DE3872960T2 - Verfahren und geraet zum dekodieren von duobinaeren signalen, uebertragen mittels salven. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Decodierung der duobinär codierten, in Salven gesendeten Signale, und sie findet besonders wichtige Verwendung in Einrichtungen zum Senden von Fernsehprogrammen in Form eines Multiplex von analogen Bildsignalen und von duobinär codierten digitalen Ton- und Datensignalen.
• Es sind Normen zum Senden von Programmen über Satelliten in Form derartiger Multiplexe unter der Bezeichnung D-MAC/PAKET (mit einem numerischen Durchsatz von 20,25 Mbits/s) und D2- MAC/Paket (mit einem Durchsatz von 10,125 Mbits/s) eingerichtet worden.
• Der klassische Decodierungsmodus der duobinären Signale besteht darin, den Pegel des Signals mit Schwellwerten zu vergleichen. Ein in der Patentanmeldung FR-A-2 606 575 beschriebener wirksamerer Decodierungsmodus besteht darin, ein Kriterium maximaler Wahrscheinlichkeit zu verwenden und den Viterbi-Algorithmus zu verwenden. Diese Lösung gestattet es, im Fall einer Vollzeit- (d.h. auf fortgesetzte Weise erfolgenden) Übertragung des duobinären Signals Leistungen zu erzielen, bei denen der Wert des Verhältnisses Signal zu minimalem akzeptablem Rauschen reduziert wird.
• Die reine und einfache Anwendung der Viterbi-Decodierung auf in Salven gesendete Signale reduziert jedoch die Leistungen beträchtlich. Dies beruht besonders darauf, daß der Decodierer während der die Salven trennenden Intervalle ein Signal empfängt, das nicht duobinär codiert ist (beispielsweise das MAC-Signal) und das er der Decodierung unterzieht, sobald es Verletzungen der Codierungsregel aufzeigt.
• Zu diesem Analysepunkt muß in Erinnerung gebracht werden, daß die duobinär codierten numerischen Signale des Multiplexes gemäß der Norm D oder D2-MAC/PAKET in zwei Formen im Raster des Fernsehsignals vorhanden sein können:
• - mit einem festen Format, wobei die Position der verschiedenen Nachrichten fest ist, konstant in bezug auf die im Multiplex enthaltenen Synchronisationssignale und dem Decodierer bekannt;
• - mit einem variablen Format, wobei die Position der Nachrichten nicht fest ist, was es erforderlich macht, die Position verschiedener Nachrichten im Raster des Fernsehsignals zu übertragen.
• Im häufigsten Fall ist ein Teil der Nachrichten mit Informationen in digitaler Form im festen Format, und ein anderer Teil ist im variablen Format.
• Beispielsweise sieht die mit "Spezifikation des D2- MAC/Paket-Systems" bezeichnete, im September 1985 durch den französischen Staat veröffentlichte Norm vor, daß die Zeilen der Halbbildunterdrückung für die Übertragung von digitalen Teletext-Signalen verwendet werden können. Diese Signale werden durch denselben duobinären Codierer erzeugt, wie er zur Codierung der in den Zeilenaustastintervallen übertragenen Töne und Daten verwendet wird, wobei die Zuordnung der durch Teletext verwendeten Zeilen durch eine Information bezogen auf die Struktur des temporären Multiplexes (besagte Information TDM CTL, im Teil I, Kap. 5-4 der oben erwähnten Norm beschrieben) definiert ist. Diese Information ist in der Zeile 625 des Fernsehrasters enthalten. Eine gleichartige Organisation ist für das D-MAC/PAKET vorgesehen.
• Es ist erforderlich, daß sich der beim Empfang vorgesehene Decodierungsmodus an die zweite Formatart anpassen kann, was das Problem noch komplizierter macht.
• Überdies können nach der Funktionsart des Senders zwei Fälle auftreten. Im ersten Fall wird die Funktion des duobinären Codierers zwischen den aufeinanderfolgenden Salven unterbrochen. Im zweiten Fall, der der durch die D2-MAC/PAKET-Norm vorgesehene ist, arbeitet der duobinäre Codierer zwischen den Salven weiter. Während der Übertragung des Bildsignals MAC und während der Ausrichtperioden ist die auf den Eingang des duobinären Codierers gegebene Datensequenz einfach auf Null gesetzt.
• Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zur Decodierung von in Salven gesendeten duobinären Signalen zu liefern, das es gestattet, näher an Leistungen heranzukommen, die im Fall einer fortlaufenden Datenreihe erhalten werden, und zwar ohne daß dies zu übermäßigen Komplikationen führt.
• Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung besonders ein Verfahren zur Decodierung von Daten vor, die in Form von duobinär codierten und in Salven in einem Multiplex gesendeten Signalen gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiplex im Basisband digitalisiert wird und einer Viterbi-Decodierung unterzogen wird, indem die Teile des Multiplex ausgeblendet werden, die eine Verletzung der duobinären Codierungsregel aufgrund der Unterbrechungen zwischen Salven herbeiführen würden.
• Eine erste Ausführungsart der Erfindung, die es gestattet, optimale Ergebnisse zu erzielen, fordert, daß die Stellen der zu verarbeitenden duobinär codierten Nachrichten bekannt sein müssen. In diesem Fall werden die nicht duobinär codierten Teile ausgeblendet, indem das Taktsignal des Decodierers unterbrochen wird. Es ist ebenso erforderlich, die Paritätsregel der Codierung einzuhalten.
• Eine einfachere Lösung, die es jedoch nicht gestattet, zu den günstigsten Resultaten zu gelangen, besteht darin, die im festen Format übertragenen bekannten Informationen des Empfängers zu extrahieren, indem die zusätzlichen Informationen ignoriert werden, die im variablen Format während der Halbbildunterdrückungsintervalle übertragen werden können: Dies ist der Decodierer mit Normalschwelle, die die Decodierungsfunktion während der Halbbildunterdrückungsintervalle sicherstellt. Diese Lösung gestattet es, die Verarbeitung der in der Zeile 625 enthaltenen Daten zu unterlassen.
• Es ist möglich, optimale Resultate zu erhalten, ohne daß die in der Zeile 625 enthaltenen Informationen ausgewertet werden müssen, unter der Bedingung, daß die in jeder Zeile der Halbbildunterdrückung enthaltenen Bits mit Pegel 1 geradzahlig ist.
• Diese Bedingung kann systematisch erfüllt werden, indem ein Paritätsbit in jedem Block entsprechend einer Datenzeile während der Halbbildunterdrückungsperiode zugefügt wird. In diesem Fall ist das letzte Bit des während einer Zeile der Halbbildunterdrückung übertragenen Blocks vor dem ersten Zeilensynchronisationsbit das Paritätsbit des Blocks mit 531 Bits, der ihm vorhergeht. Dieses Bit wird mit Pegel 0 übertragen, wenn die Zahl von "1" der 531 vorhergehenden Bits geradzahlig ist; es wird mit Pegel 1 übertragen, wenn die Zahl von "1" der vorhergehenden 531 Bits ungeradzahlig ist.
• Dieses "Füll"-Bit am Ende jeder Salve gestattet es, den Fehler in dem Fall einzudämmen, in dem der Viterbi-Decodierer fortlaufend arbeitet (kein Anhalten am Ende jeder Salve). Es stellt sich heraus, daß es einfach ist, dieses Bit einzuführen, denn in der D-MAC/Paket-Norm bleibt am Ende jeder Salve D ein Bit frei.
• Die Erfindung schlägt ebenso eine Vorrichtung vor, die es gestattet, das oben definierte Verfahren zu verwenden. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 umfaßt Mittel zur Taktgebergewinnung des Signals, einen Analog/Digital-Umsetzer, einen Viterbi-Decodierer und Mittel, die dazu bestimmt sind, die Funktion des Viterbi-Decodierers durch Unterbrechung des Taktsignals zu unterbrechen, das während der Unterbrechungen zwischen Salven auf den Decodierer gegeben wird.
• Die Erfindung wird deshalb beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben werden. Die Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 ein Diagramm ist, das den Aufbau eines D2- oder D- MAC/PAKET-Halbbildsignals zeigt;
• Fig. 2 und 3 Funktionsdiagramme von Decodierungsvorrichtungen sind, bei denen ein Viterbi-Decodierer verwendet wird, der es jeweils gestattet, D2- und D-MAC/PAKET- Signale zu decodieren;
• Fig. 4 ein Schaltbild ist, das einen Teil einer Decodierungsvorrichtung zeigt, die eine Variante der in Fig. 2 gezeigten bildet;
• Fig. 5 ähnlich Fig. 4 eine Ausführungsvariante zeigt;
• Fig. 6 ein erläuterndes Diagramm ist, das die X-Schaltung des duobinären Codes zeigt;
• Fig. 7 ein Decodierungsbeispiel eines speziellen duobinären Signals gemäß dem Viterbi-Algorithmus zeigt;
• Fig. 8a und 8b einen möglichen Aufbau von zwei wesentlichen Teilen des Viterbi-Decodierers einer Einheit zeigen, die in die komplette Decodierungsvorrichtung einsetzbar ist.
• Es wird zunächst im folgenden die Decodierung der in einem Multiplex gemäß der D2-MAC/PAKET-Norm enthaltenen Ton- und Datensignale betrachtet. Dieses Multiplex hat die auf vereinfachte Weise in Fig. 1 gezeigte Struktur, wo die Erläuterungen L1,..., L625 die aufeinanderfolgenden Zeilen des Fernsehhalbbildes bezeichnen. Das Ton-Daten-Multiplex belegt 623 numerische Salven pro Bild, wobei die Zeile 624 Reservebits und einen Ausrichtmarkierer umfaßt, während die Gesamtheit der Zeile 625 der Übertragung eines Taktsysnchronisationswortes, eines Halbbildsynchronisationswortes und von Betriebsdaten zugeordnet ist. Jede Zeile umfaßt ein Synchronisationswort mit sechs Bits.
• Der Ton und die Daten werden in Paketen mit fester Länge übertragen, die jeweils 751 Bits umfassen, davon ein Kopf von 23 Bits und 91 Oktetten von verwendbaren Daten. Jede Zeile umfaßt 99 verwendbare Bits, wobei das erste Paket sofort nach dem Zeilensynchronisationswort der Zeile 1 beginnt und das Paket Nr. 82 in der Zeile 623 endet.
• Die Zahl von dem Teletext zugeordneten Zeilen kann implizit (festes Format) oder der freien Wahl des Senders (variables Format) überlassen sein, und in diesem Fall werden die Zeilenzahl und ihre Zahlen in der Zeile 625 angegeben.
• Unter diesen Bedingungen muß das Decodierungsverfahren zum Erlangen einer optimalen Funktion zwei Bedingungen erfüllen:
• 1. Vor der eigentlichen Viterbi-Decodierung muß das decodierte Signal verarbeitet werden, um am Eingang des Decodierers eine duobinäre Sequenz wiederherzustellen, in der keine Verletzung der duobinären Codierungsregel (d.h. kein verbotener Übergang) vorhanden ist, indem sämtliche Teile des Signals eliminiert werden, die keine tatsächlich gesendeten Nachrichten darstellen.
• 2. Es müssen sämtliche bekannten "Null"-Sequenzen des Empfängers bei der Verwendung des Viterbi-Algorithmus eliminiert werden, indem das Taktsignal unterbrochen wird derart, daß jegliches Überlaufen in den Speicherregistern des Viterbi-Decodierungskreises vermieden wird.
• Wenn die Zahl von eliminierten "Nullen" geradzahlig ist, reicht es aus, die empfangenen Abtastwerte salvenweise nebeneinanderzulegen. Wenn sie ungeradzahlig ist, werden die empfangenen Abtastwerte mit salvenweiser Umkehrung nebeneinander angeordnet, um eine Verletzung der Codierungsregel zu vermeiden.
• Die Anwendung dieser Regel macht es erforderlich, daß es möglich ist, beim Empfang die Stelle der bei der Codierung beim Senden eingeführten Daten zu bestimmen. Im Fall des D2- und D-MAC/PAKET-Systems sind diese Daten entweder im Empfänger im Fall eines festen, besagten "impliziten" Formats, gespeichert, oder in der Zeile 625 enthalten, zu deren Auswertung der Empfänger vorgesehen ist.
• In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, die für einen D2-MAC/PAKET-Empfänger bestimmt ist, geht der Decodierungsvorrichtung ein Tiefpaßfilter 10 mit Nennbandbreite gleich 8,4 MHz vorher. Das gefilterte Signal wird auf einen Kreis 12 zur automatischen Verstärkungssteuerung und Wiederherstellung der Gleichstromkomponente gegeben. Das Signal wird anschließend einerseits auf den zum Liefern des Bildsignals bestimmten Decodierer MAC 14 und andererseits auf Kreise gegeben, die die digitale Komponente verarbeiten.
• Diese Kreise umfassen ein komplementäres Filter 16, das zur Begrenzung des Bandes auf ungefähr 5 MHz bestimmt ist. Wie ersichtlich ist, kann ein Schalter zur Eliminierung dieses Filters nach Belieben vorgesehen sein, wenn der Empfänger vom Mischtyp ist und vorgesehen ist, um gleichermaßen D-MAC- Sendungen zu empfangen. Das vom Filter 16 ausgegebene Signal wird auf zwei Kanäle zur Parallelverarbeitung gegeben.
• Der erste Kanal umfaßt einen duobinären Decodierer mit Schwellwerten 18, einen Kreis 20 zur Wiedergewinnung des Taktsignals mit 10,125 MHz (dessen Frequenz durch einen Doppler 22 mit zwei multipliziert wird, bevor es dem Decodierer MAC 14 geliefert wird), eine Abtasteinrichtung 24 mit 10,125 MHz und einen Synchronisationsaufnahmekreis 26, der einen Generator 28 der erforderlichen temporären Fenster speist, bildend die Zeitbasis.
• Eine andere Lösung besteht darin, das Taktsignal mit 10,125 MHz ausgehend von einer Taktwiedergewinnung mit 20,25 MHz durch Teilung zu erzeugen.
• Der erste Kanal umfaßt noch den Kreis 30 zur Verarbeitung der Zeile 625, was es gestattet, die Zuordnung der Zeilen der für Teletext verwendeten Halbbildunterdrückung zu kennen und die Salven zu lokalisieren, die nicht mit festem Format übertragen werden.
• Der bislang beschriebene Aufbau ist klassisch und macht aus diesem Grunde keine detaillierte Beschreibung erforderlich.
• Der der Viterbi-Decodierung zugeordnete zweite Kanal umfaßt einen Analog/Digital-Eingangsumsetzer 32, der im Fall einer Schwellwertdecodierung nicht erforderlich wäre, bei der ein "hartes" Entscheidungskriterium verwendet wird. Eine Quantifizierung auf vier bis sechs Bits ist im allgemeinen ausreichend. Der Umsetzer 32 treibt den Viterbi-Decodierer 34. Die Daten D und das durch diesen Decodierer gelieferte Taktsignal H werden auf einen Kreis 36 zur Wiederherstellung der Salven gegeben.
• Der Kreis 36 zur Wiederherstellung der Salven dient dazu, die numerischen Salven mit einer Verzögerung von einer Zeile wiederherzustellen. Tatsächlich führt die Viterbi-Decodierung zu einer Verzögerung bei der Entscheidung: die Entscheidung über den empfangenen Abtastwert im Zeitpunkt to = nT wird erst nach Empfang des zum Zeitpunkt t1 = (n+p)T empfangenen Abtastwertes getroffen, wobei p im allgemeinen bis einschließlich zwischen 20 und 40 enthalten ist. Die letzteren Abtastwerte einer Salve können somit erst decodiert werden, wenn die ersten Abtastwerte der folgenden Salve verfügbar sind, wenigstens wenn eine optimale Funktion erwünscht ist. Der Kreis 36 zur Wiederherstellung umfaßt im wesentlichen einen Zeilenspalter mit einer Kapazität ausreichend zur Speicherung der teilweise während jedes Halbbildunterdrückungsintervalls decodierten Informationen, um anschließend die digitalen vollständigen Teile wiederherzustellen.
• Der zweite Kanal umfaßt schließlich einen Kreis 38 zur Verarbeitung der Töne und der Daten, der einen klassischen Aufbau aufweisen kann und den die Erfindung nicht betrifft. Dieser Kreis 38 stellt die Entmischung und die Entschachtelung der Halbbilder sicher und gibt den Ton und die Daten wieder.
• Der eigentliche Viterbi-Decodierer kann den in der Patentanmeldung FR 86 15693 beschriebenen Aufbau aufweisen.
• Damit die Decodierung optimal ist, muß die Funktion des Viterbi-Decodierers außerhalb der Empfangsperioden von Nutzsalven unterbrochen werden, insbesondere wenn das gesendete Signal von einem Codierer herkommt, der keine Unterbrechungen während Nutzsalven erfährt. Dieser Fall ist besonders derjenige, der durch die D2-MAC/PAKET-Norm vorgesehen ist: während der Übertragung des Bildsignals MAC und der Abgleichperioden ist die Datensequenz einfach am Eingang des duobinären Codierers auf Null gesetzt.
• In der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform wird dieses Ergebnis dadurch erhalten, daß das vom Taktgeber 20 herkommende Signal, das auf den Viterbi-Decodierer gegeben wird, unterbrochen wird, nach Empfang des Abtastwertes 208, der dem Pegel "Null" am Eingang des Decodierers und bis zum Abtastwert 1292 entspricht, d.h. während 542 Perioden des Taktsignals mit 10,125 MHz.
• Die Unterbrechung wird durch einen Kreis 40 ausgeführt, der ausgehend von der Zeitbasis 28 und dem Kreis 30 zur Verarbeitung der Zeile 625 gesteuert wird. Letzterer Kreis programmiert die Zeitbasis auf solche Weise, daß die erforderlichen Unterbrechungen sichergestellt sind.
• Die Fig. 2 sehr ähnliche Fig. 3, in der die denjenigen von Fig. 2 entsprechenden Elemente dasselbe Bezugszeichen tragen, zeigt einen möglichen Aufbau einer Vorrichtung zur Decodierung eines D-MAC/PAKET-Multiplexes. Die Vorrichtung von Fig. 3 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen von Fig. 2 im Fehlen des komplementären Filters zu 5 MHz, da die digitalen und analogen Komponenten des Signals die Frequenzbänder derselben Ordnung belegen und durch dasselbe Eingangsfilter 10 mit 8,4 MHz verarbeitet werden können. Außerdem wird das Taktsignal mit einer Frequenz gleich 20,25 MHz wiedergewonnen. Da es sämtlichen Bauteilen des Empfängers gemeinsam ist, ist es nicht mehr erforderlich, einen Frequenzdoppler vorzusehen.
• Es ist noch eine Zeitbasis 40 vorgesehen, um die Anwendung des Taktsignals auf den Viterbi-Decodierer 34 nach Empfang des Abtastwertes 208 bis zum Abtastwert 1292 jeder Zeile, d.h. während 1084 Perioden des Taktsignals mit 20,25 MHz, zu unterbrechen.
• Es ist ersichtlich, daß ein mehrwertiger Empfänger leicht ausführbar ist, wobei die für die Überführung von D2 zu D herbeizuführenden einzigen Änderungen eine tragende Umschaltung auf das Filter 16 und den Doppler 22 der Fig. 2 und eine tragende Änderung auf der Zeitbasis 40 sind.
• Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Decodierungsvorrichtung umfaßt einen Kreis zur Verarbeitung der Zeile 625, der es gestattet, den Aufbau des Multiplex zu bestimmen. In dem Maß, in dem nur die Decodierung der in den Zeilenunterdrückungsintervallen übertragenen Ton-Daten von Interesse ist, kann diese Vorrichtung vereinfacht werden, indem die Viterbi-Decodierung bei Vernachlässigung der in der Halbbildunterdrückung übertragenen komplementären Informationen ausgeführt wird, was insbesondere beinhaltet, daß die in der Zeile 625 enthaltenen Daten ignoriert werden.
• Das für die Decodierung ausgeführte Verfahren besteht nun darin, den Viterbi-Decodierer auf die folgende Weise außerhalb der Sendeperioden der Nutzsalven (d.h. während der Empfangsperioden der Abtastwerte 208 bis 1292 jeder Zeile D oder D2-MAC/PAKET) in Gang zu setzen:
• - Aufrechterhaltung des Sendens des Taktsignals zum Decodierer 34,
• - Setzen des an den Eingang des Decodierers gelegten Signals auf den Pegel Null.
• Außerdem müssen die Metrischen am Anfang jeder Fernsehzeile wieder initialisiert werden, die digitale Informationen enthalten kann. Diese Wiederinitialisierung besteht darin, denselben den den zwei Knoten 0 und 1 der Schwellwerte (im Sinne des Viterbi-Algorithmus, wie in der bereits erwähnten Patentanmeldung FR 86 15693 definiert), derselbe Wert zugeordnet wird, bevor der erste duobinäre Abtastwert der Salve auf den Decodierer gegeben wird.
• Diese Wiederinitialisierung kann durch Setzen der in den internen Kreisen des Decodierers enthaltenen logischen Elemente auf einen vorbestimmten Pegel erfolgen. Statt direkt auf die logischen internen Elemente am Decodierer einzuwirken, kann auch der Decodierer von außen wieder initialisiert werden, beispielsweise indem auf den Eingang des Viterbi-Decodierers vor Beginn jeder Salve eine Präambel gegeben wird, die durch zwei aufeinanderfolgende Abtastwerte gebildet ist, die als Wert +V und +V/2 aufweisen, wobei angenommen wird, daß die Signale am Ausgang des duobinären Codierers die Werte +V, 0 oder -V annehmen können. Ebenso können, was auf dasselbe hinausläuft, zwei aufeinanderfolgende Abtastwerte mit Werten -V, dann -V/2 gesendet werden.
• Im Fall eines Signals gemäß der D2-MAC/PAKET-Norm werden die letzten Bits jeder Salve nun mit einer Fehlerwahrscheinlichkeit decodiert, die nicht größer als diejenige der Viterbi- Decodierung ist, aber diejenige der Schwellwertdecodierung, was eine leichte Verschlechterung in bezug auf die optimalen Funktionen mit sich bringt, die zu erhalten die Decodierungsvorrichtung von Fig. 2 gestattet.
• Im Fall eines D-MAC/PAKET-Signals kann diese Verschlechterung dadurch vermieden werden, daß am Ende jeder digitalen Salve ein binäres Element Ak = 1 zugefügt wird. Diese Lösung kann aufgrund der Tatsache gewählt werden, daß das letzte Bit jeder Salve D (Abtastwert 207) nicht der Übertragung von Nutzdaten zugeordnet ist.
• Die Verschlechterung der Leistungen wirkt sich ebenso auf einen Teil des Zeilensynchronisationswortes aus, das am Anfang jeder Salve übertragen wird. Diese Verschlechterung stellt jedoch keinen tatsächlichen Nachteil unter Berücksichtigung des Vorhandenseins eines speziellen parallelen Pfads zur Synchronisation dar.
• Fig. 4 zeigt als Beispiel einen möglichen Aufbau des Pfads zur Ton-Daten-Decodierung, bei dem die Ausführungsform verwendet wird, die gerade beschrieben worden ist. Das vom Kreis 12 herkommende Signal wird auf den Analog/Digital-Umsetzer 32 mittels eines Schalters 42 gegeben, der durch ein von der Zeitbasis 28 herkommendes Signal gesteuert wird. Das Signal steuert die Null-Setzung des auf den Analog/Digital- Umsetzer 32 gegebenen Signals während jeder Periode, wobei zwei aufeinanderfolgende digitale Salven getrennt werden.
• Ein Kreis 44 zur Wiederinitialisierung der Metrischen wird ebenso durch die Zeitbasis 28 gesteuert. Letztere ist vorgesehen, um einen Impuls bei jeder letzten Taktgeberperiode zu liefern, die dem ersten Abtastwert jeder Salve vorhergeht, und in Reaktion ordnet der Kreis 44 denselben Wert den den Knoten 0 und 1 der Schwellwerte entsprechenden Metrischen zu.
• In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsvariante werden die Metrischen von außen durch Anlegung von geeigneten Signalen an den Eingang des Viterbi-Decodierers 34 wiederinitialisiert. Der Decodierer umfaßt einen Schalter 46, der einen Steuereingang 48 aufweist und am Ausgang entweder ein vom Analog/Digital-Codierer 32 herkommendes Signal oder eine von einem duobinären Intitialisierungssequenzgenerator 50 gelieferte, im Generator gespeicherte Sequenz überträgt. Der Steuereingang 48 empfängt ein von der Zeitbasis 28 geliefertes Signal während eines temporären Fensters entsprechend der Sendedauer der Bits 1 bis 105 jeder Zeile im Fall eines D2 MAC PAKET-Signals. Das Zeitfenstersignal und das Taktgebersignal werden ebenso auf einen Zähler 52 gegeben, der den Generator 50 nur während der Intervalle gültig macht, die das Ton- und Datensignal nicht enthalten.
• Während jeder dieser Zeilen:
• - wird die digitale Komponente des D2 MAC-Signals auf dem Eingang des Viterbi-Decodierers durch den Schalter 46 gegeben, wobei die übertragenen Pegel gleich +V, 0 oder -V (beispielsweise auf sechs Bits codiert) sind,
• - gibt während der Bits 106 bis 638 der Generator 50 mittels des Schalters 46 auf den Eingang des Viterbi-Decodierers:
• den Pegel 0 (in der Form 100000 im Fall von Sechs-Bit- Codierung) für die Bits 106 bis 646 der Zeile,
• den Pegel +V (in der Form 111111) für das Bit 647,
• den Pegel +V/2 (in der Form 110000) für das Bit 648.
• In einer noch weiteren Ausführungsvariante umfaßt die Vorrichtung keinen Wiederinitialisierungskreis für die Metrischen, was eine zusätzliche Vereinfachung darstellt. Die Verschlechterung der Decodierung wird hingegen vergrößert und insbesondere treten systematische Fehler bei der Erfassung des Zeilensynchronisationswortes auf, was bei der Maßnahme ohne Folgen ist, bei der die Zeilensynchronisation nur ausgehend vom Halbbildsynchronisationswort erfolgt.
• Bevor der Aufbau eines verwendbaren Viterbi-Decodierers mit einer Quantifizierung auf sechs Bits unter Bezugnahme auf Fig. 8a und 8b im einzelnen beschrieben wird, wird die Art definiert, nach der der Viterbi-Algorithmus an die duobinäre Codierung angepaßt werden kann.
• Es wird angenommen, daß das gesendete Signal ck in der Form ist:
• ck = sk + sk-1 und sk = ak sk-1'
• wobei die Werte ak diejenigen an den Codierer angelegten der aufeinanderfolgenden Elemente sind.
• Die zu übertragenden Sequenzen haben begrenzte Längen und können geschrieben werden:
• (wobei D der Operator ist, der einer Verzögerung gleich dem Zeitbit T entspricht).
• In der Praxis ist man veranlaßt, sich im wesentlichen für die Teilsequenzen
• zu interessieren, wobei i kleiner als j ist.
• Eine Sequenz [C(D)]Nn leitet sich von der entsprechenden Sequenz [S(D)]Nn ausgehend von dem Datensignal sn ab, das somit eine den Zustand des Systems zum Zeitpunkt nT (wobei T die Dauer des Zeitbits ist) definierende Variable ist.
• Die Entwicklung des Zustands des Codierers abhängig von der Zeit kann durch den Schwellwert von Fig. 6 dargestellt werden, wovon die Knoten den aufeinanderfolgenden Zuständen des Systems entsprechen. Die gesendeten Symbole cn sind völlig durch die Übergänge eines Knotens sn zum folgenden Knoten sn+1 definiert.
• Aufgrund des Vorhandenseins eines Rauschens kann die Folge der beim Empfang erhaltenen Abtastwerte nach Durchlaufen durch den Träger 16 der Fig. 1 in der Form geschrieben werden:
• yk = ck + nk
• oder
• Y(D) = C(D) + N(D)
• (wobei 1 + D das Erzeugungspolynom der duobinären Codierung ist).
• Es wird p ([Y(D)]No / [S(D)]No) als die Wahrscheinlichkeitsdichte der bedingungsweise bei Senden der Sequenz [S(D)]No empfangenen Sequenz [Y(D)]No definiert. Die Demodulation nach dem Kriterium maximaler Wahrscheinlichkeit a posteriori besteht darin, die Sequenz, die diese Wahrscheinlichkeitsdichte maximiert, oder deren Neper-Logarithmus zu wählen, was äquivalent ist:
• In p {[Y(D)]No [S(D)]No}
• Aufgrund der Unabhängigkeit der Abtastwerte vom Rauschen nk kann geschrieben werden:
• Diese Größe, die die Wahrscheinlichkeit des Pfades [S(D)]No, mißt, wird in der Folge ihre Metrische Γ [S(D)]No genannt. Es wird auf ähnliche Weise die Metrische jedes Teilpfades definiert:
• Es kann geschrieben werden:
• [S(D)]No = Γ[S(D)]no + Γ[S(D)]Nn
• Diese Formel läßt den zusätzlichen Charakter der Metrischen aufgrund der Unabhängigkeit der Abtastwerte vom Rauschen erscheinen.
• Der Viterbi-Algorithmus zieht unter den 2N möglichen Sequenzen die Sequenz maximaler Metrischer in Betracht:
• [(D)]No
• Der Teilpfad [(D)]no, der an den Zustand sn angrenzt, ist aus dem Satz von an den Zustand sn anstoßenden Teilpfaden der Weg der maximalen Metrischen.
• Es wird als "Überlebende" ein Knoten sn = m bezeichnet, wobei der Pfad von der an diesem Knoten endenden maximalen Metrischen n,m(D) ist. Zu jedem Zeitpunkt nT werden nur die beiden Überlebenden entsprechend m = 0 und m = 1 im Speicher gehalten: Diese Wahl schadet der Optimalität der Decodierung überhaupt nicht, da die eliminierten Teilpfade nicht zu dem Pfad der maximalen Metrischen gehören können.
• Wenn angenommen wird, daß zum Zeitpunkt nT die beiden Überlebenden sowie deren Metrische n,o(D) und n,1(D) bekannt sind, sind die Überlebenden zum Zeitpunkt (n+1)T davon notwendigerweise Verlängerungen. Bei jedem Knoten ist sn+1 = m (mit m = 0 oder 1) und es wird abhängig von deren entsprechenden Metrischen einer der beiden Pfade gewählt:
• n,o(D) + sn+1Dn+1 und
• n,1(D) + sn+1Dn+1
• Es werden somit die im Speicher bewahrten Überlebenden im Zustand n+1, sowie die zugeordneten Metrischen definiert: Die Entscheidung erfolgt somit durch ein iteratives Verfahren, von dem ein Beispiel in Fig. 7 gegeben ist, wo die zwei Überlebenden gemeinsamen Knoten durch voll ausgefüllte Kreise angezeigt sind, während die anderen Knoten durch leere Kreise angezeigt sind.
• Es kann eine Beschreibung des Verfahrens gefunden werden, aber lediglich bei seiner Anwendung auf die Decodierung der Konvolutivcodes in A.J.VITERBI, "Faltungscodes und deren Funktion in Verbindungssystemen", IEEE Trans. Commun. Technol, Vol. COM, 19. Okt. 1971.
• Die Konvergenz zu den Überlebenden ist selbst bei einer willkürlichen Wahl der Anfangsbedingungen statistisch sichergestellt. Sobald die Konvergenz erhalten wurde, kann die Entscheidung getroffen werden, denn der gemeinsame Teil gehört zum Pfad der maximalen Metrischen (D). Eine quasi gewisse Konvergenz wird bei einer vorbestimmten Speicherkapazität erhalten. In der Praxis reicht es aus, eine Brückenschaltung mit 22 Zellen im Fall der duobinären Codierung anzunehmen.
• Die selbst gut bekannte Berechnung der Metrischen wird hiermit wiederaufgenommen. Es reicht aus hervorzuheben, daß der optimale Pfad (D) derjenige ist, der den mittleren quadratischen Fehler zwischen der zugeordneten Sequenz k und dem empfangenen Signal yk auf ein Minimum reduziert, aufgrund des Gauß-Charakters des Rauschens. Praktisch kann für die Metrischen der Ausdruck angenommen werden:
• Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 8a und 8b ein Decodierkreis beschrieben, der die Funktionen des Kreises 34 der Fig. 2 erfüllen kann. Dieser Kreis erfüllt ebenso die zusätzlichen Funktionen, die später erörtert werden, und kann betrachtet werden als umfassend:
• - einen Kreis 76 zur Berechnung der Metrischen,
• - einen Kreis 78 zur Steuerung der Überlebenden,
• - einen Kreis 80 zur Kontrolle des Verletzungsgrades und zur Schwellwertdecodierung,
• - ein Ausgangs-Interface 82.
• Es wird angenommen, daß die Quantifizierung jedes Abtastwertes y auf n = 6 Bits y&sub0; bis y&sub5; erfolgt (wobei y&sub0; das Bit niedriger Wertigkeit ist) und daß die Steuerung der Überlebenden mit N = 22 erfolgt; diese Zahl ist im allgemeinen ausreichend, um die Konvergenz sicherzustellen.
• Der Quantifizierungsmaßstab ist durch ein in 2 Elementarintervalle unterteiltes Intervall [-A, A] definiert; es wird angenommen, daß die Signale ck die Werte -1, 0 und +1 annehmen. Wenn ein Abtastwert yk empfangen wird, wird er an den Bereich des Elementarintervalls angepaßt, zu dem er gehört. Die Wahl A=1 bildet im allgemeinen einen zufriedenstellenden Kompromiß und wird umso mehr angenommen, als sie die Berechnung der Metrischen erleichtert.
• Wenn q = 1/32 als Quantifizierungsschritt bezeichnet wird, erhält man nun:
• Bei der praktischen Ausführung des Dekodierers kann die Tatsache berücksichtigt werden, daß es ausreicht, bei jedem Zeitzyklus die Differenz uk der Metrischen zu speichern:
• uk = γ0,k - γ1,k
• Es können den Metrischen K Wörter mit 5 Bits gemäß einem dem vorhergehenden ähnlichen Gesetz zugeordnet werden.
• wobei /k/ um ym - 1/2 = 15,5q vergrößert und auf 1/2 begrenzt ist.
• Die Berechnung zeigt nun, daß man erhält:
• (y5)k = 1 : (u)k = max [()k-1' (y)k]
• (y5)k = 0 : (u)k = min [()k-1' (y)k)]
• Der Kreis 76 von Fig. 8a bildet einen sequentiellen Automaten, der (u)k in einem Taktgeberzyklus berechnet. Er kann angesehen werden als umfassend:
• - einen Komparator 84, dessen Ausgang den Wert 1 hat, wenn (Y)k > (u)k-1' im gegenteiligen Fall 0 hat;
• - ein exklusives ODER-Glied 86 zwischen dem Ausgang des Komparators 84 und (y&sub5;)k' wobei die Wahl zwischen den obenstehenden Werten max und min getroffen wird;
• - einen Multiplexer 88, der am Ausgang (y)k oder ()k-1 gemäß dem Ausgangspegel des Gliedes 86 liefert;
• - ein Register 90 mit fünf Kippgliedern, die es gestatten, das folgende Wort (u)k zu speichern;
• - zwei Zusatzregister 91 für jedes ein Kippglied, um das Ergebnis der Funktionen zu speichern: UND zwischen y&sub5; und dem Ausgang des Komparators, d.h. C0,k'
• ODER zwischen y&sub5; und dem Ausgang des Komparators, d.h. C1,k
• Der Kreis 78 zur Steuerung der Überlebenden umfaßt zwei Reihen von synchronen Kippgliedern vom Typ D. Die obere und die untere Reihe entsprechen jeweils den Überlebenden an den Knoten sn = 0 und sn = 1. Jede Reihe umfaßt N Kippglieder. Zwei Kippglieder desselben Rangs sind einem Multiplexer zugeordnet, um eine Elementarzelle unter N identischen Zellen zu bilden. Sämtliche Zellen empfangen am Steuereingang die Ausgangssignale der Register 91, die die Verschiebung nach rechts und den gleichzeitigen Austausch zwischen aufeinanderfolgenden Registern der Zellen sicherstellen. Der Multiplexer des Gliedes mit Ordnung 1 empfängt am Eingang die logischen Pegel 0 und 1, wobei der eine oder der andere in den Kippgliedern gemäß den Werten von C0,k und C1,k gespeichert sind.
• Die Kippglieder der Zelle mit Ordnung N bilden ein Register, das ein Netzwerk von Gliedern treibt, das einen Multiplexer 93 bildet, dessen Wahleingang mit dem Ausgang Q eines synchronen Kippgliedes vom Typ D 94 verbunden ist, das durch den Ausgang Q des Registers entsprechend dem Bit y&sub4; getrieben ist.
• Die Zellenzahl N wird vorteilhaft gewählt derart, daß eine quasi gewisse Konvergenz der Überlebenden garantiert ist. Wenn diese Konvergenz jedoch nicht erhalten wird, wird nichtsdestoweniger die Überlebende mit größerer Wahrscheinlichkeit am Ausgang durch u&sub4; (viertes Bit von u), d.h. durch das Vorzeichen der Differenz der Metrischen, gesteuerten Multiplexers erhalten.
• Der Decodierer umfaßt noch einen Kreis 80 (Fig. 8b), der den Verletzungsgrad des Codes (representativ für die Fehlerquote) mittels eines Kreises 56 bestimmt, er führt ebenso eine Schwellwertdecodierung durch, die es gestattet, nach Belieben über das Ergebnis des einen oder des anderen der beiden Decodierungstypen zu verfügen. Die Bestimmung der Fehlerquote gestattet es insbesondere, eine automatische Anpassung der Quantifizierungsschwellwerte durch Mittel auszuführen, die nicht beschrieben sind, die jedoch sehr einfach sein können. Die Fehlerquote kann ebenso als Eingangssignal eines automatischen Nachstimmkreises verwendet werden: Die Einstellung auf die Sendefrequenz wird durch Suche der minimalen Fehlerquote erhalten.
• Beim Kreis 80 von Fig. 8b werden die beiden Bits mit hoher Wertigkeit y&sub5; und y&sub4; des quantifizierten Signals verwendet, um das Datensignal zu erhalten. Das Datensignal wird mittels eines exklusiven ODER-Gliedes erhalten, das y&sub5; und y&sub4; empfängt, und wird im durch ein synchrones Kippglied D gebildeten Register 95 gespeichert.
• Im Kreis 56 werden die von den beiden den Bits mit hoher Wertigkeit entsprechenden Kippgliedern herkommenden Signale auf die beiden Eingänge des Verletzungsdetektors 56 gegeben. Dieser umfaßt ein synchrones Ausgangskippglied 58, das jedesmal einen Impuls liefert, wenn es an seinem Eingang D ein Signal empfängt, das den einen oder den anderen der untersagten Übergänge anzeigt. Diese beiden Übergänge werden durch die jeweiligen UND-Glieder 60, 62 erfaßt, die den Eingang D des Kippgliedes 58 mittels eines ODER-Gliedes 64 treiben.
• Die drei Eingänge der Glieder 60 und 62 empfangen:
• - für das erste Glied 60 die Ausgangssignale y&sub4; und Y&sub5; und das ergänzte Ausgangssignal eines zusätzlichen Kippgliedes 66, das zum Detektor 56 gehört,
• - für das zweite Glied 62 die von den Kippgliedern entsprechend Y&sub4; und Y&sub5; herkommenden ergänzten Ausgangssignale und das nicht ergänzte Ausgangssignal des Kippgliedes 66 vom Typ D.
• Das Kippglied 66 wird selbst über ein ODER-Glied 68 mittels dreier UND-Glieder gesteuert, deren Eingänge die in Fig. 8b veranschaulichten Verbindungen aufweisen.
• Das Ausgangs-Interface 82 kann verschiedene Anordnungen haben. Es gestattet in der in Fig. 8b gezeigten Ausführungsform, zu erhalten
• - an einem Ausgang V das Verletzungssignal;
• - an einem Ausgang Ds das durch Schwellwertdecodierung und "harte" Entscheidung wiedergewonnene Datensignal;
• - an einem Ausgang Dv das durch Viterbi-Decodierung wiedergewonnene Datensignal.
• Jeder Ausgang umfaßt ein durch ein Kippglied und einen Verstärker gebildetes Register. Das Register des Ausgangs V empfängt direkt das Ausgangssignal des Kreises 42. Das Register des Ausgangs Ds ist durch einen Multiplexer 97 mit zwei Eingangsgliedern gespeist, die jeweils das Ausgangssignal des Schwellwertdecodierers und ein Signal entsprechend dem Fehlen einer Vorcodierung gemäß dem an den Eingang P angelegten Pegel empfangen. Der Ausgang Ds gibt das Ausgangssignal des Registers 95 oder des stromaufwärtigen Registers des Kreises 42 wieder.
• Um die Verarbeitung der vorcodierten oder nicht vorcodierten Signale zu gestatten, ist der Ausgang Dv mit einem exklusiven ODER-Glied 98 versehen, das das Ausgangssignal des Kreises 78 direkt und über ein Kippglied D empfängt, dessen Nullsetzungseingang mit dem Eingang P verbunden ist.
• Es ist ersichtlich, daß der in Fig. 8a und 8b gezeigte, durch Glieder und Kippglieder gebildete Kreis, beispielsweise mittels C-MOS, ggf. auch vordiffundierten Netzwerken, leicht integrierbar ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Decodierung von Daten, die in Form von duobinär codierten und in Salven in einem Multiplex gesendeten Signalen gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiplex im Basisband digitalisiert wird und einer Viterbi-Decodierung unterzogen wird, indem die Teile des Multiplex ausgeblendet werden, die eine Verletzung der duobinären Codierungsregel aufgrund der Unterbrechungen zwischen Salven herbeiführen würden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile ausgeblendet werden, indem die Decodierung während der Unterbrechungen durch Unterbrechung des Taktsignals unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiplex verarbeitet wird, um vor der Viterbi-Decodierung eine duobinäre Sequenz wiederherzustellen, in der keine Verletzung der duobinären Codierungsregel vorhanden ist, indem sämtliche Teile des Signals eliminiert werden, die keine tatsächlich übertragenen Nachrichten darstellen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Viterbi-Decodierung sämtliche bekannten Null-Sequenzen des Empfängers durch Taktunterbrechung eliminiert werden, so daß jegliches Überlaufen in den Speicherregistern des Viterbi-Decodierungskreises vermieden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Decodierungsprozeß vor dem Beginn jeder Salve wieder initialisiert wird.

6. Übertragungsverfahren nach der D-MAC/PAKET-Norm, bei dem ein Decodierungsverfahren nach Anspruch 1 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jeder Salve ein Bit gleich 1 gesendet wird.

7. Übertragungsverfahren nach der D2-MAC/PAKET- oder D- MAC/PAKET-Norm, bei dem ein Decodierungsverfahren nach Anspruch 1 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paritätsbit am Ende jeder übertragenen Datenzeile während der Halbbildunterdrückungsperiod eingefügt wird.

8. Vorrichtung zur Decodierung von Daten, die in der Form von Signalen gesendet werden, die duobinär codiert sind und in Salven in einem analog-digitalen Multiplex im Basisband gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits Mittel (18, 20) zur Taktgewinnung der duobinär codierten Signale, andererseits einen Decodierungskanal umfaßt, der einen einen Viterbi-Decodierer (34) speisenden Analog-Digital-Umsetzer (32) und Mittel umfaßt, die dazu bestimmt sind, die Funktion des Viterbi-Decodierers durch Unterbrechung des Taktsignals zwischen den Salven zu unterbrechen, das von den Mitteln zur Taktgewinnung ausgeht und auf den Decodierer während der Unterbrechungen gegeben wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, für Fernsehempfänger nach der D2- oder D-MAC/PAKET-Norm dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Analysemittel für die Zeile 625, steuernd einen Kreis (40) zur Unterbrechung der Taktsignale abgesehen von den während der Intervalle zur Zeilenunterdrückung und Halbbildunterdrückung gesendeten Salven, umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Kreis zur Wiedergewinnung der Salven umfaßt, enthaltend einen Speicher, der eine mit der Länge der durch die Viterbi-Decodierung gebrauchten Sequenzen kompatiblen Kapazität aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Viterbi-Decodierer einen Kreis (44) zur Wiederinitialisierung der Metrischen vor dem Beginn jeder Salve entweder durch interne Einwirkung auf die Elemente des Viterbi-Decodierers (34) oder durch externe Wirkung umfaßt, indem eine Spezialpräambel auf den Eingang des Viterbi-Decodierers gegeben wird.