NL8202319A

NL8202319A - Transmissiestelsel voor de overdracht van tweewaardige datasymbolen.

Info

Publication number: NL8202319A
Application number: NL8202319A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1984-01-02
Also published as: JPS5947864A; US4581750A; EP0097981A1

Description

>1 EHN 10.364 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

• Transmissiestelsel voer de overdracht van tweewaardige datasymbolen.

A. Achtergrond van de uitvinding.

A(1) Gebied van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking qp een transmissiestelsel voor de overdracht van een bi-phase gemoduleerd signaal dat verdeeld is in 5 intervallen van T sec., waarbij de golfvorm in een interval gegeven is door één periode van een draaggolf met de frequentie 1/T dan we 1 van een 180° hiermede is phase verschoven draaggolf afhankelijk van het modulerende binaire datasignaal.

Het vermogensspectrum van een dergelijk bi-phase gemoduleerd 10 signaal heeft een nulpunt bij 0 Hz en 2/T en een maximum tussen 0 Hz en 1/T in de buurt van 1/T. Bi-phase modulatie wordt onder andere toegepast in gevallen, dat naast een basisband signaal een tweede signaal moet worden overgedragen. Het bi-phase signaal bevat weinig energie bij de lage frequenties, waardoor de overdracht van een onafhankelijk basisband 15 signaal bij deze frequenties mogelijk is.

A(2) Stand van de techniek.

Door bi-phase modulatie van de hier bedoelde soort wordt de seinsnelheid verdubbeld ten opzichte van het oorspronkelijke datasignaal, hetgeen gepaard gaat net een vergroting van de frequentieband. Deze 20 strekt zich in principe uit van 0 Hz tot 2/T. De frequentie 1/T is gelijk aan de symbool frequentie van het modulerende signaal en wordt aangeduid met bit frequent ie. Het bi-phase gemoduleerde signaal beslaat een frequentieband met een breedte van circa tweemaal de bitfrequentie.

Een ontvangfilter voor bi-phase gemoduleerde signalen zal in 25 het algemeen bestaan uit een Nyquist-I filter met een frequentieresponsie welke doorloopt tot tweemaal de bitfrequentie en nul is daarboven.

De overdrachtsfunctie H(w) van een dergelijk filter voor impulsvormige signalen is bijvoorbeeld gegeven door : {£1 + cos (wT/4)]/ 2 voorjw|^477 /T (1)

0 voor Jwj > 4 77 /T

, (w = 277 f is de cirkelfrequentie).

8202319 r ** * PHN 10.364 2

Een dergelijk filter geeft in het geval van witte ruis voor biphase gemoduleerde signalen een signaal/ruisverhoiüing (S/N) welke circa 3 dB lager ligt dan voor ongemoduleerde NRZ-signalen. Voor gekleurde ruis waarvan de vennogensspectrumdichthe id N (w) evenredig is met het kwadraat 2 5 van de frequentie, N(w) = c.w , is de signaal/ruisverhouding voor biphase gemoduleerde signalen circa 9 dB lager dan voor ongemoduleerde NRZ-signalen.

B. Samenvatting van de uitvinding.

De uitvinding stelt zich ten doel de signaal/ruisverhouding aan 10 de uitgang van het ontvangfilter te vergroten in het geval dat de ver-mogensspectrumdichtheid van de ruis N(w) toeneemt met de frequentie.

Het transmissiestelsel volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de middelen voor het filteren van het bi-phase gemoduleerde signaal aan de ontvangzijde voor het geval dat de vermogensspectrumdichtheid van 15 de ruis (N (w)) toeneemt met de frequentie een frequentie responsie hebfcen, welke voor frequenties groter dan de frequentie 1/T de waarde nul benadert en welke voor frequenties kleiner dan de frequentie 1/T zodanig is bepaald, dat na het filteren een in hoofdzaak driewaardig signaal ontstaat en middelen aanwezig zijn voor het amzetten van het drie- 20 waardige signaal in een tweewaardig datasignaal.

. 2 In de praktijk kan hiermede in het geval N(w) = c.w een winst in S/N worden gerealiseerd van circa 3 dB.

Het wordt opgemerkt, dat uit het tijdschrift IEEE Transactions on Communications, Vol. CQM-26, No. 7, Juli 1978, pp 1119-1126 een drie-25 waardige detectie van een bi-phase gemoduleerd signaal bekend is, waarbij een vertraagde versie (vertraging T/2 s) van het uitgangssignaal van het ontvangfilterr met Gausse karakteristiek, bij het onvertraagde uitgangssignaal wordt opgeteld voor het vormen van een drie-niveau signaal. Daarbij is vermeld, dat deze detectiemethode voor witte ruis leidt tot een 30 vermogensverlies van circa 10.5 dB vergeleken met ongemoduleerde NRZ-signalen. De mogelijkheid van toepassing bij gekleurde ruis, met gunstig gevolg voor de signaal/ruisverhouding, is hierin niet aangesneden.

C. Korte beschrijving van de figuren.

Figuur 1 is een blokschema van een transmissiestelsel 35 volgens de uitvinding;

Figuur 2a - f tonen golfvormen welke in het stelsel volgens figuur 1 optreden;

Figuur 3a toont het airplitudespectrum van de bi-phase 8202319 EHN 10.364 3 modulatie;

Figuur 3b toont verschillende filterkarakteristieken;

Figuur 4a - b tonen oogpatronen, welke behoren bij verschillende filterkarakteristieken van het ontvang-5 filter;

Figuur 5 toont een realisatievorm van het ontvangfilter.

D. Beschrijving van de uitvoeringsvoorbeelden.

Het in figuur 1 weergegeven transmissiestelsel dient voor het overdragen van data van een zender ^ naar een ontvanger 2 middels een 10 transmissiemedium 3_, onder gebruikmaking van bi-phase modulatie/ op de draaggolffrequentie 1/T, waarin T de symboolduur in sec. is. Het transmissiemedium 3 is in dit voorbeeld een optische fiber.

De zender J[ tevat een ingang 4 voor een tweewaardig datasignaal van het NRZ-type met syrnbcolintervallen van T sec. Dit signaal wordt 15 differentieel gecodeerd in een codeerder 5 en wordt vervolgens ongecodeerd in een bi-phase gemoduleerd signaal in modulator 6.

Het bi-phase gemoduleerde signaal wordt toegevoerd aan een optische zender 7, bevattende een modulator 8 en een laserdiode 9 waarvan de lichtopbrengst wordt gemoduleerd door modulator 8.

20 De golf vormen W1, W2 en W3, welke op verschillende punten in zender optreden bij aanwezigheid van een typisch ingangssignaal zijn geïllustreerd in figuur 2a - 2c.

De ontvanger 2 bevat een optische ontvanger _10, bevattende een lichtgevoelige detectordiode 11 en een voorversterker 12. Op de uitgang 25 van de voorversterker is een ontvangfilter 13 aangesloten.

Het ontvangfilter 13 is normaliter een Nyquist-I filter net een frequentieresponsie welke doorloopt tot de frequentie 2/T. Ter illustratie is in Figuur 3a het (relatieve) amplitude spectrum van de bi-phase modulatie weergegeven en in Figuur 3b, krarme D, de modulus van de over-30 drachtsfunctie H(w) volgens uitdrukking (1).

Wanneer de optische ontvanger 10 is uitgevoerd net een PIN- fotodiode 11 in combinatie met een EET voorversterker 12, dan geldt voor 2 het ruisvermogen N(w) = c.w .

Volgens de uitvinding wordt in het geval van gekleurde mis 35 een ontvangfilter 13 toegepast met een frequentieresponsie welke boven de frequentie 1/T de waarde nul benadert en welke tussen o Hz en 1/T een zodanige vorm heeft, dat aan de uitgang van het ontvangfilter 13 een driewaardig signaal ontstaat. De golf vorm W4 van een typisch uitgangs- 8202319

* * V

l PHN 10.364 4 signaal is geïllustreerd in Figuur 2d.

Het driewaardige uitgangssignaal van ontvangfilter 13 wordt dubbelzijdig gelijkgericht door gelijkrichter 14. Vergelijk golf vorm W5, Figuur 2c. Dit signaal kan door afkappen (slicing) en/of door bemonsteren 5 op de in figuur 2e door pijlen aangegeven bemonsternonenten worden omgezet in een tweewaardig datasignaal. Vergelijk de golf vorm W6, Figuur 2f, aan de uitgang van de regenerator 15, welke in dit voorbeeld van het bemonster type is. Deze golf vorm kcmt overeen met de golf vorm W1 in de zender 1_ en representeert aldus de uitgezonden data.

10 Mogelijke overdrachtsfuncties van het ontvangfilter 13 voor iirpilsvormige signalen welke aan de doeleinden van de uitvinding voldoen zijn de navolgenden.

icos (v/T/4) voor|w|< 277/T

(2)

0 voorjwj>2 /T

{j sin (wff/4) voorJwj^277/T

(3)

0 voorjwj >2?7/T

Λ Jj + cos (wT/2)J voor |w| 2 77 /T

20 C Hc(w) = J (4)

t 0 voor Jwj > 2 7? /T

De moduli van deze overdrachtsfuncties zijn geïllustreerd door de krommen A, B en C in Figuur 3. De oogpatronen van het uitgangssignaal 25 van ontvangfilter 13 voor deze drie gevallen zijn geïllustreerd in de Figuren 4a - 4c.

Het kan worden aangetoond, dat met deze overdrachtsfuncties voor 2 het geval N(w) = c,w een winst in signaal/ruisverhouding van circa 3 dB kan warden gerealiseerd, zoals vergeleken met het bovengenoemde Nyquist-I 30 ontvangfilter volgens uitdrukking (1).

In de praktijk blijkt een ontvangfilter 13 met de overdrachtsfunctie Hc(w) zeer gunstig te werken wegens de geringe gevoeligheid voor verschuivingen in de bemcnstermomenten (clock jitter), welke qp t = 0 gelegd kunnen worden (in figuur 4c aangeduid door een pijl).

35 Een realisatievorm van het ontvangfilter 13 voor de NRZ-signaal- vorm, gerekend over de halve symboolperiode (T/2), is weergegeven in Figuur 5. .De waarden voor de elementen van het filter kunnen door een vakman volgens standaardmethoden worden bepaald in afhankelijkheid van de ge- 8202319 FHN 10.364 5 wenste bitsnelheid.

Voor het filter volgens Figuur 5 geldt bij geschikte keuze van de elenentwaarden : 5 2 |v/e|~[Hc(w)| . (wT/4) / sin (WT/4) (5) / -waarin de factor (WT/4) / sin (wT/4) een gevolg is van de aangenomen NRZ-signaalvorm van het ingangssignaal E gerakend over de halve symbool-periode (T/2).

10 15 20 25 30 35 8202319

Claims

1. Transmissiestelsel voor de overdracht van een bi-phase gemodu leerd signaal dat verdeeld is in intervallen van T sec. waarbij de golf-vorm in een interval gegeven is door één periode van een draaggolf net de frequentie 1/T dan wel van een 180° hiermede in phase verschoven draag-5 golf afhankelijk van het modulerende binaire datasignaal, met het kenmerk, dat de middelen voor het filteren van het bi-phase gemoduleerde signaal aan de ontvangzijde voor het geval dat de vermogensspectrumr dichtheid van de ruis (N (w)) toeneemt met de frequentie een frequentie-responsie hebben vrelke voor frequenties groter dan de frequentie 1/T 10 de waarde nul benadert en welke voor frequenties kleiner dan de frequentie 1/T zodanig is bepaald, dat na het filteren een in hoofdzaak driewaardig signaal ontstaat en middelen aanwezig zijn voor het cmzetten van het driewaardige signaal in een tweewaardig datasignaal. 15 20 25 30 35 8202319