DE2622660B2

DE2622660B2 - Anordnung zur Übertragung binärer Signalströme

Info

Publication number: DE2622660B2
Application number: DE19762622660
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Moehrmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2622660C3; DE2622660A1

Description

An sich bestünde zwar die Möglichkeit, die zueinander parallelen synchronen Signalbitströme bei entsprechend niedrigerer Bitfolgefrequenz jeweils für sich mit in geeigneter Weise unterschiedlich bemessenen Quasizufallsfolgen zu verwürfein. Dies würde ji:doch bedeuten, daß sowohl sende- als auch empf angsseitig für jeden der zueinander parallelen synchronen Signalbitströme ein eigener Quasizufallsgenerator bereitgestellt werden müßte, was ebenfalls einen erheblichen technischen Aufwand bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der einleitend beschriebenen Art eine Lösung für die sendeseitige Verwürfelung und die empfangsseitige Entwürfelung von zu übertragenden binären Signalströmen anzugeben, bei der sende- wie auch empfangsseitig lediglich ein Quasizufallsgenerator erforderlich ist, der sich mit einem relativ geringen technischen Aufwand verwirklichen läßt

Ausgehend von einer Anordnung zur Übertragung von sich aus 2" (für π eine ganze positive Zahl) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen unter Anwendung eines sendeseitigen Verwürflers (scrambler) und eines durch eine zur Empfangsseite hin mit einer übertragenen Kennung synchronisierten empfangsseitigen Entwürflers (descrambler), bei der der Verwürfler und der Entwürfler aus Modulo-2-Addierern und diese steuernde NSchieberegistereinheiten (für N eine ganze positive Zahl) enthaltenden gleichen Quasizufallsgeneratoren bestehen und bei der im Signalweg jedes der 2" binären Signalströme auf der Sende- und der Empfangsseite ein Modulo-2-Addierer zugeordnet ist, der von einem der 2" Ausgänge des sendeseitigen bzw. empfangsseitigen Quasizufallsgenerators angesteuert ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die 2" gleichen Folgen an den 2" Ausgängen der Quasizufallsgeneratoren unter sich eine solche gegenseitige Phasenverschiebung haben, daß ihre bitweise Ineinanderverschachtelung in vorgegebener Reihenfolge zu einer Quasizufallsfolge mit gleichem Bildungsgesetz, jedoch n-fach höherer Folgefrequenz führen würde.

Durch die Literaturstelle »Siemens-Forschungs- und -Entwicklungsberichte«, Bd. 3,1974, Nr. 4, Seiten 218 bis 223, ist es bereits bekannt, daß die zeitliche Verschachtelung gleicher Quasizufallsfolgen einer vorgegebenen maximalen Wortlänge in einer vorgegebenen gegenseitigen Reihenfolge und in einer in der Reihenfolge vorgegebenen gegenseitigen Phasenverschiebung wiederum zu einer Quasizufallsfolge mit gleicher Wortlänge, jewoch entsprechend höherer Bitfolgefrequenz, führt Durch die erfindungsgemäße Anwendung dieser Erkenntnis bei einer Anordnung zur Übertragung von sich aus 2" binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen in der angegebenen Weise wird bei außerordentlich geringem technischen Aufwand für den sendeseitigen Verwürfler und den empfangsseitigen Entwürfler erreicht, daß die Wortlänge der ursprünglichen Quasizufallsfolge für das digitale Mehrstufensignal auf der Übertragungsstrecke gewährleistet ist, d. h. die gewünschte quasizufallsmäßige Verteilung in dem durch den Quasizufallsgenerator gegebenen Rahmen voll zur Auswirkung kommt.

Durch die DE-OS 23 41 627 ist bereits eine sendeseitige Verwürfelung und eine empfangsseitige Entwürfelung von drei zueinander parallelen Signalbitströmen bekannt, bei der im Signalweg jedes der zueinander parallelen Signalbitströme ein Modulo-2-Addierer angeordnet ist, deren Eingänge die zueinander zeitverschobenen Quasizufallsfcigen eines ihnen gemeinsamen Quasizufallsgenerators zugeführt sind. Die gegenseitige Zeitverschiebung dieser untereinander gleichen Quasizufallsfolgen ist hier jedoch derart gewählt, daß das binäre Summensignal der anschließend in einem Parallelserienwandler zusammengefaßten verwürfelten binären Signalströme nicht die hohe Wortlänge der ursprünglichen Quasizufallsfolge aufweist Diesem Sachverhalt trägt die bekannte Anordn;ing offensicht-Hch dadurch Rechnung, daß die Wortlänge des Quasizufallsgenerators durch wahlweise Serienschaltung mehrerer über Exklusiv-ODER-Gatter rückgekoppelter Schieberegister veränderbar ist

Durch die DE-OS 25 10 278 ist ferner ein binäres Übertragungssystem mit einem sendeseitigen Verwürfler und einem empfangsseitigen Entwürfler bekannt Zwar werden auch hier zwei zueinander parallele binäre Signalströme gleichzeitig mit Hilfe eines einzigen Quasizufallsgenerators verwürfelt, jedoch sind die beiden hier verwendeten Quasizufallsfolgen nicht gegeneinander phasenverschoben, sondern es wird eine Folge und ihr Komplement verwendet Die bitweise Ineinanderschachtelung dieser beiden Folgen ergibt keineswegs eine Quasizufallsfolge, sondern es können nur Folgenzustände von höchstens zwei binären Einsen oder zwei binären Nullen auftreten, da jede binäre Zahl ihr Komplement zur Folge hat Das Ergebnis ist eine ungleichmäßige spektrale Leitungsdichte des Gesamtsignals.

Bei einer bevorzugten Anordnung zur Übertragung von sich aus zwei (/? = 1) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen genügen gemäß der genannten Literaturstelle »Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte« die aufeinanderfol-

J5 genden Bitelemente ajindex) der beiden Folgen der gegenseitigen zeitlichen Zuordnung

Αϊ:

Al:

«it,

-t-

0(4+2,- · ■ a_tk-y +3 ι

mit " = 2"

Bei einer weiteren bevorzugten Anordnung zur Übertragung von sich aus vier (n = 2) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen genügen die aufeinanderfolgenden Bitelemente aiindex) der "ier Folgen A 1, A 2, A 3 und Λ 4 an den vier Ausgängen der Quasizufallsgeneratoren der gegenseitigen zeitlichen Zuordnung

A3: ... «ν,

/14: ... ί

mit ;■ = 2''^ν

"ι* +1 I- «It+2ι · · ■

^a<*-2y+2l- ^a(i -Jr + Λι

^(fc-y+2t. «(A >'+3i

Sinnvoll ist es ferner, als Synchronisiersignal für den sende- und empfangsseitigen Quasizufallsgenerator eine im zu übertragenden Signalfluß sowieso vorhandene regelmäßige Zeichenfolge auszunutzen.

An hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausrührungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Übertragung von sich aus zwei (n = 1) binären

Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen nach der Erfindung,

F i g. 2 ein sendeseitiger Codewandler nach Fig. 1,

Fig.3 ein empfangsseitiger Codewandler nach Fig. 1,

F i g. 4 eine die Arbeitsweise der Gatterschaltung des sende- und empfangsseitigen Codewandler nach F i g. 2 und 3 beschreibende Tabelle.

In Fig. 1 ist mit SS die Sendeseite und mit ES die Empfangsseite der Übertragungsanordnung bezeichnet, ι ο Auf der Sendeseite SS fallen zwei zueinander parallele synchrone Signalbitfolgen sigX und sig2 an, die über jeweils einen Modul-2-Addierer MX und M2 den Anschlüssen χ und y des sendeseitigen Codewandlers CWS zugeführt werden. An den zweiten Eingängen der Modulo-2-Addierer Mi und M 2 sind die beiden Ausgänge des sendeseitigen Quasizufallsgenerators QZGS angeschaltet, deren Quasizufallsfolgen mit A 1 und A 2 bezeichnet sind. Die aufeinanderfolgenden Bitelemente ajindex) der beiden Folgen A 1 und A 2 genügen der gegenseitigen zeitlichen Zuordnung

mil - = 2^(Λ'

«H+21

ϊ+31

23

Die in dieser Weise verwürfelten binären Signalfolgen sigX und sig2 werden anschließend im sendeseitigen Codewandler CWS zu einem insgesamt vier Stufen jo aufweisenden digitalen Mehrstufensignal umgeformt und in dieser Form über die Strecke übertragen. Auf der Empfangsseite ES wird das mehrstufige digitale Signal im empfangsseitigen Codewandler CWE wiederum in zwei binäre Signalströme umgewandelt, die an dessen 3> Ausgangsanschlüssen χ und y anstehen und nach Durchgang durch die Modulo-2-Addierer MX und M2 als binäre Signalströme sigX und sig2 in ihrer ursprünglichen sendeseitigen Form wieder zur Verfügung stehen. Die Entwürfelung mittels der Modulo-2- 4« Addierer AiI und M 2 erfolgt im Zusammenhang mit einem zum sendeseitigen Quasizufallsgenerator QZGS gleichen empfangsseitigen Quasizufallsgenerator QZGE Die erforderliche Synchronisation des sende- und empfangsseitigen Quasizufallsgenerators erfolgt über Synchronisiersignalgeber SG. Diese erhalten die erforderliche Information zum Synchronisieren der Quasizufallsgeneratoren QZGE und QZGS von den Codewandlern. Das Synchronisieren kann z. B. durch Rücksetzen beider Quasizufallsgeneratoren in einen definierten gleichen Zustand erfolgen.

Die Synchronisierinformation kann sendeseitig in regelmäßigen Abständen in Form eines Synchronwortes in den binären Signalstrom eines oder beider binärer Signalströme sig 1 und sig2 in regelmäßigen Abständen eingeblendet werden. Dieses Synchronwort wird nicht verwürfelt Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei auftretenden Übertragungsfehlern die Synchronisation in regelmäßigen Abständen kontrolliert und gegebenenfalls wiederhergestellt werden kann. Als Synchronwort kann eine im PCM-Signal sowieso schon vorhandene regelmäßig wiederkehrende Information dienen, z. B. ein Rahmenkennungswort oder Stopfbits.

Der sendeseitige Codewandler CWS kann beispielsweise nach F i g. 2 aufgebaut sein. Die Schaltung nach F i g. 2 weist zwei Stromquellen QX und Q 2 mit parallel geschalteten Innenwiderständen RX bzw. V? 2 auf, die über die Schalter 51 und S 2 über einen gemeinsamen Widerstand R 3 gegen Bezugspotential geschaltet sind. Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Schalter S X und 52 mit dem Widerstand Λ 3 bildet zugleich den Ausgang des Codewandlers. Gesteuert werden die beiden Schalter 51 und 52 von den verwürfelten Signalbitfolgen, die an den beiden Eingangsanschlüssen x' und y' des Codewandlers anstehen. Die binäre Wertigkeit der binären Signalfolgen ist durch die Stromstärke der Stromquellen QX und Q 2 festgelegt. Danach hat die binäre Signalfolge am Anschluß x' entsprechend dem Strom 2/₀ die höhere Wertigkeit. Bei jeder binären Eins an den Steuereingängen der Schalter 51 und 52 werden diese geschlossen. Demnach gibt es vier verschiedene Spannungsabfälle am Widerstand R 3, je nachdem ob kein Strom, der Strom /oder Stromquelle Q 2, der Strom 2/o der Stromquelle QX oder der Summenstrom 3/o beider Stromquellen fließt

Die Aufschlüsselung des digitalen Mehrstufensignals auf der Empfangsseite im empfangsseitigen Codewandler ClVf in die verwürfelten binären Signalströme an den Anschlüssen χ und y zeigt F i g. 3. Der empfangsseitige Codewandler weist im wesentlichen drei Differenzverstärker DVl, DV2 und DV3 auf, die mit ihren Ausgängen mit den drei Eingängen der Gatterschaltung GS verbunden sind. Die beiden Ausgänge der Gatterschaltung GS sind die beiden Ausgangsanschlüsse χ und y des empfangsseitigen Codewandlers. Das ankommende mehrstufige digitale Signal ist den einander parallelgeschalteten nicht invertierten Eingängen der drei Differenzverstärker zugeführt Die drei Eingänge der drei Differenzverstärker sind jeweils über Gleichspannungsquellen mit eingeprägten Spannungen 2,5 U, 1,5 U und 0,5 U gegen Bezugspotential geschaltet. Die Gatterschaltung GS ist so ausgelegt, daß sie bei Spannungen Ventsprechend der Tabelle nach F i g. 4 an den Ausgangsanschlüssen χ und y die dort angegebenen binären Signale abgibt Wie ein Vergleich dieser Tabelle, die die Schalterstellungen der Schalter 51 und 52 des sendeseitigen Codewandlers mit umfaßt, mit den Schaltungen nach den Fig.2 und 3 deutlich macht, erscheint am Ausgangsanschluß χ des empfangsseitigen Codewandlers jedesmal dann eine binäre Eins, wenn der Schalter 51 des sendeseitigen Codewandlers geschlossen ist und eine binäre Null, wenn der betreffende Schalter geöffnet ist Entsprechendes gilt für die Binärfolge am Ausgangsanschluß y im Zusammenhang mit den Schließ- und Öffnungszeiten des Schalters 52 des sendeseitigen Codewandlers.

Bei vier zueinander parallelen synchronen binären Signalströmen (73 = 2) ergeben sich für den sendeseitigen Codewandler und den empfangsseitigen Codewandler entsprechend erweiterte Schaltungsanordnung gen. Die aufeinanderfolgenden Bitelemente ajindcx) der vier Folgen AX, A 2, A 3 und Λ 4 an den gleichen Quasizufallsgeneratoren genügen dann der gegenseitigen Zuordnung, wie das im vorstehenden bereits angegeben worden ist Für n>2 läßt sich, wie die genannte Literaturstelle '»Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte« ausweist, eine entsprechende Gesetzmäßigkeit angeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Übertragung von sich aus 2" (für π — +1 oder +2) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen unter Anwendung eines sendeseitigen Verwürflers (scrambler) und eines durch eine zur Empfangsseite hin mit einer übertragenen Kennung synchronisierten empfangsseitigen Entwürflers (descrambler), bei der der Verwürfler und der Entwürfler aus ModuIo-2-Addierern und diese steuernden, N Schieberegister (für N eine ganze positive Zahl) enthaltenden gleichen Quasizufallsgeneratoren bestehen und bei der im Signalweg jedem der 2" binären Signalströme {sigi, sig2) auf der Sende- (SS) und der Empfangsseite (SE) ein Modulo-2-Addierer (AfI, Af 2) zugeordnet ist, der von einem der 2" Ausgänge des sendeseitigen bzw. empfangsseitigen Quasizufallsgenerators (QZGS, QZGE) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die 2" gleichen Folgen an den 2" Ausgängen der Quasizufallsgeneratoren unter sich eine solche gegenseitige Phasenverschiebung haben, daß ihre bitweise Ineinanderverschachtelung in vorgegebener Reihenfolge zu einer Quasizufallsfolge mit gleichem Bildungsgesetz, jedoch 2"-fach höherer Folgefrequenz führen würde.

2. Anordnung zur Übertragung von sich aus zwei (n = 1) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die aufeinanderfolgenden Bitelemente 3(indcx) der beiden Folgen A 1 und A 2 an den beiden Ausgängen der Quasizufallsgeneratoren (QZGS, QZGE) der gegenseitigen zeitlichen Zuordnung

AX: ... ük, O(i+i|, fl(*+2i> · · ·

mit γ = 2""~" genügen.

3. Anordnung zur Übertragung von sich aus vier (n = 2) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Bitelemente ajindex) der vier Folgen A 1, A 2, A 3 und A 4 an den vier Ausgängen der Quasizufallsgeneratoren (QZGS, QZGE) der gegenseitigen zeitlichen Zuordnung

A3:... a_{

A4: ... ι Al: ...

mit ν =

genügen.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisiersignal für den sende- (QZGS) und den empfangsseitigen Quasizufallsgenerator (QZGE) eine im zu übertragenden Signalfluß sowieso vorhandene regelmäßige Zeichenfolge ausgenutzt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Übertragung von sich aus 2" (für n=+l oder +2) binären Signalströmen aufbauenden mehrstufigen digitalen Signalen unter Anwendung eines sendeseitigen Verwürflers (scrambler) und eines durch eine zur Empfangsseite hin mit einer übertragenen Kennung synchronisierten empfangsseitigen Entwürflers de-

s scrambler), bei der der Verwürfler und der Entwürfler aus Modulo-2-Addierern und diese steuernden N Schieberegistereinheiten (für W eine ganze positive Zahl) enthaltenden gleichen Quasizufallsgeneratoren bestehen und der Entwürfler zusätzlich einen Synchro-ο nisierzusatz für seinen Quasizufallsgenerator aufweist

Anordnungen dieser Art sind beispielsweise durch die Literaturstelle »Nachrichtentechnische Zeitschrift«, 27. Jahrg., 1974, Heft 12, Seiten 475 bis 479, bekannt Die Übertragung der binären Signalströme in verwürfelter Form hat hierbei den Zweck, dem Signalbitstrom unabhängig von seinem Signalinhalt einen möglichst quasizufallsförmigen Charakter zu verleihen, um auf diese Weise eine möglichst gleichmäßige Leistungsdichte des Spektrums über der Frequenz 211 erzielen und eine zuverlässige Taktwiedergewinnung aus dem übertragenen Signal zu ermöglichen. In der erwähnten Literaturstelle ist auch das Verfahren zur Synchronisation des empfangsseitigen Entwürflers mit dem sendeseitigen Verwürfler beschrieben.

Bei binären Nachrichtenübertragungssystemen, die im Zeitmultiplex arbeiten, fallen sendeseitig in der Regel zwei und mehr zueinander parallele binäre Signalströme an. Diese Signalströme können in einem Multiplexer zu einem gemeinsamen Signalbitstrom entsprechend höherer Bitfolgefrequenz vereinigt und nach Modulo-2-Addition mit der Quasizufallsfolge eines Quasizufallsgenerators in dieser Form zur Empfangsseite hin übertragen werden. Da oftmals der hierfür erforderliche Bandbreitebedarf auf der Übertragunijsstrecke nicht

j5 zur Verfügung steht, können die sendeseiitig anfallenden, zueinander parallelen synchronen Signalbitströme auch zum Aufbau eines digitalen Mehrstufenisignals verwendet werden, dessen Frequenzbandbedarf dann auf den Frequenzbandbedarf eines der zueinander parallelen synchronen Signalbitströme reduziert ist.

In diesem Falle läßt sich die Verwürfelung der zueinander parallelen synchronen Sigrialbitströme im Hinblick auf ein optimales Übertragungsergebnis im angedeuteten Sinne nicht einfach dadurch herbeiführen, daß im Signal weg der Signalbitströtne jeweils ein Modulo-2-Addierer vorgesehen ist, an dessen zweiten Eingang jeweils die Quasizufallsfolge eines sämtlichen Modulo-2-Addierern gemeinsamen Quasizufallsgenerators zugeführt wird. Im allgemeinen ist es hier vielmehr erforderlich, die sendeseitig anfallenden, zueinander parallelen synchronen Signalbitströme zunächst in einem Multiplexer zu einem Summensignalbitstrom mit entsprechend höherer Bitfolgefrequen;t zusammenzufassen und diesen so gewonnenen Summensignalbitstrom mittels einer Quasizufallsfolge Modulo-2 zu addieren. Erst daran anschließend kann dann der Summensignalbitstrom mittels eines geeigneten Codewandlers in das für die Übertragung gewünschte digitale Mehrstufensignal umgewandelt werden. Der technische Aufwand einer solchen Anordnung wird auch noch dadurch erheblich vergrößert, daß der Quasizufallsgenerator ebenfalls für die hohe Bitfolgefrequenz des Summensignalbitstromes ausgelegt sein muß. Bei Folgefrequenzen in der Größenordnung von 500 Mbit/s, wie sie bei geplanten digitalen Breitbandsystemen • erreicht werden, lassen sich Quasizufallsgeneratoren beim derzeitigen Stand der Technik nur unter außerordentlich großen Schwierigkeiten verwirklichen.