NL7907571A - Inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signalen. - Google Patents

Description

4 %

Inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signal en.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signalen, 5 die als een seriebitstroom met een voorafbepaalde frequentie van een kloksignaal worden overgedragen.

Een bekende methode voor het detecteren van de aanwezigheid van een deltagemoduleerd digitaal signaal is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 830.256 van 10 Paul H. Horn, getiteld "A Delta Modulation Detector" en ingediend op 2 september 1977. Volgens deze methode worden de statistische eigenschappen van een deltagemoduleerd digitaal signaal gebruikt om de aanwezigheid van het digitale signaal op een tijdstip te bepalen. Het deltagemoduleerde signaal is 15 aanwezig, indien gedurende een voorafbepaald tijdsinterval het aantal bitovergangen van het deltagemoduleerde digitale signaal groter is dan een voorafbepaald hoog aantal of kleiner dan een voorafbepaald laag aantal. Deze methode is echter ongevoelig voor foutsalvo's, heeft een lage responsietijd en 20 voorziet niet in een continue bewaking van de aanwezigheid van het deltagemoduleerde digitale signaal.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een verbeterde inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signalen, die een indicatie van de aanwezigheid van 25 het deltagemoduleerde digitale signaal levert op een wezenlijk continue wijze.

De uitvinding heeft voorts ten doel te voorzien in een verbeterde inrichting voor het detecteren van deltagemodu-leerde digitale signalen, die op betrouwbare wijze een onder-30 scheid maakt tussen het deltagemoduleerde digitale signaal en spraak, ruis en andere willekeurige of pseudo-willekeurige signalen.

De uitvinding heeft nog ten doel te voorzien in een verbeterde inrichting voor het detecteren van deltagemoduleer-35 de digitale signalen, die foutsalvo's detecteert, die gedurende de transmissie in het deltagemoduleerde digitale signaal worden geïntroduceerd.

De uitvinding heeft ook nog ten doel te voorzien in een verbeterde inrichting voor het detecteren van deltagemo-40 duleerde digitale signalen, die een maat van de kwaliteit 790 75 71 f'' - 2 - - van het deltagemoduleerde digitale signaal levert.

De detector volgens de uitvinding levert een indica-tiesignaai wanneer de aanwezigheid van een deltagemoduleerd digitaal signaal wordt gedetecteerd. Het deltagemoduleerde 5 digitale signaal wordt overgedragen als een seriebitstroom met een voorafbepaalde bitfrequentie van een kloksignaal.

Een eerste teller reageert op het kloksignaal om een terug-stelpuls af te geven aan het einde van elk achtereenvolgend interval van N bits. Het interval van N bits·kan bijvoorbeeld 10 16 bits lang zijn. Gedurende zulk een interval van 16 bits kunnen er maximaal 16 bitovergangen of wijzigingen in de logische toestand van het digitale signaal optreden en een minimum van nul bitovergangen. Een overgangsdetector reageert op het digitale signaal en een kloksignaal voor het leveren 15 van een overgangspuls voor elke wijziging in de logische toestand van het digitale signaal.

Een tweede teller totaliseert de overgangspulsen die optreden tussen opeenvolgende terugstel pulsen. Aldus levert de tweede teller aan het einde van elk interval van N bits 20 een getotaliseerde telling van de bitovergangen die binnen dat interval optreden. Een opslagschakeling met ten minste twee trappen slaat herhaaldelijk de getotaliseerde tellingen op gedurende ten minste de voorafgaande twee intervallen van N bits. Een met de opslagschakeling gekoppelde poortschake-25 ling levert een indicatiesignaal, wanneer beide opgeslagen getotaliseerde tellingen een waarde hebben die buiten een voorafbepaald gebied van waarden ligt, die gecentreerd om een half N liggen. Het indicatiesignaal kan voorts worden geïntegreerd door een integreerschakeling om een kwaliteits-30 signaal op te wekken met een grootte die evenredig is aan de mate van bitfouten van het digitale signaal.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een blokschema van een ontvanger-kiesstelsel 35 toont, waarin de uitvinding met voordeel kan worden toegepast; fig. 2 grafieken weergeeft, die de waarschijnlijkheid van bitovergangen die in een interval van N bits optreden, illustreren voor enerzijds een deltagemoduleerd digitaal signaal en anderzijds voor ruis; 40 790 7 5 71 4 - 3 - fig. 3 een gedetailleerd blokschema van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding voor het detecteren van digitale signalen toont.

In fig. 1 is een ontvanger-kiesstelsel getoond, 5 waarbij met voordeel de uitvinding kan worden toegepast om uit een aantal ontvangers de ontvanger te kiezen, die een deltagemoduleerd digitaal signaal met de hoogste signaalkwa-. liteit ontvangt. Zulk een ontvanger-kiesstelsel is in detail beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.013.962. In 10 het ontvanger-kiesstelsel volgens fig. 1 zijn een aantal ontvangers 100 en 101 die op dezelfde radiofrequentie werken, over een geografisch bestrijkingsgebied verdeeld. Een verge-1ijkingsschakeling 105 vergelijkt de signalen uit elk van de ontvangers 100 en 101 en kiest het signaal uit dat de beste 15 kwaliteit heeft, welke keuzebewerking ook wel "voting" wordt genoemd. Het gekozen signaal wordt toegevoerd aan de uitgang van de verge!ijkingsschakeling 105.

De verge!ijkingsschakeling 105 omvat een signaal-kwaliteitseenheid 102, 103 voor elke ontvanger 100, 101 en 20 een besturingseenheid 104. Een. gedetailleerde beschrijving van de signaal-kwaliteitseenheid 102, 103 en de besturingseenheid 104 is terug te vinden in de instructiehandleiding 68P81016E40 van "Motorola", getiteld "SPECTRA TAC Total Area Coverage Comparator" en gepubliceerd door "Motorola Service 25 Publications Department" in 1976.

De ontvangers 100 en 101 kunnen signalen ontvangen die hetzij zuivere (dat wil zeggen conventionele) geluidssignalen ontvangen, of geluidssignalen die digitaal gecodeerd zijn volgens het principe van deltamodulatie. Aldus moeten de 30 signaal-kwaliteitseenheden 102 en 103 zijn ingericht voor het leveren van een indicatie van de signaal kwaliteit van zuivere geluidssignalen, welke kwaliteit kan worden bepaald op diverse wijzen, zoals beschreven in de Amerikaanse octrooi schriften 3.984.776; 4.028.627, 4.034.299 en 4.052.678. Elke signaal-35 kwaliteitseenheid omvat schakelingen die beschreven zijn in de hierboven genoemde octrooischriften, voor het leveren van een spanning dat een indicatie is voor de kwaliteit van het zuivere geluidssignaal. Deze kwaliteitsspanning wordt toege-voerd aan de leiding 106.

40 790 75 71 - 4 - ft

Echter zijn de hierboven genoemde schakelingen voor het bepalen van de signaal kwaliteit van zuivere geluidssigna-' 1 en niet geschikt voor gecodeerde geluidssignalen. Extra schakelingen kunnen in de kwaliteitseenheden 102 en 103 worden 5 opgenomen voor de aanpassing aan gecodeerde geluidssignalen.

Ten eerste kan een schakeling worden opgenomen, die het zuivere geluidssignaal scheidt van een digitale bitstroom. Deze schakeling kan een digitale signaaldetector zijn die lijkt op die beschreven is in het Amerikaanse octrooi schrift 10 3.995.225 of in de Amerikaanse octrooiaanvrage 951.896, ge titeld "Digital Signa! Detector", van Terence E. Sumner-et al en ingediend op dezelfde datum als de onderhavige octrooiaanvrage. De digitale signaaldetector activeert een besturings-leiding 107 om aan de besturingseenheid 104 een indicatie te 15 geven, dat een digitale bitstroom is ontvangen.

Voorts kunnen de kwaliteitseenheden 102, 103 de inrichting volgens de uitvinding voor het detecteren van delta-gemoduleerde digitale signalen bevatten, die een spanning afgeeft die een maat is voor de signaal kwaliteit van gecodeer-20 de geluidssignalen. Deze kwaliteitsspanning wordt toegevoerd aan de leiding 108. Het kiesproces wordt continu uitgevoerd voor zowel zuivere als gecodeerde geluidssignalen. Wanneer de besturingseenheid 104 detecteert dat de besturingsl eid'ing is geactiveerd, wordt het gekozen gecodeerde geluidssignaal 25 verder geleid naar de uitgang van de besturingseenheid, terwijl in het andere geval het gekozen zuivere geluidssignaal aan de uitgang van de besturingseenheid wordt doorgegeven.

Aldus wordt het zuivere of gecodeerde geluidssignaal met de hoogste kwaliteit automatisch aan de uitgang van de bestu-30 ringseenheid aangeboden.

De statistische eigenschappen van deltagemoduleerde signalen kunnen worden gebruikt om een onderscheid te maken tussen het deltagemoduleerde signaal en andere willekeurige of pseudo-wi11ekeurige signalen. In fig. 2 is de. waarschijn-' 35 lijkheid van het aantal bi tovergangen geil 1ustreerd, die in een interval van N bits optreden voor zowel een deltagemodu-leerd signaal 201 als voor ruis 200. Voor het deltagemoduleerde signaal 201 is de waarschijnlijkheid dat N/2 overgangen in een interval van N bits optreden, relatief klein, terwijl voor 40 790 7571 35 - 5 - τ* ruis de waarschijnlijkheid dat N/2 overgangen in een interval van N bits optreden, relatief hoog is. Door het profiteren van de hierboven genoemde statistische eigenschap van delta-gemoduleerde signalen, kan een detector gemakkelijk een onder-5 scheid maken tussen een deltagemoduleerd signaal en andere willekeurige of pseudo-willekeurige signalen, zoals ruis.

Voorts kunnen deltagemoduleerde digitale signalen worden versluierd volgens gekozen codes, zoals bekende con-volutiecodes, teneinde het communicatiekanaal te beveiligen 10 tegen ongewenst.meeluisteren. Voor het uitzenden kan het deltagemoduleerde digitale signaal worden versluierd volgens een bepaalde convolutiecode en vervolgens worden gedecodeerd wanneer het signaal door een ontvanger 100 of 101 wordt ontvangen. Indien echter een enkele bitfout wordt geïntroduceerd 15 gedurende de transmissie van het versluierde deltagemoduleerde digitale signaal, wordt een pseudo-willekeurige foutsalvo opgewekt bij het decoderen in de ontvanger. Bijvoorbeeld kan een enkele bitfout die gedurende de transmissie wordt geïntroduceerd, resulteren in een foutsalvo dat 32 bits vermengt.

20 Zulk een foutsalvo van 32 bits zal zeer waarschijnlijk 16 bitovergangen bevatten. Door het profiteren van de statistische eigenschappen van deltagemoduleerde digitale signalen, zoals hierboven is beschreven en in fig. 2 is getoond, maakt de detector volgens de uitvinding een onderscheid tussen een 25 deltagemoduleerd digitaal signaal en willekeurige of pseudo-willekeurige signalen, zoals ruis en foutsalvo's.

In fig. 3 is een uitvoeringsvorm van de uitvinding geïllustreerd, die betrouwbaar een onderscheid maakt tussen deltagemoduleerde digitale signalen en willekeurige of pseudo-30 willekeurige signalen. Hoewel in de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm N=16 en het voorafbepaal de gebied van waarden gecentreerd om N/2 8 en 9 is gekozen, kunnen elke geschikte waarde van N en het overeenkomstige voorafbepaalde gebied van waarden worden toegepast afhankelijk van de betref-35 fende toepassing van de inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signalen. De detector telt het aantal bitovergangen in elk interval van 16 bits op. Indien het totale aantal bitovergangen gelijk is aan 8 of 9 voor twee opeenvolgende intervallen van 16 bits, herkent de detector 40 het signaal als ruis of een foutsalvo. Indien de getotaliseerde 790 75 71 $ A# - 6 - . telling gedurende twee opeenvolgende intervallen ligt binnen het gebied van nul tot 7,. of 10 tot zestien, herkent de detector het signaal als een deltagemoduleerd digitaal signaal. Deze bewerking wordt continu herhaald voor elk interval van 5 16 bits. Indien een enkelvoudig foutsalvo wordt gedetecteerd, levert de detector een dalende puls aan de uitgang van de NEN-poort 306. Wanneer ruis aanwezig is blijft de uitgang van de NEN-poort 306 in een lage logische toestand. Wanneer daarentegen het juiste deltagemoduleerde digitale signaal aan-10 wezig is, zal de uitgang van de NEN-poort 306 in een hoge logische toestand blijven. Doordat voorts het uitgangssignaal van de NEN-poort 306 wordt geïntegreerd, kan de detector een spanning afgeven, waarvan de grootte een indicatie is van de kwaliteit, dat wil zeggen mate van bitfouten, van het delta* 15 gemoduleerde digitale signaal.

Bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm volgens fig. 3 is het deltagemoduleerde digitale signaal een bitstroom die met een frequentie van -12.000 bits per seconde wordt overgedragen. Het kloksignaal heeft een frequentie van 20 12 kHz en wordt door middel van elke geschikte bekende inrich ting uit de bi tstroom gewonnen. Bijvoorbeeld kan het kloksig-naal door middel van een bekende digitale fase-vergrendelde lus uit het deltagemoduleerde digi tale signaal worden gewonnen .

25 Een overgangsdetector wordt gevormd door het schudf- register 300 en de exclusieve 0F-poort 301. Het digitale signaal wordt met behulp van het kioksignaal in serie ingevoerd in de trappen Q1 en Q2 van het schuifregister 300. Wanneer bitovergangen in het digitale signaal optreden, zullen de 30 trappen Q1 en Q2 van het schuifregister 300 tegengestelde logische toestanden hebben. De exclusieve 0F-poort 301 levert ' een uitgangssignaal met een hoge logische waarde, wanneer de trappen Q1 en Q2 van het schuifregister 300 tegengestelde logische toestanden hebben.

35 Het interval van 16 bits wordt opgewekt door de deel - schakeling 303, die een terugstel puls afgeeft na elke 16 perioden van het kioksignaal. De invertor 302 inverteert het kioksignaal om dit kioksignaal met de juiste polariteit aan de klokingang van de deel schakeling 303 toe te voeren.

40 790 7 571

Si . % - 7 -

De deelschakel ing 304· telt het aantal overgangen in e7k interval van 16 bits op. De deel schakeling 304 wordt aan het einde van elk interval van 16 bits teruggesteld door de • terugstel puls uit de deel schakeling 303» De deelschakeling 5 304 verhoogt zijn inhoud met een bij elke overgang van laag naar hoog van het kloksignaal, indien deze schakeling wordt vrijgegeven door een signaal met een hoge logische waarde uit de exclusieve OF-poort 301. De deel schakeling 304 kan een bekende BCD-deelschakeling met vier trappen zijn. Aldus 10 zal de trap Q4 van de BCD-deelschakeling 304 een signaal met een hoge logische waarde afgeven,, wanneer 8 of 9 bitovergangen zijn geteld. Indien meer of minder bitovergangen in een interval van 16 bits optreden, zal de trap Q4 een lage logische toestand innemen.

15 Het schuifregister 305 heeft drie trappen Ql, Q2 en Q3 en wordt door de terugstel puls uit de deelschakeling 303 vrijgegeven om in serie de signalen uit de trap Q4 van de deel schakeling 304 te ontvangen. Indien aldus 8 of 9 bitover-gangen in tenminste twee opeenvolgende intervallen van 16 bits 20 optreden, zullen twee opeenvolgende bits met een hoge logische waarde, de toestanden van Q4 van de deelschakeling 304, worden geschoven in de trappen Q1-Q3 van het schuifregister 305.

Wanneer de twee opeenvolgende bits met een hoge logische waarde in de trappen Q2 en Q3 van het schuifregister 305 worden 25 geschoven, levert de NEN-poort 306 een uitgangssignaal met : een lage logische waarde. In een ander geval levert de NEN-poort 306 een uitgangssignaal met een hoge logische waarde.

Een uitgangssignaal met hoge logische waarde uit de NEN-poort 306 geeft aan, dat het deltagemoduleerde digitale signaal 30 aanwezig is, terwijl een uitgangssignaal met een Tage logische waarde aangeeft dat een willekeurig of pseudo-wi11ekeurig signaal aanwezig is.

Het uitgangssignaal van de NEN-po°rt 306 wordt daarna via een NOF-poort 307 toegevoerd aan een integreerschakeling 35 gevormd door weerstanden 309-311 en een condensator 313. De NOF-poort 307 is voorzien van een ingang voor een terugstel-signaal, zodat de condensator 313 kan worden opgeladen tot de volledig geladen toestand. Een snelle laadweg is van de klem voor het terugstel signaal naar de condensator 313 aange-40 7907571 - i - 8 - Η bracht via een weerstand 308, een diode 312 en de weerstand 311. Het terugstel signaal heeft in de normale toestand een lage logische waarde. Wanneer de digitale signaaldetector in het hierboven beschreven ontvanger-kiesstelsel wordt ge-5 brui kt, kan het terugstel signaal worden opgewekt door detectie van een toon die door een ontvanger 100 of 101 wordt gezonden naar de verge!i jkingsschakel ing 105, wanneer de betreffende ontvanger 100 of 101 geen radiofrequent signaal ontvangt.

De tijdconstante van de integreerschakeling 309-313 10 kan zodanig worden ingesteld, dat een voorafbepaalde mate van signaal verslechtering of mate van bi tfouten toelaatbaar is. Bijvoorbeeld kan de tijdconstante van de integreerschakeling zodanig worden gekozen, dat acht foutsalvo's per seconde toelaatbaar zijn.

15 De spanning over de condensator 313 wordt voorts ver sterkt door de versterker 314-316 om een kwaliteitsspanning te verkrijgen met een bereik van ongeveer 2,5 Volt tot 12 Volt. De versterker 314 omvat weerstanden 315 en 316 voor het instellen van de spanning aanzijn negatieve ingang. De kwali-20 teitsspanning uit de versterker 314 zal nabij de· lage grens van 2,5 Volt liggen voor een signaal met de hoogste kwaliteit, dat wil zeggen de kleinste mate van bi tfouten. In het hierboven genoemde ontvanger-schakelstelsel kan de kwaliteits-spanning worden gebruikt voor de kwaliteitseenheden 102, 103 25 om de ontvanger te kiezen die het deltagemoduleerde digitale signaal met.de beste kwaliteit ontvangt. De details van de keuzebewerking zijn beschreven in het hierboven genoemde oc-trooischrift 4.013.962 en in de hierboven genoemde i-ns.truc-tiehandlei ding van "Motorola".

30 De in fig.-3 geil 1ustreerde inrichting voor het de tecteren van deltagemoduleerde digitale signalen kan worden gerealiseerd met bekende logische schakelingen en electrische schakel elementen. Voor de logische schakelingen kunnen ge-- schikte logische schakelingen worden gebruikt, die beschreven 35 zijn in "The Semiconductor Data Library/CMOS", volume 5, gepubliceerd door "Motorola Semiconductor Products Ine.", 1976. Bijvoorbeeld kan voor de schuifregisters 300 en 305 de MC14015 worden toegepast, voor de exclusieve OF-poort 301 een MC14070, voor de inverterende poort 302 een MC14049, 790 7 5 71 40 - 9 - 5¾ voor de deel schakeling 303 een MC14569, voor de deel schakeling 304 een MC14518, voor de NEN-poort 306 een MC1401I, en voor de NOF-poort 307 een MC14001. De versterker 314 kan elke geschikte operationele versterker zijn, zoals een Motorola 5 MC1741 . Voorts kan de inrichting voor het detecteren van deltagemoduleerde digitale signalen gemakkelijk worden geïntegreerd op een substraat onder toepassing van elke geschikte en bekende techniek voor geïntegreerde schakelingen.

10 ------ e 79075 71

Claims (10)

1. Inrichting voor het detecteren van deltagemodu-1 eerde digitale signalen die als een seriebit'stroom met een voorafbepaalde frequentie van een kloksignaal worden overgedragen, gekenmerkt door een schakeling voor het 5 genereren van een kloksignaal; een eerste teller (303) die reageert op het kloksignaal om een terugstel puls aan het einde van elk opeenvolgende interval van N bits te leveren, waarbij N een geheel getal is; een schakeling voor het detecteren van overgangen (300, 301) die reageert op het digitale signaal 10 en het kloksignaal om een overgangspuls te leveren bij elke wijziging in de logische toestand tussen twee opeenvolgende bits van het digitale signaal; een tweede teller (304) die reageert op de overgangspulsen en terugstel pul sen voor het herhaaldelijk leveren van getotaliseerde tellingen van de 15 overgangspulsen die optreden tussen opeenvolgende terugstel -pulsen; een schakeling (305) voor het opslaan van tenminste de laatste twee opeenvolgende getotaliseerde tellingen; en een schakeling (306) voor het leveren van een indicatiesig-naal dat aangeeft dat het digitale signaal aanwezig is, wan-20 neer beide opgeslagen getotaliseerde tellingen een waarde hebben, die buiten een voorafbepaald gebied van waarden gecentreerd om een half N ligt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het k e n m e r k, dat een schakeling (308-313) aanwezig is voor 25 het integreren van het indicatiesignaal om een kwaliteits-signaal op te wekken met een grootte die evenredig is aan de mate van bitfouten van het digitale signaal.

3. Inrichting volgens conclusie 2, toegepast in elk van een aantal ontvangers van een ontvanger-kiesstelsel, 30 met h et k e n m e r k, dat het kiesstelsel een ver-gelijkingsschakeling (102,103,104) omvat, die reageert op de kwaliteitssignalen uit de bijbehorende digitale signaal detectoren in de ontvangers (100,101) voor het kiezen van de ontvanger die het digitale signaal met de minste bitfouten ontr 35 vangt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, m e t h et k e n m e r k, dat de opslagschakeling (305) de laatste M opeenvolgende getotaliseerde tellingen opslaat, waarbij M een geheel getal is en waarbij de indicatieschakeling (306) 790 7 5 71 40 & - 11 - % een signaal levert dat een indicatie geeft van de aanwezigheid van het digitale signaal, wanneer de meerderheid van de M opgeslagen getotaliseerde tellingen waarden hebben buiten het voorafbepaal de gebied van waarden.

5. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat N 16 is en het voorafbepaalde gebied van waarden 8 en 9 omvat.

6. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het deltagemoduleerde digitale signaal 10 versluierd is volgens een voorafbepaal de code alvorens het signaal wordt uitgezonden en wordt gedecodeerd alvorens het signaal aan de digitale signaal detector wordt toegevoerd, waarbij enkelvoudige bitfouten die tijdens de transmissie optreden, in het gedecodeerde digitale signaal een foutsalvo 15 veroorzaken met een pseudo-willekeurig informatiepatroon dat wezenlijk 2N bits duurt.

7. Inrichting volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat een schakeling (308-313) aanwezig is voor het integreren van het indicatiesignaal, teneinde een kwali- 20 teitssignaal op te wekken met een grootte die evenredig is aan de mate van bitfouten van het digitale signaal.

8. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat het voorafbepaal de codeschema een voorafbepaalde binaire convolutiecode is.

9. Inrichting volgens conclusie 8 toegepast in elk van een aantal ontvangers (100,101) van een ontvanger-kies-stelsel, met het kenmerk, dat het stelsel een verge!ijkingsschakel.ing (102,103,104) omvat, die reageert op de kwaliteitssignalen uit de bijbehorende digitale signaal -30 detectoren in de ontvangers (100,101) om de ontvanger te kiezen die het digitale signaal met de laagste mate van bitfouten ontvangt.

10. Inrichting volgens conclusie 1 of 7 , m e t het kenmerk, dat de inrichting bestaat uit electri-35 sche schakelelementen die in een halfgeleidersubstraat zijn geïntegreerd. 790 75 71