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Verfahren zur empfangsseitigen Rückgewinnung der plesiochronet Primärtakte
mehrerer sendeseitig zu einem Zeitvielfach höherer Ordnung zusammengefaßter primärer
ZeitvielfachByateme Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur empfangsseitigen Rückgewinnung
der plesiochronen Primärtakte mehrerer sendeseitig zu einem Zeitvielfaoh höherer
Ordnung zusammengefaßter primärer Zeitvielfachsysteme durch Hinzufügen bzw. Ausblenden
einzelner Taktimpulse zu bzw. von einer mittleren, lokal erzeugten Taktfrequenz
aufgrund von im empfangenen Multiplexbitstrom enthaltenen Korrektursignalen über
die jeweilige Taktabweichung der Primärsysteme.
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Wenn die Digitalsignale mehrerer PCM-Primärsysteme zwischen zwei Punkten
zu Ubertragen sind, so ist es meist zweckmäßig, sie in einer Multiplexeinrichtung
zu einem Digitaistrom höherer Geschwindigkeit zusammenzufassen. Im allgemeinen Fall
sind die Digitalsignale am Eingang der Multiplexeinrichtung nicht taktsynchron,
d.h. ihre Bitraten unterscheiden sich um einen Tolerenzbetrag (z.B. + 10-4). Derartige
Signale werden auch als plesiochrone Signale bezeichnet.
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Auf
Auf der Empfangs seite müssen aus dem Digitalatrom
der Multi plexeinrichtung die Takte der einzelnen Primärsysteme wieder exakt abgeleitet
werden. Eine genaue Taktrückgewinnung und damit eine Übertragung ohne Informationsverlust
auf der Muitiplexstrecke ist abe@er nur möglich, wenn zusätzlich zum eigentlichen
Nachrichteninhalt der einzelnen Primärsysteme Informationen über die Taktabweichungen
derselben übertragen werden (F. J. Witt; An experimental 224 Mbit/s Digital Multiplexer
using Stutring Synchronization. BSTJ, Vol. 44, p. 1843 - 1885, Nov. 1965; und t.J.
Johannes and P. H. Mc Cullough: Multiplexing of Asynchronous Digital Signals using
Pulse Stuffing with Added-Bit Signalling. IEEE Trans. on Commnunications Technology.
Vol. COM-14, No 5, Oct. 1966).
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Als Bitrate für POM-Primärsysteme haben sich fi,o=2,048 Mbit/s weitgehend
durchgesetzt. Für die Toleranz dürfte + 10 4 ein realisierbarer Wert sein. Die Bitrate
eines zu bildenden Multiplexsystems sollte aus verschiedenen, hier nicht näher zu
erläuternden Gründen ein ganzzahliges Vielfaches von 64 Kbit/s (InformationsfluB
eines Zeitkanals) sein. Die Toleranzgrenze des Mutliplexsystems sollten um den Faktor
10 enger sein, also # 10-5. Die Bitrate des Mutliplexsystems ergibt sich nun folgendermaßen:
fmux, o = a . 2,048 Kbit/s + b . 64 Kbit/s mit a - Anzahl der zusammenfassenden
Grundsysteme und b . 64 Kbit/s einer zusätzlichen Erhöhung der Informationskapazität
des Multiplexsystems zur Übertragung bestimmter Informationen wie, Synchronisationssignale,
Aussagen über die Taktabweichung der Primärsysteme etc. Die Zahl a=b=4 birgt verschiedene
Vorteile in sich, so daß fmux,o = 8,448 Mbit/s wird.
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Die
Die Bitrate des Multiplexsystems fmux ist also
um einen zusätzlichen Wert 4 . fz = 4 . 64 Kbit/s höher als die mit a (Anzahl zusammenzufassenden
Primärsysteme) multiplizierte Bitrate - meist 2,048 Mbit/s - der Primärsysteme.
Diese Zusatzinformation 4 . fz setzt sich zusammen aus der Hilfsbitrate 4 . fH und
den Stopfbitraten fSt 1, fSt 2, fst 3 und wobei fH = fSt i ist; i = 1, 2, 3, 4,
St 4' fz = fH + fSt.
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fH ist praktisch konstant und wird in Blöcken, die äquidistant verteilt
sind, im Multiplexsignal übertragen. Diese Blöcke stellen Synchronisierinformationen
für den Pularahmen des Multiplexsystems und die Aussagen über die Taktabweichungen
(Stopfinformation) der einzelnen Primärsysteme dar.
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fSt ist ein variabler Informationsfluß, der sich entsprechend den
Schwankungen der Bitraten fi der Grundsysteme ändert.
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Für a = b = 4 gilt:
umgeformt
Je nach dem Vorzeichen von fSt sind drei Arten der Stopftechnik denkbar: fSt ist
nur positiv, nur negativ oder positiv und negativ (im Felle des synchronen Netzes
gleich Null). Entsprechend unterscheidet man positive, negative oder positiv-negative
Stopftechnik. Allen drei Verfahren ist gemeinsam, daß die Hilisbitrate fH auf der
Empfangsseite durch eine Grobanpassung (-regelung) leicht zu entfernen ist und die
Takte fmux entsprechend - fH = fi + fSt gewonnen werden können. 4 Durch
Durch
eine Feinsteuerung muß nun aber der individuelle Takt fi der Jeweiligen Primärsysteme
durch Unterdrückung einzelner Taktpulse (positive StopftechiSk), Hinzufügen einzelner
Taktpulse (negative Stopftechnik) bzw. durch eine Kombination beider Verfahren (positiv-negative
Stopftechnik) gewonnen werden. Die Befehle dazu sind verschlüsselt in der Information
enthalten. Der so entstandene Takt ist eine unstetige Pulsfolge, aus welcher der
weitestgehend stetige und möglichst Jitterfreie endgültige Takt des betreffenden
Primärsystems gewonnen werden muB.
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Bei der positiven und bei der negativen Stopftechnik sind nach dem
derzeitigen Stand der Technik phasengezogene Oszillatoren (Phase-Locked-Loop-Ciotit)
(?. M. Gardner; Phaselock Techniques - (John Wiley 1966/67) verwendbar, wenn die
niedrigste vorkommende Stopfbitrate fSt noch so hoch ist (einige 100 Hz), daß sich
noch keine allzu großen Zeitkonstanten für den Regelkreis ergeben.
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Bei positiv-negativer Stopftechnik ist die mittlere Stopfbitrate fSt
= 0, was eine nicht realisierbare unendliche Zeitkonstante, bzw. großen Taktjitter
zur Folge haben würde.
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Die positiv-negative Stopftechnik ist aber im Hinblick auf ein zukünftiges
SYnchrones Netz deswegen anzustreben, weil im Gegensatz zur rein positiven bzw.
rein negativen Stopftechnik die Korrekturzeichen für die Primärsysteme entfallen
und die freiwerdenden Pulsphasen anderweitig ausgenutzt werden können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, welches
die Nachteile der nach dem Prinzip der Phase-Locked-Loop-Technik arbeitenden Verfahren
vermeidet und bei Verwendung der aus den vorstehend aufgeführten Gründen vorteilhaften
positiv-negativ-Stopfteehnik einen Takt für die Primärsysteme mit vertretbarer Phasenabweichung
(Jitter)erzeugt. Im Gegensatz zur Phase-Locked-Loop-Technik enthalten die Schaltungen
des erf indungsgemäßen
erfindungsgemäßen Verfahrens keine Schwingkreise,
sondern nur digitale und daher leicht zu integrierende Einzelstufen.
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Erfindungsgemäß wird die Rtickgewinnung der plesiochronen Primärtakte
mehrerer sendeseitig zu einem Zeitvielfach höherer Ordnung zusammengefaßter primärer
Zeitvielfachsysteme dadurch gelöst, daß das Ein- oder Ausblenden in Jeweils zwei
gleich aufgebauten Korrekturstufen bei der n-fachen Taktfrequenz der zu gewinnenden
Primärtakte f1 erfolgt, von denen die erste Korrekturstufe allen Primärsystemen
zentral ugeordnet ist und ihre Stellbefehle aus einem Vergleich des empfangenen
Multiplexbitstroms f2 mit einer Nadelimpulsfolge f1 bezieht, m die durch Rückteilung
des in der ersten Korrekturstufe -bereits grob korigierten Primärtaktes (n f1 +
f1) mit den Teilerzahlen n und m und anschließender m Differenzierung gewonnen wird,
wobei m<h ist und eine Korrektur um # 1bit im Abstand von m erfolgt, und von
denen die jeweils zweite Korrekturstufe je einem Primärsystem individuell zugeordnet
ist und ihre Stellbefehle aus einem Vergleich der im Mutliplexbitstrom enthaltenen
Korrektursignale für den jeweiligen Primärtakt mit einer aus der Taktfolge fl durch
Invertierung, nochmalige Teilung mit der Tieler- m zahl p und Differenzierung zentral
gewonnenen Nadelimpulsfolge f1 bezieht, und daß der endgültig korrigierte n-fache
mp Primärtakt f1.l jedes Primärsystems schließlich mit der Teilzahl n rückgsteiltwird.
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Die Korrekturstufe ist also in der Lage, aufgrund von in einer Vergleichs
schaltung mit der empfangenen Multiplefrequenz erseugter Stellbefehle die n-fache
Taktfrequenz n f1 im Abstand von m/f1 um einen Taktimpuls zu erhöhen bzw. im Abstand
von von C 1 der Taktfrequenz n f1 auszublenden, d*h. n ft um einen Impuls zu verringern
und auf diese Weise die Taktfrequenz n f1 so zu verändern, daß im Mittel aus dieser
durch Frequenzteilung durch n eine grob geregelte Taktrate f1(@ # ##) entsteht
entsteht,
aus der durch eine weitere Teilung durch m die Offnungßimpulse für eine Vergleicheschaltung
abgeleitet werden; n soll möglichst groß gewählt werden, um den Jitter der Taktfrequenz
f1,0 gering zu halten, m dagegen möglichst klein, um den Fangbereich f1 nicht zu
stark einzuschränken.
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Zweckmäßig wird der zentralen Korrekturstufe der von einem auf der
n-fachen mittleren Taktfrequenz der Primärsysteme schwingenden Quarzgenerator gelieferte
mäanderförmige Takt einmal direkt und einmal invertiert über je eine Impulsformer-
und Differenzierstufe als Haupttakt bzw. um 1800 zum Haupttakt phasenverschobener
Hilfstakt zugeführt, während die jedem PrimErsyetem individuell zugeordneten Korrekturstufe
einmal den von der zentralen Korrekturstufe grob korrigierten Takt (nf1 # f1) und
zum anderen über ein zenm trales Verzögerungsglied den Hilfstakt zugeführt erhält.
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Die Korrekturstufe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß je eine Logik für das Ausblenden und das Einblenden
eines bit des nfachen Primärtaktes vorgesehen ist, die durch ein Ausgang tor miteinander
verknüpft sind und aus je einer bistabilen Folgeschaltung mit dem Stellbefehl am
Setzeingang, einem Verzögerungsglied von mindestens einer Pulslänge Verzögerungszeit
am Rücksetzeingang und einen nachgeschalteten, am Haupttakt bzw. am Hilfstakt liegenden
Tor besteht, daß die für das Ausblenden vorgesehene Logik im Ruhezustand den Haupttakt
zum Ausgang durchläßt, beim Eintreffen eines Ausblendbefehls aber sperrt und den
gesperrten Puls des Haupttaktes über ein zusätzilches, von der bistabilen Polgeschaltung
geöffnetes Tor und das Verzögerungsglied auf den Rücksetzeingang umleitet, und daß
die für da. Einblenden vorgesehene Logik im Ruhezustand des Hilfstakt sperrt und
erst beim Anliegen eines Einblendbefehls durchläßt und gleichzeltig über das Verzögerungsglied
auf den Rücksetzeingang weiterleitet.
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Um
Um einen kostengünstigen Aufbau der Korrekturstufe
zu ermöglichen, sind die bistabilen Folgeschaltungen, die Ver«Ugerungsglieder und
die Tore der beiden Logikschaltungen aus untereinander gleichen, aktiven invertiertnden
Toren aufgebaut.
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Aus diesem Grunde sind vorteilhaft auch alle Stufen mit Ausnahme des
Quarzgenerators in integrierter Schaltungstechnik auegeführt.
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im folgenden wird anhand dreier Figuren das erfindungsgemäße Verfahren
und die Anordnung zu seiner Durchführung näher erläutert. Es zeigen: Die Figur 1
das Blockschaltbild, die Figur 2 das Schaltbild der Korrekturstufe und die igur
3 das Impulsdiagramm der Korrekturstufe.
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Figur 1 zeigt das Blockschaltbild der schaltung zur Rückgewinnung
der plesiochronen Primärtakte in der empfangeseitigen Einrichtung eines PCM-Systems
höherer Ordnung. Der zentrale Quarzgenerator A liefert eine Rechteckspannung n f1
mit dem Tastverhältnis 1 : 1 an eine Differenzierschaltung C, die aus den positiven
Flanken der Eingangsspannung Nadelimpulse erzeugt, die der Korrekturstufe Do zugeführt
werden. Diese Nadelimpulse passieren im Normalfall die Korrekturstufe Do ungehindert
und gelangen an den Eingang des Frequenzteiles Eb, der nur bei jedem n-ten Eingangsimpule
einen Äusgangsimpuls an den zweiten Frequenzteiler F weitergibt. Auf m Pulsflanken,
die dem Teiler F zugeführt werden, folgt am Ausgang von F eine Impulsflanke, die
in der Schaltung G differenziert und danach an die Vergleichs schaltung H angelegt
wird, Je nach Vorbereitung der beiden Tore in der Vergleichs schaltung H durch die
vom Multiplexer kommende Frequenz f2, wird im allgemeinen nur eines der beiden Tore
für den von der Differenzierschaltung G kommenden Nadelimpuls durchlässig und verursacht
in der Korrekturstufe Do eine Korrektur der vom Quarzgenerator A über die Differenzierschaltung
C einlaufenden Impulsfolge n.fl um einen
einen bit. Dabei ist es
gleichgültig, ob bei positiver Spannung von f2, d.h. einer binären 1, ein Impuls
in der Korrekturstufe Do eingeblendet oder ausgeblendet wird. Nehmen wir an, daß
bei positiver Spannung von f2 ein Impuls aus der-Polge n f1 ausgeblendet wird, so
wird die Zeit bis zum nächsten Eintreffen eines Nadelimpulses von G her um die Zeit
1 verlängerte Ist der Takt von f2 dann immer noch positiv , so wird der nächste
Nadelimpulse erneut um die Zeit 1 später eintereffen usw. Auf diese Weise wird der
Abtastn.f1 zeitpunkt für die Multiplexfrequenz f2 so lange verzögert, bis der Nadel
impuls an der Vergleichsschaltung H negative Spannung von f2 her antrifft und in
diesem Fall den Befehl zum Einblenden eines zusätzlichen Impulses in die' Sulefrequenz
n f1 an die Korrekturstufe liefert. Ein zusätzlicher Impuls jedoch verkürzt den
Abstand zwischen zwei afls der 1 Differenzier-Schaltung G kommenden Impulsen um
und n f1 verschiebt damit den Vergleichszeitpunkt in Richtung auf die negative Taktflanke
der Multiplexfrequenz f2. Um in der Korrekturstufe Do einen zusätzlichen Impuls
in den von der Differenzierschaltung C kommenden Takt einblenden zu können, wird
der aus dem Generator A kommende Takt n ft umgekehrt und in der Differinzierschaltung
B ein um 180 gegenüber dem Takt am Ausgang der Differenzierschaltung C phasenverschobener
Hilfstakt gleicher Frequenz n.f1 erzeugt und ebenfalls an die Korrekturstufe angelegt.
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Im foigenden soll die in Figur 2 ausgeführte Korrekturstufe anhand
der in Fig. 3a, 3b, 3c dargestellten Impulsdiagramme näher beschrieben werden. Die
Schaltung benötigt für ihre richtige Funktion die von der Vergleichsschaltung H
(Fig. 1) kommenden negativen Nadelimpulse der Folge f1 als Stellbem fehle und die
von den Differenzierschaltungen B und C kommenden, um 1800 gegeneinader phasenverschobenen
positiven Taktimpulse n f1 mit jeweils einem Tastverhältnis von 1 : 3. In Figur
3a wird der Fall rngenommen, daß ein Befehl zum Ausblenden
blenden
eines Impulses a aus dem Taktimpulsstrom e der Korrekturstufe D zugeführt wird.
Der Impuls a bringt den aus zwei rückgekoppelten Toren aufgebauten Speicher in so
einen Zustand, daß der Ausgang c positiv und der Ausgang d negativ wird. Daher kann
der nächste von e kommende Impuls nicht wie üblich das Tor zum Ausgang g passieren,
sondern wird über das von c vorbereitete Tor nach f durchgeschaltet und setzt, verzögert
um mindestens die Breite der von e kommenden Impulse, den Speicher in die Ruhestellung,
d.h. d positiv und c negativ, zurück. Als Ergebnis fehlt am Ausgang der Korrekturstufe
s ein Impuls in der vom Generator A kommenden Impulsfolge n . f1 des Haupttaktes.
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Wird von der Vergleichs schaltung H ein negativer Impuls an den Eingang
h der Korrekturstufe angelegt, so wird k (Fig.2) positiv und das Tor mit dem Ausgang
r vorbereitet.
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Der nächste von q einlaufende Impuls des Hilfstaktes erscheint daher
am Ausgang r und kann infolge seiner um 1800 gegenüber der Impulefolge phasenverschobenen
Lage am Ausgang zusätzlich wirksam werden. Ähnlich wie der Impuls f in der Ausblenschaltung
(3a) wird der Impuls r über eine Verzögerung der Breite von q zur Rücksetzung des
aus zwei Toren gebildeten Speichers verwendet.
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Gelangt der vdn der Differenzierschaltung G kommende Nadelimpuls cndlicher
Breite zu einem Zeitintervall an die Vergleichsschaltung H (Fig. 1) zu dem der vom
Multiplex kommende Takt f2 gerade seine Flanke besitzt, so erzeugt die Vergleichsschaltung
zwei in sehr kurzer Zeit aufcinanderfolgende Stellbefehle entgegengesetzter Wirkung.
In diesem Fall wird in der Korrekturstufe D sowohl die Ausblend- als auch die Einblenschaltung
wirksam (s.Fig. 3c) die Wirkung der Korrektur ist jedoch Null, da die Unregelmäßigkeit
im Takt e im Teiler Eo ausgeglichen wird.
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Wie aus den Impuledisgrammen der Fig. 3a - 3c hervorgeht, sollten
die von der Vergleichseohaltung H kommenden Stellbefehle
befehle
in den Lücken der gegeneinander versetzten Taktimpulse e und q auftreten, welch.
Bedingung notfalls durch eine zusätzliche Verzögerung der von G (in Fig. 1) kommenden
Nadelimpulse erfüllt werden kann.
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Um die ursprünglichen plesiochronen Primärtakte in der empfangsseitigen
Einrichtung wiederzugewinnen, wird die in der Korrekturschaltung 1>o gewonnene
Frequenz einer je Primärsystem nötigen zweiten Korrekturstufe D1 (.....D4) zugeführt.
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Damit gewährleistet ist, daß der von B kommende Hilfstakt an der Korrekturstufe
D1......D4 um 1800 gegenüber dem vom D0 korrigierten Takt verschoben ist, muß der
von B kommende Hilfstakt um M verzögert werden. Ein weiterer zentraler Teiler J
wird mit den vom Teiler F kommenden negativen Flanken angesteuert und liefert an
seinem Ausgang um den Faktor p untersetzt die Zeitpunkte, zu denen die zweite torrekturstufe
D1 (.....D4), die im Synchronisierkanal der Multiplexeinrichtung übertragenen Synchronisierformationen
je Primärsystem berücksichtigt.
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Wurde in der Multiplexeinrichtung ein Stopfbit eingefügt, weil das
entsprechende Primärsystem zu wenig Information anbot, so wurde dies im Synohronkanal
des entsprechenden Primärsystems der Empfangseinrichtung mitgeteilt und bewirkt,
daß in der Einrichtung L1 (Fig. 1) für die Dauer eines Rahmens des Multiplexsystems
zweiter Ordnung das Tor für die Ausblendung von Taktinformationen in der Korrekturstufe
Dl (.... D4) geöffnet wird. Auf diese Weise werden in-der Korrekturstufe D1 (......
D4) in der bei der Beschreibung der Schaltung nach Fig. 2 geschilderten Weise n
Impulse unterdrückt und am Ausgang des Frequenzteilers E1 (......E4)die ursprüngliche
langsame Taktfrequenz det Primärsystems gewonnen.
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Durch den Inverter vor dem Teiler J wird gewährleistet, daß die Grobregelung
in der zentralen Korrekturstufe D0 zu anderen Zeitpunkten wie die Feinsteuerung
in den Sorrekturstufen
stufen D1 .......D4 stattfindet.
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Das geechilderte Verfahren ist sowohl für Methoden mit positiver als
auch positiver und negativer Stopftechnik anwendbar.