NO170960B - Anordning for gjenvinning av signaltakt - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for gjenvinning av signaltakt."

En sådan anordning er nødvendig for gjenvinning av et digitalt signal etter dets forplatning gjennom et forvrengende og støyfullt medium.

Når et digitalt signal har vært gjenstand for filtrering eller forvrengninger av forskjellig slag, således at det er blitt blandet med støy, kan det signalbehandles i sann tid for hovedsakelig fullstendig å gjenvinne signalet. Ved digital signaloverføring over lengre avstander kan det imidlertid være påkrevd at signalgjenvinning finner sted mange ganger.

Selv om signalet kan være urent på grunn av avrunding og støy, er en sådan signalgjenvinning mulig ved utnyttelse av allerede kjent informasjon om signalets grunnleggende struktur. Denne struktur omfatter: - En klokketakt med frekvens fr, som fastlegger spesielle tidspunkter hvor diskrete signaltilstander skal opptre, og - et forut fastlagt antall av sådanne diskrete tilstander, f.eks. to.

Når signalgjenvinning finner sted, vil imidlertid støy og forvrengning gi grunnlag for feil. Sådanne feil kan i utgangspunktet ikke påvises, hvis ikke en sammenligning bit for bit kan gjøres med det opprinnelige signal.

I det enkleste tilfelle, som gjelder et rent binært signal, kan signalgjenvinning finne sted på følgende måte: - Innledningsvis treffes en avgjørelse med hensyn til nivået av det mottatte signal, nemlig ved å fastlegge om det representerer en binær 0-verdi eller en binær 1-verdi. Denne prosess er meget lik klipping av et signal som overskrider forut fastlagte terskelnivåer. - Derpå gjenvinnes klokketakten, for å kunne utføre signalsampling under de best mulige betingelser. Ideelt bør den gjenvunnede klokketakt ikke ha noen forstyrrende fluktua-sjoner i forhold til den opprinnelige takt. Dette innebærer at en frekvenskomponent fr = l/T kan anvendes, som normalt ikke foreligger i det digitale signalspektrum.

Man kan fristes til å frembringe en sådan frekvenskomponent ved hjelp av en lokal oscillator innstilt til den nominelle verdi av fr, men denne teknikk er dessverre ubrukelig, da det er praktisk umulig på forskjellige steder å frembringe to sinuslignende signaler med helt identisk frekvens og fase. Dette forholder seg slik fordi oscillatorer ikke kan innstilles til en vilkårlig frekvens med tilstrekkelig nøyaktig-het, og frekvens og fase kontinuerlig forskyves av slike fenomen som temperatur og støy.

Dette forklarer hvorfor det ved mottagelse av en digitalt modulert bærebølge, er nødvendig å benytte en anordning for gjenvinning av klokketakten, som i sin tur utnyttes for gjenvinning av selve det mottatte signal.

De fordringer som må stilles til en sådan anordning for klokketaktgjenvinning omfatter følgende punkter: a) Immunitet overfor forvrengning, og spesielt forvrengning som oppstår ved signaloverføring over flere forplantnings-baner, b) lite gjenværende signaldirring i fravær av forvrengning, c) tilfredsstillende tillatelig signaldirring, dvs. at en høy grad av signaldirring ikke skal føre til overføringsfeil,

og

d) faselåsning til den optimale åpning for signalsampling.

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en

anordning for gjenvinning av klokketakt og som tilfredsstiller de ovenfor angitte fordringer på en fordelaktig måte.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således en anordning for gjenvinning av klokketakt, og som er utstyrt med to innganger for å motta demodulerte utgangssignaler henholdsvis i fase og i kvadratur fra en demodulator samt omfatter en første modul som inneholder en faselåsende sløyfekobling og på sin utgang avgir en frekvenskomponent tilsvarende klokketakten.

Anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger da i at den omfatter to ytterligere moduler innrettet for nevnte taktgjenvinning og som er anordnet for over en første inngang å motta hvert sitt demodulerte signal samt over en andre inngang er forbundet med nevnte utgang fra den første modul, idet hver av de ytterligere moduler i rekkefølge fra den første inngang omfatter en samplende terskelinnretning for å angi fortegnet for vedkommende demodulerte signal samt for den gjenvunnede klokketakts faseawik, og som kan utnyttes av de kretser som sørger for selve klokketaktgjenvinningen, nemlig en fasevurderingskrets og en filterinnretning hvis utgangsspenning styrer en faseforskyvningskrets som er slik tilkoblet at signalet tilført vedkommende moduls andre inngang faseforskyves før det tilføres terskelinnretningen.

Fortrinnsvis omfatter den første modul en fortegnsbestemmende krets som omfatter en komparator fulgt av en differensiatorkrets på grunnlag av et høypassfilter. Hver samplende terskelinnretning omfatter da fortrinnsvis en samplingsenhet fulgt av en analog/digital-omformer, mens hver fasevurderingskrets fortrinnsvis omfatter en sekvensiell loigkkrets samt et logisk/analogt grensesnitt, og hver filterinnretning fortrinnsvis er et lavpassfilter.

I en utførelsesvariant av oppfinneIsesgjenstanden utgjøres hver filterinnretning av et båndpassfilter, mens to innstillbare forsinkelseskretser er anordnet mellom hver sin andre inngang til en av de ytterligere moduler og utgangen fra den første modul.

Særtrekkene og fordelene ved oppfinnelsesgjenstanden vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av utførelseseksempler under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 og 2 viser blokkskjemaer av to tidligere kjente

anordninger for gjenvinning av klokketakt,

fig. 3 er et blokkskjerna av en sådan anordning i henhold til

foreliggende oppfinnelse, og

fig. 4 er et blokkskjerna av en utførelsesvariant av anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

En anordning for gjenvinning av klokketakt og av en første type A, er vist i fig. 1. Den har to inngangslinjer Vx og Vy for demodulerte signaler henholdsvis i fase og i kvadratur. Disse inngangslinjer er forbundet med hver sin komparator 10 (eller 11) fulgt av hver sin tilordnede differensiator 12 (eller 13), idet utgangene fra differensiatorene er tilkoblet hver sin inngang til en summeringskrets 14, som er koblet til en faselåsende sløyfekobling 15.

Denne ikke-lineære signalbehandling av de to demodulerte signaler Vx og Vy frembringer et signal som omfatter en frekvenskomponent VR lik klokketakten. Denne frekvenskomponent trekkes da ut av en faselåsende sløyfekobling 15. Denne krets gjenvinner klokketakten på grunnlag av "0-gjennomganger" i det mottatte signal, idet det signal som klokketaktkompo-nenten utledes fra består av pulser som angir 0-gjennomgangene for det ene eller det annet av de innkommende linjesignaler.

En annen anordning for gjennvinning av klokketakt og av en andre type B, er vist i fig. 2 og omfatter en samplende terskelinnretning i en av inngangslinjene for demodulerte signaler Vx eller Vy. Denne samplende terskelinnretning kan f.eks. utgjøres av en samplingsenhet 18 fulgt av en analog/- digital-omformer 19 som har et visst antall mulige tilstander, f.eks. 12, og derved frembringer et utgangssignal 20 som representerer fortegnet for det signal som overføres over linjen Vx (eller Vy) samt et utgangssignal 21 som angir fortegnet for klokketaktens påviste faseawik. Denne anordning kan også anvendes for å gjenopprette det overførte signal. De to fortegnssignaler 20 og 21 overføres til en fasevurderingskrets som utgjøres av en sekvensiell logikkrets 22 og et logisk/analogt grensesnitt 23.

Utgangssignalet fra fasevurderingskretsen 22, 23 påtrykkes et lavpassfilter 24 fulgt av en spenningsstyrt krystalloscillator (VCXO) 25 som er tilbakekoblet både til samplingsenheten 18 og til den sekvensielle logikkrets 22.

En sådan krets utgjør da en faselåsende sløyfekobling hvor faseawiket fastlegges på grunnlag av en vurdering av det mottatte signal i sann tid. Sådanne fasebedømmere er beskrevet i IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-24, No. 5, mai 1976, Kurt H. Mueller og Markus Muller, "Timing Recovery in Digital Synchronous Data Receivers", side 516 - 531.

Den samplende analog/digital-omformer 19 frembringer det utledede fortegn for signalet på den betraktede overførings-linje sammen med det beregnede fortegn for avviket (hvor beregnet avvik = mottatt nivå - beregnet nivå). Disse data lagres over et visst antall symbolperioder og behandles på sådan måte at det oppnås digitale signaler som angir den statistiske fordeling av logiske nivåer, som er betegnende for faseawiket. En bestemmelse av faseawiket utledes så fra dette.

Et eksempel på en sådan anordning frembringer et utgangssignal e^ fra fasevurderingskretsen 22, 23, hvor: e^ = (fortegn X) (fortegn (awik for X_^)) - (fortegn X_]_)

(fortegn (awik for X)),

hvor X_ i og X er verdier tatt med mellomrom av ett symboltidsintervall.

Det kan påvises at som middelverdi er

e<<>P = hx - h_lf

hvor h]_ og h_ i utgjør hhv. prøve nr. 1 og prøve nr. -1

fra pulskarakteristikken for den overføringskanal som er under betraktning.

Klokken låses til en fase hvor avviket er lik null, dvs.:

e<<>P = 0 = hi = h_!«

Disse to anordninger for gjenvinning av klokketakten og som er vist i fig. 1 og 2, arbeider forskjellig i forhold til de driftskrav som er nevnt ovenfor. Ved betraktning av hver av de ovenfor nevnte fire punkter a, b, c og d kommer man således ved en sammenligning av de to typer anordninger, til følgende resultat: a) Den første type (A) klokketaktgjenvinningskrets er mer tolerant overfor forvrengning. Det skyldes dens særtrekk vedrørende oppfangning og tap av synkronisering, og som er betegnende for anordningens evne til å tåle signalover-føring over flere forplatningsbaner. Dette forklares ut fra det forhold at den andre type (B) klokketaktgjenvinningskrets utnytter det anslåtte awik, og forvrengning påvirker gyldigheten av awiksoverslaget.

Dette punkt er viktig da konvergensen av selvtilpassende systemer, som tillater dem å kompensere for virkningene av signaloverføring over flere forplatningsbaner, krever at klokketakt foreligger. b) Den andre type (B) gir mindre gjenværende signaldirring. c) Begge typer (A og B) kan gi tilfredsstillende tillatelig signaldirring ved hensiktsmessig innstilling av sløyfe-koblingens båndbredde. d) Den andre type (B) gir bedre faselåsning med hensyn til å oppnå en optimal samplingsåpning. I dette tilfelle er det

intet behov for manuell innstilling av faseforskyvningen.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse søker å kombinere fordelene ved kretsanordninger av begge typer (A og B) som er beskrevet ovenfor. Den omfatter således en første klokketaktgjenvinningsmodul 30, f.eks. av den type som er angitt i fig. 1, sammen med to ytterligere moduler 31 og 32.

Den første modul 30 kan alternativt være basert på andre typer tidligere kjente klokketaktgjenvinningskretser, f.eks. en klokketaktgjenvinningskrets som er basert på at det utføres en ikke-lineær operasjon på det modulerte høyfrekvenssignal.

Hver av de ytterligere moduler 31, 32 har en første inngang 33, 34 forbundet med den ene eller den annen av de to linjer for tilførsel av demodulerte signaler Vx, Vy, og en andre inngang 35, 36 koblet til utgangen fra den første modul 30.

Hver av de ytterligere moduler 31, 32 omfatter i rekkefølge fra sin første inngang 33, 34 en samplende terskelinnretning 37, 38 fulgt av en analog/digital-omformer 39, 40, en fasevurderingskrets 41, 42 av den type som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 2, en filterinnretning, f.eks. et lavpassfilter 43, 44 og en spenningsstyrt faseforskyver 45, 46 som på sin ene side er forbundet med samplingsenheten 37, 38 og på sin annen side med den andre inngang 35, 36, som i sin tur er tilkoblet utgangen fra den første modul 30.

Klokketakten gjenvinnes i to trinn, idet modulen 30 av type A gjenvinner en foreløpig klokketakt. Hver av fasevurderings-kretsene 41 og 42 innstiller den klokkefase som påtrykkes den krets som tar avgjørelsen (nemlig den samplende analog/digital-omf ormer) . Denne innstilling utføres separat for signalene Vx og Vy på hver av de to signallinjer.

De fire fordringspunkter a, b, c og d som er nevnt ovenfor vil nå bli betraktet etter tur: a) Den faseregulering som utføres av modulene 31, 32 av type B kan hindres ved å innstille deres faseforskyvere til faste verdier. En sådan sperring kan utføres ved hjelp av analoge omkoblere, f.eks. i tilfellet med signalforplat-ning over flere baner. Bærebølgens gjenvinningsalarm-signal kan utnyttes for å styre en sådan sperrefunksjon. Systemet blir da en klokketaktgjenvinningskrets av type A.

b) og c) Ved å innstille båndbredden for tilbakekoblings-sløyfen til tilstrekkelig bredde, vil modulen 30 av type A

sørge for at de vanlige spesifikasjoner for tillatelig signaldirring tilfredsstilles.

Båndbredden for de faselåsende sløyfekoblinger i de to moduler av type B bør innstilles til bredere verdier enn båndbredden for sløyfekoblingen i modulen av type A. Dette sikrer at den gjenværende signaldirring fra sløyfen av type A blir korrigert, og den eneste gjenværende dirring skriver seg da fra de faselåste sløyfer av type B, som har liten gjenværende signaldirring. d) Anordningen låses naturlig til en optimal samplingsåpning med h^ = h_]_.

Ved den utførelsesvariant av oppfinnelsen som er vist i fig. 4 er de fleste komponenter de samme som angitt i fig. 3. Lavpassfiltrene 43, 44 er imidlertid erstattet med båndpass-filtere 50, 51, mens manuelt innstillbare forsinkelseskretser 52, 5 3 er lagt inn mellom utgangen fra den første modul 30 og de andre innganger 35, 36 til hver av de ytterligere moduler 31, 32. En sådan anordning er egnet for samvirke med et selvtilpassende korreksjonsledd.

Den klokketaktgjenvinning av type B som er beskrevet ovenfor benytter awiksfunksjonen e^ = h^ - h_]_. Hvis imidlertid korreksjonsleddet har m fremre koeffisienter og n bakre koeffisienter, vil pulsprøvene i området -m til +n bli utslettet, bortsett fra den midtre pulsprøve (når f.eks. m er mindre enn n).

Den ovenfor angitte avviksfunksjon er da blitt ubrukbar. Tilpasning er imidlertid mulig ved følgende to tiltak: 1) Valg av selvtilpasset drift med en "dødsone". Ved drift av denne art utføres ingen modifikasjon av korreksjons-leddets overf©ringsfunksjon så lenge samplingsåpningen forblir tilstrekkelig stor. Terskelen for "tilstrekkelig stor samlingsåpning" velges slik at det sikres at systemet befinner seg godt utenfor avgjørelsesfeil.

Under sådanne forhold vil en liten fasefeil for klokketakten ikke medføre noen reaksjon i det selvtilpassende korreksjonsledd og klokkefaselåsning kan finne sted.

Så langt er imidlertid tilpasningen ikke fullstendig, da klokketakten antar en vilkårlig faseverdi etter et konvergens-trinn i den selvtilpassende algoritme (f.eks. når det opptrer en forvrengning). Det må således også treffes nok et tiltak: 2) Den koblingsstruktur som er vist i fig. 4 tjener til å eliminere likestrømskomponenten fra faselåsningen. Dette utføres ved å erstatte lavpassfiltrene 43, 44 i sløyfen med båndpassfiltrene 50, 51 med meget lav nedre avskjær-ingsfrekvens (noen få titalls hertz).

Faselåsningsfunksjonens signaldirringsoverføring blir da null ved likestrøm. Den midlere klokkefase fastlegges nå ved manuell innstilling av de regulerbare forsinkelsesinnretninger 52 og 53 som tillater at klokketaktens faseposisjon innstilles slik at samplingsåpningen blir så stor som mulig. Denne faseinnstilling er heldigvis mindre kritisk i selvtilpassende systemer, og innstillingen er da lettere å utføre.

Faselåsningen opprettholder sin dynamiske funksjon og reduksjonen i gjenværende signaldirring (på den klokketakt som anvendes for å treffe avgjørelse) forblir effektiv.

Claims (7)

1. Den ovenfor angitte beskrivelse gjelder naturligvis bare de angitte, foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse, og forskjellige komponenter kan således erstattes med tilsvarende, andre komponenter uten at patentkravenes ramme over-skrides . 1. Anordning for gjenvinning av klokketakt, og som er utstyrt med to innganger for å motta demodulerte utgangssignaler (Vx, Vy) henholdsvis i fase og i kvadratur fra en demodulator samt omfatter en første modul (30) som inneholder en faselåsende sløyfekobling (15) og på sin utgang avgir en frekvenskomponent tilsvarende klokketakten,karakterisert ved at anordningen omfatter to ytterligere moduler (31, 32) innrettet for nevnte taktgjenvinning og som er anordnet for over en første inngang (33, 34) å motta hvert sitt demodulerte signal (Vx, Vy) samt over en andre inngang (35, 36) er forbundet med nevnte utgang fra den første modul (30), idet hver av de ytterligere moduler i rekkefølge fra den første inngang omfatter en samplende terskelinnretning (37, 39 og 38, 40) for å angi fortegnet for vedkommende demodulerte signal samt for den gjenvunnede klokketakts faseawik, og som kan utnyttes av de kretser 'som sørger for selve klokketaktgjenvinningen, nemlig en fasevurderingskrets (41, 42) og en filterinnretning (43, 44) hvis utgangsspenning styrer en faseforskyvningskrets (45, 46) som er slik tilkoblet at signalet tilført vedkommende moduls andre inngang (35, 36) faseforskyves før det tilføres terskelinnretningen.
2. 2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert ved at den første modul (30) omfatter en fortegnsbestemmende krets (10, 11) utført på grunnlag av en komparator, og en differensiatorkrets (12, 13) utført på grunnlag av et høypassfilter.
3. 3. Anordning som angitt i krav 1karakterisert ved at hver samplende terskelinnretning (37, 39 og 38, 40) omfatter en samplingsenhet (37, 38) fulgt av en analog/digital-omformer (39, 40).
4. 4. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert ved at hver fasevurderingskrets (41, 42) omfatter en sekvensiell logikkrets og et logisk/analogt grensesnitt.
5. 5. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 1 - 4, karakterisert ved at hver filterinnretning utgjøres av et lavpassfilter.
6. 6. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 1 - 4, karakterisert ved at hver filterinnretning utgjøres av et båndpassfilter (50, 51).
7. 7. Anordning som angitt i krav 5 eller 6,karakterisert ved at to innstillbare forsinkelseskretser (52, 53) er anordnet mellom hver sin andre inngang (35, 36) til de ytterligere moduler (31, 32) og utgangen fra den første modul (30).