FI96081C - Menetelmä ja laitteisto PAM-moduloidun signaalin muodostamiseksi - Google Patents

Description

96081

Menetelmä ja laitteisto PAM-moduloidun signaalin muodostamiseksi 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä ja oheisen patenttivaatimuksen 6 johdanto-osan mukainen laitteisto PAM-moduloidun signaalin muodostamiseksi.

Erityisesti ns. HDSL-modeemissa (High Speed Digital 10 Subscriber Line) on usein ongelmana se, että lähettimeen ulkopuolelta saatava ajastussignaali sisältää runsaasti värinää (jitter). Värinä pitää poistaa mahdollisimman hyvin, koska suurilla symbolinopeuksilla pienikin värinä huonontaa suorituskykyä. Erityisen suuret vaatimukset 15 ajastuksen tarkkuudelle asetetaan silloin, kun käytetään ns. kaiunpoistotekniikkaa. Tämä johtuu siitä, että kaiun-poistopisteessä vaaditaan signaaliarvoilta suurta tarkkuutta, jolloin pienikin epämääräisyys ajastuksessa saattaa aiheuttaa liian suuren virheen signaaliarvoon.

20 Laadultaan parempi kellosignaali voidaan generoida riittävästi värinää vaimentavan (eli riittävän kapeakaistaisen) vaihelukon avulla. Vaihelukko voidaan toteuttaa digitaalisena vaihelukkona tai analogisena vaihelukkona, jossa oskillaattorina käytetään jänniteohjattua kideos-25 killaattoria. Digitaalisen vaihelukon epäkohtana on kui-' tenkin se, että se generoi vaihehyppyjä, jotka ovat käyte tyn pääkellon jakson pituisia. HDSL-modeemissa on kuitenkin tarve päästä jopa alle 10 ns vaihehyppyihin, jolloin pääkellon taajuus pitäisi olla yli 100 MHz. Tämä on kui-30 tenkin nykytekniikalla hieman liian korkea taajuus. Vas-. taavasti 5 ns vaihehypyt vaatisivat jopa 200 MHz:n kellon, ‘ jne. Jänniteohjatun kideoskillaattorin epäkohtana on se, että ko. komponenttia ei voida täysin integroida digitaaliseen piiriin. VCO:n lisäksi silmukkasuodatin on to-35 teutettava analogiatekniikalla.

• 96081 2

Sen sijaan, että käytettäisiin modeemin ulkopuolelta saatavaa kellosignaalia voidaan kellosignaali myös muodostaa modeemin sisällä. Mikäli kysymyksessä on moninopeusmo-deemi, täytyy jakolukuina käyttää (kokonaislukujen lisäk-5 si) usein myös murtolukuja, jotta kaikki käytettävät kellotaajuudet saataisiin jakamalla modeemin sisäisen kello-oskillaattorin taajuudesta. Tällöin syntyy generoitavaan kellosignaaliin värinää, eli tilanne on periaatteessa samanlainen kuin ulkoisen kellosignaalin tapauksessa.

10 Esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena onkin saada aikaan sellainen menetelmä ja laitteisto, joka takaa tarkan ajastuksen edellä kuvatuissa tilanteissa.

Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaati-15 muksen 1 tunnusmerkkiosassa, ja keksinnön mukaisella laitteistolla, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön ajatuksena on tallettaa lähetettävän PAM-pulssin valmiiksi suodatettu aaltomuoto muistiin ja kertoa 20 muistista kiinteätaajuisen kellosignaalin tahdissa luetta vat näytearvot kertoimella, jota muutetaan kulloinkin lähetettävänä olevan symbolin mukaan.

Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa tarkan ajastuksen omaavan toteutuksen integroinnin täysin digi-25 taaliseen piiriin. Haluttu tarkkuus saavutetaan valitse- • maila riittävä bittitarkkuus.

Monet siirtotiet ovat myös jollain tavalla kaistara-joitettuja, jolloin lähetettävää pulssia pitää suodattaa. Keksinnön mukaisen menetelmän avulla pystytään digitaa-30 linen suodatus yhdistämään yksinkertaisella tavalla samaan . laitteistoon, jolloin tarvitaan ainoastaan yksinkertainen analogiasuodatin poistamaan harmonisia spektrikomponentte-ja.

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia suoritus-35 muotoja kuvataan tarkemmin viitaten oheisten piirustusten - 96081 3 mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio la havainnollistaa suoran digitaalisen synteesin periaatetta, kuvio Ib esittää kuvion 1 mukaisen laitteiston 5 vaiheakun ulostulossa esiintyvää signaalia, kuvio le esittää kuvion 1 mukaisen laitteiston sinitaulukon ulostulossa esiintyvää signaalia, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen digitaalisen PAM-modulaation periaatetta, 10 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteiston erästä edullista suoritusmuotoa, ja kuvio 4 esittää kuvioiden 2 ja 3 mukaisissa laitteistoissa käytetyn vaiheenlisäyssignaalin muodostamista.

Keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi kuvataan 15 kuviossa la ensin suoran digitaalisen synteesin (DDS, Direct Digital Synthesis) periaatetta. DDS-järjestelmässä tuodaan vaiheakulle 11 vaiheenlisäyssignaali M ja kellosignaali fc. Vaiheakku muodostuu summaimesta ja pitopii-ristä, jotka on kytketty peräkkäin, jolloin vaiheakku 20 lisää arvon M entiseen arvoonsa jokaisella kellopulssilla. Vaiheakun arvoa kasvatetaan siis kellosignaalin fc tahdissa, jolloin vaiheakun ulostuloon muodostuu kuvion Ib mukainen kasvava ramppi. Vaiheakun ulostulossa oleva arvo kasvaa siis määrällä M aikavälin l/fc välein. Kun akussa 25 tapahtuu ylivuoto, annetaan akun kierähtää ympäri (akkua * ei siis nollata, vaan akun kierähtäessä ympäri vaihtuu laskentajakso ja uudeksi arvoksi tulee jälleen se arvo, joka vastaa uudella jaksolla ensimmäistä kellopulssia). Vaiheakun ulostulo on kytketty lukuosoitteeksi sinitaulu-30 kolle 12, johon on talletettu yksi jakso sinisignaalia.

. Sinitaulukon ulostulolla on tällöin arvo sin( vaiheakun azvo. 2π)

2N

missä N on vaiheakun leveys bitteinä. Sinitaulukolta saa- 4 96031 tava digitaalinen sinisignaali, joka on esitetty kuviossa le, viedään digitaali/analogia-muuntimeen 13, jossa se muutetaan analogiseen muotoon. (Huomattakoon, että kuvioiden Ib ja le aika-akseleita ei ole esitetty toisiaan vas-5 taavina, vaan yhtä kuviossa Ib esitettyä ramppia vastaa yksi sinijakso.) Analogisesta signaalista poistetaan harmoniset spektrikomponentit D/A-muunninta seuraavalla ali-päästösuodattimella 14, jolloin suodattimen ulostuloon saadaan puhdas siniaalto. Sinisignaalin taajuus fout on 10 fout=Mx(fc/2N) (l), missä N on vaiheakun leveys bitteinä ja M edustaa sitä vaiheeniisäystä, joka suoritetaan jokaisella kellojaksolla. Vaiheakun leveyttä kasvattamalla voidaan taajuus-resoluutio saada erittäin suureksi. Jos samalla sinitau-15 lukko ja D/A-muunnin pidetään riittävän tarkkoina, saadaan ulostulotaajuus halutulla tarkkuudella.

Kuviossa 2 on esitetty, kuinka digitaalinen PAM-modulaatio lisätään keksinnön mukaisesti edellä esitettyyn DDS-järjestelmään. Sinisignaalin yhtä jaksoa vastaavien 20 näytteiden sijasta muistiin 22 on nyt talletettu yhden symbolijakson pituisen, valmiiksi alipäästösuodatetun PAM-pulssin näytteet, ja muistin ulostuloon on kytketty yksinkertainen kertolaskupiiri 23. Sisääntuleva bittijono D_IN on kytketty symbolintunnistuspiirin 24 datasisäänmenoon, 25 ja vaiheakun ylivuodosta kertova ulostulosignaali OF on * kytketty piirin 24 kellosisäänmenoon. Piirin 24 ulostulo on kytketty kertolaskupiirille 23. Vaiheakun 11 ulostulosignaalin arvo kasvaa edellä esitetyn mukaisesti kellosignaalin fc tahdissa. Tämä arvo antaa sen osoitteen, 30 josta muistia 22 luetaan. Toisin sanoen, muistia 22 lue-. taan kellosignaalin fc tahdissa vaiheakun ilmoittamista osoitteista. Muistista saadut aaltomuotonäytteet kerrotaan kertolaskupiirissä 23 kertoimella, jonka määrää symbolin-tunnistuspiiri 24 sen mukaan, mitä symbolia sen sisään-35 menossa esiintyvät bitit vastaavat. Esim. käytettäessä 96081 5 neljää eri symbolia eli neljää eri amplituditasoa (mitä käytetään jatkossa esimerkkinä) luetaan piirin 24 sisään aina kaksi bittiä kerrallaan (signaalin OF tahdissa). Riippuen siitä, mikä bittikombinaatioista 00, 01, 10 tai 5 11 on kulloinkin kysymyksessä, ohjaa piiri 24 kertolasku- piirin käyttämäksi kertoimeksi yhden luvuista +1, -1, +3 tai -3. Kun vaiheakussa tapahtuu ylivuoto (uusi symboli-jakso alkaa), luetaan tunnistuspiirin 24 sisään seuraavat 2 bittiä, jolloin tunnistuspiiri antaa kertolaskupiirille 10 uutta symbolia vastaavan kertoimen. Kertolaskupiirin ulostulosta saatava digitaalinen signaali muutetaan analogiseen muotoon D/A-muuntimessa 13 ja harmoniset spektrikom-ponentit poistetaan alipäästösuodattimella 14. Keksinnön mukaisessa menetelmässä lasketaan siis lähtösuodattimelle 15 14 näytearvo niillä ajanhetkillä, jolloin D/A-muunninta kellotetaan, eikä D/A-muuntimen kellosignaalin vaihetta tai taajuutta muuteta.

Keksinnön mukaisesti on oleellista, että muistiin 22 on talletettu alipäästösuodatetun pulssin näytearvot, toi-20 sin sanoen, muistissa on valmiiksi suodatetun PAM-pulssin aaltomuoto. Oleellista on siis se, että jo ennen D/A-muun-nosta suoritetaan suodatusta. Tällä tavoin lähetettävä pulssi (esim. sen nollaylityskohta) saadaan tarkemmin asetettua kohdalleen. Kun aaltomuoto ei muutu jyrkästi, 25 voidaan sen paikka aika-akselilla säätää tarkasti esim.

• muuttamalla talletetusta aaltomuodosta otettavien näyt teiden arvoja siten, että aaltomuodon paikka aika-akseliin nähden muuttuu (säätö voidaan tehdä kellosignaalista fc riippumatta, vrt. kaava 1). Mikäli muistiin 22 talletetaan 30 suodattamatonta aaltomuotoa vastaavat arvot, on lähetettä-. vän pulssin paikka sidottu täysin kellosignaalin fc reu- ” noihin (esim. nouseviin reunoihin). Kellosignaaliin fc kahta peräkkäistä nousevaa reunaa vastaava vaihtelu lähetettävän pulssin paikassa saattaa kuitenkin käytännössä 35 aiheuttaa liian suuren epämääräisyyden.

96081 6

Kuviossa 3 on esitetty eräs edullinen suoritusmuoto edellä kuvatusta perusratkaisusta. Samoista osista on käytetty samoja viitenumerolta kuin edellä kuvioissa la ja 2. Jotta saavutettaisiin parempi suodatustulos, pitää 5 lähetettäviä symboleita suodattaa enemmän kuin yhden symboli jakson ajalta. Tässä esimerkkitapauksessa on PROM-muistiin 22 talletettu yhden lähetettävän pulssin aaltomuoto neljän symbolijakson pituiselta ajalta. Käytännössä aaltomuoto voi vastata esim. sinc-pulssia. Symbolien arvot 10 syötetään tunnistuspiiriltä 24 peräkkäisten viive-elementtien 33 (joita on tässä esimerkissä 3 kappaletta) muodostamaan viivelinjaan. Yhden viiveyksikön viive vastaa symbolijakson pituutta, joten viivelinjassa on siis muistissa neljän viimeisimmän symbolin arvot (±1, ±3) . Aina uuden 15 symbolin tullessa vanhimman symbolin arvo poistuu muistista. Viivelinjan molemmista päistä ja viive-elementtien välistä on muodostettu sisäänmenot (4 kpl) multiplekserille 34, jonka avulla valitaan kulloinkin yhden symbolin arvo kertolaskupiirille 23. Laskettaessa yksi näyte D/A-muunti-20 melle 13 huomioidaan kaikki neljä symbolia. Tätä toimintaa kuvataan seuraavassa.

Vaiheakulta 11 saadaan jälleen vaihetieto kellosignaalin fc tahdissa. Tässä tapauksessa laitteeseen on lisätty laskuri 31, joka askeltaa kellosignaaliin fc verrattuna 25 nelinkertaisella taajuudella jatkuvasti yhdestä neljään • (tilat 00, 01, 10 ja 11) , jolloin laskurin kulloinenkin vaihe (eli mikä neljästä vaiheesta on kysymyksessä) määrää sen, mikä neljästä muistissa olevasta symbolijaksosta on kysymyksessä, ja myös sen, minkä symbolin arvo syötetään 30 multiplekserin 34 kautta kertolaskupiirille 23. Kun lasku- . rin 31 lukema on 00, otetaan muistista 22 ensimmäistä sym- « ?* bolijaksoa vastaava näyte ja multiplekserin 34 kautta sitä vastaavan symbolin arvo, ja nämä kerrotaan kertolaskupii-rissä 23. Kun laskurin lukema on 01, otetaan muistista 22 35 seuraavaa symbolijaksoa vastaava näyte ja multiplekserin ia i . Uit min i -j «a : - 96081 7 kautta sitä vastaava, yhden symbolijakson verran viivästetyn symbolin arvo ja nämä kerrotaan kertolaskupiirissä 23. Vastaavasti laskurin vaiheita 10 ja 11 vastaavat aaltomuodon arvot kerrotaan niitä vastaavilla symboliarvoilla.

5 Neljän tällaisen peräkkäisen kertolaskun tulos summataan kertolaskupiirin perään kytketyssä akussa 35 ja tulos viedään D/A-muuntimelle 13. Näin saadaan jokaista kellosignaalin fc jaksoa kohti edelleenkin yksi laskettu näyte D/A-muuntimelle 13, mutta tässä tapauksessa saadaan telo hokkaampi suodatus kuin kuvion 2 esimerkissä. Muistia luetaan tässä tapauksessa nelinkertaisella nopeudella laskurin 31 määrätessä sen, mikä symbolijakso on kysymyksessä ja vaiheakun määrätessä vaiheen symbolijakson sisällä.

Kellosignaali fc saadaan laitteen sisäisestä kiin-15 teästä oskillaattorista (ei esitetty). Vaiheenlisäyksen suuruus M saadaan puolestaan digitaalisesta vaihelukosta. Esim. jos kellosignaalin fc taajuus on kymmenkertainen verrattuna bittikelloon ja käytetään edellä olevan esimerkin tapaan 2BlQ-koodausta, voidaan vaihelukko toteuttaa ku-20 viossa 4 esitetyllä tavalla. Ulkoinen bittikello EXT_CLK (joka saattaa sisältää runsaasti värinää, kuten alussa mainittiin) tuodaan ensimmäisen taajuusjakajan 41 kautta vaihevertailijan 43 ensimmäiseen sisäänmenoon. Taajuusja kajan jakoluku on tässä tapauksessa kaksikymmentä. Vai-25 heakun ylivuodosta kertova signaali OF (joka muodostaa ·’ silmukan takaisinkytkennän) tuodaan puolestaan toisen taa

juusjakajan 42 kautta vaihevertailijan toiseen sisäänmenoon. Toisen taajuusjakajan jakoluku on tässä tapauksessa kymmenen. (Taajuusjakajien jakolukujen suhde vastaa 30 symbolitaajuuden suhdetta bittitaajuuteen.) Digitaalisen . silmukkasuodattimen 44 lähdöstä saadaan vaiheenlisäystä M

4 • edustava signaali.

Jos ajastus muodostetaan laitteen sisällä, voidaan vaiheenlisäykselle M valita jokin kiinteä arvo kaavan (1) 35 mukaisesti.

t · « - 96081 8

Laitteen sisällä muodostetun kellosignaalin fc suhde symbolinopeuteen (ulkoiseen kellosignaaliin) ei ole ennalta määrätty, koska kellosignaalit tulevat eri lähteistä. Tällöin käy niin, että lähtevän symbolin esitys laske-5 taan toisinaan 9 tai 11 vaiheessa (10 sijasta) . Tämä ei kuitenkaan vaikuta alipäästösuodattimen toimintaan. D/A-muuntimen kellotustahdin (laitteen sisäisen kellosignaalin fc) ei nimittäin, edellä esitetyn mukaisesti, välttämättä tarvitse olla mikään symbolinopeuden kokonaislukumoniker-10 ta.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esite-15 tyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Esim. talletettavan aaltomuodon pituus voi vaihdella halutun tarkkuuden tai käytettävissä olevan muistikapasiteetin mukaan (jolloin myös esim. laskurin 31 kellotaajuus muuttuu vastaavasti) . Koska nykytekniikalla ei välttämättä kannata in-20 tegroida kovin isoa ROM-muistia piirin sisään, voidaan aaltomuodon tallettamiseen käyttää myös erillistä ROM/RAM-muistia.

» « • · ·

Claims (9)

96081

1. Menetelmä pulssiamplitudimoduloidun signaalin muodostamiseksi digitaalisen modulaation yhteydessä, jonka 5 menetelmän mukaisesti sisääntulevan bittivirran (D_IN) biteistä muodostetaan lähetettäviä symboleja, tunnettu siitä, että - lähetettävän pulssin valmiiksi alipäästösuodatetun aaltomuodon näytearvoja talletetaan ainakin yhden symboli- 10 jakson ajalta muistiin (22), - muistista (22) luetaan näytearvoja kiinteätaa-juisen kellosignaalin (fc, 4xfc) tahdissa, ja - muistista (22) luettu näytearvo kerrotaan ennalta määrätyllä kertoimella, jonka arvo muodostetaan vasteena 15 kulloinkin lähetettävänä olevalle symbolille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muistiin (22) on talletettu lähetettävän pulssin aaltomuoto yhden symbolijakson ajalta, jolloin kertolaskun tuloksena saatu arvo muodostaa 20 suoraan digitaalisen PAM-signaalin näytearvon.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muistiin (22) on talletettu lähetettävän pulssin aaltomuoto usean symbolijakson ajalta, jolloin usean kertolaskuoperaation tulokset summataan 25 (35) yhdeksi digitaalisen PAM-signaalin näytearvoksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peräkkäiset näytearvot syötetään suoraan D/A-muuntimen (13) kautta analogiselle ali-päästösuodattimelle (14).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muistista (22) kulloinkin * : luettavan näytearvon lukuosoitteen muodostuksessa käyte tään vaiheakkua (11), jonka ulostuloarvo määrää symboli-jakson kulloistakin vaihetta vastaavan näytearvon.

6. Laitteisto pulssiamplitudimoduloidun signaalin • · 96081 muodostamiseksi digitaalisen modulaation yhteydessä, joka laitteisto käsittää elimet (22-24; 22-24, 33, 34) lähetettävien symbolien muodostamiseksi sisääntulevan bittivirran (D_IN) biteistä, tunnettu siitä, että mainitut 5 elimet käsittävät - muistin (22), johon lähetettävän pulssin valmiiksi alipäästösuodatetun aaltomuodon näytearvoja on talletettu ainakin yhden symbolijakson ajalta, - muistin (22) ulostuloon kytketyt kertolaskuelimet 10 (23) muistista (22) luetun näytearvon kertomiseksi ennalta määrätyllä kertoimella, ja - symbolintunnistuselimet (24) kertolaskussa käytetyn kertoimen muodostamiseksi vasteena lähetettävälle symbolille.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muistiin on talletettu lähetettävän pulssin aaltomuodon näytearvoja usean symbolijakson ajalta, jolloin mainitut elimet käsittävät lisäksi - tallennuselimet (33) symboliarvojen tallettamisek-20 si usean symbolijakson (T) ajalta, ja elimet (34) yhden symboliarvon valitsemiseksi kulloinkin kertolaskuelimille, ja - summauselimet (35) usean peräkkäisen kertolaskun tuloksen summaamiseksi yhdeksi näytearvoksi.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, * tunnettu siitä, että mainitut tallennuselimet käsittävät kolmen peräkkäisen viive-elementin (33) muodostaman viivelinjan.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, 30 tunnettu siitä, että se käsittää vaiheakun (11), . jonka ulostulosignaali on kytketty muistille (22) symboli- jakson kulloistakin vaihetta vastaavan näytearvon lukemiseksi muistista (22). 96081