DE2657914C2

DE2657914C2 - Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfänger

Info

Publication number: DE2657914C2
Application number: DE2657914A
Authority: DE
Inventors: Andre Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Gerges
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1978-11-30
Also published as: SE7714511L; SE421473B; DE2657914B1; BE862123A; BR7708453A; US4213006A; NL7714133A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalen und Taktsignalen mit Datensignalen in einem Datenempfän- fco ger, 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 i>"> demodulierenden Demodulator und einen die demodulierten Datensignalc 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-lmpulse 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 Datcnsignalen die übertragenen Daten zurückgewonnen und an eine Datensenke abgegeben.

Die empfangsseitigcn 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 Dalenempfänger 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 Synehronisierezeichenfolge arbeitet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Schaltstufc vorgesehen ist, an Ier eingangsseitig von der Abtaststufe cr/eugte 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 Sollwe'ten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß die Trägersignale und die Faktsignale 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 Sonwerten 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 Datensignaien und den Sollwertsignalen entsprechen.

Zur Erzeugung der ersten und zweiten Steuersignale ist es zweckmäßig, wenn die Schaltstufe einen Gleichrichter enthält, der die Fchlersignale gleich · ichtet und einen diesem nachgcschalteten 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 Schallstufe einen Vergleicher enthalt, 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

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Datenübertragungsanordnung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltstufe zur Grobsynchronisierung,

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

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 Fig. I dargestellte Datenübertragungsanordnung zeigt eine Datenquelle DQ, einen Datenseider SE, eine Übertragungsstreckc US, einen Datenempfänger £Mund eine Datensenke DS. Die Datenquelle DQ gibt Daten in Form von binär codierten Datensignalen D 1 an den Datensender Sffab. Der Datensender SEenthält einen Codierer CD, ein Transversalfilter TF und einen wi Modulator MO. Der Codierer CD bewirkt eine Vorcodierung der Datensignale Dl, wonach jeder Binärwort eines ;in seinem Ausgang abgegebenen Daicnsignals DI aus der Summe modulo 2 des gleichzeitig auftretenden Biniirwerts des Datensignals . D 1 und des um zwei Taktperioden früher aufgetretenen Binärwertes des Datensignals 1)2 gebildet wird. Der Datensender .S'C enthält weiterhin ein Transversalfilter TF, das jedem 1-Wert des Datensignals D 2 einen Partial-Response-Impuls zuordnet. Jedem O-Wert des Datensignals D2 wird kein Partial-Response-lmpuls zugeordnet. Die aus den Partial-Response-lmpulsen gebildeten Datensignale D3 am Ausgang des Transversalfilters TF werden an einen Modulator MO abgegeben, der mittels Amplitudenmodulation und Einseitenbandübertragung entsprechende Datensignale £>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«, Nachrichientechnische 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 TR die übertragenen Datensignale D4 denioduliert. Der Demodulator DM gibt an seinem Ausgang demodulierte Datensignale D 5 an eine Abtaststufe AB ab. Die Abtaststufe AR tastet die demodulierten Datensignale D5 mit Hilfe von Taktsignalen TA ab. Am Ausgang der Abtaststufe AB werden abgetastete Datensignale D6 abgegeben, deren Momentanwerte den Momentanwerten der demodulierten Datensignale D 5 zu den durch die Taktsignale TA gegebenen Abtastzeitpunkten zugeordnet sind. Die abgetasteten Datensignale D6 werden einerseits an einen Decodierer DC abgegeben, der die empfangenen Daten in Form von codierten Datensignalen Dl an die Datensenke DS abgibt. Andererseits werden die abgetasteten Datensignale Dft an eine Trägerregelstufe TRR, an eine Taktregelstufc 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 GSerzeugt mit Hilfe der abgetasteten Datensignale D% erste Steuersignale STX 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 Dl, einen Gleichrichter GR, einen Integrator IN, einen Vergleicher VG, einen Taktgeber TG und eine Steuerstufe SS. Die abgetasteten Datensignale ύβ werden einerseits dem Sollwertgeber 5W und andererseits der Differenzstufe Dl zugeführt. Der Sollwertgeber .9W-' erzeugt Sollwertsignale SO, deren Momentanwerte den Sollwerten der Datensignal^ !)b zugeordnt" sind. Die Differenzstufe Dl erzeugt rehlersignale /·'!, die die Abweichungen der Datensignale £>6 von den .Sollwertsignalen .SO angeben. Diese i-ehlersignale Fl werden in

einem Gleichrichter GR, der vorzugsweise als Doppelwegglciehrichter ausgebildet ist, gleichgerichtet und als r-'ehlersignale F2 an einen Integrator IN abgegeben. Der Integrator //V integriert die Fehlersignalc F2 über jeweils eine vorgegebene Anzahl von Periodendauern der Datensignale D% und gibt an seinem Ausgang integrierte Fehlersignale /'3 an einen Vergleiche!· VG ab. Diese integrierten Felllersignale F3 stellen den mittleren absoluten Fehler der Datensignal D 6 dar.

Jeweils am Rnde einer Inlegrationsperiode 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 miniere absolute Fehler kleiner isi als der vorgegebene Schwellenwert, sperrt das Spcrrsignale SP die Steuerstufe SS und es werden keine Steuersignale 57Ί 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 ι und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte von Signalen an verschiedenen Punkten des Datenempfängers EM und der Schaltslufe GSdargestelll.

Das demodulierte Datensignal D 5 weicht zu den Abtastzeitpunkten 11 bis (6, die durch das Auftreten der Taktsignale TA vorgegeben sind, vor der Grobsynchronisierung durch die Schaltstufc GS von ihren Sollwerten 0, Sl und S2 ab. Die Momentanwerte der Datensignale D5 zu den Abtastzeitpunkten werden durch die Datensignale D6 dargestellt, die am Ausgang der Abtaststufe AB abgegeben werden. Der Sollwertgeber SW in der Schaltstufe GS erzeugt aus den abgetasteten Datensignalen D6die Sollwertsignale 50, die die Sollwerte 0, S1 oder S 2 annehmen können. Die Sollwertsignale SO werden dabei aus den abgetasteten Datensignalen dadurch erzeugt, daß jeweils untersucht wird, ob das abgetastete Datensignal näher bei dem Wert 0, bei dem Schwellenwert Sl oder bei dem Schwellenwert S2 liegt. Die Differenzstufe D/erzeugt die Fehlersignale Fl. die jeweils die Differenz zwischen den abgetasteten Datensignalen D6 und den Sollwertsignalen SO 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 SPerzeugt, das die Steuerstufe S, freigibt bzw. sperrt. Die Steuersignale S7~l und S7"2. di an die Trägerrcgelstufe TRR und die Taktregelstuf TAR abgegeben werden, geben die Vcrstcllschrittweit für die Tragerpha.se und die Takiphase an. Diese Steuersignale 57"! und S7~2 können beispielsweis .Steuerspannungen für einen spannungsgestcuerlcn Oszillator oder einzelne Impulse sein, die /wischen die zur [j/cugung der Trägersignale TR und der Taktsigna

ίο Ic TA verwendeten Taktimpulse Tein- bzw. auskehlen del werden.

Bei dnm in Fig.4 dargestellten mittleren absoluter Fehler m als Funktion der Trägerphase und de Taktphasc sind in Abszissenrichtung die Taktphase Φ und in Ordinatenrichtung die Trägerphase (-) dargestellt Der mittlere absolute Fehler stellt eine Fläche dar, die durch die in der Fig.4 dargestellten Höhenlinien gekennzeichnet wird. Die Fläche wiederholt sich sowoh in Abszissen als auch in Ordinatenrichtung ständig, di jeweils ein Phasenwinkel von 180" einem Phasenwinke von -180" entspricht. Der Parameter m für die Höhenlinien ist auf den Betrag des Sollwerts Sl bzw S 2 normiert und in der Fig.4 sind Höhenlinien bis zi einem Wert von m = 0,2 dargestellt. Falls beispielsweise der Fangbereich der Trägerrcgelstufe TRR und der Taktregelstufe T^R bis zu einem mittleren absoluten Fehler von m = 0,l5 reicht, werden mit Hilfe der Steuersignale S7"l und ST2 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 57"! und S7~2 werden die Trägersignale TR und die Taktsignale TA gleichzeitig so verstellt, daU die entsprechende Höhenlinie möglichst schnell erreich 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 Verstellschritt weiten der Trägerphase Θ und der Taktphase Φ gebildet. Wenn die entsprechende Höhenlinie erreicht wird, wird die Grobsynchronisierung abgeschaltet und es werden keine Steuersignal· STi und S72 mehr abgegeben. Die folgende Fe nsynchronisierung der Trägersignale TR und der Tak isgnale TA wird durch die Trägerregelstufe TRR bzw. die Taktregelstufe TAR übernommen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Grobsynchronisieren von Trägersignalcn 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 (ST\) und an die Taktregelstufe (TAR) die Phase der Taktsignale (TA) verändernde zweite Steuersignale (ST2) abgibt, solange die über eine vorgegebene Zeitdauer gemittelte Differenz zwischen den Momentanwerten der abgetasteten Datensignale (D 6) und ihren Sollwerten (0, 51, S 2) einen vorgegebenen Schwellenwert (m) überschreitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (GS) eine Differenzstufe (Dl) enthält, an der die abgetasteten x Datensignale (D6) und den Sollwerten (0, SI, 52) zugeordnete Sollwertsignale (50) anliegen und die Fehlersignale (Fi) abgibt, die der Differenz zwischen den abgestasteten Daiensignalen (D 6) und den Sollwertsignalen (50) entsprechen. J5

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 «o Fehlersignale (F2) über mehrere Periodendauern der Taktsignale (T/^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 Steuersignale (STi, ST2) sperrt, wenn die Fehlersignale (FJ) den vorgegebenen Schwellenwert (m) unterschreiten.