Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger mit einer
Schaltungsanordnung zur Bitregeneration gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus dem Haupt
patent DE 30 12 075 bekannt. Zur Entscheidung, ob die
regenerierten Daten dekodiert und weiterverwendet werden
dürfen, ist noch die Kenntnis der Störintensität im
Übertragungskanal notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs
genannte Schaltungsanordnung einen Stördetektor anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in Anspruch 1
angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Ausgestaltungen
können den Unteransprüchen entnommen werden.
Ohne großen zusätzlichen Aufwand ist neben der Bitsynchroni
sation auch eine Stördetektion möglich, die deswegen so ein
fach gehalten werden kann, weil nur der amplitudenregenerier
te Bitstrom des Empfängers zur Ableitung des Störzustandes
herangezogen werden muß. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die
Ableitung des Störzustandes genau an die Blocklänge der über
tragenen Daten anpaßbar ist. Damit liefert die Stördetektion
die Meldung über den Störzustand immer für einen jeweils
empfangenen und zu verarbeitenden Block. Daher besteht bei
mehrfacher Übertragung desselben Blockes die Möglichkeit,
nur die empfangenen Blöcke mit dem höchsten Konfidenzwert
weiterzuverarbeiten.
Die Erfindung wird nur nachstehend anhand von Zeichnungen
von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Empfängers für
blockweise übertragene Daten;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführung
einer Schaltungsanordnung zur Bitsynchroni
sation und Stördetektion und
Fig. 3a und b ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung.
In Fig. 1 ist von einem Datenempfänger der hochfrequente
Teil nicht dargestellt. An einer Eingangsklemme E liegt das
zwischenfrequente Signal (ZF) an und gelangt an einen Dis
kriminator 1, der bei einer FSK-Datenübertragung ein FSK-
Diskriminator ist und die binäre Zeichenfolge erzeugt. Das
demodulierte Basisbandsignal gelangt an einen Tiefpaß 2
zur Basisbandbegrenzung was gleichbedeutend mit einer Rausch
bandbegrenzung ist, und nachfolgend an einen Amplitudenent
scheider 3, so daß an dessen Ausgang ein binärer Datenstrom
zur Verfügung steht. Durch die harte Entscheidung für eine
logische 1 oder eine logische 0 geht die in der Amplitude
enthaltene Information über das Störsignal verloren. Die
Information über das Störsignal ist nur noch im Flanken
jitter der vom Amplitudenentscheider abgegebenen Binär
zeichen enthalten. Je nach dem Signal/Rauschverhältnis im
hochfrequenten Übertragungskanal werden die Flanken der
Daten-Bits mit einem mehr oder weniger großen Jitter be
haftet sein.
Der Ausgang e des Amplitudenentscheiders 3 stellt gleich
zeitig den Eingang eines Verzögerungsgliedes 4 und einer
Schaltung 5 zur Ermittlung der Phasenlage des Bittaktes
der Daten und zur Stördetektion dar. Das Verzögerungsglied
4 weist die Verzögerungszeit τ auf. Die Verzögerungszeit τ
entspricht zum Beispiel der Länge eines Datenblocks der
vorgesehenen blockweisen Übertragung. Da der nur amplituden
regenerierte binäre Datenstrom blockweise verarbeitet
wird, stehen die Ergebnisse der Bitsynchronisation und
Stördetektion erst am Ende eines verarbeiteten Blockes
zur Verfügung. Das Verzögerungsglied 4 kann zum Beispiel
aus einem RAM-Speicher (Random-Access-Memory) bestehen.
Damit kein Informationsverlust entsteht, wird der ampli
tudenregenerierte Bitstrom mit zum Beispiel dem 8- oder
16-fachen Bittakt B T abgetastet und gespeichert. Damit
bleibt einerseits der vorhandene Flankenjitter der Daten
bits erhalten und andererseits kann man sich leicht an
andere Blocklängen anpassen. An das Verzögerungsglied 4
ist eine Abtastschaltung 6, zum Beispiel ein D-Flipflop,
angeschlossen, in der die Datenbits des Datenstroms je
weils in ihrer Mitte abgetastet werden. Hierdurch werden
die Datenbits in ihrer Phase regeneriert und der vorhande
ne Jitter wird beseitigt. An einer Ausgangsklemme a der
Abtastschaltung 6 können dann die regenerierten Datenbits
zur weiteren Verarbeitung durch einen Decoder 7, dem ein
Schalter 36 folgt, entnommen werden.
Die Schaltung 5 liefert den empfangsseitigen Bittakt, der
synchron zum Datenstrom ist. Dieser Takt wird dann an den
Steuereingang der Abtastschaltung 6 und an den Decoder 7 an
gelegt. Gleichzeitig steht das entsprechende Signal der
Störentscheidung bereit, das auf den Schalter 36 einwirkt.
Sowie der auch zeitregenerierte Bitstrom in den Decoder 7
gelangt, steht auch die jeweils einen Datenblock betreffen
de Störentscheidung zur Verfügung, wodurch der Schalter 36
geöffnet oder geschlossen wird und/oder der Decoder vor zu
häufigen Falschkorrekturen bewahrt wird. Am Ausgang A des
Decoders 7 stehen dann die decodierten Daten zur Verfü
gung. Am Ausgang α steht das Signal der Störentscheidung
zur anderweitigen Verwendung, zum Beispiel zur Blockauswahl
bei einer mehrfachen Übertragung, zur Verfügung.
Für die Störentscheidung läßt sich das in der DE-OS
30 12 075 bereits vorgeschlagene Prinzip der Bitsynchroni
sation von blockweise übertragenen Daten durch entsprechen
de Erweiterung vorteilhaft verwenden, so daß nicht nur die
Phasenlage des Bittaktes der empfangenen Daten für den
empfangsseitigen Bittakt, sondern darüber hinaus auch noch
eine Aussage über den Störzustand der empfangenen Daten
gewonnen wird.
Das Prinzip dieser Störentscheidung beruht darauf, daß
durch eine Anzahl von Phasenfenstern gleicher Breite, die
durch Aneinanderreihung lückenlos die Länge eines Bits ab
decken, die Anzahl der Flanken des empfangsseitigen Bit
stromes über eine bestimmte Meßzeit - zweckmäßigerweise
angepaßt an die Blocklänge der zu übertragenen Daten -
erfaßt wird, die in das jeweils zugehörige Phasenfenster
gefallen ist.
Bei großem Signal/Rauschleistungsverhältnis fallen prak
tisch alle Flanken in ein bestimmtes Phasenfenster. Es wird
am Ende der Meßzeit ein Zähler zur Zählung der Flankenzahl
je nach gewählter Meßzeit, Bitrate und Flankengehalt des
Bitstromes einen gewissen Zählerstand erreicht haben. Für
die restlichen Phasenfenster hingegen haben die zugehörigen
Zähler praktisch den Stand Null.
Bei sehr kleinem Signal/Rauschleistungsverhältnis, d.h.
speziell bei fehlendem Nutzsignal, wird die Anzahl der
Flanken je Phasenfenster innerhalb der Meßzeit ungefähr
gleich sein. Damit sind auch die Zählerstände der zuge
hörigen Zähler ungefähr gleich. In dem gewählten Beispiel
mit acht Phasenfenstern betragen sie etwa 1/8 des Zähler
standes bei sehr großem Signal/Rauschleistungsverhältnis.
Für Signal/Rauschleistungsverhältnisse, die zwischen diesen
Grenzfällen liegen, ergeben sich für die Zählerstände ent
sprechende Zwischenwerte. Dabei hat ein Zähler einen maxi
malen Wert und die benachbarten Zähler liegen mit ihren
Werten mit wachsendem Abstand von dem Zähler mit dem Maxi
malwert zunehmend darunter.
Aufgrund dieser Eigenschaften ist es nun möglich, auch eine
Störentscheidung abzuleiten. Dafür gibt es mehrere Möglich
keiten.
Eine Möglichkeit besteht darin, mit einem zusätzlichen Zäh
ler die Differenz der Zählimpulse festzustellen, die not
wendig ist, um nach Ablauf der Meßzeit den Zähler mit dem
Höchststand zu identifizieren. Der Zählerstand des zusätz
lichen Differenzzählers ist ebenfalls kennzeichnend für das
Signal/Rauschleistungsverhältnis. Wegen den oben erwähnten
Eigenschaften für die Zählerstände der zugehörigen Phasenfenster,
ist der Stand des Differenzzählers umso größer,
je kleiner das Signal/Rauschleistungsverhältnis ist. Diese
Art der Stördetektion zeigt daher die richtige Tendenz in
Abhängigkeit vom Signal/Rauschleistungsverhältnis.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 2 dargestellt. Zu
erst sei kurz auf die schon vorgeschlagene Schaltungsan
ordnung zur Bitsynchronisation eingegangen.
Vom Ausgang e gelangt der binäre Datenstrom an eine
Differenzierschaltung 8, die jede Flanke in einen zur
Bitlänge kurzen Impuls umwandelt. Diese Impulse gelan
gen vom Ausgang der Differenzierschaltung 8 an den je
weils ersten Eingang von beispielsweise acht UND-Schal
tungen 9 a bis 9 h, von denen nur drei dargestellt sind.
Der jeweils zweite Eingang der UND-Schaltungen 9 ist mit
je einem Ausgang einer Teilerschaltung 10 verbunden.
Die Teilerschaltung 10 erzeugt aus dem achtfachen Bit
takt B T acht um je 1/8 Bit phasenverschobene Impulsfol
gen. Der 1-Zustand dieser Impulsfolgen ist jeweils 1/8
Bit lang. Damit stellen die acht UND-Schaltungen 9 für
die Impulse am Ausgang der Differenzierschaltung 8 Pha
senfenster dar, die alle die gleiche Breite haben und
durch ihre Phasenverschiebung lückenlos die Länge eines
Bits abdecken.
Acht Phasenfenster sind nur als Beispiel angegeben. Die
Anzahl der Phasenfenster wird durch die gewünschte Auf
lösung bei der Ermittlung der Phase des Datenstromes
bestimmt.
Jeder Ausgang der UND-Schaltungen 9 ist über je einen
Umschalter 10 a bis 10 h, von denen nur drei dargestellt
sind, mit je einem Zähler 11 a bis 11 h verbunden, von
denen nur drei dargestellt sind. Für eine bestimmte Meß
zeit zählt jeder Zähler 11 die Anzahl der Flanken des
Datenstromes, die in das jeweils zugehörige Phasenfenster
gefallen sind.
Zur Auswertung der Zählerstände werden nach Ablauf der
Meßzeit die Umschalter 10 a bis 10 h umgeschaltet. Dadurch
ist eine weitere Teilerschaltung 12 mit ihren Ausgängen
an die Zähler 11 a bis 11 h angeschaltet. Die Teilerschal
tung 12 arbeitet wie die schon beschriebene Teilerschal
tung 10, sie gibt also auch acht phasenverschobene Im
pulsfolgen ab. Die Zähler 11 zählen dadurch bis zu einem
vorgegebenen Höchststand weiter. Bei dem Erreichen des
Höchststandes gibt der jeweilige Zähler eine logische Eins
an seinen Ausgang. Der Höchststand der Zähler kann bei
spielsweise durch die Zählerauslegung oder zum Beispiel
durch eine Voreinstellung gegeben sein und er muß über
dem maximal in einer Meßzeit erreichbaren Stand liegen.
Durch die phasenverschobenen Impulsfolgen wird immer nur
ein Zähler zur gleichen Zeit den Höchststand erreichen;
auch für den Fall, daß zwei benachbarte Zähler am Ende der
Meßzeit zufällig den gleichen Stand haben sollten. Die ge
wünschte Auswertezeit bestimmt die Frequenz des Bittaktes
B T am Eingang der Teilerschaltung. Da in den meisten Fäl
len die Auswertezeit klein gegen die Meßzeit sein soll, ist
der Bittakt am Eingang um ein entsprechendes Vielfaches zu
erhöhen.
Eine an die Ausgänge der Zähler 11 a bis 11 h angeschaltete
ODER-Schaltung 13 erkennt, ob an einem Ausgang eine logi
sche Eins vorhanden ist und veranlaßt über eine Steuerlogik
14 die Abschaltung des Bittaktes B T am Eingang der Teiler
schaltung 12. Das kann durch Betätigen eines Schalters 15
geschehen. Jetzt ist auf nur einer der Ausgangsleitungen
der Zähler 11 eine logische Eins vorhanden. Diese Informa
tion wird in einer angeschlossenen Umkodierschaltung 16 in
eine entsprechende Binärzahl umgewandelt. Hat zum Beispiel
der Zähler 11 f zuerst den Höchststand erreicht, dann
erscheint am Ausgang der Umkodierschaltung 16 die Binär
zahl 101, was der Dezimalzahl 5 entspricht und womit der
zähler 11 f gekennzeichnet ist. Die Binärzahlen können
seriell oder parallel ausgegeben werden. Diese Binärin
formation wird in einen Speicher 17 eingegeben und dort
solange gespeichert, bis ein neues Meßergebnis vorliegt.
Der Ausgang des Speichers 17 ist mit einer Schaltung 18
zur Auswahl des Empfänger- Bittaktes verbunden. Mit der
gespeicherten Binärzahl wählt diese Schaltung 18 aus einem
Vorrat von Empfänger-Bittakten mit verschiedenen Phasen
- wie sie beispielsweise am Ausgang der Teilerschaltung 10
zur Verfügung stehen - den Bittakt mit der optimalen
Phase aus und gibt ihn auf den Steuereingang der Abtast
schaltung 6.
Die erwähnte Steuerlogik 14 ist eine einfache Hilfsschal
tung zur Steuerung des Ablaufs wie Messen bzw. Zählen, Aus
werten bzw. Hochzählen und Abspeichern und bedarf keiner
näheren Erläuterung. Ein zusätzlicher Zähler 19 zählt die
Differenz der Zählimpulse, die benötigt wird, um nach Ab
lauf der Meßzeit den Zähler mit dem Höchststand zu kenn
zeichnen. Sowie dieser Zähler identifiziert ist, wird der
Zählerstand des Differenzzählers 19 in einem Zwischen
speicher 20 solange gespeichert, bis ein neuer Meßwert
vorliegt. Der im Zwischenspeicher 20 festgehaltene Meß
wert wird mit einer geeigneten Schwelle B in einer Vergleichsschaltung
21 verglichen. Liegt der Meßwert über
der Schwelle B, so ist dies kennzeichnend für ein kleines
Signal/Rauschleistungsverhältnis. Damit erscheint am Aus
gang ein Signal, das zum Beispiel die Ausgabe des dazu
gehörenden decodierten Datenblockes durch Öffnen des Schal
ters 36 verhindert oder besonders kennzeichnet. Diese be
sondere Kennzeichnung kann bei der Verwendung eines fehler
erkennenden Codes zur weiteren Fehlerentscheidung herange
zogen werden. Liegt der Meßwert des Differenzzählers 19 je
doch unterhalb der Schwelle B, so wird dies als kennzeich
nend für ein großes Signal/Rauschleistungsverhältnis inter
pretiert. Das Decodierergebnis kann in diesem Fall an den
Benutzer durch Schließen des Schalters 36 weitergegeben werden.
Das geschilderte, einfache Prinzip für die Ableitung eines
Störkriteriums geht von der Vorstellung aus, daß bei großem
Signal/Rauschleistungsverhältnis auch stets eine entsprechend
große Anzahl von Flanken des empfangenen Bitstromes in ein
Phasenfenster fällt und folglich der zugehörige Zähler einen
großen Maximalwert erreicht. Für den Differenzzähler 19 be
deutet dies einen kleinen Zählerstand kennzeichnend für großes
Signal/Rauschleistungsverhältnis. Nun kann aber der Flan
kengehalt des empfangenen Bitstromes bei konstanter Meßzeit
auch bei großem Signal/Rauschleistungsverhältnis nicht kon
stant sein, weil der empfangene Bitstrom Zufallscharakter hat,
daher schwankt bei konstanter Meßzeit auch die Gesamtzahl der
pro Meßzeit im empfangenen Bitstrom enthaltenen Flanken. Da
durch ist die Störentscheidung aufgrund des einfachen Stör
kriteriums nicht so zuverlässig.
Für eine zuverlässigere Störentscheidung muß daher die Ver
teilung der Flankenanzahl auf die Phasenfenster in Abhängig
keit vom Signal/Rauschleistungsverhältnis, der Gesamt-Flan
kengehalt pro Meßzeit und der Maximalwert der Flankenanzahl
unter den Phasenfenstern berücksichtigt werden.
Die Ableitung eines zuverlässigeren Störkriteriums beruht
daher auf folgendem Prinzip: Bei großem Signal/Rausch
leistungsverhältnis fallen praktisch alle Flanken in ein
bestimmtes Phasenfenster. Die restlichen Phasenfenster
enthalten praktisch keine Flanken. Dies trifft insbesondere
auf diejenigen Phasenfenster zu, die den größten Ab
stand vom Phasenfenster mit der maximalen Flankenanzahl
haben. Mit abnehmendem Signal/Rauschleistungsverhältnis
nimmt jedoch die Anzahl der Flanken für die Phasenfenster
in diesen Randlagen zu. Bei sehr kleinem Signal/Rausch
leistungsverhältnis enthält jedes Phasenfenster praktisch
gleich viele Flanken. Infolgedessen ist die Anzahl der
Flanken für die Phasenfenster in den Randlagen ungefähr
gleich groß. Die Anzahl der Flanken pro Phasenfenster
beträgt in diesem Falle etwa 1/n der Flankenanzahl des
Phasenfensters mit dem Maximalwert bei großem Signal/-
Rauschleistungsverhältnis. Dabei ist n die Anzahl der
Phasenfenster.
Die Eigenschaft, daß die Anzahl der Flanken in den Phasen
fenstern mit Randlage mit abnehmendem Signal/Rauschleistungs
verhältnis zunimmt, läßt sich daher als Kriterium zur Kenn
zeichnung des Störzustandes eines übertragenen Blockes aus
nützen. Vergleicht man die Anzahl der Flanken derjenigen
Phasenfenster, die den größten Abstand vom Phasenfenster
mit maximaler Flankenanzahl haben, mit dem durch n divi
dierten Gesamt-Flankengehalt pro Meßzeit, so liegt für
mittlere und große Signal/Rauschleistungsverhältnisse die
durch n dividierte Gesamtflankenanzahl oberhalb der Flan
kenanzahl der Phasenfenster mit Randlage. Bei kleinem Sig
nal/Rauschleistungsverhältnis erreicht die Flankenanzahl
der Phasenfenster mit Randlage die durch n dividierte Ge
samtflankenzahl. Wegen den Schwankungen des zugrundeliegen
den Zufallsprozesses treten jedoch unvermeidliche Spitzen
und Einbrüche in der Flankenanzahl der Phasenfenster mit
Randlage auf. Um diese Spitzen und Einbrüche auszugleichen,
ist es zweckmäßig, die Flankenanzahl der Phasenfenster mit
Randlage zu summieren. Dabei können z.B. zwei, drei oder
vier usw. durch ihre Randlage gekennzeichnete Phasenfenster
zur Summenbildung verwendet werden. Vergleicht man nun die
sen "geglätteten" Wert mit einem aus der Gesamtflankenan
zahl abgeleiteten Schwellwert, so liegt bei mittlerem und
großem Signal/Rauschleistungsverhältnis der derart gebil
dete Summenwert stets unterhalb des Schwellwertes. Bei
sehr kleinem Signal/Rauschleistungsverhältnis liegt jedoch
der Summenwert oberhalb des Schwellwertes. Damit läßt sich
ein sehr kleines Signal/Rauschleistungsverhältnis von weni
gen dB dadurch kennzeichnen, daß der Summenwert der Flan
kenanzahl von Phasenfenstern mit Randlage oberhalb eines
aus der Gesamtflankenanzahl pro Meßzeit abgeleiteten Schwell
wertes liegt. Aufgrund dieses Störkriteriums ist eine Stör
entscheidung zuverlässig durchführbar. Das Ergebnis der
Störentscheidung wird dazu benutzt, den Decodierer 7 vor
falschen Entscheidungen zu bewahren oder bei mehrfacher
Übertragung der gleichen Information eine Blockauswahl in
dem Sinne vorzunehmen, daß nur der Block mit dem höchsten
Konfidenzwert ausgegeben wird.
Ein Ausführungsbeispiel einer hierzu geeigneten Schaltungs
anordnung ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt, wobei
die Fig. 3a links von der Fig. 3b anzuordnen ist. Auf die
schon zur Fig. 2 beschriebene Schaltungsanordnung zur Bit
synchronisation wird nicht weiter eingegangen, sondern nur
die zusätzlichen Schaltungsteile aufgeführt.
Mit einem an die Differenzierschaltung 8 angeschlossenen
m:1-Teiler 22 und einem nachgeschalteten Zähler 23 wird
ein geeigneter Schwellwert aus dem Gesamt
flankengehalt pro Meßzeit ermittelt. Am Ende der Meßzeit
steht auch die jeweils pro Phasenfenster auftretende Flan
kenanzahl zur Verfügung. Sie wird zur weiteren Verarbeitung
in den Zählern 11 a bis 11 h nachfolgenden Zwischenspeichern
24 bis 31 festgehalten. Entsprechend dem erläuterten Prin
zip werden nun die Phasenfenster mit Randlage bestimmt.
Dies erfolgt durch die im Speicher 17 am Ende der Meßzeit
erscheinende Information über das Phasenfenster mit der
maximalen Flankenanzahl. Diese in binärer Form vorliegende
Information wird einem den Zwischenspeichern 24 bis 31
nachgeschalteten Stufenschalter 32 mit mehreren Ebenen zu
geführt. Aufgrund dieser Information werden dann die Pha
senfenster mit Randlage ausgewählt.
Der Stufenschalter 32 besitzt soviele Ebenen wie Phasen
fenster mit Randlage summiert werden sollen. Jede Ebene des
Stufenschalters 32 besitzt eine der Anzahl der Zwischen
speicher 24 bis 31 entsprechende Anzahl von Eingängen und
Ausgängen. Die Anzahl ist dabei bestimmt durch die binäre
Darstellung des Maximalwertes der Flankenanzahl in einem
Phasenfenster mit Randlage. Die Flankenanzahl der vom Stu
fenschalter 32 ausgewählten Phasenfenster mit Randlage wird
in einem nachgeschalteten Volladdierer 33 binär summiert.
Das Additionsergebnis vergleicht ein Komparator 34 mit dem
vom Zähler 22 ermittelten Schwellwert. Das Vergleichser
gebnis wird in einem Speicher 35 solange gespeichert, bis
ein neues Meßergebnis vorliegt und steht solange am Aus
gang α zur Verfügung und wird gleichzeitig dem Schalter 36
im Decoder 7 zugeführt.
Zur Steuerung der Vorgänge für den Stördetektor wird
die Steuerlogik 14 verwendet. Dazu ist eine Verbindung
zwischen der Steuerlogik 14 und den Zwischenspeichern
24 bis 31 und dem Speicher 35 vorhanden.