Clock Recovery

Clock Recovery

Die Taktrückgewinnung (auch Symboltakt-Synchronisation) in der digitalen Übertragungstechnik hat zum Ziel, aus einem empfangenen Digitalsignal den Sendetakt des Senders zu bestimmen und damit das zeitgenaue Abtasten des Empfangsignals zu ermöglichen, oder auch das in der Gegenrichtung zurückgesendete Digitalsignal zeitlich richtig auszurichten (synchronisieren). Die Taktrückgewinnung ist auf Empfängerseite notwendig, um die periodischen Abtastzeitpunkte des empfangenen Datenstromes zu ermitteln. Ohne diese zeitlich genaue Ausrichtung kann das digitale Empfangsignal nicht richtig ausgewertet werden, entsprechend massive Bitfehler wären die Folge. Bietet ein Übertragungsverfahren die Taktrückgewinnung, so kann auf die aufwendige parallele Taktübertragung mittels eigenem Übertragungskanal zwecks Synchronisation verzichtet werden.

Um aus dem Empfangsignal den Sendetakt gewinnen zu können, muss das Empfangssignal hinreichend viele Signalflanken aufweisen. Das bedeutet, dass lange Folgen von '1' oder '0' ohne Flanken in der Übertragung zu vermeiden sind. Dies kann durch eine entsprechende Kanalkodierung und den Einsatz entsprechender Leitungscodes wie des Biphase-Mark-Code oder des 4B5B-Code erreicht werden. Weiterhin können auf Sendeseite statistische Verfahren wie Scrambler eingesetzt werden, welche das Sendesignal pseudozufällig umgestalten und damit im Mittel hinreichend viele Signalflanken für die Taktrückgewinnung zur Verfügung stellen.

Verfahren

Grundsätzlich kommen zur Taktrückgewinnung zwei verschiedene Verfahren zum Einsatz:

Sie werden in den folgenden Abschnitten kurz dargestellt.

Taktrückgewinnung durch nichtlineare Verzerrung

Bei diesem Verfahren werden durch eine nichtlineare Verzerrung des Eingangsignals die Signalflanken gewonnen, welche dann mit einem Bandpass oder PLL und anschließender Schwellwertentscheidung den Symboltakt ergeben. Prinzipiell können dabei verschiedene nichtlineare Funktionen eingesetzt werden, wie beispielsweise Quadrierung oder Differenzierung mit anschließender Betragsbildung (Gleichrichtung) des Eingangssignals.

In der Praxis hat allerdings fast nur die Differenzierung mit Betragsbildung in Kombination mit einer PLL wesentliche Bedeutung. Das heißt, die zeitlichen Änderungen des Empfangssignals werden gleichgerichtet und als Referenzfrequenz für eine im Fangbereich grob abgestimmte PLL verwendet. Im eingeschwungenen Zustand der PLL ist dann der so gewonnene Takt frequenzgleich und phasenstarr zum Sendetakt.

Der Nachteil dieser Methode ist, dass die exakte Phasenlage damit nicht wiedergewonnen werden kann. In praktischen Systemen wird der genaue Abtastzeitpunkt der Empfangsdaten dann meist durch einen fix im Empfänger eingestellten Phasenoffset (Zeitversatz) vorgenommen. Dieser Zeitversatz stellt den genauen Abtastzeitpunkt innerhalb der Zeitdauer eines Symbols dar. Dieser Zeitversatz muss daher bei Multifrequenzsystemen von der jeweiligen Frequenz, beispielsweise über Tabellen, abgeleitet werden.

Taktrückgewinnung durch Entscheidungsrückkopplung

Bei diesem Verfahren zur Taktrückgewinnung wird von der so genannten ersten Nyquist-Bedingung Gebrauch gemacht. Diese Bedingung besagt, dass das zeitliche Symbolübersprechen, auch Intersymbol-Interferenz genannt, verschwindet. Voraussetzung dafür ist bei praktisch allen Übertragungskanälen und deren Verzerrungen der Einsatz von adaptiven Kanalentzerrern zur Kompensation.

Ist der Übertragungskanal entsprechend entzerrt und erfüllt die Intersymbolfreiheit, kann durch Synchronisieren auf den Nulldurchgang des Empfangssignals vor und nach den einzelnen Sendeimpulsen der Sendetakt exakt wiedergewonnen werden. Diese Information wird zeitlich gemittelt und dient als Steuersignal für einen regelbaren Oszillator.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es nicht nur die Abtastfrequenz exakt wiedergewinnt, sondern auch die Abtastphase. Nachteilig ist der Aufwand, welcher mit adaptiven Filtern verbunden ist. Vor allem die dabei notwendige Trainingsequenz am Anfang einer Übertragung muss im Rahmen des Übertragungsprotokolls vorgesehen sein.

Eine weitere Form zur Taktgewinnung mittels einer rückgekoppelten Regelschleife besteht in der Anwendung einer modifizierten Costas Loop. Üblicherweise wird diese Schleife zur kohärenten Demodulation digitaler Winkelmodulationen wie Phase Shift Keying verwendet. Anstatt sich auf die Trägerfrequenz zu synchronisieren, kann eine entsprechend modifizierte Costas Loop auch zur Rückgewinnung des Symboltaktes eingesetzt werden. Auch dabei wird die Phasenlage korrekt wiedergewonnen.

Siehe auch

Literatur

Kammeyer, Nachrichtenübertragung, Teubner Studienverlag 1996, ISBN 3-519-16142-7


Wikimedia Foundation.

Поможем сделать НИР

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Clock recovery — Some digital data streams, especially high speed serial data streams (such as the raw stream of data from the magnetic head of a disk drive) are sent without an accompanying clock signal. The receiver generates a clock from an approximate… …   Wikipedia

  • Clock-face scheduling — A clock face schedule is a timetable, where public means of transport run in consistent intervals. The number of departures per time is the frequency of the service. Its name comes from the fact that departures are usually the same number of… …   Wikipedia

  • Burst mode clock and data recovery — The passive optical network (PON) uses tree like network topology. Due to the topology of PON, the transmission modes for downstream (i.e., from optical line termination, OLT to optical network unit, ONU) and upstream (i.e., from ONU to OLT) are… …   Wikipedia

  • Water clock — For the individual water clock at The Children s Museum of Indianapolis, see Water clock (Indianapolis). A display of two outflow water clocks from the Ancient Agora Museum in Athens. The top is an original from the late 5th century BC. The… …   Wikipedia

  • Phase-locked loop — PLL redirects here. For other uses, see PLL (disambiguation). A phase locked loop or phase lock loop (PLL) is a control system that generates an output signal whose phase is related to the phase of an input reference signal. It is an electronic… …   Wikipedia

  • TDMoIP — In computer networking and telecommunications, TDM over IP (TDMoIP) is the emulation of time division multiplexing (TDM) over a packet switched network (PSN). By TDM we mean a T1, E1, T3, or E3 signal, while the PSN is based either on IP or MPLS… …   Wikipedia

  • Jitter — For other meanings of this word, see Jitter (disambiguation). Jitter is the undesired deviation from true periodicity of an assumed periodic signal in electronics and telecommunications, often in relation to a reference clock source. Jitter may… …   Wikipedia

  • Injection locking — is a high frequency (usually RF, but possibly microwave and optical) phenomenon where an oscillator directly synchronizes to another high frequency signal. In the case of a VCO an injection locking signal may override its low frequency control… …   Wikipedia

  • Source-synchronous — clocking refers to the technique of sourcing a clock along with the data. Specifically, the timing of unidirectional data signals is referenced to a clock (often called the strobe) sourced by the same device that generates those signals, and not… …   Wikipedia

  • SerDes — A Serializer/Deserializer (SerDes pronounced sir deez) is a pair of functional blocks commonly used in high speed communications to compensate for limited input/output. These blocks convert data between serial data and parallel interfaces in each …   Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”