DE1943185B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Datenübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung, bei dem die zu übertragenden, durch Impulse der Dauer T gebildeten Daten senderseitig in Sekundärsignale umgewandelt werden, die je aus einem Hauptimpuls und voraus- bzw. nacheilenden Impulspaaren bestehen, deren Amplitude und Lage in bezug auf den Hauptimpuls den Maxima und Minima eines durch Modulation einer Impulssignalfolge der Frequenz Z₁ mit einem Signal der Form

nt

2Γ

(K eine Konstante) gebildeten Signal entspricht, und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 504 609 bekannt. Bei diesem Verfahren besteht das Sekundärsignal aus einem Hauptimpuls und zwei voraus- bzw. nacheilenden Impulspaaren. Die Modulationskurve —

durchsetzt die Nullachse in den Zeiten — Θ und + Θ, und diese Zeitpunkte liegen in der Mitte zwischen den beiden vorauseilenden Sekundärimpulsen bzw. den beiden nacheilenden Impulsen. Daraus ergibt sich eine Bandbreite 1/(9.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Datenübertragung zu schaffen, das ein Grundspektrum aufweist, das enger ist, als es bei dem bekannten Beispiel der Fall ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Datenübertragung der eingangs beschriebenen Art gelöst, das sich dadurch kennzeichnet, daß die Hauptimpulse der Sekundärsignale im Abstand T aufeinander folgen und die Impulssignalfolgefrequenz Z₁

auf eine Trägerwelle zwecks Erzeugung einer Einseitenbandmodulation derselben sowie das zugehörige Frequenzspektrum;

F i g. 3 ein durch Einzelimpulse gebildetes Signal, das in Annäherung die in F i g. 2 erörterten Spektralverhältnisse liefert;

F i g. 4 ein spezielles Spektrum ähnlich dem in F i g. 2 dargestellten;

F i g. 5 ein aus einer Impulsfolge gebildetes Datensignal, das im wesentlichen das in F i g. 4 dargestellte Spektrum liefert;

Fig. 6 das Spektrum eines Datensignals gemäß Fig. 5 nach Durchlaufen eines Bandpaßfilters;

F i g. 7 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Datenübertragungssystems;

Fig. 8 eine zeitliche Darstellung der in Form von Impulsfolgen übertragenen Datenelemente;

F i g. 9 ein Blockschaltbild einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ubertragungsverfahrens geeigneten Sendeanordnung.

In den Figuren stellen Dreiecke logische UND-Schaltungen und Halbkreise logische ODER-Schaltungen dar.

F i g. 1 bis 3 dienen der Klarstellung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips.

F i g. 1 zeigt ein Zeitsignal

_. 1 . nt

S(t) = — ■ sin —

sowie das zugehörige Amplitudenspektrum S(f). Die Phase Φ ist für sämtliche Frequenzen in dem Frequenzspektrum Null. Für die Spektralfunktion gilt:

35 = So für -

^<f<Jf

■40 (n ganze Zahl) beträgt.

In einer besonderen Ausführung ist das Verfahren so ausgebildet, daß die Vor- und Nachimpulse von dem Sekundärsignal - Hauptimpuls den Abstand eines ganzzahligen Vielfachen von -=- haben und

zum Hauptimpuls im Amplitudenverhältnis von 1 : -0,8 : +0,4 stehen.

Die Erfindung ist im folgenden in Form eines Ausführungsbeispiels im Prinzip erläutert. Von den Figuren zeigen:

F i g. 1 ein Zeitsignal, das amplitudenmäßig einer Zeitfunktion

1 .

nt 2T

entspricht, und das zugehörige Frequenzspektrum; F i g. 2 die Modulation eines Zeitsignals

^sin

nt

Tf

nt

0 für

oder

2Ί

^f>+2T-

Die Zeitfunktion kann dargestellt werden durch:

S(t) =

+ co

= [ Α{ω)

Wird ein solches Signal auf eine Trägerfrequenz f₀ aufmoduliert, so ist das Doppelseitenbandspektrum gegeben durch

S(/) = κ ■ s(t) cos 2 π f_ot

+ π/Τ

= K · e ^imat

auf einer Trägerwelle Zi als Doppelbandmodulation und eines Zeitsignals

(Ά

-π/Τ ω+ n/T

(Ά &J^mtdü>

U) — π/Τ

ω+

Dabei gilt für den Amplitudenfaktor Ä(f) = ΑΓύτω_ο-π/Τ<ω<ω_ο + π/Τ ■ ' (ά. h. für Zo -Jf<f < /o + yf) ' = O für ω < CO₀ — π/Τ
f d. h. für Z < /o - 2YJ und für ω > Cu₀ + π/Τ fd.h.für/>/o + i)

und für die Phase
Φ(/) = .0 '

j£ ist eine Konstante.

Trennt man eines der Bänder, beispielsweise das obere, ab, dann erhält man mit einem idealen Bandpaßfilter das Spektrum.

S(f) = S(f) wenn f > J₀
0 wenn f <f₀

oder als das obere Seitenband einer Einseitenbandmodulation der Trägerwelle Zi — ~^~f ^mit der Zeitfunktion

1 . nt ■

T ^sm T~ ···· ■-·

oder als unteres Seitenband einer Einseitenbandmodulation der Trägerfrequenz Zi + jy ^mit der

gleichen Zeitfunktion. Die Doppelbandmodulatiön veranschaulicht F i g. 2 α und die beiden Einseitenbandmodulationen F i g. 2 ß.

Aus Fig. 2γ erkennt man ferner, daß für die Frequenz Zi und die obere und untere Grenzfrequenz f_M und f_m des in Fig. 2γ gezeigten Bandes die Beziehung gilt:

f _ JM+fm ___ r 1

/i — ^S — Jm — T⁷F

— Jm + ^y ■

A(f) = A für

= 0 für /</o und

/ > /o + 2Y

0(/) = 0

II

■40 Das Modulationsprodukt S_s der Doppelseitenbandmodulation ergibt sich daher zu

1 · 'it -,/·'■■■

S₃ = — ■ sin ,— · cos 2πΖι t.

Will man nun mit dieser Modulation eine Folge von Impulsen übertragen, die einen zeitlichen Abstand T voneinander und eine bestimmte Amplitude haben, so müssen die Nullstellen der Trägerwelle cos 2π·Ζιί zwischen den Impulsen liegen und daher ebenfalls einen Abstand T haben. Die Nullstellen der Trägerwellenfunktion cos 2 η Z₁ 1 sind gegeben durch die Beziehung

Der Amplitudenfaktor A (/) kann auch ausgedrückt werden durch

Ä(f) = A für/₁-

AT

Ä(f) = 0 für /<£-—■

oder / > /1 +

1
AT

1
A~T

45

fm —

III

Tf

n-l
2T

Setzt man in den Ausdruck für S_s diese Werte ein, so erhält man die Beziehung:

« c ! ■ (nt\

S_{s = T}-sin (^)-COS

Vergleicht man den sich für die Zweiseitenbandmodulation ergebenden Amplitudenfaktor A(f) gemäß Gleichungssystem I mit dem sich für die Einseitenbandmodulation ergebenden Amplitudenfaktor Ä(f) gemäß Gleichungssystem HI, so sieht man, daß dasselbe in F i g. 2 γ dargestellte Spektrum sich entweder auffassen läßt als eine Zweiseitenbandmodulation der Trägerwelle Z₁ mit der Zeitfunktion

nt
2T

Aus der vorstehenden Gleichung erkennt man, daß man die Spektralfunktion S₃ unmittelbar unter Anwenduhg eines Tiefpaßfilters aus einer gewichteten Impulsfolge E₁ erhalten kann, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.

Es wird die aus den Datenelementen bestehende Information gebildet durch die übertragung der

Impulsfolge E₁, deren Impulse im Abstand T folgen. Die Datenelemente können dann am Empfangsort durch eine einfache Demodulation des Signals S₃ wiedergewonnen werden, beispielsweise durch De-

modulation mit der Frequenz f_m so daß man für jedes Datenelement eine Zeitfunktion der Form

|-sin^-

erhält.

Wenn man in den vorstehenden Gleichungssystemen IV und V η = 2 wählt, erhält man das Signal, dessen Spektrum in F i g. 4 wiedergegeben ist

und sich von der Frequenz γψ bis zu der Frequenz -ψ erstreckt.

Das durch die Gleichung VI charakterisierte Signal kann unmittelbar durch eine entsprechend gewichtete Impulsfolge gebildet werden. Diese eine hinreichende Näherung bildende Impulsfolge ist in Fig. 5 dargestellt, und nach Filterung in einem Tiefpaßfilter erhält man ein Spektrum entsprechend F i g. 6.

sm

2Γ

t ■ cos

3, nt

VI

Unter Beachtung dieser Gesichtspunkte ergibt sich ein in F i g. 7 dargestelltes Übertragungssystem.

Fig. 7 zeigt eine schematische Ausführung eines Ubertragungssystems für Datensignale, das aus einem Sender, einem Empfänger und einem Uberträgungskanal TNw besteht. '

Der Sender liefert an seinem Ausgang ein Einseitenbandsignal ZS_S des Signals gemäß Gleichung VI. Der Sender erzeugt zu diesem Zweck von den zu übertragenden Daten Do in einem Impulsgenerator ChG eine Folge E₁ von gewichteten Impulsen, etwa entsprechend Fig. 5, für jedes Datenelement; die Impulsfolgen liefern nach Durchlaufen des Tiefpaßfilters LPF das zu übertragende Sekundärsignal, welches den zu übertragenden Daten Do entspricht.

Am Eingang des Empfängers tritt das ausgesendete Einseitenbandsignal ΣΞ₈ auf, das nach Durchsetzen eines Bandpaßfilters BPF in üblicher Weise durch die

Frequenzf_M=~f demoduliert wird. Dadurch entsteht als Demodulationsprodukt das Signal IS_p, das sich aus den Datenelementen zusammensetzt, von denen jedes einer Zeitfunktion

S(t) =

sin

Jit

entspricht. Um aus diesen Impulsfolgen nun die gewünschten Datensignale wieder abzuleiten, wird

das Signal ZS_p zu den dem Zeitrhythmus -ψ entsprechenden Zeiten ausgetastet in der Taststufe Sam, und man erhält dann als Ausgangssignal die Datensignale.

Es ist zu beachten, daß die Demodulationsfrequenz f_M am Empfangsort unmittelbar hergestellt werden kann, daß sie aber auch aus einer öder mehreren vom Sender übertragenen Hilfsfrequenzen abgeleitet werden kann.

Es ist auch möglich, das Signal Σ S_s über den Kanal TNw unter Einführung einer kleinen Freq'uehzvetschiebung ε zu übertragen. Die Demodulation' 'an; dem Empfänger erfolgt dann mit der Freqüehz/M-f;!; und dadurch¹ wird die Freqüenzverschiebünl ^:εin dem empfangenen Signal wieder beseitigt. Dabei kann es sich sowohl um eine unmittelbare Übertragung dieser Frequenzen über den Ubertragungskanal handeln als auch um eine übertragung unter Zuhilfenahme einer Trägerwelle.

F i g. 8 zeigt, daß ein Datenelement C sich eine Zeiteinheit vor und eine Zeiteinheit nach dem Hauptimpuls austasten läßt. Vor dem Hauptimpuls C₀ des Datenelements C sendet man während einer Zeit-

T
spanne — den Vorimpuls D₁ des folgenden Daten-

elements aus sowie den Nachimpuls B₃ des vorausgehenden Datenelements. Nach dem Hauptimpuls C₀ des Datenelements C sendet man während der Zeit-

T
spanne — den Vorimpuls D₂ des folgenden Daten-

elements und den Nachimpuls des vorausgehenden Datenelements B aus. In der Zeitspanne T, die darauf folgt, wiederholt man denselben Vorgang mit drei weiteren Datenelementen C, D, E an Stelle der zuvor erörterten Datenelemente B, C, D. Der Impulsgenerator ChG kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Die Fig. 9a, 9b, 9c beziehen sich auf eine dieser Ausführungsmöglichkeiten. In Fig. 9a sind die wesentlichen Teile des Impulsgenerators dargestellt. Es ist ein Schieberegister SR vorgesehen, dem das zu übertragende Datenelement Do zugeführt wird. Eine Mehrzahl UND-Stufen und ODER-Stufen gestatten die Weiterleitung der in den Stufen 1, 2, 3 des Schieberegisters vorgesehenen Zustände zu vorgegebenen Zeitpunkten und während vorgegebener Zeitdauer an eine Analogaddierstufe AA, die zu vorgegebenen Zeiten Signale von einer Amplitude liefert, welche den Datenelementen bzw. deren Vor- und Nachimpuls entsprechen. Kippstufen 5, 6 und 7 liefern Torsignale an die UND-Stufen. Die Kippstufen und das Schieberegister werden durch Impulse y, y' und Θ gesteuert, die von einem Zeittaktgeber α der ■Periodendauer T geliefert werden zu dem Zweck, die Folge der Datenelemente Do unter Mitwirkung der Taktgeberstufe Hg zu steuern. Die Taktgeberstufe Hg bildet nicht Gegenstand der Erfindung und ist nur zur Erklärung der Wirkungsweise des Impulsgenerators der Sendeanordnung beschrieben. In der Taktgeberstufe ist eine Inverterstufe J vorgesehen und

ferner ein Filter, das die Frequenz 3 / = -ψ aus dem

Signal α ableitet. Eine Stufe SQ liefert ein Mäandersignal χ aus der Sinusschwingung 3 /. Eine Differenzierstufe Diff spricht auf die Vorderflanke der Stromkurve α und der Stromkurve χ an. Fi g. 9a gibt die relativen Zeitverhältnisse der Signale a, 3 /, χ, Θ, y, y', 5, 6, 7 an. F i g. 9 c gibt entsprechend F i g. 8 den Inhalt der Stufen 1, 2, 3 des Schieberegisters an und ferner die Ausgangssignale der Analogaddierstufe AA, wobei als Zeitbeziehung die Signale Θ, 5, 6, 7 angegeben sind.

Auf der Empfangsstation muß der Zeittaktgeber

der Frequenz -= und die Demodulationsfrequenz f_M,

die auch -~ ist, in bezug auf das Empfangssignal genau

eingestellt werden. Derartige Anordnungen sind an sich bekannt.

In der vorliegenden Beschreibung wurden die erarbeiteten Signale als von zwei Amplitudenwerten angenommen. Die erörterten Eigenschaften der Schaltung bleiben jedoch auch vollständig erhalten, wenn die Signale mehrere Amplitudenwerte haben, wenn es sich beispielsweise in Fi g. 5 um eine Impulsfolge E₁

handelt, bei der die maximale Amplitude absoluten Unterschieden unterliegt, jedoch innerhalb einer Impulsfolge das Amplitudenverhältnis gewahrt bleibt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Datenübertragung, bei dem die zu übertragenden, durch Impulse der Dauer T gebildeten Daten senderseitig in Sekundärsignale umgewandelt werden, die je aus einem Hauptimpuls und voraus- bzw. nacheilenden Impuls- Ίο paaren bestehen, deren Amplitude und Lage in bezug auf den Hauptimpuls den Maxima und Minima eines durch Modulation einer Impulssignalfolge der Frequenz Z₁ mit einem Signal der Form

K . nt

T-^sm2T

(K eine Konstante) gebildeten Signal entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptimpulse der Sekundärsignale im Abstand T aufeinanderfolgen und die Impulssignalfolgefrequenz Z₁

2n-l

/1 - ₄ j

(n ganze Zahl) beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor- und Nachimpulse von dem

Sekundärsignal-Hauptimpuls den Abstand eines

2 T
ganzzahligen Vielfachen von -=- haben und zum

Hauptimpuls im . Amplitudenverhältnis von 1 : -0,8 : +0,4 stehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärsignal empfängerseitig

mit der Frequenz J₁+ -^ψ oder /1 — jy demoduliert wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieberegister (SR) vorgesehen ist, durch das die Datenelemente hindurchgeschoben werden, daß an die Ausgänge der Stufen (1,2,3) des Schieberegisters (SR) UND-Schaltungen angeschaltet sind, die durch Impulse einer Taktgeberstufe (Hg) geöffnet werden, daß die Ausgänge der UND-Schaltungen mit verschiedenen Eingängen einer Analogaddierstufe (A) verbunden sind und daß die Analogaddierstufe (A) den zugeführten Signalen, abhängig davon, über welchen Eingang sie zugeführt werden, Amplituden verleiht, die den Extremwerten der Funktion

K_

sin

nt

JT

entsprechen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 009586/245