NL192908C - Modem voor abonneetelefoonsysteem. - Google Patents

Description

1 192908

Modem voor abonneetelefoonsysteem

De uitvinding heeft betrekking op een modem omvattende ten minste een meervoudige fasemodulator voor het in een gedigitaliseerde bitstroom omzetten van een fasegemoduleerd signaal, waarin sequentieel elk 5 gegeven aantal opvolgende bits een symbool definieert, welke symbolen in fase worden gemoduleerd, digitale filtermiddelen voor het digitaal filteren van elk fase gemoduleerd signaal om gefilterde, fase-representerende, in-fase (I) en quadratuur-fase (Q) componenten te vormen, en een digitaal/ analoogomzetter voor het omzetten van de gefilterde, in-fase en quadratuur-fasecomponenten in een analoog signaal.

10 Een dergelijke modulator is bekend uit het Britse octrooischrift 2.092.864. De in dit octrooischrift beschreven modem is voornamelijk gericht op de modulatie- en zendgedeelten daarvan en niet op de ontvang- en demodulatiegedeelten daarvan.

De uitvinding beoogt nu een andere en meer volledige uitvoering van een modem te verschaffen waarin op praktische wijze gebruik kan worden gemaakt van een enkelvoudig gecombineerd l/Q signaal, waarin de 15 parameters van dit signaal zowel reëel als imaginair zijn, en waarbij deze modem met voordeel in een basisstation of abonneestation van een hoogfrequent abonneetelefoonsysteem kan worden gebruikt.

Dit wordt bij een modem van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt dat de digitale filtermiddelen een meerpolig filter omvatten zodanig dat een enkelvoudig digitaal signaal wordt gevormd, waarin de in-fase (I) en quadratuur-fase (Q) componenten sequentieel en overlappend tijdverdeeld 20 zijn gecombineerd.

Bij deze uitvoering volgens de uitvinding worden de I en Q componenten, voorafgaand aan de omzetting daarvan in een analoog signaal gecombineerd tot een enkelvoudig tijdverdeelde stroom. Hierdoor wordt een vereenvoudigde uitvoering verkregen waarin slechts één frequentiesignaal wordt gebruikt zowel voor de I als voor de Q componenten. Met voordeel kan bij de opvolgende menging dan het enkelvoudige midden-25 frequentiaal omhoog worden omgezet, waarin dus inherent dezelfde versterking voor de I en Q bemonsteringen van toepassing is. Bij deze uitvoering zijn derhalve geen afzonderlijke filters voor de beide genoemde componenten vereist.

Een modem is in het algemeen voorzien van een modulatorsectie en een demodulatorsectie. De zendersectie vormt een systeem voor het omvormen van een bitstroom, waarin telkens een gegeven aantal 30 opeenvolgende bits een symbool definieert, tot een fase gemoduleerd middenfrequent signaal met een vooraf bepaalde middenfrequentie. De modulatorsectie zorgt voor fasemodulatie van elk symbool, het digitaal filteren van elk fase gemoduleerd symbool teneinde een gefilterd signaal te verschaffen dat na omvorming tot een analoog signaal een modulatiesignaal verschaft met een modulatiefrequentie die gecentreerd is rond een vooraf bepaalde frequentie en die daarvan afwijkt in overeenstemming met de 35 waarde van het fase gemoduleerde symbool; het omvormen van het gefilterde signaal tot een analoog signaal teneinde het modulatiesignaal te verschaffen; het mengen van het modulatiesignaal met een rusttoestandsignaal op een vooraf bepaalde frequentie teneinde een fase gemoduleerd middenfrequent signaal te verschaffen dat een frequentie gemoduleerd (fm) signaal vormt met een middenfrequentie die het modulatieproduct is van de modulatiefrequentie en de vooraf bepaalde frequentie.

40 De demodulatorsectie van de modem is voorzien van een demodulatiestelsel voor het omvormen van een ontvangen fase gemoduleerd middenfrequent signaal in de bitstroom van waaruit het ontvangen fase gemoduleerde middenfrequent signaal was afgeleid.

De beschreven modem kan functioneren in een zendmodus, een ontvangstmodus, in een tijdmultiplex zend/ontvangstmodus of in een leermodus.

45 Bij bedrijf in de zendmodus ontvangt de modulatorsectie van de modem een digitale binaire bitstroom van maximaal 4 bits per symbool en vormt de symbolen daarna om tot een fase gemoduleerd middenfrequent signaal op een vooraf bepaalde middenfrequentie van 20,2 MHz. Het gemoduleerde midden-frequentsignaal wordt overgedragen naar een hoogfrequent eenheid voor opwaartse conversie en transmissie op de geschikte UHF frequentie. Bij bedrijf in de ontvangstmodes ontvangt de ontvangersectie van de 50 modem een fase gemoduleerd middenfrequent signaal van een hoogfrequent ontvangereenheid. De modem filtert het ontvangen middenfrequent signaal en vormt dit signaal om tot een basisbandfrequent signaal en digitaliseert dit tot een complex (I, Q) monster met een vooraf bepaalde symboolsnelheid van 16 Ksps (kilosymbolen per seconde). Een digitaal FIR filter (filter met eindige responsie) voert een verdere filtering uit en de complexe monsters worden omgevormd tot een digitale binaire bitstroom. De binaire bitstroom wordt 55 dan afgegeven aan een basisbandeenheid.

De modem voert verder functies uit voor het verschaffen van symboolsynchronisatiemetingen van de verbindingskwaliteit en diverse stuur- en statusrapportagefuncties.

192908 2

Op bepaalde intervallen kan de modem in een leermodus worden geplaatst. In deze modus zijn de modulator en demodulatorsecties van de modem teruggekoppeld via de hoogfrequenteenheid teneinde het FIR filter in de demodulatorsectie te trainen op veranderingen in het systeem (in hoofdzaak de filters in de hoogfrequente eenheid) die kunnen optreden met fluctuaties in de temperatuur, leeftijd, verzwakking in 5 aangrenzende kanalen of andere omgevingsfluctuaties. Het FIR filter van de demodulatorsectie leert zijn coëfficiënten om eventuele filteronnauwkeurigheden tegen te gaan teneinde het best mogelijke ingangssignaal te bereiken. In deze terugkoppelmodus geeft de zendersectie van de modem een vast bekend trainingspatroon af aan de demodulatorsectie van de modem. Het FIR filter van de demodulatorsectie stelt zijn coëfficiënten bij (traint) in overeenstemming met het signaal zelf, met vertraagde en voorijlende 10 signalen, en met signalen van aangrenzende banden.

Verdere kenmerken van de onderhavige uitvinding worden beschreven aan de hand van een beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm.

De figuren 1A en 1B tonen in combinatie een blokschema van de voorkeursuitvoeringsvorm van een 15 modem.

Figuur 2 toont de signaalconstellatie die in de Gray-codering van de symbolen van de bitstroom wordt gebruikt.

Figuur 3 is een blokschema van het digitale FIR filter in de modulatorsectie van de modem.

Figuur 4 illustreert het meervoudige monsterimpulsresponsiepatroon van het digitale FIR filter in de 20 modulatorsectie van de modem.

Figuur 5 is een blokschema van de SIN/COS middenfrequentgenerator in de demodulatorsectie van de modem.

Figuur 6 toont de golfvormen van bepaalde stuur- tijdsbepalende en datasignalen die bij de werking van de modem zijn betrokken.

25

Overzicht van de afkortingen die in de beschrijving worden gebruikt:

Afkorting Definitie A/D analoog/digitaal omvormer AGC automatische versterkingsregeling 30 AM amplitudemodulatie BPSK binaire faseverschuivingsversleutelingsmodulatie BS basisstation CCU kanaalstuureenheid D/A digitaal/analoog-omvormer 35 dB decibel DPSK differentiële faseverschuivingsversleutelingsmodulatie ECL emitter gekoppelde logica FCC de federale communicatiecommissie van de Verenigde Staten FIFO eerste in eerste uit geheugen 40 FIR filter voor impulsresponsie met eindige duur

Hz hertz (trillingen per seconde) I in fase MF middenfrequentie kHz kilohertz 45 ksps kilosymbolen per seconde LSB minst significantie bit MHz megahertz MODEM gecombineerde modulator en demodulator OCXO oven gestuurde kristalosciliator 50 Q kwadratuur QPSK kwadratuur faseverschuivingsversleutelingsmodulatie RAM willekeurig toegankelijk geheugen RCC radiostuurkanaal RELP rest-geëxciteerde lineaire voorspelling 55 HF hoogfrequent HFU hoogfrequente eenheid ROM uitleesgeheugen 3 192908 RX ontvangen STIMU tijdsbepalende eenheid van het systeem SUB abonneestation TDMA tijdverdeelmultiplextoegang TX zenden UHF ultrahoge frequentie VCXO spanningsgestuurde kristaloscillator 10 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de modem is getoond in de figuren 1A en 1B. De modulatorsectie van de modem is in wezen voorzien van een uitleesgeheugen (ROM) 10 voor digitale faseverschuivingversleute-lingsomvorming (DPSK-omvorming), een leermodusschakeleenheid 11, een digitaal filter 12 voor eindige duur impulsresponsie (FIR), een digitaal/analoog-omvormer 13, een banddoorlaatfilter 14 met een midden-frequentie van 200 kHz, een mengtrap 15 en een hoogfrequente versterker 16 gecentreerd op 20,2 MHz.

15 De demodulatorsectie van de modem omvat in principe een model TMS32010 digitale microprocessor 17, een FIFO stack 18 (eerste in-eerste uit register), een analoog/digitaal-omvormer 19, een versterker 20, en een mengtrap 21.

De modem omvat verder diverse tijdsbepalende en sturende eenheden die essentieel zijn voor de modulatie- en demodulatiefuncties die respectievelijk door de modulatorsectie en de demodulatorsectie 20 worden uitgevoerd. Deze eenheden omvatten interfaceregisters en een busstuureenheid 23, die voorzien is van een statusregister 24, een verbindingskwaliteitregister 25 (Q-register), een AGC-register 26, een ontvangfrequentieregister 27, een abonnee fractioneel vertragingsregister 28 en een in fase (I) register 29, een kwadratuur (Q) faseregister 30, de stuureenheid 31 en een tweede fractioneel vertragingsregister 32.

De tijdsbepalende en sturende eenheden van de modem zijn verder voorzien van een bufferstuurschakeling 25 34, een lees/schrijf-decodeereenheid 35, een trainingspatroon FIFO-register 36, een datavergrendel-schakeling 37, een generator 38 voor het genereren van inwendige tijdsbepalende en sturende signalen, een zendklokpulsvertragingseenheid 39, een fractionele tijdvertragingsgenerator 40, een VCXO interface-eenheid 41, een monstertijdgenerator 42, een COS/SIN middenfrequentsignaalgenerator 43, een 2 K willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) 44, een 2 K ROM 45, een 4 K ROM 46, een buffer/ 30 verzwakkereenheid 47 en een buffereenheid 48.

De modem is gekoppeld met een systeemtijdsbepalende eenheid (STIMU) 49.

De modemkoppelschakelingen zijn getoond in de figuren 1A en 1B. De modem ontvangt de meeste van zijn ingangssignalen van de CCU. Andere ingangssignalen zijn afkomstig van de hoogfrequente eenheid en van de tijdsbepalende eenheden. De modemingangssignalen zijn de volgende: 35

Naar de modem vanaf de kanaalstuureenheid (CCU): TX DATA (lijnen 50) Een 4 bit symbool dat door de modem moet worden uitgezonden (4 bits voor 16 waardige PSK, 2 bits voor QPSK, 1 bit voor BPSK).

MOD BUS (51) een bidirectionele microprocessorbus die stuur/statusinformatie verschaft naar/van de 40 modem.

MOD WR (lijn 52) Het stuursignaal voor het vergrendelen van MOD BUS in de modem.

MOD RD (lijn 53) Het stuursignaal om de modemstatus en andere informatie op de MOD BUS te brengen voor transmissie naar de CCU.

MOD RESET (lijn 54) Dit CCU stuursignaal zal de modem terugstellen.

45 MOD ADD (lijn 55) Een stuursignaal voor het definiëren van verschillende adreslokaties en vergrendelde waarden in de modem.

TX SOS (lijn 56) Signaal van de CCU naar de modem om te beginnen met het uitzenden van een zendslot.

RX SOS (lijn 57) Signaal van de CCU naar de modem om te beginnen met de ontvangst van een 50 ontvangstslot.

Naar de modem vanaf de hoogfrequente eenheid (RFU): IF RX (lijn 58) Middenfrequent ontvangstfrequentie vanaf de RFU.

55 Naar de modem vanaf de tijdsbepalende eenheden (STIMU): 192908 4 80 MHz (lijn 59) Een 80 MHz ECL klokpulssignaal vanaf het basisstation of vanaf de STIMU’s van de abonnee. Uitgangssignaal van de XO in het basisstation en de VCXO in het abonneestation.

16 kHz (lijn 60) Meesterzendklokpulssignaal dat wordt gebruikt in het basisstation afkomstig van de 5 STIMU.

SOMF (lijn 61) Meesterframestartsignaal in het basisstation afkomstig van de STIMU. Wordt in de modem niet gebruikt maar doorgestuurd naar de CCU.

Van de modem naar de kanaalstuureenheid (CCU): TX CLK (lijn 62) Een 16 kHz klokpulssignaal dat zorgt voor de symboolzendtijdsbepaling in de CCU.

De symbolen worden ingeklokt in de modem op de stijgende flank van dit klokpulssignaal. In het basisstation hebben alle slots dezelfde meester TX CLK. Alle signalen van het basisstation worden dus tegelijkertijd uitgezonden. In het abonneestation wordt het TX CLK signaal over de fractionele trajectvertraging door de modem 15 verschoven op informatie die wordt geleverd door de CCU.

RX CLK (lijn 63) Het 16 kHz klokpulssignaal dat afgeleid wordt uit het ontvangen signaal (altijd in het abonneestation en alleen gedurende de stuurslotacquisitie in het basisstation). Dit klokpulssignaal zal het ontvangen symbool uitklokken naar de CCU en zorgen voor de tijdsbepaling van het symbool in de CCU.

20 RX DATA (lijnen 64) Het 4 bit ontvangen symbool, geklokt door RX CLK.

MOD BUS (51) Status- en data-informatie vanaf de modem.

MOD SOMF (lijn 61) Brengt SOMF/ over vanaf de STIMU naar de CCU in het basisstation.

AM STROBE (lijn 65) Een hoog naar laag overgang op deze lijn levert aan de CCU een ruw frame- merkteken gedurende de radiostuurkanaalacquisitie (RCC) in de abonnee-eenheid. 25 Dit is een monostabiele lijn die wordt gepulst wanneer de RX TMS 320 de bena derde lokatie van de AM opening vaststelt.

Van de modem naar elke hoogfrequente eenheid (RFU): RF RX BUS (66) 8 bit bus tussen de modem en de RF RX eenheid. De bus transporteert AGC en 3Q frequentiekeuze-informatie naar de RFU ontvangersectie. De modem bestuurt de uit te zenden AGC waarden en stuurt CCU frequentieselectie-informatie door. De frequentieselectie-informatie wordt aan de modem toegevoerd via de MOD BUS bus 51. In de leermodus zal de modem de RF RX frequentieselectie besturen.

RF TX BUS (67) 8 bit bus tussen de modem en de RFU zendersectie. Deze bus transporteert TX

35 vermogenssniveau en frequentieselectie-informatie naar de modulatorsectie. De modem heeft hier niets mee te maken, en deze informatie wordt dus alleen overgedragen aan de RFU zendersectie.

RX 80 MHz REF ECL 80 MHz referentieklokpuls naar de RFU ontvangersectie.

(lijn 59a) TX 80 MHz REF ECL 80 MHz referentieklokpuls naar de RFU zendersectie.

(lijn 59b) TX EN (lijn 68) Lijn naar RFU zendersectie om de RF transmissie vrij te geven.

RX EN (lijn 69) Lijn naar de RFU ontvangersectie om de RF ontvangst vrij te geven.

AGC WR (lijn 70) Schrijfactiveringssignaal voor het vergrendelen van AGC data in de RFU ontvanger- 45 sectie- RXFREQ WR (lijn 71) Schrijfactiveringssignaal voor frequentie-inschrijvingen in de RFU ontvangersectie.

RXFREQ RD (lijn 71a) Leesactiveringssignaal voor het teruglezen van de ontvangstfrequentie van de RFU ontvangersectie.

PWR WR (lijn 72) Schrijfactiveringssignaal voor het vergrendelen van vermogensinformatie in de RFU

50 zendersectie.

PWR RD (lijn 73) Leesactiveringssignaal voor het teruglezen van vermogensinformatie van de RFU zendersectie.

TXFREQ RD (lijn 74) Leesactiveringssignaal voor het teruglezen van de zendfrequentie van de RFU zendersectie.

55 TXFREQ WR (lijn 75) Schrijfactiveringsfrequentie ingeschreven in de RFU zendersectie.

IF TX (lijn 76) Uitgezonden signaal op de middenfrequentie naar de RFU.

5 192908 AGC RD (lijn 77) Leesactiveringssignaal voor het teruglezen van AGC data vanaf de RFU ontvanger-sectie.

Van de modem naar de tijdsbepalende eenheid van het systeem (STIMU): VCXO FDBK (lijn 78) Een 10 bit databus naar de VCXO met stuurinformatie voor het volgen van de frequentie.

VCXO WR (lijn 79) Schrijfpuls naar de VCXO schakeling voor het vergrendelen van VCXO BUS in de VCXO.

10

De modulatorsectie van de modem zendt de informatie die eraan wordt toegevoerd op de TX DATA lijnen 50 door de CCU op 16 niveau PSK modulatie uit. De modem zendt uit zonder kennis van het modulatie-niveau van de ontvangen informatie.

De ingangsstuurlijnen worden gedecodeerd in de modem om te selecteren welk register de 8 bit MOD 15 BUS 51 tussen de modem en de CCU moet aansturen. Stuurinformatie met betrekking tot de ontvangst van een slot wordt actief wanneer de modem het RX SOS signaal ontvangt op de lijn 57 van de CCU. Deze lijn onderbreekt de microprocessor 17 om te beginnen met demodulatie op een inkomend slot. Op dat tijdstip wordt de RFU ontvangersectie vrijgegeven door de modem met het RX EN signaal op de lijn 69.

Aan het einde van elk slot wordt de statusinformatie bijgewerkt naar de registers 23 teneinde door de 20 CCU te kunnen worden gelezen.

In het abonneestation kan de CCU de modem instrueren om het RCC signaal van het basisstation te verwerven. Het belangrijkste acquisitiekenmerk van de RCC is de AM HOLE van acht symbolen. In software tast de modem de frequentie af geselecteerd door de CCU om de AM HOLE op te sporen. De microprocessor 17 tast de door de CCU geselecteerde frequentie af om de AM HOLE op te sporen. Als een AM HOLE 25 aanwezig is op deze frequentie dan zal de microprocessor 17 daarop insleutelen. Nadat de microprocessor 17 er zeker van is dat de AM HOLE aanwezig is zal ze via een puls de AM STROBE lijn 65 laag maken om aan de CCU twee feiten mee te delen: (1) dat het RCC signaal is gevonden en (2) dat de AM STROBE een ruwe start is voor het framemerkteken. Van daaraf zal de CCU beginnen uit te kijken naar het unieke woord in de RX datastroom binnen een venster van 0 tot 3 symbolen. Zodra het unieke woord is gedetecteerd kan 30 de CCU van het abonneestation zijn frame- en slottellers instellen om deze te synchroniseren met het systeemframe van het basisstation.

De interface tussen de modem en de RFU ontvangersectie maakt het mogelijk om de frequentiekeuze en de AGC niveau’s in de RFU te besturen. De CCU bestuurt de frequentiekeuze en zendt zijn instructies naar de modem. De modem zendt deze informatie over de RF RX BUS 66 naar de RFU. Deze bus 66 wordt ook 35 gebruikt voor het besturen van AGC niveau’s in het RFU ontvangerstation. Deze AGC waarden worden in elke symbooltijdsduur bijgewerkt en overgedragen naar de RFU ontvangersectie.

De CCU modeminterface is getoond in figuur 1. De tijdsrelaties voor de zendinterfaces zijn getoond in figuur 6. Deze interfaces werken op een lage snelheid en vergen dus slechts standaard TTL hardware interfaces. De modem voorziet de CCU van de 16 kHz symboolklokpuls. Vier TX DATA bits staan op een 40 parallelle bus naar de modulatorsectie. Een 8 bit bus is aanwezig voor uitwisseling van stuur/status- informatie. Stuurinformatie wordt aan de modem toegevoerd door de CCU via asynchrone interfaceregisters 23. De inhouden van de registers worden geldig als het TX SOS poortsignaal op lijn 56 wordt ontvangen door de modem, waarmee aangegeven wordt dat met de uitzending van een slot kan worden begonnen. De CCU verschaft de volgende stuurinformatie aan de modem: (1) vrijloopmodus; (2) zendspraakkanaal; (3) 45 zendstuurkanaal; (4) leermodusterugkoppeling; (5) TX CLK fractionele symboolvertraging; (6) RF TX vermogensniveau; en (7) RF/TX frequentieselectie. De RX frequentieselectie wordt opgeborgen in het RX frequentieregister 27.

De CCU heeft een directe koppelschakeling met de hoogfrequente TX eenheid vanaf de MOD BUS 51 naar de RF TX BUS 67 via de bufferstuureenheid 34. De gedecodeerde adressen worden toegevoerd aan 50 de RFU als schrijfpoortsignalen voor het vergrendelen van de TX vermogens- en TX frequentie-informatie. De modem moet de besturing hebben over de hoogfrequente RX bus 66 voor het bijwerken van AGC gegevens in de RFU. Derhalve zendt de modem RX frequentie-informatie vanaf het register 27 naar de hoogfrequente eenheden aan het begin van elk RX slot. Deze waarde wordt in het register 27 vergrendeld door de CCU. Ook kan de modem de RX frequentie zelf wijzigen gedurende de leermodus zonder dat de 55 CCU dit moet doen.

De modulatorsectie van de modem is volledig geïmplementeerd in hardware en heeft geen instellingen nodig. De symbolen van de CCU worden ontvangen op de TX datalijnen 50 met een snelheid van 16 K

192908 6 symbolen per seconde. De ontvangen symbolen worden fase gemoduleerd door de DPSK omvormings ROM 10 en de daaruit resulterende golfvormen worden gevormd door het FIR filter 12 teneinde goede interferentie-eigenschappen te verkrijgen en geen last te hebben van amplitude- of groepvertragings-vervorming. De rechtvaardiging van dit concept volgt uit de veronderstelling dat in de frequentieband die 5 dicht grenst aan de gebruikte band (binnen 50-100 kHz) er geen sterke interferentiesignalen aanwezig zijn (met vermogensdichtheden van 30-40 dB boven het signaal). Het op 200 kHz gecentreerde banddoorlaat-filter 14 zorgt voor een brede middenfrequentfiltering (100 kHz) zodat het uitgezonden signaal geen last zal hebben van amplitude- of groepvertragingsvervorming en filtert ook eventuele harmonischen uit die gegenereerd kunnen worden door het digitale filterproces en de in de basisband uitgevoerde D/A-10 omvorming.

De hoofdfilterbewerking wordt uitgevoerd in de basisband door het digitale FIR filter 12 met vaste coëfficiënten. Dit filter 12 is een zespolig filter met een bemonsteringsnelheid van 50 monsters per symbool per symboolduur in het FIR fitter 12 in de modulatorsectie.

Omdat er in de basisband geen analoge filterbewerking wordt uitgevoerd is er geen behoefte om twee 15 afzonderlijke I en Q kanalen te implementeren. In feite worden de I en Q kanalen geïmplementeerd in het FIR filter 12. Een tijdverdeelkanaal, omvattende de mengtrap 15, die vermenigvuldigt met de midden-frequentie, transformeert dit kanaal opwaarts naar de middenfrequentie. Dit kanaal heeft inherent dezelfde versterkingen voor de I en Q monsters. De I en Q bemonstering wordt nu om en om afwisselend over een halve bemonsteringsperiode uitgevoerd, maar dit wordt in het FIR filter 12 gecorrigeerd.

20 De Gray-code wordt gebruikt voor digitale codering door het DPSK conversie ROM 10. Dit verzekert dat, indien een symbool foutief was ontvangen, het het meest waarschijnlijk is dat de fout in het gedecodeerde symbool slechts één bit zal bedragen. De signaalconstellatie is getoond in figuur 2. De fasen, gemarkeerd met ”Q” en ”B”, zijn respectievelijk de QPSK- en BPSK-symbolen.

Er wordt vanuit gegaan dat de symbolen Gray gecodeerde fasesymbolen zijn. Elk fasesymbool wordt dan 25 omgevormd naar binaire vorm vanuit de Gray code en opgeteld bij de binaire vorm van het laatste fasesymbool teneinde het DPSK symbool te vormen. Als gevolg van het FIR filteralgoritme wordt om het andere symbool geïnverteerd voorafgaand aan invoer in het FIR filter 12. Derhalve wordt de DPSK conversie uitgevoerd door gebruikmaking van de ROM 10. Vier symboolbits, vier bits van het voorafgaande symbool en één bit voor inversiebesturing worden ingevoerd in de DPSK conversie ROM 10, die het DPSK 30 symbool afgeeft aan de ingang van het FIR filter 12.

Na de DPSK conversie wordt het symbool dan geleverd op de lijnen 80 naar het FIR filter 12, welk filter bestaat uit een FIR filter met overmatige bemonstering en zes aftakkingen. Het FIR filter 12 is voorzien van een ROM 81 en twee drietraps 4 bit schuifregisters 82, 83 zoals getoond is in figuur 3. Het FIR filter 12 doet dienst voor het vormen van de overgedragen symbolen in overeenstemming met de specificaties van het 35 frequentiekanaal. De bemonsteringssnelheid van de ROM 81 wordt bepaald door een tijdsbepalend signaal dat verschaft wordt op de lijn 84 door de tijdsignaal- en stuursignaalgenerator 38 naar de teller 85 die verbonden is met de ROM 61. Een ingangsklokpulssignaal wordt verschaft op de lijn 86 naar twee ingangsschakelaars 87, 88, die het mogeiijk maken dat data wordt ingeschoven in de schuifregisters 82, 83.

Met verwijzing naar figuur 4 wordt elk van de zes symbolen in de twee schuifregisters 82, 83 bemonsterd 40 met een snelheid van 3/25 T (T = 1/16 kHz). Dit overbemonsteringsschema zorgt voor het scheef lopen van de monsters zodat slechts twee symbolen worden bemonsterd gedurende elke 1/25 T bemonsteringsperiode. Derhalve worden twee symbolen ingevoerd in de ROM 81 gedurende elke 1/25 T bemonsteringsperiode. Elke 1/25 T bemonsteringsperiode is op zijn beurt verdeeld in twee delen: in fase (I) en kwadratuur (Q). Gedurende de eerste helft van de 1/25 T periode voeren de registers 82, 83 de 3 bit in-fasecomponent 45 (I) van het symbool in en gedurende de tweede helft van de periode wordt de kwadratuurcomponent (Q) van het symbool ingevoerd in de ROM 81. Het uitgangssignaal van het FIR filter op lijn 89 vormt dus de tijd verdeelde combinatie van digitale I en Q golfvormen van de uit de zenden golfvorm. Deze monsters worden dan geleverd op de lijnen 89 naar de D/A omvormer 13 voor omvorming tot een analoge golfvorm. Deze golfvorm wordt dan gefilterd door het banddoorlaatfilter 14 en geleverd op de lijn 91 naar de mengtrap 15 50 voor opwaartse transformatie naar een 20 MHz middenfrequentsignaal op de lijn 92.

De twee schuifregisters 82, 83 schuiven twee van de opgeborgen symbolen in de ROM 81 met een snelheid van 1/25 T voor de vereiste berekeningen. De symbolen worden omgevormd naar 3 bit I- en Q-Gray-code-componenten door het kiezen van ofwel het vierde ofwel het derde symboolbit naar het meest significante bit (MSB) van de 3 bitcomponent. De twee minst significante bits (LSB’s) blijven ongewijzigd.

55 Deze componentkeuze wordt uitgevoerd met een snelheid van 1/50 T.

De ROM heeft ook vijf ingangssignalen nodig van de teller 85 om aan te geven welk van de 25 bemonsteringsperioden op dit moment wordt berekend. Een extra ingangssignaal van de teller 85 is nodig 7 192908 om aan de ROM 81 aan te geven of de drie ingangsbits de I· of de Q-componenten van de ingangs-symbolen zijn.

De uitgangssignalen, opgeborgen in de FIR filter ROM 81 van de zender, worden berekend om eventuele fouten, die kunnen optreden als gevolg van de 1/50 T verschillen in de I en Q tijdswaarden te 5 corrigeren. Ook voegt het middenfrequent filter in de RFU de twee waarden tezamen teneinde de gecorrigeerde over te dragen golfvorm te vormen omdat de bandbreedte ervan relatief klein is in vergelijking met de middenfrequentie. Het FIR filter ROM 81 verschaft een uitgangssignaal bestaande uit 10 bit digitale monsters op lijn 89 met een snelheid van 800 kHz.

NUL symbolen kunnen worden geïnjecteerd in het FIR filter 12 om symbolen te vertegenwoordigen 10 waarmee geen vermogen wordt uitgezonden. Deze worden gebruikt in de leermodus om een ’’impuls” in het FIR filter 12 in te voeren. Deze NULLEN kunnen ook worden gebruikt om de AM HOLES af te geven en de banden te bewaken die nodig zijn op het radiostuurkanaal (RCC).

De D/A omvormer 13 ontvangt de digitale ingangssignalen van het digitale FIR filter 12 en produceert het gevraagde spectrum op veelvouden van 33,33 kHz te beginnen bij 66,67 kHz.

15 Het banddoorlaatfilter 14 laat het 200 kHz spectrum door met extreem kleine variaties in banddoorlaat-verzwakking en groepsvertraging. De verzwakkingsrimpel is kleiner dan 0,1 dB en de vertragingsvariatie minder dan 1,5 με. De aliasingspectra zijn verzwakt tot meer dan 20 dB.

Het gewenste uitgangssignaal van de D/A omvormer 13 is gecentreerd op 200 kHz met een bandbreedte van ongeveer 32 kHz. Dit signaal wordt in de doorlaatband gefilterd door het banddoorlaatfilter 14 20 voorafgaand aan het mengproces om signaalcomponenten op n maal 133 kHz te verwijderen. Door vermenigvuldiging van de 200 kHz golfvorm met 20 MHz mengt de mengtrap 15 de I- en Q-monsters met de SIN en COS componenten van de middenfrequentie. Het 20 MHz signaal kan dus direct worden vermenigvuldigd met de uitgangsgolfvorm en de exacte componentvermenigvuldigingen zullen automatisch worden uitgevoerd. Het is derhalve niet nodig om een discreet SIN (MF)/COS (MF) generatorcircuit te 25 gebruiken voor het vermenigvuldigen van de l/Q monsters van de D/A zoals wel het geval is in de demodulatorsectie. Dit voorkomt ook signaallek door de mengtrap 15 vanaf de basisband naar de uitgang van de mengtrap 15.

De bufferverzwakkereenheid 47 accepteert een differentieel ECL niveausignaal op de middenfrequentie van 20,00 MHz op lijn 94 vanaf de tijd- en stuursignaalgenerator 38 en vertaalt dit in een 350 mV piek/ 30 pieksignaal dat gebruikt wordt als het lokale oscillatorsignaal dat geleverd wordt op lijn 95 naar de mengtrap 15. Een andere (niet getoonde) spanningsdeler verschaft de +7,5 voorinstelgelijkspanning van de mengtrap 15.

De mengtrap 15 is een actieve mengtrap van het type MC1496. De I- en Q-componentgolfvorm op de lijn 91 wordt hierin frequentie getranformeerd naar een 20,20 MHz middenfrequent signaal dat tezamen met alle 35 andere mengproducten wordt verschaft op de lijn 92. Derde orde intermodulatieproducten liggen lager dan 40 dB. De mengtrap 15 wordt bedreven op een hoog niveau op de draaggolfingangspoort en een laag niveau op de modulatiesignaalingangspoort. Dit resulteert in een verzadigd schakelbedrijf van de dubbele differentiële draaggolfversterker, en een lineair bedrijf van de differentiële moduiatieversterker. Er wordt geen draaggolf nul geleverd omdat de draaggolf op 20,00 MHz wordt uitgefilterd door een 20,20 MHz 40 kristalfilter in de RFU. De stroombronnen worden ingesteld voor het leveren van een stroom van 2 mA. Een (niet getoonde) emitterdegeneratieweerstand van 470 Ω is aangebracht om het modulatie-ingangssignaal te handhaven voor lineaire operatie bij een piek van 1 volt.

De hf versterker 16 is voorzien van een emittervolgerbuffer voor het isoleren van de afgestemde schakeling van de mengtrap ten opzichte van de hf eenheid en levert een 50 Ω uitgangsimpedantie. Om de 45 invloeden van de strooicapaciteit, de uitgangscapaciteit van de eenheid en de capaciteit van de emittervol-ger, die de ingang van de mengtrap buffert, te elimineren wordt een parallel afgestemde schakeling gebruikt op de uitgang van de mengtrap, welke kan worden afgestemd op maximale versterking. De totale versterking van de mengtrap moet 10 dB zijn omdat -10 dBm bij 50 Ω nodig is aan de uitgang van de modem. Een vaste inductor in plaats van een variabele kan later worden gebruikt in de uitgangstankschakeling van de 50 mengtrap. De hf versterker 16 versterkt het signaal op de lijn 92 vanaf de uitgang van de mengtrap 15 en levert het versterkte signaal aan de RFU via de IF-TX lijn 76.

In de vrijloopmodus zendt de modulatorsectie van een basisstationmodem een vrijlooppatroon dat wordt aangeboden door de CCU. Omdat in het abonneestation de modem in half duplex werkt, plaatst de CCU de modem in de ontvangstmodus in alle slots met uitzondering van het slot waarin het abonneestation zelf 55 uitzendt. Dit maakt het voor de demodulatorsectie van de abonneestationmodem mogelijk om de AGC te bewaken, zodat er geen verrassing ontstaat wanneer een signaaltrein binnenkomt vanaf het basisstation.

De vrijloopmodus wordt gebruikt wanneer er een frequentie is waarvoor tenminste één maar niet alle sloten 192908 8 worden gebruikt. De lege slots worden gevuld met het vrijlooppatroon. Als er op een frequentie geen enkele conversatie plaatsvindt, dan kan de modulatorsectie worden uitgeschakeld.

Met verwijzing naar de demodulatorsectie van de modem presenteert de mengtrap 21 een 50 Ω ingangsimpedantie aan het 20,00 MHz, -30 dBm signaal dat wordt ontvangen van de RFU over de MF-RX 5 lijn 58. De basisfunctie van de mengtrap 21 is het naar omlaag transformeren van het MF signaal vanaf de RFU naar de basisband en ook het versterken ervan met 30 tot 35 dB. Een stabiele toestandsignaal wordt verschaft over lijn 22 op 20,00MHz. Het stabiele toestandsignaal op lijn 22 is het tijdgemultiplexte SIN/COS/ -SIN/-COS signaal van de COS/SIN MF generator 43. Een actieve mengtrap 21 van het model MC 1496 wordt gebruikt met het ingangssignaal van de lokale oscillator op lijn 22 op een hoog niveau en het 10 gemoduleerde signaal op lijn 58 op een laag niveau. Het uitgangssignaal van de mengtrap op lijn 97 in de basisband wordt differentieel wisselstroom gekoppeld met de versterker 20, die een differentiële versterker is. Een hoogdoorlatend filter wordt gevormd door de capacitieve koppeling vanaf de mengtrap 21 en de ingangsweerstand vanaf de differentiële versterker 20 en heeft een afsnijfrequentie bij ongeveer 1 Hz.

De buffereenheid 48 verschaft de interface tussen de 20,00 MHz generator 43 op het ECL niveau en de 15 mengtrap 21. De buffereenheid 48 verschaft een 350 mV piek-piek signaal voor het uitsturen van het draaggolfingangssignaal in de verzadigde schakeltoestand en verschaft ook een voorspanning van +7,5 V gelijkspanning voor deze ingang.

De MF SIN/COS generator 43 is getoond in figuur 5. De generator 43 is voorzien van ECL onderdelen die functioneren op vier keer de gevolgde mf frequentie in responsie op een 4 mf tijdssignaal op de lijn 98 20 vanaf de tijdsbepalende en sturende signaalgenerator 38. Met verwijzing naar figuur 5 doen twee flip-flops 99,100 dienst als een door vier delende teller waarbij elk van hun uitgangen 90° uit fase zijn. Een 4x1 multiplexer (MUX) 101 schakelt tussen de SIN, COS, -SIN, -COS uitgangen. De uitgang van de MUX 101 wordt opnieuw geklokt door een andere D flip-flop 102 en geeft het uitgangssignaal op lijn 103 naar de mengtrap 21. Deze schakeling verschaft een perfecte 90° faseverschuiving tussen de vier componenten.

25 Het enkelvoudige tijdmultiplexkanaal verzekert ook dat de i- en Q-componenten met exact dezelfde versterkingsfactoren aankomen.

Het tijddiagram voor de demodulatorsectie is ook getoond in figuur 6. De modem levert aan de CCU de vier databits en hun 16 kHz symboolklokpuls. De adreslijnen en de 8 bit bus verschaffen de status/ stuurinformatieuitwisseling tussen de twee eenheden.

30 De versterker 20 accepteert het differentiële uitgangssignaal van de mengtrap en versterkt dit ongeveer 25 dB. De versterker 20 levert een wisselspanningsgekoppeld +10 volt piek-piek signaal aan de A/D omvormer 19 met een zeer lage vervorming.

De A/D-omvormer 19, die bestaat uit een TRW 12 bit A/D-omvormer, wordt gebruikt voor het omvormen van het basisbandspectrum van de differentiële versterker 20 in digitale data die door microprocessor 17 35 moeten worden verwerkt. De bemonsteringssnelheid is vier keer per symbool (64 kHz).

Gedurende het normale bedrijf wordt de digitale verwerking uitgevoerd door de TMS 320 microprocessor 17. De microprocessor 17 werkt op 20 MHz met 4 K bytes geheugen van de 4 K ROM 46. De poortadres-pennen worden gebruikt voor het adresseren van de I/O registers tussen de demodulatorsectie en de CCU of het speciale diversiteitscombinatieschakeling.

40 De microprocessor 17 ontvangt de l/Q data vanaf de mengtrap 21 met een bemonsteringssnelheid van 64 kHz. De data wordt opnieuw getijdmultiplext over één frequentiekanaal zoals gebeurt in de modulatie-sectie. De microprocessor 17 zorgt voor het filteren en demoduleren van de goifvorm. De microprocessor 17 geeft het ontvangen symbool dan uit over de bus 104 naar de datagrendelschakeling 37 die het symbool verschaft aan de CCU via de RX DATA lijnen 64 met een puls van het RX CLK signaal op lijn 63 met een 45 snelheid van 16 kHz.

De ontvangerstatus wordt geplaatst in het statusregister 24 en de l/Q monsters worden geplaatst in het l-register 29 en het Q-register 30. De CCU zal de status uitlezen terwijl de l/Q monsters nodig zijn voor een externe diversiteitscombinatieschakeling. De stuur/status interface en functies worden in het onderstaande beschreven.

50 De werking van de basisstationmodem is vastgelegd op een vaste hf frequentie. Communicatie in het basisstation is volledig duplex. Derhalve zijn de modulator en demodulatorsecties van de modem simultaan in bedrijf. Als de modem ook is aangewezen als de stuurfrequentiekanaalmodem, dan zendt en ontvangt ze alleen informatie met het radiostuurkanaalformaat (RCC) gedurende de toegewezen stuurslotperiode. In het basisstation is een OCXO, aanwezig in de systeemtijdeenheid (STIMU) 49, vastgezet en doet dienst als 55 meesterklokpulsgenerator van het systeem. Derhalve zullen er tijdens ontvangst geen frequentie-afwijkingen optreden.

Alle uitzendingen vanaf de basisstationmodems worden geklokt door het meester TX CLK (16 kHz) 9 192908 signaal op lijn 60. De fractionele tijdvertragingsgenerator 40 in de basisstationmodems leveren aan de CCU van het basisstation het fractionele gedeelte van de symbooltijdsduur tussen het meester TX CLK signaal op lijn 60 en het afgeleide RX CLK signaal op lijn 63 in de modem. Deze informatie wordt dan overgedragen naar de abonnee-eenheid via het radiostuurkanaal zodat de abonnee zijn uitzending zal vertragen om 5 ervoor te zorgen dat zijn signaal in het basisstation wordt ontvangen synchroon met alle andere slots.

Alle operaties in de abonneestationmodem worden afgeleid vanaf het ontvangen klokpulssignaal (RX CLK) dat wordt herwonnen uit de ontvangen transmissie door de tijd- en stuursignaalgenerator 38. Deze doet dienst als meesterklokpulsgenerator van het abonneestation. Het TX CLK signaal op de lijn 62 vanaf de zendklokpulsvertragingsschakeling 39 naar de CCU is niet een meesterklokpulssignaal zoals in het 10 basisstation. Ze wordt afgeleid uit het RX CLK signaal op lijn 63 en vertraagd door de zendklokpulsvertra-gingsschakeling 39. De duur van deze vertraging wordt verschaft door de CCU van het abonneestation, het fractionele vertragingsregister (SUB) 28 en daaruit afgeleid door de zendklokpulsvertragingsschakeling 39.

De CCU van het abonneestation ontvangt de vertraging via het radiostuurkanaal vanaf de CCU van het basisstation. De vertraging wordt bepaald door de afstand tussen de basis en de abonneestations. De CCU 15 van het abonneestation voedt deze fractionele tijdsinformatie aan het fractionele vertragingsregister (SUB) 28 in de modem via de MOD BUS 50. De modem zelf incorporeert de fractionele vertraging via de zendklokpulsvertragingsschakeling 39. De CCU houdt met de geheeltallige symboolvertraging rekening door het invoegen van het TX SOS signaal op lijn 56 naar de modem vertraagd met het correcte aantal symbolen. Dit proces zorgt voor het uitlijnen van de signalen die aankomen bij het basisstation vanaf 20 variaties in het gebied van alle abonneestations.

Er zijn veel vertragingsbronnen in het modemsysteem die een uitgesproken invloed hebben op de systeemtijdsbepaling. Daaronder vallen de analoge filtervertragingen, propagatievertragingen, de verwerkingsvertragingen in het FIR filter 12, enzovoort. Deze vertragingen zorgen voor het scheef trekken tussen TX- en RX frames en met deze scheef getrokken situaties moet nauwkeurig rekening worden 25 gehouden.

De vertragingswegen vanaf de modulatorsectie naar de demodulatorsectie worden in het onderstaande opgesomd tezamen met hun geschatte waarden.

Tta TX analoge vertraging, ongeveer 0,55 T.

30 Ttr Overgangsvertraging tussen TX en RX in de hf eenheid. Ongeveer 1,9 T.

Td Propagatievertraging. Maximaal 1,2 T (eenwegs).

Tra RX analoge vertraging. Ongeveer 5,77 T.

Th De tijd gedurende het bemonsteren van het uitgangssignaal van het RX analoge filter voor A/D omvorming. Bij benadering 0,03 T.

35 Tc A/D omvormtijd. Bij benadering 0,22 T.

Tf1, Tf2 RX FIR ’’venster”. Om een piek te ontvangen op het tijdstip t = 0 moet het filter met bemonsteren starten op t = - Tf1 en doorgaan totdat Tf1 ongeveer gelijk is aan 3,5 T en Tf2 ongeveer gelijk is aan 3,25 T.

To TMS verwerkingsvertraging tussen ’’piek" en TMS uitgangssignaal. Bij benadering 4,5 T.

40 Tw TX golfvormlengte (6 T).

Tcrt Compensatievertraging tussen RX en TX (abonnee); minimaal voor de verste abonnee en maximaal voor de dichtstbijzijnde abonnee.

SBn Dichtstbijzijnde abonnee.

SBf Verste abonnee.

45

De vertraging tussen de TX SOS in het basisstation en het eerst ontvangen analoge ’’piek” symbool in het basisstation is +7,4 symbolen. Derhalve bestaat er een scheefstand tussen de TX en RX slots. Om de inkomende fase correct te decoderen moet de modem beginnen met bemonsteren ongeveer 3,5 symbolen voordat de ’’piek” arriveert. Derhalve beslaat de scheefstand tussen de TX SOS en het begin van de RX 50 bemonstering ongeveer een lengte van vier symbolen.

In het basisstation vindt de start van het RX slot plaats ongeveer 4 T na de start van het TX slot. De start van het RX slot is gedefinieerd als het tijdstip waarop het eerste analoge monster wordt genomen teneinde de eerste "piek" die wordt ontvangen te detecteren.

De modem van het verste abonneestation zal zijn TX slot starten 4 T voor de start van het RX slot van 55 de modem in het basisstation. Andere abonnee’s kunnen de start van hun TX slots vertragen.

In het totale hf telefoonabonneesysteem kunnen rondgaande transmissievertragingen overal optreden als gevolg van de afstand met een tijdslengte tussen 0 en 3 symbolen. Om er derhalve voor te zorgen dat de 192908 10 ontvangen communicatie in het basisstation synchroon is, moet het abonneestation in staat zijn om zijn zendklokpulssignaal over O tot 3 symbooltijdsduren ten opzichte van het afgeleide ontvangen klokpuls-signaal (RX CLK) te verschuiven. De tijdsvertragingen worden berekend in het basisstation en overgezonden via het stuurkanaal en geïnterpreteerd door de CCU. De CCU verschaft dan de fractionele vertragings-5 constanten aan de modem van het abonneestation teneinde de TX CLK te vertragen. De fractionele vertraging is een 8 bit waarde die ingeschreven is in het fractionele vertragingsregister (SUB) 28. De gehele symboolvertraging wordt bestuurd door de CCU. Het TX SOS poortsignaal op lijn 56 wordt gegenereerd met een vertraging van 0,1 of 2 symbolen afhankelijk van de trajectwaarden die worden ontvangen van het basisstation.

10 Gedurende de ontvangst van een willekeurig slot voert de modem een frequentiesynchronisatie uit door acquisitie en gaat dan door met het volgproces. In het abonneestation staat de VCXO onder directe besturing van de microprocessor 17 via een D/A omvormer in de VCXO interface 41. De frequentie-acquisitie en voigalgoritmen in de microprocessor 17 berekenen de veranderingen die in de VCXO nodig zijn om de synchronisatie te handhaven.

15 Tijdens de ontvangst van een willekeurig slot voert de microprocessor 17 ook een bitsynchronisatie uit op het bitsynchronisatiepatroon van de ontvangen datastroom. Een algoritme voert een bitvolglus uit. De microprocessor 17 heeft besturing over een variabele frequentiedeler van de 80 MHz VCXO of OCXO (alleen gedurende de stuurslotdemodulatle). Binnen de bitvolglus modificeert de microprocessor 17 de frequentiedeling teneinde bitsynchronisatie te verkrijgen. Gedurende de ontvangst van een spraakkanaal 20 hebben de deelwaarden stapafmetingen van 0,1% van 16 kHz, maar gedurende een stuurslot kunnen de waarden veel sterker variëren, tot zelfs ± 50%.

Framesynchronisatie wordt behandeld op een geheel andere wijze in het basisstation en in de abonnee-stations. In het basisstation wordt een meester SOMF (start van modemframe) signaal uitgezonden op de lijn 61 naar de CCU via de modem. Dit is het meester SOMF signaal dat wordt gebruikt voor alle uitzendin-25 gen vanaf het basisstation. Uit dit signaal en uit het meestersysteemsymboolklokpulssignaal (16 kHz) op lijn 60 kan de CCU alle slot- en frametijdsrelaties afleiden.

Gedurende de initiële acquisitie zoekt in het abonneestation de microprocessor 17 naar de AM HOLE in de RCC. Als de AM HOLE wordt gedetecteerd dan zal de microprocessor 17 deze gedurende enkele frames tellen en er dan voor zorgen dat de tijd- en stuursignaalgenerator 38 het AM STROBE/merkteken 30 plaatst op de lijn 65 naar de CCU bij de framelokatie van de AM HOLE. De CCU gebruikt deze poort- markering om initiële framemerktekentellers in te stellen (venstervorming) die door de software van de CCU kunnen worden gemodificeerd voor een exacte framesynchronisatie. Dit geeft ook aan dat de AM HOLE gedetecteerd is en de RCC is verworven.

De siotsynchronisatie staat onder besturing van de CCU. De signalen TX SOS op lijn 56 en RX SOS op 35 lijn 57 zijn instructies aan de tijd- en stuursignaalgenerator 38 om te beginnen met het uitzenden of ontvangen van een slot. Deze signalen zijn gesynchroniseerd op het TX CLK signaal op lijn 62 respectievelijk RX CLK op lijn 63.

De modemdemodulatorsectie werkt ofwel in de off line modus ofwel in de on line modus afhankelijk van bit 7 van het RX stuurwoord in het stuurwoordregister 31. Voor het omschakelen van de demodulatiesectie 40 van de ene modus in de andere zendt de CCU dan MOD RESET, schrijft de benodigde instructie op in het RX stuurwoordregister 31 via de MOD BUS 51, en stelt dan het MOD RESET signaal buiten werking.

In de off line modus wordt het externe geheugen op de microprocessor verschaft door 2 K woorden van de ROM 45 en 2 K woorden van de RAM 44. De CCU instrueert de modem om in deze modus binnen te gaan na het inschakelen van de voeding en één maal gedurende elk vooraf bepaald aantal uren, terwijl de 45 modem niet zendt of ontvangt, teneinde zelftest- en trainingsroutines uit te voeren.

De zelftestroutine test de ROM’s 45, 46, de interne RAM en de externe RAM 44 en de koppelschakeling naar de CCU. Ze zendt de testresultaten naar de CCU via het statusregister 24.

De trainingsroutine omvat het zenden van een trainingssignaal naar de demodulatorsectie en het berekenen van de coëfficiënten van het FIR filter dat wordt gebruikt in het microprocessor 17. Dit wordt off 50 line gedaan gedurende elk vooraf bepaald aantal uren, terwijl de modem geen data zendt of data ontvangt.

In de on line modus ontvangt de modem signalen van ofwel het stuurkanaal of wel een spraakslot, in overeenstemming met het stuurwoord in het stuurwoordregister 31 voor de RX sectie. De on line software voert de volgende routines uit.

Een initialisatieroutine wordt uitgevoerd door de microprocessor 17 bij het inschakelen voor de voeding of 55 nadat een terugstelsignaal is ontvangen. Deze routine leest het stuurwoord in het register 31 en roept andere routines in overeenstemming met het stuurwoord.

Deze routine wordt uitgevoerd als de CCU een MOD RESET signaal zendt naar de modem op lijn 54 en 11 192908 een instructie via de MOD BUS 51 naar het stuurregister 31 om verder te gaan in de on line modus. Deze routine voert een controlesomtest uit op een on line PROM, initialiseert parameters, leest het stuurwoord-register 31 en vertakt naar de geschikte routine.

Een frequentieacquisitieroutine wordt uitgevoerd alleen in de abonneestationmodem bij ontvangst van het 5 stuurkanaal teneinde de VCXO frequentie van het abonneestation te synchroniseren op de kristalfrequentie van het basisstation. Omdat de zend-, ontvangst- en mf-frequenties worden afgeleid uit de VCXO in het abonneestation of de OCXO in het basisstation, zal dit ervoor zorgen dat aile frequenties gesynchroniseerd zijn.

Deze routine wordt gebruikt alleen in de modem van het abonneestation. Ze wordt geactiveerd door een 10 instructie van de CCU terwijl de demodulatorsectie is ingesteld op de stuurkanaalfrequentie. De functie ervan is het synchroniseren van de VCXO frequentie op die van de OCXO in het basisstation. Dit gebeurt door eerst te kijken naar de AM HOLE, hetgeen een kleine tijdsperiode is gedurende welke er geen transmissie plaats vindt vanaf het basisstation. Daarna zendt het basisstation een niet gemoduleerde draaggolf uit. Bij ontvangst van deze golfvorm zal de mf mengtrap een andere sinusgolfvorm afgeven 15 waarvan de frequentie evenredig is met het verschil tussen de VCXO en de basisstation- kristaloscillatorfrequentie. De modem software bemonstert de I- en Q-kanalen op bepaalde intervallen en voert een fasevergrendelingslusfunctie uit, dat wil zeggen bepaalt de faseverandering voor elk interval, voert dit door een laagdoorlaatfilter en zendt het als correctiewoord naar de VCXO. De modem stelt vast dat de frequentie-acquisitie is gerealiseerd als de faseverandering lager wordt dan een bepaald niveau. Als de AM 20 HOLE niet wordt gedetecteerd gedurende een bepaalde tijdsperiode dan zal de module een foutboodschap zenden aan de CCU aangevende dat de ontvanger niet is afgestemd op het stuurkanaal.

De routine wordt aangeroepen door de initialisatieroutine en zendt een statuswoord vanaf het status-register 24 naar de CCU aangevende of de frequentie-acquisitie al dan niet is gerealiseerd.

Na te zijn aangeroepen door de initialisatieroutine bemonstert de frequentie-acquisitieroutine de I- en 25 Q-kanalen kijkend naar de AM HOLE waarbij tegelijkertijd een AGC-lus wordt gecreëerd. Als de AM opening niet wordt gedetecteerd gedurende een vooraf bepaald aantal monsters dan brengt de routine deze informatie over naar de CCU via het statusregister 24. De CCU zal dan omschakelen naar een andere mogelijke RCC frequentie en de frequentie-acquisitieroutine opnieuw activeren.

Na detectie van de AM opening zal deze routine een fasevergrendelingslus verschaffen voor de tijdsduur 30 waarin een niet gemoduleerde draaggolf wordt uitgezonden. In deze lus worden I- en Q-monsters genomen en wordt de fasehoek van het bemonsterde signaal berekend.

De berekende hoek wordt afgetrokken van de eerdere fase en het resultaat wordt laagdoorlatend gefilterd en uitgezonden als stuurwoord naar de VCXO. Ook de AGC wordt berekend gedurende de lus gebruikmakend van de signaalamplitude. Aan het einde van de gespecificeerde tijdsduur plaatst de module 35 een ”1” in het statusregister 24, zelfs als de fase-afwijkingen kleiner zijn dan een vooraf bepaalde waarde, en als de afwijkingen nog steeds groter zijn dan deze waarde dan wordt een ”2” geplaatst in het statusregister 24. In het laatste geval kan de frequentie-acquisitieroutine opnieuw worden geactiveerd gedurende meer dan een slot.

Een bitsynchronisatieroutine wordt uitgevoerd zowel in de abonneestation- als basisstationmodems, 40 wanneer het RCC wordt ontvangen en na voltooiing van de frequentie-acquisitieroutine. In de abonneestationmodem zal het uitgangssignaal ervan worden gebruikt voor het synchroniseren van de 16 kHz symboolklokpuls op de basisstationuitzending. In de basisstationmodem wordt deze gebruikt om de fractionele vertraging die geïncorporeerd moet worden in de basisstationuitzending vast te stellen teneinde een samenvalling te bereiken met de basisstationmodemklokpuls.

45 Een slotontvangstroutine wordt aangeroepen wanneer de modem gereed is voor de ontvangst van data, dat wil zeggen nadat frequentie- en bitsynchronisatie zijn gerealiseerd. De belangrijkste functies ervan zijn (a) het initialiseren van parameters voor de symboolontvangstroutine (wordt in het onderstaande beschreven); (b) het activeren van de symboolontvangstroutine wanneer het eerste symbool is bemonsterd; en (c) het bepalen van de verbindingskwaliteit en andere informatie na ontvangst van alle symbolen in het slot.

50 Deze routine wordt aangeroepen door de initialisatieroutine aan het begin van elk ontvangstslot. De belangrijkste functie ervan is het initialiseren van de parameters voor de symboolontvangstroutine. Na voltooiing van deze taak wacht ze totdat alle monsters van het eerste symbool in het slot zijn opgeborgen in de FIFO stack 18 en dan vindt een aftakking plaats naar de symboolontvangstroutine.

De verwerking staken van deze routine zijn: 55 1. lezen van het modulatieniveau (ML van het stuurwoordregister 31) waarin ML gelijk kan zijn aan 2, 4 of 16; 2. berekenen van de halve symboolwaarde gegeven door de vergelijking: 192908 12

HS = lf W

3. berekenen van een masker MASK die wordt gebruikt voor het afknotten van de LSB's van de gedecodeerde fase. De MASK hangt af van de ML en van het aantal bits dat wordt gebruikt voor het representeren 5 van de gedecodeerde fase waarbij als 2n een 22,5 graden fasehoek vertegenwoordigt dan geldt: MASK = 8 x 2n voor ML = 2 MASK =12x2" voor ML = 4 MASK =15x2" voor ML = 16 10 4. Het eerder lezen van de AGC voor dit slot uit het AGC register 26 en het uitzenden ervan (alleen voor het basisstation).

5. wachten tot aan het einde van het bemonsteren van het eerste symbool en dan aftakken naar de symboolontvangstroutine; en; 6. Na ontvangst van alle symbolen in het slot het uitzenden van het verbindingskwaliteitssignaal vanaf het 15 verbindingkwaliteitregister 25 naar de CCU.

De symboolontvangstroutine wordt één maal per symbooltijdsduur geactiveerd terwijl data wordt ontvangen en de functies ervan zijn: het lezen van de I- en Q-monsters voor het symbool; (b) het filteren van de I- en Q-monsters; (c) vaststellen van het uitgezonden symbool en uitzenden ervan naar de CCU; (d) uitvoeren van een fasevergrendelingslus voor het synchroniseren van de VCXO op het inkomende signaal; 20 (e) uitvoeren van een bitvolgalgoritme; (f) AGC berekening; en (g) accumuleren van informatie voor de verbindingskwaliteitberekening.

De routine wordt een maal per symbool geactiveerd wanneer alle vier de monsters die betrekking hebben op een symbool zijn opgeborgen in de externe FIFO stack 18. Deze routine leest de monsters in het geheugen en verwerkt ze dan om het uitgezonden symbool te bepalen. Ook wordt de AGC berekend uit 25 de signaalamplitude. De afwijkingen in het ontvangen symbool ten opzichte van het uitgezonden symbool worden gebruikt in de AGC-, verbindingskwaliteit- en bitvolgalgoritmen. De looptijd van deze module is minder dan een symbooltijdsduur, dat wil zeggen 62,5 microseconden.

Na het ontvangen en opbergen van de vier I- en Q-monsters voor een bepaald symbool voert deze routine de volgende taken uit: 30 1. FIR filteren van de ontvangen monsters. De FIR coëfficiënten worden bepaald door de in het onderstaande besproken trainingroutine; 2. bepalen van het signaalniveau en het gebruiken ervan voor de AGC; 3. bepalen van de ontvangen fasehoek, aftrekken van de voorafgaande fasehoek en afronden van het resultaat, Gray-codering van het afgeronde resultaat en uitzenden van het gecodeerde resultaat naar de 35 CCU; 4. uitvoeren van het bitvolgalgoritme. (Het uitgangssignaal ervan wordt geaccumuleerd voor alle symbolen en uitgezonden aan het einde van het slot. Het wordt gebruikt voor het synchroniseren van de RX abonneeklokpuls op de basistransmissie.); 5. uitvoeren van een fasevergrendelingslus om de VCXO te synchroniseren op de basisstationoscillator.

40 (Het uitgangssignaal wordt toegezonden aan de VCXO aan het einde van het slot, alleen in het abonnee- station); en het accumuleren van data voor de verbindingskwaliteit en het zenden van informatie naar de CCU via het verbindingkwaliteitregister 25 aan het einde van het slot.

Interne klokpulssignalen die in de modem nodig zijn worden gegenereerd door de tijd- en stuursignaal-generator 38 uitgaande van de 80 MHz meesterklokpulssignaal op de lijn 59. De modem gebruikt het 16 45 kHz meesterklokpulssignaal op lijn 60 als de TX CLK voor de uitzending. Derhalve zijn alle uitzendingen door het basisstation synchroon met elkaar.

De abonneestationklokpulssignalen worden geheel afgeleid uit een 80 MHz meester VCXO in de tijdseenheid van het abonneestation. De VCXO wordt bestuurd door het VCXO FDBK signaal op lijn 78 van de modem. Uit het VCXO FDBK signaal op lijn 78 worden alle zend- en ontvangstklokpulsen berekend. De 50 tijd- en stuursignaalgenerator 38 levert dan aan de CCU een 16kHz RX CLK signaal op lijn 63, afgeleid uit de inkomende datastroom. De CCU detecteert zelf het unieke woord in het stuurkanaal en kan frame- en slotmerktekens bepalen uit het unieke woord en uit het RX CLK signaal op lijn 63. Het AM STROBE signaal op lijn 65 wordt door de tijd- en stuursignaalgenerator 38 afgeleid uit het signaal dat is gedemoduleerd door de microprocessor 17 en de CCU wordt geïnformeerd waar te kijken naar het unieke woord.

55 In het abonneestation berekent de microprocessor 17 de bit- en frequentievolgparameters en stelt de tijdsrelaties bij door het afgeven van de VCXO FDBK en VCXO WR signalen aan de STIMU 49. Voor het nastellen van de frequentie geeft de microprocessor 17 signalen af aan een D/A-omvormer in de VCXO

13 192908 interface 41 die een spanning toevoert aan de VCXO. Deze VCXO frequentie wordt dan gedeeld door 5 tot 16 MHz. De 16 MHz klokpuls wordt opnieuw door 5 gedeeld om een 3,2 MHz klokpuls te produceren. De tijd- en stuursignaalgenerator 38 deelt door 4 teneinde het 800 kHz klokpulssignaal te produceren dat nodig voor het TX FIR filter 12. De monstertijdgenerator 42 deelt een 3,2 MHz klokpulssignaal door 50 teneinde 5 het 64 kHz monsterklokpulssignaal te produceren. De bemonsteringstijdgenerator 42 staat onder besturing van de microprocessor 17 om te zorgen voor een vertraging gedurende de stuurkanaalacquisitie. Dit maakt grote sprongen van ±16kHz klokpulsperioden mogelijk voor een snelle acquisitie.

De zelf aanpassende trainingsmodus is een teruggekoppelde toestand waarin de modem terecht komt om de digitale FIR filtercoëfficiënten van de demodulatorsectie, opgeborgen in de microprocessor 17, te 10 trainen als correctie voor eventuele analoge filterdegradaties die in de tijd of als gevolg van temperatuursveranderingen kunnen optreden. De analyse wordt uitgevoerd door het terugkoppelen van zenddata via de hf eenheid en het ontvangen van een bekend patroon in de demodulatorsectie van de modem. De coëfficiënten worden geoptimaliseerd over een Lagrange systeem met vijf bepalingen. Deze bepalingen zijn (1) de ontvangen datastroom; (2) de over 0,05 T vertraagde datastroom; (3) de over 0,05 T in voorwaartse 15 richting verschoven datastroom; (4) de datastroom van het aangrenzende hooggelegen kanaal; en (5) de datastroom van het aangrenzende lager gelegen kanaal.

Gedurende de trainingmodus verschaft de microprocessor 17 aan het FIR filter 12 van de modulator-sectie een reeks van 32 symboollange trainingpatronen op lijn 106 vanaf de FIFO stack 36, die in werking is gesteld gedurende de trainingsmodus. Verschuivingen in voorijlende en vertragende richting zorgen voor 20 een scheefstand tussen de twee stromen over 0,05 T.

De CCU plaatst de modem in de trainingmodus om het de modulatorsectie van de modem mogelijk te maken het speciale trainingpatroon te lezen uit de FIFO stack 36 door bediening van de trainingmodus-schakeleenheid 11 via het stuursignaal op lijn 107 van het stuurwoordregister 31. De demodulatorsectie wordt ook voorwaarts en achterwaarts verschoven voor sommige tests. Als het proces voltooid is dan zendt 25 de modem een statusboodschap naar de CCU dat de coëfficiënten zijn berekend. Op dat tijdstip test de CCU de modem door deze in de normale bedrijfsmodus te plaatsen en een instelpatroon af te geven, de RFU in de terugkoppelsïtuatie te instrueren en de terugkerende data uit te lezen en op geldigheid te testen.

De ieermodus wordt geïnitieerd door de CCU die de juiste stuurregisterbits instelt en een MOD RESET signaal uitzendt op lijn 54 naar de modem. Deze zorgt voor een herconfiguratie van de microprocessor 17 30 om in plaats van 4 K ROM en geen RAM gebruik te maken van 2 K van de ROM 45 en 2 K van de RAM 44. De 2 K ROM 45 bevat de trainingmodusalgoritmen en de 2 K RAM 44 verschaft het kladblokgeheugen ais de filtercoëfficiënten worden berekend.

Een algoritme berekent de aangrenzende kanaalkarakteristieken. Voor het bepalen van de aangrenzende kanaalinterferentie moet de modulatorsectie van de modem in staat zijn een frequentie uit te zenden die 25 35 kHz verwijderd is van de ontvangen frequentie. Dat wordt gedaan doordat de CCU het statusregister in de modem uitleest. De informatie in het statusregister 24 wordt toegevoerd naar de CCU voor het veranderen van de frequenties in de RFU ontvangersectie naar wens van de modem.

De microprocessor 17 voert de trainingroutine uit. De functie van de trainingroutine is het berekenen van de FIR filtercoëfficiënten in de microprocessor 17. De modulatorsectie wordt geactiveerd in de terugkoppel-40 modus om een bepaalde reeks van symbolen uit te zenden. Deze reeks wordt overgezonden naar de demodulatorsectie via de RFU in vijf verschillende modussen en wel als volgt: (1) normale modus; (2) voorwaartse tijdverschuivingsmodus; (3) vertraagde tijdverschuivingsmodus; (4 en 5) op de aangrenzende boven gelegen en onder gelegen kanalen. In de laatste twee modussen wordt de AGC instelling met 23 dB verhoogd.

45 De demodulatorsectie gebruikt de monsters op de inkomende golfvorm voor het creëren van een positieve eindige symmetrische matrix A van de orde 28. Er wordt dus een 28 woord vector V gecreëerd uit de ingangsmonsters. De coëfficiëntenvector C wordt bepaald door: C = A'1 V (2)

Er wordt een algoritme gebruikt om B = A'1 te berekenen bij gegeven A. Als gevolg van afrondfouten zal 50 B niet nauwkeurig zijn, zodat een iteratieve methode wordt gebruikt voor het berekenen van een meer nauwkeurige C.

De berekening levert een vector op van 28 complexe FIR filtercoëfficiënten.

De modulatorsectie wordt geactiveerd in de trainingmodus voor het overdragen van vijf soortgelijke sequentieparen. Elk paar bestaat uit de volgende twee sequenties: (a) een I sequentie van 9 nul symbolen, 55 een ”1 ” symbool en 22 nul symbolen; en (b) een Q sequentie van 9 nul symbolen, een ”j” symbool en 22 nul symbolen. De ”1” kan ieder willekeurig symbool zijn. De ”j’’ is een symbool dat met 90 graden van ”1” verschilt.

Claims (5)

192908 14 De bewerkingstaken in de demodulatorsectie zijn: (1) het instellen van de AGC zodanig dat de signaal-piek in de normale modus 50 tot 70% bedraagt van het maximum (de AGC wordt met 23 dB verhoogd voor de vierde en vijfde modussen); (2) het lezen en opbergen van de ingangsmonsters (de eerste 32 monsters worden buiten beschouwing gelaten en de volgende 64 monsters worden voor elke sequentie opgeborgen); 5 en (3) het opbouwen van de matrix A (28, 28). Het volgende proces wordt in de normale modus (eerste modus) uitgevoerd; A(l, J) = A(l, J) + Σ x(4N - 1) x(4N - J) (3) De optelling geldt voor alle N die voldoen aan: 0 < = 4N -1 < 64 en 0 < = 4N - J < 64 (4)

10 Voor de voorwaartse en vertraagde modussen (tweede en derde modussen) wordt hetzelfde proces uitgevoerd met uitzondering van het feit dat de term resulterend uit N = 8 niet wordt opgeteld. In de vierde en vijfde modussen (het zenden op de aan de bovenzijde en onderzijde aangrenzende kanalen) worden de volgende processen uitgevoerd: A(l, J) = A(l, J) + Σ x(2N - I) x(2N - J) (5)

15 De optelling geldt voor alle N die voldoen aan: 0 < = 2N -1 < 64 en 0 < = 2N - J < 64 (6) Verdere bewerkingstaken van de demodulatorsectie in de trainingmodus zijn:

4. Het creëren van de vector V (1:28) uit de monsters van het eerste paar sequenties: a. I{V(I)} = X(32 -1) (7) 20 waarin X de monsters zijn van de eerste (I) sequentie; en b. Q{V(I)} = X(32 -1) (8) waarin X de monsters zijn van de tweede (Q) sequentie; en 5. het vinden van de coëfficiëntenvector C door het oplossen van A x C - V = 0. Dit wordt uitgevoerd door eerst B te vinden die gelijk is aan de inverse van A. Als gevolg van afrondfouten zal B niet nauwkeurig zijn.

25 De volgende iteratieve methode wordt gebruikt om een nauwkeurige C te vinden. C0 = B x V (9) Cn+1 = Cn - b x B(A x Cn - V) (10) b is een vooraf bepaalde waarde < 1. 30 Conclusies 1 2 3 4 5 Modem omvattende ten minste een meervoudige fasemodulator voor het in een gedigitaliseerde bitstroom omzetten van een fasegemoduleerd signaal, waarin sequentieel elk gegeven aantal opvolgende bits een 35 symbool definieert, welke symbolen in fase worden gemoduleerd, digitale filtermiddelen voor het digitaal filteren van elk fasegemoduleerd signaal om gefilterde, fase-representerende, in-fase (I) en quadratuur-fase (Q) componenten te vormen, en een digitaal/analoogomzetter voor het omzetten van de gefilterde, in-fase en quadratuur-fasecomponenten in een analoog signaal, 40 met het kenmerk, dat de digitale filtermiddelen een meerpolig filter omvatten zodanig dat een enkelvoudig digitaal signaal wordt gevormd, waarin de in-fase (I) en quadratuur-fase (Q) componenten sequentieel en overlappend tijdverdeeld zijn gecombineerd.

2 Modem volgens conclusie 1, verder voorzien van een op de digitaal/analoogomzetter aangesloten menginrichting en van een enkelvoudige locale oscillator voor het aan de menginrichting verschaffen van 45 een enkelvoudig middenfrequent wisselsignaal voor vermenigvuldiging van het gefilterde analoge signaal.

3 Modem volgens conclusie 1, waarin het meerpolige filter overbemonstering kent, en zes aftakkingen heeft en voorzien is van twee in parallelschakeling op de ingang van het filter aangesloten drietraps schuif-registers en van een op de uitgangen van de twee schuifregisters aangesloten reken- en geheugen ROM orgaan. 4

4. Modem volgens conclusie 3, waarin elk van de zes symbolen in de twee schuifregisters wordt bemonsterd met een snelheid van 3/25 T (T is symboolperiode) met scheefloop waarbij van de bemonsteringen, zodat gedurende elke 1/25 T bemonsteringsperiode twee symbolen worden bemonsterd en in het ROM orgaan worden ingevoerd, waarbij elke 1/25 T bemonsteringsperiode in twee delen (I en Q) is verdeeld, waarbij de twee registers in de eerste helft van de 1/25 T periode de in-fase (I) component van het symbool 55 en in de tweede helft van de 1/25 T periode de quadratuur-fase (Q) component van het symbool in het ROM orgaan invoeren.

5 Modem volgens conclusie 1, voorzien van een meervoudige fasedemodulator aan de ingang waarvan 15 192908 een fasegemoduleerd analoog middenfrequent signaal wordt toegevoerd, verder omvattende een menger en een locale oscillator die een tijdverdeeld sinus/cosinus/-sinus/-cosinus signaal aan de menger afgeeft voor omlaagomzetting van het ontvangen analoge middenfrequent signaal. Hierbij 5 bladen tekening