DE3029249C2 - Verfahren zur Synchronisation eines gestörten Empfangssignals mit dem zugehörigen Sendesignal sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

die Phasen- oder Zeitlage eines Referenzsignals mit der des Empfangssignals möglichst schnell in Übereinstimmung zu bringen. Dieser Prozeß wird Anfangssynchronisation genannt Aus »Spread Spectrum Systems« von R. C Dixon, John Wiley & Sons, New York, 1976, Kap 6.1. ist es beispielsweise bekannt, nach Art des SIiding-Correlators« das Empfangssignal mittels eines Suchprozesses mit dem sendeseitigen Generator zu synchronisieren. Durch ähnliche Korrelationsverfahren wird die Phasen- bzw. Zeitlage des Empfangssignals mit einem Schätzwert für die Phasen- bzw. Zeitlage des Empfangssignals verglichen und der Schätzwert anhand bestimmter Entscheidungskriterien korrigiert Ein solches Korrelationsverfahren ist bekannt aus »Serial Synchronization of Pseudonoise Systems« von Gerald F. Sage, IEEE Transactions on Communication Technology, December 1964, Seiten 123—127.

DLL (Delay-Locked-LoopJ-Schleifen (vgl. »Spread-Spectrum-Systems«) können für die Synchronisation nur unter engen Voraussetzungen benutzt werden, nämlich nur dann, wenn empfangsseitig der Code des gesendeten Signals bekannt ist und wenn schon eine grobe Synchronisierung erfolgt ist Die DLL-Schleife dient dann zur Feinsynchronisation.

Ein anderes Verfahren zur Anfangssynchronisation von Signalen mit einem großen Zeit-Bandbreiteprodukt ist beschrieben in »Synchronisation von mod 2 kombinierten Trägern in asynchronen Breitbandnetzen« von Karl Heinz Annecke, NTG Fachberichte Band 65, S. 410—416; NTG Fachtagung Berlin 1978. Dieses Verfahren beruht darauf, daß aus dem gestörten Empfangssignal durch Filterung das Sendesignal regeneriert wird. Bei der darin benutzten Empfängerstruktur ist es nicht möglich, den Einfluß von Änderungen der im Sender verwendeten Taktfrequenzen oder den Einfluß der Laufzeiten im Filter des Empfängers zu berücksichtigen. Mit zunehmender Empfindlichkeit des Empfängers wachsen außerdem die Anforderungen an die Takt- und Laufzeitstabilität bei gestörten Empfangssignalen mit schlechtem Signal- zu Rauschleistungsverhältnis.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für das Verfahren eingangs genannter Art eine Nachführung des Empfangssignals mit dem zugehörigen Sendesignal nach erfolgter Anfangssynchronisation ohne Umschaltung zu ermöglichen, sowie eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. 7 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 2 sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Synchronisierverfahren ist dadurch gegeben, daß der Empfänger während der Anfangssynchronisation und während des Synchronbetriebes die gleiche Struktur aufweist und daß das Schätzen und Prüfen der Phasenlage eines Referenzsignals sowie ein Umschalten auf den Synchronbetrieb nach erfolgter Anfangssynchronisation entfällt.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild mit einem detailliert dargestellten Filter,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild unter Verwendung einer Festkörperverzögerungsleitung mit magneto-elastischen Wellen und

F i g. 4 ein Prinzipschaltbild zur Auswertung digitaler Signale.

In F i g. 1 liegt das gestörte Empfangssignal 1 am Eingang des Filters 4. Das Filter 4 kann ein lineares oder nichtlineares, zeitvariantes oder zeitinvariantes, wertdiskretes oder wertkontinuierliches und zeitdiskretes oder zeitkontinuierliches Filter sein. Die Wahl des Filters 4 hängt hauptsächlich von der Art der übertragenen Signale ab. Bei der Übertragung von Analogsignalen

ίο verwendet man vorzugsweise ein Analogfilter, wohingegen bei der Übertragung von Digitalsignalen ein Digitalfilter günstiger ist Die Störung, die das Empfangssignal 1 auf der Übertragungsstrecke zwischen dem nicht dargestellten Sender und dem Empfänger erfährt ist statistischer Art. Man kann diesen Störanteil durch eine äquivalente Rauschleistung Nwdarstellen. Am Ausgang des Filters 4 steht das regenerierte Sendesignal 2 zur Verfügung, das als Referenzsignal zur weiteren Auswertung verwendbar ist Das regenerierte Sendesignal 2 enthält ein zum im Empfangssignal 1 enthaltenen Trägersignal synchrones Trägersignal. Dieses synchrone Trägersignal ist von geringeren Störungen überlagert als das Empfangssignal 1. Um Synchronität zwischen Empfangssignal 1 und regeneriertem Sendesignal 2 zu

erhalten, ist die Länge der Laufzeiten im Filter 4 an die vorgegebenen Trägersignale anzupassen. Diese Anpassung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE-OS 30 13 392 beschrieben. Für zweiwertige breitbandige Signale, die durch eine bitweise multiplika-

tive Verknüpfung anderer zweiwertiger bandbreiter Signale gebildet werden, müssen dort die Laufzeiten entsprechend den Längen der einzelnen zweiwertigen breitbandigen Signale gewählt werden. Aus dem gestörten Empfangssignal 1 und dem regenerierten Sendesignal 2 wird nun durch einen Phasenvergleich mittels des Phasendiskriminators 5 ein Regelsignal 3 erzeugt Dieses Regelsignal 3 beeinflußt die die Signallaufzeit des Filters 4 bestimmenden Elemente über den Steuereingang 6 in dem Sinne, daß die Phasendifferenz zwischen gestörtem Empfangssignal 1 und regeneriertem Sendesignal 2 geringer wird, bzw. im Idealfall verschwindet.

In F i g. 2 ist ein Filter 4 mit zeitkontinuierlichen Laufzeitleitungen 7 dargestellt. Diese Laufzeitleitungen 7 sind durch RLC-Netzwerke realisiert. Die Signallaufzeit im Filter 4 kann durch Verändern der R, L oder C-Werte 8 der Netzwerke beeinflußt werden. Zur Veränderung der R, L oder C-Werte 8 wird das Regelsignal 3 herangezogen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,

so daß das Regelsignal 3 als Steuerspannung einer Laufzeitleitung 7 verwendet wird und damit durch Verändern der Kapazitätswerte die Signale in der Laufzeit im Sinne der Phasendifferenzabnahme beeinflußt. Prinzipiell könnte man mit einer Laufzeitleitung 7 auskommen. Unter Berücksichtigung der im allgemeinen hohen Signalbandbreite und der Laufzeitdispersion ist es angebracht, mehrere Laufzeitleitungen 7 für die einzelnen Frequenzbereiche parallel zu schalten. In F i g. 3 besteht das Filter 4 aus einer Festkörperverzögerungsleitung T mit magneto-elastischen Wellen. Das Filter 4 umfaßt auch die zur Anregung der magneto-elastischen Wellen nötige Erregerquelle 9. Die Erregerqjille 9 weist einen Laufzeitsteuereingang auf, der den Steuereingang 6 des Filters 4 bildet. Als Festkörperverzögerungsleitung T werden vorzugsweise Yttrium-Eisen-Granat-Verzögerungsleitungen eingesetzt, deren Wirkungsweise z. B. in »Elastic and Magnetoelastic Waves in Yttrium-lron-Garnet«. Proceedings of the IEFF.

Vol. 53, Nr. 10, Oct. 1965, Seiten 1485 bis 1495, beschrieben ist. Die Erregerquelle 9 steuert durch das Regelsignal 3, das wiederum durch den Phasenvergleich im Phasendiskriminator 5 gebildet wird, derart die Laufzeit der Verzögerungsleitung 7', daß die Phasendifferenz wie beim ersten Ausführungsbeispiel abnimmt.

In F i g. 4 ist ein Prinzipschaltbild zur Auswertung digitaler Signale angegeben. Das Sendesignal des nicht dargestellten Senders ist eine PN-Sequenz, welche aus 2"' — 1 Bit besteht. PN-Sequenzen (Pseudo-Noise Sequences) sind Pseudo-Zufallsfolgen, deren Bildungsgesetz der Empfänger nicht kennt. Sie können beispielsweise durch rückgekoppelte Schieberegister der Steilenzahl m erzeugt werden. Sie besitzen die Eigenschaft, daß sie erst nach L = 2"' — 1 Schritten wieder periodisch werden. Das Signal wird nach Umwandlung in ein zweiwertiges Signal mit den Amplituden +A und —A über einen symmetrischen Binärkanal mit statistisch unabhängigen Fehlern übertragen. Nach der Übertragung ist das gestörte Empfangssignal 1 am Eingang des FiI-ters 4 vorhanden. Das Filter 4 besteht aus einem Addierer 10, einer getakteten Laufzeitleitung U, z. B. CCD (Charge Coupled-Divice), und einem Dämpfungsglied 12, das in die Rückkopplungsschleife zwischen Ausgang

14 der Laufzeitleitung 11 und Eingang 15 des Addierers 10 geschaltet ist Der Addierer 10 addiert die an seinen beiden Eingängen 13 (gestörtes Empfangssignal 1) und

15 (rückgekoppeltes regeneriertes Sendesignal 2) kohärent Wenn die Laufzeit r in der Laufzeitbildung 11 exakt mit der Länge der PN-Sequenz s(t), bzw. Periodendauer, definiert als minimale Zeit T, für die gilt s(t) = s(t + T), übereinstimmt ist das regenerierte Sendesignal 2 ein synchrones Referenzsignal mit einem gegenüber dem gestörten Empfangssignal 1 verbesserten Signal- zu Rauschleistungsverhältnis.

Das Dämpfungsglied 12 besitzt einen Dämpfungsfaktor Ar kleiner als 1 mit Rücksicht auf die Stabilität der Rückkopplungsschleife und zur Vermeidung zu hoher Filtereinschwingzeiten. Eine andere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, den Dämpfungsfaktor der Rückkopplungsschieife gleich 1 zu machen — damit entfällt das Dämpfungsglied 12 und das Signal- zu Rauschleistungsverhältnis wird optimal. Anstelle des Dämpfungsgliedes 12 wird ein Begrenzer 16 in die Rückkopplungsschleife geschaltet

Der Phasendiskriminator 5 enthält eine DLL (Delay-Locked-Loop)-Schleife, die auf der Basis des gestörten Empfangssignals 1 und des regenerierten Sendesignals 2 arbeitet Eine DLL-Schleife zur Signalnachführung ist beispielsweise beschrieben in »Spread Spectrum Systems« von R. C. Dixon, John Wiley & Sons, New York, 1976, Figur 6.22 bzw. Figur 624. Eine DLL-Schleife besteht demnach aus einem VCO (Voltage Controlled Oscillator), einem Schleifenfilter und einem Korrelator für den Vergleich zwischen einem Empfangssignal und einem Referenzsignal. Diese DLL-Schleife muß aber erfindungsgemäß modifiziert werden, um ein Regelsignal 3 zur Steuerung der getakteten Laufzeitleitung 11 am Steuereingang 6 zu erhalten. Der Phasenvergleich erfolgt wie bei einer üblichen DLL-Schleife mit Hilfe eines » Early/Late«- Vergleiches.

Das gestörte Empfangssignal 1 wird über eine Serienschaltung von Laufzeitleitungen 17 und 18 geführt, die im synchronen Fall die Länge 04 Bit haben.

Durch den Vergleicher 19 wird die Differenz zwisehen dem mittels der Laufzeitleitungen 17 und 18 verzögerten Signal und dem gestörten Empfangssignal 1 gebildet Das Ausgangssigna] des Vergleichers 19 wird mit dem durch eine weitere Laufzeitleitung 10 um 0,5 Bit verzögerten regenerierten Sendesignal 2 mittels Multiplizierer 21 multipliziert. Das Ausgangssignal 22 des Multiplizierers steuert über den Tiefpaß 23, der als Loop-Filter im Regelkreis wirkt, einen spannungsgesteuerten Oszillator 24. Sein Ausgangssignal bildet das Regelsignal 3 mit dem über den Steuereingang 6 die Signallaufzeit des Filters 4 bestimmt wird. Das Regelsignal 3 variiert in seiner Frequenz je nach Phasenabweichung zwischen gestörtem Empfangssignal 1 und regeneriertem Sendesignal 2. Das Regelsignal 3 bildet das Taktsignal für die Laufzeitleitung 11 und bestimmt damit die Signallaufzeit. Ebenso dient das Regelsignal 3 zur Taktversorgung und Laufzeitsteuerung der Laufzeitleitungen 17, 18 und 20, die im Synchronfall alle genau um 0,5 Bit verzögern,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 ten Laufzeitleitung (11) und den anderen Eingang Patentansprüche: (15) des Addierers (10) geschaltet ist 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7,

1. Verfahren zur Synchronisation eines gestörten dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskrimina-Empfangssignals mit dem zugehörigen Sendesignal, 5 tor (5) eine DLL (Delay-Locked-LoopJ-Schleife entdas ein Zeit-Bandbreiteprodukt sehr viel größer als hält, die auf der Basis des gestörten Empfangssignals eins aufweist, wobei aus dem gestörten Empfangssi- und des regenerierten Sendesignals zur Erzeugung gnal durch Filterung mittels eines Filters das Sende- eines Taktsignals (17) arbeitet, und daß das Taktsisignal regeneriert wird, dadurch gekenn- gnal (17) über den Steuereingang (6) die Signallaufzeichnet, daß durch einen Phasenvergleich zwi- io zeit des Filters (4) bestimmt

sehen dem gestörten Empfangssignal (1) und dem

regenerierten Sendesignal (2) ein Regelsignal (3) ge-

wonnen wird und daß durch dieses Regelsignal (3)
die die Signallaufzeit des Filters (4) bestimmenden

Elemente so beeinflußt werden, daß die Signallauf- 15 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisazeit des Filters (4) in dem Sinne zu- oder abnimmt, tion einss gestörten Empfangssignals mit dem zugehöridaß die Phasendifferenz zwischen gestörtem Emp- gen Sendesignal, das ein Zeit-Bandbreiteprodukt sehr fangssignal (i) und regeneriertem Sendesignal (2) viel größer als eins aufweist, wobei aus dem gestörten dem Wert Null zustrebt Empfangssignal durch Filterung mittels eines Filters das

2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des 20 Sendesignal regeneriert wird und eine Schaltungsanord-Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- nung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein solches net, daß parallel zu den Eingangs- und Ausgangs- Verfahren ist bekannt aus »Synchronisation von mod 2 klemmen des Filters (4) die Eingangsklemmen eines kombinierten Trägern in asynchronen Breitbandnet-Phasendiskriminators (5) geschaltet sind und daß der zen« vor. Karl Heinz Annecke, NTG Fachberichte, Ausgang des Phasendiskriminators (5) mit dem Steu- 25 Band 65, S. 410—416; NTG Fachtagung Berlin 1978.
ereingang (6) des Filters (4) verbunden ist In der Nachrichtentechnik ist es oft erforderlich, ge-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- störte Empfangssignale mit den zugehörigen Sendesidurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer gnalen exikt ^u synchronisieren. Die Synchronisierung parallelen und/oder seriellen Anordnung von meh- ist besonders dann erforderlich, wenn sich das Sendesireren Filtern besteht 30 gnal während der Übertragung ändert, z. B. durch Drift-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, erscheinungen infolge von Temperaturänderungen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einem Bei Signalen, deren Verlauf bekannt ist, beispielswei-Analogfilter mit zeitkontinuierlichen Laufzeitleitun- se bei sinusförmigen Signalen mit einem Zeit-Bandbreigen (7), realisiert durch RLC-Netzwerke, besteht teprodukt von eins, ist eine Synchronisation mit Hilfe und daß der Steuereingang (6) des Filters (4) mit 35 einer PLL-Schleife möglich. Dabei können Phasen- und steuerbaren R, L oder C-Elementen (8) der RLC- Frequenzabweichungen des empfangenen Signals mit-Netzwerke verbunden ist. tels eines Referenzsignals ausgeregelt werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, Aus »Theorie und Anwendungen des Phase-locked dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer Loops« von R. Best, Elektroniker, Nr. 9, 1976, Seiten Festkörperverzögerungsleitung mit magneto-elasti- 40 EL 20—EL 28, ist es prinzipiell bekannt, gestörte Empschen Wellen und einer Erregerquelle (9) für die ma- fangssignale mittels einer PLL-Schleife zu demoduliegneto-elastischen Wellen besteht und daß die Erre- ren. Ein Phasendetektor vergleicht dazu die Phasenlage gerquelle (9) einen Laufzeitsteuereingang aufweist, des gestörten Empfangssignals mit einem Vergleichssider den Steuereingang (6) des Filters (4) bildet. gnal. Aus dem Phasenvergleich wird ein Regelsignal ab-

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, 45 geleitet, das nach Filterung mittels eines Schleifenfilters dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) ansteu-Serienschaltung eines Addierers (10) und einer ge- ert. Das Ausgangssignal dieses VCO dient als Referenztakteten wertkontinuierlichen oder wertdiskreten signal. Aus »Theorie und Anwendungen des Phase-lok-Laufzeitleitung (11) mit dem Steuereingang (6) sowie ked Loops« von R. Best, Elektroniker, Nr. 5,1976, Seiten einem Dämpfungsglied (12) besteht, daß der eine 50 EL 9 bis EL 19, ist die Verwendung einer PLL-Schleife Eingang (13) des Addierers (10) den Filtereingang als Tracking-Filter bekannt, d. h. ein Filter, dessen Mitbildet, daß der Ausgang (14) der wertkontinuierli- tenfrequenz automatisch auf die Frequenz des Einehen oder wertdiskreten Laufzeitleitung (11) den FiI- gangssignals gezogen wird. Das Steuersignal für den terausgang bildet und daß das Dämpfungsglied (12) VCO wird so mit dem Eingangssignal synchronisiert, zwischen den Ausgang (14) der wertkontinuierlichen 55 daß kein Frequenzunterschied mehr auftritt. Auch bei oder wertdiskreten Laufzeitleitung (11) und den an- gestörtem Eingangssignal funktioniert diese automatideren Eingang (15) des Addierers (10) geschaltet ist. sehe Abstimmung (Einrastung). Die Verwendung eines

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, solchen Filters mit einer PLL-Schleife ist für Signale, die dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (4) aus einer ein Zeit-Bandbreiteprodukt sehr viel größer als eins auf-Serienschaltung eines Addierers (10) und einer ge- 60 weisen, nicht brauchbar.

takteten wertkontinuierlichen oder wertdiskreten Bei Signalen mit einem Zeit-Bandbreiteprodukt sehr Laufzeitleitung (11) mit dem Steuereingang (6) sowie viel größer als eins (spread spectrum systems) ergeben einem Begrenzer (16) besteht, daß der eine Eingang sich Schwierigkeiten bei der Synchronisation. Solche Si-(13) des Addierers (10) den Filtereingang bildet, daß gnale finden Anwendung z. B. in der Entfernungsmesser Ausgang (14) der wertkontinuierlichen oder 65 sung, der Multiplextechnik oder zur Erhöhung der Störwertdiskreten Laufzeitleitung (11) der. Filterausgang sicherheit der Nachrichtenübertragung. Bei diesen Anbildet und daß der Begrenzer (16) zwischen den Aus- Wendungen ist gefordert, die Phasen- oder Zeitlage des gang (14) der wertkontinuierlichen oder wertdiskre- Empfangssignals möglichst schnell zu erkennen, bzw.