DE4020910C2 - Übertragungseinrichtung mit transparenter Umcodierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung mit einer transparenten Umcodierung eines HDBn-Signals in ein CMI-Signal, wobei durch Coderegelverletzung des CMI-Si­ gnals ein zusätzliches Datensignal übertragen werden kann.

Zur Übertragung von binären Datensignalen über elektri­ sche Leiter wird häufig eine sogenannte HDB3-Codierung verwendet, die unabhängig vom Inhalt des binären Datensi­ gnals eine gleichbleibende mittlere Spannung auf dem elektrischen Leiter sicherstellt. Eine binäre Null wird mittels dieser mittleren Spannung dargestellt. Binäre Einsen werden abwechselnd als positive oder negative Spannungsimpulse übertragen, so daß sich diese Spannungs­ impulse gegenseitig ausmitteln. Da mehrere aufeinander­ folgende Nullen des Binärsignals zu einer impulsfreien Spannung führen würden, die eine Taktrückgewinnung er­ schwert, werden beim HDB3-Signal drei (deshalb auch die Bezeichnung HDB3-Signal) aufeinanderfolgende binäre Nul­ len durch eine gezielte Coderegelverletzung, bei der im Mittel ebenfalls gleichviele positive und negative Span­ nungsimpulse erzeugt werden, dargestellt.

Für eine Übertragung über optische Übertragungsmedien ist ein solcher ternärer Code nicht besonders gut geeignet und es wird das HDB3-Signal beispielsweise in einen CMI- Code umcodiert. Werden hierbei die für die Übertragung von binären Nullen eingefügten Coderegelverletzungen des HDB3-Signals nicht rückgängig gemacht, sondern direkt in das CMI-Signal umcodiert, so spricht man von einer trans­ parenten Umcodierung. Das transparent umcodierte CMI-Si­ gnal wird verschiedentlich dann auch als MCMI (Modified Coded Mark Inversion) bezeichnet. Das MCMI-Signal enthält wegen der transparenten Umcodierung bereits CMI-Codere­ gelverletzungen. Durch zusätzliche, zu den schon vorhan­ denen Coderegelverletzungen hinzugefügte, Coderegelver­ letzungen kann ein zusätzliches Datensignal geringerer Datenrate als die des Hauptsignals übertragen werden. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß bei der Decodie­ rung bzw. einer Rückcodierung in den HDB3-Code zwischen den durch das zusätzliche Datensignal verursachten Code­ verletzungen und den durch die transparente Umcodierung erzeugten Coderegelverletzungen unterschieden werden kann.

Aus "Universelles Lichtwellenleiter-Übertragungssystem für 2, 8 und 34 Mbit/s", Johann Irnsperger und Erhard Steiner, telcom-report 10, (1987) ist eine Übertragungs­ einrichtung bekannt, bei der HDB3-Signale in MCMI-Signale umcodiert werden. In diesem System wird eine im MCMI-Code nicht vorgesehene Bitkombination "10" für die Übertragung von Zusatzinformationen genutzt. Sollen keine Zusatzin­ formationen übertragen werden bzw. ist der zu übertragen­ de Binärwert des Zusatzkanals "0", so wird nach der MCMI-Coderegel codiert. Für jede binäre "1" des Zusatz­ kanals wird zweimal "10" im Hauptkanal gesendet, einmal anstelle einer "+1" und dann anstelle einer-darauf folgen­ den "-1" im HDB3-Signal.

Da der Zeitpunkt, zu dem eine "+1" des Hauptkanals gesen­ det wird, vom Inhalt des Hauptkanals und der vorangegan­ genen Codierung abhängt, kann sich der Beginn der Über­ tragung des Zusatzkanals um einige Bit verzögern. Des­ gleichen ist auch der zeitliche Abstand zwischen einer als "10" codierten "+1" und einer als "10" zu codierenden "-1" variabel.

Aus EP 0 176 015 A1 ist ein Verfahren zur zusätzlichen Übertragung von Informationen über einen digitalen Hilfskanal in einem Lichtwellenleitersystem für die Digitalsignalübertragung, in welchem System elektrische Signale, welche in einem pseudo-ternären Bipolar-Code codiert sind, in einen redundanten, binären Leitungscode umgesetzt und in umgesetzter Form über einen Lichtwellenleiter übertragen werden, und bei welchem Verfahren jeweils eine Informationseinheit der Informationen durch Modifikation eines ausgewählten Bitmusters aus dem im Leitungscode vorliegenden Datenstrom übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pseudo-ternäre Bipolar-Code der HDB3-Code ist, daß als ausgewählte Bitmuster die Bitsequenzen 110011 und 001100 verwendet werden, und daß der Bitsequenz 110011 als Modifikation wenigstens eine der Bitsequenzen 011011, 100111 und 101101, und daß der Bitsequenz 001100 als Modifikation wenigstens eine der Bitsequenzen 001001, 000110 und 010010 zugeordnet werden. Dabei werden nur die zwei angegebenen Bitsequenzen aus dem Leitungscode zur Übertragung der zusätzlichen Informationen über den Hilfskanal verwendet. Dies hat den Nachteil, daß der Hilfskanal die Redundanz im Leitungscode schlecht ausnutzt und keine konstante Bitrate aufweist. Daher ist auch der Zeitpunkt unbestimmt, an dem die zusätzlichen Informationen übertragen werden, wenn nur bei den ausgewählten Bitmustern Informationen über den Hilfskanal übertragen werden, was den Aufwand zur Synchronisierung des Hilfskanals beim Empfang erhöht. Des­ weiteren sind diese Bitsequenzen nicht in jedem Fall im Leitungscode enthalten. Ein "101010 . . "-Signal erzeugt nach der Umsetzung in den Leitungscode einen Datenstrom, der die ausgewählten Bitsequenzen nicht enthält. Dieses Digitalsignal wird aber beispielsweise zur spezifizierten Fehlererkennung angewendet, so daß bei Aussendung dieses Fehlersignals keine Übertragung im Hilfskanal stattfinden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine synchrone Übertragung des Zusatzsignals auf möglichst einfache Weise erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Übertragungseinrichtung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Da das CMI-Signal zur Aufteilung in erste Bitgruppen mit jeweils einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender CMI-Codeworte vorgesehen ist, ist die Anzahl der Bits einer Bitgruppe konstant. Außerdem kann bei diesem kontinuierlichen Verfahren, bei dem das CMI-Signal durch Coderegelverletzung vollständig umcodiert wird, die Redundanz des CMI-Datensignals vollständig ausgenutzt werden. Da die Umcodierung nicht auf bestimmte Bitmuster festgelegt ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren immer angewendet werden. Des weiteren erhält der Hilfskanal damit eine hohe und konstante Bitrate. Aufgrund der konstanten Länge der ersten Bitgruppe als auch der gleichen konstanten Länge der alternativen Bitgruppen, mit der ein Bit des Zusatzkanals codiert werden kann, ist stets eine feste zeitliche Zuordnung zwischen Hauptsignal und Zusatzsignal sowohl beim Codieren als auch beim Decodieren gegeben. Auf diese Weise wird ein Signaljitter des Zusatzsignals vermieden und eine relativ einfache Auswertung der Coderegelverletzungen ermöglicht. Dadurch, daß jede Bitgruppe nur einmal vorkommt, ist eine eindeutige Decodierung gesichert. Da die jeweilige Bitgruppe und deren zugeordnete alternative Bitgruppe gleich viele Binärwerte "0" und Binärwerte "1" enthalten, bleibt auch das Gesamtsignal unabhängig vom Inhalt des Zusatzsignals stets ausgewogen.

So ist es bereits ausreichend, nur jeweils zwei aufeinan­ derfolgende CMI-Codeworte zu einer Bitgruppe mit jeweils vier Bit zusammenzufassen. Da mit bereits zwei CMI-Code­ worten ein Datenbit des Zusatzsignals übertragen werden kann, kann die Datenübertragungsrate des Zusatzkanals so­ gar maximal der Hälfte der Datenübertragungsrate des Hauptkanals entsprechen.

Eine möglichst einfache Möglichkeit zur Synchronisation ergibt sich in vorteilhafter Weise dann, wenn mehr als zwei aufeinanderfolgende CMI-Codeworte zu einer Bitgruppe zusammengefaßt werden, wobei die als alternative Bitgrup­ pen gewählten Bitgruppen eine Coderegelverletzung des CMI-Codes an überwiegend jeweils gleicher Stelle der Bit­ gruppe enthalten.

Durch die jeweils gleiche Stelle der Coderegelverletzung des CMI-Codes, also einen Eins-Null-Übergang, wird bei einer schon erfolgten Grobsynchronisation, mit der je­ weils der Beginn eines CMI-Codewortes erkannt wird, eine einfache Feinsynchronisation auf dem Beginn einer Bit­ gruppe möglich. Bei nicht zu hoher Bitrate im Zusatzka­ nal, beispielsweise wenn die Übertragungsrate des Zusatz­ kanals geringer ist als ein Zwanzigstel der Datenübertra­ gungsrate des Hauptkanals, lassen sich die wegen der überwiegend festen Stellung der Coderegelverletzung in dann zumeist äquidistanten Abständen wiederkehrenden Coderegelverletzungen leicht im grobsynchronisierten Ge­ samtsignal erkennen.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Tabelle für jeweils zwei zu einer Bitgruppe zusammengefaßte CMI-Worte.

Fig. 2 einen Auszug aus einer Tabelle für jeweils vier zu einer Bitgruppe zusammengefaßte CMI-Worte.

Fig. 3 ein Leitungsendgerät zur HDB3/MCMI-Umcodierung mit Zusatzkanaleinblendung in schematischer Darstellung.

Fig. 4 ein Leitungsendgerät zur MCMI/HDB3-Umcodierung mit Zusatzkanalausblendung in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Tabelle dargestellt, wie sie zur transparenten Umcodierung eines HDB3-Codes geeignet ist. Zur Bildung dieser Tabelle sind jeweils zwei CMI-Codewor­ te zu einer Bitgruppe zusammengefaßt. In der rechten, mit HDB3 überschriebenen Spalte sind die möglichen Kombina­ tionen von zwei aufeinanderfolgenden HDB3-Codierungen dargestellt. Da bei einer HDB3-Codierung zwei aufeinan­ der-folgende positive Impulse +1, +1 bzw. zwei aufeinan­ derfolgende negative Impulse -1, -1 gemäß der HDB3-Code­ regel nicht auftreten, sind in der Tabelle für diese Kom­ binationen auch keine CMI-Umcodierungen vorgesehen.

In der mit MCMI überschriebenen zweiten Spalte der Fig. 1 sind die jeweiligen Bitgruppen dargestellt, wie sie sich bei einer transparenten Umcodierung eines HDB3-Signals in ein MCMI-Signal ergeben. Jeweils in der gleichen Zeile ist in einer dritten, mit alternativ überschriebenen Spalte, eine alternative Bitgruppe dargestellt, die zur Übertragung eines Bits des Zusatzkanals anstelle der in der zweiten Spalte dargestellten MCMI-Codeworte gesendet wird. MCMI-Bitgruppe und alternative Bitgruppe beinhalten jeweils vier Bit. Darüber hinaus ist die Anzahl der binä­ ren Einsen und binären Nullen in einem jeweiligen MCMI- Codewort und einem diesem MCMI-Codeworte zugeordneten al­ ternativen Codewort gleich. So weisen beispielsweise das MCMI-Codewort in der ersten Zeile der Fig. 1 und das die­ sem MCMI-Codewort zugeordnete alternative Codewort in der dritten Spalte der Fig. 1 jeweils drei binäre Einsen und eine binäre Null auf. Insgesamt tritt jede Bitgruppe in der gesamten Tabelle nur einmal auf, so daß eine eindeu­ tige Zuordnung sichergestellt ist. Von den möglichen zur Auswahl stehenden Bitkombinationen wurden die an sich möglichen Bitgruppen mit vier binären Nullen bzw. vier binären Einsen nicht verwendet, um eine ausreichende An­ zahl von Null-Eins-Übergängen bzw. Eins-Null-Übergängen sicherzustellen. Dadurch weist jede alternative Bitgruppe mindestens einmal einen Eins-Null-Übergang in ihrer er­ sten Bitgruppenhälfte oder in der zweiten Bitgruppenhälf­ te auf.

In Fig. 2 ist ein Auszug aus einer Tabelle vorgestellt, bei der jeweils vier MCMI-Worte (= acht Bit) zu einer Bitgruppe zusammengefaßt sind. Demgegenübergestellt sind in der zweiten Spalte zugeordnete alternative Bitgrup­ pen. Beide Bitgruppen sind wieder gleich lang und weisen die gleiche Anzahl von binären Nullen und binären Einsen auf. Da nunmehr mehr als zwei CMI-Codeworte zu einer Bit­ gruppe zusammengefaßt werden, ist die Anzahl der zur Ver­ fügung stehenden Bitkombinationen zur Bildung von alter­ nativen Bitgruppen sehr viel größer als die hierzu benö­ tigte Anzahl von Bitgruppen. In vorteilhafter Weise kön­ nen daher die alternativen Bitgruppen so ausgewählt wer­ den, daß in jeder Bitgruppe nur ein CMI-Codefehler mit einem Eins-Null-Übergang enthalten ist. Vorteilhafter Weise ist dieser Codefehler jeweils an gleicher Stelle in der Bitgruppe enthalten, so beispielsweise bei der Fig. 2 an jeweils vorderster Stelle der Bitgruppen.

Hierdurch erleichtert sich vor allem die Synchronisation auf den CMI-Bittakt (Grobsynchronisation) und auf den Bitanfang einer Bitgruppe (Feinsynchronisation). Bei der Grobsynchronisation kann aufgrund der Bitwechsel mittels einer Phasenregelschleife der Bittakt leicht zurückgewon­ nen werden. Teilt man diesen Takt durch zwei, so hat man den Takt des CMI-Signals. Hierbei muß jedoch die Phasen­ lage des CMI-Taktes berücksichtigt werden. Um diese zu finden, wird das ankommende Signal auf CMI-Codefehler un­ tersucht, wobei einmal der zurückgewonnene Empfangstakt und ein hierzu um 180° phasenverschobener Empfangstakt verwendet wird. Stimmt der verwendete Empfangstakt in der Phasenlage nicht mit dem zur Aussendung verwendeten Sen­ detakt überein, so werden beim Decodieren von aufeinan­ derfolgenden CMI-Codeworten "11" und "00" bzw. "11" und "01" die jeweils mittleren Bits als CMI-Codewort 10 de­ tektiert, welches als Codefehler erkannt wird. Der Emp­ fangstakt, der die niedrigere CMI-Codefehlerrate ergibt, die dann praktisch nur noch von der bewußt verwendeten Coderegelfehlerverletzung zur Übertragung eines Zusatzka­ nals herrührt, wird daher zur CMI-Bitsynchronisation ver­ wendet.

Nunmehr werden für jedes CMI-Codewort innerhalb einer Bitgruppe die auftretenden Codefehler ermittelt. Bei Ver­ wendung einer Tabelle mit vier zu einer Bitgruppe zusam­ mengefaßten CMI-Codeworten werden somit vier Zähler benö­ tigt, die die Codefehler an den Stellen des ersten, zwei­ ten, dritten und vierten CMI-Codewortes einer jeweiligen Bitgruppe aufsummieren. Dasjenige CMI-Cddewort, das die meisten "10"-Übergänge aufweist, ist entsprechend der Ta­ belle von Fig. 2 der Anfang der Bitgruppe.

Solange die überwiegende Anzahl von Coderegelverletzungen an dieser einen festen Stelle sind, stört es auch nicht, wenn in einzelnen Fällen die zur Codierung des Zusatzka­ nals vorgesehene Coderegelverletzung an anderer Stelle gesetzt wird bzw. eine weitere Coderegelverletzung noch an anderer Stelle auftaucht. Solche Maßnahmen können un­ ter Umständen erforderlich sein, um die Anzahl möglicher aufeinanderfolgender gleicher Bitsymbole, insbesondere wenn zwei Bitgruppen aufeinanderfolgen, zu vermeiden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen schematische Schaltungsanordnun­ gen für ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine MCMI-Codie­ rung bzw. alternative CMI-Codierung nach Fig. 1 verwendet wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Datenrate eines in ein HDB3-Hauptsignal einzublendenden Zusatzsignals we­ sentlich geringer als die Datenrate des Hauptsignals. Das HDB3-Signal ist einem HDB3/MCMI-Umsetzer 11 und einer Synchronisationseinrichtung 12 zugeführt. Das MCMI-Signal ist dem seriellen Eingang DI eines ersten Schieberegi­ sters 13 zugeführt. Die Ausgänge des Schieberegisters sind mit den ersten vier Eingängen eines Festwertspei­ chers (ROM 14) verbunden. Das Zusatzsignal wird mittels eines von der Synchronisationseinrichtung 12 getakteten Kippgliedes 15 entsprechend der Datenrate des Zusatzsi­ gnals abgetastet und mit dem HDB3-Signal synchronisiert. Der Ausgang des Kippgliedes 15 ist dem fünften Adreßein­ gang A5 des Festwertspeichers 14 zugeführt. Je nach Zu­ stand des Kippgliedes 15 wird auf diese Weise zwischen zwei verschiedenen, in dem Festwertspeicher 14 gespei­ cherten Tabellen, umgeschaltet.

Die Ausgänge des Festwertspeichers 14 sind Parallelein­ gängen eines zweiten Schieberegisters 16 zugeführt. Durch einen Übernahmeimpuls am Ladeeingang L des zweiten Schie­ beregisters 16 werden die ausgegebenen Werte des Fest­ wertspeichers übernommen und anschließend im Takt des MCMI-Signals über den seriellen Ausgang D0 einer opti­ schen Sendestufe 17 zugeführt.

Fig. 4 zeigt ein Leitungsendgerät zum Empfang eines MCMI-codierten Signals mit Zusatzkanal. Ein optischer Empfänger führt das empfangene Gesamtsignal einer Syn­ chronisationsanordnung 22 und einem ersten empfängersei­ tigen Schiebenregister 23 zu. Um auf den Empfang eines CMI-Codewortes zu synchronisieren, verwendet die Erfin­ dung die Erkenntnis, daß das regulär gebildete MCMI-Si­ gnal spätestens alle drei CMI-Codeworte einen Eins-Null- Übergang zwischen zwei CMI-Codeworten aufweist. Bei nicht zu hoher Bitrate im Zusatzkanal erscheinen also die weit­ aus meisten Eins-Null-Übergänge zwischen zwei CMI-Code­ wörtern. Durch Beobachtung der Phasenlage dieser Übergän­ ge ist damit das Ende bzw. der Beginn eines CMI-Codewor­ tes rekonstruierbar. Hieraus wird ein Taktsignal abgelei­ tet, welches dem ersten empfangsseitigen Schieberegi­ ster 23 und einem weiteren empfangsseitigen Schieberegi­ ster 24 zugeführt ist.

Beim vorhandenen Zusatzsignal kann nun das Auftreten ei­ nes Eins-Null-Übergangs zwischen zwei CMI-Codeworten zur Grobsynchronisation auf das Zeitraster der Übertragung der Zusatzkanalzeichen herangezogen werden. Ist der Zu­ satzkanal beispielsweise ein Dienstkanal, bei dem Sprech­ daten übertragen werden, so sind bereits durch bei der Sprechdatenübertragung vorhandenes Rauschen genügend bi­ näre Einsen des Zusatzsignals vorhanden, die eine schnel­ le Synchronisation auf das Zeitraster des Zusatzsignals ermöglichen.

Synchron zu dem Zeitraster des Zusatzsignals erzeugt die Synchronisationsanordnung 22 jeweils zum Beginn einer Bitgruppe einen Ladeimpuls für das zweite empfangsseitige Schieberegister 24. Die Ausgänge des ersten empfangssei­ tigen Schieberegisters 23 sind den Eingängen eines Fest­ wertspeichers 25 zugeführt, in welchem eine Tabelle zur Rückcodierung gespeichert ist. Einer der Ausgänge des Festwertspeichers 25 ist das decodierte Zusatzsignal ab­ greifbar. Es wird mittels eines empfangsseitigen Kipp­ gliedes 26 zeitgerecht mittels des von der Synchronisa­ tionseinrichtung 22 erzeugten Übernahmeimpulses abgetas­ tet und zwischengespeichert.

Die übrigen vier Ausgänge des empfangsseitigen Festwert­ speichers 25 sind dem empfangsseitigen zweiten Schiebere­ gister 24 zugeführt. Durch den jeweiligen Übernahmeimpuls werden sie übernommen und über einen seriellen Ausgang D0-CMI-bittaktweise in einem MCMI/HDB3-Umsetzer 27 einge­ lesen. Dieser MCMI/HDB3-Umsetzer 27 liefert dann an sei­ nen Ausgang das ursprüngliche HDB3-Signal.

Claims (3)

1. Übertragungseinrichtung mit einer transparenten Umcodierung eines HDBn- Signals in ein CMI-Signal, wobei durch Coderegelverletzung des CMI-Signals ein zusätzliches Datensignal übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte CMI-Signal in erste Bitgruppen mit jeweils einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender CMI-Codeworte aufgeteilt wird und jeder ersten Bitgruppe eine alternative Bitgruppe zugeordnet wird, die die Datensymbole der ersten Bitgruppe in umgestellter Reihenfolge enthält, wobei jede Bitgruppe nur einmal vorkommt und daß in Abhängigkeit des zusätzlichen Datensignals eine Bitgruppe aus den ersten Bitgruppen oder eine Bitgruppe aus den alternativen Bitgruppen zur Umcodierung ausgewählt wird.

2. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende CMI-Codeworte zu ei­ ner Bitgruppe zusammengefaßt werden.

3. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei aufeinander folgende CMI-Codeworte zu einer Bitgruppe zusammengefaßt sind, wobei die als alter­ native Bitgruppen ausgewählten Bitgruppen eine Coderegel­ verletzung des CMI-Codes an überwiegend jeweils gleicher Stelle der Bitgruppe enthalten.