DE2051940A1

DE2051940A1 - Selbsttätiger Baud Synchronisierer

Info

Publication number: DE2051940A1
Application number: DE19702051940
Authority: DE
Inventors: Charles McDonald Scotia N Y Puckette (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-10-23
Filing date: 1970-10-22
Publication date: 1971-05-06
Also published as: FR2080872A1; US3626306A; GB1320975A; CA921832A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-lng. Wolfgang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1

Parkstraße 13 6461

GENEFlAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y. VStA

Selbsttätiger Baud-Synchronisierer

Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen Baud-Synchronisierer, das ist eine Schaltung zum Synchronisieren einer Abtastimpulsfolge in einem Empfänger-Analog/Digital-Umsetzer mit einem empfangenen, analogen Datensignal in einer synchronen Datenübertragungseinrichtung.

Hochgeschwindigkeits-Datenübertragimgseinrichtungen, insbesondere synchrone Datenübertragungseinrichtungen, bei denen die Daten durch mehrwertig kodierte Signale dargestellt werden, benötigen eine genaue Abtastzeit für den Entscheidungsvorgang im Analog/Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) des Empfängers, der'das empfangene, analoge Datensignal in eine Folge binärer Signale umsetzt. Bei der synchronen,Datenübertragungseinrichtung tastet der empfangsseitige A/D-Uinsetzer den Verlauf des empfangenen Datensignals in einzelnen Zeitpunkten ab, wobei der Abstand dieser Abtastzeitpunkte gleich der Dauer eines Informationssyrabols ist. Die Abtastzeitpunkte, die auch empfangsseitige Abtastimpulsfolge genannt werden, werden normalerweise durch einen Taktgeber im Empfänger gebildet, und die Folgefrequenz wird so geregelt, daß sie gleich der Folgefrequenz der übertragenen Daten ist. Der Kanal, über den die Information übertragen wird, z.B. eine Telefonleitung, ist kein ideales Medium und bewirkt im allgemeinen unerwünschte Phasenverschiebungen im Verlauf des analogen Datensignals

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in bezug auf das gesendete Signal. Diese Phasenverschiebung _: ist besonders bei einem mehrwertig kodierten Signalverlauf von Bedeutung und erfordert eine genaue Synchronisation der empfangsseitigen Abtastimpulsfolge mit dem νβΓ^μΐ des, emp-:, _λ: fangenen, analogen Datensignals, um den optimalen Entschei-,. ._: dungspunkt.im Verlauf des empfangenen Datensignals zu er-. , , mitteln und dadurch Fehler bei dem patenwiederhersteriungs- , ,. Vorgang zu vermeiden. . . ... . , _:

Drei der am häufigsten angewandten Verfahren zum Synchroni- . sieren der empfängerseitigen Abtastimpulsfolge,mit .dem.Verlauf des empfangenen Datensignals sind 1) die Bildung des

Ψ mittleren Schwellwertdurchgangs., 2) die Bildung der Ableitung im Abtastzeitpunkt und 3) das Autokorrelationsverfahren. Bei ,·, der Bildung des mittleren Schwellwertdurchgangs wird ein Detektor oder Fühler verwendet, der jedesmal,,, wenn der Verlauf,-.,.

■.:, des Datensignals durch Null (oder irgendeinen anderen yprbe- , stimmten Wert) geht, ein Fehlersignal erzeugt, dessen Größe , direkt mit der Zeit zwischen dem Schwellwertdurchgang und dem Lim eine halbe Symboldauer oder Symbolperiode verschobenen Abtastimpuls in Beziehung steht.. Die Anwendung dieses Verfahrens auf die Mehrwertkodierung erfordert, daß die Schwellwerte zwischen jedem der,χ möglichen Signalwerte,aus^ gebildet werden, so daß x-1 Schwellwertfühler erforderlich

k sind. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Schwellwerte auch mit der Treppenfunktion des A/D- . Umsetzers in Beziehung stehen müssen, was einen Gleichströme-Gleichlauf zwischen den Schwellwertfühlerschaltungen und dem A/D-Umsetzer erfordert. Schließlich ist bei diesem ersten Verfahren eine Vorrichtung zur Mittelwertbildung der jeweiligen Ausgangssignale der Schwellwertfühler erforderlich, wpzij. ein komplizierter Filtervorgang zur Bildung der Abtiastimpulsfolge^ bei der Mehrwertkodierung erforderlich ist. Bei dem zweiien ' Verfahren muß der Verlauf des empfangenen patensignals in ,-_s ■■■. einem Zeitpunkt abgetastet werden, in dem der Maximalwert seiner Ableitung auftritt, wobei Fehlersignale erzeugt werden, die der zeitlichen Ableitung des Signals im

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multipliziert mit der Polarität des Signals in diesem Zeitpunkt, proportional sind. Die Übertragung dieses zweiten Verfahrens auf Einrichtungen mit Mehrwertkodierung oder Stufenkodierung erfordert das Bewerten der Signalableitung in Einheiten des Symbolstufenwertes. Das dritte Verfahren basiert auf den Autokorrelationseigenschaften einer Pseudozufallsfolge, die während der anfänglichen Ausrichtungsphase der Datenübertragungseinrichtung übertragen wird. Die Autokorrelationsfunktion einer derartigen Folge hat bekanntlich einen kammartigen Verlauf, wobei, der Zinkenabstand von der Länge der Folge abhängt. Die erforderliche Synchronisation wird durch Erzeugung einer doppelten Pseudozufallsvolge im Empfänger erzielt, die mit der empfangenen Folge korreliert ist, wobei die Phasenlage der Empfangertaktimpulse den Grad der Korrelation zwischen dem Verlauf der beiden Signale steuert. Dieses dritte Verfahren erfordert eine Multiplikation und Integration zur Bildung der Korrelation sowie eine doppelte Pseudozufallsfolge im Empfänger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres Verfahren und eine vereinfachte Schaltungsanordnung zum Synchronisieren einer Empfänger-Abtastimpulsfolge mit dem Verlauf eines empfangenen, analogen Datensignals zu schaffen, die insbesondere für eine synchrone Datenübertragungseinrichtung mit einer Übertragung der Daten in mehrstufiger oder mehrwertiger Kodierung geeignet ist. Dabei soll der mittlere Auftrittszeitpunkt derjenigen Punkte des empfangenen Signalverlaufs herangezogen werden, in denen die Steigung des Signalverlaufs Null ist. Dabei soll ferner eine anpassungsfähige Schwellwertschaltung geschaffen werden, die in der Anordnung nur dann eine Korrektur durchführt, wenn zwei gleiche Befehle aufeinanderfolgend erzeugt werden.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Danach besteht die Erfindung, kurz zusammengefaßt, in einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung zum Synchronisieren

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einer empfangsseitigen Abtastimpulsfolge mit dem Verlauf eines empfangenen, analogen Datensignals in einer synchronen Datenübertragungseinrichtung, wobei die Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt derjenigen Punkte des empfangenen Datensignalverlaufs synchronisiert ist, in denen die Stei>gung des Datensignalverlaufs Null ist. Ein Nullsteigungs-Fühler ermittelt die Punkte, in denen die Steigung Null ist, und jedesmal wenn die Steigung Null festgestellt wird, wird einem ■ Vorwärts-Rückwärts-Zähler ein Impuls des Empfänger-Taktgebers zugeführt, dessen Folgefrequenz gleich einem ersten, vorbe-' stimmten Vielfachen der Abtastimpulsfolgefrequenz ist. Der rechteckförmige Zeitbasistakt des Empfängers steuert die Zählrichtung des Zählers, und sich in ununterbrochener Folge wiederholende Überläufe oder Unterlaufe des Zählers"addieren oder sperren einzelne Impulse mit einer Impulsfolgefrequenz, die gleich einem zweiten, vorbestimmten Vielfachen der Abtastimpulsfolgefrequenz ist, bei der Zufuhr zu einem digitalen Phasenschieber, der das Zeitbasissignal im Empfänger in einer solchen Richtung verschiebt, daß sich eine Phasensynchronisierung seines positiv-auf-negativ-Ubergangs mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs, des * empfangenen, analogen Datensignals und demzufolge eine Synchronisation der Abtastimpulsfolge mit diesen ergibt.

* Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellen, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten zur Lösung der, Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen , wurden.

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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, eines selbsttätigen Baud-Synchronisierers und eines variablen Transversal-Fdlters,

,Fig. 2 stellt den Verlauf mehrerer Signale in verschiedenen Teilen des selbsttätigen Baud-Synchronisierers bei Asynchronismus und Synchronismus dar und

Fig. 3 ist ein detailliertes Blockschaltbild der Bauteile in der anpassungsfähigen Schwellwertschaltung des Baudsynchronisierers.

Der selbsttätige Baud-Synchronisierer nach Fig. 1 enthält ein an sich bekanntes Transversalfilter, das eine mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung 10, mehrere selbsttätig gesteuerte Abgriffe und Abgriffbewertungssteuerschaltungen 11 sowie ein Summiernetzwerk 12 enthält. Die Signale, die den Abgriffbewertungssteuerschaltungen zugeführt werden, die selbsttätig das Transversal-Filter einstellen, werden von dem A/D-Umsetzer 22 im Empfänger geliefert. Das ,Transversal-Filter stellt den Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals am Ausgang des Empfänger-Demodulators 13 wieder her, um Phasen- und Dämpfungsverzerrungen zu kompensieren, die in diesem Datensignalverlauf bei der Übertragung des Signals vom Sender zum Empfänger entstehen. Der Ausdruck "Baud" wird hier als Einheit der Signalisiergeschwindigkeit verwendet,"d.h. die Signalfolgefrequenz in Symbolen oder Zeichen pro Sekunde wird ausgedrückt in Baud. Die Erfindung wird angewandt bei einer synchronen Datenübertragungseinrichtung, bei der die Datensymbole seriell, d.h. nacheinander übertragen werden. Bei der synchronen Übertragung müssen der Empfänger (d.h. die Empfänger-Abtastimpulsfolge) und der zeitliche Verlauf des empfangenen Datensignals synchronisiert sein, da bei diesem Übertragungsverfahren ein festes Zeitverhältnis des Symbolabstands für die Trennung der seriellen Datensymbole verwendet wird. Die Synchronisierung im A/D-Umsetzer 22 ist also erforderlich, um die genauen Zeitpunkte zum Abtasten des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals zu erhalten und dadurch Fehler bei der Umsetzung

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des .analogen Eingangssignals in ein serielles, binäres Ausgangssignal zu vermeiden. Dieser neue, selbsttätige Baud-Synchronisierer bewirkt diese erforderliche Empfänger-Synchrohisierung.

Dieser neue Synchronisierer enthält eine Vorrichtung, die auf den Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals anspricht und im Empfänger eine Abtastimpulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die· gleich der Sendefrequenz ist, und eine Vorrichtung, die auf den mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals anspricht und damit die Abtastimpulsfolge synchronisiert. Die auf den Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals ansprechende und die Abtastimpulsfolge mit der Datensendegeschwindigkeit bzw. Sendefrequenz (in Baud) erzeugende Vorrichtung enthält einen Taktimpulsgeber 15, der mit der Folgefrequenz der gesendeten Daten, die am Eingang des Empfängers erscheinen, in der Phase synchronisiert ist. Der Taktimpulsgeber 15 erzeugt Impulse mit einem vorbestimmten Vielfachen der Folgefrequenz der gesendeten Daten (in Baud), und eine binäre Teilerschaltung verringert das vorbestimmte Vielfache auf die Grundfrequenz (d.h. die tatsächliche Folgefrequenz, mit der die Daten gesendet werden). Der Taktimpulsgeber und die Teilerschaltungen sowie alle anderen Schaltungen, die noch beschrieben werden, mit Ausnahme der anpassungsfähigen Schwellwertschaltung, sind in an sich bekannter Weise ausgebildet. Die Phasensynchronisierung des Taktimpulsgebers· 15 mit der Folgefrequenz der gesendeten Daten wird mit Hilfe eines Pilotton-Wiedergewinnungsfilters 16 bewirkt, das zwischendem Eingang des Empfänger-Demodulators 13 und dem Eingang des Taktimpulsgebers 15 liegt.

Obwohl die Folgefrequenz der vom Taktimpulsgeber 15 erzeugten Taktimpulse gleich irgendeinem ganzzahligen Vielfachen der Folgefrequenz der gesendeten Daten (und der empfangsseitigen Abtastimpulsfolgefrequenz) gewählt werden kann, wird ein Vielfaches von 2ⁿ verwendet, um sie einfacher durch binäre Teiler-

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Schaltungen untersetzen zu können. Die Taktimpulsfolgefrequenz sollte wesentlich größer als die empfangsseitige Abtastimpulsfolgefrequenz gewählt sein, um die Phasenverschiebung in kleinen Inkrementen korrigieren zu können, was eine genauere Synchronisierung der Abtastimpulsfolge mit dem Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals im A/D-Umsetzer 22 ermöglicht. Aus diesem Grund ist in dem folgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Taktimpulsfolgefrequenz gleich dem 128-fachen der Grundfrequenz (der Abtastimpulsfolgefrequenz) gewählt, doch lassen sich auch zufriedenstellende Ergebnisse bei Verwendung einerTaktimpulsfolgefrequenz von 64 Baud oder 256 Baud erzielen, wenn man im Falle der Verwendung der niedrigeren Frequenz eine geringere Genauigkeit bei der Synchronisierung oder im Falle der Verwendung der höheren Frequenz eine kompliziertere Schaltung in Kauf nimmt.

Im folgenden wird die den Kern der Erfindung bildende Vorrichtung zum Synchronisieren der empfangsseitigen Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals näher beschrieben. Der selbsttätige Baud-Synchronisierer und insbesondere die Vorrichtung zum Synchronisieren der Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte ist vollständig digital ausgebildet. Da der Synchronisieren lediglich die Zeitpunkte benutzt, in denen die Steigung Null ist, und nicht den Augenblickswert der Ableitung des Verlaufs des analogen Datensignals im Abtastzeitpunkt, ist der Synchronisierer besonders für Daten in mehrstufig oder mehrwertig kodierter Form mit einer willkürlichen Anzahl von Symbol-Werten oder -Stufen geeignet. Das Prinzip der Anpassung der Datenfolgefrequenz kann auch bei Datenübertragungseinrichtungen verwendet werden, die diesen neuen Baud-Synchronisierer verwenden, da der spezielle Synchronisierer, der noch beschrieben wird, auch vierstufig oder zweistufig verschlüsselte Analogsignale richtig synchronisiert, obwohl er für achtstufige Verschlüsselung optimal ausgelegt ist.

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Die Vorrichtung zum Synchronisieren der empfängerseitigen Abtastimpulsfolge mit/mittlerem Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen Datensignals enthält eine Nullsteigungsfühlerschaltung 17, die alle Punkte feststellt, in denen die Steigung des Signalsverlaufs Null ist.' Der Nullsteigungsfühler enthält Fühler für positive und negative Steigung, von denen jeder Fühler einen Spannungsvergleicher und ein Verzögerungsnetzwerk und ein logisches Tor (auch Verknüpfungsglied genannt) an den Ausgängen der Fühler enthält. Die Wirkungsweise des Nullsteigungsfühlers ist in Fig. 2 dargestellt, wobei (a) den Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals am Eingang des Nullsteigungsfühlers und (b) den Verlauf des Ausgangssignals des Fühlers darstellt, das eine konstante Amplitude, jedoch eine veränderbare Impulsdauer aufweist. Der Verlauf (a) des analogen Datensignals ist zur Vereinfachung vierwertig abgestuft dargestellt, obwohl der Synchronisierer, wie bereits erwähnt wurde, optimal auf einen achtstufigen Kode ausgelegt ist. Die Dauer jedes Nullsteigungsfühlerimpulses-(b) ist direkt proportional der Dauer der Steigung Null des analogen Datensignalverlaufs, wobei diese Dauer von der Differenz zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Stufenwerten abhängt. Wenn die unmittelbar aufeinanderfolgenden Stufenwerte gleich sind, wird nur ein Nullsteigungsimpuls erzeugt, da angenommen wird, daß die Steigung des analogen Datensignalverlaufs während dieser bestimmten Zeitspanne im wesentlichen Null bleibt.

Die Dauer oder Breite X des Nullsteigungsfühlerausgangsimpulses läßt sich mathematisch durch die Gleichung

Aw² Δ

darstellen, wobei 6 der Spannungsverschiebungswert des Spannungsvergleichers, A die Maximalamplitude des Eingangssignal verlaufs, Δ die Verzögerungszeit und w die Frequenz des ana logen Datensignals ist. Die Dauer der Nullsteigungsfühleraus gangsimpulse hängt daher von dem Frequenzgehalt dieses Ein-

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gangssignalverlaufs ab,

Dem Nullsteigungsfühler 17 ist ein monostabiler Multivibrator 18 nachgeschaltet, der die Vorderflanke jedes Nullsteigungsfühlerausgangsimpulses abtastet. Der monostabile Multivibrator ist durch zwei NAND-Glieder und einen Kondensator gebildet, der durch die Vorderflanke des Nullsteigungsfühlerausgangsimpulses ausgelöst wird.

Die Ausgänge des monostabilen Multivibrators 18 und Taktimpulsgebers 15 sind mit einer NAND-Glied-Schaltung 19 verbunden, die zwei NAND-Glieder und ein Steuerflipflop hintereinander in einem geschlossenen Kreis enthält, so daß sie ein Tor bilden, das nur einen Impuls des Taktimpulsgebers 15 durchläßt, wie es noch beschrieben wird. Ein 128-Baud-Ausgangssignal des Taktimpulsgebers 15 und ein 64-Baud-Ausgangssignal (das durch Frequenzuntersetzung um den Faktor 2 durch eine Binärzählerstufe gebildet wird) werden Eingängen eines ersten von zwei NAND-Gliedern zugeführt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 18 ist mit dem Direktsetzeingang des Steuerflipflop verbunden und setzt dessen normalen Q-Ausgang auf eine binäre Eins, und dieser Zustand gestattet dem nächsten Taktimpuls den Durchgang durch die NAND-Glied-Schaltung 19 zum Takteingang eines binären Vorwärts-Rückwärts-Zählers 20. Der Ausgang des Steuerflipflop ist mit einem dritten Eingang des ersten NAND-Gliedes verbunden. Der Ausgang des ersten NAND-Gliedes ist mit einem Eingang des zv/eiten NAND-Gliedes verbunden, und der Ausgang dieses NAND-Gliedes ist ebenfalls mit dem Taktimpulseingang des Steuerflipflop verbunden. Die NAND-Glied-Schaltung 19 schaltet das Steuerflipflop mit der Rückflanke des Taktimpulses und setzt dadurch den Q-Ausgang auf Null und den Ausgangssignalzustand des zweiten NAND-Gliedes auf Eins. Der monostabile Multivibrator 18 und die NAND-Glied-Schaltung 19 führen daher dem Takteingang des Zählers 20 jedesmal einen einzigen Taktimpuls zu, wenn der Nullsteigungsfühler 17 einen Impuls abgibt.

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- ίο -

Das in dem selbsttätigen Baud-Synchronisierer bei Asynchroni-^ tat des mittleren Auftrittszeitpunkts der Nullsteigungspunkte des Datensignalverlaufs und der empfangsseitigen Abtastimpulsfolge erzeugte Fehlersignal wird dadurch gebildet, daß ein Signal erzeugt wird, das nur der Polarität (dem Vorzeichen) der Zeitdifferenz zwischen den Abtastzeitpunkten und den mittleren Nullsteigungszeitpunkten proportional ist bzw. entspricht, Dieses Signal wird durch einen Vergleich der Zeitpunkte einzelner Taktimpulse, die von der NAND-Glied-Schaltung 19 zum Zähler 20 durchgelassen werden, mit den Positiv-Negativ-Übergängen einer Rechteckschwingung, die in einer Rechteckschaltung 21 erzeugt und dem Steuer- bzw. Zahlrichtungseingang des Zählers 20 zugeführt wird, erzeugt. Der Rechteckschaltung 21 wird die Abtastimpulsfolge vom A/D-Umsetzer 21 zugeführt, so daß die Recheckschwingung als Empfänger-Grundtaktschwingung bezeichnet werden kann. Diese Empfänger-Grundtaktschwingung liefert die Bezugszeit für den Zähler 20 und hat die gleiche Impulsfolgefrequenz wie die Abtastimpulsfolge und ist gegenüber dieser um eine feste, bekannte Zeitspanne verschoben. Dieser selbsttätige Baud-Synchronisierer bewirkt daher selbsttätig die Verringerung irgendeines Fehlers in Richtung auf den Wert Null, indem er die Einstellungen vornimmt, die zur Erzielung und Aufrechterhaltung der richtigen Phasenlage zwischen den Positiv-Negativ-Ubergängen der Empfänger-Grundtaktschwingung und dem mittleren Auftrittszeitpunkt der zum Zähler 20 durchgelassenen Taktimpulse erforderlich sind. Wenn also die Empfänger-Grundtaktschwingung mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der zum Zähler 20 durchgelassenen Taktimpulse in Phase ist,■ist die Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals synchronisiert.

Die Wirkungsweise des Synchronisierers läßt sich am besten an Hand des Verlaufs der in Fig. 2 dargestellten Signale erläutern, wobei jeder Signalverlauf in Fig. 2 durch einen kleinen Buchstaben und die Stelle, an der das betreffende Signal in der Anordnung nach Fig. 1 auftritt, durch den gleichen kleinen

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Buchstaben bezeichnet ist. Der Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals am Ausgang des Empfänger-Demodulators 13 (wenn man das Transversalfilter 10, 11, 12.wegläßt) oder am Ausgang dieses Filters ist mit (a) bezeichnet. Am Ausgang des Nulisteigungsfühlers 17 erscheint das Signal mit dem Verlauf (b), das aus Impulsen mit konstanter Amplitude und veränderbarer Dauer besteht, wobei die Dauer direkt proportional der Zeit ist, in der die Steigung des analogen Datensignalverlaufs Null bleibt. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 18 hat den Verlauf (c) und besteht aus Impulsen mit konstanter Amplitude und konstanter Dauer, deren Vorderflanken mit den Vorderflanken der Nullsteigungsfühlerausgangsimpulse zusammenfallen. Die von der NAND-Glied-Schaltung 19 durchgelassenen Taktimpulse sind durch den Verlauf (d) dargestellt, und die von der Rechteckschaltung 21 erzeugte Zählrichtungs-Rechteckschwingung hat den Verlauf (e).

Der Verlauf (e) der Zählrichtungs-Rechteckschwingung ist gegenüber den dem Zähler 20 zugeführten Taktimpulsen phasenverschoben dargestellt (der in negativer Richtung erfolgende Übergang des Signalverlaufs (e) eilt dem ersten Taktimpuls der Taktimpulse (d) um die Zeit t-r voraus), und diese Phasenverschiebung zeigt sich in der überwiegend negativen Zählrichtung (-) des Zählers 20, wie es in dem Verlauf (f) dargestellt ist. Jeder Zählvorgang in negativer Richtung bzw. rückwärts erfolgt aufgrund eines Taktimpulses (d), der während des niedrigen Zustands des Signalverlaufs (e) auftritt. Dieser nichtphasensynchrone Zustand der Empfänger-Grundtaktschwingung ist auch in dem Verlauf (g) der Abtastimpulsfolge dargestellt, die gegenüber den Nullsteigungspunkten des empfangenen analogen Datensignals weitgehend phasenverschoben ist. Durch das Rückwärtszählen des Zählers 20 wird im Laufe der Zeit oder gegebenenfalls ein Unterlauf-Ausgangsimpuls erzeugt, Verlauf (h). In ähnlicher Weise würde bei einer bestimmten Anzahl von reinen Vorwärtszählschritten ein überlaufimpuls erzeugt, Verlauf (i).

Aus dem Verlauf der Signale (b), (d) und (e) ersieht man, daß

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jeder Zähler-Unterlauf (oder -Überlauf) ein Zeichen dafür ist, daß der Positiv-Negativ-Übergang der Empfänger-Grundtaktschwingung (e) dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungsfühlerausgangsimpulse (b) vorauseilt (oder nacheilt), deren Vorderflanken mit den Taktimpulsen (d) synchron sind. Der Unter- oder Überlaufimpuls wird dann einer digitalen Phasenschieberschaltung 24 zugeführt, der auch die Taktimpulse des Taktimpulsgebers 15 mit 128 und 64 Baud zugeführt werden. Der digitale Phasenschieber enthält beispielsweise zwei Flipflops und fünf NAND-Glieder und sperrt oder gestattet die Zufuhr einzelner Taktimpulse zu einem 64-Baud-Zahler, der aus einem 1:4-Untersetzungs-Zähler 25 und einer 1:16-Teilerschaltung im A/D-Umsetzer 22 gebildet ist. Es kann auch zweckmäßig sein, die 1:64-Teilerschaltung vollständig außerhalb des Umsetzers 22 anzuordnen. Die Folge des Sperrens (oder Freigebens) einzelner Taktimpulse mit 64 Baud durch den digitalen Phasenschieber aufgrund eines ihm zugeführten Unterlauf- oder Überlaufimpulses ist die Verschiebung des Positiv-Negativ-Übergangs der Empfänger-Grundtaktschwingung (e) in Richtung des mittleren Auftrittszeitpunkts (der Vorderflanke) der Ausgangsimpulse (b) des Nullsteigungsfühlers um eine Periode eines 64-Baud-Taktimpulses. Man sieht also, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler eine Integration des Auftrittszeitpunktes der Ausgangsimpulse des Nullsteigungsfühlers bewirkt, d.h. deren mittleren Auftrittszeitpunkt bildet und Korrekturbefehle erzeugt, die die Zählrichtungs-Rechteckschwingung (Empfänger-Grund taktschwingung) in der Phase in Richtung auf die gewünschte Lage verschieben, und zwar um einen kleinen Bruchteil (1/64) der Periodendauer der Empfänger-Grundtaktschwingung, so daß sich ein selbsttätiger und empfindlicher Baud-Synchronisierer ergibt.

Eine anpassungsfähige Schwellwertschaltung 23 liegt zwischen den Ausgängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 20 und den Eingängen des digitalen Phasenschiebers 24, um eine Instabilität oder Regelschwingungen in dem Kreis zu verhindern, der den digitalen Phasenschieber 24, den 1:64-Zähler, die Rechteck-

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eckschwingungsschaltung 21 und den Vorwärts-Rückwärts-Zähler enthält, wenn der Baud-Synchronisierer auf gleiche Phasenlage konvergiert hat (d.h., wenn die Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des analogen Datensignalverlaufs synchronisiert ist). Dieser Gleichlaufzustand ist durch die Kurven (e')> (f) und (g') und das Fehlen von Unterlauf- oder Überlauf-Impulsen (h¹ und i¹) in Fig. 2 dargestellt, der Verlauf dieser Kurven steht mit dem Verlauf der Signale (a), (b), (c) und (d) in direkter Beziehung. Die anpassungsfähige Schwellwertschaltung 23 sperrt die Übertragung von Befehlen vom Vorwärts-Rückwärts-Zähler zum digitalen Phasenschieber 24, sofern nicht zwei gleiche Befehle hintereinander erzeugt werden. In diesem Falle wird der zweite Befehl zum digitalen Phasenschieber 24 durchgelassen, wodurch die angedeutete Änderung bewirkt wird. Wenn der Synchronisierer nicht im Gleichlauf ist, d.h. die Abtastimpulsfolge gegenüber dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des analogen Datensignalverlaufs phasenverschoben ist, kann angenommen werden, daß die dem Phasenschieber aufeinanderfolgend zugeführten Befehle gleich sind und die anpassungsfähige Schwellwertschaltung lediglich eine Zeitverzögerung bewirkt. Die anpassungsfähige Schwellwertschaltung kann daher als eine zusätzliche Stufe in dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler im Gleichlaufbetrieb des Baud-Synchronisierers angesehen werden.

Die einen Teil der Erfindung bildende, anpassungsfähige Schwellwertschaltung enthält eine erste Schaltung mit einem ersten NAND-Glied 30, das einen mit dem Überlaufausgang (i) des Zählers 20 verbundenen Eingang aufweist, und mit einem zweiten NAND-Glied 31, das einem ersten mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 30 verbundenen Eingang aufweist. Der Ausgang des Gliedes 30 ist auch mit einem Taktimpulseingang C eines Steuerflipflop 32 verbunden. Der komplementäre Ausgang 0T des Flipflop -uSt mit einem zweiten Eingang des NAND-Gliedes 31 verbunden, und am Ausgang des NAND-Gliedes 31 erscheint der dem digitalen Phasenschieber 24 zugeführte Befehlsimpuls ADD (addiere). Die anpassungsfähige Schwellwertschaltung enthält

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ferner eine zweite Schaltung, die gleich der ersten ist und ein drittes NAND-Glied 33, ein viertes NAND-Glied 34 und ein zweites Steuerflißflop 35 enthält. Der Eingang des Gliedes 33 ist mit dem Unterlaufausgang (h) des Zählers 20 verbunden, und die Ausgangssignale des Gliedes 33 werden dem Taktimpulseingang C des Flipflop 35 und einem ersten Eingang des NAND-Gliedes 34 zugeführt. Der komplementäre Ausgang Q des Flipflop 35 ist mit einem zweiten Eingang des NAND-Gliedes 34 verbunden. Schließlich ist der Überlaufausgang des Zählers 20 auch mit dem direkten Setzeingang S^ des Flipflop 35 und der Unterlaufausgang des Zählers mit dem direkten Setzeingang S^. des Flipflop 32 verbunden. Am Ausgang des NAND-Gliedes 34 erscheint der SPERR-Befehlsimpuls, der dem digitalen Phasenschieber zugeführt wird. Die ADD- oder SPERR-Befehlsimpulse, die von der anpassungsfähigen Schwellwertschaltung durchgelassen werden, treten nur auf, nachdem zwei aufeinanderfolgende Überlauf- oder Unterlaufimpulse vom Zähler abgegeben wurden.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel dieses sebsttätigen Baud-Synchronisierers wurden Pilottöne von 600 Hz und 3000 Hz übertragen und die Rechteckschwingungsschaltung 21 so ausgelegt, daß sie eine Rechteckschwingung mit einer Folgefrequenz erzeugte, die gleich der Differenzfrequenz von 2400 Hz der Pilottöne war. Man sieht also, daß dieser selbsttätige Baud-Synchronisierer bei irgendeiner Datenübertragungsfolgefrequenz verwendet werden kann, indem man lediglich die Pilottonfrequenzen ändert, um die gewünschte Rechteckschwingungsfolgefrequenz zu erhalten. Obwohl dieser Baud-Synchronisierer theoretisch bei irgendeiner Datenübertragungsfolgefrequenz verwendet werden kann, kann es sein, daß die Jeweiligen Baueinheiten, zu denen auch die Rechteckschwingungserzeugungsschaltung gehört, die maximale Datenübertragungsfolgefrequenz auf etwa das Zehnfache des derzeitigen Wertes begrenzen.

Nach der Erfindung erhält man daher ein vereinfachtes Verfahren und Gerät zum Synchronisieren einer Abtastimpulsfolge in einem Empfänger mit dem Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals, und dies wird dadurch erreicht, daß man den mitt-

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leren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte im Verlauf des empfangenen Signals verwendet. Die anpassungsfähige Schwellwertschaltung beseitigt das Entstehen von Regelschwingungen in dem Regelkreis des selbsttätigen Baud-Synchronisierers, wenn er in den Gleichlauf übergegangen ist, und zwar dadurch, daß sie verhindert, daß Befehle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers den digitalen Phasenschieber erreichen, sofern nicht zwei gleiche Befehle unmittelbar aufeinanderfolgend in dem Zähler erzeugt werden.

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Claims

- 16 Patentansprüche

Λ J Selbsttätiger Baud-Synchronisierer zum Ermitteln des optimalen Abtastzeitpunktes in einem Analog-Digital-Umsetzer in dem Empfänger einer synchronen Datenübertragungseinrichtung, " gekennzeichnet durch eine auf den Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals derart ansprechende Vorrichtung (15,122,125), daß sie eine Abtastimpulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die gleich der Folgefrequenz der übertragenen Daten ist und auf den mittleren Auftrittszeitpunkt, derjenigen Zeitpunkte anspricht, in denen die Steigung des zeitlichen Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals Null ist, um die Abtastimpulsfolge damit zu synchronisieren.
2. Synchronisierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung eine Nullsteigungsfühlerschaltung (17) zum Feststellen der Zeitpunkte, in denen die Steigung des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals Null ist, enthält und daß das Ausgangssignal des Nullsteigungsfühlers sich wiederholende Impulse enthält, die jeweils in einem Zeitpunkt auftreten, in dem die Steigung des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals Null ist, und deren Dauer direkt porportional der Zeit ist, während der die entsprechende Steigung Null ist.
3. Synchronisierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgeerzeugungsvorrichtung einen Taktimpulsgeber (Ί5)» der mit der Datenübertragungsfolge synchronisiert ist und eine Taktimpulsfolge mit einer Folgefrequenz erzeugt, die gleich eimern vorbestimmten Vielfachen der Datenübertragungsfolgefrequenz ist, und eine mit dem Ausgang des Taktimpulsgebers in Verbindung stehende Vorrichtung (22,25) zum Teilen der Impulsfolgefrequenz der vom Taktimpulsgeber erzeugten Taktimpulse durch das vorbestimmte Vielfache zur Erzeugung einer Abtastimpulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz, die gleich der Datenübertragungsfolgefrefrequenz ist, enthält. 109819/1757
4. Synchronisierer nach Anspruch 3,

gekennzeichnet durch eine Analog/Digital-Umsetzerschaltung (22), die einen ersten Eingang (a), dem das empfangene analoge Datensignal zugeführt wird, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung verbunden ist, und einen ersten Ausgang (e) enthält,-der das empfangene, analoge Datensignal in serieller, binärer Form wiedergibt.
5. Synchronisierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung eine weitere Vorrichtung (21) enthält, die an einen zweiten Ausgang des Umsetzers angeschlossen ist und eine Rechteckschwingungsimpulsfolge mit einer Folgefrequenz erzeugt, die gleich der Folgefrequenz der Abtastimpulsfolge ist, wobei der Positiv-Negativ-Übergang der Rechteckschwingungsimpulse mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungsfühlerausgangsimpulse während des optimalen Abtastzeitpunktes synchronisiert ist und die Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals synchronisiert ist.
6. Synchronisierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung einen binären Vorwärts-Rückwärts-Zähler (20) enthält, der einen mit den Ausgängen des Takt.impulsgebers und des Nullsteigungsfühlers in Verbindung stehenden.ersten Eingang (d) und einen zweiten Eingang (e) aufweist, der mit dem Ausgang der Rechteckschwingungserzeugungsvorrichtung verbunden ist, so daß die Rechteckschwingung die Zählrichtung des Zählers steuert, und daß der Zähler mit einem Überlaufausgang (i) und einem Unterlaufausgang (h) versehen ist.

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7. Synchronisierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung einen monostabilen Multivibrator (18), der mit dem Ausgang des Nullsteigungsfühlers verbunden ist und synchron mit den Vorderflanken der sich wiederholenden Impulse, die vom Nullsteigungsfühler erzeugt werden, Impulse gleich-, bleibender Dauer erzeugt, und eine NAND-Glied-Schaltung (19) enthält, die einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators verbunden ist, und einen" zweiten Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des Taktimpulsgebers verbunden ist, und daß der Ausgang der NAND-Gliedschaltung mit dem ersten Eingang des Zählers verbunden ist, so daß der Zählerstand jedesmal um eins erhöht wird, wenn die NAND-Glied-Schaltung während des hohen Zustande des Ausgangssignals der Rechteckschwingungserzeugungsvorrichtung einen Taktimpuls zum Zähler durchläßt, und um eins erniedrigt wird, wenn das Ausgangssignal der Rechteckschwingungserzeugungsvorrichtung seinen niedrigen Zustand einnimmt.
8. Synchronisierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung ferner eine digitale Phasenschieberschaltung (24) enthält, die erste Eingänge aufweist, die mit den Überlauf- und Unterlauf-Ausgängen des Zählers verbunden sind, und zweite Eingänge aufweist, die mit dem Ausgang des Taktimpulsgebers verbunden sind, und daß die digitale Phasenschieberschaltung so ausgebildet ist, daß sie zur Taktimpulsgeber.-ausgangsimpulsfolgefrequenzteilervorrichtung jedesmal dann einen einzigen Taktimpuls durchläßt, wenn der Zähler einen Überlaufimpuls abgibt, und die Zuführung eines einzelnen Taktimpulses zum Zähler sperrt, wenn der Zähler einen Unterlaufimpuls abgibt, so daß der Positiv-Negativ-Übergang der von der Rechteckschwingungserzeugungsvorrichtung erzeugten Schwingung aufgrund der durchgelassenen oder gesperrten Taktimpulse in Richtung auf den mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigungspunkte des Verlaufs des empfangenen, analogen Datensignals verschoben wird.

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9. Synchronisierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung ferner eine anpassungsfähige Schwellwertschaltung (23) enthält, die mit den Überlauf- und Unterlaufausgängen des Zählers verbundene Eingänge und mit der digitalen Phasenschieberschaltung verbundene Ausgänge aufweist und in dem Kreis, der den Zähler, die digitale Phasenschieberschaltung, die Taktimpulsgeberausgangsimpulsfolgefrequenzteilervorrichtung und die Rechteckschwingungserzeugungsvorrichtung enthält, das Auftreten von Schwingungen während der Zeit verhindert, in der die Abtastimpulsfolge mit dem mittleren Auftrittszeitpunkt der Nullsteigung spunkte im Verlauf des empfangenen, analogen Datensignals synchronisiert ist, und daß die anpassungsfähige Schwellwertschaltung Vorrichtungen enthält, die die Übertragung von Ausgangsimpulsen des Zählers zur digitalen Phasenschieberschaltung verhindert, sofern nicht zwei gleiche Überlauf- oder Unterlauf.befehle unmittelbar nacheinander erzeugt werden.
10. .Synchronisierer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die anpassungsfähige Schwellwertschaltung eine erste Schaltung mit zwei miteinander verbundenen NAND-Gliedern (30,31) und einem Flipflop (32), wobei der Eingang der ersten Schaltung mit dem Überlaufausgang des Zählers verbunden ist, und eine zweite Schaltung enthält, die zwei weitere miteinander verbundene NAND-Glieder (33_f34) und ein zweites Flipflop'(35) enthält, wobei der Eingang der zweiten Schaltung mit dem Unterlaufausgang des Zählers verbunden ist und die beiden Fliflops jeweils einen direkten Setzeingang aufweisen, die jeweils mit dem Unterlauf-und dem Überlaufausgang des Zählers verbunden sind, so daß die anpassungsfähige Schwellwertschaltung nur nach dem Auftreten zweier aufeinanderfolgender Überlauf- oder Unterlaufimpulse am Ausgang des Zählers einen Durchlaß- oder Sperrimpuls zur digitalen Phasenschieberschaltung durchläßt.

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11. Synchronisierer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Taktimpulsgeber Taktimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die gleich dem 2ⁿ-fachen der Datenübertragungsfolgefrequenz ist, daß die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung ferner eine logische ■ 1:2-Teilerschaltung mit einem an dem Ausgang des Taktimpulsgebers angeschlossenen Eingang und einem ersten Ausgang, aufweist, der einem ersten der zweiten Eingänge der digitalen Phasenschieberschaltung Taktimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz zuführt, die gleich dem (2ⁿ-1)-fachen der Datenübertragungsfolgefrequenz 1st, wobei einem zweiten der zweiten Eingänge der digitalen Phasenschieberschaltung die Taktimpulse mit der 2ⁿ-fachen Impulsfolgefrequenz zugeführt werden, die Folgefrequenz der der NAND-Glied-Schaltung zugeführten Taktimpulse gleich der 2ⁿ-fachen Impulsfolgefrequenz ist und die in der digitalen Phasenschieberschaltung erzeugten Durchlaß- und Sperrimpulse eine Dauer aufweisen, die gleich der Periode eines Taktimpulses mit der (2ⁿ-1)-fachen Impulsfolgefrequenz ist, und daß die Taktimpulsgeberausgangsimpulsfolgefrequenzteilervorrichtung eine 1:(2ⁿ-1)-Teilerschaltung enthält, so daß sich die Abtastimpulsfolgefrequenz ergibt, die gleich der Datenübertragungsfolgefrequenz in dem Umsetzer ist.
12. Synchronisierer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Taktimpulsgeber Taktimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die gleich dem 2 -fachen der Datenübertragungsfolgefrequenz ist, daß' die Abtastimpulsfolgesynchronisiervorrichtung ferner eine 1^-Teilerschal tung.enthält, die einen mit dem Ausgang des Taktimpulsgebers verbundenen Eingang und einen ersten Ausgang aufweist, der einem ersten der zweiten Eingänge der digitalen Phasenschieberschaltung Taktimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz zuführt, die gleich dem (2ⁿ-1)-fachen der Datenübertragungsfolgefrequenz ist, daß einem zweiten der zweiten Eingänge der digitalen Phasenschieberschaltung die Taktimpulse mit der 2ⁿ-fachen Impulsfolgefrequenz zugeführt werden, daß die der NAND-Glied-Schaltung zugeführten Taktimpulse die 2ⁿ-fache Impulsfolgefrequenz aufweisen, daß die in der digitalen Phas'en-

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schieberschaltung erzeugten Durchlaß- und Sperrimpuxse jeweils eine Periodendauer haben, die gleich der Periodendauer eines mit der (2ⁿ-1)-fachen Impulsfolgefrequenz erzeugten Taktimpulse ist, daß die Taktimpulsgeberausgangsimpulsfolgefrequenzteilervorrichtung eine 1:4-Teilerschaltung enthält, so daß die Abtastimpulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt wird, die gleich dem (2ⁿ-3)-fachen der Datenübertragungsfolgefrequenz ist, und daß der Analog/Digital-Umsetzer ferner eine 1:(2ⁿ-3)-Teilerschaltung enthält, durch die die Abtastimpulsfolge mit der Impulsfolgefreqenz erzeugt wird, die gleich der Datenübertragungsfolgefrequenz ist.

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