DE1248700B

DE1248700B - Verfahren und Anordnung zur UEbertragung digitaler Daten, in dessen Verlauf Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden

Info

Publication number: DE1248700B
Application number: DEJ28935A
Authority: DE
Inventors: Michael Melas
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-09-10
Filing date: 1965-09-07
Publication date: 1967-08-31
Also published as: NL145424B; BE676650A; FR1422118A; SE316794B; AT269226B; CH464289A; CH422875A; DE1300582B; US3478267A; US3355550A; NL6511807A; NL148468B; NL6602742A; FR88211E; SE332199B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WMW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HO4b

H041
Deutsche Kl.: 21 al-7/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Weicht σ

J 28935 VIII a/21 al
7. September 1965
31. August 1967

cx α

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Übertragung digitaler Daten für den Fall, daß Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden.

Bei der Übertragung von binären Daten über einen verzerrungsfreien Übertragungskanal mit der Grenzfrequenz / beträgt die größtmögliche Übertragungsfrequenz 2/, wenn auf eine fehlerfreie Erkennung der Zeichen Wert gelegt wird. Diese aus dem sogenannten Wiener-Shannon-Theorem resultierende maximale Übertragungsfrequenz wird Nyquistfrequenz genannt. Wird als Übertragungsfrequenz eine höhere Frequenz gewählt, ist eine empfängerseitige Erkennung der Daten auf binärer Basis nicht mehr möglich. Untersuchungen haben aber gezeigt, daß zu bestimmten Zeitpunkten das Empfangssignal charakteristische Werte annimmt, welche mit den gesendeten Daten in Beziehung stehen.

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, wodurch binäre Daten in vorteilhafter Weise mit einer wesentlich höheren Frequenz als der Nyquistfrequenz übertragen werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Übertragung mit «-fächer Nyquistfrequenz erfolgt, daß 2ⁿ Bezugspegel für die Demodulation herangezogen werden und daß für die Erkennung des (n + l)-ten Datenbits die Werte der η vorangegangenen Bits und der Pegel des gerade empfangenen Signals herangezogen werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Bezugspegel in Abhängigkeit von den Werten der η vorangegangenen Bits variiert werden.

Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Ausgänge α, β, γ, Ά, Ω einer Schwellwertschaltung, an deren Eingang das Empfangssignal liegt, mit einer logischen Schaltung, bestehend aus bistabilen Kippschaltungen, Invertern und UND-Schaltungen, verbunden sind.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß für den Fall η = 2 der erste Eingang Si einer Subtraktionsschaltung Σ mit dem Eingangssignal belegt ist, daß der Ausgang/ der Subtraktionsschaltung Γ über zwei gegensinnig gepolte, eingangsseitig parallelgeschaltete Gleichrichter mit den beiden Eingängen einer ersten bistabilen Kippschaltung verbunden ist, daß ein Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung auf den Eingang einer zweiten bistabilen Kippschaltung geführt ist, daß der Ausgang der zweiten bistabilen Kippschaltung über einen ersten ohmschen Widerstand und der Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung über einen zweiten ohmschen Widerstand in einem Punkt M verbunden sind, daß der Punkt M mit

Verfahren und Anordnung zur Übertragung
digitaler Daten, in dessen Verlauf Signalpegel
mit Bezugspegeln verglichen werden

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Michael Melas, Antibes (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. September 1964 (7464)

dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung Σ zusammengeschaltet ist und daß die parallelgeschalteten

as Steuereingänge der bistabilen Kippschaltungen über die Leitung© mit einem Taktgeber verbunden sind.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Signalverlauf bei der Übertragung binärer Daten,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und F i g. 3 ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der folgenden Beschreibung wird als Beispiel der Fall betrachtet, daß die Übertragungsfrequenz der doppelten Nyquistfrequenz entspricht.

In Fig. 1 zeigt die Kurve Cl das Beispiel einer zu übertragenden binären Information. Kurve Cl

zeigt die gleiche Information am Ausgang eines Übertragungskanals bei einer Übertragung mit der Nyquistfrequenz. Bei dieser Frequenz fallen die Maximalamplituden N\ bzw. Nl des Signals Cl mit den binären Werten des ursprünglichen Signals zusammen.

Dadurch wird die Signalentschlüsselung auf der Empfängerseite ermöglicht. Die Kurve C3 zeigt das entsprechende Signal bei einer Übertragungsfrequenz, die der doppelten Nyquistfrequenz entspricht. Die Signalverzerrung ist dabei so groß geworden, daß eine Entschlüsselung zu den charakteristischen Zeitpunkten ti nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Die Kurvenform des empfangenen Signals hängt von der

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Form des gesendeten Signals und damit von der gesendeten Datenfolge ab. Bei einer Übertragungsfrequenz, welche der doppelten Nyquistfrequenz entspricht, zeigt eine Untersuchung der entstehenden Verzerrungen, daß das empfangene Signal fünf verschiedene Spannungswerte zu bestimmten Zeitpunkten annimmt, nämlich: + F₀, ^',0, ~p-, -F₀. Dabei hängt die Form der empfangenen Signale nicht nur von den gerade gesendeten Daten, sondern auch von den vorangegangenen Daten ab.

Es kann daher zwischen den fünf obengenannten Spannungswerten und den binären Daten die folgende Zuordnung hergestellt werden:

is K-tes Datenbit

Spannungswerte

-F_n

V a

Binäre Daten

I, außer wenn beide vorangegangene Bits den Wert »l« haben η

I, wenn das vorangegangene Bit >>0« 0, wenn das vorangegangene Bit »1«

0, außer wenn beide vorangegangene Bits den Wert »0« haben.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die Schaltung umfaßt einen Schwellwertdetektor DN, zwei bistabile Kippschaltungen Tl und Tl, zwei Inverter /1 und 11 sowie eine erste UND-Schaltung 1, eine zweite UND-Schaltung 2, eine dritte UND-Schaltung 3 und eine vierte UND-Schaltung 4. Steuersignale, die der bistabilen Kippschaltung 7*1 über die Leitung χ und der Schaltung Tl über die Leitung y zugeführt werden, bringen die Kippschaltung TX in die Stellung »1« und die Kippschaltung 7"2 in die Stellung »0«. Das Eingangssignal Si läuft über den Schwellwertdetektor DN, an dessen Ausgängen <x, ß, y, δ und Ω die verschiedenen, vom Eingangssignal abhängigen Spannungswerte auftreten.

Die bistabilen Kippschaltungen 7*1 und 7"2 speichern die Werte der empfangenen binären Daten, und die anschließende logische Schaltung vergleicht sie mit Bezugsspannungen gemäß der oben angegebenen Tabelle K. Sobald auf einem der Ausgänge λ, β, γ, δ oder Ω ein Signal erscheint, stellt sich die bistabile Kippschaltung 7*1 entsprechend ein, und zwar in Abhängigkeit von den augenblicklich erscheinenden und den vorangegangenen Signalen über die bistabile Kippschaltung Tl, die mit dem Ausgang der bistabilen Kippschaltung TX verbunden ist. Wenn gemäß der Tabelle K das Signal den Wert -f V₀ erreicht, gibt der Schwellwertdetektor DN eine Spannung über den Ausgang * ab, wodurch die bistabile Kippschaltung TX den Wert »1« annimmt bzw. ihn beibehält, wenn er bereits vorhanden war. Wenn der Schwellwertdetektor DN eine Spannung über den Ausgang γ abgibt, kann die bistabile Kippschaltung Ti gemäß Tabelle K, Zeile 3, sowohl den Wert »1« als auch »0« annehmen. Und zwar wird der Wert »1« angenommen, wenn zuvor eine »0« vorhanden war, und eine »0«, wenn der vorherige Wert eine »1« war. Tritt auf dem Ausgang Ω des Schwellwertdetektors DN eine Spannung auf, nimmt die bistabile Kippschaltung TX den Wert »0« an bzw. bleibt auf diesem Wert stehen. Schließlich sei der Fall betrachtet, daß der Schwellwertdetektor DN ein Signal über den Ausgang β abgibt. Hatte das letzte empfangene Bit den Wert »1« und das vorletzte den Wert »0«, dann werden die bistabilen Kippschaltungen TX und Tl entsprechend eingestellt, so daß die Ausgänge /J₁ von 7*1 und g₀ von 7*2 mit Spannungen versehen sind und dadurch über die UND-Schaltung I eine Spannung an den Inverter /1 abgeben. Dadurch wird die UND-Schaltung 3, auf die auch das Signal des Ausgangs β geführt ist, gesperrt, wodurch auf der Leitung u kein Steuersignal erscheint. Das bewirkt, daß die bistabile Kippschaltung 7*1 den Wert »l« annimmt. Für den Fall, daß der letzte Wert »0« beträgt und der vorletzte Wert »l« oder eine »0« war, bekommt der Inverter IX kein Signal von der UND-Schaltung I, wodurch die UND-Schaltung 3 vorbereitet wird und das Signal des Ausgangs/? passieren läßt. Die bistabile Kippschaltung Π erhält über die Leitung μ ein Signal und nimmt den Wert »l« an. Wenn das letzte Datenbit den Wert »l« hatte und das vorletzte Bit ebenfalls den Wert »l«, erhält die bistabile Kippschaltung 7"I über den Eingang/* ein Signal und nimmt den Wert »0« an. Die soeben dargestellten Fälle entsprechen der Zeile 2 aus Tabelle K.

Für den Fall, daß der Schwellwertdetektor DN über den Ausgang Λ ein Signal abgibt, finden ähnliche Vorgänge statt, die der Zeile 4 in Tabelle K entsprechen.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Für die Erläuterung der Schaltung sei eine Übertragungsfrequenz angenommen, die der doppelten Nyquistfrequenz entspricht. In diesem Fall behalten die oben gemachten Bemerkungen über den Signalverlauf und über die Übertragungsfrequenz ihre Gültigkeit ebenso wie die Tabelle K.

Wie sich aus einer Untersuchung des empfangenen Signals bei doppelter Nyquistfrequenz ergibt (gemäß Fig. 1) hat das empfangene Signal die folgenden Eigenschaften:

Wenn die beiden vorhergehenden Bits den Wert »1« haben, nimmt das empfangene Signal den Wert + F₀ an, wenn das zu übertragende Bit den Wert »1« hat,

■+· ν das empfangene Signal nimmt maximal den Wert —γ-an, wenn das zu übertragende Bit den Wert »0« hat.

Um herauszufinden, ob das empfangene Datenbit den Wert »1« oder »0« hat, genügt es, festzustellen, ob das empfangene Signal größer oder kleiner als F₁ ist

mit γ < V_x < V₀.

Wenn das letzte Bit eine »l« war und das vorletzte eine »0«, nimmt das empfangene Signal einen Wert an,

+ V
der größer als -γ- ist, wenn das zu übertragende Bit eine »1« ist. Wenn das zu übertragende Bit eine »0« ist, nimmt das empfangene Signal maximal den Wert »0« an.

Um in diesem Fall zu erfahren, ob das empfangene Signal eine »1« oder eine oO« darstellt, reicht es aus, festzustellen, ob das empfangene Signal größer oder kleiner als F₂ ist mit 0 <" F₂ < ζ-' .

Hat das letzte Bit den Wert »0« und das vorletzte den Wert »1«, nimmt das empfangene Signal einen Wert an, der größer als »0« ist, wenn das zu übertragende Bit eine »l« ist, oder es nimmt maximal den

Wert - —■ an, wenn das zu übertragende Bit eine »0«

ist. In diesem Fall genügt es, festzustellen, ob das empfangene Signal größer oder kleiner als V₃ ist, mit -ψ <

'0.

Haben die beiden letzten Daten den Wert »0«, so nimmt das empfangene Signal einen Wert größer als

—j—- an, wenn das zu übertragende Bit eine »1« ist, oder es nimmt den Wert — K₀ an, wenn das zu übertragende Bit eine »0« ist. in diesem Fall genügt es, festzustellen, ob das empfangene Signal größer oder

kleiner ist als K₄ mit — K₀ < K₁ < ^~-.

Die zur Realisierung dieser Vorgänge in Fig. 3 als Beispiel vorgeschlagene Schaltung umfaßt zwei bistabile Kippschaltungen τ 1 und τ 2, zwei ohmsche Widerstände R1 und Rl und eine Subtraktionsschaltung Σ, deren einer Eingang mit dem Eingangssignal Si belegt ist und deren anderer Eingang mit dem Verbindungspunkt M der Widerstände R1 und Rl verbunden ist. Über die Verbindung© zugeführte Taktimpulse erlauben die Steuerung der bistabilen Kippschaltungen r 1 und r2 zu ausgewählten Zeitpunkten U. Die bistabilen Kippschaltungen τ 1 und r2 stellen sich gemäß den empfangenen Daten auf »0« oder auf »1« ein. Die bistabile Kippschaltung rl gibt über den Ausgang 5 eine Spannung V₁' oder K₂' ab, die den gespeicherten Daten »1« bzw. »0« entspricht. Das gleiche gilt für die Spannungen V₁" bzw. V₂" auf dem Ausgang 6 der bistabilen Kippschaltung τ2. Für den als Beispiel gewählten Fall, daß Al gleich Rl ist, beträgt die Spannung Vm am Punkt M:

V_M — ' _ ' für rl in Stellung »1« und τ2 in ² Stellung »l«,

y· -f. (/„"
V_iV, = ' - für rl in Stellung »1« und τΐ in

² Stellung »0«,

K ' 4- V " V_M= ³ ' für rl in Stellung »0« und r2 in

Stellung »1«,

₂' + K₂"

versehen wird. Dieses Eingangssignal wird dann zu jedem Zeitpunkt h mit der Spannung V_R — Vm verglichen in Abhängigkeit von dem Wert der letzten beiden Bits und in Übereinstimmung mit den geforderten Bedingungen für die Vergleichsspannungen K₁, K₂, K₃ und K₄. Wie oben gezeigt, stellt das Eingangssignal eine »1« dar, wenn das Signal größer als die Bezugsspannung V_R ist, während das Eingangssignal eine »0« darstellt, wenn das Signal kleiner als V_R ist.

ίο In jedem Fall sendet die Subtraktionsschaltung Γ über den Ausgang/ ein positives Signal, wenn die Eingangsspannung auf Si größer als Vr ist, und ein negatives Signal, wenn die Eingangsspannung kleiner als V_R ist. Im ersten Fall nimmt die bistabile Kippschaltung rl den Wert »1« an oder bleibt auf diesem stehen, im zweiten Fall nimmt sie den Wert »0« an. Die ankommende Information wird dann in τ 1 gespeichert, nachdem die bisher gespeichert gewesene Information an die bistabile Kippschaltung τ 2 abgegeben worden JSt.

Aus der bisherigen allgemeinen Beschreibung ergibt sich, daß eine saubere Erkennung der Signale möglich ist, auch wenn der Kurvenverlauf etwas von dem zu erwartenden abweicht. So sind die durch die Kurve C3' in F i g. 1 repräsentierten Signale völlig identisch mit den der Kurve C3. Die Übertragung ist in diesem Fall weitgehend unempfindlich gegenüber Verzerrungen, die durch den Übertragungskanal verursacht werden.

Für eine Übertragungsfrequenz, weiche der /i-fachen Nyquistfrequenz entspricht, müssen die η vorangegangenen Datenbits für die Entschlüsselung herangezogen werden. Ebenso sind 2" Bezugspegel notwendis.

für tI in Stellung »0« und t2 in Stellung »0«.

Es ist möglich, die Spannungen K₁', K₂', K₁" und K₂" so zu wählen, daß Vm die oben definierten Spannungswerte K₁, K₂, V₃ und K₄ annimmt. In dem als Beispiel gedachten Ausführungsbeispiel seien die Spannungen :

υ y

V ' = V V ' — — V V " = -° nnH V " — ——--

1 0> 2 O't ^ uiiti ^₂ _ .

Für diesen Fall betragen die Spannungswerte Vm am Punkt M:

0,75 K₀, 0,25 K₀, -0,25 K₉, -0,75 K₀.

Diese Werte entsprechen voll und ganz den geforderten Bedingungen für K₁, K₃, K₃ und K₄. Über die Verbindung 7 wird der Punkt M mit dem einen Eingang der Subtraktionsschaltung - verbunden, während der zweite Eingang Si mit dem Eingangssignal

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung digitaler Daten, in dessen Verlauf Signalpegel mit Bezugspegeln verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung mit «-fächer Nyquistfrequenz erfolgt, daß 2" Bezugspegel für die Demodulation herangezogen werden und daß für die Erkennung des (n -f- l)-ten Datenbits die Werte der « vorangegangenen Bits und der Pegel des gerade empfangenen Signals herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugspegel in Abhängigkeit von den Werten der η vorangegangenen Bits variiert werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (λ, β, γ, ή, Ω) einer Schwellwertschaltung (DN), an deren Eingang (Si) das Empfangssignal liegt, mit einer logischen Schaltung, bestehend aus bistabilen Kippschaltungen. Invertern und UND-Schaltungen, verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall η = 2 der erste Eingang (Si) einer Subtraktionsschaltung (Σ) mit dem Eingangssignal belegt ist, daß der Ausgang (/) der Subtraktionsschaltung (Σ) über zwei gegensinnig gepolte, eingangsseitig parallelgeschaltete Gleichrichter mit den beiden Eingängen einer ersten bistabilen Kippschaltung (tI) verbunden ist. daß ein Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung (rl) auf den Eingang einer zweiten bistabilen Kippschaltung (τ 2) geführt ist, daß der Ausgang (6) der

zweiten bistabilen Kippschaltung (τ2) über einen ersten ohmschen Widerstand (Ri) und der Ausgang (5) der ersten bistabilen Kippschaltung (τ 1) über einen zweiten ohmschen Widerstand (Ä2) in einem Punkt (AO verbunden sind,daß derPunkt(AQ

mit dem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung (Σ) zusammengeschaltet ist und daß die parallelgeschalteten Steuereingänge der bistabilen Kippschaltungen (ti und t2) über eine Leitung (6>) mit einem Taktgeber verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen