DE2152792A1 - Digitales nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents

Description

Digitales Nachrichtenübertragungssystem.

Die Erfindung betrifft ein digitales Nachrichtenübertragungssystem, vorzugsweise mit Pulscodemodulation, bei dem mehrere zueinander plesiochrone Impulsfolgen zur Übertragung über ein Zeitmultiplexsystem auf eine Sollfrequenz synchronisiert werden, unter sendeseitiger Hinzufügung von Impulsen(positiven Stopfimpulsen) bei jeder plesiochronen Impulsfolge au hoher Impulsfolgefrequenz und Weglassung von Impulsen (negativen Stopfimpulsen) bei jeder plesiochronen Impulsfolge zu niedriger Impulsfolgefrequenz, unter Übertragung von Synchronisierungsund Stopfinformationen, von denen letztere Informationen über die Phasenabweichungen zwischen jeder plesiochronen Impulsfolge und der Sollfrequenz sowie gegebenenfalls über die Stopfimpulse enthalten, und unter empfangsseitiger Phasennachregelung über nachziehbare Oszillatoren zur Wiedergewinnung der Frequenzen der plesiochronen Impulsfolgen und Entfernung der Stopfimpulse (positiv-negativ-stuffing).

Das sogenannte Stuffing-Verfahren ermöglicht die Bündelung mehrerer plesiochroner Impulsfolgen ohne Informationsverlust. Plesiochron heißt, daß die mittleren Taktfrequenzen gleich sind, jedoch um einen Toleranzbetrag HhAf von dieser Sollfrequenz abweichen können.

Ohne Berücksichtigung der Synchronisierinformation für das abgehende Signal kann die Multiplexfrequenz größer,kleiner

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oder gleich der Summe der ankommenden Frequenzen sein. Dementsprechend spricht man von positiv-, negativ- oder positiv-negativ-stuffing.

Die Phasenabv/eichung zwischen der Sollfrequenz und einer ankommenden Frequenz nimmt solange su bzw. ab, bis beim bekannten System eine Phasenabweichung von 2π erreicht ist. In diesem Fall wird ein Bit doppelt ausgelesen bzw. übersprungen, was einen Informationsverlust bringt. Um diesen zu vermeiden, wird dieser Zustand dem Empfänger mittels der Stopfinformation mitgeteilt. Dementsprechend werden beim Empfänger bestimmte Signalbit als keine Information enthaltende Stopfbit erkannt * (positive Stopfimpulse) oder es wird veranlaßt, daß zwischen zwei bestimmten Signalbit ein zusätzliches Signalbit einzufügen ist (negativer Stopfimpuls). In beiden Fällen entsteht, bezogen auf die Sollfrequenz, eine Phasenabweichung von 2π.

Im folgenden soll die Bezeichnung "stopfen" beide Möglichkeiten einschließen. Es gibt dementsprechend eine positive und eine negative Stopffrequenz. Beim positiv- bzw. negativstuffing-Verfahren ist diese Phasenabweichung von 2π relativ hochfrequent und kann durch geeignete Schaltungsmaßnahmen, wie einen digital oder analog nachziehbaren Oszillator beseitigt werden. Beim positiv-negativ-stuffing-Verfahren kann dengegenüber diese Jitterfrequenz jedoch beliebig niederfrequent sein und zwar, wenn sich die Eingangsfrequenz nur um einen sehr kleinen Wert +_ Af von der Sollfrequenz unterscheidet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, mit der dieser Jitter reduziert werden kann.

Ausgehend von einem digitalen Nachrichtenübertragungssystem der einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindungs-

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gemäß dadurch gelöst, daß sendeseitig zur Feststellung von Phasenabweichungen kleiner 2π Phasenvergleicher vorgesehen sind, deren analoge Ausgangssignale in Analog-Digital-Umsetzern in m Schritte (m=2,3,4,..·) quantisiert und in der Stopfinformation übertragen werd'en, und daß empfangsseitig Auswerteschaltungen vorgesehen sind, die die jeweils m in der Stopfinformation übertragenen Codewörter in Steuersignale für das Nachziehen der nachziehbaren Oszillatoren umsetzen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden gegenüber der bekannten demnach sendeseitig bereits Phasenabweichungen erkannt und signalisiert, die kleiner als 2π sind. Empfangsseitig können diese kleinen Phasenabweichungen bis auf den Quantisierungsfehler ebenfalls erkannt und ausgeglichen werden. Dadurch wird erreicht, daß der Jitter von vornherein um einen festen Paktor reduziert wird.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist es vorteilhaft, wenn sendeseitig ein Analog-Digital-Umsetzer zur Codierung vorgesehen ist, und wenn empfangsseitig als iuswerteschaltung ein Digital-Analog-Umsetzer vorgesehen ist, der einen analog nachziehbaren Oszillator steuert.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung enthält sendeseitig einen Analog-Digital-Umsetzer zur Differenz-Codierung und empfangsseitig eine digitale Auswerteschaltung, die einen digital nachziehbaren Oszillator steuert.

Pur Differenz-Pulscodtmodulation iet ein Analog-Digital-Umsetzer vorteilhaft, der je ein Signal abgibt, um ein Toreilen der Phase um —— (m=2,3,4·»·..) » ein Nacheilen der Phase um =i, einen Synchronismus der Phase oder eine Übertragung eines positiven oder negativen Stopfimpulses zu signalisieren.

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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert:

Die Pig. 1 zeigt ein Zeitmultiplexsystem zweiter Ordnung mit primären Zeitmultiplexsystemen ZMS1 bis ZMS4 bzw. ZLIS1 ' bis ZMS4' und einem sekundären Zeitmultiplexsystem ZMS5, ZMS5¹. Jedes der vier primären Zeitmultiplexsysteme ist für zweiunddreißig Kanäle ausgelegt. Die vier primären Zeitmultiplexsysteme ZMS1 bis ZMS4 bzw. ZMS1 ' bis ZMS4¹ geben sendeseitig vier zueinander plesiochrone Impulsfolgen der Taktfrequenzen f bis f.. . ab, die geringfügig von einer Sollfrequenz f₁₀ abweichen. Im sekundären Zeitmultiplexsystem " ZMS5, ZMS5' erfolgt sendeseitig die Multiplexbildung zweiter Ordnung für die vier plexiochronen Impulsfolgen f.... bis f-j/. Diese Multiplexbildung wird anhand der Pig. 2 näher erläutert.

In Pig. 2 ist ein Überrahmen ÜR gezeigt, der sich aus zehn Grundrahmen GR mit jeweils 264 Bit zusammensetzt. Die ersten acht Bit jedes Grundrahmens GR sind für Synchronisier- und Stopf-Informationen vorgesehen, die zu Blöcken M, A und B₁ bis Br zusammengefaßt sind. Die Blöcke M dienen der Synchronisation des Überrahmens ÜR, die Blöcke A dienen der Synchronisierung der Grundrahmen GR und die Blöcke B^ bis B₅ enthalten die Stopf-Informationen. Die jeweils 256 Bit zwischen den genannten Blöcken dienen der Übertragung der Nachrichteninformationen, wobei die Informationsbit der vier primären Zeitmultiplexsysteme bitweise verschachtelt sind, wie es im achten Grundrahmen anhand der Bit I- bis I. dargestellt ist. Die Stopf-Informationsbit P sind entsprechend verschachtelt, wie es bei den Blöcken B₁ und B₅ gezeigt ist. Diese blockweise Anordnung wurde zum Zweck einer schnellen und schaltungstechnisch einfachen Synchronisierung getroffen.

Im Empfangsteil ZMS5¹ des sekundären Zeitmultiplexsyetems werden die blockweise angeordneten Synchronisier-, Stopf- und

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Informations-Bit mit Hilfe eines Achtbit-Schieberegisters und eines umlaufenden Abfrageschalters gleichmäßig über das gesamte Signal verteilt. Damit wird bereits eine weitgehende Befreiung des Signals von systematischem Jitter erreicht, der zwangsläufig durch die notwendige Einfügung der positiven oder negativen Stopfimpulse in einem der Grundrahmen GR zustande gekommen ist.

Fig. 3 zeigt für drei Fälle a, b und c die im Empfangsteil ZMS5^f des sekundären Zeitmultiplexsystems gebildete Taktfrequenz der Synchronisier- und Stopf-Information.

Im Fall a liegt die Frequenz f.. des primären Zeitmultiplexsystems ZMSI₄ ZMS1· unterhalb der Sollfrequenz f_1Q. Dies bedeutet, daß in gewissen Abständen ein bestimmtes Informationsbit durch ein Stop"fbit F ersetzt werden muß, das keine Information enthält (positiv-stuffing). Dieser Zustand wird dem Empfänger mittels Stopf-Information P- . bis P. _1Q mitgeteilt. Zum Zwecke der Rückgewinnung der Frequenz f^ des primären Zeitmultiplexsystems ZMS3i, ZMS1 · muß empfangsseitig aus der Sollfrequenz £,„ ein Taktimpuls ausgeblendet werden.

Im Fall b entspricht die Frequenz f₁ . des primären Zeitmultiplexsystems ZMS1 , ZMS1 ' der Sollfrequenz ^₁₀* ^{In diesem} Fall müssen keine Stopfbit übertragen werden, was ebenfalls durch die Stopf-Informationsbit P_{1 1} bis P_{1 in} signalisiert wird.

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Im Fall c liegt die Frequenz f..., oberhalb der Sollfrequenz f^ q. Es ist daher notwendig, zusätzliche Informationsbit zu übertragen. Die Signalisierung hierfür erfolgt in diesem Fall mittels der Stopf-Informationsbit P_{1 1} bis P_{1 g}· Die Stelle P_{1 1Q} der Stopf-Information ist nun für das zusätzliche Informationsbit vorgesehen. Gleichzeitig wird zum Zwecke der Rückgewinnung der Frequenz f₁₁ des primären Zeitmultiplexsystems ZMS1, ZMS1'

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empfangsseitig in die Sollfrequens f₁₀ ein Taktimpuls zusätzlich eingeblendet.

Beim Übergang in ein synchrones Netz entfällt die Stopfinformation, wodurch Platz für einen Datenkanal geschaffen ist.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sendestelle ZMS5, des sekundären Zeitmultiplexsystems mit den erfindungswesentlichen Elementen für die Verarbeitung der plesiochronen Impulsfolge f-j-i · Es bedeutet PV1 einen Phasenvergleicher, TP 1 einen Tiefpaß, AD1 einen Analog-Digital-Umsetzer und SH eine Schaltung zur Einfügung der Stopfinformation in den Rahmen ÜR des sekundären Zeitmultiplexsystems ZMS5, ZMS5^f.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Pig. 4 ist folgende: Im Phasenvergleicher PVI wird die Phase der Taktfrequenz f.. mit der Sollfrequenz f^₀ verglichen. Das analoge Ausgangssignal des Phasenvergleichers PV1 gelangt über den Tiefpaß TP1 an den Analog-Digital-Umsetzer AD1, in dem das Ausgangssignal pulscodemoduliert und der Schaltung SH zugeführt wird, die das Codewort als Stopfinformation in den Pulsrahmen ÜR einfügt.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in der Empfangsstelle ZMS5¹ des sekundären Zeitmultiplexsystems. Als erfindungswesentliche Teile für die plesiochrone Impulsfolge f..

enthält das Blockschaltbild eine Schaltung S12 zur Entnahme der Stopfinfcrmation aus dem Rahmen ÜR des sekundären Zeitmultiplexsystems ZMS5, ZMS5¹» eine Auswerteschaltung AVH, die einem Digital-Analog-Umsetzer DA entspricht, und einen analog nachziehbaren Oszillator 01.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach der Pig. 5 ist folgende: In der Schaltung S12 wird aus dem Überrahmen ÜR das vom Analog-Digital-Umsetzer AD1 stammende Codewort abgetrennt. Dieses wird im Digital-Analog-Umsetzer DA in ein Analogsignal umgesetzt, aus dem ein Steuersignal zum Nachziehen des analog nachziehbaren Oszillators 01 auf die Frequenz f.. ₁ abgeleitet wird.

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Pig. 6 zeigt eine detaillierte Ausführung des Oszillators Oi, mit einem spannungsregelbaren Oszillator YGO, zwei Phasenvergleichern PV2 und PV3, einem Tiefpaß TP2 und einem Regler R.

Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers DA wird mit dem vom Phasenvergleicher PV2 über den Tiefpaß TP2 abgegebenen Signal im Phasenvergleicher PV3 verglichen. Eine Phasenabweichung ruft am Ausgang des Phasenvergieichers PV3 eine Regelspannung hervor, die über den Regler R den Oszillator VCO auf die Frequenz f.,., nachzieht. Der Phasenvergleicher PV2 vergleicht diese Frequenz mit der Sollfrequenz f₁₀·

Die Anordn-ung nach der Fig. 7 unterscheidet sich von der nach der Fig. 4 dadurch, daß anstelle von Pulscodemodulation Differenz-Pulccodemodulation verwendet wird. Die Anordnung enthält einen Phasenvergleicher PV4, einen Tiefpaß TP3, einen Analog-Digital-Umsetzer AD2 und eine Schaltung SI3.

Die Y/irkungsweise der Anordnung nach der Fig. 7 unterscheidet sich von der nach der Fig. 4- dadurch, daß der Analog-Digital-Umsetzer AD2 über eine von vier Leitungen jeweils ein Voreilen der Phase um 2π , ein Nacheilen der Phase um j2k , einen Syn-

m m

chronismus der Phase oder eine Übertragung eines positiven oder negativen Stopfimpulses an die Schaltung SI3 signalisiert, die ihrerseits ein entsprechendes Codewort in die Stopfinformation einfügt.

Fig. 8 zeigt den entsprechenden Empfangsteil in der Empfangsstelle ZMS5¹ des sekundären Zeitmultiplexsystems. Mit einer Schaltung SI 4, einer Auswerteschaltung AW2 und einem nachziehbaren Oszillator 02.

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Diese Anordnung unterscheidet sich von der nach Fig. 5 dadurch, daß die Schaltung SI4 dem ankommenden Codewort der Stopfinformation die Information über das Voreilen der Phase um 2π.» ^^as Nachei-len der Phase um 2ττ, den Synchronismus der Phase^moder die Übertragung eines positiven oder negativen Stopfimpulses entnimmt und diese vier Fälle über vier Leitungen zur Auswerteschaltung AV/2 übermittelt, die rein digital arbeitet und den digital nachziehbaren Oszillator 02 derart steuert, daß er auf die Frequenz f..« nachgesogen wird..

Bei den Anordnungen nach den Figuren 7 und 8 wird nun nicht mehr die absolute Phasendifferenz wie bei den Anordnungen nach den Figuren 4 bis 6 gemessen und übertragen, sondern nur mehr Phasenänderungen von +_ rr- gegenüber dem letzten übertragenen Meßwert. Für diese Übertragung sind nur mehr drei verschiedene Codeworte nötig, die eine Phasenabweichung von + —— , —r·—

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sowie kleiner als -—- (Synchronismus) gegenüber dem letzten übertragenen Differenzwert anzeigen. Ein viertes Codewort wird verwendet, um Phasenabweichungen von 2% zu signalisieren. Dies ist nötig, um empfangsseitig sowohl den Zeitpunkt des gesendeten Stopfbit bzw. zusätzlichen Informationsbit zu erkennen als auch um den Anfangzustand für die Phasenänderungen von + —— festzulegen.

Fig. 9 zeigt eine detaillierte Darstellung der Auswerteschaltung AW2 mit einem Speicher Sp, einem Entscheider E und zwei Oder-Gatterii G1 und G2 sowie eine detaillierte Darstellung des nachziehbaren Oszillators 0 2 mit ei-iBm internen Oszillator 03, einem Teiler T und einer Teilersteuerung TS.

In der Auswerteschaltung AW2 wird im Speicher Sp gespeichert,

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Ob die letzte Phasenänderung ~— positiv oder negativ war. Damit ist auch bekannt, ob der 2ir-Phasensprung einen positiven oder negativen Wert besitzt. In den nachziehbaren Oszillator 02 Wird von der m-fachen Oberfrequenz m.f^_Q je nach der Stopfinformation ein Bit ausgeblendet bzw. hinzugefügt. Der Teiler T

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mit dem Faktor m reduziert den dadurch entstandenen Jitter

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auf — · .Dieses Verfahren weist gegenüber der Anordnung nach den Figuren 4 bis 6 den Vorteil auf, daß nur mehr vier Codewörter in der Stopfinformation übertragen werden müssen. Die3 kann bei einer gegebenen Länge der Stopfinformation mit einer weit größeren Redundanz als bei der erstgenannten Anordnung erfolgen. Sieht man beispielsweise acht Bit für die Stopfinformation vor, so können bei vier Codewörtern bereits zwei Fehler korrigiert werden.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm, anhand dessen ein Vergleich des bekannten Stopf-Prinzips mit dem erfindungsgemäßen hinsichtlich der Amplitude des Rest-Jitters möglich ist.

Zugrundegelegt wurde dabei eine Überrahmen-Frequenz von Af =4kHz und für das erfindungsgemäße Verfahren eine Quantisierung in 32 Stufen. Die Phasenabweichung erfolgt so niederfrequent, daß beim bekannten Stopfverfahren keine Reduzierung des Rest-Jitters möglich ist. Beim herkömmlichen Verfahren läuft die Phase bis auf eine Abweichung von 2π weg (Kurve u) und wird im allgemeinen in mehreren kleinen äquidistanten Phasensprüngen (Kurve v) wieder zurückgesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt für dieses Beispiel nur mehr Phasenabweichungsn von maximal 45 zu. Die Rücksetzung der Phasensprünge zu 4~ erfolgt nun nicht mehr notwendig äquidistant, sondern zu dem Zeitpunkt, wenn die Phasenabweichung gerade w beträgt (Kurve w). Dies bedeutet eine Reduzierung de:; Jitters um den Faktor 32.

Fig. 10 zeigt ferner, daß die Stopffrequenz des erfindungsgemäßen Verfahrens um den Faktor 32 erhöht wurde, entsprechend einer Drängung um den Faktor 32 des auf der Abszisse aufgetragenen Zeitbereichs.

4 Patentansprüche
Figuren

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Claims (2)

1. ch

   j Digitales Nachrichtenübertragungssystem, vorzugsweise mit Pulscodemodulation, bei dem mehrere zueinander plesiochrone Impulsfolgen sur Übertragung über ein Zeitmultiplexsystem auf eine Sollfrequenz synchronisiert werden, unter sendeseitiger Hinzufügung von Impulsen (positiven Stopfimpulsen) bei jeder plesiochronen Impulsfolge zu hoher Impulsfolgefrequenz und V/eglassung von Impulsen (negativen Stopfimpulsen) bei jeder plesiochronen Impulsfolge zu niedriger Impulsfolgefrequenz, unter Übertragung von Synchronisierungs- und Stopfinfor— mationen, von denen letztere Informationen über die Phasenabweichungen zwischen jeder plesiochronen Impulsfolge und der Sollfrequ^enz und gegebenenfalls über die Stopfimpulse enthalten, und unter empfangsseitiger Phasennachregelung von nachziehbaren Oszillatoren zur Wiedergewinnung der Frequenzen der plesiochronen Impulsfolgen und Entfernung der Stopfimpulse (positiv-negativ-stuffing), dadurch gekennzeichnet, daß sendesei tig zur Peststellung von Phasenabweiehungen kleiner 2π Phasenvergleicher (PY1, P?4) vorgesehen sind, deren analoge Ausgangssignale in Analog-Digital-Umsetzern (ADI, AD2) in m Schritte (m=2,3,4...) quantisiert und in der. Stopfinformation übertragen werden, und daß empfangsseitig Auswerteschaltungen (A7/1, AW2) vorgesehen sind, die die jeweils m in der S topfinformation übertragenen Codewörter in Steuersignale für das nachziehen der nachsiehbaren Oszillatoren umsetzen.
2. 2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig ein Analog-Digital-Umsetzer (AD1) zur Codierung vorgesehen ist, und daß empfangsseitig als Auswerteschaltung (ΑΊΥ1) ein Digital-Analog-Umsetzer (DA) vorgesehen ist, der einen analog nachziehbaren Oszillator (01) steuert.

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   Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig ein Analog-Digital-Umsetzer (AD2) zur Differenz-Codierung vorgesehen ist, und daß cmpfangsseitig eine digitale Auswerteschaltung (A7/2) vorgesehen ist, die einen digital nachziehbaren Oszillator (02) steuert.

   Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig ein Analog-Digital-Umsetzer (AD2) vorgesehen ist, der je

   2.1 ein Codevvort abgibt, um ein Voreilen der Phase um ~ , ein

   Ott

   Nacheilen der Phase um --—,einen Synchronismus der Phase ode:; eine Übertragung eines positiven oder negativen Stopficipulses zu signalisieren.

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