EP1423953A2 - Verschachtelung zur datenübertragung - Google Patents

Verschachtelung zur datenübertragung

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Publication number
EP1423953A2
EP1423953A2 EP02767109A EP02767109A EP1423953A2 EP 1423953 A2 EP1423953 A2 EP 1423953A2 EP 02767109 A EP02767109 A EP 02767109A EP 02767109 A EP02767109 A EP 02767109A EP 1423953 A2 EP1423953 A2 EP 1423953A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
random
pseudo
transmitter
receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02767109A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Lohr
Harry Schilling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schleifring GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP1423953A2 publication Critical patent/EP1423953A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03828Arrangements for spectral shaping; Arrangements for providing signals with specified spectral properties
    • H04L25/03834Arrangements for spectral shaping; Arrangements for providing signals with specified spectral properties using pulse shaping

Definitions

  • the invention relates to transmission systems for the transmission of digital data.
  • Electromagnetic emissions are particularly critical in the case of wired transmission lines and devices for the transmission of signals between mutually movable units.
  • transmitters / receivers and repeaters of fiber-optic transmission links can also emit electromagnetic fields.
  • bit sequence 1 0 1 0. This generates the known rectangular spectrum with the fundamental wave of the transmitted frequency, which corresponds to half the bit rate and its odd multiples. Here the fundamental wave has the highest amplitude.
  • the data are often encoded by the standard chipsets for serial data transmission. Common types of coding are the 4B / 5B or 8B / 10B coding. These are described, for example, in the CYPRESS data sheet CY7C9689A ed. Cypress Semicon- ductor Corporation, San Jose, USA, June 11, 2001.
  • the invention is based on the object of designing a device for modifying signals on digital transmission links in such a way that they encode any signals in such a way that their EMC properties are significantly improved.
  • the object is achieved with the means mentioned in claim 1. Further embodiments of the invention form part of the subclaims.
  • a pseudo-random generator is provided in one of the units which emit signals, the pseudo-random values of which are linked to the signals to be transmitted in a linking unit.
  • the signal spectrum of which ideally resembles white noise the gaps between the spectral lines of the useful signal can be filled and at the same time the spectral power density can be reduced. This significantly improves the EMC properties.
  • An improvement over the coding methods cited above is also possible here, since longer random sequences can also be implemented across several data packets.
  • the link to the random data can, for example, be word by word before serialization of the data Stream or only be made in a serial data stream.
  • synchronization patterns are regularly transmitted here. This pattern has a constant value, ie the same bit sequence is always transmitted for a long time. This is extremely negative in terms of interference suppression. This is remedied by sending random numbers, which can be generated with a simple random generator. Since the synchronization pattern contains invalid values anyway and is used exclusively for the synchronization of the high-speed data link, the transmitted information plays no role.
  • a simple redesign of the transmitter, which generates a pseudo-random sequence instead of the image data in the case of the idle state, can thus lead to a significant improvement in the EMC properties.
  • a random generator which generates real random values can also be used.
  • gate can consist, for example, of a noise generator that feeds a comparator. If the noise signal exceeds a predetermined limit value at the time of sampling, the signal becomes, for example, logic one, in the other case logic zero.
  • Real noise generators can always be used when it is not necessary to correlate the transmit and receive signals with a noise signal in order to recover the information.
  • a particularly good spectral distribution is obtained through particularly long code sequences. As a rule, these cannot be achieved by sending individual short data packets. Therefore, an arrangement is proposed which the data stream with a conventional coding, such as. B. 4B / 5B in a noise-like signal with a very long repetition time.
  • the implementation takes place by means of a pseudo-random generator, which generates a deterministic pseudo-random sequence, and a linkage of this bit sequence with the data stream.
  • a link can be, for example, the exclusive-OR (EXOR) link.
  • the output signal now has the sequence length of the pseudo random number sequence and can lead to a substantial reduction in noise in the case of a high random number sequence.
  • a second identical pseudo-random generator is used in the receiver, which generates the identical sequence and in turn links it to the transmitted signal of the data link, so that the original signal can be reconstructed.
  • an exclusive or link is particularly easy to implement.
  • the bit clock of the pseudo random number signal must be synchronous with the bit clock of the data link. It is preferably of the same size, but can also represent a multiple or a fraction of the corresponding bit clock. So it would be z. B. conceivable that the bit clock generator is clocked with the word clock of the transmission device, so that it only for each data word, the z. B. in the case of 4B / 5B coding consists of five individual bits, a new output value is generated.
  • the synchronization of the two random generators on the transmitter and receiver side is particularly important.
  • the synchronization can take place via a low-frequency auxiliary signal.
  • This signal can be via additional transmission paths, such as. B. mechanical sliding contacts are transmitted. So the requirement for the slope respectively . If the time difference of this signal does not become too high, it makes sense to place the beginning of a new sequence at the beginning of a data word.
  • a quiescent signal is transmitted over the data link for a certain time. This is modulated by the pseudo random generator on the transmission side.
  • the pseudo random generator on the secondary side now begins to initialize the sequence at different start times until it can recognize the idle state signal. From this point on, the two pseudo random generators run synchronously.
  • the transmitter-side pseudo-random generator can first start with a relatively short sequence, which, for. B. corresponds to the length of a data packet. After a specified time, it switches to its longer standard sequence length. This can be recognized by the receiver-side pseudo-random generator by changing the bit pattern and can also be used by the latter to switch over to the correspondingly longer pseudo-random number sequence.
  • a method is specified in which a first data stream generated by the transmitter is linked to a second random data stream.
  • this does not only refer to a continuous data stream, but also to a sequence of data packets.
  • the Random data stream is a stream of real random data or just pseudo-random data.
  • the exclusive or function is preferably selected as the linking function.
  • This combination with a random data stream fills the gaps in the spectrum between the individual spectral lines of the data signal, which leads to a lower spectral power density with the same transmission power. A corresponding link for the reconstruction of the original signals is necessary in the receiver.
  • a random sequence (pseudo-random sequence) is inserted in the pauses between the signals. This results in a low spectral power density, in particular for transmission links in which there are relatively long transmission pauses.
  • the synchronization between transmitter and receiver can also be maintained here during the breaks by the continuous transmission of signals.
  • Fig. 1 arrangement according to the invention
  • Fig. 2 Time diagram of an arrangement in which random data is transmitted during the breaks
  • Fig. 4 Output signal spectrum of a 200 Mbaud PCM transmission link
  • Fig. 5 Output signal spectrum of an 8B / 10B coded signal
  • the overall system consists of a first unit (1), which communicates with a second unit (2). The connection is established using a transmission link (3).
  • the first unit (1) contains a data transmitter for communication
  • the number of data packets to be transmitted can be fixed to pseudorandom data or can be transmitted in a special data packet from the data transmitter to the data receiver.
  • An optional signaling line (7) can also be used to exchange information between the data transmitter and the data receiver.
  • the data transmitter can use a special logic level on this line to signal the presence of user data or pseudo random data to the data receiver. If, on the other hand, the communication is controlled by the data receiver, it can request useful data from the data transmitter by means of a signaling line (7).
  • pseudo random data is transmitted in the event that no user data is sent.
  • FIG. 2 shows an example in the time diagram, plotted along a time axis (t), of the transmission of user data or pseudo random data.
  • the curve (20) shows the transmission of user data during the thick hatched periods. In the pauses in between, as shown in curve (21), pseudo random numbers are generated by the pseudo random number generator and transmitted by means of the data transmitter.
  • the curve (31) shows the original data stream as it is generated by the data transmitter.
  • Curve (32) shows a pseudo random sequence of the first pseudo random generator shown.
  • the curve (33) finally shows the output signal which is transmitted over the data link.
  • This output signal is generated here, for example, by an exclusive or combination of signals (31) and (32).
  • the input signal of the second movable unit (34) corresponds to the transmitted signal (33).
  • the original data signal (36) can be restored by means of a second pseudo random signal (35) from a second pseudo random generator. In this case, too, there is again an exclusive or link.
  • FIG. 4 shows an example of a typical output signal spectrum of a 200 Mbaud PCM transmission path during the transmission of a 1 0 1 0 signal.
  • the frequency range from 0 - 1 GHz with a division of 100 MHz is plotted on the horizontal frequency axis.
  • the maximum signal amplitude in this example is -14.7 dBm.
  • the signal amplitude on the top horizontal line (limit of the diagram) is 0 dBm.
  • the amplitude decreases by 10 dB per unit.
  • FIG. 5 shows a typical output signal spectrum of a PCM signal which is coded 8B / 10B, again in the frequency range from 0-1 GHz.
  • a PCM signal which is coded 8B / 10B, again in the frequency range from 0-1 GHz.
  • FIG. 5 shows a typical output signal spectrum of a PCM signal which is coded 8B / 10B, again in the frequency range from 0-1 GHz.
  • the amplitude of the individual spectral lines lowered.
  • the maximum amplitude of this signal is now at a level of -20.6 dBm. This corresponds to an improvement of almost 6 dB compared to the signal from FIG. 4.
  • the frequency range from 0 - 1 GHz is plotted with a division of 100 MHz on the horizontal frequency axis.
  • the signal amplitude on the top horizontal line (limit of the diagram) is 0 dBm.
  • the amplitude decreases by 10 dB per unit.
  • the frequency range from 0 - 1 GHz is plotted with a division of 100 MHz on the horizontal frequency axis.
  • the signal amplitude on the top horizontal line (limit of the diagram) is 0 dBm.
  • the amplitude decreases by 10 dB per unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung digitaler Signale zwischen mindestens zwei gegeneinander beweglich angeordneten Komponenten. Durch eine Verknüpfung der Nutzsignale mit Zufallssignalen wird die spektrale Leistungsdichte des Signals bei gleicher Sendeleistung verringert.

Description

Vorrichtung zur störarmen Signalübertragung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf Übertragungssysteme zur Übertragung digitaler Daten.
Die Anwendungsfelder digitaler Datenstrecken wachsen kontinuierlich. Digitale Signalübertragungen bieten in den meisten Anwendungsfällen eine wesentliche Verbesserung gegenüber analogen Übertragungsstrecken. Die Kosten für Hochgeschwindigkeitsdatenkanäle sinken mit der Entwicklung neuer Übertragungstechnologien. Die Übertragungskanalbandbreite ist inzwischen sehr preiswert geworden. So ist meist das Multiplexen mehrerer Übertragungswege in einen einzigen Hochgeschwindigkeitskanal die kostengünstigste Lösung. Dies ist insbesondere bei Hochgeschwindigkeits- Übertragungssystemen der Fall, bei denen zwischen zwei gegeneinander beweglichen insbesondere drehbaren Einheiten auf kurze Distanz Daten übertragen werden.
Stand der Technik
Ein besonders wichtiger Aspekt bei der Anwendung von Hochgeschwindigkeitsdatenstrecken, aber auch bei jedem anderen Gerät, ist die elektromagnetische Verträglichkeit. Elektromagnetische Emissionen sind besonders kritisch bei kabelgebundenen Übertragungs- strecken und Einrichtungen zur Übertragung von Signalen zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten. Aber auch Sender/Empfänger und Repeater von glasfaserbasierenden Übertragungsstrecken können elektromagnetische Felder aussenden.
Zur Minimierung der Störaussendung sind verschiedene Verfahren bekannt . Diese liegen in den Bereichen Schirmung, Taktmodulation und Kodierung. Die Schirmmaßnahmen sind meistens mit hohem Materialaufwand und mechanischem Aufwand verbunden. Daher sind diese die teuersten Maßnahmen. Maßnahmen zur Taktmodulation können im Schmalbandbereich eine Aufweitung des übertragenen SignalSpektrums und damit eine Reduzierung der Signalamplituden einzelner spektraler Linien bewirken. Besonders breitbandig und damit besonders wirkungsvoll sind die Auswirkungen einer effizienten Signalkodierung .
Werden die Daten ohne jegliche Kodierung übertragen, so können Bit-Kombinationen entstehen, welche einzelne' diskrete Spektrallinien sehr hoher Leistung erzeugen. Der ungünstigste Fall ist hier eine Bitfolge 1 0 1 0. Diese erzeugt das bekannte Rechteckspektrum mit der Grundwelle der übertragenen Frequenz, die der halben Bit-Rate entspricht und deren ungeradzahligen Vielfachen. Hier besitzt die Grundwelle die höchste Amplitude. Um die Störemissionen wesentlich zu verbessern, werden von den Standardchipsätzen zur seriellen Datenübertragung die Daten häufig kodiert. Gängige Kodierungsarten sind die 4B/5B bzw. 8B/10B Kodierungen. Diese sind beispielsweise in dem CY- PRESS-Datenblatt CY7C9689A Hrsg. Cypress Semiconduc- tor Corporation, San Jose, USA, 11. Juni 2001 beschrieben. Weiterhin sind auch die in der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 58 256.7 offenbarten Gegenstände Bestandteile dieser Patentanmeldung. Bei der 4B/5B Kodierung wird beispielsweise ein 4- Bit-Wort in ein 5-Bit-Wort umkodiert. Dies ergibt zusätzlich Redundanz und zudem die Möglichkeit, bessere Bitmuster mit wechselnden Bitsequenzen zu kodieren. Noch besser ist der Fall hier bei einer 8B/10B Kodierung. Eine derartige Kodierung bringt eine deutliche Verbesserung, so wurden in Versuchen Ergebnisse von 6 dB gemessen.
Diese hier beschriebenen Kodierungsverfahren sind meist in Standard-Sendern bzw. Empfängern fest integriert. Sollen durch eine bessere Kodierung die EMV- Eigenschaften weiter verbessert werden, so ist dies kaum möglich. Weiterhin • sind eine Reihe von Sendern bzw. Empfängern auf dem Markt, die keine Kodierung der Daten vornehmen und daher nur sehr schlechte EMV- Eigenschaften besitzen.
Eine gewisse Verbesserung der EMV-Eigenschaften durch Aufweitung des Spektrums mittels Verwürfler (Scram- bler) ist in der DE 43 40 330 AI offenbart. Hier wird allerdings eine kontinuierliche Verwürfelung vorgeschlagen, welche gerade in Verbindung mit den bekannten Bausteinen zur Signalübertragung nur mit zusätzlichen hohem Aufwand realisierbar ist, da hier zu insbesondere spezielle Synchronisation Schaltungen, wie in der DE 34 03 650 C2 beschrieben, vorzusehen sind.
Weiterhin ist in der US 5,740,531 eine Vorrichtung beschrieben, welche in den Übertragungspausen Pseudo- zufallsmuster überträgt, um die Qualität des Übertragungskanals zu ermitteln.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Modifikation von Signalen auf digitalen Übertragungsstrecken derart zu gestalten, dass diese beliebige Signale derart kodiert, so dass deren EMV- Eigenschaften wesentlich verbessert werden. Die Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 genannten Mitteln gelöst. Weitere Ausführungen der Erfindung sind Bestandteile der Unteransprüche.
Daher wird erfindungsgemäß in einer der Signale aussendenden Einheiten ein Pseudozufallsgenerator vorgesehen, dessen Pseudozufallswerte mit den auszusendenden Signalen in einer Verknüpfungseinheit verknüpft werden. Durch die Einbeziehung von Pseudozufallswerten, deren Signalspektrum im Idealfall einem weißen Rauschen ähnelt, können die Lücken zwischen den Spektrallinien des Nutzsignals ausgefüllt und gleichzeitig die spektrale Leistungsdichte verringert werden. Dies verbessert die EMV- Eigenschaften erheblich. Hier ist auch noch eine Verbesserung gegenüber den oben zitierten Kodierungs- verfahren möglich, da längere Zufallsseqenzen, auch über mehrere Datenpakete hinweg realisierbar sind. Die Verknüpfung mit den Zufallsdaten kann beispielsweise Wortweise vor einer Serialisierung des Daten- Stroms oder auch erst in einem seriellen Datenstrom vorgenommen werden.
Ein besonders kritischer Betriebszustand in vielen Übertragungssystemen, insbesondere in Computertomographen, ist der Ruhezustand. Hier erfolgt bei Computertomographen in Zeiten, in denen die Röntgenröhre abgeschaltet ist, keine Bild- und damit Datenübertragung. Dies ist in der Regel 90- bis 95% der Betriebsdauer. Entsprechend dem Stand der Technik werden hier regelmäßig Synchronisationsmuster übertragen. Dieses Muster hat einen konstanten Wert, d. h. es wird lange Zeit hintereinander immer die gleiche Bitsequenz ausgesendet. Dies ist unter dem Aspekt der Stδrunter- drückung äußerst negativ. Hier schafft die Aussendung von Zufallszahlen, welche mit einem einfachen Zufallsgenerator erzeugt werden können, Abhilfe. Da das Synchronisationsmuster ohnehin ungültige Werte enthält und ausschließlich zur Synchronisation der Hochgeschwindigkeitsdatenstrecke dient, spielen die übertragenen Informationen keinerlei Rolle. Somit kann durch eine einfache Neugestaltung des Senders, welche im Falle des Ruhezustandes an Stelle der Bilddaten eine Pseudozufallssequenz generiert, zu einer wesentlichen Verbesserung der EMV-Eigenschaften führen. In denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, in denen ausschließlich ein Pseudozufallsgene- rator in einer der Sendeeinheiten, nicht aber in einer der Empfangseinheiten eingesetzt wird, kann auch ein Zufallsgenerator, welche echte Zufallswerte erzeugt eingesetzt werden. Ein solcher Zufallsgenera- tor kann im einfachsten Fall beispielsweise aus einem Rauschgenerator bestehen, welcher einen Komparator speist. Überschreitet das Rauschsignal zum Abtastzeitpunkt einen vorgegebenen Grenzwert, so wird beispielsweise das Signal logisch eins, im anderen Fall logisch null. Echte Rauschgeneratoren können immer dann eingesetzt werden, wenn eine Korrelation von Sende- und Empfangssignal mit einem Rauschsignal zur Rückgewinnung der Informationen nicht notwendig ist .
Eine besonders gute Spektralverteilung erhält man durch besonders lange Codesequenzen. Diese lassen sich in der Regel nicht durch die Aussendung einzelner kurzer Datenpakete realisieren. Daher wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche den Datenstrom mit einer üblichen Kodierung, wie z. B. 4B/5B in ein rauschähnliches Signal mit sehr langer Wiederholdauer umsetzt. Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung mittels eines Pseudozufallsgenerators, welcher eine deterministische Pseudozufallssequenz erzeugt und einer Verknüpfung dieser Bitsequenz mit dem Datenstrom. Eine solche Verknüpfung kann beispielsweise die Exclusiv-Oder (EXOR) Verknüpfung sein. Das Aus- gangssignal hat nun die Sequenzlänge der Pseudozu- fallszahlensequenz und kann bei einer hohen Zufallszahlensequenz zu einer wesentlichen Reduzierung des Rauschens führen. Im Empfänger wird ein zweiter identischer Pseudozufallsgenerator eingesetzt, der die identische Sequenz erzeugt und diese wiederum mit dem übertragenen Signal der Datenstrecke verknüpft, so dass das Originalsignal rekonstruiert werden kann. Auch hier ist eine Exclusiv-Oder Verknüpfung besonders einfach realisierbar. Der Bittakt des Pseudozu- fallszahlensignals muß synchron zum Bittakt der Datenstrecke sein. Er ist bevorzugt gleich groß, kann aber auch ein Vielfaches oder ein Bruchteil des entsprechenden Bittaktes darstellen. So wäre es z. B. denkbar, dass der Bittaktgenerator mit dem Worttakt der Übertragungseinrichtung getaktet wird, so dass er nur bei jedem Datenwort, das z. B. im Falle einer 4B/5B Kodierung aus fünf einzelnen Bits besteht, einen neuen Ausgangswert generiert. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es unbedingt notwendig, Zufallsgeneratoren einzusetzen, welcher eine bekannte und damit vorhersehbare Zahlensequenz erzeugen. Nur so ist eine Rekonstruktion der gesendeten Signale mit einem zweiten Zufallsgenerator gleicher Funktion möglich. Derartige Generatoren werden als Pseudozu- fallsgeneratoren bezeichnet, da sie keine echten, da vorhersagbaren, Zufallswerte erzeugen. Dennoch lassen sich mit solchen Pseudozufallsgeneratoren statistisch gute Gleichverteilungen und damit auch im Frequenzbereich des Signales breitbandige Signale erzeugen.
Besonders wichtig ist die Synchronisation der beiden Zufallsgeneratoren auf Sender- und Empfängerseite. In einem besonders einfachen Fall kann die Synchronisation über ein niederfrequentes Hilfssignal erfolgen. Dieses Signal kann über zusätzliche Übertragungswege, wie z. B. mechanische Schleifkontakte, übertragen werden. Damit die Anforderung an die Flankensteilheit bzw . Zeitverschiebung dieses Signales nicht zu hoch werden, ist es sinnvoll , den Beginn einer neuen Sequenz auf den Beginn eines Datenwortes zu legen .
Eine weitere Möglichkeit zur Synchronisation oder beiden Generatoren besteht darin, dass über die Datenstrecke eine gewisse Zeit ein Ruhesignal übertragen wird . Dieses wird vom sendeseitigen Pseudozu- fallsgenerator moduliert . Der sekundärseitige Pseudo- zuf allsgenerator beginnt nun so lange zu unterschiedlichen Startzeiten die Sequenz zu initialisieren, bis er das Ruhezustandssignal erkennen kann. Ab diesem Zeitpunkt laufen die beiden Pseudozufallsgeneratoren synchron . Um ein besonderes schnelles Synchronisieren zu ermöglichen, kann bei diesem Verfahren der sender- seitige Pseudozufallsgenerator zuerst mit einer relativ kurzen Sequenz beginnen, welche z . B . der Länge eines Datenpaketes entspricht . Nach einer vorgegebenen Zeit schaltet er auf seine längere Standard- Sequenzlänge um. Dies kann vom empfängersei - tigen Pseudozufallsgenerator durch eine Änderung des Bitmusters erkannt werden und von diesem auch zur Umschaltung auf die entsprechend längere Pseudozu- fallszahlensequenz benutzt werden .
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren angegeben, bei dem ein erster, vom Sender erzeugter Datenstrom mit einem zweiten Zufalls -Datenstrom verknüpft wird . Dies bezieht sich selbstverständlich nicht nur auf einen kontinuierlichen Datenstrom, sondern auch auf eine Sequenz von Datenpaketen . Dabei kann es sich bei dem Zufalls-Datenstrom um einen Strom aus echten Zufallsdaten oder auch nur aus Pseudo-Zufallsdaten handeln. Als Verknüpfungsfunktion wird vorzugsweise die exclu- siv-oder-Funktion gewählt. Selbstverständlich sind auch andere Verknüpfungsfunktionen denkbar. Durch diese Verknüpfung mit einem Zufalls-Datenstrom werden die Lücken im Spektrum zwischen den einzelnen Spektrallinien des Datensignals aufgefüllt, was zu einer niedrigeren spektralen Leistungsdichte bei gleicher Sendeleistung führt. Eine entsprechende Verknüpfung zur Rekonstruktion der Originalsignale ist im Empfänger notwendig.
In einem weiteren Verfahren wird in den Pausen zwischen den Signalen eine Zufalls-Sequenz (Pseudo- Zufalls-Sequenz) eingefügt. Dadurch ergibt sich insbesondere bei Übertragungsstrecken, bei denen relativ lange Übertragungspausen bestehen, eine niedrige spektrale Leistungsdichte. Es kann hier auch in den Pausen durch die kontinuierliche Übertragung von Signalen die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger aufrechterhalten werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Diese zeigen:
Fig . 1 : erfindungsgemäße Anordnung
Fig. 2: Zeitdiagramm einer Anordnung bei der in den Pausen Zufallsdaten übertragen werden
Fig. 3: Zeitdiagramm von Nutzdaten, welche mittels Pseudozufallsdaten kopiert werden
Fig. 4: AusgangssignalSpektrum einer 200 MBaud PCM Übertragungsstrecke
Fig. 5: Ausgangssignalspektrum eines 8B/10B kodierten Signals
Fig. 6: Spektrum eines mittels einer Pseudozufalls- zahlensequenz kodierten Signales
In Fig. 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung mit jeweils einer Sende- und Empfangseinheit dargestellt. Das Gesamtsystem besteht aus einer ersten Einheit (1) , welche mit einer zweiten Einheit (2) kommuniziert. Die Verbindung wird mittels einer Übertragungsstrecke (3) hergestellt. Zur Kommunikation enthält die erste Einheit (1) einen Datensender
(4) und die zweite Einheit (2) einen Datenempfänger
(5) . Weiterhin ist in der ersten Einheit (1) ein Pseudozufallszahlengenerator oder Zufallsgenerator
(6) enthalten, dessen Signale mit den Signalen des Datensenders verknüpft werden.
Für den Fall, dass beide Einheiten nur zu bestimmten Zeiten Nutzdaten austauschen und die Zeiten zwischen den Nutzdatenpaketen mit Zufallsdaten gefüllt werden sind weitere Komponenten notwendig. Damit hier die Zufallsdaten vom Datenempfänger (5) nicht als Nutzdaten missinterpretiert werden, sind gewisse Vorkehrun- gen zu treffen. So kann beispielsweise die Anzahl der zu übertragenden Datenpakete an Pseudozufallsdaten festgelegt sein oder in einem speziellen Datenpaket vom Datensender an den Datenempfänger übermittelt werden. Weiterhin kann durch eine optionale Signali- sierungsleitung (7) ein Informationsaustausch zwischen dem Datensender und dem Datenempfänger erfolgen. So kann beispielsweise der Datensender mittels eines speziellen logischen Pegels auf dieser Leitung dem Datenempfänger das Vorhandensein von Nutzdaten bzw. Pseudozufallsdaten signalisieren. Wird dagegen die Kommunikation vom Datenempfänger gesteuert, so kann der mittels einer Signalisierungsleitung (7) vom Datensender Nutzdaten anfordern. Auch hier werden wieder für den Fall, dass keine Nutzdaten gesendet werden, Pseudozufallsdaten übertragen.
Fig. 2 zeigt beispielhaft im Zeitdiagramm aufgetragen entlang einer Zeitachse (t) das Aussenden von Nutzdaten bzw. Pseudozufallsdaten. Die Kurve (20) zeigt während der dickschraffierten Perioden das Senden von Nutzdaten. In den dazwischen liegenden Pausen wie in der Kurve (21) dargestellt, werden vom Pseudozufalls- zahlengenerator Pseudozufallszahlen generiert und mittels des Datensenders ausgesendet.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Codierung bzw. Decodie- rung von Daten mit Hilfe eines Pseudozufallssignals . Dabei zeigt die Kurve (31) den Originaldatenstrom, wie er von dem Datensender erzeugt wird. In der Kurve (32) ist eine Pseudozufallssequenz des ersten Pseudo- zufallsgenerators dargestellt. Die Kurve (33) zeigt schließlich das Ausgangssignal, welches über die Datenstrecke übertragen wird. Dieses Ausgangssignal entsteht hier beispielsweise durch eine Exclusiv-Oder Verknüpfung der Signale (31) und (32). Das Eingangssignal der zweiten beweglichen Einheit (34) entspricht dem ausgesendeten Signal (33). Mittels eines zweiten Pseudozufallssignals (35) von einem zweiten Pseudozufallsgenerator kann das Originaldatensignal (36) wiederhergestellt werden. Auch in diesem Fall erfolgt beispielhaft wieder eine Exclusiv-Oder Verknüpf ng .
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein typisches Ausgangssignalspektrum einer 200 MBaud PCM Übertragungsstrek- ke bei der Übertragung eines 1 0 1 0 Signals. Hier ist der Frequenzbereich von 0 - 1 GHz mit einer Teilung von 100 MHz auf der waagrechten Frequenzachse aufgetragen. Die maximale Signalamplitude in diesem Beispiel beträgt -14,7 dBm.
Die Signalamplitude an der obersten waagerechte Linie (Begrenzung des Diagramms) beträgt 0 dBm. Pro Einheit nimmt die Amplitude um 10 dB nach unten ab.
Fig. 5 zeigt ein typisches Ausgangssignalspektrum eines PCM Signals, welches 8B/10B codiert ist, wiederum im Frequenzbereich von 0 - 1 GHz. Wie hier deutlich erkennbar ist, bestehen im Vergleich zu dem Signal aus Figur 4 eine wesentlich höhere Anzahl von schmalbandigen Spektralanteilen. Durch diese Aufteilung auf mehrere Spektrallinien wird die Amplitude der einzelnen Spektrallinien abgesenkt. So ist von diesem Signal nun die maximale Amplitude bei einem Pegel von -20,6 dBm. Dies entspricht gegenüber dem Signal aus Figur 4 einer Verbesserung von nahezu 6 dB.
In diesem Diagramm ist der Frequenzbereich von 0 - 1 GHz mit einer Teilung von 100 MHz auf der waagrechten Frequenzachse aufgetragen. Die Signalamplitude an der obersten waagerechte Linie (Begrenzung des Diagramms) beträgt 0 dBm. Pro Einheit nimmt die Amplitude um 10 dB nach unten ab.
Fig. 6 zeigt nun beispielhaft das Spektrum eines 200 MBaud PCM Signals, welches mittels einer Pseudozu- fallszahlensequenz codiert wurde. Auch hier ist das Spektrum wieder im Frequenzbereich von 0 - 1 GHz dargestellt. Durch die Pseudozufallszahlensequenz entstehen nun so viele einzelne Spektrallinien, dass diese in der Darstellung als solche nicht mehr erkennbar sind und zu einer nahezu geschlossenen Kühl- kurve verschmelzen. Die höchste gemessene Signalamplitude liegt hier bei -32,5 dBm. Dies entspricht einer Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen 8B/10B codierten Signal von ca. 12 dB und gegenüber einem uncodierten Signal, wie es in Figur 4 dargestellt ist, einer Verbesserung von 18 dB.
In diesem Diagramm ist der Frequenzbereich von 0 - 1 GHz mit einer Teilung von 100 MHz auf der waagrechten Frequenzachse aufgetragen. Die Signalamplitude an der obersten waagerechte Linie (Begrenzung des Diagramms) beträgt 0 dBm. Pro Einheit nimmt die Amplitude um 10 dB nach unten ab.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Anordnung zur Übertragung digitaler Signale zwischen einem Datensender und einem Datenempfänger, welche mittels einer Übertragungsstrek- ke miteinander verbunden sind, und ein Pseudozufallsgenerators oder Zufallsgenerator zur Erzeugung von Pseudozufalls- oder Zufallswerten, sowie eine Verknüpfungseinheit zu Verknüpfung der Signale des Datensenders mit den Pseudozufalls- oder Zufallswerten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, welche die Verknüpfungseinheit derart steuert, dass in den Pausen zwischen den Intervallen zur Übertragung der Nutzdaten Pseudozufallsdaten bzw. Zufallsdaten übertragen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Signalisierungsverbindung zwischen dem Datensender und dem Datenempfänger vorhanden ist, mittels derer der Datensender dem Datenempfänger das Vorhandensein von Nutz- daten bzw. Pseudozufallsdaten oder Zufallsdaten signalisiert .
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenempfänger eine Signalisierungseinrich- tung besitzt, mit Hilfe deren er vom Datensender Nutzdaten anfordert und der Datensender entsprechend diesem Signal Nutzdaten bzw. Pseudozufallsdaten oder Zufallsdaten sendet.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungseinheit im Datensender derart gestaltet ist, dass sie kontinuierlich die zu übertragenden Nutzsignale mit den Signalen des Pseudozufallsgenerators verknüpft und dass weiterhin im Datenempfänger eine weitere Verknüpfungseinheit vorgesehen ist, welche die empfangenen Signale ebenfalls mit Pseudozufallsdaten verknüpft .
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Übertragungsstrecke zur Übertragung der Pseudozufallsdaten vorhanden ist, so dass auf der Seite des Datenempfänger das die Verknüpfung mit den Pseudozufallsdaten synchron zur Verknüpfung mit den Pseudozufallsdaten auf der Seite des Datensenders erfolgen kann .
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenempfänger ein zweiter Pseudozufallsgenerator enthalten ist, welcher Pseudozu- fallszahlen der gleichen Sequenz wie der Pseudozufallsgenerator in dem Datensender generiert .
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Übertragungsstrecke zur Synchronisation des Pseudozufallsgenerators des Datensenders und des Pseudozufallsgenerators des Datenempfängers vorhanden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in dem Datensender und in dem Datenempfänger eine Einheit zur Synchronisation der Pseudozuf llsgeneratoren vorhanden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Synchronisation der Pseudozu- fallsgeneratoren auf der Seite des Datensenders derart gestaltet ist, dass zu Beginn einer jeden Signalübertragung eine Synchronisationssequenz gestartet wird, welche eine Synchronisation der Pseudozufallsgeneratoren im Datensender und Datenempfänger ermöglicht.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Synchronisationssequenz der Datensender zur Aussendung ein vorher festgelegten Bit- Musters ausgesendet wird, welches dann durch den Pseudozufallsgenerator mit nachgeschalteter Verknüpfungseinheit im Datensender verknüpft wird und im Datenempfänger eine Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass sie zu verschiedenen Zeitpunkten eine Synchronisation des empfänger- seitigen Pseudozufallsgenerators mit den empfangenen Daten vornimmt, bis das bekannte vorgegebene Sendemuster als Ergebnis der Verknüpfung auftritt.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer vereinfachten Synchronisation zwischen Datensender und Datenempfänger zuerst eine kurze Pseudozufallssequenz verwendet wird und nach einer vorgegebenen Zeit bzw. nach einer Syn- chronisation auf diese Zufallssequenz auf eine längere Pseudozufallssequenz umgeschaltet wird.
12. Verfahren zur Übertragung digitaler Signale zwischen mehreren Einheiten, wobei mindestens eine erste Einheit einen Datensender und mindestens eine zweite Einheit einen Datenempfänger enthält und mindestens eine der ersten Einheiten mittels mindestens einer Übertragungsstrek- ke zu einer der zweiten Einheiten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Nutzdaten echte bzw. Pseudozufallsdaten eingefügt werden, so dass sich im Spektrum des zu übertragenden Signals die Abstände zwischen den Spektrallinien wesentlich verringern, wobei die Amplituden der Spektrallinien absinken ohne dass sich jedoch die gesamte zur Übertragung benötigte Bandbreite wesentlich erhöht.
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