DD270623A1

DD270623A1 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR BINARY SIGNAL TRANSMISSION

Info

Publication number: DD270623A1
Application number: DD31456588A
Authority: DD
Inventors: Peter Gibas; Christoph Kozub; Monika Kupsch; Werner Kriesel; Knut Goepel
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur binaeren Signaluebertragung und ist insbesondere bei optischen Uebertragungssystemen in Automatisierungsanlagen einsetzbar. Erfindungsgemaess werden sendeseitig aus den zu uebertragenden binaeren Daten kurze, kodierte Impulse mit einem zeitlich scharf begrenzten Scheitelwert erzeugt und ausgesendet, die empfangsseitig doppelt differenziert werden, so dass zeitlich genau an der Stelle des Scheitelwertes bzw. Umkehrpunktes der empfangenen Impulse jeweils ein Impuls entsteht. Die zeitliche Abfolge dieser Impulse entspricht genau der des Senders, wodurch mittels entsprechender Dekodierung die urspruenglichen binaeren Signale exakt regeneriert werden koennen.The invention relates to a method and a circuit arrangement for binary signal transmission and can be used in particular in optical transmission systems in automation systems. According to the invention, at the transmitting end, short, coded pulses are generated and transmitted with a temporally sharply defined peak value, which are doubly differentiated on the receiving side, so that in each case exactly one pulse arises at the point of the peak or reversal point of the received pulses. The temporal sequence of these pulses corresponds exactly to that of the transmitter, whereby the original binary signals can be exactly regenerated by means of appropriate decoding.

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung kann überall dort zur Anwendung gelangen, wo binäre Signale übertragen werden müssen, wie z. B. bei optischen Übertragungssystemen in Automatisierungsanlagen.The invention can be used wherever binary signals must be transmitted, such as. B. in optical transmission systems in automation systems.

Characteristic of the known state of the art

Bei der Übertragung binärer Signale im Basisband ist es allgemein bekannt, als Modulationsart die Gleichpegeltastung, die Amplitudenmodulation oder die Frequenz- bzw. Phasentastung anzuwenden.In the transmission of binary signals in the baseband, it is generally known to apply as a modulation type the DC load, the amplitude modulation or the frequency or phase shift.

Weiterhin sind Verfahren zur binären Signalübertragung über Lichtv ellenleiter (LWL) bekannt, bei denen durch Kodierung de'r Flanken der zu übertragenden Signale die Verlustleistung der optischen Senderbauelemente vermindert und somit deren Lebensdauer vergrößert wird. Gemäß DE-OS 2424077 ist hierzu bekannt, daß die binären Signale vorder Übertragung über einen LWL differenzial t werden, wodurch bei jedem Signalsprung ein kurzer Spannungsimpuls am Ausgang erzeugt wird. Dieser Impuls, der wesentlich geringer als eine Bitdauer ist, wird zur Ansteuerung einer Laserdiode verwendet und verringert somit die Belastung der Sendediode. Eine weitere in diesem Zusammenhang bekannte Lösung ist in der DE-OS 3524871 beschrieben. Die Reduzierung der Sendeleistung wird hier dadurch realisiert, indem die ansteigenden Flanken der zu übertragenen binären Signale in einem Doppelimpuls und die abfallenden Flanken in einem Einzelimpuls umgesetzt und ausgesendet werden. Den beim Signalempfang durch Modendispersion der LWL bzw. Zwischensymbolinterferenz auftretenden Impulsbreitenabweichungen versucht man durch Repeaterwirkung zu begegnen. Um neben einer geringen Senderdiodenbelastung eine Repeaterwirkung zu erzielen, wurde außerdem ein Übertragungsverfahren vorgeschlagen, wonach während des High-Pegels der zu übertragenden Signale kurze Impulse mit entsprechend hoher Folgefreqiienz gebildet und ausgesendet werden. Empfangsseitig kann dann die ursprüngliche Länge dor binären Signale durch Einsatz von Monoflops nahezu richtig regeneriert werden. Allen diesen Verfahren ist der Nachteil eigen, daß durch die Verwendung von schwellwertabhängigen Entscheidern auf der Empfängerseite dia regenerierte Impulslänge immer mit einem relativ großen empfangspegelabhängigen Fehler behaftet ist. Zur Verringerung dieser Fehler ist es daher stets notwendig, die Empfänger exakt auf den jeweiligen Empfangspegel abzugleichen. Signale mit hoher Pegeldynamik lassen sich somit bzgl. der Impulslänge nur stark fehlerbehaftet regenerieren.Furthermore, methods for binary signal transmission via optical waveguides (LWL) are known, in which by encoding the flanks of the signals to be transmitted, the power loss of the optical transmitter components is reduced and thus their lifetime is increased. According to DE-OS 2424077 is known for this purpose that the binary signals before transmission over a fiber are differential t, whereby at each signal jump, a short voltage pulse is generated at the output. This pulse, which is substantially less than a bit duration, is used to drive a laser diode and thus reduces the load on the transmitter diode. Another known in this context solution is described in DE-OS 3524871. The reduction of the transmission power is realized here by the rising edges of the binary signals to be transmitted in a double pulse and the falling edges are converted and transmitted in a single pulse. The occurring during signal reception by modal dispersion of fiber optic or inter-symbol interference pulse width deviations trying to counter by repeater effect. In order to achieve a repeater effect in addition to a low transmitter diode load, a transmission method has also been proposed, according to which short pulses with a correspondingly high repetition frequency are formed and transmitted during the high level of the signals to be transmitted. At the receiving end, the original length of the binary signals can then be regenerated almost correctly by using monoflops. All these methods suffer from the disadvantage that due to the use of threshold-dependent decoders on the receiver side, the regenerated pulse length always has a relatively large reception-level-dependent error. To reduce these errors, it is therefore always necessary to match the receiver exactly to the respective reception level. Signals with high level dynamics can thus be regenerated with respect to the pulse length only strongly error-prone.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Übertragung, Regenerierung und Auswertung binärer Signale neben der Reduzierung der sendeseitigen Verlustleistung eine Erhöhung der Störungsunempfindlichkeit zu erzielen.The aim of the invention is to achieve an increase in the immunity to interference in the transmission, regeneration and evaluation of binary signals in addition to the reduction of the transmission-side power loss.

-2- 270 623 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 270 623 Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Übertragung binärer Signale, insbesondere über LWL zu realisieren, womit die Regenerierung und Auswertung der ursprünglichen binären Daten verzerrungsfrei und ohne Impulslängenabweichungen bei minimaler senderseitigen Verlustleistung in einem großen Empfangspegelbereich möglich ist und womit Einschwingvorgänge empfängerseitig vermieden werden. Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur binären Signalübertragung, bei dem sendeseitig aus den zu übertragenden binären Daten kurze, kodierte Impulse erzeugt und ausgesendet werden und bei welchem empfangsseitig aus den empfangenen Impulsen die ursprünglichen binären Signale zurückgewonnen werden, di.durch charakterisiert, daß die ausgesendeten kurzen Impulse einen zeitlich scharf begrenzten Scheitelwert bzw. Umkehrpunkt besitzen, also vorzugsweise dreieck- oder nadeiförmig sind. Empfangsseitig werden die empfangenen Impulse doppelt differenziert, so daß zeitlich genau an der Stelle des Umkehrpunktes des jeweilig empfangenen Impulses ein auswertbarer Impuls entsteht. Die zeitliche Abfolge dieser Impulse entspricht nun genau der des Senders, wodurch mittels entsprechender Dekodierung die ursprünglichen binären Signale exakt regeneriert werden können.The invention has for its object to provide a method and a circuit arrangement for transmitting binary signals, in particular via fiber, whereby the regeneration and evaluation of the original binary data distortion-free and without pulse length deviations at minimum transmitter-side power loss in a large reception level range is possible and thus transient processes on the receiver side be avoided. According to the invention, the binary signal transmission method in which short coded pulses are generated and transmitted on the transmitting side from the binary data to be transmitted and in which the original binary signals are recovered from the received pulses on the receiving side, is characterized by the fact that the short pulses emitted have a temporally sharply defined peak value or reversal point, that is preferably triangular or needle-shaped. At the receiving end, the received pulses are doubly differentiated, so that exactly at the point of the reversal point of the respective received pulse an evaluable pulse is produced. The temporal sequence of these pulses now corresponds exactly to that of the transmitter, whereby the original binary signals can be exactly regenerated by means of appropriate decoding.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur binären Signalübertragung, die einen Sender mit Kodierer und Sendestufe sowie einen mW dem Übertragungskanal gekoppelten Empfänger aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsstufe des Empfängers eine erste Verstärket stufe, eine erste Differenzierstufe, eine zweite Verstärkvirstufe, eine zweite Differenzierstufe, eine dritte Verstärkerstufe und ein dem Kodierer im Sender entsprechender Dekodierer nacligeschaltet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Schaltungsanordnung weisen gegenüber bekannten technischen Lösungen insbesondere den Vorteil auf, daß in einem wesentlich vergrößerten Empfangspegelbereich eine Regenerierung der ursprünglichen binären Daten verzerrungsfrei und ohne Tastverhältnisverschiebung möglich ist. Des weiteren ergibt sich aus dem geringen Bandbreitenbedarf für den Übertragungskanal die Unterbindung des störenden Einschwingverhaltens bekannter Empfängerschaltungen.The circuit arrangement according to the invention for binary signal transmission, which has a transmitter with encoder and transmission stage and a mW coupled to the transmission channel receiver is characterized in that the receiving stage of the receiver a first amplifier stage, a first differentiating stage, a second Verstärkvirstufe, a second differentiating stage, a third amplifier stage and a decoder corresponding to the encoder in the transmitter is switched nacligeschaltet. The inventive method and associated circuitry have over known technical solutions in particular the advantage that a regeneration of the original binary data distortion-free and without duty cycle shift is possible in a much larger reception level range. Furthermore, it results from the low bandwidth requirement for the transmission channel to prevent the disturbing transient response of known receiver circuits.

Ausführunssbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend arn Beispiel eines Lichtwellenleiterübertragungssystems näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained below in more detail by way of example of an optical waveguide transmission system. Show it:

Fig. 1: ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß Erfindung undFig. 1 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and

Fig. 2: ein Impulsdiagramm zur Kennzeichnung der Verarbeitung der empfangenen Impulse.Fig. 2: a timing diagram for identifying the processing of the received pulses.

Durch einen in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Sender werden die kurzen, kodierten Impulse mit zeitlich scharf begrenztem Scheitelwert erzeugt und mittels einer im Sender enthaltenen Sendestufe (e/o-Baugruppe) in den optischen Übertragungskanal 1 eingekoppelt. Die erfindungsgemäß vorgesehenen kurzen Impulse können beispielsweise von einem im Sender befindlichen Kodierer entweder durch die L/H- und H/L-Flanken der zu übertragenden binären Daten oder bei Verwendung des Manchester-2 Kodes jeweils zu Beginn eines High-Anteils erzeugt werden. Wichtig für die Realisierung des erfindungsgemäß an Übertragungsverfahrens ist, daß vom Sender an der Stelle des jeweilig zu sendenden Bits ein schmaler Impuls in den Übertragungskanal 1 eingekoppelt wird, der eine relativ steile Vorderflanke aufweist und einen eindeutigen, zeitlich scharf begrenzten Maximalwert besitzt, also vorzugsweise kurze dreieck- oder nadeiförmige Impulse. Wie Fig. 1 zeigt, erfolgt in der Empfangsstufe 2, z. B. eine SI-PIN-Fotodiode, des Empfängers E eine Wandlung der übertragenen optischen Impulse in entsprechende elektrische Signale. Die sich ergebenden Impulse a gemäß Fig. 2, die gegenüber den vom Sender in den Lichtwellenleiter 1 eingespeisten Impulse durch den Übertragungsweg und die Empfangsstufe 2 verformt sind, werden durch die erste Verstärkerstufe 3 verstärkt und der ersten Differenzierstufe 4 zugeführt. Die sich daraus ergebenden Reckeck-Impulse b am Ausgang der Differenzierstufe 4 werden wiederum durch eine zweite Verstärkerstufe 5 verstärkt und der zweite Differenzierstufe 6 zugeführt. Am Ausgang der Differenzierstufe 6 ergeben sich die Impulse c nach Fig. 2. Diese Impulse kennzeichnen in ihrer Abfolge zeitlich exakt die Umkehrpunkte an der Spitze der empfangenen Impulse. Durch eine weitere Verstärkerstufe 7, die der zweiten Differenzierstufe 6 nachgeschaltet ist, wird eine Phasendrehung der Impulse c sowie eine Verstärkung auf den erforderlichen Pegel vorgenommen.By a transmitter not shown in detail in Fig. 1, the short, coded pulses are generated with a temporally sharply defined peak value and coupled by means of a transmission stage contained in the transmitter (e / o module) in the optical transmission channel 1. The short pulses provided according to the invention can be generated, for example, by an encoder located in the transmitter, either by the L / H and H / L edges of the binary data to be transmitted or by using the Manchester-2 code in each case at the beginning of a high component. Important for the realization of the present invention to transmission method is that the transmitter at the point of each bit to be sent a narrow pulse is coupled into the transmission channel 1, which has a relatively steep leading edge and has a unique, temporally sharply defined maximum value, that is preferably short triangular or needle-shaped pulses. As shown in FIG. 1, takes place in the receiving stage 2, z. As a SI-PIN photodiode, the receiver E is a conversion of the transmitted optical pulses into corresponding electrical signals. The resulting pulses a shown in FIG. 2, which are deformed by the transmission path and the receiving stage 2 in relation to the pulses fed into the optical waveguide 1 by the transmitter, are amplified by the first amplifier stage 3 and fed to the first differentiating stage 4. The resulting Reckeck pulses b at the output of the differentiating stage 4 are in turn amplified by a second amplifier stage 5 and fed to the second differentiating stage 6. At the output of the differentiating stage 6, the pulses c according to FIG. 2 result. These pulses mark in their sequence exactly the reversal points at the peak of the received pulses. By a further amplifier stage 7, which is connected downstream of the second differentiating stage 6, a phase rotation of the pulses c and a gain to the required level is made.

Entsprechend der verwendeten Leitungskodierung im Sender kennen nunmehr in einem nachgeschalteten Dekodierer 8 sehr genau die ursprünglichen binär kodierten Daten, z. B. im Manchester-2-Kode, regeneriert werden (vgl. Impulse d in Fig. 2). Daraus kann in bekannter Art und Weise eine Trennung in NRZ (Impulse f)- und Taktsignal e vorgenommen werden.According to the line coding used in the transmitter now know in a downstream decoder 8 very exactly the original binary coded data, eg. In the Manchester 2 code (see pulses d in Fig. 2). It can be made in a known manner, a separation into NRZ (pulses f) - and clock signal e.

Claims

1. A method for binary signal transmission using short, coded pulses which are generated on the transmitting side of the binary data to be transmitted and transmitted and the receiving side of the received pulses, the original binary data are recovered by decoding, characterized in that

Transmitting short coded pulses at the transmitting end, which have a temporally sharply defined peak value or reversal point,

- Received side, the received pulses are doubly differentiated and that

- Which is supplied at the location of the reversal point of each pulse received by double differentiation pulse to a decoder which generates the original data format according to the coding used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the short pulses are preferably triangular or needle-shaped.

3. Circuit arrangement for binary signal transmission, consisting of a transmitter with means for generating short, coded pulses, a transmission channel and a receiver for signal regeneration and evaluation, characterized in that the receiving stage (2) of the receiver (E) a first amplifier stage (3 ), a first differentiating stage (4), a second amplifier stage (5), a second differentiating stage (6), a third amplifier stage (7) and a decoder (8) are connected downstream.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the receiving stage (2) is an O / e converter.