DE4035996A1 - Verfahren zur simultanen uebertragung von daten auf einem uebertragungskanal - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur simultanen Übertragung von Daten aus mindestens zwei Datenkanälen auf einem Übertragungskanal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der "French Railway Review", Vol. 2, No. 6, 1984, Sei­ ten 395 bis 400, ist bekannt, beim Zugfernsehen eine Übertra­ gung von Videosignalen von auf einem Bahnsteig montierten Videokameras zu in einer Führerkabine montierten Monitoren mit einer Funkverbindung zu übertragen. Um einen etwa 300 m langen Zug zu überwachen, werden sechs Videokameras in Paaren, deren Blickwinkel entgegengesetzt ist, angeordnet. Eine Video­ kamera deckt somit 50 m des Zuges ab. Für die Übertragung von Bildern einer Kamera ist auf der Funkstrecke eine Bandbreite von etwa 5 MHz erforderlich. Für alle sechs Videobilder würde man also einschließlich eines Bandabstands etwa 36 MHz benöti­ gen. Da der verfügbare Frequenzbereich und der Raum in der Führerkabine begrenzt sind, werden die sechs Bilder auf drei reduziert. Bei jeder Kamera wird dazu die Hälfte des Bildes, die den der Kamera nahegelegenen Zugabschnitt in Großformat abbildet, aus dem Videobild entfernt und die beiden anderen Bildhälften, bei der gewählten Anordnung jeweils die rechte und die linke, zu einem Videobild zusammengefaßt. Durch diese Maß­ nahme reduziert sich die erforderliche Bandbreite auf der Funk­ strecke auf etwa 18 MHz. Sie erfordert allerdings eine aufwen­ dige Synchronisation, und die einzelnen Komponenten zum Senden bzw. Empfangen sind entsprechend der Kanalzahl mehrfach vorzu­ sehen.

Aus der Literatur (K. Steinbuch, W. Rupprecht: "Nachrichten­ technik", Springer-Verlag Berlin - Heidelberg - New York, 1973) ist zur simultanen Übertragung binärer Signale auf einem Über­ tragungskanal das Verfahren der Amplitudenselektion bekannt.

Die erforderlichen binären Signale können aus den Videosignalen mit den bekannten Verfahren der Digitalisierung erhalten wer­ den. Die simultane Übertragung binärer Signale wird bei diesem Verfahren erreicht, indem die einzelnen Signale mit verschiede­ nen Amplituden versehen und zu einem Summensignal überlagert werden. Die Amplituden unterscheiden sich dabei jeweils um eine Zweierpotenz. Das so gewonnene Summensignal kann eine Anzahl diskreter Werte entsprechend der n-ten Potenz zur Basis 2 an­ nehmen, wobei n die Zahl der binären Signale ist. Zur Trennung der binären Signale ist am Ende des Übertragungskanals ein Amplitudenfilter erforderlich, welches auch diese Anzahl ver­ schiedener Amplitudenbereiche unterscheiden kann. Aus diesen Amplitudenbereichen können dann wieder die binären Signale abgeleitet werden. Die Realisierung dieses Verfahrens bereitet Schwierigkeiten, da durch endliche Anstiegs- und Abfallszeiten infolge von Bandbegrenzung des Übertragungskanals Fehlerimpul­ se, Impulsunterbrechungen und Impulsverkürzungen hervorgerufen werden. Die Zahl der simultan übertragbaren Datenkanäle kann weiterhin erhöht werden, wenn das Verfahren der Amplituden­ selektion mit der Selektion durch unterschiedliche Modulations­ verfahren kombiniert wird. Die genannten Nachteile der Ampli­ tudenselektion bleiben dabei aber erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur simultanen Übertragung von Daten auf einem Übertragungskanal zu ermitteln, das auch in bandbegrenzenden Systemen Störungen, wie Fehlerimpulse, Impulsunterbrechungen und Impulsverkürzun­ gen, unterdrückt, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Verfahren der eingangs genannten Art die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Eine vorteil­ hafte Weiterbildung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 2 oder 3 ermöglicht eine besonders einfache Ableitung des Taktsignals vom Informationssignal in einem Empfänger. Das Verfahren nach Anspruch 4 erlaubt die Übertragung mehrerer Informationssignale auf einem Übertragungskanal und damit eine bessere Ausnutzung der Kanalkapazität. In Anspruch 5 ist eine Anordnung angegeben, welche die Durchführung des Verfahrens mit Standardbauelemen­ ten, wie z. B. Digital-/Analog-Umsetzer, erlaubt. Vorteilhaft kann die Erfindung gemäß den Ansprüchen 6 und 7 bei der par­ allelen Übertragung der Bildinformation eines Videobildes über eine Funkstrecke eingesetzt werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die parallele Über­ tragung des der Schrittgeschwindigkeit entsprechenden Takt­ signals die Abtastzeitpunkte in der Empfangseinrichtung auf einfache Weise so gelegt werden können, daß keine Übertragungs­ fehler durch Fehlerimpulse, Impulsunterbrechungen und Impuls­ verkürzungen an den Ausgängen des Amplitudenfilters entstehen. Gegenüber bekannten Datenübertragungsverfahren, bei denen binäre Signale verwendet werden, bietet die Erfindung eine bessere Ausnutzung der Kapazität des Übertragungskanals. Dies wird z. B. bei Amplitudenmodulation des Informationssignals aufgrund des häufig hohen Dynamikumfangs üblicher Übertragungs­ kanäle möglich. Auch auf schmalbandigen Frequenzbereichen kön­ nen somit hohe Übertragungsraten erreicht werden. Bei dem auf­ grund der Verwendung eines einheitlichen Taktes synchronen Übertragungsverfahren kann in der Empfangseinrichtung auf einen Taktgenerator verzichtet werden. Es ist bei allen für analoge Signale geeigneten Modulationsverfahren anwendbar. Weist das Taktsignal in einem durch Überlagerung gebildeten Informations­ signal von den beteiligten binären Signalen die größte Ampli­ tude auf, so wird eine ideale Unterdrückung von Fehlerimpulsen nach der Übertragung erreicht. Mehrere Informationssignale kön­ nen gleichzeitig über einen Übertragungskanal übertragen wer­ den, wenn je Informationssignal unterschiedliche Modulations­ verfahren angewendet werden. Das Taktsignal ist dann auch ge­ trennt von einem durch Überlagerung gebildeten Informations­ signal mit eigenem Modulationsverfahren übertragbar. Besonders vorteilhaft kann die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 6 und 7 bei der Übertragung der Bild­ informationen von Videobildern über eine Funkstrecke angewendet werden, da hier in einem Frequenzbereich, den sonst die analoge Übertragung eines einzigen Bildes benötigen würde, mehrere Bilder entsprechend der Zahl der Datenkanäle gleichzeitig übertragen werden können.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert. Die Figur zeigt eine Sende- und eine Empfangseinrichtung zur simultanen Übertragung von Videobildern.

Videokameras K1 . . . Kn sind verbunden mit Codierern C1 . . . Cn, die alle von einem einheitlichen Taktsignal T versorgt werden. Ausgänge D1 . . . Dn der Codierer C1 . . . Cn werden gemeinsam mit dem Takt T zu einem Bus DB zusammengefaßt, der Eingangssignale für einen Digital-/Analog-Umsetzer DAU bildet. Dieser liefert ein Informationssignal S, das über einen Modulator MOD auf einen Übertragungskanal K gegeben wird. An den Übertragungs­ kanal K ist ein Demodulator DEM angeschlossen, an dessen Aus­ gang ein empfangenes Informationssignal E auftritt, das auf einen Analog-/Digital-Umsetzer ADU geführt ist. Empfangsdaten ED1 . . . EDn sowie ein Empfangstakt ET, die an den Ausgängen des Analog-/Digital-Umsetzers anliegen, werden auf Decoder DEC1 . . . DECn geführt, welche mit Bildspeichern BS1 . . . BSn, an denen wiederum Monitore M1 . . . Mn angeschlossen sind, verbunden sind.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist z. B. beim Zugfernsehen anwendbar. Die Kameras K1 . . . Kn nehmen Bilder des Zuges auf und geben sie an Codierer C1 . . . Cn in Form von Videosignalen weiter. Hier werden sie digitalisiert und eventuell einer Datenkompression, die z. B. mit der diskreten Cosinus-Trans­ formation erfolgen kann, unterzogen. Die Bildinformation der Videobilder der Kameras C1 . . . Kn liegt nun in codierter Form an den Ausgängen der Codierer C1 . . . Cn als Daten D1 . . . Dn der Datenkanäle vor. Durch die Zuführung des Taktsignals T zu allen Codierern C1 . . . Cn wird erreicht, z. B. indem es dort auf den Takteingang eines Ausgangsschieberegisters gelegt ist, daß die Daten D1 . . . Dn eine einheitliche Schrittgeschwindig­ keit aufweisen und synchron ausgegeben werden. Der Digital-/ Analog-Umsetzer dient zur Überlagerung der binären Datensignale D1 . . . Dn und des Taktes T zum Informationssignal S derart, daß eine Amplitudenselektion ermöglicht wird. Dazu werden z. B. das Datensignal D1 auf den digitalen Eingang für das niederwertig­ ste Bit, das Datensignal D2 auf den digitalen Eingang für das nächst höherwertige Bit usw. gelegt. Die Datensignale D1 . . . Dn und das Taktsignal T werden also durch den Digital-/Analog- Umsetzer DAU zu dem Informationssignal S überlagert und dort durch Signalanteile repräsentiert, die sich jeweils in ihrer Amplitude um eine Zweierpotenz unterscheiden. Demgemäß weist das Informationssignal S 2ⁿ + 1 diskrete Amplitudenbereiche auf. Die Erfindung ist ohne Einschränkungen aber auch mit anderen Amplitudenverhältnissen anwendbar. Der Pegel des Informationssignals S sollte so gewählt werden, daß sein Maximalwert dem maximalen Modulationshub des Modulators MOD entspricht. Als Modulationsverfahren, nach denen der Modulator MOD und der Demodulator DEM arbeiten, kommen all die in Frage, die für die Übertragung analoger Signale geeignet sind. Das ist z. B. möglich mit Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulation eines Sinusträgers. Der Einfachheit halber ist in dem Ausfüh­ rungsbeispiel nur ein Informationssignal S dargestellt, erfin­ dungsgemäß können aber auch mehrere Informationssignale gleich­ zeitig über den Kanal K übertragen werden, wobei der Sinus­ träger dann aber mit kombinierten Modulationsverfahren, z. B. Amplituden- und Phasenmodulation, moduliert wird. Der Über­ tragungskanal kann z. B. repräsentiert werden durch eine Funk­ strecke, Kabel, Lichtwellenleiter, Infrarotübertragung oder andere Übertragungsstrecken. Der Demodulator DEM gewinnt aus dem modulierten Empfangssignal das empfangene Informations­ signal E. Mit Hilfe des Analog-/Digital-Umsetzers ADU werden aus ihm die Empfangsdaten ED1 . . . EDn und der Empfangstakt ET abgeleitet. Entsprechend der Belegung des Digital-/Analog- Umsetzers sind die Empfangsdaten ED1 am Ausgang für das nieder­ wertigste Bit und der Empfangstakt ET am Ausgang für das höchstwertige Bit abgreifbar. Die Empfangsdaten können einer nicht dargestellten Impulsformung oder Filterung unterzogen werden. Die Decoder DEC1 . . . DECn, deren Eingangsschiebe­ register alle mit dem Empfangstakt ET getaktet werden, formen aus den eventuell komprimierten Empfangsdaten ED1 . . . EDn wieder die Bildinformation, die in den Bildspeichern BS1 . . . BSn zur Erzeugung von Bildern auf den Monitoren M1 . . . Mn abgelegt wird. Das in den Decodern DEC1 . . . DECn verwendete Decodierverfahren entspricht dabei natürlich dem Codier­ verfahren, nach dem die Codierer C1 . . . Cn arbeiten.

Claims (7)

1. Verfahren zur simultanen Übertragung von Daten oder binären Signalen gleicher Amplitude (D1 . . . Dn) aus mehreren Daten­ kanälen, bei dem aus den binären Signalen gleicher Amplitude binäre Signale unterschiedlicher Amplitude gleicher Schritt­ geschwindigkeit und durch deren Überlagerung ein Informations­ signal (S) gebildet wird, aus dem nach der Übertragung über einen Übertragungskanal durch Amplitudenselektion die binären Signale gleicher Amplitude zurückgewonnen werden, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß als ein weiteres binäres Signal ein der Schrittgeschwin­ digkeit entsprechendes Taktsignal (T) übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß ein Informationssignal (S) durch Überlagerung der binären Signale und des Taktsignals jeweils unterschiedlicher Ampli­ tude gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß das Taktsignal in dem durch Überlagerung mit den binären Signalen unterschiedlicher Amplitude gebildeten Informations­ signal (S) die größte Amplitude aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß je Informationssignal (S) unterschiedliche Modulations­ verfahren zur Übertragung angewendet werden.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß in einer Sendeeinrichtung je Informationssignal (S), das durch Überlagerung binärer Signale gebildet wird, ein Digi­ tal-/Analog-Umsetzer (DAU) vorhanden ist, an dessen Daten­ eingängen eine Leitung je Datenkanal (D1 . . . Dn, T) ange­ schlossen ist und dessen analoger Ausgang auf einen Modulator (MOD) geführt ist, der dem Übertragungskanal (K) vorgeschal­ tet ist,
• - und daß in einer Empfangseinrichtung ein Demodulator (DEM) vorhanden ist, dem je Informationssignal (S), das durch Überlagerung binärer Signale gebildet wurde, ein Analog-/ Digital-Umsetzer (ADU) zur Amplitudenselektion nachgeschaltet ist, an dessen Datenausgängen die Daten (ED1 . . . EDn, ET) jeweils eines Datenkanals abgreifbar sind, die mit Hilfe des Taktsignals (ET) als Daten eines der Datenkanäle abgetastet werden können.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß der Übertragungskanal (K) eine Funkstrecke ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß die Daten (D1 . . . Dn) eines Datenkanals die Bildinforma­ tion eines Videobildes darstellen.