DE3609394C2 - Modem für Telefonsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Kommunikationssysteme und ist insbesondere auf ein System und ein Modem zum Umwandeln eines Bit­ stromes in ein phasenmoduliertes Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal) zur Verwendung in einem Hochfrequenz-Teilnehmertelefonsystem gerichtet.

Der Sendeteil eines konventionellen Modems enthält üblicherweise eine Kodiereinrichtung, einen Filter und einen Modulator. Die Kodiereinrichtung übernimmt jeweils einen aus einer Anzahl m von Bits bestehenden Block und wandelt diese in sog. Symbole um. Bei m = 1 spricht man von einem einstufigen, bei m < 1 von mehrstufigen Modulationsverfahren. Insgesamt kann der Kodierer also 2^m verschiedene Symbole erzeugen, die man zu­ sammenfassenderweise die "Signalkonstellation" nennt.

Liegt ein sog. eindimensionales Modulationsverfahren vor, wird das Symbol auf eine für dieses Symbol spezifische Maßzahl einer der beiden Signal­ größen Amplitude oder Phase/Frequenz abgebildet. Beispiele für eindimen­ sionale Modulationsverfahren sind PAM, PPM, PSK, 4PSK, 8PSK, DPSK, MSK, FSK oder GMSK. Von einer zweidimensionalen Modulation (auch Quadraturamplitudenmodulation) ist dagegen dann die Rede, wenn sich das zu übertragende Symbol auf die Amplitude und die Phase/Frequenz des Signals auswirkt. Beispiele für zweidimensionale Modulationsverfahren sind QAM, 8QAM, QPSK und 8QPSK.

In diesem Zusammenhang wird in der Nachrichtentechnik das Signal oft nicht durch den Zeitverlauf der Amplitude und der Phase, sondern dazu gleichwertig, durch die sog. Inphase- und die Quadraturkomponente des Signals dargestellt. Diese beiden zeitabhängigen Größen lassen sich als der Real- und der Imaginärteil der komplexwertigen Verallgemeinerung des reell­ wertigen, physikalischen Nachrichtensignals verstehen.

Die Pulsformung der Inphase- und der Quadraturkomponente geschieht üblicherweise durch ein FIR-Filter mit fester Koeffizientenanzahl, die Filter­ koeffizienten selber sind jedoch zweckmäßigerweise nicht fest vorgegeben, sondern adaptiv an die Kanalsituation anpaßbar. Veränderungen in der die Übertragungsstrecke charakterisierenden Kanalübertragungsfunktion (z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen) können beispielsweise durch das periodischen Senden und Empfangen bekannter Signale (sog. Trainingssignale) quantitativ erfaßt und durch entsprechende Modifikation der Filterkoeffizien­ ten kompensiert werden.

In konventionellen Systemen werden die Inphase- und die Quadraturkom­ ponente in zwei getrennten Zweigen gefiltert und D/A-gewandelt, bevor sie ins Zwischenfrequenzband gemischt und dort überlagert werden. Teil der vorliegenden Erfindung ist es, die digitale Filterung und die D/A-Wandlung in einem einzigen Zweig durchzuführen, wobei die Abtastwerte des Inphase- und des Quadratursignals dem digitalen Filter und dem DA-Wandler um einen Bruchteil der Abtastperiode zeitlich zueinander versetzt zur Verfügung gestellt werden (Zeitmultiplexbetrieb).

Auf diese Weise ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber den bisherigen Systemen neue Struktur eines Systems zum Um­ wandeln eines Bitstroms in ein phasenmoduliertes Zwischenfrequenzsignal bereitzustellen, welche neue Möglichkeiten im Hinblick auf eine optimale Pulsformung eröffnet. Des weiteren ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modem bereitzustellen, das eine Realisierung einer solchen neuen Struktur darstellt.

Das erfindungsgemäße System weist einen Modulatorteil auf. Der Sendeteil ist ein System zum Um­ wandeln eines Bitstromes, bei dem jede vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Bits ein Zeichen definiert, in ein phasenmoduliertes Zwischenfrequenz(IF)-Signal bei einer vor­ bestimmten IF-Frequenz. Der Modulatorteil phasenmoduliert je­ des Zeichen, filtert jedes phasenmodulierte Zeichen digital, um ein gefiltertes Signal zu liefern, das, wenn es in ein Analogsignal umgewandelt ist, ein Modulationssignal mit ei­ ner Modulationsfrequenz ergibt, die um eine vorbestimmte Fre­ quenz herum zentriert ist und in Übereinstimmung mit dem Wert des phasenmodulierten Zeichens davon abweicht, das gefilterte Signal in ein Analogsignal umwandelt, um das Modulationssignal zu liefern, und das Modulationssignal mit einem stationären Signal bei einer vorbestimmten Frequenz mischt, um ein phasen­ moduliertes IF-Signal zu liefern, das ein frequenzmoduliertes (FM)-Signal ist, das eine IF-Frequenz hat, die ein Modulations­ produkt der Modulationsfrequenz und der vorbestimmten Frequenz ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindunggemäßen Systems weist ein Demodulationssystem zum Umwandeln eines empfangenen phasenmodulierten IF-Signals in den Bitstrom auf, aus dem das empfangene phasenmodulierte IF-Signal abgeleitet wurde.

Das erfindungsgemäße System kann in einem Sendebetrieb, einem Empfangsbetrieb, einem Zeitmultiplex-Sende/Empfangsbetrieb oder in einem Übungsbetrieb arbeiten.

Wenn das System im Sendebetrieb arbeitet, empfängt der Modulatorteil einen digitalen binären Bitstrom aus bis zu 4 Bits pro Zeichen und wandelt die Zeichen in ein phasenmo­ duliertes IF-Signal bei einer vorbestimmten IF-Frequenz von 20,2 MHz um. Das modulierte IF-Signal wird dann an eine Hoch­ frequenzeinheit zur Aufwärtsumwandlung und zur Sendung auf der richtigen UHF-Frequenz weitergeleitet.

Wenn das System im Empfangsbetrieb arbeitet, empfängt der Empfangsteil ein phasenmoduliertes IF-Signal von einer Hochfrequenz-Empfangseinheit. Das Modem filtert und wandelt das Empfangs-IF-Signal nach unten auf die Basisbandfrequenz um und digitalisiert dasselbe in eine komplexe (I, Q) Abtast­ probe bei einer vorbestimmten Zeichengeschwindigkeit von 16 Ksps (Kilozeichen pro Sekunde). Ein digitaler FIR-Filter führt das weitere Filtern aus, und die komplexen Abtastpro­ ben werden in einen digitalen binären Bitstrom umgewandelt. Der binäre Bitstrom wird dann an eine Basisbandeinheit aus­ gegeben.

Das System führt ferner Funktionen zur Zeichensynchronisations­ messung der Verbindungsqualität und verschiedene Steuer- und Zustandsberichtsfunktionen aus.

In bestimmten Zeitabständen kann das System in einen Übungsbe­ trieb geschaltet werden. In diesem Betrieb sind der Modulator- und der Demodulatorteil über die Hochfrequenzein­ heit zurückgeschleift, um dem FIR-Filter des Demodulatorsteils Änderungen im System (hauptsächlich in den Filtern der Hoch­ frequenzeinheit) beizubringen, das sich mit der Temperatur oder des Alters, angrenzenden Kanaldämpfungen oder anderen Umge­ bungsschwankungen verändert haben kann. Der FIR-Filter des Demodulatorteils lehrt seinen Koeffizienten, jeglichen Filter­ ungenauigkeiten entgegenzuwirken, um das bestmögliche Eingangs­ signal zu erzielen. Während des Zurückschleifens gibt der Mo­ dem-Sendeteil ein festes Übungsmuster aus, das dem Modem-Demo­ dulatorteil bekannt ist. Der FIR-Filter des Demodulatorteils stellt (lehrt) seine Koeffizienten gemäß dem Signal selbst, den verzögerten und vorgerückten Signalen und den Signalen von den benachbarten Bändern ein.

Das erfindungsgemäße System ist besonders für ein Funktelefon­ system nützlich, das in unserer parallelen deutschen Anmeldung mit der Bezeichnung "Kommunikationssystem" beschrieben ist. Die bevorzugte Ausführungsform des hier beschriebenen Systems wird mit einer Kanalsteuerungseinheit (CCU) und Hochfrequenz­ einheiten, die in der parallelen Anmeldung beschrieben sind, verknüpft, und die Offenbarung der parallelen Anmeldung, so­ weit sie für diese Anmeldung von Bedeutung ist, wird hier mit einbezogen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles und den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B zusammen ein Blockschaltbild der bevorzug­ ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 2 die Signalkonstellation, die beim Gray- Kodieren der Zeichen des Bitstromes ver­ wendet wird,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des FIR-Digitalfilters im Modulatorteil des Systems,

Fig. 4 das mehrfache Abtastimpulsansprechungsmuster des FIR-Digitalfilters im Modulatorteil des Systems,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des SIN/COS-IF-Genera­ tors im Demodulatorteil des Systems, und

Fig. 6 die Zeitsteuerungs-Wellenformen von bestimmten Steuer-, Zeitsteuerung- und Datensignalen, die zum Betrieb des Systems gehören.

Verzeichnis von Akronymen Verzeichnis von in der Beschreibung verwendeten Akronymen

Akronym
Definition
A/D	Analog-Digitalwandler
AGC	(Automatic Gain Control) automatische Verstärkungsregelung
AM	Amplitudenmodulation
BPSK	(Binary Phase Shift Keying Modulation) binäre Phasenumtastung
BS	Basisstation
CCU	(Channel Control Unit) Kanalsteuerungseinheit
D/A	Digital-Analog-Wandler
dB	Dezibel
DPSK	(Differential Phase Shift Keying Modulation) Differenzphasenumtastung
ECL	(Emitter-coupled Logic) Emitter-gekoppelte Logik
FCC	(United States Federal Communications Commission) Amerikanische Bundeskommission für das Nachrichtenwesen
FIFO	(First-in First-out Memory) Schiebespeicher
FIR	(Finite-Duration Impulse-Response filter) Filter mit endlicher Impulsantwort
Hz	Hertz (Schwingungen pro Sekunde)
I	(Inphase) Gleichphasig
IF	(Intermediate Frequency) Zwischenfrequenz
KHz	Kilohertz
Ksps	Kilozeichen pro Sekunde
LSB	(Least Significant Bit) niedrigst-wertiges Bit
MHz	Megahertz
MODEM	(Combined Modulator and Demodulator) kombinierter Modulator und Demodulator
OCXO	(Oven Controlled Crystal Oscillator) Thermostatisierter Kristalloszillator
Q	(Quadrature) 90°-Verschiebung
QPSK	(Quadrature Phase Shift Keying Modulation) Phasenumtastung mit 90°-Verschiebung
RAM	(Random Access Memory) Speicher mit direktem Zugriff
RCC	(Radio Control Channel) Funksteuerungskanal
RELP	(Residual Excited Linear Prediction) restliche angeregte Linearvoraussage
RF	(Radio Frequency) Hochfrequenz
RFU	(Radio Frequency Unit) Hochfrequenzeinheit
ROM	(Read-only Memory) Nur-Lese-Speicher
RX	(Receive) Empfangen
STIMU	(System Timing Unit) System-Zeitsteuerungseinheit
SUB	(Subscriber Station) Teilnehmerstation
TDMA	(Time Division Multiple Access) Zeitteilung-Mehrfachzugriff
TX	(Transmit) Senden
UHF	Ultra-Hochfrequenz
VCXO	(Voltage Controlled Crystal Oscillator) spannungsgesteuerter Kristalloszillator

Eine bevorzugte Ausführungsform des System ist das in den Fig. 1A und 1B gezeigte Modem. Der Modulatorteil des Modems weist im wesent­ lichen einen digitalen Phasenumtastungs (DPSK)-Nur-Lese-Speicher (ROM) 10, eine Übungsbetriebsschalteinheit 11, einen digitalen Filter zur Ansprechung auf Impulse endlicher Dauer (FIR) 12, einen Digital-Analog-Wandler (D/A) 13, einen Bandfilter 14 mit einer Mittenfrequenz von 200 KHz, einen Mischer 15 und einen Hochfrequenzverstärker 16, der bei 20,2 MHz zentriert ist, auf.

Der Demodulatorteil des Modems weist im wesentlichen einen di­ gitalen Mikroprozessor 17 des Modells TMS32010, einen Schiebe­ speicher 18 (FIFO), einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 19, einen Verstärker 20 und einen Mischer 21 auf.

Das Modem weist ferner mehrere Zeitsteuerungs- und Steuerein­ heiten auf, die für die Modulations- und Demodulationsfunk­ tionen, die durch den Modulatorteil bzw. Demodulatorteil aus­ geführt werden, wesentlich sind. Diese Einheiten beinhalten Schnittstellenregister und eine Bussteuereinheit 23, die ein Zustandsregister 24, ein Verbindungs-Q-Register 25, ein AGC (automatische Verstärkungsregelung)-Register 26, ein RX- oder Empfangsfrequenzregister 27, ein Teilnehmer-Bruchteils­ verzögerungsregister (SUB) 28, ein Gleichphasen(I)-Register 29, ein Rechtwinkelphasen(Q)-Register 30, eine Steuerungsein­ heit 31 und ein zweites Bruchteilsverzögerungsregister 32 aufweist. Die Modemzeitsteuerungs- und -steuereinheiten be­ inhalten ferner eine Zwischenspeichersteuereinheit 34, einen Lese/Schreib-Dekoder 35, einen Übungsmuster-FIFO (zuerst herein- zuerst heraus)-Speicher 36, einen selbsthaltenden Datenschalter 37, einen Internzeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38, eine Sendetaktverzögerungseinheit 39, einen Bruchteilszeitverzöge­ rungsgeber 40, eine VCXO-Schnittstelleneinheit 41, einen Ab­ tastzeitgeber 42, einen COS/SIN-IF-Signalgeber 43, einen 2K- Direktzugriffsspeicher (RAM) 44, einen 2K-ROM 45, einen 4K- ROM 46, eine Zwischenspeicher/Dämpfungseinheit 47 und eine Zwischenspeichereinheit 48.

Das Modem ist mit einer Systemzeittakt- oder Systemzeitsteue­ rungseinheit (STIMU) 49 verbunden.

Die Modemschnittstellen sind in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Das Modem empfängt die meisten seiner Eingabesignale von der CCU. Andere Eingabesignale sind von der RF-Einheit und den Zeitsteuerungseinheiten. Die Modemeingabesignale sind die folgenden:

An das Modem von der Kanalsteuerungseinheit (CCU):
TX- oder Sendedaten (Leitungen 50)
Ein von dem Modem zu sendendes 4- Bit-Zeichen (4 Bits für eine 16äre Phasenumtastung, 2 Bits für ei­ ne Phasenumtastung mit 90°-Verschiebung, 1 Bit für eine binäre Phasenumtastung)
MOD BUS (51)
Ein doppelseitig gerichteter Mikro­ prozessorbus, der Steuer/Zustands- Informationen an das und von dem Mo­ dem liefert.
MOD WR (Leitung 52)
Das Steuersignal, um den MOD Bus in das Modem einzurasten.
MOD RD (Leitung 53)
Das Steuersignal, um die Modemzustands- und anderen Informationen auf den MOD BUS zur Weiterleitung an die CCU zu geben.
MOD-Rückstellung (Leitung 54)
Diese CCU-Steuerung stellt das Modem zurück.
MOD ADD (Leitung 55)
Steuersignal, um verschiedene Adressen­ positionen und eingerastete Werte inner­ halb des Modems zu bestimmen.
TX- oder Sende-SOS (Leitung 56)
Signal von der CCU an das Modem, um mit dem Senden eines Sendeschlitzes zu beginnen.
RX- oder Empfangs-SOS (Leitung 57)
Signal von der CCU an das Modem, um mit dem Empfangen eines Empfangsschlitzes zu beginnen.

An das Modem von der RF-Einheit (RFU):
IF RX (Leitung 58) IF-Empfangsfrequenzeingabe von der RFU.

An das Modem von den Systemzeittaktein­ heiten (STIMU):
80-MHZ (Leitung 59)
Ein 80-MHz-ECL-Takt von der Basissta­ tion oder den Teilnehmer-STIMUs. Aus­ gabe des Kristalloszillators (XO) in der Basisstation und des VCXO in der Teilnehmerstation.
16-KHZ (Leitung 60)
Hauptsendetakt, der in der Basisstation von der STIMU verwendet wird.
SOMF (Leitung 61)
Hauptbeginn des Rahmens in der Basis­ station von der STIMU. Wird nicht in dem Modem verwendet, aber an die CCU geschickt.

Vom Modem an die Kanalsteuerungseinheit (CCU):
TX- oder Sendetakt (Leitung 62)
Ein 16-KHz-Taktsignal, das die CCU mit der Zeichensendezeitsteuerung ver­ sorgt. Zeichen werden in das Modem mit der aufsteigenden Flanke dieses Taktes eingetaktet. In der Basisstation haben alle Schlitze denselben Hauptsendetakt. Somit werden alle Signale von der Basis­ station zur selben Zeit gesendet. Beim Teilnehmer ist der Sendetakt um die Bruchteilsbereichsverzögerung durch das Modem bei Informationen, die von der CCU zugeführt werden, versetzt.
RX- oder Empfangstakt (Leitung 63)
Der 16-KHz-Takt wird von dem Empfangs­ signal abgeleitet. (Beim Teilnehmer im­ mer, in der Basisstation nur während der Steuerschlitzannahme.) Dieser Takt gibt das Empfangszeichen an die CCU taktwei­ se aus und liefert der CCU die Zeichen­ zeitsteuerung.
RX- oder Empfangsdaten (Leitung 64)
Das 4-Bit-Empfangszeichen, das von dem RX-Takt getaktet wird.
MOD-BUS (50)
Zustands- und Dateninformationen von dem Modem.
MOD-SOMF (Leitung 61)
Von der STIMU an die CCU in der Basis­ station geschickter SOMF (Hauptrahmen­ beginn).
AM-Abtastimpuls (Leitung 65)
Hoch-auf-Niedrigübergang auf dieser Lei­ tung gibt der CCU eine grobe Rahmenmar­ kierung während der Funksteuerungskanal- (RCC)-Annahme in der Teilnehmereinheit. Dies ist eine Einmalleitung, die einen Impuls erhält, wenn der RX-TMS320 die ungefähre Stelle des AM-Loches bestimmt.

Von dem Modem an jede RF-Einheit (RFU):
RF-RX-BUS (Hochfrequenzempfangs­ bus) (66)
8 Bit-Bus zwischen dem Modem und der RF-RX-Einheit. Dieser Bus übermittelt AGC- und Frequenzwählinformationen an den RFU-Empfangsteil. Das Modem über­ wacht die zu sendenden AGC-Werte und schickt CCU-Frequenzwählinformationen weiter. Die Frequenzwählinformationen werden dem Modem über den MOD-BUS 50 zugeführt. Während des Übungsbetriebes überwacht das Modem die RF-RX-Frequenz­ auswahl.
RF-TX-BUS (Hochfrequenzsendebus) (67)
8 Bit-Bus zwischen dem Modem und dem RFU-Sendeteil. Dieser Bus übermittelt Sendeleistungspegel- und Frequenzwähl­ informationen an den Modulatorteil. Das Modem hat nichts mit diesem zu tun, so­ mit wird die Information nur an den RFU-Sen­ deteil geschickt.
RX-80-MHZ-REF (Leitung 59a)
ECL-80-MHz-Bezugstakt an den RFU- Empfangsteil.
TX-80MHZ-REF (Leitung 59b)
ECL-80-MHz-Bezugstakt an den RFU- Sendeteil.
TX-EN (Leitung 68)
Leitung an den RFU-Sendeteil, um RF- Sendung einzuschalten.
RX-EN (Leitung 69)
Leitung an RFU-Empfangsteil, um RF- Empfang einzuschalten.
AGC-WR (Leitung 70)
Schreibabtastimpuls, um AGC-Daten in den RFU-Empfangsteil einzurasten.
RXFREQ-WR (Leitung 71)
Schreibabtastimpuls für Frequenzschrei­ bungen an den RFU-Empfangsteil.
RXFREQ-RD (Leitung 71a)
Leseabtastimpuls, um Empfangsfrequenz von dem RFU-Empfangsteil zurückzule­ sen.
PWR-WR (Leitung 72)
Schreibabtastimpuls, um Leistungs- oder Strominformationen in den RFU- Sendeteil einzurasten.
PWR-RD (Leitung 73)
Leseabtastimpuls, um Leistungsinforma­ tionen von dem RFU-Sendeteil zurückzu­ lesen.
TXFREQ-RD (Leitung 74) Leseabtastimpuls, um Sendefrequenz von dem RFU-Sendeteil zurückzulesen.
TXFREQ-WR (Leitung 75)
Schreibabtastimpuls-Frequenzschrei­ bungen an den RFU-Sendeteil.
IF-TX (Leitung 76)
Mit IF- oder Zwischenfrequenz über­ tragenes Signal an die RFU.
AGC-RD (Leitung 77)
Leseabtastimpuls, um AGC-Daten von dem RFU-Empfangsteil zurückzulesen.

Von dem Modem an die Systemzeittaktein­ heit (STIMU):
VCXO-FDBK (Leitung 78)
Ein 10-Bit-Datenbus an den VCXO mit Steuerinformationen zur Frequenzver­ folgung.
VCXO-WR (Leitung 79)
Schreibimpuls an den VCXO-Schaltkreis, der den VCXO-Bus in den VCXO einrastet.

Der Modemmodulatorteil sendet Informationen, die ihm auf den TX-Datenleitungen 50 durch die CCU bei einer 16-Pegel-PSK- Modulation zugeführt wurden. Das Modem sendet ohne Kenntnis des Modulationspegels der empfangenen Informationen.

Die Eingabesteuerleitungen werden innerhalb des Modems ent­ schlüsselt, um auszuwählen, welches Register den 8-Bit-MOD- Bus 50 zwischen dem Modem und der CCU ansteuern soll. Steuer­ informationen, die den Empfang eines Schlitzes betreffen, wer­ den aktiv, wenn das Modem das RX-SOS-Signal auf der Leitung 57 von der CCU empfängt. Diese Leitung unterbricht den Mikropro­ zessor 17, um die Demodulation auf einem eingehenden Schlitz zu beginnen. Zu dieser Zeit wird der RFU-Empfangsteil durch das Modem mit dem RX-EN-Signal auf der Leitung 69 eingeschaltet.

Am Ende eines jeden Schlitzes werden die Zustandsinformationen in den Registern 23 zum Lesen durch die CCU auf den neuesten Stand gebracht.

In der Teilnehmerstation kann die CCU dem Modem befehlen, das RCC-Signal von der Basisstation anzunehmen. Das Hauptannahme­ merkmal des RCC ist das AM-Loch von acht Zeichen. In der Soft­ ware tastet das Modem die Frequenz ab, die von der CCU für das AM-Loch ausgewählt wurde. Der Mikroprozessor 17 tastet die Fre­ quenz ab, die von der CCU für das AM-Loch ausgewählt wurde. Wenn ein AM-Loch auf dieser Frequenz vorhanden ist, tastet sich der Mikroprozessor 17 auf sie ein. Nachdem der Mikropro­ zessor 17 sich über das Vorhandensein des AM-Loches sicher ist, gibt er der AM-Abtastimpulsleitung 65 einen niederen Impuls an die CCU, der zwei Dinge angibt:

• (1) Daß das RCC-Signal angenommen wurde und
• (2) daß der AM-Abtastimpuls ein grober Beginn der Rahmenmar­ kierung ist.

Ab hier sollte die CCU damit beginnen, nach dem eindeutigen Wort in dem RX-Datenstrom innerhalb eines Fensters von 0 bis 3 Zeichen zu suchen. Wenn das eindeutige Wort gefunden wur­ de, kann die CCU der Teilnehmerstation ihre Rahmen- und Schlitz­ zähler einstellen, um sie mit dem Systemrahmen der Basisstation auszurichten.

Die Schnittstelle zwischen dem Modem und dem RFU-Empfangsteil ermöglicht die Überwachung der Frequenzauswahl und der AGC- Pegel in der RFU. Die CCU steuert die Frequenzauswahl und schickt ihre Befehle an das Modem. Das Modem schickt diese In­ formationen an die RFU über den RX-RF-Bus 66. Dieser Bus 66 wird auch dazu verwendet, die AGC-Pegel in der RFU-Empfangs­ station zu steuern. Diese AGC-Werte werden zu jeder Zeichen­ zeit auf den neuesten Stand gebracht und an den RFU-Empfangs­ teil weitergeleitet.

Die CCU-Modem-Schnittstelle ist in Fig. 1 gezeigt. Die Zeit­ steuerung für die Sendeschnittstellen sind in Fig. 6 gezeigt. Diese Schnittstellen sind auf einer niederen Stufe und er­ fordern somit nur standardmäßige TTL-Hardware-Schnittstellen. Das Modem beliefert die CCU mit dem 16-KHz-Zeichentakt. Vier TX-Datenbits sind auf einem parallelen Bus an dem Modulator­ teil. Ein Acht-Bit-Bus ist für den Austausch von Steuer/Zu­ stands-Informationen bereitgestellt. Steuerinformationen wer­ den dem Modem von der CCU durch asynchrone Schnittstellenre­ gister 23 zugeführt. Der Inhalt der Register wird gültig, wenn das Abtast-TX-SOS-Signal auf der Leitung 56 von dem Mo­ dem empfangen wird, das angibt, daß mit der Sendung eines Schlitzes zu beginnen ist. Die CCU liefert die folgenden Steu­ erinformationen an das Modem:

• 1. Ruhebetrieb;
• 2. Sendesprachkanal;
• 3. Sendesteuerkanal;
• 4. Übungsbetriebrückschleife;
• 5. Sendetakt-Bruchteilszeichenverzögerung;
• 6. RF-TX-Leistungspegel; und
• 7. RF/TX-Frequenzauswahl.

Die RX-Frequenzauswahl wird in dem RX-Frequenzregister 27 gespeichert.

Die CCU hat eine direkte Schnittstelle zu der RF-TX-Einheit von dem MOD-Bus 50 zu dem RF-TX-Bus 67 über die Zwischenspeicher­ steuereinheit 34. Die entschlüsselten Adressen werden der RFU als Schreibabtastimpulse zugeführt, um TX-Leistungs- und TX- Frequenzinformationen einzurasten. Das Modem muß die Kontrol­ le über den RF-RX-Bus 66 für AGC-Aktualisierungen an die RFU haben. Daher schickt das Modem RX-Frequenzinformationen von dem Register 27 an die RF-Einheiten zu Beginn eines jeden RX- Schlitzes. Dieser Wert wird in das Register 27 durch die CCU eingerastet. Auch kann das Modem die RX-Frequenz während des Übungsbetriebes selbst verändern, ohne daß es die CCU tun muß.

Der Modemmodulatorteil ist vollständig in Hardware ausgeführt und erfordert keine Einstellungen. Zeichen werden von der CCU auf den TX-Datenleitungen 50 mit einer Geschwindigkeit von 16K Zeichen pro Sekunde empfangen. Die empfangenen Zei­ chen werden durch den DPSK-Umwandlungs-ROM 10 phasenmoduliert und die resultierenden Wellenformen werden von dem FIR-Filter 12 geformt, um gute Interferenzeigenschaften zu liefern und nicht unter Amplituden- oder Gruppenverzögerungsverzerrung zu leiden. Die Rechtfertigung dieses Konzeptes wird unter der Annahme gemacht, daß in dem nahen Nachbarschaftsfrequenzband (innerhalb 50 bis 100 KHz) zu dem verwendeten Band keine star­ ken Störsignale (Leistungsdichten von 30 bis 40 dB über dem Signal) vorhanden sind. Der 200-KHz-Bandpassfilter 14 liefert ein breites IF-Filtern (100 KHz), so daß das Sendesignal nicht unter einer Amplituden- oder Gruppenverzögerungsverzerrung lei­ det, und filtert auch jegliche Oberwellen, die durch das digi­ tale Filtern und der D/A-Umwandlung, die in dem Basisband aus­ geführt wird, erzeugt werden, aus.

Das Hauptfiltern wird im Basisband durch einen Festkoeffizient- Digital-FIR-Filter 12 ausgeführt. Dieser Filter 12 ist ein Sechs-Polfilter mit einer Abtastgeschwindigkeit von 50 Ab­ tastproben pro Zeichen, pro Zeichendauer in dem FIR-Filter 12 in dem Modulatorteil.

Da kein Analogfiltern im Basisband ausgeführt wird, besteht keine Notwendigkeit für die Anwendung von zwei getrennten I- und Q-Kanälen. Tatsächlich werden die I- und Q-Kanäle in dem FIR-Filter 12 angewendet. Ein zeitgeteilter Kanal, einschließ­ lich des Mischers 15, der um die IF-Frequenz vervielfacht, mischt diesen Kanal auf die Zwischenfrequenz hoch. Dieser Ka­ nal hat inhärent gleiche Verstärkungsfaktoren für die I- und Q-Abtastproben. Die I- und Q-Abtastung wird nun um die Hälf­ te einer Abtastdauer versetzt, aber dies wird durch den FIR- Filter 12 berichtigt.

Ein Gray-Code wird zum digitalen Kodieren durch den DPSK-Um­ wandlungs-ROM 10 verwendet. Dies stellt sicher, daß wenn ein Zeichen falsch empfangen wurde, daß dann die größte Wahrschein­ lichkeit darin besteht, daß der Fehler in einem entschlüsselten Zeichen nur um 1 Bit sein wird. Die Signalkonstellation ist in Fig. 2 gezeigt. Die Phasen, die mit "Q" und "B" bezeich­ net sind, sind die QPSK- bzw. BPSK-Zeichen. Die Zeichen wer­ den als Gray-kodierte Phasenzeichen genommen. Jedes Phasen­ zeichen wird dann in Binärform von dem Gray-Code umgewandelt und der Binärform des letzten Phasenzeichens hinzugefügt, um das DPSK-Zeichen zu bilden. Infolge des FIR-Filteralgorith­ musses, wird jedes zweite Zeichen vor der Eingabe in den FIR- Filter 12 umgekehrt. Daher wird die DPSK-Umwandlung durch die Verwendung des ROM 10 ausgeführt. Vier Zeichenbits, vier Bits von dem vorhergehenden Zeichen und ein Bit für die Umkehr­ kontrolle werden in den DPSK-Umwandlungs-ROM 10 eingegeben, der das DPSK-Zeichen an die Eingabe des FIR-Filters 12 aus­ gibt.

Nach der DPSK-Umwandlung wird das Zeichen auf den Leitungen 80 dem FIR-Filter 12 zugeführt, der ein übergetasteter FIR- Filter mit sechsfacher Anzapfung ist. Der FIR-Filter 12 weist einen ROM 81, und zwei Dreistufen-Vier-Bit-Schieberegister 82, 83 wie in Fig. 3 gezeigt, auf. Der FIR-Filter 12 dient dazu, die übertragenen Zeichen gemäß den Angaben des Frequenzkanals zu formen. Die Abtastrate des ROM 81 wird durch ein Zeitsteue­ rungssignal bestimmt, das auf der Leitung 84 von dem Zeitsteue­ rungs- und Steuersignalgenerator 38 an einen Zähler 85, der mit dem ROM 81 verbunden ist, geliefert wird. Ein Eingabetaktsi­ gnal wird auf der Leitung 86 an zwei Eingabeschalter 87, 88 geliefert, die den Dateneingang in die Schieberegister 82, 83 ermöglichen.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird ein jedes der sechs Zeichen in den beiden Schieberegistern 82, 83 mit einer Ra­ te von 3/25 T (T = 1/16 KHz) abgetastet. Dieses Übertastsche­ ma verzerrt die Abtastwerte, so daß nur zwei Zeichen während jeder 1/25 T-Abtastdauer abgetastet werden. Daher sind zwei Zeicheneingaben an den ROM 81 während jeder 1/25 T Abtast­ dauer. Jede 1/25-T Abtastdauer ist wieder in zwei Teile unter­ teilt: Gleiche Phase (I) und 90°-Verschiebung (Q). Während der ersten Hälfte der 1/25-T-Dauer geben die Register 82, 83 die Drei-Bit-Gleichphasenkomponente (I) des Zeichens ein, und während der zweiten Hälfte der Dauer wird die um 90° verscho­ bene Komponente (Q) des Zeichens in den ROM 81 eingegeben. So­ mit ist die FIR-Filterausgabe auf der Leitung 89 die zeitge­ teilten digitalen I- und Q-Wellenformen der zu sendenden Wel­ le. Diese Abtastwerte werden dann auf den Leitungen 89 zu dem D/A-Wandler 13 zur Umwandlung in eine analoge Wellenform ge­ liefert. Diese Wellenform wird dann durch den Bandfilter 14 gefiltert und auf der Leitung 91 dem Mischer 15 zur Hoch­ mischung auf ein 20-MHz-IF-Signal auf der Leitung 92 zuge­ führt.

Die beiden Schieberegister 82, 83 schieben zwei der gespeicher­ ten Zeichen in den ROM 81 mit einer Rate von 1/25 T für die erforderlichen Berechnungen. Die Zeichen werden in Drei-Bit- I- und Q-Gray-Code-Komponenten durch Auswählen entweder des vierten oder dritten Zeichenbits als das bedeutendste Bit (MSB) der Drei-Bit-Komponente umgewandelt. Die beiden am we­ nigsten bedeutsamen Bits (LSBs) bleiben unverändert. Diese Komponentenwahl wird mit einer Rate oder Frequenz von 1/50 T ausgeführt.

Der ROM braucht auch fünf Eingaben von dem Zähler 85, um anzugeben, welche der 25 Abtastperioden gegenwärtig berechnet wird. Eine zusätzliche Eingabe von dem Zähler 85 wird benötigt, um dem ROM 81 mitzuteilen, ob die Drei-Bit-Eingaben, die I- oder Q-Komponenten der Eingabezeichen sind.

Die in dem Sende-FIR-Filter-ROM 81 gespeicherten Ausgabesigna­ le werden ausgerechnet, um jegliche Fehler zu berichtigen, die infolge der 1/50-T-Differenz in den: I- und Q-Zeitwerten auftreten können. Auch addiert der IF-Filter in der RFU die beiden Werte zusammen, um die richtige Sendewellenform zu bil­ den, da ihre Bandbreite im Vergleich zu der IF-Frequenz ver­ hältnismäßig klein ist. Der FIR-Filter-ROM 81 liefert eine Aus­ gabe von 10-Bit-Digitalabtastwerten auf der Leitung 89 mit einer Frequenz von 800 KHz.

Null-Zeichen können in den FIR-Filter 12 injiziert werden, um Zeichen ohne Sendeleistung darzustellen. Diese werden im Übungsbetrieb verwendet, um einen "Impuls" in den FIR-Fil­ ter 12 einzugeben. Diese Nullen können auch dazu verwendet werden, die AM-Löcher und Schutzbänder auszugeben, die auf dem Funksteuerkanal (RCC) benötigt werden.

Der D/A-Wandler 13 nimmt digitale Eingaben von dem digitalen FIR-Filter 12 und erzeugt das erforderliche Spektrum bei Vielfachen von 133,33 KHz, beginnend bei 66,67 KHz.

Der Bandfilter 14 läßt das 200 KHz-Spektrum mit äußerst klei­ nen Veränderungen in der Durchlaßdämpfung und der Gruppenver­ zögerung durchgehen. Die Dämpfungswelligkeit ist kleiner als 0,1 dB und die Verzögerungsänderung ist kleiner als 1,5 Mi­ krosekunde. Die hereingefalteten Spektren werden um mehr als 20 dB gedämpft.

Das gewünschte Signal aus dem D/A-Wandler 13 wird bei 200 KHz mit einer Bandbreite von ungefähr 32 KHz zentriert. Dieses Si­ gnal wird durch den Bandfilter 14 vor dem Mischen bandgefil­ tert, um die Signalkomponenten mit n × 133 KHz zu entfernen. Durch Vervielfachen der 200-KHz-Wellenform um 20 MHz, ver­ mischt der Mischer 15 die I- und Q-Abtastwerte mit den SIN- und COS-Komponenten der IF-Frequenz. Somit kann das 20-MHz- Signal die Ausgabenwellenform direkt multiplizieren, und die exakten Komponentenmultiplikationen werden automatisch ausge­ führt. Daher besteht keine Notwendigkeit für einen einzelnen SIN(IF)/COS(IF)-Erzeugungsschaltkreis, um die I/Q-Abtastwerte von dem D/A wie im Demodulatorteil zu multiplizieren. Dies entfernt auch den Trennungsdurchschlag in dem Mischer 15 von dem Basisband zu der Ausgabe des Mischers 15.

Die Zwischenspeicherdämpfungseinheit 47 nimmt ein ECL-Pegel­ signal differenziert bei der IF-Frequenz von 20,00 MHz auf der Leitung 94 von dem Zeitsteuerungs- und Steuersignalgene­ rator 38 an und übersetzt es in ein 350-mV-Spitzen-zu-Spitzen Signal, das als örtliches Oszillatorsignal verwendet wird, das auf der Leitung 95 dem Mischer 15 zugeführt wird. Ein weiterer Spannungsteiler (nicht gezeigt) stellt eine +7,5 Vorspannung (Gleichspannung) für den Mischer 15 bereit.

Der Mischer 15 ist ein MC1496-Aktivmischer. Er macht eine Frequenzübersetzung der I- und Q-Komponente der Wellenform von der Leitung 91 in ein 20,20-MHz-IF-Signal, das auf der Leitung 92 zusammen mit allen anderen Mischererzeugnissen geliefert wird. Drittrangige Zwischenmodulationsprodukte sind um mehr als 40 dB unterhalb. Der Mischer 15 wird auf einem hohen Pegel auf dem Trägereingabeanschluß und auf ei­ nem niedrigen Pegel auf dem Modulationssignal-Eingabeanschluß betrieben. Dies führt zu einem gesättigten Schaltvorgang des Trägerdoppeldifferentialverstärkers und zu einem Linearbe­ trieb des Modulationsdifferentialverstärkers. Keine Träger­ null wird geliefert, da der Träger bei 20,00 MHz durch einen 20,20 MHz Kristallfilter in der RFU ausgefiltert wird. Die Stromquellen werden auf die Lieferung eines Stromes von 2 mA eingestellt. Ein Emitter-Gegenkopplungswiderstand von 470 Ohm (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um die Modulationssignalein­ gabe für den Linearbetrieb bei einer Spitze von 1 Volt auf­ rechtzuerhalten.

Der RF-Verstärker 16 weist einen Emitterfolger-Zwischenspeicher auf, um den auf den Mischer abgestimmten Schaltkreis von der RF-Einheit zu trennen und eine 50-Ohm-Ausgabe-Impedanz zu liefern. Um die Wirkungen der Streukapazität, Geräteausgabe­ kapazität und der Kapazität eines Emitterfolgers, der die Mischereingabe zwischenspeichert, wird ein parallel abgestimm­ ter Schaltkreis auf der Mischerausgabe verwendet, der zur Höchstverstärkung abgestimmt werden kann. Die Gesamtverstär­ kung des Mischers muß 10 dB sein, da -10 dBm bei 50 Ohm an der Ausgabe des Modems erforderlich sind. Ein fester Induktor anstatt eines variablen kann später in dem Mischerausgabe- Oszillatorschwingkreis verwendet werden. Der RF-Verstärker 16 verstärkt das Signal auf der Leitung 92 von der Ausgabe des Mischers 15 und liefert das verstärkte Signal an die RFU über die IF-TX-Leitung 76.

Während des Ruhebetriebs sendet der Modulatorteil eines Basis­ stationsmodems ein Ruhemuster, das ihm von der CCU gegeben wird. Da das Modem im Halb-Duplexbetrieb arbeitet, versetzt in der Teilnehmerstation die CCU das Modem in den Empfangsbe­ trieb in allen Schlitzen, außer während des Schlitzes, in dem die Teilnehmerstation selbst sendet. Dies gestattet es dem Demodulatorteil des Teilnehmerstationsmodems die AGC zu überwachen, um nicht zu überrascht zu sein, wenn ein Impuls­ stoß von der Basisstation hereinkommt. Der Ruhebetrieb wird verwendet, wenn es eine Frequenz gibt, für die wenigstens ein Schlitz aber nicht alle Schlitze verwendet werden. Die lee­ ren Schlitze werden mit dem Ruhemuster gefüllt. Wenn eine Fre­ quenz überhaupt kein Gespräch hat, wird der Modulatorteil aus­ geschaltet.

Es wird auf den Demodulatorteil des Modems Bezug genommen. Der Mischer 21 setzt dem 20,00-MHz-, -30-dBm-Signal, das von der RFU auf der IF-RX-Leitung 58 empfangen wird, eine 50-Ohm- Eingabeimpedanz entgegen. Die grundlegende Funktion des Mischers 21 ist die Abwärtsumsetzung des IF-Signals von der RFU zu dem Basisband und auch seine Verstärkung um 30 bis 35 dB. Ein Be­ harrungszustandssignal wird auf der Leitung 22 bei 20,00 MHz geliefert. Das Beharrungszustandssignal auf der Leitung 22 ist das zeitvervielfachte SIN/COS/-SIN/-COS-Signal von dem COS/SIN-IF-Generator 43. Ein Aktivmischer 21 des Modells MC 1496 wird mit dem örtlichen Oszillatoreingabesignal auf der Leitung 22, die auf einem hohen Pegel gefahren wird und dem modulierten Signal auf der Leitung 58, die auf einem niedri­ gen Pegel gefahren wird, verwendet. Die Mischerausgabe auf der Leitung 97 auf dem Basisband wird differentiell mit dem Verstärker 20 wechselstrom-gekoppelt, der ein Differential­ verstärker ist. Ein Hochpaßfilter wird durch eine Kondensa­ torverbindung von dem Mischer 21 und dem Eingabewiderstand des Differentialverstärkers 20 gebildet und hat eine Ab­ schaltung bei ungefähr 1 Hz.

Die Zwischenspeichereinheit 48 liefert eine Schnittstelle zwischen dem ECL-Pegel-20,00-MHz-Generator 43 und dem Mi­ scher 21. Die Zwischenspeichereinheit 48 liefert ein 350-mV- Spitze-zu-Spitze-Signal, um die Trägereingabe in eine gesättig­ te Schaltung zu treiben und liefert auch eine +7,5 Vorspannung (Gleichspannung) für diese Eingabe.

Der IF-SIN/COS-Geber 43 ist in Fig. 5 gezeigt. Der Geber 43 beinhaltet ECL-Teile, die bei dem Vierfachen der verfolgten IF-Frequenz als Antwort auf ein 4-IF-Zeitsteuerungssignal auf der Leitung 98 von dem Zeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38 arbeiten. In Fig. 5 wirken zwei Flip-Flops 99, 100 als ein Teile-durch-Vier-Zähler, wobei ein jeder ihrer Ausgaben um 90° außer Phase ist. Ein 4 × 1-Multiplexer (MUX) 101 schaltet sich zwischen die SIN-, COS-, -SIN-, -COS-Ausgaben ein. Die Ausgabe des MUX 101 wird durch ein weiteres D-Flop 102 wiedergetaktet und auf der Leitung 103 an den Mischer 21 ausgegeben. Dieser Schaltkreis liefert eine perfekte 90°-Pha­ senverschiebung zwischen den vier Komponenten. Der einzelne, zeitvervielfachte Kanal stellt auch sicher, daß die I- und Q-Komponenten mit exakt gleichen Verstärkungsfaktoren ankom­ men.

Das Zeitsteuerungsdiagramm für den Demodulatorteil ist auch in Fig. 6 gezeigt. Das Modem beliefert die CCU mit den vier Datenbits und ihrem 16-KHz-Zeichentakt. Die Adressenleitungen und ein 8-Bit-Bus liefern einen Zustands- und Steueraustausch zwischen den beiden Einheiten.

Der Verstärker 20 nimmt die Differentialausgabe von dem Mi­ scher an und verstärkt sie um ungefähr 25 dB. Der Verstärker 20 liefert ein wechselstrom-gekoppeltes ±10-Volt-Spitze-zu- Spitze-Signal an den A/D-Wandler 19 mit einer sehr geringen Verzerrung.

Der A/D-Wandler 19, der ein TRW-12-Bit-A/D-Wandler ist, wird dazu verwendet, das Basisbandspektrum von dem Differential­ verstärker 20 in digitale Daten für die Verarbeitung durch den Mikroprozessor 17 umzuwandeln. Die Abtastrate ist das Vierfache pro Symbol (64 KHz).

Während des Normalbetriebs wird die digitale Verarbeitung durch den TMS320-Mikroprozessor 17 durchgeführt. Der Mikro­ prozessor 17 arbeitet bei 20 MHz mit 4K-Speicherbytes von dem 4K-ROM 46. Die Anschlußadressenstifte werden zum Adressieren der I/O-Register zwischen dem Demodulatorteil und der CCU oder dem besonderen Diversity-Verknüpfschaltkreis verwendet.

Der Mikroprozessor 17 empfängt die I/Q-Daten von dem Mischer 21 mit einer Abtastrate von 64 KHz. Die Daten werden wieder über einen Frequenzkanal zeitvervielfacht, wie es in dem Mo­ dulatorteil gemacht wird. Der Mikroprozessor 17 führt das Filtern und die Demodulation der Wellenformen aus. Der Mi­ kroprozessor 17 gibt dann das empfangene Zeichen über den Bus 104 an den Datensignalspeicher 37 aus, der das Zeichen der CCU über die RX-Datenleitungen 64 mit einem Impuls des RX-Taktsignals auf der Leitung 63 mit einer 16-KHz-Rate zu­ führt.

Der Empfangszustand wird in das Zustandsregister 24 und die I/Q-Abtastwerte werden in das I-Register 29 und das Q-Re­ gister 30 eingegeben. Die CCU liest den Zustand, während die I/Q-Abtastwerte für einen externen Diversity-Verknüpf­ schaltkreis benötigt werden. Die Steuer/Zustands-Schnittstel­ len und -funktionen sind unten beschrieben.

Der Basisstations-Modembetrieb ist einer festen RF-Frequenz zugeordnet. Die Kommunikation in der Basisstation ist Voll- Duplex. Daher arbeiten der Modemmodulatorteil und der -demo­ dulatorteil gleichzeitig. Wenn das Modem auch das Steuerfre­ quenzkanalmodem ist, sendet und empfängt es nur Informationen mit dem Funksteuerkanal (RCC)-Format, während der zugewiese­ nen Steuerschlitzperiode. In der Basisstation ist ein OCXO, der in der Systemzeittakteinheit (STIMU) 49 angeordnet ist, befestigt und wirkt als Haupttakt des Systems. Daher werden keine Frequenzabweichungen beim Empfang auftreten.

Alle Sendungen von den Basisstationsmodems werden durch das Haupt-TX-Takt (16-KHz)-Signal auf der Leitung 60 getaktet. Der Bruchteilszeitverzögerungsgeber 40 in den Basisstations­ modems liefert der Basisstation-CCU den Bruchteil der Zeichen­ zeit zwischen dem Haupt-TX-Taktsignal auf der Leitung 60 und dem abgeleiteten RX-Taktsignal auf der Leitung 63 in dem Mo­ dem. Diese Information wird in die Teilnehmereinheit über den Funksteuerkanal geschickt, so daß der Teilnehmer seine Sen­ dung verzögert, so daß sein Signal in der Basisstation syn­ chron mit allen anderen Schlitzen empfangen wird.

Alle Vorgänge in dem Teilnehmerstationsmodem werden von dem Empfangstakt (RX CLK)-Signal abgeleitet, das aus der empfan­ genen Sendung durch den Zeitsteuerungs- und Steuersignalge­ ber 38 gewonnen wird. Es dient als Haupttakt der Teilnehmer­ station. Das TX-Taktsignal auf der Leitung 62 von dem Sende­ taktverzögerungsschaltkreis 39 zu der CCU ist kein Haupttakt wie in der Basisstation. Es wird von dem RX-Taktsignal auf der Leitung 63 abgeleitet und durch den Sendetaktverzögerungs­ schaltkreis 39 verzögert. Die Dauer einer solchen Verzögerung wird durch die Teilnehmerstations-CCU und von dem Bruchteils­ verzögerungs(SUB)-Register 28 bereitgestellt und durch den Sendetaktverzögerungsschaltkreis 39 daraus wiedergewonnen. Die CCU der Teilnehmerstation empfängt die Verzögerung über den Funksteuerkanal von der CCU der Basisstation. Die Ver­ zögerung wird durch die Entfernung zwischen der Basis- und der Teilnehmerstation bestimmt. Die CCU der Teilnehmerstation führt diese Bruchteilszeitinformationen dem Bruchteilsver­ zögerungs(SUB)-Register 28 in dem Modem über den MOD-Bus 50 zu. Das Modem selbst nimmt die Bruchteilsverzögerung über den Sendetaktverzögerungsschaltkreis 39 ein. Die CCU be­ rücksichtigt die ganzzahlige Zeichenverzögerung durch die Ein­ fügung des TX-SOS-Signals auf der Leitung 56 zu dem Modem, das um die richtige Anzahl von Zeichen verzögert ist. Dieses Verfahren richtet die an der Basisstation ankommenden Signale gegen Schwankungen im Bereich aller Teilnehmerstationen aus.

Es gibt viele Verzögerungsfälle in dem Modemsystem, die eine ausgesprochene Wirkung auf die Systemzeitsteuerung haben. Zu solchen Dingen gehören Analogfilterverzögerung, Ausbreitungs­ verzögerung, FIR-Filter 12, Verarbeitungsverzögerungen usw. Diese Verzögerungen verzerren die TX- und RX-Rahmen gegeneinan­ der, und diese Verzerrungen müssen sorgfältig berücksichtigt werden.

Die Verzögerungsbahnen von dem Modulatorteil zu dem Demodula­ torteil sind unten zusammen mit ihren geschätzten Werten auf­ gelistet.

Tta TX-Analogverzögerung. Ungefähr 0,55 T.
Ttr Übergangsverzögerung zwischen Senden und Empfangen in der RF-Einheit. Ungefähr 1,9 T.
Td Ausbreitungsverzögerung. 1,2 T maximal (Einweg). Tra RX-Analogverzögerung. Ungefähr 5,77 T.
Th Zeit während des Abtastens der RX-Analogfilter­ ausgabe vor der A/D-Umwandlung. Ungefähr 0,03 T.
Tc A/D-Umwandlungszeit. Ungefähr 0,22 T.
Tf1, Tf2 RX-FIR-"Fenster". Um eine Spitze bei einer Zeit t = 0 zu empfangen, muß der Filter bei t = -Tf1 mit dem Abtasten beginnen und weitermachen, bis Tf1 ungefähr 3,5 T, Tf2 ungefähr 3,25 T ist.
To TMS-Verarbeitungsverzögerung zwischen "Spitze" und TMS-Ausgabe. Ungefähr 4,5 T.
Tw TX-Wellenlänge (6 T).
Tcrt Kompensationsverzögerung zwischen Empfangen und Senden (Teilnehmer); minimal für den am weitesten entfernten Teilnehmer und maximal für den nächsten.
SBn Nächster Teilnehmer.
SBf Entferntester Teilnehmer.

Die Verzögerung zwischen dem TX-SOS in der Basisstation und der zuerst empfangenen Analogzeichen-"Spitze" in der Basissta­ tion beträgt +7,4 Zeichen. Daher gibt es eine Verzerrung zwi­ schen dem TX- und RX-Schlitz. Um die eingehende Phase richtig zu entschlüsseln, muß das Modem mit dem Abtasten ungefähr 3,5 Zeichen vor der Ankunft der "Spitze" beginnen. Daher be­ trägt die Verzerrung zwischen dem TX-SOS/ und dem Beginn der RX-Abtastung ungefähr 4 Zeichen in der Länge.

In der Basisstation tritt der Start des RX-Schlitzes ungefähr 4 T nach dem Start des TX-Schlitzes auf. Der RX-Schlitzstart wird als die Zeit definiert, zu der der erste analoge Abtast­ wert eingenommen wird, um die erste empfangene "Spitze" fest­ zustellen.

Das Modem der entferntesten Teilnehmerstation beginnt ihren TX-Schlitz 4 T vor dem Start des RX-Schlitzes des Basissta­ tionsmodems. Andere Teilnehmer können den Start ihrer TX- Schlitze verzögern.

In dem gesamten Hochfrequenztelefonteilnehmersystem können Rundreise-Sendeverzögerungen aufgrund des Bereiches irgendwo zwischen 0 bis 3 Zeichenzeiten in der Länge auftreten. Damit daher die empfangenen Kommunikationen in der Basisstation synchron sind, muß die Teilnehmerstation in der Lage sein, ihr Sendetaktsignal von 0 bis 3 Zeichenzeiten bezüglich des abgeleiteten empfangenen Taktes (RX-Taktes) verschieben kön­ nen. Die Zeitverzögerungen werden in der Basisstation berech­ net und über den Steuerkanal gesandt und von der CCU interpre­ tiert. Die CCU liefert dann Bruchteilsverzögerungskonstanten an das Teilnehmerstationsmodem, um den TX-Takt zu verzögern. Die Bruchteilsverzögerung ist ein 8-Bit-Wert, der in das Bruch­ teilsverzögerungs (SUB)-Register 28 eingeschrieben wird. Eine ganzzahlige Zeichenverzögerung wird durch die CCU gesteuert. Das Abtast-TX-SOS-Signal auf der Leitung 56 wird um 0, 1 oder 2 Zeichen verzögert, entsprechend den von der Basisstation empfangenen Bereichswerten erzeugt.

Während des Empfanges irgendeines Schlitzes führt das Modem eine Frequenzsynchronisation durch Annahme aus und setzt dann das Verfolgen fort. In der Teilnehmerstation ist der VCXO unter der direkten Kontrolle des Mikroprozessors 17 über einen D/A-Wandler in der VCXO-Schnittstelle 41. Die Frequenzannahme und Folgealgorithmen des Mikroprozessors 17 berechnen die Änderungen in dem VCXO, die zur Aufrechterhaltung der Synchro­ nisation notwendig sind.

Während des Empfanges irgendeines Schlitzes führt der Mikro­ prozessor 17 auch die Bitsynchronisation auf dem Bitsynchro­ nisationsmuster des Empfangsdatenstromes aus. Ein Algorithmus führt eine Bitverfolgungsschleife aus. Der Mikroprozessor 17 hat die Überwachung über einen variablen Frequenzteiler des 80-MHz-VCXO oder OCXO (nur während der Steuerschlitzdemodu­ lation). Innerhalb der Bitverfolgungsschleife wandelt der Mikroprozessor 17 die Frequenzteilung ab, um Bitsynchroni­ sation zu erhalten. Während des Empfanges eines Sprachkanales haben die Teilungswerte Schrittgrößen von 0,1% von 16 KHz, aber während eines Steuerschlitzes können sich die Werte drastischer um bis zu +/- 50% ändern.

Die Rahmensynchronisation wird auf vollständig verschiedene Art und Weise in der Basisstation und den Teilnehmerstationen abgewickelt. In der Basisstation wird ein Haupt-SOMF (Start des Modemrahmens)-Signal auf der Leitung 61 an die CCU über das Modem geschickt. Dies ist das Haupt-SOMF-Signal, das für alle Sendungen von der Basisstation verwendet wird. Von diesem und dem Hauptsystemzeichentaktsignal (16 KHz) auf der Leitung 60 kann die CCU die gesamte Schlitz- und Rahmenzeitsteuerung ableiten.

In der Teilnehmerstation sucht während der anfänglichen An­ nahme der Mikroprozessor 17 nach dem AM-Loch in dem RCC. Wenn das AM-Loch gefunden wurde, zählt der Mikroprozessor 17 es für ein paar Rahmen zusammen und veranlaßt dann den Zeit­ steuerungs- und Steuergeber 38, der CCU an der Rahmenposition des AM-Loches die AM-Abtastimpuls-Markierung auf der Leitung 65 zu liefern. Die CCU benutzt diese Abtastmarkierung, um anfängliche Rahmenmarkierungszähler (Fenstern) aufzustellen, die durch die CCU-Software für eine genaue Rahmensynchronisa­ tion abgewandelt werden können. Dies gibt auch an, daß das AM-Loch gefunden und der RCC angenommen wurde.

Die Schlitzsynchronisation ist unter der Kontrolle der CCU. Die Signale TX-SOS auf der Leitung 56 und RX-SOS auf der Lei­ tung 57 sind Befehle an den Zeitsteuerungs- und Steuergeber 38, um mit der Sendung oder dem Empfang eines Schlitzes zu beginnen. Diese Signale werden auf das TX-Taktsignal auf der Leitung 62 und den RX-Takt auf der Leitung 63 jeweils synchro­ nisiert.

Der Modemdemodulatorteil arbeitet entweder in einem nicht­ direkten oder einem direkten Betrieb gemäß dem Bit 7 des RX- Steuerwortes in dem Steuerwortregister 31. Um den Demodulator­ teil von einem Betrieb in den anderen umzuschalten, sendet die CCU ein MOD-Rückstellsignal, schreibt den erforderlichen Befehl in das RX-Steuerwortregister 31 über den MOD-Bus 50 ein und schaltet dann das MOD-Rückstellsignal aus.

Im nicht-direkten Betrieb wird der externe Speicher an dem Mikroprozessor durch 2K-Wörter von dem ROM und 2K-Wörter von dem RAM bereitgestellt. Die CCU befiehlt dem Modem in diesen Betrieb nach der Leistungsaufnahme und einmal nach jeder vor­ bestimmten Anzahl von Stunden einzutreten, während das Modem nicht sendet oder empfängt, um die Selbstüberprüfungs- und Übungsroutinen auszuführen.

Die Selbsttestroutine testet die ROMs 45, 46, den internen RAM und den externen RAM 44 und die Schnittstelle zu der CCU. Sie sendet die Testergebnisse an die CCU über das Zustandsre­ gister 24.

Die Übungsroutine beinhaltet das Senden eines Übungssignales an den Demodulatorteil und das Berechnen der Koeffizienten des FIR-Filters, der in dem Mikroprozessor 17 eingebaut ist. Es wird nach jeder vorbestimmten Anzahl von Stunden indirekt ausgeführt, während das Modem keine Daten sendet oder empfängt.

Im direkten Betrieb empfängt das Modem Signale entweder von dem Steuerkanal oder einem Sprachschlitz, gemäß dem RX-Teil- Steuerwort in dem Steuerwortregister 31. Die Direkt-Software führt die folgenden Routinen aus.

Eine Einleitungsroutine wird durch den Mikroprozessor 17 bei der Leistungsaufnahme oder nach dem Empfang eines Rück­ stell-Signals durchgeführt. Diese Routine liest das Steuer­ wort in dem Register 31 und ruft andere Routinen gemäß dem Steuerwort auf.

Diese Routine wird aktiviert, wenn die CCU dem Modem ein MOD-Rückstellsignal auf der Leitung 54 und einen Befehl über den MOD-Bus 50 an das Steuerregister 31 sendet, um in den di­ rekten (on-line) Betrieb einzutreten. Diese Routine führt ei­ nen Prüfsummentest auf einem On-Line-PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher) aus, löst Parameter aus, liest das Steuer­ wortregister 31 und zweigt zu der geeigneten Routine ab.

Eine Frequenzannahmeroutine wird nur in dem Teilnehmerstations­ modem laufen gelassen, wenn der Steuerkanal empfangen wird, um die VCXO-Frequenz der Teilnehmerstation auf die Kristall­ frequenz der Basisstation zu synchronisieren. Da die Sende- Empfangs- und IF-Frequenzen von dem VCXO in der Teilnehmer­ station oder dem OCXO in der Basisstation abgeleitet wird, wer­ den hierdurch alle Frequenzen synchronisiert.

Diese Routine wird nur in dem Teilnehmerstationsmodem verwen­ det. Es wird durch einen Befehl von der CCU aktiviert, während der Demodulatorteil auf die Steuerkanalfrequenz eingestellt wird. Ihre Funktion besteht darin, die VCXO-Frequenz auf die des OCXO in der Basisstation zu synchronisieren. Sie macht dies, in dem sie zuerst nach dem AM-Loch schaut, das eine klei­ ne Zeitdauer ist, während welcher keine Sendung von der Basis­ station stattfindet. Danach sendet die Basisstation ein um­ moduliertes Trägersignal. Wenn diese Welle empfangen wird, ist die IF-Mischerausgabe eine andere Sinuswelle, deren Fre­ quenz zu dem Unterschied zwischen der VCXO- und der Basis­ stations-Kristalloszillatorfrequenz proportional ist. Die Modem-Software tastet die I- und Q-Kanäle in bestimmten In­ tervallen ab und führt eine phasenstarre Schleifenfunktion aus, d. h. sie bestimmt den Phasenwechsel für jedes Intervall, führt sie durch einen Niederpaßfilter und sendet sie als Be­ richtigungswort an den VCXO. Das Modem bestimmt, daß Frequenz­ annahme erzielt ist, wenn die Phasenänderung niedriger als ein bestimmter Pegel wird. Wenn das AM-Loch nicht während einer bestimmten Zeitdauer gefunden wurde, sendet das Modul eine Fehlernachricht an die CCU, die anzeigt, daß der Empfänger nicht auf den Steuerkanal abgestimmt ist.

Die Routine wird durch die Einleitungsroutine aufgerufen und sendet ein Zustandswort von dem Zustandsregister 24 an die CCU, das anzeigt, ob die Frequenzannahme erzielt wurde oder nicht erzielt wurde.

Wenn die Frequenzannahmeroutine von der Einleitungsroutine auf­ gerufen wurde, tastet sie die I- und Q-Kanäle ab, wobei sie nach dem AM-Loch sucht und führt gleichzeitig eine AGC-Schlei­ fe aus. Wenn das AM-Loch während einer vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nicht gefunden wurde, leitet die Routine die­ se Information an die CCU über das Zustandsregister 24 weiter. Die CCU wird dann auf eine andere mögliche RCC-Frequenz um­ schalten und die Frequenzannahmeroutine wieder aktivieren.

Nach dem Feststellen des AM-Loches liefert diese Routine eine phasenstarre Schleife für die Zeit während der ein unmodu­ lierter Träger gesendet wird. In dieser Schleife werden I- und Q-Abtastwerte genommen und der Phasenwinkel des abge­ tasteten Signals wird berechnet.

Der berechnete Winkel wird von der vorhergehenden Phase abge­ zogen und das Ergebnis wird Niederpaß gefiltert und als Steuerwort an den VCXO gesendet. Die AGC wird auch während der Schleife unter Verwendung der Signalamplitude berechnet. Am Ende der angegebenen Dauer, wenn die Phasenabweichungen kleiner als ein vorbestimmter Betrag sind, setzt das Modul eine "1" in das Zustandsregister 24 und wenn die Abweichungen immer noch größer als dieser Betrag sind, wird eine "2" in das Zustandsregister 24 gesetzt. Im letzteren Fall kann die Frequenzannahmeroutine für mehr als einen Schlitz wieder ak­ tiviert werden.

Eine Bitsynchronisationsroutine wird sowohl im Modem der Teilnehmerstation als auch im Modem der Basisstation laufen gelassen, wenn der RCC empfangen wird und nachdem die Frequenz­ annahmeroutine fertig ist. Im Teilnehmerstationsmodem wird seine Ausgabe dazu verwendet, den 16-KHz-Zeichentakt auf die Basisstationssendung zu synchronisieren. Im Basisstationsmodem wird sie dazu verwendet, die Bruchteilsverzögerung, die in die Teilnehmerstationssendung einzubauen ist, zu bestimmen, um sie in Übereinstimmung mit dem Takt des Basisstationsmodems zu bringen.

Eine Schlitzempfangsroutine wird aufgerufen, wenn das Modem bereit ist, Daten zu empfangen, d. h. nachdem Frequenz- und Bitsynchronisation erzielt wurden. Ihre Hauptfunktionen sind

• a) Parameter für die Zeichenempfangsroutine (unten beschrie­ ben) auszulösen;
• b) die Zeichenempfangsroutine zu aktivieren, wenn das erste Zeichen abgetastet wird; und
• c) die Verbindungsqualität und andere Informationen nach dem Empfang aller Zeichen in dem Schlitz zu bestimmen.

Diese Routine wird durch die Einleitungsroutine zu Beginn ei­ nes jeden Empfangsschlitzes aufgerufen. Seine Hauptfunktion ist die Einleitung der Parameter für die Zeichenempfangsrou­ tine. Nach Ausführung dieser Aufgabe wartet sie bis alle Abtastwerte des ersten Zeichens in dem Schlitz in dem FIFO- Stapelspeicher 18 gespeichert sind und zweigt dann zu der Zeichen-Empfangsroutine ab.

Die Arbeitsaufgaben dieser Routine sind die folgenden:

• 1. Lesen des Modulationspegels (ML von dem Steuerwortregister 31, wobei ML 2, 4 oder 16 sein kann;
• 2. Berechnen des halben Zeichenwertes, der durch die Gleichung:
  gegeben wird.
• 3. Berechnung einer Maske, die zum Abbrechen der LSBs von der entschlüsselten Phase verwendet wird. Die Maske hängt vom ML und der Anzahl von Bits ab, die zur Darstellung der ent­ schlüsselten Phase verwendet werden, wobei, wenn
  2ⁿ einen 22.5° Phasenwinkel darstellt, die
  Maske = 8 × 2ⁿ für ML = 2
  = 12 × 2ⁿ für ML = 4
  = 15 × 2ⁿ für ML = 16
  ist.
• 4. Zuvor Lesen der AGC für diesen Schlitz von dem AGC-Register 26 und Senden von ihm (nur für die Basisstation).
• 5. Warten bis zum Ende der Abtastung für das erste Zeichen und dann Abzweigen zu der nächsten Zeichenempfangsrou­ tine, und
• 6. nach dem Empfang aller Zeichen in dem Schlitz, Senden des Verbindungsqualitätssignals von dem Verbindungsqualitäts­ register 25 an die CCU.

Die Zeichenempfangsroutine wird einmal pro Zeichenzeit akti­ viert, während sie Daten empfängt, und ihre Funktionen bein­ halten die folgenden:

• a) Lesen von I- und Q-Abtastwerten für das Zeichen;
• b) Filtern der I- und Q-Abtastwerte;
• c) Bestimmen des gesendeten Zeichens und Senden von ihm an die CCU;
• d) Ausführen einer phasenstarren Schleife, um den VCXO auf das eingehende Signal zu synchronisieren;
• e) Ausführen eines Bitfolgealgorithmus;
• f) AGC-Berechnung; und
• g) Anhäufen von Informationen für die Verbindungsqualitäts­ berechnung.

Die Routine wird einmal pro Zeichen aktiviert, wenn alle vier Abtastwerte, die zu einem Zeichen gehören, in dem externen FIFO- Stapelspeicher 18 gespeichert sind. Diese Routine liest die Abtastwerte in den Speicher ein und verarbeitet sie dann, um das gesendete Zeichen zu bestimmen. Auch die AGC wird von der Signalamplitude berechnet. Die Abweichungen in dem empfangenen Zeichen von dem gesendeten Zeichen werden bei den AGC-, Ver­ bindungsqualitäts- und Bitverfolgungsalgorithmen verwendet. Die Laufzeit dieses Moduls ist kleiner als eine Zeichenzeit, d. h. 62,5 Mikrosekunden.

Nach dem Empfangen und Speichern der vier I- und Q-Abtastwer­ te für ein spezielles Zeichen, führt die Routine die folgenden Aufgaben aus:

• 1. FIR-Filtern der empfangenen Abtastwerte. (Die FIR-Koeffi­ zienten werden durch die Übungsroutine, die unten erörtert ist, bestimmt);
• 2. Bestimmen des Signalpegels und Verwendung desselben zur AGC;
• 3. Bestimmmen des empfangenen Phasenwinkels, Abziehen des vor­ hergehenden, Aufrunden des Resultates, Gray-Kodieren des aufgerundeten Resultates und Senden des kodierten Resul­ tates an die CCU;
• 4. Ausführen des Bitverfolgungsalgorithmus. (Seine Ausgabe wird für alle Zeichen angehäuft und am Ende des Schlitzes gesendet. Es wird dazu verwendet, den Teilnehmer-RX-Takt auf die Basissendung zu synchronisieren.);
• 5. Ausführen einer phasenstarren Schleife, um den VCXO auf den Basisstationsoszillator zu synchronisieren. (Die Ausgabe wird an den VCXO am Ende des Schlitzes geschickt, aber nur in der Teilnehmerstation.); und Anhäufen von Daten zur Ver­ bindungsqualität und Senden der Informationen an die CCU über das Verbindungsqualitätsregister 25 am Ende des Schlit­ zes.

Interne Taktsignale, die von dem Modem benötigt werden, werden durch den Zeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38 von dem Haupt-80-MHz-Taktsignal auf der Leitung 59 erzeugt. Das Modem benutzt das Haupt-16-KHz-Taktsignal auf der Leitung 60 als den TX-Takt für die Sendung. Daher sind alle Sendungen aus der Basisstation synchron miteinander.

Die Taktsignale der Teilnehmerstation werden vollständig von einem Haupt-80-MHz-VCXO in der Teilnehmerstationszeitsteuerungs­ einheit abgeleitet. Der VCXO wird durch das VCXO-FDBK-Signal auf der Leitung 78 von dem Modem gesteuert. Von dem VXCO-FDBK- Signal auf der Leitung 78 werden alle Empfangs- und Sendetakte berechnet. Der Zeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38 be­ liefert dann die CCU mit dem 16-KHz-RX-Taktsignal auf der Lei­ tung 63, das von dem eingehenden Datenstrom abgeleitet wird. Die CCU selbst ermittelt das eindeutige Wort in dem Steuerka­ nal und kann die Rahmen- und Schlitzmarkierungen von dem ein­ deutigen Wort und das RX-Taktsignal auf der Leitung 63 bestimmen. Das AM-STROBE- oder Freigabesignal auf der Leitung 65 wird durch den Zeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38 von dem durch den Mikroprozessor 17 demodulierten Signal abgeleitet und benach­ richtigt die CCU, wo nach dem eindeutigen Wort zu suchen ist.

In der Teilnehmerstation berechnet der Mikroprozessor 17 die Bit- und Frequenzverfolgungsparameter und stellt die Zeit­ steuerung durch Ausgeben von VCXO-FDBK- und VCXO-WR-Signale an die STIMU 49 ein. Um die Frequenz einzustellen, gibt der Mikroprozessor 17 eine Ausgabe an einen D/A-Wandler in der VCXO-Schnittstelle 41, die die Spannung in den VCXO führt. Diese VCXO-Frequenz wird dann durch 5 bis 16 MHz geteilt. Der 16-MHz-Takt wird wieder durch 5 geteilt, um einen 3,2 MHz-Takt zu erzeugen. Der Zeitsteuerungs- und Steuersignalgeber 38 teilt diesen durch 4, um das 800-KHz-Taktsignal, das für den TX-FIR- Filter 12 benötigt wird, zu erzeugen. Der Abtastzeitgenerator 42 teilt ein 3,2-MHz-Taktsignal durch 50, um das 64-KHz-Ab­ tasttaktsignal zu erzeugen. Der Abtastzeitgenerator 42 ist unter der Kontrolle des Mikroprozessors 17, um eine Verzöge­ rung während der Steuerkanalannahme zu erzeugen. Dies ermög­ licht große Sprünge von ±16-KHz-Taktperioden für eine schnelle Annahme.

Der sich selbst anpassende Übungsbetrieb ist ein zurückge­ schleifter Zustand, in den das Modem eintritt, um dem im Mikroprozessor 17 gespeicherten Koeffizienten des digitalen FIR-Filters des Demodulatorteiles das Berichtigen jeglicher Analogfilter Verlusten zu lehren, die mit der Zeit oder mit der Temperatur auftreten können. Die Analyse wird durch Zu­ rückschleifen der Sendedaten über die RF-Einheit und durch Empfangen eines bekannten Musters im Demodulatorteil des Mo­ dems durchgeführt. Die Koeffizienten werden über ein LaGrangesches System mit 5 Grenzwertbedingungen optimiert. Diese Grenzwert­ bedingungen sind

• 1. der Empfangsdatenstrom;
• 2. der Datenstrom, der um 0,05 T verzögert ist;
• 3. der Datenstrom, der um 0,05 T vorgerückt ist;
• 4. der Datenstrom von dem benachbarten oberen Kanal; und
• 5. der Datenstrom von dem benachbarten unteren Kanal.

Während des Übungsbetriebes liefert der Mikroprozessor 17 an den FIR-Filter 12 des Modulatorteiles eine Folge von 32-zeichen­ langen Übungsmusters auf der Leitung 106 von dem FIFO-Stapel­ speicher 36, der während des Übungsbetriebes eingeschaltet ist. Voreilungen und Verzögerungen verzerren die beiden Ströme um 0,05 T.

Die CCU versetzt das Modem in den Übungsbetrieb, um dem Modem­ modulatorteil zu gestatten, das spezielle Übungsmuster von dem FIFO-Stapelspeicher 36 zu lesen, indem die Übungsbetrieb-Schalt­ einheit 11 durch ein Steuersignal auf der Leitung 107 von dem Steuerwortregister 31 betrieben wird. Der Demodulatorteil wird auch vorgerückt und dann für einige der Tests verzögert. Wenn das Verfahren fertig ist, sendet das Modem eine Zustandsnach­ richt an die CCU, daß die Koeffizienten berechnet sind. Zu die­ ser Zeit testet die CCU das Modem, indem sie es in Normalbe­ trieb bringt und ein festes Muster ausschreibt, daß der RFU befiehlt, zurückzuschleifen und die zurückgeführten Daten zu lesen und auf Gültigkeit zu prüfen.

Der Übungsbetrieb wird durch die CCU ausgelöst, die geeignete Steuerregisterbits setzt und ein MOD-Rückstellsignal auf der Leitung 54 an das Modem sendet. Dies bringt den Mikroprozessor 17 davon ab, 4K vom ROM und nicht RAM zu benutzen und dazu, 2K vom ROM 45 und 2K von dem RAM 44 zu benutzen. Der 2K-ROM 45 hält die Übungsbetriebsalgorithmen, und der 2K-RAM 44 liefert einen Notizblockspeicher, während die Filterkoeffizienten be­ rechnet werden.

Ein Algorithmus berechnet die benachbarten Kanalkennwerte. Um die benachbarte Kanalinterferenz zu bestimmen, muß der Modem­ modulatorteil in der Lage sein, bei einer Frequenz zu senden, die um 25 KHz von der Empfangsfrequenz entfernt ist. Dies wird dadurch durchgeführt, daß die CCU das Zustandsregister in dem Modem liest. Die Information in dem Zustandsregister 24 weist die CCU an, die Frequenzen in dem RFU-Empfangsteil nach dem Willen des Modems zu ändern.

Der Mikroprozessor 17 führt die Übungsroutine aus. Die Funk­ tion der Übungsroutine besteht in der Berechnung der FIR-Fil­ terkoeffizienten in dem Mikroprozessor 17. Der Modulatorteil wird in einem Rückschleifenbetrieb aktiviert, um eine bestimmte Folge von Zeichen auszusenden. Diese Folge wird an den Demodu­ latorteil über die RFU in den folgenden fünf verschiedenen Be­ triebsarten gesendet:

• 1. Normalbetrieb;
• 2. vorgerückter Zeitsteuerungsbetrieb;
• 3. verzögerte Zeitsteuerungsbetriebe; und
• 4. und (5) auf den benachbarten oberen und unteren Kanälen.

Bei den letzteren beiden Betriebsarten ist die AGC-Einstellung um 23 dB erhöht.

Der Demodulatorteil benutzt die Abtastwerte der Eingabewellen­ form dafür, eine positive bestimmte symmetrische Matrix A der Ordnung 28 zu schaffen. Auch wird ein 28-Wort-Vektor V von den Eingabeabtastwerten geschaffen. Der Koeffizientenvektor C wird gegeben durch:

C = A^-1V (Gl. 2)

Ein Algorithmus wird zum Berechnen von B = A^-1 verwendet, wo­ bei A gegeben ist. Infolge von Abrundfehlern, wird B nicht ge­ nau sein, deshalb wird ein Iterativverfahren verwendet, um ein genaueres C zu berechnen.

Die Berechnungen geben einen Vektor von 28 komplexen FIR- Filterkoeffizienten.

Der Modulatorteil wird im Übungsbetrieb aktiviert, um fünf ähnliche Paare von Folgen zu senden. Jedes Paar besteht aus den folgenden beiden Folgen:

• a) Eine I-Folge von 9 Null-Zeichen, ein "1"-Zeichen und 22 Null-Zeichen; und
• b) eine Q-Folge von 9 Null-Zeichen, ein "j"-Zeichen und 22 Null-Zeichen.

Das "1"-Zeichen kann jedes Zeichen sein. Das "j"-Zeichen kann das Zeichen sein, das von der "1" um 90° sich unterscheidet.

Die Arbeitsaufgaben des Demodulatorteiles sind die folgenden:

• 1. Einstellung der AGC, so daß die Signalspitze im Normalbe­ trieb 50 bis 70% des Maximums ist (die AGC wird um 23 dB für den vierten und fünften Betrieb erhöht);
• 2. Lesen und Speichern der Eingabeabtastwerte (die ersten 32 Abtastwerte werden weggetan und die nächsten 64 Abtastwerte werden für jede Folge gespeichert); und
• 3. Bauen der Matrix A (28, 28).

Das folgende Verfahren wird im Normalbetrieb (erster Betrieb) ausgeführt:

A(I, J) = A(I, J) +Σ X(4N - 1) X(4N - J) (Gl. 3)

Die Addition ist für alle N, die

0 < = 4N - I < 64 und 0 < = 4N - J < 64 (Gl. 4)

befriedigen.

Für die voreilenden und verzögerten Betriebe (zweiter und drit­ ter Betrieb) wird dasselbe Verfahren durchgeführt, außer daß der aus N = 8 sich ergebende Ausdruck nicht addiert wird. Im vierten und fünften Betrieb (Senden auf den oberen und unteren benachbarten Kanälen) wird das folgende Verfahren durchge­ führt:

A(I, J) = A(I, J) + ΣX(2N - I) X(2N - J) (Gl. 5)

Die Addition ist für alle N, die

0 < = 2N - I < 64 und 0 < = 2N - J < 64 (Gl. 6)

befriedigen.

Weitere Arbeitsaufgaben des Demodulatorteils im Übungsbetrieb sind die folgenden:

• 1. Schaffen des Vektors V(1 : 28) aus den Abtastwerten des ersten Paares von Folgen:
  • a) I{V(I)} = X(32 - I); (Gl. 7) wobei X Abtastwerte der ersten (I) Folge sind: und
  • b) Q {V(I)} = X(32 - I); (Gl. 8) wobei X Abtastwerte der zweiten (Q) Folge sind; und
• 2. Auffinden des Koeffizientenvektors C durch Lösen A × C - V = 0. Dies wird dadurch gemacht, daß zuerst B der Umkehrwert von A gefunden wird. Infolge von Abrundfehlern wird B nicht genau sein. Das folgende Iterativverfahren wird dazu verwen­ det, ein genaues C aufzulösen.
  C_o = B × V (Gl. 9)
  C_n+1 = C_n - b × B(A × C_n - V) (Gl. 10)
  wobei b ein vorbestimmter Wert < 1 ist.

Claims (23)

1. System zum Umwandeln eines Bitstroms, bei dem jede vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Bits ein Zeichen definiert, in ein phasenmoduliertes Signal einer vorbestimmten höheren Frequenz zur Übermittlung über einen Übermittlungskanal, umfassend:
eine Einrichtung zum Phasenmodulieren eines jeden Zeichens,
eine Einrichtung zum digitalen Filtern eines jeden phasenmodulier­ ten Zeichens durch das Bereitstellen von zeitlich ineinander ver­ zahnten IQ-Abtastproben von den phasenmodulierten Zeichen und zur Kombination einer jeden I und Q-Abtastprobe mit einem Filter­ koeffizienten, um ein gefiltertes Ausgangsignal bereitzustellen, das ineinander verzahnte digitale I-Phasen (I) und Quadratur-Phasen (Q) gefilterte Komponenten des phasenmodulierten Signals umfaßt;
eine Einrichtung zur Umwandlung der gefilterten Komponenten in ein phasenmoduliertes analoges Signal; und
eine Einrichtung zur Umwandlung des phasenmodulierten analogen Signals in eine gewünschte höhere Frequenz zur Übermittlung über einen Übermittlungskanal.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodu­ lationseinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Zeichen in Übereinstimmung mit einem digitalen Phasenumtastungs-(DPSK) Code aufweist.

3. System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine Vielzahl von phasenmodulierten Zeichen in einer fortlaufenden Überlappung abtastet/filtert.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung einen digitalen FIR-(finite impulse response) Filter aufweist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der FIR-Filter jedes phasenmodulierte Zeichen eine vorbestimmte Anzahl mal abtastet, wobei aufeinanderfolgende Abtastproben in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Folgemuster zusammengefaßt werden, um das gefilterte Signal zu liefern, das, wenn es in ein Analogsignal umgewandelt wird, das Modulationssignal ergibt.

6. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der FIR-Filter einen Nur-Lese-Speicher (ROM) aufweist, der das gefilterte Signal gemäß den kombinierten Digitalwerten der abgetasteten phasenmodulierten Zeichen liefert.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung einen Digitalfilter zur Ansprechung auf Impulse endlicher Dauer (finite-duration impulse response digital filter) aufweist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrich­ tung jedes Zeichen eine vorbestimmte Anzahl von Malen abtastet, wobei aufeinanderfolgende Abtastproben gemäß einem vorbestimmten Folgemu­ ster zusammengefaßt werden, um das gefilterte Signal zu liefern.

9. System nach einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung einen Nur-Lese-Speicher (ROM) aufweist, der das gefilterte Signal gemäß dem Digitalwert das phasenmodulierten Signals liefert.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß des weiteren ein Bandpaßfilter am Ausgang des Umwandlers vor­ gesehen ist, um unerwünschte Komponenten des Ausgangs des Umwand­ lers zu eliminieren.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Vorrichtung zum Dekodieren der Datenbits in die Zeichen bereitgestellt wird.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodieren in einen Gray-Code erfolgt.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Demodulationseinrichtungen vorgesehen ist zum Um­ wandeln eines empfangenen der phasenmodulierten Signale in den Bitstrom aus dem das empfangene phasenmodulierte Signal abgeleitet wurde, wobei die Demodulationseinrichtung umfaßt:
eine Einrichtung zur Abwärtswandlung der Frequenz des empfan­ genen Phasenmodulationssignals, um hierdurch ein Empfangsana­ logsignal zu liefern;
eine Einrichtung zur Umwandlung des Empfangsanalogsignals in ein Empfangsdigitalsignal;
einen FIR-Digitalfilter zum digitalen Filtern des Empfangsdigitalsi­ gnals, um phasenmodulierte Zeichen zu liefern und
eine Einrichtung zum Umwandeln der empfangenen phasenmodulier­ ten Zeichen in einem Empfangsbitstrom, der dem Bitstrom ent­ spricht, aus dem das empfangene phasenmodulierte Signal abgeleitet wurde.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Demodulationseinrichtung der FIR-Digitalfilter einen Mikroprozessor zum Filtern des Empfangsdigitalsignals aufweist und der Mikroprozessor einen Speicher zum Speichern der FIR-Filterkoeffizienten zur Verwen­ dung beim Filtern des Empfangsdigitalsignals einschließt.

15. System nach Anspruch 14, weiter aufweisend:
eine Einrichtung zum Liefern einer Folge von vorbestimmten Zeichen an die erstgenannte Filtereinrichtung;
eine Einrichtung zum Liefern des durch die erstempfangenen Ab­ wärtskonvertierungseinrichtung bereitgestellten phasenmodulierten Signals an die Demodulationseinrichtung; und
eine Einrichtung in dem Mikroprozessor zum Einstellen der FIR- Filterkoeffizienten, die in dem Mikroprozessorspeicher gespeichert sind, bis die empfangenen phasenmodulierten Zeichen der Folge von vorbestimmten Zeichen entsprechen, die an die erstgenannte Filtereinrichtung geliefert werden.

16. System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Demodulationseinrichtung die Kombination des FIR-Digitalfil­ ters und der Einrichtung zum Umwandeln der phasenmodulierten Zei­ chen einen Mikroprozessor zum Filtern des Empfangsdigitalsignals und zum Umwandeln der empfangenen phasenmodulierten Zeichen aufweist, wobei der Mikroprozessor einen Speicher zum Speichern von FIR- Filterkoeffizienten zur Verwendung beim Filtern des Empfangsdigitalsi­ gnals und einen Speicher zum Speichern eines vorbestimmten Codes zur Verwendung bei der Umwandlung der empfangenen phasenmodulierten Zeichen aufweist.

17. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei bei dem Demodu­ lator eine Einrichtung zur Kompensation für Zeitverzögerungen beim Empfang von verschiedenen Signalen vorgesehen ist.

18. System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Demodulationseinrichtung eine Einrichtung zum Herauszie­ hen von Steuerinformationen aus Empfangssignalen vorgesehen ist.

19. System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Demodulationseinrichtung eine Einrichtung zum Herauszie­ hen von Zeitsteuerungsinformationen aus Empfangssignalen vorgesehen ist.

20. System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Demodulationseinrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung von Rahmensynchronisation vorgesehen ist.

21. Modem, umfassend ein Mehrphasenmodulator zur Umwandlung mittels eines digitalen Filters, der einen unitären Signaldurchgang aufweist, eine Sequenz von Datenzeichen, wobei jedes eine Zeichenperiode T aufweist und durch Dekodieren jeder gegebenen Anzahl von Datenbits des einkommenden Bitstromes bereitgestellt wird, in ein phasenmoduliertes Signal zur Übermittlung über einen Übermittlungskanal, wobei das digitale Filter in dem Modulator umfaßt:
eine Einrichtung zur zeitweisen Speicherung einer vorbestimmten Anzahl von Datenzeichen, und entsprechend zum Abtasten dieser zeitweilig gespeicherten Datenzeichen bei einer Abtastperiode, die kürzer ist als die Zeichenperiode T, um entsprechend bei einer Periode, die kürzer ist als die Abtastperiode, eine digitale In-Phase- (I)-und Quadraturphase-(Q)-Komponente der Datenzeichen in einer zeitlich ineinander verzahnten Art abzutasten, und eine Einrichtung zur Erzeugung als Antwort auf die Ausgangszeichenabtastungen der Speicher- und Abtasteinrichtung ein digitales Signal, das für die Zeichenabtastwerte mulipliziert mit hierzu korrespondierenden Filter­ koeffizienten repräsentativ ist; wobei der Modulator weiterhin auf­ weist:
einem Digital-Analog-Wandler zum Empfangen des digitalen Signals und zur Umwandlung desselben in ein phasenmoduliertes analoges Signal; und
eine Einrichtung zur Umwandlung in eine erwünschte höhere Fre­ quenz als die Frequenz des phasenmodulierten analogen Signals zur Übermittlung an ein Gegenmodem.

22. Modem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator weiterhin einen Bandpaßfilter aufweist, der an dem Ausgang des Digi­ tal-Analog-Wandlers vorgesehen ist, um unerwünschte Komponenten der Ausgabe des Digital-Analog-Wandlers zu eliminieren.

23. Modem nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei das Dekodieren der Datenbits des hereinkommenden Bitstroms zur Bereitstellung der Datenzeichen in den Gray-Code erfolgt.