NO161350B - Fremgangsmaate og kretsanordning for overfoering og mottagning av digitale informasjonssignaler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en kretsanordning for digital informasjonssignaloverføring, særlig for digital overføring via satellitter, i overensstemmelse med innledningen til henholdsvis krav 1 og krav 5.

Ved en bit-seriemessig dataoverføring blir de av kodeord bestående datablokker, nemlig rammer og eventuelt delrammer, periodisk gjentatt. For å kunne dekode datablok-kene på riktig måte, er det nødvendig å identifisere eller gjenkjenne rammens tidsstilling. Ved anvendelse av selvsynkroniserende koder økes overføringens båndbredde på grunn av øket redundanskrav. En såkalt komma-kode unngår en nevneverdig økning av båndbredden. Spesielt ved en 4-fåsers CPSK-modulasjon sikres dataregenereringen ved hjelp av en komma-kode på grunn av rammestrukturen.

CPSK står for "coherent phase shift keying",

dvs. koherent faseskiftnøkling.

Hver overføringsblokk av det digitale signal inneholder derved et foranstilt kodeord, synkronordet, som tjener til synkronisasjonsgjenkjennelse. Deretter følger vanligvis en rekkefølge av datakodeord som også inneholder prøveinfor-masjoner.

I den overføringsvei som skal betraktes, kan det opptre tidsfeil og amplitudefeil. Ved taktregenereringen forårsaker tidsfeil såkalte "bitslips". Amplitudefeil, dvs. bitinverteringer, forfalsker data og synkroniseringsord.

Ved anvendelsen av en 4-fasers CPSK-modulasjon er det nød-vendig å kompensere for fasemodulasjonens flertydighet ved dataregenereringen. Det er fra litteraturen kjent synkroniseringsord (Barker, Maury) ved hvilke et lite antall bitfeil i et synkroniseringsord ikke skader synkronordgjenkjennelsens entydighet.

Fra DE patentskrift 3 013 554 er det kjent et digitalt signaloverføringssystem ved hvilket synkronord overføres og bearbeides i serie i en eneste datastrøm.

Det blir der benyttet to komparatorer som ikke arbeider samtidig og som undersøker datastrømmen med henblikk på de for-skjellige synkronord. En faseflertydighet kan ikke fjernes med denne metode.

Fra NO patentskrift 152 478 er det kjent en synkroniseringsanordning for et tidsmultiplekssystem ved hvilket datastrømmen for identifikasjon av rammegjenkjen-ningsordet først innskrives i serie i et mottagningsskiftre-gister og deretter med mindre takthastighet overføres i parallell fra mottagningsskiftregisteret til ytterligere skiftregistre• Derved skal kretsanordningen på tross av høye hastigheter ved databearbeidelsen og den med denne forbundne, elektriske, ytelsesintensive logikk være enklest mulig oppbygget, slik at lite strøm forbrukes. Den kjente kretsanordning er konstruert bare for gjenkjennelse av et rammegjenkjenningsord for én ramme. Det forekommer ikke delrammer eller underrammer ved hvilke en innbyrdes fasefor-skyvning kunne opptre.

Formålet med oppfinnelsen er å forbedre identifi-seringen eller gjenkjennelsen av datastrømmens tidsstilling ved et system for digital informasjonssignaloverføring,

og å kompensere for innvirkningen av tidsfeil, amplitudefeil og faseflertydighet.

Ovennevnte formål oppnås med en fremgangsmåte

som er kjennetegnet ved de karakteriserende trekk som er angitt i krav 1. Det angitte formål oppnås også med en kretsanordning som er kjennetegnet ved de karakteriserende trekk som er angitt i krav 5. Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten og kretsanordningen ifølge oppfinnelsen er angitt i de avhengige krav.

Ved anvendelse av fremgangsmåten og kretsanordningen ifølge oppfinnelsen gjenkjennes rammens tidsstilling med tilstrekkelig sikkerhet. Lengden av synkroniseringsordet er forholdsvis kort i forhold til delrammelengden, og den dermed forbundne redundans er minimal. Synkroniseringsordene er valgt slik at et bortfall av synkroniseringen opptrer vesentlig mer sjelden i informasjonen enn ukorriger-bare feil.

For gjenkjennelse eller identifisering av synkroniseringsordene på mottagningssiden må ordene betraktes i en utmerket tidsstilling i korrelatorer. I den uforskjøvne stilling av autokorrelasjonsfunksjonen, dvs. for tidspunktet T=0, inneholder synkroniseringsordene ifølge oppfinnelsen et utpreget maksimum. For alle tidspunkter Tyo er autokorrelasjonsfunksjonen beløpsmessig minimal.

En CPSK-modulasjon oppviser en fase-flertydighet. Dette kan føre til at synkroniseringsordet ankommer til mottakeren i invertert stilling. Synkroniseringsordene oppviser derfor for alle tidspunkter T^O en meget liten forskjell mellom autokorrelasjonsfunksjon og invertert autokorrelasjonsfunksjon, slik at synkroniseringsordene gjenkjennes med sikkerhet også i invertert stilling.

CPSK-demodulasjonens flertydighet kan kompenseres ved hjelp av utnyttelse av den i mottakeren dannede korrela-sjonsfunksjon mellom det lagrede og det mottatte synk-ord. Rammebegynnelsens tidsstilling blir ved hjelp av resulta-tet av den i korrelatoren bestemte verdi og en etterinn-koplet terskelverdilogikk bestemt i den utstrekning at

de fra begge korrelatorer avledede styresignaler tilføres til en logikkopling som avleses eller avhøres i et definert tidsvindu.

For korreksjon av tidsfeil, som kan føre til en bitslip, foreslås det at krysskorrelasjonsfunksjonen prøves

i et ubetydelig utvidet tidsvindu. På grunnlag av stillingen av krysskorrelasjonsfunksjonens maksimum innenfor dette tidsvindu kan det umiddelbart sluttes angående opptreden og stør-relse av en bitslip, og korrigeres for den neste ramme.

For dette formål må krysskorrelasjonsfunksjonen for tidspunktet T=0 være beløpsmessig større enn krysskorrelasjons-funks jonen for tidspunkter T^O. Dette er imidlertid bare mulig opp til et maksimalt antall bitfeil i synkroniseringsordet. Det maksimalt tillatelige antall bitfeil er desto større jo lenger synkroniseringsordet velges. Mellom de to krav til mindre redundans og høyere restfeilsannsynlighet ble det avledet et gunstig kompromiss.

Ved hjelp av synkronordene kan

det ved en lengde av synkronordet på 16 biter tillates opp til 3 vilkårlige bitfeil i et synkronord uten at synkronordgjenkjennelsens entydighet går tapt. Når vindusbredden for prø-ving av synkronordet beløper seg til mer enn 1 bit, må det

tas hensyn til at synkronordet kan være forfalsket på grunn av bitfeil som er fremkalt på grunn av den forstyrrede kanal og på grunn av nærliggende data.

Med synkroniseringsordene kan

det ved en vindusbredde på fem taktskritt ved hjelp av en terskelverdilogikk gjenkjennes bitslips på opp til + 2 taktskritt, og tidsforskyvningen kan oppheves. For å oppfylle det kriterium at synkroniseringsbortfall skal opptre vesentlig mer sjelden enn den maksimale, tillatelige restfeilsannsynlighet for ikke korrigerbart forfalskede informasjoner forutbestemmer, blir det ved en oppdeling av hovedrammen i to delrammer (bitplan A og B) for synkronisering i begge delrammer foreslått å anordne et likt eller ekvivalent mønster med den samme lengde. Med en respektiv korrelator for delrammene A og B kan begge synkronord prøves samtidig, og ut fra dette kan rammens tidsstilling gjenkjennes og fasemodulasjonens flertydighet kan oppheves. Ved anvendelse av denne metode for rammesynkronisering opptrer synkroniseringsfeil først når begge synkroniseringsord er forstyrret av fire bitfeil.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et blokkskjerna for utnyttelse av synkroniseringsordene i delrammene A og B, fig. 2 viser et blokkskjerna for bestemmelse av krysskorrelasjonsfunksjonen, fig. 3 viser en gaffelkopling, fig. 4 viser en tabell, fig. 5 viser en kopling for stillingsbestemmélse av synkroniseringsordet, og fig. 6 viser en forløpsstyring.

Fig. 1 viser et blokkskjema for gjenkjennelse eller identifisering av synkroniseringsordene. Det til klemmen 1 ankommende signal tilføres til en 4-fase-demodulator 2 (CPSK). Datastrømmen er oppdelt i to bitplan A og B. Da demodula-sjonen i CPSK-demodulatoren 2 er flertydig., kan signalene A, B opptre invertert eller ikke-invertert, dvs. for hvert bitplan finnes to muligheter. Dataene i hvert bitplan tilføres til et respektivt skiftregister (SR) 3 hhv. 4. Ved sammen-likning av de i skiftregisteret 3, 4 innlesté data med det ved hjelp av en koplingsanordning 44 (fig. 2) fastkablede synkronord dannes krysskorrelasjonsfunksjonen (KKF) i trinnet 5 hhv. 6. Trinnene 5 og 6 er lagringsenheter som er oppdelt i to deler. Ved addisjon av innholdene av de oppropte adresser til lagrene i addisjonstrinnene 7 hhv. 8 kan den aktuelle verdi av krysskorrelasjonsfunksjonen bestemmes. På grunnlag av en innmatet krysskorrelasjonsverdi avgjør en etterfølgende terskelverdilogikk 9 hhv. 10 om synk-ordet eller dettes invertering eller ikke noe synk-ord er blitt mottatt. I trinnet 11 blir synkronordets tidsstilling bestemt og den interne rammetakt eventuelt justert. Det kan likeledes bestemmes om deldatastrømmene A og B er blitt mottatt i invertert, ikke-invertert og/eller forvekslet stilling. Ved hjelp av gaffelkoplingen 12 blir deldatastrømmene eventuelt korrigert.

Fig. 2 viser et koplingsskjerna av en krets for bestemmelse av krysskorrelasjonsfunksjonen. Datastrømmen ankommer fra klemmen 13 i serie til skiftregisteret 3. På

de parallelle utganger fra skiftregisteret 3 ligger en bit-rekkefølge på 16 biter. Respektive 8 biter av det på de parallelle utganger fra skiftregisteret 3 liggende dataord blir over eksklusiv-ELLER-porter 47-49 hhv. 50-52 sammen-liknet med det tilsvarende delkodeord av synkroniseringsordet. Utgangene fra eksklusiv-ELLER-portene er koplet til et pro-grammerbart leselager (PROM) 14 hhv. 15. Det aktuelle på de åtte utganger fra eksklusiv-ELLER-portene 47 - 49 hhv. 50 - 52 liggende datamønster angir en adresse i PROM-koplingskretsene 14 eller 15. Innholdet av de oppropte lagrings-steder i PROM-koplingskretsene 14 og 15 tilføres til et addisjonsledd 7. Alt etter det kodeord som er til stede på utgangene fra skiftregisteret 3, blir det i PROM-koplingskretsene 14 og 15 oppropt bestemte adresser som binært kodet opproper et lagerinnhold mellom -4 og +4 som svarer til det aktuelle antall overensstemmelser. Addisjonen i addisjonsleddet 7 gir verdien av krysskorrelasjonsfunksjonen (-8 til +8). De to biter med høy verdi av lagerinnholdene som er til stede på utgangene fra PROM-koplingskretsene 14 og 15, tilføres til en eksklusiv-ELLER-port 16. Utgangen fra eksklusiv-ELLER-porten 16 såvel som plassen med høyest verdi på

utgangen fra addisjonsleddet 7 fører til en ytterligere eksklusiv-ELLER-port 17 hvis utgang fremstiller biten med høyest verdi av den på addisjonsleddets 7 utgang tilstedeværende krysskorrelasjonsverdi i 2-komplement. Sammen med utgangen fra eksklusiv-ELLER-porten 17 fremstiller utgangen fra addisjonsleddet 7 den fastslåtte verdi av krysskorrelasjonsfunksjonen som er fremstilt i 2-komplement.

Utgangssignålet fra eksklusiv-ELLER-porten 17 er da biten med høyest verdi og fremstiller dermed fortegnet til krysskorrelasjonsfunksjonen.

En ytterligere PROM-koplingskrets 18 styres ved hjelp av verdiene på utgangen fra addereren 7 og på utgangen fra eksklusiv-ELLER-porten 17.

Dersom de i PROM-koplingskretsen 18 tilstedeværende adressekodeord i sin verdi beløpsmessig overskrider en forut-bestemt terskel, kjennetegnes de tilhørende lagringsplasser eller lagerceller med logisk "1". Et oppropt lagerinnhold logisk "1" som avgis på klemmen 19, indikerer gjenkjennelsen av et synkroniseringsord, idet det ved tilstanden av klemmen 22 indikeres om det foreligger en invertert eller ikke-invertert stilling.

Fig. 3 viser en gaffelkopling som styres ved hjelp av signalene E og F på klemmene 22 og 23.

Signalene E og F kommer fra korrelatorene for bit-planet A og B og tilsvarer den aktuelle bit med høyest verdi av korrelatorutgangssignalet fra A og B. Koplingen ifølge fig. 3 er oppbygget i overensstemmelse med følgende struktur:

Utgangssignalene C og D på klemmene 24 hhv. 25 i gaffelkoplingen ifølge fig. 3 fremkommer ved et inngangssig-nal A og B på klemmen 20 hhv. 21 alt etter styreinformasjonen på klemmen 22 hhv. 23. Ved hjelp av denne kopling kan to datastrømmer ombyttes og/eller inverteres (se fig. 4).

Fig.5 viser en kopling for gjenkjennelse eller identifisering av stillingen av et synkroniseringsmønster i rammen. Signalene fra lagercellene i en PROM-koplingskrets 18, slik den er vist på fig. 2, tilføres til klemmene 19 og 27. Et skiftregister 28 og 2 9 er anordnet for en respektiv delramme. Hvert av skiftregistrene 28 og 2 9 inneholder fem bitceller til hvis midtre verdier det er tilkoplet en 0G-port 30. Det er videre anordnet strobe-innganger 31 hhv. 32. De parallelle utganger fra skiftregistrene 28 og 29 fører til en 1024 x 4 PROM-koplingskrets 33. Innholdet i de aktiverte lagerceller i PROM-koplingskretsen 33 tilføres til en adderer 34 til hvilken det likeledes tilføres tellertilstander fra en forprogrammert rammeteller 26, 36. I det viste eksempel teller telleren opp til en adresse 320. Så snart telleren har oppnådd sin sluttadresse, blir dens last-inngang 37 til-ført en puls og telleren blir på nytt tilbakestilt til den forprogrammerte utgangstilstand.

For første gangs oppsøkning av rammetakten blir

det til nullstillingsinngangen 3 9 tilført et signal som på nytt innstiller telleren 36. Samtidig blir skiftregistrenes 2 8 og 2 9 strobe-innganger 31 og 32 tiltalt via ELLER-porten 40. Da skiftregistrenes 28 og 29 utganger fører til PROM-koplingskretsen 33, tiltales en bestemt adresse i PROM-koplingskretsen 33. Utgangene fra korrelator-terskelverdi-logikken for bitplanene A og B er over klemmene 19 og 2 7 for-bundet med serieinngangene til skiftregistrene 28 og 29.

På klemmen 38 foreligger den fra forløpsstyringen frembrakte stilling av tidsvinduet. Denne blir over STROBE-porten 40 tilført til strobeinngangene 31 og 32.

Den etter fem i tidsvinduet opptredende taktskritt

i skiftregistrene 28 og 2 9 innleste informasjon blir deretter utnyttet ved hjelp av innholdet i PROM-koplingskretsen 33. Innholdet av lagringscellen for den oppropte adresse gir addereren 34 informasjon om hvor langt det foreliggende taktskritt ligger fjernet fra rammetakten. Takten i de midtre lagringsceller i skiftregistrene 28 og 29 befinner seg i den ønskede stilling eller børstillingen av synkroniseringstakten. Over den til disse celler tilkoplede OG-port 30 blir en puls avgitt til klemmen 41. Over en tilkoplet utnyttelseslogikk, som er vist på fig. 6, blir en puls via klemmen 3 9 tilført til tel-

lerens last-inngang 37. Telleren 36 begynner dermed på nytt å telle. Når børstillingen ikke er oppnådd, f.eks. på grunn av en bitslip, blir tellerens 36 tellesum endret via en annen oppropt adresse i PROM-koplingskretsen 33. Dermed forskyves rammens taktsynkronisering på den riktige måte.

Fig. 6 viser en utnyttelseslogikk for styring av forløpet av søke- og holdeprosessen. Synkronordets stillings-informasjoner fra de to delrammer A, B tilføres til klemmene 22 og 23. Så snart synkronordet foreligger i den riktige tidsstilling, mottar inngangsklemmen 41 en puls fra OG-porten 30. Søkemodusen utløses ved hjelp av en tilstandsveksling til logisk 1 på klemmen 38 som fører til ELLER-porten 40. En puls på klemmen 39 fører over en ELLER-port til tellerens 36 lastinngang 37 og bevirker en gjenoppstarting av rammetelleren 36. Signalet på lastinngangen 37 representerer samtidig rammetakten.

PROM-koplingskretsen 33 avgir en puls til klemmen

43 bare når det ikke finnes noe synkroniseringsord. Pulsen på klemmen 43 fører til en ELLER-port 45 hvis klemme 46 kan tilføres en puls for første gangs initialisering av hele koplingen. Til klemmen 42 er tilkoplet PROM-koplingskretsene 18 i koplingen ifølge fig. 2 for de to delrammer, slik at de ved hjelp av PROM-koplingskretsene 18 fastlagte terskelverdier for krysskorrelasjonsfunksjonen kan omkoples.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved overføring og mottagning av digitale informasjonssignaler, særlig for digital lydoverfø-ring via satellitter, ved hvilken datarekkefølgene er anordnet i tid etter hverandre i en ramme, og hvor rammen i mottakeren er oppdelt i to tidsparallelle delrammer (A, B) som representerer datarekkefølgene, KARAKTERISERT VED at hver delramme (A, B) oppviser et synkroniseringsord av en lik eller ekvivalent type med lik lengde, at det for tids-gjenkjennelsen og eventuelt for kompensasjon av delrammenes (A, B) fasestilling benyttes en korrelator (3, 5, 7; 4,

6, 8; 3, 7, 14, 15, 44, 47-52) for hver delramme, at det for synkroniseringen benyttes kodeord som oppviser et entydig maksimum av sin autokorrelasjonsfunksjon for tidspunktet T = 0, og at autokorrelasjonsfunksjonen for alle tidspunkter T f 0 er beløpsmessig minimal.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det benyttes ett av følgende synkroniseringsord, disses inverse verdi, speilbilde (lest baklengs) eller inverterte speilbilde, idet 0 representerer logisk 0 og 1 representerer logisk 1: 1. 0110100001110111 2. 0101101110111000 3. 0100100010001111 4. 0100010010111100

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tilstedeværelsen av synkroniseringsordet prøves to ganger for den første henholdsvis gjentatte søking etter synkronise-rings ti Ist anden .

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det er sørget for to driftstilstander, idet tilstedeværelsen av synkroniseringsmønsteret prøves to ganger i en første driftstilstand, og at det, i det tilfelle at synkroniseringsmønsteret gjenkjennes, omkoples til en andre driftstilstand i hvilken datarekkefølgens fasestilling prøves ved +_ 2 bittakter fra normaltilstanden, og det ved avvikelse fra normaltilstanden skjer en tidskorreksjon umiddelbart i den neste ramme.

5. Kretsanordning for overføring og mottagning av digitale informasjonssignaler, særlig for digital lydoverfø-ring via satellitter, hvor datarekkefølgene er anordnet i tid etter hverandre i en ramme, idet rammen i mottakeren er oppdelt i to tidsparallelle delrammer (A, B) som representerer datarekkefølgene, og hver delramme (A, B) oppviser et synkroniseringsord av en lik eller ekvivalent type med lik lengde, idet kretsanordningen omfatter en krets (fig. 5) for gjenkjennelse av synkroniseringsordets tidsstilling og for korreksjon av rammens tidsstilling, KARAKTERISERT VED at den omfatter en krets (fig. 3) for ombytting av de ankommende datastrømmer (A og B) og som er styrt av en synkroniseringsord-gjenkjennelseskrets, og to lagringsenheter (14, 15) for identifisering av synkroniseringsordet, idet enhetenes utganger over en addisjonskrets (7) tilveiebringer verdien av krysskorrelasjonen mellom det vedtatte og det mottatte synkroniseringsord.

6. Kretsanordning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at den omfatter en terskelverdilogikk som inneholder en lagringsenhet (18) i hvilken det til hver krysskorrelasjonsverdi er tilordnet en adresse under hvilken de representative verdier for tilstandene "synkroniseringsord til stede", "invertert synkroniseringsord til stede" og "ikke noe synkroniseringsord til stede" er lagret.