DE2152792A1 - Digitales nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents
Digitales nachrichtenuebertragungssystemInfo
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- H04J3/06—Synchronising arrangements
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- Signal Processing (AREA)
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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 ZMS5f 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 f1Q. 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 P1 1 bis P1 in signalisiert wird.
IyI I)IU
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 P1 1 bis P1 g· Die Stelle P1 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, ZMS5f.
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 Phasemoder 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·—
Ptl
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.
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,
Ott
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
2ic
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.
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
Figuren
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Claims (2)
- chj 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. 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.VPA 9/640/1017 309 317/057 8 - ί _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 je2.1 ein Codevvort abgibt, um ein Voreilen der Phase um ~ , einOttNacheilen der Phase um --—,einen Synchronismus der Phase ode:; eine Übertragung eines positiven oder negativen Stopficipulses zu signalisieren.VPA 9/640/1017309817/0578BAD ORIGINAL
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---|---|---|---|
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