DE102006058309A1

DE102006058309A1 - Verfahren zum Übertragen eines Datensignals über einen aktiven Sternkoppler eines Kommunikationssystems

Info

Publication number: DE102006058309A1
Application number: DE200610058309
Authority: DE
Inventors: Juergen Schirmer; Klaus Dostert; Thorsten Huck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-06-12
Also published as: WO2008071506A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Datensignals (40) über einen aktiven Sternkoppler (100) eines Kommunikationssystems mit Sterntopologie, sowie einen aktiven Sternkoppler (100). Das Datensignal (40) wird an einen Eingang des Sternkopplers (100) angelegt und als über den Sternkoppler (100) übertragenes Datensignal (41) an mindestens einem Ausgang des Sternkopplers (100) abgegriffen. Um eine Datenübertragung im Rahmen einer vorgegebenen Protokollspezifikation, insbesondere hinsichtlich der auftretenden asymmetrischen Verzögerungen, auch über komplexe Netzwerkstrukturen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das eingehende Datensignal (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung in dem Sternkoppler (100) von dem übertragenen Datensignal (41) entkoppelt wird und dass die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) in dem Sternkoppler (100) reduziert wird, so dass das übertragene Datensignal (41) eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal (40). Insbesondere wird vorgeschlagen, die Daten des Datensignals (40) mit einem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems zu dekodieren und in einem asynchronen FIFO-Speicher (130) abzulegen und die abgespeicherten Daten mit einem lokalen Takt (134) des Sternkopplers (100) aus dem Speicher auszulesen und für eine weitere Übertragung wieder zu kodieren.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Datensignals über einen aktiven Sternkoppler eines Kommunikationssystems, insbesondere eines FlexRay-Kommunikationssystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen aktiven Sternkoppler eines Kommunikationssystems, insbesondere eines FlexRay-Kommunikationssystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Derartige Sternkoppler sind beispielsweise für FlexRay-Kommunikationssysteme aus der FlexRay-Spezifikation v2.1 bekannt. Der Aufbau und die Funktionsweise gehören zu der spezifizierten physikalischen Schicht (sogenannter Physical Layer) des FlexRay-Kommunikationssystems. Aktive Sternkoppler sind in Kommunikationsnetzen von Bedeutung, in denen sich die Kommunikationsverbindung (zum Beispiel ein Datenbus) aufspaltet, also eine Sterntopologie hat, und ein Datensignal auf mehrere Zweige des Datenbusses aufgeteilt werden soll. Außerdem sind aktive Sternkoppler von Bedeutung, wenn es um die Übertragung von Datensignalen über komplexe Netztopologien und längere Strecken geht, da sie zusätzlich oder alternativ zur Aufteilung des Datensignals auf mehrere Zweige das Signal auch verstärken können.
Ein entsprechender aktiver Sternkoppler (sogenannter Active Star) für den Einsatz in einem FlexRay-Kommunikationssystem wird von der Firma Philips Semiconductors angeboten. In dem bekannten Sternkoppler sind FlexRay-Kommunikations-Controller vom Typ "SJA 2510" gemäß der Spezifikation v2.1 und ein ARM9-Mikrocontroller integriert. An dem bekannten aktiven Sternkoppler sind mehrere Anschlüsse vorgesehen, an die mehrere Zweige der Kommunikationsverbindung angeschlossen sind. Die Anschlüsse können entweder als Eingang für eingehende Datensignale und/oder als Ausgang für abgehende Datensignale konfiguriert werden. Der Sternkoppler weist an jedem Anschluss einen Bus-Treiber zum Verstärken eines ausgehenden Datensignals auf. Ein über einen der Anschlüsse eingehendes analoges Datensignal wird an eine zentrale Verarbeitungslogik des Sternkopplers weitergeleitet, die ein Rechengerät, bspw. in Form eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA), eines Mikrocontrollers oder eines digitalen Signalprozessors (DSP), aufweist.
Die zentrale Verarbeitungslogik digitalisiert das eingehende analoge Datensignal und ermöglicht so eine Weiterverarbeitung des Datensignals (z.B. Überwachungs- und/oder Routerfunktion) in dem aktiven Sternkoppler. Falls in dem Sternkoppler ein Kommunikations-Controller vorgesehen ist, kann dieser in Abhängigkeit von dem Inhalt des in der zentralen Verarbeitungslogik dekodierten eingehenden Datensignals eine Überwachungs- und/oder Routerfunktion übernehmen. Bin ebenfalls optional vorgesehener Bus-Guardian kann den Zugriff des Kommunikations-Controllers des Sternkopplers auf den Datenbus überwachen und/oder steuern. Das in der zentralen Verarbeitungslogik vorhandene eingegangene digitale Datensignal wird über Bus-Treiber (sogenannter Bus Driver), welche die Bitfolge des digitalen Signals in eines oder mehrere analoge Signale zurückwandeln und verstärken, an die Kommunikationsverbindung angelegt.
Die aus dem Stand der Technik von Philips bekannten aktiven Sternkoppler umfassen Bustreiber vom Typ Philips "TJA 1080", die denen von FlexRay-Transceivereinheiten (man spricht hier von FlexRay-Knoten) entsprechen. Der bekannte Sternkoppler ist somit nichts anderes als eine Verknüpfung mehrerer Transceiver zu einem Hub. Ein Hub leitet von einem Teilnehmer (oder Knoten) eines Kommunikationsnetzwerks über einen Zweig der Kommunikationsverbindung eingehende Daten an alle übrigen Teilnehmer des Kommunikationssystems weiter und verstärkt gleichzeitig das weiter zu leitende Signal.
In der Entwicklung der physikalischen Schicht für FlexRay stellt der Bustreiber vom Typ Philips "TJA 1080" den Stand der Technik dar. Zudem wird derzeit der Einsatz einer integrierten Energie- und Datenübertragung angestrebt (FlexRay-PLC; Power Line Communications). Unter Beachtung der FlexRay-Spezifikation wurde ein FlexRay-PLC-System auf Basis eines konditionierten Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug aufgebaut. Gemäß Kapitel 2.1 der FlexRay-Spezifikation "Electrical Physical Layer Specification", Version 2.1 kann jede beliebige physikalische Schicht als FlexRay-Kommunikationskanal eingesetzt werden, so lange die spezifizierten grundlegenden Anforderungen erfüllt werden.
Bei der FlexRay-PLC werden mittels einer DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)-Modulation die Daten auf einen hochfrequenten Träger aufmoduliert und über das Energiebordnetz übertragen. Das konditionierte Bordnetz ermöglicht eine simple Gestaltung des Übertragungssystems, da keine aufwendigen Entzerrer erforderlich sind. Insofern hält sich die digitale Signalverarbeitung in Grenzen, weshalb eine schnelle Datenübertragung von 10 MBit/sec mit einer Übertragungsverzögerung (Propagation Delay) von maximal 2,5 μsec (wie in der FlexRay-Spezifikation gefordert) erzielt werden kann.
Bei FlexRay handelt es sich um ein schnelles, deterministisches und fehlertolerantes Bussystem, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Das FlexRay-Protokoll arbeitet nach dem Prinzip des Time Division Multiple Access (TDMA), wobei den Teilnehmern bzw. den zu übertragenden Botschaften feste Zeitschlitze zugewiesen werden, in denen sie einen exklusiven Zugriff auf die Kommunikationsverbindung haben. Die Zeitschlitze wiederholen sich dabei in einem festgelegten Zyklus, so dass der Zeitpunkt, zu dem eine Botschaft über den Bus übertragen wird, exakt vorausgesagt werden kann und der Buszugriff deterministisch erfolgt.
Um die Bandbreite für die Übertragung von Botschaften auf dem Bussystem optimal zu nutzen, unterteilt FlexRay den Zyklus in einen statischen und einen dynamischen Teil bzw. in ein statisches und ein dynamisches Segment. Die festen Zeitschlitze befinden sich dabei im statischen Teil am Anfang eines Buszyklusses. Im dynamischen Teil werden die Zeitschlitze dynamisch vorgegeben. Darin wird nun der exklusive Buszugriff jeweils nur für eine kurze Zeit, für die Dauer mindestens eines sogenannten Minislots, ermöglicht. Nur wenn innerhalb eines Minislots tatsächlich ein Buszugriff erfolgt, wird der Zeitschlitz um die für den Zugriff benötigte Zeit verlängert. Damit wird Bandbreite also nur verbraucht, wenn sie auch tatsächlich benötigt wird. In FlexRay sind zwei Kanäle vorgesehen. Dabei kommuniziert FlexRay über eine oder zwei physikalisch getrennte Leitungen je Kanal mit einer Datenrate von jeweils maximal 10 Mbit/sec. Selbstverständlich kann FlexRay aber auch mit niedrigeren Datenraten betrieben werden. Die Leitungen der beiden Kanäle entsprechen dabei der physikalischen Schicht, insbesondere des sogenannten OSI (Open System Architecture) Schichtenmodells. Die beiden Kanäle dienen hauptsächlich der redundanten und damit fehlertoleranten Übertragung von Botschaften, wobei die gleichen Daten über beide Kanäle übertragen werden. Alternativ können jedoch über die beiden Kanäle auch unterschiedliche Botschaften übertragen werden, wodurch sich dann die Datenrate in dem FlexRay-Kommunikationssystem verdoppeln könnte. Es ist auch denkbar, dass sich das über die Verbindungsleitungen übertragene Signal aus der Differenz von über die beiden Leitungen übertragenen Signalen ergibt. Schließlich kann für die Datenübertragung auch lediglich ein Kanal genutzt werden, wobei der andere Kanal dann ungenutzt und frei ist. Die physikalische Schicht ist derart ausgestaltet, dass sie eine elektrische aber auch optische Übertragung des oder der Signale über die Leitung(en) oder eine Übertragung auf anderem Wege ermöglicht.
Um synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in dem Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen.
Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein solches Bussystem werden Impulse verzerrt, weil High-to-Low bzw. Low-to-High-Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Wird der gesendete Impuls im Empfänger mit dem dort vorliegenden Abtasttakt (der sogenannter Sampling Rate) mehrfach (zum Beispiel n-mal pro Bit, insbesondere 8-mal pro Bit) abgetastet, so entscheidet die Lage des Abtastpunktes, d.h. die Auswahl genau eines dieser n Abtastwerte, ob das Datum richtig oder falsch abgetastet wird. Das ist insbesondere dann schwierig, wenn der Abtastzeitpunkt auf eine Flanke des Signals Bezug nimmt und relativ dazu auch über viele Perioden des Abtasttaktes mehrere binäre Datenwerte (Bits) des Senders auswertet. Hier wirkt sich zusätzlich zu einer Impulsverzerrung auch noch die Taktfrequenzabweichung zwischen Sender und Empfänger aus. Dabei kann das abzutastende Signal vorbehandelt sein, um zum Beispiel kurzzeitige Störungen auszufiltern. Ein solches Filter kann durch das Auswerten mehrerer Abtastsignale in der zeitlichen Reihenfolge mit einer Mehrheitsentscheidung (sog. Voting) realisiert sein. Insbesondere bei der Spezifikation des FlexRay-Protokolls, in dem es bei n Netzwerkknoten
unterschiedliche Übertragungswege geben kann (jeder denkbare Pfad hat 2 Sender-Empfänger-Kombinationen), hat es sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischen Verzögerungen (das heißt steigende und fallende Flanken breiten sich mit unterschiedlichen Verzögerungen im Netzwerk aus) auf den unterschiedlichen Übertragungswegen zu Problemen beim Timing führen können. Die Verzögerung zwischen steigender und fallender Flanke eines Signals wird auch als Impulsverzerrung bezeichnet.
Asymmetrische Verzögerungen können sowohl systematische als auch stochastische Ursachen haben. Beim FlexRay-Protokoll wirken sich systematische Verzögerungen nur auf die steigenden Flanken aus, da auf die fallenden Flanken synchronisiert wird. Stochastische Verzögerungen haben Auswirkungen sowohl auf die steigenden als auch auf die fallenden Flanken und sind durch Rauschvorgänge oder EMV-Jitter verursacht. Jede Komponente des Netzwerks muss bezüglich der durch sie verursachten asymmetrischen Verzögerung separat untersucht werden, wobei nach dem Stand der Technik die in den einzelnen Komponenten auftretenden Verzögerungen addiert werden müssen, um die asymmetrische Verzögerung des gewählten Übertragungspfads zu erhalten.
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere aktive Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich zudem gezeigt, dass die dort auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll wird mit fallender BSS (Byte Start Sequence)-Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d.h. zurück auf 1 gesetzt. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachen Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller-Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch – wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann – die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung zum 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine entsprechende Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.
Diese Decodierungsfehler können zwar durch geeignete Fehlererkennungsalgorithmen erkannt werden, so dass eine erneute Übertragung des Bits oder des gesamten Datenrahmens veranlasst werden kann. Als Fehlererkennungsalgorithmus kann beispielsweise ein sog. Parity Bit oder ein sog. Cyclic Redundancy Check (CRC) eingesetzt werden. Der Nachteil eines häufigen Ansprechens des Fehlererkennungsalgorithmus liegt jedoch in der damit verbundenen schlechteren Verfügbarkeit des Datenübertragungssystems, da die fehlerhaften Daten bspw. erneut übertragen oder verworfen werden.
Offenbarung der Erfindung
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das FlexRay-Protokoll Vorgaben gemacht werden, die der Physical Layer – zumindest bei komplexen Netztopologien – nicht halten kann. Es hat sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischen Verzögerungen den Aufbau von komplexen Netzwerkstrukturen verbieten, da diese dann nicht mehr den Timing-Anforderungen der FlexRay-Spezifikation entsprechen. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Datenübertragung im Rahmen einer vorgegebenen Protokollspezifikation, insbesondere hinsichtlich der auftretenden asymmetrischen Verzögerungen, auch über komplexe Netzwerkstrukturen zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass in dem Sternkoppler das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt wird und dass in dem Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das ausgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, bei der Übertragung eines Datensignals von einem sendenden Teilnehmer zu einem empfangenden Teilnehmer über eine komplexe Netzwerktopologie mit mindestens einem aktiven Sternkoppler, den aktiven Sternkoppler dahingehend zu erweitern, dass eine deutliche Verringerung, nach Möglichkeit sogar eine Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, welche dem Datensignal bis zum Erreichen des Sternkopplers aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems und dem erfindungsgemäßen aktiven Sternpunkt. Ausgehend von einer deutlich reduzierten asymmetrischen Verzögerung am Ausgang des aktiven Sternkoppler kann dem Datensignal auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen dem aktiven Sternkoppler und dem empfangenden Teilnehmer zwar ein neuer Anteil der asymmetrischen Verzögerung aufgeprägt werden. In der Summe über den gesamten Übertragungspfad betrachtet kann der Einsatz der erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des bei dem empfangenden Teilnehmer eingehenden Datensignals jedoch deutlich reduzieren. In einer Worst Case Betrachtung, die für die Klassifizierung eines Kommunikationssystems erforderlich ist, kann durch die vorliegende Erfindung an jedem erfindungsgemäß ausgebildeten Sternkoppler eine Entkopplung hinsichtlich der Berechnung der maximalen asymmetrischen Verzögerung des Gesamtnetzwerks erzielt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine einfache, sehr effiziente und kostengünstige Reduktion der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke zu erzielen. Dazu ist es ausreichend, wenn einige Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk durch erfindungsgemäße Sternkoppler ersetzt werden. Vorzugsweise werden jedoch alle Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk durch erfindungsgemäße Sternkoppler ersetzt, sofern dies nicht in Konflikt mit der maximal zulässigen Ausbreitungsverzögerung steht. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Akzeptanz von FlexRay erhöht werden, da FlexRay-Kommunikationssysteme bisher auf relativ einfache Netztopologien beschränkt waren, was nunmehr nicht mehr der Fall ist. Mit der Erfindung können auch sehr komplexe Topologien realisiert werden, ohne dass die asymmetrische Verzögerung auf den Übertragungspfaden Werte jenseits des gemäß FlexRay-Spezifikation erlaubten Toleranzfensters erreicht.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. Ihre Vorteile und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung können im einzelnen der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine zentrale Verarbeitungslogik eines erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplers;
2 einen aus dem Stand der Technik bekannten aktiven Sternkoppler;
3 Signalverläufe eines gesendeten Signals und eines empfangenen Signals zur Erläuterung der asymmetrischen Verzögerung;
4 ein Schaltbild eines Zwischenspeichers zum Einsatz in einer zentralen Verarbeitungslogik eines erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplers; und
5 Signalverläufe des Zwischenspeichers aus 4.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 2 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter aktiver Sternkoppler für ein FlexRay-Kommunikationssystem in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Sternkoppler 100 wird in der FlexRay-Protokollspezifikation auch als aktiver Sternpunkt (Active Star) bezeichnet. Der in 2 dargestellte Sternkoppler 100 kann an bis zu vier Zweige einer Kommunikationsverbindung (z.B. eines Datenbusses) angeschlossen werden. Die Kommunikationsverbindung kann eine oder mehrere elektrische Leitungen, eine oder mehrere optische Leitungen oder andersartig ausgebildete Übertragungskanäle, beispielsweise Funkverbindungen, aufweisen.
Der in 2 dargestellte Sternkoppler 100 ist über einen ersten Anschluss 101 und einen zweiten Anschluss 102 jeweils an eine Leitung eines ersten Zweiges der Kommunikationsverbindung (nicht dargestellt) angeschlossen. Über weitere Anschlüsse 103, 104; 105, 106 und 107, 108 kann der aktive Sternkoppler 100 in entsprechender Weise an jeweils zwei Leitungen von weiteren Zweigen der Kommunikationsverbindung angeschlossen werden. Der Sternkoppler 100 könnte also in einem FlexRay-Kommunikationssystem mit einer Kommunikationsverbindung mit Sterntopologie und bis zu vier Zweigen (oder Armen) eingesetzt werden.
Der aktive Sternkoppler 100 weist für jeden der vier Zweige einen eigenen Bus-Treiber (sogenannten Bus Driver, BD) 109, 110, 111, 112 auf. Die Bus-Treiber 109 – 112 entsprechen von ihrer Funktion her einer Sende-Empfangs-Einheit (sogenannter Transceiver). In den Bus-Treibern 109 – 112 wird (zum Empfangen) die Differenz der über die beiden Leitungen der Zweige der Kommunikationsverbindung übertragenen und an den Anschlüssen 101, 102; 103, 104; 105, 106 oder 107, 108 anliegenden Signale gebildet und (zum Senden) für jeden Zweig ein Differenzsignal generiert. Des weiteren wandeln die Bus-Treiber 109 – 112 ein über einen der Zweige eingehendes analoges Datensignal bzw. Differenzsignal in ein digitales Signal zur Weiterverarbeitung in dem Sternkoppler 100 um. Die Bitfolge des empfangenen digitalen Signals wird von den Bus-Treibern 109 – 112 an eine zentrale Verarbeitungslogik 113 weitergeleitet, die ein Rechengerät, das bspw. als ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein Mikrocontroller, ein DSP (Digital Signal Processor), ein CPLD (Complex Programmable Logic Device) oder einfach als eine diskrete Logikschaltung ausgebildet ist, zur Verarbeitung des eingehenden digitalen Datensignals umfasst.
Wahlweise und deshalb gestrichelt dargestellt umfasst der bekannte Sternkoppler 100 einen Kommunikations-Controller (Communication Controller, CC) 114, der die über einen der Bus-Treiber 109 – 112 eingehenden und in der zentralen Verarbeitungslogik 113 vorverarbeiteten Daten weiter verarbeitet und/oder auswertet, um eine Überwachungs- und/oder Routerfunktionalität zu realisieren. Zur Realisierung der Routerfunktion müssen die eingehenden und vorverarbeiteten Daten inhaltlich analysiert werden, um zu ermitteln, für welchen der an den Sternkoppler 100 angeschlossenen Zweige bzw. für welchen der Teilnehmer die über einen der Kanäle eingegangenen Daten bestimmt sind. Diese Information kann in der Regel einem Kopf-Segment (sog. Header) der eingehenden Datenpakete entnommen werden. Falls ein Kommunikations-Controller 114 in dem Sternkoppler 100 vorgesehen ist, sind an dem Sternkoppler 100 ein Empfangs-Anschluss (Receive, RxD) 115, ein Sendeanschluss (Transmit, TxD) 116 und ein Übertragungs-Auslöseanschluss (Transmit Enable, TxEN) 117 vorgesehen, welche an den Kommunikations-Controller 114 geführt sind.
Ebenfalls optional und deshalb gestrichelt dargestellt, umfasst der Sternkoppler 100 eine Überwachungseinheit in Form eines Bus-Guardian 118, welche den Zugriff des Kommunikations-Controllers 114 auf die Kommunikationsverbindung überwacht und/oder steuert. Der Bus-Guardian 118 ist über einen Bus-Guardian-Auslöseanschluss (Bus Guardian Enable BGE) 119 und einen Empfangs-Auslöseanschluss (Receive Enable, RxEN) 120 von außerhalb des Sternkopplers 100 ansteuerbar.
Schließlich umfasst der bekannte aktive Sternkoppler 100 auch eine Versorgungsspannungsquelle 121, an der über einen Anschluss (V_cc) 125 eine Betriebsspannung und über einen weiteren Anschluss 123 (GND) Masse anliegt. Zusätzlich kann ein Spannungsunterbrechungs-Anschluss (Inhibit, INH) 124 und ein Anschluss 122 (V_Bat) vorgesehen sein, an dem eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs anliegt.
Um in dem Kommunikationssystem synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in dem Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen. So verhält es sich auch bei dem bekannten Sternkoppler 100, dessen lokales Taktsignal von einer lokalen Uhr ebenfalls auf den globalen Zeittakt des Kommunikationssystems synchronisiert ist.
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich gezeigt, dass die dort auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll v.2.1 wird mit fallender BSS (Byte Start Sequence)-Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d.h. zurück auf 1 gesetzt. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachen Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller-Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren bzw. Taktsignale/Quarztoleranzen zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch – wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann – die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung beim 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine analoge Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.
Zur Erläuterung des Begriffs der asymmetrischen Verzögerung wird auf 3 verwiesen. Dort ist ein von einem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Signal (TxD) und das entsprechende Signal (RxD), wie es bei einem empfangenden Teilnehmer empfangen wird, dargestellt. Die Verzögerung für steigende Flanken ist mit dem Bezugszeichen 16 und die Verzögerung für fallende Flanken mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Abhängig von der Differenz der Verzögerungen für steigende Flanken 16 und fallende Flanken 18 ergibt sich eine asymmetrische Verzögerung 20 des übertragenen Datensignals auf dem betrachteten Übertragungspfad. Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein Bussystem mit solchen Verzögerungen 16, 18, werden Impulse verzerrt, weil High-to-Low- bzw. Low-to-High-Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Das führt dann letzten Endes zu der asymmetrischen Verzögerung 20.
Um die asymmetrischen Verzögerungen 20 in einem Kommunikationsnetzwerk reduzieren zu können, wird eine Erweiterung des bekannten Sternkopplers 100 dahingehend vorgeschlagen, dass eine Reduzierung bzw. sogar Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, die bis zum Erreichen des Sternkopplers 100 dem Datensignal aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer und dem Sternkoppler 100, während auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen aktivem Sternkoppler 100 und dem empfangenden Teilnehmer ein neuer Anteil an asymmetrischer Verzögerung auf das Datensignal aufgeprägt werden kann.
Insbesondere wird eine Erweiterung des Sternkopplers 100 vorgeschlagen, die zu einer Entkopplung der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke führt. Somit muss für eine Worst Case Betrachtung des asymmetrischen Delays nur noch der Pfad zwischen einem Knoten (bzw. Teilnehmer) und einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler, sowie zwischen zwei erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplern untersucht werden. Das bedeutet, dass sofern die Summe aller auf diesen beiden Teil-Übertragungsstrecken maximal auftretenden asymmetrischen Verzögerungen je Komponente den Grenzwert des maximal zulässigen asymmetrischen Delays nicht verletzt, keine weitere Analyse des späteren Gesamtaufbaus des Kommunikationsnetzwerks erforderlich ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erweiterung des Sternkopplers 100 wird in der zentralen Verarbeitungseinheit 113 implementiert. Eine erweiterte Verarbeitungseinheit 113 ist in 1 dargestellt. Anstelle einer simplen Verzweigungsmatrix zum Steuern der ein- und ausgehenden Signale innerhalb der zentralen Verarbeitungslogik 113, sowie der Überwachung durch den optionalen Bus Guardian 118, wird im erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler eine komplette Transceiverfunktion implementiert. Der Sternkoppler ist also ein echter Teilnehmer des Kommunikationssystems mit einer eigenen lokalen Uhr (Oscillator 132), deren lokales Taktsignal 134 in einer Synchronisationseinheit 136 auf das globale Taktsignal 138 synchronisiert wird.
Einer der Bustreiber 109-112 des erfindungsgemäßen Sternkopplers ist als Empfänger konfiguriert und mindestens ein anderer Bustreiber 109-112 als Sender. In dem Ausführungsbeispiel aus 1 wird das Eingangssignal 10 bspw. von dem Bustreiber 110 empfangen und über den Bustreiber 112 wieder aus dem Sternkoppler 100 ausgesandt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 113 des Sternkopplers weist Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays auf der Übertragungsstrecke auf. Diese Mittel bewirken eine physikalische Trennung des Eingangs (Bustreiber 110) von dem Ausgang (Bustreiber 112) des Sternkopplers, so dass ein über den Sternkoppler zu übertragendes Datensignal 40 nicht mehr direkt von dem empfangenden Bustreiber 110 des Sternkopplers zu dem sendenden Bustreiber 112 übertragen werden kann. Außerdem weist der Sternkoppler 100 Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals 40 auf, so dass das abgehende Datensignal 41 eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal 40.
Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung als auch die Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays als ein Speicherelement 130 ausgebildet, das beispielsweise als ein asynchroner FIFO-Speicher realisiert ist. Ein FIFO ist eine besondere Form eines Schieberegisters. Das gemeinsame Merkmal ist, dass die Daten in der gleichen Reihenfolge am Ausgang des FIFO-Speichers erscheinen, wie sie eingegeben wurden. Das zuerst gelesene Wort (First In) wird wieder zuerst ausgelesen (First Out). Bei einem FIFO-Speicher kann dieser Vorgang im Unterschied zu einem Schieberegister völlig asynchron erfolgen, das heißt der Auslesetakt ist unabhängig vom Einlesetakt.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingehende Datensignal 40 zunächst mit dem global synchronisierten Taktsignal 138 in einer Dekodiereinheit 140 dekodiert. Zum Dekodieren des eingehenden Signals 40 wird dieses Bit für Bit jeweils mehrfach, bspw. 8-fach, überabgetastet. Durch eine Mehrheitsentscheidung über die abgetasteten Signalwerte eines zu verschiedenen Abtastzeitpunkten abgetasteten Datenbits wird der Wert des Datenbits ermittelt. Falls bspw. bei einer 8-fachen Überabtastung sechs Abtastungen den Wert "1" ergeben und lediglich zwei Abtastungen den Wert "0", wird davon ausgegangen, dass die Abtastwerte "0" fehlerhaft sind (bspw. als Folge des asymmetrischen Delays) und dass das Datenbit tatsächlich den Wert "1" hat. Das Datenbit wird mit dem Wert "1" in dem Speicher 130 abgespeichert.
Wie bereits erwähnt, entspricht der Empfangsteil des Sternkopplers dem eines herkömmlichen Knotens, das heißt der Takt wird auf die Empfangsfolge und somit auf den Takt des sendenden Knotens synchronisiert. Aufgrund der im Signal 40 vorkommenden asymmetrischen Verzögerung kann es zu Verschiebungen im Rahmen der Synchronisation kommen. Bevor die Daten in dieser Form wieder auf den Kanal gegeben werden, wird deshalb der asymmetrische Delay aus dem Signal 40 entfernt. Dazu werden die Daten in dem asynchronen FIFO-Speicher 130 zwischengespeichert und anschließend in einer Kodiereinheit 142 mit dem lokalen Systemtakt 134 des aktiven Sternkopplers 100, das heißt nicht mit dem synchronisierten Taktsignal 138 des Kommunikationssystems, erneut kodiert. Der Ausgang des aktiven Sternkopplers entspricht dann wiederum einem sendenden Knoten, der die Daten des Kommunikations-Controllers (CC), in diesem Fall aus dem Zwischenspeicher 130 liest und diese gegebenenfalls verstärkt und über die physikalische Schicht (physical layer) versendet. Die Berechnung des asymmetrischen Delays kann nun wiederum von neuem beginnen, da durch das Auslesen der Sendedaten aus dem Speicher 130 nur noch das asymmetrische Delay des Oszillators 132, das heißt des aktiven Sternkopplers 100 selbst, einen Einfluss auf das Datensignal 41 am Ausgang des Sterns besitzt.
Der Einsatz des asynchronen FIFO-Speichers 130 ist erforderlich, da aufgrund des Frequenzversatzes zwischen dem synchronisierten Takt 138 bzw. dem Takt des sendenden Teilnehmers und dem Takt 134 des aktiven Sterns keine direkte Verbindung von Datenleitungen zulässig ist. Ansonsten könnten bei längeren Datenrahmen aufgrund der beiden asynchron laufenden Taktsignale 134, 138 Übertragungsfehler auftreten. Aus diesem Grund wird der asynchrone FIFO-Speicher 130 als Schnittstelle zwischen den beiden Taktebenen eingesetzt. Der asynchrone FIFO-Speicher 130 kann zum Datenaustausch zwischen komplett unabhängigen Taktdomänen eingesetzt werden. Die Beseitigung des asymmetrischen Delays aus dem Datensignal 40 erkauft man sich durch eine Zwischenspeicherung der Daten und somit durch eine geringfügige Erhöhung der Übertragungsverzögerung (des Propagation Delays). Gemäß der FlexRay-Spezifikation v.2.1 muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verzögerung eines aktiven Sternkopplers zwei Bitzeiten nicht überschreitet, das heißt mit anderen Worten, ein Datenbit darf für maximal 2 Bitzeiten in dem FIFO-Speicher 130 gespeichert werden. Für das Timing eines aktiven Sternkopplers gelten gemäß Spezifikation folgende Grenzwerte:

– Übertragungsverzögerung (sog. Propagation delay) über einen aktiven Sternkoppler: max. 250 ns
– Asymmetrische Verzögerung (sog. Asymmetric propagation delay): max. 8 ns
– Zusätzliche Verkürzung des Datenrahmens (sog. Truncation) durch Einfügen eines aktiven Sternkopplers in einen Übertragungspfad zwischen Knoten M und Knoten N: max. 450 ns

Für die Worst-Case-Betrachtung wird eine 10 MBit/sec-Verbindung betrachtet, da bei niedrigeren Datenraten größere asymmetrische Verzögerungen auftreten dürfen, um trotzdem noch einen fehlerfreien Empfang der übertragenen Daten zu gewährleisten. Wenn man die Übertragungsverzögerung in Bitzeiten für eine 10 MBit/sec-Verbindung ausdrückt, kommt man auf eine maximal zulässige Verzögerung von kleiner oder gleich 2,5 Bitzeiten. Ein Datenbit darf somit für maximal 2 Bitzeiten in dem FIFO-Speicher 130 gespeichert werden, da 3 Bitzeiten bereits zu viel wären. Zu Beginn der Übertragung bzw. des Datenrahmens (sog. Frames) 4,5 Bits verloren gehen -(Truncation).
Herkömmliche FIFO-Speicher dienen zum Speicher von 8 Bit-Datenworten, wobei auch andere Varianten erhältlich sind (vgl. Datenblätter der Hersteller von FIFO-Speichern, bpsw. Texas Instruments, Inc.). Generell erfolgt das Ablegen der Informationen in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (sog. Random Access Memory; RAM). Für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler ist die Speicherung kompletter Datenworte nicht erforderlich. Es reicht aus, jeweils nur ein Bit in einen Speicher abzulegen. Die "Haltbarkeit" der abgelegten Informationen muss ebenfalls nicht sehr lange sein, das heißt der Speicher kann aufgrund der maximal zulässigen Übertragungsverzögerung kurz ausgelegt werden. In dem vorliegenden Fall genügt ein 4 Bit FIFO-Speicher.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein spezielles Speicherkonzept eingeführt. 4 zeigt einen 1-Bit asynchronen FIFO-Speicher 130 in Ringstruktur der Länge 4. Der FIFO-Speicher 130 wurde bewusst als Ringstruktur programmiert, da bei diesem Typ die Durchlaufzeiten im Vergleich zu einem herkömmlichen Schieberegister eine geringere Rolle spielen. Denn bei dieser Art von FIFOs werden nicht die Daten verschoben, sondern lediglich ein Pointer, der auf die abgelegten Daten zeigt. Somit wird allerdings ein Speicher mit separatem Lese- und Schreibtakt benötigt. Der Name Ringspeicher ist auf den Überlauf der Pointer zurück zu führen, da dadurch quasi ein Ring des Speichers entsteht. Die jeweiligen Pointer werden durch Taktteiler 150 bis 154 gewonnen. Die eingehenden Datenbits der dekodierten Empfangsdaten 160 werden nacheinander in den 4 D-Flip-Flops 162 bis 168 abgespeichert. Die Speicherung erfolgt synchron zum synchronisierten Takt 138 mit den Taktsignalen T1 bis T4. Die Auswahl des Flip-Flops 162 bis 168 erfolgt durch eine Vorteilung des synchronisierten Takts 138 um den Faktor 4 und einer um eine Taktzeit verschobenen Ausgabe.
Die Ausgabe der Daten bzw. das erneute versenden und kodieren mit der Kodiereinheit 142 erfolgt dagegen mit dem lokalen Systemtakt 134 des Sternkopplers 100, wie der 4 entnommen werden kann. Die Auswahl der entsprechenden Speicherstelle für den Lesevorgang erfolgt ähnlich der des Schreibvorgangs. Ebenfalls durch eine Teilung des Systemtakts 134 mittels Taktteiler 156 und 158 wird die jeweilig folgende Speicherstelle durch einen Schalter (sog Switch) 170 ausgewählt. Je mehr Speicherzellen der Ringspeicher beinhalten würde, umso größer könnte der zulässige Unterschied in den Taktfrequenzen zwischen synchronisiertem Takt 138 und lokalem Systemtakt 134 ausfallen.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale des 1-Bit asynchronen FIFO-Speichers 130 in Ringstruktur der Länge 4 aus 4, beim Eintreffen eines Datensignals (SOF), nach vorheriger Initialisierung und der nachfolgend beginnenden Zwischenspeicherung der Datenbits.
Das System befindet sich zu Beginn der Signalverläufe aus 5 in einem Standby-Zustand. In diesem Zeitraum werden die Flip-Flops entsprechend der Werte unter der Bezeichnung INIT initialisiert. Danach erfolgt dann der Beginn des Datenrahmens (sog. Datenframe), welcher in der 5 mit SOF (Start of Frame) bezeichnet wurde. In der Zeile "Data In" sind die eingehenden Daten zu erkennen, während zu diesem Zeitpunkt ein synchronisierter Takt ("Clk syn") vorliegt. Zudem besteht hier gemäß der FlexRay-Spezifikation v.2.1 ein zusätzlicher Spielraum von ca. 4 Bits (siehe 3). Durch die Taktteiler werden daraus die entsprechenden Trigger bzw. verzögerten Taktsignale T1 bis T4 gewonnen. In der darauf folgenden Zeile ist mit Pfeilen bezeichnet, welches Bit in welchem positiv flankengetriggertem Register D0 bis D3 abgespeichert wird.
Parallel zur Detektion des Beginns des Datenrahmens (SOF) wird auch der Systemtakt 134 ("Sys-Clk") auf den Ausgang des asynchronen FIFO-Speichers 130 geschaltet. Aufgrund der Initialisierung beginnt dieser die Datenbits um zwei Registerwerte versetzt aus dem Ringspeicher zu lesen. Somit müssen die ersten beiden am Ausgang ("Output") anliegenden Bits (D2, D3) verworfen werden, bevor die ersten Nutzdaten (D0, D1,...) aus dem FIFO-Speicher 130 ausgelesen werden. Anhand, der 5 lässt sich gut erkennen, dass die Übertragungsverzögerung (Propagation delay) durch Einsatz der vorliegenden Erfindung zwar erhöht wurde, jedoch mit einer Dauer von 2 Bitzeiten genau im Bereich des zulässigen Grenzwerts gemäß FlexRay-Spezifikation liegt.
Der Empfänger überabtastet das eingehende Signal gemäß FlexRay-Spezifikation mit der 8-fachen Frequenz der Bitdauer bzw. Symbolrate. Die Abtastfrequenz im Empfänger muss folglich mindestens 80 MHz betragen. Somit ergibt sich alle 12,5 ns ein neuer Abtastwert. Zur Kompensation. des Versatzes zwischen Sender und Empfänger und Abweichungen, die durch den Kanal entstehen, adaptiert der Empfänger die Datenperiode durch Variation der Taktfrequenz. Somit verwendet der Empfänger wahlweise 7, 8 (ideal) oder 9 Taktzyklen, um das eingehende kodierte und abgetastete Signal zurück zu gewinnen.
Durch Begrenzung der maximalen Phasenkorrektur auf 1/8 der gesamten Datenperiode ergibt sich der theoretische Fehler bei der Detektion einer Sollflanke ebenfalls zu 1/8 der Bitdauer. Bei der Berechnung der asymmetrischen Verzögerung eines FlexRay-Kommunikationssystems muss dieser Fehler berücksichtigt werden, was auf eine maximale Verzögerung von 12,5 ns bei einer Abtastfrequenz von 80 MHz führt. Dieser Fehler wird zwar am Eingang des aktiven Sternkopplers 100 durch das vorgeschlagene Konzept herbeigeführt (wie dies übrigens auch in jedem FlexRax-Knoten der Fall ist), jedoch durch das vorgestellte Konzept nicht auf den Sendepfad weitergegeben, sondern durch den Einsatz des asynchronen FIFO-Speichers 130 ebenfalls bereinigt.
Setzt man weiter als maximal zulässigen Frequenzoffset der beiden Taktfrequenzen den Versatz um maximal eine Bitdauer an (wobei durch die Ringstruktur der Länge 4 mit Startversatz um 2 Speicherstellen nach der Initialisierung in positiver wie negativer Versatzrichtung genügend Spielraum für diese Annahme besteht), so ergibt sich die Quarzgüte zu:
mit _rb als Datenrate und N_Frame als Anzahl an Bits pro Datenrahmen (sog. Frame). Ein FlexRay-Datenrahmen beinhaltet laut der Spezifikation maximal 2096 Bits. Für eine Worst-Case Betrachtung ist eben diese maximale Framelänge von Bedeutung wodurch sich eine maximale Frequenztoleranz von
ergibt. Herkömmliche Quarzoszillatoren haben sogar nur einen Toleranzbereich von 100 ppm. Weitere Unsicherheiten wie die der asymmetrischen Verzögerungen auf den relevanten Übertragungsstrecken und der oben beschriebenen Digitalisierung haben nur einen Einfluss auf den Empfang des Bits jedoch nicht auf den gemittelten Frequenzversatz, der für das Beschreiben und das Auslesen des FIFO-Speichers in Ringstruktur von Bedeutung ist.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorliegende Erfindung also eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, die asymmetrische Verzögerung selbst in komplexen Netzwerkstrukturen auf einen sehr niedrigen Wert zu reduzieren, der problemlos innerhalb des gemäß Protokollspezifikation zulässigen Toleranzfensters für die asymmetrische Verzögerung liegt. Die vorliegende Erfindung kann problemlos mit weiteren Maßnahmen zur Reduzierung der asymmetrischen Verzögerung oder zur anderweitigen Verbesserung des Datenübertragungsverhaltens in der Netzwerkstruktur, bspw. einer variablen Adaption des Abtastzeitpunktes, kombiniert werden.

Claims

Verfahren zum Übertragen eines Datensignals (40) über einen aktiven Sternkoppler (100) eines Kommunikationssystems mit Sterntopologie, wobei das Datensignal (40) an einen Eingang des Sternkopplers (100) angelegt und als über den Sternkoppler (100) übertragenes Datensignal (41) an mindestens einem Ausgang des Sternkopplers (100) abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung in dem Sternkoppler (100) von dem übertragenen Datensignal (41) entkoppelt wird und dass die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) in dem Sternkoppler (100) reduziert wird, so dass das ausgehende Datensignal (41) eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal (40).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des eingehenden Datensignals (40) mit einem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems an den Eingang des Sternkoppler (100) angelegt und in dem Sternkoppler (100) dekodiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dekodierten Daten des eingehenden Datensignals (40) mit dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems in einem Speicherelement (130) des Sternkopplers (100) zwischengespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengespeicherten Daten des eingehenden Datensignals (40) mit einem lokalen Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) aus dem Speicherelement (130) ausgelesen werden, wobei der Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) unabhängig ist von dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Speicherelement (130) ausgelesenen Daten des eingehenden Datensignals (40) mit dem lokalen Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) kodiert und an dem mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kodierten Daten des eingehenden Datensignals (40) als Daten des ausgehenden Datensignals (41) mit dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems an dem mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) abgegriffen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des eingehenden Datensignals (40) mittels einer Mehrheitsentscheidung dekodiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal (40) in dem Sternkoppler (100) verstärkt wird, bevor es an den mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) angelegt wird.
Aktiver Sternkoppler (100) für den Einsatz in einem Kommunikationssystem mit Sterntopologie, wobei der Sternkoppler (100) mindestens einen Eingang für ein eingehendes Datensignal (40) und mindestens einen Ausgang für ein abgehendes Datensignal (41), dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler (100) Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) und Mittel zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) aufweist, so dass das ausgehende Datensignal (41) eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal (40).
Sternkoppler (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) ein Speicherelement (130) umfassen.
Sternkoppler (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) ein Speicherelement (130) umfassen.
Sternkoppler (100) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (130) der Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) das gleiche ist wie das Speicherelement (130) der Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals (40).
Sternkoppler (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (130) mindestens einen FIFO-Speicher umfasst.
Sternkoppler (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (130) mindestens einen asynchronen FIFO-Speicher umfasst, insbesondere einen 1-Bit asynchronen FIFO-Speicher der Länge n, mit n vorzugsweise > 1.
Sternkoppler (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler (100) zwischen dem mindestens einen Eingang und dem mindestens einen Ausgang angeordnete Mittel zum Verstärken des eingehenden Datensignals (40) aufweist.