DE2738836C2 - Überwachung von digitalen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von digitalen Signalen, die in der Dauer eines Rahmens entsprechenden zeitlichen Abständen ein der Überwachung dienendes Synchronwort, insbesondere ein Rahmenkennwort, enthalten, daß an der Überwachungsstelle dieses Synchronwort in den durchlaufenden Zeitmultiplexsignalen erkannt, ein entsprechendes Impulssignal abgeben und dessen Auftreten überwacht wird und Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Für die Überwachung von digitalen Signalen gibt es hauptsächlich zwei Verfahren, zum vrLien die Überwachung durch Ausnützung der Redundanz des bei der Übertragung verwendeten Codes und zum anderen die überwachung eines für die empfangsseitige Rahmensynchronisierung vorgesehenen Synchronwortes, insbesondere des Rahmenkennwortes. Da bei der Überwachung des Synchronwortes prinzipiell eine höhere Zuverlässigkeit erreichbar ist, wird hauptsächlich von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht. Zu diesem Zweck wird entsprechend der deutschen Offenlegungsschrift 22 06 969 eine Anordnung verwendet, die in der F i g. 1 dargestellt ist. In dieser Anordnung wird das zu überwachende digitale Zeitmultiplexsignal Dzusammen mit dem zugehörigen Taktsignal T seriell in ein n-stelliges Schieberegister 1 eingelesen. Die η Ausgänge des Schieberegisters 1 sind mit den η Eingängen der ersten Erkennungsschaltung 2 verbunden, (edesmal dann, wenn das n-stellige Rahmenkennwort in dem Schieberegister 1 steht, gibt die erste Erkennungsschaltung 2 ein Impulssignal E an dia Überwachungsschaltung 3 ab. Beim erstmaligen Erkennen des Rahmenkennwortes gibt die Überwachungsschaltung 3 einen Clear-Impuls CL an eine angeschlossene Taktzentrale 4 ab. Die Taktzentrale 4 erzeugt aus dem Bit-Taktsignal T den Rahmentakt TR sowie andere in dem jeweiligen Übertragungssystem benötigte Takte; der Clearimpuls CL setzt dazu die Teilerstufen der Taktzentrale 4 in ihre Ausgangsstellung. Mittels des von der Taktzentrale erzeugten Rahmentaktes TR überwacht die Überwachungsschaltung 3 das periodische Auftreten des

Rahmenkennwortes im digitalen Zeitmulliplexsignal D.

Die genauen Vorschriften über den Verlust bzw. die Wiederherstellung des Rahmensynchronismus entsprechen den Empfehlungen der internationalen Postbehörde (CClTT-G 732,742,751).

Bei Verlust des Rahmensynchronismus gibt die Überwachungsschaltung 3 ein Alarmsignal A 1 ab. Da bei Ausfall des Taktes die Überwachungsschaltung 3 kein Alarmsignal abgeben kann, ist eine zusätzliche Taktüberwachungsschaltung 5 vorgesehen, der das Taktsignal Γ zugeführt wird und die bei Taktausfall ein Alarmsignal A 2 abgibt. Beide Alarmsignale A 1 und .4 2 werden einem Gatter 6 zugeführt, das die beiden Alarmsignale zusammenfaßt und diese an eine Auswerteschaltung 7 abgibt Die Auswerteschaltung 7 verzögert die Alarmsignale so, daß nur Alarm nach außen abgegeben wird, sofern die Alarmsignale eine gewisse Mindestdauer haben. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, weil das Alarmsignal A 1 intermittierend auftreten kann. Diese beschriebene Anordnung nach dem Stand der Technik wird insbesondere in Empfangsteilen von PCM-Multiplexgeräten angewandt in diesem Fall ist eine Taktzentrale für die Funktion des Multiplexgerätes ohnehin erforderlich. Bei Anwendungen, in denen nur ein Zeitmultiplexsignal überwacht werden soll, ohne daß eine Taktzentrale zur Verfügung steht bzw. für weitere Taktsignale benötigt wird, ist die Anordnung nach dem Stand der Technik zu aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also riarin, ein einfaches aber sehr zuverlässiges Verfahren zur Überwachung von digitalen Zeitmultiplexsignalen der eingangs erwähnten Art und entsprechende Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens zu finden, die außerdem möglichst universell, also für unterschiedliche Synchronwörter und unterschiedliche Rahmendauer anwendbar sind und ohne Rahmen-Takterzeugung auskommen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Flanke des Impulssignals ein erstes Mono-Flop (MFl) triggert, das nach einer Zeit, die etwas kleiner als die Rahmendauer des Zeitmultiplexsignals ist, vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand zurückschaltet und dabei ein zweites Mono-Flop einschaltet, das nach einer Zeit, die größer als die Differenz zwischen der Rahmendauer und der Zeitkonstante des ersten Mono-Flops ist, zurückschaltet und dabei ein D-Flip-Flop einschaltet, dessen Einschaltzustand als Kriterium für das mit der Rahmenperiode sich wiederholende Auftreten des Synchronwortes dient und daß das Auftreten von dessen Ausschaltzustand als Kriterium für eine Alarmierung dient. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß ein ausreichend genaues Überwachungskriterium aus dem Abstand zwischen der fallenden und der nächstfolgenden steigenden Flanke des Ausgangsimpulses eines MonoFlops abgeleitet werden kann. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß weder ein von außen zugeführtes noch ein intern erzeugtes Rahmen-Taktsignal benötigt wird und daß eine Anpassung an unterschiedliche Rahmendauer und Rahmenkennwörter angepaßt werden kann.

Soll nicht jeder Bitfehler im Rahmenkennwort, der kurzzeitig über einige Rahmenperioden auftritt, zur Alarmierung führen, dann ist eine Variante der Erfindung zweckmäßig, bei der die Alarmierung erst nach dem über eine größere Anzahl von Rahmen andauernden AusschalUustand des D-Flip-Flops (FF) erfolgt. Die Alarmierung soll also zweckmäßigerweise erst nach einem über wenigstens 10 Rahmenperioden andauernden Alarmzustand erfolgen.

Wird ein Synchronwort verwendet, das häufig vorgetäuscht werden kann, dann ist eine Variante der Erfindung zweckmäßig, bei der der Mittelwert des Ausgangssignals des D-Flip-Flops gebildet wird und eine Alarmierung erfolgt, sobald der Mittelwert einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet Dabei ergibt sich als besonderer Vorteil, daß die Anforderungen an die Genauigkeit der Zeitkonsante des Mono-Flops verringert werden.

Eine wegen der Einsparung der Takizentrale besonders wenig aufwendige Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, daß ein erstes Schieberegister vorgesehen ist, dessen Stufenzahl mindestens gleich der auszuwertenden Bitzahl des Synchronwortes ist und dessen Stufenausgänge jeweils getrennt mit den Eingängen einer zweiten Erkennungsschaltung verbunden sind, daß der Signaleingang des ersten Schieberegisters mit einem Anschluß für das zu über.vachende digitale Zeitmultiplexsignal und der Takteingang dieses Schieberegisters mit einer Quelle für den Bittakt des zu überwachenden Zeitmultiplexsignals verbunden ist, daß der Ausgang der zweiten Erkennungsschaltung mit dem Eingang einer ersten Überwachungsschaltung verbunden ist, daß diese Überwachungsschaltung ein erstes und ein zweites Mono-Flop, ein D-Flip-Flop und ein ODER-Gatter enthält, wobei der Eingang des ersten Mono-Flops den Eingang der Überwachungsschaltung darstellt, die beiden (^-Ausgänge der Mono-Flops mit getrennten Eingängen des Gatters und der (^-Ausgang des ersten Mono-Flops zusätzlich mit dem D-Eingang des D-Flip-Flops verbunden sind, daß der Ausgang des Gatters mit dem Clear-Eingang des D-Flip-Flops verbunden ist der Q-Ausgang des ersten Mono-Flops mit dem auslösenden Eingang des zweiten Mono-Flops und dessen Q-Ausgang mit dem auslösenden Fingang des D-Flip-Flops verbunden ist und der (^-Ausgang für das inverse Ausgangssignal des D-Flip-FIops den At »gang der Überwachungsschaltung darstellt, an den Anordnungen zur Alarmauswertung und zur Alarmzählung angeschlossen sein können, bei dem die Zeitkonstante des ersten Mono-Fiops etwas kleiner als die Rahmendauer des Zeitmultiplexsignals gewählt ist und bei dem die Zeitkonstante des zweiten Mono-Flops größer als die Differenz zwischen der Rahmendauer und der Zeitkonstante des ersten Mono-Flops gewählt ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 5 und 7 näher beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Überwachungsanordnung nach dem Stande der Technik,

F i g. 2 eine erfindungsgeinäße Überwachungsanordnung,

Fig. 3 das Schaltbild der in der Fig. 2 enthaltenen Überwachungsschaltung 28,

F i g. 4 ein erstes Impulsdiagramm und

Fig.5 ein zweites Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig.? und 3.

Die Fig. 1 stellt eine Anordnung nach dem Stande der Technik dar, alt einleitend bereits so ausführlich geschildert wurde, daß an dieser Stelle auf weitere Ausführungen verzichtet wird.

F i g. 2 enthält ebenso wie die in der F i g. 1 gezeigte

Anordnung nach dem Stande der Technik ein n-stelliges Schieberegister 21 mit einem Eingang für das digitale Zeitmultiplexsignal D und einen weiteren Eingang für den mitübertragenen Bittakt T. Mit den Ausgängen der η Stufen des Schieberegisters 21 sind die η Eingänge der zweiten Erkennungsschaltung 22 verbunden, die jedesmal dann, wenn das n-stellige Rahmenkennwort im Schieberegister 21 steht, ein Impulssignal E an die Überwachungsschaltung 28 abgibt. Weist das überwachte Rahmenkennwort Fehler auf, dann wird von der ' 'berwai-hijngsschaltung 20 ein Alarmsignal A an eine ausgangsseitig angeschlossene Anordnung 27 zur Alarmauswertung abgegeben. Die Anordnung 27 zur Alarmauswertung hat durch eine eingebaute Verzögerungseinrichtung eine Zeitkonstante, die wenigstens der zehnfachen Rahmenperiode TO entspricht. Dadurch wird verbinder! dsö im R2hrnenk£nn^wo^r* Wnr77Piiip auftretende Bitfehler zu einer Alarmierung führen. Zusätzlich ist an den Ausgang der Überwachungseinrichtung 28 ein Fehlerzähler 29 anschließbar, durch den die kurzzeitigen Alarmimpulse, die von der Alarmeinrichtung 27 unterdrückt werden, gezählt werden können. Überschreitet die Anzahl der kurzzeitigen Alarmimpulse einen voreingestellten Wert, dann wird von dem Fehlerzähler 29 ein spezielles Alarmsignal A 12 ausgelöst.

Die F i g. 3 zeigt den Aufbau der Überwaeiiungsschaltung 28 nach F i g. 2. Die Überwachungsschaltung 28 enthält ein erstes Mono-Flop AiFl, dessen auslösender oder Takt-Eingang mit dem Signaieingang der Überwa^ chungsschaltung verbunden ist und dessen Ausgang Q für das inverse Ausgangssignal mit dem auslösenden Eingang eines zweiten Mono-Flops MF2 verbunden ist. Die (^-Ausgänge des ersten und des zweiten MonoFlops sind jeweils getrennt mit den beiden Eingängen eines ODER-Gatters C verbunden, dessen Ausgang mit dem Clear- oder Rücksetz-Eingang eines D-Flip-Flops FF verbunden ist. Der C>-Ausgang des ersten MonoFlops ist außerdem mit dem Dateneingang des D-Flip-Flops verbunden, während dessen auslösender Eingang an den (^-Ausgang für das inverse Ausgangssjgnal des zweiten Mono-Flops angeschlossen ist. Der (^-Ausgang des Flip-Flops stellt gleichzeitig den Ausgang der Überwachungsschaltung 28 dar.

Zur Erläuterung der Funktion der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung sei auf Fig.4 verwiesen. Die F i g. 4 geht von dem Fall aus, daß das digitale Zeitmultiplexsignal und das Rahmenkennwort ungestört sind und das Rahmenkennwort periodisch im Zeitmultiplexsignal D vorhanden ist. Das von der Erkennungsschaltung 22 erzeugte Impulssignal E enthält dann charakteristische Impulse, die im Abstand der Rahmenperiode TO auftreten. Zusätzlich können in unregelmäßigen zeitlichen Abständen weitere Impulse an den Stellen des Rahmens auftreten, an denen das Rahmenkennwort vorgetäuscht wird. Da die Zeitkonstante TO des ersten Mono-Flops MFi etwas kleiner als die Rahmendauer TO gewählt ist, wird das Mono-Flop MFl nicht durch Störimpulse, sondern praktisch nur durch die ansteigende Flanke der Impulse des Impulses E getriggert. die mit der Rahmenperiode 7"0 auftreten. Das erste Mono-Flop MF nimmt also nach jedem dieser Impulse für die Zeitdauer Tl den Einschaitzustand an, der im vorliegenden Falle den Wert »logisch Eins« darstellt, wie dies die zweite Zeile der F i g. 4 zeigt. Nach dem Abschalten des Mono-Flops besitzt dessen Ausgangssignal für die Dauer T3 den Wert von »logisch Null«, wobei sich die Dauer T3 aus der Differenz /wischen der Rahmenperiode TO und der Zeitkonstante des ersten Mono-Flops MFi ergibt. Durch den nächsten periodischen Impuls wird das erste Mono-Flop wieder eingeschaltet, so daß das Ausgangssignal den Wert von »logisch Eins« annehmen kann.

Durch die abfallende Flanke des Ausgangssignals des ersten Mono-Flops bei dessen Ausschalten wird das zweite Mono-Flop MF2 getriggert. Die Zeitkonstante T2 des zweiten Mono-Flops MFl ist größer ?'n die Zeitdauer T3 gewählt, so daß das zweite Mono-Flop erst ausschaltet, wenn das erste Mono-Flop durch den nächsten periodischen Impuls bereits wieder eingeschaltet ist. Mit der fallenden Flanke des AusgangsimpuiM/i des zweiten Mono-Flops MF2 wird das D-Flip-Flop angesteuert und dadurch der Zustand des ersten Mono-Flops MFl in das D-Flip-Flop FFübernommen Dadurch hat bei periodischem Auftreten des Rahmenkennwortes das Ausgangssignal des D-Flip-Flops FF ständig den Wert »logisch Eins«.

Die \"> «■ 5 zeigt den Fall, daß die Übertragung fehlerhaft ist, daß also beispielsweise das Rahmenkennwort nicht mehr periodisch in dem übertragenen dig'u'.'n Zeitmultiplexsignal D vorhanden ist. In diesem Fall treten in dem Impulssignal E nur unregelmäßig Impulse an den S!°!!cn des Rahmens auf, an denen das Rarunenl^nnwort vorgetäuscht wird. Der Abstand zwischen der fallenden und der nächsten steigenden Flanke des Ausgangssignals des ersten Mono-Flops AfFl ist somit unregelmäßig und meistens erheblich größer als die Zeitdauer T3 bzw. TO 7 i.

Die Darstellung in den F i g. 4 und 5 setzt voraus, daß nur wenige Vortäuschungen des Synchronwortes auftreten und daß die Rahmendauer TO hinreichend klein ist. Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, so kann im synchronen Zustand das D-Flip-Flop kurzzeitig den Ausschaltzustand annehmen und im nichtsynchronen Zustand häufig ein- und ausgeschaltet werden. In diesem Fall wird der Alarm dadurch sicher erkannt, daß die Alarmauswertung den Mittelwert des Ausgangssignals A des D-Flip-Flops bildet und einen Alarm erst dann abgibt, wenn der Mittelwert einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet.

Als weiterer Fehler ist ein Ausfall des Taktsignals T oder eine Verfälschung des Zeitmultiplexsignals D möglich, bei der dieses die Werte »Dauer-Null« oder »Dauer-Eins« annimmt. In diesem Fall gibt die Erkennungsschaltung 22 keine Impulse ab, so daß die Ausgangssignale der beiden Mono-Flops MFl und MF2 einen Wert von »logisch Eins« annehmen. Dadurch wird das mit den (^-Ausgängen der MonoFlops verbundene ODER-Gatter geschaltet und setzt über den Clear-Eingang das Ausgangssignal des D-F1ip-Flops FF auf »logisch Null«, so daß auch in diesem Falle am Ausgang der Erkennungsschaltung das Alarmkriterium entsprechend dem logischen Nullzustand auftritt.

Um Zeitmultiplexsignale mit verschiedenen Pulsrahmen überwachen zu können, ist die Erkennungsschaltung 22 umschaltbar für verschiedene Rahmenlängen auszuführen bzw. es ist eine Erkennungsschaltung zu wählen, die hinsichtlich der Zahl ihrer Eingänge und ihrer möglichen Verknüpfungen der maximalen Rahmenlänge entspricht. Insbesondere bei sehr langen Rahrnenkennwönern kann es dann zweckmäßig sein, nicht alle Bits des Rahmenkennwortes auszuwerten, so daß in diesem Falle Schieberegister 21 und Erkennungsschaltung 22 verkleinert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung von digitalen Signalen, die in der Dauer eines Rahmens entspre- -, chenden zeitlichen Abständen ein der Überwachung dienendes Synchronwort, insbesondere ein Rahmenkennwort enthalten, daß an der Überwachungsstelle dieses Synchronwort in den durchlaufenden Zeitmultiplexsignalen erkannt, ein entsprechendes Im- κ, pulssignal abgegeben und dessen Auftreten Oberwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flanke des Impulssignals (E) ein erstes Mono-Flop (AiFl) triggert, das nach einer Zeit (Tl), die etwas kleiner als die Rahmendauer (TO) des π Zeitmultiplexsignals ist, vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand zurückschaltet und dabei ein zweites Mono-Flop (MFT) einschaltet, das nach einer Zeit (72), die größer als die Differenz (TJ) zwischen der Rahmendauer (TO) und der Zeitkon- _>'» stante (Tl) des ersten Mono-Flops ist, zurückschalltet und dabei ein D-Flip-Flop (FF) einschaltet, dessen Einschaltzustand als Kriterium für das mit der Rahmenperiode sich wiederholende Auftreten des Synchronwortes dient und daß das Auftreten 2". von dessen Ausschaltzustand ate Kriterium für eine Alarmierung dient.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmierung erst nach dem über eine größere Anzahl von Rahmen andauernden κι Ausschaltzustand des D-Flip- Flops fFF^erfolgt.

3. Verfahren nach -^atenti. .sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Ausgangssignals des D-Flip-Flops gebüßt wird und eine Alarmierung erfolgt, sobald der Mittelwert einen η bestimmten Schwellenwert unterschreitet.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Schieberegister (21) vorgesehen ist, dessen Stufenzahl mindestens gleich der auszuwer- i» tenden Bitzahl des Synchronwortes ist und dessen Stufenausgänge jeweils getrennt mit den Eingängen einer zweiten Erkennungsschaltung (22) verbunden sind, daß der Signaleingang des ersten Schieberegisters (21) mit einem Anschluß für das zu überwa- i> chende digitale Zeitmultiplexsignal und der Takteingang dieses Schieberegisters mit einer Quelle für de:n Bittakt des zu überwachenden Zeitmultiplexsignals verbunden ist, daß der Ausgang der zweiten Erkennungsschaltung (22) mit dem Eingang einer in ersten Überwachungsschaltung (28) verbunden ist, daß diese Überwachungsschaltung (28) ein erstes und ein zweites Mono-Flip(A/Fl,2)ein D-Flip-Flop (FF) und ein Gatter (C) enthält, wobei der Eingang des ersten Monoflops den Eingang der Überwai- ■;; chungsschaltung (28) darstellt, die beiden <?-Ausgärige der Mono-Flops mit getrennten Eingängen des Gatters (G) und der (^-Ausgang des ersten Mono-Flops zusätzlich mit dem D-Eingang des D-Flip-Flöps verbunden sind, daß deF Ausgang des wi Gatters (G) mit dem Clear-Eingang des D-Flip-Flop verbunden ist, der (^-Ausgang des ersten Mono-Flops mit dem auslösenden Eingang des zweiten Mono-Flops (MF2) und dessen (^-Ausgang mit dem auslösenden Eingang des D-Flip-Flops (FF,} verburi- ir> den ist und der (^-Ausgang für das inverse Ausgangssignal des D-Flip-Flops den Ausgang der Überwachungsschaltung 28 darstellt, an den Anordnungen (27, 29) zur Alarmauswertung und zur Alarmzählung angeschlossen sein können, bei dem die Zeitkonstante (T¹I) des ersten Mono-Flops (AfFl) etwas kleiner als die Rahmendauer (TO) des Zeitmultiplexsignals gewählt ist und bei dem die Zeitkonstante (T2) des zweiten Mono-Flops (AfFl) größer als die Differenz zwischen der Rahmendauer (TO) und der Zeitkonstante (T¹I) des ersten Mono-Flops gewählt ist

5. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine für verschiedene Rahmenkennworte umschaltbare Erkennungsschaltung (22) gewählt ist und die Überwachungsschaltung (28) umschaltbar für unterschiedliche Rahmendauer (TO) ausgeführt ist.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nicht alle Bits des Rahmenkennwortes überwacht werden.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung von 8 Bit eines iO Bit umfassenden Rahmenkennwortes ein 8-Bit-Schieberegister in integrierter Technik verwendet wird.