DE2052845C3 - Datenübertragungsverfahren mit sich teilweise überlappenden Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungsverfahren unter Verwendung einer Codierung mit sich zeitlich teilweise überlappenden Signalen und eines Frequenzbandes der Breite 0 bis l/T¹, wobei unter t"> Verwendung von Abtastzeitpunkten mit einem zeitlichen Abstand T für die zu übertragenden Daten zwei Hauptkanäle gebildet werden, auf denen Doppelimpulse zu je zwei Impulsen übertragen werden, die zueinander invers sind, und solche Doppelimpulse den to einzelnen zu übertragenden Datenelementen oder Kombinationen solcher Datenelemente zugeordnet werden.

Der Zweck der Anwendung solcher Codes ist, besonders leistungsfähige Datenübertragungen zu er- v> möglichen. Nach dem Stande der Technik sind entsprechende Verfahren bereits unter der Bezeichnung »Codes mit teilweiser Überlappung« bekanntgeworden. Mehrere Verfasser haben solche Codes zur Einengung des Frequenzspektrums bei der digitalen Übertragung vorgeschlagen. Es ist zu erwähnen, daß bei solchen Codes Frequenzspektren erreicht werden, deren Einhüllende ihre ersten beiden O-Stellen bei den Frequenzen 0 und 1/7" aufweisen, wobei Doppelimpulse verwendet werden, deren Einzelimpulse zuein- bi ander invers sind und eine zeitliche Folgerate 1 / T aufweisen. Bei herkömmlichen Verfahren solcher Art werden die Datenelemente mit einer Folgegeschwin digkeit 11T, aber mit Überlappungen zwischen den einzelnen Doppelimpulsen übertragen, wobei sich bei binären Datenelementen Signale mit drei Pegeln ergeben.

Diese Verfahren lassen sich verbessern und die dabei gegebene Leistung erhöhen, wenn alphabetische Codierverfahren höherer Ordnung zur Anwendung kommen. Solche Verfahren sind jedoch in der Regel sehr aufwendig und bisher kaum benutzt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Datenübertragungsverfahren mit einer Hochleistungscodierung zu schaffen, die sich leicht mit geringem Aufwand verwirklichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe für ein eingangs genanntes Datenübertragungsverfahren mit zueinander inversen Doppelimpulsen ist dadurch gekennzeichnet, daß in zusammengehörigen Aufeinanderfolgen von (/i-Hl) Abtastzeitpunkten mit η größer als I η erste Impulse von Doppelimpulsen zu η Abtastzeitpunkten jeder Aufeinanderfolge übertragen werden, daß zum verbleibenden (n+ l)-ten Abtastzeitpunkt jeder Aufeinanderfolge überlappend die zweiten Impulse der η Doppelimpulse übertragen werden und daß die η Doppelimpulse der beiden Hauptkanäle eine jeweilige Länge nT, (n—2)T,...,T aufweisen.

Eine verbessernde Ausgestaltung und ein vorteilhafter Sonderfall dieser Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 a und 1 b die grundsätzliche Anordnung von Doppelimpulsen,

Fig. 2 ein Beispiel zur Erzeugung eines Signals gemaß Fig. la,

Fig. 3 die Einhüllenden von Frequenzspektren bei verschiedenen Codierungsfällen,

Fig. 4 ein herkömmliches Codierverfahren,

Fig. 5 ein Codierverfahren erster Ordnung ohne störende Überlappungen,

Fig. 6 ein Codierverfahren zweiter Ordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 die Leistungsfähigkeit verschiedener Codes,

Fig. 8 ein Codierverfahren zweiter Ordnung mit Sekundärkanälen entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 eine Empfangsanordnung für ein gemäß der Erfindung codiertes Signal,

Fig. 10a und b Zeitschaubilder eines Codierverfahrens entsprechend der Erfindung für eine Übertragung mit 4800 oder 6400 Baud, und

Fig. 11 eine Anordnung zur Verbesserung des Signalempfanges beim Codierverfahren gemäß Fig. 10a.

In den Figuren bedeuten senkrechte Pfeile die einzelnen Abtastzeitpunkte und Dreiecke analogaddierende Verstärker.

Bei herkömmlichen Codes mit teilweiser Überlappung ermöglicht z. B. ein gewähltes Frequenzband 0 bis 1/Γ die Übertragung mit einer Datenfolgegeschwindigkeit 2/Tunter Anwendung der nachstehend genannten Methode: Aus jedem originären Datenimpuls wird ein Doppelimpuls gebldet, bei dem mit einer Periode T ein Echoimpuls übertragen wird, der, wie in Fig. 1 a gezeigt, invers zum vorangehenden Impuls ist; die originären Daten laufen mit einer Folgegeschwindigkeit 2/ 7*ein. Solch ein Codierverfahren läßt sich mit einer Einrichtung gemäß Fig. 2 durchführen,

die aus einem logischen Addierer mit zwei Eingängen und einer Verzögerungseinheit Tbesteht, wobei diese Anordnung nur ein mögliches Beispiel von vielen darstellt. Solch ein herkömmliches Codierverfahren ergibt ein Frequenzspektrum, dessen Einhüllende in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 4 gibt eine weitere Erklärung für dieses Codierverfahren. Datenelemente a, b, c,... sind die zu übertragenden Binärdaten mit einer Folgegeschwindigkeit von 2/ T. Bezüglich der Zahl der pro Datenelement zu übertragenden Pegel ist in der vorliegenden Beschreibung noch keine Betrachtung gegeben worden, auch soweit dies die Pegelzahl für die zu übertragenden Doppelimpulse betrifft. Jedoch muß erwähnt werden, daß im Falle gemäß Fig. 4 bei zweipegeligen Ursprungsdaten die Abtastung zu den Zeitpunkten c, d,... mit drei Pegelwerten erfolgen muß. Auf der Empfangsseite verlangt dieses Verfahren komplexe Decodieroperationen, da über die Leitung, außer bei den ersten Daten, sich gegenseitig überlappende Signale übertragen werden.

Noch mit der gleichen Bandbreite 0 bis 1/ T ist eine Übertragung ohne Überlappungen möglich, wenn eine Übertragung nur aller zwei Abtastzei:punkte über je einen sogenannten geradzahligen und ungeradzahligen Kanal gemäß Fig. S stattfindet. Mit eingegebenen Binärdaten ergibt sich dabei ein zweipegeliges Signal ohne gegenseitige Überlappungen zu den einzelnen Abtastzeitpunkten. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist in diesem Falle jedoch nur l/T.

Um die Leistungsfähigkeit dieses Codes noch bei Verwendung eines Frequenzspektrums zwischen 0 und 1/7* zu erhöhen, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die Übertragung durch Überspringen je eines Abtastzeitpunktes bei jeweils drei Abtastzeitpunkten und durch abwechselnde Verwendung von zwei Doppelimpulsen erreicht, deren einer die zeitliche Länge T und deren anderer die zeitliche Länge 2 That, womit sich, wie in Fig. 6 gezeigt, keine störende Überlappung ergibt. Bei der Codierung von Binärsignalen wird ein zweipegeliges Signal zu den Abtastzeitpunkten der Daten α bis h usw. erreicht und die Datenfolgegeschwindigkeit auf 4/3 T gebracht. Dieser Code soll als »Hochleistungscode zweiter Ordnung mit teilweiser Überlappung« bezeichnet werden. Der vorangehend beschriebene Code könnte somit als Hochleistungscode erster Ordnung mit teilweiser Überlappung bezeichnet werden; alle diese Codes gehören zu einer Familie. Fig. 3 zeigt auch die Einhüllende des Frequenzspektrums eines entsprechenden Codes zweiter Ordnung. Diese Einhüllende hat eine erste O-Stelle bei F= 1/7, weist jedoch ein weiteres Minimum bei F= 1/2 Γ auf, das sich bei einer zeitlichen Länge 2 Γ der zusammengehörigen Doppelimpulse ergibt.

Somit ergibt sich bei der Anordnung von drei aufeinanderfolgenden jeweils zusammengehörigen Abtastzeitpunkten die Erkennung von zwei Doppelimpulsen zu den ersten beiden Abtastzeitpunkien; der dritte bleibt unbenutzt. Die Doppclimpulse sind auf dem geradzahligen und ungeradzahligen Kanal jeweils 2 T und T lang.

Entsprechend lassen sich solche Hochleistungscodes dritter und vierter Ordnung mit zwei Pegeln durch Überspringen jeweils eines Abtastzeitpunktes aus vier oder fünf Abtastzeitpunkten aufstellen, wobei drei Doppelimpulse, fler Länge 3 T, 2 T und T bei Codes der dritten Ordnung und vier Doppelimpulse mit der Länge 47", 3 7", 2 7" wvi T bei Codes der vierten

ω)

Ordnung verwendet weiden, Datenfolgegeschwindigkeiten 3/2 7" und 8/5 T lassen sich damit erreichen, Die Kurve I der Fig, 7 zeigt die Datenübertragungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Codeordnung bei Übertragung von zweipegeligen Signalen. Diese Kurve nähert sich asymptotisch einer Datenfolgegeschwindigkeit 2/ T bei einem Code extrem hoher Ordnung.

Ähnliche Kurven lassen sich auch für die Fälle mehrpegeliger Daten, d. h. bereits mehrpegeliger Doppelimpulse, aufstellen.

Fig. 5 und 6 gelten auch, wenn die Daten «, b,.,. mehr als zwei Pegel aufweisen. Die Kurven 2 und 3 in Fig. 7 stellen die Verhältnisse mit drei und vier Pegeln dar. Mit dreipegeligen Daten läßt sich eine Datenfolgegeschwindigkeit 2/ T bereits mit einem Code zweiter Ordnung erzielen. Bei dreipegeligen Doppelimpulsen und einem Code der vierten Ordnung läßt sich eine Datenfolgegeschwindigkeit von ungefähr 2,4/ Tierreichen, was einer Erhöhung der Leistung um 20% gegenüber herkömmlichen Coi^J._;;, mit teilweiser Überlappung bei gleicher Pegelzah! und gleicher Bandbreite entspricht.

Um die vorliegende Beschreibung klar verständlich zu machen, soll sie auf Codes vierter Ordnung beschränkt werden; dabei werden vier Doppelimpulsgruppen zu je fünf zusammengehörigen Abtastzeitpunkten übertragen. Dieses Verfahren könnte jedoch auf einen Code n-ter Ordnung erweitert werden, wobei /i Doppelimpulse zu jeweils (n+ 1) aufeinanderfolgenden zusammengehörigen Abtastzeitpunkten zu übertragen wären.

Bis jetzt sind nur Doppelimpulse betrachtet worden, bei denen Zeichenüberlappungen nur zu solchen Zeitpunkten auftraten, wie z. B. zu den Abtastzeitpunkten χ und y gemäß Fig. 6; diese Abtastzeitpunkte sind für die Datenauswertung nicht verwendbar. Damit wird die Leistungsfähigkeit des Codes eingeschränkt und die Verwendung eines Codes höherer Ordnung nahegelegt, um eine wirkliche Erhöhung der Datenfolgegeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Codes mit teilweiser Überlappung erreichen zu können.

Um die Codierung zu verbessern, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein zusatzliches Datenelement über je einen Sekundärkanal des geradzahligen und des ungeradzahligen Kanals übertragen, und zwar zu Abtastzeitpunkten, zu denen Echos zusammenfallen. Deshalb werden sowohl der geradzahlige Kanal als auch der ungeradzahlige Kanal in je einen Hauptkanal und einen Sekundärkanal unterteilt. Die über den Sekundärkanal übertragenen Doppelimpulse werden so eingegeben, daß jeweils der erste Impuls und auch sein Echo auf solche Zeitpunkte fallen, zu denen sich auf dem zugehörigen Hauptkanal gerade Echos überlappen. Eine solche Codierung ist in Fig. 8 für einen Hochleistungscode zweiter Ordnung mit teilweiser Überlappung dargestellt. Bei zweipegeligen Eingabedaten und Zeitpunkten sich überlappender Ech· -s wie c und / ergibt sich für die Übertragung ein vierpegeliges Signal. Bei dieser Codierung wird jedoch auf der Empfangsseite kein Detektor für vier Pegel benötigt. Dem Umstand, daß Echos auf einem Hauptkanal sich mit Daten auf dem zugehörigen Sekundärkanal stören, läßt sich abhelfen, indem die Daten mit zusammenfallenden Echos zur eigenen Echokompensation gespeichert werden. Auf der Empfangsseite kann für jeden einzelnen Kanal

und fur einen Code zweiter Ordnung dieser Gedanke durch eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 verwirklicht werden. Diese Schaltungsanordnung enthalt einen logischen Addierer mit drei Eingängen und zwei hintereinandergeschaltete Verzögerungsglieder mit je einer Verzögerungszeit T. Dem Addierer werden einerseits die Daten direkt von der Übertragungsleitung und andererseits mit einer Verzögerungszeit T und einer Verzögerungszeit 2 T zugeführt. Am Ausgang ir:s Addierers ergibt sich ein zweipegehges Signal zu ilen Abtastzeitpunkten der über den Sekundärkaiiiil übertragenen Daten, d. h. zu den Abtastzeitpunkten c./. A und /. Der andere mit Hauptkanal bezeichnete Ausgang dieser Anordnung liefert zu den Abtastzeitpunkten (j. h. <. </. g. It.... ohne Überlappungen zweipegelige Signale fiir den Hauptkanal.

Die Kurven 4. 5 und 6 in Fig. 7 zeigen die Leistungsfähigkeit einzelner Codes mit einem Sekundarkanai. E^T.s ist hervorzuheben, daß sich unter Verwendung eines Sekundärkanals die Übertragung wesentlich verbessern laßt gegenüber herkömmlichen Codes mil teilweiser Überlappung. Zum Beispiel arbeitet ein dreipegeliger Code vierler Ordnung mit einem Sekundärkanal (Kurve 5) mi! einer Datenfolgegeschwindigkeit von 2.X /: dies entspricht einer l.cistiingsverhexserune von 40'* gegenüber herkömmlichen Codes bei gleicher Pegelzahl und gleicher Handbreite.

Die Fig. Pia und 10h sind Zeitdiagramme fur eine 4H00 MOO-Baud-Chcrtragung. die eine dreipegelige ( Odierung /weiter Ordnung entsprechend der Erfindung benutzt. Die Arbeitsgeschwindigkeit \on 4K00 Hand läßt sieh allein mit den Hauptkanalen erreichen: die Arbeitsgeschwindigkeit \on MOO Maud ist hei Verwendung zweier Hauptkunde und zweier Seku-idarkanale /u erreichen. Die Daten -I. Ii. C.... mikI zu übertragende originäre Minardaten und n. />. «... stellen die entsprechenden ternären Daten dar. die durch Kombination der Binardaten .1. Ii.... erzeugt werden. Die dargestellten Doppelimpulse sind dreipegelige Doppelimpulse fur die Daten a. b. ι....

Fi ι ρι,ι -.teilt die tbertragung mit 4H00 Hand dar.

Da die Daten ti, b, < ternär sind, genügen vier diesel

Daten, z. B. α bis ti, sechs Binärdaten A bis F ausreichend wiederzugeben. Die zuletztgenannten Datei werden dazu z. B. in einem oder mehreren Sehieberegistern gespeichert, um daraus ihre Kombinationei zu tertiären Daten zu ermöglichen. Diese Speicherung wird auch zur Erzeugung der Echos der einzelner Doppelimpulse verwendet.

Bei einer Übertragung mit 6400 Baud unter Ver-

" wendung von Sekundärkanälen gemäß Fig. lOb ergeben sich die vier ternären Daten α bis ti ebenfalls aus Kombinationen von sechs Binärdaten A bis /■': die über die Sekundärkanäle übertragenen Ternärdalen g und /i werden nur zwei von deren drei Pegelr • bei der Auswertung benötigt. Auf der Empfangsseitc läßt sich eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 verwenden, der jedoch ein Dreipegelauswerter nachzuordnen ist.

Hei einer übertragung mit 4»iM) Baud laut sich dei

-'" Empfänger durch eine Korrelationseinrichtunggemäl: Fig. I 1 verbessern. Diese Einrichtung verwendet ilii in den Echos enthaltene Energie zur Verstärkung dci Daten zu den einzelnen Abtastzeitpunklen. Sie korn hiniert die ersten Impulse der einzelnen Doppelimpulse mit Echos und verringert dabei Rauscheinflusse die bei der Übertragung auftreten. Eine ähnlicht Einrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 20 1 1 5.2.2 mit französischer Priorität vom 1 7. Apri Wh¹) fur ein übertragungsverfahren mit abgewogener Hlementarsignalfolgcn und Eichos genannt worden.

Die vorliegende Beschreibung beschrankte sich bisher auf ein begrenztes Frequenzband von 0 bis I I und behandelte nur dieses (irundhand Die Cndier verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung können jedoch auch zur Modulation einer Tragerfre L)UCIiZ verwendet werden, womit sich ein Frequenz band der Breite 1 T. auf der Frequenzachse jedocl nach oben verschoben, ergibt. Fbensi ließen sich ai Stelle nur eines Trägers auch zwei Λ. m Stande dei

^; Technik entsprechende orthogonale Trägersignak verwenden und sich dabei die Dalenubertragungsge sch windigkeil verdoppeln.

Hierzu 4 M!,ti!

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Datenübertragungsverfahren unter Verwendung einer Codierung mit sich zeitlich teilweise überlappenden Signalen und eines Frequenzbandes der Breite 0 bis MT, wobei unter Verwendung von Abtastzeitpunkten mit einem zeitlichen Abstand T für die zu übertragenden Daten zwei Hauptkanäle gebildet werden, auf denen Doppelimpulse zu je zwei Impulsen übertragen werden, die zueinander invers sind, und solche Doppelimpulse den einzelnen zu übertragenden Datenelementen oder Kombinationen solcher Datenelemente zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in zusammengehörigen Aufeinanderfolgen von (π+ 1) Abtastzeitpunkten mit η größer als 1 η erste Impulse von Doppelimpulsen zu η Abtastzeitpunkten jeder Aufeinanderfolge übertragen werden, daß zum verbleibenden (π+ l)-ten A.btastzeitpunkt jeder Aufeinanderfolge überlappend die zweiten Impulse der η Doppelimpulse übertragen werden und daß die η Doppelimpulse der beiden Hauptkanäle eine jeweilige Länge nT, (n—l)T, .... T aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hauptkanal ein Sekundärkanal zugeordnet ist, über den mindestens für einen Teil der zur Übermittlung anstehenden Datenelemente oder deren Kombinationen Doppelimpulse übertragen werden, deren beider Einzel-Impulse mit sich überlappenden zweiten Impulsen der auf dem zugehörigen Hauptkanal übertragenen Doppelimpulse zusammenfallen.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ,. = 2.

)o