DE1762316B1

DE1762316B1 - Verfahren zur UEbertragung von Daten mit erhoehter Geschwindigkeit und Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1762316B1
Application number: DE19681762316
Authority: DE
Inventors: Edouard Asseo; Antoine Jousset; Roger Kierbel; Jean Labeyrie
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-05-24
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1200680A; FR1531644A; US3587090A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur übertragung von Daten mit erhöhter Geschwindigkeit und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bekannten Datenübertragungsvorrichtungen werden die Daten in Form von »Blöcken« mit konstanter Länge m übertragen, d. h. die Blöcke bestehen alle aus m sich wiederholenden binären Impulsen.

Wenn die in Baud gemessene Ubertragungsgeträgt man das resultierende Signal mit doppelter Geschwindigkeit wie das ursprüngliche Signal, dann ist die Ubertragungsdauer des resultierenden Signals im allgemeinen kürzer als die Ubertragungsdauer des ursprünglichen Signals.

Da die Anzahl der übergänge jedes Signals variabel ist, ergeben sich durch die einfache Verdopplung der binären Elemente neben den übergängen Signale, in denen die Gesamtanzahl der binären Elemente variabel

schwindigkeit der binären Elemente in dem verwen- io ist. Wenn auch in den Datenübertragungseinrichtun-

deten Ubertragungskanal gleich R und D die Verzerrungist, der das aus den Binärelementen zusammengesetzte Signal unterliegt, gilt für den sogenannten Spielraum die Beziehung Z = D/R. Bezeichnet man jede Änderung des binären Wertes eines übertragenen Signals mit »übergang«, dann ist Z die Dauer der Zeitspanne, in der der übergang des empfangenen Signals in bezug auf den entsprechenden übergang des gesendeten Signals schwanken kann bzw. in der der übergang des empfangenen Signals im Vergleich zum gesendeten Signal später erfolgen kann.

Der Spielraum ist ein Maß für die Güte des empfangenen Signals. Sie hängt von der übertragungsgeschwindigkeit R und folglich von der Dauer l/R der gen die Gesamtzahl der binären Elemente pro Signal weitgehend konstant ist, wird doch die übertragungseinrichtung so, wie sie ausgeführt zu werden pflegt oder werden soll, nicht vollständig zufriedenstellend sein.

Fall A

Variable Anzahl von Binärelementen pro Signal

Ein einfaches Gesetz oder Verfahren, das es der Datenübertragungseinrichtung gestatten würde, die obigen Bedingungen zu erfüllen, läßt sich wie folgt ableiten:

Gegeben sei eine »symmetrische« Folge von binären

das Signal bildenden binären Elemente ab. Sie bleibt 25 Elementen (Anzahl der Einsen = Anzahl der Nullen),

die gleiche und infolgedessen auch die Güte der übertragung, wenn man sowohl die Länge der binären Elemente als auch die übertragungsgeschwindigkeit verdoppelt.

Es sind bereits, z. B. aus der USA.-Patentschrift 3 215 779, Verfahren zum übertragen von Daten bekannt, bei denen Gruppen mit einer Anzahl m von Binärelementen in andere Gruppen umgesetzt werden, die eine Anzahl η von Binärelementen enthalten, die die mit der Geschwindigkeit!? übertragen werden soll, z. B. die aus 10 Elementen bestehende Folge S₁₀ (Fi g. 6, Zeile a):

OjI TOT 1 1 TOT ItO OTl (S₁₀).

Diese Folge S₁₀ enthält sieben übergänge, die durch Pfeile markiert sind. Diese Folge kann man in eine Folge mit siebzehn binären Elementen und ebenfalls

größer als mist und bei denen jeder Ziffer 1 mindestens 35 sieben übergängen umsetzen. Dazu setzt man an eine 0 vorausgeht und folgt. Diese Verfahren ermög- jedem übergang der Folge S₁₀ ein neues binäres

gleich

liehen eine bestimmte Erhöhung der übertragungsgeschwindigkeit. Wenn beispielsweise m gleich 5 und η gleich 9 ist, beträgt die Einsparung an erforderlicher Frequenzbandbreite bei gleicher übertragener Informationsmenge ungefähr 10%.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die übertragungsgeschwindigkeit gegenüber diesen Verfahren bei sonst gleichen Verhältnissen noch weiter zu steigern.

Ausgehend von einem Verfahren, bei dem die binären Elemente nacheinander übertragen werden, wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die ursprüngliche Nachricht durch eine neue Nach-

40 Element ein, dessen Wert gleich dem des vorausgehenden binären Elementes ist. Damit erhält man die Folge Si₇ (Fig. 6, Zeile b):

00T1 ltoot 111 toot 11 ToooT 1 (Si₇).

In dieser Folge sind mindestens zwei übergänge stets von zwei binären Elementen mit gleichem Wert getrennt. Diese Folge kann mit einer Geschwindigkeit 2R übertragen werden, wenn die Verzerrung/) begrenzt bleibt.

Wenn die Folgen S_k also gleiche Anzahl von Nullen und Einsen haben, ergibt sich im Mittel alle zwei

rieht mit einer konstanten Anzahl von binären EIe- 50 Binärelemente ein 0-1-oder ein 1-0-Ubergang. Daraus

menten ersetzt wird, derart, daß von jedem 1 -0- oder 0-1-übergang in der neuen Nachricht mindestens zwei gleichwertige Binärelemente vorhanden sind und daß die neue Nachricht dann mit doppelter Geschwindigkeit übertragen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der übergang, also eine Änderung des Binärwertes, hinreichend durch diejenigen binären Elemente definiert ist, die den übergang umgeben, und daß es ergibt sich, daß das zusätzliche Binärelement, das man zur Bildung der Folge S'_k, einfügt, den Binärwert eines binären Informationselementes nach jedem zweiten Informationselement einer Folge S_k wiedergibt. Oder anders ausgedrückt, je zwei Binärelementen der Folge S_k entsprechen im Mittel drei Binärelemente der aus der Folge S_k gebildeten Folge S^. Da pro Sekunde 2 R Binärelemente der Folge S^, übertragen werden, werden (2/3) · 2 R Binärelemente der Folge S_k

folglich genügt, die Dauer der binären Elemente neben 60 gesendet. Alles ereignet sich jedoch so, wie wenn die

jedem übergang des Signals zu verdoppeln und das gesamte Signal mit doppelter Geschwindigkeit zu übertragen. Da im Mittel nicht jedes Signal ebenso viele übergänge wie binäre Elemente enthält, enthält das aus der Verdopplung der binären Elemente neben den übergängen eines ursprünglichen Signals resultierende Signal im allgemeinen weniger als das doppelte der binären Elemente des ursprünglichen Signals. Uber-Folge Sfc mit einer Geschwindigkeit von (4/3) R = 1,33 i? übertragen wurde.

Fall B
Anzahl der Binärelemente der Zeichen konstant

Das oben vorgeschlagene Kodierungsgesetz ist zwar einfach, hat jedoch den Nachteil, daß dafür gesorgt werden muß, daß einer Folge S_k mit der

Länge k eine Folge S'_k, entsprechen muß, deren Länge k' in Abhängigkeit von der Anzahl der Übergänge der Folge S_k variabel ist. Nun ist aber, wie bereits erwähnt, die über eine Datenübertragungsvorrichtung übertragene binäre Information in Form von Blöcken mit konstanter Länge m dargestellt. Es ist daher in bezug auf die Datenübertragung wünschenswert, daß der Kodierer der Erfindung diese Blöcke mit der Länge m in Blöcke mit der gleichmäßig konstanten Länge η umsetzt.

IO Um dieser Bedingung zu genügen, wird folgendes Kodierungsgesetz aufgestellt.

Die Länge m der zu übertragenden Nachricht sei ein Vielfaches von 8, und eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden Binärelementen der Nachricht sei im folgenden »Zeichen« genannt. Da die Nachricht aus »Halbzeichen«, d. h. aus Gruppen mit je vier aufeinanderfolgenden binären Elementen zusammengesetzt ist, kann sie in der folgenden Form geschrieben werden:

l3 X3

X iA\ ■

Die Nachricht enthält also
/ = m/4.
Ein Halbzeichen, z. B.

\X_n X_n X_i3 X

λ Halbzeichen mit Wie man aus dieser Tabelle sieht, muß man dafür sorgen, daß sechs Kombinationen U_n\ U_j2 und U_j3 vier Halbzeichen entsprechen, die dieselben äußeren Elemente enthalten und sich nur in ihren mittleren Elementen unterscheiden. Wenn man die nicht gleichnamigen Folgen

bietet jedoch 2⁴ = 16 mögliche Darstellungen oder Kombinationen, die den Dezimalzahlen 0 bis 15 in binärer Darstellung entsprechen.

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Kodierungsverfahrens besteht darin, daß man aus einem »gleichnamigen« Halbzeichen

\x_n χ

J2

eine Folge von fünf Binärelementen mit folgender Form herstellt:

Xn ^un Vj₂

■Α \Λ

In dieser Folge sind die äußeren Binärelemente X_n und Xj₄ beibehalten und die inneren Elemente X_j2 und Xj₃ durch eine Folge von drei Elementen U_n Uj₂ Uj₃ ersetzt, die nicht mehr als einen einzigen übergang enthalten sollten.

Eine Folge aus drei binären Elementen bietet nicht mehr als 2³ = 8 Kombinationsmöglichkeiten, von denen zwei zur Beseitigung der Tatsache dienen, daß sie zwei übergänge umfassen, wobei es sich bei den zu berücksichtigenden Kombinationen U_n U_J2 U_j3 nur um diejenigen handeln kann, die in der folgenden Tabelle I dargestellt sind:

Tabelle I

Dezimal zahl	O	O	O
O	O	O	1
1	O	1	1
3	1	O	O
4	1	1	O
6	1	1	1
7

⁴⁰

X_n U_n

und diejenigen, die mehr als zwei übergänge haben, eliminiert, dann kann man nur noch vier Kombinationen IZj₁ Cj₂ Uj₃ vier Halbzeichen zuordnen, die die gleichen äußeren Elemente haben. Daraus folgt, daß man:

1. den vier Halbzeichen 0000, 0010, 0100, 0110, deren äußere Elemente Nullen sind, die Folgen 00000, 00110, 01100, OHIO,

2. den vier Halbzeichen 0001, 0011, 0101, Olli, deren beide äußere Elemente 0 und 1 sind, die Folgen 00001, 00011, 00111, 01111,

3. den vier Halbzeichen 1000, 1010, 1100, 1110, deren äußere Elemente 1 und 0 sind, die Folgen

10000, 11000, 11100, 11110 und

4. den vier Halbzeichen 1001, 1011, 1101, 1111, deren äußere Elemente beide 1 sind, die Folgen

10001, 10011, 11001, Ulli zuordnen kann.

Es ist offensichtlich, daß noch der Einfluß einer Folge aus fünf Elementen auf ein vorgegebenes HaIbzeichen zu bestimmen ist, um eine befriedigende Kodierungstabelle aufzustellen.

Im folgenden wird das Verfahren zur Aufstellung einer solchen Tabelle näher erläutert, und da es möglich ist, an Hand der folgenden Angaben mehrere Kodierungstabellen aufzustellen, muß man aus diesen diejenige Tabelle auswählen, die zu einer vereinfachten Verwirklichung des Kodierers führt.

Daraus folgt, daß die erste Umformung bzw. Umsetzung, der man die zuerst zu übertragende Nachricht zu unterziehen hat, dieser Nachricht (2) die folgende Form gibt:

U_n U_n U₁₃ X_i4\X₂₁ U₂₁ U₂₂ U₂₃ X,

Xj₁ U_n Uj₂ Uj₃ Xj₁,

\ X<l-1U Ul2-t1t Uli u,_l+u< υ

(j+1)2

Xi

_x3

(3)

Die aus vier binären Elementen bestehenden Folgen z.B.

die sich nach der obigen Umsetzung ergeben, können nach demselben Kodierungsgesetz kodiert sein wie die Halbzeichen der ursprünglichen Nachricht. Diese Folgen erhalten dann die Form:

Il 17,3 Uj₄. Uj₅ Uj₆

Diese zweite Umsetzung gibt der Nachricht (2) die folgende neue Form:

'u U₁₁ U₁₂ U₁₃ U₁₄ U₁₅ U₁₆ U₂₁ U₂₂ U₂₃ U₂₄ U₂₅ U₂₆

...Uj₁ Uj₂ Uj₃ Uj₄ Uj₅ Uj₆...

(4)

υ_λ4 υ_λ5 υ_λ6 χ_λ

Wie die Beziehung (4) zeigt, können die äußeren Elemente X₁₁ und X_X4 verdoppelt werden, ohne daß neue übergänge eingeführt werden. Damit ergibt sich folgendes endgültiges Aussehen der durch den Kodierer umgesetzten Nachricht:

*ii U₁₁ U₁₂ U₁₃ U₁₄ U₁₅ U₁₆.

j₁ Uj₂ Uj₃ Uj₄ Uj₅ Uj₆...

(5)

υ_λ2 υ_λ3 υ_λ4 υ_λ5 υ_λ6 χ_λ4

_λ4\

Durch die erste Umsetzung werden also λ Binärelemente eingefügt, ohne die Anzahl der übergänge in der zu übertragenden Nachricht zu erhöhen. Durch die zweite Umsetzung werden (A—1) binäre Elemente eingefügt und die Anzahl der übergänge ebenfalls nicht erhöht. Mit der 3. Umsetzung werden zwei zuzügliche Binärelemente eingefügt, ebenfalls ohne neue übergänge einzufügen. Der Kodierer setzt also eine zu übertragende Nachricht aus 4 /. Elementen in eine kodierte Nachricht aus (6A+1) Elementen um, die dieselbe Anzahl von übergängen enthält.

Da pro Sekunde 2 R Binärelemente der erfindungsgemäß kodierten Nachricht übertragen werden (F i g. 6, Zeile c), geht alles so vor sich, wie wenn die übertragungsgeschwindigkeit der ursprünglichen Nachrieht auf

1. Bei L₍„_₂₎ Folgen aus (n-2) binären Elementen ist es möglich, L₍„_₂₎ Folgen aus η Elementen zu bilden, die die angegebenen Bedingungen erfüllen.

In der Praxis genügt es, am Anfang jeder Folge L_(n_₂₎ zwei gleiche binäre Elemente hinzuzufügen, die das entgegengesetzte Vorzeichen wie die beiden am Anfang jeder Folge L₍„_₂₎ angeordneten gleichen binären Elemente haben.

2. Bei L,„_j) Folgen aus (n-1) binären Elementen ist es möglich, L_(n__1} Folgen aus η binären Elementen zu bilden. Praktisch braucht man nur die ersten binären Elemente einer Folge L_{n-_U zu wiederholen, um eine Folge L_n zu erhalten.

Jede Folge L_n muß notwendigerweise diesen beiden Bedingungen genügen, so daß gilt:

L_n = L_n_. + L_n^₂ (6)

mit den Anfangsbedingungen

L₁ = O, L₂ = 2.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen erhält man

L₁ = 0, L₂ = 2, L₃ = 2, L₄ = 4, L₅ = 6.

Anders ausgedrückt, die Zahlen L_n bilden eine Folge, die als eine Verallgemeinerung der bekannten Folge, die nach Leonardo Fibonacci (Pisa 1175 bis 1240, Liber quadratorum) »Fibonacci«-Folge genannt wird, betrachtet werden kann.

Es läßt sich zeigen, daß ein Term der Ordnung η dieser Folge nach folgender Formel bestimmt werden kann:

25

30 L_n = (a"-¹ -

(7)

in der « und [S die Wurzeln der Gleichung x² - χ—1 =0 sind und K eine Konstante unter Berücksichtigung der Anfangsbedingungen ist.
Man erhält daher

-Ή

1 + 15

4 λ

6/.

2R

33 +

6 λ +I

50

erhöht wäre.

Da die Anzahl der Halbzeichen der zu übertragenden Nachricht größer als 34 ist, ergibt sich wieder die für den FaIlA angegebene Geschwindigkeit, nämlich 1,33 R.

C. Mathematische Form des Gesetzes bzw. Verfahrens der Substitution oder der Kodierung = - 15

wenn L₂ = 2 ist.
Die Gleichung(7) läßt sich auch schreiben:

Wenn η groß wird, kann man die Näherungsformel benutzen:

Ί rl -4- 1'5T'"¹

^L-t[ 1 ] ■ ^l9)

Obige Kodierungsvorschrift läßt sich folgendermaßen ableiten: Mit einer Gruppe von m binären Elementen kann man 2^m Binärelementfolgen mit m Elementen bilden, die den ins binäre Zahlensystem umgesetzten Dezimalzahlen 0 bis (2™ — 1) entsprechen.

Unter Berücksichtigung der Ausführungen zum Fall A muß gezeigt werden, daß es bei 2^m Folgen mög- 65 lieh ist, L_n Folgen aus η binären Elementen so zu bilden, daß die übergänge dieser Folgen stets durch zwei gleichwertige binäre Elemente getrennt sind. dann erhält man die Abhängigkeit der Länge m der

Setzt man

ursprünglichen Blöcke von der Länge η der umgesetzten Blöcke.

Mit der Näherungsgleichung (9) erhält man

^0,696-^ η η

(H)

Dieses Verhältnis zeigt, daß, wenn die Länge η der umgesetzten Blöcke ausreichend groß ist, sich das Verhältnis m/n dem Wert 0,696 nähert. Dieser Wert ist zu vergleichen mit dem des Ausdrucks 4λ/(6λ + 1), wenn λ groß ist (0,666).

Der oben angegebene Grenzwert gilt jedoch nur für sehr große Werte von n. Andererseits können die ursprünglichen und die umgesetzten Blöcke nur ganzzahlige Anzahlen η und m von binären Elementen enthalten. Man muß daher die Gleichung (10) diskretisieren, d. h., man muß eine Tabelle aufstellen, in der man die ganzzahligen Werte von m und η einträgt, die die Gleichung (10) am besten befriedigen.

Die folgende Tabelle II enthält diese Werte.

	Tabelle II
Länge η der	Anzahl der Folgen L
umgesetzten Blöcke	mit der Länge η
1	0
2	2
3	2
4	4
5	6
6	10
7	16
8	26
9	42
10	68
11	HO
12	178
13	288
14	466
15	754
16	1220
17	1974
18	3194
19	5168

Länge m der ursprünglichen Blöcke

1 1

2 2 3 4 4 5 6 6 7

9 10 10 11

12

Die Tabelle II und die Berechnung der Werte von η über 12 hinaus zeigen, daß mit:

m = 4	2⁴	= 16	L₁	= 16
m = 8	2⁸	= 324	L₁₃	= 288
m = 12	2¹²	= 5189	L₁₉	= 5168
m = 16	₂16	= 82944	L₂₅	= 100736

sich folgende neue Tabelle aufstellen läßt: Tabelle III

4 = 4x1

8 = 4x2

12 = 4x3

16 = 4x4

7 = 6x1+1 13 = 6x2 + 1 19 = 6x3 + 1

25 = 6 χ 4 + 1 Man kommt daher ebenfalls zu dem bereits angegebenen Ergebnis, daß, wenn der erfindungsgemäße Kodierer die ursprünglichen Blöcke mit der Länge m = A λ verarbeitet, die von ihm umgesetzten Blöcke eine Länge η = 6Λ + 1 haben müssen.

D. Kodierungstabelle

Schließlich ist noch das Verfahren näher zu erläutern, nach dem die mittleren Elemente X_n ^3 eines Halbzeichens X_n X_n X_j3 Xj₄. durch eine geeignete Folge U_n Uj₂ Uj₃ ersetzt werden.

An Hand der folgenden Tabelle IV kann leicht das zur Aufstellung einer Kodierungstabelle angewandte Auswahlverfahren verfolgt werden.

Tabelle IV

20

Dezimal zahl	Halbzeichen ^jI Xj2	Folgen Uj₁ für Xj₂ unc werden	011	Uj₂ Uj₃, die Xj₃ gesetzt können	Folgen *Uj₁ Uj₂ Uj₃,* die beeinflußt werden können
O	0000	000	110		000
2	0010	000	011		011
4	0100	000	011		110
6	0110	000	011	110 111	111
1	0001	001	001		001 on
3	0011	001	011		011 001
5	0101	000	100	011 111	000 000
7	Olli	001	100	111	111 111
8	1000	(K)O	110	110	000 000
10	1010	000	110	110 111	111 111
12	1100	100	001		100 110
14	1110	100	111		110 100
9	1001	000	111	100 111	(KK)
11	1011	001			001
13	1101	100		100
15	1111	111		111

30

35

40 Die sechzehn Möglichkeiten der Halbzeichen X_n Xj₂ Xj₃ Xj₄. sind in der ersten Spalte der Tabelle IV in vier Gruppen unterteilt. Jede Gruppe enthält diejenigen Halbzeichen, die die gleichen äußeren Elemente haben. Diese Elemente sind, in der Reihenfolge der Tabelle, (00), (01), (10) und (11).

Ferner sind die Folgen aus drei mittleren Elementen angegeben, die man den beiden mittleren Elementen der vier Halbzeichen zuordnen kann.

Betrachtet man beispielsweise die vier Halbzeichen mit den äußeren Elementen (01), dann sieht man, daß man diesen die Folgen 00001, 00011, 00111, 01111 zuordnen kann. Man muß jedoch unter den vier Folgen diejenigen auswählen, die für die jeweiligen Umsetzungen der Halbzeichen 0001, 0011, 0101, Olli geeignet sind.

Wie man sieht, sind mehrere Kombinationen für ein und dasselbe Halbzeichen möglich. Man muß die Kombinationen daher sinnvoll auswählen, weil sie alle von einem Halbzeichen zum nächsten verschieden sein müssen.

Die beiden letzten Spalten der Tabelle IV zeigen die beiden Lösungen, die man für die vier Halbzeichen mit den äußeren Elementen (00), (01), (10) und (11) vorschlagen kann.

009 542/218

Die Tabelle V gibt die für den erfindungsgemäßen Kodierer ausgewählte Kodierungstabelle wieder.

Tabelle V

Xjx I',. I'ji ^VJ1

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

Olli

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

00000

00011

00110

00111

01100

00001

OHIO

01111

10000

10001

11110

10011

11000

11001

11100

Hill

Der Kodierer enthält Schieberegister und Zwischenspeicherregister, die mit einem herkömmlichen Kodierer und einer Reihe Speichergliedern verbunden sind. Der Dekodierer setzt die mittleren Binärelemente des zu kodierenden Halbzeichens unter Berücksichtigung der Zusammensetzung dieser mittleren Binärelemente und der Zusammensetzung der äußeren Binärelemente um.

Ein erstes Schieberegister unterteilt die zu kodierende Nachricht in Halbzeichen X_n X_j2 X_j3 X_j4. und überträgt die Halbzeichen in ein Zwischenspeicherregister. Dann überträgt das zweite Zwischenspeicherregister in jedem Betriebszyklus dasjenige Halbzeichen, das es aufgenommen hat, in einen an sich bekannten Kodierer. Dieser gibt an seinem Ausgang die drei mittleren Binärelemente U_n U_j2 U_j3 ab, die die beiden mittleren Binärelemente des eingangsseitigen Halbzeichens ersetzen sollen, und diese mittleren Binärelemente werden in einem dritten Register zwischensespeichert, um in demjenigen Zwischenspeicherregister, das das Halbzeichen Zj₁ X_J2 X_J3 X_J4. enthielt, die Bildung des Verbindungshalbzeichens

Il u_u-₁₎₃x_u__m\x_n u_n\\

zu gestatten.

Die binären Elemente U_u_₁₎₃X_(J__lj4 wurden während des vorausgehenden Betriebszyklus in Speichergliedern gespeichert. Die binären Elemente U_n U_j2 U_J3 werden dann in ein Ausgabeschieberegister übertragen. Das Verbindungshalbzeichen wird bei seinem Umlauf kodiert, und die auf diese Weise erhaltenen Binärelemente t/_(J__I)4f7_(j_₁₎₅C/_u_₁₎₆ werden dann in das Ausgabeschieberegister übertragen. Es verläßt daher das Register so, daß die Halbzeichen in Übereinstimmung mit der Tabelle V kodiert sind.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der Abbildungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Kodierers;

F i g. 2 ist ein Blockschaltbild, das einen Taktgeber zeigt, der die zyklische Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kodierers steuert;

F i g. 3 ist ein Impulsdiagramm der Ausgangsimpulse des Taktgebers nach Fig. 2;

F i g. 4 und 5 zeigen die »logischen« Bauelemente, die man zu denen nach F i g. 1 hinzufügen muß, um die äußeren binären Elemente einer zu übertragenden Nachricht zu verdoppeln, und

F i g. 6 ist ein Signaldiagramm, das bereits in der Einleitung erwähnt wurde.

In F i g. 1 ist der Block 10 ein Schieberegister mit vier Flip-Flops 11 bis 14, das ein Unterteilen der zu kodierenden Nachricht in Halbzeichen X_n X_j2 X_j3 X_j4. gestattet.

Die Binärelemente der Nachricht werden dem Eingang 15 des Registers 10 nacheinander zugeführt. Zwischen die Flip-Flops sind jeweils zwei UND-Glieder 111-112,121-122.131-132,141-142 geschaltet, die den Eingang des Registers steuern und den Speicherinhalt schrittweise verschieben. Wenn das Binärelement X_n nacheinander durch alle Flip-Flops 14, 13, 12, 11 geschoben ist, bleibt es im Flip-Flop 11 gespeichert, und sobald es dort angekommen ist, sind auch die anderen Binärelemente X_j2. Xj₃. Xj₄. jeweils in den ihnen zugeordneten Flip-Flops 12,13,14 gespeichert.

Sobald die vier Binärelemente eingespeichert sind, werden sie parallel aus dem Schieberegister 10 in die vier Flip-Flops 21, 22, 23, 24 eines Zwischenspeicherregisters 20 übertragen. Die Ausgänge der Flip-Flops 11, 12, 13, 14 sind für diesen Zweck jeweils über UND-Glieder 211-212, 221-222, 231-232, 241-242 mit den Eingängen der Flip-Flops 21, 22, 23, 24 verbunden.

Die Ausgänge der Flip-Flops 21 bis 24 sind mit den Eingängen 311-312, 321-322, 331-332, 341-342 eines herkömmlichen Kodierers 30 verbunden. Außerdem ist der Ausgang des Flip-Flops 21 über UND-Glieder 213-214 mit dem Eingang des Flip-Flops 23 und der Ausgang des Flip-Flops 24 über UND-Glieder 2401-2402 mit einem Flip-Flop 240 verbunden.

Der Kodierer 30 dient zur Bildung der Gruppe U_n Uj₂ Uj₃ aus der Gruppe X_j2 X_j3 und aus den äußeren Elementen X_n X_jA des eingegebenen Halbzeichens. Der Kodierer 30 enthält zwölf UND-Glieder 351 bis 362 und drei ODER-Glieder 371 bis 373. Die Verbindungen sind derart ausgeführt, daß die Substituenten nach Tabelle V bewirkt werden. Einige der zwölf UND-Glieder werden in Abhängigkeit von der Gruppe X_n X_j4. d. h. von den an den Eingängen 311-312 und 341-342 erscheinenden Signalen durchgeschaltet. Diese UND-Glieder sind auch mit den Eingängen 321. 322 und 331. 332 verbunden, um die gewünschte Substitution über die durchgeschalteten UND-Glieder auszuführen. Nimmt man beispielsweise an, daß das eingegebene Halbzeichen 0110 lautet und daß die Flip-Flops 21 bis 24 an die Eingänge 311. 321, 331, 341 ein 1-Signal (z. B. -12 V) und an die Eingänge 312. 322, 332. 342 ein 0-Signal (z. B. 0 V) abgeben, wenn alle diese Flip-Flops den der Ziffer »1« entsprechenden Zustand einnehmen und daß. umgekehrt, dieselben Flip-Flops an die Eingänge 311, 321, 331, 341 ein 0-Signal und an die Eingänge 312, 322, 332, 342 ein 1 -Signal abgeben, wenn sie alle den der Ziffer »0« entsprechenden Zustand einnehmen, dann sind die UND-Glieder 351, 352, 355, 356, 357, 358, 361 (bei dem Zustand

der Flip-Flops 21 bis 24, der dem Halbzeichen 0110 entspricht) durchgeschaltet. An den Ausgängen der ODER-Glieder 371-373 erscheint mithin ein 1-Signal und an den Klemmen 441, 451, 461 ein O-Signal. Die Flip-Flops 41, 42, 43 sind also in den »1-Zustand« gekippt, so daß sich ergibt U_n U_j2 U_j3 = 111.

Die Ausgänge des Kodierers 30 sind jeweils entweder direkt oder über einen Inverter (auch Nichtglied genannt) mit den Eingängen 441-442, 451-452, 461-462 der Flip-Flops 41, 42, 43 eines Zwischen-Speicherregisters 40 verbunden, das die binären Elemente Uj₁ Uj₂ Uj₃ eine vorbestimmte Zeitlang speichert, um dem Kodierer zu gestatten, bestimmte Operationen auszuführen, bevor die Binärelemente verwendet werden.

Praktisch muß zuerst der Inhalt des Flip-Flops 21, d. h. das binäre Element X_n über die UND-Glieder 213-214 in das Flip-Flop 23 und der Inhalt des Speichergliedes 240, das das Binärelement X_{J-_l)4 des vorausgehenden Halbzeichens enthält, über die UND-Glieder 2403-2404 ins Flip-Flop 22 übertragen werden.

Dann enthält das Schieberegister 20 die binären Elemente:

t/_o-₁₎₆ U_n

U_j3

Xj\

25

Das Element X_u-i₎₃ wurde über die UND-Glieder 431-432 in dem Flip-Flop 430 gespeichert. Sein Inhalt wird über die UND-Glieder 4303-4304 ins Flip-Flop 21 übertragen. Gleichzeitig wird das binäre Element X_j4. über die UND-Glieder 2401-2402 ins Speicherglied 240 übertragen, um es für das folgende Halbzeichen zu verwenden.

Nach dieser übertragung des Inhalts des Speichergliedes 430 ins Flip-Flop 21 enthält das Zwischenspeicherregister 20 die binären Elemente:

X(J-

(J-I)A Xj

j\ -"-JA-

Der Inhalt des Flip-Flops 41, d. h. das binäre Element U_n , wird aus dem Flip-Flop 24 in die UND-Glieder 243-244 übertragen, so daß das Zwischenspeicherregister 20 schließlich das Verbindungshalbzeichen enthält:

Il ^(j-l)3 X(J-I)A- XjI UjlW-

Am Ende dieser Operationen wird der Inhalt des Zwischenspeicherregisters 40, d.h. Uj₁ U_j2 U_j3, der, wie bereits erwähnt, zwischengespeichert war, jeweils über die UND-Glieder 563, 564, 573, 574, 583, 584 in die Flip-Flops 56, 57, 58 übertragen.

Unmittelbar darauf wird das Register 40 erneut gefüllt, aber diesmal mit den vom Kodierer 30 gebildeten Binärelementen

(J-I )5

Danach werden die binären Elemente

60

jeweils über die UND-Glieder 513-514, 523-524, 533-534 in die Flip-Flops 51, 52, 53 des Schieberegisters 50 übertragen. Nach der Verschiebung im Schieberegister 50 verlassen die Elemente der Folge das Register 50 nacheinander über den Ausgang 55.

Der im folgenden beschriebene Funktionsablauf ist in neun Phasen unterteilt. Diese Phasen werden durch UND-Gliedern zugeführte Impulse gesteuert. Die UND-Glieder sind auf die verschiedenen Register 10, 20, 40, 50 des Kodierers aufgeteilt.

Diese Impulse werden von einem Ablaufsteuerwerk erzeugt, das in F i g. 2 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt Kt.

In dieser Figur ist 60 ein Taktgeber, der eine Folge von symmetrischen (Tastverhältnis = 1) Rechteckimpulsen abgibt, deren Impulsbreite T/2 und deren Frequenz l/t = 9600 Hz ist (Impulsfolge ©,Fig. 3).

Der Taktgeber 60 speist parallel zwei Frequenzteiler 61 und 64. Der Frequenzteiler 61 gibt an seinem Ausgang eine symmetrische Rechteckimpulsfolge Θ_η (F i g. 3) mit einer Frequenz von 3200 Hz ab, deren Impulsdauer gleich 3 T/2 ist. Der Frequenzteiler 64 gibt an seinem Ausgang eine symmetrische Rechteckimpulsfolge Θ₂ι (F i g. 3) ab, deren Frequenz 4800 Hz und deren Impulsdauer gleich T ist.

An den durch Drei teilenden Frequenzteiler 61 schließt sich ein durch Zwei teilender Frequenzteiler 62 und an diesen ein durch Vier teilender Frequenzteiler 63 an. Am Ausgang des Frequenzteilers 62 erhält man eine Rechteckimpulsfolge O_n (F i g. 3) mit der Frequenz von 1600 Hz und einem Tastverhältnis von 1 bei einer I mpulsdauer von 3 T. An den Ausgängen des Frequenzteilers 63 erhält man vier Rechteckimpulsfolgen 6>₁₃₁, Θ₁₃₂, Θΐ33, 0₁₃₄ (Fig. 3), die »Synchro-Zeichen« genannt werden.

Diese vier Impulsfolgen sind in ihrem Verlauf identisch, jedoch zeitlich um 3 T verschoben. Sie haben eine Frequenz von 400 Hz, doch ist ihr Tastverhältnis ungleich 1, da die positiven Impulse eine Dauer von 3 T und die negativen eine Dauer von 21 T haben.

An den Ausgang des durch Zwei teilenden Frequenzteilers 64 ist ein durch Zwei teilender Frequenzteiler 65 angeschlossen, der an seinem Ausgang eine Rechteckimpulsfolge B₂₂ (F i g. 3) mit einer Frequenz von 2400 Hz abgibt, deren positive und negative Impulse eine Dauer von 2 T haben.

Diese Signale gestatten die zeitliche Festlegung von Taktimpulsen T₁ und τ₉ gleicher Dauer Γ/2, wobei deren zeitliche Lage von den Impulsen der Synchrozeichen bestimmt wird.

Die Synchrozeichenimpulse O₁₃₄ bestimmen die Lage der Taktimpulse T₁ und τ₂, so daß diese einen Abstand von 2 T haben. Die Synchrozeichenimpulse O₁₃₁ bestimmen die zeitliche Lage der Taktimpulse T₃ und T₄, so daß diese einen Abstand von 2 T haben. Daraus folgt, daß zwei Taktimpulse, z. B. die Taktimpulse T₂ und T₃, einen Abstand von 4T haben. Die Synchrozeichenimpulse O₁₃₂ und O₁₃₃ fallen mit den Taktimpulsen τ₅, T₆ bzw. τ₇, τ₈ zusammen.

Das Ablaufsteuerwerk arbeitet periodisch. Aus obigen Angaben ergibt sich, daß die Periodendauer = 24 T ist.

Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, treten in jeder Phase acht Impulse auf. Diese Impulse sind in F i g. 1 mit T₁ bis T₈ bezeichnet.

Das Weiterschieben des Inhalts des Schieberegisters 10 erfolgt durch das Signal 0_l2, (1600Hz), das die UND-Glieder 141-142, 131-132, 121-122, 111-112 steuert, deren Ausgänge jeweils mit den Eingängen

der Flip-Flops 14, 13, 12, 11 verbunden sind. Das Weiterschalten des Registers 10 erfolgt mit den Vorderflanken des Signals Θ₁₂.

Der Inhalt des Schieberegisters 50 wird vom Signal Θ₂₁ (4800 Hz) weitergeschoben, das die UND-Glieder 581, 582, 571-572 ... 511-512 steuert, deren Ausgänge jeweils mit den Eingängen der Flip-Flops 58, 57 ... 51 verbunden sind.

Die Wirkungsweise des Kodierers ist folgende:

1. Vom Taktimpuls T₁ werden die UND-Glieder 241-242 ... 211-212, die jeweils mit den Eingängen der Flip-Flops 24 ... 21 des Zwischenspeicherregisters 20 verbunden sind, durchgeschaltet, und das Halbzeichen X_n, X_j2, X_j3 X_j4. wird im Kodierer 30 kodiert.

2. Vom Taktimpuls τ₂ werden die UND-Glieder 431-432, 421-422, 411-412, die jeweils mit den Eingängen der Flip-Flops 43,42,41 des Zwischenspeicherregisters 40 verbunden sind, durchgeschaltet, und dadurch werden die binären Elemente U_n U_j2 Uj₃ kurzzeitig gespeichert.

3. Vom Taktimpuls T₃ werden die an die Ausgänge des Flip-Flops 21 des Zwischenspeicherregisters 20 angeschlossenen UND-Glieder 213, 214 und die an den Ausgang des einzelnen Speichergliedes 240 angeschlossenen UND-Glieder 2403, 2404 durchgeschaltet. Das binäre Element X_n wird im Flip-Flop 23 und das binäre Element X_{j-i)4. ins Flip-Flop 22 übertragen.

V Tkil d di d

4. Vom Taktimpuls τ₄ werden die an die Eingänge des Speichergliedes 240 angeschlossenen UND-Glieder 2401-2402 und die an die Ausgänge des Speichergliedes 430 angeschlossenen UND-Glieder 4303-4304 durchgeschaltet. Dann wird das Binärelement X_j4. aus dem Flip-Flop 24 ins Speicherglied 240 und das Binärelement U₀-₁₎₃ aus dem Speicherglied 430 ins Flip-Flop 21 übertragen.

5. Vom Taktimpuls T₅ werden die an die Eingänge des Speichergliedes 430 angeschlossenen UND-Glieder 4301-4302 und die an die Eingänge des Flip-Flops 24 angeschlossenen UND-Glieder 243, 244 durchgeschaltet. Dadurch wird das Binärelement U_J3 aus dem Flip-Flop 43 ins Speicherglied 430 und das Binärelement U_n ins Flip-Flop 24 übertragen.

6. Vom Taktimpuls T₆ werden die jeweils an die Eingänge der Flip-Flops 58, 57. 56 des Schieberegisters 50 angeschlossenen UND-Glieder 583- 584, 573-574, 563-564 durchgeschaltet. Dadurch werden die Binärelemente U_j3 U_j2 U_n, die aus dem Register 40 stammen, in diese Flip-Flops 58, 57, 56 übertragen.

7. Vom Taktimpuls T₇ werden die UND-Glieder 431-432, 421-422, 411-412 der Flip-Flops 43, 42, 41 durchgeschaltet. Dadurch werden die binären Elemente U_(J_₁₎₆ U_(J-_₁₎₅ U_(J-₁₎₄ in das Zwischenspeicherregister 40 übertragen.

8. Vom Taktimpuls T₈ werden die jeweils an die Eingänge der Flip-Flops 53, 52, 51 des Schieberegisters 50 angeschlossenen UND-Glieder 533- 534, 523-524, 513-514 durchgeschaltet. Dadurch werden die binären Elemente Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß, wenn man mehrere Nachrichten nacheinander überträgt, man keine zeitliche Diskontinuität erzeugt, um zwei aufeinanderfolgende Nachrichten zu trennen. Anders ausgedrückt, man berücksichtigt, daß diese Nachrichtenanordnung ein- und dieselbe Nachricht darstellt. Es ist daher unnötig, die äußeren Elemente X₁₁ und X_M jeder Nachricht zu verdoppeln. Lediglich die Elemente X₁₁ der ersten Nachricht und X^₄ der letzten sind zu verdoppeln.

Die beiden Operationsphasen des Kodierers, die die Verdopplung dieser Elemente betreffen, sind daher nicht periodisch; sie können mit weniger (logischen) Schaltgliedern verwirklicht werden, die von Signalen gesteuert werden, die nicht vom Ablaufsteuerwerk des Kodierers abgegeben werden. Diese zur Vereinfachung nicht in F i g. 1 gezeichneten Schaltglieder sind in den F i g. 4 und 5 dargestellt. Die Verdopplung des Elementes X₁₁ erfolgt folgendermaßen:

1. Durch kurzzeitiges Verbinden des Flip-Flops 23 des Zwischenspeicherregisters 20 mit dem Flip-Flop 53 des Schieberegisters 50,

2. durch kurzzeitiges Sperren der übertragung des Inhaltes der Flip-Flops 41, 42, 43 des Zwischenspeicherregisters 40 in die Flip-Flops 51, 52, 53 des Schieberegisters 50.

Kurz nach Beginn der übertragung einer Nachricht sollen die Flip-Flops 56,55,54,53.52,51 des Registers 50 jeweils die binären Elemente U₁₃, U₁₂, U₁₁, X₁₁, X_n O enthalten. Andererseits können die Flip-Flops des Registers 40 zu Beginn dieser übertragung eine Folge von Binärelementen U₃₀ U₂₀ U₁₀ enthalten, die nicht zu dieser Nachricht gehören. Diese Folge darf daher nicht ins Register 50 übertragen werden.

Im Takt T₈, der dem Anfangstakt T₁ der übertragung folgt, ist der Taktimpuls T₈. der das Durchschalten der UND-Glieder 513.514,523, 524,533, 534 steuert, über das UND-Glied 500 (F i g. 4) gesperrt, da dieses UND-Glied 500 dadurch, daß dem einen seiner Eingänge ein kurzzeitiges Sperrsignal α zugeführt ist, gesperrt ist.

Dieselben Signale T₈ und α werden auch den Eingängen eines UND-Gliedes 537 zugeführt. Diese werden dadurch kurzzeitig durchgeschaltet und gestatten daher das Durchschalten der beiden UND-Glieder 535 und 536 (F i g. 4), die das Flip-Flop 23 mit dem Flip-Flop 53 verbinden. Das Flip-Flop 53 enthält daher das Element .Y₁₁, das dasjenige Element X₁₁ verdoppelt, das das Flip-Flop 54 im selben Augenblick enthält.

Im letzten Takt T₈ der Ubertraaune einer Nachricht ist der Inhalt der Flip-Flops 58.57,56,55,54,53.52,51 gleich 00. U_A3, U_A2. U₁ U_a__m. t/_u__Ij5,

-1)4·

beiden Flip-Flops 58 und 57 sind daher verfügbar. Andererseits befindet sich das binäre Element X₁₄. im

[J-116

in diese Flip-Flops 53, 52, 51 übertragen.

A4 ■

selben Takt T₈ im Speicherglied 240. Es wird daher gleichzeitig über die beiden UND-Gliederpaare 575- 576, 585-586 (Fig. 5) in die beiden Flip-Flops 57 und 58 übertragen, wobei die beiden UND-Gliederpaare dadurch, daß ihren Eingängen das Ausgangssignal des UND-Gliedes 580 zugeführt wird, durchgeschaltet werden, da das UND-Glied 580 seinerseits das seinen Eingängen die den Takt T₈ bestimmenden Signale und das Kurzzeitsignal j! zugeführt werden, durchgeschaltet wird.

Im folgenden wird ein zahlenmäßiges Anwendungsbeispiel der Erfindung angegeben.

Gegeben sei die Nachricht, (m = 16; λ = 4)
OllO-Olll-OlOO-OlOl.

Die Anwendung der Tabelle V auf die Halbzeiten ergibt die Nachricht

OH[IO-Ol]I[11-0I]I[OO-OO]OOl.

Wendet man die Tabelle V ein zweites Mal auf die vorderen Halbzeichen an, dann ergibt sich die Nachricht :

01 l-lOOOl-l-llOOl-l-OOOOO-OOl,

und die Verdopplung der äußeren Bits ergibt die Nachricht

0011-10001-1-11001-1-00000-0011,

20

in der die Trennungsstriche nur zum Verständnis des Bildungsverfahrens dienen. Diese Nachricht enthält 25 binäre Elemente.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur übertragung von durch Binärelemente dargestellte Nachrichten mit erhöhter Geschwindigkeit, wobei die binären Elemente nacheinander übertragen werden, dadurchgekennzeichnet, daß die ursprüngliche Nachricht durch eine neue Nachricht mit einer konstanten Anzahl von binären Elementen ersetzt wird, derart, daß vor jedem 1-0- oder 0-1-übergang in der neuen Nachricht mindestens zwei gleichwertige Binärelemente vorhanden sind und daß die neue Nachricht dann mit doppelter Geschwindigkeit übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprüngliche Nachricht in Folgen zu je vier binären Elementen unterteilt wird, von denen die zwei mittleren durch eine Gruppe von drei binären Elementen ersetzt werden, die mit den zwei mittleren Binärelementen der Folge mit in Abhängigkeit von den äußeren binären Elementen der Folge doppelt gleichwertiger Zuordnung in Beziehung stehen und nicht mehr als einen übergang enthalten und daß jede Gruppe von zwei einander zugeordneten binären Elementen zweier Folgen (d. h. jede aus dem letzten Element einer Folge und dem ersten Element der nächsten Folge gebildete Gruppe) durch eine aus drei Elementen bestehende Gruppe der gleichen Zuordnung ersetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede aus zwei mittleren binären Elementen einer Folge oder einer Zwischenfolge gebildete Gruppe einer Nachricht, die als äußere Elemente die Elemente 00 oder 11 und 10 oder 10 und 11 oder 11 enthält, in eine der Gruppen 000, 001, 100 oder 111 umgesetzt wird, derart, daß zwei binäre Elemente der einen Gruppe mit zwei binären Elementen der anderen Gruppe gleich sind (doppelgleichwertig sind).

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der binären Elemente der ursprünglichen Nachricht ein vielfaches λ von 4 ist und daß die Anzahl der binären Elemente der neuen Nachricht gleich 6 2 + 1 ist.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichten einem Serien-Parallel-Umsetzer (10, 20) zugeführt sind, dem ein Kodierer (30) (oder Umsetzer) nachgeschaltet ist, an den sich ein Parallel-Serien-Umsetzer (40, 50) anschließt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 009 542/218