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Verfahren und Anordnung zur Übertragung digitaler Daten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung digitaler Daten gemäss dem Stammpatent Nr. 259631, in dessen Verlauf Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden und die Übertragung mit n-facher Nyquistfrequenz erfolgt, wobei 2n Bezugspegel für die Impulsregeneration verwendet und für die Erkennung des (N+1) -ten Datenbits die Werte der n-vorangegangenen Bits und der Pegel des gerade empfangenen Signals herangezogen werden, wozu eine Anordnung vorgesehen ist, bei der das empfangene Signal dem ersten Eingang einer Subtraktionsschaltung zugeführt wird, deren Ausgang mit dem Eingang der ersten bistabilen Kippschaltung einer n-gliedrigen Kette bistabiler Kippschaltungen verbunden ist,
wobei die Ausgänge dieser n bistabilen Kippschaltungen über je einen Widerstand in einem Punkt zusammengeschaltet sind und dieser Punkt mit dem zweiten Eingang der Subtraktionschaltung verbunden ist, wodurch der für das jeweilige empfangene Signal massgebliche Bezugspegel gebildet wird, und wobei ferner die parallelgeschalteten Steuereingänge der bistabilen Kippschaltungen über eine Leitung mit einem Taktgeber verbunden sind. Verfahren und Anordnung dieses Taktgebers sind Gegenstand dieser Zusatzerfindung.
Bei der Übertragung digitaler Daten Liber einen verzerrungsfreien Übertragungskanal mit der Grenzfrequenz f beträgt gewöhnlich 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. Wurde als Übertragungsfrequenz eine höhere Frequenz gewählt, war 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. Auf die Ergebnisse solcher Untersuchungen stützt sich das Verfahren gemäss dem Stammpatent.
Die Synchronisierung der Empfängerschaltung mit der Senderschaltung bereitet bei diesem Verfahren allerdings gewisse Schwierigkeiten. Diese zu beheben, ist Aufgabe der Erfindung, deren Vorteil darin besteht, dass auch bei sehr hohen Übertragungsgeschwindigkeiten Empfängerschaltung und Senderschaltung im Gleichtakt bleiben. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Nulldurchgänge des Ausgangssignals der Subtraktionsschaltung zur Takterzeugung herangezogen werden.
Eine entsprechende Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist angegeben.
Weitere ergänzende Merkmale der Erfindung sind auf eine Verbesserung dieser Anordnung gerichtet.
Im folgenden ist das erfindungsgemässe Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens mit n = 2 mittels der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Signalverlauf bei der Übertragung digitaler Daten, Fig. 2 aus dem empfangenen Signal gemäss Fig. 1 abgeleitete Signale und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindung-
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gemässen Verfahrens.
Die nachstehende Beschreibung behandelt im einzelnen ein Verfahren zur Takterzeugung für das Übertragungsverfahren, das im Stammpatent dargelegt ist. Die Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens stützt sich dabei auf das zweite im Stammpatent angeführte Ausführungsbeispiel. Die zugehörige Schaltung, Fig. 3, lehnt sich dabei ebenfalls an die Fig. 3 des Stammpatentes an, So, wie das Stammpatent die Verwendung von 2n Bezugspegeln in Anspruch nimmt, ist hier auch eine Erweiterung auf mehr als 2 bistabile Kippschaltungen möglich. Es sei zunächst auf die Grundzüge des Verfahrens gemäss dem Stammpatent zurückgegangen. Die Kurve -- C1 -- in Fig.1 stellt die zu übertragenden Daten dar, Kurve-- C 2 -- das am Ausgang des Übertragungskanals auftretende Signal bei einer Übertragungsgeschwindigkeit, die der Nyquistfrequenz entspricht.
Kurve 3-- schliesslich zeigt das Signal am Ausgang des Übertragungskanals bei der doppelten Nyquistfrequenz. Diese doppelte Nyquistfrequenz war im Stammpatent als besonderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens benutzt worden.
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Zuordnung hergestellt :
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V2, V3 und V4 gewonnen werden.
Für die Rückgewinnung der Daten gelten die schon im Stammpatent dargelegten, im folgenden noch einmal zusammengestellten Regeln :
Wenn die beiden vorhergehenden Bits den Wert "1" haben, nimmt das empfangene Signal den
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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
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Hat das letzte Bit den Wert "0" und das vorletzte den Wert "1", nimmt das empfangene Signal einen Wert an, der grösser als "0" ist, wenn das zu übertragende Bit eine "1" ist, oder es nimmt ma-
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*- - v-v.
als 0 an, wenn das zu übertragende Bit eine "1" ist, oder es nimmt den Wert an, wenn das zu übertragende Bit eine "0" ist. In diesem Fall genügt es, festzustellen, ob das empfangene Signal grö-
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Die Tatsache, dass die Schwellwerte V0, V0/2, 0, -V0/2, -V0 zu den charakteristischen Zeitpunkten ti überschritten werden, soll zur Ableitung eines Synchronisiertaktes ausgenutzt werden, u. zw. sollen gemäss dem erläutertenAusführungsbeispiel dieSchwellwerte VI, V2, V3 und V4 zur Auswertung herangezogen werden. Dieses ganz spezielle Ausführungsbeispiel schliesst an das zweite Ausführungsbeispiel des Stammpatentes an.
Fig. 3 der Zeichnungen zeigt das Blockschaltbild eines kompletten, in dieser Weise aufgebauten Empfängers. Der umrandete Teil-A-entspricht dem in Fig. 3 des Stammpatentes dargestellten Ausführungsbeispiel. Der Teil-B-dagegen enthält das erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel des Taktgebers. Die beiden bistabilen Kippschaltungen Tl bzw. r speichern die zur Auswertung notwendigen zwei Bits, die dem zu entschlüsselnden Bit vorausgegangen sind. Die Schaltzustände dieser beiden Kippschaltungen bestimmen die am Punkt-M-auftretende Spannung.
Wie im Stammpatent gezeigt worden ist, können die Schaltungsparameter so gewählt werden, dass
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tionsschaltung Z ein Datenbit sowie der von den n vorangegangenen Bits abhängige Pegel des Punktes -- M -- zugeführt. Die sich ergebende Signaländerung am Ausgang e der Subtraktionsschaltung Z ist abhängig von der Differenz zwischen dem Eingangssignal Si und der Spannung am Punkt-M-.
Am Ausgang t der Subtraktionsschaltung Z erscheint das aus dem Eingangssignal-C3- und dem Verlauf der Schwellwertspannung r in Fig. l resultierende Signal cp (Fig. 2). Dieses Signal berei- tet die bistabile Kippschaltung Tl vor, die über die Leitung 6 angesteuert wird und die auf die wech- selnde Polarität des Signals # anspricht. Der Zeitpunkt des Ansprechens fällt mit dem Zeitpunkt ti zusammen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Signal So zur Synchronisierung des Taktgebers-B-benutzt. Nach Verstärkung des Signals durch einen Verstärker-AM-sowie nachfolgender Begrenzung in einem Begrenzer-E- erhält man das Signal e (Fig. 2), das zur Synchronisierung dient.
Die Analyse der Kurve $ aus Fig. 2 zeigt, dass die Nulldurchgänge der Kurve, die nicht auf die Punkte-a, b,..., f-fallen, systematisch auftreten. Sie entsprechen den Wendepunkten im Verlauf der Kurve r in Fig. 1. Aus diesem Grund könnte das Signal cb aus Fig. 2 zur Synchronisierung des Taktgebers benutzt werden, wenn nicht die Nulldurchgänge- a, b,..., f-zwischen den Zeit- punkten 1. auftreten würden.
Zur Bestimmung, ob es sich um charakteristische Nulldurchgänge bei ti handelt, die für die Im- pulsrückgewinnung von Nutzen sind, oder um solche, wie bei-a, a, b -- usw., die nur verwirrend wirken, wird das Signal # gemäss Fig.2 über die Anordnung aus einer Koinzidenzschaltung-C-, einem phasenstarren Impulsoszillator -- OSZ -- und einer monostabilen Kippschaltung -- MC -- gemäss Fig.3 geführt.
Jede Flanke des Signals e ist imstande, den phasenstarren Impulsoszillator -- OSZ -- anzustossen und mit einer ihm eigentümlichen Phasenkonstanz weiterschwingen zu lassen, so dass bei jedem positiven (oder negativen) Impuls über die Leitung # eine Taktung der bistabilen Kippschaltungen rl und T der Empfangsschaltung -- A -- erfolgt. Dies ist bei jedem Bit und dann nur einmal der Fall. Bitfrequenz und Oszillatorfrequenz müssen naturgemäss etwa gleich sein. Störende Zwischenanstösse des Oszillators bei den Nulldurchgängen-a, b, c, e und f-werden mittels der vom phasenstarrenimpuls-
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monostabilenKippschaltung-- MC- unterdrückt,schaltung-MC-ist so zu wählen, dass sie mindestens die Hälfte, höchstens jedoch den vollen Wert einer Bitperiode hat.
Sie soll möglichst jeden charakteristischen Nulldurchgang zum phasengerechten AnstossendesphasenstarrenImpulsoszillators--OSZ--durchdieKoinzidenzschaltung--C--hindurchgelangen lassen.
Treten unerwünschter Weise beim monotonen Aufeinanderfolgen von mehreren l-oder 0-Bits störende Anstösse auf, wie der zum Zeitpunkt d, so gelangen diese zwar durch die Koinzidenzschaltung - C-hindurch auf den Eingang des phasenstarren Impulsoszillators-OSZ-. Die diesem jedoch eigenartige Beharrlichkeit, die Phasenlage, mit der er schwingt, beizubehalten, ermöglicht ihm, in der einmal eingenommenen richtigen Phasenlage weiterzuschwingen, auch wenn eine begrenzte Anzahl von
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Fehlimpulsen wirksam wird.
Wie die Häufigkeit solcher Fehlimpulse begrenzt werden kann, ist Gegenstand verschiedener Erfindungen, die bereits bekanntgeworden sind. Es sei dazu z. B. auf die österr. Patentschrift Nr. 250444 hingewiesen. In dieser wird beim monotonen Aufeinanderfolgen von mehreren 0-oder 1-Bits eine Umcodierung in wechselnde Bits vorgeschlagen.
Der Verstärker-AM-und der Begrenzer-E-, die in Fig. 3 dargestellt sind, dienen dem Zweck, ein Signal bereitzustellen, das über die Koinzidenzschaltung-C-hinweg den phasenstarren Impulsoszillator -- OSZ -- eingangsmässig hinreichend aussteuert.
Eine besondere Verbesserungsmöglichkeit der Funktionssicherheit der Anordnung stellt der Verzögerer-RE- dar. Dieser ist für die Funktion nicht in jedem Fall erforderlich, bedeutet aber eine wesentliche Verbesserungsmöglichkeit insofern, als durch Verzerrungen auf dem Übertragungsweg ein gewisses Schwanken der Phasenlage der Signale in Beziehung zum phasenstarren Impulsoszillator -- OSZ-auftreten kann. Dass dann die Taktung über die Leitung e der bistabilen Kippschaltungen Tl und T 2 nicht zu früh erfolgen kann, ist Aufgabe des vorgesehenen Verzögerers-RE-. Seine Verzögerungs-
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die monostabile Kippschaltung-MC-jeweilsPATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Übertragung digitaler Daten gemäss dem Stammpatent Nr. 259631, in dessen Verlauf Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden und die Übertragung mit n-facher Nyquistfrequenz erfolgt, wobei 2n Bezugspegel für die Impulsregeneration verwendet und für die Erkennung des (noten Datenbits die Werte der n vorangegangenen Bits und der Pegel des gerade empfangenen Signals herangezogen werden, wozu eine Anordnung vorgesehen ist, bei der das empfangene Signal dem ersten Eingang einer Subtraktionsschaltung zugeführt wird, deren Ausgang mit dem Eingang der ersten bistabilen Kippschaltung einer n-gliedrigen Kette bistabiler Kippschaltungen verbunden ist, wobei die Ausgänge dieser n bistabilen Kippschaltungen über je einen Widerstand in einem Punkt zusammengeschaltet sind, und dieser Punkt mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung verbunden ist,
wodurch der für das jeweilige empfangene Signal massgebliche Bezugspegel gebildet wird, und wobei ferner die parallelgeschalteten Steuereingänge der bistabilcn Kippschaltungen über eine Leitung mit einem Taktgeber verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Takterzeugung die Nulldurchgänge des Aus-
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dass der Ausgang (1) der Subtraktionsschaltung (Z) ausser auf den Eingang der ersten bistabilen Kippschaltung (tel) auch auf den ersten Eingang einer Koinzidenzschaltung (C) geführt wird, die über ihren Ausgang einen phasenstarren Impulsoszillator (OSZ) ansteuert, dessen Frequenz der zu übertragenden Bitfrequenz entspricht und dessen Ausgangssignal den parallelgeschalteten Steuereingängen der bistabilen Kippschaltungen (r.,r) der Empfangsschaltung (A)
und gleichzeitig dem Eingang einer monostabilen Kippschaltung (MC) zugeführt wird, deren Kippzeit grösser als eine halbe, jedoch kleiner als eine ganze Bitperiode der zu übertragenden Datenfolge gewählt ist.