Anlage zum Übertragen der Zeitangabe von einer Sendestation zu wenigstens einer Empfangsstation
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Übertragen der Zeitangabe von einer Sendestation zu wenigstens einer Empfangsstation, wobei die Sendestation eine auf ihr serienweise zugeführte, die Zeitinformation enthaltenden binäre Signale ansprechende Vorrichtung zum Umsetzen dieser binären Signale in kurze und lange Impulse und die Empfangsstation Mittel zum Regenerieren der empfangenen Impulse, sowie eine Vorrichtung zum Dekodieren der empfangenen, binären Impulssignale aufweisen.
Es sind schon Verfahren und Anlage zum Übertragen von binären Daten bekannt, wobei ein Impuls beispielsweise eine binäre 1 und das Fehlen eines Impulses beispielsweise eine binäre 0 darstellt. Dies trifft insbesondere bei der Impulscodemodulation zu. Weiter ist die Impulsbreitenmodulation bekannt, bei welcher die Breite der Impulse proportional zur Modulationsspannung verändert wird. Bei all diesen bekamlten Verfahren wird mit jeder Gruppe von Impulsen ein Synchronimpuls gesendet, welcher den Gleichlauf des Empfängers sicherstellt. Diese Synchronisiervorrichtungen sind zum Teil sehr aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zu schaffen, die gestattet, einen einfachen Empfänger mit wenig Aufwand für die Synchronisierung zu bauen.
Die erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Umsetzen der binären Signale in kurze und lange Impulse einen Impulsgenerator und einen monostabilen Multivibrator, der wenigstens doppelt so lange Impulse wie der Impulsgenerator erzeugt, eine Torschaltung mit zwei Eingängen, von denen der eine mit dem Ausgang des Multivibrators und der andere mit dem Ausgang des Impulsgenerators verbunden ist und eine an die Torschaltung angeschlossene Verstärkerstufe umfasst, dass der Multivibrator einen ersten Eingang zum Zuführen der binären Signale und einen zweiten Eingang zum Zuführen von vom Impulsgenerator erzeugten Taktimpulsen aufweist, und dass die Vorrichtung zum Dekodieren der empfangenen, binären Impulssignale erste Mittel zum Erzeugen je eines Synchronisierimpulses beim Eintreffen jedes Impulses und zweite Mittel zum Erzeugen eines Abtastsignals,
das eine bestimmte Zeit nach dem Auftreten des Synchronisierimpulses erscheint, aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das prinzipielle Blockschaltbild einer Anlage zum Übertragen von binären Daten, die Zeitangaben darstellen, von einer Sendestation zu einer Empfangsstation,
Fig. 2 die graphische Darstellung von Impulssignalen, die an verschiedenen Punkten des Blockschaltbildes gemäss der Fig. 1 auftreten,
Fig. 3 das Blockschema einer Anlage zum Übertragen der binären Daten, die in Wörtern zu je einer gleichen Anzahl Bit zusammengefasst sind,
Fig. 4 die graphische Darstellung von Impulssignalen, die an Punkten des Blockschemas gemäss der Fig. 3 auftreten,
Fig. 5 das Blockschema eines Impulsgenerators, welcher auf ein Startsignal hin eine bestimmte Anzahl Impulse abgibt,
Fig. 6 das Blockschema der Empfangsstation gemäss der Fig. 3 mit mehr Einzelheiten,
Fig.
7 das Blockschema einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Frequenz B während der Impulse und zum Erzeugen einer Frequenz A während der Impulslücken und
Fig. 8 das Blockschema einer Vorrichtung der Empfangsstation zum Rückführen des Frequenzgemisches in die Form des Impulszuges, welcher der Vorrichtung gemäss der Fig. 7 zugeführt wurde.
Die Fig. 1 zeigt das prinzipielle Blockschaltbild einer Anlage zum Übertragen von binären Daten, die Zeitangaben darstellen, von einer Sendestation 1 zu einer Empfangsstation 2. Diese beiden Stationen sind durch einen Übertra- gungskanal 3 verbunden, der im einfachsten Fall eine metallische Leitung, eine drahtlose Verbindung oder ein Trägerkanal sein kann, wobei natürlich für die letztgenannten beiden Fälle noch weitere in der Fig. 1 nicht dargestellte Ausrüstungen vorgesehen sind.
In einem Impulsgenerator 4 werden Impulse erzeugt, die in der Zeile a der Fig. 2 dargestellt sind. Die Breite dieser Impulse ist höchstens halb so gross wie die Breite der Lücken zwischen benachbarten Impulsen. Die vom Impulsgenerator 4 erzeugten Impulse werden einerseits einem Eingang 5 eines monostabilen Multivibrators 6 und anderseits einem von zwei Eingängen eines NAND-Tores 7 zugeführt. Über einen zweiten Eingang 8 werden dem Multivibrator 6 binäre Daten, siehe Zeile b der Fig. 2, im gleichen Takt wie die vom Impulsgenerator 4 erzeugten Impulse zugeführt. Jedesmal wenn gleichzeitig ein Impuls, der z.B. eine binäre 1 darstellt, am zweiten Eingang 8 und ein Impuls vom Impulsgenerator 4 am Eingang 5 erscheint, so erzeugt der Multivibrator 6 einen Impuls, der doppelt so breit ist wie die dem Impulsgenerator 4 entnommenen Impulse.
Dieser vom Multivibrator 6 erzeugte Impuls wird dem zweiten Eingang des NAND-Tores 7 zugeführt. Am Ausgang des NAND-Tores 7 entsteht daher die in der Zeile d der Fig. 2 dargestellte Impulsfolge, wobei ein langer Impuls eine binäre 1 und ein kurzer Impuls eine binäre 0 darstellen. Diese Impulsfolge wird durch einen Verstärker 9 verstärkt und auf den Übertragungskanal 3 gesendet.
In der Empfangsstation 2 wird diese Impulsfolge empfangen, und in einem Impulsregenerator 10 werden die einzelnen Impulse regeneriert, damit sie alle gleiche Amplitude und steile Flanken aufweisen. Diese derart regenerierten Impulse werden anschliessend einem ersten Eingang eines UND-Tores 11 und dem Eingang eines Synchronmultivibrators 12 zugeführt. Dieser ist ebenfalls ein monostabiler Multivibrator, welcher zu Beginn jedes eintreffenden Impulses angestossen wird und nach einer Zeit, die ungefähr das 1,5fache der Dauer eines vom Impulsgenerator 4 erzeugten Impulses wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt und dabei eine Reihe.
von Impulsen liefert, die in der Zeile e der Fig. 2 dargestellt ist. Am Ausgang des Synchronmultivibrators 12 erscheint am Ende jedes von ihm erzeugten Impulses ein kurzer Abtastimpuls. Eine Folge von solchen Abtastimpulsen ist in der Zeile f der Fig. 2 dargestellt.
Diese Abtastimpulse werden dem zweiten Eingang des UND-Tores 11 zugeführt. Am Ausgang dieses UND-Tores werden nur kurze Impulse erzeugt, wenn gleichzeitig ein Impuls gemäss der Zeile d und ein Abtastimpuls gemäss der Zeile f vorhanden ist. Die am Ausgang des UND-Tores 11 erscheinende Impulsfolge ist in der Zeile g der Fig. 2 dargestellt. In einem an das UND-Tor 11 angeschlossenen Impulsverlängerer 13 wird jeder an seinem Eingang eintreffende Impuls derart verbreitert, dass er wenigstens angenähert dreimal so lang ist wie ein einzelner vom Impulsgenerator erzeugter Impuls. Die dadurch entstehende Impulsfolge ist in der Zeile h der Fig. 2 dargestellt und entspricht der in der Zeile b gezeigten Impulsfolge, wobei jedoch eine zeitliche Verschiebung um ungefähr den 2,5fachen Betrag der Dauer eines vom Impulsgenerator erzeugten Impulses eingetreten ist.
Diese Impulsfolge, d.h. die in der Sendestation eingegebenen binären Daten, können somit am Ausgang 14 des Impulsverlängerers 13 abgenommen werden.
Die Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der Anlage gemäss der Fig. 1, wobei in der Sendestation 15 ein Schieberegister 16 und in der Empfangsstation 17 ein weiteres Schieberegister 18 vorgesehen ist. Im Schieberegister 16 kann beispielsweise eine Bitfolge von zwanzig Bit gespeichert werden, wobei diese Daten über Paralleleingänge 19, von denen nur einer dargestellt ist, in das Schieberegister 16 eingegeben werden.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 4 ist anschliessend die Funktion der Anlage gemäss der Fig. 3 beschrieben. Über die Klemme 20 wird dem Impulsgenerator 21 und dem Schieberegister 16 ein Startimpuls, der in der Zeile a der Fig. 4 graphisch dargestellt ist, zugeführt. Im Schieberegister 16 wird die Vorderflanke des Startimpulses ausgewertet und ein Übernahmeimpuls, dargestellt in der Zeile b der Fig. 4, erzeugt. Dieser Übernahmeimpuls bewirkt, dass dem Schieberegister 16 über die Paralleleingänge 19 ein aus einer Bitfolge bestehendes Wort aus einem nicht dargestellten Speicher gleichzeitig eingegeben wird.
Im Impulsgenerator 21 wird die Rückflanke des Startimpulses ausgewertet und ein Auslöseimpuls, der in der Zeile c der Fig. 4 gezeigt ist, erzeugt. Der Impulsgenerator 21 unterscheidet sich vom Impulsgenerator 4 gemäss der Fig. 1 dadurch, dass der Impulsgenerator 21 nach dem Eintreffen des Auslöseimpulses eine bestimmte Anzahl Taktimpulse erzeugt, welche Anzahl der Anzahl der Speicherplätze im Schieberegister 16 entspricht. Diese Taktimpulse, die in der Zeile d der Fig. 4 dargestellt sind, werden einerseits dem NAND-Tor 7 und anderseits dem Schieberegister 16 als Schiebeimpulse zugeführt.
Im Takt der Taktimpulse wird die kurzzeitig in dem Schieberegister 16 gespeicherte Bitfolge, Zeile f der Fig. 4, schrittweise dem monostabilen Multivibrator 6 zugeführt, welcher nur dann an seinem Eingang einen Impuls empfängt, wenn in dem betreffenden Speicherplatz, dessen Information gerade ausgelesen wird, eine binäre 1 gespeichert ist. Im Multivibrator wird dieser Impuls, wie oben beschrieben, verlängert und anschliessend an den zweiten Eingang des NAND-Tores 7 zugeführt.
Am Ausgang des NAND-Tores 7 wird die in der Zeile g der Fig. 4 gezeigte Impulsfolge erzeugt, wobei jeder lange Impuls eine binäre 1 und jeder kurze Impuls eine binäre 0 darstellt. Die Gesamtanzahl der langen und kurzen Impulse entspricht der Anzahl der Speicherplätze im Schieberegister 16. Die am Ausgang des NAND-Tores 7 entstehende Impulsfolge wird im Verstärker 9 verstärkt und auf den Übertragungskanal 3 gegeben. Mit dem Erscheinen des letzten Impulses dieser Folge am Ausgang des Verstärkers 9 ist die gesamte kurzzeitig im Schieberegister 16 gespeicherte Information ausgelesen, und durch Anlegen eines weiteren Startimpulses an die Klemme 20 kann ein neues Wort übertragen werden.
In der Empfangsstation 17 wird diese von der Sendestation ausgesendete Impulsfolge empfangen, und im Impulsregenerator 10 werden die einzelnen Impulse regeneriert, so dass am Ausgang des Regenerators das getreue Abbild der in der Zeile g in der Fig. 4 gezeigten Impulsfolge erscheint.
Diese Impulsfolge wird dem Schieberegister 18, dem Synchronmultivibrator 12 und einem weiteren Multivibrator 22, dessen Funktion weiter unten näher beschrieben ist, zugeführt. Diese regenerierte Impulsfolge ist in der Zeile h der Fig. 4 nochmals dargestellt.
Der Synchronmultivibrator 12 ist, wie oben schon erwähnt, ebenfalls ein monostabiler Multivigrator, welcher, angeregt durch einen kurzen Impuls, siehe Zeile i der Fig. 4, zu Beginn jedes Impulses der Impulsfolge einen Synchronimpuls von etwa der 1,5fachen Dauer der vom Impulsgenerator 21 erzeugten Impulse erzeugt. Solche Synchronimpulse sind in der Zeile k der Fig. 4 dargestellt. Von der Rückflanke eines jeden dieser Synchronimpulse wird je ein kurzer Schiebeimpuls für das Schieberegister 18 abgeleitet. Diese Schiebeimpulse sind in der Zeile 1 der Fig. 4 gezeigt.
Dank dem monostabilen Synchronmultivibrator 12 entstehen die vorgenannten Schiebeimpulse zeitlich nur während des Zeitabschnittes tv, um den jene Impulse der Impulsfolge, die eine binäre 1 darstellen und zu diesem Zweck verlängert worden sind. Wenn also, wie dies in den Zeilen h, 1 und m der Fig. 4 dargestellt ist, der erste Schiebeimpuls auftritt und gleichzeitig noch der erste lange Impuls der Impulsfolge am Schieberegister 18 anliegt, so wird im ersten Speicherplatz des Schieberegister eine binäre 1 gespeichert. Beim Eintreffen des zweiten Schiebeimpulses ist der zweite Impuls der Impulsfolge, welcher ein kurzer ist, schon wieder verschwunden, und im zweiten Speicherplatz des Schieberegisters 18 wird eine binäre 0 gespeichert. Auf diese Weise werden Schritt für Schritt alle Bits des übertragenen Wortes in das Schieberegister 18 eingegeben.
Dieses weist vorzugsweise dieselbe Anzahl Speicherplätze auf wie das Schieberegister 16 in der Sendestation.
Der Multivibrator 22 ist ein nachtriggerbarer Multivibrator, welcher beim Eintreffen des ersten Impulses der Impulsfolge, siehe Zeile h der Fig. 4, in seinen unstabilen Zustand versetzt wird. Die Rückstellzeit in den stabilen Zustand ist so angesetzt, dass sie beispielsweise wenigstens zwei nacheinander eintreffende Impulse der Impulsfolge überbrückt. Wenn daher die Impulsfolge vollständig, d.h. ununterbrochen, eintrifft, so wird der Multivibrator 22 bei jedem Impuls immer wieder neu gesetzt und seine Rückstellzeit wird immer wieder verlängert. Erst wenn nach der vollständigen Übertragung der Impulsfolge eine Lücke von wenigstens einem Impuls auftritt, kehrt der nachtriggerbare Multivibrator 22 in seinen stabilen Zustand zurück. Am Ausgang dieses Multivibrators 22 entsteht ein Steuerimpuls, welcher um die Rückstellzeit länger dauert als die Aufnahmezeit der Impulsfolge.
Ein solcher Rückstellimpuls ist in der Zeile n der Fig. 4 dargestellt.
Das Ende des Rückstellimpulses zeigt an, dass die Impulsfolge und damit das Wort übertragen und im Schieberegister 18 gespeichert ist, und bewirkt ausserdem, dass das im Schieberegister gespeicherte Wort in einen Speicher 23 übertragen wird, wobei die Übertragung der in allen Speicherplätzen des Schieberegisters 18 gespeicherten Bit gleichzeitig über mehrere Leitungen 24 erfolgt. Vom Speicher 23 können die darin enthaltenen Daten einer Anzeigevorrichtung 25 zum Sichtbarmachen dieser Daten oder einer nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.
Die Fig. 5 zeigt ein Blockschema des Impulsgenerators 21, welcher zur Erzeugung von einer bestimmten Anzahl Impulse bestimmt ist und in der Sendestation 15 gemäss der Fig. 3 verwendet wird. Der Ausgang eines Impulsgenerators 26 mit einem Sperreingang 27 ist mit dem NAND-Tor 7 und dem Eingang eines Impulszählers 28 verbunden. Dieser weist beispielsweise zwanzig Zählstufen auf und gibt, nachdem er zwanzig Impulse gezählt hat, ein Sperrsignal an den nicht intervertierenden Eingang eines NAND-Tores 29. Dieses leitet das Sperrsignal an den Sperreingang 27 des Impulsgenerators 26 und verhindert das Erzeugen von weiteren Impulsen.
Dieses Sperrsignal wird auch an einen zweiten Eingang eines UND-Tores 30 geleitet. Trifft an der Klemme 31 der in der Zeile c der Fig. 4 dargestellte Auslöseimpuls ein, so gelangt dieser durch das UND-Tor 30 zum intervertierenden Eingang des NAND-Tores 29 und sperrt dieses Tor. Dadurch gelangt das Sperrsignal nicht mehr an den Sperreingang 27 des Impulsgenerators 26 und dieser wird unmittelbar darauf in Betrieb gesetzt. Durch das Aufheben des Sperrsignals am Eingang des UND-Tores wird dieses so lange gesperrt, bis der Impulsgenerator 26 die der Anzahl der Zählstufen des Impulszählers 28 entsprechende Anzahl Impulse erzeugt hat.
Die Erzeugung der bestimmten Anzahl Impulse durch den Impulsgenerator 26 kann also nicht gestört werden, wenn während dieser Zeit ein weiterer Auslöseimpuls an die Klemme 31 gelangen sollte.
In der Fig. 6 ist ein Teil der Empfangsstation 17 der Fig. 3 mit mehr Einzelheiten dargestellt. Vom nicht gezeichneten Impulsregenerator gelangen die regenerierten Impulse der Impulsfolge direkt an den Eingang des Schieberegisters 18 und an den Eingang eines NICHT-Tores 32, welches die Polarität der Impulse umkehrt. Diese Impulse werden über einem ersten Kondensator 33 dem Synchronmultivibrator 12 und über einen zweiten Kondensator 34 dem Multivibrator 22 zugeführt. Durch diese Kondensatoren wird den Multivibratoren jeweilen nur zu Beginn der Impulse der Impulsfolge je ein kurzer Impuls, siehe Zeile i der Fig. 4, zugeführt, der diese Multivibratoren in den labilen Zustand bringt.
Der Ausgang des Synchronmultivibrators 12 ist über einen Kondensator 35 und ein NICHT-Tor 36 mit dem Schieberegister 18 verbunden. Auf diese Weise entstehen die kurzen Schiebeimpulse, die in der Zeile 1 der Fig. 4 dargestellt sind.
Der Ausgang des Multivibrators 22 ist über einen Kondensator 37 und ein NICHT-Tor 38 mit dem Speicher 23 verbunden. Am Ende des vom Multivibrator 22 erzeugten Rückstellimpulses, siehe Zeile n der Fig. 4, wird daher ein kurzer Übernahmeimpuls gemäss der Zeile o der Fig. 4 erzeugt und dem Speicher 23 zugeführt, welcher daraufhin die im Schieberegister 18 gespeicherten Daten übernimmt.
Wenn genügend Daten zur Übertragung vorliegen, wird der Klemme 20, siehe Fig. 3, oder der Klemme 31, siehe Fig. 5, periodisch im Intervall ta je ein in der Zeile a der Fig. 4 dargestellter Startimpuls zugeführt. Auf diese Weise wird pro Startimpuls ein Wort von zwanzig Bit übertragen.
Falls in der Empfangsstation 17 ein weiterer, nicht dargestellter, monostabiler Multivibrator, dessen Rückstellzeit beispielsweise doppelt so lang ist, wie diejenige des Multivibrators 22, so können aus einer Anzahl Wörter bestehende Sätze unterschieden werden. Das Übertragen von Wörtern von je gleicher Anzahl Bit gestattet, eine Datensicherung vorzunehmen.
Die Fig. 7 zeigt das Blockschema eines Modulators, mit dessen Hilfe die binären Daten, d. h. die Impulsfolge gemäss der Zeile g der Fig. 4, über eine Übertragungsleitung gesendet werden kann, die keine Gleichstromkomponenten zu übertragen vermag. Dieser Modulator wird zwischen das NAND-Tor 7 und den Verstärker 9 eingeschaltet.
Die Impulsfolge wird einem ersten elektronischen Relais 39, das an einen Oszillator 40 für beispielsweise eine Frequenz B von 2500 Hz angeschlossen ist, und über ein NICHT-Tor 41 einem zweiten elektronischen Relais 42, das an einen Oszillator 43 für beispielsweise eine Frequenz A von 1100 Hz angeschlossen ist, zugeführt. Die Ausgänge der beiden elektronischen Relais werden in einer Zusammenschaltung 44 zusammengekoppelt. Am Ausgang dieser Zusammenschaltung entsteht ein Wechselstromsignal, welches während der verschieden langen Impulse der Impulsfolge, siehe Zeile g der Fig. 4, eine Frequenz von 2500 Hz und während der Impulslücken eine Frequenz von 1100 Hz aufweist. Dieses Wechselstromsignal wird dem Verstärker 9 zugeführt, welcher dieses Wechselstromsignal auf die Übertragungsleitung sendet.
In der Empfangsstation wird dieses Wechselstromsignal mit Hilfe eines in der Fig. 8 dargestellten Demodulators wieder in die Impulsfolge gemäss der Zeile h der Fig. 4 umgewandelt. In einem Verstärker 45 werden die ankommenden Wechselstromsignale verstärkt und einem Sperrfilter 56, das die Frequenz 1100 Hz sperrt und die Frequenz 2500 Hz durchlässt, zugeführt. Anschliessend wird dieses gefilterte Signal einem Gleichrichter 47 zugeführt. Am Ausgang dieses Gleichrichters erscheinen beide Halbwellen des Wechselstromsignals der Frequenz fB. Mit diesen Halbwellen wird einSchmitt-Trigger48 gesteuert, an dessen Ausgang danneine Impulsreihe mit der doppelten Impulsfolgefrequenz der Frequenz fa erscheint, wenn am Eingang des Verstärkers 45 ein Wechselstromsignal mit der Frequenz fB anliegt.
In einem weiteren, dem Schmitt-Trigger 48 nachgeschalteten nachtriggerbaren Multivibrator 49 werden die im Schmitt-Trigger 48 erzeugten Impulspakete in die Impulsfolge gemäss den Zeilen g bzw. h der Fig. 4 zurückgewandelt. In einer Ausgangsstufe 50 wird die wiedergewonnene Impulsfolge verstärkt, so dass sie einerseits dem Schieberegister 18 und anderseits dem NICHT-Tor 32 zugeführt werden kann.
Der Verstärker 45 am Eingang des Demodulators weist vorzugsweise einen Dynamikbegrenzer auf, so dass seine Aus gangsspannung weitgehend von der Amplitude der Eingangssignale unabhängig ist.
Die oben beschriebene Anlage eignet sich dank ihrem sehr einfachen Aufbau für die Übertragung der Zeitangabe, wobei von einer zentralen Sendestation aus die Zeitangaben beispielsweise jede Sekunde an eine Vielzahl von Empfängern übertragen wird.
Die oben beschriebene Anlage ist gegenüber Störeinflüssen weitgehend unempfindlich. Eine Änderung der Impulsfrequenz des Impulsgenerators in der Sendestation von beispielsweise + 20% beeinträchtigt die Übertragungsgüte in keiner Weise, da sich die Empfangsstation in diesem Bereich ohne weiteres einwandfrei selbst synchronisiert. Die Länge der einzelnen Impulse kann ebenfalls in weiten Grenzen, von beispielsweise + 10 % variieren, ohne dass ein gestörter Empfang auftritt. Weiter können sich dank dem beschriebenen Modulator und dem Demodulator Störspannungen, solange sie das normale Mass nicht wesentlich übersteigen, den Betrieb nicht ernsthaft gefährden.