DE4011981A1 - Elektrooptisches uebertragungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Übertragungsgerät, mit einem Sender, der die zu übertragenden, in parallellem Datenformat vorliegenden Daten eines oder mehrerer Kanäle I_{0 bis n}, welche die eigentliche Information tragen, und eines oder mehrerer Kanäle I_{1 bis n+1}, welche Handshake- oder Steuerdaten tragen, mittels eines Selektors in einen seriellen Datensatz umwandelt und nachfolgend als optische Signale in eine optische Übertragungsstrecke einspeist, und mit einem Empfänger, welcher die empfangenen optischen Signale in elektronische Signale zurückverwandelt und den Datensatz mittels eines elektronischen Rasterschalters wieder in ein paralleles Datenformat transformiert.

Derartige elektrooptische Übertragungsgeräte sind bekannt und dienen der Daten-Kommunikation zwischen insbesondere räumlich weiter voneinander entfernt befindlichen Datenendgeräten oder Datenendgeräten und Peripheriegeräten, wie bspw. Druckern, oder auch Datenendgeräten und Hostrechnern. Die Übertragung der Daten zwischen den beispielhaft genannten Datenverarbeitungsgeräten erfolgt hierbei mittels eines Lichtwellenleiters, in den die zu übertragenden elektronischen Daten über eine Schnittstelle als optische (Licht-)Signale eingespeist werden. Es ist ferner allgemein bekannt, daß auf verschiedenen Einsatzgebieten mit den die eigentliche Information enthaltenden (Nutz-)Daten auch sogenannte Handshake- oder Steuerdaten übertragen werden, die der Vereinbarung eines Übertragungsprotokolls zwischen Sender und Empfänger, also der Steuerung des Datenaustauschs dienen, und somit die Übertragungssicherheit erhöhen.

Die Übertragung von Daten mittels Lichtwellenleiter ist insbesondere überall dort von großem Vorteil, wo ein hohes Maß an Datensicherheit gefordert ist. Da diese Übertragungsart ohne die Begleiterscheinung elektromagnetischer Felder erfolgt, ist sie insbesondere abhörsicher und unempfindlich gegen elektromagnetische Störeinflüsse jeglicher Art. Hinzu kommt, daß Lichtwellenleiter aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegen Störungen unproblematisch und dazu gefahrlos zu verlegen sind, da sie keinen Strom führen.

Es gibt eine Reihe von Anwendungsgebieten für elektrooptische Übertragungsgeräte, auf welche hohe Datenraten zwischen den beteiligten Stationen übertragen werden und zudem die Übertragung der Handshake- oder Steuerdaten erforderlich ist. Dies ist bspw. bei Rechner-Rechner-Verbindungen zur Meßdatenerfassung und -Weiterverarbeitung der Fall, sowie bei der Datenübertragung von Betriebsdatenkonzentratoren an Hostrechner oder aber auch bei der Verbindung von Datenendgeräten mit einem Hostrechner über große Distanzen.

Der Nachteil der bekannten elektrooptischen Übertragungsgeräte der eingangs genannten Art, welche auch die Handshake- bzw. Steuersignale übertragen, liegt darin, daß die mit ihnen erzielbare Datenübertragungsrate (oder auch Baudrate) zu gering ist und somit diese Geräte den Anforderungen auf den vorstehend erwähnten Einsatzgebieten nicht genügen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrooptisches Übertragungsgerät der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine höhere Datenübertragungsrate erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrooptischen Übertragungsgerät mit einem Sender, der die zu übertragenden, in parallelem Datenformat vorliegenden Daten eines oder mehrerer Kanäle I_{0 bis n}, welche die eigentliche Information tragen, und eines oder mehrerer Kanäle I_{1 bis n+1}, welche Handshake- oder Steuerdaten tragen, mittels eines Selektors in einen seriellen Datensatz umwandelt und nachfolgend als optische Signale in eine optische Übertragungsstrecke einspeist, und mit einem Empfänger, welcher die empfangenen optischen Signale in elektronische Signale zurückverwandelt und den Datensatz mittels eines elektronischen Rasterschalters wieder in ein paralleles Datenformat transformiert, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Selektor zum Bilden des zu übertragenden Datensatzes den bzw. die Kanäle I_{0 bis n} pro Zeiteinheit häufiger abtastet, als jeden einzelnen der weiteren Kanäle I_{1 bis n+1}.

Somit ist der Anteil der von dem bzw. den Kanälen I_{0 bis n} abgetasteten, die eigentliche Information enthaltenden Daten in dem zu übertragenden Datensatz im Verhältnis zu den von dem bzw. den Kanälen I_{1 bis n+1} abgetasteten Handshake- oder Steuerdaten größer, was zu einer erheblichen Steigerung der Datenübertragungs- oder Baudrate führt. Bei einem geeigneten Häufigkeitsverhältnis der Abtastung des bzw. der Kanäle I_{0 bis n} zur Abtastung jedes einzelnen weiteren Kanals I_{1 bis n+1} ist mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Baudrate größer 115 kBd erreichbar, was die Leistungsfähigkeit der bekannten Geräte der eingangs genannten Art weit übersteigt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur Ausbildung des Sende- und des Empfangsteils des elektrooptischen Übertragungsgerätes ist bevorzugt vorgesehen, daß der Sender und Empfänger jeweils einen mit gleicher Frequenz schwingenden Taktgeber enthalten, der ein Taktsignal an einen jeweils nachgeschalteten Zähler abgibt, welcher zur Steuerung des Selektors bzw. des elektronischen Rasterschalters diesen den jeweils aktuellen Zählerstand zuführt. Die beiden Zähler übernehmen die Aufgabe der Adressierung des Selektors bzw. des elektronischen Rasterschalters, welche schrittweise die parallelen Datenleitungen abfragen (Selektor) bzw. den übertragenen seriellen Datensatz schrittweise in einen parallelen Datensatz zurückverwandeln (elektronischer Rastschalter). Hierbei ist es von besonderem Vorteil, daß eine relativ hohe Taktfrequenz (im 4-MHz-Bereich) verwendet wird, die einen weiteren Beitrag zur Erhöhung der Datenübertragungsrate des erfindungsgemäßen Übertragungsgerätes leistet.

Zur Synchronisation der beiden Zähler ist bevorzugt vorgesehen, daß der Zähler des Senders an den Selektor ein Synchronisationssignal abgibt, welches von dem Selektor in den zu übertragenden Datensatz integriert wird, und daß der Empfänger eine zwischen Taktgeber und Zähler geschaltete Synchronisationsstufe enthält, die mittels des Synchronisationssignals die Frequenz des Empfänger-Taktgebers auf die des Sender-Taktgebers synchronisiert. Ziel dieser Synchronisation ist es, daß der Zähler des Empfängers und der des Senders bei jedem Taktimpuls den gleichen Zählerstand aufweisen und somit im gleichen Zähltakt arbeiten.

Zur Rücktransformation und Reintegration der mit größerer Häufigkeit abgetasteten (Nutz-)Daten des bzw. der Kanäle I_{0 bis n}, welche nach der Übertragung über die Übertragungsstrecke an den Kanälen A_{0 bis n} anliegen, in einen parallelen Ausgangs-Datensatz enthält der Empfänger bevorzugt einen Decoder, der die vom elektronischen Rastschalter abgetasteten Daten entsprechend ihrer Abtasthäufigkeit decodiert und zur Bildung des parallelen Ausgangs-Datensatzes bereitstellt.

Besonders bevorzugt ist der Selektor ein 8-/16-/32- . . . Bit-Selektor, und der zu übertragende, mittels des Selektors zusammengestellte Datensatz enthält eine gewählte Anzahl die eigentliche Information enthaltende Nutzdatenbits und von verschiedenen Handshake- oder Steuerdatenleitungen abgetastete Handshake- oder Steuerbits. Ein Bit des Datensatzes wird von dem Sender-Zähler als Synchronisationsbit bereitgestellt. Denkbar sind demnach Selektoren mit unterschiedlichsten Bit-Zahlen, bspw. 8/16 oder 32 Bits, und einer entsprechenden Aufteilung des Datensatzes, bspw. in 8/12 Nutzdatenbits und eine komplementäre Anzahl Handshake- oder Steuerbits und ein Synchronisationsbit.

Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, daß die Zähler Rückwärtszähler sind, die mit der entsprechenden Wortlänge des Datensatzes geladen und dann schrittweise auf den Wert "0" heruntergezählt werden. Beim Erreichen des Zählerstandes "0" beginnt der Zählzyklus von neuem und der nächste Datensatz wird zusammengestellt.

Die mit der vorliegenden Erfindung offenbarte Lehre enthält als wesentlichen Bestandteil auch ein Verfahren zur Übertragung von in parallelem Datenformat vorliegenden elektronischen Daten von einem Sender über eine optische Übertragungsstrecke an einen Empfänger, bei dem die Handshake- oder Steuerdaten mit übertragen werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Die am Eingang eines Selektors des elektrooptischen Übertragungsgerätes anliegenden, die eigentliche Information enthaltenden Nutzdaten und die Handshake- oder Steuerdaten werden zu einem seriellen, über die optische Übertragungsstrecke zu übertragenden Datensatz zusammengestellt, indem der bzw. die Nutzdaten enthaltenden Kanäle I_{0 bis n} in einem festen Verhältnis häufiger von dem Selektor abgetastet werden, als jeder einzelne der die Handshake- oder Steuerdaten enthaltenden Kanäle I_{1 bis n+1};
• b) Nach seiner Übertragung über die optische Übertragungsstrecke wird der serielle Datensatz in einen parallelen Datensatz zurückverwandelt, indem die Handshake- bzw. Steuerdaten direkt und die eigentliche Information enthaltenden (Nutz-)Daten mittels eines Decoders im synchronisierten Takt des Selektors durch einen elektronischen Rastschalter am Ausgang des Empfängers bereitgestellt werden.

Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist bevorzugt vorgesehen, daß der Takt für die Transformation des parallelen in einen seriellen Datensatz und umgekehrt von einem Taktgeber erzeugt wird, der jeweils einen Zähler zur Steuerung der Transformationen triggert.

Zur Synchronisation der beiden Zähler ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Sender-Zähler ein Synchronisationssignal an den Selektor abgibt, der das Synchronisationssignal in den seriellen Datensatz zur Übertragung an den Empfänger integriert, und daß das Synchronisationssignal nach der Übertragung von dem elektronischen Rastschalter an eine Synchronisationsstufe weitergeleitet wird, welche die Taktfrequenz des Empfänger-Zählers mit der des Sender-Zählers synchronisiert.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, daß der Takt für die Umwandlung der parallelen in serielle Daten bzw. der seriellen in parallele Daten jeweils von einem Taktgeber abgegeben wird, wobei der Taktgeber des Senders einen quarzgesteuerten Oszillator und der Taktgeber des Empfängers einen frei schwingenden Oszillator enthält. Die Grundfrequenz des Empfänger-Oszillators entspricht in etwa der Grundfrequenz des Sender-Oszilators und wird durch die Synchronisationsstufe ständig mit der Senderfrequenz verglichen und ggf. an diese Frequenz angepaßt, so daß letztlich beide Zähler in gleichem Takt arbeiten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen elektrooptischen Übertragungsgerätes zeigt.

Das dargestellte Übertragungsgerät besteht im wesentlichen aus einem Sender 2 und einem Empfänger 3, zwischen denen eine optische Übertragungsstrecke 11 in Form eines Lichtwellenleiters angeordnet ist.

Der Sender 2 enthält einen Taktgeber 4, der bspw. aus einem frequenzgenauen, quarzgesteuerten Oszillator besteht und ein Taktsignal an einen nachgeschalteten programmierbaren Zähler 6 abgibt, der seinerseits einen 8-Bit-Selektor 1 steuert. Der Zähler 6, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Rückwärtszähler ist, wird zu Beginn mit dem Wert "8", der Wortlänge des Selektors 1, geladen und während eines Transformationszyklus auf den Wert "0" heruntergezählt. Die Steuerung des 8-Bit-Selektors 1 durch den Zähler 6 erfolgt durch die Übermittlung des jeweils aktuellen Zählerstandes über drei parallele Ausgänge des Zählers 6, mit deren Signalen die acht Adressen des Selektors 1 angesprochen werden können. Der 8-Bit-Selektor schaltet - beispielsweise jede Millisekunde - jeweils die der angewählten Adresse entsprechende Datenleitung des aus seiner Sicht parallel vorliegenden Datenformats auf den Ausgang durch, wo der zur Übertragung fertig kodierte, serielle Datensatz nach Durchlauf eines Zyklus anliegt.

Das bedeutet, um im Beispiel der Taktfrequenzen von 1 KHz zu bleiben, daß in der ersten Millisekunde das Synchronisationssignal abgetastet wird, in der zweiten Millisekunde der (Nutz-)Datenkanal I0, in der dritten Millisekunde der Handshake- oder Steuerkanal I1, in der vierten Millisekunde wieder der Datenkanal I0, usw., so daß die schnell erfolgenden Änderungen der Information auf dem Hochgeschwindigkeitskanal I0 im Beispiel alle 2 ms abgetastet werden, während jeder einzelne Handshake- oder Steuerkanal I1, I2, I3 (Normalgeschwindigkeitskanäle) nur alle 8 ms abgetstet wird.

Der serielle Datensatz besteht in vorliegend dargestelltem Ausführungsbeispiel aus vier Nutzdatenbits I0, drei Handshake- oder Steuerbits I1, I2, I3 und einem Synchronisationsbit S, welches von dem Sender-Zähler 6 generiert und an den Selektor 1 abgegeben wird. Der somit vorliegende serielle Datensatz wird über die Übertragungsstrecke 11 übertragen.

Im Empfänger 3 des elektrooptischen Übertragungsgerätes wird der serielle Datensatz wieder in ein paralleles Datenformat zurückverwandelt. Hierzu enthält der Empfänger 3 ebenfalls einen Taktgeber 5 und einen Zähler 7, die mittelbar über eine Synchronisationsstufe 8 miteinander verschaltet sind. Der Taktgeber 5 besteht bevorzugt wie der Taktgeber des Senders aus einem frequenzgenauen Oszillator, der die annähernd gleiche Frequenz erzeugt, wie der Sender-Taktgeber 4. Die Synchronisationsstufe 8 erhält von einem elektronischen Rastschalter 10 des Empfängers 3 das übertragene Synchronisationsbit S und sorgt an Hand eines Abgleichs zwischen der Sender-Taktfrequenz und der Empfänger-Taktfrequenz dafür, daß die beiden Zähler 6, 7 immer den gleichen Zählerstand aufweisen und im gleichen Takt arbeiten.

Der Empfänger-Zähler 7 übernimmt die Aufgabe der Adressierung des elektronischen Rastschalters 10, der im Takt des Zählers 7 die empfangenen seriellen Daten des übertragenen Datensatzes ausliest und zu einem parallelen Datensatz rücktransformiert. Für diesen parallelen Datensatz stehen die Handshake- oder Steuerbits A1, A2, A3 unmittelbar zur Verfügung, während die die eigentliche Information enthaltenden Nutzdatenbits A0 zunächst noch über einen Decoder 9 dekodiert werden müssen, da diese ja mit einer größeren Häufigkeit als die Handshake- bzw. Steuerbits, nämlich viermal pro Abtastzyklus, abgetastet und übertragen werden.

Claims (10)

1. Elektrooptisches Übertragungsgerät, mit einem Sender, der die zu übertragenden, in parallelem Datenformat vorliegenden Daten eines oder mehrerer Kanäle (I_{0 bis n}), welche die eigentliche Information tragen, und eines oder mehrerer Kanäle (I_{1 bis n+1}), welche Handshake- oder Steuerdaten tragen, mittels eines Selektors in einen seriellen Datensatz umwandelt und nachfolgend als optische Signale in eine optische Übertragungsstrecke einspeist, und mit einem Empfänger, welcher die empfangenen optischen Signale in elektronische Signale zurückverwandelt und den Datensatz mittels eines elektronischen Rasterschalters wieder in ein paralleles Datenformat transformiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor (1) zum Bilden des zu übertragenden Datensatzes den bzw. die Kanäle (I_{0 bis n}) pro Zeiteinheit häufiger abtastet, als jeden einzelnen der weiteren Kanäle (I_{1 bis n+1}).

2. Elektrooptisches Übertragungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) und der Empfänger (3) jeweils einen mit gleicher Frequenz schwingenden Taktgeber (4, 5) enthalten, der ein Taktsignal an einen jeweils nachgeschalteten Zähler (6, 7) abgibt, welcher zur Steuerung des Selektors (1) bzw. des elektronischen Rastschalters (10) diesen den jeweils aktuellen Zählerstand zuführt.

3. Elektrooptisches Übertragungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (6) des Senders (2) an den Selektor (1) ein Sy/nchronisationssignal (S) abgibt, welches von dem Selektor (1) in den zu übertragenden Datensatz integriert wird, und daß der Empfänger (3) eine zwischen Taktgeber (5) und Zähler (7) geschaltete Synchronisationsstufe (8) enthält, die mittels des Synchronisationssignals (S) die Frequenz des Empfänger-Taktgebers (5) auf die des Sender-Taktgebers (4) synchronisiert.

4. Elektrooptisches Übertragungsgerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) einen Decoder (9) enthält, der die vom Selektor (1) abgetasteten Nutzdaten des bzw. der Kanäle (A_{0 bis n}) entsprechend ihrer Abtasthäufigkeit decodiert und zur Bildung des parallelen Ausgangs-Datenformats bereitstellt.

5. Elektrooptisches Übertragungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor (1) ein 8-/16-/32 . . . Bit-Selektor ist und der zu übertragende, mittels des Selektors (1) zusammengestellte Datensatz eine gewählte Anzahl von Nutzdatenbits und von verschiedenen Handshake- oder Steuerleitungen (I_{1 bis n+1}) abgetastete Handshake- oder Steuerbits enthält.

6. Elektrooptisches Übertragungsgerät nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler (6, 7) Rückwärtszähler sind, die mit der Wortlänge des Datensatzes geladen und dann schrittweise auf den Wert "0" heruntergezählt werden.

7. Verfahren zur Übertragung von in parallelem Datenformat vorliegenden elektronischen Daten von einem Sender über eine optische Übertragungsstrecke an einen Empfänger, wobei auch Handshake- oder Steuerdaten mit übertragen werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Die am Eingang eines Selektors (1) des elektrooptischen Übertragungsgerätes anliegenden Nutzdaten (I_{0 bis n}) und Handshake- oder Steuerdaten (I_{1 bis n+1}) werden zu einem seriellen, über die optische Übertragungsstrecke (11) zu übertragenden Datensatz zusammengestellt, indem der bzw. die Nutzdaten enthaltenden Kanäle I_{0 bis n} in einem festen Verhältnis häufiger von dem Selektor (1) abgetastet werden, als jeder einzelne der die Handshake- oder Steuerdaten enthaltenden Kanäle I_{1 bis n+1};
• b) Nach seiner Übertragung über die optische Übertragungsstrecke (11) wird der serielle Datensatz in einen parallelen Datensatz zurückverwandelt, indem die Handshake- bzw. Steuerdaten direkt und die eigentliche Information enthaltenden (Nutz-)Daten mittels eines Decoders im synchronisierten Takt des Selektors durch einen elektronischen Rastschalter am Ausgang des Empfängers bereitgestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt für die Transformation des parallelen in einen seriellen Datensatz und umgekehrt von einem Taktgeber (4, 5) erzeugt wird, der jeweils einen Zähler (6, 7) zur Steuerung der Transformationen triggert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender-Zähler (6) ein Synchronisationssignal (S) an den Selektor (1) abgibt, der das Synchronisationssignal (S) in den seriellen Datensatz zur Übertragung an den Empfänger (3) integriert, und daß das Synchronisationssignal (S) nach der Übertragung von dem elektronischen Rastschalter (10) an eine Synchronisationsstufe (8) weitergeleitet wird, welche die Taktfrequenz des Empfänger-Zählers (7) mit der des Sender-Zählers (6) synchronisiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt für die Umwandlung der parallelen in serielle Daten bzw. der seriellen in parallele Daten jeweils von einem Taktgeber (4, 5) abgegeben wird, und daß der Taktgeber des Senders einen quarzgesteuerten Oszillator und der Taktgeber des Empfängers einen frei schwingenden Oszillator enthält.