CH651708A5

CH651708A5 - Modem.

Info

Publication number: CH651708A5
Application number: CH9358/79A
Authority: CH
Inventors: Ran Fun Chiu; Philip Frederick Kromer Iii; Ming Luh Kao; Henry Howard Parrish
Original assignee: Racal Milgo Inc
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1985-09-30
Also published as: DE2942075A1; DE2942075C2; US4355402A; FR2439516B1; SE7908628L; FR2439516A1; BE879542A; SE446800B; GB2034139B; JPS5595452A; CA1140216A; GB2034139A

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Modem so auzubilden, dass Fehler, die durch falsche Gleichgewichtszustände verursacht werden, vermieden werden können.

Das erfindungsgemässe Modem, das vom Ausgangssignal einer Ausgleichsschaltung beaufschlagte Entscheidungsmittel zum Auflösen dieses Ausgangssignals in jeweils eines von einer Mehrzahl von Datensymbolen enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass - um zu verhindern, dass die Ausgleichsschaltung und die Entscheidungsmittel in einem falschen Gleichgewichtszustand arbeiten, in welchem die Verstärkung auf einen Wert reduziert ist, bei dem die Auflösung in Datensymbolen durch die Entscheidungsmittel unrichtig ist - auf die Auflösung in Datensymbole ansprechende Mittel vorgesehen sind zum Feststellen und Korrigieren des falschen Gleichgewichtszustandes.

Die auf die Auflösung in Datensymbolen ansprechenden Mittel können einen Detektor zum Feststellen einer unterdurchschnittlichen Häufigkeit der Erzeugung von Symbolen mit einer vorbestimmten Grösse und zum Erzeugen eines Auslösesignals enthalten, das die Feststellung der unterdurchschnittlichen Häufigkeit anzeigt. Mit dem Auslösesignal kann dann die Verstärkung des den Entscheidungsmitteln zugeführten Signals sprungartig erhöht werden, um aus dem falschen Gleichgewichtszustand, der durch die unterdurchschnittliche Häufigkeit eines der Symbole angezeigt wird, herauszukommen.

Anhand der Zeichnungen wird nachstehend ein bevorzug-

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tes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema eines Empfängers eines Daten-Modems,

Fig. 2A und 2B grafische Darstellung von falschen Gleichgewichtszuständen,

Fig. 3 ein Schema eines Detektors für falsche Verstärkungsbedingungen,

Fig. 4 ein Schema der Endverstärkerstufe des Empfängers und

Fig. 5 eine grafische Darstellung von verschiedenen Signalformen, die im Empfänger auftreten können.

Der in Fig. I dargestellte Modem-Empfänger enthält einen automatischen Verstärkungssteuerungsabschnitt 11, einen Filterabschnitt 13, einen Demodulator 15, eine anpassungsfähige Ausgleichsschaltung 17, einen Drehungsabschnitt 19, eine Fehlerberechnungseinrichtung 21 für die Ausgleichsschaltung, einen Stufendetektor 23 und eine Träger-rückgewinnungsschaltung 25, die den Drehungsabschnitt 19 steuert. Diese Elemente gehören üblicherweise auch zu den bekannten Modem-Empfängern. Das empfangene Signal wird im Abschnitt 11 mit gesteuerter Verstärkung verstärkt und im Filter 13 gefiltert. Das in der Signalstärke gesteuerte und gefilterte Signal wird dann im Block 15 demoduliert, und das demodulierte Signal wird durch die anpassungsfähige Ausgleichsschaltung 17 und den Drehungsabschnitt 19 korrigiert. Der der Ausgleichsschaltung 17 zugeordnete Drehungsabschnitt 19 kann je nach der Art des Modem-Aufbaus unter Umständen auch wegfallen. In einem bekannten Modem-Empfänger würde das Ausgangssignal des Drehungsabschnittes 19 in der Regel direkt dem Stufendetektor 23 zugeführt. Das Ausgangssignal des Stufendetektors 23 stellt das in dessen Eingangssignal enthaltene Datensymbol dar. Das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Stufendetektors 23 werden dann von der Fehlerberechnungseinrichtung 21 dazu verwendet, die anpassungsfähige Ausgleichsschaltung 17 zur Kompensation von durch die Übermittlung verursachten Amplituden* und Phasenverzerrungen zu verstellen.

Im vorliegenden Fall wird das Ausgangssignal des Drehungsabschnittes 19 vor dem Stufendetektor 23 in einem Endverstärkerabschnitt 27 verstärkt, und das Ausgangssignal des Stufendetektors 23 wird einem Detektor 29 für falsche Verstärkung zugeführt, der allenfalls auftretende falsche Gleichgewichtszustände feststellt. Der Detektor 29 für falsche Verstärkung arbeitet mit dem Endverstärkerabschnitt 27 zusammen, um falsche Gleichgewichtszustände zu vermeiden.

Flasche Gleichgewichtszustände sind in den Fig. 2A und 2B dargestellt. Solche Zustände können in Modem-Empfängern gemäss Fi. 1 auftreten, die keine Schaltung zur Vermeidung von falschen Gleichgewichtszuständen , wie die vom Detektor 29 und vom Endverstärkerabschnitt 27 gebildete, enthalten. Fig. 2A zeigt einen falschen Gleichgewichtszustand in einem Restseitenbandempfänger. Die erwarteten Ausgangswerte des Stufendektektors sind —3, — 1, +1 und +3, wie durch Kreise dargestellt. In einem falschen Gleichgewichtszustand kann die Verstärkung so klein sein, dass die zu erwartenden Werte auf —1,5, —0,5, +0,5 bzw. + 1,5 reduziert sind. In diesem Fall ist die Ausgleichsschaltung 17 in einem solchen Zustand, dass der quadratische Mittelwert des festgestellten Fehlers Null ist; aber einem Signal, dem der Stufendetektor 23 einen Ausgangswert von + 3 zuordnen sollte,

wird stattdessen nur der unrichtige Ausgangswert + 1 zugeordnet.

Fig. 2B zeigt einen falschen Gleichgewichtszustand in einem Empfänger für Vierphasen-Amplitudenmodulation nach der CCITT-Empfehlung V.29, bei einer Verstärkung, die nur das 0,7829fache der erwarteten beträgt (d.h. 2,12 db zu niedrig ist), und bei einer unrichtigen 45°-Drehung.

Entscheidungsgrenzen sind mit gestrichelten Linien 101 dargestellt. Die idealen durch den Stufendetektor 23 festgestellten Punkte oder Symbole sind mit Kreisen A,B,C,Dt,D2 dargestellt, wobei die Punkte Di und Di Symbole mit dem höchsten Wert darstellen. Jedem Stufendetektor-Eingangssignal, das innerhalb der den Punkt B umgebenden Grenze 101 liegt, ordnet der Stufendetektor 23 den idealen Wert B zu, usw. Die Punkte A' und B' bezeichnen die Lage von Stufen-detektor-Eingangssignalen, die nach einem Verstärkungssprung dem Abbild der Punkte A bzw. B entsprechen. Nun wird dem Punkt B', dem der Stufendetektor 23 das Symbol B zuordnen sollte, stattdessen das unrichtige Symbol C zugeordnet. Der Betrieb der Ausgleichsschaltung 17 stabilisiert sich auf dem gedrehten Zustand mit der reduzierten Verstärkung.

Im Modem-Empfänger gemäss Fig. 1 stellt der Detektor 29 das Auftreten des falschen Gleichgewichtszustandes fest. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor 29 dazu eingerichtet, eine kleiner werdende Häufigkeit des Auftretens des Symbols (bzw. der Symbole) mit der grössten Amplitude festzustellen und dann die Endverstärkerstufe 27 entsprechend anzusteuern. In einer anderen Ausführungsform könnte der Detektor 29 einen ungewöhnlich kleinen Wert der über eine längere Zeit gemittelten Amplitude des Eingangssignals oder des Ausgangssignals des Stufendetektors 23 feststellen.

Der Endverstärkerabschnitt 27 ist so aufgebaut, dass bei Empfang eines Auslösesignals seine Verstärkung sehr rasch steigt. Danach passt sich der Endverstärkerabschnitt 27 derart an, dass sich die Gesamtverstärkung auf die vom Stufendetektor 23 erwartete Signalstärke einregelt. Die Anpassungsgeschwindigkeit ist im Vergleich zu derjenigen der Ausgleichsschaltung 17 und des automatischen Verstärkungssteuerungs-abschnittes 11 relativ hoch.

Die Wirkungsweise der Schaltung 27,29 ist wie folgt: Wenn eine falsche Verstärkung vorhanden ist, etwa als Folge eines durch die Übermittlung verursachten Amplitudensprungs, dann gibt der Detektor 29 schliesslich ein Auslösesignal ab, so dass die Verstärkung des Endverstärkerabschnittes 27 plötzlich steigt. Da keine falschen Gleichgewichtszustände mit zu grosser Verstärkung vorkommen, stellt sich die Endverstärkerstufe dann auf die richtige Verstärkung ein, und der Stufendektektor 23 erzeugt die richtigen Werte. Schliesslich passen sich der automatische Verstärkungssteuerungsab-schnitt 11 und die Ausgleichsschaltung 17 an die richtige Verstärkung an, und die Verstärkung des Endverstärkerabschnittes, der rasch genug reagiert, um den von den anderen Schaltungen eingeführten Verstärkungsänderungen zu folgen, geht auf Eins zurück.

Die bevorzugte Ausbildung des Detektors 29 für die in Fig. 2B dargestellten Signale (vierphasen-amplitudenmodu-lierte Signale nach der CCITT-Empfehlung V.29) ist in Fig. 3 dargestellt.Symbole vom Typ D in Fig. 2B, d.h. Symbole mit dem höchsten Wert, treten normalerweise wegen der Tätigkeit des üblichen Scramblers im Mittel einmal pro vier Symbole auf. Der Stufendetektor 23 erzeugt gleichzeitig mit einem Taktsymbol, mit INT bezeichnet, eine logische I, wenn das festgestellte Symbol vom Typ D ist; andernfalls erzeugt er eine logische O. Dieses Signal wird BIG genannt. Der Detektor 29 gemäss Fig. 3 verwendet einen Addierer 31 und ein Register 33, um festzustellen, ob BIG im Mittel einmal pro vier Symbole 1 ist.

Wenn BIG 1 ist, liegt wegen seiner Zufuhr zum Addierer 31 eine binäre Darstellung von —32 am Zweierkomplement-B-Eingang des Addierers. Der Ausgang des Registers 33 ist mit dem A-Eingang des Addierers 31 verbunden. Wenn das Resultat der Addition negativ ist, d.h. wenn das Signal am Übertrag-Ausgang C4 des Addierers 31 tief ist, dann wird

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über einen Inverter 37 und UND-Tore 35, 39 mit der nächsten ansteigenden Flanke von INT der Inhalt des Registers 33 gelöscht. Andernfalls wird der Inhalt des Addierers bei der nächsten ansteigenden Flanke von INT in das Register eingezählt. Im letzteren Fall ist Rn+1 = Rn Ausgang des Addierers 31.

Wenn BIG O ist, dann wird über den Addierer 31 der Inhalt des Registers 33 um 1 erhöht. Wenn der Inhalt des Registers 33 über 127 steigt, wird das Signal am Ausgang F7 des Addierers hoch. Bei der nächsten ansteigenden Flanke von INT wird das am Ausgang F7 liegende Signal in das Register 33 eingegeben, so dass das Signal an dessen mit KICK bezeichnetem Ausgang hoch wird. Dadurch wird die Endverstärkerstufe 27 veranlasst, ihre Verstärkung sprungartig zu erhöhen.

Die bevorzugte Ausführungsform der Endverstärkerstufe 27 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Ausgangssignale der Ausgleichsschaltung 17 haben in jedem Symbolintervall die Form von zwei Probenkomponenten x und y. Jede dieser Komponenten wird in einem Multplikator 41 bzw. 43 mit einem Verstärkungsfaktor G multipliziert. Der Verstärkungsfaktor G wird von einem Addierer 42 gebildet, der die Konstante Zwei (2) zu einer Grösse An addiert. An ist gleich dem Ausgangssignal eines Verzögerungselementes in Form eines Registers 45, ausser wenn der KICK-Ausgang des Detektors 29 aktiv ist, in welchem Falle An gleich der Konstante Eins (1) ist. Somit ist G = 2 + An, wenn KICK nicht aktiv ist, und G = 3, wenn KICK aktiv ist.

Die Ausgangssignale der Multiplikatoren 41 und 43 sind

Xn = Gn-xn

Yn = Gn-y„

wobei n das betreffende Symbolintervall bezeichnet. Die Signale Xn und Yn werden dem Stufendetektor 23 zugeführt, der die Idealpunktwerte Sx bzw. Sy erzeugt, welche je einem Multiplikator 45 bzw. 57 zugeführt werden. Die zugehörigen zweiten Eingangssignale der Multiplikatoren 45 und 47 sind gleich den X„ bzw. Yn der Multiplikatoren 41 bzw. 43. Die Ausgangssignale der zweiten Multiplikatoren 45 und 47 werden in einem Addierer 49 summiert, um ein Eingangssignal für einen zweiten Addierer 51 zu bilden, dessen anderes Eingangssignal M ein Ausgangssignal des Stufendetektors 23 ist. Die Wirkung der Multiplikatoren 45,47 und der Addierer 49, 51 besteht darin, eine Grösse E= Ss-X + Sv- Y+ M zu bilden.

Die Grösse M ist eine Grösse, die im Stufendetektor 23 derart gebildet wird, dass

M = -(Sx- + S^).

Die Grösse E ist ein Indikator für den Verstärkungsfehler, ein positiver Wert von E zeigt eine zu grosse Verstärkung an. Die Grösse E wird in einem dritten Multiplikator 53 mit einer Konstanten a multipiziert. Die Konstante a steuert die Ansprechgeschwindigkeit der Endverstärkerstufe. Ein vierter Addierer 55 kombiniert An mit a ■ E, um An +1 zu bilden, wobei A„+ : = An - aE ist. An+1 durchläuft einen Begrenzer 57, der An + i auf den Bereich von — 1 bis + 1 begrenzt. An+i wird dann in das Register 45 gegeben, um für die nächste Probe verwendet zu werden.

In dieser Ausführungsform liegt also die Schlussverstärkung im Bereich zwischen +3 und + 1, da An im Bereich zwischen + 1 und — 1 liegt. Das System stabilisiert sich schliesslich mit An = +1. Andere Bereiche sind ebenfalls brauchbar, je nach der Art des übermittelten Mehrpegelmusters, aber die Verstärkung sollte auf einen positiven Wert begrenzt sein, um ein Instabilwerden des Kreises zu verhindern.

Fig. 5 illustriert die Gesamtwirkungsweise des Modem-Empfängers. Fig. 5A zeigt die Stärke des Eingangssignals der Ausgleichsschaltung 17 in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 5B zeigt die Verstärkung des Verstärkungssteuerungsabschnittes 11 in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 5C zeigt die Verstärkung der Ausgleichsschaltung 17. Fig. 5D zeigt das Eingangssignal des Stufendetektors 23 in Abhängigkeit von der Zeit, und Fig. 5E zeigt die Verstärkung der Endverstärkerstufe 27.

Im Zeitpunkt ti tritt ein Signalstärkensprung auf. Die Stärke des Eingangssignals (Fig. 5A) der Ausgleichsschaltung 17 fällt ab, und der Verstärkungssteuerungsabschnitt 11 beginnt eine relativ langsame Korrektur (Fig. 5B). Nach einer durch die Ausgleichsschaltung 17 bedingten Verzögerung fällt das Eingangssignal des Stufendetektors 23 (Fig. 5D) im Zeitpunkt t2 in einen Bereich falschen Gleichgewichts. Die Verstärkung der Ausgleichsschaltung 17 nimmt relativ langsam ab, gegen einen Wert, der an den falschen Gleichgewichtszustand angepasst ist, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 5C angedeutet, die für einen Empfänger ohne die Schaltung 27, 29 zur Vermeidung von falschen Gleichgewichtszuständen gilt. Der Betrieb würde sich dann im falschen Gleichgewichtszustand stabilisieren. Nach einer Verzögerungszeit A t gibt jedoch der Detektor 29 ein Auslösesignal an die Endverstärkerstufe 27, und die Endverstärkung springt wie in Fig. 5E gezeigt auf +3. Durch diese Verstärkungszunahme steigt die Stärke des Eingangssignals des Stufendetektors 23 aus dem falschen Gleichgewichtszustand heraus (Fig. 5D). Wenn dabei der Anstieg der Endverstärkung zu gross ist, passt sich die Endverstärkerstufe 27 an und reduziert die Verstärkung innerhalb eines Zeitintervalls A tz. Nachher verläuft die Endverstärkung so, dass die Aenderung der Verstärkung des Verstärkungsabschnittes (Fig. 5B) kompensiert wird.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Modem mit vom Ausgangssignal einer Ausgleichsschaltung (17) beaufschlagten Entscheidungsmitteln (23) zum Auflösen dieses Ausgangssignals in jeweils eines von einer Mehrzahl von Datensymbolen, dadurch gekennzeichnet, dass - um zu verhindern, dass die Ausgleichsschaltung (17) und die Entscheidungsmittel (23) in einem falschen Gleichgewichtszustand arbeiten, in welchem die Verstärkung auf einen Wert reduziert ist, bei dem die Auflösung in Datensymbole durch die Entscheidungsmittel (23) unrichtig ist - auf die Auflösung in Datensymbole ansprechende Mittel (27,29) vorgesehen sind zum Feststellen und Korrigieren des falschen Gleichgewichtszustandes.
2. Modem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die genannten Mittel (27,29) dazu eingerichtet sind, den falschen Gleichgewichtszustand durch Feststellung einer unrichtigen durchschnittlichen Erzeugung der Datensymbole festzustellen.
3. Modem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel (27,29) dazu eingerichtet sind, den falschen Gleichgewichtszustand durch sprungartiges Erhöhen der Signalstärke der Eingangssignale der Entscheidungsmittel (23) zu korrigieren.
4. Modem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die auf die Auflösung in Datensymbole ansprechenden Mittel (27,29) einen von Ausgangssignalen der Entscheidungsmittel (23) beaufschlagten Detektor (29) zum Feststellen einer unterdurchschnittlichen Häufigkeit der Erzeugung von Symbolen mit einer vorbestimmten Grösse und zum Erzeugen eines Auslösesignals, das die Feststellung der unterdurchschnittlichen Häufigkeit anzeigt, und auf das Auslösesignal ansprechende Mittel (27) zum Ändern der Verstärkung enthalten.
5. Modem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der genannte Detektor (29) zum Feststellen einer unterdurchschnittlichen Häufigkeit der Erzeugung von Symbolen mit der grössten Grösse eingerichtet ist, die von den Entscheidungsmitteln (23) aufgelöst wird.
6. Modem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Auslösesignal ansprechenden Mittel (27) dazu eingerichtet sind, die Verstärkung zu erhöhen.
7. Modem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die auf das Auslösesignal ansprechenden Mittel (27)

dazu eingerichtet sind, als Reaktion auf das Auslösesignal anfänglich eine sprungartige Erhöhung der Verstärkung zu bewirken und danach ihren Beitrag zur Verstärkung zu reduzieren.
8. Modem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Detektor (29) einen Addierer (31), der auf die Erzeugung und Nichterzeugung von Symbolen mit der genannten vorbestimmten Grösse durch die Entscheidungsmittel (23) anspricht, und ein Register (33) enthält, dessen Inhalt durch den Addierer (31) gesteuert wird, wobei der Addierer (31) auch auf den Inhalt des Registers (33)

anspricht.
9. Modem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die auf das Auslösesignal ansprechenden Mittel (27) folgendes enthalten: Mittel (41,43) zum Multiplizieren des Ausgangssignals der Ausgleichsschaltung (17) mit einem Verstärkungsfaktor (G), Mittel (45-51) zum Erzeugen eines Fehlersignals (E), das die Abweichung dieses Ausgangssignals von einem vorbestimmten Wert anzeigt, und Mittel (55,45) zum sprungartigen Erhöhen des Verstärkungsfaktors (G) als Reaktion auf das Auslösesignal und zum anschliessenden Reduzieren des Verstärkungsfaktors (G) in Abhängigkeit vom Fehlersignal (E).
10. Modem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (45-51) zum Erzeugen des Fehlersignals (E)

Mittel (45,47) zum Multiplizieren des Eingangssignals der Entscheidungsmittel (23) mit dem Ausgangssignal derselben enthalten.

Viele bekannte, mit anpassungsfähigen Ausgleichsschaltungen versehene Daten-Modems (Modulations/Demodula-tions-Einrichtungen) für Restseitenband- oder Vierphasen-Amplitudenmodulation verwenden Stufendetektor- oder Entscheidungsschaltungen, um das Ausgangssignal der Ausgleichsschaltung jeweils einem von mehreren möglichen idealen Datenwerten zuzuordnen.

Nach dem Stand der Technik wird der Stufendetektor bzw. die Entscheidungsschaltung für einen Modem-Empfän-ger so ausgelegt, dass als Ausgangssignal jeweils das ideale Symbol erzeugt wird, das am nächsten beim Eingangssignal des Stufendetektors liegt. (Dadurch wird die Fehlerzahl bei Gegenwart von additivem weissem Rauschen am Empfängereingang auf ein Minimum reduziert.) Wenn diese Auslegungsregel bei einem Vielpegelempfänger mit automatischer Ausgleichsschaltung befolgt wird, kann sich ein falscher Gleichgewichtszustand ergeben, bei dem die Anschlüsse der Ausgleichsschaltung bis auf einen Massstabfaktor und möglicherweise eine Drehung korrekt eingestellt sind (wobei der Massstabfaktor und die Drehung für alle Anschlüsse der Ausgleichsschaltung jeweils gleich sind).

In einem solchen falschen Gleichgewichtszustand hat die Ausgleichsschaltung das übermittelte Signal mit Erfolg in getrennte Bereiche aufgelöst, aber da die Gesamtverstärkung unrichtig ist, ordnet der Stufendetektor das empfangene Signal nicht dem richtigen idealen Punkt zu.

Modems sind einer als Signalstärkensprung bekannten Erscheinung ausgesetzt, bei der die Verstärkung des Übermittlungsweges plötzlich ändert und dann während längerer Zeit auf dem neuen Wert verbleibt. Verstärkungssprünge, die eine ausreichend grosse Abnahme der Signalstärke bewirken, können in der Praxis dazu führen, dass der Empfänger ein falsches Gleichgewicht sucht.