DE2319095C3 - Regenerator für PCM-Signale - Google Patents

Description

PCM-Signale werden entweder als NRZ-Signale (keine Rückkehr auf Null) oder mit abwechselnder Polarität übertragen. Bei diesen beiden Verfahren ist der mittlere Pegel der übertragenen Signale angenähert Null und die beiden Probleme, die gelöst werden müssen, um eine genaue Feststellung des Binärwertes des empfangenen Bits zu ermöglichen, sind folgende:

- es muß eine ausreichende Zeit zur Verfügung gestellt werden, um die Entscheidung für das Bit durchführen zu könneii und

- es muQ der Schwellwert festgelegt werden, der die Grenze zwischen den beiden möglichen Werten eines Bits bildet.

Ein Regenerator für PCM-Signale ist beispielsweise bekannt aus dem »Jahrbuch des elektrischen Fernmeldewesens«, 19,(1968), S. 184-242, insbesondere aus Bild auf Seite 204.

Die Bitentscheidung wird dort dadurch getroffen, daß die Amplitude des Eingangssignals mit einer Srhwell-

wertspannung verglichen wird.

Bei einer PCM-Übertragung mit hoher Geschwindigkeit (z. B. 10 Megabaud) ist die Dauer t eines Bits (100 ns) zu kurz, um auf diese Weise eine korrekte Bitentscheidung zu treffen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Regenerator für mit hoher Geschwindigkeit übertragene PCM-Signale anzugeben, mit dem eine sichere Bitentscheidung gewährleistet ist

Die Aufgabe wird wie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben gelöst Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild des erfindungsgemäßen Regenerators;

F i g. 2a bis 2k Signaiaiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Regenerators, wenn NRZ-Signale empfangen werden;

Fig. 3a bis 3c Diagramme von NRZ-Signalen und von bipolaren Signalen,

F i g. 4 eine der Regenerierschaltungen aus F i g. 1;

F i g. 5 den logischen Vergleicher für bipolare Signale und

F i g. 6a bis 6f Signaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Regenerators, wenn bipolare Signale empfangen werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Regenerator, mit dem PCM-Signale verarbeitet werden, die mit großer Geschwindigkeit übertragen werden, hat einen Eingang A, an den diese PCM-Signale angelegt werden, und einen Ausgang B, der in Amplitude und Zeit regenerierte PCM-Signale abgibt. Diese Verarbeitung der Signale wird gesteuert durch Signale, die von dem Taktgeber CU abgegeben werden. Dieser Taktgeber enthält:

- eine Taktrückgewinnungsschaltung CU, die die PCM-Signale A empfängt und Zeitlagensignale M mit einer Periode t abgibt, wie sie in Fig. 2a dargestellt sind. Im Ausführungsbeispiel besteht diese Taktrückgewinnungsschaltung aus einer Phasenregelschleife mit einem Phasendetektor PD und einem Oszillator C mit veränderlicher Frequenz,

- einen Kanalzeitzähler KA, der im Ausführungsbeispiel ein Ringzähler mit η Ausgängen ist und nacheinander fortlaufend Kanalzeitsignale AX, A 2 ...An abgibt. In F i g. 2b bis 2e sind diese Signale für den Fall dargestellt, daß n=4 ist,

- eine logische Schaltung LC, die die Signale M und ι A X bis A η empfängt und Signale DX, D2 ... Dn abgibt. So gilt z. B. DX = M.A 1 (das Zeichen ».« symbolisiert die logische Funktion UND). In F i g. 2h und 2k sind die Signale D3 und D4 für n = 4 dargestellt.

i Die Eingangssignale A mit der Augenblicksamplitude vs werden gleichzeitig über einen Kondensator CO und einen Widerstand R 1 an einen Transistor TO angelegt. Dieser Transistor ist so als Stromgenerator geschaltet, daß er einen Kollektorstrom mit der Augenblicksamplii tude lo+is abgibt (Io ist der den Widerstand K 2 fließende Konstantstrom und is= vs/R X).

Da für die Übertragung ein Modulationsverfahren verwendet wird, bei dem der Mittelwert der übertragenen Signale Null ist, ist auch der Mittelwert des ■> Kollektorstromes gleich ίο.

In Fig. 3a ist eine zu übertragende binärkodierte Zahl dargestellt und in den F i g. 3b und 3c sind die zwei Modulationsverfahren dargestellt, die die gewünschten

Eigenschaften haben, nämlich der NRZ-Kode mit zwei Pegeln ( + «und -is; Fig.3b) und das Verfahren mit wechselnder Polarität und drei Pegeln (+ is, 0 und — is; Fig.3c), wobei dem Signal 1 abwechselnd der Pegel + /soder — «zugeordnet ist

Der durch die Amplitude des Eingangssignals A modulierte Kollektorstrom des Transistors 7"0 wird, gesteuert durch die Signale A 1, A 2... A n, zu einer der η Regenerierschaltungen geleitet Man hat dadurch für jedes Bit des PCM-Bitstroms am Eingang A, das eine Bitdauer f besitzt, eine gesamte Verarbeitungszeit von η mal t zur Verfugung. Am Ende der Verarbeitung in den einzelnen Regenerierschaltungen werden die an deren Ausgängen auftretenden Signale durch Signale D 1, D 2 ... D η abgetastet and mittels einer Ausgangs-ODER-Schaltung zu dem in Amplitude und Zeit regenerierten am Ausgang B erscheinenden PCM-Bitstrom zusammengefaßt.

In Fig. 1 ist n=4 gewählt. Der Regenerator für die Verarbeitung von Signalen, die nach dem NRZ-Verfahren übertragen werden, mit den vier Regenerierschaltungen enthält:

- einen Multiplexer oder Verteiler DB mit Transistoren 7*1 ... 7*4. Diese Transistoren bilden in Verbindung mit dem Transistor 7*0 einen emittergekoppelten Schaltkreis. Die Transistoren werden durch die Signale A 1 bis A 4 gesteuert und stellen die Verteilung des Stromes Io+is auf die Ausgänge F1 bis F 4 sicher,

- einen Block GU mit Stromgeneratoren G 1 bis G 4, die von den Leitungen Fl bis F4 einen Konstentstrom Wziehen,

- Speicherkondensatoren Cl bis C4, die mit den Leitungen Fl bis F4 verbunden sind,

- Spannungsbegrenzungskreise Ci-I bis CL 4, die ebenfalls mit den Leitungen Fl bis F4 verbunden sind,

- einen Block ZD, der Null-Detektoren ZD 1 bis ZD4 enthält,

- einen Block FF, der bistabile Kippschaltungen FFl bis FF4 vom Typ ]K enthält. Diese Kippschaltungen werden durch Signale gesteuert, die an ihre Steuereingänge S (Steuerung in den Zustand 1) und C (Steuerung in den Zustand 0) angelegt werden. Der an dem Eingang S jeder Kippschaltung dargestellte Kreis symbolisiert eine Inverterschaltung,

- einen Multiplexer, bestehend aus einem Block PaU mit UND-Schaltungen Pa 1 bis Pa 4 und

- eine Ausgangs-ODER-Schaltung Pa 0.

Anhand der Fig.4 wird jetzt die Arbeitsweise einer Regenerierschaltung, z. B. der Regenerierschaltung 1 beschrieben, die durch das Signal A 1 ausgewählt ist.

Wie schon oben erläutert wurde, wird von Tl ein Strom Io+is abgegeben und von Cl ein Strom Id aufgenommen. Daraus ergibt sich, wenn man die Schaltung CL 1 nicht beachtet, daß der Ladestrom des Speicherkondensators Cl den folgenden Wert hat:

Ic = Io + is - Id .

Wenn der Strom >s konstant wäre, würde sich der Kondensator Cl während der Zeit des Anliegens des Signals A 1 linear aufladen, wie es in F i g. 2f mit einer Steigung Ic/C dargestellt ist. In der Praxis haben die empfangenen Signale jeloch keine steilen Flanken, so daß die Spannung am Kondensator am Ende der Zeit t nicht der Amplitude, sondern der Energie des Signals proportional ist. Am Ende des Signals A 1 wird der Transistor 7Ί gesperrt und der Kondensator Cl wird durch einen Konstantstrom Id entladen, so daß die Spannung am Kondensator linear mit einer Steigung

- Id/C abnimmt

In dem Spannungsbegrenzungskreis CL1 ist der Transistor 7*11 gesättigt, wenn die Spannung VCl über den Anschlüssen des Kondensators C1 niedriger als das F.rdpotential ist Der Transistor hält diese Spannung auf einem Wert u, der der Kollektor-Emitter Sättigungsspannung des Transistors Γ11 entspricht Wenn die Spannung KCl infolge des Auftretens des Stromes is ansteigt, wird der Transistor in Sperrichtung mit Spannung beaufschlagt und die Gleichung (1) wird gültig.

Während der Zeit in der kein Strom über die Kollektor-Emitterstrecke fließt, wird ein Strom Id vom Kondensator Cl abgenommen, so daß beim Fehlen des Spannungsbegrenzungskreises CL 1 das Potential VC1 gegen —12 V gehen würde.

Die Spannung am Kondensator Ct wird ständig durch den Null-Detektor ZDl geprüft, dessen in Fig. 2g dargestelltes Ausgangssignal El während des Zeitintervalles vorhanden ist, das die beiden NuII-Durchgänge der Spannung VCl trennt Die Anstiegszeit und die Abfallzeit dieses Signals sind um f'und t" gegenüber den Null-Durchgängen verzögert, bedingt durch die Ansprechzeit des Null-Detektors.

Der Ausgang des Null-Detektors ZD1 ist mit dem Eingang Sder bistabilen Kippschaltung FFl verbunden, deren Eingang Cdas Signal D 3 erhält (das Signal D 3 ist in Fig. 2h dargestellt). Diese Kippschaltung ist z. B. ein integrierter TTL-Schaltkreis, der gemäß der nachfolgenden Tabelle 1 arbeitet. Für diese Tabelle gilt:

- das hohe Niveau ( + 5 V) und das niedrige Niveau (0 V) des logischen TTL-Steines sind mit // bzw. L bezeichnet,

- El und Di sind die in den Fig.2g und 2h dargestellten Signale,

- El und DZ sind Kompiementärsignale, die an die Eingänge Sund CzurZeit im angelegt werden,

- die Spake Qm + 1 gibt den Zustand des Ausganges Q der Kippschaltung zur Zeit im+1 an.

In der Tabelle 1 wird das Niveau des Signals am Ausgang Q als Funktion der Niveaus der Signale El und D 3 angegeben.

Tabelle 1

Niveaus am Ausgang Q von FFI

Uli	03	El	D3	im + 1
El	L	L	H	Qm + 1
H	H	H	L	H
L	H	L	L	L
H	L	H	H	H
L			Qm

Nach dieser Tabelle und mit den F i g. 2g und 2h kann man die folgenden Regeln für das Niveau am Ausgang Q von FFl angeben:

- wenn das Ende des Signals El während des Vorlicgens des Signals D3 auftritt, ist der Ausgang Q der Kippschaltung während des folgenden Zeitschlitzes auf dem Niveau /.(Fig. 2j),

— wenn das Ende des Signals Ei nach dem Signal D3 auftritt, ist der Ausgang Q während des folgenden Zeilschlitzes auf dem Niveau W(F i g. 2i).

Die Verbindung des Nulldetektors ZDl mit der bistabilen Kippschaltung FFl ermöglicht es, eine zeitliche Schwelle zu bilden, um eine Bitentscheidung treffen zu können, d. h., um zwischen den beiden möglichen Werten (0 oder 1) für die Bits zu unterscheiden. Der Wert dieser Schwelle ist durch die relativen Werte der Ströme Io und Id und durch den Wert des Widerstandes R 1 festgelegt.

Beim Empfang von mit NRZ-Modulation übertragenen Signalen ist der Mittelwert dieser Signale is=0, und man wählt z. B. diesen Strom als Unterscheidungsschwelle zwischen den Binärwerten 0 und 1.

Für diesen Wert des Stromes lädt sich der Kondensator Cl während einer Zeit / (ansteigender Teil der Sägezahnspannung a in Fig. 2f) mit einem Strom Ic=Io-Id. Nach dem Ende dieser Zeit entlädt sich der Kondensator Cl mit einem Strom Id während einer Zeit, die zu (O-2) · t gewählt ist, wenn man den allgemeinen Fall betrachtet, in dem η einen beliebigen Wert größer als 2 einnehmen kann. Anhand der F i g. 2f kann die Genauigkeit dieser Gleichung überprüft werden, denn die Figur zeigt, daß für η = 4 die Entladung (absteigender Teil der Sägezahnspannung a) zur Zeit 10 beendet ist, d. h. am Ende des vorletzten Zeitschlitz.es.

Man erhält dann:

lo/ld= 1 + η - 2 oder für π = 4: lo/ld= 3 .

Der Spitzenwert des Stromes is ist durch den Wert des Widerstandes R 1 bestimmt. Der Wert für R 1 wird so gewählt, daß für die Modulationsspitzen, die den Extremwerten ± ism der empfangenen Signale entsprechen, die Entladezeit zwischen den Zeiten ta und tb (Fig. 2f) liegt, die ein Zeitintervall von einem halben Zeitschlitz auf beiden Seiten des Zeitpunktes rO festlegen.

Wie schon oben erläutert wurde, ist der Ausgang Q der Kippschaltung FFl nach der Zeit tb\n Abhängigkeit davon, ob die Entladung in dem Zeitintervall tu bis / 0 (Feststellung einer 0. Sägezahnspannung c) oder im Zeitintervall tO—tb (Feststellung einer 1, Sägezahnspannung ^beendet ist. auf dem Niveau /Voder auf dem Niveau L Das Intervall ta— /0 entspricht dem Signal D3(Fig.2h).

Dieses Niveau wird durch die Torschaltung Pn 1 abgetastet, die durch das Signal D4(Fi g. 2k) gesteuert wird. Dieses abgetastete Signal wird dann an die ODER-Schaltung Pa 0 angelegt.

Am Ausgang B dieser ODER-Schaltung erhält man dann !rr>pü!sc mit halber Zeichendauer. die Bis mit der. Binärwerten 1 entsprechen.

Für die Verarbeitung von Signalen, die in bipolarer Form (oder als Signale mit wechselnder Polarität, siehe F i g. 3c) übertragen werden, wird der gleiche Regenerator wie in F i g. 1 verwendet. Es werden lediglich die Blöcke FFund PaLJ durch einen Block FC ersetzt, von dem in F i g. 5 die Schaltungen dargestellt sind, die für die Verarbeitung der durch das Signal A 1 ausgewählten PCM-Bits notwendig sind. Diese Schaltung enthält Inverter /1 bis /3, bistabile Kippschaltungen FFl und ) FF'l vom Typ JK und eine exklusive ODER-Schaltung Pb 1. Die Kippschaltung FFl ist genauso wie die Kippschaltung FFl in Fig. 1 angeschlossen, während die Verbindungen für die Kippschaltung FF'l vertauscht sind, d. h., daß das Signal El^ an den Eingang Γ κι angelegt wird und das Taktsignal D'3 an den Eingang .V. Das in F i g. 6b dargestellte Signal D'3 erhält man durch Verzögerung des Signals D3 (Fig.6a) um eine Dauer te- 10.

In den F i g. 6c, 6d, 6e ist das Ende des Signals E1 für i"> die drei möglichen Niveaus bei der Übertragung mit wechselnder Polarität dargestellt, nämlich für das Niveau 0,das Niveau 1 (-)unddas Niveau 1 ( + ).

Es ist weiterhin notwendig, daß der Wen des Verhältnisses lo/ld derart geändert wird, daß die .'Ii theoretische Position für das Ende des Signals E 1 für ein Bit 0 in die Mitte des Zeitintervalls /c- f 0 = t fällt.

Die Arbeitsweise der Anordnung folgt denselben Regeln, die schon anhand der Tabelle 1 erläuten wurden. Es ist dabei jedoch zu beachten, daß diese .'"> Regeln für die Kippschaltung FF'l invertiert sind. In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Spannungsniveaus am Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung Pb I zusammengestellt.

„, Tabelle 2

Spannungsniveaus im Schaltkreis IXi

Niveau des Spunnungs-Nivcaus

Kingangs-'"' signalcs any' an (/I Ausgang/'M

K-)	/.	H	H
K + )	Il	L	H
4.1 (,	H	Il	L

Man hat also in Abhängigkeit davon, ob das empfangene Bit den Wert 1 oder 0 hat. am Ausgang B

i-, ein Niveau H oder L Die verzögerten Signale D'l bis DA können auf die verschiedenste Art erzeugt werden Der Wert tc-tO muß jedoch so gewählt werden, daß die Zone für die Feststellung eines Bits 0 groß genug ist damit nicht Störspannungen mit niedriger Amplitude als

-,ii Bits 1 ausgewertet werden können.

In Fig. 5 wird diese Verzögerung durch eine Serienschaltiing zweier Inverter /2 und /3 erzeugt. Mit zwei TTL-Invertern erhält man eine Verzögerung von 14 ns. die gut zu einem Zeitschlitz von r= 100 ns paßt

μ Die Verzögerung kann auch durch eine Verzögerungsleitung erzeugt werden, oder man verwendet Taktsignale, die in Phasenquadratur zu den Signalen Dl bis D 4 sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regenerator für PCM-Signaie, dadurch gekennzeichnet, daß der ankommende PCM-Bitstrom (A) an eine Demultiplexschaltung (DB) mit η Ausgingen angelegt wird, die im Bittakt (M) weitergeschaltet wird (KA, A 1... A 4), daß an jeden der η Ausgänge der Demuhiplexschaltung (DB) eine Regenerierschaltung (n, ZDn, FFn) angeschlossen ist, daß in jeder der Regenerierschaltungen ein Bit des PCM-Stroms während der η-fachen Bitdauer regeneriert wird und daß die regenerierten PCM-Bits über eine Multiplexschaltung (PaU, PaQ) wieder zum PCM-Bitstrom (^zusammengefaßt werden.

2. Regenerator nach Anspruch ! für PCM-Signale im NRZ-JCode, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rtgenerierschaltung (n, ZDn, FFn) einen Speicherkondensator (Cn) enthält, der während der Durchschaltung der Demultiplexschaltung (DB) auf die Augenblicksamplitude des anliegenden PCM-Bits aufgeladen und dann durch einen konstanten Strom (ld) entladen wird, daß zu einer vorgegebenen Zeit (tb)e\nz bistabile Kippschaltung (FFn) entsprechend der dann am Speicherkondensator (Cn) bestehenden Spannung gekippt wird und daß der Zustand dieser bistabilen Kippschaltung durch die Multiplexschaltung (Pa U, PaQ) abgetastet wird.

3. Regenerator nach Anspruch 1 für PCM-Signale in einem Kode mit wechselnder Polarität (AMI-Kode), dadurch gekennzeichnet, daß jede Regenerierschaltung (Cn, ZDn, FFn) einen Speicherkondensator (Cn) enthält, der während der Durchschaltung der Demuhiplexschaltung (DB) auf die Augenblicksamplitude des anliegenden PCM-Bits aufgeladen und dann durch einen konstanten Strom (Id) entladen wird, daß zu einer vorgegebenen Zeit zwei bistabile Kippschaltungen (FFn₁ FF'n) entsprechend der dann am Speicherkondensator (Cn) bestehenden Spannung zeitlich nacheinander (D 3, £>'3) gesteuert werden und daß die Zustände beider bistabilen Kippschaltungen über eine logische Schaltung (Pb X) zu einem Zustand zusammengefaßt werden, der durch die Multiplexschaltung (PaU, PaQ) abgetastet wird.