SYSTEM FOR THE TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION SIGNALS

Abstract: 1. System for the transmission and reception of digital information signals, especially for the digital transmission of sound by way of satellites, in which the data sequences are arranged following one another in time a block and in which in the receiver the block is divided in two timewise parallel part blocks (A, B) representing the data sequences, characterized in that each part block (A, B) exhibits a synchronisation word of an equal or equivalent type of equal length, that for the time recognition and if necessary for the compensation of the phase position of the part blocks (A, B) a correlator (3, 5, 7; 4, 6, 8; 3, 7, 14, 15, 44, 47-52) is used for each part block, that for the synchronisation code words are used which exhibit an unequivocal maximum of their autocorrelation function for the instant T = O, and that the auto correlation function for all instants T Not = O is effectively minimal.

Description: System zur Übertragung von digitalen Informationssignalen Die Erfindung betrifft ein System zur digitalen Informationssignalübertragung, insbesondere für die digitale Ubertragung über Satelliten, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer bitseriellen Datenübertragung werden die aus Codewörtern bestehenden Datenblöcke, nämlich Rahmen und gege benenfalls Teilrahmen, periodisch wiederholt. Um die Datenblöcke richtig decodieren zu können, ist es erforderlich, die zeitliche Lage des Rahmens zu erkennen. Bei der Verwendung von selbstsynchronisierenden Codes wird durch erhöhte Redundanzanforderung die Bandbreite der Übertragung vergrössert. Ein sogenannter Komma-Code vermeidet eine nennenswerte Vergrösserung der Bandbreite. Insbesondere bei einer 4-Phasen CPSK Modulation wird durch einen Komma-Code auf Grund der Rahmenstruktur die Datenregenerierung sichergestellt. Jeder Übertragungsblock des digitalen Signals enthält dabei ein vorangestelltes Codewort, das Synchronwort, das der Synchronisationserkennung dient. Darauf folgt im allgemeinen eine Folge von Datencodewörtern, die auch Prüfinformationen enthalten. In dem zu betrachtenden Ubertragungsweg können Zeitfehler und Amplitudenfehler auftreten. Bei der Taktregenerierung verursachen Zeitfehler sogenannte Bitslips. Amplitudenfehler, d.h. Bitinvertierungen,verfälschen Daten und Synchronisationswort. Bei der Verwendung einer 4-Phasen CPSE modulation ist es erforderlich, die Mehrdeutigkeit der Phasendemodulation bei der Datenregenerierung zu kompensieren. Es sind aus der Literatur Synchronisationsworte (Barker, Maury) bekannt, bei denen eine geringe Anzahl von Bitfehlern in einem Synchronisationswort die Eindeutigkeit der Synchronworterkennung nicht beeinträchtigen. Die bekannten Synchronisationswörter sind jedoch der vorliegenden Aufgabenstellung nicht angepasst, insbesondere wenn Zeitfehler und Amplitudenfehler gleichzeitig auftreten. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für ein System zur digitalen Informationssignalübertragung Synchronisationsworte anzugeben, mit denen die Erkennung der zeitlichen Lage des Datenstroms verbessert, sowie der Einfluss von Zeitfehler, Amplitudenfehler und Phasenmehrdeutigkeit kompensiert werden kann. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weitergehende Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beschrieben. Durch Verwendung der erfindungsgemässen Synchronisationswörter wird die zeitliche Lage des Rahmens mit hinreichender Sicherheit erkannt. Die Länge des Synchronisationswortes ist im Verhältnis zur Teilrahmenlänge relativ kurz und die damit verbundene Redundanz ist minimal. Die Synchronisationswörter sind so gewählt, dass ein Ausfall der Synchronisation wesentlich seltener als unkorrigierbare Fehler in der Information auftritt. Zur empfangsseitigen Erkennung der Synchronisationswörter sind die Wörter in einer ausgezeichneten Zeitlage in Korrelatoren zu betrachten. Die erfindungsgemässen Synchronisationswörter enthalten in der unverschobenen Lage der Autokorrelationsfunktion, d.h. für den Zeitpunkt T=O, ein ausgeprägtes Maximum. Für alle ZeXpunkte T/O ist die Autokorrelationsfunktion betragsmässig minimal. Eine CPSE-Modulation weist eine Phasenvieldeutigkeit auf. Das kann dazu führen, dass das Synchronisationswort in invertierter Lage am Empfänger ankommt. Die erfindungsgemässen Synchronisationsworte weisen daher für alle Zeitpunkte TfO eine sehr kleine Differenz zwischen Autokorrelationsfunktion und invertierter Autokorrelationsfunktion auf, so dass die Synchronisationsworte auch in invertierter Lage sicher erkannt werden. Die Mehrdeutigkeit der CPSE-Demodulation kann durch die Auswertung der im Empfänger gebildeten Korrelationsfunktion zwischen den abgespeicherten und empfangenen Sync-Wort kompensiert werden. Die zeitliche Lage des RahmenbXginns wird durch das Ergebnis des im Korrelator bestimmten Wertes und einer nachgeschalteten Schwellwertlogik insoweit bestimmt, dass die aus beiden Korrelatoren abgeleiteten Steuersignale einer Logikschaltung zugeführt werden, die in einem definierten Zeitfenster abgefragt werden. Zur Korrektur von Zeitfehlern, die zu einem Bitslip führen können, wird vorgeschlagen, die Kreuzkorrelationsfunktion in einem geringfügig verbreiterten Zeitfenster zu prüfen. An Hand der Lage des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion innerhalb dieses Zeitfensters kann unmittelbar auf das Auftreten und die Grösse eines Bitslips geschlossen und für den nächsten Rahmen korrigiert werden. Hierzu muss die Kreuzkorrelationsfunktion für den Zeitpunkt T=O betragsmässig grösser sein als die Kreuzkorrelationsfunktion für Zeitpunkte TfO. Dies ist jedoch nur bis zu einer maximalen Anzahl von Bitfehlern im Synchronisationswort möglich. Die maximal zulässige Anzahl von Bitfehlern ist um so grösser, je länger das Synchronwort gewählt wird. Zwischen den beiden Forderungen nach geringer Redundanz und hoher Restfehlerwahrscheinlichkeit wurde ein günstiger Kommpromiss abgeleitet. Durch die erfindungsgemässen Synchronworte können bei einer Länge des Synchronwortes von 16 Bit bis zu 3 beliebige Bitfehler in einem Synchronwort zugelassen werden, ohne dass die Eindeutigkeit der Synchronworterkennung verloren geht. Wenn die Fensterbreite zur Prüfung des Synchronwortes mehr als 1 Bit beträgt, ist zu berücksichtigen, dass das Synchronwort durch Bitfehler, hervorgerufen durch den gestörten Kanal und durch benachbarte Daten,verfälscht sein kann. Mit den erfindungsgemässen Synchronisationswörtern können bei einer Fensterbreite von fünf Taktschritten durch eine Schwellwertlogik Bitslips von bis zu + 2 Taktschritten erkannt und die zeitliche Verschiebung aufgehoben werden. Um das Kriterium, dass der Ausfall der Synchronisation wesentlich seltener auftreten soll, als die maximale zulässige Restfehlerwahrscheinlichkeit für nicht korrigierbar verfälschte Informationen vorgibt, zu erfüllen, wird vorgeschlagen, bei einer Aufteilung des Hauptrahmens in zwei Teilrahmen (Bitebene A und B) zur Synchronisation in beiden Teilrahmen ein gleiches oder äquivalentes Muster der gleichen Länge vorzusehen. Mit äe einem Korrelator für die Teilrahmen A und B können beide Synchronwörter gleichzeitig geprüft, daraus die zeitliche Lage des Rahmens erkannt und die Mehr- deutigkeit der Phasendemodulation aufgehoben werden. Durch die Verwendung dieses Systems zur Rahmensynchronisation treten erst dann Synchronisationsfehler auf, wenn beide Synchronisationsworte jeweils durch vier Bitfehler gestört sind. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Auswertung der Synchroni sationswörter in den Teilrahmen A und B, Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Ermittlung der Ereuzkorre- lationsfunktion, Fig. 3 eine Gabelschaltung, Fig. 4 eine Tabelle, Fig. 5 eine Schaltung zur Lagebestimmung des Synchronisations wortes, Fig. 6 eine Ablaufsteuerung. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erkennung der Synchronisationswörter. Das an der Klemme 1 ankommende Signal wird einem 4-Phasen-Demodulator 2 (CSPK) zugeführt. Der Datenstrom ist aufgeteilt in zwei Bitebenen A und B. Da die Demodulation im CPSK-Demodulator 2 mehrdeutig ist, können die Signale A, B invertiert oder nichtinvertiert auftreten, d.h. es gibt für Åaede Bitebene zwei Möglichkeiten. Die Daten jeder Bitebene werden jeweils auf Schieberegister 3 bzw. 4 gegeben. Durch Vergleich der in das Schieberegister 3, 4 eingelesenen Daten mit dem durch eine Schaltungsanordnung 44 festverdrahteten Synchronwort wird in der Stufe 5 bzw. 6 die Kreuzkorrelationsfunktion gebildet. Die Stufen 5 und 6 sind jeweils Speicherbausteine, die in zwei Teile geteilt sind. Durch Addition der Inhalte der aufgerufenen Adressen der Speicher in den Additionsstufen 7 bzw. 8 kann der jeweilige Wert der Kreuzkorrelationsfunktion ermittelt werden. Eine nachfolgende Schwellwertlogik 9 bzw. 10 unterscheidet anhand des eingegebenen Kreuzkorrelationswertes, ob das Sync-Wort oder seine Invertierung oder kein Sync-Wort empfangen worden ist. In der Stufe 11 wird die zeitliche Lage des Synchronwortes festgestellt und der interne Rahmentakt gegebenenfalls nachgestellt. Es kann gleichfalls festgestellt werden, ob die Teildatenströme A und B in invertierter, nichtinvertierter und/oder vertauschter Lage empfangen worden ist. Mittels der Gabelschaltung 12 werden die Teildatenströme gegebenfalls korrigiert. Fig. 2 zeigt ein Schaltbild zur Ermittlung der Kreuzkorrelationsfunktion. Der Datenstrom gelangt von der Klemme 13 seriell in das Schieberegister 3. An den parallelen Ausgängen des Schieberegisters 3 liegt jeweils eine Bitfolge von 16 Bit an. Jeweils 8 Bit des an den parallelen Ausgängen des Schieberegisters 3 anliegenden Datenwortes werden über Exklusiv-ODER-Gatter 47 - 49 bzw. 50 - 52 mit dem entsprechenden Teilcodewort des Synchronisationswortes ver glichen.DieAusgänge dffl Exklusiv-ODER-Gatter werden auf ein Prom (PROM = programmable read only memory) 14 bzw. 15 gegeben. Das jeweilig an den acht Ausgängen der Exklusiv-ODER Gatter 47 - 49 bzw. 50 -52 anliegende Datenmuster gibt eine Adresse in den Promschaltkreisen 14 oder 15 an. Die Inhalte der aufgerufenen Speicherstellen der Promschaltkreise 14 und 15 werden auf ein Addierglied 7 gegeben. Je nach dem Codewort, das an den Ausgängen des Schieberegisters 3 anliegt, werden in den Promschaltkreisen 14 und 15 jeweils bestimmte Adressen aufgerufen, die einen Speicherinhalt zwischen -4 bis +4 binär codiert aufrufen, der der jeweiligen Anzahl der Übereinstimmungen entspricht. Die Addition im Addierglied 7 ergibt den Wert der Kreuzkorrelationsfunktion (-8 bis +8). Die beiden höchstwertigen Bits der an den Ausgängen der Promschaltkreise 14 und 15 anliegenden Speicherinhalte werden auf ein Exklusiv-ODER-Gatter 16 gegeben. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 16 sowie die höchstwertige Stelle des Ausgangs des Addiergliedes 7 führen auf ein weiteres Exclusiv-ODER-Gatter 17, dessen Ausgang das höchstwertige Bit des am Ausgang des Addierers 7 anstehenden Kreuzkorrelationswertes im 2er-Komplement darstellt. Der Ausgang des Addierers 7 stellt zusammen mit dem Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 17 den ermittelten Wert der Ereuz- korrelationsfunktion dar, der im 2er-Komplement dargestellt ist. Dabei ist das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 17 das höchstwertige Bit und stellt damit das Vorzeichen der Kreuzkorrelationsfunktion dar. Durch die Werte am Ausgang des Addierers 7 und am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 17 wird ein weiterer Promschaltkreis 18 angesteuert. Uberschreiten die am Promschaltkreis 18 anliegenden Adress Codewörter in ihrer Wertigkeit betragsmässig eine vorgegebene Schwelle, so werden die dazugehörigen Speicherplätze mit logisch "1" gekennzeichnet. Ein aufgerufener Speicherinhalt logisch "1, der an Klemme 19 ausgegeben wird, zeigt die Erkennung eines Synchronisationswortes an, wobei am Zustand der Klemme 22 angezeigt wird, ob invertierte oder nichtinvertierte Lage vorliegt. Fig. 3 zeigt eine Gabelschaltung, die durch die Signale E und F an den Klemmen 22 und 23 gesteuert wird. Die Signale E und F kommen aus den Korrelatoren für die Bitebene A und B und entsprechend den jeweiligen höchstwertigen Bit des Korrelatorausgangssignals von A und B. Die Schaltung nach Fig. 3 ist nach folgender Struktur aufgebaut: C = (E.F+E.F) . (A.E+A.E) + (E.F+F.E) . (B.F+B.F) D = (E.F+E.F) . (B.F+B.F) + (E.F+E.F) . (A.F+ .F) Die Ausgangssignale C und D an Klemme 24 und 25 der Gabelschaltung nach Fig. 3 ergeben sich bei einem Eingangssignal A und B an Klemme 20 und 21 je nach der Steuerinformation an Klemme 22 und 23. Mit Hilfe dieser Schaltung können zwei Datenströme entweder vertauscht oder/und invertiert werden (siehe Fig. 4). Fig. 5 zeigt eine Schaltung zur Erkennung der Lage des Synchronisationsmusters im Rahmen. Den Klemmen 19 und 27 werden die Signale der Speicherstellen eines Promschaltkreises 18, wie in Fig. 2 dargestellt, zugeführt. Es ist jeweils ein Schieberegister 28 und 29 für jeweils einen Teilrahmen vorgesehen. Die Schieberegister 28 und 29 enthalten jeweils 5 Bitzellen, an deren mittleren Werten ein UND-Gatter 30 angeschlossen ist. Weiterhin sind Strobe Eingänge 31 bzw. 32 vorhanden. Die parallelen Ausgänge des Schieberegisters 28 und 29 führen auf einen 1024 x 4 Promschaltkreis 33. Der Inhalt der angesprochenen Speicherstellen des Promschaltkreises 33 füllt auf einen Addierer 34, dem gleichfalls aus einem vorprogrammierbaren Rahmen Zähler 26, 36 Zählerzustände zugeführt werden. Im dargestellten Beispiel zählt der Zähler jeweils bis zu einer Adresse 320. Sobald der Zahler seine Endadresse erreicht hat, wird seinem Load-Eingang 37 ein Impuls zugeführt und der Zähler wird wieder auf den vorprogrammierbaren Ausgangszustand zurückversetzt. Zum erstmaligen Suchen des Rahmentaktes wird dem Restart Eingang 39 ein Signal zugeführt, das den Zähler 36 neu setzt. Gleichzeitig werden über das ODER-Gatter 40 die Strobe-Eingänge 31 und 32 der Schieberegister 28 und 29 angesprochen. Da die Ausgänge der Schieberegister 28 und 29 auf den Promschaltkreis 33 führen, wird jeweils eine bestimmte Adresse des Promschaltkreises 33 angesprochen. Die Ausgänge der Korrelator-Schwellwertlogik der Bitebenen A und B sind über die Klemmen 19 und 27 mit den seriellen Eingängen der Schieberegister 19 und 27 verbunden. An Klemme 38 liegt die aus der Ablaufsteuerung gewonnene Lage des ZeitSensters vor. Sie wird über das STROBE-Gatter 40 an die Strobeeingänge 31 und 32 gegeben. Die nach 5 im Zeitfenster auftretenden Taktschritten in die Schieberegister 28 und 29 eingelesene Information wird sodann mit Hilfe des Promschaltkreisinhaltes 33 ausgewertet. Der Inhalt der Speicherstelle der aufgerufenen Adresse gibt dem Addierer 34 die Information, wie weit der vorliegende Taktschritt vom Rahmentakt entfernt liegt. In der Sollage des Synchronisationstaktes befindet sich der Takt in den mittleren Speicherzellen der Schieberegister 28 und 29. ueber das daran angeschlossene UND-Gatter 30 wird ein Impuls an die Klemme 41 abgegeben. Ober eine angeschlossene Auswertelogik, die in Fig. 6 dargestellt ist, wird ein Impuls über die Klemme 39 auf den Load-Eingang 37 gegeben. Der Zähler 36 beginnt damit neu zu zählen. Wenn die Sollage nicht erreicht ist, z.B. durch einen Bitslip, wird über eine andere aufgerufene Adresse des Promschaltkreises 33 die Zählsumme des Zählers 36 verändert. Damit verschiebt sich die Taktsynchronisierung des Rahmens in der richtigen Weise. Fig. 6 zeigt eine Auswertelogik zur Steuerung des Ablaufs von Such- und Haltevorgang. Den Klemmen 22 und 23 werden die Lage informationen des Synchronwortes aus den beiden Teilrahmen A, B zugeführt. Sobald das Synchronwort in der richtigen zeitlichen Lage vorliegt, erhält die Eingangsklemme 41 aus dem UND-Gatter 30 einen Impuls. Der Suchmode wird durch einen Zustandswechsel auf logisch 1 an der Klemme 38, die auf das ODER-Gatter 40 führt, ausgelöst. Ein Impuls an der Klemme 39 führt über ein ODER-Gatter auf den Load- Eingang 37 des Zählers 36 und bewirkt einen Neustart des Rahmenzählers 36. Das Signal am Load-Eingang 37 stellt gleichzeitig den Rahmentakt dar. Der Promschaltkreis 33 gibt nur dann einen Impuls an die Klemme 43 ab, wenn kein Synchronisationswort gefunden wird. Der Impuls an der Klemme 43 führt auf ein ODER-Gatter 45, dessen Klemme 46 einen Impuls zur erstmaligen Initialisierung der Gesamtschaltung zugeführt werden kann. An die Klemme 42 sind die Promschaltkreise 18 der Schaltung nach Fig. 2 für die beiden Teilrahmen angelegt, so dass die mit Hilfe der Promschaltkreise 18 festgelegten Schwellwerte für die Kreuzkorrelationsfunktion umgeschaltet werden können.

Claims: Patentansprüche 1. System zur tbertrsgung und zum ERpîang von digitalen Informations signalen, insbesondere für die digitale Tonübertragung über Satelliten, bei dem die Datenfolgen in einem Rahmen zeitlich nacheinander angeordnet sind und zu Beginn einer abgegrenzten Datenfolge ein Synchronisations wort mit mehreren Bits übertragen wird, dadurch gekenn zeichnet, dass jeder Rahmen in zwei Teilrahmen aufgeteilt ist, wobei jeder Teilrahmen ein Synchronisationswort eines gleichen oder äquivalenten Typs gleicher Länge auf weist, dass für die zeitliche Erkennung des Rahmens je weils ein Eorrelator(14, 15, 7) verwendet ist, dass für die Synchronisation Codeworte verwendet werden1 die ein eindeutiges Maximum ihrer Autokorrelationsfunktion für den Zeitpunkt T=O aufweisen und dass die Autokorrelations funktion für alle Zeitpunkte T/O betragsmässig minimal ist. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der folgenden Synchronisationswörter, deren Invertierung, Spiegelung (rückwärts gelesen) oder invertierte Spiegelung verwendet ist,wobei 0 logisch 0 und 1 logisch 1 darstellt: 1. 0110100001110111 2. 0101101110111000 3. 0100100010001111 4. 0100010010111100 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanordnung (Fig. 5) zur Erkennung der zeitlichen Lage des Synchronisationswortes und zur Korrektur der zeitlichen Lage des Rahmens vorhanden ist. 4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung zur Vertauschung (Fig. 3) der ankommenden Daten ströme (A und B) vorgesehen ist, die von einer Synchroni sationsworterkennungsschaltung gesteuert ist. 5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum erstmaligen bzw. Wiederauffinden des Synchronisations zustandes zweimal das Vorhandensein des Synchronisations wortes geprüft wird. 6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Betriebszustände vorgesehen sind, wobei in einem ersten Betriebszustand zweimal das Vorhandensein des Synchroni sationsmusters geprüft wird und dass im Fall, dass das Synchronisationsmuster erkannt wird, in den zweiten Be triebszustand geschaltet wird, in dem die Phasenlage der Datenfolge auf + 2 Bittakte vom Normalzustand geprüft wird und bei Abweichung vom Nomalzustand eine zeitliche Korrek tur unmittelbar im nächsten Rahmen erfolgt. 7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Synchronisationswortes zwei Speicherbau steine (14, 15) verwendet sind, deren Ausgänge über eine Additionsschaltung (7) den Wert der Kreuzkorrelation zwischen dem vereinbarten und empfangenen Synchronisations wort ergeben. 8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwellwertlogik vorhanden ist, die einen Speicherbaustein (18) enthält, in dem j ede m jedem Kreuzkorrelationswert eine Adresse zugeordnet ist, unter der die Repräsentativwerte für die Zustände: Sync-Wort vorhanden, invertiertes Sync-Wort vorhanden und kein Sync-Wort vorhanden abge speichert sind.

Inventors: KORTE, HERMANN W. W., DIPL.-ING., STARK, DIETER, DIPL.-ING.
Applicants: TELEFUNKEN FERNSEH UND RUNDFUNK GMBH
Application year: 1983
Main classification: H04L7
IPC codes: H04L27, H04L7, H04J3