DE1512587C3 - Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung einer binären Zahleninformation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung einer binären Zahleninformation in einem durch einen Taktimpulsoszillator bestimmten Takt mittels einer modulierten Trägerwelle, mit einer im Sender befindlichen Kodierungseinrichtung zum Umwandeln der Zahleninformation in eine Modulationsspannung, in welcher jeder binäre Wert durch ein Signalelement dargestellt wird, das aus einer Pegeländerung zwischen zwei Spannungspegeln besteht, wobei eine Spannungserhöhung der einen binären Ziffer und eine Spannungserniedrigung der anderen binären Ziffer entspricht, sowie mit Schaltungskreisen zum Modulieren der Trägerfrequenz mit der Modulationsspannung, und mit im Empfänger befindlichen Abtastungseinrichtungen zum Ermitteln der Zahleninformation mit einer Abtastungsschaltung, die aus dem empfangenen Signal Synchronisierungsimpulse für den Taktimpulsoszillator ableitet.

Der Kode umfaßt ein Kodeelement für jede binäre Zahl (1 oder O), wobei jedem Signalelement ein solches Kodeelement zugeteilt wird. Im Sender werden die Taktimpulse, die die Zeitgebung für die ausgesendeten Signalelemente bestimmen, von einem Rechteckwellengenerator mit einer entsprechenden Taktimpulslogistik erzeugt, während im Empfänger ein Zeitgebungsimpuls- a Regenerator vorgesehen ist, der mit dem Generator des Senders synchronisiert wird mit Hilfe von Synchronisierungsimpulsen, die aus dem empfangenen Signal abgeleitet werden.

Jede Sendung wird von einem charakteristischen Signal, dem sogenannten Startwort, eingeleitet, das den Zeitgebungsimpuls-Regenerator in Betrieb setzen und diesen in bezug auf die Frequenz als auch in bezug auf die Phase mit dem Generator des Senders synchronisieren soll. Dieses Startwort besteht aus einer Kombination von Signalelementen, die im Datenfluß nicht erscheint, d. h. während der Aussendung der Information, und die daher als Startwort identifiziert werden kann.

Bei einer bekannten Einrichtung werden im Datenfluß und im Startwort gleiche Kodeelemente verwendet.

Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß eine gewisse Kodeeinschränkung eingeführt werden muß, damit das Startwort ermittelt werden kann. Die im Startwort verwendete Signalkombination darf im Datenfluß nicht erscheinen. Bei anderen bekannten Einrichtungen werden im Startwort und im Datenfluß ^ verschiedene Kodeelemente benutzt, wobei die Unterschiede bei der Amplitude oder bei der Phase vorliegen können. Bei diesen Einrichtungen können elektrische Störungen während des Aussendens eine Verzerrung des Startwortes bewirken, wobei im empfangenen Signal Fehler auftreten. Im allgemeinen weisen diese Einrichtungen eine verhältnismäßig lange Synchronisierungsperiode auf.

Durch die deutsche Auslegeschrift 10 80 806 ist eine Anordnung zum fehlerfreien Empfang von binär verschlüsselt übertragenen Informationen bekanntgeworden. Mit dieser Anordnung soll die Fehlererkennung bei der Übertragung von Informationen verbessert werden, und dazu wird empfangsseitig zusätzlich zu dem Informationsübertragungskanal bzw. den -Übertragungskanälen ein weiterer, sendeseitig nicht mit Informationen beaufschlagter Übertragungskanal vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist, bei einer Datenübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Signalelemente durch die Änderung zwischen zwei Spannungspegeln abgetastet werden, eine schnellere Synchronisierung zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch Schaltungen zur Übertragung eines Startwortes, das den Datenfluß einleitet und aus einer vorherbestimmten Kombination von zwei besonderen Signalelementen besteht, die die Start- und Zwangssteuerungsbedingungen des Taktimpulsoszillators angeben, wobei von den besonderen Signalelementen das eine Element aus dem einen Spannungspegel, das andere Element aus dem anderen Spannungspegel besteht.

Danach enthält das Startwort Signalelemente, die den einen oder den anderen Spannungspegel haben (also nicht durch die Änderung des Spannungspegels angegeben sind).

Bei der Erfindung handelt es sich um die Erzeugung von Signalen von zwei verschiedenen Arten, wobei die eine Art von Signalen durch den Pegel selbst, während die andere Art von Signalen durch die Pegeländerung abgetastet wird.

Durch die Erfindung wird gerade vermieden, daß die Trägerwelle mit verschiedenen Amplituden moduliert wird, um Synchronisierungsschritte und Signalschritte voneinander unterscheiden zu können, es wird vielmehr «& erreicht, daß immer derselbe logische Pegel 1 oder 0 vorliegt. Während des Synchronisierungswertes wird aber der Pegel selbst abgetastet, dagegen wird während des Informationssignals die Pegeländerung abgetastet.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.

In den Zeichnungen ist die

F i g. 1 eine Darstellung der Antennen der Anlage,

F i g. 2 eine Darstellung des Datenflusses in Worten und Telegrammen,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung des Datenzentrums,

Fig.4 ein Blockschaltbild der Empfangseinrichtung des Zuges,

F i g. 5 eine Darstellung des benutzten Kodes und die

F i g. 6 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anlage.

Wie in der F i g. 1 dargestellt, ist zwischen zwei Schienen 1 und 2 ein Leiter 3 in Mäanderform angeordnet. Eine Eisenbahnstrecke ist im allgemeinen in Abschnitte unterteilt, von denen jeder Abschnitt eine besondere Signalinformation erfordert. Die F i g. 1 zeigt zwei solcher Streckenabschnitte mit den betreffenden Leiterabschnitten, die an einer Stelle 4 voneinander isoliert sind. Aus zwei Datenzentralen 7 und 8 werden den Leiterabschnitten Signale zugeführt. Auf der Strecke fährt ein Zug 5, der mit Antennen 6 zum Empfangen der über den Streckenleiter ausgesendeten Signale ausgestattet ist.

Der in der F i g. 2 dargestellte Datenfluß besteht aus 14Telegrammen TX- TX4 (Fig. 2a), die periodisch ausgesendet werden. Zwischen den Telegrammen TX4 und TX bzw. Tl und Γ8 wird ein Startwort SO zum Einschalten und Synchronisieren des Zeitgebungsimpuls-Regenerators des Empfängers ausgesendet. Jedes Telegramm ist für einen bestimmten Zug bestimmt, der daher die Information einmal pro Periode empfängt. Jedes Telegramm enthält vier Wörter 01 -04 (F i g. 2b), wobei jedes Wort aus 14 Signalelementen besteht.

Die in der F i g. 3 dargestellte Sendeeinrichtung weist auf einen Rechteckwellengenerator OS für 2400 Hz, eine entsprechende Kodierungseinrichtung K und einen Taktimpulsgeber Tp, der Taktimpulse an vier verschiedenen Phasenstellen der Periode des Generators erzeugt, welche Taktimpulse auf vier Drähten Tt ausgesendet werden.

Die auszusendende Information wird in binärer Form in einem Datenregister D gespeichert. Diese Information AX (F i g. 6) wird mit einer Geschwindigkeit von 1200 Bit/sec zur Kodierungseinrichtung K des Senders in Form eines konstanten Flusses von Gleichspannungsimpulsen A 2 übertragen, welche von den Taktimpulsen gesteuerte Impulse sämtlich die gleiche Länge aufweisen. Die binäre Zahl 0 wird durch ein vorherbestimmtes Potential z. B. Null und die binäre Zahl 1 wird durch ein

ίο höheres Potential dargestellt.

In der F i g. 6 sind die in den verschiedenen Schaltungskreisen auftretenden Signalströme mit A 2, A 3... A 10, BX, B2... 56 bezeichnet. Diese Bezugszeichen sind auch in den F i g. 3 und 4 zum Bezeichnen der Schaltungskreise verwendet worden, in denen die betreffenden Signalströme auftreten.

In der Kodierungseinrichtung werden die binären Zahlen »1« und »0« des Datenflusses in Spannungsänderungen umgewandelt, so daß am Ausgang der Kodierungseinrichtung eine »1«im Signalelement durch ein Ansteigen des Potentials von P2 zu PX angezeigt wird, während eine »0« durch ein Absinken des Potentials von PX auf P 2 angezeigt wird, wie in der Fig.5 dargestellt. Die Länge des Signalelementes

beträgt i=Vi2oo Sekunden. Die Änderungen erfolgen in der Mitte eines jeden Signalelementes und sollen außer der Übermittlung der Information auch eine Information über die Zeitgebungsimpulse erteilen.
Zum Aussenden des Startwortes wird der Kodierungseinrichtung ein Verbindungssignal »zu« (A 3) zugeführt, die in der Folge ein Signal erzeugt, das aus 8 Signalelementen mit dem Potential P 2 und aus nachfolgenden 4 Signalelementen besteht, die abwechselnd das Potential PX und P 2 aufweisen. Das Startwort umfaßt daher 12 Signalelemente, die jedoch noch durch zwei weitere Elemente ergänzt werden, die aus je einer »0« bestehen (vgl. A X), so daß insgesamt 14 Signalelemente erhalten werden. Nachdem das Signal »zu« in Λ 3 verschwunden ist, werden die letztgenannten »Nullen« mit dem für die Dateninformation (Herabsetzung des Potentials) benutzten Kode aufgezeichnet. Das von der Kodierungseinrichtung (A4) abgehende Signal ist das auszusendende Signal. Dieses Signal weist zwei verschiedene Potentiale PX und P 2 auf. Das Signal wird zu einem Frequenzmodulator FM geleitet und erzeugt zwei verschiedene Frequenzen 21,1 kHz und 22,9 kHz. Die Kurve A 5 zeigt die Hüllkurve des endgültigen Hochfrequenzsignals, das nach einer Verstärkung zum tatsächlichen Gleisleiterabschnitt ausgesendet wird.

Die in der Fig.4 dargestellte Empfangseinrichtung weist außer der eigentlichen Empfangsschaltung 41 in der Hauptsache eine Impulsformungsschaltung 42, eine Dekodierungseinrichtung 43 und einen Zeitgebungsimpuls-Regenerator 44 mit dem entsprechenden Zeitgebungsimpuls-Oszillator TO und der Steuerlogistik SL zusammen mit einem Stanwort-Detektor SD auf. Die Signale werden von den Antennen 6 der Zugmaschine empfangen und über einen Eingangstransformator T und ein Bandfilter BF zu einer Abgleicheinrichtung LW geleitet. Die Signale werden verstärkt, von einem Begrenzer F begrenzt und in einem Diskriminator D demoduliert. An den Eingang des Begrenzers F ist ein ΛΜ-Detektor angeschlossen, der ein Signal während der Zeit erzeugt, in der das Hochfrequenzträgersignal empfangen wird. In der Folge wird die sogenannte »Trägeranzeige« A 6 erhalten.

Das Signal aus dem Diskriminator D durchläuft ein Impulsformungs-Tiefpaßfilter LF, aus dem eine Signal-

welle A 7 erhalten wird, die als »Grundbandsignal« bezeichnet wird und sich entsprechend dem Signal A 4 verändert, das von der Kodierungseinrichtung des Senders ausgesendet wird.

Das Grundbandsignal wird in eine Rechteckwellenspannung in einem begrenzenden Verstärker F2 umgewandelt, von dessen Ausgang aus das Signal zum Teil zu einem Integrator /1 und einem Derivator d 1 in der Impulsformungsschaltung und zum Teil zur logistischen Schaltung /4Lder Dekodierungseinrichtung geleitet wird.

Im Integrator /1 wird das Startwort ermittelt, d.h. dessen Zeit t_a, in der das Potential P 2 während 3 aufeinanderfolgenden Signalelementen empfangen worden ist. Das am Ausgang des Integrators /1 erhaltene Startwortsignal B 5 zeigt »zu« an, und dieses »zu«-Signal bewirkt, daß der Zeitgebungsimpulsoszillator TO gesperrt wird, und daß die logistischen Schaltungen der Steuerung und der Zeitgebungsimpulse AL und TL die Einstellung Null einnehmen. Das Signal bewirkt weiterhin, daß das Datenausgangssignal A 8 aus der logistischen Schaltung AL der Dekodierungseinrichtung auf der Polarität »Null« festgehalten wird mit Hilfe einer bistabilen Schaltung Vin der Dekodierungseinrichtung. Und schließlich wird bewirkt, daß der Startwortdetektor SD die Einstellung »zu« (A 10) einnimmt.

Zu der Zeit f&, zu der das erste Pl-Signal des Startwortes erscheint, wird in der Folge das Signal B 5 in »von« geändert, wobei die Sperrung des Zeitgebungsimpuls-Oszillators TO aufgehoben wird. Das Ausgangssignal B 6 aus dem Integrator wird »zu«, und ein erster Taktimpuls (vgl. B1) setzt den Zeitgebungsimpuls-Oszillator in Betrieb. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Taktimpuls negativ ist in Abhängigkeit von dem Umstand, daß die vom Differenzierglied d\ erzeugten Impulse einen Gleichrichter L1 durchlaufen, der alle Impulse negativ macht. Diejenigen Impulse von B1, die für die Synchronisation des Zeitgebungsimpuls-Oszillators TO positiv sein sollen, werden von der logistischen Steuerschaltung umgepolt, wie später noch beschrieben wird.

Die vom Zeitgebungsimpuls-Oszillator erzeugten Schwingungen B 2 durchlaufen einen begrenzenden Verstärker F3, wonach das resultierende Rechteckwellensignal B 3 abgeleitet und gleichgerichtet wird, das nach der Gleichrichtung eine monostabile Schaltung M betätigt, die ein Zeitgebungssignal BA erzeugt. Das Zeitgebungssignal B 4 sowie das Rechteckwellensignal B 3 wird zur logistischen Zeitgebungsimpulsschaltung Tl geleitet, die 1200-Hz-Zeitgebungsimpulssignale T] — U an vier verschiedenen Phasenstellen auf einer gleichen Anzahl von Leitern erzeugt. Diese Leiter stehen zum Teil mit der logistischen Schaltung AL der Dekodierungseinrichtung und zum Teil mit der logistischen Steuerschaltung SL in Verbindung. In dieser Schaltung bewirken die Zeitgebungsimpulse f2 und h, daß die während der Zeitdauer der Signale h und f3 auftretenden Taktimpulse positiv umgepolt werden, während die während der Zeitdauer fi und U auftretenden Taktimpulse unverändert belassen werden.

Während des letzten Teiles des Startwortes besteht das Ausgangssignal B 6 des Integrators /2 aus dem Signal »zu«. Der Integrator ermittelt die Pl- und P2-Signale des Startwortes und verändert das Bö-Signal in das Signal »von« am Ende dieser Signale, d. h. zur Zeit te. Nach dieser Zeit treten positive sowie negative Synchronisierungsimpulse auf, die die Synchronisation während der Telegrammsendung aufrechterhalten.

Die aus dem begrenzenden Verstärker F2 bei der logistischen Dekodierungsschaltung AL ankommenden Signale werden mit Hilfe der Zeitgebungsimpulse fi - U dekodiert, wobei in an sich bekannter Weise jedes Signalelement an den Abgriffspunkten Sl und 52 (Fig.5) abgetastet wird, so daß das endgültige Datensignal A 8 erhalten wird. Störungen bei der Aussendung der Trägerfrequenz A 5, wie in der F i g. 6 bei S dargestellt, können natürlich im Datenfluß A 8 einen Fehler verursachen. In dem Diagramm nach der F i g. 6 wird angenommen, daß anstelle einer »Eins« als Folge von Störungen eine »Null« erhalten wird. Die Abwesenheit eines Taktimpulses zeigt jedoch einen Fehler an. Das Fehlersignal A 9 führt zu einem Signal »zu« in demselben Zeitpunkt, in dem ein fehlerhaftes Signal auftritt, wobei dieses Signal identifiziert wird. Dasselbe ist der Fall bei den ersten Signalelementen des Startwortes, da hier Änderungen des Pegels fehlen. A 9 führt zu einem Signal »zu«, wie mit unterbrochenen Linien dargestellt. Dies erfolgt jedoch nur dann, wenn dem Startwort keine solche Unterbrechung vorausgegangen ist wie z. B. beim Durchlauf einer Unterbrechungsstelle des Gleisleiters. Bei einer solchen Unterbrechung erfolgt eine Änderung in der Trägeranzeige Λ 6 zu »von« im Zeitpunkt t₀, welche Änderung über die bistabile Schaltung V den Datenausgang A 8 auf »0« umschaltet, welcher Zustand bis zum Zeitpunkt to erhalten bleibt. Zugleich wird das Startwortsignal A 10 auf »zu« geändert, und zwar bereits im Zeitpunkt f₀ anstatt im Zeitpunkt f_a, wie oben beschrieben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung einer binären Zahleninformation in einem durch einen Taktimpulsoszillator bestimmten Takt mittels einer modulierten Trägerwelle, mit einer im Sender befindlichen Kodierungseinrichtung zum Umwandeln der Zahleninformation in eine Modulationsspannung, in welcher jeder binäre Wert durch ein Signalelement dargestellt wird, das aus einer Pegeländerung zwischen zwei Spannungspegeln besteht, wobei eine Spannungserhöhung der einen binären Ziffer und eine Spannungserniedrigung der anderen binären Ziffer entspricht, sowie mit Schaltungskreisen zum Modulieren der Trägerfrequenz mit der Modulationsspannung und mit im Empfänger befindlichen Abtastungseinrichtungen zum Ermitteln der Zahleninformation mit einer Abtastungsschaltung, die aus dem empfangenen Signal Synchronisierungsimpulse für den Taktimpulsoszillator ableitet, gekennzeichnet durch Schaltungen zur Übertragung eines Startwortes, das den Datenfluß (A 4) einleitet und aus einer vorherbestimmten Kombination von zwei besonderen Signalelementen besteht, die die Start- und Zwangssteuerungsbedingungen (B 1) des Taktimpulsoszillators (TO) angeben, wobei von den besonderen Signalelementen das eine Element aus dem einen Spannungspegel (Ft oder P2), das andere Element aus dem anderen Spannungspegel (P2 oder Pl) besteht.

2. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung zum Ermitteln der Synchronisierungsimpulse aufweist ein Differenzierglied (di) zum Erzeugen von Impulsen, einen Gleichrichter (L 1) zum Gleichrichten der Polarität der Synchronisierungsimpulse, eine logistische Steuerschaltung (SL) zum Steuern des Taktimpulsoszillators (TO) und eine logistische Taktimpulsschaltung, die mit dem Taktimpulsoszillator in Verbindung steht und Taktimpulse (fi bis U) an vier verschiedenen Stellen der Periode des Taktimpulsoszillators erzeugt, wobei die logistische Steuerschaltung (SL) an zwei vorherbestimmten Phasenstellen die Polarität der an diesen Stellen auftretenden Synchronisierungsimpulse ändert, so daß alle Impulse für die Synchronisierung koordiniert werden.

3. Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung für das Startwort im Empfänger einen Integrator (/1) aufweist, der den Beginn des Startwortes identifiziert und ein Signal (B 5, ta) erzeugt, das den Taktimpulsoszillator bei Empfang der Anfangssignalelemente des Startwortes sperrt.

4. Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ermitteln der Information eine logistische Dekodierungseinrichtung (AL) aufweist, die einen Fehler (A 9) anzeigt, wenn bei einem Signalelement eine Spannungsänderung ausbleibt.