DE60301384T2

DE60301384T2 - Verfahren zur Übertragung von Paketen mit zwei verschiedenen Leitungscodes und geeigneter Sender und Empfänger

Info

Publication number: DE60301384T2
Application number: DE60301384T
Authority: DE
Inventors: Dr. Wolfram Lautenschläger
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2023-03-01
Also published as: DE60301384D1; US20040170242A1; US7340022B2; EP1453239A1; ATE303024T1; EP1453239B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Paketen, die einen Synchronisationsteil und einen Nutzdatenteil umfassen.
Ein Verfahren ist aus der US-Patentanmeldung US 6,064,705 bekannt, die ein Codiersystem beschreibt, das Übertragungspakete verwendet, die einen Start des Rahmens beinhalten, gefolgt von dem codierten Datenwert, gefolgt von einem Ende des Rahmens, wobei die Codierung des Starts des Pakets und die Codierung des Endes des Pakets von der Datenwertcodierung verschieden ist.
Optische Netzwerke sehen sich zunehmendem Bandbreitenbedarf und abnehmender Faserverfügbarkeit gegenüber. Basierend auf dem Erscheinen der optischen Schicht in Transportnetzwerken bieten optische Netzwerke höhere Kapazität und verringerte Kosten. Wie bei jeder neuen Technologie ergeben sich viele Herausforderungen. Bitsynchronisation und Leistungsanpassung beim Empfangen paketierter Daten erfordern eine Bitsynchronisationssequenz. Diese Notwendigkeit einer Bitsynchronisationssequenz hat eine Begrenzung von Durchsatz bzw. Flexibilität beim Übertragen kurzer Pakete – wie von Internetpaketen – zur Folge.
Zum Übertragen serialisierter paketierter Daten ist eine Codierung notwendig. Diese Codierung muss geeignet sein, Daten kompakt zu codieren, sowie geeignet sein für die Datentransportschicht hinunter durch die physikalische Schicht, d.h. das optische Mittel und die verwendeten Komponenten.
Ein derartiges Verfahren der Übertragung serialisierter paketierter Daten ist aus Mouly und Pautet, „The GSM System for Mobile Communications", 1992, CELL & SYS., Seiten 231–248 bekannt, wobei ein normaler Burst dahingehend beschrieben wird, dass er zwei Pakete enthält, die eine Lern- (oder Synchronisations-) -Sequenz einfassen. Die Übertragung der NR7-Bitfolge durch Umwandeln derselben in Synchronisiationsdaten ist aus PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Bd. 015, Nr. 114 (E-1047) und JP 03 006142 A bekannt.
Codierung ohne Nulldurchgang (Non-return to zero, NRZ) wird gängigerweise in Niedriggeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellen für sowohl synchrone als auch asynchrone Übertragung verwendet. Bei Verwendung von NRZ wird ein Bit mit einer logischen 1 als ein hoher Wert und ein Bit mit einer logischen 0 als ein niedriger Wert gesendet, dargestellt in 1.
Ein Problem entsteht bei Verwendung von NRZ zum Codieren einer synchronen Verbindung, die lange Läufe aufeinander folgender Bits mit demselben Wert aufweisen kann. Im Ethernet beispielsweise gibt es keine Kontrolle über die Anzahl der Einsen oder Nullen, die nacheinander gesendet werden dürfen. Potenziell könnte es tausende Einsen oder Nullen in Folge geben. Enthalten die codierten Daten lange ,Läufe' logischer Einsen oder Nullen, resultiert dies nicht in irgendwelchen Bitübergängen. Der Mangel an Übergängen hindert den Empfänger daran, den Takt zuverlässig zu regenerieren, wodurch es unmöglich gemacht wird, die Grenzen der empfangenen Bits am Empfänger zu erkennen. Dies ist der Grund, warum z.B. in Ethernet-LANs Manchester-Codierung verwendet wird.
Manchester-Codierung ist eine Synchrontaktcodiertechnik, die oft in der physikalischen Schicht verwendet wird, um den Takt und die Daten eines synchronen Bitstroms zu codieren. Bei dieser Technik werden die eigentlich zu übertragenden Binärdaten nicht als eine Folge logischer Einsen und Nullen übertragen. Stattdessen werden die Bits in ein geringfügig unterschiedliches Format umgesetzt, das gegenüber der Verwendung direkter Binärcodierung eine Reihe von Vorteilen aufweist. Manchester-Codierung folgt der Regel, dass eine ursprüngliche logische Null durch einen Wechsel von 0 auf 1 codiert wird (Aufwärtsübergang in der Bitmitte) und eine logische 1 durch einen Wechsel von 1 auf 0 codiert wird (Abwärtsübergang in der Bitmitte).
Das Diagramm in der 1, die den allgemeinen Stand der Technik erläutert, zeigt ein Zeitdiagramm, wobei die Bitfolge 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1 im oberen Teil A Manchester-codiert und im unteren Teil B NRZ-codiert ist.
Alternativ kann Manchester-Codierung als eine Phasencodierung angesehen werden, bei der jedes Bit durch eine positive 90-Grad-Phasenverschiebung oder eine negative 90-Grad-Phasenverschiebung codiert wird. Der Manchester-Code ist daher auch als ein Biphasencode bekannt.
Ein Manchester-codiertes Signal enthält häufige Pegelübergänge, die es dem Empfänger gestatten, das Taktgebersignal mithilfe z.B. einer digitalen eingerasteten Phasenregelschleife (Digital Phase Locked Loop, DPLL) zu extrahieren und den Wert und das Timing jedes Bits korrekt zu decodieren. Um einen zuverlässigen Betrieb unter Verwendung eines DPLL zu ermöglichen, muss der übertragene Bitstrom eine hohe Dichte von Bitübergängen enthalten. Manchester-Codierung stellt dies sicher, wobei sie dem empfangenden DPLL ermöglicht, das Taktgebersignal korrekt zu extrahieren.
Der Preis für das Einführen häufiger Übergänge ist der, dass das Manchester-codierte Signal mehr Bandbreite als das NRZ-codierte Signal verbraucht. Bei einem 10-Mbit/s-LAN liegt das Signalspektrum zwischen 5 und 10 MHz. Manchester-Codierung wird als die physikalische Schicht eines Ethernet-LAN verwendet, wobei die zusätzliche Bandbreite kein signifikantes Problem ist. Beispielsweise wird das Bitmuster 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1 zu 01, 10, 10, 10, 10, 01, 01, 10 codiert. Ein anderes, eigenartigeres Beispiel ist das Muster 1, 0, 1, 0, 1, das zu 10, 01, 10, 01, 10 codiert wird, was auch als „1 00 11 00 11 0" betrachtet werden kann. Somit wird bei einem 10-Mbit/s-Ethernet-LAN die Präambelfolge in eine 5-MHz-Rechteckschwingung codiert, d.h ein Halbzyklus in jedem 0,1-Mikrosenkunden-Bitzeitraum.
Leitungscodierung ist ein Prozess des Modifizierens eines Quellsignals, um ordnungsgemäßen Signalempfang in Gegenwart von Übertragungsbeeinträchtigungen zu erleichtern. In optischen Systemen, die optische Intensitätsmodulation einsetzen, sind Bitfolgenunabhängigkeit, geringer Niederfrequenzgehalt, Übertragung adäquater Zeitinformationen, hohe Effizienz, niedrige Fehlermultiplikation und niedriger systematischer Jitter usw. die geforderten Merkmale von Leitungscodes. Da gegenwärtig alle praktischen Systeme optische Intensitätsmodulation einsetzen, ist der Leitungscode im Wesentlichen unipolar. Bei Lichtwellenleiterübertragung werden binäre Leitungscodes wegen der systemimmanenten Nichtlinearität optischer Medien gegenüber Mehrpegelcodes bevorzugt.
Ein typischer optischer Sender besteht aus einem digitalen Gerät, das die Daten oder Nutzdaten bereitstellt. Die Daten werden zum Betreiben eines Lasers oder Modulators codiert und serialisiert, um einen modulierten Laserstrahl zu erhalten, d.h. Serialisierung und elektrisch-optische Umwandlung.
Betonung wird auf die Tatsache gelegt, dass die serialisierten Daten eine obere Frequenzgrenze aufweisen, die am Grenzwert der zugrunde liegenden Technologie liegen kann, und dass eine Ausweitung dieses Grenzwertes eine nicht tolerable Zunahme der Kosten verursachen würde.
Der Empfänger kehrt diesen Vorgang, d.h. optisch-elektrische Umwandlung und Deserialisierung, mit ähnlichen Einschränkungen um, d.h. dem Geschwindigkeitsgrenzwert der beteiligten Komponenten.
Die Erfindung wirkt nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs für das Übertragen von Paketen, die einen Synchronisationsteil und einen Nutzdatenteil aufweisen, das Senden eines Synchronisationsteils, das Detektieren des Synchronisationsteils und das Synchronisieren und Anpassen des Empfängers zum Empfangen des Nutzdatenteils.
Im Burstmodus, d.h. wenn mehrere Pakete mit zufälliger Länge und zufälliger Ankunftszeit übertragen werden, sieht sich der Empfänger zwei Anpassungsanforderungen gegenüber:

(a) eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Leistungspegel von Paket zu Paket und
(b) eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Bittaktphasen von Paket zu Paket.

Beide Anforderungen resultieren in einem Übergangsvorgang mit einer gewissen Übergangsdauer im Hinblick sowohl auf Amplitude als auch auf Bitphase. Am Anfang jedes Pakets – während der Übergangsphase – ist ein Empfänger nicht in der Lage, empfangene Daten korrekt zu interpretieren. Um diesem Umstand gerecht zu werden, ist eine Bitsynchronisationssequenz vor dem Paket erforderlich, um den Übergangsvorgang vor Ankunft irgendeines relevanten Datenbits auszugleichen.
Die Übergangsvorgänge im Empfänger weisen untere Grenzen auf. Sie müssen groß genug sein, um keine Übergangsvorgänge durch reguläre Datenmuster zu verursachen. Es besteht eine Beziehung zwischen Datenrate, Übergangszeiten und der Länge einer Bitsynchronisationssequenz.
Hinsichtlich des Durchsatzes geht die Bitsynchronisationssequenz verloren, und wenn sie von fester Länge ist, ist der prozentuale Verlust um so größer, je kleiner die Pakete sind.
Zur Überwindung dieses Dilemmas sind zwei Lösungen bekannt:

(1) Vornehmen einer strikten Leitungscodierung des gesamten Datenpakets, die selbst bei einer kleinen Anzahl von Bits alternierend (gleichstromfrei) ist, z.B. Manchester-Codierung. Dies würde es gestatten, die Übergangszeit auf ein Minimum zu reduzieren um den Preis des Verlustes der halben Datenrate.
(2) Eine variable (oder umschaltbare) Übergangszeit. Kurzer Übergangsvorgang während der Bitsynchronisationssequenz, aber lange Haltezeit während des Datenpakets. Die Änderung der Übergangszeit muss innerhalb des Zeitrahmens der Bitsynchronisationssequenz abgeschlossen sein, was also eine neue Zeitbedingung zur Folge hat: Die Änderung oder Umschaltung der Übergangszeit wird durch einen Start des Paketdetektors ausgelöst. Somit kann die Bitsynchronisationssequenz nicht kürzer als die Verzögerung beim Start des Paketdetektionspfades sein.

Lösungen bezüglich der Taktwiederherstellung und zum Anpassen des Amplitudenpegels sind bereits verfügbar, z.B. die europäische Patentanmeldung EP 1 221 781 .
Die Änderung der Übergangszeit muss innerhalb des Zeitrahmens der Bitsynchronisationssequenz abgeschlossen sein, wodurch eine neue zeitliche Einschränkung erzeugt wird. Die Änderung oder Umschaltung der Übergangszeit wird durch einen Detektor ausgelöst, der den Start eines Pakets erkennt. Dies ist der Grund, warum die Bitsynchronisationssequenz nicht kürzer als die Verzögerung beim Start des Paketdetektionspfades sein kann.
Diese Erfindung zielt auf das Problem des Verbesserns des (asynchronen und synchronen) Codierungsausgleichs für Burstübertragung und Burstvermittlung. Bitsynchronisation und Leistungsanpassung beim Paketstart erfordern eine Bitsynchronisationssequenz. Die Notwendigkeit einer Bitsynchronisationssequenz hat eine Begrenzung von Durchsatz bzw. Flexibilität beim Übertragen kurzer Pakete zur Folge.
Die Verwendung von Manchester-Codierung oder anderer starker Leitungscodierung weist den Nachteil des Verlustes etwa der halben Datenrate auf, falls die Bandbreite feststehend ist. Die Beobachtung ist, dass starke Leitungscodierung für kleine Pakete gut geeignet scheint, bei denen die Vermittlung das wichtigere Ziel ist.
Umschaltbares Timing am Empfänger weist den Nachteil eines Steuersignals für die Zeitkonstantenumschaltung auf, die eine zeitliche Einschränkung für die Bitsynchronisationssequenz verursacht. Die ist für große Pakete gut, bei denen der Durchsatz das wichtigere Ziel ist.
Diese Probleme und Beschränkungen werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 überwunden. Die Anpassung und die Decodierung kann abhängig vom empfangenen Signalmuster oder zeitabhängig sein. Die zweite Codierung kann weitere Codierungen umfassen.
Diese Probleme und Beschränkungen werden durch einen Sender nach Anspruch 5 überwunden.
Dementsprechend werden diese Probleme und Beschränkungen durch einen Sender nach Anspruch 6 überwunden.
Diese Probleme und Beschränkungen werden außerdem durch ein optische Vernetzungselement nach Anspruch 7 oder 8 überwunden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Codierschema für optische Paketübertragung bereitzustellen, das eine Empfängeranpassung für Nicht-Burstübertragung und Burstübertragung bei geringen Bandbreitenkosten gestattet.
Es ist eine Aufgabe und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung beim Übertragen sehr kurzer Pakete, z.B. von TCP/IP-ACK-Paketen, dass der Durchsatz mindestens nahezu die halbe Bitrate beträgt. Diese Pakete werden vollständig z.B. in Manchester-Codierung übertragen.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, sehr lange Pakete oder sogar unendlich lange Pakete mit einem Durchsatz zu übertragen, der nahezu gleich der Bitrate ist, da nach den anfänglichen Teilen der Rest des Pakets z.B. NRZ-codiert ist.
Ein weitere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Steuerpfad-Zeitverzögerung und die entsprechende Unempfindlichkeitsreserve für diese Verzögerung nicht mehr im kritischen Pfad für die ersten relevanten Datenbits liegen. Sogar Pakete kürzer als diese Verzögerungszeit können empfangen werden.
Diese und viele andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann auf dem Fachgebiet bei Betrachtung der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung offensichtlich.
In anderen Worten ist es die Erfindung, mehrere Codierungen zu verwenden, eine für einen Trailer und eine für den Rest.
Die Erfindung ist ein Paketformat, das eine sehr kurze Bitsynchronisationssequenz, gefolgt von z.B. Manchester-codierten Daten für einen gewissen Zeitrahmen, die für das Vornehmen der Timingumschaltung erforderlich sind, und gefolgt vom Rest der Daten z.B. in normaler NRZ-Codierung umfasst.
Die Manchester-Codierung des ersten Abschnitts ist vorzugsweise in einer Weise durchzuführen, dass ein Manchester-codiertes Bit in einen Zeitrahmen von 2 Bits des normalen NRZ-Signals abgebildet wird.
Die Manchester-Codierung kann in dem digitalen Gerät bei niedrigen Bitraten erfolgen. Daher besteht keine Notwendigkeit für Codiervorgänge im Hochfrequenzteil. Die obere Frequenzgrenze des sequenziellen Signals ist dieselbe sowohl für den Manchester-codierten als auch den NRZ-codierten Teil. Somit besteht keine Notwendigkeit für Bandbreitenerweiterung.
Der Manchester-codierte Abschnitt ist nahezu frei von Niederfrequenzanteilen. Dies ermöglicht kurze Zeitkonstanten im Empfänger für die Bitsynchronisationssequenz und während des Abschnitts mit Manchester-codierten Daten. Somit besteht keine Notwendigkeit für zeitkritisches Umschalten von Zeitkonstanten vor irgendwelchen relevanten Datenbits. Der Vorteil wird erkauft durch den nur halben Durchsatz im Vergleich zur Bitrate während der Trailerübertragung.
Das Umschalten des Timings ist verglichen mit der Bitrate ein eher sanfter Übergang. Für dessen Implementierung sind nicht nur Abtast-Halte-Gatter verfügbar, sondern auch Regelverstärker usw.
1 ist eine schematische Zeichnung, die den allgemeinen Stand der Technik der Codierung darstellt.
2 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Struktur und den Empfangsprozess eines serialisierten Paketformats nach Stand der Technik darstellt.
3 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Struktur und den Empfangsprozess eines serialisierten Paketformats gemäß der Erfindung darstellt.
4 ist eine schematische Zeichnung eines Senders und Empfängers gemäß der Erfindung.
5 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Codierung eines Paketformats nach Stand der Technik und mit dem serialisierten Paketformat gemäß der Erfindung vergleicht.
6 ist ein Spektralleistungscharakteristikdiagramm, das den Vorteil der Erfindung veranschaulicht.
2 zeigt ein serialisiertes Paket P über der Zeitachse T. Das serialisierte Paket P umfasst eine Bitsynchronisationssequenz sync, die eine Unempfindlichkeitsreserve rob und eine Datensequenz dat umfasst, z.B. Header und Nutzdaten eines Internetpakets.
Der Paketempfangsprozess ist durch die Zahlenmarken 1, 2, 3, 4 auf der Zeitachse T entsprechend den Zeiten dargestellt.
Bei der ersten Marke 1 kommt das serialisierte Paket am Empfänger an. Innerhalb der Bitsynchronisationssequenz detektiert der Empfänger den Start des Pakets P und leitet die Signaleigenschaften ab, z.B. Phase, Takt und Intensität. Innerhalb des Zeitintervalls, das von der Bitsynchronisationssequenz sync und der Unempfindlichkeitsreserve rob überspannt wird, hat sich in dem Beispiel an der zweiten Marke 2 der Empfänger an die Signaleigenschaften angepasst oder ist darauf kalibriert, z.B. das Timing des Empfängers. Die Anpassung muss an der dritten Marke 3 fertiggestellt sein, wenn die Datensequenz dat startet. Dann muss der Empfänger die übertragenen Daten decodieren, bis das Paket an der vierten Marke 4 endet.
Die Figur stellt ferner das kürzestmögliche Paket durch die Pfeilmarken sp dar, das die Bitsynchronisationssequenz sync, die Unempfindlichkeitsreserve und eine kleine Datensequenz umfasst.
3 zeigt ein serialisiertes Paket P' über der Zeitachse T gemäß der Erfindung. Das serialisierte Paket P' umfasst eine Bitsynchronisationssequenz sync', gefolgt von einer ersten Datensequenz dat1, die eine Unempfindlichkeitsreserve rob' umfasst, und gefolgt von einer Datensequenz dat2.
Der Paketempfangsprozess ist durch die Zahlenmarken 1', 2', 3', 4', 5' und 6' auf der Zeitachse T entsprechend den Zeitstempeln dargestellt. Bei der ersten Marke 1 kommt das serialisierte Paket an einem Empfänger an. Innerhalb der Bitsynchronisationssequenz detektiert der Empfänger den Start des Pakets P' und passt sich an die Signaleigenschaften an, z.B. Phase, Takt und Intensität, Codierung usw. Innerhalb des Zeitintervalls, das von der Bitsynchronisationssequenz sync' überspannt wird, hat sich in dem Beispiel an der zweiten Marke 2' der Empfänger gemäß den Signaleigenschaften angepasst, z.B das Timing des Empfängers usw. Eine langsame Anpassung muss an der dritten Marke 3' fertiggestellt sein, wenn die erste Datensequenz dat1 startet. Dann muss der Empfänger die übertragenen Daten decodieren, bis die erste Datensequenz dat1 an Marke 5' endet. Innerhalb dieses Intervalls kann der Empfänger ferner Charakteristika anpassen, ermöglicht durch die Codierung von dat1. Innerhalb des Zeitintervalls, das von der Unempfindlichkeitsreserve rob' überspannt wird, muss der Empfänger an die Empfangscharakteristika angepasst werden, d.h. im Beispiel an Marke 4'. An Marke 5' beginnt die zweite Datensequenz und der Empfänger (zu beachten ist, dass der Empfänger an diesem Punkt bereits synchronisiert ist) beginnt die zweite Datensequenz dat2 zu dekodieren, bis das Paket an Marke 6' endet.
Die Figur stellt ferner das kürzestmögliche Paket durch die Pfeilmarken sp' dar, das die Bitsynchronisationssequenz sync', eine kleine erste Datensequenz dat1 umfasst.
4 zeigt eine schematische Zeichnung eines optischen Übertragungssystems, das eine Sendeeinheit S, eine Sendersteuereinheit SC, einen Elektrisch-Optisch-Wandler C1, einen Optisch-Elektrisch-Wandler C2, eine Empfangseinheit R, eine Paketdetektoreinheit PD und eine Empfängersteuereinheit RC umfasst.
Die Sendeeinheit S muss einen Sendedatenstrom IN in Signale codieren, die den Elektrisch-Optisch-Wandler C1 betreiben.
Daher muss die Sendeeinheit S von der Sendersteuereinheit SC gesteuert werden, die den Sender z.B. anweist, wie ein Datenpaket zu codieren ist, d.h. umsetzen eines Stücks Daten in ein Lieferformat, wie in 3 beschrieben. Der Elektrisch-Optisch-Wandler C1 setzt das Signal in ein optisches Signal um, das anschließend zum Optisch-Elektrisch-Wandler C2 übertragen wird. Der Optisch-Elektrisch-Wandler C2 setzt das empfangene optische Signal, das durch Transporterscheinungen wie chromatische Dispersion und Attenuation geändert ist, in ein elektrisches Signal für die Empfangseinheit R um. Um die Transporterscheinungen zu bewältigen, muss der Empfänger das elektrische Signal in solch einer Weise interpretieren, dass das Originalstück Daten rekonstruiert und durch einen Empfangsdatenstrom OUT geliefert wird. Somit müssen der Empfänger und der Sender ein gemeinsames Codierschema nutzen. Die Verwendung des in 3 beschriebenen serialisierten Paketformats versetzt die Paketdetektoreinheit PD in die Lage, den Start einer Paketsequenz zu erkennen. Die Paketdetektoreinheit PD informiert die Empfängersteuereinheit RC über ein Paketstartereignis und Signalverzerrungen z.B. durch Analysieren der in 3 beschriebenen Synchronisationssequenz. Somit ist die Empfängersteuereinheit RC in die Lage versetzt, die Empfangseinheit zu steuern, z.B. Timing, Amplitudenpegel, Phasenverschiebungen usw. und insbesondere die Decodierung entsprechend anzupassen. Bei dem in 3 gezeigten serialisierten Paketformat ist die Steuereinheit mit dieser Systemarchitektur insbesondere in der Lage, die Decodierung an den Zeitmarken 2' und 5' anzupassen, wobei sichergestellt wird, dass die erste Datensequenz dat1 unter Verwendung einer ersten Decodierung decodiert wird und die zweite Datensequenz dat2 unter Verwendung einer zweiten Decodierung decodiert wird.
5 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Codierung einer Beispiel-Datensequenz 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1 unter Verwendung der serialisierten Paketformate vergleicht, die in 2 und 3 beschrieben sind. Die Synchronisationssequenz 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 ist angenommen.
Der obere Teil des Zeitdiagramms zeigt eine einfache Codierung ohne Nulldurchgang gemäß der Beschreibung von 2. Die Zeitachse T ist in Abschnitte unterteilt, die durch vertikale gestrichelte Linien gekennzeichnet sind. Innerhalb eines Abschnitts ist das in Codierung ohne Nulldurchgang codierte Signal konstant hoch oder niedrig. Das resultierende Signal Seq weist eine Synchronisationssequenz (Präfix) sync auf, die aus vier alternierenden, aufeinander folgenden Paaren Hoch-Abschnitt – Niedrig-Abschnitt besteht. Diese Synchronisationssequenz (Präfix) sync umfasst eine Unempfindlichkeitsreserve rob und wird gefolgt von der Datensequenz dat, die in die Abschnittspegelsequenz hoch, hoch, niedrig, hoch, niedrig, niedrig, hoch, hoch, hoch, niedrig, hoch codiert ist gemäß der Regel, dass eine ,1' in einen Hoch-Abschnitt und eine ,0' in einen Niedrig-Abschnitt umgesetzt wird.
Der untere Teil des Zeitdiagramms zeigt eine Codierung gemäß der Beschreibung von 3, also eine Anwendung der Erfindung. Wie im oberen Teil ist die Zeitachse T in Abschnitte unterteilt, die durch die vertikalen gestrichelten Linien gekennzeichnet sind. In diesem Beispiel ist die Synchronisationssequenz sync' und die erste Datensequenz dat1, z.B. ein Paketheader, Manchester-codiert, wobei ein Codierungsabschnitt für ein Bit zwei Zeitabschnitte umfasst. Das resultierende Signal Seq' weist eine verkürzte Synchronisationssequenz (Präfix) sync' auf, die aus zwei alternierenden, aufeinander folgenden Abschnitten besteht. Diese Synchronisationssequenz (Präfix) sync' wird gefolgt von der ersten Datensequenz dat1, die die Bitfolge 1, 1, 0, 1 in Manchester-Codierung umfasst, also Abfallflankenabschnitt, Abfallflankenabschnitt, Anstiegsflankenabschnitt, Abfallflankenabschnitt. Die erste Datensequenz dat1 umfasst eine Unempfindlichkeitsreserve rob' und wird gefolgt von einer zweiten Datensequenz dat2, die in die Abschnittspegelsequenz niedrig, niedrig, hoch, hoch, hoch, niedrig, hoch codiert ist gemäß der Codierung ohne Nulldurchgang.
Das Diagramm veranschaulicht die Vorteile der Erfindung, dass nämlich kurze Pakete schneller übertragen werden. Die Manchester-Codierung des Präfixes wird derart durchgeführt, das ein Manchester-codiertes Bit in zwei Abschnitte oder Zeitrahmen von 2 Bits des ohne Nulldurchgang codierten Teils abgebildet wird. Dieses Codierschema weist insbesondere folgende vorteilhafte Merkmale auf: Die Manchester-Codierung kann in dem digitalen Gerät bei niedrigen Bitraten erfolgen. Die obere Frequenzgrenze des sequenziellen Signals ist dieselbe sowohl für den Manchester-codierten als auch den NRZ-codierten Teil. Der Manchester-codierte Abschnitt ist nahezu frei von Niederfrequenzanteilen. Dies ermöglicht kurze Zeitkonstanten im Empfänger nicht nur während der Bitsynchronisationssequenz sondern auch während des Abschnitts mit Manchester-codierten Daten. Der Vorteil kostet nur den halben Durchsatz im Vergleich zur Bitrate während der Headerübertragung.
6 zeigt ein Spektralleistungscharakteristikdiagramm, das die Anpassung der Empfängercharakteristika für ohne Nulldurchgang codierte Signale und Manchester-codierte Signale veranschaulicht, dargestellt durch den mit F bezeichneten Rechtspfeil. Die x-Achse des Diagramms ist die normierte Frequenz. Die y-Achse des Diagramms ist die Spektralleistung, dargestellt durch den mit E bezeichneten Aufwärtspfeil. Die Charakteristik für Codierung ohne Nulldurchgang ist mit N bezeichnet und die Charakteristik für Manchester-Codierung ist mit M bezeichnet. Ebenfalls gezeigt sind zwei Empfängerspektralcharakteristika, eine erste Empfängercharakteristik R1, die für Manchester-codierte Daten optimiert ist, und eine zweite Charakteristik R2, die für Codierung ohne Nulldurchgang optimiert ist.
Das Umschalten der Übergangsdauer (oder Empfängercharakteristika) ist verglichen mit der Bitrate ein eher sanfter Übergang. Für dessen Implementierung sind nicht nur Abtast-Halte-Gatter verfügbar, sondern auch verstärkungsgeregelte Verstärker usw.
Manchester-Codierung und NRZ sind lediglich Beispiele für Codierungen. Statt Manchester-Codierung kann ein beliebiges anderes Codierschema angewendet werden, das eine sachgerechte Bandlücke bei niedrigeren Frequenzen erzeugt. Statt reinen NRZ-Codes kann ein beliebiges anderes Codierschema angewendet werden, das in einer hohen Kanalausnutzung resultiert.
Zwar ist es naheliegend, den Manchester-Codierungs-Teil auf den logischen Paketheader und den NRZ-Teil auf die Nutzdaten des Pakets anzuwenden, eine besondere Notwendigkeit für diese Art der Kopplung besteht aber nicht. Sowohl die Grenze zwischen Manchester-Codierung und NRZ als auch die Grenze zwischen logischem Header und Nutzdaten können offensichtlich unabhängig definiert sein.
Unter allgemeinerer Sicht des Problems der Übertragung codierter Daten wäre ein anpassbares einheitliches Codierschema vorteilhaft. Im obigen Vorschlag wird ein Schwerpunkt auf die Probleme der physikalischen Schicht gelegt. Bei einer Codierung, die von den Nutzdaten und von den Transportanforderungen abhängt, also von Dienstqualität-Parametern, sollte die Codierung anpassbar sein, wie für die Header und die zwei Typen von Nutzdaten veranschaulicht. Es wird erwartet, dass die Ausrichtung von Datenpräsentation/Codierung, z.B. Videodaten in MPEG, Audiodaten in Phonemen, Bilder in GIF usw., Übertragungsnetzwerkanforderungen, z.B. lenkbare Pakete, identifizierbare Header usw., Übertragungsmediumsanforderungen, z.B. physikalische Grenzen, Medieneigenschaften usw. und Dienstqualitätsanforderungen, z.B. Verzögerung, Verzögerungsjitter, maximale Verzögerung usw, vorteilhafter als eine entkoppelte konstante Codierung ist.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Paketen von einem Sender zu einem Empfänger, die einen Synchronisationsteil (sync) und einen Nutzdatenteil (dat) umfassen, wobei der Nutzdatenteil (dat) eine erste Datensequenz (dat1) umfasst, gefolgt von einer zweiten Datensequenz (dat2), der Empfänger einen Decoder umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst des – Sendens eines Synchronisationsteils (sync) unter Verwendung eines ersten Codierverfahrens, gefolgt vom – Senden und Codieren der ersten Datensequenz (dat1) unter Verwendung des ersten Codierverfahrens, – Codierens und Sendens der zweiten Datensequenz (dat2) unter Verwendung eines zweiten Codierverfahrens auf der Senderseite (S) und Detektierens des Synchronisationsteils (sync) und Bitsynchronisierens und Anpassens des Empfängers und Decoders und Empfangens und Decodierens der ersten Datensequenz, – Anpassens des Empfängers und Decoders und Empfangens und Decodierens der zweiten Datensequenz auf der Empfängerseite (R), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Codierverfahren eine Manchester-Leitungscodierung ist, die eine wirksame Synchronisation ermöglicht, wobei die Bitsynchronisation basierend auf dem Synchronisationsteil und mindestens der ersten Datensequenz vorgenommen wird und wobei das zweite Codierverfahren eine Codierung ohne Nulldurchgang ist, die geringe Bandbreitenanforderungen unterstützt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung und die Decodierung vom empfangenen Signalmuster abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung und die Decodierung zeitabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Codierung weitere Codierungen umfasst.
Sender (S, C1, SC) zur Übertragung von Paketen zu einem Empfänger, wobei die Pakete einen Synchronisationsteil (sync) umfassen, gefolgt von einem Nutzdatenteil (dat), wobei der Nutzdatenteil (dat) eine erste Datensequenz (dat1) umfasst, gefolgt von einer zweiten Datensequenz (dat2), wobei der Sender eine Serialisierungseinheit zum Serialisieren von Daten und eine Codierungseinheit zum Codieren serialisierter Daten umfasst, wobei die Serialisierungeinheit ausgeführt ist, den Synchronisationsteil (sync') unter Verwendung eines ersten Codierverfahrens zu generieren, gefolgt von der ersten Datensequenz (dat1) unter Verwendung des ersten Codierverfahrens, gefolgt von der zweiten Datensequenz (dat2) unter Verwendung eines zweiten Codierverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Codierverfahren eine Manchester-Leitungscodierung ist, die am Empfänger eine wirksame Synchronisation ermöglicht, wobei die Bitsynchronisation basierend auf dem Synchronisationsteil und mindestens der ersten Datensequenz vorgenommen werden könnte, und wobei das zweite Codierverfahren eine Codierung ohne Nulldurchgang ist, die geringe Bandbreitenanforderungen unterstützt.
Empfänger (C2, PD, RC, R) zum Empfangen von Paketen, die einen Synchronisationsteil (sync) umfassen, gefolgt von einem Nutzdatenteil (dat), wobei der Nutzdatenteil (dat) eine erste Datensequenz (dat1) umfasst, gefolgt von einer zweiten Datensequenz (dat2), wobei der Empfänger eine Detektoreinheit (PD) zum Detektieren des Synchronisationsteil (sync'), der in einem ersten Codierverfahren codiert ist, und eine Steuereinheit (RC) zur Bitsynchronisierung und Anpassung der Empfängercharakteristika umfasst, und der Empfänger einen Decoder (R) umfasst, der ausgeführt ist, um die erste Datensequenz (dat1) zu decodieren, die in dem ersten Codierverfahren codiert ist, wobei die Detektoreinheit (PD) ausgeführt ist, um das Ende der ersten Datensequenz (4') zu detektieren, wobei die Steuereinheit (RC) ausgeführt ist, um den Decoder zum Decodieren der zweiten Datensequenz (dat2) des Nutzdatenteils anzupassen, die in einem zweiten Codierverfahren codiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Codierverfahren eine Manchester-Leitungscodierung ist, die eine wirksame Synchronisation ermöglicht, wobei die Bitsynchronisation basierend auf dem Synchronisationsteil und mindestens der ersten Datensequenz vorgenommen wird, und wobei das zweite Codierverfahren eine Codierung ohne Nulldurchgang ist, die geringe Bandbreitenanforderungen unterstützt.
Optisches Vernetzungselement zur Übertragung von Paketen, die einen Synchronisationsteil (sync) und einen Nutzdatenteil (dat) umfassen, wobei das optische Vernetzungselement einen Sender nach Anspruch 6 umfasst.
Optisches Vernetzungselement zur Übertragung von Paketen, die einen Synchronisationsteil (sync') und einen Nutzdatenteil (dat1, dat2) umfassen, wobei das optische Vernetzungselement einen Empfänger nach Anspruch 7 umfasst.