DE1226626B - Verfahren und Anordnung zur UEbertragung binaerer Daten - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur UEbertragung binaerer Daten

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DE1226626B
DE1226626B DEJ24891A DEJ0024891A DE1226626B DE 1226626 B DE1226626 B DE 1226626B DE J24891 A DEJ24891 A DE J24891A DE J0024891 A DEJ0024891 A DE J0024891A DE 1226626 B DE1226626 B DE 1226626B
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John S Chomicki
Dale L Critchlow
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H04b
H04j;H041
Deutsche Kl.: 21al - 7/03
Nummer: 1226 626
Aktenzeichen: J 24891 VIII a/21 al
Anmeldetag: 10. Dezember 1963
Auslegetag: 13. Oktober 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen zur simultanen Übertragung binärer Daten.
Für die digitale Datenverarbeitung ist es oft vorteilhaft eine zentrale Recheneinheit mit mehreren entfernt gelegenen Eingabeeinheiten zu verbinden. Im Hinblick auf diese Entwicklungsrichtung ist es von entscheidender Bedeutung, leistungsfähige Nachrichtenverbindungskanäle zur Verfügung zu haben. Zu diesem Zweck lassen sich die bekannten Übertragungskanäle, wie z. B. Telefonleitungen oder Funkverbindungen, verwenden.
Normalerweise werden die binären Daten serienmäßig direkt oder als Modulationssignal auf einem Träger übertragen. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist neben dem Frequenzverhalten des Übertragungskanals noch durch verschiedene Faktoren begrenzt. Die Übertragungsgeschwindigkeit kann erhöht werden durch Einsatz von mehr als einem Kanal oder durch gleichzeitige Übertragung von mehr als einem Datenelement über den gleichen Kanal. Der letzte Fall, der die Übertragungsleitung wirksamer ausnutzt, kann z. B. durch die Übertragung mit mehr als zwei Spannungspegeln verwirklicht werden. Zum Beispiel können mit vier Spannungspegeln gleichzeitig zwei ' Impulszüge binärer Daten, mit acht Spannungspegeln drei Impulszüge binärer Daten allgemein mit 2" Spannungspegeln können η binäre Impulszüge übertragen werden.
Die Hauptaufgabe in allen Datenübertragungsanlagen liegt in der Wiederherstellung des Signals nach der Übertragung. Wenn ein Gleichspannungsbezugspegel nicht übertragen wird, ist es erforderlich, daß dieser Gleichspannungspegel wiederhergestellt wird. Wenn die übertragenen Daten häufig ihren Wert über den ganzen Ubertragungsbereich wechseln, ist die Wiederherstellung des Gleichspannungspegels einfach durchzuführen mit den bekannten Begrenzerschaltungen. Wenn jedoch die übertragenen Daten für einen längeren Zeitabschnitt einen konstanten Wert aufweisen, neigen die bekannten Begrenzerschaltungen dazu, ein Gleichspannungssignal zu liefern, das langsam von seinem richtigen Wert abweicht, so daß dann leicht Übertragungsfehler auftreten. Dieses Problem ist besonders ausgeprägt bei der Übertragung von Daten in Impulszügen mit mehr als zwei Spannungspegeln.
Die Erfindung offenbart eine Anordnung für die simultane Übertragung binärer Daten mittels Impulszügen mit mehr als zwei Spannungspegeln, bei der die unerwünschte Abwanderung des Gleichspannungspegels vermieden wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig η Daten-Verfahren und Anordnung zur Übertragung
binärer Daten
Anmelder:
International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
ίο Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen, Sindelfinger Str. 49
Als Erfinder benannt:
John S. Chomicki, East Fishkill, N. Y. (V. St. A.); Dale L. Critchlow,
Saint-Laurent-Du-Var (Frankreich)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1962
(245 550)
folgen A, B ... N zu einem einzigen Impulszug mit ■2" Spannungspegeln nach der Vorschrift
zusammengefaßt und empfangsseitig die Überschreitungen von 2n~l Spannungspegeln festgestellt und mittels logischer Schaltungen die η Datenfolgen A, B .. .N wiedergewonnen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die simultane Übertragung zweier Impulsfolgen binärer Daten mittels vier Spannungspegeln wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 den Verlauf der Impulszüge an bezeichneten Stellen im Blockschaltbild von F i g. 1 und
F i g. 3 ein Blockschaltbild für eine Schwellenwertschaltung.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein vier Spannungspegel verwendendes Datenübertragungssystem, das gleichzeitig zwei Impulsfolgen binärer Daten übertragen kann. Zwei typische Impulszüge sind als die Impulsdiagramme A und B in Fig. 2 dargestellt, in der binäre Daten mit dem Wert »1« ein Signal in positiver Richtung und binäre Daten mit dem Wert »0« ein Signal in negativer Richtung erzeugen. Der Impulszug"A stellt
609 670/265
die Folge binärer Elemente 10100010111010 dar und der Impulszug B die Folge 01101000101110. Diese Eingangsdaten A und B werden einem Verschlüsseier (F i g. 1) zugeführt, der den Impulszug C (Fig. 2) als die Summe 2 A +B erzeugt. Der Verschlüsseier vollzieht diese Addition mit einem Widerstandsaddiernetzwerk, in dem RB einen doppelt so hohen Widerstandswert wie RA hat. Außer den Eingangsdaten von A und B wird ein Taktimpulszug mit relativ geringer Amplitude dem Verschlüsselerausgang überlagert. Dieser Impulszug wird über einen Widerstand Rc angelegt, dessen Wert etwa zehnmal so groß wie der des Widerstands RB ist. Der Impulszug hat die Form einer Rechteckwelle, deren Frequenz halb so groß ist wie die Impulsfolgefrequenz der Datenimpulszüge. Diese Taktimpulse werden in dem Entschlüsseier in Verbindung mit den Zeitsteuerschaltungen in der nachstehend zu beschreibenden Art und Weise verwendet. Die Wirkung des Taktimpulszuges ist im Impulszug C (F i g. 2) der Einfachheit halber, und weil seine Amplitude im Vergleich zu den Datenkomponenten des Impulszuges gering ist, nicht dargestellt worden.
Das verschlüsselte Signal C mit vier Niveaus wird einem Bandpaßkanal 4 zugeführt, der zu dem Synehrontyp gehört, welcher keine wahrnehmbare Frequenz- oder Phasenverschiebung erzeugt. Dieser Kanal kann einfach aus einer Doppelleitung bestehen oder ein Mikrowellenkanal mit vielen Relaisstationen oder ein beliebiger anderer Nachrichtenkanal mit Synchronübertragung sein. Das Ausgangssignal des Übertragungskanals ist in F i g. 2 als Impulszug D dargestellt, bei der es sich um eine etwas verzerrte und verzögerte Reproduktion des Impulsdiagramms C handelt.
Ein Entschlüsseier 6 (Fig. 1) nimmt das verschlüsselte Signal (Impulszug D) aus dem Übertragungskanal auf und erzeugt die Teilsignale A' und B', die den Eingangsimpulszügen A und B (Fig. 2), aber mit Verzögerung, entsprechen.
Das Eingangssignal wird dem Verschlüsseier 6 über einen Kondensator 8 zugeführt und gelangt zum Eingang von drei Schwellwertschaltungen 10, 12 und 14. Die Schwellwertschaltungen (die an Hand von Fig. 3 noch genauer beschrieben werden) bilden zwei Ausgangssignale: ein »Höhere-Ausgangssignal, wenn das angelegte Signal den vorherbestimmten Schwellwert überschreitet, und ein »Tiefer«-Signal, wenn das angelegte' Signal diesen Schwellwert nicht überschreitet. Die drei horizontalen Linien, die den ImpulszugD in Fig.2 kreuzen, zeigen die Schwellenspannungen für die entsprechenden Schwellwertschaltungen 10, 12 und 14. Zum Beispiel entspricht die horizontale Linie »1« der Schwellwertschaltung »1«. Der Impulszug D ist jeinem negativen Gleichspannungspegel überlagert, der über Widerstände 16 und 18 angelegt wird. Der Impulszug D stellt also eine veränderliche negative Spannung anstatt einer bipolaren Spannung dar. Das ■ermöglicht die Verwendung gleicher Schwellwertschaltungen (mit verschiedenen Schwellwerten) für die Schaltungen »1«, »2« und »3«.
r Der Impulszug D wird außerdem durch eine Grenzwertschaltung 15 gesteuert, die aus zwei herkömmlichen Diodengrenzwertkreisen besteht. Der eine Diodengrenzwertkreis sorgt dafür, daß der Impulszug D nicht einen Pegel überschreitet, der etwas _höher als der höchste Ausschlag des Impulszuges ist, und der andere hält den Impulszug über einem Niveau, das etwas unter dem tiefsten Ausschlag des Impulszuges gemäß Fig.2 liegt. Die Begrenzungswirkung findet statt während eines automatischen Einstellvorganges, der der Datenübertragung vorausgeht. Während dieses Vorganges wird eine Folge von Einstellsignalen übertragen, in der die Einstellsignale zwischen den Extremen der vier Niveaus alternieren (A = I, B = I, gefolgt von A = O,
ίο B = O, gefolgt von A = I, B = I usw.) Die Grenzwertschaltung stellt diese Signalfolge annähernd in den richtigen Bereich bezüglich der Arbeitsschwellwerte der Schaltungen 10, 12 und 14. Nach dem Anlegen mehrerer Einstellsignale an den Verschlüsseier arbeitet das automatische Gleichspannungs-Wiederherstellungssystem (das noch näher beschrieben wird) so, daß es den Signalpegel des Impulszuges D genau reguliert, und die Grenzwertschaltung 15 hat keine Aufgabe mehr.
Die Impulsdiagramme E, F und G in F i g. 2 stellen die »Höher«-Ausgangssignale der Schwellenschaltungen dar. Die »Tiefer«-Ausgangssignale Έ, F und Ό sind in F i g. 2 nicht dargestellt, sind aber einfach die Spiegelbilder der Impulszüge E, F und G. Die Ausgangssignale der Schwellwertschaltungen werden einer logischen Schaltungsanordnung zugeführt, um den Betrieb von zwei bistabilen Vorrichtungen 20 und 22 zu steuern, die die Systemausgangssignale A' und B' erzeugen. Jede bistabile Vorrichtung erzeugt an ihrem /-Ausgang ein 1-Signal, wenn ein Signal an ihren 5-(Einstell-) Eingang gelegt wird, und sie erzeugt ein 0-Signal an diesem Ausgang, wenn ein Signal an ihren jR-(Rückstell-)Eingang gelegt wird. Die die Schwellwertschaltungen mit den bistabilen Vorrichtungen verbindende logische Schaltungsanordnung wird gesteuert durch Signale E, Έ, F, F, G und Ό und erzeugt Ausgangssignale A' und B' in Abhängigkeit von:
A' = F
B' = E+ T1G
Die nachstehende Tabelle zeigt die Werte von A' und B' für die verschiedenen Kombinationen von Ausgangssignalen aus den Schwellwertschaltungen;
Schwellwert Schwellwert Schwellwert A' B'
»1« »2« »3«
1 1 1 1 T-I
O 1 1 1 O
O O 1 O 1
O O O O O
Die durch die vorstehende Tabelle veranschaulichten vier möglichen Bedingungen sind die einzigen vierr die bestehen können, weil der Schwellwert »1« nicht überschritten werden kann, ohne daß ,die Schwellwerte »2» und »3« überschritten werden und die Schwelle »2« nicht ohne Überschreiten der Schwelle »3« überschritten werden kann.
Die Ausgangssignale der Schwellwertschaltungen 10, 12 und 14 werden periodisch durch Übertragungstore 24 abgetastet, während Signale aus der
Taktsignal-Wiedergewinnungs- und Abtastimpulsgeneratorschaltung 26 angelegt werden. Diese Schaltung wird synchronisiert durch den Taktimpulszug, der dem Impulszug C im Verschlüsseier 2 überlagert wird.
Die bistabile Vorrichtung 20, die dem Ausgangssignal A' zugeordnet ist, wird eingestellt, wenn das Eingangssignal die Schwelle »2« überschreitet (durch das Signal F), und wird rückgestellt (durch das Signal F), wenn der Impulszug D die Schwelle »2« nicht überschreitet. Die dem Ausgangssignal B' zugeordnete bistabile Vorrichtung 22 wird eingestellt, wenn entweder der Impulszug D die Schwelle »3« (G), jedoch nicht die Schwelle »2« überschreitet (F), oder wenn der Impulszug D die Schwelle »1« überschreitet (E). Diese bistabile Vorrichtung 22 wird rückgestellt, wenn entweder der Impulszug die Schwelle »2« (F) überschreitet und nicht die Schwelle »1« überschreitet (E), oder wenn der Impulszug D nicht die Schwelle »3« überschreitet (G). Die die Schwellwertschaltungen mit den bistabilen Vorrichtungen verbindenden logischen Schaltungen erfüllen also die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Bedingungen.
EineGleichspannungs-Wiederherstellungsschaltung ist für den Betrieb des Entschlüsselers 6 von grundlegender Bedeutung, weil sie sicherstellt, daß beim Anlegen eines nicht ausgeglichenen Eingangssignals (eines Signals, das mehr Daten des einen Wertes als Daten eines anderen Wertes über eine gewisse Zeitdauer hinweg enthält) über den Kondensator 8 der Gleichspannungs-Bezugspegel nicht abweicht. Die herkömmliche Grenzwertschaltung 15 ist nicht imstande, den Gleichspannungs-Bezugspegel genau zu steuern, wenn ein unausgeglichenes Eingangssignal vorliegt. Eine präzise Gleichspannungs-Wiederherstellung erfolgt in dem Entschlüsseier 6 durch die Verwendung eines Verschlüsselers 28, der durch Kombination der Ausgangssignale A' und B' ein Rückkopplungssignal C" nach der Regel
C = 2 A'+ B'
erzeugt. Dieser Verschlüsseier arbeitet ebenso wie der oben beschriebene Verschlüsseier 2. Das Rückkopplungssignal C" ähnelt dem Impulszug C (F i g. 2), ist aber infolge der verzögerten Erzeugung der Signale A' und B' zeitlich verzögert.
Da die tatsächlichen binären Ausgangssignale A' und B' zur Bildung von C kombiniert werden, kann der Gleichspannungspegel des Eingangssignals (Impulszug D) nicht mehr abweichen. Das digitale Rückkopplungssignal C wird durch die Signale A' und B' aus den bistabilen Vorrichtungen 20 und 22 gesteuert, und dieses Rückkopplungssignal schwankt nur dann um einen bestimmten Betrag, wenn das dem Entschlüsseier zugeleitete Signal (Impulszug D) eine Änderung in den binären Eingangsdaten A und B erzeugt.
Beim Auftreten einer Änderung der Daten verändern eine oder mehrere der Schwellwertschaltungen ihre Ausgangssignale, die die bistabilen Vorrichtungen steuern, welche ihrerseits eine entsprechende bestimmte Änderung in dem Rückkopplungssignal C bewirken. Die Werte der Widerstände 16 und 18 steuern den Betrag der Rückkopplung, und ihre Werte sind gewählt als Funktion der Betriebspegel der Schwellwertschaltungen 10,12 und 14.
F i g. 3 ist ein genaues Schaltschema einer Schwellwertschaltung, die als jede der Schwellwertschaltungen in F i g. 1 verwendbar ist. Das Eingangssignal für die Schwellwertschaltung wird als das eine Eingangssignal einem Differentialverstärker zugeführt, der aus Transistoren 30 und 32 und einem gemeinsamen Emitter-Lastwiderstand, bestehend aus einem »Symmetrie«-Potentiometer 34 und einem Widerstand 36, besteht. Das zweite Eingangssignal des Differentialverstärkers stellt den vorherbestimmten Schwellwert dar, der durch die Einstellung eines »Schwellen«-Potentiometers 38 festgelegt wird. Die Kollektorkreise der Transistoren 30 und 32 sind über ein »Abgleich«-Potentiometer40 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Die Kollektorausgänge der ersten Stufe des Differentialverstärkers sind direkt mit den Eingängen der zweiten Verstärkerstufe verbunden, die aus den Transistoren 42 und 44 besteht. Die dritte Stufe des Differentialverstärkers ist ebenfalls direkt angekoppelt und besteht aus den Transistoren 46 und 48 in Kollektorbasisschaltung, an deren Emitter die in Fig. 1 angedeuteten »Hoher«- und »Tiefer«- Ausgangssignale abgenommen werden. Wenn das Eingangssignal den Schwellwert überschreitet (weniger negativ als der Schwellwert ist), der durch das »Schwellen«-Potentiometer 38 festgelegt ist, fließt Kollektorstrom durch den Transistor 30 und erzeugt eine negative Kollektorspannung, und der Transistor 32 wird stromlos und erzeugt so eine positive Kollektorspannung. Diese Kollektorspannungen schalten den Transistor 42 ab, und es gelangt eine positive Spannung zur Basis des Transistors 46, und der Transistor 44 wird gesättigt und sendet eine Spannung Null zur Basis des Transistors 48. Im vorliegenden Beispiel liefert die Ausgangsstufe auf der »Höher«-Ausgangsleitung ein positives Signal und auf der »Tiefer«-Leitung ein Signal Null. Wenn das Eingangssignal die Schwelle nicht überschreitet (negativer als die Schwelle ist), wird ein positives Signal auf der »Tiefer«-Leitung und ein Null-Signal auf der »Höher«-Leitung erzeugt.
Das »Ausgleichs«-Potentiometer ist so eingestellt, daß auf der »Tiefer«- und der »Höher«-Ausgangsleitung gleiche Signale erzeugt werden, wenn das Eingangssignal gleich der durch das »Schwellen«- Potentiometer 38 festgelegten Spannung ist. Das »Symmetrie«-Potentiometer 34 wird dann so eingestellt, daß bei Bestehen dieses Zustandes Null Potential auf beiden Ausgangsleitungen besteht.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur simultanen Übertragung binärer Daten, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig η Datenfolgen A, B...N zu einem einzigen Impulszug mit 2" Spannungspegeln nach der Vorschrift
    2"-i.A + 2"-2-B Η 2"-"-N
    zusammengefaßt und empfangsseitig die Überschreitungen von 2n~1 Spannungspegeln festgestellt und mittels logischer Schaltungen die « Datenfolgen A, B.. .N wiedergewonnen werden.
    2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Verschlüsseier (2) mit
    n+l Eingängen für die η Datenfolgen A, B...N und eine Taktimpulsfolge enthält, der einen Impulszug nach der Vorschrift
    zur Übertragung auf den Empfänger mit einem Entschlüsseier (6) liefert, der 2"-1 untereinander abgestufte Schwellwertschaltungen (10, 12, 14) enthält, deren Ausgänge E, Έ, F, F, G, U teils direkt, teils über logische Schaltungen mit η bistabilen Schaltungen (20, 22) für die Wiedergabe der η Datenfolgen A', B'.. .N' verbunden sind.
    3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der π bistabilen Schaltungen über einen Verschlüsseier (28) nach der Vorschrift
    über ein Widerstandsnetz (16, 18) zur Steuerung des Gleichstrombezugspegels mit dem Eingang· der Schwellwertschaltungen (10, 12, 14) verbunden sind.
    4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 2"-1 Schwellwertschaltungen (10, 12, 14) des Entschlüsselet (6) je einen Ausgang »Höher« und »Tiefer« zur Anzeige der relativen Lage des empfangenen Impulszuges gegenüber dem zugeordneten Schwellwert aufweisen.
    5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Sender durch Taktimpulse synchronisierte Taktsignal-Wiedergewinnungsschaltung (26) zur Steuerung von zwischen den Schwellwertschaltungen (10, 12,
    14) und den logischen Schaltungen bzw. den bistabilen Schaltungen (20, 22) angeordneten Torschaltungen (24) vorgesehen ist.
    6. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Datenübertragung von zwei Impulsfolgen binärer Daten A und B mittels vier Spannungspegeln der Entschlüsseier drei Schwellwertschaltungen (10, 12, 14) mit den Ausgängen E, Έ, F, F bzw. G, G aufweist und daß jedem Ausgang der Schwellwertschaltungen eine Torschaltung (24) zugeordnet ist.
    7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung (24F) am Ausgang F der zweiten Schwellwertschaltung (12) mit dem Einschalteingang (5) der bistabilen Schaltung (20) für das Ausgangssignal A' und die Torschaltung (24F) am Ausgang F der zweiten Schwellwertschaltung (12) mit dem Rückstelleingang (R) der bistabilen Schaltung (20) verbunden ist.
    8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlüsseier (28) von den Ausgangssignalen A' und B' ein Rückkopplungssignal C nach der Vorschrift
    C = IA' + B'
    erzeugt und dieses Signal C dem Eingang der Schwellwertschaltungen zuführt, der über einen Kondensator (8) mit der Übertragungsleitung verbunden ist.
    9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungssignal über einen Spannungsteiler an den Eingang der Schwellwertschaltungen gelegt ist.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    609 670/265 10.66 © Bundesdruckerei Berlin
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