DE2015813C3

DE2015813C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Kodierung von zweiwertigen Signalen zur Datenübertragung

Info

Publication number: DE2015813C3
Application number: DE2015813A
Authority: DE
Inventors: Jacques Versailles Oswald (Frankreich)
Original assignee: CIT Compagnie Industrielle des Telecommunications SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1969-04-02
Filing date: 1970-04-02
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2039522A5; DE2015813B2; US3754238A; NL168384C; GB1294731A; BE747784A; NL168384B; NL7004516A; DE2015813A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur l.odiarung von zweiwertigen Signalen zur Datenübertragung von der im Oberbegriff des Hauptanspruches niedergelegten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten PCM-Modulalionsverfahren werden in regelmäßigen Intervallen Proben des zu übertragenden Niederfrequenzsignals entnommen und bezüglich eines Wertegitters bewertet, und zwar zweckmäßigerweise auf binärer Basis mit beispielsweise 2" Werten. Damit wird eine Folge von π Impulsen erhalten, von denen jeder entsprechend der jeweils festgestellten Ordnung /ein Gewicht von 2' besitzt. Das PCM-Verfahren ist also im wesentlichen ein Verfahren zum numerischen Kodieren des bewerteten Augenblickswertes und zur Übertragung des Kodes in Form von Impulsen, die am häufigsten in Form einer Serienimpulskette vorliegen. Die Übertragung erfolgt mU Mitteln, die dazu dienen, die aufeinanderfolgenden Werieproben kodierenden Ketten zu trennen und auf diese Weise die Wertigkeit jedes Impulses einer Kette durch seine Ordnung in der Kette zu identifizieren.

Bei den Telegraphiesystemen und den Systemen zur Übertragung von numerischen Daten liegen die Signale im allgemeinen in Form von zweiwertigen Wellen vor, deren Polarität sich periodisch im Rhythmus der Modulation ändert. Die zu übertragende Information besitzt also die Form von Rechteckssignalen, deren logischer Wert eine 1 darstellt, deren Dauer veränderlich ist, deren Verteilung unbestimmt ist und die durch Stufen vom logischen Wert 0 getrennt sind. Den Anfang eines Rechtecks bildet ein Wertigkeitswechsel 0-1 (oder - +) und das Ende ein Wertigkeitswechsel 1 — 0 (oder + -). Die Übertragung einer derartigen Informa tion in numerischer Form läuft darauf hinaus, den Zeitpunkt jedes Wertigkeitswechsels und seine Richtung zu übertragen.

Bei den meisten gebräuchlichen Fällen ist die Dauer der verschiedenen Signale, die eine gegebene Wertigkeit besitzen (0 oder 1 oder auch negativ oder positiv), ein Vielfaches eines elementaren Zeirntervalls oder .»Schrittes« der Dauer T. Die Übertragungssysteme leiten diese Signale entweder in Originalform oder durch Modulation einer Trägerwelle weiter. Bei synchronem Betrieb erfolgen die Wertigkeitswechsel immer zu Zeitpunkten, die durch Intervalle vom Vielfachen von /getrennt sind. Im Gegensatz dazu gibt es beim asynchronen Betrieb kein absolutes Kennzeichen für den Zeitpunkt der Weriigkeitswechsel. Der Grundvorteil des synchronen Betriebes liegt darin, daß aufgrund der Verwendung von Einrichtungen zum Regenerieren der Signale sehr beträchtliche Verzerrungsspielräume zugelassen sind, die beinahe 100% erreichen. Dagegen ist dieser Betrieb sehr starr und arbeitet nur bei einer gegebenen Geschwindigkeit, was bei vielen Anwendungen stören kann. Der asynchrone Betrieb ist dagegen viel anpassungsfähiger. Man kann derartige Systeme häufig bei verschiedenen Geschwindigkeiten ohne Änderung der Geräte arbeiten lassen und sie entsprechen sehr häufig anzutreffenden Einsatzfällen. Andererseits können die durch den Übertragungskana! hervorgerufenen Verzerrungen nicht integral kompensiert werden und die Arbeitsspielräume sind viel stärker reduziert. Die »Transparenz« von Systemen, d. h. ihre Fähigkeit, die Telegraphieübergänge an ihrem Platz unabhängig von diesem Platz wiederherzustellen, läuft allgemein darauf hinaus, eine fortlaufende Änderungsmöglichkeit der Lage dieser Übergänge sicherzustellen. In dieser Hinsicht haben die transparenten Einrichtungen trotz der Quantifizierung ihrer Amplitude einen »analogen« Charakter.

Ein asynchron arbeitendes, im obigen Sinne transparentes Verfahren mit den im Oberbegriff des Hauptanspruches aufgeführten Merkmalen ist in der DE-AS 12 65 247 beschrieben. Dort sind die Grundintervalle in 2* Feinintervalle unterteilt und eine Reihe von bewerteten Impulsen wird nur für solche Grundintervalle gebildet und ausgesendet, in denen ein Wertigkeitswechsel stattgefunden hat. Diese Reihe umfaßt neben dem die Ordnungszahl des betreffenden Feinintervalls kodierenden /c-stelligen Binärwort noch ein Startbit und ein die nach dem Wechsel erreichte Wertigkeit wiedergebendes Schlußbit. Die Übertragung einer solchen Impulsreihe erfolgt im Verlauf von k + 2 Grundintervallen, da für jedes Grundintervall immer nur ein Sendeimpuls vorgesehen ist. Somit muß auch die Länge der Grundintervalle so gewählt werden, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wertigkeitswechseln im Regelfall k + 2 Grundintervalle liegen. Diese Bedingung kann bei starken Modulationsverzerrungen jedoch nicht eingehalten werden, so daß bereits ein neuer Wertigkeitswechsel stattfindet, bevor die den vorausgehenden Wertigkeitswechsel kennzeichnende Impulsreihe vollständig übertragen ist. In einem solchen Fall muß die dem jüngeren Wertigkeitswechsel zugeordnete Bitgruppe so lange gespeichert werden, bis wieder unbelegte Grundintervalle bzw. Sendeimpulse zur Verfügung ^rtehen. Erfolgt in einem oder mehreren durch die Aussendung einer Impulsreihe nicht belegten Grundintervallen kein Wertigkeitswechsel, so wird bei den entsprechenden Sendetaktimpulsen die dem Be-

ginnkriterium (Startbit) entgegengesetzte Polarität ausgesendet. Eine Kennzeichnung des zu übertragenden Niederfrequenzsignals ist hiermit jedoch nicht gegeben. Um im Falle einer über lange Zeiten hinweg gleichbleibenden Wertigkeit des Niederfrequenzsignals nicht durch Störungen die richtige Polarität zu verlieren, sind zusätzliche Verfahrensschritte vorgesehen, mit deren Hilfe etwa im Minutenabstand der Dauerzustand bestätigt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches niedergelegten Art so weiterzubilden, daß es eine besonders hohe Fehlersicherheit aufweist und einfach realisierbar ist.

Zur Lösun° dieser Aufgäbe sieht die Erfindun** die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches niedergelegten Merkmale vor.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein Verfahren zur Kodierung und Übertragung von zweiwertigen Signalen geschaffen, das auf sehr einfache Weise realisierbar ist, eine äußerst gute Fehlersicherheit aufweist und eine optimale Auslastung der zur Verfügung stehenden Übertragungskapazitäten gewährleistet. Es wird erreicht, daß die Information vollständig und zur Identifizierung ausreichend kodiert ist, es wird aber auch gleichzeitig erreicht, daß die Lage eines Überganges mit einer von vornherein festgesetzten Genauigkeit bestimmbar ist. So geht z. B. mit sechs Kodierimpulsen die Verzerrung nicht über ±1,5% hinaus, und zwar unabhängig von der Verformung der Kodesignale (solange sie noch identifizierbar bleiben). Bis zum Erreichen der Unterscheidungsschwelle ist die Leistungsfähigkeit unabhängig vom Signal-Rausch-Verhältnis. Man kann den Kode ohne zusätzlichen Verlust durch eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Übertragungswegen übertragen. Da die Verzerrung gleichbleibt, liegt der Toleranzbereich in der Nähe von 100%, vorausgesetzt der Kode ist identifizierbar und dem Intervall zurechenbar, dem er zugeteilt ist. Außerdem ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße System vollständig transparent ist und bei jeder Telegraphiegeschwindigkeit arbeitet, die unterhalb derjenigen liegt, die der Dauer des Grundintervalls entspricht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Signalfolge, die in Abschnitte aufgeteilt ist, die die Dauer eines Grundintervalls haben,

F i g. 2 einen Teil der F i g. 1 in größerem Maßstab mit der Identifizierung eines Wertigkeitswechsels in einem Feinintervall,

F i g. 3 in noch größerem Maßstab den Übergang von einem Grundintervall zum folgenden Grundintervall und die entsprechenden Zählverfahren,

F i g. 4 eine Tabelle des rückbezüglichen Binärkodes (GRAY-Kode),

F i g. 5 die kodierten bewerteten Impulse für die Zuordnung der Ordnungszahlen zu den Wertigkeitswechseln des zu übertragenden Signals der Fig. 1,

Fig.6 ein Schema einer Ausführungsform eines Kodierers und

F i g. 7 ein Schema einer Ausführungsform des zugehörigen Dekodierers.

F i g. 1 zeigt eine Folge willkürlicher, zweiwertiger Signale, wie sie bei einer Telegraphiesendung oder einer beliebigen Aussendung von numerischen Daten vorkommen. Die einzige gemachte Annahme besteht darin, daß das gesamte Signal einer gegebenen Wertigkeit

(positiv oder negativ) eine Dauer besitzt, die größer oder gleich einer bekannten Dauer 7~ist.

Die zu übertragende Signalfolge M ist in gleiche Grundintervalle von der einheitlichen Dauer Θ<Τ aufgeteilt, die unbegrenzt aufeinanderfolgen, wobei der Anfang der Grundintervallzeiten vollständig beliebig ist, das heißt, der Anfang jedes Grundintervalls weist keine Korrelation mit den Wertigkeitswechseln des Signals auf. In F ι g. 1 sind die dargestellten Grundintervalle mit /|, I₂, h, Ia, h numeriert. Es handelt sich dabei um einen Auszug aus einer Folge, die nach beiden Seiten verlängert werden kann. Es sei angenommen, daß es sich um eine Telegraphieübertragung mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 1500 Baud handelt, d.h., daß das Telegraphiezeichen eine Dauer von 666 μβ besitzt: dies ist die obenerwähnte Dauer T. Unter diesen als Beispiel gegebenen Bedingungen wählt man für die Dauer eines Grundintervalls 600 μβ.

Nachfolgend werden Betrachtungen über die Wahl des Θ für ein gegebenes Tentwickelt.

Es liegt ein Wertigkeitswechsel (- +) di im Grundintervall h vor, ein Wertigkeitswechsel (+ -) &i im Grundintervall /2, kein Wertigkeitswechsel im Grundintervall Λ, ein Wertigkeitswechsel (- +)ö* imGrundintervall /4 und ein Wertigkeitswechsel (+ -Jfo im Grundintervall /5.

Gegenüber jedem Wertigkeitswechsel ist eine Zahl angegeben: 21 gegenüber von <5|, 27 gegenüber von O2, 40 gegenüber von O4, 47 gegenüber von O5. Gegenüber dem Grundintervall /3, in dem kein Wertigkeitswechsel erfolgt, ist ein — gesetzt, das die gleichbleibende Wertigkeit des Grundintervalls /3 darstellt.

Die Zahl, die gegenüber einem Wertigkeitswechsel steht, stellt die Ordnung des Probenentnahmeimpulses dar, der dazu dient, eine Probe des Signals M zu entnehmen, das unmittelbar dem Wertigkeitswechsel folgt. Diese Definition wird nachfolgend mit Bezug auf F i g. 2 genauer festgelegt.

In F i g. 2 ist in größerem Maßstab das Grundintervall /ι der F i g. 1 dargestellt.

Dieses Grundinierval! ist in 60 Feininlervalle θ' mit einer einheitlichen Dauer von 10 \ls aufgeteilt. Diese Feinintervalle mit der Dauer θ' werden durch kurze Probenentnahmeimpulse bestimmt, die in F i g. 2 durch dünne senkrechte Striche gekennzeichnet sind. Unter kurzem Impuls wird dabei ein Impuls verstanden, der wesentlich kürzer als das Feinintervall θ' ist, z. B. von einer Dauer, die zwischen 0,5 und 0,8 μ5 liegt. Die ersten Probenentnahmeimpulse, die dem Niveau der Wertigkeit (—) entsprechen, sind niedrig. Die anderen, die dem Rechteck der Wertigkeit ( + ) entsprechen, sind hoch. Die Probenentnahmcimpulse, die zu den Zeitpunkten 10 θ', 20 θ', 30 θ', 40 θ', 50 θ'und 60 θ' auftreten, sind mit Punkten gekennzeichnet Diese Zahlenwerte stellen im allgemeinen nicht die Ordnungszahlen der Probenentnahmeimpulse dar: Es liegt hier eine Verschiebung um eine Einheit vor. Die Erklärung dafür ist aus F i g. 3 ersichtlich.

Der Wertigkeitswechsel Oi erfolgt zwischen dem 19. und dem 20. Probenentnahmeimpuls. Er tritt auf durch Polaritätsumkehrung, der durch den 20. Probenentnahmeimpuls entnommenen Probe gegenüber der Polarität der durch den 19. Probenentnahmeimpuls entnommenen Probe. Der 20. Probenentnahmeimpuls trägt die Ordnungszahl 21.

Der Wertigkeitswechsel Oi ist mit 21 bezeichnet; die Übertragung des Zahlenwertes 21 durch eine Reihe binär kodierter bewerteter Impulse stellt die Übertra-

gung des Zeitpunktes des Wertigkeitswechsels dar. Was den Richtungssinn betrifft, so ist dieser bekannt, wenn die vorausgehende Polarität bekannt ist.

Da die Anzahl der verschiedenen zuordenbaren und zu übertragenden Zahlenwerte zwischen 2 und 64 liegt, handelt es sich um eine Kodierung mit sechs binären Ziffern mit einer maximalen Kapazität von 63.

Die sechs binären Ziffern, die einen zuzuordnenden Wert darstellen, werden der Reihe nach im Laufe eines Grundintervalls in Form von Impulsen abgegeben, die gemäß ihrer Ordnung bewertet sind; für eine vollständige Information bilden die Impulse eine gleichförmige Abstandseinheit

τ = ^H = l(X) as.

r»

F i g. 3 zeigt im noch größeren Maßstab die Übergangszone zwischen einem Grundintervall /* und dem folgenden Grundintervall Ik₊1. Der letzte Probenentnahmeimpuls des Grundintervalls /* ist mit 61 bezeichnet; der vorletzte, zu einem um 10μ5 früheren Zeitpunkt, ist mit 60 bezeichnet, der vorausgehende mit 59 usw. Der erste Probenentnahmeimpuls des Grundintervalls h + \ beträgt die Ziffer 2, der zweite die Ziffer 3 usw.

Das vorletzte Feinintervali des Grundintervalls h ist mit 559 bezeichnet, das letzte mit Sbo, das erste Feinintervall des Grundintervalls h+\ mit Si, das zweite mit 52 usw.

Das erste Feinintervall Sj ist durch Impulse des Randes 62, 63,1,2 in vier Segmente einer einheitlichen Dauer θ "gleich 2,5 μβ unterteilt. Die Zustände 62,63, 1 werden durch Hilfsimpulse geliefert, der Zustand 2 wird durch einen normalen Probenentnahmeimpuls dargestellt Der Zustand 0 wird nicht gebildet (siehe die nachfolgende F i g. 6).

Ist im Laufe des Grundintervalls /* ein Wertigkeitswechsel aufgetreten, so überträgt man an den Sender einen Kode, der diesen Wertigkeitswechsel kennzeichnet. Wenn in dem Grundintervall /* kein Wertigkeitswechsel aufgetreten ist, wird kein Kode übertragen, wenn der Probenentnahmeimpuls Nr. 61 auftritt. In diesem Fall überträgt man entsprechend der Wertigkeit des zu übertragenden Signals entweder die Kombination 62 (positive Wertigkeit) oder die Kombination 63 (negative Wertigkeit). Die Kombinationen 62 und 63 sind übertragbar. Im Gegensatz hierzu sind die Kombinationen 0 und 1 nicht übertragbar. Die erste übertragbare Kombination nach 63 ist 2 (erster Probenentnahmeimpuls des Grundintervalls /*+i)· Der Grund dafür ist aus F i g. 4 ersichtlich.

F i g. 4 ist eine Tabelle der Zahlenwerte von 0 bis 63, die mit dem rückbezüglichen Binärkode (GRAY-Kode) kodiert sind.

Bei der Beschreibung einer Ausführungsform sieht man, daß die Kodierung der Ordnung eines Wertigkeitswechsels mit Hilfe eines die Probenentnahmeimpulse zählenden Zählers ausgeführt wird, der am Anfang jedes Intervalls auf 1 gestellt ist und dessen Inhalt beim Auftreten eines Wertigkeitswechsels entnommen und übertragen wird. Aus im folgenden dargelegten Gründen setzt man an die Stelle des durch den Zähler direkt gelieferten natürlichen Binärkodes den rückbezüglichen Binärkode, bei dem sich zwei nebeneinanderliegende Zahlen immer nur in einer einzigen Binärstelle unterscheiden. Tatsächlich können die Eigenschaften dieses rückbezüglichen Binärkodes dazu ausgenutzt werden, nicht nur die Ordnung von Wertigkeitswechseln in einem Grundintervall anzugeben, sondern in gleicher Weise auch die Wertigkeit des zu übertragenden Signals und den Beginn der Grundintervalle (Synchronisation der Kodeelemente). Diese verschiedenen Informationen sind unentbehrlich, damit der Empfänger das durch den Sender kodierte Signal richtig wiederherstellen kann.

Die Tabelle der Fig.4 gibt die Kombinationen des rückbezüglichen Binärkodes an, wobei die zunehmende

κι Numerierung von 0 bis 63 geht (für den beispielsweise gewählten Fall von sechs binären Ziffern; die verwendeten Eigenschaften sind jedoch allgemein und direkt übertragbar, ganz gleich welche Anzahl von binären Ziffern des Kodes auch verwendet wird).

π Nach dem beschriebenen Verfahren dienen zur Verwendung des Kodes folgende Regeln:

a) Von den 64 verfügbaren Kombinationen werden nur 60 dazu verwendet, die 60 Feinintervalle von & bis Se,i nach F i g. 3 zu bezeichnen. Die Übertragung

einer dieser Kombinationen gibt an, daß ein Wertigkeitswechsel in dem vorausgegangenen Grundintervall stattgefunden hat.

b) Die Kombination 0(000000) wird nicht gebildet;die Kombination 1 (000001) wird gebildet, aber nicht

übertragen. Damit weist unter den übertragenen Kombinationen nur die Kombination 63 fünf aufeinanderfolgende Nullen auf.

c) Die Kombination 62 (100001) gibt an, daß in dem vorangegangenen Grundintervall kein Wertig-

keitswechsel stattgefunden hat und daß die Wertigkeit des zu übertragenden Signals in diesem Zeitraum permanent positiv war.

d) Die Kombination 63 (100000) gibt an, daß in dem vorausgehenden Grundintervall kein Wertigkeits-

^Jl wechsel stattgefunden hat und daß die Wertigkeit

des zu übertragenden Signals in diesem Grundintervall permanent negativ war.

Bei einer unbestimmten Folge von Kodekombinationen, die regelmäßig und ohne Trennung aufeinanderfolgen, ist die Kombination 63 (»permanent negativ«, mindestens in dem betrachteten Grundintervall) ohne Zweideutigkeit erkennbar, wodurch der Kode beim Empfang synchronisiert werden kann, d. h, es kann die 4·-, erste Ziffer jeder Gruppe von sechs binären Ziffern, die einen Kode bilden, erkannt werden: Tatsächlich ist außer der Kombination 63 keine Folge vorhanden, die aus einer »1« besteht, die von mindestens fünf Nullen gefolgt ist.

-,ο Um dies zu zeigen, werden die verschiedenen möglichen Fälle betrachtet.

Erster Fall:

Zwei aufeinanderfolgende Wertigkeitswechsel in zwei benachbart liegenden Grundintervallen.

Da die Dauer des Grundintervalls voraussetzungsgemäß kürzer ist als der zwei aufeinanderfolgende Wertigkeitswechsel trennende Zeitraum, folgt, daß die Ordnung des Wertigkeitswechsels des Grundin-

fto tervalls /„+i zwangsläufig über der Ordnung des Wertigkeitswechsels des Grundintervalls /„ liegt; anders ausgedrückt ist aus der Tabelle ersichtlich, daß eine Folge von zwei Kodekombinationen mit aufsteigenden Ordnungszahlen nicht mehr als vier

h5 Nullen aufweisen kann: beispielsweise 3 — 4, 3-5, 7 — 8 usw. In diesem ersten Fall ist es also unmöglich, eine Folge anzutreffen, die aus einer »1« und darauffolgenden fünf Nullen besteht.

Zweiter Fall:

»Permanent positiv« kann zwischen zwei beliebigen Kombinationen eingeschlossen sein. Da die Kombination 62 mit »1« beginnt und endet, ist es unmöglich, fünf aufeinanderfolgende Nullen vorzu- ~> finden.

Dritter Fall:

>-Permanent negativ« kann zwischen zwei beliebigen Kombinationen eingeschlossen sein. Man findet offensichtlich nur für die Kombination 63 κι selbst eine »1« mit fünf folgenden Nullen.

Man sieht, daß diese Zuordnung es erlaubt, die Wertigkeit des Signals beim Fehlen eines Wertigkeitswechsels zu bestimmen und diese jedesmal zu π bestätigen, wenn eine der Kombinationen 62 oder 63 gesendet wird. Dazu ist die Synchronisierung des Kodes jedesmal gesichert und bestätigt, wenn man ein Grundintervall mit negativer Wertigkeit antrifft, das keinen Wertigkeitswechsel aufweist: Dieser mögliche _'<> Fall tritt sehr bald auf, selbst wenn die negativen Signale alle eine minimale Dauer aufweisen, da das Grundintervall kürzer als das gesamte Elementarsignal ist und da keine Synchronisation zwischen der Zeitbasis der Probenentnahmenimpulse und dem zu übertragenden _>> Signal erfolgt.

Es ist offenbar, daß die oben beschriebene, spezielle Verwendung des GRAY-Kodes bemerkenswerte Erleichterungen für die Synchronisation des auf Wortstufe empfangenen Kodes bietet und eine sehr große jo Sicherheit gegen Polaritätsfehler liefert.

F i g. 5 zeigt symbolisch die die verschiedenen Wertigkeitswechsel des zu übertragenden Signals der F i g. 1 in kodierter Form wiedergebenden, aus bewerteten Impulsen mit regelmäßigen Abständen bestehenden, r> zur Übertragung kommenden impulsreihen. Die tatsächlich übertragenen Impulse sind durch senkrechte Linien gekennzeichnet; die binären Stellen ohne Impuls sind durch Punkte markiert.

Das oben beschriebene Prinzip ist allgemein, da die ίο Anzahl der binären Elemente des Kodes nicht eingeht. Begnügt man sich z. B. mit einem Kode mit vier binären Elementen, so läßt man die beiden Kombinationen 0 (0000) und 1(0001) nicht zu, und man reserviert die Kombinationen 14 (1001) und 15 (1000) zur Identifizie- « rung von Grundintervallen ohne Wertigkeitswechsel, die eine gleichbleibende Wertigkeit besitzen. Das Grundintervall ist dann in zwölf Feinintervalle eingeteilt, wodurch die systematische Verzerrung auf ungefähr ±8% begrenzt werden kann. Die Kombina- in tion 15 ist die einzige, die drei auf eine »1« folgende Nullen besitzt, und folglich kann das gleiche Verfahren zur Synchronisation des Kodes verwendet werden.

Bestimmung des Intervalls θ

Das vorangegangene Beispiel bezieht sich auf einen Fall mit geringer Verzerrung: Für eine Nenndauer des Telegraphieschrittes von 666 us ist zugelassen, daß die wirkliche Dauer immer deutlich in jedem Fall über 600 \is bleibt

Im allgemeinen Fall kann es möglich sein, daß die Intensität von möglichen Störungen wesentlich größer ist, und dies zwingt dazu, ein wesentlich kleineres Grundintervall vorzusehen. Es kann also günstig sein, als Grundintervall ein Intervall zu nehmen, das gleich der Hälfte des Nennzeichenschrittes oder sogar noch ein wenig kürzer ist

Dies geht jedoch auf Kosten der Bandbreite, die dann

55 umfangreicher sein muß.

In dem vorausgegangenen Beispiel erfolgt die Übertragung der Information in Form von sechs binären Positionen in 600 μ5, was im großen und ganzen eine Bandbreite in der Größenordnung von 1OkHz ergibt. Teilt man die Dauer des Grundintervalls durch zwei, um dreißig Feinintervalle pro Grundintervall zu bekommen, so hat man fünf binäre Positionen pro Grundintervall zu übertragen, was fünf Impulsen in 300 μ5 oder 10 Impulsen in 600 μβ entspricht: Die Bandbreite ist in diesem Fall mit 10/6 zu multiplizieren.

Fig. 6 zeigt einen Logikschaltplan für einen Kodierer, der bewertete Impulsketten gemäß dem vorausgehend beschriebenen Verfahren liefert.

11,12 und 13 sind bistabile Kippstufen;

14, 15 sind monostabile Kippstufen, wobei Ii- und 15 eine Verzögerung von 2,5 μς und 16 eine Verzögerung unter 5 μβ geben;

21, 22 und 23 sind UND-Schaltungen mit zwei Eingängen;

24,25,26 sind ODER-Schaltungen;

41 ist eine EXKLUSIV-ODER-Schaltung;

42 ist ein Oszillator, der am Ausgang als Probenentnahmeimpuls dienende Taktimpulse H liefert; bei dem Beispiel ist die für die Impulse H gewählte Frequenz 100 kHz.

43 ist eine Schaltungsanordnung, die nach den Impulsen H eine unbestimmte Impulskette H' synchronisiert, deren Folgefrequenz niedriger als die der impulse Wist, wobei die Rolle dieser Schaltungsanordnung nachfolgend erklärt wird. In dem vorliegenden Fall ist die Schaltungsanordnung 43 ein einfacher Teiler durch 10.

44 ist ein Binärzähler mit sechs Binärziffern; 45 ist ein Dekoder, der die Zustände 61,62 und 63 des Zählers 44 dekodiert; 46 ist ein Speicher, in den der jeweilige Zählwert des Binärzählers 44 unter Steuerung eines an D am Ausgang der ODER-Schaltung 26 auftretenden Impulses übertragen wird; 47 ist ein Natürlich-binär/ Rückbezüglich-binär-Kodeumsetzer, der den Inhalt des Speichers 46 erhält; die umkodierten Signale werden an das Ausgangs-Schieberegister 49 durch UND-Schaltungen 48 unter der Steuerung eines bei Farn Ausgang der monostabilen Kippstufe 16 erscheinenden Impulses übertragen.

Die Impulse H' werden zur Vorrückleitung des Schieberegisters 49 geleitet. Die zu übertragende Reihe bewerteter Impulse wird an der Klemme Serhalten.

Die Funktionsweise ist folgende: Der Binärzähler verarbeitet die Zustände 2 bis 61 unter der Steuerung der Impulse H, die einen Abstand von 10 μβ haben und durch 24 übertragen werden. Der Zustand 61, der durch

45 dekodiert wird, erzeugt einen Impuls, der die monostabile Kippstufe 14 triggert, die einen um θ "=2,5 μβ verzögerten Ausgangsimpuls liefert (F i g. 3). Dieser Impuls wird dem Binärzähler 44 durch 24 wieder zugeleitet und veranlaßt ihn auf 62 vorzurücken.

Der Ausgangsimpuls von 14 wird aufs neue durch 15 mit einer Verzögerung von e"=2,5us weitergeleitet; der Ausgangsimpuls von 15 gelangt seinerseits durch 24 in den Binärzähler 44, der auf 63 weiterrückt

Der Ausgangsimpuls von 15 wird mit einer Verzögerung von 2£ us durch 16 weitergeleitet; an F tritt ein Impuls auf, der den Binärzähler 44 wieder auf 1 setzt. Den Zustand 0 wird vom Binärzähler 44 niemals eingenommen. Dies ist der Grund dafür daß die betreffende Position in F i g. 3 ausgelassen ist

Das zu übertragende Signal M wird bei E dem

Eingang der Kippstufe 11 zugeleitet, die eine Ü-Kippstufe ist, die Taktimpulse H empfängt. Der Ausgangszustand A von 11 wird nach 41 geführt, und zwar ebenso wie der Ausgangszustand der Kippstufe 12, die einerseits A erhält und andererseits die Taktimpulse H. Die Anordnung 11, 12 und 41 dient dazu, die Wertigkeiten von zwei aufeinanderfolgenden und im Takt H entnommenen Proben des Signals M miteinander zu vergleichen.

Wenn ein Wertigkeitswechsel auftritt, läßt ein Ausgangsimpuls von 41, der nach Ddurch 26 übertragen wird, den im betreffenden Augenblick erreichten Zählwert des Binärzählers 44 in den Speicher 46 gelangen. Ebenso setzt der Impuls D die Kippstufe 13 auf 0, die demzufolge nicht über 23 nach 26 und D in dem Fall überträgt, wenn in dem Grundintervall ein Wertigkeitswechsel aufgetreten ist.

Ist in dem Grundintervall kein Wertigkeitswechsel aufgetreten, so befindet sich die Kippstufe 13 in Arbeitsstellung, wenn der Zustand 61 des Binärzählers erscheint. Die UND-Schaltung 23 ist dann durchlässig. Einer der durch 25 übertragenen Zustände 62 oder 63 wird dann nach D übertragen. Der Zustand 62 wird durch 21 für A= 1 (positive Wertigkeit) übertragen, während der Zustand 63 durch 22 für +A= 1 (negative Wertigkeit) übertragen wird.

Der Impuls F setzt die Kippstufe 13 am Ende jedes Grundintervalls wieder in Arbeitsstellung. Die bewerteten Impulse werden in Serie durch das Ausgangs-Schieberegister 49 mit einem Takt Wabgesetzt, der niedriger ■st als der Probenentnahmetakt. Beim PCM-Verfahren ist es umgekehrt: Die bewerteten Impulse werden mit einem Takt abgegeben, der höher als der der Entnahme ist.

F i g. 7 zeigt ein Schaltbild eines Empfangs-Dek ;di^ rers, der die von einem Sender der i.i F i g. 6 wiedergegebenen Art empfangenen Signale dekodiert.

Die im rückbezüglichen Binärkode kodierten Signale, die an einer Klemme E' ankommen, werden in einem Schieberegister 51 empfangen, das einerseits mit einem Dekoder 52 für die Zustände »62« und »63« und andererseits mit einem Rückbezüglich-binär/Natürlichbinär-Kodeumsetzer 53 in Verbindung steht. Der Inhalt des Kodeumsetzers 53 kann durch eine Einheit von sechs UND-Gattern 54 in einen Speicher 55 übertragen werden. Eine Gruppe von sechs Komparatoren 56 (EXKLUSIV-ODER-Schaltungen) dient dazu, die gespeicherten Zeichen mit den Zuständen der Kippstufen eines Binärzählers 57 mit der Kapazität 63 zu vergleichen, der an seinem Eingang Taktimpulse H der gleichen Frequenz wie die der Impulse r/des Kodierers erhält (Fig.6), die in der im folgenden beschriebenen Weise erhalten werden.

58 ist ein Zähler mit der Kapazität 5, der mit einem Dekoder 59 für den Zählwert 0 in Verbindung steht Der Zähler 58 erhält Impulse //'der gleichen Frequenz, wie die Impulse //'des Kodierers (F i g. 6).
71 ist eine Schaltung zur Synchronisation des örtlichen Taktes, die einen Generator für Taktimpulse und an sich bekannte Mittel zum Abstimmen der Taktimpulse [Frequenz 100 kHz) auf die an E' ankommenden Impulse aufweist Von der Schaltungsanordnung 71 gehen die obenerwähnten Impulse //aus, die durch den Zähler 57 gezählt werden. Mit 72 ist eine Schaltungsan-Drdnung bezeichnet, die identisch mit der Schaltungsanordnung 43 aus F i g. 6 ist Sie liefert die Impulse //' mit liner Folgefrequenz, die geringer als die der Impulse H ist; die Impulse H' werden durch den Zähler 58 abgezählt.

73 ist eine UND-Schaltung mit sechs Eingängen, die unter der Steuerung der sechs Komparatorschaltungen

ι 56 einen Steuerimpuls an eine mit einer Ausgangsklemme S'versehene Ausgangskippstufe 74 überträgt, an der das zu übertragende Signal wieder erscheint.

Die Ausgangsklemme »63« des Dekoders 52 ist mit

κι einem Eingang »Setzen auf Null« des Zählers 58 verbunden. Diese Klemme ist in gleicher Weise mit einer Klemme X »Setzen auf 1« der Ausgangskippstufe

74 verbunden.

Die Ausgangsklemme »62« des Dekoders 52 ist an

i'i einen Eingang eines UND-Gatters 75 angeschlossen, dessen anderer Eingang ein Signal des Dekoders 59 für den Zählwert Null des Zählers 58 erhält. Der Ausgang dieses UND-Gatters 75 ist mit einem Eingang Y »Setzen auf Null« der Ausgangskippstufe 74 verbunden.

><i Das Ausgangssignal des Dekoders 59 wird in gleicher Weise, nur mit einer durch eine monostabile Kippstufe 76 gegebenen leichten Verzögerung an den Eingang der sechs UND-Gatter 54 und an die Klemmen »Setzen auf Null« von fünf Stufen des sechsstufigen Binärzählers 57 übertragen, wodurch dieser Binärzähler durch einen auf dieser Leitung wirksamen Impuls auf den Zustand 1 gesetzt wird.

76 ist eine monostabile Kippstufe, die dazu dient, die Übertragung des Ausgangssignals des Dekoders 59 um ⁱ⁽¹ die durch die Schaltungen 53,54 verursachte Signallaufzeit zu verzögern.

Die Arbeitsweise ist folgende: Die Schaltungsanordnung 71 führt uie Synchronisation auf dem Niveau der

ji Probenentnahmeimpulse durch. Der Zähler 57 ist ein Zäh'er für die Entnahmezeit und der Dekoder 59 führt die Synchronisation auf dem Niveau des Wortes mit sechs Zeichen durch.

Bei jedem Nulldurchgang des Zählers 58 sendet der Dekoder 59 ein Signal aus, das, durch 76 verzögert, auf die UND-Gatter 54 übertragen und zum Zurücksetzen des Binärzählers 57 in den Zustand 1 verwendet wird.

Die in dem Schieberegister 51 gespeicherten Kodeimpulse werden durch den !Codeumsetzer 53 aus dem rückbezüglichen Binärkode in den natürlichen Binärkode umgesetzt und dann durch die UND-Gatter 54 an das Speicherregister 55 zu Beginn des Grundintervalls übertragen, das dem Erscheinen der vollständigen Kombination des Kodes folgt. Der Binärzähler 57, der

in im Takt der Impulse H weiterrückt, verarbeitet die sechzig Zahlen von 2 bis 61 und der Komparator 56 stellt Binärziffer für Binärziffer fest, welcher Zahl der gespeicherte Kode entspricht. In dem Augenblick, in dem der Binärzähler 57 den dem gespeicherten Kode entsprechenden Zählwert erreicht wird der Zustand der Ausgangskippstufe 74 gewechselt wodurch zum vorgeschriebenen Zeitpunkt die Regeneration des Telegraphieüberganges erfolgt
Wenn ein Zustand 63 (permanent negativ) auftritt wird ein Signal zum Rückstellen auf 1 direkt der Kippstufe 74 zugeführt

Wenn ein Zustand 62 (permanent positiv) gleichzeitig mit einer durch den Dekoder 59 (Synchronismus erreicht) dekodierten Null auftritt wird ein Signal zum

b5 Rückstellen auf Null direkt durch das Gatter 75 zur Kippstufe 74 geleitet

Der Binärzähler 57 gelangt nie in die Zustände 62, 63 undO.

Hierzu 4 Blatt Zcichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kodierung von zweiwertigen Signalen zur Datenübertragung, bei dem die Zeit in eine erste Folge, untereinander gleicher Grundintervalle unterteilt wird, deren Dauer so gewählt ist, daß wenigstens ein Grundintervallende zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalübergängen liegt, bei dem weiterhin die Grundintervalle durch die Wertigkeit des zu übertragenden Signals ermittelnde, kurze Probenentnahme-Impulse in eine ganzzahlige zweite Folge untereinander gleicher Feinintervalle unterteilt werden und bei dem jedem Feinintervall innerhalb eines Grundintervalls eine Ordnungszahl zugeordnet ist, deren numerischer Wert als k Ziffern umfassendes Binärwort dargestellt und zur Kennzeichnung des zu übertragenden Signals immer dann in Form einer mit langsamerem Takt als die Probenentnahme ablaufenden Reihe von bewerteten Impulsen übertragen wird, wenn in dem betreffenden Feinintervall ein Wertigkeitswechsel des zu übertragenden Signals stattgefunden hat, bei dem ferner für Grundintervalle, in denen kein Wertigkeitswechsel stattgefunden hat, eine die jeweilig gleichgebliebene Wertigkeit kennzeichnende Kodekombination übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kodierung der Ordnungszahlen der Feinintervalle der rückbezügliche Binärkode (Gray-kode) Verwendung findet, daß jedes Grundintervall in 2*-4 Feinintervalle unterteilt ist, die von 2 bis 2^k — 3 numeriert sind, daß für jedes einzelne Grundintervall, in dem kein Wertigkeitswechsel des zu übertragenden Signals stattfindet, eine der beiden die jeweilige gleichgebliebene Wertigkeit kennzeichnenden Kodekombinationen 2* —2 bzw. ?.^k— 1 übertragen wird und daß die Kodekombinationen 0 und 1 nicht für die Ordnungszahlzuordnung verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Impulse, die das das Verhalten des zu übertragenden Signals in einem Grundintervall kennzeichnende A'-stellige Binärwort darstellen, gleichmäßig über das nachfolgende Grundintervall verteilt übertragen werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation der übertragenen Irr.pulskette durch die Identifizierung der dem höchsten numerischen Wert 2*-1 zugeordneten Kodekombination gewährleistet wird, die die einzige ist, bei der auf eine binäre Ziffer mit dem Logikwert 1 k— 1 binäre Ziffern mit dem Logikwert 0 folgen.

4. Kodierer für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, mit einer Schaltungsanordnung zur Entnahme von Proben des zu übertragenden Signals durch die Probenentnahme-Impulse (Basistaktfolge H), mit einer die Feinintervalle eines jeden Grundintervails abzählenden Zähleinrichtung, mit einer auf eine Wertigkeitsänderung des zu übertragenden Signals ansprechenden Erkennungsschaltung, mit einer von der Erkennungsschaltung bei einem solchen Wertigkeitswechsel angesteuerten und beim unmittelbar hierauf folgenden Probenentnahme-Impuls den augenblicklichen Zählwert der Zähleinrichtung der weiteren Verarbeitung zuführenden Übertragungsschaltung, mit einem den Zählwert der Zähleinrichtung in eine binäre Kodekombination umformenden Kodeumsetzer und mit einer die Reihe von bewerteten Impulsen abgebenden Ausgangsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung einen λ-stelligen, ι durch sein periodisches Überlaufen die Länge der Grundintervalle definierenden Binärzähler (44) umfaßt, daß an den Binärzähler ein Dekoder (45) für die Zahlenwerte 2*-3, 2*-2 und 2*-l angeschlossen ist, daß an den (2* —3)-Ausgang des Dekoders

lu (45) eine nach Auftreten des betreffenden Zahlenwertes und vor Auftreten des nächsten Probenentnahme-Impulses drei Hilfsimpulse erzeugende Verzögerungsschaltung (14, 15, 16) angeschlossen ist, wobei die beiden ersten Hilfsimpulse an den

i") Zähleingang des Binärzählers (44) geführt sind, während der dritte Hilfsimpuls den Binärzähler (44)

unter Überspringen des Zählwertes 2* = 0 auf den Zählwert 1 setzt, daß der Kodeumsetzer (47) ein Natürlich-binär/Rückbezüglich-binär-Kodeumsetzer ist, daß die Übertragungsschaltung einen zwischen dem Binärzähler (44) und dem Kodeumsetzer (47) angeordneten Speicher (46) umfaßt, daß eine das Auftreten eines Wertigkeitswechsels während eines Grundintervalls über die Dauer des Grundintervalls hinweg speichernde Speicherschaltung (13) vorgesehen ist und daß eine die Wertigkeit des zu übertragenden Signals abfragende Steuerschaltung (21, 22, 25) je nach Wertigkeit dieses Signals die Übertragung des Zählwertes 2*-2 bzw. 2*-l aus

so dem Binärzähler (44) in den Speicher (46) auslöst, wenn die Speicherschaltung (13) das Fehlen eines Wertigkeitswechsels in dem betreffenden Grundintervall anzeigt.

5. Kodierer nach Anspruch 4, dadurch gekenn-3ϊ zeichnet, daß er einen Parallel-Serien-Umsetzer (49), vorzugsweise ein Schieberegister, aufweist, der mit seinen Paralleleingängen an den Kodeumsetzer (47) und somit an den Speicher (46) über eine den umkodierten Speicherinhalt einmal pro Grundintervall, vorzugsweise unter Steuerung des den Binär-7ähler (44) auf 1 zurücksetzenden dritten Hilfsimpulses, übertragende Schaltungsanordnung (48) angeschlossen ist und den Speicherinhalt als Reihe bewerteter Impulse mit einem gleichförmigen Takt

4^r> unter Steuerung durch Impulse (Taktfolge H') abgibt, die mit dem Probenentnahme-Impulsen (Taktfolge W,)synchronisiert sind.

6. Dekodierer für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, der in Verbindung mit einem

"'» Kodierer nach einem der Ansprüche 4 oder 5 ,arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Dekodierers an den Serieneingang eines Serien-Parallel-Umsetzers (51), vorzugsweise eines Schieberegisters, angeschlossen ist, dessen Taktlei-

ri tung Impulse der Taktfolge H' empfängt, die durch empfangene Impulse der Basistaktfolge H synchronisiert sind, daß an die Parallelausgänge des Serien-Parallel-Umsetzers (51) ein Rückbezüglichbinär/Natürlich-binär-Kodeumsetzer (53) ange-

bo scnlossen ist, der über eine Übertragungsschaltung (54) mit einem Speicher (55) verbunden ist, daß ein die Impulse der Basistaktfolge H zählender, /c-stufiger Binärzähler (57) vorgesehen ist, dessen Ausgänge an eine seine Zählwerte ständig mit dem Inhalt des Speichers (55) vergleichende, bei Koinzidenz eine Ausgangskippstufe (74) umschaltende Vergleichsschaltung (56, 73) angeschlossen sind, daß die Parallelausgänge des Serien-Parallel-Umsetzers

(51) weiterhin mit einem Dekoder (52) für die Zustände 2^k— 1 und 2*-2 verbunden sind, dessen (2*— 1)-Ausgang sowohl an den Eingang »Setzen auf 1« der Ausgangskippstufe (74) als euch an den Eingang »Rücksetzen auf 0« eines zweiten Jt-stelligen, die Impulse mit der Taktfolg:: H' abzählenden Zählers (58) angeschlossen ist, und daß dem zweiten Zähler (58) ein zweiter Dekoder (59) für den Zustand 0 zugeordnet ist, der an die Übertragungsschaltung (54) einen Übertragungsbefehl und an den Binärzähler (57) einen Befehl »Setzen auf Zählwert 1« abgibt.

7. Dekodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung k EXKLU-SIV-ODER-G=itter (56) mit je zwei Eingängen umfaßt, deren Ausgänge an die k Eingänge eines UND-Gatters (73) gelegt sind.

8. Dekodierer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (75) zum Rücksetzen der Ausgangskippstufe (⁷4) auf den Logikwert 0 beim Auftreten der Koinzidenz der Dekodierung des Zählwertes 0 durch den zweiten Dekoder (59) und der Dekodierung der Kodekombination 2*—2 durch den ersten Dekoder (52) vorgesehen ist.

9. Dekodierer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des zweiten Dekoders (59) und den Eir gangen der Übertragungsschaltung (54) und des Binärzählers (57) eine Verzögerungsschaltung (76) zur Kompensation der Signallaufzeiten in den Schaltungen vorgesehen ist.