DE2158548A1

DE2158548A1 - Regeneratiwerstärker für digitale Übertragungssysteme

Info

Publication number: DE2158548A1
Application number: DE19712158548
Authority: DE
Inventors: Pierre Paris; Regnier Marc Andre Aulnay-sous-Bois; Lerouge Claude Paul Henri Maurepas; Girard (Frankreich)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-11-30
Filing date: 1971-11-25
Publication date: 1972-05-31
Also published as: AU466531B2; FR2115685A5; US3757051A; BE775994A; AU3618971A; CH548705A; IT940666B; ES397458A1; NL7116409A

Description

Pat ent an v/3 It Dip 1. -Ph.;;, ζ. Loo Tl:r.l
Stuttgart

P.Girard - C.P.H.Lerouge - M.A.Begnier 14—26-8 INTERNATIONAL STANDARD ELEGTEIG CORPORATION, KEW YORK Regeneratiwerstärker für digitale Üb er tr agungs systeme.

Die Anmeldung betrifft einen Regeneratiwerstärker für digitale Übertragungssysteme mit Impulsen wechselnder Polarität. Bei der Übertragung mit Impulsen wechselnder Polarität werden die Ziffern 1 eines Binärcodes abwechselnd durch positive Impulse (Pegel +) und negative

Impulse (Pegel -) dargestellt, während die Ziffern Null g

durch einen Pegel Null dargestellt werden. Daraus ergibt sich, dass der Mittelwert des Pegels auf der Leitung den Wert Null hat.

Es ist bekannt, dass jede Übertragungsleitung wie ein Tiefpass Filter wirkt, das Amplituden- und Phasenstörungen hervorruft, so dass bei den bekannten Verstärkern für Impulse mit wechselnder Polarität am Eingang jedes Verstärkers ein Entzerrer angeschaltet wird, der eine solche Kennlinie hat, dass die Störungen im Nutzband kompensiert werden. Die Signale werden dann an einen Verstärker, danach an einen symetrischen Gleichrichter und schliesslich an einen Amplitudendiskriminator angelegt, dessen Schwelle so ein- f gestellt ist, dass zwischen den Ziffern 1 und 0 unterschieden werden kann.

Man erkennt, dass bei diesem Verfahren die Signale vor der Feststellung. Störungen unterworfen sind, die auf der Ungenauigkeit des Entzerrers beruhen. Weiterhin darf der Verstärker selbst keine Störungen hervorrufen und darf sich insbesondere nicht im Sättigungzustand befinden. Weiterhin muss die Schwelle für die Feststellung in Abhängigkeit von dem auf der Leitung vorliegenden Geräusch eingestellt werden.

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Die Signale mit wechselnder Polarität können auf zwei verschiedene Arten übertragen werden, nämlich als Vollbit, wobei ein Signal vom Pegel + oder - die Gesamtzeit einnimmt, oder als Halbbit, xvobei ein solches Signal nur die halbe Zeitlage ausmacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regeneratiwerstärker für digitale Übertragungssysteme mit Impulsen wechselnder Polarität zu schaffen, bei dem weder Entzerrer noch Verstärker benötigt werden. Der Verstärker soll sowohl für Vollbit^betrieb als auch für Halbbitbetrieb einsetzbar sein. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die ankommenden Signale mit einer gegenüber der Signalperiode kurzen Periode in einem Deltacoder codiert werden, dass die erzeugten Deltasignale an eine Torschaltung angelegt werden, die nur Signale mit einer dem letzten PGM Signal entgegengesetzten Polarität durchlässt, dass eine durch einen Takt gesteuerte Zähleinrichtung bei durchgelassenem Signal weitergeschaltet und bei fehlendem Signal zurückgestellt wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Stellung eine Anordnung angesteuert wird, die ein Signal mit vorgegebener Amplitude und neuer Polarität aussendet.

Mit einer derartigen Anordnung lassen sich die Impulse

_sicxL
seltr leicht regenerieren, da durch die Tiefpasskeniilinie der Leitung unterschiedliche Störungen der Vorder- und Rück^^flenken der Signale ergeben. Die Steigung der

Vorder ,flanke eines Signales ist immer steiler als die

der Rück ^flanke.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Zähleinrichtung in der vorgegebenen Stellung ein Signal abgibt, durch das eine den Zustand des jeweils letzten PCiM Signales speichernde Anordnung umgeschaltet und eine weitere Anordnung zur Aussendung eines Signales vorgegebener Dauer veranlasst wird. Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass als Torschaltung eine exklusive ODER-Schaltung verwendet wird, an die ein Ausgangssignal der speichernden Einrichtung und das Ausgarigssigria.1 des Deltacoder s angeschaltet ist.

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Die Erfindung wird nun anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1a und 1b die zwei Möglichkeiten zur Übertragung mit

Impulsen wechselnder Polarität,

Fig.2 ein. Signal mit der Periode t, wie es am Eingang des Verstärkers empfangen wird, Fig.3 ein Blockschaltbild des Verstärkers, Fig.4 die Werte der Spannungen VA und VC für ein

Signal mit grosser Steigung, Fig.5 die gleichen Spannungswerte für ein Signal mit

geringer Steigung,
Fig.6 eine Abwandlung des Kreises für die Feststellung

der Polarität, \

Fig.7a bis f Diagramme von Signalen und Fig.8 die Schaltung eines Phasendetektors.

Der erfindungsgemässe Verstärker ist mit einem Übertragungssystem verbunden, bei dem die Signale mit Impulsen wechselnder Polarität übertragen werden. Man verwendet dabei eine pseudo-ternär Codierung mit den Pegeln +, 0 und -. Für die Codebildung gelten die nachfolgenden Regeln: eine Binärziffer 0 wird durch den Pegel 0 dargestellt und eine Binärziffer 1 wird abwechselnd durch die Pegel + und dargestellt.

Mit diesem Verfahren kann, wie mit manchen anderen auch, "

die über eine gegebene Leitung übertragene Informationsmenge verdoppelt werden. Ein weiterer Vorteil besteht jedoch darin, dass der Mittelwert der übertragenen Signale gleich null ist.

Die Figuren 1a und 1b stellen die zwei Möglichkeiten der Übertragung von Impulsen mit wechselnder Polarität dar. Die Dauer eines Zeichens hat den Wert t. In Fig.1a ist die Vollbitübertragung dargestellt, bei der der Pegel + oder die Gesamtzeit ansteht. In Fig,1b ist die Halbbitübertragung dargestellt, bei der der Pegel + oder - nur während, der halben Zeit ansteht. Mit deti erfindungsgemässen Ver-

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stärker können ohne Änderungen Signale nach diesen beiden Modulationsarten verarbeitet werden.

In Fig.2 ist ein Signal mit der Periode t dargestellt, dass am Eingang des Verstärkers empfangen wird. Es ist bekannt, dass eine Übertragungsleitung wie ein Tiefpassfilter wirkt. Daraus ergibt sich,dass die Signalflanken abgerundet sind und dass ihre Hinterflanken gegenüber den Vorderflanken eine Verschiebung haben, d.h., dass ihre Neigung geringer ist als diejenige der Vorderflanken. · In der Praxis kann das Verhältnis der Neigungen sehr grosse Werte annehmen, insbesondere bei Halbbitmodulation.

In Fig.5 ist das Blockschaltbild des Verstärkers dargestellt, der die folgenden Teile enthält:

- den Ueigungscoder SC und den Kreis IP zur Feststellung und Bestimmung der Polarität. Mit diesen beiden Kreisen kann die Feststellung der empfangenen Signale durchgeführt werden.

- den Taktkreis CL, mit dem der Takt der empfangenen Signale regeneriert wird. Dieser Kreis, der weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird, liefert insbesondere Signale H 16, deren Wiederholungsperiode sehr kurz gegenüber der Periode der empfangenen Signale ist.

- den Sendekreis EC für die Signale.

Der Verstärker ist mit der ankommenden Leitung La über den Transformator Ta und die abgehende Leitung Lb über den Transformator Tb verbunden. Die Wicklungen auf den Leitungsseiten der Transformatoren sind aus zwei Teilwicklungen aufgebaut, die durch Kondensatoren Ca bzw. Cb verbunden sind, um eine Speisung der Leitungen mit Gleichstrom zu ermöglichen. Mit diesem Gleichstrom wird auch in an sich bekannt eiJWei se der Verstärker gespeist.

Der Neigungscoder SC enthalt:

- den Vergleicher CM, dessen zwei Eingänge mit dem Punkt A des Transformators Ta bzw. dem Kondensator C verbunden sind. Die Spannungen an diesen Punkten haben die Bezugs-

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zeichen VA und VC. Der Vergleiciier hat zwei Ausgänge. Auf dem ersten Ausgang erscheint ein Signal_/wenn VA>VG ist und auf dem zweiten Ausgang, wenn VA< VC ist.

- Die Kippschaltung B1 von T;yp JK, die durch von dem Vergleicher CM abgegebene Signale gesteuert wird. Diese Steuerbefehle werden nur wirksam, wenn ein Taktsignal H anliegt.

- Die Stromgeneratoren G-1 und G2_/die durch die Spannungen +V1 und -V2 gespeist werden und deren gemeinsamer Punkt mit dem Kondensator C verbunden ist. Der Generator G2 arbeitet ständig und zieht einen Strom I. Der Generator G1 wird durch die Kippschaltung B1 gesteuert und liefert dann einen Strom 21.

Man sieht daraus, dass:

- bei der logischen Bedingung B1 der Kondensator C durch einen konstanten Strom I geladen wird, so dass die Spannung VC positiver wird.

- bei der logischen Bedingung Β"Ί der Kondensator C durch einen konstanten Strom I entladen wird, so dass die Spannung VC negativer wird. In der nachfolgenden Tabelle sind die Arbeitsbedingungen dieses Kreises SC zusammengefasst.

Bedingungen für die	Zustand Signals	Arbeit	des Neigungscoders SC	VC	Endb e di ngung
Anf ang sb e dingung	BI	während H 16	eines	fällt	VA > VC
VA < VC	B1			steigt	VA > VC
VA }VC

Man erkennt, dass die Spannung VC sich immer in Richtung auf die Spannung VA bewegt. Wenn z.B. VA^ VC ist, schaltet die Kippschaltung B1 in den Zustand 1 und die Spannung VC steigt bei jeder Periode des Signales H 16 um-einen Vert V = I.to/C. Venn VA < VC wird, schaltet die Kippschaltung B1 in den Zustand 0 und pendelt dann zwischen den Zuständen 0 und 1.

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In den Figuren 4 und 5 sind die Werte der Spannungen VA und VC über der Zeit T (Signale H 16(1) bis H 16(n) ) dargestellt, wobei vorausgesetzt wird, dass zur Zeit H 16(1) der Zustand VC ^> VA besteht. Bei jedem Zeitintervall der Dauer to ändert sich die Spannung VC um einen Wert v. Die Sichtung der Änderung ist aus der obengegebenen !Tabelle zu entnehmen.

In Pig.4- ist der Pail dargestellt, dass die Spannung VA die Vorder^^lanke eines Signales darstellt. Man sieht, dass nach einer Einstellphase der Spannung VC die Kippschaltung 1 ständig im Zustand 1 bleibt. In Pig.5 ist der Pail dargestellt, dass die Spannung VA nur mit einer sehr geringen Neigung ansteigt. Man erkennt, dass in diesem Pail die Kippschaltung B1 zwischen den Zuständen 1 und 0 hin und her schaltet.

Aus Pig.4 lässt sich entnehmen, dass ein gegebener Wert von V, der, wie oben beschrieben, von I und von C abhängt, den Kinde stiert der Neigung (VAo/t) festlegt, so dass bei Signalen, deren Neigung grosser als dieser Wert ist, die Kippschaltung B1 immer im Zustand 1 bleibt. Man erkennt, dass dieses auch für negative Signale gilt. Die Kippschaltung bleibt dann ständig im Zustand O für Neigungswerte, deren absoluter Betrag grosser als die Mindest_wnjaigung ist. Mit dem Kreis SC kann also die Neigung der empfangenen Signale gemessen werden.

Der Kreis IP für die Peststellung der Signale und die Bestimmung der Polarität enthält:

- die exclusive ODER-Schaltung GJ, die UND-Schaltungen G4a, G4b und den Inverter G5,

- den Wähler SK, der aus einem Zähler mit N Stellen und einem Dekoder besteht. Der Dekoder liefert ein Signal D wenn der Zähler voll ist. Dieses Signal kennzeichnet die Tatsache, dass ein Pegel + oder - festgestellt wurde.

- Die Polaritätskippschaltung B2 vom Typ RS, die eine Teilung durch 2 durchführt. Sie wird durch die Signale

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D gesteuert.

- Den mono stabilen Kreis M,- der ein Signal von der Dauer t/2 abgibt, wenn der Wähler SK ein Signal D liefert.

Der Wähler SK schaltet zu jeder Zeit H 16 um eine Stelle weiter, wenn die Zustände der Kippschaltungen B1 und B2 unterschiedlich eind (UND-Schaltung G4-a). Wenn die Zustände der beiden Kippschaltungen B1 und B2 gleich sind, wird der Wähler SK zur Zeit H 16 auf O zurückgestellt (UND-Schaltung G4b). Für die Beschreibung der Arbeitsweise dieses Kreises wird jetzt angenommen, dass die Kippschaltung B2 im Zustand O ist.

Wenn die Neigung des ersten über die Leitung La empfange- ä nen Signales genügend steil ist und xvenn die Spannung VA negativ ist (Pegel -), schaltet die Kippschaltung B1 in den Zustand O und verbleibt in diesem Zustand. Der Zähler SK kann nicht weiter schalten und die Kippschaltung B2 bleibt im Zustand O. Wenn das folgende Signal positiv ist (Pegel +) und wenn die Neigung ausreichend ist, schaltet die Kippschaltung B1 in den Zustand 1 und bleibt in diesem Zustand während einer Folge von Signalen H 16. Die exclusive ODER-Schaltung G3 liefert ein ständiges Ausgangssignal und jedes der N ersten Signale H 16 steuert die Weiterschaltung des Wählers SK um eine Stelle bis ein Signal D auftritt. Dieses Signal D schaltet die Kippschaltung B2 in den Zustand 1 und steuert die Erzeugung eines I Signales M. Man wählt den Wert der Zahl N und den Wert des Stromes I (Generatoren G1 und G2 im Kreis SO) so, dass die Dauer N.to (Verzögerung der Feststellung eines Nachrichtensignales) kürzer als die Anstiegszeit eines Signales ist. Die Rückflanke dieses Signales erscheint erst nach einer gewissen Zeit und da deren Neigung geringer ist, bleibt die Kippschaltung B1 während einer Zeit N.to nicht immer im gleichen Zustand. Der Wäkler SK empfängt dann eine Folge von RückstellSignalen.

Wenn das nächste Eingangssignal negativ ist(Pegel -), beginnt der gleiche Vorgang, aber die Kippschaltung B1

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bleibt jetzt im Zustand O, wenn die Neigung ausreichend gross ist. Die exclusive ODER-Schaltung G3 gi"bt jetzt ein Signal ab und nach einer Zeit N.to wird die Kippschaltung B2 in den Zustand geschaltet. Mit der Kippschaltung BZ⁰SSsO die Polarität der durch die Kreise SC und IP festgestellten Signale bestimmt werden.

In Fig.6 ist eine Abwandlung des Kreises IP dargestellt. Man verwendet hier ein Schieberegister SE mit Ή Stufen, das einen Serieneingang und einen Serienausgang hat, sowie Ή parallel Eingänge, über die eine Rückstellung auf O erfolgen kann.

In den !Figuren 7& "bis f sind Diagramme von Signalen dargestellt, die an verschiedenen Punkten des Verstärkers auftreten. In Fig.7c sind die theoretischen Formen von Signalen mit der Zeitbasis HJ (über die Leitung La empfangene Eingangssignale) für den Fall dargestellt, dass nach dem Halbbitverfahren eine Folge von Ziffern 1 übertragen wird. Die Signale mit dem Pegel + sind durch ausgezogene Linien und die Signale mit dem Pegel - durch gestrichelte Linien dargestellt.

Wie schon weiter oben erläutert, steuert ein mit einer Verzögerung von N.to festgestelltes Signal den Zustandswechsel der Kippschaltung B2 (Fig.7d) und die Erzeugung eines Signales M (Fig.7e, in der nur ein einziges Signal entsprechend einer Ziffer 1 dargestellt ist). Die Phasen-Schwankungen der Amplitude Jt, der die Vordererlanken der Signale HJ, B2 und M unterworfen sind, ist durch Schraffierung nur in Fig.7d .dargestellt.

Der Taktkreis CL (Fig.3) enthält:

- den Impulsgenerator PG, der Signale H 16 mit der Periode to abgibt (Fig.7a)

- den Teiler D 16, der durch 16 teilt und Signale H 1 mit der Periode t abgibt (Fig.7b), die gleich der theoretischen Dauer eines Zeichens auf der leitung La ist, (die Signale

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H 16 UQd H 1 stellen die örtliche Zeifbasis HL dar). - Den Phasendetektor PD, der die Signale H 1 und M vergleicht.

In Pig.8 ist dieser Kreis PD etwas ausführlicher dargestellt, der "bereits in den französischen Patent 1 515 952 (DT-OS 1 537 183) "beschrieben ist und die UND-Schaltungen G23, G24, den Kondensator 01 und den Verstärker AM mit hohem Eingangswiderstand enthält. Die UND-Schaltungen G23 und G24 werden durch die logischen Bedingungen HT.M "bzw. H1 .M gesteuert und man erkennt, dass die von dem Verstärker AM abgegebene Spannung E konstant ist, wenn die Signale H1 und M

eine PhasenverscMebung von 90° haben. Diese Spannung f

E wird an den Generator PG angelegt und wirkt derart $ dass die Schwebungsfrequenz zwischen den verglichenen Signalen gegen 0 geht. Man erhält so eine phasenstarre Steuerung der Synchronisation mit einer Phasenverschiebung von t/4 + ET.to zwischen den Basen der Zeiten HJ und HL, wenn die Dauer eines Signales M gleich t/2 ist. Wie sich aus den Figuren Yb und 7c entnehmen lässt ist HL gegenüber HJ verzögert.

Der Sendekreis HC enthält die Kippschaltungen A1 und A2 vom Typ JK, die UND-Schaltungen G11 bis G14 und die

Widerstände R3 und R4. g

Wie schon bei der Beschreibung des Kreises IP erläutert wurde, wird die Kippschaltung B2 nach dem Empfang jedes Nachrichtensignales umgeschaltet und erlaubt so, die Polarität des regenerierten Signales festzulegen, das gesendet werden soll. Wenn man nacheinander mehrere Ziffern empfängt, ändert diese Kippschaltung ihren Zustand nicht und es darf deshalb nur dann ein Signal gesendet werden, wenn der mono stabile Kreis M ein Signal abgibt.

Die Bedingungen für die Aussendung eines regenerierten Signales werden durch die UND-Schaltungen G11 und G12

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festgelegt und in den Kippschaltungen A1 und A2 eingespeichert. Diese Bedingungen sind:

B2.M.H1 > A1

B2.M.H1 —> A2

(das Zeichen —^ symbolisiert die Steuerung einer Kippschaltung).

Es wird jetzt angenommen,dass die Kippschaltungen im Zustand

0 sind. Wenn ein Signal M anliegt, steuert das erste Signal H, das als Taktsignal für die Kippschaltungen verwendet wird, die»Umschaltung einer dieser Kippschaltungen, z.B. der Kippschaltung A1 in den Zustand 1. Da der Ausgang 1 jeder dieser Kippschaltungen mit dem Eingang 0 verbunden ist, steuert das folgende Signal H1 die Rückschaltung der Kippschaltung A1 in den Zustand 0 und die Kippschaltung A2 in den Zustand

1 , wenn zu diesem Zeitpunkt ein Signal M anliegt. Wenn eine dieser Kippschaltungen im Zustand 1 ist, bleibt sie während der gesamten Dauer eines Zeichens in diesem Zustand. Die UND-Schaltungen G1 3 und GM4-, die durch ein Signal Ho leitend geschaltet werden, legen die Dauer der regenerierten Signale fest, die über die Leitung La ausgesendet werden.

Wenn nach dem Halbbitverfahren gesendet werden soll, setzt HO = H1 . Die Ausgangssignale entsprechen dann den inlig.7f dargestellten Signalen, ia. 'der die Pegel + (-) durch ausgezogene (unterbrochene) Linien dargestellt sind. Wenn eine Vollbitübertragung durchgeführt werden soll, ist das Signal HO ein hoher logischer Pegel, der ständig an die UND-Schaltungen Gr13 und G14- angelegt wird. .

Aus lPig.7e lässt sich entnehmen, dass ein Signal M mit der Datier t/2 ein richtiges Schalten der Kippschaltungen A1 und A2 erlaubt, wenn der maximale Phasenfehler Jt(max) = tA beträgt.

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Claims

P.G-irard - C.P.H.Lerouge - M.A.Regnier 14-26-8

Patentansprüche:

/■Ti&egenerativverstärker für digitale Ubertragungssysteme mit Impulsen wechselnder Polarität, dadurch gekennzeichnet , dass die ankommenden Signale mit einer gegenüber der Signalperiode kurzen Periode in einem Deltacoder (SC) codiert werden, dass die erzeugten Deltasignale an eine Torschaltung (&3) angelegt werden, die nur Signale mit einer dem letzten PCM Signal entgegengesetzten Polarität durchlässt, dass eine durch einen Takt gesteuerte Zähleinrichtung (SK, SE) bei durchgelassenem Signal weitergeschaltet und bei fehlendem Signal zurückgestellt wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Stellung eine Anordnung (RC) angesteuert wird, die ein λ

Signal mit vorgegebener Amplitude und neuer Polarität aussendet.

Regenerati wer stärker nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet , dass die Zähleinrichtung in der vorgegebenen Stellung ein Signal (D) abgibt, durch das eine den Zustand des jeweils letzten PCM-Signales speichernde Anordnung (B2) umgeschaltet und eine weitere Anordnung (M) zur Aussendung eines Signales vorgegebener Dauer veranlasst wird.

Regenerativverstärker nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , dass als Torschaltung (Gj) eine exclusive (J ODER-Schaltung verwendet wird, an die ein Ausgangssignal (B2) der speichernden Einrichtung und das Ausgangssignal (B1) des Deltacoders (SC) angeschaltet ist.

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