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Systemanordnung für die elektrische Signalübertragung
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und Siqnalverarbeitunq Die Erfindung bezieht sich auf eine Systemanordnung
für die elektrische Signalübertragung und Signalverarbeitung, bei der mehrere wenigstens
alternativ miteinander zusammenarbeitende, als Geräteeinschübe gestaltete selbständige
Funktionseinheiten gemeinsam zu einer Baueinheit zusammengefügt sind.
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Baueinheiten dieser Art sind z.B. durch das Telefunken Yearbook, 74/75,
Telecommunication System and Cables, Seiten 168 bis 173 für den kompakten Aufbau
von mobilen Funkstationen bekannt. Solche selbständigen Funktionseinheiten, die
über an der Rückseite des Gerätekastens angeordnete Steckerleisten lösbar mit der
Gesamtgeräteanordnung in Verbindung stehen, können in herausgezogenem Zustand leicht
überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden. Auch ermöglichen solche Funktionseinheiten
unter Verwendung eines Gehäusekastens mit genormten Abmessungen die einheitliche
Gestaltung unterschiedlicher Gerätetypen.
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Wie die Praxis zeigt, bedingen die zunehmende Zahl von unterschiedlichen
Funkverfahren für Sprache, Daten und Bildsignale aber auch die Anpassung an unterschiedliche
Funkgegebenenheiten eine immer größer werdende Zahl an unterschiedlichen Gerätetypen,
deren wirtschaftliche
Herstellung auch bei Gestaltung der Geräte
nach dem Baukastenprinzip unter Verwendung von genormten Gehäusen immer größere
Schwierigkeiten bereitet. Hinzu kommt, daß im Zuge des technischen Fortschritts
solche Geräte rasch veralten, da sie aufgrund ihrer jeweils speziellen Konzipierung
an neue Gegebenheiten schlecht anpaßbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Systemanordnungen der
einleitend geschilderten Art, unter Berücksichtigung des an sich bewährten modularen
Aufbaus solcher Anordnungen, eine weitere Lösung anzugeben, die den Aufbau einer
Vielzahl unterschiedlicher Gerätetypen unter Anwendung eines hohe Flexibilät aufweisenden
Gerätegrundkonzepts ermöglicht und aufgrund der hohen Flexibilität des Grundkonzepts
auch zukünftigen Entwicklungen Rechnung trägt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Funktionseinheiten
einer Baueinheit eine Anzeige-und Einstellvorrichtung aufweisende Steuereinheit
zugeordnet ist, die im wesentlichen aus einem schnellen Universalrechner besteht,
daß ferner der Universalrechner über eine von einem Prozessor gebildete Schnittstelle
an einen hochflexiblen Bus (Flexibus) angeschaltet ist, daß außerdem alle Funktionseinheiten
ihrerseits über gegebenenfalls durch Unterprozessoren verwirklichte Schnittstellen,
die jeweils integraler Bestandteil der Funktionseinheiten sind, ebenfalls an den
Flexibus angeschlossen sind und daß über den für einen asynchronen Betrieb ausgelegten
Flexibus hinweg das Zusammenspiel der Funktionseinheiten und deren Funktionsabläufe
vom Universalrechner gesteuert sind.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß das Zusammenspiel
beliebiger Funktionseinheiten über einen flexiblen Bus mit einem Rechner die Möglichkeit
gibt,
eine einheitliche Grundbaueinheit für eine Vielzahl unterschiedlicher Gerätetypen
zu konzipieren, deren fester Bestandteil die den Universalrechner aufweisende Steuereineit
mit dem Flexibus ist. Spezielle Verbindungen und Zusammenschaltungen zwischen einzelnen
Funktionseinheiten können bei diesem Grundkonzept entfallen, sofern nur jede Funktionseinheit
über eine Schnittstelle an den Flexibus angepaßt ist. Eine solche Grundbaueinheit
ermöglicht es in außerordentlich vorteilhafter Weise unterschiedliche Gerätetypen
dadurch herbeizuführen, daß entsprechend zusammengestellte Funktionseinheiten einfach
in die Grundbaueinheit eingeschoben bzw. eingesteckt werden und der Universalrechner
jeweils mit dem für diese Funktionseinheitenzusammenstellungen geeigneten Arbeitsprogramm
programmiert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Systemanordnung
sind in den Patentansprüchen 3 bis 6 angegeben.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 ein eine Systemanordnung nach der Erfindung darstellendes Blockschaltbild,
Fig. 2 eine konstruktive Ausführung einer Systemanordnung nach Fig. 1, Fig. 3 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Systemanordnung nach Fig. 1, Fig. 4 ein zweites
Ausführungsbeispiel für eine Systemanordnung nach Fig. 1,
Fig. 5
ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Systemanordnung nach Fig. 1, Fig. 6 eine
schematische Darstellung eines von mehreren Systemanordnungen nach den Figuren 1
bis 5 Gebrauch machenden Systemkonzepts, Fig. 7 eine die Arbeitsweise des Flexibus
erläuternde Zeittabelle.
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Das in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Grundprinzip einer Systemanordnung
SYS weist auf der linken Seite den Universalrechner UP auf, der über die Schnittstelle
10 mit dem Flexibus FB verbunden ist. Auf der rechten Seite weist die Systemanordnung
SYS eine Reihe von selbständigen Funktionseinheiten El, E2, ... En auf, die ihrerseits
mit dem Flexibus FB über integrale Bestandteile dieser Funktionseinheiten darstellende
Schnittstellen I1, I2, ... In verbunden sind. Eine weitere Schnittstelle IB ermöglicht
eine Weiterführung des Flexibus FB über die Systemanordnung SYS hinaus, so daß diese
Systemanordnung über den Universalrechner UP auch mit weiteren Zusatzgeräten und
Einrichtungen zusammenarbeiten kann.
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Die Systemanordnung SYS stellt in ihrer Realisierung eine Baueinheit
SYS-G dar, wie sie beispielsweise in Fig.
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2 perspektivisch angegeben ist. Die Baueinheit weist auf der linken
Seite die Steuereinheit ST mit einer frontseitigen Anzeigevorrichtung AV und einer
frontseitigen Einstellvorrichtung EV auf. Im übrigen besteht sie aus dem in Fig.
1 im Blockschaltbild dargestellten Universalrechner UP und der durch einen Prozessor
realisierten Schnittstelle 10. Der Flexibus FB, der in Fig. 2 nicht sichtbar ist,
verläuft im wesentlichen auf der Rückseite der Baueinheit und mündet dort in eine
Steckerleiste für
jede der möglichen, Geräteeinschübe darstellenden
Funktionseinheiten El, E2, E3. In gleicher Weise weist die Baueinheit auf der rechten
Seite seitlich einen Anschluß SL auf, der hierbei den ausgangsseitigen Anschluß
der Baueinheit für den Flexibus FB über die Schnittstelle IB nach Fig. 1 darstellt.
Die Geräteeinschübe werden in üblicher Weise in Schienen SN in der Baueinheit SYS-G
geführt. Sie können als Steckkarten ausgeführt sein. Wie Fig. 2 zeigt, kann die
Baueinheit außer den Funktionseinheiten El, E2 und E3 noch drei weitere Geräteeinschübe
aufnehmen.
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Wie bereits darauf hingewiesen worden ist, ermöglicht das Grundkonzept
der Systemanordnung nach Fig. 1 eine beliebige Bestückung der Baueinheit SYS-G nach
Fig. 2 mit unterschiedlichen Funktionseinheiten, ohne daß hierdurch die innere Verdrahtung
oder der Hardware-Aufbau der Steuereinheit ST geändert werden müßte. Ein erstes
Ausführungsbeispiel einer solchen Systemanordnung zeigt das Blockschaltbild nach
Fig. 3. Insgesamt sind fünf Funktionseinheiten vorgesehen, doch könnten es auch
weniger oder mehr Funktionseinheiten sein. Die Funktionseinheiten EX1 und EX2 stellen
Telefonvermittlungseinrichtungen dar.
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Weiterhin weist die Systemanordnung eine Telexvermittlung TEX und
eine Telebildvermittlungseinrichtung FAX auf. Im Bedarfsfalle können die Gespräche,
die Telegrafiesignale und die Bildsignale durch die ebenfalls vorhandene Schlüsseleinrichtung
CR in abgehender Richtung verschlüsselt und in ankommender Richtung entschlüsselt
werden.
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Das weitere Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 für eine solche Systemanordnung
SYS realisiert eine Telegrafiesende-Empfangsanlage für Richtfunkbetrieb und weist
hierzu fünf Funktionseinheiten, nämlich eine ARQ-Einrichtung ARQ, eine Fehlersicherungseinrichtung
FEC, eine Wechselstromtelegrafieeinrichtung AT, eine Tranceiver
T/C
und eine Antennenausrichtanordnung ADC auf. Je nach Bedarf kann hier also die Wechselstromtelegrafie
wahlweise mit einer Vorwärts-Fehlerkorrektur versehen werden oder aber mit ARQ arbeiten.
Selbstverständlich könnte bei dieser Systemanordnung SYS auch noch zusätzlich ein
Schlüsselgerät vorgesehen werden.
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Der Flexibus FB ist in weiten Grenzen an spezielle Gegebenheiten der
Funktionseinheiten von vorherein angepaßt.
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Um dies zu verdeutlichen, ist in Fig. 5 eine weitere Systemanordnung
SYS dargestellt. Das Blockschaltbild dieser Systemanordnung stellt eine Einrichtung
zur schnellen Datenübertragung dar, wobei diese Daten wahlweise von verschiedenen
Quellen stammen können. In Fig. 5 sind diese Quellen als Datenquellen DQ1 und DQ2
und als eine Vocodereinrichtung VOC angegeben. Die von einer dieser Datenquellen
gelieferten Signale werden in der Schlüsseleinrichtung CR verschlüsselt, anschließend
einem Hochfrequenzmodem MD, beispielsweise für 2400 Bit/sec, zugeführt, das die
Daten in eine größere Anzahl eng benachbarter Kanäle unter Anwendung einer differentiellen
Phasenmodulation aufteilt und das so umgeformte Signal dem Tranceiver T/C zuführt.
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Im Blockschaltbild der Fig. 5 ist angenommen, daß die Funktionseinheiten
zusätzliche Schnittstellen bzw. Anschlüsse für die Herstellung eines Signalweges
s aufweisen und daß diese Anschlüsse bzw. Schnittstellen auch zur Realisierung dieses
Signalweges herangezogen werden. Die Funktion des Flexibus FB ist hierbei auf die
Steuerung des Betriebsablaufes beschränkt. Diese Sonderausführung verlangt allerdings,
daß in der Baueinheit SYS-G nach Fig. 2 die an der Hinterseite des Gehäuses für
die Geräteeinschübe vorgesehenen Steckerleisten zusätzliche Steckverbindungen für
diese speziellen Schnittstellen und Anschlüsse der Funktionseinheiten aufweisen.
Auch eine
nichtsteckbare Ausführung ist bei dieser Sonderform denkbar.
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Fig. 6 zeigt schließlich eine Art übergeordnete Steuerung von drei
Systemanordnungen SYS1, SYS2 und SYS3 durch eine übergeordnete Rechnereinheit CP,
die hierbei aus einem Universalrechner UP mit einer Schnittstelle 10 für den Flexibus
FB besteht. Die übergeordnete Steuerung der Systemanordnungen wird in einfacher
Weise über die Anschlüsse SL ermöglicht.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des asynchron arbeitenden
Flexibusses FB sind in Fig. 7 in einer Schritt-Zeittabelle verschiedene Betriebsfälle
N, U und I dargestellt. Die Zeile SS gibt die aufeinanderfolgenden Zeitschritte
1, 2, 3 ... 14 an. In den Zeilen E sind jeweils die den Zeitschritten zugehörigen,
gerade vom Flexibus bedienten Funktionseinheiten angegeben. Hierbei ist auf eine
Systemanordnung SYS nach Fig. 4 bezug genommen.
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Die Zeilen Q markieren wiederum in der Zuordnung zu den Zeitschritten
SS die Abfrageimpulse für die Funktionseinheiten E und in den Zeilen A sind die
Antwortsignale der Funktionseinheiten angegeben. Die unterste Zeile ER gibt mögliche
Signale auf der Interruptleitung des Flexibusses an.
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Die Antwortsignale in den Zeilen A können, wie die Tabelle ausweist,
aus verschiedenen Zeichen bestehen. Die Zeichen mit einem kurzen Anfangsteil stehen
am Anfang einer von einer Funktionseinheit durchzuführenden Informationsübertragung.
Das erste kurze Teil gibt dabei die Betriebsart N, U oder I an. Die verschiedenen
Betriebsartenzeichen, die hier jeweils aus 2 Bit bestehen, sind in der Schritt-Zeittabelle
in den Zeilen A dadurch angegeben, daß im Unterschied zum Betrieb N beim Betrieb
U dieser vordere kurze Signal teil mit einem Diagonalstrich
und
im Falle des Betriebs E mit zwei sich kreuzenden Diagonalstrichen markiert ist.
Die durch waagrecht schraffierte Rechtecke markierten Zeichen folgen funktionsheitsbezogen
auf die Zeichen mit dem kurzen Anfangsteil und geben Auskunft über die Länge der
durchzuführenden Informationsübertragung. Das letzte Zeichen einer von einer Funktionseinheit
über den Flexibus FB durchzuführenden Informationsübertragung ist wiederum ein Steuerzeichen,
das in den Zeilen A der Schritt-Zeittabelle durch ein schräg schraffiertes Rechteck
markiert ist.
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Die Betriebsart N ist der Normalfall. Danach werden die Funktionseinheiten
ARQ, FEC, AT, T/C, ADC periodisch in aufeinanderfolgenden Zeitschritten 1, 2, 3
... 14 durch die Impulse der Zeile Q abgefragt, worauf diese ein Zeichen an den
Universalrechner UP abgeben. In Zeile A des die Betriebsart N darstellenden oberen
Teils der Schritt-Zeittabelle nach Fig. 7 ist angenommen, daß die Funktionseinheit
ARQ mit dem Zeitschritt 1 gerade eine Informationsübertragung in der Betriebsart
N beginnt. Im für sie nächsten Zeitschritt, nämlich dem Zeitschritt 6 gibt sie das
Zeichen mit der Auskunft über die Informationslänge ab. Ein den Abschluß einer Informationsübertragung
anzeigendes Steuerzeichen weist die Zeile A im der Funktionseinheit ADC zugehörigen
Zeitschritt 10 auf.
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Die Betriebsart Ü sagt aus, daß eine der Funktionseinheiten eine rasche
Übertragung von mehreren Zeichen über den Flexibus wünscht. Wie die Zeilen E, Q
und A für den Betrieb U zeigen, erfolgt die periodische Abtastung der Funktionseinheiten
ARQ, FEC und AT im N-Betrieb. Das Antwortsignal der Funktionseinheit AT im Zeitschritt
3 gibt an den Universalrechner jedoch nunmehr die Mitteilung für einen U-Betrieb.
Daraufhin veranlaßt der Universalrechner die erneute Abfrage der Funktionseinheit
AT,
die nunmehr bis zur Beendigung ihrer Informationsabgabe ausschließlich über den
Flexibus bedient wird. Sobald der Universalrechner UP das Steuerzeichen am Ende
der Signalübertragung der Funktionseinheit AT erkennt, setzt er die Abfrage ab Zeitschritt
8 in der Betriebsart N bei der Funktionseinheit T/C fort. Im Zeitschritt 11 fordert
die Funktionseinheit FEC einen U-Betrieb, worauf der Universalrechner erneut die
Funktionseinheit FEC abfrägt und ihr dadurch die Möglichkeit gibt, nunmehr in fortlaufender
Folge ihre Information an den Flexibus abzugeben.
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Es kann auch vorkommen, daß eine Funktionseinheit sofort, also außerhalb
des ihr im Rhythmus der periodischen Abfrage zugeordneten Zeitschritts den Flexibus
für die Informationsabgabe benötigt. Dieser I-Betrieb ist im unteren Bereich der
Schritt-Zeittabelle ebenfalls dargestellt. Zunächst liegt ein Normalbetrieb N vor,
bei dem wiederum die Funktionseinheiten ARQ, FEC, AT, T/C, ADC und aufs neue ARQ
in den Zeitschritten 1 bis 6 hintereinander abgefragt werden und jeweils ihr Antwortsignal
abgeben. Im Zeitschritt 6 gibt die Funktionseinheit T/C über die Interruptleitung
IR ein Interruptsignal an den Universalrechner ab, der darauf sofort den Abfragerhythmus
unterbricht und der Funktionseinheit T/C die Übertragung ihrer Information ermöglicht.
Sobald der Universalrechner im Zeitschritt 11 das die Informationsübertragung von
der Funktionseinheit T/C abschließende Steuerzeichen erkennt, fährt er fort im Normalbetrieb
N beim Zeitschritt 12 die Funktionseinheit FEC abzufragen.
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6 Patentansprüche 7 Figuren