DE2324853A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur rueckgewinnung des bittaktes aus einem empfangenen binaeren nachrichtensignal - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung des Bittaktes aus einem emphangenen binären Nachrichtensignal Stand der Technik Aus der DT-OS 2 141 887 ist ein Phasenkomparator bekannt, der als Ergebnis der Phasenmessung an den beiden zu vergleichenden Signalen ein Ausgangssignal abgibt, welches dann paarweise positive und negative Impulse mit betragsmäßig gleicher und konstantbleibender Höhe an einen nachfolgenden Integrator liefert, wenn in dem empfangenen Nachrichtensignal ein Zeichenwechsel stattfand, wobei der Flächeninhalt des jeweiligen positiven bzw. negativen Impulses eines Impulspaares ein Maß für die Phasenlage zwischen dem empfangenen Nachrichtensignal und dem örtlich erzeugten Bit-Takt darstellt, was durch die nachfolgende Integration dieses Ausgangssignals direkt zur Erzeugung der gewünschten Regelspannung für den ortlichen Bit-Takt-Generator ausgenützt wird.
• Ein wesentlicher Nachteil des beschriebenen Phasen-Komparators besteht jedoch darin, daß er nicht jeden Zeichenwechsel im empfangenen Nachrichtensignal zur Phasenmessung heranzieht und somit auf einen er@eblichen Teil an Phasenregelinformation verzichtet, was u.a. zur Folge hat, daß die Phasennachregelung nicht optimal schnell erfolgen kann. Hinzu kommt, daß zwar im langzeitlichen Mittel gleich viele positive wie negative Zeichenwechsel erfaßt werden, jedoch in kürzeren Zeitabschnitten es durchaus vorkommen kann, daß aufgrund einer zufälligen Konstellation der Zeichen im Eingangssignal - beispielsweise eine periodische Folge von alternierenden "NUllen" und "Einsen" - die Zeichenwechsel mit einem bestimmten Vorzeichen (positiv bzw. negativ) bevorzug zum Phasenvergleich herangezogen werden, was in diesem betreffenden Zeitabschnitt zu einer Asymmetrie de@ Wahrscheinlichkeitsverteilung des Phasenrauschens führt.
• Ein weiterer Nachteil des genannten Phasenkomparators liegt darin, daß die zeitliche Position der letzten Signaiflanke eines Impulspaares im Ausgangssignal (vgl. dort Fig. 9 - 11, Kurve T) nicht direkt durch die zeitliche Position des dazugehörigen Zeichenwechsels im empfangenen Nachrichtensignal gegeben ist, sondern vielmehr von der vorbestimmten Standzeit einer monostabilen Kippstufe abhängt, so daß ein statistisch auftretender Flankenitter im empfangenen Nachrichtensignal nur einseitig bewertet wird und damit eine stärkere Auswirkung auf das resultierende Regelsignal hat.
• Aufgabe: Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenkomparator zusentwickeln, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist und darjiberhinaus mit einem geringeren schaltungstechnischen Aufwand zu erstellen ist Die Auf gabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind in den Unteraspruchen angegebene Vorteile: Die Erfindung nutzt zur Gewinnung eines Eorrektursignals für den Bit-Takt-Generator jeden Zeichenwechsel im empfangenen Nachrichtensignal aus. Dadurch wird eine optimale und schnelle Phasennachregelung des Bit-Takt-Generators erzielt. Eine Asymmetrie der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Phasenrauschens wird vermieden. Statistisch auftretende Flankenjitter im empfangenen Nachrichtensignal werden beidseitig bewertet. Der Aufwand gegenüber bekannten Lösungen ist verringert.
• Erläuterung der Erfindung Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Blockschaltbild einer bekannten Anordnung zur Rückgewinnung des Bit-Taktes aus einem empfangenen Nachrichtensignal, Fig. 2 das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Phasenkomparators, Fig. 3 der zeitliche Verlauf der einzelnen Signale, wie sie in dem erfindungsgemäßen Phasenkomparator auftreten.
• In Figur 1 ist das Blockschaltbild einer Phasenregelschleife dar gestellt, wie sie beispielsweise zur Synchronisierung eines örtlochen Bit-Takt-Generators auf die Bitfrequenz eines ankommenden Nachrichtensignals verwendet wird.
• Das ankommende, in seiner Amplitude gedämpfte und in seiner Impulsform verzerrte Nachrichtensignal Ao wird in einem Verstärker 1 verstärkt und anschließend in einer Impulsformerstufe 2 auf eins.
• heitliche Impulshöhe begrenzt, so daß am Ausgang der Impuisformerstufe 2 ein binäres Nachrichtensignals A (vgl. Kurve A in Fig. 3> vorliegt. Dieses Signal A gelangt auf den einen Eingang eines Phasenkomparators 3, an dessen anderem Eingang das Bit-Takt-Signal E (vgl. Kurve E in Fig. 3) anliegt, welches von dem örtlichen Bit-Takt-Generator 5 erzeugt wird. Der Phasenkomparator arbeitet digital. Seine durch den Integrator 4 über der Zeit aufsummierte Ausgangsspannung ist ein Maß für die Phasenabweichung zwischen dem empfangenen Nachrichtensignal und dem Bit-Takt-Genenrator 5 und dient zur Steuerung eines, den Bit-Takt-Genenrator ansteuernden spannungsabhängigen Oszillators (VCO), der in Fig.l nicht gesondert eingezeichnet ist.
• Am Ausgang des Phasenkomparators 3 soll nun ein Signal Q (vgl.
• Kurve Q in Fig. 3, entstehen, indem immer dann ein Impulspaar, beatehend aus einem ersten positiven Impuls, dem sofort ein negativer Impuls gleicher Höhe folgt, auftritt, wenn im Nachrichtensignal A ein Zeichenwechsel stattfand. An den zeitlichen Steilen, wo im Nachrichtensignal A kein Zeichenwechsel stattfand, soll auch im Ausgangssignal Q kein Impulspaar auftreten. An diesen Stellen soll das Ausgangssignal auf O Volt liegen bleiben Das Verhältnis der Flächen der beiden Impulse eines Impulspaares ist ein direktes Maß für die Phasenabweichung ## des Bit-Taktes von seiner Sollphase, so daß nach der anschließenden Integration des Signals Q durch den Integrator 4 die notwendige Regelspannung für den Bit-Takt-Generator 5 entsteht, damit dieser seine Phasenlage auf ## = O einstellt.
• Anhand des Ausführungsbeispiels, wie es in Fig. 2 durch ein Blockschaltbild dargeste.llt ist, und in Verbindung mit den dazugehörigen Zeitdiagrammen in Fig. 3 soll nun der erfindungsgemäße Phasenkomparator beschrieben werden.
• Das empfangene NachrSchtenslgnal A gelangt über eine Verzögerungseinrichtung 7, welche das Signal um eine Bitdauer verzögert und dadurch das Signal B erzeugt, an den einen Eingang eines UND-Gliedes 8, an dessen anderem Elngang das durch die Inverterstufe 6 invertierte Signal A, also Signal A anliegt. Gleichzeitig ist Signal A mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 9 verbunden, an dessen anderem Eingang das über die Inverterstufe 10 invertierte Signal B also Signal B anliegt.
• Der Ausgang des UND-Gliedes 8, weicher das Signal C = AA B liefert, ist mit dem Eingang einer ersten bistabilen Kippstufe 11 - beispielsweise einem getakteten D-Flip-Flop - sowie mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 13 und einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 16 verbunden.
• Der Ausgang des UND-Gliedes 9, welcher das Signal D = AAB liefert, ist mit dem Eingang einer bistabilen Kippstufe 12, die von der gleichen Art wie Kippstufe 11 sein kann, sowie mit den ersten Eingang eines UND-Gliedes 14 und einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 15 verbunden. Die beiden bistabilen Kippstu-fen 11 und 12 werden getaktet durch das Signal E, welches vom Ausgang des Bit-Takt-Generotors geliefert wird.
• Der nichtinvertierende Ausgang der bistabilen Kippstufe 11 liefert das Signal F, welches auf den 2. Eingang des UND-Gliedes 16 geführt wird, während der invertierende Ausgang mit dem 2 Eingang des UND-Gliedes 13 verbunden ist Der nichtinvertierende Ausgang der bistabilen Kippstufe 12, welcher das Signal G liefert, ist mit dem 2. Eingang des UND-Gliedes 15 verbunden, während der invertierende Ausgang mit dem 2. Eingang des UND-Gliedes 14 verbunden ist.
• Die beiden Ausgänge der UND-Glieder 13 und 14 (Signale K und H) sind mit den Eingängen eines ODER -Gliedes 17 verbunden, an dessen Ausgang das Signal L entsteht. Damit ist- L = HVK = (DAG) V (cAF) Die beiden Ausgänge der UND-Glieder 15 und 16 (Signale M und N) sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 18 verbunden, an dessen Ausgang das Signal P entsteht. Damit ist P = MVN = (GA D) V (FAC) In den Signalen L und P steckt nun bereits die maximal zu gewinnende Information über die Phasenbeziehung zwischen dem empfangenen Nachrichtensignal A und dem örtlich erzeugten Bittakt--E.
• Die Signale L und P werden Jeweils einem Impulsverstärker 19 bzw.
• 20 zugeführt, wobei der Impulsverstärker 19 das Signal L bei gleichbleibender Polarität auf eine vorbestimmte Hohe der Impulse normiert, während der Impulsverstärker 20 das Signal P auf die gleiche Höhe der Impulse, jedoch mit entgegengesetzter Polarität normiert. Die Ausgangssignale der beiden Impulsverstärker 19 und 20 werden über ein Widerstandsnetzwerk addiert, so daß letztlich das gewünschte resultierende Signal Q entsteht, welches de 3 normierten Zustände +1, 0 und -l annehmen kann.
• Immer dann, wenn im empfangenen Nachrichtensignal ein Zeichenwechsel stattfand tritt in dem Signal Q ein Impulspaar, bestehend aus einem ersten Impuls der normierten Höhe +1 und einem sofort darauf folgenden zweiten Impuls der Höhe -I auf. Ist im empfangene nen Nachrichtensignal kein Zeichenwechsel aufgetreten, bleibt das Signal Q auf der normierten Höhe 0 liegen, wobei O der Spannung 0 Volt entspricht.
• Die Breite der +1 bzw. Impulse im Signal Q hängt direkt von der momentanen Phasenabweichung ## ab. und liefert durch die anschließende Integration des Signals Q ein Steuersignal, welches die Phasenlage des Bittakts so korrigiert, daß ## = 0 wird, wodurch die +1 und -1-Impulse gleich breit werden und damit die -Integration.dieser Impulse keine Änderung der resultierenden Ausgangsspannung des Integrators 4 (vgl. Fig.1) mehr liefert. Wihrend der Zeiten, in denen keine Zeichenwechsel im empfangenen Nachrichtensignal auftreten und damit das Signal Q den Wert O Volt annimmt, liefert die Integration des Signals Q ebenfalls keine Änderung in der Steuerspannung für den Taktgenerator 5.
• Durch diese besondere Ausgestaltung des Signals Q wird somit erreicht, daß je nach der Frequenzkonstanz des örtlichen Bit-Takt-Generators 5 die phasengenaue Bit-Synchronisierung über lange Zeiten aufrecht erhalten werden kann, ohne daß ein Zeichenwechsel im empfangenen Nachrichtensignal auStreten muß.
• Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die beiden Signale L und P jeweils direkt einem Eingang eines Differential-Integrators zugeführt werden. so daß beispielsweise Signal P mit positivem Vorzeichen und Signal L mit negativem Vorzeichen aufintegriert wird und damit gleichermaßen wie im erstgenannten Verfahren die gewünschte Regelspannung am Ausgang des Differential-Integrators zustandekommb, ohne daß die Signale L und P vorher mittels -Impulsschaltungen miteinander kombiniert werden.

Claims (5)

patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung des Bittaktes aus ei empfangenen binären Nachrichtensignal, bei dem die Impulsd eines Binärzeichens gleich der Bitdauer ist, bei. der durch Vergleich des empfangenen Nachrichtensignals mit einem ört erzeugten Taktsignal ein erstes Steuersignal erzeugt wird, welches aus einem ersten Impuls normierter-Höhe und einem sofort an den ersten Impuls .anschließenden zweiten Impuls gleicher Höhe, jedoch entgegengesetzter Polarität besteht» deren Impulsdauerverhältnis ein direktes Maß für die momentane Phasenbe hung zwischen dem empfangenen Nachrichtensignal und dem örtlich erzeugten Taktsignal darstellt und welches nach anschließender Integration ein zweites Steuersignal liefert das den-das Taktsignal liefernden Taktgenerator derart beeinflußt, daß das Taktsignal immer dieselbe vorbestimmte Phasenlage bezüglich des emphangenen Nachrichtensignals einnimmt, dadurch gekennzeich daß in einer ersten Schaltstufe (6-9) aus dem empfangenen Nachrichtensignal (A) ein erstes Signal (G) und ein zweites Signal (D) abgeleitet wird, wobei in dem ersten Signal immer dann sofort ein Impuls mit einer Breite, die der vorbestimmten Dauer eines Nachrichtenbits entspricht; auftritt, wenn im empfangenen Nachrichtensignal ein Zeichenwechsel vom logischen "l"-Zustand in den logischen "O"-Zustand stattfand und wobei in dem zweiten Signal immer dann sofort ein Impuls mit einer Breite, die der vorbestimmten Dauer eines Nachrichtenbits entspricht, auftritt, wenn im empfangenen Nachrichtensignal ein Zeichenwechsel vom logischen "O"-Zustand in den logischen "l"-Zustand stattfand und daß in einer zweiten Schaltstufe (11 und 12) aus dem ersten Signal (C) ein drittes Signal (F) und aus dem zweiten Signal (D) ein viertes Signal (G) hergeleitet wird, wobei jeweils die hergeleiteten Signale aus den ursprünglichen Signalen durch deren Phasenverzögerung um t - tf zustandekommen, wenn die Bitdauer des empfangenen Nachrichtensignals auf 2 t normiert und seine Phasenlage gegenüber dem Taktsignal (E) Ar ist und der Bezugspunkt ## = O in der Mitte einer Bitdauer des empfangenen Nachrichtensignals liegt, und daß in einer dritten Schaltstufe (13 - 18) aus den ersten bis vierten Signalen ein fünftes Signal (L), das der logischen Funktion L = (D#G) G) V (CAF) gehorcht und ein sechstes Signal (P), das der logischen Funktion P = MVN = (GAD) V (FAC) gehorcht, entsteht und daß durch Verknüpfung des fünften und sechsten Signals in einer vierten Schaltstufe das Ausgangssignal (Q) entsteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Nachrichtensignal (A) in e einer Verzögerungseiarichtung (7) um eine Bitdauer verzögert wird, wodurch ein verzögertes Signal (B) entsteht und daß das erste Signal (C) mittels eines Inverters (6) und eines UND-Gliedes (8) durch die logische Verknüpfung C = AAB und das zweite Signal (D) mittels eines Inverters (10) und des UND-Gliedes (9) durch die logische Verknüpfung D = AAB zustandekommt.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Schaltstufe die Phasenverzögerung des ersten bzw. zweiten Signals (C bzw D) um den Wert n - Lf jeweils mittels einer bistabilen -Kippstufe - insbesondere einem getakteten D-Flip-Flop - erreicht wird, wodurch das dritte Signal (F) bzw.

das vierte Signal (G) zustandekommt.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dritten-Schaltstufe ein fünftes Signal (L) durch die logische Verknüpfung L = (DAG) V (G#F) erster bis vierter Signale (C, D, F und G) mittels 2 UND-Gliedern (13, 14) und einem ODER-Glied (17) erzeugt wird, bei dem immer dann sofort ein Impuls mit der normierten Breite ar - aw entsteht, wenn im empfangenen Nachrichtensignal (A) ein Zeichenwechsel auftrat und das ein sechstes Signal (P) durch die logische Verknüpfung P = (asD) V (FA C) erster bis vierter Signale (C, D, F und G) mittels 2 UND-Gliedern (15, 16) und einem ODER -Glied (18) erzeugt wird, bei dem immer dann ein Impuls mit der normierten Breite # + # entsteht, wenn im empfangenen Nachrichtensignal (A) ein Zeichenwechsel stattfand.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung des fünften und sechsten Signals (L, P) zur Bildung des Ausgangssignals (Q) durch einen Differenzial-Integrator erfolgt, dessen bei den Eingänge diese Signale (L, P) zugeführt werden.