DE2748573A1

DE2748573A1 - Uebertragungssystem

Info

Publication number: DE2748573A1
Application number: DE19772748573
Authority: DE
Inventors: Arvind M Placentia Bhopale; Richard L Stuart
Original assignee: RIXON; RIXON Inc
Current assignee: RIXON; RIXON Inc
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-06-22
Also published as: GB1592556A; US4123710A; FR2369757B1; FR2369757A1

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Rixon, Inc., Silver Springs, Maryland 20904 /USA

betreffend:
"Übertragungssystem"

Die Erfindung bezieht sich auf ein übertragungssystem mit einem Quadratur-Amplitudenmodulationsverfahren und bezieht sich insbesondere auf ein Übertragungssystem, bei welchem eine Quadratüramplitudenmodulation in Verbindung mit einem partiellen Charakteristikverfahren (partial response techniques) verwendet ist.

Wie weiter unten näher ausgeführt, ist bei der Erfindung ein Quadratur-Amplitudenmodulationsverfahren mit einer partiellen Charakteristikkodierung kombiniert, was auf Modems (Modulatoren und Demodulatoren) hinausläuft, welche eine digitale übertragung mit einer ungewöhnlich hohen Güte bei bestimmten Datengeschwindigkeiten schaffen. Bevor die Erfindung selbst beschrieben wird, wird die Quadratüramplitudenmodulation und die partielle Charakteristikkodierung kurz beschrieben.

Die Quadratür-Amplitudenmodulation (QAM) wird seit e:\niger

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Zeit bei der Datenübertragung angewendet. Bei diesem Verfahren werden die zu übertragenden Daten in Kanäle aufgeteilt, die in Phase (I) liegen und 90° (Q) phasenverschoben sind. Nach einer entsprechenden FGrmung (Bandbegrenzung) wird das Signal in jedem Kanal mit in Phase liegenden bzw. mit 90° phasenverschobenen Trägern moduliert. Die modulierten Signale in den zwei Kanälen werden dann summiert, um ein bandbegrenztes QAM-Signal zu schaffen. Im allgemeinen ist die Fehlerrate einer Datenübertragung, bei welcher das QAM-Verfahren angewendet wird, weniger leicht durch kleine Phasenschwankungen in dem Demodulationsträger beeinflußbar als Systeme, bei denen eine Restseitenband-(VSB) oder eine Einseitenband- (SSB)Modulation angewendet ist. In einem leistungsfähigen VSB- oder SSB-System wird ein Teil des Trägers und ein Pilotton von dem informationstragenden Teil des Signals übertragen, um eine Rückgewinnung des Trägers zu ermöglichen. In einem QAM-System wird die gesamte übertragene Energie dem informationstragenden Teil des Signals zugewiesen, und der Träger kann aus dem quadraturamplituden-modulierten Signal selbst zurückgewonnen werden (siehe Stiffler "Theory of Synchronous Communications", Prentice Hall, 1971). Zur weiteren Beschreibung von QAM-Systemen wird auch beispielsweise auf die Veröffentlichung "Principles of Data Communication" von Lucka, Salz und V7eldon in McGraw-Hill, 1968 bezug genommen.

Verfahren mit einer partiellen Charakteristik, bei welchen eine gesteuerte Zwischenzeichen-Interferenz benutzt wird, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, sind eine jüngere Entwicklung und werden in Verbindung mit einem AM-SSB-Modulationsverfahren verwendet, um bestimmte spektrale Formungswirkungen bei der Datenübertragung zu erreichen. Zur Beschreibung der verschiedenen Arten von partiellen Charakteristikschemen und Vorkodierverfahren, bei welchen eine derartige Vorkodierung verwendet wird, um eine Fehlerausbreitung in den dekodierten Daten zu vermeiden, wird beispielsweise auf den Artikel "Generalization of a Technique for Binary Data Communication" von Kretzmer in IEEE Transactions on Communication Technology vom Februar 1966

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bezug genommen. Ferner wird auf die US-PS 3 388 330 verwiesen. Für ein binäres Eingangssignal weist ein Basis- oder Modulationsfrequenzbandsignal mit einer partiellen Charakteristik zumindest drei Pegel auf. Ein System mit einer partiellen Charakteristik weist ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis als ein ideales Binärsystem für dieselbe Fehlerrate auf. Da jedoch die Pegelanzahl in einem System mit partieller Charakteristik immer höher ist als die Anzahl der Eingangspegel, können bestimmte Folgen der geschätzten bzw. erwarteten Daten, wenn sie unmöglich sind, ausgeschieden werden, und auf diese Weise kann ein System, bei welchem ein Basisbandsignal mit einer (dreifachen bzw. ternären) partiellen Charakteristik bzw. mit einer solchen mit drei Pegeln* im wesentlichen ebenso ein ideales Binärsystem schaffen. Zur Beschreibung von vorkodierten Datenübertragungssystemen mit einer partiellen Charakteristik mit mehreren Pegelwerten wird auf die US-PS'en 3 492 578 und 3 679 977 bezug genommen. *verwendet ist,

Gemäß der Erfindung ist ein Datenübertragungssystem geschaffen, bei welchem ein QAM-Verfahren und ein Verfahren mit partieller Charakteristik zusammengefaßt ist. Hit dem übertragungssystem gemäß der Erfindung ist eine digitale übertragung mit einer den Erwartungen entsprechenden Güte über einen Telephon-Sprachkanal bei bestimmten Datenübertragungsgeschwindigkeiten geschaffen. Insbesondere wird eine optimale Verbindung einer mehrstufigen Kodierung, eines QAM-Verfahrens und eines Verfahrens mit einer partiellen Charakteristik verwendet, um ein hochwertiges Betriebsverhalten bei Bitgeschwindigkeiten von 8 000 Bit pro Sekunde (BPS) und von 16 000 BPS zu schaffen.

Bei dem Versuch, ein Signal mit 8 000 BPS oder 16 000 BPS über einen Telephon-Sprachkanal zu übertragen, muß eine Anzahl Faktoren berücksichtigt werden. Der Telephonkanal hat eine Bandbreite von 2 700 Hz (von etwa 300 bis 3 000Hz), hat verschiedene Hüllkurven-Verzögerungskenndaten und wird durch Rauschen, Phasenschwankungen und Frequenztranslation gestört. Gemäß der Erfindung werden für ein Signal mit 8 000 BPS die ankommenden Daten in ein

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5x5 kodiertes QAM-Signal mit einer partiellen Charakteristik umgeformt, das eine Gesamtbandbreite (bei den natürlichen Nulldurchgängen des Spektrums) von +_1 333,3 Hz (2 666,6 Hz) hat, was in die 2 700 Hz-Bandbreite des Kanals paßt- Für ein Signal mit 16 000 BPS ist ein 11x11-QAM-System mit partieller Charakteristik vorgesehen, welches eine Gesamtbandbreite von+^1 600,00 Hz (3 200Hz) hat. Obwohl diese Gesamtbandbreite etwas die Kanalbandbreite überschreitet, gibt es keine Signalanteile bei +_ 1 600 Hz und die Anteile bei _+ 1 400 Hz und bei +_1 500 Hz haben einen so niedrigen Wert, daß ihr Verlust zulässig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die seriell ankommenden Binärdaten, nachdem sie mit einer Pseudozufallsfolge verschlüsselt worden sind, in Kanäle aufgeteilt, die in Phase liegen und 90° phasenverschoben sind. Die Binärdaten in jedem Kanal werden in ein Mehrpegel-Signal umgewandelt, um dadurch die Datengeschwindigkeit pro Einheitsbandbreite zu erhöhen. Beispielsweise werden für das vorbeschriebene System für 8 000 BPS die Binärdaten in solche mit drei Werten bzw. Pegeln umgewandelt, während für das System für 16 000 BPS Gruppen von fünf Bits in Paare von sechswertigen Signalen bzw. von Signalen mit sechs Pegeln umgewandelt werden. Die kodierten Daten mit mehreren Pegeln werden mittels des Verfahrens mit einer partiellen Charakteristik vorkodiert und mit Hilfe eines (Impuls)-Formerfilters in jedem Kanal in bandbegrenzte, analoge Wellenformen umgewandelt. Die Ausgänge der Formerfilter werden mit Trägern, die in Phase liegen und 90° phasenverschoben sind, multipliziert (moduliert), und sich ergebende . Ausgänge werden summiert, um ein bandbegrenztes QAM-Signal mit partieller Charakteristik zu schaffen.

Im Empfänger wird das empfangene QAM-Signal mit partieller Charakteristik mittels eines komplexen _f automatischen Bandpaßentzerrers verarbeitet, um die Amplituden- und Verzögerungskenndaten der Leitung auszugleichen. Die in Phase liegenden und phasenverschobenen Träger werden rückgewonnen und zusammen mit verzögerten Ausgängen von denn Entzerrer an erste und zweite De-

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modulatoren angelegt, um die in Phase liegenden und 90° phasenverschobenen Grundbandsicnale rückzugewinnen. Diese letzteren Signale werden dann zu entsprechenden Zeitpunkten geformt, um geschätzte bzw. erwartete Symbole sowie Fehlersignale zu erzeugen, welche zu dem automatischen Bandpaßentzerrer rückgekoppelt werden, um eine entsprechende Einstellung der Abgriffspannungen (Koeffizienten) zu schaffen. Die geschätzten bzw. erwarteten Zeichen in jedem Signal werden mittels des partiellen Charakteristikverfahrens dekodiert und korrigiert, um mehrpegelige geschätzte Daten zu erzeugen. Mehrpegel-Dekodierer,(z.B. Dekodierer, um drei Pegel in zwei Pegel zu dekodieren) setzen die mehrpegeligen Daten in eine Folge von geschätzten Binärdaten um. Die Folgen von jedem Kanal werden kombiniert, und eine Pseudozufallsverschlüsselung wird angewendet, um das ursprünglich übertragene Signal rückzugewinnen.

Gemäß der Erfindung ist somit ein QAM-Modem mit einer partiellen Charakteristik geschaffen, bei welchem ein übertragenes Signal dadurch erzeugt wird, daß bandbegrenzte mehrpegelige, durch eine partielle Charakteristik vorkodierte Signale mit in Phase liegenden bzw. 90° phasenverschobenen Kanälen moduliert und die modulierten Ausgänge summiert werden. Das empfangene Signal wird dann mittels eines kompl exen . , automatischen Bandpaßentzerrers verarbeitet. Das entzerrte Signal wird verzögert und dann mit rückgewonnenen in Phase liegenden und 90° phaseverschobenen Trägern demoduliert, um die in Phase liegenden und 90° phasenverschobenen Grundbandsignale rückzugewinnen. Die rückgewonnenen Grundbandsignale werden zu entsprechenden Zeitpunkten geformt, um Schätzungen der übertragenen Zeichen zu schaffen. Diese Zeichen werden mit einer partiellen Charakteristik dekodiert und durch Fehlerkorrektureinrichtungen verarbeitet, um das Betriebsverhalten des gesamten Systems zu verbessern. Die Ausgänge an den Fehlerkorrektureinrichtungen werden dekodiert, um die mehrpegeligen, geschätzten Daten in Binärdaten umzusetzen, und die Binärdaten der zwei Kanäle werden dann summiert, um Schätzungen bzw. Bewertungen der übertragenen Binärdaten zu erhalten.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild eines QAM-Senders mit einer

partiellen Charakteristik gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines QAM-Empfängers mit partieller Charakteristik gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Signal-Raumdiagramm für ein 5x5-QAM-System mit partieller Charakteristik;

Fig.4 ein Signal-Raumdiagramm für ein 11x11-QAM-Systern mit partieller Charakteristik;

Fig. 5 eine Darstellung der Wellenform am Ausgang der Dekodierer der Fig.1/ um Signal mit zwei Pegeln oder Werten in ein solches mit drei Werten oder Pegeln zu kodieren;

Fig.6 eine Darstellung der Wellenform am Ausgang der

Kodierer der Fig.1 mit einer partiellen Charakteristik;

Fig.7 ein Beispiel für eine Kodierung der Klasse I

eines Signals mit zwei Pegeln in ein solches mit drei Pegeln mittels einer partiellen Charakteristik ;

Fig.8 ein Beispiel für eine Kodierung der Klasse I

eines Signals mit drei Pegeln in ein solches mit fünf Pegeln mittels der partiellen Charakteristik; und

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Fig.9 eine Darstellung der gefilterten Wellenform des fünfpegeligen Musters eines Systems der Klasse I mit einer partiellen Charakteristik am Ausgang der Tiefpaßfilter der Fig.1.

In Fig.1 ist ein Blockschaltbild des Senders des QAM-Systems mit partieller Charakteristik gemäß der Erfindung dargestellt. Serielle Binärdaten mit einer Geschwindigkeit bzw. Frequenz von R Bits pro Sekunde (BPS) werden an einen Verschlüssler 12 angelegt. Die Verschlüsselung wird mittels einer Pseudozufallsfolge mit einem langenSchara erreicht. Der Verschlüssler 12 setzt infolgedessen die seriellen Binärdaten in völlig beliebig verteilte Daten um. Diese beliebig verteilten Daten werden in serieller Form einem Paar Schieberegister 16 und 18 zugeführt. Die Schieberegister 16 und 18 sind mit einer Frequenz von R Hz (pro Sekunde) taktgesteuert/ indem sie von einer am Takteingang vorgesehenen Leitung 20 aus gesteuert werden. Auf diese Weise werden die Zufallsdaten R-mal pro Sekunde verschoben. Der Ausgang der Schieberegister 16 und 18 ist mit den Eingängen von zwei Registern 22 bzw. 24 verbunden. Die Register 22 und 24 werden mit einer Frequenz von R/2Hz (pro Sekunde) taktgesteuert, wozu der Ausgang der Taktleitung 20 durch zwei geteilt wird. Die Ausgänge der Register 22 und 24 sind infolgedessen parallele Paare von Datenbits, die üblicherweise als "Dibits" bezeichnet werden. Durch die beschriebene Anordnung werden folglich serielle Datenbits in parallele Dibits umgesetzt, und es werden zwei Kanäle von Dibit-Strömen an den Ausgängen der Register 22 und 24 erhalten. Diese Ausgänge bilden die Eingänge an dem in Phase liegenden Kanal (I) und dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q). Die Ausgänge der Register 22 und 24 werden mit den ersten und zweiten Kodierern 30 bzw. 28 verbunden.

Die Kodierer 28 und 30 dienen dazu, die zwei Ströme von zufälligen Dibits in zwei Ströme von Tribits mit drei Pegeln zu kodieren. Ein entsprechender Kodierer, welcher Signale mit zwei Pegeln in solche mit drei Pegeln kodiert, ist in der US-PS 3 883 727

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"hi ^m8s73

beschrieben. Die Ausgänge der Kodierer 28 und 30 sind dreipegelige, halbquadratische Muster, wie in Fig.5 dargestellt ist. Diese Ausgänge werden an erste und zweite Kodierer 32 und 34 mit einer partiellen Charakteristik angelegt.

Die Kodierer 32 und 34 sind Kodierer der Klasse I mit einer partiellen Charakteristik. Derartige Kodierer schaffen sowohl eine Vorkodierung als auch eine Kodierung. Eine Kodierung oder Signalbildung mittels einer partiellen Charakteristik, welche auch als eine korrelative Pegelkodierung oder duobinäre Kodierung bezeichnet wird, schafft gewisse Einschränkungen bei den drei Pegel aufweisenden Tribits, wenn sie von einem Pegel auf einen anderen geändert werden. Um dies zu erreichen, werden die regenerierten Ströme von Tribitdaten in Ströme von Tribits mit fünf Pegeln kodiert, wie in Fig.6 dargestellt ist. Dies führt dazu, daß dieselbe Tribit-Kapazität pro Kanal erhalten wird, obwohl gleichzeitig das Grundband-Frequenzspektrum auf die Hälfte des früheren Spektrums bei einer Kodierung mit partieller Charakteristik verdichtet ist. Bei einer Kodierung der Klasse I mit partieller Charakteristik wird der Übergang von einem extremen Pegel auf einen anderen extremen Pegel in zwei aufeinanderfolgenden Tribits oder Tastintervallen verhindert, indem das Tastintervall als das kürzeste Realzeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pegeländerungen festgelegt ist. Infolgedessen ist die Nyquist-Frequenz in dem Frequenzspektrum am Ausgang der zwei Kodierer 32 und 34 die Hälfte des bisherigen Spektrums bei einer partiellen Charakteristikkodierung. Folglich wird der erste natürliche Nulldurchgang des Grundbandspektrums um den gleichen Anteil,d.h. zu der Nyquist-Frequenz des Eingangs-Frequenzspektrums vor der partiellen Charakteristikkodierung verschoben.

Bei der partiellen Charakteristikkodierung der Klasse I hat der Ausgang im allgemeinen (2L-1)-Pegel, wobei L die Anzahl der Pegel des Signals am Eingang des Kodierers ist. Bevor eine partielle Charakteristikkodierung mit einem verallgemeinerten L-Pegel in Betracht gezogen wird, wird die partielle Charakteristikkodie-

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2 7 4 8 b 7

rung von zwei Pegeln auf drei Pegel beschrieben, indem in der Realzeit das Verfahren einer 2:1-Bandbreitenverdichtung erläutert wird. Unter Bezugnahme auf das binäre Zufalls schema mit zwei Pegeln, das in Fig.7(a) dargestellt ist, wird diese Folge von Bits mit zwei Pegeln in eine neue Folge von Signalen mit drei Pegeln umgewandelt. Dieses Verfahren wird dadurch durchgeführt, indem die Folge um ein Bitintervall, d.h. um 1/R-Sekunden zeitverzögert wird, wobei R die Bitgeschwindigkeit oder -frequenz in Bits pro Sekunde ist, und der verzögerte Ausgang wird dann zu dem Eingang algebraisch hinzuaddiert, wie in der nachstehend wiedergegebenen Tabelle gezeigt ist.

Tabelle 1

^ai

+ 1/2

-1/2 +1/2 0

+1/2 -1/2 0

+1/2 +1/2 +1

-1/2 +1/2 0

-1/2 -1/2 -1

+1/2 -1/2 0

-1/2 +1/2 0

-1/2 -1/2 -1

-1/2

In der Tabelle 1 stellt die erste Spalte das in Fig.7(b) wiedergegebene Schema dar, welches das Signal ist, das in Fig.7(a) dargestellt, aber so bezogen ist, daß es bipolar ist. Die zweite Spalte stellt dasselbe Schema wie die erste Spalte dar, das jedoch um ein Bit verzögert ist. Die dritte Spalte stellt die algebraische Summe der ersten und zweiten Spalte dar. Die Zeitfunktion, die der dritten Spalte entspricht, ist in Fig.7(c) wiedergegeben. Wie in Fig.7(c) dargestellt, gibt es keinen übergang zwischen dem einen höchsten Pegel zu dem anderen höchsten Pegel.

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Bei der Vorkodierung neigt ein Fehler in dem durch eine partielle Charakteristik kodiertenSignal am Empfänger, sobald er einmal gemacht ist, dazu, sich über den Rest der Datenbits auszubreiten. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß wenn das Bit &■_■, fehlerhaft ist, das Bit a. wahrscheinlich auch fehlerhaft ist. Um dies zu vermeiden.ist eine Art Ausgleich im Empfänger oder irgendein Vorkodierverfahren am Sender erforderlich. Das letztere wird im Hinblick auf eine Vereinfachung und auf eine leichtere Durchführbarkeit bevorzugt. Für ein η Pegel-Signal gilt beim Vorkodieren der Grundsatz

^bi ^{= a}i 3i ^bi-1

wobei a. der Eingang an dem Vorkodierer, b. der Ausgang des Vor-

kodierers und b. ₁ der Ausgang des Vorkodierers ist, welcher um ι— ι

ein Baud verzögert ist (wobei ein Baud ein Bit, Dibit, Tribit usw. in Abhängigkeit von der Anzahl des Pegelwerts η ist).

Das Symbol © bezeichnet eine Modulo-n-Subtraktion und zeigt an, daß a. und £>._* algebraisch subtrahiert werden und das Ergebnis unter Berücksichtigung des Vorzeichens entsprechend ausgelegt wird, wobei die Regeln des Modulo-n-Rechnens angewendet werden. Dies bedeutet, daß eine gerade vorkodierte Folge von Bauds b_i so gewählt wird, daß die Modulo-Summe eine Schlange oder Reihe von i Bauds, die mit dem i-ten Baud endet, gleich dem i-ten Bit der ursprünglichen Folge von Bauds a. ist. Im Hinblick auf die allgemeinen Regeln für ein N-Modulo-n-Rechnen für positive N ist die Modulo-n-Zahl der Rest von N/n. Für negative N ist die Modulo-n-Zahl die algebraische Summe von N+n, die zu der niedrigsten negativen Zahl übertragen wird, wobei N irgendeine ganze Zahl ist. Beispielsweise für n=3 und wenn N beliebig als +6 gewählt ist, gilt das, was in der folgenden Tabelle 2 wiedergegeben ist.

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- KJ -

Tabelle

27A8573

-1

-2

-3

-4

-5

-6

Modulo-3

2 (-1=2)

1 (-2=1)

O (-3=0)

Für eine Zufallsfolge von Bauds mit drei Pegeln sind die Er

gebnisse der Modulo-3-Subtraktion genden Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle

in der fol-

0 1 2 0

2 0 2 0 1 0 1 2 1 2

= 1-2

-1=2

Der erste Pegel unter b._₁ ist beliebig als null gewählt. Dann

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wird b berechnet und wird dann um ein Baud verzögert, um das zweite b._₁ zu erhalten, aus welchem dann das zweite b. erhalten wird. Das Verfahren wird für den Rest des Schemas wiederholt. Die dritte mit b. überschriebene Spalte stellt die neue vorkodierte Folge von Bauds dar. Diese Folge ist noch eine Folge von Bauds mit drei Pegeln und die Welleform sieht noch ähnlich aus wie die der Fig.5. Die Bedeutung der vorgenommenen Vorkodierung ist aus den nachfolgendnen Ausführungen bezüglich einer Dekodierung oder einem "Rückgängigmachen" der Vorkodierung im Empfänger zu ersehen.

Im Hinblick auf eine Kodierung (im Unterschied zu der Vorkodierung) wird die vorkodierte Folge von Bauds vor einer Modulation in ein Signal der Klasse I mit einer partiellen Charakteristik kodiert. Das Kodieren kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

^Ci = ^bi ^{+ b}i-1

Beim Kodieren wird die vorkodierte Folge b. an eine Verzögerungsleitung angelegt, die ein Baud einer Realzeitverzögerung schafft. Der Ausgang und der Eingang der Verzögerungsleitung werden algebraisch addiert, um ein Mehrpegel-Signal der Klasse I mit einer partiellen Charakteristik zu erhalten. In dieser Klasse wird ein Signal mit drei Pegeln in ein Signal mit fünf Pegeln kodiert und mittels des Verfahrens wird die Spektrumsbandbreite auf die Hälfte der Bandbreite des Spektrums von Signalen mit drei Pegeln herabgesetzt.

Um dieses Verfahren zu verstehen, ist als Beispiel eine Zufallsfolge von Bauds mit drei Pegeln in der ersten Spalte der nachstehend wiedergegebenen Tabelle 4 aufgeführt. Die Wellenform, die dieser Folge entspricht, ist in Fig.8(a) dargestellt. Diese Folge wird um ein Baud verzögert, was der Verschiebung der ersten Spalte um ein Baud entspricht, um die zweite b._--Spalte zu erhalten, und die zwei Spalten werden dann algebraisch addiert.

809825/062?

2 7 4 8 b 7 '/ft

Tabelle 4

^{+ b}i-1

\ V₁ fl

-1

+ 1 -10

-1 +1 0

ο -ι -1

0 0 0

+ 1 0 +1

0 +1 +1

-1 0 -1

0 -1 -1

0 0 0

+ 1 0 +1

+1 +1 +2

-1 +1 0

-1 -1 -2

0 -1 -1

Die sich ergebende Wellenform von c^ ist in Fig.8{b) dargestellt und ist ein Signal mit fünf Pegeln. Es gibt jedoch keine übergänge von dem einen höchsten Pegel zu dem anderen höchsten Pegel bei zwei aufeinanderfolgenden Übergängen. Das Schema in dieser Stufe sieht ähnlich wie das aus, das in Fig.6 dargestellt ist.

Mehrpegel-Datensysteme mit einer partiellen Charakteristik sind in Patentschriften und in der übrigen Literatur besprochen, wobei zur weiteren Erläuterung derartiger Systeme beispielsweise auf die US-PS 3 388 330 bezug genommen wird.

In Fig.1 werden die Signale mit fünf Pegeln am Ausgang der Kodierer 32 und 34 an Tiefpaßfilter 36 bzw. 38 angelegt. Tiefpaßfilter lassen höhere Oberwellen des halbquadratischen Schemas nicht durch, das in Fig.6 dargestellt ist. Der Ausgang jedes der Filter 36 und 38 ist ein für das Auge gleichförmiges Schema oder Muster welches dem ähnlich ist, das in Fig.9 dargestellt ist. Die Filter

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36 und 38 schaffen eine Grenzfrequenz von R/6Hz.

Die Ausgänge der Filter 36 und 38 sind mit Modulatoren 40 bzw. verbunden. Der Modulator 4 0 wird mit dem in Phase liegenden Träger cos w t moduliert, während der Modulator 42 mit einem 90° phasenverschobenen Träger sin w t moduliert wird. Die Ausgänge der zwei Modulatoren werden algebraisch mittels der Summiereinrichtung 44 summiert, um ein bandbegrenztes QAM-Leitungssignal mit einer partiellen Charakteristik zu schaffen, welches den Ausgang des Senders darstellt. Bei Systemen, bei welchen Kodierer verwendet sind, die Signale mit zwei. Pegeln in solche mit sechs Pegeln kodieren, ist das Leitungssignal eine 11x11-Konstellationund kann durch das in Fig.4 dargestellte Signal-Raumdiagramm wiedergegeben werden.

In Fig.2 ist ein Blockschaltbild des Empfängers dargestellt. Das empfangene QAM-Signal wird an einen konjugiert komplexen, automatischen Bandpaßentzerrer 50 angelegt. Eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser Art von Entzerrer ist in der Veröffentlichung "Passband Equalization of Differentially Phase-Modulated Data Signals" von Gitlin et al in dem Bell System Technical Journal vom Februar 1973 zu finden.

Der Ausgang des Entzerrers 50 ist mit einer Trägerrückgewinnungsschal tung 52 verbunden, welche vorzugsweise die Ausführungsform aufweist, die in der US-PS 3 984 778 beschrieben ist. Der Ausgang des Entzerrers 50 ist auch mit einem Paar identischer Zeitverzögerungsschaltungen 54 und 56 verbunden. Die Ausgänge der Verzögerungsschaltungen 54 und 56 werden an Amplitudenmodulatoren oder Multiplizierschaltungen 58 bzw. 60 angelegt. Der Ausgang der Träge rrückgewinnungssehaitung 52, d.h. der rückgewonnene, in Phase liegende Träger, wird dem Modulator 58 zugeführt, wobei der in Phase liegende Träger zum Demodulieren des empfangenen Leitungssignals verwendet wird. Der Ausgang der Trägerrückgewinnungsschaltung 52 ist auch mit einer 90° phasenverschobenen Schaltung 62 verbunden. Der Ausgang der Phasenschieberschaltung 62, d.h. der rückgewonnene, 90° phasenverschobene Träger, wird dem Modulator

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60 zugeführt, wobei der rückgewonnene, 90° phasenverschobene Träger zum Demodulieren des Leitungssignals verwendet wird. Die Verzögerungsschaltungen 54 und 56 sind so ausgelegt, um eine Realzeitverzögerung in den Entzerrerausgang einzubringen, welche gleich der der Realzeit ist, die beim Rückgewinnen und Verarbeiten des Trägers durch die Trägerrückgewinnungsschaltung 52 verwendet wird. Infolgedessen sind der rückgewonnene, in Phase liegende Träger cos w t und das verzögerte Leitungssignal am Ausgang

C ... ■

der Verzögerungsschaltung 54 realzeit-synchron. Ferner ist der 90° phasenverschobene Träger sin w t am Ausgang des Phasenschiebers 62 um 90" phasenverschoben bezüglich des Trägers des rückgewonnenen und verzögerten Leitungssignals, d.h. des Signals am Ausgang der Verzögerungsschaltung 56.

Die Ausgänge der Demodulatoren 58 und 60 werden nach der Demodulation über Tiefpaßfilter 64 und 66 geleitet, um das Grundbandspektrum auszuwählen. Die Grenzfrequenz der nach der Demodulation vorgesehenen Filter ist R/6H2, welches die Nyquist-Frequenz des von zwei auf drei Pegel vorkodierten und des von drei auf fünf Pegel mittels einer partiellen Charakteristik kodierten Signals ist. Die Ausgänge der Filter 64 und 66 sind gleichförmige Schemen oder Muster mit fünf Werten mit einer Form, die in Fig.9 dargestellt ist.

Die zwei rückgewonnenen Schemen oder Muster mit fünf Pegeln in den beiden Kanälen werden durch Entscheidungs- und fehlererzeugende Schaltungen 68 und 70 abgefragt. Der Abfragetakt oder die Zeitsteuerungsinformation wird von der Taktrückgewinnungsschaltung 72 erhalten. Die Taktrückgewinnungsschaltung 72 erhält die Zeitsteuerinformation aus einem der rückgewonnenen Schemen oder Muster mit fünf Pegeln, Ein hierzu verwendbares Verfahren ist in der US-PS 3 746 800 beschrieben. Fehlersignale werden erhalten, indem die Pegel der rückgewonnenen Schemen oder Muster mit fünf Pegeln mit fünf voreingestellten Gleichspannungswerten verglichen werden. Die zwei Fehlersignale werden verwendet, um die Abgriffkoeffizienten des,(nicht dargestllten) automatischen Entzerrers einzustel-

/062

2748b73

len, um eine Konvergenz an einer Stelle zu schaffen, wo ein minimales Fehlersignal und die beste Augenöffnung erhalten wird. Die Ausgänge der Entscheidungsschaltung 68 und 70 sind rückgewonnene und entzerrte Muster bzw. Schemen und sind die fünf Pegel aufweisenden, partielle kodierten und drei Pegel aufweisende vorkodierte Daten. Diese Ausgänge werden an Dekodierer mit eine partiellen Charakteristik und Fehlerkorrekturschaltungen 74 bzw. 76 angelegt.

Im Hinblick auf die Dekodierung ist das Dekodieren einfach die Umkehr des Kodierens. Der Dekodiervorgang wird angewendet, um die Muster oder Schemen mit fünf Pegeln in solche mit drei Pegeln umzusetzen, d.h. um ein vorkodiertes Signal mit drei Pegeln aus einem partiell kodierten Signal mit fünf Pegeln zu erhalten. Das Dekodierer ist wie das Kodieren ein algebraischer Vorgang. Die verwendete Kodierformel lautet b. = c. - b._₁.

Als Beispiel ist die vorkodierte und kodierte Datenfolge in Tabelle 5 dargestellt.

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Tabelle 5

^ai ^bi ^bi-1 ^ci ^bi

^=ai ®3^bi-1 ^=bi^{+ b}i-1

O O

ο ο ο ο 0-0 = 0

0 0 00 0-0 =

ι ι ο DJ ■—* ι - ο =

2 11 ßj S · 2 - 1 =

0 2 1 Ql =—'3 - 1 = 2

1 2 2 4 4-2 = 2

2 0 2 2 2-2 = 0 0 0 0 0 0-0 = 0 2 2 0 2 2-0 = 2

0 1 2 3 3-2 = 1

1 0 1 1 1-1=0

0 0 0 ,., 0 0-0 = 0

1 1 0 1 1-0 = 1

2 1 1 2 2-1=1

1 0 1 1 1-1=0

2 2 0 2 2-0 = 2

Die erste Spalte in Tabelle 5 ist die Ausgangsfolge von Tribits a. mit drei Pegeln, die aus der ersten Spalte in der oben wiedergegebenen Tabelle 3 nachgebildet sind. Die zweite Spalte in Tabelle 5 ist ebenfalls eine Folge von Tribits b. mit drei Pegeln, die durch Vorkodieren von a. entsprechend der Modulo-3-Subtraktionsformel erhalten werden, welche der zweiten Spalte in Tabelle

3 nachgebildet ist. Die dritte Spalte ist die um ein Baud verzögerte zweite Spalte. Die vierte Spalte ist die partielle Kodierung von drei auf fünf Pegel einer vorkodierten Folge von Tribits b.. Die fünfte Spalte ist die dekodierte Folge von vorkodierten Tribits, die aus der vierten Spalte entsprechend der oben wiedergegebenen Dekodierformel erhalten sind. Der erste Wert von b.

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aa

wird willkürlich als null angenommen. Dieser Wert von C^ subtrahiert, um den zweiten Wert b. zu erhalten, und das Verfahren wird wiederholt, um den Rest der vorkodierten Tribits b_i zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die vorkodierte Folge von Tribits b_i mit drei Pegeln rückgewonnen. Hierbei sollte beachtet werden, daß die Spalten, die mit a., b. und b._₁ überschrieben sind, zum Dekodieren nicht benötigt werden, und nur als Bezugswert und zum Vergleich aufgeführt sind.

Die Nachkodierung ist einfach die Umkehr der Vorkodierung und wird angewendet, um die vorkodierte Folge von Tribits mit drei Pegeln in die ursprüngliche Folge von Tribits umzuwandeln. Die angewandte Nachkodier formel ist a. = b. O₁J³ · _i' wobei das Zeichen <t) die Modulo-n-Summierung bezeichnet, b. die vorkodierte Folge von Bauds ist, b.* die um ein Baud-Zeitintervall verzögerte b.-Folge von Bauds und a. die ursprüngliche Folge der Datenbauds ist. Im Hinblick auf die vorkodierte Datenfolge von Bauds mit drei Pegeln ist die Folge in der fünften Spalte in Tabelle 5 aufgeführt. Diese Folge ist in der ersten Spalte in Tabelle 6 nachgebildet. Die zweite Spalte in Tabelle 6 ist die um ein Tribit verzögerte b.-Folge der ersten Spalte. Die dritte Spalte ist die Modulo-3-Summe der ersten und zweiten Spalten. Das Symbol O₃ zeigt die Modulo-3-Formel-Beschränkungen an. Die dritte Spalte der Tabelle 6 ist die ursprüngliche Tribit-Folge am Sender, die in der ersten Spalte der Tabelle 5 und der vorstehend wiedergegebenen Tabelle 3 dargestellt ist.

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Tabelle 6

^bi ^bi-1 ^ai

^ebi ⁺ 3

O O 0+0 = 0 00

0 O 0+0=000

1 1 1 + 1 = 2 02

1 2 1+2=300 0 1 0+1=101

0 0 0 + 0 = 0 00

1 ο ι + o = 1 Q 1

1 1 1+1=202 0 1 0 + 1 = 1 φ 1

2 0 2 + 0 = 2φ2

Die Ausgänge der Schaltungen 74 und 76 werden ersten und zweiten Dekodierern 78 bzw. 80 zugeführt, welche Signale mit drei Pegeln auf solche mit zwei Pegeln dekodieren. Die korrigierten Ausgänge der Schaltungen 74 und 76 stellen die geschätzten Daten mit drei Pegeln dar, und diese Daten werden in Paaren von Tribits ausgelesen und in drei serielle Bits in jedem Kanal mit Hilfe der Dekodierer 78 und 80 timgesetzt. Die Ausgänge der Dekodierer 78 und werden zusammengefaßt und durch einen Parallel-Serien-Umsetzer in serielle Schätzungen der gesendeten Daten umgesetzt.

Der Ausgang des Umsetzers 90 wird mittels einer Entschlüsselungsschaltung 92 entschlüsselt, welche an ihrem anderen Eingang die Entrfchlüsselungs-PN-Folge erhält, so daß dadurch die ursprünglich

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gesendeten, seriellen Binärdaten rückgewonnen werden.

Das vorbeschriebene System eignEt sich insbesondere zur übertragung eines 8000 BPS-Signals über einen Telephon-Sprachkanal. Das 8000 BPS-Signal wird bei der Kodierung von einem Signal mit zwei Pegeln in ein solches mit drei Pegeln durch Zweidrittel geteilt, und der Datenstrom wird mittels des QAM-Verfahrens geteilt, um ein partiell kodiertes Signal mit einer Bitfrequenz von 2 666,6BPS und einer Nyquist-Frequenz von 1 333,3Hz zu schaffen, so daß, wie vorstehend ausgeführt, dieGesamtbandbreite bei den natürlichen Nulldurchgängen des Spektrums +_ 1 333,3Hz oder 2 666,6 Hz ist. Wie oben ausgeführt, ist das Raum-Signaldiagramm für das fünf zu fünf (5x5) QAM-Signal mit partieller Charakteristik in Fig.3 dargestellt. Bei dem System mit 25 Zuständen wird die übertragene Energie wirksam ausgenutzt, und die benötigte Energie bei der Signalübertragung ist nur etwas niedriger als bei herkömmlichen Systemen mit 16 Zuständen.

Wie bereits ausgeführt wurde, werden, wenn 16 000 BPS über einen Telephon-Sprachkanal übertragen werden sollen, die Binärsignale in Gruppen von fünf seriellen Bits in Zeichen mit sechs Zuständen umgesetzt, und abwechselnde sechspegelige Zustände werden partiell kodiert, um zwei Signale mit elf Pegeln zu schaffen. Die Signale mit elf Pegeln werden an entsprechende Modulatoren angelegt, welche in Phase liegende und 90° phasenverschobene Träger erhalten und deren Ausgänge summiert werden, um in der vorbeschriebenen Art ein QAM-Signal zu erhalten. Eine Demodulation des empfangenen Signals wird in einer Weise durchgeführt, die der anhand von Fig.2 bereits beschriebenen Art entspricht. Die partielle Vorkodierung wird durch Multiplikation der Nyquist-Frequenz durch Zweifünftel geschaffen, und die durch die QAM-Modulation geschaffene Aufteilung in zwei Kanäle läuft auf zwei Signale mit einer Baudfrequenz von 3 200 BPS und einer Nyquistfrequenz von 1 600Hz hinaus.

Infolgedessen ist, wie bereits ausgeführt, die Gesamtbandbreite bei den natürlichen Nulldurchgängen des Spektrums +_1 600Hz oder

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as

3 200Hz. Wie ebenfalls eingangs bereits ausgeführt, sind, obwohl diese Bandbreite etwas über die Kanalbandbreite hinausgeht, keine Signalanteile bei +_ 1 600Hz vorhanden, und die bei +/I 500Hz und 1 400Hz haben einen derart niedrigen Pegel, daß ihr Verlust keine Folgen hat. Das Signal-Raumdiagramm für das Hxii-QAM-System mit partieller Charakteristik, ist wie bereits angeführt, in Pig.4 dargestellt. Im allgemeinen kann dieses Verfahren, d.h. das Kodieren von Gruppen von fünf Bits in Paare von Signalen mit sechs Pegeln und das Kodieren dieser Signale mittels Verfahren der Klasse I mit partieller Charakteristik ,angewendet werden, um die Bandbreitenerfordernisse für eine Datenübertragung bei einer vorgegebenen Frequenz des bevorzugten partiellen QAM-Systems zu verringern.

Patentansprüche

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. übertragungssystem, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung (Fig.1) mit

Einrichtungen (28, 30), die in einem in Phase liegenden Kanal (I) und einem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet sind, um Dateneingänge zu empfangen und um die Dateneingänge in ein Mehrpegel-Signal zu kodieren;

Vorkodiereinrichtungen (32, 34) mit partieller Charakteristik, die in dem in Phase liegenden (I) und in dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) zur partiellen Kodierung des Mehrpegel-Signals vorgesehen sind;

einem ersten Modulator (40) , der in dem in Phase liegenden Kanal (I) angeordnet ist, um den Ausgang der Vorkodiereinrichtung (32), die in dem in Phase liegenden Kanal (I) angeordnet ist, mit einem in Phase liegenden Träger (cos wt) zu modulieren; einem zweiten Modulator (42) , der in dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet ist, um den Ausgang der Vorkodiereinrichtung (38), die in dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet ist, mit einem 90° phasenverschobenen Träger (sin wt) zu modulieren; einer Summiereinrichtung (44) zum Summieren der Ausgänge der Vorkodiereinrichtungen (32, 34), die in dem in Phase liegenden Kanal (I) und dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet sind, um ein partiell kodiertes QAM-Signal zu schaffen; und durch einen Empfänger (Fig.2) zur Aufnahme des partiell kodierten QAM-Signals, das von der Sendeeinrichtung übertragen worden ist, mit:

einem automatischen Entzerrer, um das gesendete Signal aufzunehmen und dementsprechend ein phasenentzerrtes, empfangenes Signal zu schaffen;

einer Trägerrückgewinnungseinrichtung (52) zum Rückgewinnen des gesendeten Trägers und zum Erzeugen eines rückgewonneneninPhase liegenden und eines 90° phasenverschobenen Trägers; ersten und zweiten Demodulatoren (58, 60) zum Modulieren des enpfangenen Signals mit dem rückgewonneneri inPhase liegenden und

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ORIGINAL INSPECTED

90° phasenverschobenen Träger, um so erste und zweite rückgewonnene Grundbandsignale zu erzeugen;

ersten und zweiten Dekodierschaltungen (74, 76) mit partieller Charakteristik, um die ersten und zweiten rückgewonnensn Grundbandsignale partiell zu dekodieren; und Mehrpegel-Dekodiereinrichtungen (78, 80)_/ um die dekodierten, rückgewonnenen Grundbandsignale in einen rückgewonnenen Dateneingang ui.i2:usetzen.

2. übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ferner eine Zeitsteuerungs-Rückgewinnungseinrichtung (72), um die Taktfrequenz des gesendeten Signals rückzugewinnen, sowie erste und zweite Entscheidungs- und fehlererzeugende Einrichtungen (68, 70) aufweist:, die mittels der rückgewonnenen Taktfrequenz gesteuert und zwischen den Dekodierschaltungen (68, 70) und den ersten und zweiten Demodulatoren (58, 60) angeordnet sind, und daß der Sender ferner signalformende Filter (36, 38) aufweist, die in dem in Phase liegenden (I) bzw. in dem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet sind, um die Ausgänge der Vorkodiereinrichtungen (32, 34) zu filtern.

3. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrpegel-Kodiereinrichtung eine Parallel-Serien-Umsetzerschaltung (90) aufweist.

4. übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mehrpegel-Kodiereinrichtungen jeweils einen Kodierer (78, 80) aufweisen, um Signale mit zwei Pegeln in solche mit drei Pegeln zu kodieren.

5. übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mehrpegel-Kodiereinrichtungen Einrichtungen aufweisen, um Gruppen von fünf Bits in Paare von Signalen mit sechs Pegeln

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zu kodieren.

6. übertragungssystem mit einem QAM-Sender zum Erzeugen eines 5x5-QAM-Sendesignals mit partieller Charakteristik für einen Telephon-Sprachkanal, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch erste und zweite Binär-Ternär-Umsetzer (28, 30), um eine Binärdaten-Eingangsfolge mit einer Datenfrequenz von 8 000 BPS zu empfangen und um diese Folge in eine Folge mit drei Pegeln umzusetzen; durch erste und zweite Kodiereinrichtuhgen (32, 34) der Klasse I mit partieller Charakteristik, die mit den Ausgängen der ersten und zweiten Binär-Ternär-Umsetzer (28, 30) verbunden sind, um die Folge mit drei Pegeln in ein partiell kodiertes Signal der Klasse I mit fünf Pegeln vorzukodieren und zu kodieren; durch erste und zweite signalformende Tiefpaßfilter (36, 38), die mit den Ausgängen der ersten und zweiten Kodiereinrichtungen (32, 34) verbunden sind, um die partiell kodierten Signale in gefilterte Signale mit einer bandbegrenzten, analogen Wellenform umzusetzen; durch einen ersten Modulator (40), um den Ausgang des ersten Filters (36) mit einem in Phase liegenden Träger zu modulieren; durch einen zweiten Modulator (42), um den Ausgang des zweiten Filters (38) mit einem 90° phasenverschobenen Träger zu modulieren; und durch eine Einrichtung (44) zum Summieren der Ausgänge des ersten und zweiten Modulators (40, 42), um ein QAM-Sendesignal mit einer Bandbreite von etwa 2 667 Hz zu erzeugen.

7. Übertragungssystem mit einem QAM-Sender zum Erzeugen eines HxH-QAM-Sendesignals mit einer partiellen Charakteristik für einen Telephon-Sprachkanal, insbesondere nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Eingangsdatenfolge bei einer Datenfrequenz von 16 000 BPS; durch Kodiereinrichtungen, um Gruppen von fünf Bits und die Eingangsdatenfolge in Paare von Signalen mit sechs Pegeln zu kodieren; durch erste und zweite Kodiereinrichtungen der Klasse I mit partieller Charakteristik, um die Signale mit sechs Pegeln zu partiell kodierten Signalen der Klasse I vorzukodieren und zu

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kodieren; durch erste und zweite signalformende Filter, die mit den Ausgängen der ersten und zweiten Kodiereinrichtungen verbunden sind, um die partiell kodierten Signale in gefilterte Signale mit einer bandbegrenzten, analogen Wellenform umzusetzen; durch einen ersten Modulator zum Modulieren des Ausgangs des ersten Filters mit einem in Phase liegenden Träger; durch einen zweiten Modulator zum Modulieren des Ausgangs des zweiten Filters mit einem 90° phasenverschobenen Träger; und durch eine Einrichtung zum Summieren der Ausgänge des ersten und zweiten Modulators, um ein 11x11-QAM-Sendesignal mit einer Gesamtbandbreite von etwa 3 200 Hz zu erzeugen.

8. übertragungssystem mit einem Sender für eine Übertragung von QAM-Daten mit partieller Charakteristik, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verschlüsselungseinrichtung (12), die serielle Binärdaten erhält und die Daten mit Hilfe einer Pseudozufallsfolge in beliebig verteilte Daten umsetzt; durch Einrichtungen (16, 18) zum Umsetzen der beliebigen Daten in parallele Ströme von Dibits; durch erste und zweite Pegelumsetzer (28, 30), die in einem in Phase liegenden Kanal (I) bzw. einem 90° phasenverschobenen Kanal (Q) angeordnet sind, um die parallelen Ströme von Dibits in Signale mit N-Pegeln umzusetzen, wobei N^ 3 ist; durch erste und zweite Kodiereinrichtungen (32, 34) mit partieller Charakteristik, die in einem der Kanäle angeordnet sind, um die Mehrpegel-Signale partiell zu kodieren, um kodierte Signale mit einer partiellen Charakteristik zu schaffen; durch erste und zweite Modulatoren (40, 42), die in einem der Kanäle angeordnet sind, um die partiell kodierten Signale mit in Phase liegenden bzw. 90° phasenverschobenen Trägern zu modulieren, um modulierte in Phase liegende und 90° phasenverschobene kodierte Signale mit partieller Charakteristik zu erzeugen; und durch eine Summiereinrichtung (90) zum Summieren der modulierten in Phase liegenden und 90° phasenverschobenen, kodierten Signale mit partieller Charakteristik.

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