DE3833618A1 - Digitales nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Nachrichtenübertra­ gungssystem mit einem Sendegerät, bei dem ein zu übertra­ gendes Hauptsignal mit dem CMI-Code codiert ist und ein Zusatzsignal durch Coderegelverletzungen des Hauptsigna­ les eingefügt wird und mit einem Empfangsgerät, in wel­ chem das Hauptsignal und das Zusatzsignal voneinander ge­ trennt werden.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmel­ dung mit dem Aktenzeichen P 37 23 187 ist ein digitales Nachrichtenübertragungssystem, bei dem ein zu übertragen­ des Hauptsignal mit dem CMI-Code codiert ist und bei dem durch Coderegelverletzungen des Hauptsignales ein Zusatz­ signal übertragen wird, bekannt. Hierbei werden von einem Empfänger erkannte Coderegelverletzungen mit dem zeitli­ chen Abstand zweier aufeinanderfolgender Bits der zusätz­ lichen Nachricht synchronisiert. Synchrone Coderegelver­ letzungen werden als Teil des Zusatzsignales, asynchrone Coderegelverletzungen jedoch als Übertragungsfehler be­ wertet.

Die bei der eingangs genannten Patentanmeldung angegebe­ nen Schaltungsanordnungen setzen voraus, daß das einmal festgelegte Verhältnis der Taktraten des Hauptsignales zu der des Zusatzsignales stets genau eingehalten wird und Hauptsignal und Zusatzsignal miteinander synchronisiert sind. Zum einen kommt es in der Praxis jedoch vor, daß das Zusatzsignal durch eine langsamere Logik als die des Hauptsignales erzeugt wird, und auf diese Weise eine Syn­ chronität von Hauptsignal und Zusatzsignal, bedingt durch Signal-Jitter, nicht gewährleistet werden kann. Zum ande­ ren besteht teilweise der Bedarf, als Zusatzsignal Sig­ nalquellen mit unterschiedlichen Taktraten zu übertragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestal­ ten, daß das Senden und Empfangen von nicht miteinander synchronisierten Haupt- und Zusatzsignalen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in regelmäßigen Abständen weitere Coderegelverletzungen (kontinuierliche Codefehler) eingefügt werden, wobei zwischen Coderegel­ verletzungen durch das Zusatzsignal und den kontinuierli­ chen Codefehlern ein bestimmter zeitlicher Abstand vor­ gebbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Sendegerät.

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Empfangsgerät.

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein weiteres Emp­ fangsgerät.

Bei digitalen Nachrichtenübertragungssystemen werden die zu übertragenden Signale in einem Sendegerät häufig mit einem Übertragungscode codiert, die dann in einem Emp­ fangsgerät zur Wiederherstellung des ursprünglichen Sig­ nales wieder decodiert werden. Ein solcher Übertragungs­ code ist z.B. der CMI-Code (code-mark-invertion) bei dem ein binäres Eingangssignal unter Hinzufügung von Redun­ danz in ein ebenfalls binäres Ausgangssignal gewandelt wird. Ein Bit des Eingangssignales wird durch die CMI-Co­ diervorschrift in jeweils zwei unmittelbar aufeinander­ folgende Bits codiert. Ein Eingangssignal mit dem Binär­ wert Null wird stets in einer solchen Zweierfolge co­ diert, daß das erste Bit den Binärwert Null und das zwei­ te Bit den Binärwert Eins hat. Ein Eingangssignal mit dem Binärwert Eins hingegen wird abwechselnd, unabhängig da­ von, wieviele Eingangssignale mit dem Binärwert Null zwi­ schen zwei aufeinanderfolgenden Eingangssignalen dazwi­ schenliegen, abwechselnd mit zwei aufeinanderfolgenden binären Nullen oder zwei aufeinanderfolgenden binären Einsen codiert. Eine Eins-Null-Folge bzw. zwei hinterein­ ander folgende, unter Umständen auch von Null-Eins-Folgen unterbrochene, Null-Null- bzw. Eins-Eins-Folgen stellen eine Coderegelverletzung dar.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Sendege­ rät, dem die Daten des Hauptsignales D(H), das Taktsignal des Hauptsignales T(H), die Daten des Zusatzsignales D(Z) und das Taktsignal des Zusatzsignales T(Z) zugeführt sind. Der Takt des Zusatzsignales wird durch Teilung des Taktes des Hauptsignales T(H) gewonnen. Das Teilungsver­ hältnis kann im Ausführungsbeispiel entsprechend der ge­ wünschten Übertragungsrate des Zusatzsignales über eine I²C-Schnittstelle des Senders vorgegeben werden. Die Daten des Hauptsignales D(H) und das Taktsignal des Hauptsignales T(H) sind einem ersten D-Flip-Flop 1 zuge­ führt, mit Hilfe dessen das Datensignal des Hauptsignales mit dem Taktsignal des Hauptsignales synchronisiert wird. Der Ausgang des ersten D-Flip-Flops 1 ist mit einem Dateneingang eines CMI-Coders 2 verbunden, dem ebenfalls das Taktsignal des Hauptsignales T(H) zugeführt ist. Die entsprechend der CMI-Coderegel erzeugten CMI-Signale des CMI-Coders 2 sind einem ersten Eingang eines EXOR-Gat­ ters 6 zugeführt.

Das Datensignal des Zusatzsignales D(Z) und das Taktsig­ nal des Zusatzsignales T(Z) sind einem continous­ diphase-Coder (CDP-Coder) 3 zugeführt. Der CDP-Coder 3 erzeugt eine logische Eins durch einen Bitwechsel zu Bit­ anfang, eine logische Null durch einen weiteren Bitwech­ sel in der Bitmitte. Das durch den CDP-Coder 3 erzeugte CDP-Signal ist einem zweiten D-Flip-Flop 4 zugeführt, dessen Takteingang das Taktsignal des Hauptsignales T(H) zugeführt ist. Mit Hilfe dieses zweiten D-Flip-Flops 4 wird das CDP-Signal mit dem Taktsignal des Hauptsigna­ les T(H) synchronisiert. Da die logischen Bauelemente zur Einblendung des Datensignales des Zusatzsignales D(Z) aus Kostengründen mit Logikschaltungen aufgebaut sind, die sich nicht für so hohe Taktraten wie die des Hauptsigna­ les eignen, sind Hauptsignal D(H) und Zusatzsignal D(Z) zueinander asynchron. Auf diese Weise können hierbei Sig­ nal-Jitter von der Breite bis zu einem Bit des Hauptsig­ nales entstehen. Einer Codefehlererzeugungschaltung 5 ist dieses CDP-Signal, das Taktsignal des Hauptsignales T(H) und das Taktsignal des Zusatzsignales T(Z) zugeführt. In der Codefehlererzeugungsschaltung werden aus den Bitüber­ gängen des CDP-Signales Invertierungsimpulse abgeleitet, die einem zweiten Eingang des EXOR-Gatters 6 zugeführt sind. Bei fehlendem Invertierungsimpuls der Codefehlerer­ zeugungsschaltung 5 durchläuft das Signal des ersten Ein­ ganges des EXOR-Gatters 6 das EXOR-Gatter 6 unverändert und ist an einem Ausgang des EXOR-Gatters 6 abnehmbar. Bei jedem Invertierungsimpuls am zweiten Eingang des EXOR-Gatters 6 entspricht das Ausgangssignal des EXOR- Gatters jeweils dem invertierten Eingangssignal an seinem ersten Eingang.

Auf diese Weise werden bei jedem Invertierungsimpuls aus einer Null-Null-Folge des Hauptsignales eine Eins-Eins- Folge, aus einer Eins-Eins-Folge eine Null-Null-Folge und aus einer Null-Eins-Folge eine Eins-Null-Folge.

Bei jeder Taktflanke des Taktsignales des Zusatzsigna­ les T(Z) erzeugt der CDP-Coder 3 in Verbindung mit der Codefehlererzeugungsschaltung 5 einen Invertierungsim­ puls, unabhängig vom Datensignal des Zusatzsigna­ les D(Z). Auf diese Weise wird in das Datensignal des Hauptsignales D(H) in regelmäßigen Abständen, wobei die­ ser Abstand genau dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Taktfolgen des Taktsignales des Zusatzsignales T(Z) ent­ spricht, eine Coderegelverletzung erzeugt. Im folgenden werden diese regelmäßigen Coderegelverletzungen als kon­ tinuierliche Coderegelverletzungen bezeichnet. Diese kon­ tinuierlichen Coderegelverletzungen bieten den Vorteil, daß diese Coderegelverletzungen in einem Empfangsgerät eine einfache Synchronistion des Empfangsgerätes erlau­ ben. Bei jedem Datenbit des Zusatzsignales erzeugt der CDP-Coder einen zusätzlichen Invertierungsimpuls. Hierbei ist im CDP-Coder 3 der zeitliche Abstand dieses zusätzli­ chen Invertierungsimpulses zu einem regelmäßig erzeugten Invertierungsimpuls vorgebbar. Im Ausführungsbeispiel ist dieser zeitliche Abstand so vorgegeben, daß ein zusätzli­ cher Invertierungsimpuls immer in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden regelmäßigen Invertierungsimpulsen erzeugt wird. Dies bietet den Vorteil, daß eine Empfangs­ schaltung, die durch kontinuierliche Coderegelverletzun­ gen synchronisiert wird, in einfacher Weise zusätzliche Coderegelverletzungen, welche durch ein Zusatzsignal er­ zeugt werden, mit großer Sicherheit von Coderegelver­ letzungen, die auf dem Übertragungsweg aufgetreten sind, unterscheiden kann. Coderegelverletzungen, welche inner­ halb eines Zeitfensters auftreten, welches dem vorgebba­ ren Abstand von zusätzlich erzeugtem Invertierungsimpuls zu den regelmäßig erzeugten Invertierungsimpulsen ent­ sprechen, sind mit großer Wahrscheinlichkeit durch Daten­ bits des Zusatzsignales hervorgerufen. Alle außerhalb dieses Zeitfensters auftretenden Coderegelverletzungen sind mit großer Wahrscheinlichkeit auf dem Übertragungs­ weg aufgetretene Beeinflussungen des übertragenen Signa­ les.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Empfangsgerät. Ein empfangenes Datensignal D(H, Z, F) enthält sowohl die Daten des Hauptsignales, des Zusatz­ signales und auf dem Übertragungsweg eingefügte Übertra­ gungsfehler F. Dieses Eingangsdatensignal ist einem CMI- Decoder 10 zugeführt, welcher das ursprüngliche Datensig­ nal des Hauptsignales D(H), ein zu diesem synchrones Taktsignal T(H) und ein Datenfehlersignal D(Z, F) er­ zeugt. Das Datenfehlersignal (Z, F) enthält sowohl die durch das Datensignal des Zusatzsignales D(Z) als auch die durch Übertragungsfehler F verursachten Coderegelver­ letzungen. Zur Wiederherstellung des ursprünglichen Da­ tensignales des Zusatzsignales D(Z) muß dieses Signal von den Übertragungsfehlern F befreit werden. Hierzu ist das in den CMI-Decoder 10 regenerierte Taktsignal des Haupt­ signales T(H) einem Zähler 11 zugeführt, welcher mit ei­ ner Logikschaltung 12 verbunden ist. Der Zähler 11 muß hierbei mindestens soviele Zählzustände aufweisen, die dem Zahlenwert des Taktverhältnisses des Hauptsignales zu dem des Zusatzsignales entsprechen. Der Logikschaltung 12 ist der jeweilige Zählerstand des Zählers 11 und das Feh­ lerdatensignal D(Z, F) des CMI-Decoders 10 zugeführt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Taktverhältnis von Hauptsignal D(H) zu Zusatzsignal D(Z) ebenfalls über eine I²C-Schnittstelle vorgebbar. Auf diese Weise kann der Zähler 11 leicht mittels der kontinuierlich auftretenden Coderegelverletzungen mit diesem synchronisiert werden. Hierzu wird der Zähler 11 von der Logikschaltung 12 bei einer beliebigen Coderegelverletzung gestartet. Nach Ab­ lauf der Taktzeiten vergleicht die Logischaltung 12, ob nun wieder eine Coderegelverletzung auftritt. Ist dies nicht der Fall, so war die Coderegelverletzung mit der der Zähler gestartet wurde, mit großer Wahrscheinlichkeit nicht eine regelmäßige Codefehlerverletzung. Die Logik­ schaltung 12 startet dann der Zähler 11 erst wieder mit der nächsten auftretenden Coderegelverletzung. Sobald mehrere Male hintereinander eine Coderegelverletzung mit dem Zählerstand des Zählers zusammenfällt, der dem Ver­ hältnis von dem Datensignal des Hauptsignales D(H) zu dem des Datensignales des Zusatzsignales D(Z) entspricht, ist der Zähler synchronisiert, da davon ausgegangen wird, daß regelmäßig auftretende Übertragungsfehler mit dem gefor­ derten Taktverhältnis sehr unwahrscheinlich sind. Jede weitere auftretende Coderegelverletzung wird mit dem Zäh­ lerstand des Zählers 11 verglichen. Coderegelverletzun­ gen, die bei einem Zählerstand auftreten, der der Hälfte des maximalen Zählerstandes entspricht werden von der Lo­ gik 12 als Zusatzsignal bewertet und als Datensignal des Zusatzsignales D(Z) zur weiteren Verarbeitung an eine Ausgangsklemme geführt. Alle anderen Coderegelverletzun­ gen werden an eine weitere Ausgangsklemme geführt und können in einem nicht dargestellten Bitfehlerratenzähler aufsummiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung dieses Ausführungsbei­ spieles bewertet die Logikschaltung auftretende Codere­ gelverletzungen als Datensignal des Zusatzsignales nicht nur bei genau dem halben Zählerstand sondern auch schon bei einem Zählerstand der um einen Wert niedriger als der halbe Zählerstand oder bei einem Zählerstand der um einen Wert höher als der alte Zählerstand ist. Auf diese Weise wird ein Fenster gebildet, innerhalb dessen eine auftre­ tende Coderegelverletzung als Datensignal des Zusatzsig­ nales bewertet wird. Auf diese Weise kann eine Verschie­ bung der Abstände zwischen kontinuierlichen Coderegelver­ letzungen und einer durch das Zusatzsignal verursachten Coderegelverletzung durch Signal-Jitter berücksichtigt werden.

Eine weitere Verbesserung der Ergebnisse ergibt sich da­ durch, daß das Rückstellsignal zur Synchronisierung des Zählers 11 nicht nur beim vollen Zählerstand sondern auch bei Coderegelverletzungen, die einen Wert niedriger oder einen Wert höher liegen als der maximale Zählerstand, er­ zeugt wird. Auf diese Weise wird eine Jitter-Akkumulation durch den Zähler vermieden, da dieser nicht freiläuft, sondern nach jedem durchlaufenen Zyklus erst wieder durch eine Coderegelverletzung gestartet wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Emp­ fangsgerätes mit einem Decoder 20, einem ersten und einem zweiten Zähler 21, 22 und einer Logikschaltung 23. Zur Synchronisation des ersten Zählers 21 mit den kontinuier­ lichen Coderegelverletzungen wird der erste Zähler 21 von der Logikschaltung 23 mit der nächsten erkannen Codere­ gelverletzung gestartet. Bei der nächsten auftretenden Coderegelverletzung wird der augenblickliche Zählerstand des ersten Zählers 21 in einem in der Logikschaltung 23 enthaltenen Register 24 zwischengespeichert. Dieser Zäh­ lerstand dient für die weiteren Zählzyklen als Kontroll­ wert. Gleichzeitig wird der zweite Zähler 22 zurückge­ setzt. Mittels eines ersten Vergleichers 25 vergleicht die Logikschaltung 23 jeweils den Inhalt des Registers 24 mit dem Zählerstand des ersten Zählers 21. Bei Überein­ stimmung des Zählerstandes 21 mit dem Inhalt des Re­ gisters 24 wird der erste Zähler 21 über einen Rückstell­ impuls der an einen Rückstelleingang C des ersten Zäh­ lers 21 angelegt wird, zurückgesetzt. Dieser Rückstellim- Puls wird mittels eines zweiten Vergleichers 26 mit dem Fehlerdatensignal D(Z, F) verglichen. Tritt gleichzeitig mit dem Rückstellimpuls eine Coderegelverletzung auf, so wird der Inhalt des zweiten Zählers 22 um einen Wert er­ niedrigt. Der zweite Zähler 22 ist so aufgebaut, daß er kleinere Werte als den Wert Null nicht annehmen kann. Je­ de Coderegelverletzung, die nicht mit dem Rückstellimpuls zusammen auftritt, hingegen erhöht den Zählerstand des Zählers 22. Solange der Zähler 21 nicht mit dem Datensig­ nal des Zusatzsignales synchronisiert ist erhöht sich auf diese Weise der Inhalt des zweiten Zählers 22 ständig durch die von der Logikschaltung 23 nicht als kontinuier­ liche Coderegelverletzungen erkannten kontinuierlichen Coderegelverletzungen. Sobald der zweite Zähler 22 seinen Maximalwert erreicht hat, im Ausführungsbeispiel ist dies der Wert zweihundertsechsundfünfzig, wird der erste Zah­ ler 21 mit der nächsten Coderegelverletzung wieder neu gestartet und sein Zählzustand bei der nächsten darauf­ folgenden Coderegelverletzung wieder in das Register 24 neu eingetragen. Auf diese Weise wird der Zähler 21 so­ lange neu gestartet, bis er mit den kontinuierlichen Coderegelverletzungen synchron läuft.

Jedes Datenbit des Zusatzsignales D(Z) mit dem binären Wert Null erhöht zwar den zweiten Zähler 22 um einen Wert, aber durch die auf dieses Datenbit folgende konti­ nuierliche Coderegelverletzung wird der Zählerstand des zweiten Zählers 22 wieder um einen Wert erniedrigt. Im ungünstigsten Fall, wenn das Zusatzsignal aus einer län­ geren Dauer-Null-Folge bestehen sollte, wird auf diese Weise der Zählerstand des Zählers 22, bis auf das alter­ nierende Auf- und Abzählen, zumindest konstant gehalten. Bei jeder logischen Eins des Zusatzsignales hingegen un­ terbleibt während eines Zyklusses die Erhöhung des Zäh­ lerstandes 22, so daß die darauffolgende kontinuierliche Coderegelverletzung den Zähler 22 wieder um den Wert Eins erniedrigt. Auf diese Weise wird im synchronisierten Zu­ stand letztlich der Wert Null erreicht.

Jede durch einen Übertragungsfehler verursachte Codere­ gelverletzung erhöht den Wert des zweiten Zählers 22. Im allgemeinen treten solche, durch Übertragungsfehler ver­ ursachten, Coderegelverletzungen so selten auf, daß der Zählerstand des zweiten Zählers 22 den Maximalwert nicht erreicht. Eine sehr hohe Fehlerrate (sehr langer Fehler­ burst) hingegen bringt den Zähler 22 auf seinen Maximal­ wert und löst eine neue Synchronisation des ersten Zäh­ lers 21 aus, da eine so hohe Fehlerrate hauptsächlich auf einen Synchronisationsverlust des ersten Zählers 21 hin­ weist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der erste Zähler 21 stets mit den kontinuierlichen Coderegelver­ letzungen synchronisiert ist. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, daß dem Empfangsgerät der Abstand zweier aufeinanderfolgender kontinuierlicher Coderegel­ verletzungen nicht bekannt sein muß. Auf diese Weise kön­ nen Datensignale mit unterschiedlichen Datenraten als Zu­ satzsignal über ein solches digitales Nachrichtenübertra­ gungssystem übertragen werden. Voraussetzung ist ledig­ lich, daß zwischen der Datenrate des Hauptsignales und der Datenrate des Zusatzsignales ein ganzzahliges Ver­ hältnis gewählt wird. Die Auswertung der Datensignale des Zusatzsignales wird wie beim vorhergehenden Ausführungs­ beispiel durch Bildung eines Zeitfensters mittels einer Vergleicherschaltung durchgeführt. Als Vergleichswert dient der Vergleicherschaltung der Inhalt des Re­ gisters 24, der den Abstand zweier aufeinanderfolgender kontinuierlicher Coderegelverletzungen enthält. Im Aus­ führungsbeispiel wird hierzu der Inhalt des Registers 24 halbiert, da sich die durch das Datensignal des Zusatz­ signales verursachten Coderegelverletzungen wieder in der Mitte zwischen zwei kontinuierliche Coderegelverletzungen befinden.

Claims (6)

1. Digitales Nachrichtenübertragungssystem mit einem Sen­ degerät, bei dem ein zu übertragendes Hauptsignal mit dem CMI-Code codiert ist und ein Zusatzsignal durch Codere­ gelverletzungen des Hauptsignales eingefügt wird und mit einem Empfangsgerät, in welchem das Hauptsignal und das Zusatzsignal voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in regelmäßigen Abständen weitere Coderegelverletzun­ gen (kontinuierliche Codefehler) eingefügt werden, wobei zwischen Coderegelverletzungen durch das Zusatzsig­ nal (D(Z)) und den kontinuierlichen Codefehlern ein be­ stimmter zeitlicher Abstand vorgebbar ist.

2. Digitales Nachrichtenübertragungssystem nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Zusatzsignal (D(Z)) verursachte Coderegel­ verletzungen etwa in der Mitte zwischen zwei aufeinander­ folgenden kontinuierlichen Codefehlern eingefügt sind.

3. Digitales Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsgerät einen CMI-Decoder (10) enthält, dessen Fehlerausgangssignal (D(Z, F)) einer Codefehlerbe­ wertungsschaltung (11, 12) zugeführt ist, die sich auf die kontinuierlichen Codefehler synchronisiert und asyn­ chrone Fehler, die den vorgebbaren Abstand zu den konti­ nuierlichen Codefehlern einhalten, als Zusatzsig­ nal (D(Z)) und asynchrone Codefehler, die den vorgegebe­ nen Abstand zu den kontinuierlichen Codefehlern nicht einhalten, als Übertragungsfehler (D(F)) bewertet.

4. Digitales Nachrichtenübertragungssystem nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codefehlerbewertungsschaltung (11, 12) einen Zäh­ ler (11), der mit einem Bittakt (T(H)) des Hauptsignales getaktet wird und eine Logikschaltung (12), der der Zäh­ lerstand des Zählers und die Coderegelverletzungen (D(F)) zugeführt sind, enthält.

5. Digitales Nachrichtenübertragungssystem nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (12) Vergleicher enthält, welchen die Zählzustände des Zählers (11) zugeführt sind.

6. Digitales Nachrichtenübertragungssystem nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codefehlerbewertungsschaltung einen ersten und einen zweiten Zähler (21, 22) und einen Zwischenspei­ cher (24) zum Speichern des Zählerstandes des ersten Zäh­ lers enthält.