DK161234B - Anlaeg til overfoering af digitale informationssignaler - Google Patents

Description

DK 161234 B

Opfindelsen angår et anlæg til digital informationssignaloverføring, navnlig til digital overføring over satellitter, som omhandlet i indledningen til krav 1.

5 Ved en bitseriel dataoverføring bliver de af ko deord bestående datablokke, nemlig rammer og eventuelt delrammer, periodisk gentaget. For at kunne afkode datablokkene rigtigt er det nødvendigt at fastslå rammens tidsmæssige beliggenhed. Ved anvendelse af selvsynkroni-10 serende koder forøges overføringens båndbredde ved forøget redundansanfordring. En såkaldt komma-kode, hvilket er en blokkode, som er indesluttet mellem synkroniseringsmønstre, undgår en nævneværdig forøgelse af båndbredden. Navnlig ved en fire-faset CPSK-modulation (Co-15 herent Phase Shift Keying Modulation) sikres dataregenereringen ved hjælp af en komma-kode på grundlag af rammestrukturen.

Hver overføringsblok i det digitale signal indeholder et foranstillet kodeord, synkroniseringsord, som 20 tjener til synkroniseringsdetektering. Derpå følger almindeligvis en følge af datakodeord, som også indeholder kontrolinformationer.

På den overføringsstrækning, der skal betragtes, kan der optræde tidsfejl og amplitudefejl. Ved takt-25 regenereringen forårsager tidsfejl såkaldte bitslips.

Amplitudefejl, dvs. bitinverteringer, forfalsker data og synkroniseringsord. Ved anvendelse af en firefaset CPSK-modulation er det nødvendigt at kompensere fasedemodulationens flertydighed ved dataregenereringen. Fra 30 litteraturen kendes synkroniseringsord (Barker, Maury), hvor et ringe antal bitfejl i et synkroniseringsord ikke influerer på synkroniseringsorddetekteringens éntydighed.

Fra DE-A 1 30 13 554 kendes et digitalt overføringsanlæg, i hvilket synkroniseringsord i en enkelt 35 datastrøm bliver serielt overført og bearbejdet. Der anvendes to komparatorer, som ikke arbejder samtidigt og undersøger datastrømmen for forskellige synkroniserings

DK 161234B

2 ord. Med denne teknik er en eliminering af faseflertydigheden ikke mulig.

Opfindelsen tager derfor sigte på, til et system til digital informationssignaloverføring at forbedre 5 detekteringen af datastrømmens tidsmæssige beliggenhed og at kompensere indflydelsen hidrørende fra tidsfejl, amplitudefejl og faseflertydighed.

Opgaven løses med den i krav 1 angivne opfindelse. Videregående udførelsesformer for opfindelsen er be-10 skrevet i underkravene.

Ved anvendelse af anlægget ifølge opfindelsen konstateres rammens tidsmæssige beliggenhed med tilstrækkelig sikkerhed. Synkroniseringsordets længde er i forhold til deIrammelængden relativt kort og den 15 dermed forbundne redundans er minimal. Synkroniseringsordene er valgt således, at et udfald af synkroniseringen optræder væsentligt sjældnere end ukorrigerbare fejl i informationen.

Til modtagesidens detektering af synkroniserings-ordene skal ordene betragtes i en særlig tidsbeliggenhed i korrelatorer. Synkroniseringsordene ifølge opfindelsen indeholder i den uforskudte tilstand af autokorrelationsfunktionen, dvs. for tidspunktet T=0, et udpræget maksimum. For alle tidspunkter T#0 er autokorrelations-25 funktionen størrelsesmæssigt minimal.

En CPSK-modulation har en faseflertydighed. Det kan føre til, at synkroniseringsordet ankommer i inverteret tilstand ved modtageren. Synkroniseringsordene udviser derfor for alle tidspunkter T^O en meget lille 30 forskel mellem autokorrelationsfunktion og inverteret autokorrelationsfunktion, således at synkroniseringsordene kan detekteres sikkert også i inverteret tilstand.

DK 161234B

3 CPSK-demodulationens flertydighed kan kompenseres ved udnyttelse af den i modtageren dannede korrelationsfunktion mellem de lagrede og modtagne synk-ord. Den tidsmæssige beliggenhed af rammebegyndelsen bestemmes af 5 resultatet af den værdi der bestemmes i korrelatoren og en efterkoblet logisk tærskelkobling for så vidt som de fra de to korrelatorer afledte styresignaler tilføres et logisk kredsløb, som afspørges i et defineret tidsvindue.

Til korrektion af tidsfejl, som kan føre til et 10 bitslip, foreslås det at kontrollere krydskorrelationsfunktionen i et lidt bredere tidsvindue. På grundlag af beliggenheden af krydskorrelationsfunktionens maksimum i dette tidsvindue kan der umiddelbart sluttes om et bitslips optræden og størrelse, og der kan korrigeres for 15 den næste ramme. Hertil skal krydskorrelationsfunktionen for tidspunktet T=0 beløbsmæssigt være større end krydskorrelationsfunktionen for tidspunkter T^Q. Dette er imidlertid kun muligt indtil et maksimalt antal bitfejl i synkroniseringsordet. Det maksimalt tilladelige 20 antal bitfejl er desto større, jo længere synkroniseringsordet vælges. Mellem de to fordringer om ringe redundans og høj restfejlsandsynlighed blev der afledet et gunstigt kompromis.

Med synkroniseringsordene kan der ved en længde 25 af synkroniseringsordet på 16 bit tillades indtil 3 vilkårlige bitfejl i et synkroniseringsord, uden at synkroniseringsorddetekteringens éntydighed går tabt. Hvis vinduesbredden til kontrol af synkronordet andrager mere end 1 bit, skal der tages hensyn til, at synkronordet 30 kan være forfalsket som følge af bitfejl, der er frembragt af den defekte kanal og af nabodata.

Med synkroniseringsordene kan der ved en vinduesbredde på fem taktskridt med en logisk tærskelkobling konstateres bitslips på indtil ± 2 taktskridt, og den 3^ tidsmæssige forskydning kan ophæves. Med henblik på at opfylde det kriterium, at udfaldet af synkroniseringen skal optræde væsentligt sjældnere, end den maksimalt

DK 161234 B

4 tilladelige restfejlsandsynlighed for ikke korrigerbart forfalskede informationer foregiver, foreslås det ved en opdeling af hovedrammen i to delrammer (bitplan A og B) til synkronisering i begge delrammer at anvende et 5 lignende eller ækvivalent mønster med samme længde. Med en korrelator for hver af delrammerne A og B kan begge synkronord kontrolleres samtidigt, derudfra bestemmes rammens tidsmæssige beliggenhed, og fasedemodulationens flertydighed ophæves. Som følge af anven-10 delsen af dette system til rammesynkroniseringen optræder der først synkroniseringsfejl, når begge synkroniseringsord er forstyrret af hver fire bitfejl.

Opfindelsen er i det følgende beskrevet nærmere på grundlag af et udførelseseksempel.

15 På tegningen viser:

Fig. 1 et blokdiagram til udnyttelse af synkroniseringsordene i delrammerne A og B, fig. 2 et blokdiagram til bestemmelse af krydskorrelationsfunktionen, 20 fig. 3 en gaffelkobling, fig. 4 en tabel, fig. 5 en kobling til bestemmelse af synkroniseringsordets beliggenhed, og fig. 6 en forløbsstyring.

25 Fig. 1 viser et blokdiagram til konstatering af synkroniseringsordene. Det over klemmen 1 ankommende signal bliver tilført en 4-fase-demodulator 2 (CSPK). Datastrømmen er opdelt i to bitplaner A og B. Da demodulationen i CPSK-demodulatoren 2 er flertydig, kan 30 signalerne A, B optræde inverteret eller ikke-inver-teret, dvs. der er for hvert bitplan to muligheder. Dataene i hvert bitplan afgives til skifteregistre henholdsvis 3 og 4. Ved sammenligning af de i skifteregistret 3, 4 indlæste data med det ved hjælp af en 35 kobling 44 (fig. 2) fast tilkoblede synkronord dannes i trinnene henholdsvis 5 og 6 krydskorrelationsfunktionen. Hvert 5

DK 161234 B

af trinnene 5 og 6 er lagerkomponenter, som er delt i to dele. Ved addition af indholdene på de opkaldte adresser i lagrene i additionstrinnene henholdsvis 7 og 8 kan værdien af krydskorrelationsfunktionen be-5 stemmes. En efterfølgende logisk tærskelkobling henholdsvis 9 og 10 bedømmer på grundlag af den tilførte krydskorrelationsværdi, om synk-ordet eller dets inver-tering eller intet synk-ord er blevet modtaget. I trinnet 11 konstateres synkroniseringsordets tidsmæssige 10 beliggenhed, og den interne rammetakt bliver eventuelt efterreguleret. Det kan ligeledes konstateres, om deldatastrømmene A og B er blevet modtaget i inverteret, ikke-inverteret og/eller ombyttet tilstand. Ved hjælp af gaffelkoblingen 12 bliver deldatastrømmene eventuelt 15 korrigeret.

Fig. 2 viser et diagram til bestemmelse af krydskorrelationsfunktionen. Datastrømmen når fra klemmen 13 serielt ind i skifteregistret 3. Over skifteregistret 3's parallelle udgange ligger der en bit-20 følge på 16 bit. Hver 8 bit af det over skifteregistret 3's parallelle udgange liggende dataord bliver over eksklusiv-ELLER-porte 47-49 henholdsvis 50-52 sammenlignet med det tilsvarende delkodeord af synkroniseringsordet. Udgangene på eksklusiv-ELLER-portene føres 25 til en prom (PROM = programmable read only memory) 14 henholdsvis 15. Det over de 8 udgange på eksklusiv-ELLER-portene 47-49 henholdsvis 50-52 liggende datamønster angiver en adresse i promkoblingskredsene 14 eller 15. Indholdene på de opkaldte lagerpladser i promkob-30 lingskredsene 14 og 15 afgives til et additionsled 7. Alt efter kodeordet, som ligger på skifteregistret 3's udgange, påkaldes i promkoblingskredsene 14 og 15 bestemte adresser, som påkalder et lagerindhold mellem -4 og +4 binært kodet, som svarer til det foreliggende 35 antal overensstemmelser. Additionen i additionsleddet 7 giver værdien af krydskorrelationsfunktionen (-8 til \ 6

DK 161234 B

+8). De to bit med højeste værdi i de på promkoblings-kredsene 14 og 15's udgange liggende lagerindhold afgives til en eksklusiv-ELLER-port 16. Eksklusiv-ELLER-porten 16's udgang samt pladsen med højeste 5 værdi på additionsleddet 71 s udgang fører til en yderligere eksklusiv-ELLER-port 17, hvis udgang udgør bitten med højeste værdi i den på additionsleddet 7's udgang optrædende krydskorrelationsværdi i 2'er-komple-ment. Additionsleddet 7's udgang udgør sammen med 10 eksklusiv-ELLER-porten 17's udgang den bestemte værdi af krydskorrelationsfunktionen, der fremstilles i 2'er-komplement.

Udgangssignalet fra eksklusiv-ELLER-porten 17 er bitten med højeste værdi og udgør dermed krydskorre- 15 lationsfunktionens fortegn.

Med værdierne på additionsleddet 7’s udgang og på eksklusiv-ELLER-porten 17's udgang aktiveres en yderligere promkoblingskreds 18.

Hvis de over promkoblingskredsen 18 liggende 20 adressekodeord med hensyn til deres værdi beløbsmæssigt overskrider en forudbestemt tærskel, bliver de tilhørende lagerpladser karakteriseret med logisk "1". Et opkaldt lagerindhold logisk "1", som afgives over klemmen 19, indikerer detekteringen af et synkroni-25 seringsord, hvorhos det på klemmen 22's tilstand indikeres, om der foreligger en inverteret eller ikke-inverteret tilstand.

Fig. 3 viser en gaffelkobling, som styres ved hjælp af signalerne E og F over klemmerne 22 og 30 23.

Signalerne E og F kommer fra korrelatorerne for bitplanerne A og B og svarende til bittene med højeste værdi i korrelatorudgangssignalet for A og B.

7

DK 161234 B

Koblingen i fig. 3 er opbygget efter følgende skruktur: C = (E.F+É.F) . (A.É+A.E) + (E.F+F.E) · (B.F+B.F) D = (E.F+É.F) · (B.F+B.F) + (E.F+É.F) · (A.É+A.E)

Udgangssignalerne C og D på den i fig. 3 5 viste gaffelkoblings klemme 24 og 25 fremkommer ved et indgangssignal A og B over klemme 20 og 21 alt efter styreinformationen over klemme 22 og 23.

Ved hjælp af denne kobling kan to datastrømme enten ombyttes eller/og inverteres (se fig. 4).

10 Fig. 5 viser en kobling til detektering af be liggenheden af synkroniseringsmønstret i rammen. Klemmerne 19 og 27 får tilført signalerne fra lagerpladserne i en promkoblingskreds 18 som vist i fig. 2. Der findes et skifteregister 28 og 29 til hver sin del-15 ramme. Skifteregistrene 28 og 29 indeholder hver fem bitceller, til hvis midterværdier der er tilsluttet en OG-port 30. Endvidere findes der strobe-indgange 31 henholdsvis 32. De parallelle udgange på skifteregistret 28 og 29 fører til en 1024 x 4 promkob-20 lingskreds 33. Indholdet på de opkaldte lagerpladser i promkoblingskredsen 33 føres til et additionsled 34, som ligeledes fra en forprogrammerbar rammetæller 26, 36 får tilført tællerstillinger. I det viste eksempel tæller tælleren i hvert enkelt tilfælde indtil 25 en adresse 320. Så snart tælleren har nået sin slut-adresse, får dens ladeindgang 37 tilført en impuls, og tælleren bliver igen tilbagestillet til den forpro-grammerbare udgangstilstand.

Til den første søgning efter rammetakten får nystartindgangen 39 tilført et signal, som nyindstil-ler tælleren 36. Samtidigt påkaldes over ELLER-porten 40 strobe-indgangene 31 og 32 på skifteregistrene 28 og 29. Da udgangene på skifteregistrene 28 og 29 fører til promkoblingskredsen 33, påkaldes i

DK 161234B

8 hvert enkelt tilfælde en bestemt adresse i promkoblings-kredsen 33. Udgangene på den logiske korrelatortærskel for bitplanerne A og B er over klemmerne 19 og 27 forbundet med de serielle indgange på skifteregistrene 5 19 og 27.

Over klemmen 38 ligger den fra forløbsstyringen udvundne beliggenhed af tidsvinduet. Den bliver over STROBE-porten 40 afgivet til strobeindgangene 31 og 32.

TO Den information, der efter 5 i tidsvinduet op trædende taktskridt indlæses i skifteregistrene 28 og 29, bliver derpå udnyttet ved hjælp af promkoblings-kredsindholdet 33. Indholdet af lagerpladsen på den opkaldte adresse giver additionsleddet 34 information 15 om, hvor langt det foreliggende taktskridt ligger fjernet fra rammetakten. Ved den Ønskede beliggenhed af synkroniseringstakten befinder takten sig i de midterste lagerceller i skifteregistrene 28 og 29. Over den her tilsluttede OG-port 30 afgives der en impuls til 20 klemmen 41. Over en tilsluttet logisk udnyttelseskobling, der er vist i fig. 6, afgives en impuls over klemmen 39 til ladeindgangen 37. Tælleren 36 begynder dermed at tælle påny. Hvis den ønskede beliggenhed ikke er nået, f.eks. som følge af et bitslip, ændres tælleren 25 36's tællesum over en anden opkaldt adresse i promkob-lingskredsen 33. Dermed forskydes taktsynkroniseringen af rammen på den rigtige måde.

Fig. 6 viser en logisk udnyttelseskobling til styring af forløbet af søge- og holdeproces. Klemmerne 30 22 og 23 får tilført synkronordets beliggenhedsinformationer fra de to delrammer A, B. Så snart synkronordet foreligger i den rigtige tidsmæssige beliggenhed, modtager indgangsklemmen 41 fra OG-porten 30 en impuls. Søgemoden udløses ved et tilstandsskift til 35 logisk 1 over klemmen 38, som fører til ELLER-porten 40. En impuls over klemmen 39 fører over en ELLER-

Claims (8)

15 PATENTKRAV

1. Anlæg til overføring og til modtagelse af digitale informationssignaler, navnlig til digital lydoverføring over satellitter, hvor datafølgerne er beliggende tidsmæssigt efter hinanden i en ramme, og hvor 20 rammen i modtageren er opdelt i tidsmæssigt parallelle delrammer (A,B), som repræsenterer datafølgerne, kendetegnet ved, at hver delramme har et synkroniseringsord af samme eller ækvivalent type med samme længde, at der til den tidsmæssige detektering af 25 og evt. til kompensation af delrammernes (A,B) fasebeliggenhed anvendes en korrelator (3,5,7; 4,6,8; 3,7,14,15,44,47-52) pr. delramme (A,B), at der til synkroniseringen anvendes kodeord, som har et entydigt maksimum af deres autokorrelationsfunktion for tids-30 punktet T=0, og at autokorrelationsfunktionen for alle tidspunkter T^O er beløbsmæssigt minimal. DK 161234 B

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved anvendelse af et af de følgende synkroniseringsord/ deres invertering, spejling (læst bagfra) eller inverterede spejling, idet O er logisk O og 1 er logisk 1: 5 1. 0110100001110111 2. 0101101110111000 3. 0100100010001111 4. 0100010010111100

3. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet 10 ved, at der findes en kobling (fig. 5) til detektering af synkroniseringsordets tidsmæssige beliggenhed og til korrektion af rammens tidsmæssige beliggenhed.

4. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes en kobling til ombytning (fig. 3) af 15 de ankommende datastrømme (A og B), hvilken kobling styres af en synkroniseringsorddetekteringskobling.

5. Anlæg ifølge krav 1,kendetegnet ved, at til den første opsøgning henholdsvis genopsøgning af synkroniseringstilstanden kontrolleres synkro- 20 niseringsordets tilstedeværelse to gange.

6. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes to driftstilstande, hvorhos synkroniseringsmønstret tilstedeværelse kontrolleres to gange i en første driftstilstand, og at der i tilfælde af, at 25 synkroniseringsmønstret detekteres, kobles til den anden driftstilstand, i hvilken datafølgens fasebeliggenhed kontrolleres på ± 2 bittakter fra normaltilstanden, og at der ved afvigelse fra normaltilstanden -sker en tidsmæssig korrektion umiddelbart i den næste ramme.

7. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til bestemmelse af synkroniseringsordet anvendes to lagerkomponenter (14, 15), hvis udgange over en additionskobling (7) frembringer værdien af krydskorrelationen mellem det aftalte og det modtagne synkro- 35 niseringsord. DK 161234 B

8. Kobling ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der findes en logisk tærskelkobling, som indeholder en lagerkomponent (18), i hvilken der til hver krydskorrelationsværdi er knyttet en adresse, under 5 hvilken der er lagret repræsentative værdier for tilstandene: synk-ord forefindes, inverteret synk-ord forefindes og intet synk-ord forefindes.