DE10133851A1

DE10133851A1 - Digitaler Mehrkanalempfänger

Info

Publication number: DE10133851A1
Application number: DE2001133851
Authority: DE
Inventors: Markus Mock; Andrea Gubser
Original assignee: Dynatron AG
Current assignee: Dynatron AG
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-01-30
Also published as: WO2003007485A2; WO2003007485A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Empfang digitaler Signale, bestehend aus einer Signalverarbeitungseinrichtung (10), einer Bewertungseinrichtung (20), einer Rahmendetektoreinrichtung (30), einer Berechnungseinrichtung (40) sowie einer Schnittstelleneinrichtung (60), wobei die Rahmendetektoreinrichtung (30) die Verarbeitung einer Folge von empfangenen digitalen Signalen durch die Berechnungseinrichtung (40) sowie die Schnittstelleneinrichtung (60) fallweise steuert, wenn die Rahmendetektoreinrichtung in der Folge von digitalen Signalen ein vorgegebenes Rahmenbitmuster zumindest teilweise erkennt und der Vergleich einer Qualitätsbewertung der digitalen Signale mit einem vorgegebenen Mindestqualitätswert ergibt, daß das empfangene digitale Signal über dem Mindestqualitätswert liegt, wobei das Rahmenbitmuster und der Mindestqualitätswert frei wählbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Empfang digitaler Signale. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für den Empfang digitaler Signale auf mehreren logischen Übertragungskanälen.

Die digitale Signalübertragung spielt heutzutage in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens eine sehr wesentliche Rolle. Der Einsatz der Digitaltechnik bei der Signalübertragung zeichnet sich gegenüber der analogen Signalübertragung durch eine stark verminderte Störanfälligkeit aus sowie durch die Möglichkeit, auf ein und demselben physikalischen Übertragungsweg eine sehr hohe Anzahl von logischen Übertragungskanälen aufzubauen. Die Signalübertragung kann physikalisch sowohl durch elektrische Impulse mittels einer Kabelverbindung als auch durch Lichtimpulse mittels einer Glasfaser erfolgen. Darüber hinaus nehmen drahtlose Übertragungsverfahren, z. B. per Funk oder Infrarot, einen immer größer werdenden Stellenwert bei der Übertragung digitaler Signale ein.

Insbesondere im Bereich der digitalen Signalübertragung per Funk sind den physikalischen Übertragungskapazitäten durch die immer knapper werdende Verfügbarkeit von freien Übertragungsfrequenzen Grenzen gesetzt. Dem gegenüber steht der Bedarf, eine stetig wachsende Zahl von unterschiedlichen Geräten über Funkverbindungen miteinander kommunizieren zu lassen. Die Lösung dieses Problems erfolgt durch die Nutzung mehrerer logischer Übertragungskanäle auf ein und derselben Übertragungsfrequenz. Problematisch ist hierbei jedoch, daß für die Kommunikation verschiedener Geräte über einen logischen Übertragungskanal sowohl die Sendevorrichtung(en) als auch die Empfangsvorrichtung(en) auf ein und denselben Übertragungskanal abgestimmt sein müssen. Das erfordert zumeist bereits während der Herstellung der Geräte eine Festlegung sowohl der Sende- als auch der Empfangsvorrichtung(en) auf vordefinierte logische Übertragungskanäle.

Soll jedoch beispielsweise in eine bestehende Konfiguration aus einer Sendevorrichtung und einer Empfangsvorrichtung eine weitere Sendevorrichtung integriert werden, so daß die Empfangsvorrichtung die digitalen Signale beider Sendevorrichtungen empfangen kann, so muß die Empfangsvorrichtung bereits von Beginn an für den möglichen Einsatz in einer derartigen Konfiguration vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Empfangsvorrichtung aus der Konfiguration zu entfernen und einer erneuten Abstimmung der zu empfangenden logischen Übertragungskanäle zu unterziehen. Dieses Entfernen und neu abstimmen der Empfangsvorrichtung aus einer bereits bestehenden Konfiguration ist aber mit einem zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Darüber hinaus sind herkömmliche Empfangsvorrichtungen in der Regel für den Empfang von digitalen Signalen auf nur einem logischen Übertragungskanal ausgelegt. Das bedeutet, daß ein Gerät, welches für den Empfang von Signalen auf mehreren logischen Übertragungskanälen Verwendung finden soll, mehrere dieser Empfangsvorrichtungen enthalten muß, von denen jede auf den Empfang der Signale auf einem logischen Übertragungskanal abgestimmt ist. Daraus resultiert sowohl ein erhöhter Kosten- als auch Platzbedarf für den Bau solcher Geräte.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Empfang digitaler Signale zur Verfügung zu stellen, die sich durch die Möglichkeit einer schnellen und flexiblen Abstimmung der Empfangsvorrichtung auf eine Vielzahl von logischen Übertragungskanälen auszeichnet. Die Möglichkeit der Abstimmung soll dabei so gestaltet sein, daß der Empfang von Daten auf einem beliebigen, zuvor unbekannten logischen Übertragungskanal erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Empfangsvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 der vorliegenden Empfindung gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegenden Erfindung beschreibt eine Vorrichtung für den Empfang digitaler Signale, die sich durch die Möglichkeit auszeichnet, daß eine schnelle dynamische Abstimmung der Empfangsvorrichtung auf die zu empfangenden logischen Übertragungskanäle möglich ist.

Ein externes, an einem ersten Eingang der Empfangsvorrichtung zur Verfügung gestelltes elektrisches Signal wird innerhalb einer Signalverarbeitungseinrichtung fortlaufend durch eine Konvertierungseinrichtung abgetastet und der Signalpegel in eine Folge von digitalen Werten konvertiert. Die Rate sowie der Zeitpunkt, mit der die Konvertierung des abgetasteten Signalpegels erfolgt wird dabei durch eine Zeitgebereinrichtung festgelegt, die mit der Konvertierungseinrichtung in Verbindung steht. Die Konvertierung mittels der Konvertierungseinrichtung erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen darin enthaltenen Flash-Wandler. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, für die Konvertierung des elektrischen Signals einen Abtast- und Haltekreis in Verbindung mit einem nachgeschalteten Analog-/Digitalwandler, oder aber eine beliebige andere Einrichtung zur Konvertierung von elektrischen Signalen in digitale Werte, zu verwenden. Als extern zur Verfügung gestelltes elektrisches Signal kann beispielsweise das Ausgangssignal einer Empfangsantenne für elektromagnetische Wellen oder auch das eines optoelektronischen Empfängers Verwendung finden.

Einer oder mehrere der digitalen Werte werden nachfolgend in einer Bewertungseinrichtung der Ermittlung eines Binärwertes durch eine Bestimmungseinrichtung zugrundegelegt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bestimmungseinrichtung für die Demodulation eines nach dem Verfahren der differenziellen binären Phasenumtastung modulierten Signals eingerichtet. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen Bestimmungseinrichtungen auf, die für die Demodulation von differentiell antipodalen Signalen eingerichtet sind. Die Anzahl der für die Ermittlung des Binärwertes zugrundegelegten digitalen Werte ist hierbei variabel und vom Benutzer durch den Bestimmungsbasiswert einstellbar.

Neben der Ermittlung eines Binärwertes aus einem oder mehreren digitalen Werten findet in der Bewertungseinrichtung außerdem eine oder mehrere statistische Bewertungen des oder der digitalen Werte sowie ein Vergleich des Ergebnisses dieser statistischen Bewertungen mit einem ersten vorgegebenen Wert, dem Bitqualitätsminimum, in einer ersten Vergleichseinrichtung statt. Das Ergebnis dieses ersten Vergleichs, welches als Bitqualitätswert bezeichnet wird, ist WAHR, sofern die den digitalen Werten zugrunde liegende Statistik eine Bitqualität liefert, die größer als das Bitqualitätsminimum ist, anderenfalls FALSCH. Dieses erste Vergleichsergebnis wird von der Bewertungseinrichtung dem jeweiligen Binärwert zugeordnet. Jedem am Datenausgang der Bewertungseinrichtung dargestellten Binärwert ist somit ein an einem weiteren Ausgang der Bewertungseinrichtung dargestellter Bitqualitätswert in der Form eines weiteren Binärwertes zugeordnet. Sowohl der Binärwert als auch der Bitqualitätswert basieren dabei auf demselben oder denselben digitalen Werten.

Eine der Bewertungseinrichtung nachgeschaltete Rahmendetektoreinrichtung führt mittels einer Detektionseinrichtung eine Erkennung einer vorgegebenen Folge von Binärwerten, dem Rahmenbitmuster, in einer von der Bewertungseinrichtung ausgegebenen Folge von Binärwerten, der Bitfolge, durch. Das Rahmenbitmuster ist frei wählbar und kann vom Benutzer definiert werden. Durch das Rahmenbitmuster wird der von der Empfangsvorrichtung zu empfangende logische Übertragungskanal identifiziert.

Bei der Erkennung des Rahmenbitmusters in der Bitfolge besteht außerdem die Möglichkeit, daß nur ein Teilbereich des Rahmenbitmusters in der Bitfolge erkannt werden muß, damit das entsprechende Rahmenbitmuster als in der Bitfolge erkannt gilt. Der Grad der Übereinstimmung der Bitfolge mit dem Rahmenbitmuster wird durch den Rahmenerkennungsgenauigkeitswert angegeben und ist vom Benutzer frei wählbar.

Überdies werden in der Rahmendetektoreinrichtung die den einzelnen Binärwerten der Bitfolge zugeordneten Bitqualitätswerte durch eine beliebige mathematische Operation, vorzugsweise eine Addition, miteinander verknüpft und mit einem zweiten vorgegebenen Wert, dem Rahmenqualitätsminimum, verglichen. Das Ergebnis dieses zweiten Vergleichs wird als Rahmenqualitätswert bezeichnet. Das Rahmenqualitätsminimum ist vom Benutzer wiederum frei wählbar.

Wurde durch die Detektionseinrichtung in einer Bitfolge das Rahmenbitmuster zumindest teilweise erkannt und liegt der Rahmenqualitätswert für das erkannte Rahmenbitmuster über dem Wert des Rahmenqualitätsminimums, so wird die dem Rahmenbitmuster folgende Bitfolge durch eine Steuerungseinrichtung an den Datenausgang der Rahmenerkennungseinrichtung weitergegeben. Wird durch die Detektionseinrichtung in der Bitfolge kein Rahmenbitmuster erkannt oder liegt der Wert des Rahmenqualitätswertes für ein in der Bitfolge erkanntes Rahmenbitmuster unter dem Wert des Rahmenqualitätsminimums, so wird die Weitergabe der Bitfolge an den Datenausgang der Rahmenerkennungseinrichtung durch die Steuerungseinrichtung unterbunden.

Die Weitergabe der Bitfolge an den Datenausgang der Rahmenerkennungseinrichtung durch die Steuerungseinrichtung erfolgt so lange, bis die Steuerungseinrichtung ein Rücksetzsignal erhält und dadurch die Weitergabe der Bitfolge an den Datenausgang der Rahmendetektoreinrichtung unterbindet. Das Rücksetzsignal wird darüber hinaus an die Detektionseinrichtung weitergegeben, so daß diese ebenfalls zurückgesetzt wird und die Erkennung eines Rahmenbitmusters in der Bitfolge von neuem beginnt.

Auf die am Ausgang der Rahmendetektoreinrichtung dargestellte Bitfolge werden in der Berechnungseinrichtung eine oder mehrere mathematische Operationen angewendet. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist innerhalb der Berechnungseinrichtung eine Decodierungseinrichtung auf, die eine mit einem Faltungscode codierte Bitfolge decodiert und an den Ausgang der Berechnungseinrichtung weitergibt. Der Faltungscode basiert hierbei auf Generatorpolynomen, welche die Vorschriften G₁(x) = x⁶ + x⁴ + x + 1 und G₂(x) = 1 erfüllen. Dies setzt voraus, daß die Bitfolge aus einer kodierten Folge von Binärwerten besteht. Ist dies nicht der Fall, kann die Decodierung der Bitfolge durch die Decodierungseinrichtung vom Benutzer unterbunden werden, so daß die am Dateneingang der Berechnungseinrichtung vorliegende Bitfolge unverändert an den Datenausgang der Berechnungseinrichtung weitergegeben wird.

Die von der Decodierungseinrichtung ausgegebene Bitfolge wird an eine erste Speichereinrichtung weitergegeben und dort gespeichert.

Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung weist außerdem eine Verstärkungseinrichtung auf, die zwischen den ersten Eingang der Empfangsvorrichtung und die Konvertierungseinrichtung geschaltet ist und den Pegel des abgetasteten elektrischen Signals anhebt. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung ist hierbei beliebig wählbar. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Verstärkungsfaktor bei β = 2000. Dies erlaubt beispielsweise einen Einsatz der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung in direkter Verbindung mit der elektrischen Signalquelle, ohne den zusätzlichen Bedarf von signalverarbeitenden Schaltungselementen.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung einen zweiten Eingang auf, über den das extern zur Verfügung gestellte elektrische Signal ebenfalls abgetastet wird und unverstärkt durch eine dritte Vergleichseinrichtung mit dem Signal einer Referenzpegeleinrichtung verglichen wird. Das Signal der Referenzpegeleinrichtung ist ebenfalls frei wählbar. Dieses dritte Vergleichsergebnis, wird an eine Zählereinrichtung weitergegeben, die jedes Mal, wenn der Signalpegel den Referenzpegel übersteigt inkrementiert wird. Auf diese Weise wird eine Überprüfung der absoluten Signalstärke einer empfangenen Bitfolge durchgeführt, die beispielsweise beim Betrieb der Empfangsvorrichtung in einer Konfiguration, bei der die Signalübertragung per Funk geschieht, Aufschluß über den Abstand der Empfangsvorrichtung vom jeweiligen Sender gibt. Der Wert der Zählereinrichtung, der Signalintensitätswert, wird nach dem Empfang der Bitfolge ebenfalls in der ersten Speichereinrichtung gespeichert.

Die in der ersten Speichereinrichtung gespeicherte Bitfolge bzw. der Signalintensitätswert werden über eine Schnittstelleneinrichtung vorzugsweise an eine mit der Empfangseinrichtung verbundene Mikroprozessoreinrichtung übertragen. Darüber hinaus empfängt die Schnittstelleneinrichtung von der Mikroprozessoreinrichtung Befehle und Benutzerdefinierte Werte zur Konfiguration bzw. Steuerung der Komponenten der Empfangsvorrichtung. Die Schnittstelleneinrichtung enthält außerdem eine Kontrolleinrichtung die nach dem Empfang einer Bitfolge das Rücksetzsignal an die Detektionseinrichtung bzw. die Steuerungseinrichtung ausgibt. Gleichzeitig löst die Kontrolleinrichtung die Ausgabe eines Interruptsignal am Ausgang der Schnittstelleneinrichtung aus, das kennzeichnend dafür ist, daß die Empfangsvorrichtung eine Bitfolge empfangen hat und den Befehl zur Ausgabe der Bitfolge an die Mikroprozessoreinrichtung erwartet.

Sowohl die Verstärkungseinrichtung als auch die Konvertierungseinrichtung sowie die Referenzpegeleinrichtung, die erste Vergleichseinrichtung und die dritte Vergleichseinrichtung sind in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein- bzw. ausschaltbar. Dies erlaubt es den Stromverbrauch der Empfangsvorrichtung im Ruhezustand stark zu reduzieren.

Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine hohe Flexibilität beim Empfang von digitalen Signalen auf unterschiedlichen logischen Übertragungskanälen aus. Beispielsweise kann vom Benutzer zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs die Erkennung eines geänderten Rahmenbitmusters eingestellt werden, was gleichbedeutend mit dem Empfang auf einem anderen als dem vorhergehenden logischen Übertragungskanal ist. Das geänderte Rahmenbitmuster kann dabei frei gewählt werden und muß nicht aus einer Liste von vordefinierten Rahmenbitmustern ausgewählt werden.

Die Anzahl der durch ein und dieselbe Empfangsvorrichtung zu empfangenden logischen Übertragungskanäle kann damit ohne jegliche Veränderung der elektronischen Schaltung bzw. ohne das Hinzufügen von Komponenten zu der Empfangsvorrichtung nahezu beliebig erhöht werden. Diese softwarebedingte Multikanalfähigkeit der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ist gegenüber dem Stand der Technik von großem Vorteil, da unter Verwendung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung besonders günstige und gleichzeitig vielseitige Empfangsgeräte gebaut werden können.

Die während des Betriebes der Empfangsvorrichtung durchgeführte Bestimmung sowohl des absoluten Signalpegels, als auch der Bitqualität erlaubt es, je nach Qualität des empfangenen Signals, sowohl den Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung als auch den Bestimmungsbasiswert dynamisch zu variieren.

Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung kann beispielsweise flexibel für die Erfassung von digitalen Signalen mehrerer Meßsensoren abgestimmt werden. Das Auslesen einer Vielzahl von Sensoren kann zum Beispiel in einer zyklisch sich wiederholenden Reihenfolge erfolgen.

Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung stellt außerdem eine besonders platzsparende und kostengünstige Lösung für den Empfang von Daten in vielen digitalen Übertragungskanälen dar, da lediglich eine einzige Empfangsvorrichtung auf den Empfang in allen digitalen Übertragungskanälen angepaßt werden kann. Überdies kann durch die Reduzierung der in einem Empfangsgerät verwendeten Empfangsvorrichtungen eine deutliche Reduzierung des Stromverbrauchs des Empfangsgerätes erreicht werden.

Eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung findet beispielsweise Anwendung in einer Vorrichtung zur Erfassung von verschiedenen physikalischen Zustandsdaten von Sportgeräten, wie beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Rades bei einem Fahrrad und/oder der Trittfrequenz des Fahrradfahrers. Darüber hinaus können gleichzeitig auch physiologische Daten des Sportlers, wie zum Beispiel die Pulsfrequenz oder die Sauerstoffsättigung des Blutes erfaßt werden. Weitere denkbare Einsatzmöglichkeiten umfassen beispielsweise das Auslesen von Drucksensoren und Atemfrequenz bei mobilen Atemgeräten oder die Schrittfrequenz von Laufsportlern.

Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ist außerdem im medizinischen Bereich denkbar, in dem Patienten zum Teil lange andauernden Untersuchung mit einer Vielzahl von Sensoren unterzogen werden. Ein Beispiel hierfür währe die Aufzeichnung eines Langzeit-Elektrokardiogramms, bei dem 4 bis 6 Elektroden kontinuierlich über einen Zeitraum von bis zu mehreren Tagen ausgelesen werden müssen. Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung bietet die Möglichkeit, ein besonders kleines, stromsparendes, günstig herzustellendes und insbesondere drahtlos funktionierendes Empfangsgerät für diesen Zweck zur Verfügung zu stellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Empfangsvorrichtung zusätzlich eine Ausgabeeinheit auf, die eine Ausgabe von digitalen Signalen auf ebenfalls frei programmierbaren digitalen Übertragungskanälen an weitere digitale Empfangsvorrichtungen erlaubt. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet beispielsweise Anwendung in Sicherungssystemen, bei denen ein mit verschiedenen Sensoren ausgestattetes Gerät Informationen über die Art und den Zustand des Gerätes an eine erfindungsgemäße digitale Empfangsvorrichtung sendet. Die erfindungsgemäße digitale Empfangsvorrichtung könnte nach dem Empfang und der Verifikation der empfangenen Signale einen Bestätigungscode an das Gerät ausgeben und damit beispielsweise den Zugang erlauben. Beispiele für eine derartige Anwendung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung liegen in der Datenverarbeitungstechnik sowie im Gebäudeschutz oder anderen Bereichen, in denen die Zugriffssicherung eine Rolle spielt.

Da die erfindungsgemäße digitale Empfangsvorrichtung die Überprüfung der Übertragungsqualität der übertragenen digitalen Signale erlaubt, besteht bei der Übertragung von sicherheitsrelevanten Informationen die Möglichkeit, die übertragenen digitalen Signale nur dann an eine nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung weiterzugeben, wenn gewährleistet ist, daß die Übertragung der digitalen Signale mit besonders hoher Übertragungsqualität erfolgte. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß fehlerhafte Informationen, die möglicherweise zu Gefahrensituationen führen könnten, die nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung erreichen.

Insbesondere für den Einsatz der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung in einer Umgebung mit physikalischen Übertragungswegen, die besonders störanfällig sind, stellt dies eine Möglichkeit dar, die korrekte Übertragung von digitalen Signalen sicherzustellen. Für eine weitere Sicherung der korrekten Übertragung von digitalen Signalen besteht bei der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung die Möglichkeit, Fehlerkorrekturberechnungen bzw. Fehlererkennungsberechnungen auf die empfangene Folge von digitalen Signalen anzuwenden.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der Signalverarbeitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der Bewertungseinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild der Rahmendetektoreinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der Berechnungseinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild der Zeitgebereinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 7 ein schematisches Schaltbild der Schnittstelleneinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Struktur eines Informationssegmentes, welches durch eine Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 1 empfangen wird;
Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer Codierungseinrichtung zur Codierung der digitalen Signale für den Empfang durch eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung;
Fig. 10 ein schematisches Schaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung;
Fig. 11 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausgabeeinrichtung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung gemäß Fig. 10;
Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 weist eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung 1 eingangsseitig eine Signalverarbeitungseinrichtung 10 auf, wobei der erste Eingang 2 der Empfangsvorrichtung mit dem ersten Eingang 101 der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist und der zweite Eingang 3 der Empfangsvorrichtung mit dem zweiten Eingang 102 der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Ein externes, am ersten Eingang 2 der Empfangsvorrichtung zur Verfügung gestelltes, elektrisches Signal wird somit von der Signalverarbeitungseinrichtung 10 abgetastet. Ein zweites, am zweiten Eingang 3 der Empfangsvorrichtung zur Verfügung gestelltes, elektrisches Signal wird ebenfalls von der Signalverarbeitungseinrichtung 10 abgetastet.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 10 weist eine Verstärkungseinrichtung 12 auf, die den Pegel des am ersten Eingang 101 der Signalverarbeitungseinrichtung abgetasteten Signals anhebt. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung kann frei gewählt werden und beträgt bevorzugt 200, 500, 1000, 2000, 4000, besonders bevorzugt 2000.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 10 weist weiterhin eine Konvertierungseinrichtung 11 auf, die den Pegel des abgetasteten und verstärkten elektrischen Signals mit einer durch eine Zeitgebereinrichtung 50 definierten Abtastrate, oder auch Samplingrate, fortlaufend abtastet und den abgetasteten Pegel in Form eines digitalen Wertes am Datenausgang 105 der Signalverarbeitungseinrichtung 10 dargestellt. Die Auflösung des digitalen Wertes ist dabei abhängig von der verwendeten Konvertierungseinrichtung 11 und beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung 4 Bit. Der digitale Wert des Signalpegels liegt somit in einem Bereich der die Werte 0 bis 15 umfaßt. Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung kann jedoch auch mit Konvertierungseinrichtungen mit höheren oder niedrigeren Auflösungen arbeiten. Das der Abtastrate zugrunde liegende, durch die Zeitgebereinrichtung 50 erzeugte elektrische Zeittaktsignal wird über den Zeittakteingang 104 der Signalverarbeitungseinrichtung an die Konvertierungseinrichtung 11 weitergegeben. Die Abtastrate für die Konvertierung des elektrischen Signals kann frei gewählt werden und beträgt vorzugsweise 32768 Hz.
Darüber hinaus weist die Signalverarbeitungseinrichtung 10 eine dritte Vergleichseinrichtung 13 auf, die den Pegel des zweiten extern zur Verfügung gestellten elektrischen Signals abtastet und mit einem Referenzpegel vergleicht. Der Referenzpegel wird durch die Referenzpegeleinrichtung 14 erzeugt und kann ebenfalls frei gewählt werden. Liegt der Pegel des zweiten abgetasteten Signals über dem Referenzpegel, so gibt die dritte Vergleichseinrichtung 13 einen Signalintensitätswert in Form eines logischen WAHR-Wertes aus, welcher am Signalintensitätsausgang 106 der Signalverarbeitungseinrichtung dargestellt wird.
Sowohl die Konvertierungseinrichtung 11 als auch die Verstärkungseinrichtung 12, die dritte Vergleichseinrichtung 13 und die Referenzpegeleinrichtung 14 sind mit dem Steuerungseingang 103 der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden. Über den Steuerungseingang 103 erhält die Signalverarbeitungseinrichtung 10 Steuerungsbefehle, durch welche die Komponenten der Signalverarbeitungseinrichtung 10 ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Außerdem weist die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung 1 eine Zeitgebereinrichtung 50 auf. Der Zeitbasiseingang 501 der Zeitgebereinrichtung steht mit dem Zeitbasiseingang 6 der Empfangsvorrichtung in Verbindung. Auf diese Weise kann ein Zeitgeber 51 der Zeitgebereinrichtung 50 mit einem von außerhalb der Empfangsvorrichtung 1 zur Verfügung gestellten Zeittaktsignal synchronisiert werden. Das von dem Zeitgeber 51 erzeugte Zeittaktsignal wird am Zeittaktausgang 503 der Zeitgebereinrichtung dargestellt. Über den Steuerungseingang 502 der Zeitgebereinrichtung erhält der Zeitgeber 51 Steuerungsbefehle, durch welche die Erzeugung des Zeittaktsignals ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung 1 weist weiterhin eine Bewertungseinrichtung 20 auf, deren Dateneingang 201 mit dem Datenausgang 105 der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Die Bewertungseinrichtung 20 weist eine Bestimmungseinrichtung 21 auf, die auf der Basis eines oder mehrerer am Dateneingang 201 der Bewertungseinrichtung dargestellter digitaler Werte einen Binärwert ermittelt. Die Bestimmungseinrichtung 21 ist vorzugsweise für die Ermittlung von Binärwerten aus einer Folge von digitalen Werten, die ein nach dem Verfahren der differenziellen binären Phasenumtastung moduliertes elektrisches Signal darstellen, geeignet. Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung kann jedoch auch mit Bestimmungseinrichtungen arbeiten, die für die Ermittlung von Binärwerten aus Folgen von digitalen Werten, welche nach anderen Modulationsverfahren, vorzugsweise Phasenmodulationsverfahren, vorzugsweise Verfahren zur differenziellen Antipodalmodulation, modulierte elektrische Signale darstellen, geeignet sind.
Die Bestimmungseinrichtung 21 erhält über den Zeittakteingang 202 ebenfalls das von der Zeitgebereinrichtung 50 erzeugte elektrische Zeittaktsignal. Dadurch ist eine synchronisierte Funktion der Konvertierungseinrichtung 11 und der Bestimmungseinrichtung 21 gewährleistet.
Weiterhin erhält die Bestimmungseinrichtung 21 über den Bestimmungsbasiseingang 208 einen Bestimmungsbasiswert, der die Anzahl der. Schwingungen des elektrischen Signals, die der Ermittlung eines Binärwertes zugrunde gelegt werden, angibt. Der Bestimmungsbasiswert kann frei gewählt werden und beträgt vorzugsweise 1, 2, 4 oder 8. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Ermittlung von Binärwerten also vorzugsweise 1, 2, 4 oder 8 Schwingungen des digital dargestellten elektrischen Signals zugrunde gelegt.
Die Bestimmungseinrichtung 21 gibt die ermittelten Binärwerte an die erste Vergleichseinrichtung 22 weiter. Darüber hinaus gibt die Bestimmungseinrichtung 21 ein zweites Zeittaktsignal an die erste Vergleichseinrichtung 22 weiter. Die Frequenz des zweiten Zeittaktsignals ist gegenüber der Frequenz des Zeittaktsignals der Zeitgebereinrichtung 50 um einen Faktor, der proportional zu dem Bestimmungsbasiswert ist, reduziert. Dieses zweite Zeittaktsignal regelt die Geschwindigkeit der Verarbeitung der von der Bestimmungseinrichtung ermittelten Binärwerte durch die nachfolgenden Komponenten. Auf diese Weise ist eine Veränderung der internen Verarbeitungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung 1 durch eine Variation des Bestimmungsbasiswertes möglich.
Die erste Vergleichseinrichtung 22 steht mit dem Dateneingang 201 sowie mit dem Zeittakteingang 202 der Bewertungseinrichtung in Verbindung. Die erste Vergleichseinrichtung 22 gibt die von der Bestimmungseinrichtung 21 ermittelten Binärwerte sowie das zweite Zeittaktsignal an den Datenausgang 203 der Bewertungseinrichtung bzw. den Zeittaktausgang 204 der Bewertungseinrichtung weiter. Weiterhin faßt die erste Vergleichseinrichtung 22 die einem durch die Bestimmungseinrichtung 21 ermittelten Binärwert zugrunde gelegten digitalen Werte durch eine mathematische Operation zusammen. Das Ergebnis dieser Zusammenfassung wird von der ersten Vergleichseinrichtung 22 mit einem über den Bitqualitätsminimumseingang 207 der Bewertungseinrichtung anliegenden Bitqualitätsminimalwert verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird am Bitqualitätswertsausgang 205 der Bewertungseinrichtung, dem jeweiligen am Datenausgang 203 dargestellten Binärwert zugeordnet, ausgegeben. Der jeweilige Bitqualitätswert kennzeichnet die von der Bewertungseinrichtung 20 ausgegebenen Binärwerte hinsichtlich der Qualität des ihrer Ermittlung zugrunde liegenden elektrischen Signals.
Über den Steuerungseingang 206 der Bewertungseinrichtung erhält die erste Vergleichseinrichtung 22 Steuerungsbefehle, durch welche die Funktion der ersten Vergleichseinrichtung ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Die am Datenausgang 203 der Bewertungseinrichtung ausgegebenen Binärwerte werden an den Dateneingang der Rahmendetektoreinrichtung 30 weitergegeben. Darüber hinaus werden die den Binärwerten zugeordneten am Bitqualitätswertsausgang 205 der Bewertungseinrichtung ausgegebenen Bitqualitätswerte an den Bitqualitätswertseingang 303 der Rahmendetektoreinrichtung weitergegeben. Das am Zeittaktausgang 202 der Bewertungseinrichtung ausgegebene zweite Zeittaktsignal wird an den Zeittakteingang 302 der Rahmendetektoreinrichtung weitergegeben.
Gemäß Fig. 4 weist die Rahmendetektoreinrichtung 30 eine Detektionseinrichtung 32 sowie eine zweite Vergleichseinrichtung 31 auf. Die Detektionseinrichtung 32 erhält sowohl das am Zeittakteingang 302 anliegende Zeittaktsignal, als auch den bzw. die am Dateneingang 301 anliegenden Binärwerte. Darüber hinaus erhält die Detektionseinrichtung über den Rahmenbitmustereingang 305 ein vorgegebenes Rahmenbitmuster. Die Detektionseinrichtung 31 überprüft eine von der Bewertungseinheit ausgegebenen Folge von Binärwerten, einer sog. Bitfolge, hinsichtlich des Auftretens des vorgegebenen Rahmenbitmusters. Wird in der Bitfolge das vorgegebene Rahmenbitmuster zumindest teilweise erkannt, so gibt die Detektionseinrichtung 32 die Anzahl der übereinstimmenden Binärwerte des Rahmenbitmusters mit der Bitfolge an eine Steuerungseinrichtung 33 weiter.
Die zweite Vergleichseinrichtung 31 vergleicht die Anzahl der den jeweiligen Binärwerten des erkannten Rahmenbitfolge zugeordneten Bitqualitätswerte, die eine hohe Qualität des jeweiligen Binärwertes kennzeichnen, mit einem am Rahmenqualitätswertseingang 304 anliegenden Rahmenqualitätswert. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird von der zweiten Vergleichseinrichtung in Form eines logischen Wertes an die logische Verknüpfungseinrichtung 34 weitergegeben. Der Steuerungseingang 306 der Rahmendetektoreinrichtung ist ebenfalls mit der logischen Verknüpfungseinrichtung 34 verbunden.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet in der logischen Verknüpfungseinrichtung eine UND-Verknüpfung der anliegenden Signale statt. Es ist jedoch auch jede weitere logische Verknüpfung wie z. B. ODER, Exklusiv ODER oder NICHT durch die logische Verknüpfungseinrichtung denkbar.
Das Ergebnis der logischen Verknüpfung des Rahmenqualitätswertes mit dem ebenfalls logischen Rahmendetektionssteuerungssignal wird an die Steuerungseinrichtung 33 weitergegeben.
Die Steuerungseinrichtung 33 vergleicht die Anzahl der Übereinstimmenden Binärwerte des Rahmenbitmusters und der Bitfolge mit einem am Rahmenerkennungsgenauigkeitseingang 311 anliegenden Wert. Liegt die Zahl der Übereinstimmungen über dem Rahmenerkennungsgenauigkeitswert und liefert die logische Verknüpfungseinheit einen logischen WAHR-Wert, so gibt die Steuerungseinheit einen logischen WAHR-Wert an den Rahmenerkennungszustandsausgang 310 der Rahmendetektoreinrichtung aus und stellt eine Verbindung des Dateneingangs 301 der Rahmendetektoreinrichtung mit dem Datenausgang 309 sowie eine Verbindung des Zeittakteingangs 302 der Rahmendetektoreinrichtung mit dem Zeittaktausgang 308 her.
Die Verbindung des Dateneingangs 301 mit dem Datenausgang 309 sowie des Zeittakteingangs 302 mit dem Zeittaktausgang 308 wird solange aufrecht erhalten, bis die Steuerungseinrichtung 33 ein Rücksetzsignal über den Rücksetzsignaleingang 307 der Rahmendetektoreinrichtung erhält. Gleichzeitig mit der Steuerungseinrichtung 33 erhält auch die Detektionseinrichtung 32 ein Rücksetzsignal, so daß die Erkennung des am Rahmenbitmustereingang anliegenden Rahmenbitmusters erneut beginnt.
Die Funktion der Rahmendetektoreinrichtung 30 entspricht somit der eines selektiven Schaltelementes, welches ein Rahmenbitmuster in einer Bitfolge zumindest teilweise erkennt und die dem Rahmenbitmuster nachfolgenden Binärwerte sowie das Zeittaktsignal von den Eingängen der Rahmendetektoreinrichtung 301, 302 an die Ausgänge 309, 308 unverändert weitergibt. Diese Weitergabe wird unterbunden, sobald die Rahmendetektoreinrichtung 30 ein von außen zugeführtes Rücksetzsignal erhält.
Die am Datenausgang 309 bzw. am Zeittaktausgang 308 der Rahmendetektoreinrichtung ausgegebenen Signale werden an den Dateneingang 401 bzw. den Zeittakteingang 402 der Berechnungseinrichtung 40 weitergegeben.
Die Berechnungseinrichtung 40 weist eine Decodierungseinrichtung 41 auf, welche die Folie von Binärwerten decodiert. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet vorzugsweise eine Decodierung einer Bitfolge, die durch einen Faltungscode codiert ist, statt. Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung kann jedoch auch mit Decodierungseinrichtungen arbeiten, die eine nach einem Hamming-Code, einen zyklischen Hamming-Code, einen Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Code, einen Reed- Solomon-Code, einem Turbo-Code oder anderen Codierungsverfahren codierte Bitfolge decodiert.
Für die Decodierung der Bitfolge durch die Decodierungseinrichtung 41 der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bitfolge in einen Strom bestehend aus jeweils einem Paar eines Datenbits und einem diesem Datenbit folgenden Codebit kodiert. Es ist jedoch jegliche andere Anordnung von Daten- bzw. Codebits in der Bitfolge möglich.
Die Decodierung des Faltungscodes erfolgt vorzugsweise gemäß den Generatorpolynomen G₁(x) = a₀ + a₁.x + a₂.x⁴ + a₃.x⁶ und G₂(x) - 1, wobei a_i ∈ {0, 1} gilt und wobei "+" innerhalb der beschriebenen Vorschrift vorzugsweise eine modulo-2-Addition darstellt. Für die Koeffizienten a₀, a₁, a₂ und a₃ gilt gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, daß a₀ = a₁ = a₂ = a₃ = 1. Darüber hinaus ist jedoch die Verwendung anderer Generatorpolynome mit entsprechenden Koeffizienten möglich.
Die Berechnungseinrichtung 40 gibt die durch die Decodierungseinrichtung 41 decodierte Bitfolge abhängig von dem Wert des Steuerungssignals, welches am Steuerungseingang 403 der Berechnungseinrichtung anliegt, an den Datenausgang 405 bzw. den Zeittaktausgang 404 weiter. Ist der logische Wert des Steuerungssignals am Steuerungseingang 403 FALSCH, werden die am Dateneingang 401 bzw. am Zeittakteingang 402 anliegenden Signale ohne eine weitere Berechnung durch die Decodierungseinrichtung 41 an den Datenausgang 405 bzw. den Zeittaktausgang 404 weitergegeben. Für einen WAHR-Wert des Steuerungssignals erfolgt die Ausgabe der von der Decodierungseinrichtung decodierten Bitfolge an den Datenausgang 405 bzw. den Zeittaktausgang 404.
Die am Datenausgang 405 der Berechnungseinrichtung ausgegebene Bitfolge wird an den Dateneingang 605 der Schnittstelleneinrichtung 60 weitergegeben. Das am Zeittaktausgang 404 der Berechnungseinrichtung ausgegebene Zeittaktsignal wird an den Zeittakteingang 604 der Schnittstelleneinrichtung 60 weitergegeben.
Die Schnittstelleneinrichtung 60 speichert die durch die Berechnungseinrichtung 40 ausgegebenen Bitfolge in einer ersten Speichereinrichtung 61.
Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung 1 weist weiterhin eine erste Ausgabeeinheit 90 auf, welche die Bitfolge am Ausgang der Bewertungseinrichtung 20, am Ausgang der Rahmendetektoreinrichtung 30 und/oder am Ausgang der Berechnungseinrichtung 40 abtastet. Die erste Ausgabeeinrichtung 90 ist mit dem ersten Ausgang 4 der Empfangsvorrichtung 1 verbunden und gibt die abgetasteten Bitfolgen in einer zyklischen Reihenfolge am ersten Ausgang 4 aus. Die Ausgabeeinrichtung 90 tastet sowohl das ausgegebene Datensignal als auch das ausgegebene Zeittaktsignal der jeweiligen Komponenten ab und gibt beide Signale über den ersten Ausgang 4 aus. Auf diesem Weg ist eine externe Weiterverarbeitung der empfangenen digitalen Signale nach unterschiedlichen Verarbeitungsschritten durch die Empfangsvorrichtung 1 möglich. Dadurch ist es beispielsweise möglich eine Diagnose von Fehlfunktionen der Empfangsvorrichtung 1 durchzuführen. Weiterhin ist auf diesem Weg eine adaptive Anpassung einzelner Parameter der Empfangsvorrichtung wie z. B. des Rahmenqualitätsminimums, des Bitqualitätsminimums und/oder des Rahmenerkennungsgenauigkeitswertes während des Betriebs der Empfangsvorrichtung möglich.
Die Schnittstelleneinrichtung 60 weist neben der ersten Speichereinrichtung 61 eine zweite Speichereinrichtung 62, eine Zähleinrichtung 64, eine Kontrolleinrichtung 65 sowie eine Schnittstellensteuerungseinrichtung 63 auf. Der Ausgang der Schnittstelleneinrichtung ist mit dem Schnittstellenausgang 5 der Empfangsvorrichtung verbunden und umfaßt einen Interruptkanal 615 und einen Datenein-/-ausgabekanal 614. Der Schnittstellenausgang 5 der Empfangsvorrichtung ist vorzugsweise mit einer Mikroprozessoreinrichtung verbunden.
Die Zähleinrichtung 64 erhält den von der Signalverarbeitungseinrichtung 10 ausgegebenen logischen Signalintensitätswert über den Signalintensitätseingang 603. Jedes Mal, wenn der Signalintensitätswert WAHR ist, wird die Zähleinrichtung 64 um den Wert 1 inkrementiert und der Wert der Zähleinrichtung 64nach dem Empfang einer Bitfolge ebenfalls in der Speichereinrichtung 61 gespeichert. Dieser Wert steht in direktem Zusammenhang mit der empfangenen Signalintensität und läßt beispielsweise einen Schluß auf den Abstand der Empfangsvorrichtung vom Sender zu.
Die Schnittstelleneinrichtung 60 gibt die von der Empfangsvorrichtung 1 empfangene Bitfolge sowie den gespeicherten Wert der Zähleinrichtung 64 vorzugsweise an die Mikroprozessoreinrichtung aus. Die Schnittstellensteuerungseinrichtung 63 steuert dabei die Ausgabe der in der Speichereinrichtung 61 gespeicherten Bitfolge über den Datenein-/-ausgabekanal 614 an die nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung. Weiterhin steuert die Schnittstellensteuerungseinrichtung 63 den Empfang von Steuerungsparametern wie beispielsweise den Wert für das Rahmenqualitätsminimum, den Wert für das Bitqualitätsminimum, das Rahmenbitmuster, den Wert für die Rahmenerkennungsgenauigkeit und/oder den Wert für die Bestimmungsgenauigkeit und speichert diese Werte in der zweiten Speichereinrichtung 62.
Das von der Rahmendetektoreinrichtung 30 am Rahmenerkennungszustandsausgang 310 ausgegebene Signal liegt am Rahmenerkennungszustandseingang 601 der Schnittstelleneinrichtung 60 an und löst über die Kontrolleinrichtung 65 bei der Schnittstellensteuerungseinrichtung die Ausgabe eines Interruptsignals über den Interruptkanal 615 der Schnittstelleneinrichtung 60 aus. Die Ausgabe dieses Interruptsignals informiert die nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung darüber, daß eine Bitfolge empfangen und erkannt wurde und daß die Empfangsvorrichtung 1 diese Bitfolge in der ersten Speichervorrichtung 61 zur Ausgabe an die Mikroprozessoreinrichtung bereit hält.
Nach der erfolgreichen Übertragung der in der ersten Speichereinrichtung 61 gespeicherten Bitfolge an die nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung gibt die Schnittstellensteuerungseinrichtung 63 ein Signal an die Kontrolleinrichtung 65 aus. Die Kontrolleinrichtung 65 gibt daraufhin ein Rücksetzsignal an den Rücksetzsignalausgang 602 der Schnittstelleneinrichtung 60 aus, der mit dem Rücksetzsignaleingang 307 der Rahmendetektoreinrichtung 30 verbunden ist. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung wird das Rücksetzsignal außerdem an die Zähleinrichtung 64 weitergegeben um diese auf den Wert 0 zurückzusetzen.
Die in der zweiten Speichereinrichtung 62 gespeicherte Werte stehen über die Ausgänge 606 bis 613 mit den Komponenten der Empfangsvorrichtung in Verbindung. Der Rahmenerkennungsgenauigkeitswert wird über den Rahmenerkennungsgenauigkeitsausgang 606 an den Rahmenerkennungsgenauigkeitseingang 311 der Rahmendetektoreinrichtung 30 weitergegeben. Das vorgegebene Rahmenbitmuster wird über den Rahmenbitmusterausgang 607 an den Rahmenbitmustereingang 305 der Rahmendetektoreinrichtung 30 weitergegeben. Der Bitqualitätsminimalwert wird über den Bitqualitätsminimumsausgang 608 an den Bitqualitätsminimumseingang 207 der Bewertungseinrichtung 20 weitergegeben. Der Rahmenqualitätsminimalwert wird über den Rahmenqualitätsminimumsausgang 609 an den Rahmenqualitätsmimumseingang 304 der Rahmendetektoreinrichtung 30 weitergegeben. Der Bestimmungsbasiswert wird über den Bestimmungsbasisausgang 613 an den Bestimmungsbasiseingang 208 der Bewertungseinrichtung 20 ausgegeben. Der Rahmenerkennungssteuerungswert wird über den Rahmenerkennungssteuerungsausgang 610 an den Steuerungseingang 306 der Rahmendetektoreinrichtung 30 ausgegeben. Der Decodierungssteuerungswert wird über den Decodierungssteuerungsausgang 611 an den Steuerungseingang 403 der Berechnungseinrichtung 40 weitergegeben. Der Komponentensteuerungswert wird über den Komponentensteuerungsausgang 612 an den Steuerungseingang 103 der Signalverarbeitungseinrichtung 10 sowie an den Steuerungseingang 602 der Bewertungseinrichtung 20 sowie an den Steuerungseingang 502 der Zeitgebereinrichtung 50 weitergegeben.
Ein von der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfangene Informationssegment weist gemäß Fig. 8 eine Struktur auf, die aus 5 Teilsegmenten besteht. Ein erstes Teilsegment 701 des Informationssegmentes stellt eine Eingangssequenz dar, die der Erkennung des Informationssegmentanfangs dient. Ein zweites Teilsegment 702 stellt das Rahmenbitmuster des jeweils übertragenen Informationssegmentes dar und kennzeichnet so den logischen Übertragungskanal, dem dieses Informationssegment zuzuordnen ist. Ein viertes Teilsegment 704 enthält die zu übertragenden digitalen Informationen des Informationssegmentes. Ein drittes Teilsegment 703 enthält Informationen über die Länge des vierten Teilsegmentes. Ein fünftes Teilsegment 705 stellt eine Ausgangssequenz dar, die sowohl der Erkennung des Informationssegmentendes, als auch der Rücksetzung der Decodierungseinrichtung 41 in den Grundzustand dient. Für den Fall des Empfangs von uncodierten Signalen kann demnach auf die Verwendung des fünften Teilsegmentes 705 verzichtet werden, ohne daß die Funktion der Empfangsvorrichtung eingeschränkt ist.
Die von der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfangenen Bitfolgen sind vorzugsweise durch ein Verfahren gemäß Fig. 9 codiert. Für jeden am Eingang einer Codierungseinrichtung 80 anliegenden Binärwert wird dabei von der Codierungseinrichtung 80 ein Paar bestehend aus dem Binärwert selbst und einem Codewert erzeugt, wobei der Codewert am Codewertausgang 803 und der Binärwert am Binärwertausgang 802 dargestellt wird. Die Berechnung des Codewertes erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Folge von sechs 1-Bit-Schieberegistern 81, wobei jeweils der Wert des ersten, des vierten und des sechsten Registers mit dem Binärwert durch eine modulo-2- Addition 82 verknüpft wird.
Gemäß Fig. 10 weist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung 100 eine zweite Ausgabeeinrichtung 91 auf, die von der Schnittstelleneinrichtung 60 ausgegebene Bitfolgen an einen zweiten Ausgang 7 der Empfangseinrichtung ausgibt. Die von der Schnittstelleneinrichtung 60 ausgegebenen Bitfolgen sind dabei entweder von der Mikroprozessoreinrichtung empfangene Bitfolgen, oder aber von der Schnittstelleneinrichtung 60 gespeicherte Bitfolgen. Die Ausgabe der Bitfolgen erfolgt dabei auch unabhängig von der Mikroprozessoreinrichtung, beispielsweise nach Empfang einer zu bestätigenden Bitfolge durch die Empfangsvorrichtung 1.
Die zweite Ausgabeeinrichtung 91 weist eine Codierungseinrichtung 907 auf, welche die am Eingang 905 der zweiten Ausgabeeinrichtung anliegende Bitfolge nach einem oder mehreren der oben genannten Verfahren codiert. Gemäß der weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung wird die Bitfolge nach dem in Fig. 8 beschriebenen Verfahren codiert. Weiterhin weist die zweite Ausgabeeinrichtung 91 eine Modulationseinrichtung 908 auf, welche die Bitfolge nach einem Modulationsverfahren, vorzugsweise einem Phasenmodulationsverfahren, vorzugsweise nach dem Verfahren der differenziellen binären Phasenumtastung moduliert. Zusätzlich weist die zweite Ausgabeeinrichtung eine zweite Verstärkungseinrichtung 909 auf, welche das von der Modulationseinrichtung modulierte Signal verstärkt und an den Ausgang 906 der zweiten Ausgabeeinrichtung weitergibt.

Claims

1. Empfangsvorrichtung für elektrische Signale bestehend aus:
wenigstens einem ersten Eingang (2) zur Abtastung eines extern zur Verfügung gestellten elektrischen Signals,
wenigstens einer Konvertierungseinrichtung (11), welche den Pegel des abgetasteten elektrischen Signals als digitalen Wert darstellt,
wenigstens einer Bewertungseinrichtung (20), welche aus diesem digitalen Wert oder einer Folge dieser digitalen Werte einen Binärwert ermittelt,
wenigstens einer Berechnungseinrichtung (40), welche auf eine Folge von Binärwerten fallweise Rechenoperationen anwendet,
wenigstens einer ersten Speichereinrichtung (61), welche diese Folge von Binärwerten speichert,
wenigstens einer Schnittstelleneinrichtung (60), welche die gespeicherte Folge von Binärwerten an eine nachgeschaltete Mikroprozessoreinrichtung überträgt, und welche von der Mikroprozessoreinrichtung einen oder mehrere Steuerungsbefehle zur Steuerung der Schnittstelleneinrichtung (60) empfängt,
wenigstens einer Zeitgebereinrichtung (50), welche eine Folge von elektrischen Taktsignalen zur synchronisierten Funktion der Konvertierungseinrichtung (11) sowie der Bewertungseinrichtung (20) erzeugt,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine erste Vergleichseinrichtung (22), welche den oder die digitalen Werte bewertet, vorzugsweise statistisch bewertet, und das Ergebnis dieser Bewertung mit einem ersten vorgegebenen Wert vergleicht, und dieses erste Vergleichsergebnis dem von der Bewertungseinrichtung (20) ermittelten Binärwert zuordnet,
wenigstens eine Detektionseinrichtung (32), welche in einer Folge von Binärwerten zumindest einen Teil einer vorgegebenen Folge von Binärwerten erkennt,
eine zweite Vergleichseinrichtung (31), welche die ersten Vergleichsergebnisse, die der zumindest teilweise erkannten Folge von Binärwerten zugeordnet sind, mit einem zweiten vorgegebenen Wert vergleicht,
wenigstens eine Steuerungseinrichtung (33), welche die Weiterverarbeitung einer Folge von Binärwerten durch die Berechnungseinrichtung (40) und/oder die erste Speichereinrichtung (61) und/oder die Schnittstelleneinrichtung (60) fallweise steuert, wenn die Detektionseinrichtung (32) in einer Folge von Binärwerten eine vorgegebene Folge von Binärwerten zumindest teilweise erkennt und die zweite Vergleichseinrichtung für den Vergleich der ersten Vergleichsergebnisse, welche der zumindest teilweise erkannten Folge von Binärwerten zugeordnet sind, mit einem zweiten vorgegebenen Wert ein wahres Ergebnis liefert.

2. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen zweiten Eingang (3), dem mindestens eine dritte Vergleichseinrichtung (13) nachgeschaltet ist, welche den absoluten Signalpegel des abgetasteten Signals mit einem dritten vorgegebenen Wert vergleicht.

3. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Vergleiches des absoluten Signalpegels des abgetasteten Signals mit dem dritten vorgegebenen Wert fallweise in der ersten Speichereinrichtung (61) gespeichert wird.

4. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Eingang (2) und die Konvertierungseinrichtung (11) wenigstens eine Verstärkungseinrichtung (12) geschaltet ist, welche den Pegel des abgetasteten elektrischen Signals anhebt.

5. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung (12) variabel ist, vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die insbesondere 200, 400, 500, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000 enthält.

6. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abgetastete elektrische Signal ein phasenmoduliertes Signal ist, vorzugsweise ein differenziell antipodal moduliertes Signal ist, vorzugsweise ein durch differenzielle binäre Phasenumtastung moduliertes Signal ist.

7. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der für die Ermittlung eines Binärwertes verwendeten Schwingungen des elektrischen Signals variabel ist, vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die insbesondere 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 enthält.

8. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Binärwerte in einer Folge von Binärwerten variabel ist, vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die insbesondere 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096 enthält.

9. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Komponenten fallweise aus- bzw. eingeschaltet sind, vorzugsweise eine oder mehrere aus einer Gruppe ausgewählte Komponenten, die insbesondere die Konvertierungseinrichtung (11), die Bewertungseinrichtung (20), die Berechnungseinrichtung (40), die Verstärkungseinrichtung (12), die erste Vergleichseinrichtung (22), die dritte Vergleichseinrichtung (13), eine Referenzpegeleinrichtung (14), die Steuerungseinrichtung (33), die Zeitgebereinrichtung (50), eine Bitberechnungseinrichtung (41) enthält aus- bzw. eingeschaltet sind.

10. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine erste Ausgabeeinrichtung (90), welche einen Binärwert oder einer Folge von Binärwerten nach der Bewertungseinrichtung (20) und/oder der Berechnungseinrichtung (40) und/oder einer Rahmendetektoreinrichtung (30) abtastet und an einem ersten Ausgang (4) ausgibt.

11. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichseinrichtung (22) mehrere digitale Werte vor dem Vergleich mit dem ersten vorgegebenen Wert durch eine mathematische Operation miteinander verknüpft und das Ergebnis der Verknüpfung mit dem ersten vorgegebenen Wert vergleicht.

12. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichseinrichtung (31) mehrere der ersten Vergleichsergebnisse, welche der zumindest teilweise erkannten Folge von Binärwerten zugeordneten sind, vor dem Vergleich mit dem zweiten vorgegebenen Wert durch eine mathematische Operation miteinander verknüpft und das Ergebnis der Verknüpfung mit dem zweiten vorgegebenen Wert vergleicht.

13. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (40) mindestens eine Decodierungseinrichtung (41) aufweist, welche die Folge von Binärwerten fallweise decodiert.

14. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Decodierungseinrichtung (41) eine Folge von Binärwerten decodiert, die mit einem oder mehreren Codes codiert sind, welche aus einer Gruppe ausgewählt sind, die insbesondere einen Hamming-Code, einen zyklischen Hamming-Code, einen Faltungs-Code, einen Bose-Chaudhuri-Hocquenghem- Code, einen Reed-Solomon-Code, einem Turbo-Code enthält.

15. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorpolynome des Faltungs-Codes variabel sind, vorzugsweise nach der Vorschrift G₁(x) = a₀ + a₁.x + a₂.x⁴ + a₃.x⁶ und G₂(x) = 1 bestimmt sind, wobei die Koeffizienten a₀, a₁, a₂ und a₃ aus einer Gruppe ausgewählt sind, die 0 und 1 enthält, vorzugsweise durch die Vorschrift a₀ = a₁ = a₂ = a₃ = 1 definiert sind.

16. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtung (60) Steuerungsbefehle zur Steuerung der Komponenten und/oder den ersten vorgegebenen Wert und/oder den zweiten vorgegebenen Wert und/oder den dritten vorgegebenen Wert und/oder die vorgegebene Folge von Binärwerten und/oder eine zweite Folge von Binärwerten empfängt, vorzugsweise von der Mikroprozessoreinrichtung empfängt.

17. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelleneinrichtung (60) die Komponenten steuert und/oder den ersten vorgegebenen Wert und/oder den zweiten vorgegebenen Wert und/oder den dritten vorgegebenen Wert und/oder die vorgegebene Folge von Binärwerten und/oder die zweite Folge von Binärwerten speichert, vorzugsweise in einer zweiten Speichereinrichtung (62) speichert.

18. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Komponenten aus einer Gruppe ausgewählt sind, die insbesondere die Konvertierungseinrichtung (11), die Bewertungseinrichtung (20), die Berechnungseinrichtung (40), die Verstärkungseinrichtung (12), die erste Vergleichseinrichtung (22), die zweite Vergleichseinrichtung (31), die dritte Vergleichseinrichtung (13), die Referenzpegeleinrichtung (14), die Rahmendetektoreinrichtung (30), die Steuerungseinrichtung (33), die Zeitgebereinrichtung (50), die Detektionseinrichtung (32), die Decodierungseinrichtung (41), die erste Speichereinrichtung (61), die zweite Speichereinrichtung (62) enthält.

19. Empfangsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch mindestens eine zweite Ausgabeeinrichtung (91), welche die zweite Folge von Binärwerten mit der vorgegebenen Folge von Binärwerten verknüpft und das Ergebnis der Verknüpfung an einem zweiten Ausgang (7) ausgibt.

20. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgabeeinrichtung (91) mindestens eine Codierungseinrichtung (907) aufweist, welche das Ergebnis der Verknüpfung codiert, vorzugsweise mit einem oder mehreren Codes codiert, welche aus einer Gruppe ausgewählt sind, die insbesondere einen Hamming-Code, einen zyklischen Hamming-Code, einen Faltungs-Code, einen Bose-Chaudhuri- Hocquenghem-Code, einen Reed-Solomon-Code, einem Turbo- Code enthält.

21. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgabeeinrichtung (91) mindestens eine Modulationseinrichtung (908) aufweist, welche das Ergebnis der Verknüpfung phasenmoduliert, vorzugsweise differenziell antipodal moduliert, vorzugsweise durch differenzielle binäre Phasenumtastung moduliert.