts ) auf einer gemeinsamen Trägerfrequenz und benutzen gemeinsam eine einzige in einem Satelliten befindliche Relais-Station auf Zeitmultlplex-Basis. Andererseits werden in Nachrichten-Umschaltsystemen bei der kabelgebundenen Datenkommunikation Nachrichten von mehreren einlaufenden Übertragungsleitungen zunächst, z.B. in einem Pufferspeicher, gespeichert und später auf auslaufenden Übertragungs leitungen weitergeleitet, die gepulst oder im Stoßbetrieb auf Zeitmultiplex-Basis verbunden sind. Diese im Zeitmultiplex-Verfahren arbeitenden, kabellosen oder kabelgebundenen Systane ermöglichen hohe übertragungsIeistungen und tragen darüberhinaus zu einem flexiblen Systembetrieb bei.

Wenn jedoch bei derartigen Systemen die Taktsignale zwischen Impulsbündeln zwischen Erdstationen oder zwischen Nachrichten nicht synchronisiert sind, muß zur Decodierung empfangener Signale auf der Empfängerseite für jedes empfangene Impulsbündel (Burst) ein Taktsignal erzeugt bzw. zurückgewonnen werden, das mit dem Taktsignal auf der Senderseite synchronisiert ist. Ein Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals weist zu diesem Zweck im allgemeinen ein Bandfilter auf, dessen mittlere

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Frequenz der Taktsignalfrequenz der Senderseite entspricht, um den Störabstand (S/N-Verhältnis) der wiedergewonnenen Taktsignale zu verbessern. Stabile Taktsignale können durch eine hinreichende Beschränkung der Bandbreite des Bandfilters erhalten werden. Dies würde jedoch zu einer Verlängerung der Amplituden-Ansprechzeit des Bandfilters im Stoßbetrieb und damit zu einer Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrades führen. Umgekehrt würde eine Vergrößerung der Bandbreite zur Erhöhung des Übertragungswirkungsgrades die Stabilität der zurückgewonnenen Taktsignale ungünstig beeinflussen. Dieser Widerspruch zwischen der Stabilität der Taktsignale einerseits und einem hohen Übertragungswirkungsgrad andererseits gewinnt mit zunehmendezJTaktimpulsrate an Bedeutung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den vorstehenden Widerspruch

zu lösen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Di_e Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den wesentlichen Teil der Demoduliervorrichtung auf der Empfängerseite eines TDMA-Systems oder Nachrichten-Umschaltsystems zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen in der Demoduliervorrichtung von Fig. 1 enthaltenen, üblichen Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals darstellt;

Fig. 3a sind Diagramme der Wellenform zur Erleichterung der und 3b _{Erläuterung von Fig}. 2; ;

Fig. 4a zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Impulsbündels

Fig. 4b zeigen die Amplituden-Ansprechzeit eines breitbandi- und 4 c

gen bzw. eines schmalbandigen Bandfilters; Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine erfindungsgemäße Ausführt ngs form eines Schaltkreises zur Rückgewinnuncr des laktsignals zeigt; und

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Fig. 6 ist ein Diagramm der Wellenform zur Erleichterung der Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 5 dargestellten Schaltkreises.

In Fig. 1 wird eine empfangene modulierte Welle S₁ in einem Teilungs-Schaltkreis (Splitter) 1 aufgespalten und einem Demodulator 2, einem Schaltkreis 3 zur Rückgewinnung des Trägersignals und einem Schaltkreis 4 zur Rückgewinnung des Taktsignals zugeführt. Der Demodulator 2 erhält das empfangene modulierte Signal S. synchron mit dem zurückgewonnenen Trägersignal S aus dem Schaltkreis 3 zugeführt und liefert ein Modulationsfrequenzband-Signal S_ß als Ausgangssignal. Ein Datenrückgewinnungs-Schaltkreis 5 erkennt das Modulationsfrequenzband-Signal S₁, im Einklang mit dem Zelttakt eines zurückgewonnenen Taktsignals S aus dem Schaltkreis 4 und erzeugt dadurch die Daten S_Q. Ein Demodulator entsprechend Fig.1 wird von S. Yokoyama mit Bezug auf eine vierphasige, PSK-modulierte Welle beschrieben (S. Yokoyana et al., "The Design of aPSC MODEM for the Telesat TDMA System", ICC 75, 16.-18. Juni, San Francisco).

Das Eingangssignal S. des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises zur Rückgewinnung des Taktsignals wird als vierphasenmodulierte Welle angenommen. Das Eingangssignal S. wird vom Splitter 11 in zwei gleiche Signale aufgeteilt, von denen das eine direkt und das andere nach Verzögerung um einen halben Zeitabschnitt durch den Verzögerungs-Schciltkreis 12 dem Phasenvergleicher 13 zugeführt wird. Das Ausgangssignal A des Phasenvergleichers 13 enthält ein kontinuierliches Frequenzspektrum und eine scharfe Frequenzlinie <ils Taktsignal-Komponente .

Ein"Bandfilter 14 begrenzt die Bandbreite dieses Ausgangssignals A des Phasenvergleichers 13 zur Verringerung seiner Rausch-Komponente und extrahiert seine Taktsignal-Komponente C. Die extrahierte Taktsignal-Komponente C wird nach einer

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Amplitudenbegrenzung in einem Amplitudenbegrenzer 15 als zurückgewonnenes Taktsignal S weitergeleitet.

Fig. 3a zeigt ein Beispiel für eine Phasenbeziehung zwischen den Zeitabschnitten des phasenmodulierten Eingangssignals S.. Das Eingangssignal S. wird im allgemeinen auf dem übertragungsweg erheblich in seiner Bandbreite beschränkt. Wenn eine Phasenverschiebung um 180° zwischen benachbarten Zeitabschnitten erfolgt, so wird die Phasenverschiebung sofort vollzogen; bei einer Phasenverschiebung um ;+ 90° variiert jedoch die Phase des Signals nur langsam. Infolgedessen spricht der Ausgang des Phasenvergleichers 13, wie in Fig. 3b gezeigt, auf das die in Fig. 3a dargestellte Phasenbeziehung aufweisende, modulierte Eingangssignal S. an. Deshalb kann di_e Taktsignal-Komponente nur in PhasenverSchiebungen'um 180° ι aber selten in Phasenverschiebungen um 0° oder +^ 90° extrahiert werden. Das S/N-Verhältnis der vom Phasenvergleicher 13 extrahierten Taktsignal-Komponente hängt daher stark von den Übertragenen Daten ab. Unter der Annahme zufälliger Daten beträgt im Falle einer vierphasenmodulierten Welle die Wahrscheinlichkeit der Extraktion der Taktsignal-Komponente ungefähr 1/4.

Im allgemeinen wird in der Struktur eines Impulsbündels, z.B.

für ein TDMA-System, ein Taktsignal-Synchronisationsmuster B_c in den vorderen Abschnitt eines Bursts gesetzt,- gefolgt von einem Datenabschnitt B_, wie in Fig. 4a dargestellt, wobei B. der vorhergehende Burst ist. Als Taktsignal-Synchronisationsmuster B- wird das optimale Muster zur Rückgewinnung des Taktsignals gewählt, wobei bei der Vierphasenmodulation gewöhnlich ein Muster mit einer Phasenverschiebung um 180° verwendet wird.

In den Fig. 4b und 4c ist das Ansprechen der Amplitude des Ausgangssignals C des Bandfilters 14 (Fig. 2) auf dieses Impulsbündel dargestellt, wobei Fig. 4b das Ansprechen der

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r : _η : π

Amplitude für ein Breitbandfilter und Fig. 4c für ein Schmalbandfilter zeigt.

Zur Erreichung eines hohen Transmissionswirkungsgrades ist die Verkürzung des Synchronisationsmusters B und die Unterdrükkung der.Phasenschwankung des zur Demodulierung der Daten B₀ verwendeten, zurückgewonnenen Taktsignals wünschenswert. Zur raschen Herstellung der Taktsignal-Synchronisation in jedem Burst sollte die Synchronisationszeit, d.h. die Zeit bis zur Erlangung des Taktsignals, durch Erweiterung der Bandbreite des Bandfilters 14 verkürzt werden, wie in Fig. 4b dargestellt. Eine größere Bandbreite würde jedoch eine Zunahme der Rausch-Komponente, eine Phasenschwankung des zurückgewonnenen Taktsignals und damit eine Verschlechterung des S/N-Verhältnisses im Datenabschnitt B_Q ergeben. Andererseits wird die Synchronisationszeit verlängert, wenn die Bandbreite zur Verbesserung des S/N-Verhältnisses schmaler gemacht wird, und deshalb verbleibt die Taktsignal-Phasenkomponente des vorhergehenden Bursts B, im vorderen Abschnitt des diesem Burst B. folgenden Bursts und beeinflußt damit die Taktsignal-Synchronisation, wie in Fig. 4c gezeigt, ungünstig.

Somit beeinflußt die Wahl der Bandbreite des Bandfilters 14 direkt die Durchführung der Taktsignal-Synchronisation, und bekannte Schaltkreise zur Rückgewinnung des Taktsignals weisen den Nachteil auf, nicht gleichzeitig die Anforderungen der raschen Taktsignal-Synchronisation und der Unterdrückung von Rauschen und Phasenschwankungen erfüllen zu können. Dieser Nachteil behindert, wie vorstehend erwähnt, die Kommunikation im Stoßbetrieb mit hoher Taktfrequenz erheblich.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Öchaltkreises zur Rückgewinnung des Taktsignals. Ein eine Taktsignal-Komponente enthaltendes Eingangssignal S. wird von einem Splitter 21 gleichmäßig aufgeteilt, und ein Signalsegment S... wird einem Breitbandfilter 22 zur Extraktion der Taktsignal-

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Komponente zugeführt. Die extrahierte TaktsignalKomponente D wird einem Amplitudenbegrenzer 24 zugeführt und liefert ein zurückgewonnenes Taktsignal S₀₁, das dann einem Umschaltkreis 27 zugeführt wird. In der Zwischenzeit wird das andere Signalsegment S.- einem Schmalbandfilter 23 zur Extraktion seiner Taktsignal-Komponente zugeführt. Die extrahierte Taktsignal-Komponente E wird einem Amplitudenbegrenzer 25 zugeführt und liefert ein zurückgewonnenes Taktsignal S ,; das dann in den Ümschaltkreis 27 eingespeist wird. Ein Detektor (Steuersignalgenerator) 26 erfaßt die Ausgangsamplitude des Breitbandfilters 22 und liefert ein Steuersignal für den ümschaltkreis In Abhängigkeit von diesem Steuersignal schaltet der Umschaltkreis 27 eines der beiden zurückgewonnenen Taktsignale S₁ oder S_ durch und liefert ein Ausgangssignal S als zurückgewonnenes Taktsignal.

Fig. 6 zeigt das Ansprechverhalten der beiden Bandfilter 22 und 23 am Ausgang (Einhüllende der Ausgangssignale), wobei sich die durchgezogene Linie D auf das Bandfilter 22 und die gestrichelte Linie E auf das Bandfilter 23 bezieht.

Das Breitbandfilter 22 wird für die schnelle Taktsignal-Rückgewinnung verwendet, um die Taktsignal-Synchronisation des Bursts im Taktsignal-Synchronisationsabschnitt B^ vollstän-

dig durchzuführen (s. Fig. 4a). Deshalb wird die Bandbreite des Breitbandfilters 22 so groß gewählt, daß die Ansprechgeschwindigkeit des Ausgangs diese Aufgabe erfüllt. Andererseits wird das Schmalbandfilter 23 zur Taktsignal-Gewinnung mit geringerer Phasenschwankung im Datenabschnitt B_n verwen-

det. Bei der Wahl der Bandbreite des Schmalbandfilters 23 wird deshalb die Priorität stärker auf eine Verbesserung des S/N-Verhältnisses als auf eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit des Ausgangs gelegt.

Die Bandbreite des Schmalbandfilters 23 wird so gewählt, daß die Ausgangsamplitude beispielsweise etwa der halben Ausgangs-

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amplitude des Breitbandfilters 22 an der abfallenden Planke des Taktsignal-SynchronisationsabschnLtts B entspricht. Bei dieser Wahl der Bandbreiten fällt die Ausgangsamplitude des Breitbandfilters 22 im Datenabschnitt B rasch ab, und von einem gewissen Zeitpunkt (t_ in Fig. 5) an übertrifft das S/N-Verhältnis (der Störabstand) des Taktsignalkomponenten-Ausgangs des Schmalbandfilters 23 dasjenige des Breitbandfilters 22, und zwar letztlich wegen des Bandbreitenverhältnisses. Als Folge davon weist das zurückgewonnene Taktsignal S ~ weniger Phasenschwankungen als das zurückgewonnene Taktsignal S ₁ auf.

Der Detektor 26 erfaßt die Ausgangsamplitude des Breitbandfilters 22 und liefert ein Steuersignal an den Umschaltkreis

Ί5 27. Letzterer kann damit im Taktsignal-Synchronisationsabschnitt B das vom Breitbandfilter 22 zurückgewonnene Taktsignal S₀₁ und vom Zeitpunkt t~ an, bei dem das Verhältnis des Ausgangs-Störabstands zwischen den beiden Bandfiltern 22 und 23 sich umkehrt, das vom Schmalbandfilter 2 3 zurückgewonnene Taktsignal S_Q2 als Ausgangssignal S₀ liefern. Das Steuersignal wird durch das nachfolgende Verfahren erhalten: Ein Tiefpaß-Filter 261 filtert das Ausgangssignal des Breitbandfilters 22; dieses gefilterte Signal entspricht im Taktsignal-Synchronisationsabschnitt B der durchgezogenen Linie D in Fig. 6; die Ausgangsspannung des Filters 261 wird in einem Differenzverstärker 262 mit einer Referenzspannung V_f verglichen, die etwas größer als die Spannungsamplitude ist, bei der das Verhältnis des Ausgangs-Störabstands zwischen den beiden Bandfiltern 22 und 23 sich umkehrt; entsprechend dem

^:'° Ausgang des Differenzverstärkers 262 liefert ein Gatter 263 ein "1"-Logiksignal oder ein invertiertes ¹¹O"-Logiksignal.

Ein Umschaltkreis 27 enthält UND-Gatter :!71 und 272, die auf das "1"- oder "0"-Logiksignal des Detektors 26 ansprechen. Wenn der Differenzverstärker 262 bzw. das Gatter 263 das "1"-Logiksignal liefert, öffnet das Gatter 271, und das

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Gatter 272 wird geschlossen. Umgekehrt öffnet das Gatter 272, und das Gatter 271 wird geschlossen, wenn das Gatter 263 das "0"-Logiksignal liefert. Deshalb wird vor dem Eintreffen eines Bursts und/oder vor dem Zeitpunkt t₁ und nach

° der Synchronisation und/oder nach dem Zeitpunkt t₂ das vom SchmalbandfiLter 23 gelieferte, stabile zurückgewonnene Takt signal S 2 durch den Umschaltkreis 27 als zurückgewonnenes Taktsignal S abgegeben. Andererseits wird während der Dauer der Taktsignal-Synchronisation und/oder zwischen den beiden Zeitpunkten t. und t₂ das zurückgewonnene Taktsignal S ₁ vom Breitbandfilter 22, dessen Synchronisationszeit kürzer ist, durch den Umschaltkreis 27 abgegeben. Da die Taktsignal-Rückgewinnung im Taktsignal-Synchronisationsabschnitt durch ein Breitbandfilter 22 und im Datenabschnitt durch ein Schmalbandfilter 23 erfolgt, können somit erfindungsgemäß sowohl eine rasche Taktsignal-Synchronisation als auch zurückgewonnene Taktsignale mit geringem Rauschen, z.B. durch Phasenschwankungen, während der Datenwiedergabe

erreicht werden.
20

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Claims

Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals für ein Zeitmultiplex-System mit Mehrfach-Zugriff oder ein Nachrichten-Umschaltsystem "

Priorität: 20. Juni 1979, Japan, Nr. 77 814/1979

Patentanspruch e

Schaltkreis zur Rückgewinnung des Taktsignals S ,

gekennzeichnet durch

a) einen Splitter (21) zur Aufteilung eines eine Taktsignal-Komponente enthaltenden Eingangssignals S-^ in zwei Sig

nale

i2>

^ersten

zweiten Ausgangsan

schluß zugeführt werden,

b) ein 1. Bandfilter (22), das mit dem 1. Ausgangsanschluß verbunden ist und dessen Bandbreite so gewählt ist, daß die Extraktion der Taktsignal-Komponente möglich ist,

c) ein 2. Bandfilter (23), das mit dem 2. Ausgangsanschluß verbunden ist und dessen Bandbreite schmaler als diejenige des 1. Bandfilters (22) und so gewählt ist, daß die Extraktion der Taktsignal-Komponente ebenfalls möglich ist,

d) einen 1. und einen 2.Amplitudenbegrenzer (24, 25), die die Ausgangsamplituden D, E des 1. bzw. 2. Bandfilters (22, 23) begrenzen,

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e) einen Umschaltkreis (27), der auf ein Steuersignal anspricht/ um wahlweise eines der beiden Ausgangssignale S₀-,

gangssignal S abzugeben und

f) einen Steuersignalgenerator (26) zur Erzeugung des Steuersignals, der auf'das Ausgangssignal D des 1. Bandfilters' (22) anspricht,

wobei das aus dem Eingangssignal S^ zurückgewonnene Ausgangssignal S₀ des Umschaltkreises (27) die Taktsignal-Komponente 10

wiedergibt.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgenerator (26)

a) ein Tiefpaß-Filter (261) zum Filtern des Ausgangssignals D des 1. Bandfilters (22),

b) eine Vorrichtung (262) zum Vergleichen der Ausgangsspannung des Tiefpaß-Filters (261) mit einer vorgegebenen Referenz Spannung V^ und

c) ein erstes Gatter (263) zur Erzeugung eines "1"- oder ¹¹O"-20

Logiksignals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spannungsvergleichers (262)
aufweist.
3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkreis (27)

a) ein 2. und 3. Gatter (271 bzw. 272), die mit den Ausgängen

des 1. bzw. 2. Amplitudenbegrenzers (24, 25) und jeweils mit dem Ausgang des 1. Gatters (263) verbunden sind, und

b) eine Vorrichtung zum Kombinieren der Ausgangssignale des

2. und 3. Gatters (271, 272)
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aufweist.

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