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"Codemultiplexverfahren für einen Binärkanal" Die Erfindung betrifft
ein Codemultiplexverfahren für einen Binärkanal, bei dem eine Vielzahl von Teilnehmer
Nachrichten über den Binärkanal übertragen und die Nachricht der Teilnehmer durch
Binär-Codeworte dargestellt wird.
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Das derzeit in einem starken Wachstum befindliche Bedürfnis nach neuen
Kommunikationsmedien wie Fernsehtelefon, Datenverkehr mit Rechnern und Datenbanken
neben dem normalen Sprechverkehr hat zu einem neuen Überdenken von Möglichkeiten
geführt, grundsätzlich neuartige, an zukünftige Bedürfnisse besser angepaßte Übertragungsmedien
und -strukturen zu betrachten. Aus diesen Uberlegungen resultierte ein, bzgl, der
verschiedensten
Dienste integriertes Nachrichtennetz, weleines folgende Hauptmerkmale aufweist:
1. Große Bandbreite des Ubertragungsmediums 2. Verzweigte Struktur des Netzes mit
der dadurch verbundenen Möglichkeit einer einfachen Erweiterbarkeit 3. Völlige Dezentralisierung,
d. h. Verlegung vermittlungstechnischer Aufgaben zum Teilnehmer-Apparat 4. Anschluß
der Teilnehmer direkt an das Breitbandnetz mit Vielfachzugriff zum Multiplexsignal.
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Mit diesem Konzept läßt sich eine Fülle von Diensten einiach realisieren,
welche bei zentralgesteuerten Systemen nur nit erheblichem Aufwand ermöglicht werden.
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Da eine digitale Nachrichtenübertragung den verschiedenartigen Diensten
am besten entgegenkommt, soll hier ein binäres Ubertragungsmedium , beispielsweise
eine Glasfaser vorausgesetzt erden. Es gilt nun, für die jeweils ges;tellten Forderungen
bzgl. Übertragungskapazität und Komplexität für die Implementiefung das geeignete
Multiplexverfahren zu finden.
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Als Multiplexverfahren kommt für einen binären Kanal zunächst nur
eine zeitnultiplexe Kanalseparation in Frage. Dieses Verfahren bedarf jedoch einer
starren Rahmensynchronisierung, welche
zwei Hauptnachteile aufweist:
1. In einem verzweigten Netz sind aufwendige Einrichtungen notwendig, um den Rahmensynchronismus
an jeder Stelle des Netzes zu garantieren 2. Die unterschiedlichen Bitraten, bedingt
durch die unterschiedlichen Abtastzeiten bei verschiedenen Diensten sind bei der
Vorgabe eines fest definierten Pahmens schwierig unterzubringen; Es sind unter Umständen
Nachrichtenspeicher in den Teilnehmer-Geräten erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Codemultiplecverfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, das ohne Rahmensynohronisation auskommt und
auf einfache und billige Weise die verschiedenen Dienste ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Binär-Codeworte aus einem
muster von m im ganzen Abtastintervall verteilten, logischen Einsen bestehen, und
daß diese Binär-Codeworte durch logische ODER-Verknüpfungen zur Bildung des Multiplexsignals
überlagert werden. Dabei können die Binär-Coderte bei der Bildung des Multiplexsignals
beliebig gegeneinander phasenverschoben sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung wechselt jeder sendende Teilnehmer das Muster des Binär-Codeofortes-in
jedem Abtastintervall derart, daß eine reproduzierbare
Folge von
Zufallsmustern aus jeweils m Einsen pro Abtastintervall ausgesendet wird.
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Ein derartiges Codemultiplexverfahren besitzt eine außerordentliche
Flexibilität. Im Vergleich zum Zeitmultiplexverfahren ist das gesamte Kommunikationssystem
für die verschiedenartigsten Dienste wesentlich einfacher und billiger auszuführen.
Eine Rahmensynchronisation ist nicht erforderlich.
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Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 Blockschaltbild eines integrierten Nachrichtennetzes
mit Vielfachzugriff Figur 2 Erzeugung und Auswertung des Nultiplexsignals gemäß
der Erfindung Figur 3 Blockschaltbild eines Codewort-Generators Figur 4 Blockschaltbild
eines Netzknotensmit Phasenregelung.
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In Figur 1 ist ein integriertes Nachrichtennetz mit Vielfachzugriff
gezeigt. An jeder beliebigen Stelle des Netzes sind Teilnehmer, die Nachrichten
mit unterschiedlicher Bandbreite ausseiidcn, anschließbar. Teilnehmer dieser Art
sind z. B.
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Fernsprecher mit Wählscheibe oder Tastatur, Datenverarbeitungs
anlagen,
Fernschreiber, Fernseher, Datenbank, Bildfernsprecher usw. Zur Uberbrückung größerer
Entfernungen können auch Sende-und Empfangsstationen angeschlossen werden.
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Abbildung 2 zeigt, wie das binare Codemultiplexverfahren, in folgenden
Icurz BCM genannt, erfindungsgemäß durchgeführt werden kann. Jedes von einem aktiven
Teilnehmer 1,2 bis T zu übertragende Nachrichtenbit wird dargestellt durch ein binäres
Codewort, beispielsweise 21,22 und 23, bestehend aus R Bits in der Abtastzeit und
m, über die Abtastzeit verteilten logischen Binsen, Zur Bildung des Multiplexsignals
24 werden die an beliebigen Stellen im Netz durch die aktiven Teilnehmer erzeugten
Codewörter durch jeweils eine dem Teilnehmer zugeordnete ODER-Schaltung OR dem Kanalsignal20
überlagert . Die in der Richtung der abgehenden Sinale liegenden Empfänger y empfangen
das Multiplexsignal 24 und selektieren über eine Synchronisationseinrichtung mit
Korrelator 25 die für sie bestimmte nachricht 26.
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Da die optimale Ausnutzung der Kanalkapazität beim Codemultiplexbetrieb
dann erreicht wird, wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit für eine logische "1" im
Codewort einer statistischen Gleichverteilung entspricht, wird im Sender in vorteilhafter
weise eine Folge von ständig wechselnden Zufallscodewort
-Mustern
erzeugt.
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In Figur 3 ist eine Schaltung zur Erzeugung von Zufallscodewort-Mustern
angegeben. Zwei verschiedene Pseudo-Noise-Register PN1 und PN2 werden mit Hilfe
einer Äquivalenzschaltung A miteinander verglichen. Die Stufenzahl des Registers
PNI ist S1 = ld(R/m), die Stufenzahl des Registers PN2 S2 # S1.
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Während das Register PN1 mit dem Grundtakt T1 fortgeschaltet wird,
lauft das Register PN2 mit einem um den Faktor R/m reduzierten Takt T2 = mT1/R um.
Dadurch wird garantiert, daß die Äquivalenzschaltung während der Abtastzeit gerade
m zufällig verteilte logische Einsen abgibt.
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Diese Zufallscodewörter werden nun mit der Nachricht moduliert.
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Zur Übertragung einer logischen Nachrichten-"1" wird das erzeugte
Codewort gesendet, während es für die Nachrichten-"0" nicht gespendet wird.
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Besitzt ein Empfänger nun dieselbe Schaltung gemaß Figur 3
und
ist gewährleistet, daß die Sender- und Empfängerschaltungen synchron laufen, so
kann die Nachricht am Vorhandensein bzw. am Fehlen des erwarteten Codewort es abgelesen
werden.
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Zur Bildung des Multiplexsignals wurden die an beliebigen Stellen
im Netz durch die aktiven Teilnehmer erzeugten Zufallscodewörter durch jeweils eine
ODER-Schaltung dem Kanalsignal überlagert. Genauso werden die an Netzknoten ankonmenden
Kanalsignale durch ODER-Schaltungen überlagert, wobei dies am zweckmäßigsten im
bittakt-Raster geschieht.
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Figur 4 zeigt die Schaltung eines Netzknotens für die Übertragung
des erfindungsgemäßen Codemultiplexsignals.
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Jedes aus einer bestimmten Richtung, z. B. A, ankommende Kanalsignal
wird in zwei abgehenden Richtungen B und C weiterOesendet. Jeweils zwei aus verschiedenen
Richtungen, z. B. A und B, Kanal ankommende/signale werden durch das ODER-Glied
OR 44 überlagert und in die dritte Richtung C weitergesendet. Um die Überlagerung
der Kanalsignale im Bitraster vorzunehmen, sind zwei, von Phasen-Komparatoren Ph
gesteuerte Verzögerungsschaltungen V43 und V46 eingebaut. Mit V43 wird das aus Richtung
B, mit V46 das aus Richtung C einlaufende Kanalsignal in das Bitraster des aus Richtung
A einlaufenden Kanalsignals gelegt.
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Dic Adressierung und Anfangssynchronisierung beim Verbindungsaufbau
ist folgendermaßen durchführbar: Die Teilnehmeradresse liegt jeweils im Anfangszustand
des dem Teilnehmer zugeordneten Codewort-Generators. Um den Synchronismus der Codewort-Generatoren
im Sender und Empfänger zu erreichen, lauft der Verbindungsaufbau orfindungsgemaß
nach folgender Strategie ab: Der rufende Teilnehmer sendet ein besonders strukturiertes,
vom Multiplexsignal mit großer Wahrscheinlichkeit unterscheidbares Synchronisierungssignal
aus. Daraufhin setzen sämtliche freien Teilnehmer ihren Codewort-Generator auf ihren
individuellen Anfangszustand, während der rufende Teilnehmer seinen Codewort-Generator
auf den der gewählten Rufadresse entsprechenden Anfangszustand setzt. Werden die
Codewort-Generatoren nun durch das Synchronisierungssignal gestartet, so kann nur
noch derjenige Teilnehmer sinnvolle Nachrichten empfangen, dessen Codewort-Generator
mit dem des Senders synchron läuft, also gerade der gerufene Teilnehmer.