DE3142560A1

DE3142560A1 - Regenerator for digital signals

Info

Publication number: DE3142560A1
Application number: DE19813142560
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing.(grad.) 6101 Groß-Bieberau Fahrendholz; Horst Dr.-Ing. 6105 Ober-Ramstadt Röder
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1983-07-07

Abstract

A regenerator for digital signals consists in known fashion of an amplitude discriminator (1), a time discriminator (3) connected downstream and an addition stage (5) in front of the amplitude discriminator (2) which combines the input signal and a compensation signal. The novelty of a regenerator of this type lies in that the compensation signal DELTA u'(t) is produced by forming the difference between the input signal uE(t) and a reference signal uR(t), renewed after each amplitude discrimination, in a second addition stage (6) decoupled in relation to the first addition stage. The second addition stage (6) is inserted between the input signal uE(t) and the reference signal uR(t) derived from the output of the amplitude discriminator (2). A switching element (4) is disposed between the two addition stages (5, 6) to suppress the differential signal DELTA u(t) during the signal transitions of the input signal uE(t). The compensation signal DELTA u'(t) thus obtained is added in the first addition stage (5) with the correct amplitude to the input signal uE(t). A regenerator of this type contains no frequency-dependent elements in its compensation and is thus easy to integrate. It is largely independent of the pulse shape, timing and also timing jitter. A receiving network connected upstream is not required for signals with little distortion. <IMAGE>

Description

Regenerator für digitale SignaleRegenerator for digital signals

Die Erfindung betrifft einen Regenerator für digitale Signale zur Wiedergewinnung und Kompensation von fehlenden nieder- und höherfrequenten Signalanteilen.The invention relates to a regenerator for digital signals for Recovery and compensation of missing low and high frequency signal components.

Bei der Übertragung von Digitalsignalen werden wegen der im Übertragungsweg liegenden Übertrager und Koppelkondensam toren die Spektralanteile im Leistungsspektrum bei tiefen Frequenzen bedämpft - vgl. K. Tröndle, R. Weiß: Einführung in die Puls-Code-Modulation"; R. Oldenbourg Verlag, München-Wien 1974, S. 136 - 139. Gleichzeitig treten durch eine obere Bandbegrenzung Impulsnachsohwinger auf, die einen kleineren Störabstand im Entscheiderpunkt bewirken. Eine obere Bandbegrenzung ist jedoch zur Optimierung des Signal-Rauschleistungsverhältnisses notwendig. Die Wiederge winnung der niederfrequenten Signalanteile und eine Eompent sation der Impulsnachschwinger ist für eine fehlerfreie Amplitudenentscheidung erforderlich.When transmitting digital signals are due to the in the transmission path lying transformers and coupling capacitors, the spectral components in the power spectrum attenuated at low frequencies - see K. Tröndle, R. Weiß: Introduction to Pulse-Code-Modulation "; R. Oldenbourg Verlag, Munich-Vienna 1974, pp. 136-139. Step through at the same time an upper band limit impulse resohwinger, which has a smaller signal-to-noise ratio effect in the decision point. However, an upper band limit is for optimization the signal-to-noise ratio is necessary. The recovery of the low frequency Signal components and an eompent sation of the pulse reverberation is for an error-free Amplitude decision required.

Es ist bekannt, störende Einflüsse, bewirkt durch die gedämpften Spektralanteile sowie die Impulsnachschwinger mit verschiedenartig ausgeführten sogenannten "Quantisierten Rückkopplungen" zu kompensieren - vgl. H. Marko: ft0ptimale und fast optimale binäre und mehrstufige digitale Übertragungssysteme", AEÜ Band 28 (1974), S. 402 bis 414 und H. Marko, K. Tröndle, G. Söder: "Vergleich optimaler, binärer und mehrstufiger Regenerativverstärkersysteme für koaxiale Kabel unter Berucksichtigung der Toleranzen", NTZ 29 (1976), S. 601 bis 608 und NTZ 30 (1977), S. 316 bis 323 sowie DE-OS 28 34 193, Pat.Am P 31 32 876.8.It is known that disruptive influences are caused by the attenuated spectral components as well as the pulse reverberation with variously executed so-called "quantized" To compensate for feedback "- see H. Marko: ft0ptimale und almost optimal binary and multistage digital transmission systems ", AEÜ Volume 28 (1974), pp. 402 to 414 and H. Marko, K. Tröndle, G. Söder: "Comparison of optimal, binary and multi-level Regenerative amplifier systems for coaxial cables taking into account the tolerances ", NTZ 29 (1976), pp. 601 to 608 and NTZ 30 (1977), pp. 316 to 323 and DE-OS 28 34 193, Pat. Am P 31 32 876.8.

In Fig. 1 ist ein solcher Regenerator mit quantisierter Rückkopplung nach dem Stand der Technik dargestellt.In Fig. 1 is such a regenerator with quantized feedback shown according to the state of the art.

Nach Fig. 1 enthält der Regenerator in bekannter Weise an seinem Eingang ein Empfangsnetzwerk 1, welches das aus der Übertragungsstr@cke bedämpfte und verzerrt anko ende Digitalsignal verstärkt und entzerrt. Das so entzerrte Digitalsignal wird über eine Additionsschaltung 5 einem Amplitudenentscheider 2 zugeführt. Ein jitterfreies Digitalsignal steht erst am Ausgang eines Zeitentscheiders 3 zur Verfügung, der den zur Zeitentscheidung benötigten Takt von einer nicht dargestellten Uaktrückgewinnungsschaltung erhält. Das Signal für die Rückkopplung nach dem Stand der Technik wird vom Digitalsignal im Zeitentscheider 3 abgezweigt, in einer quantisierten Rückkopplungsschaltung 7 integriert und in der Additionsschaltung 5 dem Ausgangssignal des Eingangsnetzwerkes 1 zugeführt.According to Fig. 1, the regenerator contains in a known manner at its entrance a receiving network 1, which attenuates and distorts that from the transmission line arrival end Digital signal amplified and equalized. The so rectified The digital signal is sent to an amplitude decider 2 via an addition circuit 5 fed. A jitter-free digital signal is only available at the output of a time decider 3 available, the clock required for the time decision from a not shown Uakt recovery circuit receives. The signal for feedback after the stand the technology is branched off from the digital signal in the time decider 3, in a quantized Integrated feedback circuit 7 and in addition circuit 5 the output signal of the input network 1 supplied.

Das Riickkopplungsnetzwerk 7 enthält frequenzabhängige Bauelemente. Der Nachteil dieser im vorstehend beschriebenen Blockschaltbild dargestellten, bekannten quantisierten Rückkopplung besteht in ihrer Frequenzabhängigkeit und in der Notwendigkeit ihrer Optimierung für den jeweils vorliegenden Übertragungskanäl. Gleichzeitig sind diese Netzwerke sehr aufwendig, kompliziert und empfindlich gegen Parameterschwankungen.The feedback network 7 contains frequency-dependent components. The disadvantage of this, shown in the block diagram described above, known quantized feedback consists in its frequency dependence and necessity their optimization for the respective transmission channel. Are at the same time these networks are very expensive, complicated and sensitive to parameter fluctuations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regenerator für Digitalsignal anzugeben, mit dem alle diese Nachteile beseitigt sind.The invention is based on the object of a regenerator for a digital signal with which all these disadvantages are eliminated.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the invention specified in claim 1 solved. Further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Das Wesentliche des im Patentanspruch 1 angegebenen Regenerators besteht darin, daß das Eingangssignal u(t) mit einem quantisierten Referenzsignal uR(t) verglichen und die Differenza u'(t) zum Entscheiderpunkt addiert wird.The essence of the regenerator specified in claim 1 consists in that the input signal u (t) with a quantized reference signal uR (t) compared and the difference a u '(t) is added to the decision point.

Das Referenz signal kann vorteilhaft am Ausgang des Amplitudenentscheiders abgenommen werden. Grundsätzlich ist auch eine Abnahme hinter dem Zeitentscheider möglich. Um eine stabile Arbeitsweise zu gewährleisten, iussea die nicht kompensierten Signalübergänge während der Amplitudenentscheidung erhalten bleiben. Hierzu sind mehrere Verfahren möglich, beispielsweise kurzzeitiges Abschalten und Halten des Kompensationssignals während des Signalübergangs oder Ausfilterung der kurzen Pulse, die durch die Differenzbildung in den Signalübergängen entstehen.The reference signal can be advantageous at the output of the amplitude decider be removed. Basically there is also a decrease behind the time maker possible. In order to ensure a stable operation, Iussea not compensated Signal transitions are preserved during the amplitude decision. These are several methods possible, for example switching off and holding the Compensation signal during the signal transition or filtering out the short pulses, which arise from the formation of the difference in the signal transitions.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 2 bis 5 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS.

Es zeigen Fig, 1 das bereits behandelte Prinzipschaltbild eines Regenerators nach dem Stand der Technik Fig. 2 das Prinzipschaltbild des Regenerators nach der Erfindung Fig. 5 zwei beispielhafte Signalverläufe für die Wirkung der Erfindung Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel mit diskreten Bauelementen Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Operationsverstärker Fig. 2 zeigt das bekannte Empfangsnetzwerk 1, die erste Additionsstufe 5, den Amplitudenentscheider 2 und den nachgeschalteten Zeitentscheider 3. Im Unterschied zum Stand der Technik zweigt der Rückkopplungspfad bereits hinter dem Amplitudenentscheider 2 ab. Ber Rückkopplungspfad enthält kein Netzwerk, sondern lediglich eine weitere Additionsstufe 6. In dieser zweiten Additionsstufe 6 wird das sol Ausgang des Amplitudenentscheiders 2 abgeleitete Referenzsignal uR(t) mit dem Eingangssignal uE(t) verglichen. Die jeweilige Differenz # u(t) wird einem Schaltglied 4 zugeführt, Des Schaltglied 4 enthält kein Netzwerk, sondern dient dazu, das Differenzsignal# u(t) während der Signale übergänge des Eingangssignals uBgt) zu unterdrücken. Das am Ausgang des Schaltgliedes 4 entstehende Kompensationssignal Ä'i'(t'. wird in der ersten Additionsstufe 3 um Eingangssignal amplitudenrichtig addiert.1 shows the basic circuit diagram of a regenerator, which has already been dealt with according to the prior art FIG. 2 shows the basic circuit diagram of the regenerator according to FIG Invention FIG. 5 shows two exemplary signal curves for the effect of the invention FIG. 4 shows a first exemplary embodiment with discrete components; FIG. 5 shows a second Exemplary embodiment with an operational amplifier FIG. 2 shows the known receiving network 1, the first addition stage 5, the amplitude decider 2 and the downstream Time decision maker 3. In contrast to the prior art, the feedback path branches off already behind the amplitude decision maker 2. The feedback path does not contain Network, but only one further addition stage 6. In this second addition stage 6, the reference signal uR (t) derived from the sol output of the amplitude decision maker 2 compared with the input signal uE (t). The respective difference # u (t) becomes one Switching element 4 supplied, the switching element 4 does not contain a network, but serves in addition, the difference signal # u (t) during the signal transitions of the input signal uBgt) to suppress. The compensation signal arising at the output of the switching element 4 Ä'i '(t'. Becomes 3 um in the first addition stage Input signal with correct amplitude added.

Das Signal hinter dem Empfangsnetzwerk 1 kann grundsätzlich deswegen als Eingangssignal uE(t) bezeichnet werden, weil unter bestimmten Bedingungen das Empfangsnetzwerk bei einem Regenerator nach der Erfindung entfallen kann, wie später erläutert wird. Die in Fig. 2 im Prinzip dargestellte Schaltung arbeitet ersichtlich ohne frequenzabhängige Netzwerke.The signal behind the receiving network 1 can in principle therefore can be referred to as the input signal uE (t), because under certain conditions the Receiving network can be omitted in a regenerator according to the invention, as later is explained. The circuit shown in principle in Fig. 2 works clearly without frequency-dependent networks.

In Fig. 3 sind die zum Verständnis wichtigen Signalverläufe mit zwei Beispielen dargestellt. Oben ist für jedes Beispiel das in verschiedener Weise auf der Übertragungsstrecke verformte Eingangssignalt) dargestellt, darunter sind das am Ausgang des Amplitudenentscheiders 2 abgenommene Referenzsignal uR(t) und darunter das durch Differenzbildung beider Signale entstehende und von störenden Impulsen während der Signalübergänge befreite KompensationssignalaNu'(t) gezeichnet. Man erkennt den zum Eingangssignal uE(t) jeweils komplementären Verlauf des Kompensationssignals A u'(t).In FIG. 3, the signal curves that are important for understanding are shown with two Examples shown. Above is this in different ways for each example input signal deformed along the transmission path), including the reference signal uR (t) and below taken at the output of the amplitude decider 2 the resulting from the formation of the difference between the two signals and from interfering impulses Compensation signal aNu '(t) released during signal transitions is drawn. Man recognizes the complementary curve of the compensation signal to the input signal uE (t) A u '(t).

Schließlich zeigt die unterste Zeile die jedenfalls im Bezug auf den Amplitudenverlauf wieder hergestellte Ursprungsform der Signale, die selbstverständlich hinsichtlich ihrer Phasenlage in bekannte Weise einer Korrektur durch den nachgeschalteten Zeitentscheider bedarf. Man erkennt an Fig. 3, daß unabhängig Ton der Signalform eine Kompensation möglich ist.Finally, the bottom line shows the at least in relation to the Amplitude curve restored the original form of the signals, which of course a correction by the downstream in a known manner with regard to their phase position Time decision maker needs. It can be seen from Fig. 3 that tone regardless of the waveform compensation is possible.

Mit der vorstehend in ihrem Prinzip beschriebenen Erfindung lassen sich folgende besondere Vorteile erzielen: 1. Gleichzeitige Kompensation der im unteren und oberen Frequenzband verloren gegangenen bzw. gedämpften Spektralanteile, 2. PreqUena;mabhängigke it dr Kompensation und damit leichte Integrierbarkeit zeine frequenzbestimmenden Glieder), 3. weitgehende Impulsformunabhängigkeit, 4. Unabhängigkeit vom Takt und auch vom Taktjitter, 5. nur geringe Verzögerung des Kompensationssignals und dadurch dessen sofortige Wirkung 6. Einsparung des gesamten Empfangsnetzwerkes 1 bei kurzen Übertragungsstrecken.With the invention described in principle above the following special advantages can be achieved: 1. Simultaneous compensation of the im lower and upper frequency band lost or attenuated spectral components, 2. PreqUena; m dependency on the compensation and thus easy to integrate frequency-determining elements), 3. extensive pulse shape independence, 4. Independence from the clock and also from the clock jitter, 5. only slight delay of the Compensation signal and thus its immediate effect 6. Saving of the whole Receiving network 1 for short transmission links.

In Fig, 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; dieses wird im folgenden näher beschrieben. Das Ausgangssignal des Empfangsnetzwerkes 1 wird mit T1 entkoppelt und der Additionsstufe T2 (6 in Fig. 2) zugeführt. Gleichzeitig wird das mit T5 entkoppelte Ausgangssignal des Amplitudenentscheiders 2 der Additionsstufe T2 (6 in Fig. 2) zugeführt. Das Ausgangssignal der Additionsstufe T2 wird mit der Verstärkerstufe T3 verstärkt, mit T4 entkoppelt und im Entscheiderpunkt amplitudenrichtig addiert, Zur Ausfilterung der kurzen Pulse, die durch die Differenzbildung in den Signalübergängen entstehen, dienen ein-Widerstand R1 und zwei Kondensatoren 01 und C2. Diese bilden das Schaltglied 4 in Fig. 2, Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 handelt es sich um ein Quaternärsignal, das am Ausgang des Amplitudenentscheiders 2 durch Stromsummierung mit 4 Widerständen zusammengesetzt wird.In Fig. 4, a first embodiment of the invention is shown; this is described in more detail below. The output signal of the receiving network 1 is decoupled with T1 and fed to the addition stage T2 (6 in FIG. 2). Simultaneously becomes the output signal of the amplitude decider 2 of the addition stage, which is decoupled with T5 T2 (6 in Fig. 2) is supplied. The output signal of the addition stage T2 is with the Amplifier stage T3 amplified, decoupled with T4 and with correct amplitude at the decision point added, To filter out the short pulses caused by forming the difference in the Signal transitions arise, a resistor R1 and two capacitors 01 and serve C2. These form the switching element 4 in FIG. 2, in the exemplary embodiment according to FIG. 4 it is a quaternary signal that is generated at the output of the amplitude decider 2 is put together by summing currents with 4 resistors.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt9 das insbesondere auch die einfache Integrationsfähigkeit der Erfindung zeigt. Es wird im folgenden näher beschriebenO Die Differenz des Eingangssignals und des mit T1 entkoppelten Ausgangssignals des Amplitudenentscheiders 2 wird mit Hilfe eines Operationsverstärkers OP gebildet und amplitudenrichtig im Entscheiderpankt addiert. Zur Ansfilterung der kurzen Pulse, die durch Differenzbildung in den Signalubergängen entstehen, dient ein Xondensator C1. Dieser entspricht dem Schaltglied 4 in Fig. 2. Auch in diesen Ausfiihrungsbeispiel handelt es sich um ein Quaternärsignal.In Fig. 5, a further embodiment is shown9 that in particular also shows the ease of integration of the invention. It is in the following described in more detail O The difference between the input signal and that decoupled with T1 The output signal of the amplitude decision maker 2 is made with the aid of an operational amplifier OP formed and added with the correct amplitude in the decision-making panel. For filtering the short pulses that result from the formation of the difference in the signal transitions, A capacitor C1 is used. This corresponds to the switching element 4 in FIG this exemplary embodiment is a quaternary signal.

Ein gemäß der Erfindung ausgerüsteter Versuchsregenerator wurde bei einer 16-Mbit-Quaternär-Ubertragung über ein Koaxialpaar mit einer Dämpfung von 88 dB (bei einer Eyquistfrequenz von 4,224 MHz) mit Erfolg eingesetzt.A test regenerator equipped according to the invention was at a 16 Mbit quaternary transmission via a coaxial pair with an attenuation of 88 dB (at an eyquist frequency of 4.224 MHz) was successfully used.

Bei kurzen Übertragungsstrecken kann durch Anwendung eines gemäß der Erfindung ausgestatteten Regenerators das üblicherweise vor den Regenerator geschaltete Empfangsnetzwerk 1 entfallen. So ist z.B. eine Kurzstrecken-Entzerrung von hochratigen Bitströmen für das digitale Teilnehmernetz bei Einsatz des erfindungsgemäß.ausgebildeten Regenerators nicht-mehr notwendig.In the case of short transmission paths, by using one according to Invention equipped regenerator is usually connected upstream of the regenerator Receiving network 1 is omitted. For example, short-range equalization of high-speed Bit streams for the digital subscriber network when using the inventive. Trained Regenerators no longer necessary.

Bei Impulsen, die länger als eine Schrittdauer andauern, würden bei herkömmlichen Regeneratoren ohne Empfangsnetzwerk 1 Fehlentscheidungen entstehen. Da der erfindungsgemäß ausgerüstete Regenerator aber sofort nach jeder Xmplitudenentscheidung eine Korrektur des Impulses durchführt, ist eine Fehlentscheidung ausgeschlossen, so lange die Verzerrung der Impulse über eine einzige Schrittdauer noch nicht so groß ist, daß eine Pehlentscheidung entsteht.For pulses that last longer than a step duration, would be at conventional regenerators without receiving network 1 wrong decisions arise. Since the regenerator equipped according to the invention but immediately after each amplitude decision corrects the impulse, a wrong decision is excluded, as long as the impulses are not distorted over a single step duration it is great that a wrong decision is made.

Eine Übertragung mit einem 8,448-MBaud-Quaternärsignal über ein 900 m langes Kleinkoaxialpaar 1,2/4,4 (ca. 11 dB Dämpfung bei 4,224 MHz) erfolgte fehlerfrei, während bei Anschaltung eines herkömmlichen Regenerators keine Übertragung mehr möglich war.A transmission with an 8.448 Mbaud quaternary signal over a 900 m long small coaxial pair 1.2 / 4.4 (approx. 11 dB attenuation at 4.224 MHz) was error-free, while when a conventional regenerator is switched on, there is no longer any transmission was possible.

Die vorliegende Erfindung ist für alle binär- und mehrsttlflgen Digitalsignalregeneratoren anwendbar, L e e r s e i t eThe present invention is applicable to all binary and multiple digital signal regenerators applicable, L e r s e i t e

Claims

Regenerator for digital signals (5) Claims regenerator for digital signals a) consisting of an amplitude decider (2.), a downstream Time decider (3) and one the input signal and a compensation signal together leading addition stage (5) before the amplitude decider (2), d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t, d a ß b) the compensation signal u '(t) by forming the difference between the input signal u (t) and a renewed one after each amplitude decision Reference signal uR (t) in a second addition stage that is decoupled from the first (6) arises (Fig. 2).

2. Regenerator according to claim 1, characterized in that c) that the second addition stage (6) between the input signal u (t) and that from the output of the Amplitude decider (2) derived reference signal uR (t) is switched, d) that a switching element (4) for suppression between the two addition stages (5, 6) of the difference signal ß u (t) during the signal transitions of the input signal uE (t) is arranged, e) and that the resulting compensation signal #u '(t) in the first addition stage (5) is added to the input signal uE (t) with the correct amplitude (Fig. 2).

3. Regenerator according to claim 1 oder 2, characterized in that only In the case of such input signals, a receiving network (1) is provided for equalization where the distortion during a step duration is so great that it is already would lead to a wrong decision by the amplitude decision maker.

4. Regenerator according to claim .2, characterized in that the switching element (4) During the amplitude decision from the difference signal Au (t), the difference is formed filters out short pulses arising in the signal transitions (Fig. 4, Fig. 5).

5. Regenerator according to claim 2, characterized in * that the switching element (4) the difference signal A u (t) switches off briefly during the amplitude decision and holds with known methods.