DE3540572A1 - Verfahren zur synchronisation eines empfaengers bei der digitalen datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation eines Empfängers auf einen Sender einer Übertragungsstrecke für digitale Daten, unter Verwendung eines vom Sender ausgehenden und beim Empfänger ankommenden Datenstroms, bei welchem der ankommende Datenstrom im Empfänger ausschnittsweise in zeitlich begrenzten Fenstern betrachtet wird, die nach Maßgabe des Taktes des Datenstroms in diesem Takt entsprechenden Abständen geöffnet werden, und bei welchem der Empfänger so lange verstellt wird, bis in den Fenstern jeweils ein Impuls des Datenstromes erfaßt wird, der als Synchronisierimpuls in gleichbleibenden Abständen im Datenstrom vorhanden ist.

Bei der Übertragung digitaler Daten ist es erforderlich, daß der Empfänger mit dem Sender synchron läuft, wenn eine Verfälschung der übertragenen Informationen ausgeschlossen werden soll. Der Empfänger muß daher auf den Sender synchronisiert werden. Das gilt sowohl bei der leitungsgebundenen als auch bei der drahtlosen Übertragung.

Für eine solche Synchronisation ist eine Phasenregelschaltung unter der Bezeichnung "PLL" - Phase Locked Loop - bekannt. Bei dieser Schaltung bzw. dem entsprechenden Verfahren ist dem Taktgenerator des Empfängers, bei welchem es sich beispielsweise um einen Quarzgenerator handelt, ein einstellbarer Teiler nachgeschaltet. Durch den Teiler wird die hohe Frequenz des Taktgenerators auf die Frequenz des Datenstroms heruntergeteilt. Die Synchronisation des Empfängers auf den Sender erfolgt durch Verwendung des ankommenden Datenstroms. Es wird ein entsprechend dem Takt des Datenstroms in gleichbleibenden Abständen wiederkehrender Impuls als Synchronisierimpuls genutzt, der in einem sogenannten "Fenster" erfaßt wird. Dieses Fenster bedeutet eine zeitlich begrenzte Abtastung des Datenstroms, der damit immer nur zeitweise erfaßt wird, nämlich dann, wenn ein Fenster geöffnet ist. Das erste Fenster wird im Empfänger dann geöffnet, wenn der Synchronisierimpuls kommen müßte. Der Zeitpunkt ist an sich bekannt, da die Taktfrequenz des ankommenden Datenstroms bekannt ist. Wenn dabei im ersten Fenster rein zufällig ein Impuls erfaßt ist, werden jeweils im Abstand des Taktes des Datenstroms weitere Fenster geöffnet. Taucht der Impuls in allen Fenstern auf, dann ist tatsächlich der Synchronisierimpuls erfaßt und der Empfänger läuft synchron zum Sender. Wenn der Impuls im zweiten Fenster nicht mehr auftaucht - was zu Beginn stets der Fall sein wird -, dann war der im ersten Fenster erfaßte Impuls entweder ein Störimpuls oder der Empfänger läuft nicht synchron. Der Teiler des Taktgenerators wird dann so lange verstellt, bis endlich der Synchronisierimpuls in allen Fenstern auftaucht. Dieses bekannte Synchronisationsverfahren ist sehr zeitaufwendig. Es kann einige Minuten dauern, bis die Synchronisation erreicht ist. Da erst dann die eigentliche Datenübertragung durchgeführt werden kann, ist dieses Verfahren unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine gegenüber dem bekannten Verfahren sehr schnelle Synchronisation des Empfängers auf den Sender einer digitalen Übertragungsstrecke ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß in einem ersten Schritt der Datenstrom im Empfänger ohne Fenster betrachtet wird, bis der Synchronisierimpuls gefunden ist,
• - daß in einem zweiten Schritt im zeitlichen Abstand des Taktes des Datenstroms ein zeitlich breites Fenster aufgemacht wird und
• - daß dann, wenn der Synchronisierimpuls in diesem Fenster liegt, in weiteren Schritten weitere Fenster, deren zeitlicher Abstand voneinander jeweils dem Takt des Datenstroms entspricht, geöffnet und von Fenster zu Fenster fortschreitend zeitlich so lange eingeengt werden, bis sich als Fenster ein Zeitschlitz ergibt, der unter Berücksichtigung der Ungenauigkeit des Taktgebers etwas breiter als die mögliche Abweichung der Flanke des Synchronisier­ impulses in der Periode ist.

Das Auffinden des Synchronisierimpulses wird mit diesem Verfahren nicht dem zufälligen Erfassen in einem ersten Fenster überlassen, sondern es wird zunächst der gesamte ankommende Datenstrom betrachtet, aus welchem der Synchronisierimpuls herausgegriffen wird. Die sehr schnelle Synchronisation des Empfängers erfolgt dann durch die anschließend geöffneten und jeweils schrittweise eingeengten Fenster. Die Synchronisation ist nicht nur schnell, sondern auch genau, da mit dem letzten, als Zeitschlitz bezeichneten Fenster eine präzise Einstellung auf die Flanke des Synchronisierimpulses erfolgt.

Dieses Verfahren ist auch dann sehr schnell und genau, wenn als erster Impuls nicht der Synchronisierimpuls, sondern ein Störimpuls erfaßt wurde. Da derselbe im ersten Fenster schon nicht mehr auftaucht, wird anschließend sofort der Synchronisierimpuls gefunden.

Das Verfahren ist auch dann von Vorteil, wenn während der Übertragung von Daten eine Störung durch eine senderseitige Phasenverschiebung auftritt. Die dann erforderliche Neusynchronisation des Empfängers läuft genauso schnell wie die Erstsynchronisation ab. Zur Erfassung des Synchronisierimpulses kann in diesem Fall entweder das Fenster schrittweise verbreitert und nach Erfassen des Synchronisierimpulses wieder eingeengt werden oder das Fenster wird völlig aufgehoben und nach Bildung des ersten Fensters wieder schrittweise eingeengt.

Die Zeit, die bis zur Synchronisation benötigt wird, richtet sich nach der Frequenz des übertragenen Datenstroms. Bei einer Frequenz von beispielsweise 1 kHz folgen sich die Synchronisierimpulse in Abständen von 1 msec. Die Synchronisation kann in wenigen Millisekunden erreicht werden. Bei höheren Frequenzen ist die Synchronisationszeit noch wesentlich kürzer.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden als Ausführungsbeispiel erläutert.

Bei der digitalen Signalübertragung werden die Daten als Bits in bekannten Codes von einem Sender zu einem Empfänger übertragen. Die Bits werden dabei in beliebiger Anzahl in Rahmen zusammengefaßt. Bei einer Frequenz von 1 kHz sind in einem Rahmen beispielsweise 32 Bits zusammengefaßt. Die Flanken des ersten Bits bzw. Impulses der hintereinander folgenden Rahmen haben dann einen Abstand von 1 msec voneinander.

Der erste Impuls eines jeden Rahmens soll als Synchronisierimpuls verwendet werden. Dabei bezieht sich das Synchronisationsverfahren streng genommen nur auf die Flanke dieses Impulses. Sobald der Synchronisierimpuls gefunden ist, wird nach 1 msec ein noch relativ breites Fenster geöffnet. Wenn die Breite des schmalsten Fensters - also des Zeitschlitzes - mit "B" bezeichnet wird, dann kann das erste Fenster beispielsweise ein Breite von 31 B haben. Das kann beispielsweise einem Wert von 31 µsec entsprechen.

Die im Abstand von 1 msec folgenden Fenster können dann schrittweise um jeweils 2 B eingeengt werden, so daß der Zeitschlitz nach 15 Schritten erreicht ist, was einer Zeit von 15 msec entspricht.

Die Fenster werden beispielsweise durch einen dem Taktgenerator des Empfängers nachgeschalteten Zähler realisiert, der zunächst bis 15 hochzählt und dann wieder auf Null zurückzählt.

Die Breite der Fenster und die Anzahl der Schritte bis zum Erreichen des Zeitschlitzes sind beliebig.

Bei höheren Übertragungsraten mit anderen Taktfrequenzen ändern sich die angegeben Daten entsprechend.

Claims (6)

1. Verfahren zur Synchronisation eines Empfängers auf einen Sender einer Übertragungsstrecke für digitale Daten unter Verwendung eines vom Sender ausgehenden und beim Empfänger ankommenden Datenstroms, bei welchem der ankommende Datenstrom im Empfänger ausschnittsweise in zeitlich begrenzten Fenstern betrachtet wird, die nach Maßgabe des Taktes des Datenstroms in diesem Takt entsprechenden Abständen geöffnet werden, und bei welchem der Empfänger so lange verstellt wird, bis in den Fenstern jeweils ein Impuls des Datenstromes erfaßt wird, der als Synchronisierimpuls in gleichbleibenden Abständen im Datenstrom vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,

daß in einem ersten Schritt der Datenstrom im Empfänger ohne Fenster betrachtet wird, bis der Synchronisierimpuls gefunden ist,

daß in einem zweiten Schritt im zeitlichen Abstand des Taktes des Datenstroms ein zeitlich breites Fenster aufgemacht wird und

daß dann, wenn der Synchronisierimpuls in diesem Fenster liegt, in weiteren Schritten weitere Fenster, deren zeitlicher Abstand voneinander jeweils dem Takt des Datenstroms entspricht, geöffnet und von Fenster zu Fenster fortschreitend zeitlich so lange eingeengt werden, bis sich als Fenster ein Zeitschlitz ergibt, der unter Berücksichtigung der Ungenauigkeit des Taktgebers etwas breiter als die mögliche Abweichung der Flanke des Synchronisierimpulses in der Periode ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer während der Datenübertragung auftretenden Phasenverschiebung das Fenster - ausgehend von dem Zeitschlitz - so lange schrittweise verbreitert wird, bis der Synchronisierimpuls erfaßt ist und daß das Fenster dann wieder schrittweise bis zum Zeitschlitz eingeengt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer während der Datenübertragung auftretenden Phasenverschiebung das Fenster ganz aufgehoben und danach schrittweise wieder bis zum Zeitschlitz eingeengt wird.