DE1487785A1

DE1487785A1 - Selbstsynchrone Signalverzerrvorrichtung

Info

Publication number: DE1487785A1
Application number: DE19661487785
Authority: DE
Inventors: Francassi Renato Dario; Tarmo Tammaru
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-08-25
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1969-01-16
Also published as: US4304962A; GB1155456A; NL6611317A; DE1487785B2; BE685019A; SE308132B

Description

WESTSRH ELECTRIC 0OMFANT₉ Incorporated Fracassi-Tammaru 8-1 Hew York, ff.Y.i 10007, USA

Selbstsynchrone Signalverzerrvorrichtung

Die Erfindung ist auf die Umsetzung sich wiederholender sowie kontinuierlicher digitaler Bat4nsignalfolgen in Zufalleverteilungen bei elektrischen Kommunikationssysteaen gerichtet

Taateignalfolgen (dotting signal patterns) mit alternierenden. Markierungen und Lücken neigen in brβitbandigen Hochgeschwindigkeit s-Digitaldatensyeteae η dazu, Einsseitöne au erzeugen, die Signalenergie in bestimmten engen Bereichen des Prequenaspektrume des Übertragungskanals konzentrieren« Bine derartige Energiekonzentration kann zu starkem Übersprechen, ebenso zu Interferenzproblemen bei Multiplex-Systemen führen, und zwar Infolge von Überlastungeeffekten, die unerwünschte Modulationsprodukte erzeugen· Die Erfindung löst dieses Problem duroh Aufbrechen derartiger lasteignalfolgen auf der Empfängerseite in quai-zufällige folgen, die ihrerseits die Signalenergie über einen breiteren Seil des Eanalspektrums aufteilen·

Sie Erfindung reekonetruiert auch auf der Empfängerseite die eioh wiederholende Signalfolge aus der quasi-sufälligen lolge, die aendeeeifeig erzeugt worden ist·

IKLe Erfindung aaoht ferner eine Kombination eines auf der Sendeeeite eines ÜbertSagungekanals gelegenen Yerserrers

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(scrambler) für eine sich wiederholende Signalfolge nit einem empfangsseitigen Entzerrer (descrambler) verfügbar, ohne daß hierzu ein vorgegebenes Verschltisselunge- oder Rahmensignal erforderlich ist«

Kontinuierliche Signalfolgen, entweder nur Markierungen, oder nur Lücken, treten bei Nachrichtendatensignalsyetesen. häufig auf, insbesondere während der Übertragungspausen.· Alle diese Signalfolgen, die frei von Übergängen, sind, repräsentieren das Fehlen von Signalenergie und liefern folglich keine Tastsynchronisierinformation an die Empfangest eile« Deshalb muß, wenn immer eine Nachrichtenfolge übertragen werden soll, ihr eine Start-Folge vorausgehen, um ein Empfängertaktsignal für die synchrone Regenerierung der Nachricht zu erhalten· Ebenso, wie es unerwünscht ist, eine Konzentration van Signalenergie bei bestimmten, diskreten Frequenzen als Folge von alternierenden Signalfolgen in einer Nachricht zu haben, ist es gleichermaßen unerwünscht, keine Signalenergie auf dem Übertragungskanal während der Übertragungspausen zu haben· Das Vorhandensein von "etwas" Signalenergie kann sowohl einer zusätzlichen Betriebssicherheit al s auch einer SynchronisierungsinformatiDn dienen·

Die Erfindung löst dieses Problem duroh Erzeugen eines zufällig gebildeten Signale aus einer übergangsfreien Signalfolge·

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine selbsteynchrone Signalverzerrungsvorriohtung für ein Datenttber-

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tragungssystem mit einer ¥ Quelle binärer Daten, einem Übertragungskanal und einem Datenempfänger, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein quaai-zufälligeθ Schlüsseleignal durch Kombiniere* des Inha3te zweier auBgaählter Stufen eines synchrongestuften ersten Schieheregieters in einer ersten EXKLÜSIT-ODER-Sohaltung bildet, daß man das SchlüBselsignal in einer zweiten EXKLUSIV-ODER-Sohaltung mit binären Daten der Datenquelle weiter kombiniert, um ein verzerrtes Lei*· tungssignal an der Sendeseite des Übertragungskanalβ und am Eingang des ersten Schieberegisters zu erzeugen, daß man das an der Empfangsseite des Kanals erscheinende leitungBsignal an ein mit dem ersten Schieberegister identisches zweites Schieberegister gibt, daß man das Schlüsseleignal rekonstruiert durch Kombinieren des Inhalts zweier entsprechend ausgewähltes Stufen des zweiten Schieberegisters in einer dritten EXKLU8IV-ODER-Sοhaltung, daß man weiter das rekonstruierte Schlüsselsignal in einer vierten EXKLUSIV-ODER-Sohaltung mit dem empfangenen Leitftngseignal kombiniert und daß man das resultierende Signal in der glelohen Form wie die Quellendaten an den Datenempfänger gibt.

Es war bekannt, ein willkürliches, aber vorgegebene* ^ SchlussβIbignal mit einem Naohriohtensignal zu kombinieren co um letzteres zu Geheimhaltungszweoken zu verzerren*.

ο (to scramble). Das Entzerren erforderte jedooh empfange- ^ sei tig die vorherige Kenntnis des willkürlichen Sohlüesel- ^ signals· Perner mußten die sendeseitigen umd empfangseeitigen Schlusselsignale zu allen Zeitpunkten in Synchro-

nismus gehalten eerdenj denn folgte der Empfängerschlüssel

so wurde die ankommende Nachricht erneut verierrt, statt dekodiert« Der erfindungsgemäß konstruierte Schlüssel ist selbst-synchron und verliert seinen Synchronismus nie langer als die Verzögerungsperiode, wie diese durch die sendeseitig und empfangeseitig verwendeten Speichermedien gegeben ist· Sin Selbst-Synchronismus ergibt ach deshalb , weil die Signaleingänge an den sendeseitigen und enpfangeei tigen Verzögerungsmedien identisch sind«

In anderer Hinsicht kann der erifindungsgemäße Verzerrer-Entzerrer dafür geeignet sein» ein andauerndes Markierungs- oder Lückensignal» wie dieses auf der Übertragungsleitung während Übertragungepausen vorhanden sein kann» in Zufallsfolgen umzusetzen· Während einer andauernden Buheperiode treten normalerweise keine Signalübergänge auf, und der Synchronimus zwischen Sender und Empfänger geht verloren· Eine Übertragung sporadischer Nachrichten ist dadurch ausgeschlossen, es sein denn, dafl Start-Folgen jeder Naohriohtenfolge vorausgehen· Entsprechend den Erfindungeprinzipien erzeugt der Verzerrer ein quasi-zufiälliges Signal auf der Leitung, wenn der

Nachrichteneingang dauernd leer ist oder ein. "Nur-Nullen-"

Eingang, oder alternativ hierzu ein "Nur-Einsen^-Eingang, ansteht* Ein Nur-Nullen-Eingang kann ebenso iu einem andauernden Null-JLuegang führen, wenn der Sta*tunga~ Zustand des Verzerrer-Verzögerungmediums nur durch Nulle η gekennzeichnet ist· Ein Ziffern-Injektor kann dem Verzerrer und dem Entzerrer zugefügt werden, der -

ansprechend auf das Vorhandensein soloher leÄr-Signale 909803/0726

den quasi-zufälligen Kode einleitete Der quasi-zufällige Kode ist danach selbst-beständig und erzeugt periodische Signalübergänge während der Leerlaufzeit· Der Empfänger wird dadurch für den Smpfang von Nachrichtenfolgen empfangsbereit gehaltene Die Ziffern-Injektion wird bewerkstelligt durch Überwachen der im Verzögerungsmedium sowohl sendeaeiti* als auch empfängerseitig gespeicherten Ziffern und durch Hinzufügen einer "Eins^H-Ziffer zum Schlüssel, wenn immer ein. BTur-Lücken-Signal auftritt β Alternativ hierzu kann der Inhalt des VerJaögerungsmediums auf das Erscheinen eines Nur-Markierung-Signals überwacht und eine geeignete "NuIl"-Ziffer dem Schlüssel zugefügt werden.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, daß das sendeseitige und empfangeseitige Verzögerungsmittel vorteilhafterweise als digitale Schieberegister ausgebeildet sein kanne Sohiebeimpulse für die Schieber"egister können leicht aus den Datentastsignalen erzeugt werdeneDaher wird eine Verzigerung aufrechterhalten, die mit der Daten-Bit-Periode kommensurabel istο

Bin weiterür Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Leichtigkeit, mit der sie zur Erzeugung einer zufälligen Folge aus entweder einem alternierenden Eingang oder einem kontinuierlichen Eingang modifiziert werden kann·

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Im folgenden ist die Erfindung ahnand der Zeichnung beschrieben; es zeigern

Pigο 1 ein Blockdiagramm eines Digitaldaten-Über—

tragungssystems, das entsprechend der Erfindung mit einer Verzerrungs- und Entzerrungsvorrichtung zur Umsetzung einer alternierenden Signalfolge in Zufallsfolgen versehen Äst,

Mg β 2 eine Abwandlung der Anordnung nach Figo 1

zum Ermöglichen einer Umsetzung eines ti übergangsfreien Signals in Zufallsfolgen,und

Figo 3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen

Signalverzerrungsvorrichtung, ede zur Umsetzung von Lehr-Folgen in Zufallsi'olgen vergesehen ist und bei der ein Schutz gegen ein Hängenbleiben verursachende alternierende Folgen vorgesehen iste

Die Sohaltung nach Figo 1 ist ein verallgemeinertes Grund-

band-Digitaldatenübertragungssystem, bei dem in einer Datenquelle 11 erzeugte und durch die Täctquelle 17 synchronisierte binäre Digitaltdaten über einen Übertragungskanal 30 zu einer Datensenke oder einem Datenempfänger 21 to übertragen werden« Die empfangseitige Bit-Zeit steuerung

wird durch eine Taktwiedergewinnungsschaltung 27 aufgecht- ^ erhalten, und zwar durch in irgend einer üblichen Weise ο erfolgendes Überwachen der Übergänge in der Signalfolge·

Der Übertragungekanal 30 enthält allgemein eine Modulationsund Demodulationseinrichtung, mit deren Hilfe die G-rundband-

Datensignale auf eine Tafi gerwelle auflaeddliert werden· Das Frequenzspektrum, das bei dieser Modulation entsteht, wird nie ht voll besetzt sein, weil die Modulation digital und nicht analog ist· Diskrete Spektrallinien entstehen bei auf die Trägerfrequenz und die Datenfrequenz bezogenen Summen- und Differenzfrequenzen· Eine zufällige Datensignalfolge wird diese Spektrallinien über die verfügbare Frequenzbandbreite aufteilen· Eine sich wiederholende Folge, ZeBe die sogenannte Taat- oder alternierende Markierung/Lücke-Folge wird zwei ausgeprägte Spektrallinien bei der Trägerfrequenz plus minus der Tastfrequenz erzeugen· Diese Spektrallinien stellen Energie dar« Ist die gesamte verfügbare Energie la einer kleinen Anzahl diskreter Frequenzen konzentriert, so tritt eine Überlastung des Kanals sowie ein übersprechen auf benachbarte Kanäle keines Frequenz-Multiplex-Systems auf· Dies bedingt bei einem Sreitbandsystem eine Begrenzung des Übertragungspegels jede8 Kanals, der unterhalb dem für Analogsignale zulässigen liegt· Eine derartige Pegelreduktion hat den weiteren unerwünschten Effekt, daß das Signal/Rauach-Ver.-hältnis kleiner wird·

Entsprechend der Erfindung werden digitale Signalfolgen , einschließlich alternierender und kontinuierlicher Folgen in neuartiger Weise zu quaei-zufälligen Folgen aufgebrochen, um die Energieverteilung im Kanal gleichförmiger halten zu können· Tür die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird unter einer sich wiederholenden Signalfolge eine

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-⁸- H87785

Folge verstanden, die eine sich zyklisch wiederholende Signalkombinatiotf. aufweist· Dieser Ausdruck wird im allgemeinen Sinn verwendet und soll auch eine kontinuierliche Signalfolge, die frei von Übergängen ist, und eine aliernierende Signalfolge mit zyklisch auftretenden Übergängen umfassen»

Das Aufbrechen oder Verzerren der Datenfolge wird bewerkstelligt durch Einfügen einer Halb-Addier- oder ETOUSIV-ODBR-Schal-tun, 12 zwischen die Datenquelle 11 und den Übertragungskanal 3O₀ Die EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12ö ad iert ein quasi-zufälliges Schlüsselsignal sum von der Quelle 11 herrührenden Datenzuge Das Schlüsselsignal wird dadurch erzeugt, daß der Ausgang der Exklusiv-ODER-Schaltung 12 im sendöseitigen Schieberegister 10 verzögert wird und daß die Modulus-Zwei-Summe der beiden verzögerten Binärsignalelemehte genommen wird, um das Schlüsselsignal in einer EXKIUSIV-ODER^Sohaltung 13 zu bilden.

Das Schieberegister 10 kann - der einfacheren Erläuterung halber - drei Binärstufen H, 15 und 16 aufweisin, wie dies in Fig· 1 dargestellt ist· Es können auch mehr Stufen, wie dies durch die gestrichelte linie zwischen den Hegisterstufen 14- und 15 angedeutet ist, verwendet werden· Alle Stufen werden durch auf einer Leitung 18 erscheinende, vom Taktgeber 17 herrührende Impulse in Synchronismus mit der Erzeugung der Daten in der Quelle 11 weitergestuft· Der Leiterfortsatz 19 deutet eine Verbindung vom Shiebelmulsleiter 18 zu weiteren, gegebenenfalls vor- -» gesehenen Schiebegegisterstufen an· Mehr Stufen erzeugen

909803/0726 bad original-

einen Schlüssel mit größeren, zufällig umgesetzten Wortlängen und folglich ein besseres Energie.aufteilvermögen·

Die Rekonstruktion oder Entzerrung des quasi-zufällig kodierten Leitungsa^gnals wird durch eine Vorrichtung bewerkstelligt, die eine Inversion des Verzerrers ist» Die Elemente des empfangenen Signals werden im empfangsseitigen Schieberegister 20, das zumindest drei Stufen 24, 25 und 26 besitzt, gespeicherte Die Zahl der Stufen muß sowohl im sendeseitigen als auch im empfangsseitigen Schieberegister in jedem Pal je die gleiche sein· Das Leitungssignal kann einer Taktwiedergewinnuhgssohaltung 27 zugeführt werden, die eine Bit-Zeitsteuerungswelle aus den Übergängen des Leitungssignale in üblicher Weise erzeugt· Impulse der Taktwiedergewinnu3338ohaltung 27 dienen als Schiebeimpulse für das empfangesθitige Schieberegister 20· Diese Impulse werden über eine Leitung 28 zugeführt· Der angedeutete Leitungsfortsatz 29 liefert solche Schiebeimpulse für die gegebenenfalls weiter vorgesehenen Stufen des Schieberegisters 20, di'e durch die gestrichelte Linie zwischen den Stufen 24 und 25 angedeutet sind·*

Das Soh&üsselsignal wird empfangsseitig rekonstruiert, indem die Modulus-Zwei-Summe der in den Stufen 25 und 26 des Registers 20 befindlichen Ziffern in einer EXKLUSIV. ODER-Schaltung 23 genommen wird· Das Schlusselsignal wird mit dem Leitungssignal in Modulus-Zwei-Weise in einer EXKLUSIV-ODERASchaltung 22 kombiniert, um das ursprüngliche Datensignal wieder herzustellen· Das dekodierte Datensignal wird a*, -ie Datensente 21 gegeben und dort mit Hilfe 909803/0728

einer Bit-Zeitsteuerungswelle, die von der Taktwiedergewinnungescia ltung 27 herrührt, aufgezeigte

EXKLUSIV-ODER-Schaltungen sind allgemein "bekannte Sie werden manchmal auch als Halb-Addierer oder als UND-NIGHT-Schaitungeη bezeichnete Beispiele zweier grundsätzlicher Typen finden sich in dem Buch von Millman und Taub "Pulse and Digital Circuits¹,¹ Seite 411» Pige 13-25, (McGraw-Hill Book Company, Inc_o, New York 1956) ο Eine EXKLUSIV-ODER-Schaltung erzeugt einen Ausgang bei zwei anstehenden binären Eingangssignalen dann und nur dann, wenn die beiden Eingangssignale zueinander komplementär sind« Eine Modulus-Zwei-Summisrunö ist eine p.orr.ialo Summierung unter Vernachlässigung des Übertrags und gibt lediglich die Ungeradzahligkeit oder Geradzahligkeit älU Eine Modulus-Zwei-Subtraktinn erzeugt den gleichen Effekte

Die Wirkungsweise der erfindungegemäßen Verzerrungs-Entzerrungsvorrichtung wird am zweckmäßigsten anhand eines Beispiels erläuterte Es sei angenommen, daß das Signal D^ der Datenquelle eine Tasifolge 1010 «eo uswo ist, die mit dem Markierbit ¹M" beginnt_rund daß ein dreistufiges Schieberegister mit dem Anfangsinhalt 000 verwendet wird* Eine Kombination der sich in den Schieberegisterstufen 15 und 16 befindlichen Null-Bit in der EXKIÜSIV-ODEl·^- Schaltung 13 liefert ein erstes Bit für das Schlüsselsignal K.J, nämlich ¹¹O" _β Eine Kombination des Schlüssels K₁ mit der ersten "1^M der Datenfolge D₁ in der EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12 erzeugt das erste Bit des Leitungssignals L^

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als ein "1"-Bit_e Dieses "1"-Bit wird auch in der Schieberegisterstufe H gespeichert, wenn der Schiebeimpuls den früheren Inhalt der Stufen H und 15 in die Stufen 15 und 16 überführte Die Inhalte der am weitesten rechts gelegenen Stufen sind noch beide "0", deshalb ist das nächste Schlüssel-Bit gleichfalls »0». Nun ist jedoch das Daten-Bit ¹¹O" und das Leitungs-Bit wird "0" gemachte Soweit sind die Leitungs-Bit genau die gleichen, wie die Daten-Bitο Auf den nächsten Schiebeimpuls hin haben die am weitesten rechts gelegenen Schieberegisterstufen komplementäre Bit gespeichert, und das Schlüssel-Bit wird ⁿ1"_e Das nächste Leitungs-Bit, eine "1" wird in ein "O"-Bit umgewandelt« Das nächste Schlüsselbit, in gleicher Weise eine "!",wird zum darauf folgenden "O"-Daten-Bit addiert, um ein «1"-Leitungsbit zu werden. Die zufällige Umsetzung beginnt nun Platz-zu-greifen© Die nachfolgende Tabelle zeigt in d en ersten sechs Spalten die Transformation eines Tast-Datensignals in ein quasi-zufälliges Leitungesignal unter Verwendung eines dreistufigen Schieberegister» entsprechend dem obigen Schemaβ

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	15 16	Schlüssel	- 12 - Tabelle I	1	1	Empfangs- seitlge Schie- registerstufen S.R.	26	487785	Sater ^D2
	0 0		Daten Leitung D₁ L₁=L₂	0	24 25	0	Schlüssel ^K2
Sendeseitige Schiebere- risterstufen r ' SoRo	0 0	0		0	0 0	0		1
14	1 0	0	1	1	1 0	0	0	0
0	0 1	1	0	1	0 1	1	0	1
1	0 0	1	1	1	0 0	0	1	0
0	1 0	0	0	1	1 0	0	1	1
0	1 1	1	1	0	1 1	1	0	0
1	1 1	0	0	1	1 1	1	1	1
• 1	1 1	0	1	1	1 1	1	0	0
1	0 1	0	0	0	0 1	1	0	1
1	1 0	1	1	0	1 0	0	0	0
0	1 1	1	0	0	1 1	1	1	1
'■ 1	0 1	0	1	0	0 1	1	1	0
1	0 0	1	0	1	0 0	0	0	1
0	0 0	0	1		0 0	0	1	0
0		0	0	0 0	0	1
0		1	0
A 0

Sie ersten drei Spalten der Tabelle I stellen die Inhalte von Stufe zu Stufe des sendeseitigen Schiebaegisters 10 dar· Sie Anfange-Inhalte sind willkürlich angenommen» Sie vierte Spalte enthält die Schlüssel-Bit K₁, die duroh HaIb-Summieren der Inhalte der Stufen 15 und 16 erhalten worden sind« Sie fünfte Spalte ist dae Datensignal S₁ der Quelle 11, das ale Ta»tsignal mit alternierenden Markierungen und Lücken (Einsen und Nullen) angenommen ist· Sie Mittelepalte ist das in den Übertragungekanal 30 injizierte verzerrte Leitungssignal·· Sas Leiiungesignal L₁ ist die Halb-Summe der Spalten vier (K₁) uftd

fünf (D₁). Jedes Leitungssigml-fit wird in die Schieberegisterstufe 14' ¹ 90 9 8 03/0726

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nach dem Sohietoeimpuls eingesetzt, wie dies aus der nächst» unteren Zeile ersiohtlioh ist· Man sieht, daß die !lastfolge in eine Kodefolge aufgebrochen ist, die sich nach dem fünfzehnten Bu₉ und nicht sohon nach jedem zweiten Bit wiederholt« Es kann gezeigt werden, daß die Wortlänge, bis Wiederholung auftritt, von der Anzahl der verwendeten Schieberegisterstufen abhängt« Sin siebenstufiges Schieberegister liefert beispielsweise ein quasi-ffufälliges Wort der Länge von mehr als 127 Bit aus einer Eingangs-Taetfolge· Andere alternierend* folgen, z«B· zwei Einsen, die mit zwei Nullen abwechseln, werden in ähnlicher Weise aufgebrochen« Eine normalerweise bereits zufällige Folge wird in eine andere nicht-korrelierte zufällige Folge transformiert, so daß der Yerzerrer gleichfalls für Geheimhaltungszwecke brauohsar ist·

Die Arbeltsweise des Entzerrers ist die Inversion der Arbeitsweise des Verzerrers· Die ankommenden Leitungssignal-Bit Lg werden in Serienform in den Stufen 24, 2 5 und 26 des a empfangsseitigen Schieberegisters 20 gespeichert und auch einer EKKLUSIY-ODER-Schaltung 22 zugeführt« Sie Inhalte der Stufen 25 und werden in Modulue-Zwei-Weise in der EXKLUSIV-0DER3Sehaltung kombiniert, um das Schlüsselsignal K₂ erneut zu bilden« Die Leitungs- und Schlüssel-Bit werden schließlich in der "RYKTiUSIY-ODEE-Schaltung 22 halb-addiert, so daß die ursprüngliche Datenfolge entsteht«

Doch zurück sum in der Tabelle dargestellten Beispiel, wobei angenommen wird, daß die Schieberegisterstufen 24, 25 und 26 anfänglich Nullen gespeichert haben und daß das erste Sohlüssel-Bit in der Spalte ^ eine ⁿ0ⁿ ist· Das erste Leitungsbit ist "1^W,

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wie dies in der Mittelspalte der Tabelle angegeben ist» Mit dem ^M0"-Sohlüssel-Bit kombiniert beginnt die wiedergewonnene Datenfolge D₂ mit «Ί··_β Das "1" leitungs-Bit wird in Stufe 24 gespeichert, wenn der Schiebeimpuls ankommt, wie dies in der näcJjB tunteren Zeile der Spalte 7 angegeben ist« Das nächste Schlüsselbit der Folge K₂ bleibt eine "0", und wird nach einer Halb-Addierung aum nächsten Leitungsbit in der Spalte 6 ein "0^M-Datenb&t. Das β Schltisselbit ist in jeden Fall die M_oduluszwei-Sämme der Bit in den Spalten 8 und 9 β Das Entzerren kann in der Tabelle Zeile um Zeile verfolgt werdeno Es ist ersichtlicl· daß die Spalten 7 - 11_t die sich auf die Entzerrungsoperation beziehen , identisch mit den Spalten 1-5 sind, die sich auf disc Verzerrungsoperation beziehen»

In dem Fall, daß sich die drei Stufigen empfangseed.tigen und sendeseitigen Schieberegister nicht im gleichen Anfangszustand befinden, würde Synchronismus innerhalb dreier Datenintervalle erhalten werden» Allgemein gesprochen, die für den Erhalt des Synchronismus erforderliche Anzahl Datenintervalle ist die gleiche, wie die Anzahl der Stufen«

Mit einer nur leichten Modifikation kann der erfindungsgemäße Verzerrer/Entzerrer zur zufälligen Umsetzung einer Hur-Nullen?· also übergangsfreien Datenfolge benutzt werden, wie diese beispielsweise bei Übertragungspausen vorhanden sein kann· Fig» 2 zeigt eine Schaltung zum Erzeugen eines Schlüsselbit, wenn ijpier die Datenfolge zumindest so viele Nullen enthält, Schieberegisterstufen vorhanden sind» Entsprechend Fig. 2 sind die Komplementären"Nulia-Ausgänge aller Schieberegisterstufen , z.B. der Stufen 14, 15 und 16, über Leitungen 32, 33

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und 35 an ein Koinzidenzgatter 36, ein sogenanntes UND-Gatter, herangeführte Das Gatter 36 liefert daher immer einen "!"-Ausgang, wenn sämliche Schieberegisterstufen Nullen erthalteno Ein P_uffer 37_f ein ODER-Gatter, liegt zwischen dem UND-Gatter 36 und dem Eingang zum EXKLUSIV-ODER-Gatter 12, und zwar über eine Leitung 38, wo ea gewünscht ist, die Punktionen des Verzerrens sowohl kontinuierliche» als auch alternierender Signalefolgen zu kombinierene Demgemäß hat das OÄER-Gatter 37 einen weiteren Eingagng von EXKLUSIY-ODER-Gatter 13» wie dargestellt· Die Schaltung nach Figo 2 hat dia Bezeichnung "Zins-Stopfer"* erhalten»

Zum Entzerren sind ähnliche UND- und ODER-Gatter empfang sseitig efforderlicho

Die Wirkungsweise des "Eins-Stopfers" ist in der nachstehenden Tabelle II für" ein dreistufiges Schieberegister dargestellte Die Erläuterung ist ähnlich der für die Tabelle I·

Tabelle II

Sendeseitige
Schieberegisterstufen

U 15 16

0 0 0

1 O O

0 1 O

1 O 1

1	1	O	O
1	1	1
O	1	1
O	O	1
1	O	O
O	1

Schlüssel Daten Leitung Empfangs- Schlüssel Daten

seitige Schieberegisterstu
fen

K.« Dm L₄=Lo SoRo Ko Dn

O 1 1 1

O 1

^D1	L₁=L₂	S	24	oE	O	26
		0	25	O
0	1	1	O	O
0	0	0	O	O
0	1	1	1	1
0	1	1	O	O
0	1	1	1	1
0	0	0	1	1
0	0	0	1	1
0	1	1	O	O
0	0	0	O	O
0	1	1

1*

O
1
O
1

O O O O O O

Sendeseitige Schiebere gisterstufen	Schlüssel	Daten	Leitung	Empfangsei tige Schie beregister stufen
1 O 1	1	O	1	1 O 1
1 1 O	1	O	1	1 1 O
1 1 1	O	O	O	1 1 1
O 1 1	O	O .	O	O 1 1

Schlüssel Daten

1	O
1	O
O	O
O	O

♦Eins-Stopfer -wirkt sowohl sende- wie auch empfangsseitgo Ein dreistufiges Schieberegister transformiert also eine kontinuierliche Nur-Nullen-Folge in eine quasi-zufällige Folge mit einer Wortlänge von sieben Bit₀ Ein Übergang wird zumindest ;jedes dritte Bit erzeugte In ahnlidBr Weise, wenn eine Nur-Einsen-Folge im Leerlaufzustand verwendet würde, könnte ein Null-Stopfer in einer Weise vorgesehen sein, die zur Eins-Stopfer-Schaltung offensichtlich analog ist₀ Allgemein wurden Vorsichtsmaßnahmen in einem praktischen System getroffen werden, um die Länge der einen oder der anderen tjbergangs-freien Folgen zu begrenzend

Die selbst-syncirrone Natur des erfindungsgemäßen Verzerrers/Entzerrers kann durch Rekonstruieren des Beispiels der Tabelle I und durch Einführen eines Fehlers in das Leitungssignal demonstriert werden, wie dies in der nachfolgenden Tabelle III dargestellt ist·

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Sendeseitige Schiebegegisterstufen

S .E.

- 17 III

Schlüssel Daten. Leitung Empfang s- Schlüssel Date

aeltige Schieberegisters t dien.

ο τ-	O O	O O
0	1	O
O	O	1
1	O	O
1	1	O
1	1	1

0 1 1

1 0 1

0 0

1 1 0 1 0 0 0 1

1 0	1 0	0 1	0 0	0 0	0 0	1 0
1	0	0	1	0	1	1
0	1	0	0	1	1	0
1	o»»	1	0	0	0	0*
0	1	0	1	0	1	0*
1	1	1	0	1	!♦**	0»
0	0	1	1	0		1»
1	1	0	1	1	0	1
0	1	1	0	1	1	0

In Zelle 5 der Tabelle III ist in das Leitungssignal der Spalte ein Fehler eingeführt worden.» und zwar durch Ändern der richtigen »1« der Tabelle I in eine "0" (Dies ist mit zwei ♦♦ angedeutet)·

Dieser Leitungssignalfehler wird als ein fehler im empfangenen Datensignal Bg in Spalt· 11 reflektiert, wie dies durch ein einziges (*) Sternchen gekennzeichnet ist· Nachfolgend.·- setzt sich dieser gleiche Fehler durch das empfangsseitige Schieberegister fort, wie dies in den nächsten drei Zeilen durch Unterstreichungen gekennzeichnet ist, und · verursacht Fehler in den Zeilen 7 und θ der Schlttsselbit K₂ (gekennzeichnet durch ·**)· Sie Zeil· 6 liefert richtig· Ergebnisse· Jedoch die entsprechenden· wiederhergestellten Datenbit in den Zeilen 6 bis 8» die gleiohfalle durch ein einziges (♦) Iternohen gekennzeichnet sind» sind als Signalfolg· zweifelhaft bewertet· Die Batenbit der Zeilen 9 und 10 werden wiederum richtig empfangen· War die Datenfolge D₁

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zufällig und ist ein fehler im Leitungssignal aufgetreten, so würde sich der Synchronismus zwischen sendeseifc igem und empfangsseitigem Schlüssel in ähnlicher Weise innerhall) der

ge Spanne des Schieberegisters wiederherstellt haben·

! Es exisitert ein Problem, das beim Erscheinen einer Tastfolge

auftreten kann» Es handelt sich dabei um das Problem des Hängenbleibens β Wenn das Schieberegister die Tastfolge 101 ··· usw. speichert und dfcs Anfangsbit der Daten-Tastfolge eine ^W1^W φ ist oder, wenn das Schieberegister 010 <,.. usw» enthält und das Anfangsbit der Tastolge ist eine ^M0^w, so wird die Signalfolge nicht in zufälliger Weise umgesetzte In jeder dieser Situationen wird die ursprüngliche Tastfolge lediglich invertiert« Diese relativ seltenen Situationen können unter Verwendung üblicher logischer Schaltung überwacht werden· Bine »1» oder "0" wird dann in einer ähnlichen Weise "eingestopft", wie dies bei den stetigen Lekr-lolgen der Pail ist·

^ Bigβ 3 zeigt ein. Blockdiagranm einer praktischen Verzerre schaltung entsprechend der Erfindung, die sowohl Tast-Signalfolgen als auch nur Nullen-Signalfolgen in zufälliger Weisd umsetzt und darüber hinaus Schutz gegen Hängenbleiben bei dauernd im Register stehenden Tastfolgen liefert« Das Schieberegister 10 hat sieben Stufen SE-1 bis SR-7» Die Inhalte der verschiedenen Stufen werden um eine Stufe nach rechts bei jed&m auf der Leitung 18 erscheinenden , vom Taktgeber 17 (Fig· 1 ) herrührenden Schiebeimpula verschoben· Komplementäre ⁿ1^N und ⁿ0" Ausgänge sind für jede Stufe vorgesehen· Das kodierte Leitungssignal wird über die Leitung 47 (wie in

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-" " ⁹ " U87785

Fig«1) der Stufe SS-I zugeführt·

Die zu verzerrende öäfer zufällig umzusetzende Datenfolge rührt von d er Datenquelle 11' her«. Dlo;^· !»a^nafol^e νΐ:·<1 ι.ιτΛ 'o.i.ae. ΐ SchlüBselsignal in der EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12 kombiniert, wie aies auch in Pig β 1 der Pall war«,

Experimentall und durch Computer-Analysen wurde bestimmt, daß die größte zufällige Wortlänge in einem siebenslufigeirSchieberegister erhalten wird, wenn die Schlüsaelbit durch Häibaddieren der Ausgänge nicht-benachbarter Schieberegisterstufen erzeugt werden. Beim dreistufigen Beispiel der Figo 1 werden die Inhalte der beiden letzten Stufen zur Bildung des Schlüssels kombinierte Diese Anordnung wurde als nicht optimal gefundene Beim siebenatufigen Beispiel der Figo 3 wird der Schlüssel durch Kombinieren der "1" Ausgänge der Stufen SR-3 und SE-7 in der EXKLUSIV-QDER-Sehaltung 13 erzeugt« Diese Variation dist in Fig«. 1 durch Bezeichnen der zweitletzten Stufe mit SE(N-K) anstelle ^v°n SR (N-1) angedeutet, wobei K eine ganze Zahl ist, die kleiner als die Anzahl N der Stufen iot_e

Dor Ausgang der Schaltung 13 über ein übliches Puffer-ODER-Gutter 46 auf der mit "NORMAL" bezeichneten Leitung, liefert dan Bnhlüsi elsignal, wenn die Inhalte der Schieberegisterstufen zufällig sind und das Datensignal selbst keine Nur-Nullen-Folge ist« Für den Fall, daß der Inhalt des Schieberegisters aus alternierenden Einsen und Nullen bestehen sollte, wird das in dor Schaltung 13 erzeugte Schlüsselsignal gleichfalls alternierende Einsen und Nullen aufweisen« Dieser Zustand ist ungünstig, c.shalb sind nicht-invertierende Koinzidenzö oder

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UND-Gatter 42 und 43 vorgesehen» die dementsprechend·» den Schieberegisterinhalt überwache n· De-s UND-Gatter 43 überwacht die "1"»Ausgänge der ungeradzahlig numerierten Registerstufen SR-1, SR-3» SR-5 und SR-7 und erzeugt einen "1"-Ausgang in einem derartigen Zustand· In ähnlicher Weise überwacht das UND-Gatter 42 die "0"-Auegänge der geradzahlig numerierten Registerstufen SR-2, SR-4 Und SR-6, das in einem derartigen Zustand gleichfalls einen "1"-Ausgang liefert· Die Ausgänge der Gatter 42 und 43 werden in einem weiteren UND-Gatter 45 kombiniert, das einen "1"-Ausgang erzeugt, wenn beide Gatter 42 und 43 einen "1"-Ausgang liefern* Dies ist eine Anzeige dafür, daß das Schieberegister alternierende Einsen und Nullen hält· Der Ausgang des Gatters 45 auf der mit "Tasten*¹ markierten Leitung aktiviert das EXKLUSIV-ODER-Gatter 12 über das Puffergatter 46. Er blookiert effektiv das normale Schlüsselbit, wenn immer das Schieberegister eine Tastfolge enthält und sorgt für die Aufreoherhaltung der Zufallsverteilung im Leitungsslgnal·-

Ein zufälliges Leitungssignal wird aus einer im Schieberegister 10 vorhandenen Nur-Nullen-Lehrfolge automatisch erzeugt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert worden ist· Das UND-Gatter 42 überwacht bereite den "O*¹-Ausgang der geradzahlig numerierten Stufen· Ferner ist nooh ein. UND-Gatter 41 mit den "(^-Ausgängen der ungeradsahlig numerierten Stufen in der dargestilten Weise cur Überwachung derselben verbunden. Deshalb liefert eine Kombination der Ausgänge der UND-Gatter 41 und 42 in einem weiteren UND-Gatter 44 eine Anhsge über die Existenz einer Nur-Nullen-folge. im Leitungssignal. Ein "1"-Ausgang des Gatters 44 liegt

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über die mit "Nur-Nullen" bezeichnete Leitung am Puffer-Gatter 46 und bildet eine Bloekierungssteuerung für das Schlüsselsignal^ ^s0 da$ ^eia zufälliges Leitungssigöal erzeugt werden kann·

HIr ein Verzerrer-Entzerrer-System ist ein ähnliches siebenstufiges Schieberegister mit entsprechend zugeordneter Logik auf der Empfangsseite erforderlich, vie dies in Pig. 2 dargestellt ist·'

Es wurde gefunden, daß eine Zufallswort-Länge von 102 Bit aue einem Tast-Datensignal in einem siebenstufigen Register, das ein. Sohlüsselsignal aus den Inhalten der dritten und siebenten Stufe erzeugt, entsteht _f Ebenso entsteht dn 102-Bit-Wort aus einem Nur-Nullen-Leersignal·

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Claims

Pat e nb ansprüc he

M·J Selbstsynchrone Signalverzerrvorrioh-fcung für ein Datenübertragungssystem mit einer Quelle binärer Daten, · einem Übertragungskanal und einem Dytenempfanger, dadurch gekennzeichnet _f daß man ein quasi-zufälliges Schlüsselsignal durch Kombinieren des Inhalts zweiter ausgewählter Stufen (14, 15) eines synchrongestuften ersten Schieberegisters (10) in einer ersten EXOUSIVAODER-Schaltung (13) bildet, daß man das Sohlüsselsignal in einer zweiten BXKLTJSIV-ODER-Scha Itung (12) mit binären Daten der Datenquelle (11) weiter kombiniert, um ein verzerrtes Leitung8sio;nal a.n der Sendeseite des Übertragung kandis (30) und am Eingang des ersten Schieberegisters (10) zu erzeugen, daß man das an der Empfangsseite des Kanals (30) erscheinende Leitungssignal an ein mit dem ersten Schieberegister (10) identisches zweites Schieberegister (20) gibt, daß man das Schlüsselsignal rekonstruiert durch Kombinieren des Inhalts zweier entsprechend ausgewählter Stufen (25, 26) des zweiten Schieberegisters (20) in einer dritten EXKLUSIV-ODER-Sο ha Itung (23), daß man weiter das rekonstruiert· Schlüsselsignal in einer vierten EXKLUSIV-ODER-SclaLtung (22) mit dem empfangenen Leitungssignal kombiniert, und daß man das resultierende Signal in der gleichen Porm wie die Quellendaten an den Datenempfänger (21) gibt«

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"5"

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2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet} daß das erste und zweite Schieberegister je zumindest drei Stufen aufweist, und daß die beiden ausgewählten Stufen die beiden letzten sind«

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (41» 42, 44) vorgesehen sind, die, ansprechend auf den Fall, daß alle in einem der Schieberegister gespeicherte Ziffern gleichartig sind, ein Sohlüsselsignalelement des entgegengesetzten Sinnes erzeugen, um eine tätige Signalfolge, in der alle Elemente gleichartig sind, in eine Zufallsfolge umzusetzenβ

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß

das erste Schieberegister aufeinanderfolgende Datenbit in der Reihenfolge des Erscheinens speichert, die erste BXKLUSIV-ODER-Sohaltung eine Halb-Addierung zwisohen Paaren ausgewählter Bit des ersten Schiebere-. gistvrs durchführt, um die einzelnen Bit eines Schlüsselsignals zu erzagen,

Mittel, die auf eine im ersten Schieberegister gespeicherte Batenbitfolge mit nur gleichartigen Bits einer bestimmten Bewertung ansprechen und ein alternatives Bit für das Schlüsselsignal-Bit der entgegengesetzten Bewertung erzeugen,

die zweite EXKLUS IV-ODER-tSo haltung eine Halb-Addierung zwischen den Bit des Sohlüsselsignale und den Bit der

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Batenfolge durchführt, um ein quasi-zufälliges LeitungSBignal zur Lieferung an den Übertragungskanal und an das erste Schieberegister zu erzeugen, daß das zweite Schieberegister aufeinander folgende Bit des * vom Übertragungskanal herrührenden leitungssignal in der Reihenfolge deä Ersoheinene jener speichert!

die dritte EXKIUSIV-ODER-Sοhaltung eine Halbaddierung zwisohen Paaren ausgewählter Bit des zweiten Schieberegisters zur Rekonstruferung der einzelnen Bit des Schltisselsignals ausführt,

weitere Mittel auf eine im zweiten Schieberegister gespeicherte Datenbitfolge, in der alle Bit die eine« bestimmte Bewertung haben, anspreohen, und ein alternatives Sohlüsselsignal der entgegengesetzten Bewertung erzeugen, und

die vierte EIKLUSIV-ODER-B ο haltung eine Halb-Addierung zwischen den Bit des Schlusselsignale und dem Leitungssignal zur Wiederherstellung der kontinuierlichen Datenfolge ausführt·

Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Einrichtung am sendeseitigen Ende eines Übertragungekanals eine nioht-zufällige Nur-Lttoken« Signalfolge oder eine alternierende Markierung/Lüoke-

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Signalfolge in eine Z,uf alls bitfolge aufbricht, wobei die Einrichtung aufgebaut ist aus dem ersten Schieberegister, das eine fixierte Stufenanzahl besitzt,

der ersten BXKIUSIV-ODER-Sohaltung, die den Inhalt zweier der Stufen des ersten Schieberegisters in Modulus-Zwei-Weise kombiniert und daduroh ein zufälliges Sohlüsselsignal erzeugt, der zweiten« EXKLUSIV-ODER-Sohaltung, die das von der ersten EXKLUSIV-ÄDEB-Sohaltung herrührende Schlüsselsignal in Modulus-Zwei-Weise mit dem nichtzufälligen Datensignal der Quelle kombiniert, um ein zufällig umgesetztes ^eit ungssignal zu erzeugen, einer ersten Koinzidenzschaltung, die alle Stufen des eisten Schieberegisters überwacht und einen Ausgang erzeugt, wenn und nur wenn in allen Stufen Lüoken-Biti gespeichert sind, Sohaltungsmittel sum Zuführen des Ausgange der 'ersten Loinzidenz-Sohaltung an die zweite EXKLUSIV-ODER-Sohaltung als ein zusätzliches Schlüsselsignalbit, einer TaktgebersobaItung zur Synchronisierung der Datenquelle mit den SohiebeSignalen für das erste Schieberegister und

Sohaltungemittel ium Einführen des zufällig umgesetzten Leitungesignale in den Übertragungekanal, und dafl ferner «ine Einrichtung am empfangsseitigen End· des Übertrafungskanale zur Rekonstruktion der

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ursprünglichen, nicht-zufälligen Signalfolge aus dem in zufälliger Weise umgesetzten Leitungssignal vorgesehen ist, wobei die empfangsseitige Einrichtung aufgebaut ist aus

dem zweiten Schieberegister, das die gleiche fixierte Stufenanzahl wie das erste Schieberegister besitzt, der dritten EXKL$$rnF-ODER-Sohaltung, die den Inhalt zweiter der Stufen des zweiten Schieberegisters in Modulus-Zwei-Weise kombiniert und dadurch das Bufallsschlüsselsignal wiedergewinnt, der vierten EXKIUSIV-ODEK-Stfhaltung, die dae Leitungssignal mit dem von der dritten EXKLSUSIV-ODER-Schaltung herrührenden Schlüsselsignal in Modulus-Zwei-Weise kombiniert und dadurch die nioht-zufäll&e Signalfolge zur Lieferung an eine Ausgangsschaltung rekonstruiert, einer zweiten Koinzidenzschaltung, die alle Stufen des zweiten Schieberegisters überwacht und einen Ausgang erzeugt, wenn und nur wenn in allen Stufen Lücken-Bits gespeichert sind,

Sohaltungsmittel zum Zuführen des Ausgange der zweiten Koinzidenzschaltung an di» vierte EXKLUSIV-ODER-Schaltung als ein zusätzliches Sohlüsselsignalbit und einer !Daktwidergewinnungssohaltung zum Synchronisieren der AusgangssokLt ng mit den Schiebesignalen für das Schieberegister·

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