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Schaltung zum Verwürfeln von Datenfolgen
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Die Erfindung betrifft eine Zusatzschaltung zu synchronen Datenübertragungsgeräten
zum Verwürfeln von Datenfolgen, wobei die Zusatzschaltung aus rückgekoppelten Schieberegistern
aufgebaut ist.
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Zum übertragen von Daten zwischen entfernten Datenendgeräten werden
sogenannte "Modems" (Modulator-Demodulator) eingesetzt.
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Eine Auswahl dieser Geräte sind z.B. vom Internationalen Consultativen
Committee für Telephon und Telegraphie (CCITT) im Orangebuch Band VIII.1 Genf 1976
empfohlen. Eine besondere Klasse dieser Modems sind z.B. in V23, V26, V26 bis V27,
V27 bis V27ter und V29 enthalten. Diese Geräte Übertragen synchron und sind mit
Taktleitungen ausgestattet. Dabei sind jedoch nur die Geräte für 4800 bit/s und
9600 bit/s (V27, V27 bis V27ter, V29) mit Verwürfelungsschaltungen (sogenannte Scrambler)
ausgestattet.
Diese Scrambler sorgen dafür, daß von Datenendgeräten
gelieferte Datenfolgen mit häufig wiederkehrenden Mustern oder Dauerlagen in quasistatistische
Datenfolgen umgewandelt werden. Quasistatistische Datenfolgen haben gegenüber Dauerlagen
und kurzen oft wiederkehrenden Datenmustern zwei Hauptvorteile: ein besser verteiltes
Spektrum im übertragungskanal ohne stark betonte Spektrallinien und eine leichtere
und bessere Aufrechterhaltung des empfangsseitigen Taktsynchronismus.
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Bei Geräten für 2400 bit/s (V26, V26 bis) und 1200 bit/s (V23) sind
solche Scrambler in den entsprechenden-Vorschriften nicht vorgesehen.
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Dies führt jedoch bei bestimmten Datenübertragungsprozeduren und bei
Verzerrungen von Laufzeit und Dämpfung des Übertragungsmediums unter Umständen zum
Verlust des empfangsseitigen Taktsynchronismus.
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Bei Geräten nach CCITT V23 mit Takt kann z.B. die Übertragung der
Dauerlage binär "O" oder binär 1 zum Synchronverlust führen. Bei Geräten nach CCITT
V26 oder V26 bis führt unter Umständen die Dauerlage binär "O" oder andere wiederkehrende
Datenmuster zum Synchronverlust. Dies ist z.B. beschrieben in
den
Empfehlungen V26 und V26 bis, jeweils in Abschnitt 2.4.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum
Verwürfeln von Datenfolgen anzugeben, die folgenden Forderungen gerecht wird: ar
es soll ein nachträgliches Anschalten an das Datenübertragungsgerät möglich sein,
ohne daß das Datenübertragungsgerät geandert werden müßte, dabei soll die Schaltung
zwischen die Datenübertragungseinrichtung und die Datenendeinrichtung eingefügt
werden; b) es sollen keine zusätzlichew Spannungsquellen benötigt werden ; c) es
soll die Möglichkeit eines Halbduplexbetriebes bestehen, d.h. Emateuern der Senderichtung
ohne Vortäuschen falscher Binärzeichen, d) es soll die Möglichkeit zum Vollduplexbetrieb
bestehen; e> der nachträgliche mechanische Anbau soll mit geringem Platzbedarf
und geringem Aufwand möglich sein.
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Die Aufgabe wird gelost~, wie im Anspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht das nachträgliche Ausstatter
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von Datenübertragungsgeräten oder Endgeräten mit einem Scrambler/Descrambler als
Zusatzgerät auf einfache und billige Weise, ohne daß Eingriffe am Datenübertragungsgerät
vorgenommen werden müssen oder zusätzliche Spannungsquellen gebraucht werden. Man
kann die erfindungsgemäße Schaltung auch als einfache Verschlüsselungsrechner auf
dieselbe Weise nachträglich an Datenübertragungsgeräte anschalten.
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Anhand zweier beispielhaften Schaltungen (Fig. 1 und 2) wird die Wirkungsweise
erläutert. Dabei ist vorausgesetzt, daß der ScramblerJDeserambler mit dem in CCITT
V27 bis beschriebenen Polynom 1 + x 6 + x T und der dort beschriebenen Schutzschaltung
gegen sich wiederholende 8, 9 und 12 bit-Datenmuster arbeitet. Andere Polynome und
Schutzschaltungen sind selbstverständlich möglich.
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Das nachträgliche Anschalten ohne Änderung des Ubertragungsgerätes
und die Forderung nach geringem Platzbedarf wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Schaltung auf die Schnittstelle des übertragungsgerätes (z.B. CCITT V24,
V28) aufgesteckt und mit Schrauben an der Schnittstellenbuchsenseite befestigt wird,
dab aas Schnittstellenanschlußkabel auf die Zusatzschaltung aufgesteckt und dort
befestigt wird und daß die Scrambler/ Descramblerzusatzschaltung aus der Schnittstelle
im Rahmen der zugelassenen Schnittstellentoleranzen mit Energie versorgt wird.
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Eine Zufuhr der Energie von außen ist nicht notwendig.
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Die Forderung nach Halbduplexfähigkeit wird dadurch erfüllt, daß beim
Einschalten des Senders nach der Synchronisierfolge des übertragungsgerätes eine
kurze Synchronisierfolge des Scramblers gesendet wird, daß der Descramblerausgang
gesperrt ist und erst nach Erkennen der Synchronisierfolge geöffnet wird.
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Fig. 1 zeigt die Art und Weise, wie die gesamte Schaltung mit Energie
versorgt werden kann.
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Fig. 2 zeigt die Scrambler/Descramblerschaltung ohne Stromversorgung.
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Die ankommenden Schnittstellenleitungen (es ;;erden hier z.B.
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die Bezeichnungen nach DIN 66020 Bl. 1 verwendet), die teilweise vom
Datenendgerät und teilweise vom Datenübertragungsgerät kommen, werden zuerst zum
Aufbau von- Versorgungsspannungen benutzt.
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Fig. 1 zeigt beispielhaft den Aufbau der Versorgungsspannungen bei,Schnittstellen
nach DIN 66020 Bl. 1 oder CCITT V28/V24.
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Diese Schnittstellen sind, bezogen auf Betriebserde, positiv oder
negativ gepolt mit großen Toleranzen der Spannungswerte.
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Unter der Voraussetzung, daß die Leitungstreiber nicht gerade die
untersten Toleranzgrenzen der Ausgangsspannung einhalten, läßt sich die gesamte
Schaltung mit Strom versorgen. Die abgehenden Schnittstellenleitungen werden vom
gewonnenen Versorgungsstrom getrieben, haben jedoch naturgemäß eine etwas niedrigere
Spannung.
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Die ankommenden Schnittstellenleitungen werden hier beispielsweise
über eine Diodenmatrix Dl - D14 auf die negativste bzw. positivste Spannung abgefragt
und zur Ladung der Kapazitäten C1 und C2 benutzt. Sofern notwendig, können die Spannungen
an C1 und C2 über Zenerdioden Z1 und Z2 begrenzt werden. Sollten die Leitungen D1,
D2, M2 und M5 zufällig für längere Zeit dieselbe Polarität haben, so sorgen die
Taktleitungen T1, T2 und T4 dafür, daß die andere Polarität versorgt wird. Es kann
natürlich auch nur eine bestimmte Auswahl dieser Leitungen zur Spannungsversorgung
verwendet werden, es empfiehlt sich jedoch zumindest die Taktleitungen mitzuverwenden.
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Fig. 2 zeigt beispielhaft eine komplette Ausführung eines Scrambler/Descramblers
ohne Spannungsversorgung.
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Die vom Datenendgerät gelieferten Daten D1 werden von der negativen
Taktflanke T1 oder T2 abgefragt und in 1 gespeichert. Die
Schaltung
2 - 14 entspricht dem in CCITT V27 bis beschriebenen Scrambler mit Schutzschaltung,
dessen Wirkung hier vorausgesetzt wird.
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Der Ausgang des Scramblers wird in 15 gespeichert und taktrichtig
über D1* an das Datenübertragungsgerät weitergegeben. Auf der Empfangsseite werden
die Daten D2 vom Datengerät geliefert und mit T4 in 32 eingeschrieben. Nach dem
Descrambler 18 - 31 werden die Daten in 32 zwischengespeichert ung über D2* an das
Datenendgerät abgegeben.
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Neu ist hier die Synchronisierung, die mit Hilfe der Elemente 16,
17, 33 und 27 durchgeführt wird. Wird der Sender des Modems eingeschaltet, so wechselt
nach der modem-eigenen Synchronisierfolge (bei V26 Dauerfclge binär "1") negative
Logik die Leitung M2 ihre Polarität von negativ nach positiv. Dieser Wechsel wird
vom Speicher 16 mit dem Sendetakt abgefragt und über die Schaltung 17 diffenrenziert.
Der entstehende kurze Impuls setzt den Inhalt des Schieberegisters auf beispielsweise
binär 1 (negative Logik) und den Speicher 1 auf binär "O". Die Leitung M2* hat über
den "Reset"-Eingang das Element 15 und damit die Leitung D1* vor dem Wechsel zwangsweise
auf binär 1 gehalten und gibt nun den Ausgang frei.
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Das Schieberegister 8 ist nun vorbesetzt mit binär 1 und das
Element
1 mit binär "O". Die Leitung M2* geht mit der positiven Taktflanke auf positives
Potential und nach der vorherigen Dauerlage binär 1 erscheint eine binäre "O" am
Ausgang, gefolgt von verwürfelten Daten.
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Auf der Empfangsdatenleitung D2 werden definitionsgemäß solange binär
"1" (negative Logik) geliefert, solange die Leitung M5 negativ ist. Danach wird
die Synchronisierfolge des Modems empfangen, die im Falle eines Modems nach V26
aus der binären 1 besteht.
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Das RS-Elip-Flop 33 wurde über den R-Eingang gesetzt und hält Element
92 über dessen R-Eingang auf binär "1". Der Ausgang D2* verharrt damit auf der Lage
binär "1". Das Schieberegister 25 ist durch die einlaufenden Daten ebenfalls mit
binär "1" vorbesetzt. Wird nun M5 positiv, so wird das Element 33 freigegeben, verharrt
jedoch noch in seinem vorherigen Zustand solange, bis die erste binäre o,t am Platze
des Bit 1 Schieberegister 25 erscheint. Damit wird Element 33 in die andere Lage
gebracht und gibt den Ausgang des Elements 32 und damit D2 frei. Gleichzeitig entspricht
die Vor besetzung des Schieberegisters 25 der Vorbesetzung des Schieberegisters
8 der Gegenstelle. Der Scrambler der Sendeseite und der Descrambler der Empfangsseite
sind damit synchron. über denselben Mechanismus werden auch die Schutzschaltungen
über Element 27 und 33 synchronisiert.
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L e e r s e i t e