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Verfahren und Anordnung zur Prüfung von Datenübertragungen auf Störungsfreiheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Datenübertragungen auf Störungsfreiheit
sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung.
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Auf Übertragungskanälen treten additive Störungen sowie multiplikative
Störungen in Form von Pegelschwankungen statistisch verteilt auf. Werden diese Kanäle
zur Datenübertragung verwendet, dann verursachen die Störungen Übertragungsfehler.
Ist eine sehr kleine Fehlerwahrscheinlichkeit gefordert, dann müssen technische
Mittel vorgesehen werden, die diese Fehler erkennen und eventuell korrigieren. Zu
diesem Zweck setzt man die bekannten fehlererkennenden oder korrigierenden Code
ein.
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Diese Code können aber nur bestimmte Fehlerkonfigurationen erkennen
und verlieren schnell ihre Wirksamkeit, sobald eine bestimmte Anzahl von Fehlern
in einer vorgegebenen Informationsmenge überschritten wird. Es ist bekannt, in diesem
Fall am Empfangsort eine Erkennung der Störungen durchzuführen und bei Auftreten
einer Störung die Wiederholung der Information zu fordern, die in der gestörten
Zeit am Empfangsort eintraf; dies kann beispielsweise geschehen, indem die empfangenen
Signale mit zwei Schwellwerten verglichen werden, bei deren Unter- bzw. Überschreiten
eine Störungsanzeige ausgelöst und damit eine Wiederholung der Information herbeigeführt
wird. Es ist dabei bekannt, die Schwellen auf einen günstigen Wert fest einzustellen.
Es zeigt sich aber, daß beispielsweise auf Fernsprechkanälen, die zur Datenübertragung
verwendet werden sollen, sehr häufig Dämpfungsschwankungen auftreten, die nicht
unbedingt zur Fehlinterpretation der empfangenen Signale führen. Die damit verbundenen
Pegelschwankungen werden aber bei festen Schwellen als Störungen angezeigt oder
erhöhen zumindest in unerwünschter Weise die Empfindlichkeit des Stördetektors gegen
weitere Störungen. Störungsdetektoren dürfen aber nicht zu empfindlich eingestellt
sein, da sonst zu häufig eine Störanzeige stattfindet, ohne daß wirklich ein Fehler
beim Empfang auftrat. Wird z. B. die gestörte Information nochmals vom Sender angefordert,
so verursacht der Stördetektor Redundanz durch Wiederholanforderung für richtig
empfangene Information, falls der Detektor zu empfindlich eingestellt ist.
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Selbst starke Störungen führen nicht unbedingt zu Fehlern, vor allem,
wenn diese Störungen zeitlich zwischen zwei Informationsimpulsen auftreten. Wird
jede Über- oder Unterschreitung der Schwellen als Störung gewertet, so entsteht
hierdurch wieder erhöhte Redundanz bei Wiederholbetrieb. Aufgabe der vorliegenden
Erfindung war es daher, ausgehend von dem bekannten Verfahren, bei dem die empfangenen
Signale mit einer unteren und einer oberen Schwelle verglichen werden, bei deren
Unter-bzw. Überschreiten eine Störungsanzeige ausgelöst wird, ein mit einfachen
Mitteln arbeitendes Verfahren zu entwickeln, das gleichzeitig additive und multiplikative
Störungen zu erkennen gestattet und bei Wiederholbetrieb möglichst wenig Redundanz
erzeugt, wobei als Störerkennungskanal die gesamte Bandbreite des Übertragungskanals
ausgenutzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwellen
aus dem zeitlichen Mittelwert des Signalpegels abgeleitet werden.
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Die empfangenen Signale werden dabei vor dem Vergleich mit den Schwellwerten
gleichgerichtet. Weiterhin erweist es sich als günstig, daß der Vergleich der empfangenen
Signale mit den Schwellwerten nur innerhalb bestimmter festgelegter Zeitintervalle
erfolgt. Diese nur zu bestimmten Zeiten erfolgende Störungsprüfung erweist sich
allgemein als besonders günstig, wenn eine getaktete Nachrichtensignalübertragung
erfolgt. Weiterhin ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, bei verschwindendem
Mittelwert des Signalpegels die Schwellen auf einen von Null verschiedenen Minimalwert
absinken zu lassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden an Hand des in der
F i g. 1 dargestellten zeitlichen Spannungsverlaufes der empfangenen Signale sowie
der oberen und unteren Schwellwerte und an Hand der durch die F i g. 2 und 3 beschriebenen
Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.
Das
geträgerte Empfangssignal E gelangt, wie in F i g. 2 dargestellt, einerseits zum
Eingang des Datenempfängers 8 und andererseits über einen Vorverstärker
1 und einen Gleichrichter 2 einerseits auf den Eingang eines Tiefpasses
3, andererseits auf den Eingang eines zweiten Tiefpasses 5, wobei das Empfangssignal
in dem Vorverstärker 1 ohne Bandbegrenzung verstärkt wird. Das demodulierte
Signal gelangt vom Tiefpaß 3 über einen Impedanzwandler 4, der beispielsweise ein
Emitterfolger sein kann, auf den Eingang E' eines Komparators 7, in dem das Empfangssignal
mit einer oberen und einer unteren Schwelle verglichen werden kann. Mittels des
Tiefpasses 5, der eine wesentlich niedrigere Grenzfrequenz als der Tiefpaß
3 hat, wird der zeitliche Mittelwert des Signalpegels gebildet, und über
einen Impedanzwandler 6, der ebenfalls beispielsweise ein Emitterfolger sein
kann, wird dieser zeitliche Mittelwert als Vergleichsspannung S für die Schwellwerte
S1 und S2 auf den Komparator gegeben.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, ändern sich die Schwellenspannungen Si
und S2 gleichsinnig, aber wesentlich langsamer als die demodulierte Signalspannung
E. Die demodulierte Signalspannung E' verläuft nun entweder oberhalb der
Schwelle S1, zwischen den Schwellen S1 und S2 oder unterhalb der Schwelle S2. Mit
Hilfe eines Sample-Taktes T, der synchron mit der Signalimpulsfrequenz läuft, wird
nun zu den Zeitpunkten t1, t2 usw. ein Vergleich durchgeführt. Überschreitet das
Signal E' zu diesen Zeitpunkten die Schwelle S1 oder unterschreitet es die Schwelle
SE, so gibt der Komparator einen Wiederholbefehl ab, also im Beispiel der F i g.
1 zu den Zeiten t3 und t4. Langsame Änderungen des Empfangspegels führen im Datenempfänger
8 nicht zu Fehlentscheidungen. Erfindungsgemäß wandern bei langsamen Pegelschwankungen
die Signale E', S1 und S2 kontinuierlich mit, so daß kein Wiederholbefehl gegeben
wrid. Der Störzeitdetektor paßt sich also automatisch an den Empfangspegel an. Additive
Störungen, die zu Fehlern in der übertragenen Information führen, sind relativ hochfrequent
gegenüber der möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Spanungen S1 und S2. Das Signal
E' ändert sich bei additiven Störungen demnach sehr schnell, so daß bei Störungen
im Augenblick des Impulsempfanges die Schwellen überschritten werden und ein Wiederholbefehl
gegeben wird. Bei plötzlichen Kanalunterbrechungen verschwindet E' nach kurzer Zeit
völlig, die Spannungen S1 und S2 wandern dagegen erfindungsgemäß gegen einen von
Null verschiedenen Minimalwert, so daß infolge der Unterschreitung von S2 auch bei
längerer andauernder Kanalunterbrechung während der ganzen Dauer Wiederholbefehl
gegeben wird.
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In der F i g. 3 ist die Prinzipschaltung des Komparators 7 dargestellt.
Das zu vergleichende Empfangssignal gelangt von der niederohmigen Quelle
4
in F i g. 2 an den Eingang E' des Komparators 7. Der Eingang E' ist zwei
Schaltungszweigen gemeinsam. In dem einen Zweig der Schaltung folgen auf den Eingang
E' zwei in Serie geschaltete, einander entgegengepolte Dioden D, und Dl, in dem
anderen Zweig der Schaltung folgen auf den Eingang E' zwei in Serie geschaltete,
einander entgegengepolte Dioden D4 und D2. Diese Dioden D4 und D2 sind den Dioden
D2 und Dl entgegengepolt. Eine beiden Zweigen gemeinsame Spannungsquelle S, deren
Spannung aus den zeitlichen Mittelwert des Signalpegels abgeleitet ist, ist mit
je einen Ende zweier Potentiometer P1 und P, verbunden, die an den beiden anderen
Enden miteinander verbunden sind; dieser Verbindungspunkt ist gleichzeitig Schaltungsnullpunkt.
Der Schaltungspunkt S ist über einen Widerstand R, mit der Betriebsspannungsquelle
UB verbunden; damit wird erreicht, daß die Schwellen Si und S2 auch bei verschwindender
Spannung S nur auf einen von Null verschiedenen Minimalwert absinken. Der Abgriff
des Potentiometers P1 ist über eine Induktivität Li mit der Diode Dl verbunden;
ebenso ist der Abgriff des Potentiometers P2 über eine Induktivität L2 mit der Diode
D2 verbunden. Zwischen dem Abgriff des Potentiometers P1 und dem Schaltungsnullpunkt
liegt die Kapazität Cl, zwischen dem Abgriff des Potentiometers P2 und den Schaltungsnullpunkt
liegt die Kapazität C.. Mit Hilfe der Potentiometer P1 und P2 kann die den Dioden
Dl und Dz über die als Tiefpaß wirkenden LC-Glieder L1C1 bzw. L.C2 zugeführte Vorspannung,
die den einzelnen Schwellwert darstellt, jeweils verändert werden. Ein Taktgeber
TG,
der vom Datenempfänger 8 in F i g. 2 über den Eingang T synchronisiert
wird, ist über einen Gegentaktübertrager Ü, dessen Mittelanzapfung mit dem Schaltungsnullpunkt
verbunden ist, einmal über einen Widerstand R1 mit dem Verbindungspunkt der Dioden
Dl und D2, zum anderen über einen Widerstand R2 mit dem Verbindungspunkt der Dioden
D., und D4 verbunden. Dadurch werden die zwei Schaltungszweige mit Taktimpulsen
unterschiedlicher Polarität gespeist.
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Überschreitet das eingangsseitige Empfangssignal die durch das Potentiometer
P1 eingestellte obere Schwelle, dann wird die Diode Dl für die Taktimpulse des Taktgebers
TG durchlässig, und die Taktimpulse erreichen über die Diode Dl und eine
darauf folgende Kapazität C3 den Ausgang W als Wiederholsignal. Unterschreitet das
eingangsseitige Empfangssignal die durch das Potentiometer P2 eingestellte untere
Schwelle, dann wird die Diode D2 für die Taktimpulse des Taktgebers TG durchlässig,
und die Taktimpulse erreichen über die Diode D2 und eine darauffolgende Kapazität
C4 über eine Vorzeichenumkehrstufe V U ebenfalls den Ausgang W. Liegt
das eingangsseitige Meßpotential zwischen den beiden Schwellwerten, so sind die
beiden Dioden D3 und D4 durchlässig, die Dioden Dl und D2 aber gesperrt, so daß
an den Ausgängen A1 und A2 keine Taktimpulse erscheinen. Der aus den einzelnen Stufen
1 bis 7 in F i g. 2 bestehende erfindungsgemäße Störzeitdetektor muß dabei nicht
vor dem Datenempfänger 8 angeschlossen werden, er kann auch sein Eingangssignal
an irgendeiner Stelle im Datenempfänger abgreifen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zur Störerkennung die Störenergie
im gesamten übertragungskanal aus und ist daher nicht auf eine Korrelation der Störspannung
in einem Erkennungskanal und im Signalkanal angewiesen. Es werden multiplikative
und additive Störungen gleichermaßen erkannt, die Schwellen werden automatisch dem
Signalpegel angepaßt, und mittels der getakteten Störerkennung werden unkritische
Störungen ausgeblendet. Das ergibt eine Redundanzersparnis, da nur die wirklich
erheblichen Störungen Wiederholsignale auslösen. Die mit dem Impulstakt synchron
gesteuerte Störerkennung bietet weiterhin den großen Vorteil,
daß
in einem Informationsblock die Zeichen gekennzeichnet werden können, die zum Zeitpunkt
einer Störung empfangen werden.