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Schaltungsanordnung zur empfangsseitigen Fehlererkennung für die Datenübertragung
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur empfangsseitigen Fehlererkennung für die Datenübertragung, bei der die Nachrichten auf der Sendeseite in binärer Form codiert werden, jedem Codeelement eine bestimmte Frequenz aus einer vorgegebenen Frequenzgruppe zugeordnet ist und jeweils nur eine Frequenz aus dieser Frequenzgruppe gleichzeitig ausgesandt wird, wobei das gleichzeitige Auftreten von zwei oder mehreren Frequenzen aus dieser Frequenzgruppe als Störung erkannt wird.
Bei der Übertragung von codierten Nachrichtenzeichen werden die auszusendenden Zeichen durch Taktsignale in gleichen Zeitabständen abgetastet und entsprechend der Codierung durch Modulationsmerkmale gekennzeichnet. Die Modulationsmerkmale sind im vorliegenden Fall Frequenzen.
Bei der arrhythmischen Übertragung von Nachrichtenzeichen wird die Zuordnung zu einem Sendetakt nicht angestrebt, da dies aufwendig und schwierig ist. Arrhythmischer Betrieb eignet sich jedoch besonders vorteilhaft für die Eingabe von Nachrichten durch Aussenstellen, so dass Massnahmen getroffen werden müssen, die die erhöhte Störanfälligkeit dieser Übertragung verringern.
Als Datensammelsystem wird die Parallelübertragung bevorzugt, weil die vielen räumlich entfernten Eingabegeräte, insbesondere für Tastaturbetrieb, sehr einfach und billig gehalten werden können. Da die Belastung des Nachrichtenkanals durch die Sendeeinrichtung nur sehr klein sein darf, ergibt sich an den Kontakten des Eingabegerätes eine sehr kleine Spannung, so dass die Zuverlässigkeit der Kontaktgabe sich verringert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur empfangsseitigen Erkennung von Fehlern aufzuzeigen, die sendeseitig durch gefälscht eingegebene Informationen, fehlerhafte Eingabe und fehlerhafte Codierung oder durch Störungen auf der Übertragungsstrecke entstanden sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Empfangssignal einem Begrenzerverstärker zugeführt wird, dass dem Begrenzerverstärker ein Filter nachgeschaltet ist, das beim Auftreten von mehr als einer Frequenz die ausserhalb des durch den verwendeten Code festgelegten Übertragungsfrequenzbandes liegenden Störmodulationsprodukte herausfiltert, dass eine Bewertungsschaltung die Amplitude des herausgefilterten Signals derart bewertet,
dass nach überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes die Ausgabe der decodierten Nachricht gesperrt und beim Unterschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes die Ausgabe der Nachricht freigegeben wird.
Es ist bereits gemäss der Schweizer Patentschrift Nr. 419255 eine Anordnung zur Überwachung des Verhältnisses Rauschleistung zu Signalleistung bei zwei tonfrequenzmodulierten Signalen bekannt, bei dem zwar aus dem zur Übertragung benutzten Frequenzbereich ein Signal herausgefiltert und geglättet wird, aber an einer derartigen Stelle, wo lediglich ein gegenüber der Rauschleistung vernachlässigbarer Gehalt an Information auftritt. Dabei wird der zwischen den zwei Tonfrequenzen liegende Frequenzbereich mit einem Filter mit Dämpfungspolen bei den Tastfrequenzen herausgefiltert. Dieses Verfahren filtert im Übertragungsfrequenzband einen Frequenzbereich heraus und benötigt ein aufwendiges Filter mit Dämpfungspolen, die die Umtastfrequenzen dämpfen.
Ausser dem grossen
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Aufwand erkennt diese Anordnung nicht die in der Nähe der Umtastfrequenzen liegenden Störungen, da diese durch die Dämpfungspole für die Störungserkennung geschwächt werden. Treten gleichzeitig beide Umtastfrequenzen auf, wie dies im Störungsfall vorkommt, dann erkennt die Anordnung dies ebenfalls nicht. Die Wahl des Frequenzhubes zwischen den Umtastfrequenzen ist eingeschränkt.
Demgegenüber weist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung den Vorteil auf, dass nur ausserhalb des durch den Code bestimmten Übertragungsfrequenzbandes eine Herausfilterung der
Störmodulationsprodukte erfolgt. Das ermöglicht mit einem geringen Aufwand eine Erkennung aller im Übertragungsfrequenzband auftretenden Störfrequenzen auch das Auftreten mehrerer Umtastfre- quenzen. Das Übertragungsfrequenzband bleibt völlig unbeeinflusst.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Blockschaltbildern und Diagrammen erläutert.
Fig. l zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Nachrichtenübertragungsanordnung, Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung an Hand eines Blockschaltbildes für Parallelübertragung, Fig. 3 zeigt die auftretenden Modulationsprodukte, wenn gleichzeitig zwei Frequenzen im Übertragungsfrequenzband vorhanden sind und Fig. 4 zeigt das Frequenzspektrum bei einem 1 aus 4-Code.
Die beschriebene Schaltungsanordnung bietet die Möglichkeit, auf der Empfangsseite Fehler zu erkennen, die durch das gleichzeitige Auftreten zweier oder mehrerer Frequenzen im empfangenen Frequenzband entstehen. Derartige Fehler können durch die Eingabe-oder Codiereinrichtungen oder durch Störungen auf der Übertragungsstrecke hervorgerufen werden. Durch die Schaltungsanordnung wird gleichzeitig ein Sprachschutz für den Empfänger erreicht, was insbesondere bei der Datenübertragung auf einem Fernsprechkanal von Wichtigkeit ist.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, dass bei mehr als einer Frequenz Störmodulationsprodukte entstehen. Durch eine Bewertung der Modulationsprodukte lassen sich Codierungsfehler und Störungen erkennen.
Bei der Parallelübertragung ist es bekannt, für die Übertragung codierter Nachrichtenzeichen mehrere Frequenzgruppen zu verwenden, wobei jeweils nur eine Frequenz aus jeder Frequenzgruppe ausgesendet wird. Es kann beispielsweise bei drei Frequenzgruppen zu vier Frequenzen aus jeder Frequenzgruppe jeweils nur ein Ton ausgesendet werden, so dass sich (4) 3 = 64 verschiedene Frequenzkombinationen für die Nachrichtenübertragung ergeben.
Fig. l zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Übertragungsanordnung, u. zw. die Empfangseinrichtung zur Selektion und Demodulation von Signalen, die mit Hilfe von "1 aus 4" möglichen Frequenzen übertragen werden. Am Eingang--E--des Empfängers wird das modulierte
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Frequenzen-fil bis f4--. Das begrenzte Signal wird vier Diskriminatoren-Dl bis D4-zugeleitet, von denen jeder auf eine der vier Frequenzen abgestimmt ist. Der jeweilige Diskriminator gibt nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn die zu diesem Diskriminator gehörige Frequenz nach dem Begrenzerverstärker--B--auftritt. Im Störungsfall würde nicht nur an einer der Ausgangsleitungen --AI bis A4--, sondern an mehreren Ausgangsleitungen gleichzeitig ein Signal entstehen.
Nach einer bekannten Anordnung bei der Mehrfrequenzcodewahl wird den Gleichrichtern--G1 bis G4--ein Schwellwertverhalten eingeprägt. Werden mehrere Frequenzen gleichzeitig empfangen, so sinkt die Signalamplitude jeder Frequenz hinter dem Begrenzer. Dadurch wird der Schwellwert der Gleichrichter nicht erreicht und an den Ausgangsleitungen--AI bis A4-- four die Dauer der Störung die Ausgabe blockiert. In Fig. l ist eine einzige Frequenzgruppe mit vier Frequenzen gezeigt. Es können aber auch mehrere Frequenzgruppen vorhanden sein, wobei in jeder Frequenzgruppe jeweils nur eine Frequenz ausgesendet wird.
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung. Das empfangene Signal wird dem Empfangsfilter--EF--zugeführt und im Begrenzerverstärker--B--verstärkt. Das begrenzte Signal liegt einerseits an einer Diskriminatoreinrichtung--D--, anderseits am Eingang eines Filters--Fl--. Die Diskriminatoreinrichtung kann, wie in Fig. l, aus vier Diskriminatoren bestehen, wenn eine Frequenzgruppe mit vier Tönen übertragen wird, wobei jeder einzelne Diskriminator auf einen der vier Töne abgestimmt ist. Die nachfolgende Amplitudenbewertungsschaltung--ABI--, die einen Ansprechschwellwert besitzt, kann in gleicher Weise wie die Gleichrichterschaltung-G l bis Gain Fig. l aufgebaut werden.
An den Ausgangsleitungen--AI bis A4--erscheint jeweils abhängig von der gerade empfangenen Frequenz des Signals auf einer Leitung ein Ausgangssignal. Das Filter--Fl-filtert die bei zwei gleichzeitig auftretenden Tönen entstehenden Störmodulationsprodukte, d. h. die Summen-und Differenztöne, die ausserhalb des Übertragungsfrequenzbandes liegen, heraus und das
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herausgefilterte Signal wird in einer Amplitudenbewertungsschaltung--AB2--in der Amplitude bewertet.
Beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes erscheint am Ausgang der Bewertungsschaltung --AB2-- ein Signal "Störung" --S--, das einerseits eine Störung im Empfänger signalisiert und anderseits für die Dauer der Störung die Ausgangsleitungen--AI bis A4-von der Amplitudenbewertungsschaltung-ABI-her für die Aufgabe der Nachricht sperrt. An die Amplitudenbewertungsschaltung--AB2--gelangen gleichfalls die Störmodulationsprodukte. also die Summen-- und Differenzströme der weiteren für die Übertragung der Nachricht benötigten
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Frequenzgruppe auftreten. Die Amplitudenbewertungsschaltung--AB2--bewertet somit die Summe aller in den einzelnen Frequenzgruppen entstehenden Störmodulationsprodukte und steuert abhängig vom Pegel dieser Modulationsprodukte die Ausgabe der Nachricht.
Sobald am Ausgang des Begenzerverstärkers zwei Töne im Übertragungsfrequenzband--fN-auftreten, steigt die Amplitude des Ausgangssignals am Filter--Fl--.
In Fig. 3 ist das Frequenzspektrum dargestellt, in dem zwei Töne im Übertragungsfrequenzband --fN-- liegen. In Fig. 3 ist in der waagrechten Richtung die Frequenz der Töne und in vertikaler Richtung die Amplitude der Störmodulationsprodukte und Oberwellen aufgetragen. Im Übertragungsfrequenzband findet sich der Signalton --E1-- (1000 Hz). Wird lediglich dieser eine Ton
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absperrt. In einfacher Form genügt bereits ein Tiefpass, der die Töne mit der Frequenz unterhalb des Übertragungsfrequenzbandes durchlässt. Es erfolgt somit eine Bewertung durch die Amplitudenbewertungsschaltung der Differenztöne im Frequenzbereich--fl--und der Summentöne im Frequenzbereich--fll--oder nur einer der beiden Bereiche der Störmodulationsprodukte wird bewertet.
Bei mehreren Frequenzgruppen zur Übertragung eines grösseren Zeichenvorrats wird die Amplitudenbewertungsschaltung für mehrere Gruppen gemeinsam verwendet. Damit die Nachricht "1
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Vorliegen einer Störung die Ausgänge gesperrt werden.
Fig. 4 zeigt das Frequenzspektrum bei einem 1 aus 4-Code. Im Übertragungsfrequenzband wird jeweils einer der vier Signaltöne--fl bis f4--übertragen. Treten zwei Töne im Übertragungsfrequenzband auf, so ergeben sich Störmodulationsprodukte. In Fig. 4 ist in waagrechter Richtung die Frequenz--f--und in senkrechter Richtung die Spannung--U--aufgetragen. Die gezeichneten Amplitudenwerte zeigen etwa die wahren Grössenverhältnisse. Die Werte--fO-- (strichliert eingezeichnet) stellen die auftretenden geradzahligen Oberwellen dar. Die Darstellung zeigt die bei der Begrenzung entstehenden Störmodulationsprodukte, in der alle vorkommenden Kombinationen mit zwei Tönen der vier möglichen Töne eingetragen sind.
Zur Amplitudenbewertung sind jedoch nur die ausserhalb des Übertragungsfrequenzbandes liegenden Differenztöne--fD--und die Summentöne--fG--geeignet. Die Bezeichnung der Störmodulationsprodukte 1 + 4 bedeutet, dass hier die Töne mit den Frequenzen-fl und f4--nach der Begrenzung vorhanden sind.
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