DE1762284A1 - Hochgeschwindigkeits-Datenuebertragungsanlage - Google Patents

Description

WESTERNELECTRIC COMPANY INcorporated A. M. Gerrieh 1-1 Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanlage zur Übertragung von Datensymbolen über einen Nachrichtenkanal begrenzter Bandbreite mit einer Datenquelle und einem Datenverbraucher·

Im besonderen werden vielstufige digitale Datensignale Ober Grundbandkanäle übertragen, deren spektrales Impuleansprechen speziell so ausgebildet ist, daß sich eine Kontrolle der Vielzahl der von Null abweichenden Komponenten der Symbolimpulse zu diskreten Abtastzeitpunkten ergibt. Das Ansprechen auf individuelle, aufeinanderfolgende Impulse überlappt sich zwar, findet aber in kontrollierter und strukturierter Weise statt. Die vielstufigen Eingangesymbole lassen sich normalerweise durch eine lineare Bearbeitung, d. h., durch Addition und Subtraktion aufeinanderfolgend empfangener Symbole wiederherstellen.

009818/1050

Der Grundgedanke einer Signalkanal-Formung durch eine kontrollierte Korrelation zwiachen empfangenen Abtaptwerten iat bekannt. Die Signalformung kann zu erwttnachten Ergebniaaen fahren, beiepielaweiae der wirksamen Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite und der Ausschaltung von Oleichstromkomponenten. Als Folge davon erstreckt sich das Ansprechen auf binäre digitale Datensymbole fiber mehr als ein SymboUntervaU· Jeder empfangene Sifcnalabtaetwert enthält dann nach einem bekannten Muster fiberlagerte Anteile von mehr als einem Eingangssymbol und kann eine von mehreren diskreten Stufen aufweisen.

Die ursprünglichen Nachrichtensymbole werden empfangsseitig aus aufeinanderfolgend empfangenen Symbolen wiedergewonnen. Die empfangenen Symbole aind jedoch Übertragungsfehlern ausgesetzt, und ein Fehler bezüglich ein·· Symbols beeinflußt daher mehr als ein empfangen·· Symbol·

Zur Lösung dies·· Problem· geht die Erfindung aus von einer Datenubertragungaanlage der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß daa'Ompulsansprechen des Nachrichtenkanal· auf einzelne Eingangsdateneymbol· fiber mehr als «in Abtastinterval verteilt iat, wobei da· Abtaatintervall etwa gleich dem Kehrwert der doppelten Bandbreite iat, dafi dar Nachrichtenkanal durch ein Tandem-Filter spektral so ausgebildet

000818/10SO

- BAD ORIGINAL

ist« daß die Zahl der von Null verschiedenen Komponenten des Impulsanspreehens auf ein einzelnes Eingangsdatensymbol während der Abtaetzeitpunkte endlich« daß ein £ Vorcodierer von jedem augenblicklichen Symbol den Kehrwert des Kanalansprechens auf jede der endlichen Anzahl vorhergehender Symbole abzieht« daß der Kanal durch das Ausgangsvignal des Vorcodierers beaufschlagt wird und daß ein Decodierer die Eingangsdateneymbole aus einzelnen Abtastungen der Kanalsignale wieder herstellt und dem Datenverbraucher zuführt.

Entsprechend dem Grundgedanken des Teilansprechens wird das Impulsansprechen eines Kanals spektral so geformt« daß jedes binäre Symbol zu einem Ansprechen führt« das sich über mehr als ein Signalintervall erstreckt. Das empfangene Symbol kann jede von einer Anzahl von diskreten Stufen besitzen« wobei deren Zahl durch die Zahl von Signalintervallen bestimmt wird« über die sich das Kanalimpulsansprechen erstreckt« sowie durch die Art der Bewertung für jeden der Vielzahl von Ansprechwerten. Wenn beispielsweise der Kanal so geformt ist« daß jedes binäre Symbol zu zwei gleich bewerteten Ansprechwerten gleicher Polarität führt« die sich über zwei Signalintervalle erstrecken« führt eine Überlagerung aufeinander folgender Ansprechwerte während des binären Signalintervalls zu einem dreistufigen Kanalsignal« dessen Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz ein Maximum

0ΟΘΘ18/1Ο6Ο

bei der Frequenz Null hat und Null bei einer Grenzfrequenz ist» die gleich der halben Signal-Intervall-Frequenz iet. Bei !deiner RauechetOning ermöglicht eine spektrale Formgebung auf der Grundlage dea Teilansprechena eine wirksame Signalgabe mit der theoretisch maximalen Frequenz von zwei Bits Je Periode der Bandbreite für binäre Eingangseignale.

Et hat eich gezeigt, daß zwei Klassen für die Überlagerung von α besonderem praktischen Interesse sind. Diese Klassen werden

hier mit I und IV bezeichnet. Die Klasse I betrifft gleichbewertete

' symmetrische Ansprechwerte (wie soeben beschrieben), und die

Klasse IV gleichbewertete asymmetrische Ansprechwerte.

Erfindungsgemte wird der Grundgedanke des TeÜaneprechens auf die Beaufschlagung von spektralgeformten« in ihrer Bandbreite begrenzten Grundband-Übertragungskanälen durch vierstufige

Eingangesymbole ausgedehnt. Im allgemeinen Fall führt jedes

W Eingangsdatensymbol mit einer von M diskreten Stufen, das an

- einen Kanal mit einer Breite von wenigstens W Peridden in

Intervallen von T = 1/2W Sekunden angelegt wird, zu einem zeit-/ abhängigen Ansprechen mit von Null abweichenden Komponenten

/ in η Abtastzeitpunkten. Wenn eine Folge solcher Datensymbole in

Abständen von T Sekunden übertmgeh wird« enthält Jede Abtastung

: Ansprechkomponenten von η Symbolen und kann einen Wert be-

009018/1060

BAO ORIGINAL

sitzen, der größer ist als die Zahl von M übertragenen Stufen. Ein individuelles Datensymbol läßt sich aus dem Kanalausgangssignal durch eine analoge Subtraktion der Anteile der n-1 vorhergehenden Symbole wiedergewinnen* Zu diesem Zweck müssen η aufeinanderfolgende Abtastwerte empfangsseitig gespeichert werden und es muß eine Rechenregel für die Subtraktion gefunden werden. Da die richtige Deutung eines gegebenen Abtastwertes von der richtigen Deutung von n-1 vorhergehenden Abtastwerten abhängt, können Fehler über viele Abtajrtintervalle ausgedehnt werden.

Das Problem der Fehlerauedehnung kann durch eine Vorcodierung der Eingangsdaten Im Sender überwunden werden. Prinzipiell ist die Kennlinie eines Vorcodierers der Kehrwert des Impuls -ansprechens des Kanals. Der Vorcodierer summiert die Beiträge von η vorhergehenden Eingangsymbolen und subtrahiert sie von dem augenblicklichen Eingangssymbol. Beim Durchgang durch den Kanal weist der vorcodierte Datenstrom die gleichen Beiträge in wiederhergestellter Form auf, und jeder empfangene Abtastwert besieht sich dann nur auf ein Nachrichtensymbol,

Unglücklicherweise besteht die einzige Beschränkung , die den übertragenen Symbolen durcb einen solchen Vorcodierer auferlegt wird, darin, daJ der Vorcodierer die gewünschte Betiehung swi-

009818/1050

■chen Nachrichtenaymbolen und Signalabtastwerten herstellt. Da dieae Beziehung durch übertragene Symbole «ehr großer Amplitude erzeugt werden kann, sind weitere Einechrinkungen erforderlieh·

Die Übertragenen Symbole werden dadurch auf M mögliche Stufen begrenzt, da· die Rechenregel für das Vorcodieren im Modulus-M Sinn interpretiert wird. Wenn der empfangene Abtastwert ebenfalls im Modulus-M Sinn interpretiert wird· können die Nachrichtenziffern ohne Fehlerausdehnung wiedergewonnen werden.

Es ist aus praktischen Gründen unbequem, die Kennlinien für das Impulsansprechen vieler verschiedener Kanlle stt messen. Daher werden Kanalfilter benutzt» um einen Bereich von Kanälen auf eine gewünschte Gesamtkennlinie für das Xmpulsansprechen zu* zusehneiden«

Da die meisten, zu übertragenden digitalen Daten in binärer Form entstehen und Verfahren zur Behandlung von Untren Daten weit entwickelt sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Vorcoditrung durch eine logische Bearbeitung der ursprünglichen binaren Daten vor ihrer umwandlung te vielstoflge Signale durch* zuführen. Entsprechend lassen sich di» bintren Aaegaagsslgttale des Empfänger» «tereh logische ss mit Hilfe vmt r»

ββ··11/101»

und Umklappschaltungen gewinnen.. Ein Sender oder Empfänger für binäre Signale braucht niemals davon Kenntnis zu erlangen« daß bei der tatsächlichen Übertragung eine Umwandlung in vielstufige Signale stattfindet.

Bei einem Aueführungebeispiel der Erfindung wird ein binäres Seriensignal in ein paralleles Signal mit paarweisen Bits umgewandelt, die im cyklischen Gray-Code codiert sind, um sicherzustellen, daß ein Anzeigefehler nur ein Bit eines Vielbitsymbols beeinflußt, welches so vorcodiert ist, daß es an einen Kanal mit einer spektralen Formung für das Teilansprechen der Klasse I angepaßt ist und schließlich in eine vierstufige Analogform umgesetzt wwrden kann. Im Übertragungskanal wird außerdem das vierstufige vJforcodierte Signal in ein siebenstufiges Kanalsignal umgewandelt. Das siebenstufige Signal istun Modulus-4 kongruent mit der in paarpnreise Bit umgewandelten ursprünglichen Binärfolge und wird mit Hilfe üblicher Verfahren angezeigt.

Entsprechend einem speziellen weiteren Aueführungsbeispiel der Erfindung werden die gleichen Operationen an einem binären Eingangssignal wie bei dem vorstehenden Ausführungebeispiel vorgenommen, mit der Ausnahme, daß durch die Vorcodierung das ausgesendete Signal an die Spektralformung für das Teilansprechen der Klasse IV angepaßt wird.

009818/1060

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben; et seigen:

Fig. 1 ein verallgemeinerte« Blockschaltbild einer Übertragungeanlage mit Teilansprechen;

Fig. 2 eine digitale Darstellung der allgemeinen Grundgedanken rar das Vorcodieren nach der Erfindung;

Fig. 3 ein Karvendiagramm rar das Entstehen eines überlagerten Impulsansprechens eines Übertragungskanals auf typische vielstufige Eingangs -signale;

Fig. 4 das Blockschaltbild eines Analogous für das Vorcodieren nach der Erfindung sur besseren Erläuterung;

Fig. 5 und 6 frtquens- bsw. se itabhingig· Kennlinien eines teilanspreehenden Übertragungskanals, der spektral für ein Ansprechen der Klasse 1 geformt 1st;

Fig. 7 und 8 frequenz- bsw. seltahhfngige Kennlinien eines teilansprechendtn Übertragungskanals, der spektral für ein Ansprechen der Klasse IV geformt ist;

009818/1010

BAD ORIGINAL Fig. θ ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vor-

codierers nach der Erfindung« der einen Übertragungskanal mit Teilansprechen der Klasse I an vierstufige Dateneingangesignale anpaßt; Fig. 10 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vor codierers nach der Erfindung» der einen Übertragungskanal mit teilweisem Ansprechen der Klasse IV an vierstufige Dateneingangssignale anpaßt; Fig. 11 ein Blockschaltbild eines praktisch ausgeführten« vielstufigen Übertragungskanals mit teilweisem Ansprechen nach der Erfindung, in welchem eine binäre Signalfolge auf binärer Grundlage vor der Umwandlung in Vielstufensignale vorcodiert wird; Fig. 12 und 13 Blockschaltbilder praktisch ausgeführter Schaltungen zur Vorcodierung der Klasse I bzw. IV und zur Vierstufenumwandlung für binäre Eingangesignale nach den Grundgedanken der Erfindung; Fig. 14 und 15 Kurvenformen« die Transformationen der Klasse I bzw. IV von repräsentativen binären Signalfolgen in vorcodierte vierstufige Leitungssignale mit teilweisem Ansprechen in der Anlage nach Fig. 11 erläutern.

009818/1060

-40-

Fig· 1 zeigt ein verallgemeinerte« Blockschaltbild einer Daten* Übertragungsanlage mit Teilaneprechen, die.einen Vorcodierer enthalt. Die Datenquelle 10 ist allgemeiner Art und kann Datensignal· in binärer Form aussenden, die Markierbits (1) und Pausenbits (0) enthalten, oder Datensignale in vielstufiger Form, bei denen jede Stufe binäre Bits in Gruppen von zwei oder mehreren Bits codiert. Beispielsweise codiert ein vierstufiges Signal die Bit-Paare 00, 01, 10, und 11 auf den entsprechenden Stufen, Allgemein gesagt, enthält ein M-stufiges Signal loggM Bits je Stufe. Mit Hilfe der vielstufigen Codierung kann mehr als ein Bit je Symbol übertragen werden. Die maximale Anzahl von Symbolen je Periode der Bandbreite ist durch die Regel von Nyquist begrenzt, d. h., es können nicht mehr als zwei Symbole je Periode der Bandbreite ohne unzulässige Zwischensymbol-Störung übertragen werden, selbst wenn ein physikalisch nicht zu realisierender idealer Kanal mit einem Frequenzabfall von Null (zero frequency roUoff) benutzt wird. Eine binäre Signalgeschwindigkeit von zwei Bits je Periode der Bandbreite läßt sich dagegen durch eine herkömmliche vielstufige Codierung erreichen. Ein vierstufiges Leitungssignal, das mit der gleichen Leistung wie das binäre Signal über einen praktischen Kanal mit einem Abfall von 100% (100 percent roUoff) übertragen wird, ergibt also eine Signalgeschwindigkeit von 2 Bits je Perlode der Bandbreite mit einem Rauschnachteil von etwa 3,9 dB

0Ö9818/1050 _ΒΔηΛθ

6AO ORIGINAL

mit Bezug auf ein zweistufiges System, das einen idealen, aber nicht realisierbaren Kanal mit einem Abfall von Null benutzt. Bei einer praktischen Formung mit Teilansprechen nach der Erfindung kann ein vierstufiges Eingangssignal mit einer binären Signalgeschwindigkeit von 4 Bits je Periode der Bandbreite bei nur 2,1 dB Rauschnachteil gegenüber einem herkömmlichen vierstufigen Signal übertragen werden, das über einen nichtrealisierbaren Kanal mit einem Abfall von Null läuft.

Die Datenquelle 10 kann am Ausgang entweder ein zweistufiges oder ein vierstufiges Signal liefern. Die Vorcodierung entsprechend dem Kanal-Impulsansprechen findet im Vorcodierer 11 statt. Dessen Ausgangssignal B wird spektral im Filter 12 geformt, dessen Ansprechen in Verbindung mit dem des Kanals 13 zu einer Überlagerung der vorcodierten Komponenten auf eine noch größere Zahl von Stufen führt. Das Filter 12 kann zweckmäßig auffabliche Weise zwischen der Sende- und Empfangsseite des Kanals 13 aufgespalten sein. Das Kanal-Ausgangssignal S ist das Modulus-M-Äquivalent des vorcodierten Eingangs signals B . Der Decodierer 14 enthalt übliche vielstufige Begrenzerschaltungen zur Bearbeitung des Signals S . Wegen der Vorcodierung beim Sender sind im Decodierer 14 keine Speicherschaltungen erforderlich. Der Datenverbraucher 15 nimmt die decodierten Auegangesignale D vom Decodierer 14 auf und bearbeitet sie auf übliche Weise.

009818/1060

BAD

Fig. 2 zeigt einBlockdiagramm zur Erläuterung dee Vorcodier-Prinzips. Das gestrichelt dargestellte Kästchen 28 gibt digital die kombinierte Kennlinie des Übertragungskanals 13 und des Filters 12 nach Fig. 1. wieder. Es kann auch einfach nur die Kanalkennlinie ohne spezielle Spektralformung angeben. Grundsätzlich wirkt die Kombination aus dem Kanal und dem Filter wie eine Verzögerungsleitung 30 mit vielen Anzapfungen, deren Eingangsund Verzögerungskomponenten nach dem Fortschreiten von links nach rechts in den Einleiten 31 mit den angegebenen Faktoren (C_Q, C_n) multipliziert und dann in einem Summierer 32 addiert werden.

Es sei jetzt kurz auf Fig. 3 eingegangen, die das verallgemeinerte* Impulsansprechen eines Kanals auf repräsentative Vlelstufen-Impulse B. und B- in der Zeile (a) darstellt. Eingangssignale werden an den Kanal mit einer Bandbreite von wenigstens W Perioden je Sekunde in Intervallen von T « -rrr- angelegt. Das Eingangssignal B₁ für das eine Amplitude 1 angenommen wird, führt zu dem in Zelle (b) gezeigten Ansprechen 40. Zu den gezeigten Abtastzeltpunkten n_ besitzt es von Null abweichende Komponenten C₀ bis C₃. Für die Komponente C₀ wird hier die Amplitude !angenommen. . ' . . ■....·.■. ·■...,.-..

009818/1060 ^BAO OHH3INAL

Entsprechend führt das vieletufige Eingangssignal B„ mit einer Amplitude von beispielsweise drei Einheiten zu einem in Zeile (c) gezeigten Ansprechen 41. Dessen Hauptkomponente C' mit einer Höhe von drei Einheiten tritt gleichzeitig mit der Komponente C₁ in Zeile (b) auf. Für die weiteren Taktzeitpunkte in Zeile (a) werden Signale mit dem Wert Null angenommen. Das Gesamtansprechen des Kanals auf die Signale B₁ und B ist in Zeile (d) gezeigt. Die Komponenten C" bis C^ sind die Summe von C_n* (C-!+CD, (C₀H-CU usw. Das Problem besteht darin, die Komponenten C_n und C* vom Ansprechen in Zeile (d) trennen zu können.

Verallgemeinert läßt sich die Zeile (d) in Fig. 3 als Summe wie folgt darstellen:

S » Y CB, . (1)

k LmL η k-n * '

n«ü

S, ist das Signal, das am Ausgang des Kanals 29 in Fig. 2 auf der Leitung 33 auftritt. In der Gleichung (1) ist k eine willkürliche ganze Zahl, die die Nummer eine« bestimmten Symbols in der Eingangsdatenfolge angibt; η ist eine ganze Zahl, die die Nummer der von Null abweichenden Komponenten des Kanal-Impulsansprer cheni auf ein einziges Eingangssignal zu den Abtastzeitpunkten darstellt· und N ist eine ganze Zahl, die die von Null abweichende

ÖÖS818/1QS0

Komponente des Impulaaneprechene mit der höchsten Nummer bedeutet. C ist ein Amplitudenfaktor für die einzelnen Komponenten, B das Kanak-Eingangssymbol und S das KanalausgangssymboL

Die Gleichung (1) läßt sich schreiben:

^Sk ■ ^C0^Bn ⁺ Z. ^C«^BW n^B

Jetzt kann das Eingangssignal B wie folgt abgetrennt werden:

B £

Die Gleichung (S) zeigt, daß ein gegebenes Eingangssignal des Kanals 28 aus dem Ausgangssignal wiedergewonnen werden kann« wenn η vorhergehende Eingangssignale im Empfinger gespeichert worden sind. Jeder Fehler in einem der vorhergehenden η Abtaetwerte erscheint in η nachfolgenden wiedergewonnenen Signalen. Um sowohl die Speicherung im Empfänger als auch die Fenlerauebreitung zu vermeiden· kann die in Gleichung (3) angegebene Subtraktion durchgeführt werden« bevor das Eingangssignal an den Übertragung»kanal gegeben wird· Dies ist di· Funktion des Vorcodierens.

009818/1080

BAO OR(QlNAL

Der Voroodierer in dem gestrichelt gezeichneten Block 11 in Fig. 2 stellt die Umkehrung der digitalen Kanalkennlinie im Block 29 dar. Der Vorcodierer 11 enthält eine Ve rzögp rungs leitung 25 r»it einer Vielzahl von Anzapfungen, in der das Signal von rechts nach links läuft, einen Summierer 27, Multiplikatoren 2ß, deren r;ämpfungsfaktoren den Faktoren C₁ - C_ft dee Kanals 29 entsprechen, und ein "^ingangs-Dämpfungsglied 24, dessen Fairtor -T₇- ist. Las Ausgangdsignal dos Vorcodierers 11 auf der Leitung 23 wird im Modulus/M subtrahiert, wobei M die Zahl diskreter Stufen angibt, die für jedes Eingangssymbol A^xverfügbar sind. ^venn das Auegangssignal des Vorcodierers 11 auf der Leitung 23 im Modulus M von der Eingangssymbolfolge A, auf der Leitung 20 im Addierer 21 subtrahiert wird, ist das Ausgangesignal auf der Leitung 22 C B,, wie die Gleichung (3) zeigt. Dann ißt

O K

S, = A (mod M). Dann ergibt sich, daß die zur Gewinnung der neuen Folge B v>n der Eingangs symbolfolge A subtrahierten Komponenten 2JC B, im Kanal wieder hergestellt werden, damit A = S. (mod M) wird. Die ursprüngliche Symbolfolge A. wird aus der empfangenen Folge S, durch eine Modulus M-Anzeige im Detektor 34 (Fig. 2) wiedergewonnen und steht auf der Ausgangs· leitung 35 zur Verfügung.

3h- .

009818/10S0

Das Vorcodierungs-Prinzip UJH sich leiclter anhand der Rückkopplung«-Mitkopplung»-Analogie in Fig. 4 verstehen. Dort ist von einem willkürlichen Signal X am Eingang eines Addierers 45 das rückgekoppelte, mit einem Faktor G im Block 46 multiplizierte Ausgangesignal Y subtrahiert worden. Das Ausgangssignal Y läßt sich darstellen als

Y * ^v - YG (4)

wobei X « Y (1+G) . (5)

Wenn das Signal Y über irgendeine Verbindung zu einer entfernten Station mit »inern Addierer 48 übertragen wird« UOt sich das Signal X au β dem Ausgange signal Z des Addierers 48 durch Multiplikation des Signale Y mit dem Faktor G im Block und Vorwärtskopplung des Signale YG zum Addierer 48 wiedergewinnen. Das Ausgangesignal Z des Addierers 48 wird dann:

Z = Y + YG * Y (1+G) (6)

Es istklar, daß die Gleichungen (5) und (6) identisch sind und folglich Z » X let. Der Faktor G let sowohl dem Kanalaneprechen ale auch der Vorcodiererkennlinie analog. Dies ist der wesentliche Inhalt des Vorcodier-PrinsipS.

009818/1050

⁰AO ORIGiNAi.

'lh

Das Vorcodier-Prinzip läßt sich leichter verwirklichen, wenn die

"Werte C auf einfache Weise vorbestiEambar sind. Dies ist für η

den binären Fall bereits gezeigt worden. Wenn ein Filter dem Kanal hinzugefügt wird, uzr. das Frequenzansprechen 50 in Fig. 5 zu erzeugen, wird das Impulsansprechen der ausgezogenen Linie 59 in Fig. 6 entsprechen. Das rechteckige Ansprechen 51 (gestrichelte Linie) ist zun. Vergleich gezeigt und stellt das ideale Nyquist-Ansprechen nut dem x\bfall Null für das Frequenzband W

Co
dar. Die Kurve 50 besitzt eine ^sinusförmige Spektralverteilung im

von Null abweichenden Bereich. Diese Verteilung bewirkt, daß das Eingangssignal zu dem um ein Intervall T =» -rrr verzögerten

* w

Eingangssignal addiert wird. Das ist das in Fig. 6 gezeigte Ansprechen der Klasse I. Der Abtastwert 55 ist das Eingangssignal, dessen Impulsansprechen 5tj durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Das vt'rzögoiio .Eingangssignal ist der Abtastwtrt 57, dessen Impulsmmrrecheri Vi. .strichpunktiert dargestellt ist. Lauft Summe der iur/cn FiG un i .H ist das ausgezogen dargestellte .ansprechen 50 der f Lisse 1. ü sind zwei von Null abweichende Abtastwerte 55 und 57 mit tinerri Abstand von -r~-r Sekunden vorhandon. All«; anderen γ^· Abtastzeitpunkte führen zu AUastwerten Null.

Das Ansprechen der Klasse I läßt sich anhand der Gleichung (1) unter Verwendung der Dämpfungsfaktoren C * C. ^a 1 beschreiben:

009818/1050

^s _k-^Bk^+Bk-i-

Da S. * A, (mod M) ist, wird die erforderliche Vorcodierung für ein Signal der Klass· I (zweistufig oder vielstufig):

^Bk " ^Ak " ^Bk-1

Fig. 9 zeigt den Voreodierer H (Fig. 2) vereinfacht für eine Formung der Klasse I von vierstufigen Daten· Emr Voreodierer der Klasse I für ein vierstufiges Signal enthält den Modulus-4-Addierer 73 mit den Eingangssymbolen A, auf der Leitung 70 und den Aus gange Symbolen B. auf der Leitung 71 sowie einen Rückkopplung kreis zu einem Subtrahiereingang des Addierers mit einer eingeschalteten Verzögerungseinheit 72 für ein Abtast· intervall.

Die Formung der Klasse I ist durch eine obere Grenzfrequenz gekennzeichnet und vermeidet in vielkanaligen Kanalsystemen ein Übersprechen in benachbarte Kanäle, in der Praxis sind viele Kanäle nicht in der Lage, Gleichstrom oder eine Komponente der Frequenz Null xu übertragen. Für diese Art von Kanälen ist eine spektrale Formgebung der Klasse IV vorteilhaft.

000818/1010

BAD ORIGINAL

Die Pig. 7 und 8 zeigen das Frequenz- bzw, Impuleansprechen eines Kanäle der Klasse IV. Die Fur ve 60 in Flg. 7 weist Grenzfrequenzen sowohl £im oberen als auch air unteren Bandende auf. Daher ist weder "ine f*leichi;tror.;übertragung möglich, noch tritt ein "bertprechon in benachbarte I.anal·"¹ einen vielkanaligen übertragungssystem.·;-cuf. T;h- Cesarrtfcrr ^ntepricht der Halbperiode einer SiiiiisLurve. Pas znr/phörigo Imjailsansprechen in Fig. b ist eine "'berlagerang d^r pipolureu Impulse Pl und 62, die durch das doppelte Signalintervall von τ Sekunden getrennt Bind. Für alle Signalintervalle n.it einem Abstand von T = rrrr- außer dem Abtastwerten 61 und 62 und einschließlich des Mittelpunktes 63 Bind die Abtastwerte Null.

Das Ansprechen der IQaesc IV läßt sich anhand der Gleichung (1) beschreiben, in den* für die Dämpfungsfaktoren gesetzt wird C_Q = + 1, C₁ = 0 und C = -1. Dann ergibt sich:

^Sk ■ ^Dk ■ ^Bk-2 <⁹>

Die entsprechende Vorcodierung für ein Signal der Klasse IV wird:

B_k = A_k + B_k_₂ (mod M) (10)

Fig. 10 zeigt vereinfacht den Vorcodierer 11 (Fig. 2) für eine Formung der Klasse IV und vierstufige Daten. Der Voicodierer

009818/1050

BAD

-a-

der KLasse IV enthalt den Modulus-4-Addierer 83 mit EJngangs-

symbolen A. auf der Leitung 5iTund Auegangesymbolen B, auf

Vf *

der Leitung-?*-sowie einen Rückkopplungekreis tu einem Addier- Eingang des Addierers 83 mit einer eingeschalteten Verzögerungeeinheit 82 von zwei Abtaetintervallen.

Da C_Q für beide Codierer der Klaeee I und IV Eine let, iet der in Fig. 2 gezeigte Abschwächer 24 nicht erforderlich.

Verzögerungseinheiten oder Schieberegister, die vleletufige Signale bearbeiten können, sind schwer zu verwirklichen. Ee hat eich daher als vorteilhaft erwiesen, die Vorcodierung und andere Operationen vor der Umwandlung in vieletufige Signale auf der Grundlage einer binären Logik durchzufahren. Ein entsprechendes}!» einzelne gehendes Blockschaltbild zur Erzeugung eines vieletufigen Signale mit Teilansprechen aus einer binären Signalfolge iet in Fig. 11 gezeigt. Um zu konkreten Angaben zu gelangen, wird im folgenden eine vierstufige Signalg&be angenommen.

Entsprechend Fig. 11 wird eine serienförmige binäre Signalfolge

P D aus der Quelle 100 zunächst in jrarallelform mit zwei Bite umgewandelt. Jedes Paar mit zwei Bits wird im folgenden ale Dibit bezeichnet. Der Serien-Parallelwandler 101 wird seitlich gesteuert durch Serien-Taktauegangesignale (SCT) und Dibit-Takt·

009818/1050

BAD ORIGINAL

aus gangs signale (DCT) dee Sendetaktgebere 109 auf den Leitungen 110 und 111. Dae SCT-Auegangesignal dee Taktgebers 109 synchronisiert außerdem die eerienförmigen Daten. Der Wandler 101 kann zweckmäßig dae bekannte J-K-Flipflop enthalten.

Die Gray-Codierung der parallelen Daten, die sicherstellt, daß ein Anzeigefehler von einer Stufe für das empfangene Signal zu einem Fehler eines einsigen Bit fuhrt, wird im Block 102 vorgenommen· Die ungeraden Bite d_ . bzw. geraden Bits d_ vom Wandler 101 werden an den Eingang de« Gray-Codier er s 102 angelegt. Eine Gray-Codierung für ein vierstufiges System setzt in bekannter Weise die natürliche binäre Folge 00, 01, 10, 11 in 00, 01, 11, 10 um.

Im folgenden wird das höherstellige Bit eines Dibit-Paares mit der Hochzahl "l" und das niedrigerstelUge Bit durch die Htchxahl "0" bezeichnet. Kleinbuchstaben bedeuten individuelle Bits und Großbuchstaben vielstufige Kombinationen· Folglich werden die einzelnen Auegange signale des Gry-Codierers 102 mit a für das höher stellig· link« Bit und mit ·. für das recht· Bit bezeichnet.

Entsprechend sind b und b die individuellen voreoditrten Bits

η η

und B_n das vielstufife vercodierte SymboL

00011·/1050

Der Vo r. codierer 103 nimmt die Gray-codierten Aus gangs signale

a und a des Blocks 102 auf und wandelt sie entsprechend der

η η

Rechenregel für die Klasse I oder IV in vorcodierte Bits b und b um. Nach der Vorcodierung werden die vorcodierten Bits b und b im Digital-Analogwandler 104 zur Erzeugung des Ausgangssignals B in vieletufige Form übersetzt. Das vielstufige Signal B beaufschlagt das teilansprechende Filter 105, das so auf den Übertragungskruial 106 zugeschnitten ist, daß sich gewünschte Form der Klasse X oder IV ergibt· Das Ausgangssignal

S des Kanals 106 ist für ein vierstufiges Eingangssignal ein η

■iebenstufigee (SM*l)*Signal. Es 1st im Modulus 4 mit dem vierstufigen Signal kongruent. Empfangsseitlg gewinnt daher der Decodierer 107 durch ein· entsprechende Begrenzung die Übertragenen Dibits wieder· und der Datenverbraucher 108 führt die endgültige Umwandlung in dl« binflre Serienform durch. Die empfangenen Taktsignale sind aus Gründen übersichtlicher Darstellung nicht gezeigt.

Di· Gray-Codierung von Dibits wird durch Übertragung des

hoherstelligen Bit a* als b* und des niedrigerstelligen Bit als dl· Modulus-2-Summe der beiden Eingangs-Bits durchgeführt, d.h..

Das im Kreis dargestellte Pluszeichen bedeutet die Modulus-2-Summierung. Eine Modulus-2-addition bedeutet im Effekt natürlich das gleiche wie eine Modulus- 2-Subtraktion.

Die Vorcodierung für die Klasse I in binärer Form wird mit Vorteil für Dibit-Eingangssignale unter Verwendung von Halb-Addieren entsprechend Fig. 12 durchgeführt. Das niedrigerstellige Bit a wird im herkömmlichen Halb-Addierer 130 zu dessen Ausgangs-

signal b addiert, das über ein Schieberegister 131 mit einer einzigen Stufe und einem Inverter 132 als (b )· zurückgeführt ist. Der Halb-.Addierer 130 fuhrt eine Addition im Modulus 2 durch, um das ^ us gangs signal b zu erzeugen. Der Inverter sorgt dafür, daß das Vorzeichen des Übertrags richtig bleibt. Dann ist:

b° = a° *b°_t (J₂)

η η n-1 ^l '

Das Λ u ε gangs signal auf der Leitung 133 läßt sich durch das Produkt wiedergubm:

b° . · (a⁰)· = c° , (13)

n-1 n' n-1 ^% '

Die Übertrags-C peration nach Gleichung (13) wird intern im HaIb-Addierer auf übliche Weise durchgeführt. Die Gleichung 13 gibt an, daß ein f bertrag nur dann erzeugt wird, wenn b _Λ gleich 1 und

n-i

a° Null ist.
η

009818/1050

Di« hOheratellige Ziffer a wird auf entsprechende Weise im HaU>-Addierer 12O₄ im Schieberegister 121 mit einer Stufe und im Inverter 122 bearbeitet. Die Rechenregel zur Vorcodierung der höheretelligen Ziffer lautet:

b¹ « a¹ ♦ b¹ ₁ ♦ c° , (14)

η η n-1 n-1

Die Ausgangssignale b und b werden zur Bildung eines vierstufigen Signale im Vervielfacher 125 und iummierer 126 gemäß Flg. 12 kombiniert. Das vielstufige Signal lautet:

B » b° + 2b¹. (16)

η η η * '

Das Vorcodieren der Klasse IV auf binärer Grundlage wird gemäß Fig. 13 auf ganz ähnliche Weise unter Verwendung von HaIb-

Addierern durchgeführt. Die niedrigerstellige Ziffer a wird

im Halbaddierer 150 mit dessen Ausgangssignal b , das durch das Schieberegister 151 mit zwei Stufen verzögert worden ist, wie folgt kombiniert:

Auf der Leitung 153 wird auf übliche Weise ein Übertrag erseugt:

Ί. ■ <& ■ -I,

009818/1060

SADORtQiNAt.

·.;■■· ■■■■■''.)

Eine höherstellige Ziffer a wird durch den Halb-Addierer 140 und das zweistufige Schieberegister 141 bearbeitet. Die Vorcodierung lautet:

b¹ = a¹ ♦ b¹ _o ♦ c° _o . (18)

η η n-2 n-2

Bei der Viele tuf en-Umwandlung werden die Ausgangssignale b und b im Vervielfacher 145 und Summierer 146 entsprechend Qleichung (15) kombiniert.

Für Vielstufensignale höherer Ordnung können die Vorcodierer nach Fig. 12 und 13 durch Ilinzufügung weiterer Halb-Addierer auf leicht zu Übersehende Weise erweitert werden.

In den Fig. 14 und 15 sind auf daß Blockschaltbild nach Fig. 11 zugeschnittene Kurven für eine Vorcodierung der Klasse I bzw. IV gezeigt. Für beide Figuren wird die folgende repräsentative binäre Signalfolge D angenommen:

1010010100110011010001010000111.

Diese Folge ist in Zeile D (Fig. 14 und 15) In binärer, nicht nach Null zurückkehrender Form gezeigt. Die Zeit schreitet nach rechts fort. Die Zeilen SCT und DCT zeigen die Serien- bzw. Dibittaktkurven vom Taktgeber 109, In den Zeilen D , Ut die Kurve

τη··ι

der Zeilen D__ um eine Serien-Bitzeit nach reohts verschoben, m

009818/1060

gezeigt. Die Abtastung der Kurven D und O - entsprechend den Taktimpuleen OCT führt zu den Zeilen D. . und D_ . Die

1 0

Zeilen a und a geben die Gray-codierten Darstellungen der

Zeilen dg, ₁ und d entsprechend den Gleichungen (11) an. 2^nti^m ι zn

Beispielsweise wird das am weitesten links stehende binäre Paar

D «10 zuerst in Dibit-Komponenten d_ , * 1 und d~ · 0 und m ^ 2η·1 2η

1 ö

dann in die Gray-codierte Form a * 1, a. * 1 auf den angegebenen Zeilen aufgespalten. Die Fig. 14 und IS sind bis zu diesen Zeilen identisch.

Die Zeilen b , c , und ti Im Fig. 14 sind von den Zeilen a η n-1 η * η

und a entsprechend den Gleichungen (12) (13) und (14) abgeleitet, um die entsprechende vorcodierte Kurve der Klasse I zu erhal ten. Im besonderen lautet das erste Paar:

^bn ^{= a}n * ^bn-l " * * ° " ^lj "*

b¹ · a^J ·> b^l , · c¹ _A - 1 ♦ 0# 0 ■ 1. η ii η -1 n-1

Die vorcodierte vieletufige Kurve B wird gemäß Gleichung- (fr) aus den Zeilen b und b abgeleitet· Für das erste Symbol ergibt sich also B ■ b' + 2b < · 1 + 2 · 3· Dte &** Codierstufen 0, 1,

η η Jt. , *'· ■ ■

2 und 3 sind entsprechend bezeichnet, SchUeftUoh wird das empfan gene Signal S aus der Beaufschlagung de» Kanals ΙΟβ und des Filters

BAD ORIGINAL

lOb der Klasse 1 entsprechend der Eechenregel der Klasse 1 geiT«äß Gleichung (7) abgeleitet. Das erste Symbol lautet dann:

η η n+1

Die ausgezogene Kurve Ibt) in Zeile S stellt das idealisierte empfangene Signal und die gestrichelte Kurve 161 das angenäherte geglättete Signal dar, ^as bei einem praktisch Kanal gewonnen wird. In Zeile S sind sieben Stufen 0 - b dargestellt, !entsprechend der Gleichung S = A (mod 4) kann die Zeile S im Modulus 4 so gedeutet werden, wie rechts angegeben. Die unterste Zeile bestätigt, daß die ursprüngliche Datenfolge eich aus den sieben Stufen der Zeile S ableiten läßt.

Γ* Ci "I

Die Zeilen b , c ₀ und b in Fig. 1 b sind au« den Zeilen

Ii Xl^OT Ct Xl

a und a dieser Figur entsprechend den Gleichungen (16) (17) (18) abgeleitet, um die äquivalente vorcodierte Kurve der Klasse IV zu erhalten. Die vorcodierte vielstufige Kurve B i»t aus den Zeilen

b und b entsprechend der Gleichung (15) abgeleitet. Die Zeilen B η η η

in den Fig. 14 und 15 zeigen beide vierstufige Kurven, deren Aufbau aber wegen der unterschiedlichen Rechenregel beim Vorcodieren wesentlich verschieden ist. Die Zeile S in Fig. 15 wird aus der Zeile B entsprechend der Gleichung (Θ) abgeleitet. Die ausgezogene Kurve 170 in Zeile S_n stellt die idealisierte Welle dar, und die ge-

009818/10S0

BAD

strichelte Kurve 171 ähnelt der tatsächlichen Welle, die ülm* pinen wirklichen I anal übertragen worden ist. Die sieben Stufen sind mit -3 bis +3 bezeichnet. Da die Formgebung der Klasse IV zu einem bipolaren Signal führt, ist die mittlere Stufe die Stufe Null. Die verschiedenen Stufen werden im Modulus 4 entsprechend der Angabe am rechten ^nde der Zeile S gedeutet. Tie ursprüngliche Haten-

folge ist auf der untersten Zeile in Fig. IE angegeben.

Obwohl die Kurven in den Zeilen S der Fig. 14 und 15 wesentlich voneinander verschieden find, beinhalten sie die gleiche Information»

wenn sie entsprechend der jewejÜs richtigen Hechenregel interpretiert werden. In beiden Fällen lassen sich ibertragungsgeschwinoigkeiten von 4 Bit je Hz Bandbreite bei einer praktischen« geglätteten Kanalformgebung erreichen. F.e wird eine Rauechverbeeserung von 2,4 dB gegenüber einem herkömmlichen, d.h., ohne Teilansprechender Filterung arbeitenden, achtstufigen Signalsystem mit einem 50%igem Spektrum erhöhter Cosinusform bei vergleichbarer oder einfacherer Ausrüstung erzielt. Systeme zur teilansprechenden Übertragung von vielstufigen Signalen mit einer willkürlichen Zahl von Stufen JVI lassen sich nach den Grundgedanken der Erfindung auf leicht zu übersehende Weise verwirklichen, um eine Spulgeschwindigkeit von 2 loggM Bits je Hz Bandbreite zu erreichen·

009818/1010

Claims (4)

1. -19-

   P A T il NTANSPR f: C HL·

   Iy Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanlage zur (übertragung von Dateneymbolen über einen Nachrichtenkanal begrenzter Bandbreite mit einer Datenquelle und einem Datenverbraucher,

   dadurch «pkennzpichnft, daß das Impulsansprechen des Nachrichtenkanals uuf einzelne Eingangedatensymbole fiber mehr al· ein Abtastintervall verteilt ist, wobei das Abtastintervall etwa gleich u m: Kehrwert der doppelten Bandbreite iet, fiaC df-ι .".iicnrichtenkanal durch ein Tandem-Filter (12) spektral so ausgebildet ist, daß die Zahl der von Null verschiedenen Komponenten des Inipulsansprechens auf ein einzelnes Eingangsdatenayrnbol während der Abtastzeitpunkte endlich ist, daü ein Vorcodierer (11) von jedem augenblicklichen Symbol den Kehrwert des Kanalansprechens auf jede der endlichen Anzahl vorhergehender Symbole· abzieht,

   daß der I anal (13) durch das Ausgangssignal de· Vorcodlerers (11) beaufschlagt wird, und

   daß ein Decodierer (14) die £ingang«dat*n«Yinbole am« einzelnen Abtastungen der Kanaleignale wieder herstellt und dem Daten verbraucher suftthrt.

   ΟΟβ·1·/1Ο·0

   it, -''imir-

   Ί762284
2. 2.

   Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, zwischen die Datenquelle (100) und den Vorcodierer (103) geschalteter Konvortor (101) aufeinanderfolgende Bits aus der Datenquelle in parallele Form von Blocken von zwei oder mehreren solcher Bits umwandelt,

   daß der Vorcodierer (103) unter Ansprechen auf die parallelen Blöcke von Bits die Blöcke in ein Diiferenzaignal vorcodiert, das der Eifferenz zwischen dem angelegten Block und der kanal -angepaßten Filter darstellung vorhergehend vorcodierter Blöcke entspricht, und

   daß ein zweiter Konverter (104) auf das Differenzsignal anspricht und die vorcodierten Blöcke in vielstufige Signale umwandet, deren Stufenzahl ausreicht, um jede mögliche Permutation der vorcodierten Blockt darzustellen.
3. 3. HochgecchwimUgkelts-Datenübertragungsanlage nach Anspruch 2, dadurch fekefmseichnet, daß der zweite Konverter (104) so ausgebildet ist, d*0 er gleiche Ansprechwerte für symmetrische, von NteU abweichende Kompoaeftten des Impulsansprechens liefert.

   '·-%Λ^' V^:,?^Vvn
4. 4. Hochgeschwindigkeitß-Datenübertragungeanlage nach

   Anepinich 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Konvertee (104) so ausgebildet ist, daß er gleiche Ansprechwerte für asymmetrische, von .Null abweichende Komponenten des Impulsaneprechens liefert.

   009818/1060