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Die
Erfindung betrifft die Übertragung
digitaler Signale (oder abgetasteter und digitalisierter Analogsignale)
zu einem Empfänger
oder zu mehreren Empfängern.
Genauer betrifft die Erfindung Übertragungssysteme,
welche das Senden eines Multiplexes ermöglichen, das im allgemeinen
(aber nicht ausschließlich)
aus mehreren unabhängigen
Quellensignalen gebildet wird, nach einer nach Bedarf neu definierbaren
Multiplexstruktur, die ebenfalls eine zeitliche Verschachtelung
der Elemente, welche diese Quellensignale bilden, anwendet.
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Ein
besonderes Gebiet der Erfindung ist die Übertragung von Signalen, die
gleichzeitig eine Vielzahl von Trägerfrequenzen einsetzen, wobei
jede dieser Trägerfrequenzen
mittels verschiedener digitaler Datenelemente kodiert wird.
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Solche
Signale werden im Allgemeinen durch den Ausdruck FDM (Frequency
Division Multiplex (Frequenzmultiplex)) bezeichnet. Ein besonderes
Beispiel derartiger Signale, auf das insbesondere die Erfindung zutrifft,
ist durch die OFDM-Signale
gegeben (Orthogonal Frequency Division Multiplex (Multiplexieren
orthogonaler Frequenzen)).
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Ein
OFDM-Signal wird beispielsweise in dem digitalen Übertragungssystem
verwendet, beschrieben in dem am 2. Juli 1986 eingereichten französischen
Patent FR-86 09622 sowie im Dokument „Prinzipien der Modulierung
und der Kanalkodierung beim digitalen Funkverkehr mit mobilen Stationen" (M. Alard und R.
Lassalle; Revue de l'U.
E. R., Nr. 224, August 1987, Seiten 168–190), bekannt unter der Systembezeichnung
COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex (multiplexieren
kodierter orthogonaler Frequenzen)).
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Dieses
COFDM-System wurde insbesondere im Rahmen des europäischen DAB-Projektes entwickelt (Digital
Audio Broadcasting (Audio-digitale Übertragung)). Es ist ebenfalls
Kandidat für
die Normierung bei der terrestrischen Übertragung von Digitalfernsehen.
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Signale,
die über
derartige Systeme übertragen
werden, liegen als aufeinander folgende Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke vor,
wobei jedes Teilbild bzw. jeder Datenübertragungsblock die Gesamtheit der
Trägerfrequenzen
umfasst. Es können
demnach mehrere Quellensignale gleichzeitig befördert werden, wobei jedes Quellensignal
beispielsweise zu einem gegebenen Zeitpunkt einem Satz von Frequenzen
zugeordnet ist. Unter Quellensignal versteht man selbstverständlich auch
vollkommen selbstständige
Signale, die verschiedenen Anwendungen entsprechen (Töne, Bilder,
Telematik, Daten usw.) sowie auch verschiedene Signale (oder Flüsse) einer
selben Anwendung (beispielsweise linke oder rechte Spur für ein stereofonisches Signal,
Untertitel, Übersetzung,
mit einem Hauptsignal zusammenhängende
Bilder usw.).
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Es
ist leicht verständlich,
dass es möglich
sein soll, das Anordnen des Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks
in Datenkanälen
(einem jeden Quellensignal entsprechend) nach Bedarf zu verändern. So
kann beispielsweise ein Sender nur vorübergehend senden und somit
nur zu den Sendezeitpunkten Übertragungsressourcen
benötigen.
Der Bedarf einer Anwendung kann auch zeitlich variieren: stereofonisches
Senden von Musik und monofonisches Senden von Sprache, Zugabe eines
Tonsignals für
die Übersetzung, Übertragung eines
Veranschaulichungsbildes usw. Noch ein Beispiel ist die elektronische
Postdienstleistung, bei der die Bedürfnisse ständig variieren. Allgemeiner
kann der Netzverwalter aus irgendeinem Grund eine Strukturänderung der
Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke wünschen.
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Eine
Technik, mit der die Strukturierung nach Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken und
deren Rekonfiguration wird im Patent FR-90 16383 vom 19. Dezember
1990 beschrieben, das von denselben Anmeldern eingereicht wurde,
unter der Überschrift „System
zur Datenübertragung
durch Verteilung im Zeit-Frequenz-Raum, mit Anordnung in Kanälen". Nach dieser Technik
umfassen mindestens einige Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke in periodischer
Weise Beschreibungsdaten der laufenden Struktur. So kann jeder Empfänger diese
Struktur kennen, um das ihn interessierende Signal bzw. die ihn
interessierenden Signale zu extrahieren.
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Diese
Technik wurde in der DAB-Norm eingeführt. In dieser Norm ist das
Teilbild bzw. der Datenübertragungsblock
in Unterkanälen
unterteilt. Diese Terminologie wird nachfolgend beibehalten, selbstverständlich ohne
einschränkende
Wirkung auf die Erfindung. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung
im Gegenteil auf jede Art von Struktur anwendbar ist. Man kann insbesondere
mehrere Strukturebenen vorsehen. Man kann insbesondere mehrere Strukturebenen
vorsehen (Kanäle,
Unterkanäle
usw.), mehrere Unterkanaltypen (beispielsweise transparent und nach
Paketen) usw.
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Ein
Wechsel der Struktur oder Multiplex-Rekonfiguration kann zu jedem
Zeitpunkt angefordert werden (weil die DAB-Norm eine minimale Verzögerung von
16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken umfasst, aus
Gründen
die nachfolgend erklärt
werden), beispielsweise nach der im Dokument „The DAB multiplex and system
support features" („Die Eigenschaften
des DAB-Multiplex und des tragenden Systems"; J. L. Riley, EBU Technical Review,
Frühling
1994, Seiten 11–23).
Ein Problem entsteht jedoch bei jeder Rekonfiguration, auf Grund
der zeitlichen Verschachtelung.
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Die
Struktur kann nämlich
nicht augenblicklich geändert
werden. Es gibt einen Übergangszustand
mit N Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken, wobei
N die Tiefe der zeitlichen Verschachtelung ist. Genauer gesagt,
wenn man die N Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke des Übergangszustandes
betrachtet, der eine Entscheidung zur erneuten Strukturierung folgt,
so stellt man fest, dass diese teilweise nach der vorhergehenden
Struktur aufgebaut sein sollten (digitale Elemente, die vor dem
Rekonfigurationsbefehl verschachtelt wurden) und teilweise nach
der neuen Struktur (digitale Elemente, die nach dem Befehl verschachtelt
wurden).
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So
weiß man,
im Falle des DAB, dass das Verfahren der zeitlichen Verschachtelung
zum Einfügen
einer Gesamtverzögerung
von Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken führt (bei
24 ms, d. h. 360 ms). Diese Verzögerung
wird zwischen Senden (Verschachtelung) und Empfang (Entschachtelung)
geteilt.
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In
der Tat wird ein gegebenes Bit um p Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke beim
Senden, während
der Verschachtelung verzögert,
und um (15 – p)
Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke während der Entschachtelung.
Die Zahl p wird vom Rang des Bits Modulo 16 im Unterkanal festgelegt.
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Zum
Einfügen
dieser Verzögerungen
muss man, für
jeden Unterkanal, die Bits dieses Unterkanals speichern, die den
letzten 16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken entsprechen.
Der Verschachtelungsspeicher enthält demnach alle Bits der Menge
der Unterkanäle über einen
Horizont von 16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken.
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Die
hier betrachtete Speicherzuordnung ist identisch mit der des Teilbildes
bzw. Datenübertragungsblocks
(genannt CIF-Teilbild bzw. Datenübertragungsblock),
aber mit einer Tiefe von 16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken. Da
jeder Unterkanal eine ganze Zahl von 64 Bit Kapazitätseinheiten
besitzt (oder CU für den
englischen Ausdruck „capacity
unit"), muss der
Speicher mit einer „Körnung" von 64 Bits aufgeteilt
werden.
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Mit
Hilfe von 1 ist es möglich, diese
Speicherzuordnung für
ein Beispiel mit 3 Unterkanälen 11, 12, 13 wahrzunehmen.
Die Struktur des Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks 14 umfasst
864 CU. Ein Speicherfach 16 des Speicherplans 17 lässt sich
demnach durch zwei Zahlen charakterisieren, die man i und j (Spalte,
Zeile) nennen kann. Der Wert i entspricht der Rangordnung des Bits
im Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
und variiert zwischen 0 und 55295, während j dem Index des CIF-Teilbildes
bzw. Datenübertragungsblocks
entspricht und zwischen 0 und 15 variiert.
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Die
Bits eines Unterkanals sind so in diesem Speicher eingetragen, dass
eine zeitliche Verschachtelung sichergestellt wird.
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So
wird beispielsweise im Falle der DAB-Norm, um das CIF Teilbild bzw.
den CIF Datenübertragungsblock
mit dem Index n zu erzeugen, das Bit mit dem Rang i im Unterkanal
in dem durch i und j = f(i) charakterisierten Fach geschrieben,
d. h., in der Spalte mit dem Rang i aber auf einer Zeile mit Rang „j", der von i abhängig ist
oder eher vom Rest der Division von i durch 16 (wobei ein CIF-Teilbild
bzw. Datenübertragungsblock durch
55296 in derselben Zeile geschriebene Bits charakterisiert ist).
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Tabelle
1 gibt den Wert der Zeile j als Funktion des Restes der Division
von i durch 16 und des Indexes n des Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks.
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Das
erneute Lesen des Unterkanals erfolgt einfach in der Zeile (1. Zeile
für das
Teilbild bzw. den Datenübertragungsblock
r).
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Auf
der Höhe
der zeitlichen Verschachtelungsfunktion bedeutet die dynamische
Rekonfiguration des Multiplexes eine Änderung der Zuordnung der Unterkanäle in dem
CIF Teilbild bzw. Datenübertragungsblock.
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Dies
kann eine Änderung
der Position eines Unterkanals oder mehrerer Unterkanäle im CIF
Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
ohne Änderung
des Durchsatzes sein. Es kann ebenfalls eine Durchsatzverringerung,
d. h. der Zahl der CU, für
einen Unterkanal oder im Gegenteil eine Durchsatzerhöhung sein.
Diese 2 letzten Ereignisse bewirken ebenfalls eine Änderung
der Zuordnung des CU im CIF-Teilbild
bzw. Datenübertragungsblock.
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Diese Änderung
wird von der Multiplexierungsausrüstung gefordert und kann von
einem Mikroprozessor gedeutet werden, der Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
nach Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
die Zuordnung der CU innerhalb des CIF-Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks
kennt.
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Die
DAB-Norm sieht vor, dass die Änderung
innerhalb des CIF- Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks augenblicklich
stattfinden und, dass eine CU immer aus dem selben Unterkanal gehörenden Bits
zusammengesetzt sein muss.
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Führt man
die Eintragungs-/Lese-Operationen wie oben beschrieben aus, so bedeutet
das, dass die Bits des Unterkanals unmittelbar nach der Änderung
der Zuordnung in die der neuen Zuordnung entsprechenden Speicherstelle
geschrieben werden.
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Nach
mehr als 16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken und
nachdem dieser Speicher von dem geeigneten Kanal vollständig gefüllt wurde,
enthält
das erneute Lesen dieses Speicherteils nur noch Bits aus dem selben
Unterkanal, so dass folglich die Verschachtelungsfunktion vollkommen
operationell ist (man findet sich wieder unter „etablierten" oder „normalen" Bedingungen).
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Während der
auf den Zuordnungswechsel folgenden 15 Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke enthält die der
neuen Zuordnung entsprechende Position gewisse Bits des diesem Teil
erneut zugeordneten Unterkanals, aber auch Bits aus dem früher diesem
Teil zugeordneten Unterkanals, was zur Bildung von CUs führt, die
Bits aus 2 verschiedenen Unterkanälen enthalten. Das so gesendete
Signal ist während
dieses Übergangs
von 15 × 24
ms = 360 ms nicht mit der Norm kompatibel, was, zusammenfassend,
auf die Trägheit
beim Speichern der vorhergehenden 15 Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke zurückzuführen ist.
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Die
N Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke des Übergangszustandes
sind somit inhomogen und somit nicht dekodierbar. In einem Decoder
entsprechen sie einem Rauschen oder einer vorübergehenden Störung.
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Um
dieses Problem einzuschränken
kann man sofort nach dem Rekonfigurationsbefehl den Aufbau der Teilbilder
bzw. Datenübertragungsblöcke nach
der neuen Struktur ins Auge fassen, d. h. mit homogenen Kapazitätseinheiten
(die einem einzelnen Kanal gehören).
Diese Technik ermöglicht
dennoch nicht das Lösen des
Problems, da diese Kapazitätseinheiten
während
des Übergangszustandes
unvollständig
wären.
Ferner führt
diese Technik zu einem Verlust der letzten Elemente von nach der
vorherigen Struktur verschachtelten Daten.
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Zuletzt
erfordert diese Technik eine komplizierte Speicherverwaltung. Die
Datenelemente müssten nämlich in
einen freien Speicherbereich geschrieben werden. Der Nachteil dieser
Methode ist einerseits, dass sie eine Speicherkapazität von mehr
als 16 × 55296
Bits erfordert und andererseits, dass dieser Speicher in der Art
einer Rechnerfestplatte verwaltet werden muss, wobei es ständig ein
Bild des belegten und des freien Speichers gibt. Diese Speicherverwaltung
kann sehr komplex werden, da wenn beispielsweise ein Unterkanal seinen
Durchsatz erhöhen
muss, die zusätzliche
CU-Zahl einem nicht danebenliegenden Speicherbereich zugeordnet
würde.
Nach mehreren Rekonfigurationen, einschließlich verschiedener Durchsatzerhöhungen bzw. -verringerungen,
besteht die Gefahr, dass der Verschachtelungsspeicher in eine sehr
große
Anzahl von abwechselnd belegten und freien Blöcken unterteilt wird.
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Als
Beispiel zeigt 2 wie
eine Verringerung eines Unterkanals und eine Erhöhung eines anderen dazu führen kann,
dass zusätzliche
Speicherkapazität
benötigt
wird, dass freie Bereiche erzeugt werden, und dass der einem gegebenen
Unterkanal zugeordnete Speicher nach Partitionen unterteilt wird.
Die vorherige Struktur 21 sieht 3 Unterkanäle 221 bis 223 vor,
was zur entsprechenden Belegung der Speicherebene 23 führt. Bei
der Rekonfiguration sieht die neue Struktur 24 eine Erhöhung des
Unterkanals 221 vor, die daraus
folgende Verschiebung des Unterkanals 222 und
die Verringerung des Unterkanals 223 vor.
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Demnach
werden die Daten des Unterkanals 221 an
der alten vorgesehenen Stelle 26 geschrieben, aber auch
in einen neuen verfügbaren
Bereich 25, wobei der Bereich 27 von einem Unterkanal 222 belegt ist. Wenn normale Betriebsbedingungen
wieder eintreten, weist die Speicherebene einen leeren Bereich 28 auf, da
der Unterkanal 223 verringert wurde.
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Es
ist demnach ersichtlich, dass die Speicherverwaltung schnell eine
sehr hohe Komplexität
erreichen kann, wobei die Zuordnung von Unterkanälen im Verschachtelungsspeicher
vollkommen unabhängig
von der Zuordnung der Unterkanäle
in der CIF ist. Ferner kann ein Unterkanal mehreren Speicherblöcken zugeordnet sein,
nach Art einer Datei auf einer Rechnerfestplatte.
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Nach
einer bestimmten Anzahl von Rekonfigurationen kann es sogar notwendig
werden, den Vorgang erneut zu initialisieren, um den Verschachtelungsspeicher
wieder kompakter zu machen, um das Verwalten einer allzu großen Zahl
von Zeigern zu vermeiden, wobei dieses erneute Initialisieren eine
vorübergehende
Unterbrechung der Programme verursachen würde.
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Die
Erfindung soll insbesondere diese verschiedenen Nachteile des Standes
der Technik ausräumen.
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Genauer
gesagt besteht ein Zweck der Erfindung im Bereitstellen eines Verfahrens
zur dynamischen Rekonfiguration der Struktur der Teilbilder bzw.
der Datenübertragungsblöcke eines
Sendesystems, mit Hilfe dessen weder Datenverluste noch Sendestörungen trotz
des Einsatzes der zeitlichen Verschachtelung auftreten.
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Anders
gesagt bezweckt die Erfindung das Bereitstellen eines Verfahrens,
den durch die Verschachtelung verursachten Übergangszustand ohne Datenverlust
zu verwalten, wenn eine Rekonfiguration gefordert wird.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens,
das weder beim Senden noch beim Empfang eine Erhöhung der Speicherkapazität benötigt. Genauer
gesagt bezweckt die Erfindung den Einsatz eines Verfahrens mit einer Speicherkapazität von der
Größe eines
zu sendenden Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks, multipliziert
mit der Verschachtelungstiefe.
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Noch
ein anderer Zweck der Erfindung ist das Begrenzen der Komplexitätserhöhung aufgrund
der Anwendung des Verfahrens. Insbesondere soll die Erfindung ein
Verfahren bereitstellen, das beispielsweise in Form eines einfachen
und wenig Transistoren benötigenden
Logikschaltkreises in die den Empfang eines digitalen Signals sicherstellenden
klassischen Halbleiterkomponenten eingesetzt werden kann.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens,
das in der Lage sein soll, jede Art von Strukturänderung (Größe, Zahl und Positionierung
der Unterkanäle)
ohne Einschränkung
und unabhängig
vom Rekonfigurationsrhythmus anzunehmen.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens,
das die Funktion der Empfänger,
welche dieses Verfahren nicht enthalten, nicht stört (selbstverständlich mit
Ausnahme des Übergangszustandes).
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Noch
ein Zweck der Erfindung ist das Bereitstellen von Empfängern, die
in der Lage sind, nach dem Verfahren der Erfindung erzeugte Signale
zu empfangen und zu dekodieren, die einfach einzusetzen sind und deren
Konzeptions- und Fertigungskosten gering sein sollen.
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Diese
Zwecke sowie andere, die nachfolgend ersichtlich werden, erreicht
man mit Hilfe eines Verfahrens zur dynamischen Rekonfiguration der
Struktur der Teilbilder bzw. der Datenübertragungsblöcke eines
Signals gemäß dem bzw.
den Ansprüchen.
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Somit
werden nach der Erfindung die Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke des Übergangszustandes
nicht Zeile für
Zeile linear und nach einer streng zunehmenden Reihenfolge des Adressierungsindexes
im Verschachtelungsspeicher gelesen. Im Gegenteil schlägt die Erfindung
eine ganz neue Vorgehensweise, die der Fachmann nie ins Auge gefasst
hat und den Einsatz einer spezifischen und angepassten Logik zum
erneuten Lesen vor.
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Anders
ausgedrückt,
weist während
des Übergangszustandes
jedes Teilbild bzw. jeder Datenübertragungsblock
eine unterschiedliche Struktur auf, die weder der vorhergehenden
noch der laufenden Struktur entspricht und der vorgegebenen Verschachtelungsordnung
nicht mehr genau folgt. Vielmehr werden diese Strukturen alle von
homogenen Kapazitätseinheiten
gebildet. Die Struktur der Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke kann
fortschreitend von der vorhergehenden Struktur zur laufenden Struktur „gleiten".
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In
dieser Weise kann ein Empfänger,
sobald ihm die Aufbaulogik der Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke bekannt
ist, das Quellensignal ohne Verluste rekonstruieren.
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Es
wird festgestellt, dass die Speicherkapazität erhalten bleibt, dass keine
zusätzliche
Komplexität
für das
Eintragen der Elemente eingefügt
wird und, dass das einzige, was gegenüber dem Stand der Technik neu eingefügt wird,
der Einsatz einer Logik zum erneuten Lesen ist, die sehr einfach
sein kann.
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Diese
Technik ermöglicht
jederzeit die Annahme jeder Art von Rekonfiguration, auch dann,
wenn eine neue Rekonfiguration während
des Übergangszustandes
gefordert wird.
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Vorteilhafterweise
erzeugt die Logik zum erneuten Lesen ein Steuersignal, das die Wahl
einer Leseadresse für
jedes Datenelement unter einer ersten Adresse, die der vorhergehenden
Struktur entspricht und einer zweiten Adresse, die der neuen Struktur
entspricht, ermöglicht.
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Bevorzugterweise
werden die Kapazitätseinheiten
aus einer ganzen Zahl, die gleich oder größer 1 ist, von Datenzonen gebildet,
wobei jede Datenzone N Datenelemente umfasst, während die zeitliche Verschachtelung
in unabhängiger
Weise über
Blöcke
erfolgt, die aus N Datenzonen von N aufeinander folgenden Teilbildern
bzw. Datenübertragungsblöcken gebildet
werden.
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Bevorzugterweise
besteht die zeitliche Verschachtelung für jeden aus N Zeilen und N
Spalten gebildeten Block im Berechnen einer Eintragungsadresse in
diesem Block, ausgehend von der vorherigen Adresse, wobei:
- – der
Spaltenadresse 1 Modulo N hinzugefügt wird, um die neue Spaltenadresse
festzustellen und
- – der
nach der Bit-Umkehr-Technik geschriebenen Spaltenadresse die Zeilenadresse
Modulo N hinzugefügt
wird, um die neue Zeilenadresse festzustellen.
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Dies
entspricht insbesondere der für
die DAB-Norm eingesetzten Technik.
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Das
Steuersignal ist dann vorteilhafterweise ein Binärsignal, das für jede Datenzone
das Ergebnis des Vergleiches zwischen:
- – der Zahl
der seit dem Einsatz der neuen Teilbild- bzw. Datenübertragungsblockstruktur
gesendeten Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke und
- – der
Darstellung nach der Bit-Umkehr-Technik des Rangs Modulo N des in
der Datenzone laufenden Datenelementes
darstellt.
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Nach
einer dem DAB angepassten bevorzugten Ausführung ist N gleich 16, handelt
es sich bei den Datenelementen um Binärdaten, und es werden in dem Übergangszustand
fünf Zähler verwaltet:
- – ein
Zähler
für Teilbilder
bzw. Datenübertragungsblöcke (cpt_trame)
Modulo 16;
- – ein
Zähler
der Zahl der seit einer Rekonfigurationsanweisung (cpt_trame_ch)
abgelaufenen Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke, dessen
Wert unter normalen Bedingungen 0 ist und Modulo 16 zählt;
- – ein
Zähler
von nach der neuen Struktur über
10 Bits zugeordneten Kapazitätseinheiten
(cpt_NCU);
- – ein
Zähler
von nach der vorhergehenden Struktur über 10 Bits zugeordneten Kapazitätseinheiten (cpt_ACU);
- – ein
Rangzähler
des binären
Datenelementes in der Kapazitätseinheit über 6 Bits
(cpt_rang);
sowie ein binäres Vergleichssignal zwischen
dem Wert des Zählers
für die
Zahl der seit einer Rekonfigurationsanweisung (cpt_trame_ch) abgelaufenen
Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke und
der vier höchstwertigen
Bits des Rangzählers
(cpt_rang), gelesen nach der "Bit-Umkehr" Technik.
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Ferner
werden für
jeden der Unterkanäle
eines jeden Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks des Übergangszustandes
die folgenden Schritte ausgeführt:
- – Berechnung
der Adressen der Blöcke
in der Datenspeicherebene nach der vorhergehenden Struktur und nach
der laufenden Struktur;
- – Initialisierung
auf 0 der Zähler
cpt_NCU, cpt_ACU, cpt_rang;
- – für jeden
Unterkanal:
- – Eintragen
der binären
Datenelemente in den Speicher, die über 20 Bits an die Adressen
einzutragen sind, für
welche:
- – die
6 niedrigstwertigen Bits dem Rangzähler (cpt_rang) entsprechen;
- – die
10 Bits mit mittlerer Wertigkeit dem Zähler für nach der neuen Struktur zugeordnete
Kapazitätseinheiten
(cpt_NCU) entsprechen;
- – die
4 höchstwertigen
Bits der Summe des Teilbild- bzw. Datenübertragungsblockzählers (cpt_trame)
und den 4 niedrigstwertigen Bits des Rangzählers (cpt_rang) entsprechen,
gelesen nach der "Bit-Umkehr" Technik,
wobei
der Rangzähler
(cpt_rang) bei jedem Datenelement inkrementiert wird; - – Lesen
aus dem Speicher der binären
Datenelemente, die über
20 Bits an die Adressen zu lesen sind, für welche:
- – die
6 niedrigstwertigen Bits dem Rangzähler (cpt_rang) entsprechen;
- – die
10 Bits mit mittlerer Wertigkeit dem Zähler für nach der neuen Struktur zugeordnete
Kapazitätseinheiten
(cpt_NCU) entsprechen, wenn das binäre Vergleichssignal 1 ist und
ansonsten dem Zähler
für nach
der vorhergehenden Struktur zugeordneten Kapazitätseinheiten (cpt_ACU);
- – die
4 höchstwertigen
Bits dem Teilbild- bzw. Datenübertragungsblockzähler (cpt_trame)
entsprechen,
wobei der Rangzähler (cpt_rang) bei jedem Datenelement
inkrementiert wird; - – Inkrementierung des Zählers für nach der
neuen Struktur zugeordneten Kapazitätseinheiten (cpt_NCU) sowie
des Zählers
für nach
der vorhergehenden Struktur zugeordneten Kapazitätseinheiten (cpt_ACU).
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls die Sender, die in der Lage sind, dieses
Signal zu senden sowie die Sender, die in der Lage sind, sie zu
empfangen, durch Einsatz eines symmetrischen Wiederherstellungsverfahrens.
Sie betrifft ebenfalls das Signal nach Anspruch 9.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung ersichtlich, die zur
Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung vorgestellt
wird sowie beim Betrachten der beigefügten Figuren, wobei:
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die
bereits in der Präambel
erläuterte 1 einen für die Verschachtelung über 16 Teilbilder
bzw. Datenübertragungsblöcke angepassten
Speicherplan zeigt, für
den Fall eines DAB-Signals mit 3 Unterkanälen;
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die
ebenfalls in der Präambel
erläuterte 2 das Problem des Partitionierens
des Speichers darstellt, für
den Fall des Einsatzes einer Technik, bei der die neue Konfiguration
augenblicklich erfolgen soll;
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3 im allgemeinen das Eintragen
von Datenelementen nach der Erfindung in die Speicherebene der 2 darstellt;
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4 die für jeden Datenblock mit 16 Elementen
eingesetzte Verschachtelungstechnik im Falle des DAB darstellt;
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5 ein Übersichtsdiagramm zeigt, das
die Eintragungs- und Leseschritte nach der Erfindung während des Übergangszustandes
zeigt;
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6 eine schematische Darstellung
eines Senders zeigt, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommt.
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Die
nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausführung entspricht der DAB-Technik
in der Form, wie sie derzeit normiert ist. Unter Normalbedingungen
entsprechen Sendung und Empfang genau der Norm. Dafür wird der Übergangszustand
geändert.
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Man
folgt der Strukturierung 31, bestehend aus 3 Unterkanälen 311 bis 313 .
In diesem Beispiel besteht die Speicherebene 32 aus Zeilen 331 bis 334 ,
die jeweils (unter Normalbedingungen) einem zu sendenden Teilbild
bzw. Datenübertragungsblock
entsprechen. Jedes Teilbild bzw. jeder Datenübertragungsblock umfasst 7 Kapazitätseinheiten 34i , die jeweils 4 Datenelemente 351 bis 354 umfassen.
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Klassischerweise
werden jedem Speicherbereich, der einem jeden Unterkanal entspricht,
Datenelemente zugeordnet, die zu diesem Unterkanal gehören. So
empfängt
Unterkanal 311 die mit „1" gekennzeichneten
Datenelemente, verteilt über
zwei Kapazitätseinheiten.
In der gleichen Weise empfangen die Unterkanäle 312 und 313 die Datenelemente „2" und „3".
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Offensichtlich
sind die Kapazitätseinheiten
unter Normalbedingungen homogen.
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Zu
einem gegebenen Zeitpunkt wird eine neue Konfiguration 36 oder
Strukturierung des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks definiert,
wobei:
- – der
Unterkanal 361 um eine Kapazitätseinheit 37 erhöht wird;
- – der
zweite Unterkanal 362 in seiner
Größe unverändert bleibt,
um eine Kapazitätseinheit
jedoch verschoben wird;
- – der
dritte Unterkanal 363 um eine Kapazitätseinheit
verkleinert wird.
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Zu
diesem Zeitpunkt neuer Rekonfiguration ist die Speicherebene bereits
teilweise gefüllt,
der vorhergehenden Strukturierung entsprechend. Das entspricht auf
der Figur den in gerader Schrift eingetragenen Zahlen.
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Unmittelbar
nach dem Konfigurationswechsel erfolgt die Eintragung nach der neuen
Strukturierung 36 (kursive Zahlen).
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Nach
4 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken (wobei
in diesem Falle 4 der Verschachtelungstiefe entspricht), erreicht
man wieder Normalbedingungen, mit homogenen Kapazitätseinheiten.
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Es
ist verständlich,
dass die in den Kapazitätseinheiten,
deren Zuordnung sich geändert
hat, eingetragenen Datenelemente, während des Übergangzustandes nicht homogen
sein können
(s. beispielsweise Kapazitätseinheit 37).
Es wird darauf hingewiesen, dass derart gebildete Teilbilder bzw.
Datenübertragungsblöcke im Gegensatz
zur DAB-Norm stehen.
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So
entsprechen die Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke des Übergangszustandes
weder der vorherigen noch der laufenden Struktur. Für jedes
Teilbild bzw. für
jeden Datenübertragungsblock
handelt es sich um einen Übergangszustand,
den die Empfänger
(oder zumindest einige davon) in der Lage sind, in symmetrischer
Weise festzustellen.
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Es
wird jetzt ein spezifischeres Beispiel, dem DAB entsprechend, vorgestellt.
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Jeder
Unterkanal umfasst eine ganze Zahl von Blöcken mit je 64 Bits und somit
eine ganze Zahl von Blöcken
mit 16 Bits.
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Das
Verschachtelungsgesetz ist Modulo 16, und somit auch nach Blöcken mit
16 Bits, definiert. In dem Verschachtelungsspeicher kann demnach
ein Block mit 16 Bits und einer Tiefe von 16 Teilbildern bzw. Datenübertragungsblöcken logisch
verarbeitet werden. Das Eintragungs-/Lese-Adressierungsprinzip wird
für alle Speicherblöcke identisch
sein, unabhängig
vom betrachteten Kanal.
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4 zeigt einen Block von
16 × 16
Bits. Um die angepassten Verzögerungen
einem jeden der Bits zuzuordnen (s. Tabelle 1), werden die 16 Bits
Spalte für
Spalte geschrieben, aber auf einer Zeile, deren Wert von der laufenden
Zeile und vom Wert der Spalte abhängt (laufende Zeile + Umkehrbit
des Wertes der Spalte).
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Ist
beispielsweise für
das 7. Bit die laufende Zeile 0 (Teilbild bzw. Datenübertragungsblock „r"), so wird in der
7. Spalte geschrieben und in der Zeile 0 + Umkehrbit von 7
=
0 + 0111 (in umgekehrter Reihenfolge gelesen)
= 0 + 1110
=
14
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In 4 stellen die umrandeten
Felder das Eintragen der 16 Bits des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks
mit dem Rang r dar.
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Die
Bits des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks mit dem Rang
r + 1 werden in gleicher Weise eingetragen, aber in dem unmittelbar
darunter liegenden Feld und so weiter für r + 2, r + 3 usw.
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Das
Lesen des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks mit dem Rang
r erfolgt Spalte für
Spalte über
eine selbe Zeile (hier Zeile 0).
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Das
Lesen des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks mit dem Rang
r + 1 erfolgt auf der Zeile 1 und so weiter.
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Das
Eintragen erfolgt immer in freien Feldern (schraffiert in der Figur).
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Unter
festgelegten Bedingungen gehören
die 16 × 16
Bits des Blocks demselben Kanal an. Es wurde soeben gesehen, dass
die Bits eines neuen Teilbildes bzw. Datenübertragungsblocks in den vom
Rang des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks und der Position
des Bits (von 0 bis 15) definierten Feldern eingetragen werden.
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Zum
Zeitpunkt der Änderung
der Zuordnung der Unterkanäle
im CIF Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
werden die Bits eines neuen Unterkanals in demselben Block mit 16 × 16 Bits
eingetragen. Da jedoch der Ort der Eintragungen nicht vom Unterkanal
abhängt,
erfolgen diese am selben Ort, als hätte sich der Unterkanal nicht
geändert,
d. h., in den freien Feldern. Während
15 Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke wird der
Block Bits der 2 Unterkanäle
enthalten, wobei ersichtlich ist, dass es nicht zum „Überschreiben" der Nutzbits gekommen
ist.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die spezifische Logik zum
erneuten Lesen. Während
der 15 Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke, die
der Änderung
folgen, muss das erneute Lesen in den Blöcken erfolgen, die den für die seit
der Änderung
eingetragenen Bits neu zugeordneten CU entsprechen sowie in den für die Bits
von vor der Änderung
früher
zugeordneten CU. Die 6 niedrigstwertigen Bits, welche die Position des
Bits in der CU anzeigen, bleiben unverändert. Es sind nur die 10 Bits
betroffen, welche die CU bezeichnen, in der man lesen muss.
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Man
sieht somit, dass, je größer die
Zahl der nach der Änderung
vergangenen Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke ist,
desto mehr Bits in den Blöcken
gelesen werden, die der neu zugeordneten CU entsprechen.
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Betrachtet
man das Beispiel der 4,
und befindet man sich auf der Zeile mit dem Rang 4, so muss man
in dem neu zugeordneten Block die Bits mit den Rängen 0, 2, 4, 8 und 12 lesen,
deren Umkehrbit 0, 4, 2,1 und 3 ist, d. h., deren Umkehrbit des
Rangbits kleiner oder gleich der Zahl der seit der Änderung
vergangenen Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke ist.
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Ein
Signal mit der Bezeichnung „neues
Teilbild bzw. Datenübertragungsblock" wird demnach einfach durch
Vergleich von 2 Blöcken
mit 4 Bits erzeugt, wobei der eine die Zahl der seit der Änderung
vergangenen Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke und
der andere derjenige ist, der als Umkehrbit des Ranges Modulo 16
des zu lesenden Bits dargestellt wird.
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Die
10 Adressbits zum Lesen von 15 mal 6 werden den Blöcken zugeteilt,
die neu zugeordnet werden, wenn das binäre Signal „neues Teilbild bzw. Datenübertragungsblock" aktiviert wird,
und den früher
zugeordneten Blöcken
anderenfalls.
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5 beschreibt das Bearbeitungsorganigramm
für den
Fall der Änderung
der Konfiguration des Multiplexes.
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Unter
Normalbedingungen 51 hat ein Zähler für Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke den
Wert 0. Wird ein Befehl zur Änderung
der Konfiguration festgestellt (52), so nimmt der Zähler für Teilbilder
bzw. Datenübertragungsblöcke den
Wert 1 an (53) und für
jeden Unterkanal wird folgendes durchgeführt (54):
- – Berechnung 541 der
Adressen der neu und früher
im Verschachtelungsspeicherplan zugeordneten Blöcke;
- – Initialisierung 542 der
drei Zähler
auf Null:
- – cpt-NCU:
10 Bit-Zähler,
notiert cpt-NCU [9 .. 0], der die neu zugeordneten CU zählt;
- – cpt-ACU:
10 Bit-Zähler,
notiert cpt-ACU [9 .. 0], der die früher zugeordneten CU zählt;
- – cpt-rang:
6 Bit-Zähler,
notiert cpt-rang [5 .. 0], der den Rang des Bits in der CU zählt;
- – für jedes
Bit-Datenelement (Schleife 59) beispielsweise (543):
- – 5431:
Eintragen in den Speicher an der Eintragungsadresse, die beschrieben
wird durch:
6 niedrigstwertige Bits [5 .. 0] = cpt-rang [5
.. 0]
10 Bits mit mittlerer Wertigkeit [15 .. 6] = cpt-NCU
[9 .. 0]
4 höchstwertige
Bits [19–16]
= cpt-trame + cpt-rang [0 .. 3]
- – 5432:
Lesen im Lesespeicher an der Adresse:
6 niedrigstwertige Bits
[5 .. 0] = cpt-rang [5..0]
10 Bits mit mittlerer Wertigkeit
[15 .. 6] =
cpt-NCU [9 .. 0], wenn neues Teilbild bzw. Datenübertragungsblock;
cpt-ACU
[9 .. 0] andernfalls;
4 höchstwertige
Bits = cpt-trame
- – 5433:
Inkrementierung der Zähler
cpt-rang, dann eventuell cpt-NCU und cpt-ACU.
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Somit
wird für
jeden Unterkanal die Schleife geschlossen (55), dann der
Teilbild- bzw. Datenübertragungsblockzähler Cpt-trame-ch
Modulo 16 inkrementiert (56). Wenn Cpt-trame-ch nicht 0
ist, wird der Vorgang für
das neue Teilbild bzw. den neuen Datenübertragungsblock wiederholt
(57). Ansonsten befindet man sich wieder (58)
unter Normalbedingungen.
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Wenn
es keine Veränderung
gibt, so sind die Werte cpt-NCU und cpt-ACU gleich und die Berechnung der
Lese-/Eintragungs-Adressen im Verschachtelungsspeicher bleibt gültig.
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6 zeigt schematisch einen
Empfänger
nach der Erfindung.
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Das
empfangene Signal 61 unterliegt zuerst, in klassischer
Weise, in einem spezifischen Empfangsmodul 62 den Vorgängen der
Demodulierung, der Filterung, Rasterung usw., mit denen die Datenelemente 63, die
ein jedes Teilbild bzw. Datenübertragungsblock
bilden, wiedergewonnen werden können.
Diese Datenelemente werden in einem Speicher 64 eingetragen,
der identisch zu dem beim Senden eingesetzten ist, und dann erneut
gelesen, um einem Quellendekodiermodul 65 zugetragen zu
werden.
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Die
Eintragung und das Lesen aus dem Speicher 64 erfolgen symmetrisch
zu der beim Senden eingesetzten Technik. Genauer gesagt sind die
Vorgehensweisen identisch, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Entschachtelung
der verschachtelten Daten sichergestellt wird.
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Ein
Modul 66 zum Verwalten der Lese- und Eintragungsadressen
steuert somit den Speicher 64. Das eingesetzte Verfahren
entspricht im wesentlichen dem in 5 dargestellten.
Das Modul 66 nutzt somit 5 Zähler:
- – cpt-trame 671,
das zum Berechnen der höchstwertigen
Bits der Lese- und Eintragungs-Adressen genutzt wird;
- – cpt-NCU 672,
das zum Berechnen der Adresse genutzt wird, wenn man die neue Struktur
berücksichtigen muss;
- – cpt-ACU 673,
das zum Berechnen der Adresse genutzt wird, wenn man die alte Struktur
berücksichtigen muss;
- – cpt-rang 674,
das zum Berechnen der höchstwertigen
Bits der Lese- und Eintragungs-Adressen genutzt wird;
- – cpt-tram-ch 675,
das die Zahl der Teilbilder bzw. Datenübertragungsblöcke seit
der Strukturänderung
angibt.
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Die
Wahl zwischen der neuen oder der alten Struktur erfolgt immer als
Funktion des binären
Signals „neues
Teilbild bzw. neuer Datenübertragungsblock" 68, das
(der) ein Ergebnis des Vergleichs 69 zwischen cpt-trame-ch
und den ersten 4 Bits aus cpt-rang ist.
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Der
Vorgang zeitlicher Entschachtelung, der im Empfänger angewandt wird, ist dual
des Vorgangs zeitlicher Verschachtelung.
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Der
einzige Unterschied ist die Berechnung der 4 höchstwertigen Bits der Eintragungsadresse.
- – Empfänger: 4
höchstwertige
Bits [19 .. 16] = cpt-trame + (15-cpt-rang [0 .. 3]) (Entschachtelung)
- – Sender:
4 höchstwertige
Bits [19 .. 16] = cpt-trame + cpt-rang [0 .. 3].
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Die
anderen Bits der Eintragungsadresse und der Leseadresse haben denselben
Ausdruck sowohl bei der Verschachtelung als auch bei der Entschachtelung.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass demnach die Struktur eines Senders
direkt von der des Empfängers der 6 abgeleitet werden kann.
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Unter
Normalbedingungen (wenn cpt-trame-ch 0 ist) funktioniert das Modul 66 für die Adressierungsverwaltung
in klassischer Weise, gemäß der Norm.
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Die
Strukturierungsänderung
wird in einem speziellen Kanal des Teilbildes bzw. des Datenübertragungsblocks
angegeben, welcher vom Modul 66 permanent analysiert wird.
Wenn eine Änderung
angezeigt wird, lässt
dieses Modul 66 cpt-trame-ch auf 1 übergehen.
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Eine
spezifische Eigenschaft des Empfängers
besteht darin, dass er selbstverständlich nicht dazu verpflichtet
ist, alle Kapazitätseinheiten
zu berücksichtigen,
sondern nur jene, die den Unterkanälen der Anwendung entsprechen,
die er zu dekodieren wünscht.
Das erlaubt eine starke Verringerung der Zahl von Bearbeitungen.
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Dazu
berücksichtigt
das Modul 66 eine Wahlinformation 610, die beispielsweise
der Wahl des Benutzers entspricht.
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Die
Erfindung betrifft demnach das Verfahren des Einsatzes der Rekonfiguration,
sowie die Sender und Empfänger,
die in der Lage sind, die so erzeugten Signale zu senden und zu
empfangen.
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Sie
betrifft ebenfalls diese Signale, die eine vollkommen neue und nicht
offensichtliche Konstruktion im Übergangszustand
besitzen. In der Tat weist dann jedes Teilbild bzw. jeder Datenübertragungsblock
eine spezifische und verschiedene Struktur auf, die weder der laufenden
Struktur noch der vorhergehenden Struktur entspricht.
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Diese Übergangsstrukturen
werden vom Sender festgelegt, ausgehend von der vorherigen und von der
laufenden Struktur, als Funktion einer vom Empfänger bekannten Logik, um diesem
Sender die Wiederherstellung der Quellensignale zu ermöglichen.