DE3686105T2

DE3686105T2 - Synchronisierte wiedergewinnung bei uebertragungssystemen.

Info

Publication number: DE3686105T2
Application number: DE8686901668T
Authority: DE
Inventors: Rassell Francis Van
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 1985-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2006-02-22
Also published as: CN1007398B; JPH0666773B2; AU2658688A; EP0211951A1; JPS62502506A; EP0211951A4; FI89436B; NO864178L; DK501586A; NO864178D0; AU5457986A; AU581502B2; ZA86436B; CN86100887A; AU603492B2; CA1288520C; WO1986005052A1; BR8605485A; DE3686105D1; FI864243A

Description

Die Erfindung behandelt die Synchronisation eines Senders und eines Empfängers, zwischen denen Daten übertragen werden. Die "Synchronisation" umfasst zwei Aspekte, die hier gleichermaßen erfasst werden. Der eine Aspekt der Synchronisation (gelegentlich als "Begrenzung" bezeichnet) stellt sicher, daß die Schlitze in der empfangenen Zeitsequenz den entsprechenden Positionen in der gesendeten Zeitsequenz richtig zugeordnet werden. Der zweite Aspekt (Synchronisation im eigentlichen Sinne) beinhaltet, daß die Zeitgeber von Sender und Empfänger zur Wahrung der Bit- Integrität fest miteinander verbunden sind.
Viele Kommunikationsarten erfordern eine Synchronisation von Sender und Empfänger. Bei der Zeitmultiplexübertragung unabhängiger digitaler Bitströme beispielsweise, ist eine Synchronisation zur richtigen Interpretation des Stellenwertes des ankommenden Signals als dem übertragenen Symbolsatz zugehörig und für die Zuweisung des interpretierten Symbols an den richtigen Empfänger notwendig. Auch bei der Fernsehübertragung müssen die im Empfänger gezeigten Bildelemente die gleiche relative Position einnehmen wie diejenigen, die im Sender erscheinen; auch für das Zustandekommen eines gescannten Linien-und-Feld-Fernsehsignals (bei dem das gesendete Bild in Feldern nebeneinanderliegender paralleler Linien gescannt wird), bedarf es einer Synchronisation.
Das häufigste Verfahren zur Synchronisation von Fernsehen benutzt einen horizontalen Synchronisationsimpuls mit vordefinierten Merkmalen in der horizontalen Austastlücke jeder Zeile und einem Satz vertikaler Synchronisationsimpuls mit vordefinierten Merkmalen in den vertikalen Austastlücken zwischen den Feldern. Im Empfänger werden diese Impulse von den Bildinformationen und voneinander getrennt und zur Steuerung der horizontalen und vertikalen Ablenkungsoszillatoren verwendet, die den Elektronenstrahl der Bildröhre lenken.
Unter bestimmten Umständen ist es jedoch wünschenswert, zumindest die horizontalen Synchronisationsimpulse aus dem Fernsehsignal zu eliminieren. Dies könnte sein, um den Empfang des Signals zu verhindern (wie beim Abonnementfernsehen) oder um die horizontale Austastlücke zur Übermittlung anderer Daten zu verwenden, z.B. den Ton des Fernsehprogrammes. In beiden Fällen stehen für die Synchronisation von Sender und Empfänger lediglich die in der vertikalen Austastlücke übertragenen Informationen bereit. Typischerweise verwendet man einen einzigen Synchronisationsimpuls während der vertikalen Austastlücke und leitet dann alle Steuersignale für die Ablenkungsoszillatoren mittels von einem hochpräzisen Taktgeber angetriebener Zähler von diesem einzigen Synchronisationsimpuls her.
Findet während der horizontalen Austastlücke ein Multiplexen der digitalen Audiokanäle mit der Bildinformation statt, muß der Empfänger einen Taktgeber und ein System zur Wiedergewinnung von Daten für den Audioteil besitzen. Dieser Taktgeber samt Wiedergewinnung von Daten kann auch für die Wiedergewinnung der Synchronisation in den vertikalen Austastlücken eingesetzt werden, falls ein digitales Synchronisationswort verwendet wird, das den gleichen Taktgeber benutzt. Somit wäre die geeignetste Art der Synchronisation die Wiedergewinnung der Synchronisationsdaten aus einem digitalen Wort in der vertikalen Austastlücke.
Da dieses System keine Zeilensynchronisationsimpulse enthält, steht die Synchronisationsinformation in jedem Feld nur einmal zur Verfügung. Somit ist es äußerst wichtig, daß diese spärliche Synchronisationsinformation auch bei vorhandenen Störungen zuverlässig empfangen wird; denn der Moment der Synchronisation ist der Moment, in dem alle Systemzähler im Empfänger auf Null zurückgesetzt werden. Erfolgt die Rücksetzung nicht im geeigneten Moment, werden die Fehler beibehalten und vergrößert, was letztendlich zu einem völligen Verlust des Bildes führt.
US-A-3,535,451 enthält ein Verfahren zur Generierung eines Synchronisationssignals in einem FM-Kommunikationssystem unter Verwendung eines Paares in zwei engen, nebeneinanderliegenden Frequenzbändern an einen Empfänger übertragener Synchronisationssignale. Die Hinterflanke des ersten Frequenzbandes entspricht zeitlich der Vorderflanke des zweiten Frequenzbandes. Der Empfänger enthält zwei Schmalbanderkennungskanäle, die jeweils beim Empfang des entsprechenden Synchronisationssignals eine Ausgabe machen. Der Synchronisationsimpuls wird generiert, wenn jeder der Erkennungskanäle eine Ausgabe macht, d.h. die Synchronisation findet statt, wenn beide Synchronisationssignale gleichzeitig empfangen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Synchronisation eines Senders und eines Empfängers, zwischen denen Daten ausgetauscht werden.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Kodierung der Synchronisationsinformation in ein übertragenes Signal, derart, daß sie beim Empfänger zuverlässig auch bei vorhandenen Störungen wiedergewonnen werden kann. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die zuverlässige Wiedergewinnung von Synchronisationsinformation von einem empfangenen Signal, auch, wenn Störungen vorhanden sind.
Nach dem ersten Aspekt der Erfindung, handelt es sich um ein Verfahren zum Empfang und Erkennung eines kodierten Synchronisationssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal als m identische erste Kodemuster (P) kodiert ist, auf welche n identische zweite Kodemuster (Q) folgen, wobei jedes der ersten und zweiten Kodemuster von gleicher vordefinierter Dauer ist und diese miteinander in Phase sind, das erste Kodemuster (P) unterscheidet sich vom zweiten Kodemuster (Q), wobei m und n reelle positive Zahlen sind und m größer eins ist, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erkennung des Auftretens des ersten Kodemusters (P) im empfangenen Signal;
lokale Generierung einer Vielzahl von Darstellungen entweder des ersten Kodemusters (P) oder des zweiten Kodemusters (Q) in vordefinierter Phasenbeziehung mit dem erkannten Auftreten des ersten Kodemusters (P); Vergleich des empfangenen Signals mit den lokal generierten Darstellungen; und Erkennung einer Veränderung im Vergleich als das Synchronisationssignal.
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, handelt es sich um ein Verfahren zum Betrieb eines Kommunikationssystems mit einem Sender zur Übertragung einer Nachricht und einem Empfänger zum Empfang derselben, wobei letzterer der Synchronisation mit ersterem bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Empfänger zu empfangendes Synchronisationssignal generiert wird indem: m identische erste elektrische Wellen (P) von vordefinierter Dauer generiert werden, sowie n identische zweite elektrische Wellen (Q) von gleicher vordefinierter Dauer, welche auf die ersten elektrischen Wellen (P) folgen und mit diesen in Phase sind; wobei die zweite elektrische Welle (Q) sich von der ersten elektrischen Welle (P) unterscheidet, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist; und indem der Empfänger zur Synchronisation von Empfänger und Sender das Synchronisationssignals mit einem damit lokal generierten Signal vergleicht.
Nach dem dritten Aspekt der Erfindung, handelt es sich um ein Verfahren zur Generierung eines Synchronisationssignals in einem elektrischen Nachrichtensender, welches von einem entsprechenden Nachrichtenempfänger empfangen werden kann, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Generierung m identischer erster elektrischer Wellen (P) von vordefinierter Dauer sowie Generierung n identischer zweiter elektrischer Wellen (Q) von gleicher vordefinierter Dauer, welche auf die ersten elektrischen Wellen (P) folgen und mit diesen in Phase sind; wobei die zweite elektrische Welle (Q) eine stark negative Korrelation mit der ersten elektrischen Welle (P) aufweist, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist.
Entsprechend der anderen Aspekte der Erfindung, umfasst diese auch einen Empfänger, ein System und einen Sender mit Merkmalen, die für die vorgenannten Verfahren Voraussetzung sind.
Beim Sender wird der Synchronisationsimpuls, dessen Vorder- oder Hinterflanke typischerweise als Kriterium für die verschiedenen Operationen (wie das Multiplexen von Datenquellen oder das Scannen der Speicherplatte einer Fernsehkamera) verwendet werden kann, als eine Reihe wiederholter Kodemuster oder elektrischer Wellen kodiert, die entweder analoge Wellenformen oder Digitalwörter darstellen können. Die Folge besteht aus zwei Mustern. Das erste Kodemuster bzw. die erste Welle, P, wird m-mal generiert (m ist eine reelle Zahl größer eins). Danach wird das zweite Kodemuster bzw. die zweite Welle, Q, von gleicher Länge (Dauer) wie P, n- mal generiert (n ist eine reelle Zahl größer eins) und zwar in Phase mit den m-Erscheinungen von P. P und Q müssen unterschiedliche Wellenformen darstellen und vorzugsweise in stark negativer Korrelation miteinander stehen. Handelt es sich um digitale Binärwörter, so sollten sie sich vorzugsweise ergänzen. Vorzugsweise ist der Moment der Synchronisation (das Datum) der Moment zwischen dem letzten (dem m.) ersten Kodemuster P und dem ersten der zweiten Kodemuster Q. Dieser Moment, kann z.B. ein einzigartiger Punkt in einem Feld mit 262,5-Zeilen eines NTSC-Fernsehers sein.
Beim Empfänger wird die Folge der den Synchronisationsimpuls darstellenden Kodemuster oder Wellen zur Wiedergewinnung der Synchronisationsinformation dekodiert. Da das kodierte Synchronisationssignal Teil eines umfassenderen Informationsflusses ist, ist das empfangene Signal zunächst daraufhin zu untersuchen, ob Vorkommen des ersten Kodemusters P feststellbar sind. Für diesen Zweck kann das empfangene Signal in Teile von gleicher Länge wie das P (bzw. Q) Kodemuster unterteilt, die Teile addiert und die Summe mit dem ersten Kodemuster P verglichen werden. Zeigt der Vergleich, daß die Summe aus einer Anzahl erster Kodemuster P besteht, wurde das kodierte Synchronisationssignal festgestellt.
Dieses Verfahren der Unterteilung des empfangenen Signals in Teile von gleicher Länge wie das Kodemuster und die Addition der Teile, erleichtert die Unterscheidung des kodierten Synchronisationssignals von den umgebenden Störungen (Rauschen). Es ist nachgewiesen, daß bei der Addition von aufeinanderfolgenden Teilen eines wiederholt eingehenden Signals (wie z.B. das erste Kodemuster) mit Störungen, der Störabstand, d.h. das Verhältnis der Signalstärke (S) zur Störstärke (N), zunimmt. Vgl. z.B. Petr Beckman: Probability in Communication Engineering, New York, Hartcourt, Brace & World, Inc., 1967, S. 272-274. Wird der S/N groß genug, um die Identifikation des ersten Kodemusters im empfangenen Signal zu ermöglichen, kann das kodierte Synchronisationssignal trotz einer anscheinenden Überlagerung durch Störungen erkannt werden.
Der Empfänger kann so ausgelegt werden, daß er nicht nur das Vorhandensein des ersten Kodemusters P erkennt, sondern auch dessen Phase bestimmt. Daraufhin wird eine Folge von Abbildungen entweder des ersten Kodemusters P oder des zweiten Kodemusters Q (welches, spielt keine Rolle) in einer passenden Phasenbeziehung mit dem entdeckten ersten Kodemuster lokal generiert. Normalerweise reicht es aus, wenn die lokal generierten Kodemuster mit den eingehenden Kodemustern in Phase sind. Diese lokal generierten Kodemuster, die fehlerfrei sind, können in einem Korrelator mit dem eingehenden Signal verglichen werden. (Handelt es sich bei den lokal generierten Kodemustern um erste Kodemuster P, wird die Ausgabe des Korrelators hoch sein, während das Kodemuster m-Mal in dem eingehenden Signal wiederholt wird; handelt es sich bei den lokal generierten Kodemustern um zweite Kodemuster Q, wird die Ausgabe des Korrelators während dieser Zeit niedrig sein) Ändert sich die Korrelator-Ausgabe (von hoch zu niedrig oder umgekehrt, je nachdem welches Muster lokal generiert wurde), kann die Veränderung als das Synchronisationssignal oder Datum erkannt werden.
Das Synchronisationssignal kann dann in jeder geeigneten Art zur Synchronisation von Empfänger und Sender eingesetzt werden. Beispielsweise als globales Rücksetzsignal für alle Zähler zur Steuerung der horizontalen und vertikalen Wobbelgeneratoren und Demultiplexer. Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen folgendes:
Bild 1 ist ein Diagramm der in der vertikalen Austastlücke (z.B. Zeile 2) in einem MAC-Fernsehformat übertragenen Daten (einschließlich Synchronisationsinformationen);
Bild 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Synchronisationswiedergewinnungsapparats;
Bild 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm der bevorzugten Ausführung des Synchronisationswiedergewinnungsapparats;
Bild 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Rekursivfilters;
Bild 5 ist ein Blockdiagramm eines in Bild 3 gezeigten Digitalfilters 308; und
Bild 6 ist ein Zustandsdiagramm der in Bild 3 gezeigten Mustererkennungsschaltung.
Die bevorzugte Ausführung der Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Multiplexed Analog Component (MAC)- Fernsehsystem (Analogkomponenten-Fernsehsystem in Multiplexschaltung) beschrieben. Beim zusammengesetzten MAC-Farbfernsehsignal, genau wie beim NTSC-Signal, werden Helligkeits- und Farbinformationen getrennt übermittelt. Anders als beim NTSC-Signal, werden bei MAC die Teile des Fernsehsignals für Helligkeit und Farbe auf den gleichen Träger moduliert. Sie sind nicht nach Frequenz, sondern nach Zeit getrennt. Jede horizontale Zeile in einem MAC-Fernsehsignal, die Bildinformationen enthält, besteht aus drei Teilen: der horizontalen Austastlücke, dem Farbsignal, dem Helligkeitssignal. In der horizontalen Austastlücke werden keine Bildinformationen übertragen; sie kann jedoch Synchronisationssignale oder Audioinformationen tragen. Entweder das Farb- oder das Helligkeitssignal oder beide können vor der Übertragung zeitkomprimiert und nach dem Empfang dekomprimiert werden. Insgesamt ist das MAC-Fernsehen in der Fachwelt hinreichend bekannt.
Bei einem MAC-Fernsehformat wird die Synchronisationsinformation während Zeile 2 der vertikalen Austastlücke übertragen. Bild 1 ist ein Diagramm der in diesem Format in Zeile 2 übertragenen Daten. Die Zeile ist in 455 Symbole unterteilt, die jeweils 139,7 ns erfordern (die Symbole treten mit einer Frequenz von 7,157 MHz auf). Die 455 Symbole besetzen dann eine standardinäßige Fernsehzeile von 63,56 us. Die ersten 78 Symbole, 10,90 us, füllen die horizontale Austastlücke und tragen während der vertikalen Austastlücke die gleiche Art von Informationen (z.B. den Ton), die sie während des vertikalen Austastens trugen. Die meisten der übrigen Symbole in Zeile 2 der vertikalen Austastlücke sind für die Synchronisation reserviert.
Ab Symbol 79 wird eine Folge von ersten Kodemustern P übertragen. In seiner bevorzugten Ausführung besteht das erste Kodemuster P aus den folgenden acht Binärziffern: 11110000. Dieses erste Kodemuster P wird 41-1/2- mal übertragen, während insgesamt 332 Symbolen. Nach der 41-1/2-maligen Übertragung des ersten Kodemusters P wird das zweite Kodemuster Q in Phase mit P zweimal übertragen. Da ein zusätzlicher halber Zyklus von P übertragen wurde, bedeutet eine Übertragung "in Phase", daß die Übertragungen von Q in der Mitte des zweiten Kodemusters Q einsetzen müssen (d.h. 1111). (Falls eine integrale Zahl von Kodemustern P übertragen worden wäre, müßten die Q-Übertragungen am Anfang von Q einsetzen --- d.h., 0000). In seiner bevorzugten Ausführung stellt das zweite Kodemuster Q die Ergänzung des ersten Kodemusters P dar, d.h. 00001111. Somit ist das Synchronisationsmoment als die Phasenumkehr zwischen der letzen Übertragung des ersten Kodemusters P und der ersten Übertragung des zweiten Kodemusters Q kodiert. Nach der zweiten Übertragung des zweiten Kodemusters Q, werden vier Feldkennungswellenformen übertragen, welche jeweils aus sieben Symbolen bestehen. Diese in Tabelle 1 gezeigten Wellenformen dienen zur Identifikation desjenigen der 16 Felder, das übertragen wir. (Sie können zur Synchronisation von Verschlüsselungen des Systems benutzt werden). Das Symbol 455 schließlich ist eine 0. (Es könnte erforderlich sein, bei einigen Zeilen ein zusätzliches Symbol hinzuzufügen, um sicherzustellen, daß die steigenden Flanken des ersten Kodemusters mit einem in Zeile 1 der vertikalen Austastlücke übertragenen Referenz-Zwischenträger in Phase sind. In der bevorzugten Ausführung betrifft dies die Felder 0, 3, 4,7, 8, 11, 12 und 15 der 16-Feld-Sequenz. In diesen Feldern wird direkt nach Symbol 78 eine zusätzliche Null eingefügt). Tabelle I Feld in Wellenformen Feld
Bild 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Synchronisationswiedergewinnungsapparats. Das eingehende Signal, einschließlich der Zeile 2 der vertikalen Austastlücke, trifft bei Terminal 202 ein und wird zum Rekursivfilter 204 und Korrelator 206 weitergeleitet. Beim Empfang des ersten Kodemusters P, erstellt der Rekursivfilter 204 an seiner Ausgabe ein Abbild des ersten Kodemusters P mit steigender Amplitude und zunehmendem Störabstand. Nachstehend wird der Rekursivfilter 204 noch eingehender beschrieben, hier genügt die Feststellung, daß es sich im allgemeinen um jeden Filter handeln kann, der fähig ist, den Störabstand des ersten Kodemusters P bei.wiederholter Übertragung des Musters P zu verbessern. Näch dem Empfang einiger erster Kodemuster P, steigt die Amplitude an der Ausgabe des Rekursivfilters 204 bis zum für das Auslösen des Schwellendetektors 208 kritischen Punkt an.
Die Ausgabe des Schwellendetektors 208 ist charakteristisch für das erste Kodemuster P, diese Ausgabe wird von der Mustererkennungsschaltung 210 erkannt. In der bevorzugten Ausführung steigt der Störabstand bei der Eingabe des Schwellendetektors 208 während wiederholter Übertragungen des ersten Kodemusters P an, bis der Schwellendetektor 208 das erste Kodemuster P exakt reproduziert. Daraufhin versucht die Mustererkennungsschaltung 210 einen genauen Abgleich zwischen der Ausgabe des Schwellendetektors 208 und dem ersten Kodemuster P zu erreichen. In anderen Ausführungen könnten der Schwellendetektor 208 und die Mustererkennungsschaltung 210 durch einen Korrelator ersetzt werden, dem ein Schwellendetektor nachgeschaltet ist, der eine Erkennung des ersten Kodemusters P (z.B. eine Erkennung entsprechend der größten Ähnlichkeit) vornimmt.
Die Ausgabe der Mustererkennungsschaltung 210 löst die lokale Generierung, z.B. des zweiten Kodemusters Q in einer Versuchsposition aus, die entsprechend mit den eingehenden Kodesignalen in Phase ist. (Alternativ könnte auch eine lokale Generierung des ersten Kodemusters P ausgelöst werden). Die Generierung des zweiten Kodemusters Q geschieht mit einem Q-Mustergenerator 212, der in der bevorzugten Ausführung lediglich ein Wechselrichter ist, da Q ja eine Ergänzung von P darstellt. Das lokal generierte zweite Kodemuster Q aus dem Q-Generator 212 ist die Eingabe für den Korrelator 206 für den Vergleich mit dem empfangenen Signal. Korrelator 206 berechnet daraufhin die Übereinstimmung zwischen zweitem Kodemuster Q und aufeinanderfolgenden Teilen des Eingangssignals von gleicher Länge wie das zweite Kodemuster Q. Wie zu erwarten ist, ist die berechnete Korrelation während des Empfangs der 41-1/2 Wiederholungen des ersten Kodemusters P negativ. Sobald jedoch das erste der zweiten Kodemuster Q empfangen wird, wird eine hohe positive Korrelation berechnet. Die Veränderung in der Korrelation wird vom Schwellendetektor 214 erkannt, seine Ausgabe ist der dekodierte Synchronisationsimpuls. In der bevorzugten Ausführung wird dieser Impuls (manchmal indirekt) zur Rücksetzung der Systemzähler benutzt.
Bild 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm der bevorzugten Ausführung des Synchronisationswiedergewinnungsapparats. Das zusammengesetzte MAC Signal (einschließlich kodiertem Synchronisationsimpuls) wird per Funk in analoger Form übertragen, obwohl es ursprünglich ein digitales Signal ist. Es wird zunächst vom Analogfilter 302, einem auf 894,6 kHz (der Frequenz mit der die Kodemuster P und Q auftreten) eingestellten Bandpaßfilter gefiltert (Symbolfrequenz 7,157 MHz geteilt durch 8 Symbole pro Kodemuster). Als nächstes wird das Signal gefiltert und verstärkt und zwar mit dem Hochpaß 304 bzw. dem Verstärker 306. Das hieraus resultierende Signal geht an den Eingabeterminal 202.
Der Rekursivfilter ist der Digitalfilter 308, ein auf 894,6 kHz eingestellter digitaler Bandpaßfilter achter Ordnung. Die Pole dieses Filters liegen genau auf dem Einheitenkreis (unit circle) in der Z-Ebene, woraus sich eine extrem enge Bandbreite ergibt und folglich eine hervorragende Störungsunterdrückung. Der Filter wird durch periodische Löschung der Speicherelemente durch die Eingabe- Steuerlogikschaltung 309 stabil gehalten.
Wenn die 894,6 kHz Kodemuster in den Digitalfilter 308 gelangen, fällt seine Ausgabe ab. Nachdem das erste Kodemuster P für einen Zeitraum zwischen 28 us und 46 us (je nach Störstärke) auf den Digitalfilter 308 einwirkte, ist die Ausgabe des Filters stark genug geworden, um den Schwellendetektor 310 auszulösen und die Mustererkennungsschaltung 312 zu aktivieren. Wie in Bild 3 gezeigt, ist ein Wert von gleich oder größer als 25 "Einser" die Schwelle für die Erkennung einer "Eins" bei der Ausgabe des Digitalfilters 308. Ein Wert von gleich oder kleiner als 7 ist der Schwellenwert für die Erkennung einer "Null" bei der Ausgabe des Digitalfilters 308. In 28 us hat der Digitalfilter 308 25 erste Kodemuster P empfangen; somit ist der kumulierte Wert für jede der vier Einser-Positionen des ersten Kodemusters P 25 erreicht, falls keine Störungen vorhanden sind. In 46 us sind dann alle 41-1/2 Wiederholungen des ersten Kodemusters P empfangen worden.
Die Mustererkennungsschaltung 312 erfüllt zweierlei Aufgaben. Zunächst, prüft sie die Ausgaben des Schwellendetektors 310, um festzustellen, ob diese als Ergebnis der Vorlage eines 894,6 kHz-Signals bei der Eingabe des Digitalfilters produziert wurden. Hierbei geht es lediglich darum, festzustellen, ob acht Beispiele des "größer als"/"kleiner als"-Signals (aus dem Schwellendetektor 310) die folgenden Kriterien erfüllen:
a. Es müssen genau vier "größer als" und vier "kleiner als"-Signale vorliegen; und
b. Es müssen entweder vier "größer als" oder vier "kleiner als"-Signale aufeinander folgen.
Ist festgestellt worden, daß ein 894,6 kHz-Signal vorlag, beginnt die Mustererkennungsschaltung 312 mit der lokalen Generierung der eigenen Versionen des 894,6 kHz-Signals, d.h. einer Folge von ersten Kodemustern p. Diese Muster werden zusammen mit dem eingehenden Signal vom Eingabeterminal 202 in das Antivalenzglied 314 eingegeben, um die Phasenumkehr im kodierten Synchronisationssignal zu lokalisieren (siehe Bild 1).
Tritt die Phasenumkehr ein, wechselt die Ausgabe des Antivalenzgliedes 314 von "0" auf "1". Die Ausgabe des Antivalenzgliedes 314 treibt die serielle 12-von-16- Wahl-Schaltung (voting circuit) 316, deren Ausgabe immer dann aktiv hoch ist, wenn 12 der letzen 16 Eingabebeispiele Einser waren. Wenn keine Störungen vorhanden sind, liegt der Punkt, an dem die Ausgabe der Wahl-Schaltung aktiv hoch wird, in Bezug auf das zusammengesetzte MAC-Signal fest (falls - wie in der bevorzugten Ausführung - das eigentliche Synchronisationssignal festgelegt ist). Wegen der Störungen, die Fehler im Phasenumkehrabschnitt des Kodewortes verursachen, ist der Punkt an dem die Ausgabe der Wahl-Schaltung aktiv hoch wird jedoch nicht unbedingt festgelegt.
Hier wird durch die Re-synchronisation der Ausgabe der Wahl-Schaltung 316 mit den lokal generierten ersten Kodemustern P aus der Mustererkennungsschaltung 312 Abhilfe geschaffen. Diese Re-synchronisation findet in der Rücksetzschaltung 318 statt. (Ohne die Rücksetzschaltung 318, würde die Ausgabe der Wahl-Schaltung 316 als dekodiertes Synchronisationssignal wahrgenommen. In der bevorzugten Ausführung wird das dekodierte Synchronisationssignal jedoch der Ausgabe der Rücksetzschaltung 318 entnommen). In der Rücksetzschaltung 318 werden zwei für die Wiedergewinnung eines einwandfrei getakteten Synchronisationsimpulses unabdingbare Informationen kombiniert. Sie erhält von der Mustererkennungsschaltung 312 den lokal generierten Fluß erster Kodemuster P. Da diese Muster fehlerfrei sind, enthalten sie fehlerfreie Informationen über die genaue Stelle innerhalb jedes Kodemusters, an der der Synchronisationsimpuls auftreten könnte (in der Mitte der Zeichenfolge). Die einzige fehlende Information, ist eine Identifikation desjenigen Kodemusters, in dessen Mitte sich das Synchronisationssignal befindet und diese Information wird von der Wahl-Schaltung 316 beigesteuert. Somit bietet die Mustererkennungsschaltung 312 ein ein Bit breites Fenster während jedes Zyklus des ersten Kodemusters P, während dem der Synchronisationssimpuls auftreten könnte, falls sich die Wahl-Schaltung 316 im richtigen Zustand befindet. Die Ausgabe des Synchronisationsimpulses erfolgt durch die Rücksetzschaltung in demjenigen dieser Fenster, das während eines Kodemusters auftritt, wenn die Ausgabe der Wahl-Schaltung hoch wird.
Das beschriebene System dient zur Wiedergewinnung präzise getakteter Synchronisationsimpulse, wenn die Bedingungen für die Signale schlecht sind. Falls die Bedingungen für die Signale noch schlechter sind, kann die Betriebsbreite des Systems dadurch erweitert werden, daß eine Wiedergewinnungs-Schaltung zum Ersetzen von Synchronisationsimpulsen mit einbezogen wird, die während zu starker Störungen nicht erkannt oder falsch dekodiert wruden. (Diese Erweiterung ist nur möglich, wenn die übertragenen Synchronisationsimpulse periodisch sind).
In einer Ausführung benutzt eine Wiedergewinnungsschaltung einen Rekursivfilter, gleich dem des Rekursivfilters 204, auf den ein Schwellendetektor, ähnlich dem Schwellendetektor 208 folgt. Die Rekursivzeit würde dann der Dauer des übertragenen Synchronisationsignals entsprechen.
In der bevorzugten Ausführung wird der dekodierte Synchronisationsimpuls aus der Rücksetzschaltung 318 indirekt zur Rücksetzung der Systemzähler benutzt wie in Bild 3 gezeigt. Die Systemzähler 322 arbeiten kontinuierlich und setzen sich automatisch periodisch auf 0 zurück, wobei diese Zeit nominal die gleiche ist, wie die Dauer der übertragenen Synchronisationsimpulse. Werden die Systemzähler auf 0 zurückgesetzt, entwickeln sie einen System-Synchronisationsimpuls auf Leitung 324, der mit dem dekodierten Synchronisationsimpuls auf Leitung 326 verglichen wird. Der Vergleich findet in der Hystereseschaltung 320 statt, die zählt, wie oft die System-Synchronisation und die dekodierte Synchronisation nicht übereinstimmen. Wird eine bestimmte Anzahl erreicht (in der bevorzugten Ausführung 5), wird das nächste dekodierte Synchronisationssignal benutzt, um die Systemzähler zurückzusetzen. Werden weniger als der voreingestellte Wert gezählt, wird das dekodierte Synchronisationssignal nicht für die Rücksetzung der Systemzähler benutzt; sie können sich dann automatisch zurücksetzen. Durch diese Vorkehrung werden nicht erkannte Synchronisationssignale von den Systemzählern wiedergewonnen, während Synchronisationssignale, die gelegentlich fälschlich erkannt werden (d.h. die erkannt werden, wenn kein Synchronisationswort übertragen wurde), unberücksichtigt bleiben.
Bild 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Rekursivfilters. Das vom Terminal 202 eingegangene kodierte Synchronisationssignal wird im Addierglied 402 zum von der Ausgabe des Rekursivfilters abgeleiteten Rückführungssignal addiert. Diese Summe wird in der Verzögerungsleitung 404 verzögert, die eine Verzögerung von der Dauer des ersten bzw. zweiten Kodemusters (die ja gleich lang sind) verursacht. Die Ausgabe der Verzögerungsleitung 404 wird in den Schwellendetektor eingegeben und auch durch den Produktgewinnverstärker 406 zum Addierglied 402 rückgeführt. In der bevorzugten Ausführung, in der der Rekursivfilter der Digitalfilter 308 ist, handelt es sich bei der Verzögerungsleitung 404 um eine Schieberegistermatrix.
Bild 5 ist ein Blockdiagramm des Digitalfilters 308. Das eingehende Signal gelangt seriell in Terminal 202 und wird im Sechs-Bit-Addierglied 502 zum Signal im Ausgabebus 504 addiert. Die Summe wird über Eingabebus 506 zu sechs Acht-Bit-Sieberegistern 508 übertragen, wo sie um die Länge eines Kodemusters (acht Bits) verzögert wird, bevor sie über den Ausgabebus 504, der die Summe auch an das Eingabe-Addierglied 502 rückführt, zum Schwellendetektor 310 gelangt.
Durch die Verwendung von Acht-Bit-Schieberegistern, unterteilt der Digitalfilter 308 das eingehende Signal in Tielen zu je acht Bit (Teile gleicher Länge wie die Kodemuster). Addierglied 502 addiert dann jede Stelle des eingehenden Acht-Bit-Teils zu der entsprechenden Stelle der Summe im Ausgabebus 504. Ist das entsprechende Bit (d.h. das dritte Bit) des nächsten Acht-Bit-Teils eine "1", steigt die Summe auf dreizehn.
Der Schwellendetektor 310 vergleicht danach jede der acht Summen der entsprechenden Stellen mit einem Schwellenwert. In der bevorzugten Ausführung, gibt es eigentlich zwei Schwellenwerte, 7 und 25. Ist die betreffende Summe kleiner oder gleich 7, gibt der Schwellendetektor 310 auf der "größer als" -Leitung eine "0" und auf der "kleiner als"-Leitung eine "1" aus. Ist die Summe größer oder gleich 25, erfolgt die Ausgabe von "1" auf der "größer als" -Leitung und von "0" auf der "kleiner als"-Leitung. Liegt die Summe zwischen 7 und 25, gibt der Schwellendetektor 310 auf beiden Leitungen Nullen aus.
Bild 6 ist ein Zustandsdiagramm der Mustererkennungsschaltung 312. Wie zuvor schon ausgeführt, überwacht die Mustererkennungsschaltung 312 die Ausgaben des Schwellendetektors 310, um festzustellen, ob eine der folgenden acht Kombinationen von acht Binärstellen wiederholt in den Digitalfilter 308 eingegeben wurde.
Die von 1 bis 35 numerierten Kästen in Bild 6 sind die Zustände, in denen sich die Mustererkennungsschaltung 312 befinden kann, die Pfeile stellen die Übergänge zwischen den Zuständen dar. Die Stellenpaare (d.h. 01 oder 10) neben den meisten Übergangspfeilen geben die an beiden Ausgaben des Schwellendetektors 310 für den betreffenden Übergang erforderlichen Werte an. Die Werte sind in der Reihenfolge "größer als", dann "kleiner als" aufgeführt. Wenn sich die Mustererkennungsschaltung 312 z.B. im Zustand 17 befindet, wird sie in Zustand 16 übergehen, wenn die "größer als" -Ausgabe des Schwellendetektors 310 eine "0" und gleichzeitig die "kleiner als"-Ausgabe eine "1" ist. Ist jedoch, die "größer als"-Ausgabe eine "1" und die "kleiner als"-Ausgabe eine "0", geht die Mustererkennungsschaltung 312 stattdessen in Zustand 25 über. Die Schaltung setzt in Zustand 35 ein und verbleibt so, bis der Übergang zu Zustand 1 durch ein aktives niedriges Tor- Öffnungssignal (gating) ausgelöst wird; und sie verbleibt in Zustand 1, bis das Tor-Öffnungssignal auf den aktiven hohen logischen Stand umschaltet. Zustand 34 ist der Endzustand, der erreicht wird, wenn eine der vorstehenden acht Kombinationen erkannt wurde. Im Zustand 34 gibt die Mustererkennungsschaltung 312 eine Flagge aus (um mit der lokalen Generierung einer Reihe von ersten Kodemustern P zu beginnen) und geht in Zustand 35 über, um auf das nächste aktive niedrige Tor-Öffnungssignal zu warten. Sind sowohl die "größer als"- als auch die "kleiner als"-Ausgabe des Schwellendetektors 310 eine "0", hat der Digitalfilter 308 zu wenig erste Kodemuster empfangen, um sie innerhalb der Störungen auszumachen. Sind beide Ausgaben des Schwellendetektors 310 "1" (was höchst unwahrscheinlich ist), müssen die Speicherelemente des Digitalfiltes 308 geleert werden.
Obwohl die erklärenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichungen eingehend beschrieben wurden, soll die Erfindung keineswegs nur auf diese genauen Ausführungen beschränkt sein. So müssen z.B. die Kodemuster P und Q nicht abhängig sein. In das kodierte Synchronisationssignal können willkürliche Wellenformen einbezogen werden, falls deren Position und Länge bekannt sind und vom Empfänger ignoriert werden können.

Fig. 1

1 Symbol
2 Horizontale Daten, 78 Symbole
3 Muster P
4 Phasenumkehr
5 2 Muster Q (Einsetzend in der Mitte des Musters)

Fig. 2

204 Rekursivfilter
208 Schwellendetektor
210 Mustererkennung
212 Q-Mustergenerator
206 Korrelator
214 Schwellendetektor

Erkannter Synchronisationsimpuls

Fi. 3

309 Eingabesteuerlogik
309a Taktgeber
309b Rücksetzen
302a Zusammengesetztes MAC-Signal
302 Analogfilter
308 Digitalfilter
310 Schwellendetektor
312 Mustererkennung
316 Wahlschaltung
320 Hysterese
322 Systemzähler
322a systemzeitgebersignale

Fig. 4

Vom Teminal 202
402 Addierglied
404 Rücksetzen

Zum Schwellendetektor

Fig. 5

Zum Schwellendetektor
502 Sechsbitaddierglied
508 Achtbit-Schieberegister

Claims

1. Methode zum Empfang und Erkennung eines kodierten Synchronisationssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal als m identische erste Kodemuster (P) kodiert ist, auf welche n identische zweite Kodemuster (Q) folgen, wobei jedes der ersten und zweiten Kodemuster von gleicher vordefinierter Dauer und miteinander in Phase sind, das erste Kodemuster (P) unterscheidet sich vom zweiten Kodemuster (Q), wobei m und n reelle positive Zahlen sind und m größer eins ist, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Erkennung des Auftretens des ersten Kodemusters (P) im empfangenen Signal;

lokale Generierung einer Vielzahl von Darstellungen entweder des ersten Kodemusters (P) oder des zweiten Kodemusters (Q) in vordefinierter Phasenbeziehung mit dem erkannten Auftreten des ersten Kodemusters (P);

Vergleich des empfangenen Signals mit den lokal generierten Darstellungen; und

Erkennung einer Veränderung im Vergleich als das Synchronisationssignal.

2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erkennens des Auftretens des ersten Kodemusters (P) besteht aus:

Unterteilung des empfangenen Signals in Teile von jeweils vordefinierter Dauer;

Hinzufügung einer Vielzahl der Teile;

Vergleich der Summe der Teile mit dem ersten Kodemuster (P); und

Bestimmung des Vorkommens des ersten Kodemusters (P) im empfangenen Signal anhand des Vergleiches.

3. Methode nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kodemuster (P) und das zweite Kodemuster (Q) sich unterscheiden.

4. Methode nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite Kodemuster, erste Binär-kodewörter (P) bzw. identische zweite Binärkode-wörter (Q) sind, daß jedes der ersten und zweiten Kodewörter die gleiche vordefinierte Anzahl von Ziffern hat und sich mit den anderen in Phase befindet, daß das erste Binärkodewort (P) die Ergänzung des zweiten Binärkodeworts (Q) ist, bei der der Schritt der Erkennung besteht aus:

Unterteilung des empfangenen Signals in Teile, die die vordefinierter Anzahl von Ziffern enthalten;

Hinzufügung entsprechender Ziffern einer Vielzahl der Teile;

Vergleich der Summe der entsprechenden Ziffern der Teile mit der entsprechenden Ziffer des ersten Binärkodewortes (P); und

Bestimmung des Vorkommens des ersten Binärkodewortes (P) im empfangenen Signal anhand des Vergleiches;

sowie dadurch, daß die Methode ferner auch folgendes umfasst:

lokale Generierung einer Vielzahl entweder des ersten oder des zweiten Binärkodewortes (P) in Phase mit den empfangenen ersten Binärkodewörtern (P);

Korrelation des empfangenden Signals mit den lokal generierten Binärkodewörtern (P); und

Erkennung einer Veränderung in der Korrelation als das Synchronisationssignal.

5. Kommunikationssystem mit einem Sender zur Übertragung einer Nachricht und einem Empfänger zu deren Empfang, dessen Empfänger mit dem Sender synchronisiert werden muß, gekennzeichnet durch Mittel zur Generierung eines kodierten elektrischen Signals bestehend aus:

m identischen ersten elektrischen Wellen (P) von vordefinierter Dauer;

n identischen zweiten elektrischen Wellen (Q) von gleicher vordefinierter Dauer, welche auf die ersten elektrischen Wellen (P) folgen und mit diesen in Phase sind; wobei

die zweite elektrische Welle (Q) sich von der ersten elektrischen Welle (P) unterscheidet, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist,

der Empfänger zum Vergleich des Synchronisationssignals mit einer lokal generierten elektrischen Welle zur Synchronisation von Empfänger und Sender ausgelegt ist.

6. Kommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lokal generierte Signal Darstellungen entweder der ersten oder der zweiten elektrische Welle (P,Q) umfasst.

7. Kommunikationssystem nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger fähig ist, das Synchronisationssignal in Teile mit dieser vordefinierten Dauer zu unterteilen, eine Vielzahl der Teile hinzuzufügen, jede Summe mit der ersten elektrische Welle (P) zu vergleichen und anhand des Vergleichs festzustellen, ob die elektrische Welle (P) im Synchronisations-Signal enthalten ist.

8. Apparat zur Entdeckung eines Synchronisationssignals, dadurch gekennzeichnet, daß er ausgelegt ist, einen Synchronisationsimpuls zu erkennen, der als in identische erste Kodemuster (P), gefolgt von n identischen zweiten Kodemustern (Q) kodiert ist, wobei jedes der ersten und zweiten Kodemuster von gleicher vordefinierter Dauer ist und sich diese miteinander in Phase befinden, die m identischen ersten Kodemuster (P) haben dabei eine erste Wellenform und die n identischen zweiten Kodemuster (Q) eine von der ersten unterschiedlichen Wellenform, hierbei sind m und n positive reelle Zahlen und m größer eins, ferner gekennzeichnet durch folgendes:

Eingabemittel zum Empfang des kodierten Synchronisationsimpulses;

an die Eingabemittel gekoppelte Erkennungsmittel (204, 208, 210) zur Erkennung der ersten Wellenform im empfangenen Signal;

an die Erkennungsmittel gekoppelte Signalgenerierungsmittel (212) zur lokalen Generierung von Darstellungen entweder der ersten oder der zweiten Wellenform, die sich mit der erkannten ersten Wellenform in einem vordefinierten Phasenverhältnis befinden;

Vergleichsmittel (206) zum Abgleich von empfangenen Signalen und lokal generierten Darstellungen; und Detektionsmittel (214) zur Erkennung einer Veränderung im Abgleich als den Synchronisationsimpuls.

9. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erkennungsmittel aus folgendem besteht: an das Eingabemittel gekoppelte Additionsmittel (204) zur Hinzufügung einer Vielzahl von Teilen vordefinierter Dauer des empfangenen Signals; und an das Additionsmittel gekoppelte Mustererkennungsmittel (210) zum Vergleich der Summe der Teile mit der ersten Wellenform und zur Bestimmung des Vorkommens der ersten Wellenform im empfangenen Signal, anhand dieses Vergleichs.

10. Methode zum Betrieb eines Kommunikationssystems mit einem Sender zur Übertragung einer Nachricht und einem Empfänger zu deren Empfang, dessen Empfänger mit dem Sender synchronisiert werden muß, gekennzeichnet durch die Generierung eines vom Empfänger zu empfangenden Synchronisationssignals in folgender Weise:

Generierung von m identischen ersten elektrischen Wellen (P) von vordefinierter Dauer;

Generierung von n identischen zweiten elektrischen Wellen (Q) von gleicher vordefinierter Dauer, welche auf die ersten elektrischen Wellen (P) folgen und mit diesen in Phase sind; wobei

die zweite elektrische Welle (Q) sich von der ersten elektrische Welle (P) unterscheidet, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist,

der Empfänger das Synchronisationssignal mit dem lokal generierten Signal vergleicht, um somit Empfänger und Sender miteinander zu synchronisieren.

11. Methode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lokal generierte Signal Darstellungen entweder der ersten oder der zweiten elektrische Wellen (P,Q) umfasst.

12. Elektrischen Nachrichtensender, der Mittel zur Generierung eines vom entsprechenden Nahrichtenempfänger zu empfangen-des Synchronisationssignals besitzt dadurch gekennzeichnet, daß das Generierungsmittel folgendes umfasst:

Mittel zur Generierung eines vom entsprechenden Nachrichtenempfänger zu empfangenden Synchronisationssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Generierungsmittel folgendes umfasst:

Mittel zur Generierung von m identischen ersten elektrischen Wellen (P) von vordefinierter Dauer; und

Mittel zur Generierung von n identischen zweiten elektrischen Wellen (Q) von gleicher vordefinierter Dauer, welche auf die ersten elektrischen Wellen (P) folgen und mit diesen in Phase sind;

wobei die zweite elektrische Welle (Q) eine stark negative Korrelation zur ersten elektrische Welle (P) hat, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist.

13. Sender nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Wellen identische erste Kodemuster (P) sind und die zweiten elektrische Wellen identische zweite Kodemuster (Q).

14. Sender nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodemuster (P, Q) Binärwörter sind.

15. Methode zur Generierung eines für den Empfang durch den zugehörigen Nachrichtenempfänger adaptierten Synchronisationssignals in einem elektrischen Nachrichtensender, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

die zweite elektrische Welle (Q) eine stark negative Korrelation zur ersten elektrische Welle (P) hat, m und n positive reelle Zahlen sind und m größer eins ist,

16. Methode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrische Wellen identische erste Kodemuster (P) darstellen und die zweiten elektrischen Wellen identische zweite Kodemuster (Q).

17. Methode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodemuster (P, Q) Binärwörter sind.