DE102004005431A1

DE102004005431A1 - Optical data transfer device with audio- or analog-signals, has information communicated as superpositioning of sine-wave signals

Info

Publication number: DE102004005431A1
Application number: DE200410005431
Authority: DE
Inventors: Alexander Kalweit; Johannes Coy; Matthias Ungermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Heutige (optische) Datenübertragung zwischen PCs erfolgt auf der Basis einer binären Bitstruktur. Die neuartige Übertragungsmöglichkeit sieht vor, in einem Zeichen mehr als zwei Zustände zu kodieren. Dadurch lassen sich höhere Übertragungsraten erzielen. DOLLAR A Man moduliert innerhalb eines einzelnen Pulses statt zwei Zuständen mehrere. Dies geschieht z. B. über mehrfrequentes Sinussignal: Je nachdem, ob ein Bit vorhanden ist oder nicht, wird (mittels einer Fouriersynthese) eine bestimmte Frequenz in den Puls eingespeist. Über eine entsprechende (Fourier-)Analyse wird dann die gesendete Bitstruktur zurückgewonnen. Das dabei zu übermittelnde analoge Signal kann problemlos auf optischem Wege (z. B. über eine Diode und Lichtleiter) übertragen werden. DOLLAR A Diese Technik ist im Prinzip in allen Bereichen der digitalen Datenübertragung anwendbar.Today's (optical) data transfer between PCs is based on a binary bit structure. The novel transmission possibility provides to encode more than two states in one sign. As a result, higher transmission rates can be achieved. DOLLAR A One modulates several within a single pulse instead of two states. This happens z. Depending on whether a bit is present or not, (using a Fourier synthesis) a specific frequency is fed into the pulse. By means of a corresponding (Fourier) analysis, the transmitted bit structure is then recovered. The analogue signal to be transmitted can easily be transmitted by optical means (eg via a diode and optical fiber). DOLLAR A This technique is applicable in principle in all areas of digital data transmission.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Damit Daten effektiv übertragen werden können benötigt man ein möglichst schnelles Trägermedium und eine Regel bzw. Kodierung mit der möglichst effektiv Daten in das Medium eingebettet werden können. Als Trägermedien werden zur Zeit meistens elektrische Leiter verwendet – in manchen Fällen auch Lichtleiter. Als Regel wird ein gepulstes Binäres Signal versendet.In order to Transfer data effectively can be needed one as possible fast carrier medium and a rule or coding with the most effective data in the Medium can be embedded. As carrier media Electrical conductors are currently mostly used - in some cases make also light guide. As a rule, a pulsed binary signal sent.

Die Nachteile des gegenwärtigen Standes der Technik liegen darin, dass die Datenleitungen nur uneffektiv genutzt werden. Außerdem ist die benötigte Hardware um Signale in Lichtleiter einzubetten noch sehr kompliziert.The Disadvantages of the present The prior art is that the data lines only ineffective be used. Furthermore is the needed Hardware to embed signals in optical fiber still very complicated.

Die Aufgabe des Optischen Datentransfers mit Audio- bzw. analogen Signalen besteht darin Daten von einem Sender zu einem Empfänger zu übermitteln. Dies geschieht mit einem noch nicht abzuschätzenden Datendurchsatz. Weiterhin soll eine einfache Einbettung von Signalen in einen Lichtleiter, unter Zuhilfenahme gebräuchlicher Hardware (Standardhardware eines Personal Computers) realisiert werden.The Task of optical data transfer with audio or analog signals consists in transmitting data from a sender to a receiver. This happens with an as yet unpredictable data throughput. Farther should be a simple embedding of signals in a light guide, under Use more common Hardware (standard hardware of a personal computer) can be realized.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Tasks are achieved by a device having the features of the claim 1 solved.

Die Vorteile des Optischen Datentransfers mit Audio- bzw. analogen Signalen bestehen hauptsächlich in der neuen Übermittlungsregel, die nicht mehr auf gepulsten binären Signalen aufbaut. Dadurch ist eine effektivere Nutzung bestimmter – schon bestehender – Datenleitungen möglich: Digitale Signale, die z.B. durch die Fouriersynthese kodiert worden sind, können – sobald eine Intensitätsänderung im Träger (Lichtintensitätsänderungen in einem Lichteiter, Stromschwankungen in einem elektrischen Leiter) feststellbar ist – analog als Überlagerung von Sinussignalen übertragen werden. Der reale Nutzen dieser Methode ist noch nicht abschätzbar, da – je nach Auflösungsvermögen des Senders und Empfängers – größere Mengen an Daten kodiert werden können.The Advantages of optical data transfer with audio or analog signals exist mainly in the new delivery rule, no longer on pulsed binary Builds up signals. This is a more effective use of certain - already existing - data lines possible: Digital signals, e.g. coded by the Fourier synthesis are, can - as soon as a change in intensity in the carrier (Light intensity changes in a light conductor, current fluctuations in an electrical conductor) is detectable - analog as an overlay transmitted by sine signals become. The real benefit of this method is not yet estimable, depending on - Resolution of the Transmitter and receiver - larger quantities can be encoded on data.

Außerdem ermöglicht es die Erfindung mit extrem geringem Aufwand eine Lichtleiterübertragung zu realisieren und eine extrem große Datenmenge sowohl über einen Lichtleiter als auch einen herkömmlichen Leiter zu versenden.It also allows the invention with extremely little effort an optical fiber transmission to realize and an extremely large amount of data both over one Optical fiber as well as a conventional one To send ladder.

BeispieleExamples

Die Übermittlung eines einzelnen Bytes soll nun beispielhaft in einzelnen Schritten dargestellt werden. Unser Beispiel zeigt eine relativ allgemeine Realisierung, die sich aber auf die Verwendung von Fourierreihen und eines Lichleiters beschränkt.The transmission a single byte is now intended as an example in individual steps being represented. Our example shows a relatively general realization, but they rely on the use of Fourier series and a light conductor limited.

1. Erfassung des zu sendenden Bytes:1. Recording of the to be sent bytes:

Zunächst wählt man aus dem ASCII-Code ein beliebiges Zeichen aus, das man übertragen möchte (dies entspricht dem Informationsgehalt von einem Byte), z.B.,A' oder ,#' oder ,e'. Diesem Zeichen wird – entsprechend dem ASCII-Code – eine achtstellige Binärzahl in Form des 8-Tupels M zugeordnet: ,A' → M = (1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1) First of all, select from the ASCII code any character that you want to transmit (this corresponds to the information content of one byte), eg, A 'or'#'or' e '. This character is assigned - according to the ASCII code - an eight-digit binary number in the form of the 8-tuple M: , A '→ M = (1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1)

2. Generierung des Audiosignals mittels Fouriersynthese:2. Generation of the audio signal using Fourier synthesis:

Nun werden acht vorher festgelegte Frequenzen f₁ bis f₈ ausgewählt (in unserem Fall zwischen 800 und 2300Hz), die den Komponenten von M entsprechen (Die Frequenzen wurden dabei so gewählt, dass sie nicht Vielfache von einander sind, damit sich die Oberschwingungen nicht überlagern). Je nachdem ob M_i = 1 oder gleich 0 wird nun auf die Frequenz f_iSignal gegeben oder nicht. Sei x(t) die Elongation des Audiosignals, dann gilt:

Now, eight preset frequencies f ₁ to f _{8 are} selected (in our case between 800 and 2300 Hz) corresponding to the components of M (the frequencies were chosen so that they are not multiples of each other, so that the harmonics do not overlap ). Depending on whether M _i = 1 or equal to 0 is now given to the frequency f _i signal or not. Let x (t) be the elongation of the audio signal, then:

3. Übermittlung des Tonsignals:3. Transmission of the sound signal:

3.1 Sender (siehe 1)3.1 Transmitter (see 1 )

Bei der Senderschaltung wird das vom Sendecomputer ausgehende Signal mittels eines Kondensators von der Soundkarte abgekoppelt. Damit wird vorgebeugt, dass die Soundkarte nicht überlastet wird. Die Grundspannung sorgt dafür, dass die Diode auf der negativen Seite des Sinus nicht sperrt, sodass das komplette Signal übertragen wird. Das optische Signal der Diode wird dann über einen Lichtleiter an den Empfänger weitergeleitet.at the transmitter circuit becomes the signal originating from the transmitting computer disconnected from the sound card by means of a capacitor. This will be Prevented that the sound card is not overloaded. The basic voltage makes sure that the diode does not block on the negative side of the sine, so transmit the complete signal becomes. The optical signal of the diode is then transmitted via a light guide to the receiver forwarded.

3.2. Empfänger (siehe 2)3.2. Receiver (see 2 )

Die Empfängerschaltung ist im Wesentlichen eine einfache Verstärkerschaltung. Die optischen Daten werden mittels eines LDRs in elektrische umgewandelt und an eine Soundkarte weitergegeben.The receiver circuit is essentially a simple amplifier circuit. The optical Data is converted to electrical and electrical by means of an LDR passed a sound card.

4. Auswertung des empfangenen Signals mittels Fourieranalyse:4. Evaluation of the received Signal by means of Fourier analysis:

Im Empfangsrechner wird zunächst eine Fourieranalyse von x(t) durchgeführt um das Frequenzspektrum y(f) von x(t) zu erhalten. Für M = (1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1) sieht das Spektrum Idealerweise (ohne Rauschen) aus wie in 3 dargestellt: Wenn nun y(f_i) einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, wird der Komponente i der empfangenen Botschaft wieder der Wert 1 zugeordnet. Man erhält so das ursprüngliche 8-Tupel und damit das gesendete Byte wieder.In the receiving computer, a Fourier analysis of x (t) is first carried out in order to obtain the frequency spectrum y (f) of x (t). For M = (1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1) the spectrum ideally looks (without noise) off as in 3 If y (f _i ) exceeds a certain threshold value, component i is again assigned the value 1 for the received message. This gives you the original 8-tuple and thus the byte sent again.

Claims

Device for sending information, characterized in that in a conductor more than two states are transmitted at a time.

Device according to claim 1, characterized that information as an overlay transmitted by sine signals become.

Device according to claim 1 or 2, characterized that information by grading in one of more than two states the intensity transmitted the signal become.

Device according to one of the preceding claims characterized in that the states as intensity fluctuation the light of a light source are transmitted to a receiver.

Device according to one of the preceding claims characterized in that the states as Current fluctuation transmitted become.

Device according to one of the preceding claims characterized in that the intensity variation of the light through the output signal of a sound card is generated. (see circuit)

Device according to one of the preceding claims characterized in that the power fluctuations by conventional Sound card to be generated.

Device according to one of the preceding claims characterized in that the current changes captured for digital processing from a conventional sound card become.