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"Echaltungsanordnung zur multiplexen Übertragung
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von statistisch anfallenden binären Signalen" Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur multiplexen Übertragung von statistisch anfallenden
binären Signalen von-N Datenquellen über einen gemeinsamen tbertragungskanal mit
Adressencodierung.
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Zur Nachrichtenübertragung werden in ständig steigendem
Maße
digitale Techniken verwendet, die sendeseitig zur bprach- oder Bildübertragung geeignete
Analog/Digital-Wandler benötigen. Den derzeit geringsten Realisierurlgsaufwand unter
den Analog/Digital-Wandlern erfordern die Deltamodulatoren.
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Nachteilig bei der Delta-Modulation ist jedoch die relativ hohe Bitrate,
die man vorzugsweise mit Kompandierungsverfahren, wie sie beispielsweise aus IEEE
Trans. Gom. 19, No. 4, Aug. 1971, £. 570 ff bekannt sind, bei gleichbleibender Wiedergabequalität
,zu verringern versucht.
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K Auffallend am digitalen Ausgang eines Deltamodulators ist der ständige
1010...-Wechsel, wenn kein Eingangssignal ander liegt. Obwohl bei Datenübertragung
Zeichenwechsel günstig sind zur Aufrechterhaltung der Bittaktsynchronisation, so
bedeuten sie doch hier eine beachtliche Redundanz. Durch die DT-OS 24 24 078 ist
es bekannt, eine alternierende ignalfolge in ein konstantes Bist signal der einen
Art umzucoderen. Hierbei wird das digitale Ausgangssignal sowie der Takt eines Delta-Modulators
einem Flip-Flop vom D-Typ zuge-und führt /das Singangssignal und Ausgangssignal
eines Ausgangs in einem Modulo-2-Addierer verknüpft. Durch diese Umcodierung
wird
aus einer logischen 1010...-Folge des Delta-Modulators eine konstante Folge von
Zeichen der einen Art der binären Signale. Durch diese Behandlung der übertragenen
signale nimmt deren struktur einen bündelartigen Charakter an. Dies trifft insbesondere
bei Sprachsignalen zu.
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Lo bewirken beispielsweise Pausen im Sprachsignal am Ausgang der schaltung
keine Zeichenwechsel, so daß die zwischen den Pausen liegenden signale in Bündeln
auftreten.
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Eine ähnliche bündelartige Struktur binärer Signale tritt auch bei
digitalisierten Videosignalen, insbesondere bei Faksimile-Signalen auf, wo Bildstrukturen
gleicher Helligkeit ebenfalls keine Zeichenwechsel am Ausgang der Abtasteinrichtung
bewirken, so-daß auch dort 'ignalwechsel bündelartig auftreten.
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Es handelt sich also in beiden Fällen um statistisen auftretende binäre
Signale. Im Mittel ist bei derartigen Lignalen die Anzahl der pro Zeiteinheit zur
Übertragung angeoft verhältnismäßig botenen Information klein. Diese Tatsache läßt
sich in vorteilhafter Weise für eine Vielfachübermittluog über einen gemeinsamen
Ubertragungskanal ausnutzen.
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Es ist bekannt, Nachrichtenübertragungsanlagen mit zeitlich übereinandergeschaltelt
übertragenen Nachrichten dadurch wirtschaftlicher auszunutzen, daß jede Nachrichtenquelle
nur dann mit einem Übertragungskanal verbunden wird, wenn die Nachrichtenquelle
tatsächlich, und zwar mit einem Pegel oberhalb eines bestimmten Schwellwertes, Nachrichten
aussendet. Derartige für 'prachübertragung entwickelte Anlagen sind unter der Bezeichnung
TAß-T-Anlagen bekannt geworden, beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift
1 093 829.
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Die genannten TASI-Anlagen überwachen ständig den.Nachrichtenfluß
jeder einzelnen Datenquelle und suchen die erwähnten statistisch verteilten Lücken
heraus, um sie anderen Datenquellen zuzuweisen. Der damit verbundene technische
Aufwand ist außerordentlich hoch, da die Nachrichtenlücken verschieden lang sind
und die Längen der Drücken nicht bekannt sind.
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Eine adressencodiertes Multiplexverfahren ist aus der Zeitschrift
Bull. bEV 62 (1971), 22, vom 30. Oktober, S. 1065-1073 bekannt geworden. Bei diesem
Verfahren besteht der Sender im wesentlichen aus dem Multiplexer und
einem
Adressencodierer. Der Multiplexer ist über Eingangs kanäle an eine Vielzahl von
synchronisierten, digitalen, pro Abtastwert Codewörter der Länge 1 Bit erzeugenden
Informationsquellen angeschlossen. Kündigt einer der Eingangskanäle dem Multiplexer
einen "1"-Wert an, wird dieser unverzüglich mit dem ihm zugeordneten Adressencode
identifiziert und dessen gleichzeitig den "1"-Wert darstellende Bitfolge zur Übertragung
über den gemeinsamen Kanal freigegeben. Bei diesem Verfahren ergibt sich eine relativ
hohe Fehlerwahrscheinlichkei-t, wenn mehrere der Eingangskanäle dem Multiplexer
gleichzeitig einen zu übertragenden Wert anbieten, denn der Multiplexer wählt aus
den gleichzeitig angebotenen "1"-Werten lediglich einen einzigen Wert aus. Bei einer
Faksimile-2bertragung ist ein bildliches tbersprechen die Folge.
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Der' Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren zu beseitigen. Insbesondere sollen bei einer Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art die Signale der einzelnen Datenquellen ohne Verlust bei möglichst
guter Kanalausnutzung übertrageii werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer bchaltungsa-nordnung der eingangs
genannten
Art dadurch gelöst, daß an jeder Daten quelle ein mehrstufiger erster Pufferspeicher
angeschlossen ist, daß jeder dieser Pufferspeicher mit einer allen ersten Pufferspeichern
gemeinsamen Uberwachungsschaltung den verbunden ist, die/jeweiligen Füllgrad der
ersten Pufferspeicher überwacht, -daß der jeweilige Ausgang der den i Datenquellen
zugeordneten N ersten Pufferspeicher mit Eingängen eines Multiplexers verbunden
ist, dessen Ausgang mittels einer von der Uberwachungsschaltung gesteuerten steuerung
an denjenigen ersten Pufferspeicher schaltbar ist, der den höchsten Füllgrad aufweist,
daß der Ausgang des Multiplexers mit einem zweiten Pufferspeicher'verbunden ist,
dessen Ausgang an den Übertragungskanal angeschlossen ist und daß zwischen teuerung
und Eingang des zweiten Pufferspeichers ein Adressengeber geschaltet ist, der bei
jeder Umsteuerung des llultiplexers die Adresse der Datenquelle, deren Daten nachfolgend
ihr den zweiten Pufferspeicher übertragen werden, in den zweiten Pufferspeicher
eingibt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine bessere Kanalausnutzung
durch mehrstufige Pufferung der statistisch von einer Vielzahl von Teilnehuern anfallenden
Daten/erreicht. Zunächst wird in aer
ersten Pufferstufe die Rate
der statistisch anfallenden Daten jeder Datenquelle fiir sich zeitlich gemittelt.
Besonders wirksam erweist sich die nachfolgende zweite Pufferstufe, in der ein räumlicher
Mittelwert über die einzeln gemittelten Raten aller Datenquellen und außerdem ein
weiterer zeitlicher Mittelwert gebildet wird. Dadurch und durch den asynchronen,
von der Füllung der ersten Pufferstufe abhängigen Multiplexvorgang wird die Entropie
der Daten, die die zweite Pufferstufe verlassen, optimiert, denn diese Daten enthalten
außer den Informationsbits relativ wenige Adressenbits zur Kennzeichnung der zugehörigen
Datenquelle. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat trotz der hohen Kanalausnutzung
eine sehr geringe Fehlerwahrscheinlichkeit.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt N Datenquellen Ql, Q2 bis QN, die jeweils statistisch anfallende
binäre Signale erzeugen, die über einen gemeinsamen Übertragungskanal K an eine
hier nicht dargestellyte Empfangsstation mit I; Datensenken, wie z. B. Datenverarbeitungsanlagen
oder Wiedergabeeinrichtungen, übertragen werden sollen. Jede Datenquelle ist an
eine erste Pufferstufe,
mit N ersten Pufferspeichern P11, P'i2
bis Pil angeschlossen, wobei eine Datenquelle Qi mit einem ersten Pufferspeicher
P1i (i = 1 bis N) verbunden ist. Jeder die ser N Pufferspeicher ist mit einer allen
ersten Pufferspeichern gemeinsamen Uberwachungsschaltung UE verbunden. Die Überwachungsschaltung
überwacht den jeweiligen Füllgrad der ersten Pufferspeicher. Diese Überwachung ist
in der Figur 1 nicht detailliert dargestellt. 'ie kann beispielsweise so erfolgen,
daß die in einen Pufferspeicher einlaufenden Daten von einem Vorwärts/Rückwärts-Zähler
positiv zählend und die aus dem gleichen Pufferspeicher auslaufenden Daten negativ
zählend registriert werden. Ein derartiger Zähler wäre dann für jeden ersten Pufferspeicher
vorzusehen und sein Zählerstand gäbe den Füllgrad des Pufferspeichers direkt an.
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Der jeweilige Ausgang der den N Datenquellen zugeordneten N ersten
Pufferspeicher ist mit N Eingängen eines MultiplexersNXve.rbunden, dessen Ausgang
mittels einer von der Überwachungsschaltung UE gesteuerten Steuerung S schaltbar
ist. Die Steuerung des Multiplexers erfolgt erfindungsgemäß so, daß derjenige erste
Pufferspeicher, der den höchsten Füllgrad aufweist, bzw. dessen den Füllgrad
registrierender
Zähler den höchsten Wert- aufweist, mit dem Eingang eines zweiten Pufferspeichers
P2 verbunden wird. Der Ausgang des zweiten Pufferspeichers P2 ist an den Ubertragungskanal
K angeschlossen.
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Um empfangsseitig die aus dem-zweiten Pufferspeicher P2 auf den Übertragungskanal
K übergebenen Daten den jeweiligen - empfangsseitigen Datensenken ordnungsgemäß
zuordnen zu können, ist zwischen der Steuerung 8 und dem Eingang des zweiten Pufferspeichers
P2 ein Adressengeber AG geschaltet. Bevor die Steuerung veranlaßt, daß die Daten
eines zum Auslesen anstehenden ersten Pufferspeichers an den zweiten Pufferspeicher
P2 übertragen werden, übermittelt sie bei jeder Umschaltung des Multiplexers MX
dem Adressengeber ein der Multiplexerstellung entsprechendes Steuersignal, worauf
der Adressengeber AG die Adresse der Datenquelle, deren Daten nachfolgend in den
zweiten Pufferspeicher P2 übertragen werden, in den zweiten Pufferspeicher eingibt.
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Die Eingabe der Daten von den Datenquellen in den jeweillgen ersten
Pufferspeicher wird von der jeweiligen Datenquelle gesteuert. Die Steuerung E schaltet
aufgrund des Ergebnisses der Überwachungsschaltung den hultiplexer, steuert
im
Adressengeber AG die der jeweiligen Datenquelle zugeordnete Adresse, die Eingabe
der Adresse in den zweiten Pufferspeicher P2, das Auslesen der Daten aus dem jeweiligen
ersten Pufferspeicher sowie das Einlesen dieser Daten in den zweiten Pufferspeicher
P2 und die gleichmäßige Ausgabe der Adressen und Daten aus dem zweiten Puffer:;peiciier
auf den Übertragungskanal.
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Zur besseren Übersicht wurden die Steuerleitungen, über die die erforderlichen
signale zum Multiplexer übertragen werden, in der Figur nicht dargestellt. Ebenso
wurde auf die Darstellung der Taktgeneratoren, die in der steuerung angeordnet sein
können, verzichtet, da sie nichts zum Verständnis der Erfindung beitragen.
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Die Größe der ersten Pufferspeicher richtet sich nach der Statistik
der von den Datenquellen abgegebenen signale. £ie wird zweckmäßigerweise so gewählt,
daß mindestens ein mittellanges Datenbündel und eine mittellange Datenpause der
Datenquelle vom zugeordneten Pufferspeicher aufgenommen werden kann.
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Die Größe des zweiten Pufferspeichers P2 wird zweckmäßigerweise so
gewählt, daß er den Inhalt des größten ersten Pufferspeichers
einschließlich
seiner Adresse aufnehmen kann.
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Für das Auslesen der Pufferspeicher sind verschiedene Organisationsformen
möglich. Es ist vorteilhaft, bei Beginn der Datenübertragung zunächst zu warten,
bis ein Pufferspeicher einen vorgebbaren Füllgrad erreicht hat. Von da ab beginnt
die Steuerung mit dem Auslesen dieses Speichers.
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Es folgt dann jeweils das Auslesen des Pufferspeichers mit dem nächst
hohen Füllgrad, wobei die bteuerung jedoch so ausgelegt wird, daß nach N Auslesungen
aus den ersten Pufferspeichern auch diejenigen speicher berücksichtigt werden, deren
Füllgrad von l4ull verschieden ist, jedoch noch nicht den zulässigen Schwellwert
überschritten hat. Mittels einer den Füllgrad des zweiten Pufferspeichers P2 überwachenden
Anordnung ist in an sich bekannter Weise die Ausleseschwindigkeit der Daten aus
dem zweiten Pufferspeicher regulierbar. Auf diese Weise lassen sich die Signale
der e-inzelnen Datenquellen optimal ineinander verschachteln, so daß die Kanalkapazität
weitgehend ausgenutzt wird und die Fehlerwahrscheinlichkeit der Datenübertragung,bedingt
durch den Ueberlauf eines Pufferspeichers 1ein Minimum wird.
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Bezüglich der Größe der verwendeten Pufferspeicher sei noch vermerkt,
daß mit zunehaander Größe der Pufferspeicher der Anteil der vom Adressengeber einzufügenden
Adressen in den
Datenstrom abnimmt, wodurch sich eine weitere Verbesserung
der Kanalausnutzung, allerdings auf Kosten des Speicheraufwandes, ergibt.
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Empfangssseitig lassen sich die übertragenen Daten aufgrund der mitgeführten
Adresse mittels eines Multiplexers auf eilzelne, den jeweiligen Datensenken zugeordnete
Pufferspeicher aufteilen, an deren Ausgängen die den Daten zugeordneten Datensenken
angeschlossen sind.
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Das vorgeschlagene System läßt sich noch vielfältig erweitern und
besonderen Randbedingungen anpassen. Z. B. können gemäß Fig. 2 mehrere Übertragungsleitungen
zur Verfügung stehen. In diesem Fall empfiehlt es sich, am Ausgang des zweiten Pufferspeichers
P2 einen Demultiplexer DMX vorzusehen, der die Daten auf die vorhandenen Übertragungskanäle
aufteilt.
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Je nach Art der verwendeten Synchronisationen der Ubertragungskanäle
kann es auch notwendig sein, daß der Demultiplexer DMX direkt auf den Multiplexer
lix folgt und daß jedem Ausgang j des Dumultiplexers DMX dann ein zweiter Pufferspeicher
P;5 (j. = 1 bis M) nachgeschaltet ist (Fig. 3). Damit wird erreicht, daß jeweils
vollständige Datenbursts, die aus einen der peicher P1i ausgelesen werden, auf einem
Kanal übertragen werden,
um die Menge der zu übertragenden Adressen
möglichst gering zu halten. Die Anordnung erlaubt es N Datenquellen mit Hilfe von
N Übertragungskanälen (N, M beliebig) zu übertragen.