DE3417404C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Demodulator zum Demodulieren eines Übertragungssignals auf einer Leitung, nachdem das Übertragungssignal in ein digitales Signal umgesetzt ist.

Ein derartiger digitaler Demodulator gehört zum allgemeinen Stand der Technik und ist beispielsweise in der Zeitschrift "Elektronik 1980", Heft 25, Seiten 83 bis 90 beschrieben.

Derartige digitale Demodulatoren gelangen bevorzugt auch als hybride Entzerrer zur Anwendung, um aufgrund von längeren Leitungsverbindungen entstehende Kurvenformverzerrungen wieder rückgängig zu machen.

Aus der DE-AS 26 53 716 ist ein Modem zur Einschaltung zwischen einer Übertragungsstrecke und einer Vielzahl von digitalen Datenendeinrichtungen (Terminals) bekannt, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, daß alle Funktionen des Modems einer ersten Art und auch Funktionen einer zweiten Art ausgeführt werden können.

Aus der DE-OS 27 06 931 ist es bekannt, in Verbindung mit einem Analog-Digital-Umsetzer eine nichtlineare Umsetzkennlinie zu realisieren, wobei diese nichtlineare Umsetzkennlinie so beschaffen ist, daß die Linearität am höchsten ist bei kleinen Eingangspegeln bzw. kleinen Eingangssignalwerten, jedoch die Nichtlinearität um so größer wird, je größer der umzusetzende Signalwert wird. Ferner ist es aus der genannten Literaturstelle bekannt Analog-Digital-Umsetzer oder auch Digital-Analog-Umsetzer mit seiner nichtlinearen Umsetzkennlinie in der Nachrichtentechnik für Kodierschaltungen oder auch Dekodierschaltungen zu verwenden.

Ferner ist ein digitales Modem vorgeschlagen worden, bei welchem ein digitaler Signalprozessor verwendet wird, um verschiedene, für ein Modem notwendige Funktionen, wie ein Kodieren, ein Dekodieren, eine Modulation, eine Demodulation, ein Zeilenentzerren und ein Filtern durchzuführen. In der US-PS 40 85 449 werden derartige Modem-Funktionen beispielsweise mittels einer einzigen Verarbeitungseinheit durchgeführt. Die Schwierigkeit bei dieser Art Modem besteht darin, daß, da manche der Funktionen nur mit einer bestimmten Kodiergeschwindigkeit weitergehen müssen und manche mit einer Abtastgeschwindigkeit weitergehen müssen, und darüber hinaus eine verhältnismäßig große Datenmenge zwischen den Funktionsabschnitten ausgetauscht werden muß, die verschiedenen Funktionen nicht durchgeführt werden, wenn nicht ein einziger Prozessor ein beträchtliches Leistungsvermögen aufweist oder eine unerhört komplizierte Kopplungseinheit verwendet wird.

Eine der Funktionen, die einem Modem zugewiesen ist, ist eine Formgebungs-Filterfunktion. Die Abgriff-Konstante des Filters hängt von der Abtast- und Modulationsfrequenz von Signalen ab. Da in einem Modem, in welchem ein digitaler Signalprozessor verwendet ist, die Abfragefrequenz von Signalen üblicherweise festgelegt ist, ist ein System, das verschiedene Modulationsfrequenzen verwenden kann nicht erreichbar, wenn es nicht mit einer Anzahl Abgriffkonstanten versehen wird, welche den gewünschten Modulationsfrequenzen angepaßt sind. Um eine Anzahl Abgriffkonstanten- Gruppen als Daten zu speichern, ist ein Randomspeicher (RAM) oder ein Festwertspeicher (ROM) erforderlich, um eine große Speicherkapazität zu realisieren. Ferner werden Daten, um die Filterfunktionen, die Ausgleichfunktion u. ä. durchzuführen, in einem Datenspeicher, wie einem Random- (RAM) oder einem Festwertspeicher (ROM) gespeichert. Ein herkömmlicher digitaler Signalprozessor ist entsprechend ausgeführt worden, damit er alle Bereiche des Datenspeichers für die jeweiligen Modemfunktionen ausnützen kann. Um Zugriff zu derartigen Bereichen zu haben, ist eine beträchtliche Anzahl Bits für einen Adressenteil eines Befehls erforderlich, und es müssen eine beträchtliche Anzahl Adressenleitungen installiert werden, mit der Folge, daß ein Festwertspeicher (ROM) mit einer großen Speicherkapazität benötigt wird.

Inzwischen ist ein Faksimilegerät, das in einem sogenannten GIII-Mode betreibbar ist, durch CCITT (Consultive Committee of International Telegraph and Telephone) genormt worden, um eine schnelle Übertragung von Bildinformation zu unterstützen; derartige Einrichtungen sind nunmehr in der Praxis verwendbar. In einem solchen GIII-Faksimilegerät ist es im Hinblick auf ein Verkürzen der Übertragungszeit in der Praxis üblich, durch ein digitales Modem ein kodiertes Signal mit der Redundanz eines Faksimile-Bildsignals zu übertragen, das durch ein digitales Bandverdichtungsverfahren verkürzt ist. Ein derartiges Modem weist entsprechend der GIII-Norm Modems auf, welche durch die CCITT-Empfehlungen V.27 und V.29 vorgeschrieben sind. Die V.27-Modem arbeitet mit einer Übertragungsfrequenz von 4800 Bits/s (Bps) und mit einem differentiellen Phasenumtast-(PSK-)System mit 8 Pegeln, während das V.29-Modem mit einer Übertragungsfrequenz von 9600 Bits/s (Bps) und einem Quadratur-Amplituden-Modulationssystem (QAM) arbeitet.

Damit bis jetzt ein auf einer Übertragungsleitung empfangenes Signal sicher wiedergewonnen werden kann, ist ein digitaler Signalprozessor zum Durchführen von Modulationen und Berechnungen entsprechend bemessen, um eine möglichst große Anzahl von Datenbits, z. B. 16 Bits, zu verarbeiten. Daher ist es eine Voraussetzung, daß analoge Signale auf einer Übertragungsleitung in digitale Signale umgesetzt werden, welche in der Bitanzahl mit den Daten identisch sind, welche von dem digitalen Signalprozessor verarbeitet werden. Ein Analog- Digital-Umsetzer, der einer verhältnismäßig großen Anzahl von Datenbits angepaßt ist und mit einer Umsetzzeit betreibbar ist, die für eine verhältnismäßig hohe Datenübertragung kurz genug ist, ist teuer, weshalb dann die gesamte digitale Modemausführung teuer ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen digitalen Demodulator der angegebenen Gattung zu schaffen, der trotz Verwendung eines wirtschaftlichen Allzweck- Analog-Digital-Umsetzers, der nur für eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Bits verwendet werden kann, eine Demodulation mit besonders hohem Auflösungsvermögen zu realisieren vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein spezifischer Analog-Digital-Umsetzer verwendet, der eine nichtlineare Umsetzkennlinie aufweist. Diesem nichtlinearen Digital-Analog-Umsetzer ist ein Signalprozessor nachgeschaltet, der die Nichtlinearität des digitalen Ausgangssignals des Analog-Digital-Umsetzers kompensiert und ein kompensiertes digitales Signal erzeugt, welches eine erhöhte Zahl von Binärentscheidungen enthält als das nichtkompensierte digitale Ausgangssignal. Dadurch wird das mangelnde Auflösungsvermögen des Analog-Digital-Umsetzers beispielsweise in dem besonders nichtlinearen Bereich der Umsetzkennlinie wesentlich erhöht. Dieses kompensierte digitale Signal mit erhöhter Auflösung wird dann in einem weiteren digitalen Prozessor verarbeitet.

Durch die Erfindung wird somit die Möglichkeit geschaffen, eine Demodulatorschaltung realisieren zu können, die trotz Verwendung besonders kostengünstiger Komponenten eine Demodulation mit besonders hohem Auflösungsvermögen durchzuführen vermag.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsblockdiagramm, welches eine allgemeine Ausführung eines Modulators darstellt, bei welchem eine Ausführungsform der Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 ein Funktionsblockdiagramm, das eine allgemeine Ausführung eines Demodulators darstellt, bei welchem die erste Ausführungsform anwendbar ist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm von Digital-Analog- und Analog-Digital-Umsetzabschnitten, die in einem Fall anwendbar sind, wenn der Modulator und der Demodulator, die in Fig. 1 und 2 dargestellt sind, durch einen digitalen Prozessor ergänzt sind;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines digitalen Modems gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer grundlegenden Ausführungsform eines digitalen Signalprozessors, welcher verschiedene Funktionen eines Demodulators gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung durchführt;

Fig. 6 ein Diagramm, welches Speicherabschnitte eines Datenspeichers in einem in Fig. 5 wiedergegebenen Nebenprozessor darstellt;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch generelle Funktionen eines Modems dargestellt sind, die mit dem in Fig. 5 wiedergegebenen, digitalen Signalprozessor erreichbar sind;

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Grundausführung eines typischen nichtzyklischen Digitalfilters;

Fig. 9 bis 11 Kurven mit einer Formgebungs-Filterkennlinie, die einem herkömmlichen Verfahren entspricht und eine Kennlinie, welche mit der weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung erreichbar ist;

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine Kurve, welche eine Kennlinie eines nichtlinearen Analog-Digital-Umsetzers gemäß der Ausführungsform zeigt;

Fig. 14 ein Blockdiagramm eines digitalen Signalprozessors gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 15 ein Funktionsblockdiagramm, das die Arbeitsweise des digitalen Modems in einem Modulationsmode gemäß der Ausführungsform wiedergibt, und

Fig. 16 ein Funktionsblockdiagramm, das die Arbeitsweise des digitalen Modems in einem Demodulationsmode gemäß der Ausführungsform darstellt.

Zuerst wird eine Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung beschrieben. Bevor ein digitales Modem gemäß der ersten Ausführungsform im einzelnen beschrieben wird, werden anhand von Fig. 1 und 2 generell Funktionen eines Modems beschrieben.

In Fig. 1 werden an einen Modulationsabschnitt 100 eine Folge binärkodierter Datenbits von einem Faksimilegerät, einem Rechner oder einem ähnlichen Zentralgerät aus an einen Eingangsanschluß 102 angelegt. Die Datenbits werden durch einen Scrambler 104 in einer beliebigen Folge angeordnet, und werden dann durch einen Kodierer 106 kodiert, um zu einem einzigen Kode auf einer "n"-Bit-Basis zu werden. Somit kann dann der Ausgang des Kodierers 106 "2 ⁿ " Zustände haben. Die Kodierfrequenz ist 1/T-Symbole/s, wobei T ein Zwischensymbolintervall ist. Bei PSK-Tribits mit 8 Pegeln ist n beispielsweise "3". Der Ausgang des Kodierers 106 wird an ein Tiefpaßfilter 108 angelegt, um den Einfluß einer Frequenzcharakteristik insbesondere auf einer Übertragungsleitung zu mindern. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 108 wird durch einen Modulator 110 moduliert und über ein Filter 112 an eine analoge Übertragungsleitung 114 abgegeben, welche beispielsweise eine Fernsprechleitung sein kann.

Ein Demodulierabschnitt 200 steuert ein Filter 204 an, welchem ein Signal, das über eine Übertragungsleitung 202 ankommt, angelegt wird. Das Filter 204 entfernt Rauschkomponenten in einem überflüssigen Band aus dem empfangenen Signal. Ein Demodulator 206 demoduliert einen Ausgang des Filters 204, während ein Tiefpaßfilter 208 Oberwellen entfernt, die sich im Falle der Demodulation entwickelt haben. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 208, der zu einem Entzerrer 210 geleitet wird, hat gewöhnlich eine Zwischensymbol-Interferenz zur Folge, da das Tiefpaßfilter 108, der Modulator 110 in dem Modulationsabschnitt 100, die Übertragungsleitungen 114 und 202, der Modulator 206 und das Tiefpaßfilter 208 in dem Demodulationsabschnitt 200 und ähnliche Elemente, welche das Übertragungssystem bilden, eine gewisse Verzerrung in ihren Übertragungscharakteristiken haben. Der Entzerrer 210 dient dazu, die Zwischensymbol-Interferenz zu entfernen. Ein Dekodierer 212 erhält "n" Binärdaten aus den "2 ⁿ "-Kodezuständen durch ein Verfahren, das dem von dem Modulator 110 durchgeführten Verfahren entgegengesetzt ist. Die Binärdaten werden von einem Descrambler 214 verarbeitet, um die ursprüngliche Folge wiederzugewinnen, und sie werden von einem Ausgangsanschluß 210 als eine Folge von Ausgangsbits einem Zentralgerät zugeführt. Die Binärdaten sollten wenn sie frei von einem Kodefehler sind, die Folge von eingegebenen Bits darstellen, die an den Eingangsanschluß 102 des sendenden Modulators 100 angelegt worden sind.

Wenn ein Modem mit einer solchen Funktion durch eine digitale Signalverarbeitungstechnik realisiert werden soll, werden die Verarbeitungen in diesem, bezüglich sowohl der Zeit als auch des Signalpegels, an diskreten Abtastfolgedaten durchgeführt. Um diese Bedingungen zu bewältigen, sind, wie in Fig. 3 dargestellt, die Schnittstellen des Modulators 100 und des Demodulators 200 an den analogen Übertragungsleitungen mit einem Digital- Analog-(DA-)Umsetzer 116 bzw. mit einem Analog-Digital- (AD-)Umsetzer 218 versehen, wodurch dann Signale in Form von digitalen Daten verarbeitet werden können. Beispielsweise hat eine typische Fernsprechleitung eine Übertragungsbandbreite von 300 Hz bis 4 kHz. Damit für den Modulator ein kontinuierliches analoges Signal, das durch den DA-Umsetzer 116 durch Verarbeiten eines Signals erzeugt worden ist, das hinsichtlich der Zeit diskret ist, kein Faltspektrum in dem Übertragungsband haben kann, muß die Abtastfrequenz auf der Basis des Abtasttheorems mindestens höher als 8 kHz sein. Ebenso muß der Modulator mit einer Abtastfrequenz versorgt werden, die zumindest höher als 8 kHz ist, da das empfangene Signal Frequenzkomponenten enthält, die niedriger als 4 kHz sind. Auf diese Weise unterscheidet sich im allgemeinen eine Abtastfrequenz von einer Kodierfrequenz und ist darüber hinaus höher als letztere.

In dem Modulationsabschnitt 100 werden beispielsweise der Scrambler 104 und der Kodierer 106 mit der Kodierfrequenz betrieben, während das Tiefpaßfilter 108 und der Modulator 110 mit der Abtastfrequenz betrieben werden. In dem Demodulationsabschnitt 200 werden der Demodulator 200 und das Tiefpaßfilter 208 mit der Abtastfrequenz betrieben, während der Entzerrer 210, der Dekodierer 212 und der Descrambler 214 mit der Kodierfrequenz betrieben werden.

Die dargestellte und beschriebene erste Ausführungsform ist bei einem digitalen Modem anwendbar, bei welchem Signalverarbeitungen im Innern eines Prozessors bei zumindest zwei verschiedenen Frequenzen vorkommen, wie vorstehend beschrieben ist. Grundsätzlich ist die erste Ausführungsform dafür bestimmt, die Funktion, welche mit der Kodierfrequenz ausgeführt wird, und die Funktion, welche mit der Abtastfrequenz ausgeführt wird, jeweils durch eine exclusive Verarbeitungseinrichtung durchzuführen.

In Fig. 4 weist das digitale Modem gemäß einer Ausführungsform zwei Prozessoren 300 und 302 zum Verarbeiten von Signalen auf. Der Prozessor 300 ist ein digitaler Prozessor, der mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 9600 Hz betreibbar ist und die Funktionen des Tiefpaßfilters 108 und des Modulators 110 in dem in Fig. 1 dargestellten Modulierabschnitt und des Demodulators 206 und des Tiefpaßfilters 208 in dem in Fig. 2 dargestellten Demodulierabschnitt 200 durchführt. Der Prozessor 302 ist dagegen ein digitaler Prozessor, welcher mit der Kodierfrequenz von beispielsweise 2400 Hz betreibbar ist und die Funktionen des Scramblers 104 und des Kodierers in dem in Fig. 1 dargestellten Modulierabschnitt 100 sowie des Entzerrers 210, des Dekodierers 212 und des Descramblers 214 in dem in Fig. 2 dargestellten Demodulierabschnitt u. ä. durchführt. Auf diese Weise sind die Signalverarbeitungsbelastungen gleichmäßig verteilt. Erforderlichenfalls können die Funktionen in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbelastungen von einer größeren Anzahl Prozessoren gemeinsam benutzt werden.

Die Signalprozessoren 300 und 302 sind durch eine Datentransferleitung 302 miteinander verbunden. Eine Ein-/Ausgabedaten- Transferleitung 306, welche dem Prozessor 300 zugeordnet ist, ist über einen Funktionsblock 308, welcher den DA-Umsetzer 116, das Filter 112, den AD-Umsetzer 218 und das Filter 204 aufweist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, mit einer analogen Übertragungsleitung 310 verbunden. Eine Ein-/Ausgabe- Datentransferleitung 312, welche dem Prozessor 302 zugeordnet ist, ist mit einem Zentralgerät 314 verbunden, welches ein Faksimilegerät oder ein Zentralcomputer sein kann. Die Prozessoren 300 und 302 und das Zentralgerät 314 werden über eine Steuersammelleitung 218 und eine Kopplungseinheit 320 durch eine Systemsteuereinheit 316 gesteuert. Andere Funktionen, welche der Systemsteuereinheit 316 zugeordnet sind, weisen einen Erzeugungstakt bei der Abtast- und der Kodierfrequenz, eine Kopplungssteuerung mit dem Zentralgerät, eine Modem-Trainingsfolgesteuerung und eine Datenflußsteuerung auf.

In dem Modulationsmode holt der Prozessor 302 Daten aus einer Folge von Eingangsbits von dem Zentralgerät 314 bei der Kodierfrequenz, die in dieser Ausführungsform 2400 Hz beträgt, und auf einer n-Bit-Basis ab und führt ein Scrambeln, Kodieren und andere Verarbeitungen bei den abgeholten Daten durch. Der Ausgang des Prozessors 302 wird über die Sammelleitung 304 zu dem Prozessor 300 geleitet.

Der Prozessor 300 arbeitet in dieser Ausführungsform mit der Abtastfrequenz von 9600 Hz und holt Daten von dem Prozessor 302 einmal für vier Abfragewerte ab, während er die anderen Daten "0" macht. Der Ausgang des Prozessors 300 wird an den Funktionsblock 308 übertragen, um mit der Abtastfrequenz digital-analog umgesetzt zu werden und wird danach an die Übertragungsleitung 310 abgegeben.

Bei einem Demodulationsmode wird ein analoger Wert, welcher mit der Abfragefrequenz von der Übertragungsleitung 310 aus abgefragt worden ist, durch den Funktionsblock 308 in Digitaldaten umgesetzt, welche dann über die Datentransferleitung 306 an den Signalprozessor 300 angelegt werden. Der Prozessor 300 demoduliert die Eingangsdaten mit der Abfragefrequenz von 9600 Hz und filtert sie durch ein Tiefpaßfilter. In der dargestellten Ausführungsform arbeitet der Prozessor 300 mit der Abfragefrequenz von 9600 Hz und der Prozessor 302 mit der Kodierfrequenz von 2400 Hz, so daß der Prozessor 300 an den Prozessor 302 einen Datenwert mit einer optimalen zeitlichen Steuerung für Daten jeder Folge von 4 Abfragewerten überträgt.

Der Prozessor 302 entzerrt, dekodiert und descrambelt die Daten, um sie dann an das Zentralgerät 304 als eine Folge von Ausgangsbits zu übertragen. In der beschriebenen Weise führt der Prozessor 300 Signalverarbeitungen mit der Abfragefrequenz durch, welche verhältnismäßig hoch ist, während der Prozessor 302 sie bei der Kodierfrequenz durchführt, welche verhältnismäßig niedrig ist.

Obwohl die Ausführungsform bezüglich eines Modems dargestellt und beschrieben ist, kann sie andererseits auch bei einer Einheit angewendet werden, welche nur eine einzige Funktion hat, wie beispielsweise ein Modulator oder ein Demodulator, und ist wirksam verwendbar, um verschiedene Signale, wie beispielsweise Sprach- und Bildsignale zu verarbeiten.

Gemäß der Ausführungsform benutzen eine Anzahl Signalprozessoren die Funktionen eines Modems gemeinsam und einer der Prozessoren arbeitet mit einer Abfragefrequenz, welche vergleichsweise hoch ist, während der andere Prozessor mit einer Kodierfrequenz arbeitet, welche vergleichsweise niedrig ist. Hierdurch wird die Verarbeitungsbelastung, die von jedem Prozessor übernommen wird, verringert, die Datenmenge, die zwischen den Prozessoren auszutauschen ist, wird verringert, und die Prozessoren können verhältnismäßig unabhängig voneinander arbeiten. Dies führt zu einer Minderung der Beschränkungen bezüglich des Leistungsvermögens und des Aufbaus von Prozessoren, insbesondere von solchen an der Schnittstelle nach außen, und führt dadurch zu einer Vereinfachung der gesamten Modemanordnung.

Eine weitere Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung wird nachstehend anhand von Fig. 5 beschrieben. In Fig. 5 weist ein Signalprozessor, um verschiedene Funktionen eines Modems gemäß der zweiten Ausführungsform durchzuführen, grundsätzlich einen Hauptprozessor 320 und einen Nebenprozessor 400 auf, welche durch eine Datenhauptleitung 322 und durch eine Steuerleitung 324 miteinander verbunden sind.

Der Hauptprozessor 320 weist einen digitalen Prozessor auf und dient als Systemsteuereinheit, um den Betrieb des gesamten Systems zu steuern. Der Nebenprozessor 400, der ebenfalls einen digitalen Prozessor aufweist, ist ein Signalprozessor, der dazu verwendet wird, um hauptsächlich die Formgebungsfilterfunktion, eine Zeilenentzerrfunktion u. ä. eines Modems durchzuführen. Erforderlichenfalls können eine Anzahl Nebenprozessoren 400, welche im Aufbau identisch sind, parallel geschaltet werden, um die Belastungen oder die Aufgaben aufzuteilen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, weist der Nebenprozessor 400 einen Steuerabschnitt 402, einen Befehlsdekodierer 404, ein Ein-/Ausgaberegister 406, einen Datenrandomspeicher (RAM) 408, einen Datenfestwertspeicher (ROM) 410, eine Multipliziereinheit 412, eine logische Recheneinheit (ALU) 414 und einen Programm-Festwertspeicher (ROM) 416 auf. Der Programm-Festwertspeicher (ROM) 416 speichert Befehle, damit das System verschiedene Funktionen, wie Filter- und Entzerrfunktionen, als eine Programmfolge durchführt. Derartige Befehle werden von dem Befehlskodierer 404 dekodiert. Der Steuerabschnitt 402, mit welchem die Steuerleitung 324 verbunden ist, erhält einen Befehl von dem Hauptprozessor 320, dekodiert den Befehl und befiehlt seinerseits Operationen, welche verschiedenen Teilen des Nebenprozessors 400 zugeordnet sind. Der Steuerabschnitt 402 befiehlt auch ein Schalten von Speicherbänken, was später noch beschrieben wird.

Der Datenrandomspeicher (RAM) 408 und der Datenfestwertspeicher (ROM) 410 haben Speicherbereiche, um verschiedene Daten zu speichern, welche zur Durchführung der Filter-, Entzerrer- und anderer Funktionen erforderlich sind. Beispielsweise speichern sie die Abgriffkonstanten des Formgebungsfilters. Wie in Fig. 6 dargestellt, können derartige Speicherbereiche aus "2 ⁿ "-Bytes von Speicherstellen gebildet sein und können in eine Anzahl von (beispielsweise 2 ^m ) Bereichen oder von Speicherbänken 80₁ bis 80₂ ^m aufgeteilt werden, wobei m und n natürliche Zahlen und in einer Beziehung m < n stehen.

Die Multipliziereinheit 412 und die logische Recheneinheit (ALU) 414 führen eine Berechnung mit Daten in dem Daten- Randomspeicher 408 und mit den Daten in dem Daten-Festwertspeicher (ROM) 410 entsprechend einem Befehl durch, der in einem Programm-Festwertspeicher gespeichert ist, oder entsprechend einem Befehl von dem Hauptprozessor 320, um dadurch die Filterfunktion und andere Funktionen durchzuführen, die für ein Modem notwendig sind.

Das Ein-/Ausgaberegister 406 ist mit der Datenhauptleitung 322 verbunden, welche auch mit einem Terminal-Anschlußgerät 326 verbunden ist. Mit dem System ist über das Terminal Anschlußgerät 326 ein Faksimilegerät oder ein ähnliches Terminal verbunden. Das Ein-/Ausgaberegister 406 ist durch eine Leitung 328 mit einem DA-Umsetzer 330 und mit einem AD-Umsetzer 332 verbunden. Der DA-Umsetzer 330 ist über ein Tiefpaßfilter 334 mit einer Übertragungsleitung 336 in Form einer analogen Übertragungsleitung, beispielsweise mit einer Fernsprechleitung verbunden. Der AD-Umsetzer 332 ist über ein Bandpaßfilter mit einer Empfangsleitung 320, einer analogen Übertragungsleitung verbunden.

Der Nebenprozessor 400 führt verschiedene Funktionen eines Modems durch digitale Verarbeitungen durch. Daten, die von dem Nebenprozessor 400 moduliert worden sind, werden von dem Ein-/Ausgabereguster 406 über den DA-Umsetzer 330 und das Tiefpaßfilter 334 an die Übertragungsleitung 336 abgegeben. Das Signal, welches über die Empfangsleitung 340 ankommt, wird über das Bandpaßfilter 338, den AD-Umsetzer 332 und das Ein-/Ausgaberegister 406 zu dem Nebenprozessor 400 geleitet, um dadurch demoduliert zu werden.

An einen Eingangsanschluß 342 des Hauptprozessors 320 wird ein Modulationsraten-Befehlssignal angelegt, was noch beschrieben wird. Mit einem Ausgangsanschluß 344 des Hauptprozessors 320 ist ein Taktgenerator 346 verbunden, welcher auch dazu verwendet wird, den Nebenprozessor 400 über eine Leitung 348 mit einem Abfragetakt zu versorgen.

In Fig. 7 sind generelle Funktionen eines Modems, welche durch den in Fig. 5 dargestellten, digitalen Prozessor durchgeführt werden können, schematisch in einem Blockdiagramm dargestellt. In Fig. 7 sind dieselben Blöcke wie diejenigen, welche in Fig. 5 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im oberen Teil der Fig. 7 ist ein Übertragungs- oder Sendesystem und in deren unteren Teil ist ein Empfangssystem dargestellt.

Sendeseitig verteilt der Hauptprozessor 320 ein Sendesignal willkürlich und kodiert es, während der Nebenprozessor 400 eine Tiefpaßfilterung (LPF) und eine Modulation durchführt. Empfangsseitig führt der Nebenprozessor 400 ein Abfragen, einen Schwundausgleich (AGC) eine Demodulation (DEMOD) eine Tiefpaßfilterung, eine automatische Zeilenentzerrung, eine Phasensteuerung, eine Quantisierung, eine zeitlich gesteuerte Rückgewinnung, eine Trägerrückgewinnung usw. durch. Das Dekodieren und das willkürliche Verteilen des empfangenen Signals werden von dem Hauptprozessor 320 durchgeführt. Derartige verschiedene Modemfunktionen werden durch Berechnen von Daten erreicht, die in dem Randomspeicher (RAM) 408 gespeichert sind und die in dem Daten-Festwertspeicher 410 gespeichert sind, und zwar entsprechend der in dem Hauptprozessor 320 gespeicherten Befehlsfolge und entsprechend der in dem Programm-Festwertspeicher 416 gespeicherten Programmfolge.

Bei dieser Ausführungsform sind die Speicherbänke 80₁ bis 80₂ ^m ausschließlich den jeweiligen Funktionen oder jeweiligen Gruppen von Funktionen eines Modems angepaßt. Beispielsweise speichert, wie in Fig. 6 dargestellt ist, die Bank 80 ausschließlich Daten, welche zum Durchführen einer Formgebungs-Filterfunktion verwendet werden; die Daten weisen beispielsweise Abgriffkonstanten des Filters auf. Ebenso speichert die Bank 80₂ ausschließlich Daten, welche beispielsweise zum Durchführen der Zeilenentzerrfunktion verwendet werden.

Ein Aufteilen eines Speichers ist eine Anzahl Speicherbereiche und das Verwenden jedes der Bereiche für eine ausschließliche Funktion, wie beschrieben, ist wirksam, um die Abmessungen eines Programmbefehls zu verkürzen. Genauer gesagt, sobald eine bestimmte Aufgabe genau festgelegt ist, wird ein Bereich, zu dem in dem Datenspeicher 408 oder 410 Zugriff erfolgen soll, festgelegt, und er dehnt sich nicht über einen großen Bereich aus. Wenn beispielsweise die in Fig. 6 dargestellte Konfiguration genommen wird, und wenn die Steuerung des Nebenprozessors 400 zu einer Aufgabe übergeht, um die Formgebungs-Filterfunktion durchzuführen, damit nur der Datenbereich 80₁ zu verwenden ist, wird dies zu Beginn der Aufgabe festgelegt. Somit adressiert der Befehl, der in dieser Aufgabe eingeschlossen ist, eine Speicherstelle, welche in dem Bereich 80₁ liegt. Dann befiehlt der Steuerabschnitt 402 in dem Nebenprozessor 400 ein Schalten der Speicherbänke, wobei nur die Bank 80₁ verwendet wird.

Folglich genügen in dieser Ausführungsform nur "n-m" Bits für die Länge eines Adressenbestimmungsteils jedes Befehls. Folglich benötigt ein (nicht dargestellter) Adressendekodierer, der verwendet wird, um den Adressenbestimmungsteil zu dekodieren, um dadurch eine Speicherstelle in dem Datenspeicher 408 oder 410 zu bestimmen, nur "n-m" Bits und folglich nur "n-m" Adressenleitungen.

Bekanntlich weist ein typisches, nicht zyklisches Digitalfilter grundsätzlich, wie in Fig. 8 dargestellt, "N"-Verzögerungsstufen 350₁ bis 350 _N "N + 1" Abgriffe 352₀ bis 352 _N und einen Addierer 354 auf. Die Verzögerungsstufen 350₁ bis 350 _N haben Verzögerungswerte D 1-DN, um nacheinander einen Eingang an einem Eingangsanschluß 356 zu verzögern. Die Abgriffe 352₀ bis 352 _N haben jeweils Abgriff-(tap)Konstanten a 0 bis aN und multiplizieren ein Signal, das über einen Eingangsanschluß 356 ankommt, und Ausgänge der Verzögerungsstufen 350₁ bis 350 _N mit ihren Abgriffkonstanten. Die Ausgänge der Abgriffe werden durch einen Addierer 354 summiert, dessen Ausgang dann wiederum an einen Ausgangsanschluß 360 angelegt wird. Die Transferfunktion des Filters ist durch die Verzögerungswerte D 1 bis DN und die Abgriffkonstanten a 0 bis 0 N festgelegt. Eine derartige Filterfunktion wird mit Hilfe von Daten, die in dem Daten-Randomspeicher (RAM) 408 gespeichert sind und solchen Daten, die in dem Datenfestwertspeicher (ROM) 410 gespeichert sind, entsprechend der Programmfolge erreicht, die in dem Programm-Festwertspeicher (ROM) 416 des Nebenprozessors 400 gespeichert sind.

Die Abgriffkonstanten a 0 bis aN des Filters werden durch die inverse Fourier-Transformation von Abfragewerten auf der Frequenzachse der Filtercharakteristik erzeugt und somit durch die Signalabfragefrequenz und die Modulationsfrequenz festgelegt. Wenn die Anzahl Abgriffe N festgelegt ist, wodurch eine Abfragefrequenz fs wie in dem herkömmlichen System festgelegt ist, muß eine Gruppe von Abgriffkonstanten für jede der Modulationsfrequenzen f _m vorbereitet werden, mit welcher sich das System befaßt.

Wie im einzelnen in Fig. 9 bis 11 dargestellt ist, ist eine zu bemessende Filterkennlinie 362 oder 364 bei der halben Modulationsfrequenz fm 1, d. h. fm/ 2 um 50% gedämpft, wie beispielsweise durch die CCITT-Empfehlung V.27ter vorgeschrieben ist. Wenn die Anzahl Abfragewerte konstant ist, legt ein Stimmen einer Abfragefrequenz fs 1, wie festgestellt, seinerseits einen Abfragepunkt auf der Frequenzachse fest. Somit liegt ein Abfragepunkt, welcher der in Fig. 9 dargestellten Modulationsfrequenz fm 1 zugeordnet ist, und der Abfragepunkt, welcher einer in Fig. 10 dargestellten Modulationsfrequenz fm 2 zugeordnet ist, in dem Abfragewert der Filtercharakteristik verschieden, was verschiedene Gruppen von Abgriffkonstanten erfordert, welche jeweils zu den verschiedenen Modulationsfrequenzen passen. Hierdurch wird ein größerer Speicherbereich des Daten-Randomspeichers (RAM) 408 oder des Daten-Festwertspeichers (ROM) 410 für den vorstehend angeführten Zweck belegt.

Gemäß dieser Ausführungsform befiehlt der Hauptprozessor 320 ein Aufteilungsverhältnis auf den Taktgenerator 346 entsprechend einem Modulationsfrequenz-Befehlssignal, das an den Eingangsanschluß 342 des Hauptprozessors 320 angelegt wird, so daß eine Abfragefrequenz fs, die zu einer Modulationsfrequenz fm paßt, von dem Taktgenerator 346 an den Nebenprozessor 400 geliefert wird. Das heißt, die Signalabfragefrequenz ist entsprechend einer Modulationsfrequenz veränderlich. Somit kann eine einzige Gruppe von Abgriffkonstanten a 0 bis aN genügen, wenn die Abfragezahl der Filterkennlinie konstant ist.

Genauer gesagt, für die Modulationsfrequenz fm 1, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, wird eine Abfragefrequenz fs 1 verwendet, während für die Modulationsfrequenz fm 2, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, eine Abfragefrequenz fs 2 verwendet ist. In diesem Fall ist die Anzahl Abfragewerte auf der Frequenzachse der Filterkennlinie festgelegt, und die Signalabfragefrequenz ist proportional zu der Modulationsfrequenz veränderlich. Die Modulationsfrequenz fm 1 soll 1600 Hz und die Abfragefrequenz fs 1 zu diesem Zeitpunkt soll beispielsweise 9600 Hz sein. Wenn das Modulationsfrequenz- Befehlssignal, das an dem Eingangsanschluß 342 des Hauptprozessors 320 eintrifft, die andere Modulationsfrequenz von 1200 Hz anzeigt, welche das ¾fache der Modulationsfrequenz fm 1 ist, bewirkt der Hauptprozessor 320, daß der Taktgenerator 346 auf ein solches Teilungsverhältnis eingestellt wird, daß die Abfragefrequenz fs 2 proportional hierzu auf 7200 Hz schaltet. Während hierdurch die Abfragefrequenz fs 1 auf ¾ verschoben wird, wie in Fig. 11 dargestellt ist, bleibt der Abfragepunkt auf der Frequenzachse der Filterkennlinie derselbe wie in Fig. 9. Somit werden die Abgriffkonstanten a 0 bis aN, die mit der Modulationsfrequenz fm 1 verwendet worden sind, auch in Verbindung mit der Modulationsfrequenz fm 2 verwendbar. Obwohl die Abgriffkonstanten a 0 bis aN in dem Daten-Festwertspeicher (ROM) 410 des Nebenprozessors 400 gespeichert sind, nehmen sie ein Minimum an Speicherfläche des Datenfestwertspeichers (ROM) 410 ein, weil verschiedene Modulationsfrequenzen dieselben Abgriffkonstanten gemeinsam benutzen.

Wie vorstehend beschrieben, können bei der Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung vorbestimmte Abgriffkonstanten eines Formgebungsfilters gemeinsam für verschiedene Modulationsfrequenzen benutzt werden, so daß ein Datenspeicher mit einer kleinen Speicherkapazität zum Speichern der Abgriffkonstanten benutzt werden kann, da ein ganz bestimmter Bereich des Datenspeichers aufgeteilt ist, um entsprechend der Funktion eines Modems verwendet zu werden, ist die Länge eines Befehls gekürzt, um dadurch die erforderliche Speicherkapazität eines Programmspeichers zu verringern. Die zweite, vorstehend beschriebene Ausführungsform ist selbstverständlich auch bei einer Einrichtung anwendbar, welche statt eines Modems nur eine einzige Funktion, d. h. eine Modulation oder Demodulation, hat.

Nunmehr wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 12 beschrieben. In Fig. 12 ist ein digitales Modem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In Fig. 12 kann ein Signalprozessor (CPU) 500 beispielsweise Intel 8080 aufweisen, welcher verschiedene Arten von Signalverarbeitungsfunktionen hat, wie nachstehend beschrieben wird. Ein digitaler Signalprozessor 502 führt Modulations-/Demodulationsberechnungen durch. Digitale Übertragungsdaten, die von dem Signalprozessor (CPU) 500 und dem digitalen Signalprozessor 502 verarbeitet worden sind, werden durch einen DA-Umsetzer 504 in entsprechende analoge Übertragungssignale umgewandelt. Der Ausgang des DA-Umsetzers 504 wird über ein Bandpaßfilter 506 und einen Schalter 508, welcher, wie dargestellt, auf Sendebetrieb geschaltet ist, an eine Übertragungsleitung abgegeben.

Ein analoges, empfangenes Signal, das über die Übertragungsleitung kommt, wird über den Schalter 508 (der in die zu der wiedergegebenen Stellung entgegengesetzten Stellung geschaltet ist) und über das Bandpaßfilter 510 zu einem AD- Umsetzer 512 geleitet, welcher eine nichtlineare Kennlinie hat. Der Ausgang des AD-Umsetzers 512, welches digitale empfangene 8-Bit-Daten sind, deren Pegel dem analogen Eingang entspricht, wird an die Zentraleinheit (CPU) 500 und an den digitalen Signalprozessor 502 angelegt.

In der wiedergegebenen Ausführungsform ist, wie in Fig. 13 dargestellt, die Nichtlinearität des AD-Umsetzers 512 so, daß das Auflösungsvermögen verhältnismäßig hoch ist, wenn der Eingangspegel niedrig ist, und verhältnismäßig niedrig ist, wenn er hoch ist. Beispielsweise verdichtet der AD- Umsetzer 512 ein Signal welches dreizehn Bits von Eingangspegeln -30 bis 8031 auf etwa 7 bis 8 Bits Ausgangspegel -16 bis 128, d. h. auf ein Byte. Ein Datentransfer zwischen der Zentraleinheit (CPU) 500, dem digitalen Signalprozessor 502, einem DA-Umsetzer 504, und einem AD-Umsetzer 512 wird über eine 8-Bit-Datensammelleitung 514 bewirkt.

Der Signalprozessor (CPU) 500 dehnt ein Signalbyte, das von dem AD-Umsetzer 512 zugeführt ist, auf zehn und mehr Signalbits mit linearem Pegel aus, wobei dann die sich ergebenden zwei Bytes an den digitalen Signalprozessor 502 übertragen werden. Der Signalprozessor (CPU) 500 ist ursprünglich vorgesehen, um verschiedene Funktionen durchzuführen, welche für ein Modem notwendig sind, und wird in dieser speziellen Ausführungsform als eine Verarbeitungsreserve verwendet, um die 8 Bit in eine 10-Bit-Umsetzung durchzuführen. Danach werden die empfangenen Signaldaten in dem digitalen Signalprozessor 502 als 2-Byte-Worte, d. h. als ein 16-Bit-Wort verarbeitet, was eine Signalpegelauflösung darstellt, welche so hoch wie 10 und mehr ist.

Der innere Aufbau des digitalen Signalprozessors 502 ist in Fig. 14 dargestellt. Wie dargestellt, weist der Prozessor 502 eine logische Recheneinheit (ALU) 516, eine Multipliziereinheit 518, einen Daten-Festwertspeicher (ROM) 520 und einen Randomspeicher (RAM) 522 zum Speichern verschiedener Daten, wie Konstanten für Modulations-/Demodulationsbearbeitungen, und einen Programm-Festwertspeicher (ROM) 522 zum Speichern eines Verarbeitungsprogramms auf, um eine vorbestimmte Modulier- und Demodulierberechnung mit den vorstehend angeführten Einheiten durchzuführen. Diese Einheiten 516 bis 524 sind durch eine interne Sammelleitung 426 miteinander verbunden.

In Fig. 15 ist die Arbeitsweise eines digitalen Modems in einem Modulationsmode und in Fig. 16 ist die Arbeitsweise desselben Modems in einem Demodulationsmode dargestellt. Bei einem Modulationsmode modifiziert der Signalprozessor (CPU) 500 die Übertragungsdatenfolge durch ein vorbestimmtes Verfahren (willkürliches Verteilen) und trennt sie dann in eine in Phase liegende Komponente und eine dazu orthogonale Komponente, während er die Daten der jeweiligen Komponenten durch ein vorbestimmtes Verfahren (einen Kodierer) kodiert. Der digitale Signalprozessor 502 filtert die beiden Komponenten (die in Phase liegende und die dazu orthogonale), die von dem Signalprozessor (CPU) 500 abgegeben worden sind, durch das Tiefpaßfilter (LPF) unabhängig voneinander aus, moduliert sie aufgrund eines vorbestimmten Prinzips (Modulator), addiert die modulierten Daten der jeweiligen Komponenten und legt sie dann an den DA-Umsetzer 504 an.

Bei einem Demodulationsmode setzt der Signalprozessor (CPU) 500 nichtlineare 8-Bit-Daten, die von dem AD-Umsetzer 512 abgegeben worden sind, in lineare Daten um, deren Bitanzahl (beispielsweise 10 Bits) dem digitalen Signalprozessor 502 angepaßt ist. Die linearen Daten werden an den digitalen Signalprozessor 502 angelegt, welcher die empfangenen Daten mit einer vorbestimmten Abfragefrequenz (mit Hilfe einer Abfrageeinheit) abfrägt, die abgefragten Daten im Pegel anpaßt, während sie eine in Phase liegende Komponente und eine dazu orthogonale Komponente (AGC) getrennt werden, demoduliert die Daten der jeweiligen Komponenten (mittels eines Demodulators), extrahiert nur eine niederfrequente Komponente (LPF) und fragt die zwei Komponenten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ab, welcher mit der Übertragungsfrequenz (Abfrageeinheit) in Einklang gebracht ist. Danach entzerrt der digitale Signalprozessor 502 die zwei Komponenten hinsichtlich ihres Pegels (in einem Entzerrer), stellt deren Phasen ein (mittels eines Phasenschiebers) und quantisiert und kombiniert sie dann (in einer Quantisiereinheit).

Ein Trägerrückgewinnungsabschnitt 528 wird verwendet, um einen Träger aus den verarbeiteten Daten des Phasenschiebers zurückzugewinnen, und führt ihn der Quantisiereinheit zu. Ein Zeitsteuerungs-Rückgewinnungsabschnitt 530 wird verwendet, um Zeitsteuerdaten zurückzugewinnen, um eine zeitliche Abfragesteuerung an jeder der Abfrageeinheiten aus dem verarbeiteten Datenzustand an dem Entzerrer auszugleichen. Der Ausgang des Zeitsteuerungs-Rückgewinnungsabschnitts 530 wird an einen Taktgenerator 532 angelegt, welcher dazu dient, den Abfragezeitpunkt an jeder Abfrageeinheit zu steuern. Der Datenausgang von dem digitalen Signalprozessor 502 wird dem Signalprozessor (CPU) 500 zugeleitet, um durch diesen in die Ursprungsdaten (mittels eines Dekodierers) dekodiert zu werden, und damit sie wieder in ihrer Reihenfolge angeordnet sind, um die Übertragungsdaten rückzugewinnen.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wandelt der Signalprozessor (CPU) 500 einen Ausgang des AD-Umsetzers 512 in 10-Bit-Daten um, ungeachtet dessen, daß der digitale Signalprozessor 502 sechzehn Bitdatenbreite hat. Dies ist eine Positionsverarbeitung, die darauf gerichtet ist, ein Überlaufen bei den Verarbeitungsvorgängen (insbesondere bei einer Multiplikation) in dem Prozessor 502 bei dem Modulationsmode auszuschließen. Wenn die Daten von dem Signalprozessor (CPU) 500 an dem Prozessor 502 übertragen werden, sind die Daten in 16-Bit-Daten umgesetzt worden, wobei die höheren sechs Bits mit Nullen aufgefüllt worden sind.

Auf die beschriebene Weise wird dann gemäß der Ausführungsform der Erfindung ein Ausgang des nichtlinearen AD-Umsetzers 512 mit einem 8-Bit-Ausgang an den digitalen Signalprozessor 502 übertragen, nachdem er durch den Signalprozessor (CPU) 500 auf 10 Bit (16 Bit) Lineardaten ausgedehnt ist. Hierdurch wird die Verwendung eines preiswerten AD-Umsetzers mit nur 8 Bits für den AD-Umsetzer 502 gefördert, wodurch eine kostenwirksame digitale Modemanordnung verwirklicht ist.

Wenn ferner ein Datenausgang von dem AD-Umsetzer 512 an den digitalen Signalverarbeitungsabschnitt zu übertragen ist, welcher der Signalprozessor (CPU) 500 und den digitalen Signalprozessor 502 aufweist, entspricht die Datenbreite der Breite der Sammelleitung. Hierdurch entfällt dann die Notwendigkeit einer speziellen Bitumsetzungsverarbeitung, was sonst für den Transfer erforderlich wäre.

Da, wie oben beschrieben, gemäß der Erfindung ein Ausgang eines nichtlinearen AD-Umsetzers durch Expansion bzw. Dehnung in lineare Daten umgeformt wird, kann ein wirtschaftlicher Allzweck-AD-Umsetzer mit einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Bits verwendet werden, so daß sich ein wirtschaftliches digitales Modem anbietet.

Claims (2)

1. Digitaler Demodulator zum Demodulieren eines Übertragungssignals auf einer Leitung, nachdem das Übertragungssignal in ein digitales Signal umgesetzt ist, gekennzeichnet durch

• a) einen Analog-Digital-Umsetzer (512) mit einer nichtlinearen Umsetzkennlinie, welcher das Übertragungssignal mit einer nichtlinearen Kennlinie in ein digitales Ausgangssignal umsetzt,
• b) durch einen dem Analog-Digital-Umsetzer (512) nachgeschalteten Signalprozessor (500), der die Nichtlinearität des digitalen Ausgangssignals kompensiert, um ein linear auf das Übertragungssignal bezogenes digitales Signal zu erzeugen, welches eine gegenüber dem nicht kompensierten digitalen Ausgangssignal erhöhte Zahl an Binärentscheidungen enthält, und
• c) durch einen digitalen Signalprozessor (502), der das kompensierte digitale Signal mit erhöhter Signalpegelauflösung verarbeitet.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Signalprozessor (502) einen Speicher mit einer Anzahl von Speicherbereichen aufweist, die für Modulations- und Demodulationsfunktionen reserviert sind.