WO2000052860A1 - Verfahren zur synchronisation eines übertragungsgerätes der telekommunikationstechnik - Google Patents

Verfahren zur synchronisation eines übertragungsgerätes der telekommunikationstechnik Download PDF

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Jörn WELDNER
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    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0685—Clock or time synchronisation in a node; Intranode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/14—Channel dividing arrangements, i.e. in which a single bit stream is divided between several baseband channels and reassembled at the receiver

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing a transmission device in telecommunications technology according to the preamble of claim 1.
  • New methods of compressing television signals make it possible to use digital transmission links with low data rates. While a signal in the highest studio quality requires a data rate of 270 Mbit / s, a good quality of picture and sound can be achieved with 4 to 8 Mbit / s for the viewer.
  • this inverse multiplexer occurs when the TV signal source (for example a video encoder) supplies more or less data per unit of time than the paths can transmit.
  • the formal structure of these digital data streams prohibits the use of classic methods to adapt such data rates to one another. If too little or too much data is supplied to the transmission systems, then a serious and irrecoverable error occurs in the television signal, which can lead to picture loss.
  • a multiplexer cannot be synchronized with the source signal.
  • the transmission link usually has genuinely synchronous or quasi-synchronous (plesiochronous) interfaces.
  • the data rate sent must adhere to defined clock error limits (generally +/- 50 ppm). Since the distribution of the source data on the outgoing paths of an inverse multiplexer must be clock-free and lossless, its transmitting part must work synchronously with the source clock.
  • the invention has for its object to develop a generic method with which it is ensured that the data source, the transmission device, in particular a multiplexer in particular, and the transmission link or the transmission network are linked to one another in such a way that the existing technical equipment is used to transmit the source signal without errors and that the data bits are equidistant in time.
  • the transmission device is then synchronized by a data source by supplying the clock required for obtaining the internal clock of the transmission device from a synchronization unit, the useful data clock arriving at the data clock input of the transmission device being branched off and fed into the synchronization unit and there with a local clock signal is coupled, which is now supplied as a signal synchronized with the useful data signal for the internal clock generation of the transmission device.
  • the transmission device in particular the inverse multiplexer, can then split the data stream into outgoing paths, the transmission network, without loss in time-equidistant steps.
  • the transmission path is bit-transparent from end to end, no data is lost.
  • the TV signal sink here a decoder (receiver)
  • a decoder basically adjusts to the current data rate
  • the MPEG and DVB coding and transmission standards used ensure this function.
  • An arrangement is shown in the figure which consists of an inverse multiplexer 1 with data or clock inputs 8, 9 on the side of the data source 6 and data outputs A to D on the side of the transmission network ÜN, an external EL synchronization unit 2 and a data source 6 is formed.
  • the data source 6 is a TV encoder with a data rate (user data rate) of, for example, 4 Mbit / s.
  • the TV encoder supplies a source data stream that is precisely adjustable.
  • the user data (payload) D M (for example with 4 Mbit / s) are fed to the inverse multiplexer 1 via the data input 8, together with the accompanying user data clock T M via the clock input 9, for the specified 4 Mbit / s.
  • the 4 Mbit / s user data D M arrive with an allowable tolerance of +/- 50 ppm in an input buffer 10 for data for intermediate storage.
  • 1.2 Mbit / s clock cycles with a tolerance of +/- 50 ppm reach the inverse multiplexer 1 according to the known solutions for clocking via the inputs A to D of the inverse multiplexer.
  • the internal clock generation of the multiplexer 1 is only arithmetically adapted, in practice the clocks are always unequal, so that too many or too few bits are present and the input buffer 10 overflows or runs dry.
  • the inverse multiplexer 1 is supplied with the clock signals not from the transmission network side ÜN but from the external EL synchronization unit 2. These clock signals are processed in the inverse multiplexer 1 in the manner described.
  • the inverse multiplexer 1 is supplied with a 2 Mbit / s clock from the synchronization unit 2 via, for example, input D in the type of clock that would normally come from the transmission network side ÜN.
  • This clock is obtained from the incoming 4 Mbit / s user data clock T M at the user data clock input 9 of the inverse multiplexer 1, in that the 4 Mbit / s user data clock T M is derived and used to synchronize the local clock signal in the synchronization unit 2.
  • a controllable, local crystal oscillator 16 present in a phase locked loop (PLL) 11 generates a clock signal T N.
  • the phase locked loop 11 (PLL) now couples the useful data clock T M to the clock T N.
  • Suitable frequency dividers in the phase-locked loop 11 match the comparison frequency of the user data rate selected by the user to the comparison frequency of the phase-locked loop 11.
  • This empty signal T R1 is fed to the 2 Mbit / s input D of the inverse multiplexer 1.
  • the clock T R is recovered from the empty signal T Ri in the internal input module 15 of the inverse multiplexer 1.
  • the clock T R forces the inverse multiplexer 1, and thus also the data distributor 14, to carry out all work steps exactly in synchronism with the clock T M via the internal clock generator 13.
  • the source data clock now determines the functions of the inverse multiplexer 1, the data source 6 and the inverse multiplexer 1 run synchronously.
  • the clock frequency of conventional public 2 Mbit / s networks / connections may have a deviation of +/- 50 pp.
  • a video encoder, as data source 6, can usually be set in 1 bit / s steps, its stability in the nominal usage range and life cycle is within the +/- 50 ppm limit.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Übertragungsgerätes der Telekommunikationstechnik mit einer freilaufenden Datenquelle. Die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zu entwickeln, mit dem gewährleistet ist, daß die Datenquelle, das Übertragungsgerät, insbesondere ein Invers-Multiplexer, und die Übertragungsstrecke bzw. das Übertragungsnetz so miteinander verknüpft sind, daß unter Nutzung der vorhandenen technischen Ausrüstung eine fehlerfreie Übergabe des Quellsignals erfolgt und daß die Datenbits zeitlich äquidistant sind, wird dadurch gelöst, daß das Übertragungsgerät (1) von einer freilaufenden Datenquelle (6) synchronisiert wird, indem der für die Gewinnung des internen Taktes des Übertragungsgerätes (1) erforderliche Takt aus einer Synchronisiereinheit (2) zugeführt wird, wobei der am Datentakteingang (9) des Übertragungsgerätes (1) ankommende Nutzdatentakt TM abgezweigt und in die Synchronisiereinheit (2) geführt und dort mit einem lokalen Taktsignal (TN) verkoppelt und als ein auf den Nutzdatentakt (TM) synchronisiertes Signal (TR) der internen Takterzeugung des Übertragungsgerätes (1) zugeführt wird.

Description

Verfahren zur Synchronisation eines Übertragungs gerätes der Tele ommunikationstechni
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Übertragungsgerätes der Telekommunikationstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fernsehsignale erfahren zwischen Kamera und Heimempfänger verschiedene Bearbeitung und durchlaufen unterschiedliche Wege. Kriterien zur Auslegung dieser Wege sind u.a. die zulässige Qualitätsbeschränkung, die Kosten, die verfügbare Technik.
Neue Verfahren zur Komprimierung von Fernsehsignalen erlauben es, digitale Übertragungsstrecken mit niedrigen Datenraten zu nutzen. Während ein Signal in höchster Studioqualität 270 Mbit/s Datenrate erfordert, läßt sich eine für den Zuschauer gute Qualität von Bild und Ton mit 4 bis 8 Mbit/s erreichen.
Abgesehen von Satellitenwegen, auf denen solche Raten gebräuchlich sind, bieten die terrestrischen Netze nur entweder niedrigere oder höhere Standardwerte. Speziell zur Heranführung von „sendefertigen" TV-Signalen zu Sendestellen wie Bodenstation, Fernsehturm gibt es einen Invers-Multiplexer, der mehrere niederratige Wege parallel betreibt und somit die oben genannten Gesam- traten zu nutzen erlaubt. Diese Wege mit 2 Mbit/s Übertragungsrate sind weltweit üblich und oft sehr preiswert verfügbar (internationale Bezeichnung El) .
Ein Problem bei der Nutzung dieses Invers-Multiplexers tritt dann auf, wenn die TV-Signalquelle (zum Beispiel ein Video-Encoder) mehr oder auch weniger Daten pro Zeiteinheit liefert als die Wege übertragen können. Die formale Struktur dieser digitalen Datenströme verbietet die Anwendung klassischer Methoden, solche Datenraten aneinander anzupassen. Wenn zu wenige oder auch zu viele Daten an die Übertragungssysteme geliefert werden, dann tritt im Fernsehsignal ein schwerer und nicht be- hebbarer Fehler auf, der zum Bildausfall führen kann. Um nun eine starre Kopplung der Bitraten zu erreichen, bietet sich eine Synchronisation des Encoders (Signal- quelle) auf den Übertragungstakt an.
Dabei ergibt sich ein praktisches Problem daraus, daß marktübliche Encoder im allgemeinen nicht extern synchronisierbar sind. Traditionell ist ein Multiplexer nicht auf das Quellsignal synchronisierbar. Die Übertragungsstrecke weist in der Regel echt synchrone oder quasi-synchrone (plesiochrone) Schnittstellen auf. Zur fehlerfreien Übertragung im Netz muß die gesendete Datenrate definierte Taktfehlergrenzen einhalten (im allgemeinen +/- 50 ppm) . Da die Verteilung der Quelldaten auf die abgehenden Wege eines Inversmultiplexers taktstarr und erlustfrei sein muß, muß dessen Sende- teil synchron zum Quelltakt arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs- gemäßes Verfahren zu entwickeln, mit dem gewährleistet ist, daß die Datenquelle, das Übertragungsgerät, insbe- sondere ein Multiplexer, und die Übertragungsstrecke bzw. das Übertragungsnetz so miteinander verknüpft sind, daß unter Nutzung der vorhandenen technischen Ausrüstung eine fehlerfreie Übergabe des Quellsignals erfolgt und daß die Datenbits zeitlich äquidistant sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach wird das Übertragungs- gerät von einer Datenquelle synchronisiert, indem der für die Gewinnung des internen Taktes des Übertragungs- gerätes erforderliche Takt aus einer Synchronisiereinheit zugeführt wird, wobei der am Datentakteingang des Übertragungsgerätes ankommende Nutzdatentakt abge- zweigt und in die Synchronisiereinheit geführt und dort mit einem lokalen Taktsignal verkoppelt wird, welches nun als ein auf das Nutzdatensignal synchronisiertes Signal der internen Takterzeugung des Übertragungsgerätes zugeführt wird.
Damit wird gewährleistet, daß alle marktüblichen, beim Kunden vorhandenen Encoder genutzt werden können. Das Übertragungsgerät, insbesondere der Invers-Multiplexer, kann dann in zeitlich äquidistanten Schritten den Da- tenstrom auf die abgehenden Wege, das Übertragungs- netz, verlustfrei aufteilen. Die Übertragungsstrecke ist von Ende zu Ende bittransparent, es gehen keine Daten verloren.
Da die TV-Signalsenke, hier ein Decoder (Receiver) , sich prinzipiell auf die gerade aktuelle Datenrate einstellt, ist auf der Empfangsseite kein Problem vorhanden. Für diese Funktion sorgen die angewendeten Codier- und Übertragungsstandards MPEG und DVB .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungs- beispiel einer Anordnung zur Synchronisation eines Mul- tiplexers auf ein Quellsignal näher erläutert werden. In der zugehörigen einzigen Figur ist eine schematische Darstellung der Anordnung nach der Erfindung gezeigt.
In der Fig. ist eine Anordnung dargestellt, die aus einem Invers-Multiplexer 1 mit Daten- bzw. Taktein-gangen 8, 9 auf der Seite der Datenquelle 6 und Datenausgängen A bis D auf der Seite des Übertragungsnetzes ÜN, einer externen El-Synchronisiereinheit 2 und einer Datenquelle 6 gebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. ist die Datenquelle 6 ein TV-Encoder mit einer Datenrate (Nutzdatenrate) von zum Beispiel 4 Mbit/s. Der TV-Encoder liefert einen Quelldatenstrom, der genau einstellbar ist.
Die Nutzdaten (Nutzlast) DM (zum Beispiel mit 4 Mbit/s) werden über den Dateneingang 8, zusammen mit dem begleitenden Nutzdatentakt TM über den Takteingang 9, für die vorgegebenen 4 Mbit/s dem Invers-Multiplexer 1 zugeführt .
Im Invers-Multiplexer 1 gelangen die 4 Mbit/s-Nutzdaten DM mit einer zulässigen Toleranz von +/- 50 ppm in einen Eingangspuffer 10 für Daten zur Zwischen- speicherung. Von der Übertragungsnetzseite ( aus Richtung ÜN) gelangen, nach den bekannten Lösungen zur Taktung über die Eingänge A bis D des Invers-Multiplexers 1, 2 Mbit/s- Takte mit einer Toleranz von +/- 50 ppm in den Invers- Multiplexer 1. Die interne Takterzeugung des Multiple- xers 1 ist jedoch nur rechnerisch angepaßt, praktisch sind die Takte immer ungleich, so daß zuviel oder zuwenig Bits anstehen und ein Über- oder Leerlauf des Eingangspuffers 10 auftritt.
Um dies zu verhindern, werden dem Invers-Multiplexer 1 nach der Erfindung die Taktsignale nicht von der Übertragungsnetzseite ÜN, sondern aus der externen El- Synchronisiereinheit 2 zugeführt . Diese Taktsignale werden im Invers-Multiplexer 1 in beschriebener Weise aufbereitet .
Dem Invers-Multiplexer 1 wird ein 2 Mbit/s-Takt aus der Synchronisiereinheit 2 über zum Beispiel den Eingang D in der Art des Taktes geliefert, wie er üblicherweise von der Übertragungsnetzseite ÜN kommen würde. Dieser Takt ist aus dem ankommenden 4 Mbit/s-Nutzdatentakt TM am Nutzdatentakteingang 9 des Invers-Multiplexers 1 gewonnen, indem der 4 Mbit/s-Nutzdatentakt TM abgelei-tet und zur Synchronisation des lokalen Taktsignals in der Synchronisiereinheit 2 verwendet wird.
In der Synchronisiereinheit 2 erzeugt ein in einem Phasenregelkreis (PLL) 11 vorhandener steuerbarer, lokaler Quarzoszillator 16 ein Taktsignal TN. In der Synchronisiereinheit 2 verkoppelt nun der Phasenregelkreis 11 (PLL) den Nutzdatentakt TM mit dem Takt TN. Passende Frequenzteiler im Phasenregelkreis 11 gleichen die Vergleichsfrequenz der vom Nutzer gewählten Nutzdatenrate an die Vergleichsfrequenz des Phasenregelkreises 11 an. Mit Hilfe des so gewonnenen Taktes TR wird ein 2 Mbit/s-Leersignal TRi (ohne Nutzdaten) gewonnen.
Dieses Leersignal TR1 wird dem 2 Mbit/s-Eingang D des Invers-Multiplexers 1 zugeführt. Aus dem Leersignal TRi wird in der internen Eingangs-Baugruppe 15 des Invers- Multiplexers 1 der Takt TR zurückgewonnen. Der Takt TR zwingt den Invers-Multiplexer 1, und damit auch den Datenverteiler 14 , über die interne Takterzeugung 13 , exakt synchron zum Takt TM alle Arbeitsschritte durchzuführen.
Im Ergebnis bestimmt nun der Quelldatentakt zeitlich die Funktionen des Invers-Multiplexers 1, die Daten- quelle 6 und der Invers-Multiplexer 1 laufen synchron.
Wenn nun die Taktfrequenz dieser Anordnung immer innerhalb der zulässigen Grenzen der Übertragungs-frequenz des Netzes liegt, dann können die Nutzdaten fehlerfrei übertragen werden.
Die Taktfrequenz üblicher öffentlicher 2 Mbit/s-Netze/- verbindungen darf eine Abweichung von +/- 50 pp aufweisen. Ein Video-Encoder, als Datenquelle 6, läßt sich üblicherweise in 1 Bit/s-Schritten einstellen, seine Stabilität im Nenngebrauchsbereich und Lebenszyklus liegt innerhalb der +/- 50 ppm-Grenze.
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Aus- führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es mög-lich, durch Kombination und Modifikation der beschrie-benen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu reali-sieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Invers-Multiplexer
2 Synchronisiereinheit 3
4 5
6 Datenquelle 7
8 Dateneingang
9 Datentakteingang 10 Eingangspuffer
11 Phasenregelkreis (mit Frequenzteiler)
12 Leersignalerzeugung
13 Interne Takterzeugung
14 Datenverteiler 15 Eingangsbaugruppe
16 Lokaler Oszillator
DM Nutzdaten
TM Nutzdatentakt TN 2 MHz-Takt
TR Taktsignal
TRι Leersignal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Synchronisation eines Übertragungsgerätes der Telekommunikationstechnik mit einer freilaufenden Datenquelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß das Übertragungsgerät ( 1 ) von der freilaufenden Da- tenquelle (6) synchronisiert wird, indem der für die Gewinnung des internen Taktes des Übertragungs- gerätes (1) erforderliche Takt aus einer Synchronisiereinheit (2) zugeführt wird, wobei der am Datentakteingang (9) des Übertragungsgerätes (1) ankommende Nutzdatentakt (TM) abgezweigt und in die
Synchronisiereinheit (2) geführt und dort mit einem lokalen Taktsignal (TN) verkoppelt und als ein auf den Nutzdatentakt (TM) synchronisiertes Signal (TR) der internen Takterzeugung des Übertragungsgerätes (1) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Invers-Multiplexer (1) von einer Datenquelle (6) synchronisiert wird, indem der für die Gewinnung des internen Taktes des Invers-Multiplexers (1) erforderliche Takt aus einer Synchronisiereinheit (2) zugeführt wird, wobei der am Datentakteingang (9) des Invers-Multiplexers (1) ankommende Nutzdatentakt (TM) abgezweigt und in die
Synchronisiereinheit (2) geführt und dort mit einem lokalen Taktsignal (TN) verkoppelt und als ein auf den Nutzdatentakt (TM) synchronisierter Takt (TR) der internen Takterzeugung des Invers-Multiplexers (1) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der für die Gewinnung des internen Taktes des Übertragungsgerätes (1) erforderliche Takt aus einer externen Synchronisiereinheit (2) zugeführt wird, wobei der am Datentakteingang (9) des Übertragungs- gerätes (1) ankommende Nutzdatentakt (TM) abgezweigt und in die Synchronisiereinheit (2) geführt und dort mit einem lokalen Taktsignal (TN) verkoppelt und als ein auf den Nutzdatentakt (TM) synchronisiertes Signal (TR) der internen Takterzeugung des Übertragungsgerätes (1) zugeführt wird.
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