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Verfahren und Anordnung zur Ubertragung von Binär-Informationen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Ubertragung
von Binär-Informationen und deren Bittakt über dieselbe Ubertragungsle itung.
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Bei der Ubertragung von Binär-Informationen muß auf der Empfangsseite
der zugehörige Bittakt zur Verügu stehen, um empfangs seitige Einrichtungen, beispielsweise
Schieberegister, takten zu können.
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Insbesondere dannp wenn die Informationen lange 0- oder 1-Folgen aufweisen,
und die Informationen wie üblich im NRZ-Kode kodiert sind, d.h. bei z.B. aufeinanderfolgenden
1-Bits kein Potentialwechsel erfolgt, bereitet es Schwierigkeiten, wegen der zu
geringen Häufigkeit von Potentialwechseln, den Bittakt direkt aus den empfangenen
Informationen zurück zu gewinnen.
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Es sind daher spezielle Codes entwickelt worden, bei denen vermieden
ist, daß lange Folgen gleicher Potentialwerte auftreten, und in die die PCM-Informationen
vor der Ubertragung umkodiert werden müssen. Ein derartiger Code ist beispielsweise
der sogenannte NDB3-Code, bei dem die 1-Binärwerte abwechselnd als +1-Wert und als
-l-nert übertragen werden und Scrge dafür getragen ist, daß höchstens drei O-Werte
nacheinander auftreten können. Solche Codes sind zwar für die Übertragung über längere
Ubertragungsstrecken geeignet, der Aufwand für die Umkodierung auf der Sende seite
und insbesondere für die Taktrückgewinnung auf der Empfangsseite ist jedoch wegen
der trotzdem noch relativ geringen Anzahl von Flankenwechseln beträchtlich; für
die Taktrückgewinnung ist beispielsweise ein phasensynchronis
Taktgenerator
(Phase locked loop) erforderlich.
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Bei kürzeren Ubertragungsstrecken ist man daher dazu übergegangen,
unter Inkaufnahme des Mehraufwandes für die Ubertragung des Bittaktes eine gesonderte
Taktleitung zu verwenden.
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Es sind auch schon Codes bekannt, bei denen innerhalb jeder Bitzeitspanne
mindestens ein Flankenwechsel auftritt, aus denen also empfangsseitig der Bittakt
mit geringerem Aufwand zurückgewonnen werden kann (siehe z.B. Elektronik 1975, Heft
7, Seiten 65 bis 68).
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Es gibt auch andere Gründe als die erwähnte Absicht, den Bittakt zurückzugewinnen,
aus denen heraus ursprünglich im NRZ-Code vorliegende Binär-Informationen vor der
Übertragung umcodiert werden. Es können nämlich bei wechselstromgekoppelten Ubertragungen
(Ubertragerkopplung zum Unwirksammachen von Erdpotentialdifferenzen zwischen beiden
Enden der Ubertragungsleitung und zur Verbesserung der Erdsymmetrie beider Signal
adern Störsicherhei-ß) keine beliebig langen 0- bzw. 1"Folgen über tragen werden.
Aus diesem Grunde werden im NRZ-Code vorliegende Binär-Informationen beispielsweise
in der Weise umcodiert, daß die Bitwerte des NRZ-Codes abwechselnd nichtinvertiert
und invertiert werden. Man spricht in diesem Falle von einem NINI-Code, der einfach
zu realisieren ist. Die Verwendung eines derartigen Codes gewährleistet jedoch keine
sichere Möglichkeit, auf der Empfangsseite den Bittakt aus der übertragenen Information
abzuleiten. Wenn nämlich in der ursprünglichen Binär-Information über längere Zeitspannen
ein Wechsel zwischen O-Binärwerten uud 1-Binärwerten auftritt, dann führt die erwähnte
Codierungsart dazu, daß die umcodierte Information längere O-Bicäiwertfolgen oder
längere 1-Binärwertfolgen aufweist, was, wie eingangs erwähnt, für die Bittaktrückgewinnung
gerade ungünstig ist. Aus diesem Grunde amrde auch bei einer Codierung von FCM-Informationen
in dem erwähnten NINI-Code für die Ubertragung des Bittaktes eine gesonderte Ubertragungsleitung
verwendet.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Übertragungsverfahren anzugeben,
bei dem dieser NINI-Code verwendet werden kann, eine Bittaktübertragung jedoch möglich
ist, ohne daß eine getrennte Taktleitung erforderlich ist.
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Die Erfindung betrifft damit also ein Verfahren zur gleichzeitigen
Ubertragung von Binär-Informationen und deren Bittakt über dieselbe Ubertragungsleitung.
Dieses ist zur Lösung der erwahnten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß Impulsfolgen übertragen werden, die aus den im natürlichen Binärcode codierten
Binär-Informationen durch zeitliche Verschiebung um einen Bruchteil der Bittaktperiode
und durch mit den Bittakt abwechselnde Nichtinvertierung bzw. Invertierung der Binärwerte
gewonnen sind, und daß aus diesen Impulsfolgen empfangsseitig die ursprUnglichen
Binär-Informationen sowie der Bittakt abgeleitet werden.
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Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann-also in Fällen,
in denen die Verwendung eines NINI-Codes sowieso schon vorgesehen ist und damit
auch die Einrichtungen zur Erzeugung dieses Codes bzw. zur Rückwandlung desselben
in den natürlichen Binärcode schon vorhanden sind, die Mitübertragung des Bittaktes
über dieselbe Ubertragungsleitung mit demgegenüber geringen Mehraufwand erreicht
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders zweckmäßig
aufgebaute Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
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Nachstehend werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Anordnung
zu dessen Durchführung anhand des Beispiels einer PCM-Ubertragung in 3 Figuren naher
erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 den Sendeteil der Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Fig. 2 den Empfangsteil der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Fig. 3 ein Impulsdiagramm von an verschiedenen Stellen der Anordnung
in Fig. 1 und 2 auftretenden Impulsfolgen.
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Der Sendeteil S der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 weist ein JK-Flip-Flop
FF1 auf, dessen beiden Informationseingängen die PCM-Information in Originalform
bzw. in invertierter Form zugeführtwird. Die PCM-Information in Originalform ist
in dem Impulsdiagramm gemäß Fig. 3 in der Zeile 3 dargestellt. Der Takteingang des
Flip-Flops FF1 ist mit einem Ausgang einer monostabilen Kippstufe MF1 verbunden.
Diese mono stabile Kippstufe wird von dem Bittakt, siehe Zeile 1 in Fig. 3, angesteuert
und hat eine Verweilzeit, die kürzer als die Bittaktperiode ist. Die am Ausgang
der monostabi.len Kippstufe 1 abgegebene Impulsfolge ist in der Zeile 2 der Fig.
3 dargestellt. Der Sendeteil S enthält ausserdem ein zweites JK-Flip-Flop FF2, dessen
Informationseingänge beide auf H-Potential, d.h. J = K = 1, liegen und das vom Bittakt
weitergeschaltet wird. Die Wirkungsweise von JK-Flip-Flops ist derart, daß sie bei
der Eingangssignalkombination 00 in dem eingenommenen Kippzustand verbleiben, bei
den Eingangs signalkombinationen 01 bzw. 10 an einem ihrer Ausgänge den Binärwert
O bzw. 1 abgeben und an dem anderen Ausgang die Jeweils invertierten Binärwerte
und bei der Eingangssignalkombination 11 aus dem jeweils eingenommenen Kippzustand
in den anderen Kippzustand umgeschaltet werden. Bei dem ersten Flip-Flop FF1, dessen
J-Singang die Information und dessen E-Eingang die invertierte Information zugeführt
wird, bedeutet dies, daß die nicht invertierte PCM-Information immer an den betrachteten
Q-Ausgang weitergegeben wird und zwar wegen der Taktung durch das Ausgangssignal
der monostabilen Kippstufe MF7, dessen abfallende Flanken zwischen zwei Bittaktimpulsen
liegt, (vergleiche die Zeilen 1 und 2 der Fig. 3) um eine entsprechende Zeitspanne
verzögert, wie die Zeile 4 in Fig. 3 zeigt.
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Das zweite Flip-Flop FF2, an dessen beiden Informationseingängen 1-Potential
fest anliegt, wird dagegen von jeder auslösenden Bittaktflanke in den Jeweils. anderen
Kippzustand gebracht, so daß am Ausgang dieses Flip-Flops eine Impulsfolge der halben
Folgefrequenz auftritt, s.Zeile 5 in Fig. 3.
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Weiterer Bestandteil des Sendeteils S der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 ist das Exklusiv-ODER-Glied E01, dessen beiden Eingängen die Ausgangsimpulsfolgen
der beiden Flip-Flops FF1 und FF2 zugeführt werden. Dieses Exklusiv-ODER-Glied E07
gibt demnach, wie ein Vergleich der Zeilen 4 und 5 in Fig. 3 ergibt, eine Impulsfolge
ab, die aus einer Verzögerung und durch mit dem Bittakt abwechselnder Nichtinvertierung
bzw. Invertierung der Binärwerte entstanden ist. Sie ist in der dortigen Zeile 6
dargestellt. Diese Zeile zeigt, daß die PCM-Information nunmehr in der Weise codiert
ist, daß innerhalb jeder Bitzeitspanne mindestens ein (und höchstens zwei) Flankenwechsel
liegen.
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Die derart codierte PCM-Information wird in Originalform bzw.
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invertiert durch den Inverter 1 einem Gegentaktverstärker GV zugeführt,
dessen Ausgang einen Ubertrager 0 speist, an dessen Sekundärwicklung das Ubertragungskabel
K angeschlossen ist.
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Das empfangsseitige Ende des Ubertragungskabels K ist durch Widerstände
und einen zweiten Ubertrager U2 abgeschlossen, der auf einen Differenzverstärker
DV arbeitet, s. Fig. 2. Am Ausgang dieses Differenzverstärkers tritt eine Impulsfolge
auf, die ebenfalls den in Zeile 6, Fig. 3 gezeigten Verlauf hat.
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Der Empfangsteil E der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 weist ein
Exklusiv-ODER-Glied E02 auf, dem die von dem Differenzverstärkcr DV abgegebene Impulsfolge
einerseits direkt, andererseits nach Invertierung durch einen Inverter I2 und nach
Verzögerung durch ein RC-Glied zugeführt wird. Die durch das RC-Glied bewirkte Verzögerung
ist hierbei kleiner als die Taktperiode des Bittaktes. Zeile 7 in Fig. 3 zeigt den
Verlauf der solcher Art verzögerten und invertierten in codierter Form empfangenen
PCM-Information.
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Aufgrund der erwähnten Verzögerung und Invertierung liefert das Exklusiv-ODER-Glied
E02 eine Impulsfolge, bei der pro Potentialwechsel in der codierten PCM-Information
gemäß Zeile 6 in Fig 3 ein Impuls auftritt, wobei der Impulsabstand entweder T/2
oder T beträgt, wenn mit T die Taktperiode des Bittaktes bezeichnet wird, siehe
hierzu Zeile 8 in Fig. 3. Der Empfangsteil E weist ausserdem eine monostabile Kippstufe
MF2 auf, der die Ausgangssignale des Exklusiv-ODER-Gliedes E02 zugeführt werden.
Ihre Verweilzeit ist kleiner als die Taktperiode des Bittaktes. Ein zweckmässiger
Wert für die Verezeilzeit liegt bei 0,75 T. Aufgrund der Eigenschaften dieser monostabilen
Kippstufe W2, auf die während ihrer Verweilzeit auftretende Eingangsimpulse keine
Auswirkungen haben können, und wegen der erwähnten Impulsabw stände von T/2 und
T der von dem Exklusiv--ODER-«liea E02 abgegebenen Impulsfolge, werden von dieser
Impulsfolge alle Impulse, die von dem vorangehenden weniger als T beabstandet sind,
unterdrückt, so daß am Ausgang der monostabilen Kippstufe Impulse vom Impulsabstand
T auftreten, womit der Bittakt zurückgewonnen ist, siehe Zeile 9 in Fig. 3.
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Der Empfangsteil E weist ausserdem noch ein JK-Flip-Plop FF3 auf,
dessen Informationseingang J die empfangene codierte PCta-Information direkt, und
dessen Informationseingang K diese in invertierter Form zugeführt wird, wobei zur
Invertierung der schon erwähnte Inverter I2 ausgenutzt wird. Als Takt wird diesem
Flip Flop das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe MF2, also der Bittakt, zugeführt.
Wegen der Zuführung der kodierten Information in Originalform und in invertierter
Form kann an dem Ausgang des JK-Flip-Flops FF3 derjenige Binärwert der kodierten
Information abgenommen werden, der zum Zeitpunkt der auslösenden Bittaktflanke am
Eingang J anliegt.
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Bei der an dem Ausgang des JK-Flip-Flops FF3 auftretenden Impulsfoige,
die in Zeile 10 der Fig. 3 dargestellt ist, fehlen also gegenüber der in Zeile 6
dargestellten kodiert empfangenen Information die zwischen zwei auslösenden Bittaktflariken
liegenden Informationswechsel. Der abgegebene Impulszug stellt die ursprüngliche
PCM-Information in NINI-Codierung
dar. Diese Information kann nun
durch nicht dargestellte Schaltungsteile, einer solchen Anordnung, die, wS vorausgesetzt,
mit der NINI-Codierung arbeitet, in die ursprüngliche Binärform zurückgewandelt
werden, wie sie in Zeile 11 der Fig. 3 dargestellt ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung zur Durchfuhrmng
desselben ist es also möglich, bei solchen mit der NINI-Codierung arbeitenden Systemen
mit relativ geringem Aufwand Binär-Information (z.B. PCIVI) und Bittakt auf ein
und derselben Ubertragungsleitung zu übertragen, womit der Aufwand für das bisher
bei solchen Systemen verwendete gesonderte Taktübertragungskabel entfällt.
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2 Patentansprüche 3 Figuren