FI71453C - Foerfarande och anordning foer mottagningssystem av digitala signaler - Google Patents

Description

1 71453

Menetelmä ja laitteisto digitaalisten signaalien vastaanottojärjestelmää varten

Keksinnön kohteena on digitaalisten signaalien vastaan-5 ottojärjestelmässä käytettävä menetelmä ja laitteisto päätöksentekoa vaikeuttavien häiriöiden ja pulssien keskinäisvaiku-tuksen eliminoimiseksi. Laitteisto käsittää elimet sisääntu-levan signaalin loogisten tasojen lukitsemiseksi ja ainakin yhden komparaattorin digitaalisen signaalin tasojen vertaami-10 seksi vertailuarvoon nähden.

Digitaalisissa siirtojärjestelmissä syntyy signaaleihin ei-toivottua keskitason vaeltelua, joka johtuu sekä ulkoisista häiriöistä että siirtojärjestelmässä olevien epä-ideaalisten vahvistimien ja korjaimien vaikutuksesta. Tämä 15 haitallinen keskitason vaeltelu riippuu myös siirrettävän signaalin ominaisuuksista. Käytettäessä esimerkiksi NRZ-sig-naalia ilman balansoivaa koodausta saattaa vastaanoton laatu kärsiä oleellisesti. Kun signaali sisältää pitkiä "1"- tai "0"-jonoja, keskinäisvaikutuksesta johtuva silmäkuvion um-20 peutuminen heikentää signaalikohinasuhdetta ja lisää bitti-virhetodennäköisyyttä.

Keskinäisvaikutuksen aiheuttamaa vääristymää on perinteisesti pyritty korjaamaan ns. päätöksentekotakaisinkytken-täpiirillä, jossa keskinäisvaikutusta aiheuttavan siirto-25 funktion komplementtifunktion sisältävä piiri on kytketty takaisinkytkentään päätöksentekokomparaattorin yli. Tällaisella järjestelyllä korjataan pulssien välisen keskinäisvaikutuksen aiheuttama vääristymä (sakkaus), mutta sillä ei kyetä poistamaan esim. epälineaarisuuksien aiheuttamia häi-30 riöitä ja siirtotieltä tulevia satunnaisia häiriöitä. Tämän keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään poistamaan sekä keskinäisvaikutuksen aiheuttama vääristymä että muut matala-taajuiset sisäiset ja ulkoiset häiriöt. Päätöksentekotakai-sinkytkennällä kompensoidaan vastaanottimen alarajataajuu-35 den aiheuttama sakkaus, kun taas keksinnön mukaisella ratkaisulla poistetaan tiettyyn nousunopeuteen asti sekä sak-kausilmiöt että muut varsinaiseen siirtoon nähden hitaat 2 71453 häiriöt. Keksinnöllä saavutetaan myös se etu, että aikaisemmin vaikeuksia tuottanut amplitudimodulaatioon perustuva huoltokanava on toteutettavissa jopa balansoimattoman NRZ-signaalin yhteydessä ja pienellä, varsinaista siirtotietä 5 häiritsemättömällä modulaatioindeksillä. Edellä mainitut edut saavutetaan käyttämällä hyväksi tasolukkoja ja niille päätöksentekokomparaattorin lähdöstä kytkettäviä pitosignaa-leja. Tasolukkoa käytetään yleisesti balansoimattoman signaalin toisen huipputason vakavoimiseen, esim. TV-vastaan-10 ottimessa kuvasignaalin mustan tason lukitukseen. Samoin myös digitaalisen signaalin toisen reunan lukitukseen.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on ajatuksena käyttää tasolukkoa esim. binäärisen signaalin kummallekin loogiselle tasolle sekä kytkeä tasolukoille päätöksentekokomparaat-15 torin lähdöstä takaisinkytkentänä pitosignaalit, jolloin vastaanottimen alarajataajuutta voidaan nostaa ilman, että vastaanotossa esiintyy pulssien keskinäisvaikutuksesta johtuvaa vääristymää. Vastaanottimen alarajataajuuden nostamisella saavutetaan tehokkaampi matalataajuisten häiriöiden, kuten 20 keskitason vaeltelun, suodatus. Signaaliin superponoituneet häiriöt häviävät tasolukoissa kokonaan, kun niiden edustama nousunopeus on pieni verrattuna signaalin nousunopeuteen (käytännössä esim. 1/10). Nopeammatkin häiriöt häviävät, jos ne suuntautuvat tasolukkojen referenssitasojen ulkopuo-25 lelle. Keksinnön edut saavutetaan siten patenttivaatimusten 1 ja 4 tunnsusmerkkiosissa kuvatuilla piirteillä.

Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista vastaanotinpiiriä 30 binääristä signaalia varten, kuvio 2 esittää signaalin käyrämuotoja kuvion 1 eri pisteissä, kuvio 3 esittää vertailutason ylityksen siirtymää signaalin tilanvaihdon yhteydessä, 35 kuvio 4 esittää vaihtoehtoista takaisinkytkennän to teutustapaa , 3 71453 kuvio 5 esittää keksinnön mukaista vastaanotinpii-riä ternääristä signaalia varten, kuvio 6 esittää kuvion 1 mukaisesta piiristä edelleen kehitettyä ratkaisua, jossa AVS-näyte otetaan taso-5 lukoilta, ja kuvio 7 esittää edelleen kehitettyä ratkaisua kuviossa 6 esitetystä tasonsäätöratkaisusta.

Kuviossa 1 esitetyssä piirijärjestelyssä tuodaan vastaanotettava signaali vahvistimen VA ja alipäästösuo-10 dattimen AP kautta tasolukoille, jotka lukitsevat signaalin huippuamplitudit. Tason lukitus tapahtuu diodeilla D1 ja D2, joiden päät on kytketty tasajännitteisiin DC1 ja DC2, jotka määräävät signaalin huippuamplitudit. Signaali tuodaan alipäästösuodattimelta AP diodien yhteiseen pis-15 teeseen S2 kondensaattorilla C. Piste S2 on kytketty päätöksen tekokomparaattorin K sisäänmenoon. Komparaattorin K vertailutaso on piirretty maapotentiaaliin, ja sen lähtö S3 on kytketty vastuksella R pisteeseen S2. Vastus R antaa tasolukkodiodeille D1 ja D2 pitovirran I, jonka suuruus 20 riippuu pisteessä S3 esiintyvistä jännitetasoista ja raja-jännitteistä DC1 ja DC2. Jos halutaan poistaa häiriöt, joiden nousunopeus on pienempi kuin VN, on pitovirran I oltava I = C·VN. Jos signaalin nousunopeus on esimerkiksi VS = 1V/10 ns, ja halutaan poistaa häiriöt, joiden nousu-25 nopeus on pienempi kuin VN = 0,05 V/10 ns, tulee pitovir-raksi esim. kondensaattorin C arvolla 1 nF, I = 5 mA.

Kuviossa 2 on esitetty signaalin käyrämuodot kuvion 1 piirin pisteissä S1, S2 ja S3. Diodit D1 ja D2 on oletettu ideaalisiksi niin, etteivät niiden kynnysjännitteet 30 näy kuviossa 2. Tasolukkodiodien D1 ja D2 määräämät huippuamplitudit ovat DC1 ja DC2, ja niiden puolivälissä on komparaattorin K vertailutaso OV. Päätöksentekohetket on merkitty ympyröillä. Päätöksentekohetkien välistä aikaa on merkitty T:llä. Pisteessä S1 esiintyvää pulssien keskinäis-35 vaikutuksesta johtuvan sakkauksen suuruutta kuvataan x^:llä ja x2:lla. Mitä pitempi yhtäjaksoinen "1"- ja "0"-jono e- 71453 siintyy sitä pahempi on keskinäisvaikutus. Pisteessä S2 on keskinäisvaikutus poistunut vastuksen R kautta kytketyn pitosignaalin ansiosta, kuten kuvion 2 keskimmäinen käyrä-muoto esittää. Komparaattorin K ulostulosignaalilla on 5 looginen "1"-taso silloin kun komparaattorin sisääntulo-signaali ylittää komparaattorin vertailutason, ja looginen "0"-taso muulloin. Pisteen S3 signaali on siis sakara-aalto, jonka nollaylitykset tapahtuvat pisteen S2 signaalin mukaisesti kuten kuviossa 2 on esitetty.

10 Kun signaalissa tapahtuu tilanvaihto, pyrkii takai sinkytkentä T/2-ajan säilyttämään aikaisemman tilansa. Keskitason eli päätöksentekokomparaattorin K vertailutason (OV) ylityksen paikkaan tulee pieni siirtymä, jonka suuruus riippuu pitovirran I arvosta. Siirtymä on esitetty katko-15 viivalla kuviossa 3. Koska kuitenkin sama siirtymä tulee esiintymään kaikissa transitioissa, ei se aiheuta värinää.

Takaisinkytkentä voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa myös ohjattujen virtalähteiden avulla, kuten kuviossa 4 on esitetty. Komparaattorin K lähtöön S3 kytketty ohjauslo-20 giikka CU aktivoi virtageneraattorit G pulssisekvenssin mukaan. Pito säilyy niin kauan kuin pitovirta I ylittää signaalin muutosnopeudesta riippuvan sisääntulovirran suuruuden.

Kuviossa 5 on esitetty kuvion 4 mukainen piirijär-25 jestely ternääriselle signaalille. Koska signaalilla on kolme kynnystasoa, tarvitaan kaksi komparaattoria K^ ja joiden vertailutasot DC3 ja DC4 sijaitsevat huippuamplitu-dien DC1 ja DC2 välissä. Keskitasolla (OV) on oma diodeilla D3 - D6 toteutettu pitopiirinsä, joka vastustaa kumpaan-30 kin suuntaan pyrkiviä muutoksia virta-arvoon I asti. Piiri järjestely on vastaavalla tavalla ulotettavissa useampi-tasoisiinkin signaaleihin.

Toimiakseen optimaalisesti kuvion 1 mukainen kytkentä vaatii vakiotasoisen tulosignaalin. Kuviossa 6 on esi-35 tetty käytännöllisempi ratkaisu, jossa näyte vahvistimen VA automaattiselle tasonsäätösilmukalle AVS otetaan taso- 5 71453 lukolta. Silloin ei tasonvakioimisongelmia ole. Tasolukon diodeina toimivat nyt transistorien TR1 ja TR2 kanta-emit-teridiodit. AVS-näyte otetaan kytkimen SW avulla transistorin TR2 kollektorilta. Automaattisen vahvistuksensäätö-5 piirin AVS lähtö ohjaa vahvistimen VA vahvistusta. AVS-ai-kavakio T^ on suuri signaalin tarpeellisiin spektrikompo-nentteihin nähden. Koska AVS:lie halutaan ainoastaan tulo-signaaliin verrannollinen virta, käännetään kytkin SW aktiiviseen asentoon 1 vain lyhyeksi ajaksi signaalin tilan 10 vaihduttua. Ajan pituuden määrää sisäänmenostaan komparaattorin K lähtöön kytketty viivelinja , jonka sisäänmeno ja ulostulo on kytketty EHDOTON-TAI-portin EXOR sisäänmenoi-hin. EXOR-portin lähtö ohjaa kytkintä SW. Pitopiirin virran I viivästäminen aikavakiolla takaa sen, että AVS: 15 lie saadaan ainoastaan tulosignaaliin verrannollinen virta eikä pitopiirin virta I tule mukaan AVS-näytteeseen. Viive-ajan pituus T-j on esimerkiksi n.(1/2)T. AVS-näytteen ottaminen tasolukolta takaa sen, että tasolukon referenssita-sot DC1 ja DC2 ovat automaattisesti kohdallaan eikä niitä 20 tarvitse säätää.

Kuviossa 7 on esitetty kehittyneempi AVS-järjestely, jossa tasonsäätö on toteutettu kahdella vahvistimella. Ensimmäisen vahvistimen VA1 tasonsäätö palvelee vastaanottimen laajaa dynamiikka-aluetta, ja vastaava aikavakio 25 on suuri. Vahvistimen VA1 perään kytketyn toisen vahvistimen VA2 tasonsäätöalue taas on pieni (esim. +_ 3 dB) ja aikavakio T3 on pienehkö. Mikäli signaalissa ratsastaa siirtonopeuteen nähden hidas amplitudimodulaatio, nopea säätö-silmukka kykenee poistamaan sen ennen tasolukkoja. Verho-30 käyrämuoto esiintyy lähdössä S6. Amplitudimodulaatiota käytetään joskus ns. huoltokanavan siirrossa. Ratkaisun etuna kuvion 6 mukaiseen kytkentään nähden on siis se, että jos tällaista apukanavaa käytetään, saadaan ilmaistu apusignaa-li lähdöstä S6. Esitetty tasolukitus sinänsä mahdollistaa 35 amplitudimoduloidun apukanavan tehokkaan käytön myös balan-soimattoman NRZ-signaalin yhteydessä. Aikaisemmin on myös 6 71453 balansoitua koodausta käytettäessä tällaisen signaalin yhteydessä täytynyt käyttää suhteellisen korkeaa modulaatio-indeksiä. Keksinnön mukaisella ratkaisulla selvitään huomattavasti pienemmällä modulaatioindeksillä. Jos apukana-5 vaa ei käytetä, palvelee kuvion 7 mukainen nopea AVS vain varsinaisen siirtotien laadun parantajana.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu oheisiin esimerkkeihin viitaten, on ymmärrettävä, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten 10 patenttivaatimusten ja alan asiantuntijalle ilmeisen tietämyksen puitteissa.

Claims (6)

71453

1. Menetelmä digitaalisten signaalien vastaanotto-järjestelmää varten päätöksentekoa vaikeuttavien häiriöi- 5 den ja pulssien välisen keskinäisvaikutuksen eliminoimiseksi käsittäen elimet (C, D1, D2; TR1, TR2) sisääntule-van signaalin loogisten tasojen lukitsemiseksi ja ainakin yhden komparaattorin (K) digitaalisen signaalin tasojen vertaamiseksi vertailuarvoon nähden, tunnettu sii-10 tä, että signaalin loogiset tasot lukitaan tasolukoilla, joiden perään kytketyn ainakin yhden komparaattorin (K) lähdöstä (S3) kytketään kulloinkin lähdön loogista tasoa vastaavalle tasolukolle pitosignaali, joka on aktiivinen siihen asti,kunnes vastaanotetun signaalin transitio saa 15 aikaan komparaattorin lähdön loogisen tason muutoksen ja pitosignaalin kytkeytymisen seuraavalle tasolukolle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasolukkojen referenssitasot (DC1, DC2) pidetään signaaliin nähden kohdallaan ottamalla ta- 20 solukolta vastaanottimen vahvistimen (VA) automaattiselle tasonsäätösilmukalle (AVS) näyte, jonka avulla vahvistimen (VA) vahvistusta ohjataan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasolukolta otetaan näyte kahden 25 eri vahvistimen (VA1, VA2) automaattisille tasonsäätösil-mukoille, joilla on erilaiset aikavakiot

4. Piirijärjestely digitaalisten signaalien vastaanottojärjestelmää varten päätöksentekoa vaikeuttavien häiriöiden ja pulssien välisen keskinäisvaikutuksen eliminoi- 30 miseksi käsittäen elimet (C, D1, D2; TR1, TR2) sisääntu-levan signaalin loogisten tasojen lukitsemiseksi ja ainakin yhden komparaattorin (K) digitaalisen signaalin tasojen vertaamiseksi vertailuarvoon nähden, tunnettu siitä, että se käsittää diodeilla (D1, D2) tai transisto-35 reillä (TR1, TR2) toteutetut tasolukot signaalin loogisten tasojen lukitsemiseksi ja takaisinkytkentälenkin ta- 8 71453 solukkojen perään kytketyn ainakin yhden komparaattorin (K) lähdöstä (S3) kutakin loogista tasoa vastaavalle taso-lukolle pitosignaalin kytkemiseksi kulloinkin komparaattorin (K) lähdön (S3) loogista tasoa vastaavalle tasolukol-5 le.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että takaisinkytkentälenkki käsittää vastuksen (R).

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen piirijärjestely, 10 tunnettu siitä, että takaisinkytkentälenkki on toteutettu ohjauslogiikan (CU) ja ohjattujen virtalähteiden avulla, jolloin ohjauslogiikan (CU) lähtö on kytketty ohjatuille virtalähteille. 71453