DE2351478C3

DE2351478C3 - Verfahren zur Synchronisation des Zeitrahmens im Empfänger eines Zeitmultiplex-Übertragungssystems auf den Zeitrahmen des Senders

Info

Publication number: DE2351478C3
Application number: DE19732351478
Authority: DE
Inventors: Klaus Dieter Dr.-Ing. 7913 Senden Schenkel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-10-13
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE2351478A1; DE2351478B2

Description

In POM-Übertragungssystemen ist eine ordnungsgemäße Rahmensynchronisierung am Empfangsort der nachrichten die Voratissetzung für einen unverzerrten tmpfang der übertragenen Nachricht. In besonderem Maße gilt dies für Zeitmultiplexübertragungssysteme, Wo nur bei Synchronismus zwischen dem übertragenen Rahmen und dem Ansteuertakt des Demultiplexers die Nachrichten den zugeordneten Nachrichtenempfängern richtig zugeführt werden können.

Stand der Technik

Es sind eine Reihe verschiedenartiger Verfahren kekannt geworden, die diese Aufgabe lösen und man unterscheidet dabei im wesentlichen zwischen einem Synchronisierverfahren mit einem über einen Teil eines Rahmens öder sogar über mehrere Rahmen verteilter) Sync-Wort und einem Verfahren, bei dem das Syric>Wort als Block an einer vorbestimmten Stelle des Rahmens eingefügt ist (siehe z.B, T- Sekimoto, H, Kaneko; Group synchronization for digital transmission systems, IRE Trans. Communications Systems 1962, S. 381—390). Es ist gezeigt worden, daß mit dem Blocksynchronisationsverfahren der Synchronismus sehr viel schneller erneuert werden kann als bei dem ί Verfahren mit verteiltem Sync-Wort (H. Häberle, Theorie der Blocksynchronisation binärer Übertragungssysteme, Dissertation TH München, 1966). Allerdings müssen auch bei der Blocksynchronisation je nach Länge des Syncwortes und des Rahmens nicht

in unerhebliche Synczeiten in Kauf genommen werden. Dies ist bei den derzeitigen PCM-Systemen mit }2 Übertragungskanälen je Rahmen insofern nicht kritisch, als man davon ausgehen kann, daß der einmal gewonnene Synchronismus über sehr lange Zeit

Ii gehalten werden kann und nur bei Auftreten besonderer iitörungen verloren geht.

Denkt man jedoch an digitale Übertragungssysteme mit 1000 oder mehr Kanälen je Rahmen und nimmt man an, daß durch Laufzeitänderungen oder gar durch Abschalten eines Empfängers eine Neusynchronisation sehr viel häufiger werden kann als in derzeitigen Systemen, dann wird die Notwendigkeit, vergleichsweise sehr schnell einen Rahmensynchronismus zu erreichen, augenfällig. Hier sind auch die mit den bekannten Methoden der Blocksynchronisation erreichbaren Synchronisierzeiten zu groß.

Aufg.tbe der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Synchroni-

Mi sierverfahren anzugeben, mit dem innerhalb kürzestmöglicher Zeit zwischen dem Rahmen der übertragenen digitalen Nachrichten und dem Ansteueriakt des Demultiplexers in einer Empfangseinrichtung Synchronismus erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird durch

η die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Durch die österreichische Patentschrift Nr. 2 93 481 ist ein Verfahren zum Synchronisieren eines PCM-Empfängers bekannt geworden, das für jeden Bitblock das gleiche Synchronisierbitmuster verwendet, das sich

■to wiederum aus gleichen, jeweils &i?sm PCM-Kanal zugeordneten Teilfolgen zusammensetzt. In einer 1. Phase wird der empfangene Bitstrom mit der Teilfolge mittels Abspeichern und Selektion in einem der Kanalzahl entsprechenden I.Intervall und bei

■ii Gleichheit in einer 2. Phase mit einer 2. Teilfolge in einem entsprechend der Kanalzahl kleineren 2. Intervall verglichen, bis der Blockanfang gefunden ist. Das Verfahren ist zwar für Blocksynchronisation allgemein anwendbar und in gewisser Weise unabhängig vom

so Multiplexgrad, ist jedoch aufwendig und weist eine relativ lange Synchronisationszeit auf.

Vorteile der Erfindung

ss Neben einer kurzen Synchronisierzeit erlaubt die Erfindung außerdem die Verwendung einer verhältnismäßig einfachen Bittaktrückgewinnungsschaltung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unieransprüchen angegeben

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1—4 näher beschrieben. Dabei zeigt im einzelnen
Fig, 1 einen Zeitmultiplexrahmen mit freien Und belegten Zeitschlitzen und einem Syncwort,

Fig.2 einen erfindungsgemäßen Zeilrriülliplexfah· men,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Slüt/impuls-SynclirnnisationsSchi>Itung,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Rahmen-Synchronisations-Schaltung.

Die Darstellung der Erfindung bezieht sich auf einen Zeitmultiplexrahmen (hier abgekürzt »Rahmen« genannt), mit η Zeitschlitzen, wobei jeder Zeitschlitz einen Nachrichtenblock mit m Bits enthalten kann.

Fig. 1 zeigt als Beispiel einen solchen Rahmen mit Synchronisatioi swort S (hier abgekürzt »Sync-Wort« genannt) und mit 1 bis π Zeitschlitzen, die teils ohne, teils mit m Nachrichtenbits belegt sind.

Geht man davon aus, daß nicht ständig nahezu alle Zeitschlitze mit Nachrichtenblöcken belegt sind, sondern daß es durchaus vorkommen kann, daß nur ein vergleichsweise geringer Teil der Zeitschlitze belegt ist, dann läßt sich die Bittaktrückgevvinnungsschaltung im Nachrichtenempfänger, deren Takt sich sehr genau auf den Takt der übertragenen Nachrichtenbits einstellen muß, um sowohl den Rahmensynchronismus zu erreichen, als auch eine fehlerfreie Decodierung der übertragenen PCM Signale zu ermöglichen, stark vereinfachen, wenn innerhalb des Rahmens .,Stützimpulse« vorgesehen werden, die auch bei über weiten Strecken unbelegten Zeitschlitzen der Bittaktrückgewinnungsschaltung die für den Bitsynchronismus notwendige Phaseninformation vermittelt.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Zeitmultiplexrahmen, wiederum mit Sync-Wort Sund Zeitschlitzen 1 bis n, jedoch mit zusätzlichen Stützimpulsen SI. Diese Stützimpulse sollen erfindungsgemäß in äquidistanten Abständen jeweils zwischen zwei Zeitschlitzen eingefügt werden, wobei die äquidistanten Abstände so gewählt sind, daß ein Rahmen in eine ganzzahlige Anzahl solcher äquidistanten Abstände aufgeteilt werden kann. Dadurch erscheinen die Stützimpulse in jedem Rahmen an derselben Stelle.

Diese Stützimpulse vereinfachen nicht nur die Bittraktrückgewinnung im Empfänger, sondern sind ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Rahmensynchroi.isierung, die in zwei Stufen durchgeführt wird.

In der ersten Stufe findet eine Synchronisation auf die Stützimpulse statt. Sie arbeitet in einer Such- und Prüfphase. In der Suchphase wird der Stützimpuls, welcher jeweils in einem Abstand von k Bits auftreten soll, gesucht. In der anschließendem Prüfphase wird untersucht, ob ein gefundener wahrscheinlicher Slützimpuls qr-mal hintereinander in ununterbrochener Reihenfolge im vorgegebenen Abstand von k Bits auftritt. Erreicht q einen vorgegebenen Wert, ist die Synchronisation auf den Stützimpuls erreicht. Nachrichtenimpulse, welche den Slützimpuls vortäuschen können, werden dadurch mit genügender Sicherheit ausgeschieden.

Aus dieser Stützimpulssynchronisation läßt sich ein Zeitschlitzsnychronismus einfach herstellen, da die Anzahl der Zeitschlitze zwischen jeweils zwei Stützimpulsen bekannt ist.

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schaltung zur Synchronisation auf die Stützimpulse der Zeitmultiplexrahmen-

Die Nachrichtenbils der Übertragungsleitung L werden einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 31, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines bistabilen Flip-Flops 30 und dessen Ausgang mit einem Eingang des Flip-Flops 30 und mit dem Starleingang eines den Takt des inU-fnen Taktgenerators zyklisch zahlenden Modulo-ir-Ziihlers 32 verbunden sind, ferner einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 33 und über einen Inverter 38 dem ersten Eingang ein« UND-Gliedes 35 zugeführt. Die zweiten Eingänge der UND-Glie-, der 33 und 35 sind mit einem Impulsausgang des Zählers 32 verbunden, der bei jeweils k Zähltakten einen Impuls abgibt.

Die Ausgangsimpulse des UND-Gliedes 33 werden von einem Zähler 34 gezählt, der bei Erreichen eines

in Zählerstandes q einen Signalimpuls an ein bistabiles Flip-Flop 36 abgibt.

Der Ausgangsimpuls des UND-Gliedes 35 und ein Startimpuls, der beispielsweise bei Betriebsbeginn der Schaltung gegeben werden kann, werden den beiden

r, Eingängen eines ODER-Gliedes 37 zugeführt, dessen Ausgang mit den Reset-Eingängen der Zähler 32 und 34 und dem invertierten Eingang des Flip-Flop 30 verbunden ist, so daß ein Ausgangssignal des ODER-Gliedes 37 die Zähler 32 und 34 und den mit dem

>ii UND-Glied 31 verbundenen Ausgang des Flip-Flop 30 auf »l«setzi

Die Arbeitsweise der Schaltung ist feigende:
Zu Betriebsbe^inn setzt der Startimpuls die Zähler 32 und 34 auf »0« und das Flip-Flop 30 in den Suchzustand.

_.· Tritt bei diesem Zustand von der Übertragungsleitung L ein Impi'ls ein, welcher ein Stützimpuls sein könnte, aber auch ein diesem entsprechender Nachrichtenimpuls sein kann, dann setzt dieser Impuls über das UND-Glied 31 den Zähler 32 in Gang und gleichzeitig das Flip-Flop 30

in in den Prüfzustand. Der zyklisch zählende Zähler 32, der von der empfängerinternen Taktzentrale, die dieselbe Taktfrequenz wie die übertragenen Bits des Zeitmultiplexrahmens aufweist, angesteuert wird, gibt nach jeweils k Taktimpulsen einen Ausgangsimpuls K ab.

j-, Tritt nach k Takti'npulsen auf der Übertragungsleitung L wieder ein Impuls ein, so wird dieser Impuls über das UND-Glied 33 dem Zähler 34 zugeführt, der seinen Zählerstand r.m eine Einheit erhöht. Tritt nach k Taktimpulsen kein Impuls auf der Übertragungsleitung

in L ein, so war der den Zähler 32 startende Impuls kein Stützimpuls und durch den Ausgangsimpuls K des Zäl'ers 32 und den fehlenden Impuls auf der Übertragungsleitung L wird über den Inverter 38 das UND-Glied 35 und das ODER-Glied 3.' aktiviert.

ti dadurch der Zähler 34, das Flip-Flop 30 und uer Zähler 32 auf Null gesetzt und seine Taktzähluiig gestoppt, bis der nächste Impuls auf der Leitung L eintrifft.

Ist jedoch (7-mal, in ununterbrochener Reihenfolge im Abstand & ein Impuls eingetroffen, dann setzt der Zähler

ίο 34 das Flip-Flop 36 in den anderen Zustand und an seinem Ausgang wird das Signal StS= 1 abgegeben, das anzeigt, daß sich die Schaltung auf den Stützimpuls synchronisiert hat.

Sind in einem Rahmen sehr viel mehr als q Siützimpulse vorhanden, so kann sich die Schaltung mit großer Wahrscheinlichkeit innerhalb eines Rahmens auf die Stützimpulse synchronisieren und damit den Zeitschlitzsynchronismus erreichen.

In der folgenden zweiten Stufe wird nun das in einem

M) Zeitschlitz auftret nde Sync-Wort gesucht und damit die Rahmepsynchronisalion durchgeführt.

Diese zweite Stufe arbeitet wie die erste Stufe in einer Suchphase und einer Prüfphase. In der Sudiphase wird,. Zeitschlitz um Zeitschlitz fortschreitend, der Inhalt des jeweiligen Zeitschlitzes mit dem Sync-Muster verglichen. Mit π Zeitschl'iiien je Rahmen hat man damit mit maximal n-\ Suchschritten, d.h. also innerhalb eines Rahmens, das Sync-Wort erreicht, wenn es eindeutig

von jedem möglichen Nachriclitenblock untcrscheidbar ist, da bei der Zeitschlitzweisen Prüfung eine Vorläuschung des Sync-Worles bei ungestörtem Übertragungskanal nicht mehr möglich ist.

Eine vorteilhafte Weilerbildung der Erfindung sieht daher vor, daO das Sync-Wort sich von jedem möglichen Nachrichtenblock eindeutig unterscheidet.

Jedoch ist auch in dem Fall, daß das Sync-Wort sich nicht von allen übertragenen Nachrichlenblöcken unterscheidet, also beim zeilschlitzweiscn Absuchen des Rahmens ein Nachrichtenblock das Sync-Wort vortäu sehen kann, das erfindungsgemäßc Verfahren bisher bekannten Synchronisierverfahren hinsichtlich der Synchronisiergeschwindigkeit bei vergleichbarem Schaltungsaufwand überlegen (vgl. hierzu die Ergebnisse in: K. D. Schenkel, ein Beitrag zur Wortsynchronisalion in Zeitmulliplexsyslemen mit Vielfachzugriff. Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik, Band

Al [17/ Jj₁O. I — ICJ.

F ι g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Suchschaltung für das Sync-Wort. An die Übertragungsleitung /. ist ein Schieberegister 401 angeschlossen, dessen Inhalt mit dem Inhalt des Schieberegisters 403 mittels einer Koinzidenzschaltung 402 verglichen wird. Bei Koinzidenz gibt die Koinzidenzschaltung 402 ein Signal an das UND-Glied 405. dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang einer Modulo-wi-Zählers 404 und dem Zähleingang eines Modulo-n-Zählers 408 verbunden ist. Der Zähler 404 zählt den Takt des internen Taktgenerators, gibt nach jeweils m Takten an seinem Ausgang ein Signal ab und wird jeweils durch das Signal K der Slützimpuls-Synchronisations-Schallung auf »0« gesetzt.

Der Ausgang des UND-Gliedes 405 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 412. einem Inverter 413 und einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 409 verbunden.

Jeweils dem zweiten Eingang der UND-Glieder 412 und 409 wird das die Synchronisation auf die Stützimpulse kennzeichende Signal SiS der Stützimpuls-Synchronisations-Schaltung zugeführt.

Der dritte Eingang des UND-Gliedes 412 ist an dem Ausgang eines bistabilen Flip-Flops 406 angeschlossen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes 416 und dessen invertierter Eingang mit dem Ausgang des UND-Gliedes 412. dem Rest-Eingang des Zählers 408 und einem Zweirichtungszähler 410 verbunden isi.

Die vom Zähler 408 nach jeweils η Zählschritten abgegebenen Signaiimpulse gelangen an jeweils den ersten Eingang von UND-Gliedern 407, 411 und 415 sowie an den dritten Eingang des UND-Gliedes 409.

Die Ausgangssignale des Inverters 413 führen jeweils zu dem zweiten Eingang der UND-Glieder 407,411 und 415. Der Ausgang des UND-Gliedes 407 ist an den ersten Eingang des ODER-Gliedes 416 angeschlossen.

Der Ausgang des UND-Gliedes 411 ist mit dem abwärtszählenden, der Ausgang des UND-Gliedes 409 mit dem aufwärtszählenden Eingang des Zählers 410 verbunden. Beim Unterschreiten des Zählerstandes »0« gibt der Zähler 410 ein Signal an den dritten Eingang des UND-Gliedes 415 ab. beim Zählerstand v>pv gibt er ein Signal an ein bistabilen Flip-Flop 414.

Ein Ausgang des Flip-Flops 414 ist an den vierten Eingang des UND-Gliedes 415 angeschlossen und führt ein Signa! RS, wenn die Rahrnensyrichronisation abgeschlossen ist. Der invertierte Ausgang des Rip-Flops 414 speist den drillen Eingang des UND-Gliedes 407.

Der invertierte Eingang des Flip-F(i>ps 414, der zweite Eingang des ODER-Gliedes 416 und der Ausgang des UND-Gliedes 415 sind mit einem Eingang der Rahmen-Synchronisations-Schaltung verbunden, auf den bei Betriebsbeginn ein Startsignal gegeben werden kann.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:
Der Modulo-/;;-Zähler 404, der mit dem Takt des internen Taktgenerators getaktet und jeweils beim Eintreffen eines .Stutzimpuls-Signals K der Stützimpuls-Synchronisaiions-Schaltung auf »0« gesetzt wird, gibt nach jeweils m Taklimpulsen ein Zeitschlitzsignal ab. das jeweils mit dem letzten Bit innerhalb jedes Zeitschlilzes zusammenfällt. Mit diesem Zcilschlitzsig nal wird über das UND-Glied 405 eine Koinzidenzschal lung 402 abgefragt, welche den während eines

m Register 401 eingeschriebenen Inhalt mit dem im Speicher 403 enthaltenen Sync-Wort auf Identität vergleicht. Befindet sich die Synchronisierschaltung in der Suchphase (Flip-Flop 406 liefert dem UND-Glied das Signal »1«) und hat sich die Stützimpuls-Synchroni-

'■-. sations-Schaltung auf den Stülzimpuls synchronisiert (Signal .9f.S=»l«), dann setzt das erste von der Koinzidenzschaltung 402 gefundene Sync-Muslcr das Flip-Fi ;p 406 in die Prüfphase (UND-Glied 412 wird gesperrt), setzt den ständig mit dem Zeitschlitzsignal des

in Zählers 404 gclaklelen. jeweils bis η zählenden Zähler

408 auf seinen Anfangszustand und setzt den Vorwärls-Rückwärtszähler 410 auf den Zählerstand »0«. Nach η Zeitschlitzen, d. h. nach einem Rahmen vom Auftreten des Sync-Worlcs an gerechnet, wird, wenn die

s» Koinzidenzschaltung 402 wiederum ein Sync-Wort erkennt, der Wert des Zählers 410 über das UND-Glied

409 um eine Zählcinheit erhöht. Trat jedoch nach η Zeitschlitztakten das Sync-Wort nicht mehr auf und hat sich die Schaltung noch nicht synchronisiert (Flip-Flop

in 414 sperrt das UND-Glied 415 und Signal RS=O). dann wird das Flip-Flop 406 über das UND-Glied 407 und das ODER-Glied 416 in die Suchphase zurückgesetzt.

Hat jedoch dadurch, daß das Sync-Wort in ununterbrochener Reihenfolge fp-t-l)-mal im Abstand eines

'■· Rahmens aufgetreten ist. der Zähler 410 den Zählerstand ρ erreicht, so wird das Flip-Flop 414 vom Zähler

410 in den. den Rahmensynchronismus kennzeichenden Zustand gesetzt, wodurch ein Signal RS= I auch am vierten Eingang des UND-Gliedes 415 anliegt.

ο Unabhängig davon, daß der Rahmensynchronismus erreicht ist. wird ständig nachgeprüft, ob das R hmensync-Wort im Rahmenabstand an der durch den Zähler 403 festgelegten Stelle im Rahmen auftritt. Fällt das Sync-Wort an der erwarteten Stelle aus, dann liefert der

. Ausgang des Zählers 408 über das UN D-Glied 4l 1 einen Abwärtszählimpuls auf den Zähler 410, der den Zählerstand dieses Zählers um eine Zähleinheit verringert Wird durch derartige Abwärtszählungen im Zustand des Rahmensynchronismus der Zählerstand

~- »0« des Zählers 410 erreicht, und tritt wiederum an der Stelle des Rahmens, an der bisher das Sync-Wort empfangen wurde, kein Sync-Wort auf, dann wird vom Zähler 410 über das UND-Glied 415 ein Setzimpuls auf das Flip-Flop 414 und. über das ODER-Glied 416, auf • das Flip-Flop 406 gegeben, der beide Fiip-FIops in den Anfangsziistsnd zurücksetzt. Der Rahrnensynchronismus gilt damit als verloren und wird neu gesucht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Synchronisation des Zeitrahmens im Empfänger eines Zeitmultiplexnachrichtenübertragungssystems auf den Zeitrahmen des Senders, wobei der Zeitrahmen in π Nachrichtenblöcke enthaltende Zeitschhtze unterteilt ist und ein bestimmter Zeitschlitz ein Rahmensynchronisationswort (Rahmensync-Wort) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig in dem Rahmen zusätzlich zu dem Rahmensync-Wort und den in den Zeitschlitzen enthaltenen Nachrichtenblöcken äquidistante Stützimpulse eingefügt und übertragen werden, daß empfangsseitig der Empfänger sich zuerst auf diese Stützimpulse synchronisiert und daraus einen Zeitschlitzsynchronismus mit der empfangenen Nachrichtenfolge herleitet, daß anschließend der Empfänger zeitschlitzweise den Rahmen nach dem Rahmensync-Wort absucht und daß der Rahmen-Synchronismus dann als erreicht gut, wenn das Rahmensync-Wort vom Empfänger p-mal in ununterbrochener Reihenfolge im selben Zeitschlitz erkannt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschlitzsynchronismus als erreicht gilt, wenn g-mal in ununterbrochener Reihenfolge ein Stützimpuls erkannt wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Stützimpulse ein ganzzahliges Vielfaches einer Zeitschlitzlänge ist und der Stü -impuls jeweils zwischen dem Ende eines und dem Anfang des nächsten Zeitschlitzes eingefügt ist und die Länge eines Nachrichtenbits hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Stützimpulse so gewählt wird, daß in aufeinanderfolgenden Rahmen die Stützimpulse jeweils an derselben Stelle innerhalb des Rahmens auftreten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sync-Wort von allen übertragenen Nachrichtenblöcken unter scheidet.