DE3200786A1

DE3200786A1 - Method and arrangement for digital signal recognition

Info

Publication number: DE3200786A1
Application number: DE19823200786
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 8000 München Burgmeier; Karl-Heinz Dipl.-Ing. 8102 Mittenwald Prasse; Gerhard Dipl.-Ing. 8905 Mering Thanhäuser; Herwig Dipl.-Ing. 8039 Puchheim Trimmel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1983-07-21

Abstract

Transmission paths for digital signals contain devices for operational monitoring. A prerequisite for operational monitoring is the reliable recognition of the digital signals or corresponding test signals. The synchronous state of the phase-locked loop contained in the pulse regenerators for the digital signals is used according to the invention as a criterion for reception of a signal of this type. The synchronous state is recognised according to the invention by means of a synchronous demodulator, whose two inputs are in each case connected separately to the input or output of the phase-locked loop and to whose output a threshold discriminator is connected. The invention is used particularly advantageously in transmission systems for digital optical signals. <IMAGE>

Description

Verfahren und Anordnung zur digitalen SignalerkennungMethod and arrangement for digital signal recognition

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalerkennung in einem Regenerator einer Ubertragungsstrecke für digitale Signale, der empfangsseitig eine Verstärkereinrichtung für die empfangenen digitalen Signale und eine nachgeschaltete Phasenregelschleife zur Erzeugung eines Taktsignals aus dem empfangenen digitalen Signal enthält.The invention relates to a method for signal recognition in one Regenerator of a transmission link for digital signals, the receiving side a Amplifier device for the received digital signals and one downstream Phase locked loop for generating a clock signal from the received digital Contains signal.

Ubertragungsstrecken für digitale Signale enthalten zur möglichst frühzeitigen Erkennung von Störungen, insbesondere im Hinblick auf eine Ersatzschaltung gestörter Strecken, Einrichtungen zur Betriebsüberwachung. Bei optischen Ubertragungssystemen für digitale Signale mit Lasersendern sind außerdem Schutzmaßnahmen erforderlich, da bei Bruch eines Lichtwellenleiters die aus diesem austretende Laserstrahlung zu Netzhautschäden führen kann.Transmission links for digital signals contain as much as possible early detection of faults, especially with regard to an equivalent circuit disturbed routes, facilities for operational monitoring. In optical transmission systems Protective measures are also required for digital signals with laser transmitters, because if a fiber optic cable breaks, the laser radiation emitted from it can lead to retinal damage.

Ein Verfahren zur Überwachung von Nachrichtenübertragungsstrecken, bei denen die Ubertragung der Signale über Lichtwellenleiter erfolgt und eine Rückmeldeleitung vorhanden ist, ist aus der deutschen Patentschrift 27 51 645 bekannt. Bei diesem Verfahren wird bei Ausfall einer Nachrichtenübertragungsstrecke von seiten des jeweils hinter der Unterbrechung liegenden Empfängers über eine Rückmeldeleitung ein die Unterbrechung kennzeichnendes Hilfssignal an den vor dem Ausfallort liegenden Sender übertragen und dieser damit zur Umschaltung auf eine für die Augen unschädliche Strahlungsdichte veranlaßt.A method for monitoring communication links, in which the signals are transmitted via optical fibers and a feedback line is present is known from German patent specification 27 51 645. With this one In the event of failure of a communication link, the respective receiver lying behind the interruption via a feedback line Auxiliary signal to the transmitter located in front of the failure location, characterizing the interruption and this to switch to one that is harmless to the eyes Causes radiation density.

Voraussetzung für die Betriebsüberwachung der erwähnten Nachrichtenübertragungsstrecken ist die sichere Erkennung einer Unterbrechung in der Nachrichtenübertragung, also die sichere Erkennung eines zu übertragenden Nutz- bzw. Prüfsignals. In der erwähnten deutschen Patentschrift erfolgt die Signalerkennung im Empfänger mit zwei Sptzengleichrichtern unterschiedlicher Zeitkonstante bzw. mittels einfacher Schwingkreise. Weitere bekannte Möglichkeiten zur Signalerkennung sind die Untersuchung des Empfangssignals auf die Einhaltung der vorgeschriebenen Coderegel oder der digitalen Summe. Diese bekannten Methoden zur Signalerkennung erfordern entweder einen vergleichsweise hohen Aufwand oder aber sie sind nicht besonders zuverlässig. So kann beispielsweise eine Eingangsstufe eines derartigen Regenerators durch einen Bauelementefehler ins Schwingen kommen, ohne daß dies mit Sicherheit erkannt wird. Bei Ubeftragungsstrecken für optische Signale enthalten die Empfänger eine automatische Verstärkungsregelung, so daß bei fehlendem Nutzsignal der Empfänger auf maximale Verstärkung aufgeregelt wird. Die in den Empfängern als optoelektrische Umwandler verwendeten Lawinen-Fotodioden geben aber mit zunehmender Lawinenverstärkung eine überproportional ansteigende Rauschleistung ab. Durch das Rauschsignal wird im angeschlossenen Regenerator eine nahezu zufällige Null-Eins-Folge erzeugt, die ebenfalls ein Nutzsignal vortäuschen kann.Prerequisite for the operational monitoring of the communication links mentioned is the reliable detection of an interruption in the message transmission, i.e. the reliable detection of a useful or test signal to be transmitted. In the mentioned According to the German patent, the signal is recognized in the receiver with two auxiliary rectifiers different time constants or by means of simple oscillating circuits. More well-known Options for signal detection are the investigation of the received signal compliance with the prescribed code rule or the digital sum. These well-known Methods for signal detection either require a comparatively high level of effort or they are not particularly reliable. For example, an entry level such a regenerator start to oscillate due to a component fault, without this being recognized with certainty. In the case of transmission routes for optical Signals contain the receiver an automatic gain control, so that with If the useful signal is missing, the receiver is adjusted to maximum gain. the Avalanche photodiodes used as opto-electrical converters in the receivers but with increasing avalanche amplification a disproportionately increasing noise power away. The noise signal causes an almost random response in the connected regenerator Zero-one sequence generated, which can also simulate a useful signal.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren und eine Anordnung dere ingangs erwähnten Art zu finden, die mit vergleichsweise geringem Aufwand die Erkennung eines Nutzsignals, also eines digitalen Signals oder eines Prüfsignals mit großer Sicherheit gestattet.The object of the invention is therefore to provide a method and a Arrangement of the type mentioned at the beginning to find the one with comparatively low The effort involved in recognizing a useful signal, i.e. a digital signal or a Test signal permitted with great certainty.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Synchronzustand der Phasenregelschleife als Kriterium für den Empfang des digitalen Signals dient.According to the invention the object is achieved in that the synchronous state the phase-locked loop serves as a criterion for receiving the digital signal.

Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß besonders aufwendige Teile der Taktableitung des digitalen Regenerators für die Signalerkennung mitverwendet werden können.It is of particular advantage in the solution according to the invention that particularly complex parts of the clock derivation of the digital regenerator for signal detection can also be used.

Von besonderem Vorteil ist weiterhin, daß das erfindungsgemäße Verfahren in breitem Umfange einsetzbar ist und es auch auf Nachrichtenübertragungsstrecken angewendet werden kann, bei denen die digitalen Signale als optische Signale übertragen werden.It is also of particular advantage that the method according to the invention Can be used on a wide scale and it can also be used on communication links can be applied in which the digital signals are transmitted as optical signals will.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den weiteren Patentansprüchen 3 und 4 und eine zweckmäßige Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dem Patentanspruch 5 entnehmbar.Advantageous further developments of the method according to the invention are the other claims 3 and 4 and an appropriate arrangement for implementation of the method according to the invention can be found in claim 5.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden, wobei in der Figur der Empfangsteil eines in einer Übertragungsstrecke für optische digitale Signale angeordneten Regenerators dargestellt ist.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing be, in the figure the receiving part of one in a transmission link for optical digital signals arranged regenerator is shown.

Die optischen Signale OS werden vom optischen Empfänger 1 empfangen und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt. Zu diesem Zweck ist der.Lichtwellenleiter der Ubertragungsstrecke optisch eng an eine Lawinen-Fotodiode angekoppelt, die zusammen mit der Stromversorgung und einem angepaßten Verstärker im optischen Empfänger 1 enthalten ist. Dem optischen Empfänger nachgeschaltet ist der eigentliche Impulsregenerator, der in seinem Aufbau weitgehend den Impulsregeneratoren entspricht, die für Kupferleitungen in dem entsprechenden FrequenzbseiM w wendet werden. Der Impulsregenerator enthält die Reihenschaltung eines Amplitudenentscheiders 2 und eines Zeitentscheiders 6, der an eine nachfolgende Endstufe oder eine vergleichbare Einrichtung das regenerierte digitale Signal DS abgibt. An den Ausgang des Amplitudenentscheiders 2 ist zusätzlich eine Anordnung zur Taktableitung angeschlossen, die die Reihenschaltung eines Differenziergliedes 3, eines Zweiweggleichrichters 4 und einer Phasenregelschleife 5 enthält, wobei der Ausgang der Phasenregelschleife mit einem Takteingang des Zeitentscheiders 6 verbunden ist. Die Phasenregelschleife 5 enthält in bekannter Weise die Reihenschaltung eines Phasenkomparators, eines Tiefpasses und eines nachstimmbaren Quarzoszillators, dessen Schwingfrequenz mit Hilfe der vom Phasenkomparator erzeugten Nachstimmspannung der Taktfrequenz der ankommenden digitalen Signale nachgeführt wird. Aufgrund des verwendeten Quarzoszillators hat die Phasenregelschleife eine hohe Güte, die bei etwa 1000 liegt und die verhindert, daß auch bei großer Rauschleistung der vorgeschalteten Empfängerteile sich die Phasenregelschleife auf ein anderes als das digitale Signal oder ein entsprechendes Prüfsignal synchronisiert. Die verwendeten Prüfsignale entsprechen dabei hinsichtlich ihrer Bitrate, ihres Impulsmusters und ihrer Impulsform den im Betriebsfall zu übertragenden digitalen Signalen. Im Hinblick auf die eingangs erwähnten Schutzmaßnahmen liegt die Dauer der im Störungsfall periodisch ausgesendeten Prüfsignale nur bei einem geringen Bruchteil der Aussendeperiode, so daß die effektive Strahlungsleistung während der Aussendung von Prüfsignalen gering ist und dadurch Augenschäden oder ähnliches vermieden werden. Für die Dauer der Prüfsignale erhält der Empfänger den normalen Empfangspegel, der für die Syn- chronisation der Phasenregelschleife im Regenerator und damit für eine korrekte Signalerkennung ausreicht, so daß eine automatische Wiedereinschaltung eines wegen einer Störung abgeschalteten Streckenabschnittes gesichert ist.The optical signals OS are received by the optical receiver 1 and converted into corresponding electrical signals. The fiber optic cable is used for this purpose the transmission path optically closely coupled to an avalanche photodiode, which together with the power supply and an adapted amplifier in the optical receiver 1 is included. Downstream of the optical receiver is the actual pulse regenerator, which largely corresponds in its structure to the pulse regenerators used for copper lines in the relevant frequency be used. The pulse regenerator contains the series connection of an amplitude decision maker 2 and a time decision maker 6, which is regenerated to a subsequent output stage or a comparable device emits digital signal DS. At the output of the amplitude decision maker 2 is also an arrangement for clock derivation connected, which is the series connection of a differentiating element 3, a full wave rectifier 4 and a phase locked loop 5, wherein the output of the phase-locked loop with a clock input of the time decider 6 connected is. The phase locked loop 5 contains the series circuit in a known manner a phase comparator, a low-pass filter and a tunable crystal oscillator, its oscillation frequency with the help of the retuning voltage generated by the phase comparator the clock frequency of the incoming digital signals is tracked. Because of the The crystal oscillator used, the phase-locked loop has a high quality, which at is about 1000 and prevents the upstream The receiver shares the phase-locked loop on a signal other than the digital signal or a corresponding test signal is synchronized. The test signals used correspond to in terms of their bit rate, their pulse pattern and their pulse shape the im Operating case to be transmitted digital signals. With regard to the aforementioned Protective measures is the duration of the test signals periodically sent out in the event of a fault only with a small fraction of the transmission period, so that the effective radiation power during the transmission of test signals is low and therefore eye damage or the like can be avoided. The receiver receives the for the duration of the test signals normal reception level required for the syn- chronization of the phase locked loop in the regenerator and thus sufficient for correct signal detection, so that a automatic restart of a section of the route that was shut down due to a fault is secured.

Die Signalerkennung erfolgt mittels eines Synchrondemodulators 9, dessen einer Eingang über ein für die Taktfrequenz der digitalen Signale durchlässiges Bandfilter 8 an den Eingang der Phasenregelschleife 5 angeschlossen ist und dessen anderer Eingang über einen Phasenschieber 7 an den Ausgang der Phasenregelschleife 5 angeschlossen ist.The signal is recognized by means of a synchronous demodulator 9, one input of which has a permeable for the clock frequency of the digital signals Band filter 8 is connected to the input of the phase locked loop 5 and its other input via a phase shifter 7 to the output of the phase locked loop 5 is connected.

Mit dem Ausgang des Synchrondemodulators 9 ist über einen Tiefpaß 10 der Eingang eines Schwellwertentscheiders 11 verbunden, an dessen Ausgang ein Signal A in Form eines Gleichspannungspegels mit maximaler Amplitude ansteht, sofern das digitale Signal oder ein entsprechendes Prüfsignal empfangen wurde. Der Minimalwert des Signals A tritt auf, sofern kein Licht oder nur Fremdlicht empfangen wurde, so daß dieser Minimalwert als Alarm- bzw. Umschaltsignal verwendbar ist.The output of the synchronous demodulator 9 is via a low-pass filter 10 connected to the input of a threshold value decision maker 11, at the output of which a Signal A is present in the form of a DC voltage level with maximum amplitude, provided that the digital signal or a corresponding test signal has been received. The minimum value of signal A occurs if no light or only extraneous light was received, so that this minimum value can be used as an alarm or switchover signal.

Das eigentliche Ubertragungssignal des Tiefpasses 10 ist das Ausgangssignal des Synchrondemodulators 9 in Form einer Gleichspannung. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses kann deshalb beliebig niedrig gewählt werden, ohne daß an die Flankensteilheit des Tiefpasses besondere Ansprüche zu stellen sind. Durch das Signal A kann neben der Umschaltung des Lasersenders in der gegenüberliegenden Sendestelle auf Prüfsignalbetrieb auch eine interne Umschaltung im jeweiligen Regenerator selbst gesteuert werden, durch die beispielsweise ein im Regenerator angeordneter Ersatzsignalregenerator aktiviert wird, der über die Regeneratorstufe Ersatzsignale zur Sicherung der Synchronisation der angeschlossenen Streckenabschnitte abgibt. Als Ersatzsignalgenerator kann dabei ein einfacher Frequenzteiler vorgesehen sein, der an den Ausgang der regeneratoreigenen Phasenregelschleife angeschlossen ist und als Ersatzsignal die halbe Taktfrequenz erzeugt.The actual transmission signal of the low-pass filter 10 is the output signal of the synchronous demodulator 9 in the form of a direct voltage. The cutoff frequency of the low pass can therefore be selected as low as desired without affecting the slope of the Low pass special demands are to be made. The signal A can be used in addition to the Switchover of the laser transmitter in the opposite transmitter point to test signal operation an internal switchover in the respective regenerator can also be controlled itself, by, for example, a replacement signal regenerator arranged in the regenerator activated via the regenerator stage Substitute signals for Securing the synchronization of the connected route sections. as Substitute signal generator can be provided with a simple frequency divider is connected to the output of the regenerator's own phase locked loop and half the clock frequency is generated as a substitute signal.

Der-Phasenschieber 7 stellt die richtige Phasenbeziehung von 0 Grad zwischen der Eingangs- und der Ausgangsfrequenz der Phasenregelschleife unter Berücksichtigung der Laufzeit durch den Bandpaß 8 her. Im Synchrondemodulator 9 erfolgt dann eine Abtastung des einen Eingangssignals im Takte des anderen, so daß der Synchrondemodulator nur dann eine Gleichspannung abgibt, wenn beide Eingangssignale vorhanden und zueinander synchron sind.The phase shifter 7 sets the correct phase relationship of 0 degrees between the input and output frequency of the phase-locked loop taking into account the running time through the bandpass filter 8. In the synchronous demodulator 9 then takes place Sampling of one input signal in time with the other, so that the synchronous demodulator only emits a DC voltage if both input signals are present and to each other are in sync.

Ein Kriterium hinsichtlich des Synchronzustandes der Phasenregelschleife ist auch die Höhe der Nachstimmspannung des nachstimmbaren Quarzoszillators der Phasenregelschleife. Bei einer Phasenregelschleife mit hoher Güte ergibt sich aber auch bei Ausfall des digitalen Empfangssignals zunächst nur eine sehr geringe Nachstimmspannung, da die Phasenregelschleife für vergleichsweise langere Zeit nur eine geringe Frequenzdrift aufweist. Damit würde aber ein aus der Nachstimmspannung einer Phasenregelschleife hoher Güte abgeleitetes Kriterium nicht unmittelbar nach Ausfall der Verbindung zur Verfügung stehen.A criterion with regard to the synchronous state of the phase locked loop is also the level of the retuning voltage of the retunable crystal oscillator Phase locked loop. In the case of a phase-locked loop with high quality, however, this results even if the digital received signal fails, initially only a very low retuning voltage, because the phase-locked loop has only a small frequency drift for a comparatively long time having. However, this would result in the retuning voltage of a phase-locked loop high quality derived criterion not immediately after failure of the connection be available.

5 Patentansprüche 1 Figur5 claims 1 figure

Claims

Method for signal recognition in a regenerator a transmission path for digital signals, the receiving side an amplifier device for the received digital signals and a downstream phase-locked loop for generating a clock signal from the received digital signal, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the synchronous state of the phase-locked loop (PLL) serves as a criterion for receiving the digital signal.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the digital signals are transmitted as optical signals.

3. The method according to claims 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the event of a failure of the transmission link for the digital Signals are periodically transmitted test signals whose shape is that of the digital signals, the duration of which, however, only corresponds to a small part of the broadcast period.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g e it is not indicated that the signal detection for operational monitoring is optical Transmission links for digital signals are used.

5. Arrangement for performing the method according to one of the claims 1 to 4 in a regenerator for digital signals with an optical signal on the input side Receiver with downstream amplitude decision maker and time decision maker as well as a Clock derivation with a differentiator, possibly a rectifier and contains a phase locked loop, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t that with the output of the phase locked loop (5) the input of a Phase shifter (7) is connected that with the input of the phase locked loop (5) via a bandpass filter (8) matched to the clock frequency, a first input of a Synchronous demodulator (9) is connected, the other input to the output of the phase shifter (7) is connected that the output of the synchronous demodulator (9) is connected to a threshold value decider (11) via a low-pass filter (10), a signal at its output during the synchronous state of the phase locked loop with maximum amplitude and during the non-synchronous state of the phase-locked loop a signal with minimal amplitude occurs.