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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme und -verfahren
und insbesondere auch digitale Kommunikationssysteme und zugeordnete
Verfahren über
parallele Kommunikationskanäle.
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Hintergrund der Erfindung
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Digitale
Kommunikationen werden weithin für
die Übertragung
von Sprache, Daten und Videoinformationen benutzt. Eine solche Übertragung
kann sich über
große
geografische Distanzen, zwischen Komponenten innerhalb eines Personalcomputers
oder nur zwischen benachbarten Schaltungsteilen auf einer integrierten
Schaltung erstrecken. Gewisse derartige Kommunikationsanwendungen
nutzen oder erfordern die Umwandlung serieller Daten in Paralleldaten
für simultane Übertragung über parallele
Kommunikationskanäle oder
allgemeiner gesagt von M'stelligen
Zeichen bzw. Symbolen zu M'stelligen
Zeichen. Am empfangenden Ende werden die parallelen Daten wunschgemäß zurück in serielle
Daten gewandelt, und zwar mit den Bits oder Zeichen in der korrekten
Folge, um Datenfehler zu vermeiden.
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Leider
kann die Forderung nach größeren Datenübertragungsmengen
und das noch bei immer höheren
Geschwindigkeiten in einem Versatz bzw. einer Verzerrung am Empfänger resultieren.
Mit anderen Worten können
die parallelen Kommunikationskanäle
den von Ihnen geführten
Zeichenketten unterschiedliche Verzögerungen zufügen. Wegen
des Versatzes können
die parallelen Zeichenfolgen am Empfänger nicht mehr einfach wieder
in die Anfangsdaten zusammengesetzt werden.
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Das
Verzerrungsproblem bei parallelen Kommunikationskanälen wurde
auf mehreren Wegen behandelt. Beispielsweise würdigte das
US-Patent Nr. 4,677,618 von Haas et
al. die Streuung, die durch Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationskanäle über optische
Fasern eingeführt
wird. Dieses Patent offenbart die Bestimmung der relativen Verzögerungen
zwischen den Kanälen
basierend auf der Ermittlung von zwei Bits in einem vorhandenen
Datenbyte. Die relativen Ankunftszeiten der verbleibenden Bits in
einem Byte werden vorausbestimmt, indem die relative Verzögerung zwischen
den beiden erfassten Bits und die bekannten frequenzbezogenen Steuerungscharakteristiken
des Übertragungsmediums
benutzt werden. Gewisse Bits in jedem empfangenen Byte können dann
verzögert
werden durch Anwendung von Taktverzögerungsleitungen oder Registern,
um dadurch den Versatz auszugleichen.
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Das
US-Patent Nr. 5,157,530 von
Loeb et al. bestimmt und berücksichtigt
auf ähnliche
Weise ebenfalls den Versatz bzw. die Verzerrung, der bzw. die durch
Streuung beim Faseroptik-Wellenlängenmultiplexen
auftritt. Relative Verzögerungen
werden benutzt, um in jedem Kanal einstellbare Verzögerungsvorrichtungen
zu steuern.
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Das
US-Patent Nr. 5,408,473 von
Hutchinson et al. ist ausgerichtet auf eine Technik zum Synchronisieren
von laufzeitbegrenzten Daten, die über parallele Kommunikationskanäle übertragen
werden. Eine Blockgrenzsynchronisation wird während der Initialisierung der
Verbindung hergestellt, indem eine Eigenschaft eines notwendigen
HALT-Codes verwendet wird, um in jedem Kanal empfangene Blockgrenzen
zu ermitteln. Die Verzerrungskompensation wird bewirkt, indem die
Zeiten der Feststellung der Blockgrenzen in den beiden Kanälen verglichen
werden und eine variable Verzögerung
in zumindest einem der Kanäle
geeignet gesteuert wird. Wenn es anschließend einen Verlust an Synchronisation
geben sollte, werden die ermittelten Übertragungsfehler gegebenenfalls
eine erneute Initialisierung der Verbindung und einen Neuaufbau
der Synchronisation zur Folge Neuaufbau der Synchronisation zur
Folge haben. Leider kann die Übertragung
des fixen HALT-Codes zur Ermittlung der Grenzen in einer falschen
Grenzfeststellung resultieren. Da die Synchronisation nicht kontinuierlich
aufrechterhalten wird, kann diese Technik außerdem bei höheren Datenraten
nicht praktikabel sein.
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Das
US-Patent Nr. 5,793,770 von
St. John et al. befasst sich mit einem hochleistungsfähigen parallelen
Interface (HIPPI) zu einem synchronen optischen Netzwerk (SONET)-Gateway,
wobei ein elektronischer Logikschaltkreis Daten und Overheadsignale
in einen Datenframe zur Übertragung über einen
optischen Faserkanal formatiert. Die Einstellung des Streifenversatzes
(stripe skew) beruht auf SONET-Framing bzw. der Bildung eines Frames
oder Rahmes mit einem SONET, und als solche ist die Schaltung relativ
kompliziert, da sie beispielsweise so viel wie 20.000 logische Gates
umfasst.
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Die
Schwierigkeit mit der Verzerrung, die in parallelen Kommunikationskanälen verursacht
wird, ist ebenfalls eine wichtige Angelegenheit, die bei Kommunikationskanälen zwischen
integrierten Schaltkreisen zu behandeln ist. Höhere Übertragungsgeschwindigkeiten
steigern beispielsweise die Empfindlichkeit für Verzerrungen, da es ein kleineres
Zeitfenster gibt, um ein empfangenes Bit korrekt zu identifizieren
und es genau mit Bits auszurichten, die auf den anderen parallelen
Kommunikationskanälen
empfangen werden. Um eine höhere
Gesamtübertragungsrate
zu schaffen, kann die Anzahl paralleler Kommunikationskanäle erhöht werden, ohne
die Geschwindigkeit irgendeines vorhandenen Kommunikationskanals
zu steigern. Dies kann jedoch in erheblichen Kosten für die zusätzlichen
Kommunikationskanäle
resultieren. Außerdem
erhöht
für Kommunikationskanäle zwischen
integrierten Schaltkreisen die Anzahl der Kommunikationskanäle die Anzahl
von Anschlüssen
bzw. Kontaktstiften, die zum Anschließen des IC benötigt werden.
Die Zahl der Anschlüsse
und der Aufwand für
zusätzliches
Packaging kann die Kosten für
solche Lösungen
beträchtlich
erhöhen.
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Für Kommunikationskanäle zwischen
physikalischen Schichtbauelementen (PLDs) oder PHY-Vorrichtungen
und logische Link- bzw. Verbindungsvorrichtungen (LLDs) sind typische
Interfaces asymmetrisch, und die Vorrichtungen werden in einer Gegentaktkonfiguration
betrieben. Wegen der Asymmetrie ist auf dem PLD eine relativ kostspielige
Speicherkapazität
erforderlich, da es von der LLD periodisch abgefragt wird, und zwar wie
eine asynchronische Transfermodus (ATM)-Vorrichtung. Weitere Entwicklungen
und Verbesserungen in dem Kommunikationsinterface zwischen einem
PLD und einer LLD werden ebenfalls durch die Schwierigkeit mit dem
Versatz bzw. der Verzerrung erschwert, der bzw. die oben als Ergebnis
höherer
Bitraten über
limitierte parallele Kommunikationskanäle beschrieben wurde.
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Eine
weitere Schwierigkeit, die mit konventionellen Kommunikationssystemen
zusammenhängt,
ist die, dass, weil die Übertragungsraten
ansteigen, die Kosten der Wandler zum Wandeln eines Übertragungsmediums
in elektrische Signale und umgekehrt untragbar werden können. Dies
kann besonders so bei Kommunikationssystemen auf der Basis von Faseroptiken
sein. Außerdem
hat die Verzerrung in der Vergangenheit die Verwendung langsamerer
Elektroniken zur Bildung einer relativ großen Gesamtübertragungsrate über vielfache
parallele Kommunikationskanäle
eingeschränkt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
Anbetracht des vorstehend beschriebenen Hintergrundes ist es deshalb
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem
und zugehörige
Verfahren zu schaffen, welche die Verwendung billigerer Wandler
zum Wandeln von elektrischen Signalen in ein Über tragungsmedium und von Wandlern
zum Wandeln eines Übertragungsmediums
in elektrische Signale zu erlauben, während dennoch eine erwünschte relativ
hohe Informationsdurchsatzrate insgesamt bereitgestellt wird.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß vorliegender Erfindung werden
gebildet durch ein Kommunikationssystem, welches Merkmale zum Ausrichten
bzw. Entzerren beinhaltet und welches eine erste Vorrichtung, die
mehrere Wandler zum Wandeln elektrischer Signale in ein Übertragungsmedium umfasst,
und eine zweite Vorrichtung einschließt, die eine Anzahl von Wandlern
zum Wandeln eines Übertragungsmediums
in elektrische Signale umfasst. Die Wandler zum Wandeln eines Informationsmediums
in elektrische Signale sind anzuschließen an entsprechende Wandler
zum Wandeln der elektrischen Signale in ein Übertragungsmedium über zumindest
ein Übertragungsmedium
und bilden parallele Kommunikationskanäle zwischen den ersten und
zweiten Vorrichtungen.
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Ganz
besonders umfasst die erste Vorrichtung vorzugsweise einen zeichenkettenbasierten
Framing- bzw. Rahmencodierer zum Bestimmen und zum Anhängen eines
zeichenkettenbasierten Framingcodes an jede Informationszeichenkette
der jeweiligen Informationszeichenketten, die parallel über entsprechende
parallele Kommunikationskanäle übertragen
werden sollen, wobei jeder zeichenkettenbasierte Framingcode auf zumindest
einigen der Informationszeichen in der betreffenden Informationszeichenkette
beruht. Die zweite Vorrichtung umfasst vorzugsweise einen Entzerrer
bzw. Begradiger zum Ausrichten empfangener Informationszeichenfolgen,
die auf den zeichenkettenbasierten Framingcodes beruhen. Dementsprechend
können langsamere
Wandler benutzt werden, und zwar bei signifikanten Kosteneinsparungen
und bei dennoch erfolgender Schaffung einer relativ hohen Informationsdurchsatzrate
insgesamt.
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Die
elektrische Signale in ein Übertragungsmedium
wandelnden Wandler und die Wandler zum Wandeln des Übertragungsmediums
in elektrische Signale können
für zumindest
ein drahtgebundenes Übertragungsmedium,
zumindest ein drahtloses Übertragungsmedium
oder zumindest ein optisches Übertragungsmedium
vorgesehen sein. Natürlich
kann die erste Vorrichtung weiterhin einen Multiplexer zum Multiplexen
von Signalen von den mehreren Wandlern zum Wandeln elektrischer
Signale in ein Übertragungsmedium
entlang eines gemeinsamen Übertragungsmediums
umfassen. In diesen Ausführungsformen
hat die zweite Vorrichtung vorzugsweise weiterhin einen Demultiplexer,
der an ihre Wandler zum Wandeln eines Übertragungsmediums in elektrische
Signale angeschlossen ist.
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Die
Informationszeichen bzw. -symbole können z. B. binäre Bits
sein. Dementsprechend umfasst in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der zeichenkettenbasierte Codierer einen zyklischen Redundanzprüf (CRC)-Codierer
zum Festlegen und Anhängen
von CRC-Codes an
entsprechende Informationsbitfolgen. Somit umfasst der Entzerrer
vorzugsweise einen CRC-Framer zur Bildung bzw. zum Framing der Informationsbitketten
auf der Basis der CRC-Codes. Der Entzerrer bzw. Ausrichter kann
einen Framer zum Framing von Informationsbitketten aufweisen, die
auf den entsprechenden zeichenkettenbasierten Framingcodes beruhen,
und weiterhin einen Ausrichter zum Ausrichten von gerahmten bzw.
zusammengefassten Informationsbitketten relativ zueinander aufweisen,
die auf zeichenkettenbasierten Framingcodes beruhen. Der Ausrichter kann
wiederum zumindest eine first-in-first-out (FI-FO)-Vorrichtung aufweisen, die mit dem
Framer zum Puffern zusammengefasster bzw. gerahmter Informationsbitfolgen
verbunden ist. Der Ausrichter kann auch einen FIFO-Controller zum
Ausrichten von durch Framing zusammengefassten Informationsbitketten
während
zumindest einer von beiden, nämlich
einer Schreibphase und einer Lesephase, der zumindest einen FIFO
und basierend auf den zeichenkettenbasierten Framingcodes aufweisen.
Alle Informationszeichenfolgen können die
gleiche Anzahl von Zeichen haben.
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Die
erste Vorrichtung kann einen Scrambler als Verschlüsseler zum
Verschlüsseln
der Informationszeichenfolgen aufweisen, und der Entzerrer kann ähnlich einen
Descrambler als Entschlüsseler
zum Entschlüsseln
empfangener Informationszeichenketten umfassen. Das Verschlüsseln kann
die Taktrückgewinnung
aus den empfangenen Zeichenketten erleichtern.
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Ein
Verfahrensaspekt der Erfindung ist vorgesehen für das Kommunizieren von einer
ersten Vorrichtung zu einer zweiten Vorrichtung und beinhaltet eine
effiziente Entzerrung bzw. Ausrichtung, und zwar durch Verwendung
des Systems und der Techniken, die oben beschrieben wurden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
eines Kommunikationssystems.
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2 ist
ein schematisches Bitpositionsdiagramm am Ausgang der ersten Vorrichtung
gemäß 1.
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3 ist
ein schematisches Bitpositionsdiagramm vom Eingang der zweiten Vorrichtung
gemäß 1 und
stellt die Verzerrung dar.
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4 ist
ein schematisches Bitpositionsdiagramm an der FIFO-Vorrichtung der zweiten
Vorrichtung gemäß 1 und
stellt die Entzerrung bzw. Ausrichtung dar.
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer Framing-State-Maschine bzw. eines rahmenbildenden Zustandsautomaten,
wie sie bzw. er in der zweiten Vorrichtung entsprechend 1 benutzt
werden kann.
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6 ist
eine schematische Blockdarstellung einer mit optischer Faser ausgestatteten
Ausführung
eines Kommunikationssystems.
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7 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Funkausführung eines Kommunikationssystems.
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8 ist
ein schematisches Blockschaltbild einer mit infrarotem Freiraum
arbeitenden Ausführungsform
eines Kommunikationssystems.
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9 ist
ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführung eines
Kommunikationssystems, die eine Reihe von mit niedrigerer Rate bzw.
langsamer arbeitenden Wandlerelektroniken zeigt und Merkmale zum
Ausrichten bzw. Entzerren gemäß vorliegender
Erfindung enthält.
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10 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer mit optischer Faser ausgestatteten
Ausführungsform
eines Kommunikationssystems gemäß 9.
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11 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Kommunikationssystems mit
einem PLD und einer LLD, die durch parallele Kommunikationskanäle verbunden
sind.
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12 ist
ein detaillierteres schematisches Blockschaltbild des PLD-Sendeinterface
und LLD-Empfangsinterface wie in 11 gezeigt.
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13 ist
eine schematische Darstellung zum Auslesen bzw. Binning der Daten
und Steuerbits für
das PNG-Interfacebeispiel.
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14 ist
eine schematische Blockdarstellung eines Beispiels für einen
Entzerrungsalgorithmus.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend vollständiger mit
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in der bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
unterschiedlichen Formen verkörpert
werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele
eingeschränkt
ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen so geschaffen,
dass diese Offenbarung umfassend genau und vollständig sein
wird und den Umfang der Erfindung dem Fachmann vollständig vermittelt.
Gleiche Zahlen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente, und
Bezeichnungen mit einem Anführungszeichen
und mehreren Anführungszeichen
bzw. Hochstrichen werden in alternativen Ausführungsformen benutzt, um auf
gleiche bzw. ähnliche
Elemente Bezug zu nehmen.
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Bezug
nehmend anfangs auf die 1-5 wird eine
Ausführung
eines Kommunikationssystems 20 zuerst beschrieben. Das
Kommunikationssystem 20 hat wie dargestellt eine erste
Vorrichtung 22 und eine zweite Vorrichtung 24,
die mit parallelen Kommunikationskanälen verbunden sind. Bei der
dargestellten Ausführungsform
werden die Kanäle
durch elektrische Leiter oder Drähte 25-29 gebildet,
obwohl andere Übertragungsmedien
benutzt werden können,
um die parallelen Kommunikationskanäle zu errichten oder zu bilden, was
für den
Fachmann leicht verständlich
ist. Auch bei der dargestellten Ausführung sind vier Drähte 25-28 geschaltet,
um Informationsbits zu führen,
während
der fünfte Draht 29 ein
Taktsignal vom Taktgeber 42 führt. Der Kommunikationskanal
für das
Taktsignal ist nicht bei allen Ausführungen erforderlich, da das
Taktsignal normalerweise wiedergewonnen werden kann, wenn die empfangenen
Informationsbits eine ausreichende Anzahl von Übergängen haben, was dem Fachmann
ebenfalls geläufig
ist.
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Wie
oben beim Hintergrund der Erfindung erklärt wurde, können parallele Kommunikationskanäle ein Versatz-
bzw. Verzerrungsproblem bilden, insbesondere wo die Bitrate relativ
hoch oder die Distanz relativ lang ist. Beispielsweise bei einer
800 MB-Rate auf parallelen elektrischen Leitern kann der Versatz
die Trennungsabstände
auf zwei Zoll oder weniger begrenzen.
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Zur
Klarheit der Erläuterungen
wird die nachfolgende Beschreibung mit Bezug auf das Übertragen
binärer
Informationselemente oder Informationsbitketten erfolgen. Mit anderen
Worten wird der Ausdruck „Informationsbitkette" oder „Informationsbitfolge" benutzt, obwohl
der Fachmann verstehen wird, dass andere Zeichen als binäre und Nullen
ebenfalls gemäß der Erfindung
verwendet werden können.
Beispielsweise kann ein dreipegeliges Zeichen auch benutzt werden
und von den hierin beschriebenen Entzerrungs- bzw. Ausrichtkonzepten
profitieren.
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Die
erste Vorrichtung 22 schließt beispielsweise einen zeichenkettenbasierten
Rahmencodierer bzw. Framingcodierer 32 ein zum Bestimmen
und Anhängen
eines kettenbasierten Framingcodes an jede Informationsbitkette
von Informationsbitketten, die parallel über entsprechende parallele
Kommunikationskanäle übertragen
werden sollen. „Anhängen" soll bedeuten, dass
es sowohl das Voranstellen als auch das Nachstellen umfassen soll,
obwohl der Fachmann wissen wird, dass das Nachstellen bevorzugt
werden kann, da das Voranstellen mehr Pufferspeicher notwendig machen
kann.
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Ein
Scrambler 34 als Verschlüsseler ist dem kettenbasierten
Framingcodierer 32 vorgeschaltet. Der Scrambler 34 kann
erwünscht
sein, um lange Ketten aus Nullwerten zu vermeiden, welche die Wiedergewinnung
des Taktes behindern könnten,
was dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig ist. Bei anderen Ausführungsformen
kann der Scrambler 34 dem zeichenkettenbasierten Framingcodierer 32 nachgeschaltet
sein. Solch ein optischer Scrambler kann ein sich selbst synchronisierender
Scrambler sein, wie etwa ein X^43 Scrambler, was die Fachleute verstehen
werden.
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Ein
M'stellig-in-N'stellig-Mapper oder
-Wandler 36 ist wie dargestellt dem Scrambler 34 vorgeschaltet. Der
Wandler 36 wandelt die eingehenden Mbits in N parallele
Informationsbitketten für
eine anschließende Übertragung über die
parallelen Kommunikationskanäle
um. Der M'stellig-in-N'stellig-Wandler 36 ist
ein konventioneller und erfordert hier keine weitere Diskussion.
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Indem
nun wieder auf den kettenbasierten Framingcodierer 32 zurückgekommen
wird, schließt
dieser einen kettenbasierten Codegenerator 37 ein zum Erzeugen
jedes kettenbasierten Framingcodes, der zumindest einige der Informationsbits
in den entsprechenden Informationsbitketten als Basis hat. Ein Multiplexer (MUX) 38 hängt die
kettenbasierten Codes an die jeweiligen Informationsbitketten an,
was dem Fachmann geläufig
ist. Ein Elektrisch-in-Medium-Wandler 41 ist zwischen den
Ausgang des Multiplexers 38 und die Kommunikationskanäle geschaltet,
welche durch die Drähte 25-29 gebildet
werden. Bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der elektrische
Signale in ein Übertragungsmedium
wandelnde Wandler 41 mit einer geeigneten elektrischen
Treiberschaltung ausgestattet sein, was dem Fachmann auf diesem
Gebiet geläufig
ist. Bei anderen Ausführungsformen
kann der Wandler 41 den Anschluss an andere Übertragungsmedien
bilden.
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Die
zweite Vorrichtung 24 schließt vorzugsweise einen Entzerrer 45 zum
Ausrichten empfangener paralleler Informationsbitketten ein, die
auf den kettenbasierten Framingcodes beruhen. Die Framingcodes und ihre
Verwendung zum Entzerren empfangener Informationsbitketten machen
es möglich,
dass die Informationsbits mit hohen Raten und/oder über relativ
lange Distanzen übertragen
werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführung
umfasst der kettenbasierte Codierer 32 einen zyklisch Redundanz prüfenden (CRC)
Codierer zum Bestimmen und Anhängen
von CRC-Codes an ensprechende Informationsbitfolgen. Somit kann
der Entzerrer bzw. Ausrichter einen CRC-Framer zum Zusammenfassen
bzw. Rahmen (framing) der Informationsbitketten aufweisen, die auf
den CRC-Codes beruhen. Natürlich
kann die zweite Vorrichtung 24 ebenfalls einen Fehlerermittlungs-
und Fehlerkorrekturkreis 47 einschließen, der die CRC-Codes benutzt.
Jeder CRC-Code kann einer von einem CRC-4 bis CRC-32 Code als Beispiel
sein. Für
eine Informationsbitkette von beispielsweise 1.024 Bits kann ein
CRC-8 Code ausreichen, um ein schnelles und genaues Framebilden
sicherzustellen.
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Der
kettenbasierte Code kann auch andere Bits zusätzlich zu solchen einschließen, die
in spezifischer Weise auf den Informationsbitketten, wie z. B. den
CRC-Codebits, beruhen. Einige Bits können als Zähl- oder Erkennungsbits zugeordnet
und benutzt werden, wenn die erwartete Verzögerung oder Verzerrung größer war als
ein einzelner Frame, was den Fachleuten verständlich ist. Natürlich könnten weitere
bzw. andere Bits genau so für
weitere Zwecke zugeordnet werden.
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Ein
besonderer Vorteil der CRC-Codierung ist, dass man eine einfache
Hardwareimplementierung bei einer relativ kleinen Anzahl an Logikgattern
erreichen kann, was dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
CRC-Codes sind auch resistent gegen falsches Framing, während nur
ein relativ geringer Overhead den Informationsbitketten zugefügt wird.
Im Gegensatz hierzu würde
ein starres Framing voraussichtlich zu einem beträchtlich
falschen Framing für
eine gleiche Anzahl Codebits führen.
Wenn die Anzahl der fixierten Framingbits erhöht würde, um ein falsches Framing
zu reduzieren, kann der Overhead beträchtlich sein. Ein noch weiterer
Vorteil der CRC-Codes ist, dass sie auch zur Fehlerermittlung und
-korrektur benutzt werden könnten,
da sie auf konventionelle Weise verwendet werden. Dementsprechend
kann die zweite Vorrichtung 24 optional den dargestellten
Fehlerermittlungs- und Fehlerkorrekturkreis 47 einschließen, was
hier nicht weiter diskutiert werden muss.
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Der
Entzerrer 45 kann einen Framer 50 für das Framing
bzw. Zusammenfassen von Informationsbitfolgen aufweisen, die auf
den entsprechenden kettenbasierten Framingcodes beruhen. Der dargestellte
Entzerrer 45 der zweiten Vorrichtung 24 schließt auch
einen Ausrichter 52 zum Ausrichten zusammengefasster Informationsbitketten
relativ zueinander und basierend auf den zeichenkettenbasierten
Framingcodes ein. Der Ausrichter 52 kann wiederum vorteilhaft
zumindest eine first-in-first-out (FIFO)-Vorrichtung 53 umfassen,
die an den Framer 50 angeschlossen ist, um zusammengefasste
bzw. gerahmte Informationsbitketten zu Puffern, wie es bei der dargestellten
Ausführungsform
gezeigt ist. Der Ausrichter 52 enthält einen FIFO-Controller 55 zum
Ausrichten zusammengefasster Informationsbitketten während zumindest
einer Schreibphase und/oder Lesephase der zumindest einen FIFO-Vorrichtung
und auf der Basis der kettenbasierten Framingcodes. Der Ausdruck „FIFO-Vorrichtung" wird hier so benutzt,
dass er eine FIFO, ein Schieberegister und irgendeine andere Art
geordnetes Speicherelement einschließen soll, was für die Fachleute
verständlich
ist.
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Alle
Informationsbitketten haben bei einigen Ausführungsformen eine gleiche Anzahl
Bits, um die Systemimplementierung zu vereinfachen. Bei anderen
Ausführungsformen
könnten
die Bitketten unterschiedliche Längen
haben, was der Fachmann weiß.
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Indem
man sich nun dem Frontende der zweiten Vorrichtung 24 zuwendet,
sieht man, dass ein Sampler bzw. Abtaster 56 dem Entzerrer 45 vorgeschaltet
ist. Der Sampler 56 tastet die empfangenen Bitfolgen ab, die
auf den taktenden Impulsen beruhen, was dem Fachmann allgemein bekannt
ist. Idealerweise tastet der Sampler 56 die Bitfolge an
einem Bitmittelpunkt. Das Taktsignal für den Sampler 56 kann
von dem Taktempfänger 57 oder
von dem rückgewonnenen
Takt 58 kommen, wobei der Betrieb beider für den Fachmann
allgemein verständlich
ist.
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Ein
Wandler 61 zum Wandeln des Übertragungsmediums in ein elektrisches
Signal ist zwischen den Sampler 56 und die Kommunikationskanäle geschaltet,
wie sie durch die Drähte 25-29 geschaffen
sind. Natürlich
können
auch andere Wandlertypen für
unterschiedliche Übertragungsmedien
benutzt werden.
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Der
Entzerrer 45 schließt
auch einen Descrambler 46 zum Entschlüsseln der Informationsbitketten
ein, um so die Taktrückgewinnung
bei der zweiten Vorrichtung 24 zu erleichtern. Der Descrambler 46 ist
wie dargestellt zwischen den Framer 50 und die FIFO-Vorrichtung 53 geschaltet.
Bei anderen Ausführungsformen kann
der Descrambler 46 der FIFO-Vorrichtung 53 nachgeschaltet
sein, was den Fachleuten geläufig
ist. Selbstverständlich
könnten
bei sonstigen Ausführungsformen
der Descrambler 46 und der Scrambler 34 überhaupt
nicht gebraucht werden.
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Indem
nun insbesondere mehr auf die 2-4 Bezug
genommen wird, wird das erfindungsgemäße Entzerren bzw. Ausrichten
anhand eines vereinfachten Beispiels beschrieben. Die Tabelle 62 in 2 zeigt die Ausrichtung
von einigen der Informationsbits A-P und einigen der CRC-Bits C11-C42. Dieses
ist die richtige Ausrichtung, die normalerweise am Ausgang der ersten
Vorrichtung 22 oder bei einem relativ kurzen Abstand von
diesen erzeugt würde,
was der Fachmann auf diesem Gebiet weiß.
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Wie
es in der Tabelle 63 der 3 dargestellt
ist, befindet sich die zweite Informationsbitkette von oben außer Ausrichtung
mit den anderen Informationsbitfolgen. Dementsprechend wäre die Informationsbitfolge
bzw. -kette, die ohne Entzerrung wiederhergestellt würde, A,
Z, C, ... P. Mit anderen Worten wäre die Informationsbitkette
falsch.
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Wie
es die Tabelle 64 der 4 zeigt,
richtet das Entzerren nun erfindungsgemäß die Frames wieder aus, die
sich aufgrund des Versatzes bzw. der Verzerrung verlagert haben
können.
Demgemäß wird am
Ausgang die korrekte Informationsbitkette A, B, ... P hergestellt.
Das Kommunikationssystem 20 und das zugehörige Entzerrungsverfahren,
welche die kettenbasierten Framingcodes verwenden, entfernen den
Versatz bzw. die Verzerrung und tragen dieser in vorteilhafter und
effizienter Weise Rechnung. Dies erlaubt höhere Bitraten und/oder längere Übertragungsdistanzen.
Die höheren
Bitraten können
eine Reduzierung der Anschlüssezahlen
für die
Kommunikation zwischen integrierten Schaltungschips ermöglichen.
Da die Kosten für
zusätzliche Anschlüsse bzw.
Anschlussstifte und die Komplexität des Packaging relativ hoch
sein können,
lässt die
vorliegende Erfindung auch preiswertere Kommunikations-ICs zu, die
eine Gesamtkommunikationsrate haben, die dennoch relativ hoch ist,
was dem Fachmann geläufig
ist. Wie die Fachleute auf diesem Gebiet ebenfalls verstehen, können, obwohl
nur eine Kommunikationsrichtung dargestellt ist, weitere Ausführungen
des Kommunikationssystems 10 eine Schaltung einschließen, um
eine umgekehrte Kommunikationsrichtung zu implementieren. Mit anderen
Worten ist die vorliegende Erfindung auch einfach und genauso gut
bei Kommunikationssystemen mit Vollduplex anwendbar. Außerdem können mehrere
Empfangsvorrichtungen an eine oder mehr Sendevorrichtungen angeschlossen
werden, was dem Fachmann ebenfalls erkennbar ist.
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Mit
besonderem Bezug auf die 5 werden nun einige zusätzliche
Framing- oder Synchronisationskonzepte erläutert. In besonderer Weise
hat der dargestellte Framing-Zustandsautomat 70 drei Zustände: Einen
PRE-SYNC-Zustand 71,
einen HUNT-Zustand 73 und einen SYNC-Zustand 72.
Der Übergang
zwischen den HUNT- und PRE-SYNC-Zuständen wird bestimmt auf der
Basis eines korrekten oder falschen zeichenbasierten Framingcodes.
Der Automat 70 schaltet um vom PRE-SYNC-Zustand 71 in
den SYNC-Zustand 72, wenn X laufende bzw. aufeinanderfolgende
korrekte Codes festgestellt werden. Das Aggregat 70 geht über von
dem SYNC-Zustand 72 in den HUNT-Zustand 73, wenn
Y laufend falsche Codes ermittelt werden. Der Framingzustandsautomat 70 ist
Framingzustandsautomaten sehr ähnlich,
die bei anderen bekannten Anwendungen zur Datensynchronisation benutzt
werden, was dem Fachmann geläufig
ist.
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Das
grundsätzliche
kettenbasierte Framingcodieren und zugehörige Entzerrungskonzepte der
vorliegenden Erfindung wurden anfangs erklärt mit Bezug auf parallele
Kommunikationskanäle,
die über
Drähte 25-29 gebildet
sind. Mit anderen Worten arbeitet das Kommunikationssystem 20 über ein
drahtgebundenes Übertragungsmedium.
Eine andere drahtgebundene Anwendung würde den Betrieb über einen
Datenbus einschließen,
wie beispielsweise ein PCI-Bus. Ein typischer PCI-Bus ist auf eine
relativ niedrige Frequenz von etwa 60-70 MHz eingeschränkt. Dementsprechend
werden für
einen größeren Informationsdurchsatz
breitere Busse benötigt.
Das System überwindet
diese Schwierigkeit und kann einem PCI-Bus erlauben, mit schnellerer
Taktgeschwindigkeit zu arbeiten, und zwar ohne zusätzliche
Busbreite. Andere drahtgebunde ne Übertragungsmedien schließen beispielsweise
verdrillte Kupferpaare und Koaxialkabel ein, was die Fachleute auf
diesem Gebiet wissen.
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Indem
nun zusätzlich
auf die 6-8 Bezug
genommen wird, werden nun mehrere alternative Ausführungsformen
im Hinblick auf Übertragungsmedien
beschrieben. Für
das Kommunikationssystem 20' gemäß 6 wird
das Kommunikationsmedium mit zwei optischen Fasern 75 gebildet.
Die erste Vorrichtung 22' schließt den kettenbasierten
Framingcodierer 32' ein
und die zweite Vorrichtung 24' den Entzerrer 45'. Das Kommunikationssystem 20' kann auch weitere
Komponenten haben, die in der 1 dargestellt
und oben beschrieben sind.
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Eine
erste drahtlose Kommunikationssystemausführung 20'' wird mit besonderem Bezug auf
die 7 erläutert.
Bei dieser Ausführungsform
bilden jeweils Funksender und Funkempfänger 76, 77 und
Freiraum die Kommunikationskanäle über ein
drahtloses Medium. Die anderen Komponenten sind gekennzeichnet mit
Doppelstrichzeichen bzw. zwei Hochstrichen und sind mit den oben
beschriebenen gleichartig.
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8 zeigt
ein zweites drahtloses Kommunikationssystem 20''',
bei dem infrarote Sender und infrarote Detektoren 81, 82 jeweils
die parallelen Kommunikationskanäle über einen
Freiraum bilden, wie es für
den Fachmann geläufig
ist. Der Fachmann wird auch weitere speziellere Implementierungen
und Anwendungen der hier beschriebenen allgemeinen Kommunikationssysteme 20, 20', 20'' und 20''' kennen.
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Vorteilhafte
Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden nun mit
weiterem Bezug auf die 9 und 10 beschrieben.
Gemäß 9 ist
die Erfindung im Besonderen auf ein Kommunikationssystem 120 mit
einer ersten Vorrichtung 122, die eine Anzahl Wandler 141 zum
Wandeln elektrischer Signale in Übertragungsmedium
aufweist, und mit einer zweiten Vorrichtung 124 gerichtet,
die eine Anzahl Wand ler 161 zum Wandeln eines Übertragungsmediums
in elektrische Signale umfasst. Die Wandler 141 sind mit entsprechenden
Wandlern 161 über
zumindest ein Übertragungsmedium
verbunden und bilden parallele Kommunikationskanäle zwischen den ersten und
zweiten Vorrichtungen. Bei der dargestellten Ausführung wird
das Übertragungsmedium
durch eine Drahtleitung 125 gebildet.
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Bei
anderen Ausführungen
werden drahtlose und optische Übertragungsmedien
benutzt. Ein drahtloses Funkmedium ist schematisch durch die Antennen 113, 114 angedeutet,
und ein infrarotes oder optisches Freiraummedium ist durch die Quelle 115 und
Detektor 116 angegeben.
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Die
erste Vorrichtung 122 umfasst einen kettenbasierten Framingcodierer 132 zum
Festlegen und Anhängen
eines kettenbasierten Framingcodes an jede Informationsbitkette
von Informationsbitketten, die parallel über entsprechende parallele
Kommunikationskanäle übertragen
werden sollen, wobei jeder Framingcode auf zumindest einigen der
Informationsbits in der entsprechenden Informationsbitkette basiert,
wie es oben in Bezug auf den kettenbasierten Framingcodierer 32 beschrieben
wurde, der oben mit Bezug auf die 1 erläutert wurde.
Der Codierer 132 kann einen zeichenkettenbasierten Codegenerator
und einen Multiplexer umfassen, wie es ebenfalls im Zusammenhang
mit der 1 vorher beschrieben wurde.
-
Die
zweite Vorrichtung 124 hat einen Entzerrer 145 zum
Ausrichten empfangener Imformationsbitketten, die auf den zeichenkettenbasierten
Framingcodes beruhen. Der Entzerrer 145 kann die Komponenten und/oder Äquivalente
einschließen,
wie sie oben für
den Empfänger 45 beschrieben
wurden, der im Kommunikationssystem 20 der 1 gezeigt
ist. Dementsprechend können
langsamere Wandler 141, 161 im Kommunikationssystem 120 verwendet
werden, und zwar bei beträcht lichen
Kosteneinsparungen und bei dennoch erfolgender Bildung einer gewünschten
und relativ hohen gesamten Rate für den Informationsdurchsatz.
Die Merkmale zum Entzerren berücksichtigen
jede Verzerrung bzw. jeden Versatz, die bzw. der auf den parallelen Kommunikationskanälen auftreten
könnte.
-
Für längere Distanzen
kann die erste Vorrichtung 122 weiterhin einen Multiplexer
(MUX) 110 zum Multiplexen von Signalen von den mehreren
Wandlern 141 entlang einem gemeinsamen Übertragungsmedium aufweisen,
wie etwa das Drahtleitungsmedium 125. Bei diesen Ausführungsformen
hat die zweite Vorrichtung 124 auch einen Demultiplexer
(DEMUX) 112, der an seine Wandler 161 zum Wandeln
des Übertragungsmedium
in elektrische Signale angeschlossen ist, was den Fachleuten auf
diesen Gebieten geläufig
ist. Das Mediummultiplexen und -demultiplexen kann die Kosten für das gesamte
Kommunikationssystem 120 bei relativ großen Distanzen
zwischen den ersten und zweiten Vorrichtungen 122, 124 reduzieren,
was dem Fachmann ebenfalls verständlich
ist.
-
Für sonstige
Ausführungen
könnten
der Multiplexer 110 und der Demultiplexer 112 nicht
gebraucht werden. Der Fachmann wird leicht in der Lage sein, die
Kostenverhältnisse
bzw. einen Kostenkompromiss für die
Ausstattung des Kommunikationssystems 120 entweder mit
oder ohne die MUX/DEMUX zu ermitteln.
-
Eine
besonders vorteilhafte Anwendung des Kompromisses der Wandlergeschwindigkeit
gegen die Anzahl paralleler Kommunikationskanäle ergibt sich für optische
Implementierungen, wie etwa solche gemäß dem synchronen optischen
Netzwerk (SONET) und/oder gemäß synchroner
digitaler Hierarchie (SDH)-Standards. Insbesondere das Wellenlängenmultiplexen
(WDM) und das dichte Wellenlängenmultiplexen
(DWDM) sind hoch entwickelt und erlauben eine relativ große Anzahl Kommunikationskanäle, die
bei verschiedenen optischen Wellenlängen zu errichten sind, was
für den
Fachmann verständlich
ist. Bei dem dargestellten Kommunikationssystem 120' kann eine größere Anzahl
von mit niedrigerer Rate arbeitenden OC-X-Wandlern 141', 161' anstelle einer
geringen Anzahl von schnellen Wandlern verwendet werden. Die Gesamtrate über die
Faser 175 kann relativ hoch sein, d. h., das N-fache der OC-X-Rate
betragen. Beispielsweise kann ein OC-192-Wandler das 100-fache der Kosten eines
OC-48-Wandlers kosten. Demgemäß kann das
Kommunikationssystem 120' weniger
kosten als vergleichbare Übertragungssysteme,
bei denen optische Wandler mit höherer
Geschwindigkeit benutzt werden.
-
Die
unterschiedlichen Wellenlängen,
die durch Multiplexen auf die Faser 175 gebracht werden,
wandern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Faser.
In der Vergangenheit wurden diese verschiedenen Geschwindigkeiten
gemessen, und es wurde ein erster Ausgleich als Offset zugefügt, um dem
Versatz bzw. der Verzerrung Rechnung zu tragen. Leider können solche
Lösungen Änderungen
der Verzerrung nicht berücksichtigen,
wie sie z. B. durch Faseralterung und/oder Temperaturwechsel verursacht
werden können. Die
Fachleute werden die Vorteile in Form von Effizienz und Einfachheit
erkennen, die durch den zeichenkettenbasierten Framingcodierer 132' und den Entzerrer 145' sowie zugehörige Verfahren
gemäß der Erfindung für das optische
Kommunikationssystem 120' geschaffen
werden.
-
Ein
weiteres Kommunikationssystem 200 wird nun besonders im
Zusammenhang mit den 11 und 12 beschrieben.
Das dargestellte Kommunikationssystem 200 hat eine physikalische
Schichtvorrichtung (PLD) 201 und eine logische Linkvorrichtung
(LLD) 202, die daran angeschlossen ist. Die PLD 201 schließt ein PLD-Sendeinterface 203 ein,
welches wiederum parallele PLD-Informationsausgänge 205-208 und
wenigstens einen PLD-Steuerausgang 211 aufweist.
-
Die
LLD 202 umfasst ein LLD-Empfangsinterface 204,
welches wiederum parallele LLD-Informationseingänge 215-218 und
zumindest einen LLD-Steuereingang 221 hat.
Das Kommunikationssystem 200 schließt auch erste parallele Kommunikationskanäle 225 ein,
welche die PLD-Informationsausgänge 205-208 mit
den entsprechenden LLD-Informationseingängen 215-218 verbinden.
Ein zweiter Kommunikationskanal 226 schließt den dargestellten
einzelnen PLD-Steuerausgang 211 an den LLD-Steuereingang 221 an,
so dass Steuersignale von der PLD zur LLD gesendet werden, und zwar
band-extern von Informationssignalen. Dementsprechend wird die Steuergeschwindigkeit
gesteigert, und die Effizienz des Informationsdurchsatzes wird nicht
beeinträchtigt.
Die Anzahl der ersten und zweiten Kommunikationskanäle 225 und 226 kann
bei verschiedenen Ausführungsformen
unterschiedlich sein, was für
den Fachmann verständlich
ist.
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Das
LLD-Empfangsinterface 204 enthält weiterhin wie dargestellt
einen LLD-Statusausgang 222, und das PLD-Sendeinterface 203 schließt einen
PLD-Statuseingang 212 ein. Ein dritter Kommunikationskanal 227 verbindet
somit den LLD-Statusausgang 222 mit dem PLD-Statuseingang 212.
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Die
PLD 201 schließt
auch ein PLD-Empfangsinterface 230 ein, das parallele PLD-Informationseingänge 231-234 und
einen PLD-Steuereingang 235 einschließt. Die LLD 202 umfasst
außerdem
ein LLD-Sendeinterface 240, welches parallele LLD-Informationsausgänge 241-244 und
einen LLD-Steuerausgang 245 hat. Bei der dargestellten
Ausführungsform
verbinden vierte parallele Kommunikationskanäle 250 die LLD-Informationsausgänge 241-244 mit
entsprechenden PLD-Informationseingängen 231-234.
Zusätzlich verbindet
ein fünfter
Kommunikationskanal 251 den LLD-Steuerausgang 245 mit
dem PLD-Steuereingang 235.
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Das
PLD-Empfangsinterface 230 kann weiterhin einen PLD-Statusausgang 236 einschließen, das LLD-Sendeinterface 240 kann
zusätzlich
einen LLD-Statuseingang 246 haben, und das Kommunikationssystem 200 kann
auch einen sechsten Kommunikationskanal 252 einschließen, der
den PLD-Statusausgang 236 mit dem LLD-Statuseingang 246 verbindet.
Gemäß diesem
Aspekt des Systems können
die PLD 201 und die LLD 202 in einer Gleichtaktkonfiguration
(PUSH-PUSH) betrieben werden.
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Die
Gleichtaktkonfiguration überwindet
eine Anzahl von Schwierigkeiten konventioneller Gegentaktkonfigurationen
(PUSH-PULL). Die PLD 201 hat üblicherweise einen chipintegrierten
Speicher 260, der relativ teuer ist. Obwohl die LLD 202 üblicherweise
mehr Speicher erfordert, ist der Speicher 261 weniger kostspielig, da
er normalerweise chipextern bereitgestellt wird, was für die Fachleute
auf diesem Gebiet verständlich
ist. Die Gleichtakt- bzw. PUSH-PUSH-Konfiguration lockert die Forderung
nach einem relativ kostspieligen chipinternen Speicher 260 für die PLD 201,
da die LLD 202 die PLD 201 nicht drosselt.
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Ein
anderes vorteilhaftes Merkmal ist, dass die Interfaces 203, 204, 230 und 240 symmetrisch
gemacht werden können.
Mit anderen Worten können
das PLD-Sendeinterface 203 und das LLD-Sendeinterface 240 im
Wesentlichen identisch sein, und das PLD-Empfangsinterface 230 und
das LLD-Empfangsinterface 204 können ebenfalls im Wesentlichen
identisch sein, um hierdurch symmetrische Interfaces zu bilden.
Symmetrische Interfaces können
die Ausgestaltung und Herstellung vereinfachen und bieten weitere
Vorteile, einschließlich
Prüfschleifenfähigkeiten,
wie es mit dem punktierten Prüfschleifenpfad 263 angedeutet
ist, der gemäß Darstellung
zwischen dem PLD-Sendeinterface 203 und dem PLD-Empfangsinterface 230 verläuft, wie es
für den
Fachmann auf diesem Gebiet verständlich
ist.
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Die
Symmetrie erlaubt es auch, dass die LLD 202 in zwei getrennten
integrierten Schaltungspaketen ausgestaltet wird, die funktionell
getrennt sind, wie es mit der gestrichelten horizontalen Linie 264 angedeutet ist.
Da die Anzahl der Anschlüsse
bzw. Anschlusspins relativ groß sein
und einen beachtenswerten Anteil der Kosten ausmachen kann, bilden
die Symmetrie und die Fähigkeit
zur Bildung von zwei getrennten ICs einen signifikanten Vorteil
der vorliegenden Erfindung.
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Die
LLD 202 kann beispielsweise eine asynchrone Transfermodus
(ATM)-Vorrichtung
umfassen, was der Fachmann verstehen wird. Außerdem kann die PLD eine Vorrichtung
mit synchronem optischen Netzwerk (SONET) oder eine synchrone digitale
Hierarchie (SDH)-Vorrichtung sein, was dem Fachmann ebenfalls verständlich ist.
Die LLD 202 kann auch eine SDL- oder HDLC-Vorrichtung sein,
was dem Fachmann auch geläufig
ist.
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Ein
noch weiterer Aspekt des Kommunikationssystems 200 ist,
dass der Pincount der PLD 201 und LLD 202 tragbar
gehalten werden kann, indem schnellere parallele Kommunikationskanäle verwendet
werden und dennoch der Verzerrung Rechnung getragen wird. Insbesondere
kann, wie es besonders mit Bezug auf die 11 gezeigt
ist, das PLD-Sendeinterface 203 einen
zeichenkettenbasierten Framingcodierer 32'''' zum Bestimmen und Anhängen eines
kettenbasierten Framingcodes an jede Informationsbitkette von Informationsbitketten
haben, die parallel über
entsprechende erste parallele Kommunikationskanäle übertragen werden sollen, wobei
jeder kettenbasierte Framingcode auf zumindest einigen der Informationsbits
in der betreffenden Informationsbitkette beruht. Außerdem kann
das LLD-Empfangsinterface 204 auch einen Entzerrer 45'''' zum Ausrichten
empfangener paralleler Informationsbitfolgen auf der Grundlage von
kettenbasierten Framingcodes umfassen.
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Diese
Framingcodes können
beispielsweise CRC-Codes sein. Der dargestellte und auf Zeichenketten basierende
Codierer 32'''' schließt einen
zeichenkettenbasierten Codegenerator 37'''' und einen Multiplexer 38'''' ein, wie oben
beschrieben wurde. Der Scrambler kann zugefügt werden, er ist aber in der
dargestellten Ausführung
nicht gezeigt. Ein M'stellig-in-N'stellig Wandler 36'''' ist dem Framingcodierer 32'''' vorgeschaltet.
-
Der
Entzerrer 45'''' umfasst
einen Framer 50'''' zum
Framing bzw. Rahmen von Informationsbitketten, die entsprechende
zeichenkettenbasierte Framingcodes als Basis haben, und einen Ausrichter 52'''' zum Ausrichten
gerahmter Informationsbitketten relativ zueinander und beruhend
auf den kettenbasierten Framingcodes. Der Ausrichter 52'''' hat zumindest
eine first-in-first-out (FIFO)-Vorrichtung 53'''', die mit dem
Framer zum Puffern von gerahmten bzw. zusammengefassten Informationsbitketten
verbunden ist; und einen FIFO-Controller 55'''' zum Ausrichten gerahmter Informationsbitketten
bei zumindest einer von beiden Phasen, nämlich einer Lese- und einer
Schreibphase, der zumindest einen FIFO-Vorrichtung und auf der Basis
der zeichenkettenbasierten Framingcodes. Ein besonderes Beispiel
für einen
effizienten Framingalgorithmus wird im nächsten Abschnitt dieser Beschreibung
gegeben.
-
Das
Codieren und Entzerren können
auch in umgekehrter Richtung bei Informations- und Kontrollsignalen
von der PLD zur LID gemacht werden. Bei einigen Ausführungen
können
die parallelen Kommunikationskanäle
wie bei der dargestellten Ausführung über elektrische
Leiter gebildet werden. Natürlich
können
auch andere Übertragungsmedien
benutzt werden.
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I. Interfacebeispiel
-
Nachdem
schon die allgemeinen Komponenten, Konzepte, Merkmale und Vorteile
der Erfindung beschrieben wurden, schließt die Beschreibung jetzt ein
besonderes Beispiel eines Interface ein, welches mit PNG-Interface bezeichnet
wird. Selbstverständlich
ist dieses Beispiel dazu gedacht, die Erfindung weiter anhand eines
Beispiels zu beschreiben und sollte nicht als Einschränkung der
Erfindung interpretiert werden.
-
Das
PNG ist ein Interface, welches den Transport von Daten von einer
Vorrichtung zur anderen erlaubt, und zwar mit sehr hohen Datenraten
und mit einer minimalen Anzahl von Anschlüssen bzw. Pins. Das PNG ist
symmetrisch und arbeitet im Gleichtakt (PUSH-PUSH) und kann bei
OC-48-Raten erweiterbar
bis OC-192 und darüber
hinaus benutzt werden. Außerdem
ist das PNG ausgelegt, um sowohl ATM-Zeilen als auch Pakete gleichzeitig
zu transportieren.
-
Wie
es in
11 gezeigt ist, kann man sehen,
dass die PNG drei Arten von Signalen einschließt: Daten, Steuerung bzw. Kontrolle
und Status. Die Steuerung wird in gleicher Richtung wie Daten gesendet
und Status wird in entgegengesetzter Richtung gesendet. Es gibt
somit d + c + s Bits, die ein Interface pro Richtung umfassen (beachte,
dass im Gegensatz zu Utopia oder Utopia-ähnlichen Interfaces das PNG
symmetrisch ist und im Gleichtakt arbeitet anstatt im Gegentakt
(PUSH/PULL)). Die Tabelle I zeigt repräsentative oder vorgeschlagene
Werte für
d, c und s für
verschiedene Bitraten. Tabelle 1: Vorgeschlagene Bitbreiten und
Bitraten
| OC-12 | OC-48 | OC-192 |
d | 4
@ 155 MB/s | 4
@ 622 MB/s | 8
@ 1244 MB/s |
c | 1
@ 155 MB/s | 1
@ 622 MB/s | 2
@ 1244 MB/s |
s | 1
@ 155 MB/s | 1
@ 622 MB/s | 2
@ 1244 MB/s |
-
Bei
622 MB/s und darüber
kann die Steuerung bzw. Prüfung
der Verzerrung schwierig sein. Um eine Ausrichtung zwischen Bits
sicherzustellen und ein Framing zu erreichen, hat jedes Bit seine
eigene Framingstruktur: Für
jede gesendeten n Informationsbits wird eine CRC angehängt. Die
n Informationsbits zusammen mit der CRC können als ein Informationsframe
bezeichnet werden. Die vorgeschlagene Größe für n ist 1024 Bits, und die
vorgeschlagene CRC ist eine CRC-8 des Polynoms x^8 + x^2 + x + 1.
Jedoch können
diese Größe und CRC
variiert werden, was von einer Analyse zur Bestimmung maximal wahrscheinlicher
Erfassungszeiten abhängt.
Andere vorgeschlagene Größen sind
512 Bits mit einer CRC-4 oder 2048 Bits mit einer CRC-32. Die CRC-4
erfordert weniger Hardware, sie kann aber eine beträchtliche
Erfassungszeit wegen hoher Wahrscheinlichkeiten eines falschen Framings
erfordern. Die CRC-32 macht mehr Framingschaltung notwendig.
-
Zusätzlich zur
angehängten
CRC werden die Daten auch verschlüsselt, indem ein framesynchroner Scrambler
mit einer Sequenzlänge 127 des
Polynoms x^7 + x^6 + 1 benutzt wird. Der Scrambler soll auf 7'b111_1111 beim signifikantesten
Bit des Bytes zurückgestellt
werden, welches der CRC-Einfügung
folgt. Zu beachten ist, dass das Verschlüsseln der Informationen durchgeführt wird,
um eine gleichförmige
Verteilung von 0'en
und 1'en sicherzustellen,
um ein CDR zu ermöglichen.
-
Es
wird vorgeschlagen, dass ein Framing-Zustandsautomat ähnlich wie
bei der HEC-Darstellung angewendet wird, was für einen Fachmann verständlich ist.
Der Framing-Zustandsautomat 70 ist in 5 gezeigt und
wurde bereits beschrieben.
-
Nachdem
der Frame gefunden ist, ist der Empfänger dafür verantwortlich, die Information über mehrere
Bits auszurichten. Im Falle der OC-48 würde der Empfänger ein
Framing bzw. eine Ausrichtung durchführen bei den 4 d Bits und bei
dem 1 c Bit, und nachdem der Frame von allen fünf Bits erlangt wurde, können die Daten-
und Steuer- bzw. Kontrollsignale korrekt gewonnen werden. Um die
Erfassungszeit zu erhöhen,
können Falsch-Positiv-Übereinstimmungen
bei der CRC ignoriert werden, wenn der Rahmen auf alle fünf Bits
nicht innerhalb einer begrenzten Zeitspanne (plus oder minus einiger
weniger Bits, was von dem erlaubten Versatz zwischen den Bits abhängt) gefunden
wird.
-
Im
Falle einer OC-48 mit 4 Datenbits und 1 Steuer- bzw. Prüfbit im
Betrieb mit 622 MB/s, würden
die Daten und Steuerbits ausgelesen wie in 13 gezeigt,
was eine Verknüpfung
von 32 Bits für
jeweils 8 Steuerbits bildet. Dieses Binning würde natürlich durchgeführt, nachdem
das Informationsframing stattgefunden hat.
-
Nachdem
das Binning der Steuerung bzw. Kontrolle und Daten stattgefunden
hat, wird die Prüf-
bzw. Kontrollinformation benutzt, um den Status der zugehörigen Daten
zu bestimmen. Diese Information schließt ein Port-ID (PID), Gruppen-ID
(GID), Start und Paket (oder Zeile) und Ende des Pakets (oder der
Zeile), welches Byte das Ende des Paketes ist. Diese Information
ist unten in Tabelle 2 zu sehen. Tabelle 2: Prüf- und Datenfelder
8 | 32 |
CONT | PID | DATEN |
CONT | GID | STATUS | DATEN |
-
Das
erste Bit des Steuer- bzw. Prüffeldes
zeigt an, ob das Prüfoktett
(und sein zugehöriges
Datenfeld) eine Fortsetzung (d. h. ein Teil) des vorherigen Prüfoktetts
ist. Wenn CONT 0 ist, dann ist dieses das erste Oktett einer neuen Übertragung.
Die Port-ID (PID) ist 7 Bits breit und wird benutzt, um den Port
zu identifizieren, dem die Daten zugeordnet sind. Dies ergibt bis
zu 128 Ports. Wenn mehr Ports erforderlich sind, wird das Gruppen-ID
(GID)-Feld benutzt, welches 3 Bits hat, um den Bereich an Ports auszudehnen
auf 1024 (2^10). Das STATUS-Feld wird verwendet, um den Rest der
Prüf- bzw.
Steuerinformation zu übermitteln.
Das Codieren des Statusfeldes ist in der Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3: Codierungen des STATUS
0000 | NULL | 0100 | reserviert | 1000 | EOP
bei vorher A | 1100 | EOP
bei A |
0001 | SOP | 0101 | reserviert | 1001 | EOP
bei vorher B | 1101 | EOP
bei B |
0010 | CONT | 0110 | reserviert | 1010 | EOP
bei vorher C | 1110 | EOP
bei C |
0011 | ABORT | 0111 | reserviert | 1011 | EOP
bei vorher D | 1111 | EOP
bei D |
-
Weil
die Menge an Prüf-
bzw. Steuerinformation, die für
jeden Kanal gesendet werden muss, nicht in einem 8-Bit-Oktett enthalten
sein kann, müssen
mindestens zwei 8-Bit-Oktetts gesendet werden, bevor ein Portkontextwechsel
durchgeführt
werden kann. Jedoch kann hiernach ein Kontextwechsel auf der nächsten 4-Byte-Grenze
ausgeführt
werden (vorausgesetzt, dass das Interface zu 100% für mehrere
der 4-Byte-Pakete effizient
ist, solange wie das Paket 8 Bytes oder mehr hat). Man beachte,
dass jede Paketgröße von einem Byte
an auffährts
gesendet werden kann, wobei weniger als 8 Bytes die Effizienz der
Verbindung bzw. des Links reduziert.
-
Unten
in der Tabelle 4 ist ein Beispiel für das Senden von Null Daten
gefolgt von einem 32-Byte-Paket dargestellt.
-
Tabelle
4: Beispiel mit Null Daten gefolgt von einem 32-Byte-Paket
-
Man
beachte, dass mit PID und GID die Anzahl der Kanäle, die beim PNG unterstützt werden
können, 1024
ist. Diese könnte
falls notwendig auf 2048 ausgeweitet werden, indem die Statusgröße auf 3
Bits reduziert und die GID auf 4 Bits erhöht wird. Jedoch müsste dann
das Datenfeld verwendet werden, um Informationen auf Paketen zu übermitteln,
die 1-4 Bytes groß sind.
-
Das
Statusfeld wird in entgegengesetzter Richtung der Daten und Prüf- bzw. Steuersignale
gesendet und wird benutzt, um eine Ablaufsteuerung auf einer Pro-Kanal-Basis
zu bilden. Das Statusfeld wird verschlüsselt und mit einer CRC in
gleicher Weise geprüft
wie die Steuerung und Daten. Sobald die Statusinformation gewonnen
wurde, wird sie entsprechend dem Format interpretiert, das unten
in Tabelle 5 gezeigt ist. Tabelle 5: Statusinformationsformat
7 | 3 | 2 | 4 |
PID | GID | R | FSTATUS |
-
Wie
bei dem Steuer- bzw. Prüffeld
repräsentiert
PID die Port-ID und GID die Gruppen-ID, und diese kombinierten Bits
können
benutzt werden, um den Status auf bis zu 1024 Ports zu bilden. R
ist reserviert, und FSTATUS wird verwendet, um den Status der FIFO
zu übermitteln,
die dem Port zugeordnet ist. Das R-Feld könnte verwendet werden, um erforderlichenfalls
entweder die GID oder den FSTATUS zu steigern.
-
Die
Coderierung des FSTATUS ist unten in der Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6: Codierungen des FSTATUS
0000 | Fifo
Leer | 0100 | ..... | 1000 | ........ | 1100 | ..........
.. |
0001 | . | 0101 | ..... | 1001 | ......... | 1101 | .......... ... |
0010 | . | 0110 | ...... | 1010 | .......... | 1110 | .......... .... |
0011 | ... | 0111 | ....... | 1011 | ........... | 1111 | Fifo
Voll |
-
Wenn
nur ein Bitstatus erforderlich ist, kann der MSB-Bit des FSTATUS
benutzt werden. Die empfangende Seite (definiert als die Seite,
die Daten- und Steuersignale außer
beim Sendezustand empfängt)
ist verantwortlich für
die Ermittlung des Status ihrer FIFOs und befördert die Information zur sendenden
Seite (definiert als die Seite, die Daten- und Steuer- bzw. Prüfsignale
nur beim Sendezustand) befördert.
Einen 1-Bit-FIFO-STATUS
kann man sich vorstellen als ähnlich
dem TxClav in Utopiainterfaces.
-
Die
Sendeseite ist gefordert, den Zustand jeder FIFO auf der Empfangsseite
aufrechtzuerhalten. Dieser Status wird kontinuierlich immer dann
aktualisiert, wenn sich ein FIFO-Status am Empfänger ändert, und beim Fehlen jeder
solcher Information zum Befördern
läuft der
Empfänger
rund durch alle aktiven FIFOs, um sicherzustellen, dass die Sendeseite
kontinuierlich synchronisiert ist. Für den Fall einer traditionellen
PHY-Vorrichtung
als der Sender ist ein Status nicht gefordert. Die Statusinformation
als solche kann durch die PHY als ein Sender ignoriert werden.
-
Ein
logisches Blockschaltbild des PNG-Interface ist in 1 dargestellt
und bedarf keiner weiteren Beschreibung.
-
II. Ausrichtalgorithmus als Beispiel
-
Nachdem
die allgemeinen Komponenten, Konzepte, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung und ein Beispiel für ein Interface beschrieben
wurden, beinhaltet diese Beschreibung nun ein spezifisches Beispiel
für einen
Algorithmus zum Entzerren bzw. Ausrichten. Der Ausrichtalgorithmus
ist dazu gedacht, die Erfindung weiterhin durch Beispiele zu beschreiben
und sollte nicht als Einschränkung
der Erfindung ausgelegt werden.
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Wenn
mehr Bandbreite in einem Netzwerk gebraucht wird, wünschen die
Kunden die Fähigkeit
zum Zufügen
von Bandbreite zwischen zwei Punkten auf einer Anforderungsbasis.
In einem SONET/SDH-Netzwerk wird diese Bandbreite normalerweise
bereitgestellt durch Senden des nächstgrößeren Verknüpfungslevels zu dem Punkt,
der die Bandbreite benötigt.
Diese Netzwerke haben größere Einschränkungen
auf das Zeitfenster, welches das neue Verknüpfungssignal besetzen kann.
Erfindungsgemäß kann Bandbreite
zugeordnet/freigegeben werden bei dem STS-1/VC-4-Level für jeweils
SONET/SDH-Signale, und zwar ohne Einschränkung für das benutzte STS-1/VC-4-Signal.
Am Empfangsende muss es einen Mechanismus geben, um diese zertrennten
Ströme
in einen Strom auszurichten ohne externen Eingriff (Software) und
bei minimaler Hardware (Anzahl von Gattern). Dieses Beispiel behandelt
den Softwareeingriff und das Gatteranzahlproblem durch Implementieren
eines komplett hardwarebasierten Ausrichtalgorithmus.
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Der
SONET-SDH SPE-Entzerrungsalgorithmus erlaubt die dynamische Ausrichtung
mehrfacher STS-1/VC-4-Signale innerhalb einer benutzerdefinierten
Gruppe. Demgemäß können Signale
von der benutzerdefinierten Gruppe dynamisch zugefügt oder
fallengelassen werden, ohne Fehler in das Ausgangssignal einzuführen.
-
Wie
unter Hinweis auf 14 verständlich wird, berücksichtigt
der Entzerrungsalgorithmus 279 Merkmale eines SONET-SDH-Frame,
die einen einfachen Algorithmus zum Ausrichten der SPEs von unterschiedlichen
STS-1/VC-4-Signalen
erlauben. Der Algorithmus 279 schließt vier grundsätzliche
Komponenten ein: Einen Logikblock 280 zur Eingangssteuerung
bzw. -prüfung,
einen Logikblock 281 zur Schreibsteuerung, einen Elementenblock 285 zur
Datenspeicherung und einen Logikblock 286 zur Lesesteuerung.
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Der
Logikblock 280 enthält
die bereitgestellte Information, die zur Bestimmung gebraucht wird,
welche STS-1/VC-4-Signale zusammen gruppiert sind, um eine virtuelle
Gruppe zu bilden. Diese Information wird auch von anderen Steuerblöcken für Entzerrungszwecke
benutzt.
-
Der
Logikblock 282 enthält
die Logik für
die Schreibadressenerzeugung und die Logik für die Berechnung der Minimumschreibadresse
und der Maximumschreibadresse für
jede virtuelle Gruppe. Eine virtuelle Gruppe enthält von zwei
(2) bis achtundvierzig (48) STS-1-Signale oder zwei (2) bis sechzehn
(16) VC-4-Signale. Die Schreibadresse wird auf den J11-Marker synchronisiert.
Dies stellt sicher, dass der J1-POH-Byte immer in die gleiche Stelle
im Datenspeicher geschrieben wird. Die Schreibadresse schreibt immer
783 (STS-1) oder 783 *3 (VC-4) Bytes zwischen J1 Markern. Dies ist
unabhängig
von Inkrement- oder Dekrementoperationen, die den eingehenden Zeigerwerten
passiert sind, als das Signal durch die Zeigerprozessorelemente
in dem Netzwerk gelaufen ist. Gleichzeitig werden während jeder
Reihe die Maximal- und Minimalschreibadressen für alle virtuellen Gruppen berechnet.
Diese Information wird von der Lesesteuerlogik 286 bei
der Feststellung benutzt, ob eine Inkrement- oder Dekrementoperation
gebraucht wird. Dies stellt sicher, dass alle Signale innerhalb
der VC-Gruppe ausgerichtet bleiben innerhalb der Grenzen der FIFO-Tiefe.
-
Der
Datenspeicherelementblock 285 hat ausreichend RAM, um eine
Datenreihe für
jedes eingehende STS-1- oder VC-4-Signal zu Puffern.
-
Der
Logikblock 286 zur Lesesteuerung stellt sicher, dass der
Lesezeiger sich bewegt/hält,
da sich das Phasenverhältnis
zwischen den eingehenden Signalen aufgrund der Zeigerinkremente
und -dekremente ändert.
Eine Auswertung wird einmal pro Reihe zwecks Feststellung gemacht,
ob eine Inkrementoperation (Leseadresse wird während der SPE-Zeit angehalten)
oder eine Dekrementoperation (Leseadressenlauf während der TOH-Zeit) erforderlich
ist. Der Lesezeiger bzw. Lesepointer zählt nur während der SPE-Zeit, ausgenommen
wenn eine Dekrementoperation ausgeführt wird. Wenn alle ankommenden
Signale der virtuellen Gruppe die gleiche J1-Byte-Position haben,
werden die Lese- und Schreibzeiger um die Hälfte der Speichertiefe versetzt,
und die Minimum-/Maximumwerte werden nach dem Ausricht- bzw. Entzerrungsprozess
gleich sein.
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Kurz
gefasst, ermöglicht
der Entzerrungsalgorithmus jede Anzahl von Signalen, eine virtuelle
Gruppe aufzubauen und diese Signale ausgerichtet zu halten, solange
wie das eingehende Signal eine gleich blei bende Anzahl von Bytes
zwischen Markern hat und der relative Versatz zwischen den Markern
nicht größer ist
als die FIFO-Tiefe. Die obige Beschreibung gilt speziell für SONET/SDH-Signale,
aber diese Erfindung kann für alle
Arten von Signalen verwendet werden, die ausgerichtet werden müssen.
-
Der
hauptsächliche
Vorteil dieser Lösung
ist die Einfachheit des Ausrichtalgorithmus, der die Standardcharakteristiken
einer SONET/SDH-Framestruktur
und das Bewegungsverhalten des Zeigers berücksichtigt. Die eingehenden
Signale, die eine virtuelle Gruppe bilden, werden automatisch durch
den Schreibalgorithmus ausgerichtet, und der Lesealgorithmus stellt
sicher, dass der Ausgang fehlerfrei ist, da die eingehenden Signale
in Bezug zueinander die Phase ändern.
Diese Erfindung kann verwendet werden in einem Ausricht-FIFO-Schaltkreis,
um virtuell verknöpfte
Signale in einem SONET/SDH-Netzwerk auszurichten oder in einem Paketnetzwerk
ein Ausrichten bzw. Entzerren mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.