DE102007059554A1

DE102007059554A1 - Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines von einem Teilnehmer eines Kommunikationssystems empfangenen Datensignals, aktiver Sternkoppler zur Ausführung des Verfahrens und Kommunikationssystem mit einem solchen aktiven Sternkoppler

Info

Publication number: DE102007059554A1
Application number: DE200710059554
Authority: DE
Inventors: Thorsten Huck; Juergen Schirmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009074603A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines Datensignals (40), das in einem Kommunikationssystem (200), umfassend einen Datenbus (202) und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer (100; 204) von einem sendenden Teilnehmer über den Datenbus (202) an einen empfangenden Teilnehmer übertragen wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kommunikationssystem (200) und einen aktiven Sternkoppler (100) des Kommunikationssystems (200) zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Um eine Datenübertragung im Rahmen einer vorgegebenen Protokollspezifikation, insbesondere hinsichtlich der auftretenden asymmetrischen Verzögerungen, auch über komplexe Netzwerkstrukturen zu ermöglichen und um insbesondere eine Möglichkeit zu schaffen, beim Empfänger auf eine einfache und effiziente Weise die tatsächliche Taktrate des übertragenen Datensignals (40) zu ermitteln, wird vorgeschlagen, dass zur Überlagerung des Datensignals (40) mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate das Datensignal (40) beim sendenden Teilnehmer transformiert, das transformierte Datensignal über den Datenbus (202) übertragen und beim empfangenden Teilnehmer rücktransformiert wird, wobei im Rahmen der Rücktransformation die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zurückgewonnen wird. Der Empfänger ist vorzugsweise Teil des erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplers (100).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines Datensignals, das in einem Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer von einem sendenden Teilnehmer über den Datenbus an einen empfangenden Teilnehmer übertragenen wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kommunikationssystem zur Ausführung des Verfahrens sowie einen aktiven Sternkoppler als empfangenden Teilnehmer des Kommunikationssystems.
Sternkoppler sind beispielsweise für FlexRay-Kommunikationssysteme aus der FlexRay-Spezifikation v2.1 bekannt. Der Aufbau und die Funktionsweise gehören zu der spezifizierten physikalischen Schicht (sogenannter Physical Layer) des FlexRay-Kommunikationssystems. Aktive Sternkoppler sind in Kommunikationsnetzen von Bedeutung, in denen sich die Kommunikationsverbindung (zum Beispiel ein Datenbus) aufspaltet, also eine Sterntopologie hat, und ein Datensignal auf mehrere Zweige des Datenbusses aufgeteilt werden soll. Außerdem sind aktive Sternkoppler von Bedeutung, wenn es um die Übertragung von Datensignalen über komplexe Netztopologien und längere Strecken geht, da sie zusätzlich oder alternativ zur Aufteilung des Datensignals auf mehrere Zweige das Signal auch verstärken können.
Elektrische und elektronische Bauteile (das heißt die entsprechenden ICs) für einen aktiven Sternkoppler (einen sogenannten Active Star) für den Einsatz in einem FlexRay-Kommunikationssystem werden von der Firma Philips Semiconductors (heute NXP) angeboten. In einem Sternkoppler können FlexRay-Kommunikations-Controller vom Typ "SJA 2510" gemäß der Spezifikation v2.1 und ein ARM9-Mikrocontroller integriert sein. An einem bekannten aktiven Sternkoppler sind mehrere Anschlüsse vorgesehen, an die mehrere Zweige der Kommunikationsverbindung angeschlossen sind. Die Anschlüsse können entweder als Eingang für eingehende Datensignale und/oder als Ausgang für abgehende Datensignale konfiguriert werden. Der Sternkoppler weist an jedem Anschluss einen Bus-Treiber, zum Beispiel vom Typ „NXP TJA 1080" zum Verstärken eines ausgehenden Datensignals auf. Ein über einen der Anschlüsse eingehendes analoges Datensignal wird digital an eine zentrale Verarbeitungslogik des Sternkopplers weitergeleitet, die ein Rechengerät, bspw. in Form eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA), eines Mikrocontrollers oder eines digitalen Signalprozessors (DSP), aufweist. Entsprechende komplette aktive Sternkoppler werden zum Beispiel von TZM (Transferzentrum Mikroelektronik, Göppingen) mit Halbleitern der Firma NXP (ehemals Philips Semiconductors) angeboten.
Die zentrale Verarbeitungslogik ermöglicht eine Weiterverarbeitung des Datensignals (z. B. Überwachungs- und/oder Routerfunktion) in dem aktiven Sternkoppler. Falls in dem Sternkoppler ein Kommunikations-Controller vorgesehen ist, kann dieser in Abhängigkeit von dem Inhalt des in der zentralen Verarbeitungslogik dekodierten eingehenden Datensignals eine Überwachungs- und/oder Routerfunktion übernehmen. Ein ebenfalls optional vorgesehener Bus-Guardian kann den Zugriff des Sternkopplers auf den Datenbus überwachen und/oder steuern. Das in der zentralen Verarbeitungslogik vorhandene eingegangene digitale Datensignal wird über Bus-Treiber (sogenannter Bus Driver), welche die Bitfolge des digitalen Signals in eines oder mehrere analoge Signale zurückwandeln und verstärken, an die Kommunikationsverbindung angelegt.
Die aus dem Stand der Technik von TZM bekannten aktiven Sternkoppler umfassen Bustreiber vom Typ „NXP TJA 1080", die denen von FlexRay-Transceivereinheiten entsprechen. Der bekannte Sternkoppler ist somit nichts anderes als eine Verknüpfung mehrerer Transceiver zu einem Hub. Ein Hub leitet von einem Teilnehmer (oder Knoten) eines Kommunikationsnetzwerks über einen Zweig der Kommunikationsverbindung eingehende Daten an alle übrigen Teilnehmer des Kommunikationssystems weiter und verstärkt gleichzeitig das weiter zu leitende Signal.
In der Entwicklung der physikalischen Schicht für FlexRay stellt der Bustreiber vom Typ „NXP TJA 1080" den Stand der Technik dar. Zudem wird derzeit der Einsatz einer integrierten Energie- und Datenübertragung angestrebt (FlexRay-PLC; Power Line Communications). Unter Beachtung der FlexRay-Spezifikation wurde ein FlexRay-PLC-System auf Basis eines konditionierten Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug aufgebaut. Gemäß Kapitel 2.1 der FlexRay-Spezifikation "Electrical Physical Layer Specification", Version 2.1 kann jede beliebige physikalische Schicht als FlexRay-Kommunikationskanal eingesetzt werden, so lange die spezifizierten grundlegenden Anforderungen erfüllt werden.
Bei der FlexRay-PLC werden mittels einer DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)-Modulation die Daten auf einen hochfrequenten Träger aufmoduliert und über das Energiebordnetz übertragen. Das konditionierte Bordnetz ermöglicht eine simple Gestaltung des Übertragungssystems, da keine aufwendigen Entzerrer erforderlich sind. Insofern hält sich die digitale Signalverarbeitung in Grenzen, weshalb eine schnelle Datenübertragung von 10 MBit/sec mit einer Übertragungsverzögerung (Propagation Delay) von maximal 2,5 μsec (wie in der FlexRay-Spezifikation gefordert) erzielt werden kann.
Bei FlexRay handelt es sich um ein schnelles, deterministisches und fehlertolerantes Bussystem, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Das FlexRay-Protokoll arbeitet nach dem Prinzip des Time Division Multiple Access (TDMA), wobei den Teilnehmern bzw. den zu übertragenden Botschaften feste Zeitschlitze zugewiesen werden, in denen sie einen exklusiven Zugriff auf die Kommunikationsverbindung haben. Die Zeitschlitze wiederholen sich dabei in einem festgelegten Zyklus, so dass der Zeitpunkt, zu dem eine Botschaft über den Bus übertragen wird, exakt vorausgesagt werden kann und der Buszugriff deterministisch erfolgt.
Um die Bandbreite für die Übertragung von Botschaften auf dem Bussystem optimal zu nutzen, unterteilt FlexRay den Zyklus in einen statischen und einen dynamischen Teil bzw. in ein statisches und ein dynamisches Segment. Die festen Zeitschlitze befinden sich dabei im statischen Teil am Anfang eines Buszyklusses. Im dynamischen Teil werden die Zeitschlitze dynamisch vorgegeben. Darin wird nun der exklusive Buszugriff jeweils nur für eine kurze Zeit, für die Dauer mindestens eines sogenannten Minislots, ermöglicht. Nur wenn innerhalb eines Minislots tatsächlich ein Buszugriff erfolgt, wird der Zeitschlitz um die für den Zugriff benötigte Zeit verlängert. Damit wird Bandbreite also nur verbraucht, wenn sie auch tatsächlich benötigt wird. In FlexRay sind zwei Kanäle vorgesehen. Dabei kommuniziert FlexRay über eine oder zwei physikalisch getrennte Leitungen je Kanal mit einer Datenrate von jeweils maximal 10 Mbit/sec. Selbstverständlich kann FlexRay aber auch mit niedrigeren Datenraten betrieben werden. Die Leitungen der beiden Kanäle entsprechen dabei der physikalischen Schicht, insbesondere des sogenannten OSI (Open System Architecture) Schichtenmodells. Die beiden Kanäle dienen hauptsächlich der redundanten und damit fehlertoleranten Übertragung von Botschaften, wobei die gleichen Daten über beide Kanäle übertragen werden. Alternativ können jedoch über die beiden Kanäle auch unterschiedliche Botschaften übertragen werden, wodurch sich dann die Datenrate in dem FlexRay-Kommunikationssystem verdoppeln könnte. Es ist auch denkbar, dass sich das über die Verbindungsleitungen übertragene Signal aus der Differenz von über die beiden Leitungen übertragenen Signalen ergibt. Schließlich kann für die Datenübertragung auch lediglich ein Kanal genutzt werden, wobei der andere Kanal dann ungenutzt und frei ist. Die physikalische Schicht ist derart ausgestaltet, dass sie eine elektrische aber auch optische Übertragung des oder der Signale über die Leitung(en) oder eine Übertragung auf anderem Wege ermöglicht.
Um synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in dem Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen.
Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein solches Bussystem werden Impulse verzerrt, weil High-to-Low bzw. Low-to-High-Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Wird der gesendete Impuls im Empfänger mit dem dort vorliegenden Abtasttakt (der sogenannter Sampling Rate) mehrfach (zum Beispiel n-mal pro Bit, insbesondere 8-mal pro Bit) abgetastet, so entscheidet die Lage des Abtastpunktes, d. h. die Auswahl genau eines dieser n Abtastwerte, ob das Datum richtig oder falsch abgetastet wird. Das ist insbesondere dann schwierig, wenn der Abtastzeitpunkt auf eine Flanke des Signals Bezug nimmt und relativ dazu auch über viele Perioden des Abtasttaktes mehrere binäre Datenwerte (Bits) des Senders auswertet. Hier wirkt sich zusätzlich zu einer Impulsverzerrung (laut Spezifikation: asymmetrische Verzögerung) auch noch die Taktfrequenzabweichung zwischen Sender und Empfänger aus. Dabei kann das abzutastende Signal vorbehandelt sein, um zum Beispiel kurzzeitige Störungen auszufiltern. Ein solches Filter kann durch das Auswerten mehrerer Abtastsignale in der zeitlichen Reihenfolge mit einer Mehrheitsentscheidung (sog. Voting) realisiert sein. Insbesondere bei der Spezifikation des FlexRay-Protokolls, in dem es bei n Netzwerkknoten
unterschiedliche Übertragungswege geben kann (jeder denkbare Pfad hat 2 Sender-Empfänger-Kombinationen), hat es sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischen Verzögerungen (das heißt steigende und fallende Flanken breiten sich mit unterschiedlichen Verzögerungen im Netzwerk aus) auf den unterschiedlichen Übertragungswegen zu Problemen beim Timing führen können. Die Verzögerung zwischen steigender und fallender Flanke eines Signals wird auch als Impulsverzerrung bezeichnet.
Asymmetrische Verzögerungen können sowohl systematische als auch stochastische Ursachen haben. Beim FlexRay-Protokoll wirken sich systematische Verzögerungen nur auf die steigenden Flanken aus, da auf die fallenden Flanken synchronisiert wird. Stochastische Verzögerungen haben Auswirkungen sowohl auf die steigenden als auch auf die fallenden Flanken und sind durch Rauschvorgänge oder EMV-Jitter verursacht. Jede Komponente des Netzwerks muss bezüglich der durch sie verursachten asymmetrischen Verzögerung separat untersucht werden, wobei nach dem Stand der Technik die in den einzelnen Komponenten auftretenden Verzögerungen addiert werden müssen, um die maximale asymmetrische Verzögerung des gewählten Übertragungspfads zu erhalten (sogenannte Worst-Case Analyse).
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere aktive Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich zudem gezeigt, dass die theoretisch ermittelten worst-case asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll wird mit fallender BSS (Byte Start Sequence)-Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d. h. zurück auf 1 gesetzt. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachen Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller-Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch – wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann – die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung zum 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine entsprechende Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.
Diese Decodierungsfehler können zwar durch geeignete Fehlererkennungsalgorithmen erkannt werden, so dass eine erneute Übertragung des Bits oder des gesamten Datenrahmens veranlasst werden kann. Als Fehlererkennungsalgorithmus kann beispielsweise ein sog. Parity Bit oder ein sog. Cyclic Redundancy Check (CRC) eingesetzt werden. Der Nachteil eines häufigen Ansprechens des Fehlererkennungsalgorithmus liegt jedoch in der damit verbundenen schlechteren Verfügbarkeit des Datenübertragungssystems, da die fehlerhaften Daten bspw. erneut übertragen oder verworfen werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das FlexRay-Protokoll Vorgaben gemacht werden, die der Physical Layer – zumindest bei komplexen Netztopologien – nicht halten kann. Es hat sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischen Verzögerungen den Aufbau von komplexen Netzwerkstrukturen verbieten, da diese dann nicht mehr den Timing-Anforderungen der FlexRay-Spezifikation entsprechen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, neben der bereits in FlexRay implementierten Taktregelung (Senden einer Binärfolge zur Synchronisation durch Korrelationsmessung), zusätzliche Vorkehrungen zur Verbesserung der Taktregelung und zur Verringerung der asymmetrischen Verzögerungen zu treffen. Dies kann es erforderlich machen, dass bei einem empfangenden Teilnehmer Informationen bezüglich der genauen Taktrate eines empfangenen Datensignals, mit der das Datensignal gesendet wurde, zur Verfügung stehen, was in FlexRay derzeit nicht der Fall ist.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Datenübertragung im Rahmen einer vorgegebenen Protokollspezifikation, insbesondere hinsichtlich der auftretenden asymmetrischen Verzögerungen, auch über komplexe Netzwerkstrukturen zu ermöglichen. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit geschaffen werden, beim Empfänger auf eine einfache und effiziente Weise die tatsächliche Taktrate des übertragenen Datensignals zu ermitteln.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass zur Überlagerung des Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate das Datensignal beim sendenden Teilnehmer transformiert, das transformierte Datensignal über den Datenbus übertragen und beim empfangenden Teilnehmer rücktransformiert wird, wobei im Rahmen der Rücktransformation die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zurückgewonnen wird.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, das Datensignal im Sender mit zusätzlichen Informationen bezüglich die Taktrate der Signalübertragung zu überlagern. Das Datensignal wird dann zusammen mit der überlagerten Information über den Datenbus übertragen. Beim Empfänger wird das Datensignal dann wieder zurück transformiert, um die Information bezüglich der Taktrate zurückzugewinnen. Diese Information wird zur Ermittlung der Taktrate des übertragenen Datensignals herangezogen. Die ermittelte Taktrate kann zur Korrektur der Abtastung des empfangenen Signals im Empfänger herangezogen werden, insbesondere im Rahmen einer Taktregelung im Empfänger.
Die Information bezüglich der Taktrate kann dem Datensignal bspw. in Form mindestens eines Sollflankenwechsels an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals überlagert werden. Ein solcher Sollflankenwechsel lässt sich bspw. mittels einer Basisbandkodierung beim Sender erzeugen. Beim Empfänger müssen dann entsprechende Mittel zur Basisbanddekodierung vorgesehen werden. Als Basisbandkodierung wird vorzugsweise eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller-Codierung verwendet. Theoretisch denkbar wäre auch eine Codierung mittels Barker-Folgen, mittels eines Bipolar-Codes, mittels eines AMI-Codes oder mittels eines HDBn-Codes. Alternativ ist es denkbar, dass ein Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals als Information über die Taktrate des übertragenen Datensignals auch durch einen Scrambler beim sendenden Teilnehmer erzeugt wird. Beim Empfänger muss dann ein entsprechender Descrambler vorgesehen werden. Beim Einsatz eines Scramblers bzw. Descrambler müssen allerdings die dadurch verursachten Verzögerungen berücksichtigt werden.
Der Empfänger ist vorzugsweise Teil eines aktiven Sternkopplers eines Kommunikationssystems mit Sterntopologie ausgebildet, in dem das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal. Zur Verringerung der asymmetrischen Verzögerung wird die im Empfänger des Sternkopplers zurückgewonnene Information bezüglich der Taktrate der Signalübertragung herangezogen. Dazu wird im Sternkoppler am Übergang zwischen Empfänger und Sender ein asynchrones FIFO-Speicherelement eingesetzt, welches von zwei (nicht synchronen) Takten gespeist wird, nämlich zum einen dem anhand der extrahierten Information bezüglich der Taktrate synchronisierten Takt des Kommunikationssystems, mit dem das Datensignal vom Empfänger empfangen wird, und dem davon unabhängigen lokalen Takt des Senders, mit dem das Datensignal vom Sternkoppler wieder ausgesandt wird. Das synchronisierte Taktsignal wird also im Empfänger (bzw. am Eingang) des Sternkopplers genutzt, während das lokale Signal im Sender (bzw. am Ausgang) des Sternkopplers zum Einsatz kommt. Das Taktsignal im Empfänger wird mit Hilfe der übertragenen Information bezüglich der Taktrate der Übertragung des am Eingang anliegenden Datensignals synchronisiert, so dass die asymmetrische Verzögerung reduziert und zum Abtastzeitpunkt stets das richtige Datenbit abgetastet wird.
Bei der Übertragung eines Datensignals von einem sendenden Teilnehmer zu einem empfangenden Teilnehmer über eine komplexe Netzwerktopologie mit mindestens einem aktiven Sternkoppler, wird der aktive Sternkoppler also dahingehend erweitert, dass eine deutliche Verringerung, nach Möglichkeit sogar eine Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, welche dem Datensignal auf der Übertragungsstrecke vom Sender bis zum Empfänger des Sternkopplers aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems und dem Empfänger des aktiven Sternpunkts. Ausgehend von einer deutlich reduzierten asymmetrischen Verzögerung am Ausgang des aktiven Sternkopplers kann dem Datensignal auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen dem aktiven Sternkoppler und einem empfangenden Teilnehmer zwar ein neuer Anteil der asymmetrischen Verzögerung aufgeprägt werden. In der Summe über den gesamten Übertragungspfad betrachtet kann der Einsatz der beschriebenen aktiven Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des beim Empfänger eingehenden Datensignals jedoch deutlich reduzieren. In einer worst case Betrachtung, die für die Klassifizierung eines Kommunikationssystems erforderlich ist, kann durch die vorliegende Erfindung an jedem in der beschriebenen Weise ausgebildeten Sternkoppler eine Entkopplung hinsichtlich der Berechnung der maximalen asymmetrischen Verzögerung des Gesamtnetzwerks erzielt werden.
Dadurch ist es möglich, eine einfache, sehr effiziente und kostengünstige Reduktion der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke zu erzielen. Dazu ist es bereits ausreichend, wenn nicht alle, sondern nur einige Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk in der vorgeschlagenen Weise ausgebildet werden. Vorzugsweise werden jedoch alle Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk in der vorgeschlagenen Weise ausgebildet, sofern dies nicht in Konflikt mit der maximal zulässigen Ausbreitungsverzögerung steht. Insgesamt kann dadurch die Akzeptanz von FlexRay erhöht werden, da FlexRay-Kommunikationssysteme bisher auf relativ einfache Netztopologien beschränkt waren, was nunmehr nicht mehr der Fall ist. Mit dem beschriebenen Sternkoppler können auch sehr komplexe Topologien realisiert werden, ohne dass die asymmetrische Verzögerung auf den Übertragungspfaden Werte jenseits des gemäß FlexRay-Spezifikation erlaubten Toleranzfensters erreicht. Die vorliegende Erfindung bildet dafür die Voraussetzung, indem dem Sternkoppler die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate der Signalübertragung zur Verfügung gestellt wird, wobei der lokale Takt des Sternkopplers auf diese Taktrate schnellstmöglich synchronisiert werden kann.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. Ihre Vorteile und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung können im einzelnen der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 einen erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler;
2 eine zentrale Verarbeitungslogik des aktiven Sternkopplers auf 1;
3 Signalverläufe eines gesendeten Datensignals und eines empfangenen Datensignals zur Erläuterung der asymmetrischen Verzögerung;
4 ein Schaltbild eines Zwischenspeichers zum Einsatz in einer zentralen Verarbeitungslogik aus 2 des aktiven Sternkopplers aus 1;
5 Signalverläufe des Zwischenspeichers aus 4;
6 ein Kommunikationssystem mit einer komplexen Netztopologie;
7 ein Beispiel zur Erläuterung einer Manchester Kodierung; und
8 ein Beispiel zur Erläuterung einer BMC-Kodierung.
Ausführungsform(en) der Erfindung.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer aktiver Sternkoppler für ein FlexRay-Kommunikationssystem in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Sternkoppler 100 wird in der FlexRay-Protokollspezifikation auch als aktiver Sternpunkt (Active Star) bezeichnet. Der in 2 dargestellte Sternkoppler 100 kann an bis zu vier Zweige einer Kommunikationsverbindung (z. B. eines Datenbusses) angeschlossen werden. Die Kommunikationsverbindung kann eine oder mehrere elektrische Leitungen, eine oder mehrere optische Leitungen oder andersartig ausgebildete Übertragungskanäle, beispielsweise Funkverbindungen, aufweisen.
Der in 2 dargestellte Sternkoppler 100 ist über einen ersten Anschluss 101 und einen zweiten Anschluss 102 jeweils an eine Leitung eines ersten Zweiges der Kommunikationsverbindung (nicht dargestellt) angeschlossen. Über weitere Anschlüsse 103, 104; 105, 106 und 107, 108 kann der aktive Sternkoppler 100 in entsprechender Weise an jeweils zwei Leitungen von weiteren Zweigen der Kommunikationsverbindung angeschlossen werden. Der Sternkoppler 100 könnte also in einem FlexRay-Kommunikationssystem mit einer Kommunikationsverbindung mit Sterntopologie und bis zu vier Zweigen (oder Armen) eingesetzt werden.
Der aktive Sternkoppler 100 weist für jeden der vier Zweige einen eigenen Bus-Treiber (sogenannten Bus Driver, BD) 109, 110, 111, 112 auf. Die Bus-Treiber 109–112 entsprechen von ihrer Funktion her einer Sende-Empfangs-Einheit (sogenannter Transceiver). In den Bus-Treibern 109–112 wird (zum Empfangen) die Differenz der über die beiden Leitungen der Zweige der Kommunikationsverbindung übertragenen und an den Anschlüssen 101, 102; 103, 104; 105, 106 oder 107, 108 anliegenden Signale gebildet und (zum Senden) für jeden Zweig ein Differenzsignal generiert. Des weiteren wandeln die Bus-Treiber 109–112 ein über einen der Zweige eingehendes analoges Datensignal bzw. Differenzsignal in ein digitales Signal zur Weiterverarbeitung in dem Sternkoppler 100 um. Die Bitfolge des empfangenen digitalen Signals wird von den Bus-Treibern 109–112 an eine zentrale Verarbeitungslogik 113 weitergeleitet, die ein Rechengerät zur Verarbeitung des eingehenden digitalen Datensignals umfasst, das bspw. als ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein Mikrocontroller, ein DSP (Digital Signal Processor), ein CPLD (Complex Programmable Logic Device) oder einfach als eine diskrete Logikschaltung ausgebildet ist.
Wahlweise und deshalb gestrichelt dargestellt umfasst der Sternkoppler 100 einen Kommunikations-Controller (Communication Controller, CC) 114, der die über einen der Bus-Treiber 109–112 eingehenden und in der zentralen Verarbeitungslogik 113 vorverarbeiteten Daten weiter verarbeitet und/oder auswertet, um eine Überwachungs- und/oder Routerfunktionalität zu realisieren. Zur Realisierung der Routerfunktion wäre es denkbar, die eingehenden und vorverarbeiteten Daten inhaltlich zu analysieren, um zu ermitteln, für welchen der an den Sternkoppler 100 angeschlossenen Zweige bzw. für welchen der Teilnehmer die über einen der Kanäle eingegangenen Daten bestimmt sind. Diese Information könnte einem Kopf-Segment (sog. Header) der eingehenden Datenpakete entnommen werden. Eine derartige Realisierung einer Routerfunktionalität ist jedoch gemäß derzeit aktueller FlexRay-Spezifikation jedoch (noch) nicht vorgesehen. Falls ein Kommunikations-Controller 114 in dem Sternkoppler 100 vorgesehen ist, sind an dem Sternkoppler 100 ein Empfangs-Anschluss (Receive, RxD) 115, ein Sendeanschluss (Transmit, TxD) 116 und ein Übertragungs-Auslöseanschluss (Transmit Enable, TxEN) 117 vorgesehen, welche an den Kommunikations-Controller 114 geführt sind.
Ebenfalls optional und deshalb gestrichelt dargestellt, umfasst der Sternkoppler 100 eine Überwachungseinheit in Form eines Bus-Guardian 118, welche den Zugriff des Kommunikations-Controllers 114 auf die Kommunikationsverbindung überwacht und/oder steuert. Der Bus-Guardian 118 ist über einen Bus-Guardian-Auslöseanschluss (Bus Guardian Enable BGE) 119 und einen Empfangs-Auslöseanschluss (Receive Enable, RxEN) 120 von außerhalb des Sternkopplers 100 ansteuerbar.
Schließlich umfasst der aktive Sternkoppler 100 auch eine Versorgungsspannungsquelle 121, an der über einen Anschluss (V_cc) 125 eine Betriebsspannung und aber einen weiteren Anschluss 123 (GND) Masse anliegt. Zusätzlich kann ein Batterie-Spannungsunterbrechungs-Anschluss (Inhibit, INH) 124 und ein Klemme 30/15-Anschluss 122 (V_Bat) vorgesehen sein, an dem eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, z. B. je nach Auslegung eine Batteriespannung von 6 V, 12 V oder 24 V, anliegt.
Der Sternkoppler 100 ist Teil eines Kommunikationssystems, wie es bspw. in 6 in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet ist. Das Kommunikationssystem 200 umfasst einen physikalischen Datenbus 202 sowie mehrere daran angeschlossene Teilnehmer 204. Darüber hinaus verfügt das Kommunikationssystem 200 über zwei Sternkoppler 100. Ein Sternkoppler 100 empfängt und versendet – ähnlich einem Teilnehmer 204 – Datensignale. Aus diesem Grund ist von dem Begriff „Teilnehmer” in den Ansprüchen auch ein Sternkoppler mit umfasst. Um in dem Kommunikationssystem synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer 204 in dem Kommunikationsnetzwerk 200 eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer 204 werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers 204 so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen. So verhält es sich auch bei dem Sternkoppler 100, dessen lokales Taktsignal von einer lokalen Uhr ebenfalls auf den globalen Zeittakt des Kommunikationssystems synchronisiert ist.
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Netzwerktopologien mit mehreren Sternkopplern und passiven Netzwerken, hat sich gezeigt, dass die in dem System auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll v.2.1 wird ein Datenbit des empfangenen Signals 8-fach überabgetastet. Etwa in der Mitte des Datenbits wird zu einem Abtastzeitpunkt das Datenbit abgetastet. Dies wird dadurch realisiert, dass mit fallender BSS (Byte Start Sequence)-Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d. h. zurück auf 1 gesetzt und gestartet wird. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachen Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller-Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren bzw. Taktsignale/Quarztoleranzen zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch – wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann – die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung beim 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine analoge Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.
Zur Erläuterung des Begriffs der asymmetrischen Verzögerung wird auf 3 verwiesen. Dort ist ein von einem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Signal (TxD) und das entsprechende Signal (RxD), wie es bei einem empfangenden Teilnehmer empfangen wird, dargestellt. Die Verzögerung für steigende Flanken ist mit dem Bezugszeichen 16 und die Verzögerung für fallende Flanken mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Abhängig von der Differenz der Verzögerungen für steigende Flanken 16 und fallende Flanken 18 ergibt sich eine asymmetrische Verzögerung 20 des übertragenen Datensignals 10 auf dem betrachteten Übertragungspfad. Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein Bussystem mit solchen Verzögerungen 16, 18, werden Impulse verzerrt, weil High-to-Low- bzw. Low-to-High-Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Das führt dann letzten Endes zu der asymmetrischen Verzögerung 20.
Jede Komponente auf einem bestimmten Übertragungsweg über das Kommunikationssystem trägt zur gesamten asymmetrischen Verzögerung bei. Jede Komponente muss separat betrachtet und die jeweils in den Komponenten auftretenden asymmetrischen Verzögerungen (sog. Slewrates) addiert werden, wodurch sich dann ein worst-case Szenario für die asymmetrische Verzögerung des Kommunikationskanals ergibt. Das FlexRay-System muss entsprechende Vorkehrungen treffen, um bezüglich der asymmetrischen Verzögerung innerhalb vorgegebener Grenzwerte zu bleiben. Ziel ist es, durch geeignete Verringerung bzw. Kompensation der asymmetrischen Verzögerung auch in Kommunikationssystemen 200 mit komplexen Topologien die Anforderungen an eine sichere und zuverlässige Datenübertragung einhalten zu können. Wichtig für die Verringerung bzw. Kompensation der asymmetrischen Verzögerung ist eine möglichst genaue Ermittlung der Taktrate der empfangen Signale, bspw. durch Messung der Bit- bzw. Symboldauer der Signale.
Um auf der Empfängerseite die Taktrate einer Signalübertragung zur Verfügung stellen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Datensignal im sendenden Teilnehmer mit zusätzlichen Informationen bezüglich der Taktrate des Datensignals überlagert wird. Diese zusätzliche Information kann dem Datensignal bspw. in Form mindestens eines Sollflankenwechsels an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals überlagert werden. Ein solcher Sollflankenwechsel lässt sich bspw. mittels einer Basisbandkodierung beim Sender erzeugen. Das Datensignal wird dann zusammen mit der überlagerten Information über den Datenbus übertragen. Beim Empfänger wird das Datensignal dann wieder zurück transformiert (bspw. mittels einer der Basisbandkodierung entsprechenden Basisbanddekodierung), um die übertragene Information bezüglich der Taktrate zurückzugewinnen. Diese Information wird zur Ermittlung der Taktrate des übertragenen Datensignals herangezogen. Die ermittelte Taktrate kann zur Korrektur der Abtastung des empfangenen Signals im Empfänger herangezogen werden, insbesondere im Rahmen einer Taktregelung im Empfänger. Als Basisbandkodierung wird vorzugsweise eine Manchester Codierung (MC), eine Eiphase-Mark Codierung (BMC) oder eine Miller-Codierung verwendet.
In 7 ist ein Manchester kodiertes Signal mit dem Bezugszeichen 11, und der entsprechende dekodierte Wert der Datenbits des Signals 11 ist darunter angegeben und mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Bei der Manchester Codierung werden die Datenbits in die Flanken des Signals codiert. Der informationstragende Flankenwechsel tritt immer zur Bitmitte auf. Eine fallende Flanke bedeutet zum Beispiel eine logische 1, eine steigende Flanke eine logische 0 (bzw. je nach Definition auch umgekehrt). Daher gibt es mindestens eine Flanke pro Datenbit. Für die Übertragung des Manchester kodierten Signals wird die doppelte Bitrate des eigentlichen Nutzsignals benötigt. Der Code ist definitionsgemäß nicht invertierbar. Daneben gibt es noch den Differentiellen Manchester Code, bei dem im Gegensatz zur Manchester Codierung am Bitanfang nur bei Nullen ein Flankenwechsel stattfindet. Dadurch geht die feste Zuordnung zwischen Richtung des Flankenwechsels und logischem Signalzustand verloren.
Die Miller Codierung ist auch unter dem Begriff Delay Codierung bekannt. Mittels dieser Kodierung wird jede logische 1 im seriellen Datenstrom mit einer Taktflanke in der Bitmitte kodiert, während eine logische 0 entweder keine Flanke besitzt (sofern sie von einer 1 gefolgt wird) oder sie wird mit einer Flanke zum Bitbeginn kodiert. Als Ergebnis treten Flankenwechsel in den Vielfachen 1.0, 1.5, und 2.0 der Bitzeiten auf.
In 8 ist ein Taktsignal für die Kodierung mit dem Bezugszeichen 13, das zu kodierende Datensignal mit dem Bezugszeichen 14 und das BMC kodierte Signal mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Bei der BM Codierung entsprechen zwei Nulldurchgänge des BMC-Signals 15 pro zwei Taktzyklen logisch 1 und ein Nulldurchgang des BMC-Signals pro zwei Taktzyklen entsprechen logisch O. Mit anderen Worten beginnt jedes Bit mit einer Flanke, im Falle einer logischen 1 erfolgt in der Mitte des Bits eine weitere Flanke, während für die 0 die Flanke ausbleibt. Die Bitrate des Datensignals 14 entspricht der halben Frequenz des Taktsignals 13. Der Code ist invertierbar, da keine genaue Zuordnung der Flanken existiert.
Ansonsten gibt es noch eine Reihe von weiteren Codes, bspw. den kBnT-Code (k Binärzeichen, n Ternärzeichen), die jeweils mehrere Bits zusammenfassen und dafür sorgen, dass genügend Flankenwechsel innerhalb dieser Pakete auftreten und eine Synchronisation des Abtasttaktes beim Empfänger ermöglichen. Auf diese Weise kann der Bandbreitenbedarf sehr gering gehalten werden (d. h. eine Erhöhung von ca. 25% ist bei Wahl eines geeigneten Codes ausreichend, die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zu übertragen). Ausschlaggebend für die Güte eines Codes ist immer die Effektivität bzw. das Redundanzmaß. So gesehen ist ein kBnT-Code natürlich eher empfehlenswert, jedoch hat dieser Auswirkungen auf die Übertragungsverzögerung (sog. Propagation Delay). Natürlich gibt es noch eine Reihe weiterer Codes, die sich speziell für die Synchronisation sehr gut eignen, z. B. Barker-Folgen, jedoch ist deren Einsatz mit einem sehr viel größeren Bandbreitenbedarf verbunden. Wenn jedoch genug Bandbreite zur Verfügung steht, weil bspw. das Datensignal die in dem Kommunikationssystem verfügbare Bandbreite nur teilweise nutzt, stellt dies keine bzw. lediglich eine unerhebliche Einschränkung dar. Besonders gut geeignet ist der Einsatz eines Barker-Codes zur groben Synchronisation des Empfängers zu Beginn der Übertragung. Da hier die Daten aufgrund der Verkürzung des Datenrahmens (sog. Truncation) ohnehin verworfen werden, kann dieser Zeitraum genutzt werden, um den Empfänger zu konfigurieren. Truncation ist der Teil der Nachricht, der eigentlich keine Informationen enthält. Es geht darum, dass ein physikalisches Signal auf dem Kanal liegt und sich das System darauf „einstellen" kann, dass gleich „nützliche" Informationen kommen. Dieser Teil des Frames, d. h. in der Regel die ersten 14 Bit, dürfen auch verloren gehen oder verfälscht ankommen, da sie keine Informationen für den Empfänger beinhalten.
Weitere Codes, wie bspw. der Bipolar- oder Alternate Mark Inversion (AMI)-Code, erlauben ebenfalls eine Rückgewinnung des Takts (besser ist hier jedoch der HDBn (High Density Bipolar)-Code). Sie beinhalten jedoch auch ein Auslöschen des Signals, was in diesem Fall mit einer Amplitudenmodulation gleichgesetzt werden kann.
Alternativ könnten auch Scrambler (selbstsynchronisierende Verwürfler) eingesetzt werden, welche die Datenbits nach einem bestimmten Algorithmus verwürfeln. Diese sorgen für eine Transformation des Datensignals, um unabhängig vom Quellensignal häufigere Nulldurchgänge zu erzwingen. Im Gegensatz zu den obigen Codes wird hierfür keine höhere Bandbreite, sowie keine zusätzliche Redundanz benötigt.
Um eine sichere Rückgewinnung der Bitdauer gewährleisten zu können, muss das eingesetzte Kodierverfahren einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb des Datenbits besitzen. Hierfür ist zum einen die Manchester-Codierung und zum anderen die BMC-Codierung besonders gut geeignet.
Zur Übertragung der Daten in einem FlexRay-PLC-System wird eine Kombination aus dem DBPSK-Verfahren und einer entsprechenden Basisbandkodierung mit Sollflankenwechsel verwendet. Im Falle eines reinen FlexRay-Kommunikationssystems (nicht Energieversorgungsleitungen bilden die physikalische Ebene, sondern ein herkömmlicher Datenbus), genügt das Einfügen einer Basisbandkodierung. In beiden Fällen ergibt sich somit ein Übertragungsverfahren mit einem bis zum zweifachen erhöhten Bandbreitenbedarf, welches in bestimmten Datenbits, vorzugsweise in jedem Datenbit, eine definierte Rückgewinnung der Taktinformation aus den Sollflankenwechseln an einer definierten Position innerhalb des Datenbits zulässt. Dies ist erforderlich, um die Forderung eines definierten asymmetrischen Delays des Kommunikationssystems zu jedem Zeitpunkt der Kommunikation sicherstellen zu können.
Die im Empfänger, insbesondere im Sternpunkt 100, ermittelte Taktrate des übertragenen Datensignals, kann zur Realisierung einer Taktregelung herangezogen werden. Das Konzept einer Taktregelung ist an sich bspw. auf S. 233 in Kroschel, Kristian: Datenübertragung, ISBN 3-540-53746-5, Springer Verlag, 1991 ausführlich beschrieben. Für gewöhnlich erfolgt die Taktregelung in zwei Stufen: in einer Initialisierungsphase nach dem Einschalten des Modems wird eine bekannte Binärfolge, die sog. Präambel gesendet, die zur groben Synchronisation des Empfängers durch Korrelationsmessung verwendet wird. Dieser Zeitraum muss innerhalb der Truncation Periode liegen und könnte beispielsweise eine Barkerfolge sein. Wenn in der zweiten Stufe die eigentlichen Daten übertragen werden, erfolgt die Feinregelung in der nachfolgend im Detail beschriebenen Weise unter Ausnutzung der zusammen mit dem Datensignal zusätzlich übertragenen Informationen bezüglich der Taktrate der Übertragung.
Durch den Einsatz der überlagerten Basisbandkodierung mit Sollflankenwechsel kann ein langer Synchronisierungsvorgang umgangen werden, da die Sollflanken zweier aufeinander folgender Bits des Datensignals sofort eine Aussage über die aktuelle Taktrate des Datensignals liefern. Dadurch wird die Rückgewinnung des Taktes sehr einfach, beinhaltet jedoch einen limitierten Fangbereich auf dem die Frequenz "einrasten" kann, weshalb stets ein kleiner, praktisch vernachlässigbarer Fehler vorhanden sein wird. Dieser Fehler ergibt sich wie folgt.
Der Empfänger (z. B. der Sternkoppler 100) überabtastet das eingehende Datensignal gemäß der FlexRay-Spezifikation mit der 8-fachen Frequenz der Bitdauer bzw. Symbolrate. Die Abtastfrequenz im Empfänger muss somit mindestens 80 MHz betragen. Somit ergibt sich alle 12,5 ns ein neuer Abtastwert. Zur Kompensation des Versatzes zwischen Sender und Empfänger und Abweichungen, die durch den Kanal entstehen, adaptiert der Empfänger die Datenperiode durch Variation der Taktfrequenz. Somit verwendet der Empfänger nicht immer 8 Taktzyklen, um das eingehende kodierte und abgetastete Signal zurück zu gewinnen, sondern wahlweise 7, 8 (ideal) oder 9 Taktzyklen.
Durch Begrenzung der maximalen Phasenkorrektur auf 1/8 der gesamten Datenperiode, ergibt sich der theoretische Fehler bei der Detektion einer Sollflanke ebenfalls zu 1/8 der Bitdauer. Bei der Berechnung des asymmetrischen Delays eines FlexRay-Kommunikationssystems muss dieser Fehler berücksichtigt werden, was auf einen maximalen Delay von 12,5 ns bei einer Abtastfrequenz von 80 MHz führt. Dieser Fehler wird zwar am Eingang des aktiven Sternkopplers 100 durch das vorgeschlagene Konzept herbeigeführt (wie dies übrigens auch in jedem FlexRax-Knoten der Fall ist), jedoch durch das vorgestellte Konzept nicht auf den Sendepfad weitergegeben.
Der Empfänger, in dem die Taktrate des übertragenen Datensignals zurück gewonnen wird, ist vorzugsweise als ein aktiver Sternkoppler 100 des Kommunikationssystems ausgebildet, in dem das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal. Um die asymmetrischen Verzögerungen 20 in einem Kommunikationsnetzwerk reduzieren zu können, wird eine Erweiterung des Sternkopplers 100 dahingehend vorgeschlagen, dass eine Reduzierung bzw. sogar Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, die bis zum Erreichen des Sternkopplers 100 dem Datensignal aufgeprägt wurde, vorgenommen wird. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer und dem Sternkoppler 100, während auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen aktivem Sternkoppler 100 und dem empfangenden Teilnehmer ein neuer Anteil an asymmetrischer Verzögerung auf das Datensignal aufgeprägt werden kann.
Insbesondere wird eine Erweiterung des Sternkopplers 100 vorgeschlagen, die zu einer Entkopplung der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke führt. Somit muss für eine worst-case Betrachtung des asymmetrischen Delays nur noch der Pfad zwischen einem Knoten (bzw. Teilnehmer) und einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler, sowie zwischen zwei erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplern untersucht werden. Das bedeutet, dass, sofern die Summe aller auf diesen beiden Teil-Übertragungsstrecken maximal auftretenden asymmetrischen Verzögerungen je Komponente den Grenzwert des maximal zulässigen asymmetrischen Delays nicht verletzt, keine weitere Analyse des späteren Gesamtaufbaus des Kommunikationsnetzwerks erforderlich ist. Selbstverständlich muss noch die Laufzeit (Propagation Delay) eingehalten werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erweiterung des Sternkopplers 100 wird in der zentralen Verarbeitungseinheit 113 implementiert. Ein Beispiel für eine erweiterte Verarbeitungseinheit 113 ist in 1 dargestellt. Anstelle einer simplen Verzweigungsmatrix zum Steuern der ein- und ausgehenden Signale innerhalb der zentralen Verarbeitungslogik 113, sowie der Überwachung durch den optionalen Bus Guardian 118, wird im erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler 100 eine komplette Knotenfunktion implementiert. Der Sternkoppler 100 ist also ein echter Teilnehmer des Kommunikationssystems mit einer eigenen lokalen Uhr (Oscillator 132), dessen lokales Taktsignal 134 in einer Synchronisationseinheit 136 auf das Taktsignal 138 des sendenden Teilnehmers synchronisiert wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zurück gewonnene Taktrate des eingehenden Datensignals wird der Synchronisationseinheit 136 zugeführt, damit diese das lokale Taktsignal 134 auf das globale Taktsignal 138 synchronisieren kann.
Einer der Bustreiber 109–112 des erfindungsgemäßen Sternkopplers 100 ist als Empfänger konfiguriert und mindestens ein anderer Bustreiber 109–112 als Sender. In dem Ausführungsbeispiel aus 1 wird das eingehende Signal bspw. von dem Bustreiber 110 empfangen und über den Bustreiber 112 wieder aus dem Sternkoppler 100 ausgesandt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 113 des Sternkopplers weist Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays auf der Übertragungsstrecke auf. Diese Mittel bewirken eine physikalische Trennung des Eingangs (Bustreiber 110) von dem Ausgang (Bustreiber 112) des Sternkopplers, so dass ein über den Sternkoppler zu übertragendes Datensignal 40 nicht mehr direkt von dem empfangenden Bustreiber 110 des Sternkopplers zu dem sendenden Bustreiber 112 übertragen werden kann. Außerdem weist der Sternkoppler 100 Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals 40 auf, so dass das abgehende Datensignal 41 eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal 40.
Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfassen sowohl die Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung als auch die Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays ein Speicherelement 130, das beispielsweise als ein asynchroner FIFO-Speicher realisiert ist. Ein FIFO ist eine besondere Form eines Schieberegisters. Das gemeinsame Merkmal ist, dass die Daten in der gleichen Reihenfolge am Ausgang des FIFO-Speichers erscheinen, wie sie eingegeben wurden. Das zuerst geschriebene Datenwort (First In) wird als erstes ausgelesen (First Out). Bei einem FIFO-Speicher kann dieser Vorgang im Unterschied zu einem Schieberegister völlig asynchron erfolgen, das heißt der Auslesetakt ist unabhängig vom Eingabetakt.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingehende Datensignal 40 zunächst mit dem global synchronisierten Taktsignal 138 in einer Dekodiereinheit 140 dekodiert. Das Dekodieren des empfangenen Signals 40 umfasst zum einen eine Basisbanddekodierung, mit der das basisbandkodierte Signal 40 wieder dekodiert werden kann. Aus den im Wege der Basisbandkodierung in das Datensignal eingebrachten zusätzlichen Flankenwechsel zu definierten Zeitpunkten kann im Dekodierer 140 die Taktrate der Datenübertragung zurückgewonnen werden. Diese im Empfänger des Sternkopplers 100 ermittelte Taktrate der Datenübertragung wird zur Synchronisation des Taktsignals im Empfänger genutzt. Des weiteren wird zum Dekodieren des eingehenden Signals 40 im Dekodierer 140 das Signal 40 Bit für Bit jeweils mehrfach, bspw. 8-fach, überabgetastet. Durch eine Mehrheitsentscheidung über die abgetasteten Signalwerte eines zu verschiedenen Abtastzeitpunkten abgetasteten Datenbits wird der Wert des Datenbits ermittelt. Falls bspw. bei einer 8-fachen Überabtastung sechs Abtastungen den Wert "1" ergeben und lediglich zwei Abtastungen den Wert "0", wird davon ausgegangen, dass die Abtastwerte "0" fehlerhaft sind (bspw. als Folge des asymmetrischen Delays) und dass das Datenbit tatsächlich den Wert "1" hat. Das Datenbit wird mit dem Wert "1" in dem Speicher 130 abgespeichert.
Wie bereits erwähnt, entspricht der Empfangsteil des Sternkopplers 100 dem eines herkömmlichen Knotens, das heißt der Takt wird auf die Empfangsfolge und somit auf den Takt des sendenden Knotens synchronisiert. Aufgrund der im Signal 40 vorkommenden asymmetrischen Verzögerung kann es zu Verschiebungen im Rahmen der Synchronisation kommen. Bevor die Daten in dieser Form wieder auf den Kanal gegeben werden, wird deshalb der asymmetrische Delay aus dem Signal 40 entfernt. Dazu werden die Daten in dem asynchronen FIFO-Speicher 130 zwischengespeichert und anschließend in einer Kodiereinheit 142 mit dem lokalen Systemtakt 134 des aktiven Sternkopplers 100, das heißt nicht mit dem synchronisierten Taktsignal 138 des Kommunikationssystems, erneut kodiert. Der Ausgang des aktiven Sternkopplers entspricht dann wiederum einem sendenden Knoten, der die Daten des Kommunikations-Controllers (CC), in diesem Fall aus dem Zwischenspeicher 130 liest und diese gegebenenfalls verstärkt über die physikalische Schicht (physical layer) versendet. Die Berechnung des asymmetrischen Delays kann nun wiederum von neuem beginnen, da durch das Auslesen der Sendedaten aus dem Speicher 130 nur noch das asymmetrische Delay des Oszillators 132, das heißt des aktiven Sternkopplers 100 selbst, einen Einfluss auf das Datensignal 41 am Ausgang des Sterns besitzt.
Der Einsatz des asynchronen FIFO-Speichers 130 ist erforderlich, da aufgrund des Frequenzversatzes zwischen dem synchronisierten Takt 138 bzw. dem Takt des sendenden Teilnehmers und dem Takt 134 des aktiven Sterns 100 keine direkte Verbindung von Datenleitungen zulässig ist. Ansonsten könnten bei längeren Datenrahmen aufgrund der beiden asynchron laufenden Taktsignale 134, 138 Übertragungsfehler auftreten. Aus diesem Grund wird der asynchrone FIFO-Speicher 130 als Schnittstelle zwischen den beiden Taktebenen eingesetzt. Der asynchrone FIFO-Speicher 130 kann zum Datenaustausch zwischen komplett unabhängigen Taktdomänen eingesetzt werden. Die Beseitigung des asymmetrischen Delays aus dem Datensignal 40 erkauft man sich durch eine Zwischenspeicherung der Daten und somit durch eine geringfügige Erhöhung der Übertragungsverzögerung (des Propagation Delays). Gemäß der FlexRay-Spezifikation V.2.1 muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verzögerung eines aktiven Sternkopplers zwei Bitzeiten nicht überschreitet. Für das Timing eines aktiven Sternkopplers 100 gelten gemäß Spezifikation folgende Grenzwerte:

– Übertragungsverzögerung (sog. Propagation Delay) über einen aktiven Sternkoppler: max. 250 ns
– Asymmetrische Verzögerung (sog. Asymmetric Propagation Delay): max. 8 ns
– Zusätzliche Verkürzung des Datenrahmens (sog. Truncation) durch Einfügen eines aktiven Sternkopplers in einen Übertragungspfad zwischen Knoten M und Knoten N: max. 450 ns

Für die worst case Betrachtung wird eine 10 MBit/sec-Verbindung betrachtet, da bei niedrigeren Datenraten größere asymmetrische Verzögerungen auftreten dürfen, um trotzdem noch einen fehlerfreien Empfang der übertragenen Daten zu gewährleisten. Wenn man die Übertragungsverzögerung in Bitzeiten für eine 10 MBit/sec-Verbindung ausdrückt, kommt man auf eine maximal zulässige Verzögerung von kleiner oder gleich 2,5 Bitzeiten. Ein Datenbit darf somit für maximal 2 Bitzeiten in dem FIFO-Speicher 130 gespeichert werden, da 3 Bitzeiten bereits zu lang wären. Zu Beginn der Übertragung bzw. des Datenrahmens (sog. Frames) werden 4,5 Bits verloren gehen (sog. Truncation).
Herkömmliche FIFO-Speicher dienen zum Speichern von 8 Bit-Datenworten, wobei auch andere Varianten erhältlich sind (vgl. Datenblätter der Hersteller von FIFO-Speichern, bspw.
Texas Instruments, Inc.). Generell erfolgt das Ablegen der Informationen in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (sog. Random Access Memory; RAM). Für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler 100 ist die Speicherung kompletter Datenworte nicht erforderlich. Es reicht aus, jeweils nur ein Bit in einen Speicher abzulegen. Die "Haltbarkeit" der abgelegten Informationen muss ebenfalls nicht sehr lange sein, das heißt der Speicher kann aufgrund der maximal zulässigen Übertragungsverzögerung kurz ausgelegt werden. In dem vorliegenden Fall genügt ein 4 Bit FIFO-Speicher.
Im Rahmen der vorlegenden Erfindung wird ein spezielles Speicherkonzept eingeführt. 4 zeigt einen 1-Bit asynchronen FIFO-Speicher 130 in Ringstruktur der Länge 4. Der FIFO-Speicher 130 wurde bewusst als Ringstruktur programmiert, da bei diesem Typ die Durchlaufzeiten im Vergleich zu einem herkömmlichen Schieberegister eine geringere Rolle spielen. Denn bei dieser Art von FIFOs werden nicht die Daten verschoben, sondern lediglich Pointer, die auf die abgelegten Daten zeigen. Somit wird allerdings ein Speicher mit separatem Lese- und Schreibtakt benötigt. Der Name Ringspeicher ist auf den Überlauf der Pointer zurück zu führen, da dadurch quasi ein Ring des Speichers entsteht. Die jeweiligen Pointer werden durch Taktteiler 150 bis 154 gewonnen. Die eingehenden Datenbits der dekodierten Empfangsdaten 160 werden nacheinander in den vier D-Flip-Flops 162 bis 168 abgespeichert. Die Speicherung erfolgt synchron zum synchronisierten Takt 138 mit den Taktsignalen T1 bis T4. Die Auswahl des Flip-Flops 162 bis 168 erfolgt durch eine Vierteilung des synchronisierten Takts 138 um den Faktor vier und eine um eine Taktzeit verschobenen Ausgabe.
Die Ausgabe der Daten bzw. das erneute versenden und kodieren mit der Kodiereinheit 142 erfolgt dagegen mit dem lokalen Systemtakt 134 des Sternkopplers 100, wie der 4 entnommen werden kann. Die Auswahl der entsprechenden Speicherstelle für den Lesevorgang erfolgt ähnlich der des Schreibvorgangs. Ebenfalls durch eine Teilung des Systemtakts 134 mittels Taktteiler 156 und 158 wird die jeweilig folgende Speicherstelle durch einen Schalter (sog Switch) 170 ausgewählt. Je mehr Speicherzellen der Ringspeicher beinhalten würde, umso größer könnte der zulässige Unterschied in den Taktfrequenzen zwischen synchronisiertem Takt 138 und lokalem Systemtakt 134 ausfallen. Allerdings nimmt mit der Anzahl der Speicherzellen auch die Übertragungsverzögerung zu.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale des 1-Bit asynchronen FIFO-Speichers 130 in Ringstruktur der Länge vier aus 4, beim Eintreffen eines Datensignals (SOF; Start of Frame), nach vorheriger Initialisierung und der nachfolgend beginnenden Zwischenspeicherung der Datenbits.
Das System befindet sich zu Beginn der Signalverläufe aus 5 in einem Standby-Zustand. In diesem Zeitraum werden die Flip-Flops entsprechend der Werte unter der Bezeichnung INIT initialisiert. Danach erfolgt dann der Beginn des Datenrahmens (sog. Datenframe), welcher in der 5 mit SOF (Start of Frame) bezeichnet wurde. In der Zeile "Data In" sind die eingehenden Daten zu erkennen, während zu diesem Zeitpunkt ein synchronisierter Takt ("Clk syn") vorliegt. Zudem besteht hier gemäß der FlexRay-Spezifikation V.2.1 ein zusätzlicher Spielraum von ca. 4 Bits (siehe 3). Durch die Taktteiler werden daraus die entsprechenden Trigger bzw. verzögerten Taktsignale T1 bis T4 gewonnen. In der darauf folgenden Zeile ist mit Pfeilen bezeichnet, welches Bit in welchem positiv flankengetriggertem Register D0 bis D3 abgespeichert wird.
Parallel zur Detektion des Beginns des Datenrahmens (SOF) wird auch der Systemtakt 134 ("Sys-Clk") auf den Ausgang des asynchronen FIFO-Speichers 130 geschaltet. Aufgrund der Initialisierung beginnt dieser die Datenbits um zwei Registerwerte versetzt aus dem Ringspeicher zu lesen. Somit müssen die ersten beiden am Ausgang ("Output") anliegenden Bits (D2, D3) verworfen werden, bevor die ersten Nutzdaten (D0, D1,...) aus dem FIFO-Speicher 130 ausgelesen werden. Anhand der 5 lässt sich gut erkennen, dass die Übertragungsverzögerung (Propagation Delay) durch Einsatz der vorliegenden Erfindung zwar erhöht wurde, jedoch mit einer Dauer von 2 Bitzeiten genau im Bereich des zulässigen Grenzwerts gemäß FlexRay-Spezifikation liegt.
Setzt man weiter als maximal zulässigen Frequenzoffset der beiden Taktfrequenzen den Versatz um maximal eine Bitdauer an (wobei durch die Ringstruktur der Länge vier mit Startversatz um zwei Speicherstellen nach der Initialisierung in positiver wie negativer Versatzrichtung genügend Spielraum für diese Annahme besteht), so ergibt sich die Quarzgüte zu:
mit r_b als Datenrate und N_Frame als Anzahl an Bits pro Datenrahmen (sog. Frame). Ein FlexRay-Datenrahmen beinhaltet laut der Spezifikation maximal 2096 Bits. Für eine worst case Betrachtung ist eben diese maximale Framelänge von Bedeutung wodurch sich eine maximale Frequenztoleranz von
ergibt. Herkömmliche Quarzoszillatoren haben sogar nur einen Toleranzbereich von 100 ppm.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorliegende Erfindung also eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, die asymmetrische Verzögerung selbst in komplexen Netzwerkstrukturen auf einen sehr niedrigen Wert zu reduzieren, der problemlos innerhalb des gemäß Protokollspezifikation zulässigen Toleranzfensters für die asymmetrische Verzögerung liegt. Zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung beim Empfänger wird die zusammen mit dem Datensignal übertragene Information bzgl. der Taktrate der Signalübertragung herangezogen. Diese Information wird in Form eines vorgegebenen Flankenwechsels zu einem definierten Zeitpunkt innerhalb eines Datenbits des Datensignals übertragen. Der Sollflankenwechsel wird im Sender in das Datensignal eingebracht und beim Empfänger aus dem empfangenen Datensignal wieder extrahiert, um die Taktrate der Signalübertragung zu ermitteln. Die vorliegende Erfindung kann problemlos mit weiteren Maßnahmen zur Reduzierung der asymmetrischen Verzögerung oder zur anderweitigen Verbesserung des Datenübertragungsverhaltens in der Netzwerkstruktur, bspw. einer variablen Adaption des Abtastzeitpunktes, kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- S. 233 in Kroschel, Kristian: Datenübertragung, ISBN 3-540-53746-5, Springer Verlag, 1991 [0051]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines Datensignals, das in einem Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer von einem sendenden Teilnehmer über den Datenbus an einen empfangenden Teilnehmer übertragenen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überlagerung des Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate das Datensignal beim sendenden Teilnehmer transformiert, das transformierte Datensignal über den Datenbus übertragen und beim empfangenden Teilnehmer rücktransformiert wird, wobei im Rahmen der Rücktransformation die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zurückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Transformation des Datensignals an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal beim sendenden Teilnehmer mit einer Basisbandkodierung kodiert und beim empfangenden Teilnehmer mit einer entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung, eine Miller-Codierung, eine Codierung mittels Barker-Folgen, eine Codierung mittels eines Bipolar-Codes, eines AMI-Codes oder eines HDBn-Codes verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal beim sendenden Teilnehmer mittels eines Scrambler transformiert und beim empfangenden Teilnehmer mittels eines Descramblers rücktransformiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übermittelte Information eines empfangenen Datensignals zur Korrektur der Taktrate bei dem empfangenden Teilnehmer des Datensignals herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal beim empfangenden Teilnehmer überabgetastet wird und die Lage des Abtastpunktes durch Variation einer lokalen Taktfrequenz im empfangenden Teilnehmer in Abhängigkeit von der übermittelten Information variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende kodierte Datensignal beim empfangenden Teilnehmer 8-fach überabgetastet wird und die lokale Taktfrequenz im empfangenden Teilnehmer in Abhängigkeit von der übermittelten Information derart variiert wird, dass der empfangende Teilnehmer 7 bis 9, vorzugsweise 8, Taktzyklen verwendet, um das eingehende kodierte Datensignal zu dekodieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktrate eines in einem aktiven Sternkoppler des Kommunikationssystems mit Sterntopologie eingehenden Datensignals ermittelt wird, wobei das über den Sternkoppler übertragene Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung in dem Sternkoppler von dem eingehenden Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des über den Sternkoppler übertragenen Datensignals in dem Sternkoppler reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Datensignal überlagerte Information des eingehenden Datensignals mit der synchronisierten Taktrate des Kommunikationssystems in einem Speicherelement des Sternkopplers zwischengespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengespeicherte Information des eingehenden Datensignals mit einer lokalen Taktrate des aktiven Sternkopplers aus dem Speicherelement ausgelesen wird, wobei der lokale Takt des aktiven Sternkopplers unabhängig ist von dem synchronisierten Takt des Kommunikationssystems und der lokale Takt des aktiven Sternkopplers geregelt wird.
Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer zum Senden und/oder Empfangen eines über den Datenbus übertragenen Datensignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein sendender Teilnehmer zur Überlagerung des zu übertragenden Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate Mittel zur Transformation des Datensignals und ein empfangender Teilnehmer zum Zwecke der Rückgewinnung der zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate Mittel zur Rücktransformation des eingehenden Datensignals aufweist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation des Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals erzeugt.
Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der sendende Teilnehmer das zu übertragende Datensignal mit einer Basisbandkodierung kodiert und der empfangende Teilnehmer das empfangene kodierte Datensignal mit einer entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert.
Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller-Codierung umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsmittel des sendenden Teilnehmers als ein Scrambler und die Rücktransformationsmittel beim empfangenden Teilnehmer als ein Descrambler ausgebildet sind.
Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der empfangende Teilnehmer Teil eines aktiven Sternkopplers mit mindestens einem Eingang für das eingehende Datensignal und mindestens einem Ausgang für ein abgehendes Datensignal ist.
Aktiver Sternkoppler für den Einsatz in einem Kommunikationssystem mit Sterntopologie, wobei der Sternkoppler mindestens einen Eingang für ein eingehendes Datensignal und mindestens einen Ausgang für ein abgehendes Datensignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler Mittel zum Empfangen eines von einem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems ausgesandten Datensignals aufweist, wobei der sendende Teilnehmer das zu übertragende Datensignal zuvor zur Überlagerung des zu übertragenden Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate des Datensignals transformiert hat, und der Sternkoppler Mittel zur Rücktransformation des empfangenen Datensignals zum Zwecke einer Rückgewinnung der zusätzlichen Information aufweist.
Sternkoppler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler im Rahmen der Rücktransformation des empfangenen Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals detektiert und daraus die Taktrate des empfangenen Datensignals ermittelt.
Sternkoppler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler das empfangene, zuvor kodierte Datensignal mit einer zur Kodierung des zu übermittelnden Datensignals im sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems verwendeten Basisbandkodierung entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert.
Sternkoppler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller-Codierung umfasst.
Sternkoppler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücktransformationsmittel als ein Descrambler ausgebildet sind, der das empfangene, zuvor beim sendenden Teilnehmer mittels eines Scramblers transformierte Datensignal zurücktransformiert.