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Verfahren und Anordnung zur Übertragung digitaler Daten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung digitaler Daten, in dessen Verlauf Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden.
Bei der Übertragung von binären Daten über einen verzerrungsfreien Übertragungskanal mit der Grenzfrequenz f beträgt die grösstmögliche Übertragungsfrequenz 2f, wenn auf eine fehlerfreie Erkennung der Zeichen Wert gelegt wird. Diese aus dem sogenannten Wiener-Shannon-Theorem resultierende maximale Übertragungsfrequenz wird Nyquistfrequenz genannt. Wird als Übertragungsfrequenz eine höhere Frequenz gewählt, ist eine empfängerseitige Erkennung der Daten auf binärer Basis nicht mehr möglich. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass zu bestimmten Zeitpunkten das Empfangssignal charakteristische Werte annimmt, welche mit den gesendeten Daten in Beziehung stehen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, wodurch binäre Daten in vorteilhafter Weise mit einer wesentlich höheren Frequenz als der Nyquistfrequenz übertragen werden können. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Übertragung mit n-facher Nyquistfrequenz erfolgt, wobei 2n Bezugspegel für die Impulsregeneration verwendet werden und für die Erkennung des (n+l)-ten Datenbits die Werte der n vorangegangenen Bits und der Pegel des gerade empfangenen Signals herangezogen werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Bezugspegel in Abhängigkeit von den Werten der n vorangegangenen Bits variiert werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass für den Fall n=2 der erste Eingang einer Subtraktionsschaltung mit dem Eingangssignal belegt ist, der Ausgang der Subtraktionsschaltung über zwei gegensinnig gepolte, eingangsseitig parallel geschaltete Gleichrichter mit den beiden Eingängen einer ersten bistabilen Kippschaltung verbunden ist, ferner ein Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung auf den Eingang einer zweiten bistabilen Kippschaltung geführt ist, ausserdem der Ausgang der zweiten bistabilen Kippschaltung über einen ersten ohmschen Widerstand und der Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung über einen zweiten ohmschen Widerstand in einem Punkttmiteinander verbunden sind, welcher Punkt mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung zusammengeschaltet ist,
und dass die parallel geschalteten Steuereingänge der bistabilen Kippschaltungen über eine Leitung mit einem Taktgeber verbunden sind.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der nachstehend angeführten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Signalverlauf bei der Übertragung binärer Daten ; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 3 ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der folgenden Beschreibung wird als Beispiel der Fall betrachtet, dass die Übertragungsfrequenz der doppelten Nyquistfrequenz entspricht.
In Fig. 1 zeigt die Kurve Cl das Beispiel einer zu übertragenden binären Information. Die Kurve C2 zeigt die gleiche Information am Ausgang eines Übertragungskanals bei einer Übertragung mit : ler Nyquistfrequenz. Bei dieser Frequenz fallen die Maximalamplituden Nlbzw. N2 des Signals C2
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mit den binären Werten des ursprünglichen Signals zusammen. Dadurch wird die Signalentschlüsselung auf der Empfängerseite ermöglicht. Die Kurve C3 zeigt das entsprechende Signal bei einer Übertra- gungsfrequenz, die der doppelten Nyquistfrequenz entspricht. Die Signalverzerrung ist dabei so gross geworden, dass eine Entschlüsselung zu den charakteristischen Zeitpunkten ti nicht mehr ohne weii teres möglich ist.
Die Kurvenform des empfangenen Signals hängt von der Form des gesendeten Signals und damit von der gesendeten Datenfolge ab. Bei einer Übertragungsfrequenz, welche der doppelten
Nyquistfrequenz entspricht, zeigt eine Untersuchung der entstehenden Verzerrungen, dass das empfan- gene Signal fünf verschiedene Spannungswerte zu bestimmten Zeitpunkten annimmt, nämlich : +Vo,
EMI2.1
- V.2 2 deten Daten, sondern auch von den vorangegangenen Daten ab.
Es kann daher zwischen den fünf obengenannten Spannungswerten und den binären Daten die fol- gende Zuordnung hergestellt werden :
EMI2.2
<tb>
<tb> K-tes <SEP> Datenbit
<tb> Spannungswerte <SEP> Binäre <SEP> Daten
<tb> 1. <SEP> +Vo <SEP> 1
<tb> 2. <SEP> +V <SEP> 1, <SEP> ausser <SEP> wenn <SEP> beide <SEP> vorangegangenen <SEP> Bits
<tb> 2 <SEP> den <SEP> Wert <SEP> "1" <SEP> haben <SEP>
<tb> 2
<tb> 3.0 <SEP> 1, <SEP> wenn <SEP> das <SEP> vorangegangene <SEP> Bit <SEP> "0" <SEP>
<tb> 0, <SEP> wenn <SEP> das <SEP> vorangegangene <SEP> Bit <SEP> "1" <SEP>
<tb> 4.-Vo <SEP> 0, <SEP> ausser <SEP> wenn <SEP> beide <SEP> vorangegangenen <SEP> Bits
<tb> - <SEP> den <SEP> Wert <SEP> "0" <SEP> haben, <SEP>
<tb> -
<tb> 5.
<SEP> -Vo <SEP> 0
<tb>
EMI2.3
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EMI3.1
2"1", erhält die bistabile Kippschaltung Tl über den Eingang u ein Signal und nimmt den Wert "0" an. Die soeben dargestellten Fälle entsprechen der Zeile 2 aus Tabelle K.
Für den Fall, dass der Schwellwertdetektor DN über den Ausgang 6 ein Signal abgibt, finden ähnliche Vorgänge statt, die der Zeile 4 in Tabelle K entsprechen.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung. Für die Erläuterung der Schaltung sei eine Übertragungsfrequenz angenommen, die der doppelten Nyquistfrequenz entspricht. In diesem Fall behalten die oben gemachten Bemerkungen über den Signalverlauf und über die Übertragungsfrequenz ihre Gültigkeit, ebenso wie die Tabelle K.
Wie sich aus einer Untersuchung des empfangenen Signals bei doppelter Nyquistfrequenz ergibt (gemäss Fig. 1), hat dieses Signal die folgenden Eigenschaften :
EMI3.2
l haben, nimmtdasempfangeneSignal den Wert+Voeinen Wert an, der grösser oder gleich + V 0 ist, wenn das zu übertragende Bit eine "1" ist. Wenn das
2 zu übertragende Bit eine "0" ist, nimmt das empfangene Signal maximal den Wert "0" an. Um in diesem Fall zu erfahren, ob das empfangene Signal eine "1" oder eine "0" darstellt, reicht es aus, festzustellen, ob das empfangene Signal grösser oder kleiner als V2 ist, mit 0 < V2 < V.
2
Hat das letzte Bit den Wert "0" und das vorletzte den Wert"l", nimmt das empfangene Signal einen Wert an, der grösser oder gleich "0" ist, wenn das zu übertragende Bit eine"l"ist, oder es nimmt maximal den Wert -V 0 an, wenn das zu übertragende Bit eine "0" ist. In diesem
2 Fall genügt es festzustellen, ob das empfangene Signal grösser oder kleiner als V3 ist, mit - V 0 < V3 < 0.
2
Haben die beiden letzten Daten den Wert "0", so nimmt das empfangene Signal einen Wert grösser oder gleich-V an, wenn das zu übertragende Bit eine "1" ist, oder es nimmt den Wert
2 -V an, wenn das zu übertragende Bit eine"0"ist. In diesem Fall genügt es festzustellen, ob das empfangene Signal grösser oder kleiner ist als V4 mit -Vo < V4 -Vo.
2
Die zur Realisierung dieser Vorgänge in Fig. 3 als Beispiel vorgeschlagene Schaltung umfasst zwei bistabile Kippschaltungen Tl und r2, zwei ohmsche Widerstände Rl und R2, und eine Subtraktionsschaltung E deren einer Eingang mit dem Eingangssignal Si belegt ist, und deren anderer Eingang mit dem Verbindungspunkt M der Widerstände Rl und R2 verbunden ist. Über die Verbindung e zugeführte Taktimpulse erlauben die Steuerung der bistabilen Kippschaltungen T1 und r2 zu ausgewählten Zeitpunkten ti. Die bistabilen Kippschaltungen rl und r2 stellen sich gemäss den empfangenen Daten auf"0"oder auf"l"ein.
Die bistabile Kippschaltung T l gibt
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über den Ausgang 5 eine Spannung V1'oder V2'ab, die den gespeicherten Daten "1" bzw. "0" entspricht. Das gleiche gilt für die Spannungen V1" bzw. V2" auf dem Ausgang 6 der bistabilen
EMI4.1
EMI4.2
EMI4.3
EMI4.4
EMI4.5
EMI4.6
EMI4.7
die Verbindung 7 wird der Punkt M mit dem einen Eingang der Subtraktionsschaltung S verbunden, während der zweite Eingang Si mit dem Eingangssignal versehen wird. Dieses Eingangssignal
EMI4.8
Wert der letzten beiden Bits und in Übereinstimmung mit den geforderten Bedingungen für die Ver- gleichsspannungen Vl, V2, V3 und V4.
Wie oben gezeigt, stellt das Eingangssignal eine "1" dar,
EMI4.9
"0" dar-stellt, wenn das Signal kleiner als V ist. In jedem Fall sendet die Subtraktionsschaltung Z über den Ausgang 1 ein positives Signal, wenn die Eingangsspannung auf Si grösser als V ist und ein negatives Signal, wenn die Eingangsspannung kleiner als V ist. Im ersten Fall nimmt die bista- bileKippschaltung rl den Wert"l"an oder bleibt auf diesem stehen, im zweiten Fall nimmt sie len Wert "0" an. Die ankommende Information wird dann in T l gespeichert, nachdem die bisher gespeichert gewesene Information an die bistabile Kippschaltung r2 abgegeben worden ist.
Aus der bisherigen allgemeinen Beschreibung ergibt sich, dass eine saubere Erkennung der Signale möglich ist, auch wenn der Kurvenverlauf etwas von dem zu erwartenden abweicht. So sind die durch lie Kurve C3'in Fig. l repräsentierten Signale völlig identisch mit den der Kurve C3. Die Überragung ist in diesem Fall weitgehend unempfindlich gegenüber Verzerrungen, die durch den Übertra- ; ungskanal verursacht werden.
Für eine Übertragungsfrequenz, welche der n-fachen Nyquistfrequenz entspricht, müssen die n vorangegangenen Daten für die Entschlüsselung herangezogen werden. Ebenso sind 2n Bezugsspannun- en notwendig.