DE3249021T1

DE3249021T1 - Schaltung zur wiedergewinnung des taktes in daten-modems

Info

Publication number: DE3249021T1
Application number: DE823249021T
Authority: DE
Inventors: Philip Frederick 33155 Miami Fla. Kromer III
Original assignee: Racal Data Communications Inc
Current assignee: Racal Data Communications Inc
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-09-17
Publication date: 1983-11-17
Also published as: IT8268116A0; JPS58501491A; JPH0434856B2; FR2513460B1; BE894459A; IT1212667B; AU8958482A; AR230135A1; KR840001724A; WO1983001165A1; NZ201807A; DE3249021C2; GB2122850A; KR880001166B1; GB2122850B; FR2513460A1; CA1196992A; US4455665A; GB8312019D0

Description

Schaltung zur. Wiedergewinnung des Taktes in Daten-Modems

Die Erfindung betrifft Daten-Modems, sie bezieht sich insbesondere auf Schaltungen zur Wiedergewinnung des Zeittaktes, die im Empfänger derartiger Modems benutzt werden. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit Schaltungen zur Wiedergewinnung des Zeittaktes, die nach dem sogenannten Hüllkurven-Abweichungsverfahren arbeiten.

Die Ableitung des Zeittaktes im Empfanger eines Daten-Modems ist ein kritisches Verfahren, und es ist höchst wünschenswert, ein Signal abzuleiten,

WWR/kl

Martinistraße 24 D-2 800 Bremen I Telefon (0421) 32 80 37 Telecopiercr Telex 02 44 020 fepat d

welches mit dem Zeittakt des Senders besonders synchron ist. In den heutigen Mikroprozessor-gestützten Modems ist es besonders erwünscht, ein Zeittakt-Wiedergewinnungsschema zu verwirklichen, welches die Anzahl der erforderlichen Mikroprozessor-Operationen auf ein Minimum reduziert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren/Vorrichtung zur Wiedergewinnung des Zeittaktes in einem Daten-Modem anzugeben.

Aufgabe der Erfindung ist es dabei besonders, eine Taktgewinnungs-Schaltung in einer derartigen Zeittakt-Wiedergewinnungsschaltung anzugeben, welche ein Zeittakt-Fehlersignal liefert.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein derartiges Verfahren/Vorrichtung anzugeben, welches sich digital ausführen lässt und einen genauen Zeittakt mit einer reduzierten Anzahl an Mikroprozessor-Operationen liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Taktgewinnungsschaltung, welche am Eingang des Empfängers eines Daten-Modems ein Filter mit periodischer Charakteristik besitzt. Das periodische Filter liefert die Eingangssignale an eine Quadrierschaltung. Die Quadrierschaltung liefert Ausgangssignale an ein Abtastfilter, dessen Ausgangssignal gefiltert wird, um das notwendige Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Signal wird auf einen phasenstarren Zeitgabe-Generator gegeben, der Abtast- und Symbolfrequenz-Takte erzeugt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Takt-Wiedergewinnung;

Fig. 2 ein schem.atisches Schaltbild der Takt-Wiedergewinnungsschältung gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung zur Verdeutlichung der bevorzugten Ausführungsform, welcher die Amplitude als Funktion der Frequenz aufgetragen ist;

Fig. 4 eine verallgemeinerte Filterkennlinie, die bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 5 ein Flussdiagramm, welches den in der bevorzugten Ausführungsform verwirklichten Mikroprozessor erläutert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wiedergewinnung der Zeitsteuerung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung enthält eine Schaltung 11 zur Takt-Rückgewinnung, und einen Zeitsteuer-Generator

Die bevorzugte Beziehung dieser Elemente 11, 13 im Empfänger eines Modems ist in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung 11 zur Takt-Rückgewinnung empfängt das Eingangssignal des Daten-Modems nach einem Digi— tal-Analog-Wandler 16, der das Eingangssignal

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abtastet. Vor dem Abtasttor kann ein Anti-Schwankungs-Filter 17 und eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Der Ausgang des Abtasttores 15 führt zu einem Filter 19, welches ein digitales Filter ist. Der Ausgang des Filters 19 wird dem Eingang einer anderen Detektoreinrichtung 21 zugeführt, die einen adaptierenden Entzerrer enthalten kann. Der Zeitsteuer-Generator liefert einen Takt mit der Abtastfrequenz an den Wandler 16, und einen.Takt mit der Symbolfrequenz, die zum Austakten der Ausgangssignale des Filters und anderweitiger Einrichtungen beim Zeitsteuerbetrieb des Empfängers verwendet wird. Die Abtastfre^ quenz liegt typischerweise über dem Symboltakt, sie beträgt z.B. 9600 Hz, während die Symbolfrequenz 1600 Hz beträgt.

Fig. 2 zeigt die Schaltung zur Takt-Rückgewinnung der Fig. 1 in Einzelheiten. Diese Schaltung enthält ein Energie-Begrenzungsfilter 23, eine Quadrierschaltung 25, ein Abtast- oder Sample-Filter 27 und ein Tiefpassfilter 29. uas Energie-Begrenzungsfilter 23 ist seinem Typ nach ein periodisches Filter. Gemäss der Figur enthält dieses Filter ein Verzögerungs element 31, welches um 24 Abtastvorgänge verzögert,, und ein Summierglied 33. Dies ist insbesondere für ein 1600 Baud-System geeignet, welches einen 1800 Hz-Träger und eine übertragungscharakteristik besitzt, die einer 50%igen angehobenen Cosinus-Funktion entspricht. (50 % raised cosine). Im Betrieb wird eine abgetastete Amplitude, welche vom Verzögerungselement 31 um 24 Abtastintervalle verzögert ist, während jedes Symbolintervalls von der aktuellen Abtastamplitude subtrahiert. Das Ausgangssignal des Summier-

gliedes 33, welches das Ergebnis dieser Subtraktion darstellt, wird vom Quadrierglied 25 quadriert und dann an den Eingang 35 des Abtastfilters 27 gegeben. Die Verzögerung, welche durch die Schaltung 11 zur Takt-Rückgewinnung eintritt, muß bis auf ein geradzahliges Vielfaches des Zyklus¹ gleich der Verzögerung durch das Filter 19 sein.

Das Abtastfilter 27 enthält mehrere Verzögerungselemente, die jeweils eine Verzögerung von 1/T Sekunden erzeugen, wobei T das Symbolintervall ist. Eine gewisse Anzahl der verzögerten, quadrierten

2 2 2 2 2 2

Abtastamplituden D_fi , D₁ , D , D. , D₅ und D, werden von einem Summierglied 37 mit den Vorzeichen oder Polaritäten 1, -1, -1, +1, +1 und -1 aufsummiert. Für jedes Symbol wird eine solche Summe berechnet. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 3 7 wird mit der Symbolfrequenz abgetastet und hat mit dem Abtastfilter 27 eine Tiefpasscharakteristik durchlaufen. Der Ausgang des Abtastfilters 27 stellt ein Fehlersignal dar, das verwendet werden kann, um eine phasenstarre Koppelschleife einzustellen, die den Abtasttakt und den Symboltakt regelt.

Fig. 3 zeigt die Betriebseigenschaften des periodischen Filters 23. Diese Darstellung stellt insbesondere auf einen 1600 Hz-Takt, ein 4800 Bit/s-Modem ab, dessen Träger eine Mittenfrequenz von 1800 Hz besitzt, und das als Übertragungscharakteristik eine Kennlinie mit einem 50%igen angehobenen Cosinus als roll-off-Faktor besitzt. Die Schaltung gemäss Fig. ist ebenfalls speziell für ein derartiges Modem geeignet.

Es ist bekannt, dass bei einem derartigen Modem für die Takt-Spektrallinie gilt:

CLK(W₀) = / X(W)X*(w-w_o)dw

—CO·'

wobei X(w) die Fourier-Transformierte (Spektrum) des in die Quadrierschaltung einlaufenden Eingangssignals ist. (Das * stellt die komplexkonjugierte Funktion dar), und es ist w = 2 pi x Taktfrequenz.

Sofern die Auswirkungen der Amplitudenstörungen im Ubertragungsmedium vernachlässigt werden, so hat das Spektrum X(2»pi-f) mit 50%igem angehobenem Cosinus-roll-off am Empfängereingang folgende Form:

f < £00 ) 1400 > f ^ 600

2200 > f >. 3-⁴⁰⁰ ) 3000 > f >. 2200 f > 3000

Es ist bekannt, dass die Bereiche um 2600 Hz (f„)

und 1000 Hz (f-r) unabhängig von dem Datenmuster zur Taktenergie beitragen. Es ist ferner bekannt, dass die Phasenverzerrungen bis zu 200 Hz von den Frequenzen f und f_T entfernt einen schädlichen Einfluss haben können. Ferner ist es bekannt, dass gewünscht wird, die Energie bei der halben Taktfrequenz zu beschränken.. Das periodische Filter der bevorzugten Ausführungsform hat den gewünschten Vorteil, Übertragungs-Nullstellen im Abstand

von 200 Hz auf beiden Seiten der Frequenzen f„ und fj zu besitzen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und eine Nullstelle bei der halben Taktfrequenz zu besitzen. Während in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein periodisches Filter benutzt wird, lässt sich jedes beliebige Filter verwenden, welches um die Frequenzen f„ und f_T dieselbe Charakteristik

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wie ein periodisches Filter besitzt. Es genügt daher eine Charakteristik, welche etwa in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Kurve 47 in Fig. 3 zeigt das Ergebnis der Punkt für Punkt durchgeführten Berechnung des Produkts von X(27Tf) und X(27Tf - w ) . Die Amplitude des resultierenden Produkts wird gegeben durch:

A(f) = cos(2ti

im Bereich zwischen 2200 >f >_t3000 Hz, nachdem der maximale Wert auf Eins normiert wurde.

Die Kurve 43 der Fig. 3 zeigt das Produkt der Amplituden- (Antwort) Funktion des Filters 23 mit sich selbst, versetzt um die Taktfrequenz. Da in dieser Darstellung die Taktfrequenz ein Vielfaches der Frequenz des Filters 23 ist, lautet das Resultat

2 27Tf

sin _n), nachdem der Maximalwert auf den Wert Eins normiert wurde.

Die Kurve 45 in Fig. 3 zeigt die Wirkung des Filters 23 auf den Beitrag der Taktenergie. Die Tatsache, daß x(t) vor der Quadrierung durch das Filter 23 ge-

' " 324 SO21

-Xf-

wird, resultiert in einem Punkt für Punkt-Produkt A¹(f):

Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm für die Verwirklichung der Takt-Wiedergewinnungsschaltung mittels eines Mikroprozessors. Die Funktion eines Mikroprozessors wird als bekannt vorausgesetzt und wird nicht mehr erläutert.

Das Flussdiagramm der Fig. 5 wird einmal pro Symbol ausgeführt. Ein Speichervorgang,.mit "W" bezeichnet, speichert die 32 neuesten abgetasteten Amplituden, welche von der Abtastschaltung 15 zum Beispiel mit einer Frequenz von 9600 Abtastvorgängen pro Sekunde abgegeben werden. W stellt den neuesten empfangenen Abtastwert dar. Es wird daher ein erster Index IR-gesetzt und zeigt auf W , und es wird ein zweiter Index IR„ gesetzt und zeigt auf W_-24- Ein Zähler K wird gleichzeitig auf Null gesetzt. Dann wird eine Schleife ausgeführt, bei der D, = W -W -4 berechnet und gespeichert wird. Nach Berechnung eines D,-Wertes wird der Index IR₁ und IR₂ je um den Wert Eins dekrementiert, so dass während der nächsten Wiederholung der Schleife die korrekten Werte W vom Abtastwert-Speicher ausgelesen werden. Der Zähler K=K+ 1 wird inkrementiert, um die laufende Iteration zu kennzeichnen. Anschliessend wird ein Test ausgeführt, um sicherzustellen, dass 6 D,-Werte berechnet und in Positionen gespeichert wurden, die Dq, D₁, D₂, D₃, D., Dr bezeichnet werden. Ist dies nicht der Fall, wird der nächste Wert D, berechnet,

zum Beispiel D₁ = W _Λ - W _O[-. Nachdem 6 D₁-Werte κ η— ι η— δ~> κ

berechnet und gespeichert wurden, wird die Taktfehler-Gleichung, die in Block 101 dargestellt ist, berechnet. Anschliessend wird D in dem Speicherplatz für D₆ erhalten, da es während des nächsten Symbols, wenn das Flussdiagramm gemäss Fig. 5 zur Berechnung eines anderen Taktfehler-Korrekturwertes wiederholt wird, als D₆ verwendet wird. Die Einfachheit und Geschwindigkeit dieser Routine zur Erzeugung eines Taktfehler-Signals wird aus Fig. 1 und der zugehörigen Beschreibung deutlich.

Das Flussdiagramm der Fig. 5 stellt eine Verwirklichung der Fig. 2 mittels eines Mikroprozessors dar. Ein beachtlicher Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Berechnungen nur mit der Baud-Frequenz gemacht zu werden brauchen, wodurch wertvolle Mikroprozessor-Zeit gespart wird.

Claims

EISENFÜHR & SPEISER .„ . \. ..

i'nttintiinwi-ilii· · 1 uiopciin ΙΛιΙιίιι .Miomeys 32 4 9 02

Unser Zeichen: R 291

Anmelder/Inh.: RaCal Data
.. . ,, , , Patentanwälte

Aktenzeichen: Neuanmeldung

Dipl.-Ing. Günther Eisenführ Dipl.-Ing. Dieter K. Speiser Dr.-Ing. Werner W. Rabus Datum: 19. Mai 1983 Dipl.-Ing. Detlef Ninnemann

RACAL DATA COMMUNICATIONS, INC. 8600 N.W.. 41st Street Miami, Florida 33166
U.S.A. . . .

Schaltung zur Wiedergewinnung des Taktes in Daten-Modems

PATENTANSPRÜCHE

/V) Takt-Wiedergewinnungsschaltung in einem Empfänger eines Daten-Modems, gekennzeichnet durch eine erste Filteranordnung mit einer periodischen Amplitudenfunktion für die Sprungantwort, der das Eingangssignal des Daten-Modems zugeführt wird, und die aufeinanderfolgende Ausgangssignale abgibt, mit einer Quadrierschaltung zum Quadrieren jedes Ausgangssignals der Filteranordnung, um ein Korrektursignal abzuleiten, welches zur Phasenverriegelung

WWR/kl

Martinistraßc 24 D-28OO Bremen 1 Telefon (0421) 3 2 80 37 Telecopierer ■ Telex 02 44 020 fcpat d

eines Symbolfrequenz-Taktes derart dient, dass eine phasenstarre Riegelschleife mit der Abtastfrequenz korrigiert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Filteranordnung zum Herausfiltern der quadrierten Ausgangssignale der Quadrierschaltung, um ein Taktfehlersignal mit Symbolfrequenz abzuleiten, so dass die nachfolgende phasenstarre Riegelschleife mit der Symbolfrequenz korrigiert wird.
3. Verfahren zur Takt-Wiedergewinnung, gekennzeichnet durch

die Speicherung mehrerer Abtastwerte eines Eingangssignals;

die Berechnung mehrerer Werte als Differenz der ein vorgegebenes Intervall beabstandeten Abtastwerte; die Quadrierung der berechneten Differenzwerte; die Erzeugung eines Taktfehlersignals als Summe ausgewählter quadrierter Differenzwerte; und die Verwendung des Taktfehlersignals zur Erzeugung eines Taktsignals.