WO2004030256A2 - Vorrichtung zur übertragung digitaler signale zwischen beweglichen einheiten - Google Patents

Vorrichtung zur übertragung digitaler signale zwischen beweglichen einheiten Download PDF

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WO2004030256A2
WO2004030256A2 PCT/EP2003/010738 EP0310738W WO2004030256A2 WO 2004030256 A2 WO2004030256 A2 WO 2004030256A2 EP 0310738 W EP0310738 W EP 0310738W WO 2004030256 A2 WO2004030256 A2 WO 2004030256A2
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WO
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transmission
coding
transmitter
receiver
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PCT/EP2003/010738
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French (fr)
Inventor
Nils Krumme
Harry Schilling
Original Assignee
Schleifring Und Apparatebau Gmbh
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    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
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    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4906—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using binary codes
    • H04L25/4908—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using binary codes using mBnB codes
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    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting digital signals between a plurality of mutually movable units.
  • a conductor structure is usually provided in the first unit and a corresponding tap in the second unit.
  • the term conductor structures refers to all conceivable forms of conductor structures which are suitable for carrying electrical signals. This also applies to the known contacting slip tracks or slip rings.
  • a corresponding device is described in German Offenlegungsschrift DE 44 12 958 AI.
  • the signal to be transmitted is fed here into a strip line of the first unit, which is arranged along the path of movement of the units which are movable relative to one another.
  • the signal is tapped from the second unit by means of capacitive or inductive coupling.
  • the coupling factor of the signal between the two units essentially depends on the distance between the two units. Particularly in the case of spatially extensive transmission systems and in particular at high speeds of movement, the distances between the movable units cannot be determined as precisely as desired due to mechanical tolerances. Therefore, the coupling factor often varies with the position of the two units relative to one another, the speed (e.g. due to the generation of vibrations) and other influencing factors. At the same time, the signal amplitude at the input of the receiver changes. This results in changes in the signal in conventionally designed receivers, which are noticeable, for example, as increased jitter or even bit errors. There are also changes in immunity.
  • the disadvantage of the devices corresponding to the prior art is that the immunity to interference is still insufficient. In this way, the transmission signal levels in the line can be increased in order to improve the immunity to interference. However, this also increases the unwanted radiation of high-frequency signals. If the transmission signal level is reduced, the radiation decreases, but the immunity to interference from outside is also reduced.
  • the object is to design a device for electrical signal transmission which avoids the disadvantages indicated above and in particular has a high immunity to interference and thus a high transmission quality of the signals.
  • a device according to the invention is used for the transmission of digital signals between at least two mutually movable units.
  • one or more units can be arranged on each side of the movement.
  • a data source (1) for generating a serial data stream such as, for example, a parallel / serial converter corresponding to the prior art, is assigned to the first unit.
  • a transmitter (2) is also provided, which generates electrical signals for transmission via a transmission conductor structure (3) from the serial data stream of the data source.
  • the second unit is assigned a receiving antenna (4) for tapping electrical signals in the near field of the transmission conductor structure. The electrical signals of the receiving antenna are fed via a receiver (5) to a data sink (6) for further processing of the signals.
  • a coding device (7) is now provided between the data source (1) and the transmitter (2).
  • This coding device is designed such that it implements the digital coding of the data stream in such a way that the data can be transmitted with minimal errors via the transmitter (2), transmission conductor structure (3), receiving antenna (4) and receiver (5).
  • the coding device is in the electrical signal path between data source (1) and transmitter (2) provided.
  • this decoding device can also be arranged in the transmitter (2).
  • the essential feature of the decoding device is its adaptation of the coding of any digital signal to the transmission properties of its electrical data path between transmitter and receiver.
  • a device according to the invention can achieve a substantially better signal transmission quality than with the prior art.
  • the second unit between the receiver (5) and data sink (6) is assigned a decoding device (9) for decoding the signals coded by the coding device (7).
  • This decoding device reverses the coding of the coding device, so that the signals supplied to the data sink correspond to the data stream of the data source (1).
  • the decoding device can also be arranged in the receiver (5). The coding for optimal transport of the data on the data link is thus completely transparent for the data source or data sink.
  • the coding of the data stream by means of the coding device (7) implements the spectral properties of the data stream. So the coding is done in such a way that the power of the signal in predetermined spectral ranges is either increased or decreased.
  • the transmission quality can be adapted to the frequency response of the remaining transmission path and to existing interferers or components sensitive to interference.
  • the coding can now advantageously be designed such that this frequency range is not used for transmission. Conversely, in the case of frequency ranges with particularly low attenuation, a maximum can be placed in these frequency ranges by means of suitable coding.
  • the coding is advantageously carried out in such a way that these frequency ranges are optionally left out.
  • a particularly high amplitude could also be emitted in these frequency ranges.
  • the coding can be used to adapt the spectrum of the transmitted signal in such a way that only low signal levels are emitted in the frequency range with high sensitivity to interference.
  • the known line spectrum of digital signals can also be encoded here by suitable coding be broadened to comply with the limit values measured according to the current EMC standards.
  • the coding is advantageously carried out in such a way that the transmitted signal is free of direct current.
  • the type of coding can be set dynamically, so that it can advantageously adapt to changes caused by the movement.
  • a control unit is advantageously provided with means for determining the current operating state and a corresponding specification of the coding to the coding device.
  • the coding device is designed such that it introduces additional redundancy in the data stream. This additional redundancy enables more extensive corrections to the information in the data stream in the event of transmission errors. These corrections can now optionally be carried out by the data sink, but preferably by a decoding device.
  • a further embodiment of the invention provides that the coding device is designed in such a way that it replaces information at known locations in the data stream.
  • the coding mechanisms of most data sources are known.
  • the essential information of the data stream can be recognized by evaluating at least the frame of individual data packets. This can be irrelevant information Transmission additional redundancy can be used.
  • the redundancy and interference immunity of the transmitted information can be increased. For example, data packets with a 4B / 5B coding can be converted into a data packet with an 8B / 10B coding.
  • the coding device is designed such that it increases the data rate of the serial data stream and thus creates space for additional redundant information.
  • Such a conversion of the data rate or alternatively a previously described conversion of the coding or the packet information is advantageously carried out by converting the serial data stream of the data sources into parallel data words, which can be easily modified, as well as the subsequent conversion into a changed serial data stream for transmission.
  • Another embodiment of the invention has a coding device with at least one multiplexer for integrating further signals or data streams into the serial data stream generated by the data source (1).
  • additional information usually control signals, is often to be transmitted.
  • These can advantageously be integrated into the data stream by means of a multiplexer in the coding device.
  • Another device according to the invention has a coding device which codes or encrypts the signals to be transmitted in order to increase security. Depending on the security requirements, a shorter or longer key can be used.
  • the data sink or the decoding device can optionally be provided.
  • the coding device has additional storage means and means for adapting the data rate of the serial data stream to be transmitted.
  • the data rate can thus be adapted in accordance with the current transmission properties of the transmission link between the transmitter and the receiver.
  • the current data rate to be transmitted often varies with time or with the position. Influencing variables are, for example, the distance between the two mutually movable units, the coupling between these units or external interference.
  • the data rate is continuously adapted with the aid of the coding device. If, for example, the transmission is only possible at a relatively low data rate at a certain point in time or at a certain position, the data of the data sources are temporarily stored in the storage means.
  • the decoding device is designed, which also if means for storing data in the case of a high data rate from the coding device and thus can ensure a continuous data stream to the data sink.
  • Optimal control means are optionally provided for measuring the transmission properties.
  • the coding device has additional means for storing the data.
  • an additional communication channel is provided between the decoding device and the coding device for signaling incorrect data by the decoding device to the coding device. If only the decoding device detects incorrectly transmitted data, it signals this to the coding device, which then repeats the transmission of the data.
  • Such mechanisms are generally known at higher levels of signal transmission. In these cases there is communication between a first computer which is connected to the data sources and a second computer which is connected to the data sink. Communication and repetition of data transmission require additional computing power. Due to the integration in a low level of data transmission, the repetition of the transmission takes place independently of the transmission protocol and independent of additional expenses of the communicating computers.
  • the device according to the invention can thus be operated independently of the computer systems connected to it. At the same time, it guarantees maximum flexibility and transmission security minimal additional load on the connected computers.
  • means for clock regeneration are optionally provided in the coding device (7) or in the decoding device (8).
  • means for clock regeneration can be provided at any point on the data link.
  • the clock regeneration of a signal synchronizes the signal to a clock of constant frequency, which is usually obtained from the data stream with the aid of a PLL. This can significantly improve the waveforms of the signal.
  • the regenerated signal has clear edges with reduced jitter and consequently an enlarged eye opening.
  • At least one filter is optionally assigned to the transmitter (2) or the receiver (5).
  • This filter is used to adapt to the transmission properties of the data link between transmitter and receiver. In this way, frequency-dependent amplitude and phase changes can be corrected, in particular on the part of the receiver. External filters can also be reduced by such filters.
  • the filter is dynamically adjustable. Especially with moving units, the transmission characteristics change dynamically during the movement. This can be done by dynamic filter setting be compensated.
  • Such a filter can be controlled, for example, by a microcontroller or by a simple control circuit.
  • At least one microcontroller for controlling or diagnosing the device is provided.
  • This microcontroller optionally has a memory for storing certain events, such as errors or exceeding limit values.
  • a microcontroller advantageously has a web server, so that it can be operated locally or via the Internet by means of a conventional personal computer or an Internet terminal.
  • a display of certain operating states or operating parameters is optionally provided. For example, transmission errors, signal / noise ratio, bit error rate or the exceeding of certain limit values can be displayed.
  • the entire controller can optionally be reconfigured using software. Thus, for example, memory contents, data tables or program code can be reloaded according to the requirements.
  • the device is designed to be self-learning or adaptive. This means that it adapts dynamically to the operating conditions, especially during movement. This can be done, for example, by determining certain operating parameters, such as bit error rate, signal amplitude, etc., and then setting the coding device or decoding device or the filters. It is therefore particularly favorable to use a fuzzy controller here.
  • the redundancy or the data rate can be set as a function of the transmission errors. This means that with a high number of transmission errors, for example, a higher redundancy is provided.
  • a method according to the invention for broadband transmission of digital signals by means of a device corresponding to or term of claim 1 provides for coding and optional decoding of the signals to improve the transmission quality.
  • Fig. 1 shows schematically a device according to the invention in general form.
  • FIG. 1 A particularly advantageous embodiment of a device according to the invention is shown schematically in FIG. 1.
  • the data from a data source (1) are transmitted via a coding device (7) and a transmitter
  • the transmission conductor structure is arranged along the path of the movement, which is indicated by the directional arrow (9), and carries the signals fed in by the transmitter.
  • a receiving antenna (4) enables the signals of the near field of the transmission conductor structure to be tapped.
  • the signals picked up by the antenna are transmitted via a receiver (5) and a decoding device

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Übertragung digitaler Signale zwischen zwei gegeneinander beweglichen Einheiten, insbesondere bei kontaktlosen Drehübertragern. Eine Senderseitige Codiereinrichtung im Signalpfad passt die Kodierung der digitalen Signale an die Übertragungscharakteristik der Übertragungsstrecke an, so dass eine optimale Übertragung erreicht wird. Eine optionale Empfängerseitige Decodiereinrichtung stellt die ursprünglichen Signale wieder her, so dass die Kodierung verborgen bleibt, aber eine wesentlich zuverlässigere Übertragung erreicht wird.

Description

Vorrichtung zur Übertragung digitaler Signale zwischen beweglichen Einheiten
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung digitaler Signale zwischen mehreren gegeneinander beweglichen Einheiten.
Der Übersichtlichkeit halber wird in diesem Dokument nicht zwischen der Übertragung zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten und einer feststehenden und dazu beweglichen Einheiten unterschieden, da dies nur eine Frage des Ortsbezugs ist und keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Erfindung hat. Ebenso wird nicht weiter zwischen der Übertragung von Signalen und Energie unterschieden, da die Wirkungsmechanismen hier die selben sind.
Stand der Technik
Bei linear beweglichen Einheiten wie Kran- und Förderanlagen und auch bei drehbaren Einheiten wie Radaranlagen oder auch Computertomographen ist es notwendig, zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten elektrische Signale bzw. Energie zu übertragen. Hierzu ist meist eine Leiterstruktur in der ersten Einheit und ein entsprechender Abgriff in der zweiten Einheit vorgesehen. In den folgenden Ausführungen bezieht sich der Begriff Leiterstrukturen auf alle denkbaren Formen von LeiterStrukturen, welche geeignet sind, elektrische Signale zu führen. Dies bezieht sich auch auf die bekannten kontaktierenden Schleifbahnen bzw. Schleifringe . Eine entsprechende Vorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 12 958 AI beschrieben. Das zu übertragende Signal wird hier in eine Streifenleitung der ersten Einheit, welche längs des Weges der Bewegung der gegeneinander beweglichen Einheiten angeordnet ist, eingespeist. Mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung wird das Signal von der zweiten Einheit abgegriffen.
Der Koppelfaktor des Signals zwischen den beiden Einheiten hängt im wesentlichen von dem Abstand der beiden Einheiten zueinander ab. Gerade bei räumlich ausgedehnten ÜbertragungsSystemen und insbesondere bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten lassen sich auf Grund mechanischer Toleranzen die Abstände zwischen den beweglichen Einheiten nicht beliebig exakt festlegen. Daher variiert der Koppelfaktor häufig mit der Position der beiden Einheiten zueinander, der Geschwindigkeit (z. B. durch Verursachung von Vibrationen) und anderen Einflussgrößen. Gleichzeitig ändert sich die Signalamplitude am Eingang des Empfängers . Dadurch ergeben sich bei herkömmlich aufgebauten Empfängern Veränderungen im Signal, welche sich beispielsweise als erhöhter Jitter oder sogar Bitfehler bemerkbar machen. Ebenso ergeben sich hierbei Änderungen der Störfestigkeit.
Eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften bringt die in der DE 197 00 110 AI veröffentlichte Vorrichtung, welche an Stelle einer Streifenleitung eine Leiterstruktur mit Filtereigenschaften aufweist . Grundsätzlich bleiben aber die Probleme bestehen. Aus der US 6,433,631 B2 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Eingangspegels am Empfänger offenbart . Hierzu wird die Signalamplitude nach einem Vorverstärker gemessenen und entsprechend dieser Signalamplitude ein vor dem Vorverstärker vorgesehenes Dämpfungsglied gesteuert. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass hierdurch ausschließlich dem Empfänger ein Signal mit konstanter Amplitude zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Nachteil der dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen liegt in einer noch unzureichenden Störfestigkeit. So können zwar die Sendesignalpegel in der Leitung erhöht werden, um die Störfestigkeit zu verbessern. Damit steigt aber auch die unerwünschte Abstrah- lung hochfrequenter Signale. Bei einer Verringerung des Sendesignalpegels sinkt zwar die Abstrahlung, aber die Immunität gegen eingestreute Störungen von außen sinkt ebenfalls .
Darstellung der Erfindung
Es stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur elektrischen Signalübertragung zu gestalten, welche die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und insbesondere eine hohe Störfestigkeit und somit eine hohe Übertragungs- qualität der Signale aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche . Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Übertragung digitaler Signale zwischen wenigstens zwei gegeneinander beweglichen Einheiten. Selbstverständlich können auf jeder Seite der Bewegung eine oder mehrere Einheiten angeordnet sind. Zur vereinfachten Darstellung wird hier ausschließlich auf eine zweite Einheit, welche gegenüber einer ersten Einheit beweglich ist, Bezug genommen.
Der ersten Einheit ist eine Datenquelle (1) zur Erzeugung eines seriellen Datenstroms, wie beispielsweise ein dem Stand der Technik entsprechender Parallele/Seriell - Wandler zugeordnet . Weiterhin ist ein Sender (2) vorgesehen, der aus dem seriellen Datenstrom der Datenquelle elektrische Signale zu Übertragung über eine SendeleiterStruktur (3) erzeugt. Der zweiten Einheit ist eine Empfangsantenne (4) zum Abgriff elektrische Signale im Nahfeld der Sendeleiterstruktur zugeordnet . Die elektrischen Signale der Empfangsantenne werden über einen Empfänger (5) einer Datensenke (6) zur Weiterverarbeitung der Signale zugeführt .
Erfindungsgemäß ist nun eine Codiereinrichtung (7) zwischen Datenquelle (1) und Sender (2) vorgesehen. Diese Codiereinrichtung ist derart ausgelegt, dass sie die digitale Kodierung des Datenstroms derart umsetzt, dass die Daten mit minimalen Fehlern über Sender (2) , Sendeleiterstruktur (3) , Empfangsantenne (4) sowie Empfänger (5) übertragbar sind.
Entsprechend dem Wesen der Erfindung ist die Codiereinrichtung in dem elektrischen Signalpfad zwischen Daten- quelle (1) und Sender (2) vorgesehen. Selbstverständlich kann diese Decodiereinrichtung auch in dem Sender (2) angeordnet sein.
Das wesentliche Merkmal der Decodiereinrichtung ist deren Anpassung der Kodierung eines beliebigen digitalen Signals an die Übertragungseigenschaften deren elektrischen Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger.
Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine wesentlich bessere Signalübertragungsqualität als mit dem Stand der Technik erreichbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweiten Einheit zwischen Empfänger (5) und Datensenke (6) eine Decodiereinrichtung (9) zur Dekodierung der von der Codiereinrichtung (7) kodierten Signale zugeordnet. Durch diese Decodiereinrichtung wird die Kodierung der Codiereinrichtung wieder rückgängig gemacht, so dass die der Datensenke zugeführten Signale dem Datenstrom der Datenquelle (1) entsprechen. Selbstverständlich kann die Decodiereinrichtung auch im Empfänger (5) angeordnet sein. Somit ist die Kodierung zum optimalen Transport der Daten auf der Datenstrecke für Datenquelle bzw. Datensenke vollkommen transparent.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt durch die Kodierung des Datenstroms mittels der Codiereinrichtung (7) eine Umsetzung der spektralen Eigenschaften des Datenstroms . So erfolgt die Kodierung derart, dass die Leistung des Signals in vorgegebenen Spektralbereichen wahlweise erhöht oder abgesenkt wird. Durch eine Anpassung der spektralen Eigenschaften des Signals kann die Übertragungsqualität an den Frequenzgang der übrigen Übertragungsstrecke sowie an vorhandene Störer bzw. stδrempfindliche Komponenten angepasst werden.
Weist die Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger beispielsweise in einem oder mehreren bekannten Frequenzbereichen eine besonders hohe Dämpfung auf, so kann nun vorteilhafterweise die Kodierung derart ausgelegt werden, dass dieser Frequenzbereich zur Übertragung nicht verwendet wird. Im umgekehrten Fall kann bei Frequenzbereichen besonders niedriger Dämpfung durch geeignete Kodierung ein Maximum im diese Frequenzbereiche gelegt werden.
Sind externe Störer vorhanden, welche die Übertragung der Signale beeinträchtigen, so wird die Kodierung vorteilhafterweise derart vorgenommen, dass wahlweise diese Frequenzbereiche ausgespart werden. Alternativ dazu könnte auch in diesen Frequenzbereichen eine besonders hohe Amplitude abgegeben werden.
Sind besonders störempfindliche Komponenten außerhalb der Datenstrecke vorhanden, so kann durch die Kodierung das Spektrum des übertragenen Signals derart angepasst werden, dass in dem Frequenzbereichen hoher Stδremp- findlichkeit nur geringe Signalpegel abgegeben werden. Grundsätzlich kann hier auch das bekannte Linienspektrum digitaler Signale durch eine geeignete Kodierung verbreitert werden, um die nach den gängigen EMV-Normen gemessenen Grenzwerte einzuhalten.
Die Kodierung erfolgt vorteilhafterweise derart, dass das übertragene Signal gleichstromfrei ist .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Art der Kodierung dynamisch einstellbar, so dass diese sich vorteilhafter Weise an durch die Bewegung hervorgerufene Änderungen anpassen kann. Hierzu ist vorteilhafterweise eine Steuereinheit mit Mitteln zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes und einer entsprechenden Vorgabe der Kodierung an die Kodiereinrichtung vorgesehen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Codiereinrichtung derart gestaltet, dass sie zusätzliche Redundanz in dem Datenstrom einbringt . Durch diese zusätzliche Redundanz werden weitergehende Korrekturen der Informationen des Datenstroms im Falle von Übertragungsfehlern ermöglicht. Diese Korrekturen können nun wahlweise von der Datensenke, bevorzugt aber von einer Decodiereinrichtung vorgenommen werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Codiereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie Informationen an bekannten Stellen des Datenstroms ersetzt . So sind die Kodierungsmechanismen der meisten Datenquellen bekannt . Durch eine Auswertung zumindest des Rahmens einzelner Datenpakete können die wesentlichen Informationen des Datenstroms erkannt werden. Dabei können nicht relevante Informationen zu Übertragung zusätzliche Redundanz eingesetzt werden. Ebenso kann durch Zusammenfassung mehrerer Datenpakete bzw. Änderung der PaketStruktur die Redundanz sowie Störsicherheit der übertragenen Informationen erhöht werden. Beispielsweise können mit Datenpakete einer 4B/5B Kodierung in ein Datenpaket einer 8B/10B Kodierung umgesetzt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Codiereinrichtung derart ausgelegt, dass sie die Datenrate des seriellen Datenstroms erhöht und somit Raum für zusätzliche redundante Informationen schafft. Vorteilhafterweise erfolgt eine solche Umsetzung der Datenrate oder auch wahlweise eine zuvor beschriebene Umsetzung der Kodierung bzw. der Paket Informationen durch Umsetzung des seriellen Datenstroms der Datenquellen im Parallele Datenworte, welche leicht modifiziert werden können sowie die anschließende Umsetzung in einen geänderten seriellen Datenstrom zur Übertragung.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung weist eine Codiereinrichtung mit wenigstens einem Multiplexer zur Integration weiterer Signale bzw. Datenströme in den von der Datenquelle (1) erzeugten seriellen Datenstrom auf. Häufig sind neben dem Haupt-Datenstrom noch zusätzliche Informationen, meist Steuersignale zu übertragen. Diese können mittels eines Multiplexers in der Codiereinrichtung vorteilhafterweise in den Datenstrom mit integriert werden. Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Codiereinrichtung auf, welche zur Erhöhung der Sicherheit die zu übertragenden Signale codiert bzw. verschlüsselt. Entsprechend der Sicherheitsanforderungen kann hierzu ein kürzerer oder längerer Schlüssel verwendet werden. Entsprechend den Mittel zur Entschlüsselung können kann wahlweise in der Datensenke bzw. in der Decodiereinrichtung vorgesehen sein.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der der Erfindung weist die Codiereinrichtung zusätzliche Speichermittel sowie Mittel zur Anpassung der Datenrate des zu übertragenden seriellen Datenstroms auf. Somit kann entsprechend den aktuellen Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke zwischen Sender und Empfänger die Datenrate angepasst werden. Gerade bei gegeneinander beweglichen Einheiten variiert die aktuelle zu übertragende Datenrate häufig mit der Zeit bzw. mit der Position. Einflussgrößen sind beispielsweise der Abstand der beiden gegeneinander beweglichen Einheiten, die Verkoppelung zwischen diesen Einheiten oder auch externe Störeinflüsse. Mit Hilfe der Codiereinrichtung wird die Datenrate kontinuierlich angepasst. Ist beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. bei einer bestimmten Position die Übertragung nur mit einer relativ niedrigen Datenrate möglich, so werden die Daten der Datenquellen in den Speichermitteln zwischengespeichert. Erhöht sich nun durch Zeitablauf bzw. Änderung der Position die mögliche Datenrate der Datenstrecke wieder, so können die zwischengespeicherten Informationen übertragen werden. Entsprechend hierzu ist es die Decodiereinrichtung ausgelegt, welche eben- falls Mittel zur Speicherung von Daten im Falle einer hohen Datenrate von der Codiereinrichtung aufweist und damit einen kontinuierlichen Datenstrom zur Datensenke sicherstellen kann. So optimalen Steuerung sind optional Mittel zur Messung der Übertragungseigenschaften vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Codiereinrichtung zusätzliche Mittel zur Speicherung der Daten auf . Daneben ist ein zusätzlicher Kommunikationskanal zwischen Decodiereinrichtung und Codiereinrichtung zur Signalisierung fehlerhafter Daten durch die Decodiereinrichtung an die Codiereinrichtung vorgesehen. Stellt nur die Decodiereinrichtung fehlerhaft übertragene Daten fest, so signalisiert sie dies der Codiereinrichtung, welche daraufhin die Aussendung der Daten wiederholt. Solche Mechanismen sind grundsätzlich auf höheren Ebenen der Signalübertragung bekannt. So erfolgt die diesen Fällen eine Kommunikation zwischen einem ersten Rechner, welcher mit der Datenquellen verbunden ist und einem zweiten Rechner, welcher mit der Datensenke verbunden ist. Hierbei benötigt die Kommunikation und die Wiederholung der Datenübertragung zusätzliche Rechnerleistung. Durch die Integration in eine niedrige Ebene der Datenübertragung erfolgt die Wiederholung der Übertragung unabhängig vom Übertragungsprotokoll und unabhängig von zusätzlichen Aufwendungen der kommunizierenden Rechner. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von dem daran angeschlossenen Rechnersystemen zu betreiben. Sie gewährleistet gleichzeitig eine maximale Flexibilität und Übertragungssicherheit bei minimaler zusätzlicher Auslastung der angeschlossenen Rechner .
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wahlweise in der Codiereinrichtung (7) beziehungsweise in der Decodiereinrichtung (8) Mittel zur Taktregeneration vorgesehen sind. Weiterhin können an beliebiger Stelle der Datenstrecke Mittel zur Taktregeneration vorgesehen sein. Durch die Taktregeneration eines Signals erfolgt die Synchronisation des Signals auf einen Takt konstanter Frequenz, welcher meist mit Hilfe einer PLL aus dem Datenstrom gewonnen wird. Dadurch kann die Kurvenformen des Signals wesentlich verbessert werden. So hat das regenerierte Signal wieder klare Flanken mit reduziertem Jitter und folglich einer vergrößerten Augenöffnung .
In eine anderen Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Filter wahlweise dem Sender (2) beziehungsweise dem Empfänger (5) zugeordnet. Dieses Filter dient zur Anpassung an die Übertragungseigenschaften der Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger. So lassen sich insbesondere auf Seiten des Empfängers frequenzabhängige Amplituden- und Phasengänge korrigieren. Durch derartige Filter können auch externe Störungen reduziert werden.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindung besteht darin, dass das Filter dynamisch einstellbar ist. Gerade bei beweglichen Einheiten ändert sich die Übertragungscharakteristik dynamisch während der Bewegung. Diese kann durch dynamische Filtereinstellung kompensiert werden. Ein solches Filter kann beispielsweise durch einen MikroController oder durch eine einfache Regelschaltung gesteuert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Mikrocontroller zur Steuerung bzw. Diagnose der Vorrichtung vorgesehen. Dieser Mikrocontroller hat optional einen Speicher zur Speicherung bestimmter Ereignisse, wie Fehler oder auch Überschreitung von Grenzwerten. Vorteilhafterweise besitzt ein solcher Mikrocontroller einen Web-Server, so dass er mittels eines herkömmlichen Personal- Computers oder eines Internet-Terminals lokal oder über das Internet bedient werden kann. Weiterhin ist optional eine Anzeige bestimmter Betriebszustände bzw. Betriebsparameter vorgesehen. So können beispielsweise Übertragungsfehler, Signal/Rauschabstand, Bitfehlerrate oder die Überschreitung bestimmter Grenzwerte angezeigt werden. Die gesamte Steuerung kann optional durch Software neue konfiguriert werden. Somit können beispielsweise Speicherinhalte, Datentabellen, oder auch Programmcode neu entsprechend den Anforderungen geladen werden .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung selbstlernend bzw. adaptiv ausgelegt. Dies bedeutet, dass es sie sich dynamisch, insbesondere während der Bewegung, an die Betriebszustände anpasst . Dies kann beispielsweise durch Ermittlung bestimmter Betriebsparameter, wie Bitfehlerrate, Signalamplitude etc. und anschließende Einstellung von Codiereinrichtung bzw. Decodiereinrichtung bzw. den Filtern erfol- gen. Besonders günstig ist deshalb, hier einen Fuzzy- Controller einzusetzen. So kann beispielsweise die Redundanz bzw. die Datenrate als Funktion der Übertragungsfehler eingestellt werden. Dies bedeutet, dass bei einer hohen Anzahl von Übertragungsfehlem beispielsweise eine höhere Redundanz vorgesehen wird. Gerade bei Drehbewegungen, insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit, ist es vorteilhaft, die Übertragungsfunktion über die Umdrehung zu speichern und entsprechend abhängig von der Zeit bzw. der Position die Einstellung von Codiereinrichtung bzw. Decodiereinrichtung bzw. Filtern vorzunehmen. Dies ist selbstverständlich auch bei linearen Bewegungen möglich, sofern eine Information über die Position vorhanden ist.
Eine erfindungsgemäße Verfahren zu breitbandigen Übertragung digitaler Signale mittels einer Vorrichtung entsprechende oder Begriff des Anspruchs 1 sieht eine Kodierung sowie eine optionale Dekodierung der Signale zur Verbesserung der Übertragungsqualität vor.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Fig. 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In der Fig. 1 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch abgebildet. Die Daten einer Datenquelle (1) werden über eine Codiereinrichtung (7) und einen Sender
(2) an eine Sendeleiterstruktur (3) übertragen. Die Sendeleiterstruktur ist entlang der Bahn der Bewegung, die durch den Richtungspfeil (9) angedeutet ist, angeordnet und führt die durch den Sender eingespeisten Signale. Eine Empfangsantenne (4) ermöglicht einen Abgriff der Signale des Nahfeldes der Sendeleiterstruktur. Die von der Antenne abgegriffenen Signale werden über einen Empfänger (5) und eine Decodiereinrichtung
(8) zur Datensenke (6) geleitet.
Bezugszeichenliste
1 Datenquelle
2 Sender
3 Sendeleiterstruktur
4 Empfangsantenne
5 Empfänger
6 Datensenke
7 Codiereinrichtung
8 Decodiereinrichtung
9 Richtungspfeil für Bewegungsrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Vorrichtung zur breitbandigen Übertragung digitaler Signale zwischen wenigstens einer ersten Einheit und mindestens einer entlang einer vorgegebenen Bahn gegenüber der ersten Einheit beweglichen zweiten Einheit umfassend der ersten Einheit zugeordnet eine Datenquelle (1) zur Erzeugung eines seriellen Datenstroms, einen Sender (2) zur Erzeugung elektrischer Signale aus dem seriellen Datenstrom der Datenquelle, eine SendeleiterStruktur (3) zur Führung der vom Sender erzeugten elektrischen Signale, sowie der zweiten Einheit zugeordnet eine Empfangsantenne (4) zum Abgriff von elektrischen Signalen im Nahfeld der Sendeleiterstruktur, eine Empfänger (5) zum Empfang der von der Empfangsantenne abgegriffenen Signale, eine Datensenke (6) zur Weiterverarbeitung der Signale des Empfängers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Codiereinrichtung (7) zwischen Datenquelle
(1) und Sender (2) vorgesehen ist, welche die digitale Kodierung des Datenstroms derart umsetzt, dass die Daten mit minimalen Fehlern über Sender
(2) , Sendeleiterstruktur (3) , Empfangsantenne (4) sowie Empfänger (5) übertragen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Empfänger (5) und Datensenke (6) eine Decodiereinrichtung (8) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) zu einer Umsetzung der spektralen Eigenschaften des Datenstroms derart ausgelegt ist, dass in vorgegebenen spektralen Bereichen die Leistung wahlweise erhöht oder abgesenkt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierungsfunktion der Codiereinrichtung dynamisch einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie zusätzliche Redundanz in den Datenstrom einbringt .
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie Datenwerte an bestimmten Positionen des Datenstroms ersetzt .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie die Datenrate des seriellen Datenstroms erhöht bzw. verringert.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) einen Multiplexer zur Integration weiterer Datenströme in den seriellen Datenstrom der Datenquelle (1) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) Mittel zur Verschlüsselung des seriellen Datenstroms der Datenquelle (1) aufweist .
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung (7) Mittel zur Speicherung von Daten sowie zur Abgabe der Daten mit unterschiedlichen Datenraten an den Sender (2) entsprechend den aktuellen Übertragungseigenschaften der Datenstrecke zwischen Sender (2) und Empfänger (5) aufweist .
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decodiereinrichtung (8) zusätzliche Mittel zur Signalisierung fehlerhaft übertragener Daten an die Codiereinrichtung (6) mittels eines zusätzlich vorhanden Übertragungskanals aufweist und die Codiereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie auf Anforderung durch die Decodiereinrichtung (8) die Übertragung fehlerhaft empfangener Datenpakete wiederholt .
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise die Codiereinrichtung (7) beziehungsweise die Decodiereinrichtung (8) Mittel zur Taktregeneration aufweisen.
13. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise dem Sender (2) beziehungsweise dem Empfänger (5) zugeordnet wenigstens ein Filter zur Anpassung an die Übertragungseigenschaften der Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger vorgesehen ist .
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter dynamisch einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller zur Steuerung und Diagnose der
Vorrichtung vorgesehen ist .
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung selbstlernend ist und sich an die jeweiligen Betriebszustände dynamisch anpasst.
17. Verfahren zur breitbandigen Übertragung digitaler Signale mittels einer Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Senderseitig eine Kodierung sowie Empfangerseitig eine entsprechende Dekodierung der Signale erfolgt, derart, dass die Übertragung des Signale verbessert wird.
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