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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Modems und
näherhin
den Vorgang der Identifizierung bzw. Detektion vorgegebener Sequenzen
von Referenzworten während
der Anfangs- oder Lernphasen eines Modems oder während Umlern-Zwischenphasen oder
Rhythmusänderungen.
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In
einem digitalen Modem werden die zu übertragenden Daten in digitaler
Form auf der Grundlage einer bestimmten Zahl von Symbolen kodiert und
sodann in Form von Abschnitten einer in Phase und Amplitude modulierten
Sinusträgerwelle übertragen.
Die verschiedenen Symbole, beispielsweise 128 Symbole im Falle der
Norm V32bis, entsprechen jeweils einem Signal bestimmter Phase und
Amplitude. Zur Veranschaulichung dieser Umwandlung kann man die
Symbole in einer Konstellation anordnen, wie sie beispielsweise
in 1 wiedergegeben ist, wo
jeweils jedes Symbol an einer Stelle entsprechend der Phase und
Amplitude der Modulation des Signals, das es überträgt, steht. Somit wird, wie
in 2 dargestellt, jedes
Symbol in Form eines Sinusabschnitts oder Bauds übertragen. Im Fall der Norm V32bis
hat die Trägerwelle
eine Frequenz von 1800 Hz, die Bauds wiederholen sich mit einer
Frequenz von 2400 Hz und die Sinuswelle wird gebildet und dekodiert
auf der Grundlage einer Samplingfrequenz, die jeweils höher als
die Frequenz jedes Sinusabschnitts und ein Vielfaches von diesem
ist, beispielsweise 9600 Hz.
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Nach
Dekodierung wird jedes empfangene Symbol jeweils in ein digitales
Wort M transformiert, das aus einem ersten Teil a entsprechend dem Realwert des übertragenen
Worts und einem zweiten Teil b entsprechend
dem Imaginärbetrag
dieses Worts besteht. Somit lässt
sich jedes Wort ausdrücken durch: M = a + jb.
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Im
Hinblick der sehr hohen Taktgeschwindigkeiten zwischen Modems wird
die Qualität
der Telefonleitung zunehmend bedeutsam, um zuverlässige Übertragungen
von Daten zwischen zwei Modems zu gewährleisten. Eventuelle Störungen,
wie beispielsweise eine Dämpfung
der hohen Frequenzen des Spektrums, Nah- und Fernechos mit Frequenzverschiebung,
Phasenzittern sowie Rauschen, beeinflussen die maximal anwendbare
Taktgeschwindigkeit, bei Einhaltung einer zulässigen minimalen Fehlerrate.
Im Fall der oben erwähnten
Norm ist das von einem Modem empfangene demodulierte komplexe Signal
in Amplitude und Phase kodiert und eine Konstellation wie die in 1 dargestellte enthält 128 mögliche Werte,
die zur Übertragung
mit einer Geschwindigkeit von 14 400 Bits pro Sekunde bestimmt sind.
Werden die oben erwähnten
Störungen
größer, wird
der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Empfangspunkt und
dem idealen zu empfangenden Punkt oder der Empfangsfehler immer
größer, bis schließlich der
Entscheidungsmechanismus des Empfangsmodems zwei oder mehrere benachbarte Punkte
verwechseln kann, was unzulässige
Fehler im Empfang hervorruft.
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Am
anderen Extrem verwendet eine Verbindung mit wesentlich geringerer
Taktgeschwindigkeit, wie beispielsweise 7200 Bits pro Sekunde, eine
Konstellation von nur 16 Werten, wie in 3 dargestellt, und gestattet eine viel
bessere Tolerierung von Leitungsfehlern. Diese Fehler können im
Verlauf einer Über tragung
variieren und die anfängliche Übertragungsgeschwindigkeit
muss erhöht
oder verringert werden, um den optimalen Wert zu finden. Allgemein ist
mit dem Modem eine Mikrosteuerung verbunden, die die Qualität des Empfangssignals überwachen kann,
wobei dieser Wert dem Inversen des mittleren Empfangsfehlers entspricht.
Wird dieser Fehler zu groß,
sehen die CCITT-Empfehlungen eine Prozedur zur Taktanpassung vor,
die von sehr kurzer Dauer ist, um die Datenübertragung nicht für mehr als
während einer
sehr kurzen Zeitdauer von 288 Bauds (120 ms) zu unterbrechen, zuzüglich der
Hin- und Rücklaufzeiten
zwischen den beiden Modems.
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Das
Signal zur Taktanpassung enthält
insbesondere eine Präambel
bzw. Einleitung, die aus einer Sequenz von sich eine gegebene Anzahl
von Malen wiederholenden vorgegebenen Signalen besteht. Üblicherweise
entspricht diese Sequenz einer Folge von Signalen AA für das rufende
Modem und einer Folge von Signalen AC für das angerufene Modem. Diese
Sequenz wird 56mal wiederholt. Unter der Annahme, dass die übertragenen
Signale in Form einer Aufeinanderfolge von Sinuswellenabschnitten
vorliegen, entspricht eine Sequenz von Signalen AA einer reinen
Sinuswelle mit einer Frequenz von 1800 Hz, und eine Sequenz AC entspricht
zwei Komponenten mit Frequenzen von 600 und 3000 Hz.
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Ein
derzeit gebräuchliches
Verfahren zur Identifizierung bzw. Detektion dieser Signalsequenzen
AA oder AC macht von zwei Gruppen digitaler Felder am vorderen Ende
des Empfangsblocks des Modems Gebrauch. Wie in 4 gezeigt, enthält die untere Gruppe ein Vorfilter
F, das nur die Frequenzen zwischen 600 und 1800 Hz durchlässt, eine
Energieberechnungsvorrichtung (welche das Quadrat des Absolutwerts
des Signals liefert) und ein Tiefpassfilter erster Ordnung LPF1.
Die obere Gruppe ent hält ein
sehr selektives Tiefpassfilter BPF, das bei 600 oder 1800 Hz zentriert
ist, mit einer nachfolgenden Energieberechnungsvorrichtung und einem
Tiefpassfilter LPF2. Die Ausgangsgrößen der Tiefpassfilter LPF1
und LPF2 werden einem Komparator 10 zugeführt. Wenn
Signalsequenzen AA oder AC vorliegen und das Tiefpassfilter BPF
auf 600 oder 1800 Hz zentriert ist, ist die Energie in der oberen
Gruppe vergleichbar der in der unteren Gruppe. Bei Gegenwart eines
Datensignals liefert die obere Gruppe einen wesentlich niedrigeren
Pegel als die untere Gruppe. Dieses bekannte Verfahren ist zufriedenstellend
für die
Detektion von Sequenzen AA und AC während der anfänglichen
Lernphase oder der Umlernphase, wenn die Analysedauer verhältnismäßig lang
ist. Für rasch
durchzuführende
Operationen, wie beispielsweise eine Taktanpassungsoperation, ist
dieses System jedoch weniger zufriedenstellend, da es insbesondere
ein verhältnismäßig schmales
Tiefpassfilter BPF erfordert, was eine verhältnismäßig hohe Ansprechdauer mit
sich bringt. Will man diese Ansprechzeit verringern, wird die Selektivität herabgesetzt
und es entsteht die Gefahr falscher Detektion. Ein anderes Verfahren
zur Identifizierung bzw. Detektion von Sequenzen ist in dem Dokument
EP-A-0 238 100 beschrieben.
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Somit
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Schaltung
zur Erkennung bzw. Detektion von Sequenzen vorgegebener Signale,
mit relativ raschen Ansprechzeiten.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
derartigen Erkennungs- bzw. Detektionsschaltung, die ohne die Verwendung
von Filterschaltungen auskommt.
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Zur
Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor ein
Verfahren zum Identifizieren einer bestimmten repetitiven Sequenz
von an einem Modem ankommenden bestimmten Sig nalen, wobei jedes
dieser Signale in Form eines Worts digitalisiert ist, das einen
einem Realwert bzw. -betrag entsprechenden ersten Teil und einen
einem Imaginärwert bzw.
-betrag entsprechenden zweiten Teil besitzt, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte bzw. Stufen umfasst: Verzögern jeweils jedes Worts einer
Sequenz, derart dass alle Wörter
gleichzeitig vorliegen; Vornahme einer linearen Kombination der
genannten Wörter
solcherart, dass ein kombiniertes Wort mit Realbetrag und Imaginärbetrag
jeweils Null gebildet wird; Bestimmen des Moduls jeweils jedes kombinierten
Worts; Vergleichen dieses Moduls mit einem Schwellwert; wenn der
Modul des kombinierten Worts kleiner als der Schwellwert ist, Zählen der
Impulse eines dem Rhythmus des Eintreffens der Wörter entsprechenden Takts;
und Bilden eines Identifizierungssignals, sobald eine vorgegebene
Zahl von Taktsignalen gezählt
wurde.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils jede Sequenz
zwei Wörter
umfasst, von welchen das eine das Inverse des anderen ist, wobei
die Linearkombination aus einer Addition besteht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils jede Sequenz
zwei identische Wörter
umfasst, wobei die Linearkombination aus einer Subtraktion besteht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzen die Wörter der Sequenz sämtlich einen
selben vorgegebenen Modul, wobei das Verfahren des weiteren die
folgenden Schritte bzw. Stufen umfasst: Bestimmen des Moduls jeweils jedes
ankommenden Worts sowie Inhibieren der Zählung, wenn dieser Modul sich
von seinem vorgegebenen Wert um mehr als einen gegebenen Schwellwert
unterscheidet.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Identifizieren einer bestimmten
repetitiven Sequenz von bestimmten an einem Modem ankommenden Signalen,
wobei jedes dieser Signale jeweils in Form eines Worts digitalisiert
ist, das einen einem Realwert entsprechenden ersten Teil und einen
einem Imaginärwert
entsprechenden zweiten Teil umfasst. Diese Vorrichtung umfasst Verzögerungsmittel
zum geeigneten Verzögern
jeweils jedes der Wörter
einer Sequenz, derart dass sie alle gleichzeitig vorliegen; Mittel
zum geeigneten linearen Kombinieren der genannten Wörter zur
Bildung eines kombinierten Worts mit Realteil und mit Imaginärteil jeweils
Null; Mittel zum Berechnen des Moduls jeweils jedes kombinierten
Worts; Mittel zum Vergleichen dieses Moduls mit einem Schwellwert;
Mittel zum Zählen
der Impulse eines dem Eintreffrhythmus der Wörter entsprechenden Takts;
Mittel zum Inhibieren der Zählmittel,
wenn der Modul des kombinierten Worts kleiner als der Schwellwert
ist; sowie Mittel zur Bildung eines Identifizierungssignals, sobald
eine vorgegebene Zahl von Taktimpulsen gezählt wurde.
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Diese
und weitere Gegenstände,
Ziele, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden in der folgenden, zur Erläuterung
dienenden, Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele im einzelnen
auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren;
in diesen zeigen:
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1 eine Konstellation von
128 Symbolen gemäß der Norm
V.32bis,
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2 beispielshalber die Art,
auf welche jeweils jedes Symbol über
eine Telefonleitung verschickt bzw, übertragen wird,
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3 eine Konstellation von
16 Symbolen gemäß der Norm
V.32bis,
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4 eine Schaltung zur Identifizierung
einer Sequenz von AA-Signalen oder AC-Signalen, gemäß dem Stande
der Technik, sowie
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5 beispielshalber eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im Rahmen der Erkennung bzw. der Detektion
einer Sequenz von Signalen AA oder AC.
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Die
in 5 gezeigte Schaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist Teil eines Modems in Empfangsphase und erhält an ihrem
Eingang 11 digitale Signale zugeführt. Diese Signale langen im Rhythmus
eines Baud-Takts oder Symboltakts ein und bestehen beispielsweise
aus einem Wort, das aus zwei aufeinanderfolgenden Teilen zu 16 Bit
besteht, die dem Real- und dem Imaginärteil des empfangenen Symbols
entsprechen. Diese Eingangswörter
werden einer Kombinationsschaltung 12 zugeführt, die
im gezeigten Beispiel einen Einwort-Speicher 13 (Real-
und Imaginärteil)
umfasst, dessen Ausgangsgröße einem
Komplexaddierer 14 zugeführt wird. Der andere Eingang
dieses Addierers erhält
das Eingangssignal 11 nach Durchgang durch einen Multiplikator 15 zugeführt. Somit
erhält
man eine Linearkombination von zwei aufeinanderfolgenden Wörtern. In
dem Fall, wo die zu erkennende bzw. zu detektierende Sequenz aus
einer Aufeinanderfolge identischer Wörter besteht, beispielsweise
AAA..., ist der Multiplikator 15 ein –1-Multiplikator, und wenn diese
Sequenz empfangen wird, ist die Ausgangsgröße des Addierers 14 normalerweise
Null. Ist die erwartete Sequenz die Sequenz ACAC... (unter Bezugnahme
auf die 1 und 3), d. h. eine Sequenz von
Bauds, von welchen das eine das Inverse des folgenden ist (in der
vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck invers im Sinne des
Negativen verwendet), ist der Multiplikator ein +1-Multiplikator,
und die Ausgangsgröße des Addierers 14 ist
normalerweise Null, wenn die Sequenz ACAC... empfangen wird. Man
erkennt allgemeiner, dass man einfach eine Kombinationsschaltung 12 vorsehen
kann, welche die Kombination aufeinanderfolgender Signale bestimmter
Werte gestattet, um einen Betrag Null im Ausgang zu liefern, wenn
diese Signale empfangen werden.
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In
der Praxis wird, da auf den Leitungen stets Rauschen herrscht, die
Ausgangsgröße des Addierers 14 nicht
streng Null, wenn die einfallenden Signale die gesuchten Signale
sind. Demzufolge folgt auf den Addierer 14 eine Energieberechnungsschaltung
mit einem Multiplikator 17, der einerseits direkt die Ausgangsgröße des Signals 14 und
andererseits diese Ausgangsgröße über eine
Schaltung 18 zur Bildung des Konjugiertkomplexen zugeführt erhält. Das Ausgangssignal 20 des
Multiplikators 17 wird einem ersten Eingang eines Komparators 21 zugeführt, der dieses
Signal mit einem Schwellwert TH1 vergleicht. Dieser Komparator hat
einen hohen Ausgangspegel, wenn das Signal am Eingang 20 größer als
der Schwellwert ist, und einen niedrigen Ausgangspegel, wenn dieses
Signal kleiner als der Schwellwert ist. Die Ausgangsgröße des Komparators 21 wird über ein
OR-Gatter 22 dem Null-Rückstelleingang
RS eines Zählers 23 zugeführt, der
an seinem Eingang 24 Signale zugeführt erhält, die mit demselben Taktrhythmus
eintreffen wie die Zufuhr der Daten am Eingang 11, d. h.
dass das Signal am Eingang 24 normalerweise der Baud-Takt
ist.
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Solange
daher die Ausgangsgröße des Komparators 21 sich
auf niedrigem Pegel befindet, zählt
der Zähler 23,
sobald der Ausgang 21 in den hohen Pegel übergeht,
wird der Zähler
auf Null rückgestellt
und die Zählung
beginnt von neuem mit Null. Die Ausgangsgröße des Zählers 23 wird einem
Eingang 25 eines Komparators 26 zugeführt, der
diese Ausgangsgröße mit einem
vorgegebenen Wert N, beispielsweise einem Wert 32, vergleicht.
Somit tritt, sobald ein Zählwert 32 erreicht
ist, am Ausgangsanschluss 28 des Komparators 26 ein
Signal auf. Dieses Signal am Anschluss 28 ist ein Identifizierungs- bzw.
Detektionssignal, da es anzeigt, dass der Ausgang des Komparators 21 sich
32-mal in Folge auf niedrigem Pegel befand, d. h. dass seine Eingangsgröße 20 32-mal
in Folge kleiner als der Schwellwert TH1 war. Das bedeutet, dass
man 32-mal in Folge Signale entsprechend einer Sequenz ACAC... (in
dem Fall, wo der Multiplikator 15 ein +1-Multiplikator
ist) oder eine Sequenz AAAA... (in dem Fall, wo der Multiplikator 15 ein –1-Multiplikator
ist) empfangen hat.
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Zur
sicheren Identifizierung einer Sequenz ist es notwendig, eine gewisse
Zahl von Passagen mit niedrigem Pegel des Signals 20 abzuwarten,
da die Kombinationsschaltung 12 eine Niederpegel-Ausgangsgröße jedes
Mal erzeugt, wenn aufeinanderfolgende Signale, die untereinander
in einer bestimmten Beziehung stehen (beispielsweise identisch oder
invers sind), an sie gelangen, und das könnte im Laufe einer Signalübertragung
für spezielle
Signale vorkommen, wovon man sich aus einer Betrachtung der Konstellationen
der 1 und 3 überzeugen kann.
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Es
gibt jedoch einen Fall, wo es zu einer falschen Identifizierung
einer Sequenz nach Art der Sequenz ACAC... kommen kann, d. h. den
Fall, wo an der Eingangsklemme 11 kein Signal auftritt
oder nur Rauschen infolge einer vorübergehenden Funk tionsstörung der
Telefonleitung. Der untere Zweig der Schaltung von 5 gestattet die Lösung dieses Problemfalls und
die gleichzeitige Behebung anderer Zweideutigkeiten.
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Dieser
untere Zweig umfasst eine Schaltung zur Energiebestimmung des einfallenden
Signals und umfasst einen Multiplikator 31, dessen erstem Eingang
direkt das Signal von der Anschlussklemme 11 zugeführt wird
und dessen zweitem Eingang das über
eine Schaltung 32 gebildete Konjugiertkomplexe zugeführt wird.
Von dieser Energie wird die mittlere Energie A2 eines
Signals A oder C (die, wie gesagt, gleichen Modul besitzen) subtrahiert.
Diese Operation erfolgt in einem Addierer 33, dessen Ausgangsgröße einer
Schaltung 34 zur Bestimmung des Absolutbetrags zugeführt wird.
Die Ausgangsgröße der Absolutwertschaltung 34 wird
dem ersten Eingang eines Komparators 35 zugeführt, der
an dem zweiten Eingang ein Schwellwertsignal TH2 zugeführt erhält. Die
Ausgangsgröße des Komparators 35 wird
einem zweiten Eingang des OR-Gatters 22 zugeleitet. Somit
wird, wenn das Signal an der Eingangsklemme 11 ein Signal
vom selben Modul wie ein Signal A oder C ist, die Ausgangsgröße der Schaltung 34 im
wesentlichen Null und der Ausgang des Komparators 35 wird
Null betragen. Dieses Signal bleibt daher ohne Auswirkung auf die
Ausgangsgröße des OR-Gatters 22.
Falls hingegen das Signal an der Eingangsklemme 11 einen
von dem Modul von A verschiedenen Modul besitzt, beispielsweise
weil es einem Symbol von unterschiedlichem Betrag entspricht oder
weil es nur einem Rauschen entspricht, wird sich die Ausgangsgröße des Komparators 35 auf
hohem Pegel befinden und die Zählung
des Zählers 23 auf
Null zurückgestellt.
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Andere
Sicherheitsschaltungen stehen dem Fachmann aufgrund seines Fachwissens
zur Verfügung.
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Zwar
erfolgten bestimmte unter den vorhergehenden Erläuterungen aus Gründen der
Einfachheit unter Verwendung einer Ausdrucksweise, wie sie manchmal
einer analogen Arbeitsweise entspricht, wobei jedoch für den Fachmann
klar ist, dass sämtliche
Elemente der Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung digitale Signale verarbeiten und dass die in materieller
Form veranschaulichten Schaltungsbestandteile in der Praxis häufig Logik-
bzw. Prozessoranwendungen entsprechen.