DE1234777B

DE1234777B - Method and arrangement for transmission of binary coded data via a transmission channel by means of modulation of a carrier frequency

Info

Publication number: DE1234777B
Application number: DE1965J0028392
Authority: DE
Inventors: Etienne Paul Gorog
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-06-26
Filing date: 1965-06-22
Publication date: 1967-02-23
Also published as: SE319523B; GB1089155A; FR1413909A; CH422874A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H04bH04b

H04j;H041
Deutsche Kl.: 21 al - 7/03H04j; H041
German class: 21 al - 7/03

Nummer: 1234777Number: 1234777

Aktenzeichen: J 28392 VIII a/21 alFile number: J 28392 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 22. Juni 1965 Filing date: June 22, 1965

Auslegetag: 23. Februar 1967Opened on: February 23, 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung binär codierter Daten über einen Übertragungskanal mittels Modulation einer Trägerfrequenz.The invention relates to a method and an arrangement for transmitting binary-coded data via a transmission channel by modulating a carrier frequency.

Verfahren der angegebenen Art sind in einer großen Anzahl bekannt. Bei einer beliebigen Codierung der Daten beispielsweise mit dem bekannten 4-aus-8-Code und anschließender Modulation eines Trägers mit diesen Daten ergibt sich ein Frequenzspektrum, das den größten Informationsinhalt in der Nähe der Grenzfrequenzen trägt. Bei Versuchen zur Verringerung der Bandbreite werden gerade diese Grenzfrequenzen am ehesten beschnitten und damit der Informationsverlust erheblich heraufgesetzt.A large number of methods of the specified type are known. With any coding of the Data, for example, with the well-known 4-of-8 code and subsequent modulation of a carrier with These data result in a frequency spectrum that has the greatest information content in the vicinity of the Limit frequencies. In attempts to reduce the bandwidth, it is precisely these limit frequencies most likely cropped and thus the loss of information considerably increased.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung binärer Daten anzugeben, die die genannten Nachteile bei der Übertragung mittels Trägermodulation, insbesondere Frequenzmodulation, vermeiden. Besonders soll die Frequenzverteilung durch Verwendung eines geeigneten Codes der Frequenzcharakteristik des Übertragungskanals angepaßt werden, wodurch eine bessere Ausnutzung der Bandbreite sowie ein geringerer Informationsverlust und damit eine höhere Fehlersicherheit bei der Übertragung erreicht wird.It is the object of the invention to provide a method and an arrangement for the transmission of binary data indicate the disadvantages mentioned when transmitting by means of carrier modulation, in particular frequency modulation, avoid. In particular, the frequency distribution should be achieved by using a suitable Codes of the frequency characteristics of the transmission channel are adapted, whereby a better utilization of the bandwidth as well as less loss of information and thus higher Fail-safe transmission is achieved.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Daten durch die Codierung in einThis object is achieved according to the invention in that the data is encoded in a

Frequenzband mit der oberen Grenzfrequenz / = -=-„■Frequency band with the upper limit frequency / = - = - "■

umgeformt werden, wenn B die Bitlänge der Daten bedeutet.transformed if B means the bit length of the data.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein 8-Bit-Code aus dem bekannten 4-aus-8-Code durch Inversion entweder aller geradstelligen oder aller ungeradstelligen Bits gebildet.According to a further development of the invention, an 8-bit code from the known 4-out-of-8 code is implemented Inversion of either all even-digit or all odd-digit bits is formed.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge von ersten bistabilen Kippschaltungen, an deren Eingängen die Daten in paralleler Form vorliegen, über Verbindungen mit zweiten bistabilen Kippschaltungen verbunden sind und daß in jede geradstellige bzw. ungeradstellige Verbindung ein Inverter geschaltet ist.An arrangement for carrying out the method is characterized in that the outputs of first bistable flip-flops, at whose inputs the data are present in parallel form Connections are connected to second bistable flip-flops and that in each even-digit or odd-digit connection an inverter is connected.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß zur Herstellung des erfindungsgemäßen Codes lediglich Inverter als Schaltelemente benutzt werden.A great advantage of the arrangement according to the invention is that for the production of the Only inverters according to the invention are used as switching elements.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigtThe subject matter of the invention is described below using an exemplary embodiment in connection with the drawings explained. It shows

Fig. 1 das Frequenzspektrum Daten im 4-aus-8-Code,Fig. 1 the frequency spectrum data in 4-out-of-8 code,

von binären Verfahren und Anordnung zur Übertragung binär codierter Daten über einen Übertragungskanal
mittels Modulation einer Trägerfrequenzof binary methods and arrangements for the transmission of binary coded data over a transmission channel
by modulating a carrier frequency

Anmelder:Applicant:

International Business Machines Corporation,International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, patent attorney,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49Boeblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Etienne Paul Gorog,Etienne Paul Gorog,

Antibes, Alpes-Maritimes (Frankreich)Antibes, Alpes-Maritimes (France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 26. Juni 1964 (7422)France of June 26, 1964 (7422)

Fig. 2 das zu übertragende Frequenzspektrum der Daten im 4-aus-8-Code,2 shows the frequency spectrum of the data to be transmitted in the 4-out-of-8 code,

Fig. 3 das Frequenzspektrum der Daten in Codierung gemäß der Erfindung,3 shows the frequency spectrum of the data in coding according to the invention,

F i g. 4 das zur Übertragung bestimmte Frequenzspektrum bei der erfindungsgemäßen Codierung,F i g. 4 the frequency spectrum intended for transmission in the coding according to the invention,

Fig. 5 eine Anordnung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Codierung undFig. 5 shows an arrangement for performing the coding according to the invention and

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur erfindungsgemäßen Codierung.6 shows another exemplary embodiment for an arrangement for coding according to the invention.

In Fig. 1 ist das Frequenzspektrum für einen 4-aus-8-Code gezeigt, für den Fall, daß B die Länge eines Bitimpulses angibt. Der Ausdruck »4-aus-8-Code« bezeichnet eine Bitkombination, bei welcher acht Bits zur Darstellung benutzt werden und jeweils vier dieser acht Bits den Wert 1 haben. Es ist völligIn Fig. 1 the frequency spectrum for a 4-out-of-8 code is shown, for the case that B indicates the length of a bit pulse. The term "4-out-of-8 code" denotes a bit combination in which eight bits are used for representation and four of these eight bits each have the value 1. It is totally

ausreichend, das Frequenzband von / = 0 bis / = y^- zu übertragen (das entspricht dem Nyquist-Bereich). Die oberste Frequenz, welche noch übertragen werdensufficient, the frequency band from / = 0 to / = y ^ - to be transferred (this corresponds to the Nyquist range). The top frequency that is still being transmitted

muß, ist Yj . must is Yj.

Es sei angenommen, daß die Daten durch Modulation eines Trägers F_m mit diesen Daten selbst übertragen werden. In F i g. 2 zeigt die Kurve α das entsprechende Frequenzspektrum bei einer Zweiseitenband-Übertragung. Aus dieser Kurve ist zuIt is assumed that the data is transmitted by modulating a carrier F _m with this data itself. In Fig. 2 shows the curve α the corresponding frequency spectrum for a double sideband transmission. This curve is closed

709 510/380709 510/380

erkennen, daß gerade die Grenzfrequenzenrecognize that just the cutoff frequencies

fF±fF ±

den größten Beitrag liefern. Hier wird auch das Problem bei der Übertragung eines solchen Frequenzbereiches sichtbar. Wenn ein Informationsverlust ausgeschlossen sein soll, ist es nötig, das Band vonmake the greatest contribution. This is where the problem arises when transmitting such a frequency range visible. If a loss of information is to be ruled out, it is necessary to remove the tape from

F_n = F_m — F _n = F _m -

1.
2 B 1.
2 B

bis Fm = F_m -\- up to Fm = F _m - \ -

ohne Verluste zu übertragen. Das bedeutet, daß der Übertragungskanal eine wesentlich höhere Bandbreite aufweisen muß, als sie durch die Kurve b im Bereich FV bis Fl" dargestellt ist. Wenn dieses Frequenzband reduziert wird, wie es durch Kurve c angedeutet ist, werden durch den Verlust der Seitenbänder diejenigen Frequenzen, welche den größten Teil der Information enthalten; abgeschwächt. Dieser Verlust ist um so schwerwiegender, als das Rauschen gerade bei den Frequenzen, welche abgeschwächt werden und für die Übermittlung der Information von großer Wichtigkeit sind, einen starken Einfluß gewinnt.transferring without loss. This means that the transmission channel must have a significantly higher bandwidth than is represented by curve b in the range FV to F1 " . If this frequency band is reduced, as indicated by curve c , the loss of the sidebands results in those frequencies This loss is all the more serious as the noise gains a strong influence precisely at the frequencies which are attenuated and are of great importance for the transmission of the information.

Bei Benutzung eines Codes, dessen Kriterien im folgenden beschrieben werden sollen und der mit dem Symbol τ bezeichnet wird, läßt sich dieser Fehler vermeiden. When using a code, the criteria of which are to be described below and which starts with the This error can be avoided.

Die Kombinationen dieses Codes sollen so gewähltThe combinations of this code are said to be chosen

sein, daß bei der Frequenz / = -^- kein Anteil der Amplitude und Phase vorhanden ist, wenn B die Länge eines Bits angibt.be that at the frequency / = - ^ - there is no part of the amplitude and phase, if B indicates the length of a bit.

Das Frequenzspektrum eines solchen Codes ist in F i g. 3 gezeigt. Es braucht übrigens nur der BereichThe frequency spectrum of such a code is shown in FIG. 3 shown. Incidentally, only the area is needed

von / = 0 bis / = -^ für die Übertragung betrachtetfrom / = 0 to / = - ^ considered for the transmission

zu werden. ,.-.·■·■to become. , .-. · ■ · ■

Wenn eine Trägerfrequenz F_m mit den Daten in einem solchen Code moduliert wird, ergibt sich ein Frequenzspektrum, wie es die Kurve d in F i g. 4 darstellt. In diesem Fall erreicht die Amplitudenverteilung im Punkt F_m ihr Maximum und an den Stellen F₀' und Fm' den Wert 0. Das ist jedoch genau die übliche Frequenzverteilung, am Ausgang eines Ubertragungskanals (Kurve e). Somit erlaubt dieser Code die optimale Ausnutzung¹ eines Übertragungskanals hinsichtlich der Bandbreite und der Übertragungsgeschwindigkeit (Vergrößerung von -g- mit abnehmen-If a carrier frequency F _{m is} modulated with the data in such a code, the result is a frequency spectrum like curve d in FIG. 4 represents. In this case, the amplitude distribution reaches its maximum at point F _m and the value 0 at points F ₀ ' and Fm'. However, this is exactly the usual frequency distribution at the output of a transmission channel (curve e). Thus, this code allows the optimal use ^{1 of} a transmission channel in terms of bandwidth and transmission speed (increase of -g- with decrease-

dem B). Die Werte F₀' und Fm' fallen mit den Grenzfrequenzen des Übertragungskanals F' und F" zusammen. Es werden keine Frequenzen unterdrückt, woraus sich ergibt, daß der Informationsgehalt nicht vermindert wird.the B). The values F ₀ ' and Fm' coincide with the limit frequencies of the transmission channel F ' and F " . No frequencies are suppressed, which means that the information content is not reduced.

Eine mathematische Untersuchung zur Herleitung der Kriterien für einen solchen Code zeigt, daß ebensoviel »1 «-Werte wie »0«-Werte im Code enthalten sein müssen.A mathematical investigation to derive the criteria for such a code shows that as much "1" values such as "0" values must be included in the code.

Betrachtet man einen Code, der aus acht Bits besteht, so werden unter den achtundzwanzig verschiedenen Kombinationen diejenigen, welche die beschriebenen Bedingungen erfüllen, ausgewählt. Die mathematische Untersuchung zeigt, daß es siebzig mögliche Kombinationen für diesen Fall gibt. Es sei bemerkt, daß der bekannte 4-aus-8-Code ebenfalls 70 Möglichkeiten zuläßt. Es ist daher möglich, eine umkehrbar eindeutige Zuordnung zwischen jeder der Kombinationen des bekannten 4-aus-8-Codes zu den Kombinationen des erwähnten 8-Bit-Codes anzugeben. Der erwähnte 8-Bit-Code, der die genannten Kriterien erfüllt, soll im folgenden CAT-8 genannt werden.Looking at a code that consists of eight bits, thus, among the twenty-eight different combinations, are those which have been described Meet conditions, selected. The mathematical investigation shows that there are seventy possible combinations for this case there. It should be noted that the well-known 4-of-8 code also has 70 possibilities allows. It is therefore possible to have a reversibly unique association between each of the combinations of the known 4-out-of-8 codes for the combinations of the 8-bit codes mentioned. The one mentioned 8-bit code that meets the criteria mentioned will be referred to below as CAT-8.

Sowohl dieser CAT-8-Code als auch der 4-aus-8-Code enthalten gleichviel »1 «-Werte an geraden wie an ungeraden Stellen. Die genannte Zuordnung ist derart, daß aus einer bestimmten Kombination des üblichen 4-aus-8-Codes sich eine Kombination des CAT-8-Codes ergibt, wenn entweder alle geradenBoth this CAT-8 code and the 4-of-8 code contain the same number of "1" values on even as in odd places. The mentioned assignment is such that from a certain combination of the usual 4-out-of-8 codes result in a combination of the CAT-8 code if either all is even

ίο Stellen dieser Kombination oder aber alle ungeraden Stellen durch ihr Inverses ersetzt werden. Diese Zuordnung ist umkehrbar eindeutig.ίο Make this combination or all odd ones Places are replaced by their inverse. This assignment is reversibly clear.

Daraus ergibt sich eine wichtige Eigenschaft des CAT-8-Codes. In einem symmetrischen Kanal wird jeder Fehler, der innerhalb des 4-aus-8-Codes entdeckt wird, auch in dem CAT-8-Code entdeckt. Wenn nämlich ein Fehler R auftritt, der ein Zeichen F' durch das Zeichen F im 4-aus-8-Code ersetzt (F' =j= F), so geht das Zeichen F in das Zeichen T im CAT-8-Code über, wenn die erfindungsgemäße Transformation benutzt wird. Der gleiche Fehler R führt T in T' über (mit T 4= T), das schließlich als F" decodiert wird.This results in an important property of the CAT-8 code. In a symmetrical channel, any error that is detected within the 4-out-of-8 code is also detected in the CAT-8 code. If an error R occurs which replaces a character F ' with the character F in the 4-of-8 code (F' = j = F), the character F changes to the character T in the CAT-8 code when the transformation according to the invention is used. The same error R transfers T to T ' (with T 4 = T), which is finally decoded as F ".

Wenn durch die Transformation beispielsweise vierFor example, if the transformation results in four

geradzahlige Bits F umgeformt werden und beim Decodieren vier geradstellige Bits T' invertiert werden, dann ist F" gleich F'. Ebenso folgt, daß J" nicht zum Code CAT-8 gehört, wenn F' nicht zum 4-aus-8-Code gehört.Even-numbered bits F are converted and four even-numbered bits T 'are inverted during decoding, then F "is equal to F'. It also follows that J" does not belong to the code CAT-8 if F ' does not belong to the 4-of-8 code heard.

Wie schon erwähnt, gehen die Kombinationen des 4-aus-8-Codes in Kombinationen des CAT-8-Codes durch Inversion entweder der geradstelligen oder der ungeradstelligen Bits über. Vorrichtungen zur Umwandlung der Codes ineinander sind daher äußerst einfach aufzubauen.As already mentioned, the combinations of the 4-out-of-8 code go in combinations of the CAT-8 code by inverting either the even digit or the odd digit bits above. Converting devices the codes within one another are therefore extremely easy to assemble.

F i g. 5 zeigt schematisch den Aufbau einer aus Invertern / bestehenden Anordnung, welche die Umformung des 4-aus-8-Codes in den CAT-8-Code und umgekehrt vornimmt. U steht für den 4-aus-8-Code und V für den CAT-8-Code.F i g. 5 schematically shows the structure of an arrangement consisting of inverters / which converts the 4-of-8 code into the CAT-8 code and vice versa. U stands for the 4 out of 8 code and V for the CAT 8 code.

Bei einer beispielsweisen Übertragungsrichtung von U nach V werden die Daten im 4-aus-8-Code in paralleler Form den bistabilen Kippschaltungen T₁ bis T₈ zugeführt. Über die Leitungen j bzw. die in jede zweite Leitung geschalteten Inverter/ erreichen die Daten die bistabilen Kippschaltungen T₁ bis T₈. An dieser Stelle sind die Daten bereits in den CAT-8-Code umgewandelt. In umgekehrter Richtung fallen die Daten in paralleler Form im CAT-8-Code an den bistabilen Kippschaltungen T₁ bis T₈ an und werden auf die bistabilen Kippschaltungen T₁ bis T_s übertragen, wo sie im 4-aus-8-Code anliegen.In the case of a transmission direction from U to V , for example, the data in the 4-out-of-8 code are fed in parallel to the bistable multivibrators T ₁ to T _8. _{The data reach the bistable multivibrators T 1} to T ₈ via the lines j or the inverters / connected in every second line. At this point the data has already been converted into CAT-8 code. In the opposite direction, the data are obtained in parallel in CAT-8 code at the flip-flops T ₁ to T ₈ and are transferred to the flip-flops T ₁ to T _s , where they are present in the 4-out-of-8 code.

F i g. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines solchen Wandlers. Im Speicher X liegen die Daten in paralleler Form im 4-aus-8-Code vor. In serieller Form werden sie über die Leitung Y auf die Modulationsund Übertragungseinrichtung W übertragen bzw. umgekehrt, von dort an den Speichert. Wenn der CAT-8-Code durch Inversion der geradstelligen Bits gebildet wird, muß die bistabile Kippschaltung 3 zuF i g. 6 shows another embodiment of such a converter. In memory X , the data are in parallel form in 4-out-of-8 code. In serial form, they are transmitted over the line Y to the modulation and transmission device W or vice versa, from there to the memory. If the CAT-8 code is formed by inversion of the even-digit bits, the bistable flip-flop 3 must be closed

Beginn der Übertragung auf »1« gestellt werden. Der Taktimpulsgeber 2 beeinflußt das Schieberegister 1 und die bistabile Kippschaltung 3. Diese Taktimpulse schalten die bistabile Kippschaltung ständig zwischen »0« und »1« um. Ein Summierer 4, dessen Eingänge einerseits von der bistabilen Kippschaltung 3, andererseits vom Schieberegister 1 beeinflußt werden, liefert an seinem Ausgang 4' eine Inversion der geradstelligen Bits aus dem Schieberegister 1. Auf diese Weise werdenThe beginning of the transfer must be set to "1". The clock pulse generator 2 influences the shift register 1 and the bistable multivibrator 3. These clock pulses switch the bistable multivibrator between them "0" and "1" around. An adder 4, the inputs of which are on the one hand from the bistable multivibrator 3, on the other hand are influenced by the shift register 1, provides at its output 4 'an inversion of the even-digit Bits from the shift register will be 1. This way

'ie ist es es ;n :n'ie it is; n: n

d et η h ο e η τ [. r ηd et η h ο e η τ [. r η

die Daten seriell im CAT-8-Code über die Leitung Y übertragen. Ähnlich arbeitet die Schaltung, wenn der Summierer 5 seriell die Zeichen im CAT-8-Code empfängt. Gesteuert von der im Takt arbeitenden bistabilen Kippschaltung 3 fallen am Ausgang 5' des Summierers 5 nach Inversion der geradstelligen Bits die Zeichen im 4-aus-8-Code an, von wo aus sie auf das Schieberegister 1 übertragen werden und über die Leitungen I₁, bis /₈' in paralleler Form in denSpeicherZ gegeben werden.transmit the data serially in CAT-8 code via line Y. The circuit operates similarly when the summer 5 serially receives the characters in the CAT-8 code. Controlled by the bistable multivibrator 3, which works in clock, the characters in the 4-out-of-8 code appear at the output 5 'of the adder 5 after inversion of the even-digit bits, from where they are transferred to the shift register 1 and via the lines I ₁ , to / ₈ 'are given in parallel in the memory Z.

Die angegebenen Beispiele sind nicht unbedingt auf einen 8-Bit-Code beschränkt. Ebenso sind auch andere Ausführungsbeispiele einer Wandlervorrichtung denkbar. The examples given are not necessarily limited to an 8-bit code. So are others Embodiments of a converter device are conceivable.

Claims

Claims: 1S

1. A method for transmitting binary coded data over a transmission channel by means of modulation of a carrier frequency, characterized in that the data are converted by the coding into a frequency band with the upper limit frequency / = γ = - if B is the bit length of the data.

2. The method according to claim 1, characterized in that an 8-bit code from the known 4 out of 8 code by inversion of either all even-digit or all odd-digit bits is formed.

3. Arrangement for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized in that the outputs of first bistable trigger circuits (T ₁ ... T ₈ ), at whose inputs the data are present in parallel form, via connections (J) with second bistable flip-flops (T ₁ ... T ₈ ) are connected and that an inverter (/) is connected in each even-digit or odd-digit connection (J).

4. Arrangement for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized in that the outputs of a memory (X) in which the data are present in parallel in the 4-out-of-8 code, via lines (Z ₁ .. . / ₈ ) are connected to the inputs of a shift register (1) that the output of the shift register (1) leads to an input of a first adder (4), the other input of which is connected to the output of a bistable multivibrator (3) that the output (4 ') of the first summer (4) is interconnected with the input of a line (Y) , at the output of which a modulation and transmission device (W) is located.

1 sheet of drawings