DE1943185A1

DE1943185A1 - Verfahren zur Datenuebertragung

Info

Publication number: DE1943185A1
Application number: DE19691943185
Authority: DE
Inventors: Alain Croisier; Henri-Jean Nussbaumer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-09-04
Filing date: 1969-08-25
Publication date: 1970-03-12
Also published as: FR1583489A; CA922637A; US3619502A; SE351092B; JPS4816001B1; NL6913465A; GB1271753A; BE738415A; DE1943185B2

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN * q α ο -j ρ C

Patentanwalt ... I >? H ν? I ö 0

8U00 MÜNCHEN 71 (Solln)

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

ID 2542 München, 14. August 1969

Dr. H./P./sch

International Business Machines Corporation Armonk, N.T., V. St. A.

Verfahren zur Datenübertragung

Priorität: 4. Sept. 1968; Frankreich; Nr. 009 409 AM

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung, bei dem die zu übertragenden Daten ein Primärsignal bilden, das an der Sendestelle in ein für die Übertragung besser geeignetes Signal, das Sekundärsignal, umgewandelt wird, und das Sekundärsignal am Empfangsort demoduliert wird, um dann wieder die das Primärsignal bildenden Daten zu erhalten.

Datenübertragungssysteme unterliegen der Beschränkung, daß die Übertragung mit Bandbreiten erfolgt, die den vorhandenen Übertragungskanälen angepaßt sind. Die technische Entwicklung führt zu einer immer weiter anwachsenden tiberfüllung der an und für sich vorhandenen Übertragungskanäle, und damit erhebt sich die Forderung, das die gewünschte Information übertragende Signal, das Sekundärsignal, so darzustellen, daß die die zu übertragende Information "bildenden Datenelemente ein so enges Grundspektrum wie möglich

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Bayerisdie Vereinsbank München. 820993

ID 2542 - 2 -

haben. Es sind bereits verschiedene Wege bekannt, um diesen Forderungen gerecht zu werden, diese Wege erfordern indessen im allgemeinen komplizierte Datenverschlüsselungen am Sendeort und komplizierte Synchronisationsmittel für die Zwecke der Entschlüsselung am Empfangsort.

Die Erfindung bezweckt, die das Primärsignal bildenden Datenelemente so zu verschlüsseln, daß am Empfangsort eine einfache Entschlüsselung im Wege einer Demodulation mit einer Trägerwelle möglich ist.

Bei der Erfindung werden die die zu übertragende Information, das Primärsignal genannt, bildenden Datenelemente in Form einer Folge von Einzelimpulsen, die für jedes Datenelement Vorimpulse, einen Hauptimpuls und Nachimpulse bilden, übertragen.

Ein solches Datenelement entspricht dabei in der üblichen binären Datenübertragung einem Bit "1". Ein Bit "0" wird in üblicher Weise durch Ausfall eines Datenelements "1" gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß jedes Sekundärsignal aus einer Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, deren Lage und deren Amplituden den größeren Maxima und Minima der Schwingung entsprechen, die sich aus der Modulation einer Sinusschwingung der Frequenz f-, und einem Signal der Form γ sin -^Sjr· ergeben, wobei K eine Konstante, f-^ = ~Ύψ"— ^{und n} eine ganze positive Zahl ist.

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Zweokmäßigerweise werden aufeinanderfolgende Datenelemente in Form von Impulsfolgen übertragen, die sich mit ihren Nachimpulsen bzw. Vorimpulsen kammartig überlappen.

Die Erfindung ist im folgenden in Form eines Ausführungs-., beispiela im Prinzip erläutert. Von den Figuren zeigen:

Figur 1

Figur 2

ein Zeitsignal, das amplitudenmäßig einer Zeitfunktion 1 .,„ 7Tt entspricht, und das t ^sin W

Figur 5

Figur 4-Figur 5

Figur 6 Figur 7 Figur 8 Figur 9

zugehörige Frequenzspektrum;

, als Doppelband-1

die Modulation eines Zeit signals ^- sin

auf einer Trägerwelle f

1 7?t modulation und eines Zeitsignals τ sin —m—

auf eine·Trägerwelle zwecks Erzeugung einer ■ Einseitenbandmodulation derselben, sowie das zugehörige Frequenzspektrum;

ein durch Einzelimpulse gebildetes Signal, das in Annäherung die in Fig· 2 erörterten Spektralverhältnisse liefert;

ein spezielles Spektrum ähnlich dem in Fig. dargestellten;

ein aus einer Impulsfolge gebildetes Datensignal, das im wesentlichen das in Flg. 4 dargestellte Spektrum liefert;

das Spektrum eines Datensignals gemäß Fig. nach Durchlaufen eines Bandpaßfilters;

ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Datenübertragungssystems;

eine zeitliche Darstellung der in Form von Impulsfolgen übertragenen Datenelemente;

ein Blockschaltbild einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen ÜbertragungsVerfahrens geeigneten SendeanOrdnung.

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ID 2542 - JA -

In den Figuren stellen Dreiecke logische UND-Schaltungen und Halbkreise logische ODER-Schaltungen dar.

Fig. 1 bis Fig. 3 dienen der Klarstellung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips.

Fig. 1 zeigt ein Zeitsignal S(t) = φ · sin "*ψ sowie das zugehörige Amplitudenspek-trum S(f) . Die Phase ή> ist für sämtliche Frequenzen in dem Frequenzspektrum null. Für die Spektralfunktion S(f) gilt:

S(f) = So für - I^ C f < ^

0 für f<- -Ip oder f> + |tjt

Die Zeitfunktion kann dargestellt werden durch:

S(t) = j

d to

— Oo

Wird ein solches Signal auf eine Trägerfrequenz f auf- ' moduliert, so ist das Doppelseitenbandspektrum gegeben durch:

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ID 2542

-y-

5(f) = K - s(t) cos

fZZ/Φ = K . β*⁰⁰* f A

= K

/ -TA

Τ/τ

= K

A e

^3fcrt

ω-Τ/ϊ

da)

Dabei gilt für den Amplitudenfaktor A(f) = A für wo - T/T ^6j <: coo ₊ T/T (d. h, für

I(f) = O für to c ωό - "Τ/Τ (d. h. für f <: fo und für ω> ωο +1Γ/Τ (d.h. für f> fo

und für die Phase £(f) = O K ist eine Konstante.

Trennt man eines der Bänder, beispielsweise das obere, ab, dann erhält man mit einem idealen Bandpaßfilter das Spektrum.

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ID 2542

-V-

-ς-

S.(f) = S(f) wenn f.> fo

wenn f 4 fo

A(f) = A für fo < f < fo +i

= 0 für f < fο und f > f ο + ^λ

= 0

II

Der Amplitudenfaktor A(f) kann auch ausgedrückt werden durch

A(f) » A für

f <

A(f) = 0 für f-< f, - tut oder f > f-, + 4r

mit

III

Vergleicht man den sich für die Zvieiseitenbandmodulation ergebenden Amplitudenfaktor A(f) gemäß G-leichungssystem Γ mit dem sich für die Einseitenbandmodulation ergebenden •Amplitudehfaktor A(f) gemäß Gleichungssystem III, so sieht man, daß dasselbe in Pig. 2 y dargestellte Spektrum sich entweder auffassen läßt als eine Zweiseitenbandmodulation der Trägerwelle f^ mit der Zeitfunktion -^ sin -ζψ oder · als das obere Seitenband einer Einseitenbandmodulation der

Trägerwelle

mit der Zeitfunktion ^ sin

-4p

oder

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ID 2542 - ft -

als unteres Seitenband einer Einseitenbandmodulation der Trägerfrequenz ^n ⁺ Tf ^{mi-t der} gleichen Zeitfunktion. Die Doppelbandmodulation veranschaulicht Fig. 2 ex und die beiden Einseitenbandmodulationen Pig. 2 β .

Aus Pig. 2 V erkennt man ferner, daß für die Frequenz f-^ und die obere und untere Grenzfrequenz _M und f _m des in Pig· 2 γ" gezeigten Bandes die Beziehung gilt:

Das Modulationsprodukt S der Doppelseitenbandmodulation

ergibt sich daher zu

S₉ = I . sin p - cos 2Tf_xt

Will man nun mit dieser Modulation eine Folge von Impulsen übertragen, die einen zeitlichen Abstand T voneinander und eine bestimmte Amplitude haben, so müssen die Nullstellen der Trägerwelle cos 27Tf,t zwischen den Impulsen liegen und daher ebenfalls einen Abstand T haben. Die Nullstellen der Trägerwellenfunktion cos 2If-^t sind gegeben durch die Beziehung

= 27Tf_K(T - -|) = nit- \

, ' η ~ n-1

¹M ⁼ W ¹m * "Tf

IV

Setzt man in den Ausdruck für S_e diese Werte ein, so erhält man die Beziehung:

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ID 2542 - Sf -

S_s = \ . sin (fj) -cos (27Γ- · t)

Aus der vorstehenden Gleichung erkennt man, daß man die Spektralfunktion S unmittelbar unter Anwendung eines Tiefpaßfilters aus einer abgewogenen Impulsfolge E-, erhalten kann, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.

Es wird die aus den Datenelementen bestehende Information gebildet durch die Übertragung der Impulsfolge E-,, deren Impulse im Abstand T folgen. Die Datenelemente können dann am Empfangsort durch eine einfache Demodulation des Signals S wiedergewonnen werden, beispielsweise durch Demodulation mit der Frequenz f_M, so daß man für jedes Daten-

1 7Tt element eine Zeitfunktion der Form -^ · sin ^tjt erhält.

Wenn man in den vorstehenden Gleichungssystemen IV und V η = 2 wählt, erhält man das Signal, dessen Spektrum in Fig. 4 wiedergegeben ist und sich von der Frequenz -ssr bis zu

der Freqverj: ψ erstreckt.

Das durch die Gleichung VI charakterisierte Signal kann unmittelbar durch eine entsprechend abgewogene Impulsfolge gebildet werden. Diese eine hinreichende Näherung bildende Impulsfolge ist in Fig. 5 dargestellt, und nach Filterung in einem Tiefpaßfilter erhält man ein Spektrum entsprechend Fig. 6.

^Ss ·= Τ' ^sin# * * ^cos

Unter Beachtung dieser Gesichtspunkte ergibt sich ein in Fig. 7 dargestelltes erfindungsgemäßes Übertragungssystem.

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ID 2542 . - ßr -

Fig. 7 zeigt eine schematisehe Ausführung eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems für Datensignale, das aus einem Sender, einem Empfänger und einem Übertragungskanal TNw "besteht.

Der Sender liefert an seinem Ausgang ein Einseitenbandsignal/ S₈ des Signals gemäß Gleichung VI. Der Sender erzeugt zu diesem Zweck von den zu übertragenden Daten Do in einem Impulsgenerator OhG eine Folge E-, von gedichteten Impulsen, etwa entsprechend Fig. 5, für jedes Datenelement; die Impulsfolgen liefern nach Durchlaufen des Tiefpaßfilters LPF das zu übertragende Sekundärsignal, welches den zu übertragenden Daten Do entspricht.

Am Eingang des Empfängers tritt das ausgesendete Einseitenbandsignal J_ S auf, das nach Durchsetzen eines Bandpaßfilters BPF in üblicher Weise durch die Frequenz f _M = tjt demoduliert wird. Dadurch entsteht als Demodulationsprodukt das Signal 2. *>_, das sich aus den Datenelementen zusammensetzt, von denen jedes einerZextfunktion S(t) = i · sin Ip- entspricht. Um aus diesen Impulsfolgen nun die gewünschten Datensignale wieder abzuleiten, wird das Signal J_ S zu/<fem Zeitrhythmus tjt entsprechenden Zeiten ausgetastet in der Taststufe Sam, und man erhält dann als Ausgangssignal die Datensignale.

Es ist zu beachten, daß die Demodulationsfrequenz f_M am Empfangsort unmittelbar hergestellt werden kann, daß sie aber auch aus einer oder mehreren vom Sender übertragenen Hilfsfrequenzen abgeleitet werden kann.

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ID 2542 - & -

-Ί0-

Bs ist auch möglich, das Signal f S_a über den Kanal TNw unter Einführung einer kleinen Frequenzverschiebung £ zu übertragen. Die Demodulation an dem Empfänger erfolgt dann mit der Frequenz f_M 4- ί , und dadurch wird die Frequenzverschiebung ί in dem empfangenen Signal wieder beseitigt. Dabei kann es sich sowohl um eine unmittelbare Übertragung dieser Frequenzen über den Übertragungskanal handeln als auch um eine Übertragung unter Zuhilfenahme einer Trägerwelle.

Fig. 8 zeigt, daß ein Datenelement C sich eine Zeiteinheit vor und eine Zeiteinheit nach dem Hauptimpuls austasten läßt. Vor dem Hauptimpuls C. des Datenelements C sendet

man während einer Zeitspanne ·* den Yorimpuls D-, des folgenden Datenelements aus sowie den Nachimpuls B^ des vorausgehenden Datenelements. Nach dem Hauptimpuls C des Daten-

elements C sendet man während der Zeitspanne ·* den Vorimpuls Dp des folgenden Datenelements und den Nachimpuls des vorausgehenden Datenelements B aus. In der Zeitspanne T, die darauf folgt, wiederholt man denselben Vorgang mit drei weiteren Datenelementen C, D, E anstelle der zuvor erörterten Datenelemente B, C, D. Der Impulsgenerator ChG kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Die Fig. 9a, 9b, 9c beziehen sich auf eine dieser Ausführungsmöglichkeiten. In Fig. 9a sind die wesentlichen Teile des Impulsgenerators dargestellt. Es ist ein Schieberegister SR vorgesehen, dem das zu übertragende Datenelement Do zugeführt wird. Eine Mehrzahl UND-Stufen und ODER-Stufen gestatten die Weiterleitung der in den Stufen 1, 2, 3 dee Schieberegisters vorgesehenen Zustände zu vorgegebenen Zeitpunkten und während vorgegebener Zeitdauer an eine Analogaddierstufe AA, die zu/vorgegebenen Zeiten Signale von einer Amplitude liefert, welche den Datenelementen bzw. deren Vor- und Nachimpuls entsprechen. Kippstufen 5» 6 und

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ID 2542 -Vd-

liefern Torsignale an die UND-Stufen. Die Kippstufen und das Schieberegister werden durch Impulse y, y¹ und O gesteuert, die von einem Zeittaktgeber a der Periodendauer T geliefert werden, zu dem Zweck, die Folge der Datenelemente Do unter Mitwirkung der Taktgeberstufe Hg zu steuern. Die Taktgeberstufe Hg bildet nicht Gegenstand der Erfindung und ist nur zur Erklärung der Wirkungsweise des Impulsgenerators der Sendeanordnung beschrieben. In der Taktgeberstufe ist eine Inverterstufe I vorgesehen und ferner ein Filter, das die Frequenz 3f = fs aus dem Signal a ableitet. Eine Stufe SQ liefert ein Mäandersignal χ aus der Sinusschwingung 3f. Eine Differenzierstufe Diff spricht auf die Vorderflanke der Stromkurve a und der Stromkurve χ an. Fig." 9b gibt die relativen Zeitverhält-· nisse der Signale a, 3f, x, ©, y, y¹, 5, 6, 7 an. Fig. 9c gibt entsprechend Fig. 8 den Inhalt der Stufen 1, 2, 3 des Schieberegisters an und ferner die Ausgangssignale der Analogaddierstufe AA, wobei als Zeitbeziehung die Signale O, 5, 6, 7 angegeben sind.

Auf der Empfangsstation muß der Zeittaktgeber der Frequenz ψ und die Demodulationsfrequenz fjj, die auch ψ ist, in bezug auf das Empfangssignal genau eingestellt werden. Derartige Anordnungen sind an sich bekannt.

In der vorliegenden Beschreibung wurden die erarbeiteten Signale als von zwei Amplitudenwerten angenommen. Die erörterten Eigenschaften der Schaltung bleiben jedoch auch vollständig erhalten, wenn die Signale mehrere Amplitudenwerte haben, wenn es sich beispielsweise in Fig. 5 um eine Impulsfolge E₁ handelt, bei der die maximale Amplitude absoluten Unterschieden unterliegt, jedoch innerhalb einer Impulsfolge das Amplitudenverhältnis gewahrt bleibt.

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Claims

ID 2542 - * -

Patentansprü ehe

|lJ Verfahren zur Datenübertragung, bei dem die zu übertragenden Datenelemente sendeseitig in zur Übertragung besser geeignete Sekundärsignale, die voneinander den Abstand Φ aufweisen, umgewandelt werden, dadurch g e kennz eichnet , daß jedes Sekundäreignal aus einer Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, deren Lage und deren Amplituden den größeren Maxima und Minima der Schwingung entsprechen, die sich aus der Modulation einer Sinusschwingung der Frequenz f-, und einem Signal der Form

K TT~t 2n — 1

^- sin -^ψ· ergeben, wobei K fine Konstante, f-^ = —Tjf~" ^und η eine ganze positive Zahl ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet , daß das Sekundäreignal empfängerseitig mit der Frequenz f-^ 4 -ng oder f-^ - j^ demoduliert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Sekundärsignale sich überlappen.

^
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Schieberegister (SR) vorgesehen ist, durch das die Datenelemente hindurchgeschoben werden, daß an die Ausgänge der Stufen (1, 2, 3) des Schieberegisters (SR) UND-Schaltungen angeschaltet sind, die durch Impulse einer Taktgeberstufe (Hg) geöffnet werden, daß die Ausgänge der UND-Schaltungen mit verschiedenen Eingängen einer Analogaddierstufe (A) verbunden sind und daß die

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ID 2542 - 2 - '-

Analogaddierstufe (α) den zugeführten Signalen, abhängig davon, über welchen Eingang sie zugeführt werden, Amplituden verleiht, die den Extremwerten der Funktion

K 77~t

•τ· sin -Qm entsprechen.

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