SE453143B - Overforingsanleggning - Google Patents

Description

453 143 2 visade i fig 3 genom kurvan BP för bi-fasmodulationen och medelst kurvan TH för 'top hat"-modulationen. Dessa två spektra är asymmetriska-i förhållande till den frekvens som är lika med bithastigheten (fT=1l.

För optimal detektering av symbolerna utan intersymbolinterferens krävs vid dessa metoder ett mottagarfilter, vars filterkarakteristik har en motsatt asymmetri. Detta resulterar emellertid i en detektering som inte är så optimal vad gäller signal-brusförhâllandet. ' ' B. Sammanfattning av uppfinningen. _ Uppfinningen har till ändamål att åstadkomma en överföringsanläggning av beskrivet slag i vilken en optimal detektering av datasymbolerna är möjlig på mottagarsidan både vad gäller intersymbolinterferensen och signal-brusförhâl- landet, vilken detekteri ng är huvudsakligen oberoende av kabel karakteristiken för ett stort omrâde av kabellängder, t.ex. 0-4 km. överföringsanläggningen enligt uppfinningen kännetecknas därav att sända- ren innefattar medel för att omvandla varje datasymbol till tvâ rektangulära pulser med motsatt polaritet i vilka motsvarande punkter är separerade en var- aktíghet av T/2 sekunder, varvid varje puls har en varaktighet av T/4 sekun- der och uppträder vid eller efter en respektive tidsperiod räknat frân början av symboltidsintervallet, och att mottagaren har medel för att filtrera den mottagna signalen, innefattande de omvandlade datasymbolerna, i enlighet med en lågpassfilterkarakterístik som har nollpunkter vid D Hz och 2/T Hz samt en sinusformig kurva mellan dessa nollpunkter.

C. Sammanfattning av figurerna.

Fig 1 visar ett blockschema för en överföringsanläggning enligt uppfin- ningen. Fig 2a-Zf visar tidsdiagram, fig 3 visar några amplitudspektra som är ett resultat av olika modulations-(kodnings)-metoder, fig 4a-4c visar amplitud- spektrat, impulssvaret respektive ögonmönstret för överföringsanläggningen en- ligt uppfinningen utan kabeldämpning, fig 5 visar nâgra kabelkarakteristiker, fig Ga-6d visar amplitudspektrat, impulssvaret respektive ögonmönstret för överföringsanlâggningen enligt uppfinningen med kabeldämpning och en linjär kabelkarakteristik, fig 7a-7c visar amplitudspektrat, impulssvaret respektive ögonmönstret för överföringsanläggningen enligt uppfinningen med en kabel som är 4 km läng, fig 8a-8d visar amplitudspektrat, impulssvaret respektive ögon- mönstret för överföringsanläggningen enligt uppfinningen med kabeldämpning och en linjär kabelkarakteristik, fig 9a visar ett blockschema för en utföringsform av kodgeneratorn avsedd att användas i överföringsanläggningen enligt fig 1 och fig 9b visar en tillhörande lagringstabell, fig 10 visar kopplingsschemat för en utföringsfonn av mottagarfilter avsett att användas i överföringsanläggning- en enligt fig 1, fig 11 visar kopplingsschemat för en alternativ utföringsform av mottagarfiltret avsedd att användas i överföringsanläggningen enligt fig 1 453 143 fig 12 visar några filterkarakteristiker för mottagarfiltret, fig 13 visar ett blockschema för en alternativ mottagare och figurerna 14a-14c visar några tids- diagram.

D. Beskrivning av utföringsformerna.

En anläggning av det i fig 1 visade slaget har till ändamål att överföra binära datasymboler, vilka i det efterföljande kommer att kallas bitar, från en sändare 1 (fig 1) till en mottagare 2 genom ett överföringsmedium 3. Detta me- dium 3 kan bestå av en eller flera sektioner av en kabel och kan innefatta transformatorkopplingar. Signaler som innehåller en likströmskomponent kan inte fi överföras genom kabeln. _¿ Sändaren 1 innefattar en datakälla 4 som avger en bitström med bitinter- vall om T sekunder, vilka är synkroniserade av en klocksignalanordning 5. Bi- tarna matas till en kodgenerator 6 som för varje bit alstrar en förutbestämd tidsfunktion eller kurvform med en varaktighet av T sekunder.

Mottagaren 2 innefattar ett mottagarfilter 7 med en därtill ansluten samp- lingsströmställare 8, som är styrd synkront med de mottagna datasignalerna av en klocksignalanordning 9. En polaritetsdetektor 10 för bestämning av värdet på varje mottagen bit är ansluten till samplingsströmställaren 8.

Klocksignalanordningen 9 kan vara synkroniserad av klocksignalanordningen 5 medelst en separat synkroniseringssignal, som överföres från klocksignalan- ordningen 5 till klocksignalanordningen 9 genom överföringsmediet 3. Detta är symboliskt visat genom den streckade förbindningen mellan dessa anordningar. I praktiken är det ofta önskvärt att klocksignalanordningen 9 kan erhålla synkro- niseringsinformationen från den överförda datasignalen. Den överförda datasig- nalen innehåller signalövergångar med T/2 sekunders avstånd, vilka ger informa- tion om sändarens klocka. Avledning av klocksignalen från datasignalen bildar inte någon del av föreliggande uppfinning.

Kodgeneratorn 6 alstrar de kurvformer som är visade i fig 2. Fig 2a visar uppdelningen av tidsaxeln i symbolintervaller om T sekunder. Fig 2b visar en bit med värdet "1" i ett första symbolintervall och en bit med värdet "O" i ett andra symbolintervall. Fig 2c visar de tillhörande kurvformerna, varvid var- aktigheten av de olika delarna av kurvformerna är visade i fig 2d.

Kurvfonmen för bitvärdet "1" består av en negativ puls som efterföljes av en positiv puls, vilka pulser har en varaktighet av T/4 sekunder. Avståndet mellan motsvarande punkter av pulserna är T/2 sekunder. Kurvfonnen för bitvär- det "0" är identisk med kurvformen för bitvärdet "1" men har motsatt polaritet.

Pulsernas avstånd från början av symbolintervallet har ingen betydelse. De i figurerna 2e och 2f visade kurvformerna kan således också användas. I det ef- terföÃande antas att sändaren 1 alstrar de i fig 2c visade kurvformerna. En 453 143 förskjutning av kurvformerna till de i fig Ze eller 2f visade kurvfonnerna kom- mer att påverka sändarens 1 fördröjningskarakteristik men påverkar inte den överförda signal ens ampl itudspektrum.

Till följd av den valda koden som kan betecknas såsom "vevaxel“-kod till följd av den kurvform, som den resulterar i, erhåller sändsignalen ett ampli- tudspektrum som är visat i fig 3 genom kurvan CS (crankshaft). För jämförelse visas i samma figur amplitudspektrat för en bi-fasmodulation genom kurvan BP och för en "top hat"-kod genom kurvan TH. Den del av amplitudspektrat som lig- ger ovanför dubbla bithastigheten, punkten fT=2, kommer inte att tas i beaktan- de emedan den spärras i mottagaren 2. Om så önskas kan denna del av spektrat eliminers i sändaren 1 medelst ett enkelt filter. Såsom framgår av fig 3 är amplitudspektrat i enlighet med vevaxelkoden kraftigt symmetriskt omkring en axel som passerar genom punkten fT=1. Denna symmetri är fördelaktig då en ka- bel, vars amplitud kontra frekvenskarakteristik har en huvudsakligen linjär variation, är anordnad mellan sändaren och mottagaren. Signalkomponenter med frekvenser som är symmetriska i förhållande till bithastigheten överför samma information på samma sätt som en dubbel-sidbandsmodulerad signal. Dessa signal- komponenter dämpas genom en linjär kabelkarakteristik på ett komplementärt sätt så att summan av dessa signalkomponenter blir dämpad på ett jämnt sätt. För överföringen av information svarar detta mot dämpning medelst en kabel som har en jämn karakteristik.

Om man försummar en reell konstant faktor definieras Fourier-transfonmen för den i fig 2c visade tidsfunktionen, som i det efterföljande kommer att kal- las vevaxelkodens spektrumfunktion genom följande uttryck: _ _lsin (ip -x- sinw-š) J J 8 (1) Den sista termen i uttrycket (1) är den formfaktor som är en följd av pulsbredden på T/4 sekunder. För Dirac-impulser är formfaktornzl. Den sista termen i uttrycket (1) har endast liten inverkan i intervallet från 0 Hz till dubbla bithastigheten (fT=2). Således har vevaxelkodens amplitudspektrum en ungefärlig sinusfonnig variation.

Om man utgår ifrån en spektrumfunktion för sändaren, som är definierad genom den första delen av uttrycket (1) har mottagaren ett optimalt sig- nal-brusförhâllande för vitt brus, om överföringsfunktionen för mottagarfiltret är definierad genom uttrycket: j sin (gg) (2) 453 143 I princip är mottagarfiltret 7 ett lågpassfilter med en gränsfrekvens av dubbla bithastigheten. Det optimala mottagarfiltret har en överföringsfunktion som, under gränsfrekvensen, uppfyller uttrycket (2). Som optimum har betraktats det fall att sändarens spektrumfunktion är helt representerad genom den första delen av uttrycket (1). Till följd av förekomsten av den sista termen i uttryc- ket (1) uppnås optimat aldrig helt. Det visar sig emellertid att med användning av vevaxelkoden en försämring av signal-brusförhållandet på bara 1 dB inträf- far.

För en bra signaldetektering är det önskvärt att intersymbolinterferensen är så liten som möjligt på utgången av mottagasrfiltret 7. Detta är fallet om den av kombinationen av sändare och mottagare bildade anläggningen har en över- föringsfunktion som uppfyller uttrycket 2 (sin (gär) > (s) I fig 4a är denna karakteristik illustrerad genom kurvan Al. Det tillhörande impulssvaret är visat i fig 4b genom kurvan Bl. Det ögonmönster som uppträder på utgången av mottagarfiltret är visat i fig 4c, där symbolperioden T är an- given. Det är uppenbart att ingen intersymbolinterferens alstras vid samplings- tidpunkterna to, to'.

För realiseringen av en anläggning med en överföringsfunktion som uppfyl- ler uttrycket (3) i fallet med vevaxelkoden väljes mottagarfiltret 7 på sådant sätt att överföringsfunktionen mellan 0 Hz och gränsfrekvensen uppfyller ut- trycket: _ j wïš cos (Lä) (4) Det är lätt att se att multiplikation av uttrycken (1) och (4) kommer att resultera i uttrycket (3) om man försummar den ej relevanta konstanta reella faktorn.

Jämfört med ett mottagarfilter i enlighet med uttrycket (2) inträffar en liten försämring i signal-brusförhållandet på bara 0,1 dB då ett mottagarfilter i enlighet med uttrycket (4) användes. Filterkarakteristikerna i enlighet med uttrycken (2) och (4) är visade i fig 12 genom kurvorna F2 och F4.

I det efterföljande antages att mottagarfiltret 7 uppfyller uttrycket (4), vilket innebär att ingen intersymbolinterferens uppträder vid samplingstidpunk- terna to,to'. Anläggningen uppfyller därvid det första Nyquist-kriteriet.

Fig 5 visar några amplitud-frekvenskarakteristiker för olika kabellängder. 455 143 I det efterföljande antages att bithastigheten är 64 kHz.

För att illustrera anläggningens funktion då en kabel finns mellan sända- ren och mottagaren visar figurerna 6,7 och 8 amplitudspektrat, impulssvaret respektive ögonmönstret vid utgången av mottagarfiltret för olika kabelkarakte- ristiker.

Amplitudspektrat är representerat genom kurvorna A2,A3 och A4 i figurerna 6a,7a och 8a, varvid kurvan Al i figur 4a tjänar såsom referens. Impulssvaret är representerat genom kurvorna B2,B3 och B4 i figurerna 6b,7b och 8b, varvid kurvan Bl i figur 4b tjänar såsom referens. Ögonmönstret är visat i figurerna 6c,7c och 8c.

Fig 6 avser en kabel med en linjär amplitud-frekvenskarakteristik, såsom är illustrerati fig 6d. Fig 7 avser en kabel med en längd av 4km vars ampli- tud-frekvenskarakteristik är visad i fig 5. Fig 8 avser en linjär amplitud-fre- kvenskarakteristik som är visad i fig 8d med en gränsfrekvens lika med dubbla bithastigheten. Det framgår att i alla dessa fall ögonmönstret i huvudsak har sin maximala höjd vid samplingstidpunkterna to,to' och att också ögonets bredd på vardera sidan om samplingstidpunkterna to,to' har i huvudsak det maximala värdet. Följaktligen påverkar kabelkarakteristiken i huvudsak inte signaldetek- teringen. Kabelns enda inverkan består i en dämpning av den mottagna signalens toppvärde vid samplingstidpunkterna.

Fig 9a visar en utföringsform av sändaren 4. Klocksignalanordningen 5 in- nefattar en pulskälla 11 med en hastighet 4/T Hz vilket är fyra gånger bithas- tigheten. Denna hastighet delas i två delarsteg 12 och 13 till dubbla bithas- tigheten 2/T Hz och bithastigheten 1/T Hz. Signalerna med hastigheten 4/T,2/T och 1/T Hz matas till EXKLUSIV-ELLER grindarna 14,15 och 16 i kodgeneratorn 6.

Datakällans 4 utgângssignal matas till en andra ingång på dessa grindar. På detta sätt alstras binära signaler ao,a1 och az på dessa grindars utgång- ar, vilka bitar tillsammans bildar 3-bitsadresser för ett ROM-minne 17. Minnet 17 har åtta minnespositioner som svarar mot dessa adresser, varvid en X-bit och en Y-bit är lagrade i varje position i enlighet med den i fig 9d visade tabel- len.

Signaler som svarar mot en från minnet avläst X-bit och Y-bit matas till en differentialförstärkares 18 ingång via identiska motstånd R. Denna differen- tialförstärkare avger Étgångssignalen Vu i enlighet med den sista kolumnen i tabellen i fig 9b. Det kan lätt verifieras att i symbolintervallerna på T se- kunder de i fig 2c visade kurvformerna alstras vid utgången av differentialför- stärkaren 18.

En utföringsform av ett mottagarfilter 7 med en överföringsfunktion som är definierad genom uttrycket (2), kurvan F2 i fig 12, är visad i fig 10. En utfö- 453 143 ringsform av mottagarfíltret 7 med en överföringsfunktion som är definierad genom uttrycket (4), kurvan F(4) i fig 12, är visad i fig 11. Detta filter be- står av kaskadkopplingen av en deriveringskrets med överföringsfunktionen jw (vid den högra delen av figuren) och ett lâgpassfilter med överföringsfunktio- nen cos (wT/8) (vid den vänstra delen av figuren). Ett värde på gränsfrekvensen som användes i praktiken var 128 kHz. Att bestämma värdena på filtrets kompo- nenter för en given gränsfrekvens ligger inom fackmannens kunskap.

Figur 13 visar ett blockschema för en alternativ mottagare för vevaxelko- den. Denna mottagare innefattar ett mottagarfilter 19 med en jämn lâgpasskarak- teristik, såsom är visat vid 20. Två samplingsströmställare 21 och 22 är an- slutna till filtrets 19 utgång. Dessa strömställare är styrda av en klocksig- nalanordning 23 med bithastigheten 1/T Hz och en fasskillnad på 180°. Ström- ställarnas 21 och 22 samplingstidpunkter är i fig 14b och 14c visade relativt vevaxelkodens kurvform som är visad i fig 14a. Samplingsströmställarens 21 sig- nalsampel fördröjes en halv samplingsperiod av en fördröjningssektion 24. En skillnadsalstrare 25 alstrar skillnaden mellan det fördröjda signalsamplet och samplingsströmställarens 22 signalsampel.

En samplingsströmställare 26 är ansluten till skillnadsalstrarens 25 ut- gång och en polaritetsdetektor 27 är ansluten till denna samplingsströmstäl- lare. Dessa två anordningar svarar mot samplingsströmställaren 8 och polari- tetsdetektorn 10 i figur 1. De regenererade binära datasymbolerna uppträder på utgången av polaritetsdetektorn 27.

Kretsen mellan filtrets 19 utgång och samplingsströmställarens 26 ingång verkar som ett nät med en överföringskarakteristik som är visad vid 28. Detta är en periodisk karakteristik med en sinusfonmig variation mellan O Hz och dubbla bithastigheten i enlighet med uttrycket (2). I denna mottagare har kom- binationen av karakteristikerna 20 och 28 samma funktion som mottagarfiltrets 7 karakteristik i den i fig 1 visade mottagaren.

Claims (3)

-453 143 Patentkrav.

1. l. överföringsanläggníng innefattande en sändare och en mottagare för över: föring av binära datasymboler i synkrona konsekutiva symboltidsintervall med en varaktighet av T sekunder, k ä n n e t e c k n a d av att sändaren inne- fattar medel för att omvandla varje datasymbol till två rektangulära pulser av motsatt polaritet i vilka motsvarande punkter är åtskilda av tidsvaraktig- het av T/2 sekunder, varvid varje puls har en varaktighet av T/Ä sekunder och uppträder vid, eller efter, en respektive tidsperiod från början av symboltids- intervallet, samt att mottagaren innefattar medel för att filtrera den mottag- na signalen, innehållande de omvandlade datasymbolerna, i enlighet med en låg- passfilterkarakteristik som har nollpunkter vid 0 Hz och 2/T Hz samt en sinus- formig kurva mellan dessa nollfrekvenser.

2. Överföringsanläggning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att mottagaren mellan en signalingâng för signalen från sändaren och en signal- regenereringsanordning innefattar ett lågpassfilter med en filterkarkateristik som har ett maximum vid 0 Hz och en nollpukt vid 2/T Hz och en cosinusformig kurva mellan nämnda maximum och noilpunkt samt ett deriverande nät anordnat i kaskad därmed.

3. Överföringsanläggning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att mottagaren mellan signalingången för signalen från sändaren och en signal- regenereringsanordning innefattar ett lågpassfílter med en jämn Filterkarakte- ristik mellan 0 Hz och 2/T Hz, tvâ samplingskretsar, med en samplingshastighet av l/T Hz och arbetande med en inbördes tidsskillnad av T/2 sekunder, anslutna till lågpassfiltrets utgång, samt medel för att mata skillnaden mellan de sig- nalsampler som alstras av samplingskretsarna till signalregenereringsanordning- en i varje symbolintervall.