DE2657914B1

DE2657914B1 - Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Traegersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfaenger

Info

Publication number: DE2657914B1
Application number: DE2657914A
Authority: DE
Inventors: Andre Dipl-Ing Gerges
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1978-03-16
Also published as: SE7714511L; SE421473B; BE862123A; BR7708453A; US4213006A; NL7714133A; DE2657914C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfänger, dem von einem Datensender modulierte Datensignale zugeführt werden, der eine die Trägersignale erzeugende Trägerregelstufe, eine die Taktsignale erzeugende Taktregelstufe, einen die modulierten Datensignale unter Verwendung der Trägersignale demodulierenden Demodulator und einen die demodulierten Datensignale unter Verwendung der Taktsignale abtastende Abtaststufe enthält.

Bei einer Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit über bandbegrenzte Kanäle werden häufig Einseitenbandsignale verwendet. Die Übertragung erfolgt beispielsweise mit 64 kBit/s über Primärgruppenverbindungen unter Verwendung von Amplitudenmodulation mit Partial-Response-Impulsen der Klasse IV. Die Verwendung von Partial-Response-Impulsen, die häufig auch als Teilinformationsimpulse oder Teileinschwingsignale bezeichnet werden, für die Übertragung von Daten ist bereits allgemein bekannt und beispielsweise in einer Veröffentlichung, K r e t ζ mer, E. R.: »Generalization of a technique für binary data communication«, IEEE Trans, on Communication Technology, COM-14 (1966), S. 67 und 68, bereits beschrieben.

Bei einer Übertragung von Daten im Primärgruppenband des Trägerfrequenz-Weitverkehrsnetzes werden die Daten unter Verwendung von Amplitudenmodulation übertragen. In einem Datensender werden den von einer Datenquelle abgegebenene Daten Partial-Response-Impulse zugeordnet. Anschließend erfolgt eine Amplitudenmodulation der Partial-Response-Impulse mit Hilfe von Trägersignalen. Die modulierten Datensignale werden zu einem Datenempfänger übertragen, der die übertragenen Daten zurückgewinnt. Der Datenempfänger enthält einen Demodulator, der mit Hilfe von weiteren Trägersignalen das modulierte Datensignal demoduliert. Das demodulierte Datensignal wird mit Hilfe von Taktsignalen zu vorgegebenen Zeitpunkten abgetastet. In einem Decodierer werden aus den abgetasteten Datensignalen die übertragenen Daten zurückgewonnen und an eine Datensenke abgegeben.

Die empfangsseitigen Trägersignale und Taktsignale werden in einer Trägerregelstufe bzw. einer Taktregelstufe ständig mit den übertragenen Datensignalen synchronisiert. Der Fangbereich dieser Regelstufen ist jedoch im allgemeinen nicht groß, so daß eine Einsynchronisierung zu Beginn einer Übertragung von Daten nicht gewährleistet ist. Es ist bereits bekannt, zum Einsynchronisieren der Trägersignale und der Taktsignale zunächst einzelne Impulse vom Datensender zum Datenempfänger zu übertragen. Die Abstände der einzelnen Impulse sind so groß, daß sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Aus der Form der Impulse können Regelkriterien abgeleitet werden, mit denen ein Einsynchronisieren auch bei beliebigen Anfangswerten der Träger und der Taktphase ermöglicht wird.

Bei der bekannten Grobsynchronisierung muß nicht nur die Übertragung der Daten vom Sender zum Empfänger in einer Richtung unterbrochen werden, sondern auch in umgekehrter Richtung, da dem Sender vom Empfänger aus mitgeteilt werden muß, daß eine Grobsynchronisierung erforderlich ist. Die beiden Übertragungseinrichtungen sind somit in diesem Fall nicht mehr unabhängig voneinander.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen anzugeben, die bei einem beliebigen Datentext, d.h. ohne Verwendung einer besonderen Synchronisierezeichenfolge arbeitet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Schaltstufe vorgesehen ist, an der eingangsseitig von der Abtaststufe erzeugte abgetastete Datensignale anliegen und die an die Trägerregelstufe die Phase der Trägersignale verändernde erste Steuersi-

gnale und an die Taktregelstufe die Phase der Taktsignale verändernde zweite Steuersignale abgibt, solange die über eine vorgegebene Zeitdauer gemittelte Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale und ihren Sollwerten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß die Trägersignale und die Taktsignale sehr schnell mit den übertragenen Datensignalen synchronisiert sind. Bei dem Beginn einer Übertragung von Daten oder bei einem Wechsel des Übertragungswegs, wie beispielsweise durch Ersatzschaltung von Richtfunkstrecken kann nicht erwartet werden, daß die Trägerphase und die Taktphase bereits im Fangbereich der Trägerregelstufe und der Taktregelstufe liegen. Ein langsames Einschwingen der Trägerregelstufe und der Taktregelstufe wird vermieden.

Die Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale und ihren Sollwerten wird auf vorteilhafte Weise ermittelt, wenn die Schaltstufe eine Differenzstufe enthält, an der die abgetasteten Datensignale und die Sollwertsignale anliegen und die Fehlersignale abgibt, die der Differenz zwischen den abgetasteten Datensignalen und den Sollwertsignalen entsprechen.

Zur Erzeugung der ersten und zweiten Steuersignale ist es zweckmäßig, wenn die Schaltstufe einen Gleichrichter enthält, der die Fehlersignale gleichrichtet und einen diesem nachgeschalteten Integrator enthält, der die gleichgerichteten Fehlersignale über mehreren Periodendauern der Taktsignale integriert. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Gleichrichter als Doppelweggleichrichter ausgebildet ist.

Um eine Entscheidung treffen zu können, wann die Grobsynchronisierung beendet ist und mit einer Feinsynchronisierung begonnen werden kann, ist es von Vorteil, wenn die Schaltstufe einen Vergleicher enthält, der an eine die Steuersignale erzeugende Steuerstufe ein Sperrsignal abgibt, das die Steuersignale sperrt, wenn die Fehlersignale den vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Datenübertragungsanordnung,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Schaltstufe zur Grobsynchronisierung,

F i g. 3 Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltstufe,

Fig.4 ein in Form von Höhenlinien dargestellter mittlerer, absoluter Fehler, der bei einer Übertragung von beliebigem Datentext auftritt als Funktion der Träger- und Taktphase.

Die in F i g. 1 dargestellte Datenübertragungsanordnung zeigt eine Datenquelle DQ, einen Datensender SE, eine Übertragungsstrecke US, einen Datenempfänger £Mund eine Datensenke DS. Die Datenquelle DQ gibt Daten in Form von binär codierten Datensignalen D1 an den Datensender SiT ab. Der Datensender SE enthält einen Codierer CD, ein Transversalfilter TF und einen Modulator MO. Der Codierer CD bewirkt eine Vorcodierung der Datensignale Di, wonach jeder Binärwert eines an seinem Ausgang abgegebenen Datensignals D 2 aus der Summe modulo 2 des gleichzeitig auftretenden Binärwerts des Datensignals 6*5 D1 und des um zwei Taktperioden früher aufgetretenen Binärwertes des Datensignals D 2 gebildet wird. Der Datensender SE enthält weiterhin ein Transversalfilter TF, das jedem 1-Wert des Datensignals D 2 einen Partial-Response-Impuls zuordnet. Jedem O-Wert des Datensignals D 2 wird kein Partial-Response-Impuls zugeordnet. Die aus den Partial-Response-Impulsen gebildeten Datensignale D 3 am Ausgang des Transversalfilters TF werden an einen Modulator MO abgegeben, der mittels Amplitudenmodulation und Einseitenbandübertragung entsprechende Datensignale D 4 über die Übertragungsstrecke US zum Datenempfänger EM überträgt. Die Vorcodierung der Datensignale und die Erzeugung der Partial-Response-Impulse im Transversalfilter TF sind bereits allgemein bekannt und beispielsweise in einer Veröffentlichung von Tannhäuser, A., und Gerges, A.: »Ein Verfahren zur Datenübertragung auf Primärgruppenverbindungen«, Nachrichtentechnische Zeitschrift, 29 (1976), Heft 6, Seiten 449 bis 452, beschrieben.

Der Datenempfänger EM enthält ein Empfangsfilter EF, dem die übertragenene Datensignale D 4 zugeführt werden. Der Ausgang des Empfangsfilters EF ist mit einem Demodulator DM verbunden, der mit Hilfe von Trägersignalen TK die übertragenen Datensignale D 4 demoduliert. Der Demodulator DM gibt an seinem Ausgang demodulierte Datensignale D 5 an eine Abtaststufe AB ab. Die Abtaststufe AB tastet die demodulierten Datensignale D 5 mit Hilfe von Taktsignalen TA ab. Am Ausgang der Abtaststufe AB werden abgetastete Datensignale D 6 abgegeben, deren Momentanwerte den Momentanwerten der demodulierten Datensignale D 5 zu den durch die Taktsignale TA gegebenen Abtastzeitpunkten zugeordnet sind. Die abgetasteten Datensignale D 6 werden einerseits an einen Decodierer DC abgegeben, der die empfangenen Daten in Form von codierten Datensignalen D 7 an die Datensenke DS abgibt. Andererseits werden die abgetasteten Datensignale D 6 an eine Trägerregelstufe TRR, an eine Taktregelstufe TAR und an eine Schaltstufe GSzur Grobsynchronisierung abgegeben.

Die Trägerregelstufe TRR erzeugt mit Hilfe von in einem Quarzgenerator QG erzeugten Taktimpulsen T die Trägersignale TR, die dem Demodulator DM zugeführt werden. Die Taktregelstufe TAR erzeugt ebenfalls mit Hilfe der Taktimpulse T die Taktsignale TA, die der Abtaststufe AB zugeführt werden. Die Phasen der Trägersignale TR und die der Taktsignale TA werden beispielsweise dadurch geregelt, daß in der Trägerregelstufe TRR und in der Taktregelstufe TAR zwischen die Taktimpulse T zusätzliche Taktimpulse eingeblendet werden oder einer oder mehrere Taktimpulse ausgeblendet werden.

Die Schaltstufe GS erzeugt mit Hilfe der abgetasteten Datensignale D 6 erste Steuersignale STi und zweite Steuersignale ST2, die der Trägerregelstufe TRR bzw. der Taktregelstufe TAR zugeführt werden und mit denen eine Grobsynchronisierung der Trägersignale TR bzw. der Taktsignale TA erfolgt.

Die in Fig.2 dargestellte Schaltstufe GS enthält einen Sollwertgeber SW, eine Differenzstufe DI, einen Gleichrichter GR, einen Integrator IN, einen Vergleicher VG, einen Taktgeber TG und eine Steuerstufe SS. Die abgetasteten Datensignale D 6 werden einerseits dem Sollwertgeber 5Wund andererseits der Differenzstufe DI zugeführt. Der Sollwertgeber SW erzeugt Sollwertsignale 50, deren Momentanwerte den Sollwerten der Datensignale D 6 zugeordnet sind. Die Differenzstufe DI erzeugt Fehlersignale Fl, die die Abweichungen der Datensignale D 6 von den Sollwertsignalen 50 angeben. Diese Fehlersignale Fi werden in

einem Gleichrichter GR, der vorzugsweise als Doppelweggleichrichter ausgebildet ist, gleichgerichtet und als Fehlersignale F2 an einen Integrator IN abgegeben. Der Integrator IN integriert die Fehlersignale F2 über jeweils eine vorgegebene Anzahl von Periodendauern der Datensignale D 6 und gibt an seinem Ausgang integrierte Fehlersignale F3 an einen Vergleicher VG ab. Diese integrierten Fehlersignale F3 stellen den mittleren absoluten Fehler der Datensignale D 6 dar.

Jeweils am Ende einer Integrationsperiode vergleicht der Vergleicher VG diesen mittleren absoluten Fehler mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt ein Sperrsignal SP an die Steuerstufe SS ab, die mit Hilfe von von einem Taktgeber TG abgegebene Taktimpulsen die Steuersignale STi und ST2 erzeugt. Wenn der mittlere absolute Fehler kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, sperrt das Sperrsignale SP die Steuerstufe SS und es werden keine Steuersignale STi bzw. ST2 mehr abgegeben. In diesem Fall ist die Grobsynchronisierung beendet und es erfolgt nur noch eine Feinsynchronisierung durch die Trägerregelstufe TRR und die Taktregelstufe TAR. Weitere Einzelheiten der in F i g. 2 dargestellten Schaltstufe werden im folgenden zusammen mit den in F i g. 3 dargestellten Zeitdiagrammen beschrieben.

Bei den in F i g. 3 dargestellten Zeitdiagrammen sind in Abszissenrichtung die Zeit iund in Ordinatenrichtung die Momentanwerte von Signalen an verschiedenen Punkten des Datenempfängers EM und der Schaltstufe GS dargestellt.

Das demodulierte Datensignal D 5 weicht zu den Abtastzeitpunkten il bis f6, die durch das Auftreten der Taktsignale TA vorgegeben sind, vor der Grobsynchronisierung durch die Schaltstufe GS von ihren Sollwerten 0, 51 und 52 ab. Die Momentanwerte der Datensignale D 5 zu den Abtastzeitpunkten werden durch die Datensignale D 6 dargestellt, die am Ausgang der Abtaststufe AB abgegeben werden. Der Sollwertgeber SW in der Schaltstufe GS erzeugt aus den abgetasteten Datensignalen D 6 die Sollwertsignale 50, die die Sollwerte 0, 51 oder 52 annehmen können. Die Sollwertsignale 50 werden dabei aus den abgetasteten Datensignalen dadurch erzeugt, daß jeweils untersucht wird, ob das abgetastete Datensignal näher bei dem Wert 0, bei dem Schwellenwert 51 oder bei dem Schwellenwert 52 liegt. Die Differenzstufe DI erzeugt die Fehlersignale Fl, die jeweils die Differenz zwischen den abgetasteten Datensignalen D 6 und den Sollwertsignalen 50 darstellen. Diese Fehlersignale Fl werden in dem Gleichrichter GR gleichgerichtet und am Ausgang werden die Fehlersignale F2 abgegeben. Nach der Integration dieser Fehlersignale im Integrator IN wird das Sperrsignal SP erzeugt, das die Steuerstufe 55 freigibt bzw. sperrt. Die Steuersignale 571 und 572, die an die Trägerregelstufe TRR und die Taktregelstufe TAR abgegeben werden, geben die Verstellschrittweite für die Trägerphase und die Taktphase an. Diese Steuersignale 571 und 5Γ2 können beispielsweise Steuerspannungen für einen spannungsgesteuerten Oszillator oder einzelne Impulse sein, die zwischen die zur Erzeugung der Trägersignale 77? und der Taktsignale TA verwendeten Taktimpulse T ein- bzw. ausgeblendet werden.

Bei dem in Fig.4 dargestellten mittleren absoluten Fehler m als Funktion der Trägerphase und der Taktphase sind in Abszissenrichtung die Taktphase Φ und in Ordinatenrichtung die Trägerphase Θ dargestellt. Der mittlere absolute Fehler stellt eine Fläche dar, die durch die in der Fig.4 dargestellten Höhenlinien gekennzeichnet wird. Die Fläche wiederholt sich sowohl in Abszissen als auch in Ordinatenrichtung ständig, da jeweils ein Phasenwinkel von 180° einem Phasenwinkel von — 180° entspricht. Der Parameter m für die Höhenlinien ist auf den Betrag des Sollwerts 51 bzw. S 2 normiert und in der F i g. 4 sind Höhenlinien bis zu einem Wert von m=0,2 dargestellt. Falls beispielsweise der Fangbereich der Trägerregelstufe TRR und der Taktregelstufe TAR bis zu einem mittleren absoluten Fehler von /n=0,15 reicht, werden mit Hilfe der Steuersignale 571 und 572 die Trägerregelstufe TRR und die Taktregelstufe TAR so lange beeinflußt, bis der mittlere absolute Fehler kleiner als 0,15 ist.

Zu Beginn der Übertragung der Daten können die Trägerphase Θ und die Taktphase Φ einen beliebigen Wert zwischen —180° und +180° annehmen. Durch die Steuersignale 571 und 572 werden die Trägersignale TR und die Taktsignale TA gleichzeitig so verstellt, daß die entsprechende Höhenlinie möglichst schnell erreicht wird. In F i g. 4 ist beispielsweise ein Ausgangspunkt mit P bezeichnet, und durch gleichzeitiges Verstellen der Trägerphase Θ und der Taktphase Φ wird längs der gestrichen dargestellten Linie die entsprechende Höhenlinie erreicht. Der zwischen der gestrichelt dargestellten Linie und der Ordinate auftretende Winkel α wird dabei durch die fest vorgegebenen Verstellschrittweiten der Trägerphase Θ und der Taktphase Φ gebildet. Wenn die entsprechende Höhenlinie erreicht wird, wird die Grobsynchronisierung abgeschaltet und es werden keine Steuersignale 571 und 572 mehr abgegeben. Die folgende Feinsynchronisierung der Trägersignale TR und der Taktisgnale TA wird durch die Trägerregelstufe TRK bzw. die Taktregelstufe TAR übernommen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfänger, dem von einem Datensender modulierte Datensignale zugeführt werden, der eine die Trägersignale erzeugende Trägerregelstufe, eine die Taktsignale erzeugende Taktregelstufe, einen die modulierten Datensignale unter Verwendung der Trägersignale demodulierenden Demodulator und einen die demodulierten Datensignale unter Verwendung der Taktsignale abtastende Abtaststufe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltstufe (GS) vorgesehen ist, an der eingangsseitig von der Abtaststufe (AB) erzeugte abgetastete Datensignale (D 6) anliegen und die an die Trägerregelstufe (TRR) die Phase der Trägersignale (TR) verändernde erste Steuersignale (STi) und an die Taktregelstufe (TAR) die Phase der Taktsignale (TA) verändernde zweite Steuersignale (ST2) abgibt, solange die über eine vorgegebene Zeitdauer geihittelte Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale (D6) und ihren Sollwerten (0, Si, S2) einen vorgegebenen Schwellenwert (m) überschreitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) eine Differenzstufe (DI) enthält, an der die abgetasteten Datensignale (D 6) und den Sollwerten (0, 51, 52) zugeordnete Sollwertsignale (50) anliegen und die Fehlersignale (Fi) abgibt, die der Differenz zwischen den abgestasteten Datensignalen (D 6) und den Sollwertsignalen (5 0) entsprechen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) einen Gleichrichter (GR) enthält, der die Fehlersignale (Fi) gleichrichtet und einen diesem nachgeschalteten Integrator (IN) enthält, der die gleichgerichteten Fehlersignale (F2) über mehrere Periodendauern der Taktsignale (TA) integriert.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (GR) als Doppelweggleichrichter ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) einen Vergleicher (VG) enthält, der an eine die Steuersignale (STi, ST2) erzeugende Steuerstufe (SS) ein Sperrsignal (SP) abgibt, das die so Steuersignale (STi, ST2) sperrt, wenn die Fehlersignale (F3) den vorgegebenen Schwellenwert (m) unterschreiten.