DE3318673A1

DE3318673A1 - Schaltungsanordnung zur rahmensynchronisation und beseitigung der phasenmehrdeutigkeit in qam-uebertragunngsanlagen

Info

Publication number: DE3318673A1
Application number: DE19833318673
Authority: DE
Inventors: Gary Don 01810 Andover Mass. Martin
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-05-26
Filing date: 1983-05-21
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4494239A; GB2120908A; GB8314295D0; FR2527874B1; GB2120908B; JPS5940748A; CA1199974A; FR2527874A1

Description

Schaltungsanordnung zur Rahmensynchronisation und Beseitigung der Phasenmehrdeutigkeit in QAM-Übertragungsanlagen

Die vorliegende Erfindung betrifft digitale Übertragungsanlagen und im einzelnen eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation und zur Beseitigung von Regenerierfehlern in QAM-Übertragungsanlagen, die durch eine Phasenmehrdeutigkeit verursacht werden.

Eine zweckmäßige Modulationsanordnung für digitale Übertragungsanlagen hoher Geschwindigkeit, die als Quadratur-Amplitudenmodulation oder QAM bekannt ist_s sieht eine Amplitudenmodulation von in Quadraturbeziehung stehenden Trägern mit Digitaldatenkanälen vor. Solche in Quadraturbeziehung stehende Träger sind Träger gleicher Frequenz mit einem gegenseitigen Phasenwinkel von 90°., Nach der Amplitudenmodulation werden die Träger addiert und die sich ergebende Summe über ein geeignetes Übertragungsmedium übertragen. Empfangsseitig wird das ankommende Signal demoduliert, indem der Träger regeneriert und das ankommende Signal mittels des regenerierten Trägers synchron detektiert wird.

Die QAM-Modulation definiert eine Gruppe von Signaldatenpunkten in einem zweidimensionalen Signalraum mit vier Quadranten. Die vier Quadranten werden definiert durch eine Inphase- oder I-Achse und eine Quadraturphase- oder Q-Achse. Die Anzahl der Signalpunkte in jedem Quadranten ist eine Funktion für die Anzahl von Amplitudenstufen jedes modulierten Trägers.

Ein Problem, das bei QAM-Übertragungsanlagen auftritt, ist eine Phasenmehrdeutigkeit bei dem regenerierten Träger. Eine solche Phasenmehrdeutigkeit tritt auf, wenn der regenerierte Träger in eine unterschiedliche stabile Phase mit Bezug auf den übertragenen Träger kippt und kann zu einem Verlust der Rahmensynchronisation und

zu fehlerhaft regenerierten Datenbits führen. Hinsichtlich des Signalraumdiagramms führt das Auftreten einer Phasenmehrdeutigkeit zu einer Drehung der Datenpunkte, um ein Vielfaches eines ganzen Quadranten. Demgemäß wird während jeder Phasenmehrdeutigkeit jeder übertragene Datenpunkt in einem Quadranten als entsprechender Datenpunkt in einem der drei anderen Quadranten regeneriert.

Ein bekanntes Verfahren zur Beseitigung der Phasenmehrdeutigkeit sieht die Verwendung differentiell codierter Daten vor. Während zwar die differentielle Codierung einen Betrieb der Anlage ohne eine absolute Träger bezugsphase ermöglicht, kann die Güte hinsichtlich der Bitfehlerrate schlechter als bei einer nichtdifferentiellen Datencodierung sein. Tatsächlich erfüllt für viele Anwendüngen von QAM-Systemen die schlechtere Bitfehlerrate, die sich aus einer differentiellen Codierung ergibt, nicht die erwünschten GütevorStellungen. Darüberhinaus kann diese unbefriedigende Bitfehlerrate nicht wesentlich unter Verwendung leicht verwirklichbarer Fehlerkorrekturverfahren verbessert werden, und zwar wegen des Stoßes von Bitfehlern, die sich aus einem einzigen Übertragungsfehler ergeben. Ein weiteres Verfahren zur Beseitigung der Phasenmehrdeutigkeit in Satellitenanlagen mit Phasenumtastung (PSK) entsprechend der Offenbarung in der US-PS 3 736 506 (29.Mai 1973) sieht die Übertragung eines sich wiederholenden, festen Wortes am Anfang jedes Übertragungsstoßes oder Bursts vor. Dieses Schema ist jedoch nicht für bestimmte QAM-Anlagen, und zwar insbesondere terrestrische Anlagen, geeignet, die kontinuierlich Daten übertragen, da es zur Erzeugung von Spektraltönen hoher Leistung kommen kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Probleme zu beseitigen. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird also das Problem der Phasenmehrdeutigkeit in QAM-Übertragungsanlägen unter Verwendung nichtdifferentiell codierter Daten angegangen. Entsprechend der Erfindung werden Rahmenbits

umfassende Mehrbitwörter erzeugt und zur Bezeichnung eines Rahmens von Daten in die digitalen Datenkanäle eingefügt. Der Wert jedes Rahmenbits ist unempfindlich gegen Rotiereinflüsse der Phasenmehrdeutigkeit, da es einen vorbestimmten Wert hat und in eine vorbestimmte Bitposition in jedem Kanal eingefügt wird. Demgemäß wird die Rahmensynchronisation während der Phasenmehrdeutigkeit aufrechterhalten. Vorzugsweise enthalten die Mehrbitwörter außerdem Gebrauchsbits, die so variiert werden, daß die Leistung von Spektraltönen verringert wird, die durch eine wiederholte Übertragung der Mehrbitwörter entstehen. Bei aufrechterhaltener Rahmensynnhronisation können empfangsseitige Regenerierfehler, die durch eine Phasenmehrdeutigkeit verursacht werden, außerdem durch die Übertragung von Quadrantenbits korrigiert werden. Solche Quadrantenbits können in alle Mehrbitwörter eingefügt werden. Vorzugsweise werden jedoch die Quadrantenbits in die Datenkanäle als Teil jedes M-ten Mehrbitwortes eingefügt, wobei M eine ganze Zahl größer als 1 ist, und zwar durch Einfügung eines Quadrantenbitis anstelle eines Gebrauchsbits oder eines Rahmenbits.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen.

Fig. 1 das Blockschaltbild eines QAM-Senders nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 das Blockschaltbild eines QAM-Empfängers

nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 als Beispiel einen Gray-Code für eine 64-QAM-Digitalübertragungsanlage; Fig. .4 die Werte der Bits 2 und 5 im Gray-Code gemäß

Fig. 3;
Fig. 5 die Werte der Bits 3 und 6 im Gray-Code gemäß

Fig. 3;

Fig. 6 das Schaltbild des Wortgenerators in Fig.1 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel

der Erfindung;

Fig. 7 das Schaltbild des Wortgenerators in Fig.1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbei-

spiels der Erfindung;

Fig. 8 das Schaltbild eines Gray-Codierers zur Verwendung in der Schaltung nach Fig. 1; Fig. 9 das Schaltbild der Quadrantenbit-Lokalisiereinrichtung und des Bitschienen-Umsetzers

gemäß Fig. 2

Fig. 1 und 2 zeigen als Beispiel einen 64-QAM-Sender bzw. -Empfänger hoher Geschwindigkeit, die so abgeändert sind, daß sie die vorliegende Erfindung verkörpern. Im Sender werden synchrone Eingangsdigitalsignale auf den sechs Adern einer Sammelleitung 100 unter Verwendung eines Schreibtaktes auf der Leitung 117 in einen Puffer 101 eingeschrieben. Der Schreibtakt hat die Eingangssignalrate. Vorzugsweise sind die Eingangsdigitalsignale verwürfelte Signale. Beispielsweise können drei digitale DS-3τLeitungen je üblichen Schaltungen (nicht gezeigt) zugeführt werden, die einen Verwürfler und einen Serien-Parallelwandler enthalten, um zwei der digitalen Eingangssignale zu bilden. Natürlich können bei anderen Anwendungsfällen asynchrone Signale verwendet werden, indem diese in bekannter Weise in synchrone Signale umgewandelt werden.

Die sechs Bits, die jeweils gleichzeitig in den Puffer 101 eingeschrieben werden, werden unter Ansprechen auf einen Lesetakt auf der Leitung 119 auf Leitungen 102 bis 107 ausgelesen. Dieser Lesetakt, der von einer Taktquelle in einem Zeitsteuerungssignalgenerator 115 erzeugt wird, hat die Symbolrate des QAM-Signals auf der Ausgangsleitung 128. Wie später noch erläutert werden soll, ist die QAM-SymboIrate etwas höher als die Leitungsrate der Eingangsdigitalsignale, und zwar wegen der periodischen Einfügung von Mehrbitwörtern vom Wortgenerator 114 auf die Leitungen 129 bis 134. Die Mehrbitwörter werden benutzt, um die Rahmensynchronisation beim Auftreten einer Phasenmehrdeutigkeit aufrecht zu erhalten, und werden außerdem benutzt, um im Empfänger durch eine Phasenmehrdeutigkeit induzierte Digitalsignal-Regenerierfehler zu

beseitigen.

Die Leitungen 129, 130 bzw. 131 stellen die Komponenten für das höchstwertige Bit (MSB1) , das zweithöchstwertige Bit (NMSB1) und das niedrigstwertige Bit (LSB1) der Inphase-(I)-Schiene oder des I-Kanals dar. In entsprechender Weise führen die Leitungen 132, 133 und 134 die Komponenten MSB2 , NMSB2 und LSB2 für den Quadratur -(Q) -Kanal . Die I- und Q-Kanalbits auf den Leitungen 102 bis 107 werden über Gatter 108 bis 113 auf Leitungen 129 bis 134 und dann zu Gray-Codierern 121 und 122 geführt. Diese Codierer werden mit Vorteil benutzt, um die Bitfehlerrate der QAM-Übertragungsanlage auf ein Minimum zu bringen. Die Codierer-Ausgangsleitungen 135 bis 140 liefern die Gray-codierten Bits an Digital-Analogwandler 123 und 124. Jeder Digital-Anälogwandler erzeugt ein Analogsignal aus den Bits jedes Kanals. Die auf den Leitungen 125 und 126 erscheinenden Analogsignale werden einem QAM-Modulator 127 zugeführt. In diesem Modulator moduliert jedes Analogsignal unabhängig die Amplitude eines der in Quadratur-Beziehung stehenden Trägers. Die amplitudenmodulierten Träger werden dann linear addiert und bilden ein QAM-Signal auf der Leitung 128, das über jedes geeignete Übertragungsmedium übertragen werden kann.

Zusätzlich zum Lesetakt erzeugt der Zeitsteuerungssignalgenerator 115 außerdem einen Worttakt auf der Leitung 120, der zum Puffer 101 , zum Wortgenerator 114, zur Gebrauchsbitquelle 116 und Gattern 108 bis 113 geführt wird. Der Worttakt wird erzeugt, indem die Lesetaktimpulse mit der QAM-Symbolrate auf der Leitung 119 durch N geteilt werden. N ist eine große ganze Zahl, die die Anzahl von Digitalsignalen auf den Leitungen 102 bis 107 in einem Anlagenrahmen, geteilt durch 6, darstellt. In einem Anwendungsfall, bei dem die Eingangsdigitalsignale von drei DS-3-Digitalleitungen stammen, umfaßt der Anlagenrahmen

in typischer Weise mehrere DS-3-Rahmen. Jeder Worttakt impuls sperrt das Auslesen aus dem Puffer 101, bildet Mehrbitwörter Fj und F_Q auf den Leitungen 150 bis 155 des Generators 140, fügt die Wörter Fj über Gatter 108 bis

110 in den I-Kanal ein und Wörter F_Q über Gatter 111 bis 113 in den Q-Kanal. Die Leitungen 150, 152 und 154 führen je ein Bit des Wortes F, und die ..Leitungen 151, 153 und 155 je ein Bit des Wortes F_Q.

Zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation bei Vorhandensein einer Phasenmehrdeutigkeit enthalten die Wörter Fj und Fq periodisch wenigstens ein Rahmenbit zusammen mit Gebrauchsbits. Die Gebrauchsbits werden von einer Gebrauchsbitquelle 116 über eine Sammelleitung 118 unter Ansprechen auf jeden Worttaktimpuls auf der Leitung 120 geliefert. Die Werte der Gebrauchsbits aus der Quelle 116 werden außerdem mit Vorteil variiert, um die Leistung der durch eine wiederholte Übertragung der Wörter Fj und Fq in jedem Anlagenrahmen erzeugten Spektraltöne zu verringern. Dadurch wird die Güte der Übertragungsanlage verbessert. Außerdem ermöglichen solche Veränderungen die Erzielung von vorgeschriebenen Spektralton-Leistungspegeln, die in bestimmten terrestrischen Anwendungsfällen von QAM-Systemen erforderlich sind.

Als Quelle 116 läßt sich eine Vielzahl von Schaltungen verwenden. In einem .Anwendungsfall kann die Quelle 116 ein Puffer sein, der das digitale Ausgangssignal von Bedienungskanälen speichert. Solche Bedienungskanäle werden in digitalen Übertragungsanlagen zur Bereitstellung unterschiedlicher Arten von Hilfsinformationen benutzt. Beispielsweise können diese Informationen aus codierten Sprachsignalen bestehen, die zwischen Bedienungspersonal beim Sender und beim Empfänger übertragen werden, oder Paritätsbits zur Einfügung in die I- und Q-Kanäle zwecks Verwirklichung einer Anzahl bekannter Fehlerkorrekturverfahren. Alternativ kann die Quelle 116 ein Generator für Zufallszahlen oder Pseudozufauszahlen und ähnliches sein, wobei die Gebrauchsbits das Ausgangssignal des Zahlengenerators sind.

Die Rahmenbits in den Wörtern F₁ und Fq sind

unempfindlich gegen das Auftreten einer Phasenmehrdeutigkeit, da sie vorbestimmte Werte und Positionen bei ihrer Einfügung in die I- und Q-Kanäle besitzen. In Fig. 1

entsprechen diese Positionen den Komponenten NMSB1 und NMSB2 oder den Komponenten LSB1 und LSB2 der I- und Q-Kanäle. Um zu verstehen, warum die Komponenten NMSB1 und NMSB2 oder LSB1 und LSB2 unempfindlich gegen eine Phasenmehrdeutigkeit sind, sei auf Fig. 3 Bezug genommen. Dort ist ein typischer Gray-Code für eine 64-QAM-Übertragung gezeigt. Jedes Kästchen stellt einen Codezustand oder Signaldatenpunkt dar. Bei einem Gray-Code sind die sechs Bits, die jedem 64-QAM-Zustand zugeordnet sind, so gewählt, daß sie sich von allen benachbarten Zuständen um nur ein Bit unterscheiden. Eine Gray-Codierung wird vorzugsweise in QAM-Anlagen unter Verwendung nicht differentiell codierter Daten benutzt, da sie die Bitfehlerrate auf ein Minimum bringt. In Fig. 3 sind das erste und vierte Bit in jedem Kästchen, gezählt von links nach rechts, das höchstwertige Bit der I- und Q-Kanäle und werden mit MSB1 und MSB2 bezeichnet. MSB1 und MSB2'bestimmen den Quadranten, in welchem ein Codezustand liegt. Die Bits 2 und 5 sind NMSB1 und NMSB2 und die Bits 3 und 6 sind LSBl bzw. LSB2.

NMSB1 , NMSB2, LSB1 und LSB2 bestimmen die Lage innerhalb des Quadranten. Fig. 4 zeigt die Werte von NMSB1 und NMSB2 für die 64 Codezustände in Fig. 3. In ähnlicher Weise gibt Fig. 5 die Werte von LSB1 und LSB2 für die 64 Codezustände gemäß Fig. 3 an. Eine Prüfung von Fig.. 4 zeigt, daß zwei symmetrische Untergruppen von NMSB1 und NMSB2 vorhanden sind, von denen eine durch einen Stern (*) und die andere durch ein Nummernzeichen (#) bezeichnet sind und die den gleichen Bitwert in allen vier Quadranten besitzen. Die diesen Untergruppen zugeordneten Bitwerte werden den Rahmenbits in F-, und F_Q zugeordnet. Wenn diese Rahmenbits in die Bitkomponenten NMSB1 und NMSB2 der Kanäle I und Q eingefügt werden, beeinflußt eine Drehung des übertragenen Wortes um 90° oder Vielfaches von 90° , die sich durch die Phasenmehrdeutigkeit ergibt, den Wert des im Empfänger regenerierten Rahmenbits nicht. Demgemäß bleibt die Rahmensynchronisation während der Phasenmehrdeutigkeit aufrechterhalten. In Fig. 5 sind ebenfalls zwei symmetrische Untergruppen von LSB1 und LSB2 zu erkennen,

I V 9 ·

von denen eine durch einen Stern und die andere durch ein Nummernsymbol gekennzeichnet ist und die ebenfalls den gleichen Bitwert in allen vier Quadranten haben. Daher bleibt die Rahmensynchronisation ebenfalls erhalten, wenn diese Bitwerte Rahmenbits zugeordnet werden, die in die Komponenten LSB1 und LSB2 der Kanäle I und Q eingefügt werden. Die Bitwerte in den Untergruppen der Fig. 4 und 5 können jedoch als Rahmenbits in Fj und Fq benutzt werden, indem die Rahmenbits zu gewissen Zeitpunkten in NMSB1 und NMSB2 und zu anderen Zeitpunkten in LSB1 und LSB2 eingegeben werden.

Mit den Rahmenbits als Bezugspunkte können die Regenerierfehler der übertragenen Daten ebenfalls durch Übertragung von Quadrantenbits korrigiert werden, die im voraus zugeordnete Werte besitzen. Diese Quadrantenbits werden in die Komponenten MSB1 und MSB2 der Kanäle I und Q eingefügt. Zur Verringerung der Spektralton-Leistungspegel werden die Quadrantenbits vorzugsweise nicht als Teil jedes Mehrbitwortes Fj und Fq übertragen. Statt dessen werden sie als Teil jedes M-ten Wortes Fj und Fq übertragen, wobei M eine ganze Zahl größer als 1 ist,und zwar durch Einsetzen eines Quadrantenbit für ein Gebrauchsbit oder ein Rahmenbit.

Damit der Empfänger die Quadrantenbits in jedem M-ten Wort Fj und F_Q feststellen kann, müssen die Rahmenbits ein sich wiederholendes Muster der Länge M (oder ein Vielfaches von M) bilden. Beispielsweise können beim Gray-Code gemäß Fig. 3 die Rahmenbits in Fj und Fq beide in jedem M-ten Mehrbitwort logisch 0 oder im anderen Fall beide logisch 1 sein. Der Empfang von Rahmenbits logisch 0 in den Kanälen I und Q würde dann dem Empfänger anzeigen, daß die Komponenten MSB1 und MSB2 der nächsten Mehrbitwörter Quadrantenbits sind.

Es sei jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen. Das ankommende QAM-Signal auf der Leitung 201 wird der QAM-Empfangssehaltung 200 zugeführt. In dieser Schaltung wird das QAM-Signal unter Erzeugung von zwei Anälogsignalen demoduliert, die durch Abtastung und Decodierung in die

Gray-codierten Bitkomponenten der Kanäle I und Q umgewandelt werden. Die Bitkomponenten I erscheinen auf den Leitungen 203 bis 205 und die Komponenten Q auf den Leitungen 206 bis 208. Der QAM-Symbolratentakt wird ebenfalls innerhalb der Empfangsschaltung 200 wiedergewonnen und über die Leitung 202 der Rahmenlokalisiereinrichtung 220 innerhalb der Rahmenbildungsschaltung 217 zugeführt. Die Gray-Decodierer 240 und 241 decodieren die von der Empfangsschaltung 200 bereitgestellte Digitalinformation undeerzeugen die Komponenten MSBI^, MMSB1 ', LSB1' auf den Leitungen 209 bis 211 und MSB2·, NMSB2·, LSB2· auf den Leitungen 212 bis 214.

Die gestrichene Bezeichnung jeder der Bitkomponenten von den Empfangskanälen I und Q gibt an, daß diese Komponenten möglicherweise nicht mit den entsprechenden Gegenstücken im Sender identisch sind, und zwar aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit.

Die Rahmenbildungseinrichtung 217 umfaßt die Lokalisiereinrichtung 220 und ein Gatter 223. Die Lokalisiereinrichtung 220 , die durch den wiedergewonnenen Symbolratentakt auf der Leitung 202 getaktet wird, prüft die Leitungen 210 und 213 zur Rahmenwiedergewinnung. Zur Erläuterung ist angenommen, daß die Rahmenbits in Fj und Pq in die Komponenten NMSB1 und NMSB2 der Kanäle I und Q eingefügt worden sind. Wie oben beschrieben, sollen, wenn die Quadrantenbits als Teil jedes M-ten Wortes Fj und Fq übertragen werden, die gewählten Werte für die Rahmenbits ein sich wiederholendes Muster bilden, das im Empfänger zur Lokalisierung der Quadrantenbits benutzt werden kann. Die Rahmenlokalisiereinrichtung 220 sucht nach Symbolzeiten mit einem Abstand von N , zu denen das sich wiederholende Rahmenbitmuster auftritt. Wenn sol&he Symbolzeiten gefunden werden, erzeugt die Lokalisiereinrichtung 220 ein Signal logisch 1 auf der Leitung 222 alle N Symbole, um die Mehrbitwort-Zeitpunkte anzuzeigen. Dieses Signal logisch 1 veranlaßt die Gebrauchsbit-Schnittstellenschaltung 250, die Gebrauchsbits in den Wörtern Fj und Fq herauszuziehen und zu speichern. Das Signal logisch 1

auf der Leitung 222 veranlaßt außerdem das Gatter 223, das Signal logisch 0 auf der Leitung 218 auf die Leitung 2 24 zu führen. Wenn die Leitung 222 auf logisch 0 ist, gibt das Gatter 223 den wiedergewonnenen Symbolratentakt auf die Leitung 224. Folglich wird ein lückenhafter Schreibtakt auf der Leitung 224 erzeugt, der Impulse zum Zeitpunkt der Impulse des wiedergewonnenen Symbolratentaktes und keine Impulse zu den Zeitpunkten der Mehrbit-Wörter aufweist.

Zu den Quadrantbit-Zeitpunkten erzeugt die Lokalisiereinrichtung 220 außerdem ein Signal logisch 1 auf der Leitung 221 , das die ZeitSteuerungsquelle für die Quadrantenbit-Lokalisiereinrichtung 216 darstellt. Die Leitung 221 ist außerdem an die Schnittstellenschaltung 250 angekoppelt, da die Gebrauchsbits entweder weggelassen werden oder auf unterschiedlichen Leitungen zu den Zeitpunkten Fj und Fq erscheinen und Quadrantenbits umfassen.

Die Fehler bei der Digitalsignal-Regenerierung im Empfänger aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit werden'durch die Quadrantenbit-Lokalisiereinrichtung 216 und einen Bitkanalumsetzer 215 korrigiert. Die Lokalisier einrichtung 216 prüft die Bitkomponenten MSBI¹ und MSB2' auf den Leitungen 209 und 212 bei Eintreffen eines Impulses auf der Leitung 221. Abhängig von dem logischen Wert der aufgefundenen Quadrantenbits erzeugt die Lokalisiereinrichtung 216 logische Signale auf den Leitungen 242, 243 und 244 , die den Betrieb des BitkanalUmsetzers 215 steuern. Ein Signal logisch 1 auf den Leitungen 243 und 244 bewirkt, daß die Komponenten MSB1' und MSB2' invertiert werden. Eine solche Inversion von MSB1 ' und/oder MSB2' kann, abhängig von dem Betrag der Drehung aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit, erforderlich sein. Ein Signal logisch 1 auf der Leitung 242 veranlaßt den umsetzer 215, die entsprechenden Bitkomponenten auf die Kanäle I und Q zu schalten. Diese Kanalumschaltung ist gelegentlich nach der Invertierung der Bitkomponenten MSB1' oder MSB2' erforderlich. Die korrigierten Bitkomponenten MSB1, NMSB1

und LSBT des Kanals I erscheinen auf den Leitungen 227 bis 229 und die korrigierten Bitkomponenten MSB2 , NMSB2 und LSB2 des Kanals Q erscheinen auf den Leitungen 230 bis 232.

Der Puffer 233 schreibt die Digitalsignale auf den Leitungen 227 bis 232 unter Steuerung des lückenhaften Schreibtaktes auf der Leitung 224 ein. Da keine Schreibtaktimpulse zum Zeitpunkt der Mehrbitwörter auftreten, werden diese niemals in den Puffer 233 eingeschrieben. Eine phasengeregelte Schleifenschaltung (PLL) 225 bildet einen Mittelwert des lückenhaften Schreibtakts auf ^: der Leitung 224 und erzeugt daraus einen "geglätteten" Lesetakt auf der Leitung 226 , der den Inhalt des Puffers 233 auf die Leitungen .234 bis 239 ausliest.

In Anwendungsfällen, in denen F₁ und Fq ,Gebrauchsbits enthalten, die Bedienungskanalinformationen darstellen, können diese Informationen unter Verwendung der Gebrauchsbit-Schnittstellenschaltung 250 herausgezogen werden. Die Schnittstellenschaltung 250, die einen Puffer enthält, speichert die Gebrauchsbits zum Mehrbitwort- Zeitpunkt mittels der Signale logisch 1 auf der Leitung' 222. Das Signal logisch 1 auf der Leitung 221 sperrt den Puffer in der Schnittstellenschaltung 250 gegen ein Speichern der Quadrantenbits auf den Leitungen 227 und

230. Außerdem kann für den Fall, daß Rahmenbits durch Gebrauchsbits ersetzt werden und Quadrantenbits in Fj und Fq eingefügt werden, das Signal logisch 1 auf der Leitung 221 an einen Multiplexer in der Schnittstellenschaltung 250 gegeben werden, um diese Gebrauchsbits in den Puffer in der Schnittstellenschaltung 250 zu bringen. Die Schnittstellenschaltung 250 ist in der Darstellung mit Leitungen 227 bis 232 verbunden. In Anwendungsfällen, in denen bestimmte Leitungen im I- und Q-Kanal nur Rahmen- oder Quadrantenbits im Mehrbitwort umfassen, brauchen diese Leitungen natürlich nicht mit der Schnittstellenschaltung 250 verbunden sein. Die gespeicherten Gebrauchsbits können nachfolgend unter Ansprechen auf ein Taktsignal (nicht gezeigt) auf eine der Leitungen 251 ausgelesen werden,

die mit der Schnittstellenschaltugn 250 verbunden sind.

Zwei Ausführungsbeispiele für die Verwirklichung des Wortgenerators 114 sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Bei beiden Ausführungsformen erzeugt der Wortgenerator Mehrbitwörter, die Rahmen- und Gebrauchsbits umfassen. Außerdem fügt jeder Wortgenerator periodisch Quadrantenbits anstelle von Gebrauchsbits ein, um eine durch Regenerierfehler eingeführte Phasenmehrdeutigkeit zu korrigieren. In Fig. 6 behalten die Rahmenbits den Zeitpunkt der Quadrantenbiteinfugung, während in Fig. 7 die Rahmenbits weggelassen und durch Gebrauchsbits zum Zeitpunkt der Quadrantenbiteinfugung ersetzt werden.

Gemäß Fig. 6 wird ein durch M teilender Zähler 601, wobei M eine ganze Zahl größer als 1 ist, durch Worttaktimpulse auf der Leitung 120 weitergeschaltet. Der Zähler 101 erhöht seinen Zählwert, der als Digitalwort auf der Sammelleitung 602 ausgegeben wird, unter Ansprechen auf jeden Worttaktimpuls. Wenn der maximale Zählwert M erreicht ist, stellt sich der Zähler zurück und beginnt erneut zu zählen. Die Speicher 605 und 606 speichern die Rahmenbits für Fj bzw. F_Q. Es werden zwar hier zwei Speicher zur Aufnahme der Rahmenbits benutzt, häufig reicht aber ein Speicher aus. Das gilt für die symmetrischen Untergruppen gemäß Fig. 3:und 4, da die Rahmenbits in Fj und F₀ zum gleichen Zeitpunkt den gleichen Wert haben.

Jedes Rahmenbit, das an einer anderen Adresse von M Adressen gespeichert ist, wird unter Ansprechen auf die auf der Sammelleitung 602 gelieferte Adresse ausgelesen. Das Rahmenbit für Fj auf der Leitung 611 wird durch ein Flipflop 615 verzögert, bevor es auf der Leitung 152 auftritt. Dieses Rahmenbit erscheint als NMSB1-Komponente des Kanals I über das Gatter 109 beim nächsten Worttaktimpuls . Entsprechend wird das Rahmenbit für Fq auf der Leitung 612 durch ein Flipflop 616 verzögert, bevor es auf der Leitung 153 erscheint. Das Rahmenbit für Fq wird die Komponente NMSB2 des Kanals Q über das Gatter 112 beim nächsten Worttaktimpuls. Außerdem liefert unter Ansprechen auf jeden Worttaktimpuls die Gebrauchsbitquelle 116 einen sich

sich ändernden Satz von vier Gebrauchsbits auf der Sammelleitung 118. Jedes der vier Gebrauchsbits erscheint auf einer anderen Leitung der vier Leitungen in der Sammelleitung 118. Die Bits auf zwei der vier Leitungen werden Iediglich durch Flipflops 617 und 618 verzögert, bevor sie auf den Leitungen 154 und 155 erscheinen. Von den restlichen beiden Leitungen ist eine mit der Sammelleitung 602 gekoppelt, um Adresseninformationen an den Speicher 603 zu liefern, und eine ist mit der Sammelleitungi6O2 verbunden, um Adresseninformationen zum Speicher 604 zu geben. Die Speicher 603 und 604 weisen jeder wenigstens zwei M Adressen auf und liefern Bitwerte logisch 0 oder 1 auf den Leitungen 609 und 610. Für Adressen entsprechend M-1 der Werte auf der Sammelleitung 602 entspricht der Logikpegel auf der Leitung 609 dem Logikpegel des Gebrauchsbits auf derjenigen Leitung der Sammelleitung 118, welche Teil der Adresse für den Speicher 603 bildet. Für die gleichen M-1-Werte auf der Sammelleitung 602 entspricht der Logikpegel auf der Leitung 602 dem Logikpegel auf derjenigen Leitung der Sammelleitung 118, welche Teil der Adresse für den Speicher 604 bildet. Außerdem lesen die Speicher 603 und 604 einmal je M Adressen Quadrantenbits logisch 1 auf die Leitungen 609 und 610 aus, und zwar unabhängig vom Logikpegel der Gebrauchsbits, die Teil jeder Speicheradresse bilden. Natürlich können, wenn ein Quadrantenbit in jedem F- und Fq gewünscht wird, die Speicher 603 und 604, die je vorbestimmte Quadrantenbits speichern, auf die gleiche Weise wie die Speicher 605 und 606 adressiert werden.

Demgemäß bildet jeder Worttaktimpuls das nächste Fj auf den Leitungen 609, 611, 607 und das nächste Fq auf den Leitungen 610, 612, 608. Bei jedem Worttaktimpuls fügen die Gatter 108, 109, 110 das augenblickliche F₁ in den Kanal I ein und die Gatter 111, 112, 113 das augenblickliche Fq in den Kanal Q.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 liefert ebenfalls Fj und Fq auf den gleichen Leitungen wie in Fig. 6 für jeden Worttaktimpuls. In Fig. 7 sind ein durch M

teilender Zähler 601, eine Sammelleitung 602, Flipflops 613 bis 618 und Speicher 603, 604 vorgesehen, die auf identische Weise,wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben, arbeiten. In Fig. 7 weist jedoch die Sammelleitung 118 sechs Leitungen auf. Die Speicher 705 und 706 werden je durch die Sammelleitung 602 und eine Leitung der Sammelleitung 118 adressiert. Für M-1 Adressen liefern die Speicher 705 und 706 je ein Rahmenbit auf die Leitungen 611 und 612. Außerdem liefern für die eine Adresse von M Adressen, für die die Speicher 603 und 604 Quadrantenbits bereitstellen, die Speicher 705 und 706 je ein Gebrauchsbit mit einem logischen Wert gleich dem Logikpegel auf derjenigen Leitung der Sammelleitung 118, welche Teil der Speicheradresse bildet. Demgemäß werden bei dem Wortgenerator gemäß Fig. 7 die Rahmenbits weggelassen und durch ein Gebrauchsbit zum Quadrantenbit-Zeitpunkt ersetzt.

Die oben beschriebenen Verwirklichungen des Wortgenerators 114 können natürlich leicht so abgeändert werden, daß sie Rahmenbitdarstellungen für die Komponenten LSB1 und LSB2 der Kanäle I und Q bereitstellen. Zusätzlich kann eine Vielzahl von Rahmenbitmustern auf einfache Weise verwirklicht werden, indem lediglich die gespeicherten Werte in den Speichern 605, 606 oder 705, 706 abgeändert werden. Für die als Beispiel gewählte 64-QAM-Codierung sollten die Werte der Rahmenbits , die gleichzeitig in die Kanäle I und Q eingefügt werden, den Werten innerhalb . jeder der angegebenen Untergruppen in den Fig. 4 oder 5. entsprechen. Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf nichtdifferentielle , Gray-codierte Daten beschränkt ist, sondern in Verbindung mit jedem Codemuster verwendet werden kann, das wenigstens eine symmetrische Untergruppe bildet, in der vorbestimmte Bitpositionen ihren Wert aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit nicht ändern.

Fig. 8 zeigt das Schaltbild eines Gray-Codierers 121 oder 122 mit in Reihe geschalteten Exklusiv-ODER-Gattern 801 und 802. Die Gray-Decodierer 240 und 241, die im Empfänger gemäß Fig. 2 verwendet werden, sind hinsieht-

lieh ihres Aufbaus im wesentlichen identisch, wobei nur die Leitungsbezeichnungen in Anpassung an die entsprechenden Etnpf ängerbez eichnungen geändert worden sind.

Fig. 9 zeigt die genaue Schaltung innerhalb des Bitkanalumsetzers 215 und der Quadrantenbit-Lokalisiereinrichtung 216. Der D-Eingang der Flipflops 911 und 912 ist mit den Komponenten MSB1' und MSB2' der Kanäle I bzw. Q verbunden. Durch Anschalten des Quadrantenbitimpulses auf der Leitung 221 an den Takteingang (CLK) der Flipflops 911 und 912 erscheinen die regenerierten Quadrantenbits auf den Ausgangsleitungen Q. Diese Leitungen sind mit dem Exklusiv-ODER-Gatter 913 verbunden. Es sei der Fall von zwei übertragenen Quadrantbits logisch 1 betrachtet. Ohne eine Phasenmehrdeutigkeit sind die Q-Ausgänge der Flipflops 911 und 912 beide auf logisch 1, und es ist keine Korrektur erforderlich. Bei Vorhandensein einer Phasenmehrdeutigkeit entsprechen jedoch die regenerierten Bits auf den Leitungen 209 bis 214 einer Rotation der übertragenen Bits um einen oder mehrere Quadranten.

Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine Phasen* mehrdeutigkeit eine Drehung der regenerierten Daten im Gegenuhrzeigersinn um 90° bewirkt, so ist der Q-Ausgang des Flipflops 911 auf logisch 1 und der Q-Ausgang des Flipflops 912 auf logisch 0. Das Q-Ausgangssignal logisch 1 des Flipflops 912 gelangt über die Leitung 244 zum Gatter 904. Bei Aufnahme eines Signals logisch 1 invertiert das Gatter 904 die Komponente MSB2', indem es das Ausgangssignal des Inverters 902 durchläßt. Außerdem wird das Ausgangssignal logisch 1 des Gatters 913 den Gattern 905 bis 910 zugeführt, die dann die entsprechenden Bitkomponenten der Kanäle I und Q durchschalten. Für eine Drehung der regenerierten Daten um 180° im Gegenuhrzeigersinn ist der Q-Ausgang der Flipflops 911 und 912 auf logisch 0. Die Q-Ausgangssignale logisch 1 werden über Leitungen 243 und 244 Gattern 903 und 904 zugeführt. Diese Gatter invertieren die Komponenten MSB1' und MSB2!, indem sie die Ausgangssignale von Invertern 901 und 902 weiterleiten. Schließlich ist für eine Drehung der regenerierten Daten um 270° im

Gegenuhrzeigersinn der Q-Ausgang der Flipflops 911 und 912 auf logisch 0 bzw. logisch 1. Der Logikpegel am Q-Ausgang des Flipflops 911 veranlaßt das Gatter 903, den Wert MSB1' zu invertieren, worauf dann ein Umschalten der entsprechenden Bitkomponenten der Kanäle I und Q,abhängig vom Logikzustand 1 am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 903, erfolgt. Demgemäß wird durch die obenbeschriebene Operation der Quadrantenbit-Lokalisiereinrichtung 260 und des Bitkanalumsetzers 250 eine Korrektur von Regenerier fehlern erreicht, die durch eine Phasenmehrdeutigkeit eingeführt worden sind. Die korrigierten Bitkomponenten , die mit MSB1, NMSB1, LSBI, MSB2, NMSB2 und LSB2 bezeichnet sind, erscheinen auf den Leitungen 227 bis 232.

Die Arbeitsweise nach der vorliegenden Erfindung ist zwar anhand eines Senders und eines Empfängers mit zwei Datenkanälen beschrieben worden, es sei aber darauf hingewiesen, daß eine Anpassung der Erfindung zur • Verwendung in QAM-Anlagen mit einer größeren Anzahl von Datenkanälen möglich ist. Beispielsweise könnte die QAM-Anlage vier Datenkanäle aufweisen, von denen jeweils gleichzeitig zwei selektiv an den QAM-Modulator 127 angekoppelt werden. Weitere Abänderungen der beschriebenen Erfindung sind ebenfalls leicht möglich. Beispielsweise kann es in QAM-Anlagen mit einer größeren Anzahl von Amplitudenstufen zweckmäßig sein, mehr als ein Rahmenbit je Wort zu bilden. Dies läßt sich leicht beispielsweise dadurch verwirklichen, daß die ausgelesenen Rahmenbits mehr als einer Bitkomponente in den Datenkanälen zugeführt werden. Es können auch beispielsweise die Werte der übertragenen Quadrantenbits auf irgendeine vorbestimmte Weise abgeändert werden.

Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation in einer Datenübertragungsanlage mit vielstufiger Quadratur-Amplitudenmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wortgenerator (114) Steuerwörter (auf 150 bis 155) zur . Einfügung zwischen Datenwörter zu periodischen Zeitpunkten liefert, und daß die Steuerwörter periodisch Bits einer ersten Rate zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation,' periodische Bits einer zweiten Rate zur Aufrechterhaltung der Phasensynchronisation und pseudozufällige Bits für einen spektralen Energiepegelausgleich enthalten.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Gattern (108 bis 113) unter Steuerung des Wortgenerators (114) die Steuer-Wörter zu vorbestimmten Zeitpunkten an Datensignalwege (102 bis 107) liefern.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitsteuerungssignalgenerator (115) den Zeitpunkt der Einfügung der Steuerwörter zwischen Datenwörter steuert und während der Einfügung der Steuerwörter den Schluß von Datenwörtern unterbricht (Leitung 119).

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsul!
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmenbits in den Steuerwörtern in vorbestimmte Positionen des durch Datenwörter gebildeten Signalraummusters eingefügt werden, derart, daß die Steüerwortposition unabhängig von Dreheinflüssen durch eine Phasenmehrdeutigkeit ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorbestimmte Steuerwörter ein Quadrantenbit anstelle eines Rahmenbit oder eines Pseudozufallsbit enthalten, um Datenregenerierfehler aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit zu beseitigen.
6. Verfahren zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation in einer Quadratur-Amplitudenmodulationsanlage unter Verwirklichung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß Steuerwörter zunächst so aufgebaut werden, daß sie wenigstens ein Rahmenbit in entweder dem Inphase- oder dem Quadraturphase-Signalkanal der Anlage aufweisen, und daß die Steuerwörter dann zu vorgewählten Zeitpunkten zwischen Datenwörter, die in der Anlage übertragen werden, so eingefügt werden, daß die Rahmenbits unabhängig von den Dreheinflüssen aufgrund einer Phasenmehrdeutigkeit im Signalraummuster wirksam sind.