EP0367897A2 - Method for the simultaneous transmission of digital data signals in band-limited transmission channels - Google Patents
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- EP0367897A2 EP0367897A2 EP89108348A EP89108348A EP0367897A2 EP 0367897 A2 EP0367897 A2 EP 0367897A2 EP 89108348 A EP89108348 A EP 89108348A EP 89108348 A EP89108348 A EP 89108348A EP 0367897 A2 EP0367897 A2 EP 0367897A2
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- H04H20/28—Arrangements for simultaneous broadcast of plural pieces of information
- H04H20/36—Arrangements for simultaneous broadcast of plural pieces of information for AM broadcasts
Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
- Methods of this type are used for the additional transmission of digital data signals via an already existing band-limited transmission channel, which is mainly used for the transmission of other signals.
- the data signals must be rounded in such a way that they meet this condition. In most cases, this is done by severely limiting the spectrum of the data signals, e.g. with the FM radio broadcast radio data system (“FM-RDS”) or with data transmission via a narrowband data channel, for example the sound channel from the studio (in the broadcasting house) to the transmitter. In other cases, the rounding must take place in such a way that the first time derivative of the rounded curve shape has a minimum of vibrations (extrema), e.g. with the AM radio broadcast radio data system (“AM-RDS").
- FM-RDS FM radio broadcast radio data system
- AM-RDS AM radio broadcast radio data system
- EBU European Broadcasting Union
- the EBU waveform designed as a biphase signal in FIG. 1a is symmetrical of origin and for T ⁇ ⁇ ⁇ oscillator very quickly approaches zero, where T is the width (duration) of the unrounded data signal (single bit). With this curve shape, amplitudes that differ substantially from zero can only be found in the range of ⁇ 2T.
- the associated spectral distribution in FIG. 1b is also symmetrical of origin and has spectral components that differ substantially from zero only within a range defined by the cut-off frequencies + Fg and -Fg, which represents the bandwidth of this EBU curve shape and which according to the above-mentioned.
- EBU regulation depends on the data or band rate. For biphase waveforms e.g. there is a range of ⁇ 2 ⁇ band rate. With a band rate of 1.2 kBd for FM RDS, for example, the bandwidth ⁇ Fg is thus ⁇ 2.4 kHz. In the case of AM applications, on the other hand, the band rate is ⁇ 200 Bd, which results in a cut-off frequency Fg ⁇ 400 Hz for biphase signal shapes in accordance with this EBU regulation.
- FIG. 2a shows a typical chronological sequence of unrounded digital data signals in the NRZ (No Return to Zero) format.
- the digital data signals in the AM area that is to say in the AM-RDS, are transmitted as phase modulation (PM) of the carrier.
- PM phase modulation
- phase modulation (PM) for the data and the amplitude modulation (AM) for the message are orthogonal to one another, the two modulations in principle do not interfere with one another and can therefore be separated again at the receiving end.
- phase shift influences the immunity to interference of the data transmission.
- a phase shift of approx. ⁇ 15 degrees is required. (This value depends on the interference phase shift of the transmitter and the receiver and is therefore subject to technical change.)
- the shape of the rounded data has a direct effect on the data speed (due to the compatibility) that can be achieved.
- the program interferes with the data due to a conversion of the PM into an AM.
- the frequency modulation (FM) that is always associated with the PM is converted into an AM.
- This conversion of the FM into AM takes place in particular on asymmetrical edges of the intermediate frequency (IF) filter.
- FIG. 3 shows the transmission curve U (f) of a typical IF filter as a function of the frequency f and which has an asymmetrical flank towards higher frequencies.
- This edge makes it symmetrical about a center frequency f frequency modulation with a frequency deviation ⁇ f into asymmetrical fluctuations ⁇ U of the amplitude of the IF signal U around the center frequency f belonging amplitude value U implemented what can interfere with the reception of the main program.
- the selected phase deviation ⁇ and thus also the associated frequency deviation ⁇ f and the shape of the rounded data signal are included in the magnitude of this disturbance.
- Phase and frequency modulation are linked as follows: If phase modulation includes a (data) signal s (t), frequency modulation includes a signal ds (t) / dt, i.e. the time derivative of the (data) signal s (t).
- FIG. 5a is again the one shown in FIG. 2b already shown and formed according to the above EBU regulation F (t) together with their first time derivative F '(t). Due to the sags S in F (t), the derivative F '(t) has a comparatively high number of vibrations or extremes, which, as practical tests have shown, a given certain propagation ranges conditions above the tolerance limit and thus audible "data hum" can result.
- the object of the invention is to provide a method of the type mentioned, in which the additional data signals to be transmitted are rounded so that they also under extreme propagation conditions in data transmission systems that have a minimum of vibrations or extremes in the first derivative of the time function f (t) require the data signal sequence to be transmitted, such as AM-RDS, can be used in compliance with the specified minimum signal-to-noise ratio.
- the solution according to the invention provides temporal waveforms for rounded data signals, in which the minima of the time function f (t) of the sequence of the rounded data signals are only in the lower part of the permissible total amplitude range and the maxima accordingly only in the upper part, both of which the lower and the upper sub-area each make up about 25% of the total amplitude range. Furthermore, in the curve shapes according to the invention, the number of extremes (minima and maxima) of this time function f (t), on the one hand, and their first time derivative f '(t), on the other hand, is each less than or at most equal to the number of extremes (minima and maxima) the basis of the EBU waveform (see FIG.
- this inner partial area ⁇ Ti is advantageously approximately 60-90%, preferably approximately 70-80%, in particular approximately 75%, of twice the bit width ⁇ T, the temporal curve shape advantageously consisting of three sections, each with a sinusoidal transition between directly adjacent sections consists.
- the method according to the invention can be used particularly advantageously in data transmission systems which require a minimum of vibrations as extremes in the first time derivative of the time function of the rounded data signal sequence, such as e.g. the AM-RDS.
- FIG. 4 shows, on the same scale as FIG. 1, the time function (a) and the spectral distribution (b) of a particularly advantageous waveform according to the invention (type C) for a single rounded data signal (single bit) in biphase format, which in the time domain (FIG. 4a) consists of three Parts with a sinusoidal transition between directly adjacent parts is composed.
- the type C waveform according to the invention is also symmetrical of origin both in the time domain and in the spectral distribution.
- the amplitude of the curve shape C according to the invention assumes values other than zero in the time domain only in the inner partial region ⁇ Ti (with the exception of the origin lying in the middle of ⁇ Ti) and is otherwise zero (also in the two outer partial regions ⁇ Ta).
- the inner partial region ⁇ Ti is approximately 75% of twice the bit width (duration) ⁇ T of a rounded data signal.
- the bandwidth of the type C waveforms according to the invention is larger than that of the EBU waveform (FIG. 1) (which is why the waveform C according to the invention cannot be used for VHF RDS).
- the corresponding eye pattern for curve shape C is shown in FIG. 6b.
- time function f (t) of the data signal sequence rounded according to the invention no longer has sags in the area of the extrema (in contrast to the time function F (t) of the data signal sequence rounded according to the EBU regulation).
- the rounding according to the invention means that additional data signals can be transmitted even under extreme propagation conditions without " Data humming "is now possible.
- the invention is not limited to the biphase format, but can also be used directly in the NRZ format (ie without converting the unrounded NRZ data sequence into a rounded biphase data sequence). This is particularly important for AM-RDS.
- the application of the invention is not limited to AM-RDS, but also extends to similar data transmission systems in which the requirement for hard band limitation takes a back seat to the requirement for a minimum number of overshoots in the first time derivative f '(t ) the time function f (t) for rounded data signal sequences.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of
Verfahren dieser Art dienen der zusätzlichen Übertragung von digitalen Datensignalen über einen bereits vorhandenen und hauptsächlich zur Übertragung von anderen Signalen genutzten, bandbegrenzten Übertragungskanal.Methods of this type are used for the additional transmission of digital data signals via an already existing band-limited transmission channel, which is mainly used for the transmission of other signals.
Bei der zusätzlichen Nutzung vorhandener Übertragungskanäle durch Datensignale (z.B. Radiodaten-Signale im Rundfunk) darf das Programm (Hauptbenutzer) nicht durch die Daten (Mitbenutzer) gestört werden.If additional transmission channels are used by data signals (e.g. radio data signals in radio), the program (main user) must not be disturbed by the data (co-users).
Die Datensignale müssen aus diesem Grund so verrundet werden, daß sie diese Bedingung erfüllen. Dies geschieht in den meisten Fällen dadurch, daß das Spektrum der Datensignale hart begrenzt wird, wie z.B. beim UKW-Hörrundfunk-Radio-Daten-System ("UKW-RDS") oder bei der Datenübertragung über einen Schmalband-Datenkanal, beispielsweise dem Tonkanal vom Studio (im Funkhaus) zum Sender. In anderen Fällen muß die Verrundung so erfolgen, daß die erste zeitliche Ableitung der verrundeten Kurvenform ein Minimum an Schwingungen (Extrema) aufweist, wie z.B. beim AM-Hörrundfunk-Radio-Daten-System ("AM-RDS").For this reason, the data signals must be rounded in such a way that they meet this condition. In most cases, this is done by severely limiting the spectrum of the data signals, e.g. with the FM radio broadcast radio data system ("FM-RDS") or with data transmission via a narrowband data channel, for example the sound channel from the studio (in the broadcasting house) to the transmitter. In other cases, the rounding must take place in such a way that the first time derivative of the rounded curve shape has a minimum of vibrations (extrema), e.g. with the AM radio broadcast radio data system ("AM-RDS").
Aus "Tech. 3244-E Specifications of the Radio Data System RDS for VHF/FM Sound Broadcasting" (Brüssel, 1984), Seiten 5 bis 10 von der European Broadcasting Union (EBU) ist eine zeitliche Kurvenform für ein verrundetes Datensignal, die EBU-Kurvenform, bekannt, die von der EBU ursprünglich nur für UKW-RDS verbindlich festgelegt worden ist und deren zeitlicher Verlauf und Spektralverteilung in FIG. 1 gezeigt ist, die jedoch nur die Bedingung einer harten Bandbegrenzung, nicht aber die Bedingung einer ausreichend kleinen Zahl an Schwingungen in der ersten zeitlichen Ableitung der Zeitfunktion der Datensignalfolge erfüllt und daher z.B. für AM-RDS nur bedingt verwendet werden kann.From "Tech. 3244-E Specifications of the Radio Data System RDS for VHF / FM Sound Broadcasting" (Brussels, 1984),
Das Anwendungsgebiet für solche Kurvenformen ist im Prinzip das ganze Gebiet der Datenübertragung, wenngleich aufgrund nichtlinearer Eigenschaften mancher Systeme (z.B. Wanderfeldwellen-Verstärker im Satellitenfunk) die Zeitverläufe der Daten verzerrt werden, weshalb dann oft auf eine exakte Formung verzichtet wird.The field of application for such waveforms is in principle the entire field of data transmission, although due to the non-linear properties of some systems (e.g. traveling wave amplifier in satellite radio) the time profiles of the data are distorted, which is why an exact shaping is often dispensed with.
Nach dem Stand der Technik läßt sich die Verrundung für langsame Datenübertragung optimal mit Hilfe digitaler Methoden realisieren. Für schnelle Datenübertragung sind bislang analoge Verrundungen üblich, die demzufolge nur näherungsweise die theoretischen Werte erreichen.According to the prior art, the rounding for slow data transmission can be optimally implemented with the aid of digital methods. Up to now, analog rounding has been common for fast data transmission, which therefore only approximates the theoretical values.
Die als Biphasen-Signal ausgebildete EBU-Kurvenform in FIG. 1a ist ursprungssymmetrisch und nähert sich für T→±∞ oszillatorisch sehr schnell dem Wert Null, wobei T die Breite (Dauer) des unverrundeten Datensignals (Einzelbit) ist. Wesentlich von Null verschiedene Amplituden sind bei dieser Kurvenform nur im Bereich ± 2T anzutreffen.The EBU waveform designed as a biphase signal in FIG. 1a is symmetrical of origin and for T → ± ∞ oscillator very quickly approaches zero, where T is the width (duration) of the unrounded data signal (single bit). With this curve shape, amplitudes that differ substantially from zero can only be found in the range of ± 2T.
Die zugehörige Spektralverteilung in FIG. 1b ist ebenfalls ursprungssymmetrisch und weist wesentlich von Null verschiedene Spektralanteile nur innerhalb eines durch die Grenzfrequenzen +Fg und -Fg definierten Bereichs auf, der die Bandbreite dieser EBU-Kurvenform darstellt und der gemäß der o.a. EBU-Vorschrift von der Daten- oder Bandrate abhängt. Für Biphase-Signalformen z.B. ergibt sich ein Bereich von ± 2 ˙ Bandrate. Bei einer Bandrate von 1,2 kBd für UKW-RDS beispielsweise beträgt die Bandbreite ± Fg somit ± 2,4 kHz. Bei AM-Anwendungen dagegen ist die Bandrate ≦ 200 Bd, woraus für Biphase-Signalformen nach dieser EBU-Vorschrift eine Grenzfrequenz Fg ≦ 400 Hz erfolgt.The associated spectral distribution in FIG. 1b is also symmetrical of origin and has spectral components that differ substantially from zero only within a range defined by the cut-off frequencies + Fg and -Fg, which represents the bandwidth of this EBU curve shape and which according to the above-mentioned. EBU regulation depends on the data or band rate. For biphase waveforms e.g. there is a range of ± 2 ˙ band rate. With a band rate of 1.2 kBd for FM RDS, for example, the bandwidth ± Fg is thus ± 2.4 kHz. In the case of AM applications, on the other hand, the band rate is ≦ 200 Bd, which results in a cut-off frequency Fg ≦ 400 Hz for biphase signal shapes in accordance with this EBU regulation.
Zur Diskussion der hier interessierenden Eigenschaften der EBU-Kurvenform genügt es, das nicht modulierte Datensignal (Basisbandsignal) zu betrachten.To discuss the properties of the EBU curve shape that are of interest here, it is sufficient to consider the unmodulated data signal (baseband signal).
In FIG. 2a ist eine typische zeitliche Folge von unverrundeten digitalen Datensignalen im NRZ (No-Return-to-Zero)-Format gezeigt.In FIG. 2a shows a typical chronological sequence of unrounded digital data signals in the NRZ (No Return to Zero) format.
Mit der gemäß der o.a. EBU-Vorschrift vorgenommenen Verrundung (vgl. FIG. 1) der Datensignale ergibt sich die in FIG. 2b gezeigte Zeitfunktion F(t) der Folge der nunmehr verrundeten Datensignale der FIG. 2a im Biphasen-Format. Das entsprechende Augenmuster zu dieser EBU-Signalform ist in FIG. 6a gezeigt.With the according to the above EBU regulation made rounding (see FIG. 1) of the data signals results in the in FIG. 2b shown time function F (t) of the sequence of the now rounded data signals of FIG. 2a in biphase format. The corresponding eye pattern for this EBU waveform is shown in FIG. 6a.
Kennzeichnend für diese gemäß der o.a. EBU-Vorschrift gebildete Zeitfunktion F(t) sind die Einsattelungen S im Bereich der Extrema (Minima und Maxima) der Funktion, die in Fachkreisen auch unter der Bezeichnung "Hundeknochen" bekannt sind.Characteristic for this according to the above The time function F (t) formed by the EBU regulation are the saddles S in the area of the extremes (minima and maxima) of the function, which are also known in specialist circles under the name "dog bones".
Im Gegensatz zur Datenübertragung im UWK-RDS werden die digitalen Datensignale im AM-Bereich, also im AM-RDS, als Phasenmodulation (PM) des Trägers übertragen. Für diesen Dienst gibt es noch keine EBU-Richtlinie, jedoch könnte die in FIG. 1 gezeigte EBU-Kurvenform im Prinzip auch in diesem Bereich zur Verrundung von digitalen Datensignalen eingesetzt werden, was jedoch zu keiner optimalen Lösung führt.In contrast to data transmission in the UWK-RDS, the digital data signals in the AM area, that is to say in the AM-RDS, are transmitted as phase modulation (PM) of the carrier. There is no EBU guideline for this service yet, but the one shown in FIG. 1 EBU waveform shown in principle can also be used in this area for rounding digital data signals, but this does not lead to an optimal solution.
Da die Phasenmodulation (PM) für die Daten und die Amplitudenmodulation (AM) für die Nachricht zueinander orthogonal sind, stören sich die beiden Modulationen im Prinzip gegenseitig nicht und können daher auch wieder empfangsseitig getrennt werden.Since the phase modulation (PM) for the data and the amplitude modulation (AM) for the message are orthogonal to one another, the two modulations in principle do not interfere with one another and can therefore be separated again at the receiving end.
In der Praxis gibt es allerdings ein wechselseitiges Übersprechen von den Daten zur Nachricht und umgekehrt. Da aus Kompatibilitätsgründen die Störung durch die Daten eine Toleranzgrenze (z.B. Störabstand > 40 dB) nicht überschreiten darf, ist es notwendig, die Signalform für die Daten zu verrunden und die Datengeschwindigkeit und den Phasenhub zu begrenzen. Bei gegebener Toleranzgrenze für das Maß der Kompatibilität ist es das Ziel, die übertragenen Daten so zu verrunden, daß Datengeschwindigkeit und Datenhub maximal groß werden. (Dabei kann dann die Datengeschwindigkeit erhöht werden, wenn der Phasenhub erniedrigt wird, um umgekehrt. Der Abgrenzung dieser beiden Parameter gegeneinander muß aufgrund der Datenfehlerwahrscheinlichkeit erfolgen.)In practice, however, there is mutual crosstalk from the data to the message and vice versa. Since, for reasons of compatibility, the interference caused by the data must not exceed a tolerance limit (e.g. signal-to-noise ratio> 40 dB), it is necessary to round the signal shape for the data and to limit the data speed and phase shift. Given the tolerance limit for the degree of compatibility, the aim is to round the transmitted data in such a way that the data speed and the data hub become as large as possible. (The data speed can then be increased if the phase shift is reduced, or vice versa. The delimitation of these two parameters from one another must be done on the basis of the probability of data errors.)
Die Größe des Phasenhubes beeinflußt die Störfestigkeit der Datenübertragung. Bei gegebener Bitfehlerrate (z.B. BER = .0001) ist ein Phasenhub von ca. ± 15 Grad erforderlich. (Dieser Wert ist abhängig vom Störphasenhub der Sender und der Empfänger und unterliegt somit einem technischen Wandel.)The size of the phase shift influences the immunity to interference of the data transmission. For a given bit error rate (e.g. BER = .0001) a phase shift of approx. ± 15 degrees is required. (This value depends on the interference phase shift of the transmitter and the receiver and is therefore subject to technical change.)
Nimmt man den Wert des Phasenhubes als fest an, so wirkt sich die Form der verrundeten Daten direkt auf die (aufgrund der Kompatibilität) erreichbare Datengeschwindigkeit aus.Assuming the value of the phase shift as fixed, the shape of the rounded data has a direct effect on the data speed (due to the compatibility) that can be achieved.
Die Störung des Programms durch die Daten erfolgt aufgrund einer Umwandlung der PM in eine AM. Exakt ausgedrückt, wird dabei die mit der PM stets verknüpfte Frequenzmodulation (FM) in eine AM gewandelt. Diese Umwandlung der FM in eine AM erfolgt insbesondere an unsymmetrischen Flanken der Zwischenfrequenz(ZF)-Filter.The program interferes with the data due to a conversion of the PM into an AM. Exactly expressed, the frequency modulation (FM) that is always associated with the PM is converted into an AM. This conversion of the FM into AM takes place in particular on asymmetrical edges of the intermediate frequency (IF) filter.
Dies verdeutlicht FIG. 3, die die Durchlaßkurve U(f) eines typischen ZF-Filters als Funktion der Frequenz f zeigt und die zu höheren Frequenzen hin eine unsymmetrische Flanke aufweist. Durch diese Flanke wird die an sich symmetrisch um eine Mittenfrequenz
In die Größe dieser Störung geht der gewählte Phasenhub Δφ und damit auch der zugehörige Frequenzhub Δf sowie die Form des verrundeten Datensignals ein.The selected phase deviation Δφ and thus also the associated frequency deviation Δf and the shape of the rounded data signal are included in the magnitude of this disturbance.
Phasen- und Frequenzmodulation sind dabei wie folgt miteinander verknüpft:
Gehört zur Phasenmodulation ein (Daten-)Signal s(t), so gehört zur Frequenzmodulation ein Signal d s(t)/dt, also die zeitliche Ableitung des (Daten-)Signals s(t).Phase and frequency modulation are linked as follows:
If phase modulation includes a (data) signal s (t), frequency modulation includes a signal ds (t) / dt, i.e. the time derivative of the (data) signal s (t).
In FIG. 5a ist noch einmal die in FIG. 2b bereits gezeigte und nach der o.a. EBU-Vorschrift gebildete Zeitfunktion F(t) zusammen mit ihrer ersten zeitlichen Ableitung F′(t) dargestellt. Bedingt durch die Einsattelungen S in F(t) weist die Ableitung F′(t) eine vergleichsweise hohe Zahl von Schwingungen bzw. Extrema auf, die, wie praktische Versuche gezeigt haben, ein bei bestimmten Ausbreitungsbe dingungen über der Toleranzgrenze liegendes und damit hörbares "Datenbrummen" zur Folge haben können.In FIG. 5a is again the one shown in FIG. 2b already shown and formed according to the above EBU regulation F (t) together with their first time derivative F '(t). Due to the sags S in F (t), the derivative F '(t) has a comparatively high number of vibrations or extremes, which, as practical tests have shown, a given certain propagation ranges conditions above the tolerance limit and thus audible "data hum" can result.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die zusätzlich zu übertragenden Datensignale so verrundet werden, daß sie auch unter extremen Ausbreitungsbedingungen in Datenübertragungssystemen, die ein Minimum an Schwingungen oder Extrema in der ersten Ableitung der Zeitfunktion f(t) der zu übertragenden Datensignalfolge fordern, wie z.B. AM-RDS, unter Einhaltung des vorgegebenen Mindest-Störabstandes eingesetzt werden können.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned, in which the additional data signals to be transmitted are rounded so that they also under extreme propagation conditions in data transmission systems that have a minimum of vibrations or extremes in the first derivative of the time function f (t) require the data signal sequence to be transmitted, such as AM-RDS, can be used in compliance with the specified minimum signal-to-noise ratio.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die übrigen beiden Ansprüche beinhalten eine vorteilhafte Ausbildung sowie eine bevorzugte Anwendung der Erfindung.The achievement of the object is described in
Die erfindungsgemäße Lösung sieht zeitliche Kurvenformen für verrundete Datensignale vor, bei denen die Minima der Zeitfunktion f(t) der Folge der verrundeten Datensignale nur in dem unteren Teilbereich des zulässigen Amplituden-Gesamtbereichs liegen und die Maxima entsprechend nur in dem oberen Teilbereich, wobei sowohl der untere als auch der obere Teilbereich jeweils etwa 25 % des Amplituden-Gesamtbereichs ausmachen. Des weiteren ist bei den erfindungsgemäßen Kurvenformen die Zahl der Extrema (Minima und Maxima) dieser Zeitfunktion f(t) einerseits und ihrer ersten zeitlichen Ableitung f′(t) andererseits jeweils kleiner oder höchstens gleich der Zahl der Extrema (Minima und Maxima) einer auf der Basis der EBU-Kurvenform (vgl. FIG. 1) für die gleiche Folge von Datensignalen gebildeten Zeitfunktion F(t) einerseits und ihrer ersten zeitlichen Ableitung F′(t) andererseits. Schließlich sind die Amplituden der sowohl im Zeitbereich als auch im Spektralbereich ursprungssymmetrischen erfindungsgemäßen Kurvenform nur in einem inneren Teilbereich ΔTi (mit Ausnahme des in der Mitte des inneren Teilbereichs liegenden Ursprungs) der doppelten Bitbreite ± T des einzelnen verrundeten Datensignals verschieden von Null (und sonst Null).The solution according to the invention provides temporal waveforms for rounded data signals, in which the minima of the time function f (t) of the sequence of the rounded data signals are only in the lower part of the permissible total amplitude range and the maxima accordingly only in the upper part, both of which the lower and the upper sub-area each make up about 25% of the total amplitude range. Furthermore, in the curve shapes according to the invention, the number of extremes (minima and maxima) of this time function f (t), on the one hand, and their first time derivative f '(t), on the other hand, is each less than or at most equal to the number of extremes (minima and maxima) the basis of the EBU waveform (see FIG. 1) for the same sequence of data signals Time function F (t) on the one hand and its first time derivative F ′ (t) on the other. Finally, the amplitudes of the waveform according to the invention, which are symmetrical of origin both in the time domain and in the spectral region, are different from zero (and otherwise zero) only in an inner partial region ΔTi (with the exception of the origin lying in the middle of the inner partial region) of the double bit width ± T of the individual rounded data signal ).
In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt dieser innere Teilbereich ΔTi vorteilhafterweise etwa 60 - 90 %, vorzugsweise etwa 70 - 80 %, insbesondere etwa 75 %, der doppelten Bitbreite ± T, wobei die zeitliche Kurvenform vorteilhafterweise aus drei Teilstücken mit jeweils sinusförmigem Übergang zwischen direkt benachbarten Teilstücken besteht.In an advantageous embodiment, this inner partial area ΔTi is advantageously approximately 60-90%, preferably approximately 70-80%, in particular approximately 75%, of twice the bit width ± T, the temporal curve shape advantageously consisting of three sections, each with a sinusoidal transition between directly adjacent sections consists.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren in Datenübertragungssystemen eingesetzt werden, die ein Minimum an Schwingungen als Extrema in der ersten zeitlichen Ableitung der Zeitfunktion der verrundeten Datensignalfolge fordern, wie z.B. das AM-RDS.The method according to the invention can be used particularly advantageously in data transmission systems which require a minimum of vibrations as extremes in the first time derivative of the time function of the rounded data signal sequence, such as e.g. the AM-RDS.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der FIG. 4 bis 6 näher erläutert.In the following the invention with reference to FIG. 4 to 6 explained in more detail.
Die FIG. 4 zeigt, im gleichen Maßstab wie FIG. 1, die Zeitfunktion (a) und die Spektralverteilung (b) einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Kurvenform (Typ C) für ein einzelnes verrundetes Datensignal (Einzelbit) im Biphasen-Format, die im Zeitbereich (FIG. 4a) aus drei Teilstücken mit jeweils sinusförmigem Übergang zwischen direkt benachbarten Teilstücken zusammengesetzt ist.The FIG. 4 shows, on the same scale as FIG. 1, the time function (a) and the spectral distribution (b) of a particularly advantageous waveform according to the invention (type C) for a single rounded data signal (single bit) in biphase format, which in the time domain (FIG. 4a) consists of three Parts with a sinusoidal transition between directly adjacent parts is composed.
Auch die erfindungsgemäße Kurvenform Typ C ist wie die EBU Kurvenform ursprungssymmetrisch sowohl im Zeitbereich als auch in der Spektralverteilung.Like the EBU curve shape, the type C waveform according to the invention is also symmetrical of origin both in the time domain and in the spectral distribution.
Die Amplitude der Erfindungsgemäßen Kurvenform C nimmt im Zeitbereich nur in dem inneren Teilbereich ΔTi (mit Ausnahme des in der Mitte von ΔTi liegenden Ursprungs) Werte verschieden von Null an und ist sonst Null (auch in den beiden äußeren Teilbereichen ΔTa).The amplitude of the curve shape C according to the invention assumes values other than zero in the time domain only in the inner partial region ΔTi (with the exception of the origin lying in the middle of ΔTi) and is otherwise zero (also in the two outer partial regions ΔTa).
Der innere Teilbereich ΔTi beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 75 % der doppelten Bitbreite (Dauer) ± T eines verrundeten Datensignals.In this exemplary embodiment, the inner partial region ΔTi is approximately 75% of twice the bit width (duration) ± T of a rounded data signal.
Die Bandbreite der erfindungsgemäßen Kurvenformen Typ C ist größer als die der EBU-Kurvenform (FIG. 1), (weshalb die erfindungsgemäße Kurvenform C für UKW-RDS nicht verwendet werden kann). Das entsprechende Augenmuster für die Kurvenform C ist in FIG. 6b dargestellt.The bandwidth of the type C waveforms according to the invention is larger than that of the EBU waveform (FIG. 1) (which is why the waveform C according to the invention cannot be used for VHF RDS). The corresponding eye pattern for curve shape C is shown in FIG. 6b.
Mit der erfindungsgemäßen Kurvenform C ergeben sich erhebliche Verbesserungen in der Zeitfunktion f(t) der verrundeten Datensignalfolgen und deren ersten zeitlichen Ableitungen f′(t), wie die FIG. 5 eindeutig zeigt.With the curve shape C according to the invention there are considerable improvements in the time function f (t) of the rounded data signal sequences and their first time derivatives f '(t), as shown in FIG. 5 clearly shows.
Dort sind zum einen die Zeitfunktion F(t) der EBU-Form (vgl. FIG. 2b) und f(t) der erfindungsgemäßen Kurvenform Typ C sowie zum anderen deren erste zeitliche Ableitungen F′(t) und f′(t), die sich für die gleiche (unverrundete) NRZ-Datenfolge (FIG. 2a) ergeben, miteinander verglichen.There are, on the one hand, the time function F (t) of the EBU shape (see FIG. 2b) and f (t) of the type C curve shape according to the invention, and on the other hand, the first time derivatives thereof F '(t) and f' (t), which result for the same (unrounded) NRZ data sequence (FIG. 2a), compared with one another.
Wie klar erkennbar ist, weist die Zeitfunktion f(t) der erfindungsgemäß verrundeten Datensignalfolge keine Einsattelungen im Bereich der Extrema mehr auf (im Gegensatz zur Zeitfunktion F(t) der gemäß EBU-Vorschrift verrundeten Datensignalfolge).As can be clearly seen, the time function f (t) of the data signal sequence rounded according to the invention no longer has sags in the area of the extrema (in contrast to the time function F (t) of the data signal sequence rounded according to the EBU regulation).
Aber auch die Zahl der Schwingungen bzw. Extrema ist bei f′(t) wesentlich kleiner als bei F′(t).But the number of vibrations or extremes is also significantly smaller for f ′ (t) than for F ′ (t).
Da die Zeitfunktion f(t) der erfindungsgemäß verrundeten Datensignalfolge keine Einsattelungen und die erste zeitliche Ableitung f′(t) dieser Funktion f(t) keine unnötigen Schwingungen mehr aufweisen, ist mit der erfindungsgemäßen Verrundung eine Übertragung zusätzlicher Datensignale auch unter extremen Ausbreitungsbedingungen ohne "Datenbrummen" nunmehr möglich.Since the time function f (t) of the data signal sequence rounded according to the invention has no sags and the first time derivative f ′ (t) of this function f (t) no longer has any unnecessary oscillations, the rounding according to the invention means that additional data signals can be transmitted even under extreme propagation conditions without " Data humming "is now possible.
Dies trifft insbesondere für AM-RDS zu, da dort die Forderung nach einem Minimum an Schwingungen in der ersten zeitlichen Ableitung f′(t) ausschlaggebend ist, um die an sich störende Umwandlung von FM in eine AM durch die Datensignale auf Werte unterhalb der Toleranzgrenze für hörbares Datenbrummen zu drücken.This is particularly true for AM-RDS, since there the requirement for a minimum of vibrations in the first time derivative f ′ (t) is decisive in order to convert the FM signal into an AM, which is disruptive per se, to values below the tolerance limit press for audible data hum.
Es versteht sich, daß die Erfindung mit fachmännischem Wissen und Können aus- und weitergebildet sowie an die unterschiedlichsten Anwendungen angepaßt werden kann, ohne daß dies hier näher erläutert werden müßte.It goes without saying that the invention can be trained and developed with specialist knowledge and skills and can be adapted to the most varied of applications without this having to be explained in more detail here.
So ist die Erfindung nicht auf die in der FIG. 4 näher erläuterte konkrete Ausführungsform beschrankt; vielmehr können auch andere mathematische Formeln gefunden werden, die vergleichbare Kurvenformen ergeben, d.h. die keine Einsattelungen in den Zeitfunktionen f(t) zur Folge haben und die keine unnötigen Überschwinger in deren erster zeitlicher Ableitung f′(t) aufweisen.So the invention is not limited to that shown in FIG. 4 limited concrete embodiment explained in more detail; rather, other mathematical formulas can be found that give comparable curve shapes, i.e. which do not result in subsidence in the time functions f (t) and which have no unnecessary overshoots in their first time derivative f ′ (t).
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf das Biphasen-Format beschränkt, sondern kann auch im NRZ-Format direkt angewendet werden (also ohne Umwandlung der unverrundeten NRZ-Datenfolge in eine verrundete Biphasen-Datenfolge). Dies ist insbesondere für AM-RDS wichtig.Furthermore, the invention is not limited to the biphase format, but can also be used directly in the NRZ format (ie without converting the unrounded NRZ data sequence into a rounded biphase data sequence). This is particularly important for AM-RDS.
Schließlich ist die Anwendung der Erfindung nicht auf AM-RDS beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf gleichartige Datenübertragungssysteme, bei denen die Forderung nach harter Bandbegrenzung in den Hintergrund tritt gegenüber der Forderung nach einer minimalen Anzahl von Überschwingern in der ersten zeitlichen Ableitung f′(t) der Zeitfunktion f(t) für verrundete Datensignalfolgen.Finally, the application of the invention is not limited to AM-RDS, but also extends to similar data transmission systems in which the requirement for hard band limitation takes a back seat to the requirement for a minimum number of overshoots in the first time derivative f '(t ) the time function f (t) for rounded data signal sequences.
Hervorzuheben sind letztendlich zwei wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich daß eine minimale PM → AM-Konversion sowie ein optimales Augenmuster erzielt werden.Finally, two essential advantages of the method according to the invention are to be emphasized, namely that a minimal PM → AM conversion and an optimal eye pattern are achieved.
Claims (3)
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Minima der Zeitfunktion f(t) der Folge der verrundeten Datensignale (C) nur im etwa 25 % des Amplituden-Gesamtbereichs umfassenden unteren Teilbereich liegen und die Maxima nur im ebenfalls etwa 25 % des Amplituden-Gesamtbereichs umfassenden oberen Teilbereich;
- daß die Zahl der Extrema (Minima und Maxima) dieser Zeitfunktion f(t) einerseits und ihrer ersten zeitlichen Ableitung f′(t) andererseits jeweils kleiner oder höchstens gleich ist der Zahl der Extrema (Minima und Maxima) einer auf der Basis der in "Tech. 3244-E Specifications of the Radio Data System RDS for VHF/FM Sound Broadcasting" (Brüssel, 1984), Seiten 5 bis 10 von der European Broadcasting Union (EBU) definierten EBU-Kurvenform für verrundete Datensignale für die gleiche Folge von digitalen Datensignalen gebildeten Zeitfunktion F(t) einerseits und ihrer ersten zeitlichen Ableitung F′(t) andererseits;
- daß die Amplitude der zeitlichen Kurvenform (C) nur im gesamten inneren Teilbereich ΔTi mit Ausnahme des in der Mitte des inneren Teilbereichs ΔTi liegenden Ursprungs Werte verschieden von Null annimmt und sonst Null ist.1. A method for the additional transmission of digital data signals via a band-limited transmission channel also used for the transmission of other signals, in which method to achieve a predetermined minimum signal-to-noise ratio between the digital data signals and the other signals, the digital data signals before transmission in their temporal curve shape are rounded, the time function f (t) of the sequence of the rounded data signals being defined by an overall amplitude range and the double bit width ± T of a single rounded data signal (single bit) being divisible into two outer partial regions ΔTa and an inner partial region ΔTi and the temporal curve shape and the associated spectral distribution are each symmetrical of origin,
characterized by
- That the minima of the time function f (t) of the sequence of the rounded data signals (C) are only in the lower sub-area comprising approximately 25% of the total amplitude range and the maxima also only in the upper sub-area also comprising approximately 25% of the total amplitude range;
- That the number of extremes (minima and maxima) of this time function f (t) on the one hand and its first time derivative f '(t) on the other hand is smaller or at most equal to the number of extremes (minima and maxima) based on one in "Tech. 3244-E Specifications of the Radio Data System RDS for VHF / FM Sound Broadcasting" (Brussels, 1984), pages 5 to 10 EBU curve shape defined by the European Broadcasting Union (EBU) for rounded data signals for the same sequence of digital data signals formed time function F (t) on the one hand and their first time derivative F '(t) on the other hand;
- That the amplitude of the temporal curve shape (C) assumes values different from zero only in the entire inner partial region ΔTi with the exception of the origin lying in the middle of the inner partial region ΔTi and is otherwise zero.
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