DE2721057A1

DE2721057A1 - Anordnung zum uebertragen digitaler daten

Info

Publication number: DE2721057A1
Application number: DE19772721057
Authority: DE
Inventors: Eduard Josef Tercic
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2353184B1; SE435124B; JPH0355902B2; CA1095166A; DE2721057C2; JPS52143806A; GB1575728A; NL7605529A; SE7705879L; FR2353184A1

Description

rnN.8'107. DEETC/EVH.

.uuu; .... Ό 23-⁷T. 1977.

U.V.Philip;. '-: -.-.i'.u.i.iJ-ofabrlekeD - Jt -

Anordnung zum Uebertragen digitaler Daten

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum

Uebertragen der Informationen binärer Datenelemente über ein Medium bzw. zum Speichern dieser Informationen in einem Medium mittels einer zweiwertigen Zustandsgrösse dieses Mediums, wobei die Datenelemente in einer Folge von Bitzellen an einem Eingang eines Köders empfangen verden und aus jeweils auffolgende Gruppen (Datenwörter) von m Datenelementen formbar sind, um daraus mit Hilfe des Köders eine jeweilige, einem Datenwort entsprechende

709850/0735

PHN.8407. 23-^.77.

Gruppe von ri Kodeelernenten (ivodcwort) in einer Folge von .Kanalsynibolen zu bilden, wobei der Wert von η grosser Ct¹S der Wert von ni ist und wobei in einem Kodewort die Anzahl aufeinanderfolgender Kodeeleinente, die keinen •5 Zustandsübergang bedeutet, stets kleiner ist als eine Obergrenze niedriger als der Wert von n, sowie zum Rückgewinnen der Information der binären Datenelemente aus der Zustandsgrösse. Das Medium kann ein magnetisierbares Band sein, das längs eines Lese- und/oder Schreibkopfes antreibbar ist. Es kann sich auch urn einen Kanal für Datenübertragung handeln. Die Datenelemente können ohne Beschränkung die Werte "0" oder "1" haben, so dass der Kodierung durch die Datenquelle keine weiteren Beschränkungen auferlegt sind. Die Datenelemente brauchen nur die ent-. sprechende Länge zu haben und synchron aufzutreten. Die Datenelemente treten jeweils in Bitzellen auf, d.h. in Zeitintervallen mit einer festen Länge, in denen ein Datenelement auftritt oder nicht. Im zweiten Fall ist die Bitzelle leer. Weiter werden der Erscheinungsform der Datenelemente keine Beschränkungen auferlegt: jeder kann aus einem Signalpegel, dem möglichen Auftreten eines Uebergangs oder einer Impulsform bestimmter Richtung bestehen, was bekannten Techniken entspricht.

Die Kodeelemente treten in einer Folge von Kanalsymbolen auf. Dabei ist ein Kanalsymbol ein Zeitintervall

7098507073S

ΡΗΝ.8-ΊΟ7.

²³ ^

1057

mit. fester Länge, in dem ein Zuytaiidsübergang auftritt
oder nicht. Hinsichtlich des Mediums ist es erwünscht,
in den Kanalsymbolstrom Taktimpulsdaten einzuschliessen. Dafür ist eine getrennte Spur oder ein getrennter Kanal
nicht notwendig, die bzw. der auch eingeschrieben/gelesen bzw. übertragen werden muss. Dann wird die Detektions—
genauigkeit beim Lesen bzw. beim Empfangen der Kodeelemente stark von der Genauigkeit des zusätzlich in das Signal eingeschlossenen Taktimpulses bestimmt.

Um beim Lesen bzw. Empfangen ein zuverlässiges Taktsignal durch eine dazu vorgesehene Anordnung wiederherstellen zu können, sind möglichst viele Uebergänge je fester Anzahl von Kanalsymbolen einzuführen. Es ist bekannt, dazu der Anzahl aufeinanderfolgender übergangsfreier Kanal— symbole eine Obergrenze zu geben. Ein geeigneter Kode wird im Artikel von T. Tamura et al, A coding Method in Digital Magnetic Recording, IEEE Transactions on Magnetics,
September 1972, S. 612 bis 613, beschrieben. In der hier beschriebenen MNRZ1-Kodierung werden vier Datenbits in

fünf Kodebits umgesetzt, wobei höchstens zwei Ubergangsfreie Kodeelemente nacheinander auftreten dürfen. Beim Beginn und am Ende eines Kodewortes darf höchstens ein übergangs freies Kodeelement auftreten, und in diesem Fall gibt es siebzehn mögliche Kodewörter. Es genügt, darauf Datenwörter von vier Bits abzubilden, weil es dafür nur sechzehn

70985070735

PHN. 8'»Ο?. 23.4.77.

verschiedene Möglichkeiten gibt. Das eine zusätzliche Kodewort kann noch für einen Sonderzweck belegt werden. Es werden also fünf Kodebits zum Abbilden von vier Datenbits benötigt, und dieses Verhältnis h : 5 wird als Wirkungsgrad definiert, der in diesem Fall also 80$ ist.

Die Kodewörter können weiter unbeschränkt aneinandergereiht werden, weil auch dabei nie mehr als zwei übergangsfreie Kodeelemente aufeinanderfolgen können. Selbstverständlich ist dies vorteilhaft, weil dadurch nur eine einfache Steuerung benötigt wird. Andererseits entsteht dadurch ein Nachteil, weil in der Empfangs/Leseanordnung nicht von vornherein detektierbar ist, in welcher Position die Trennung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wörtern gelegt werden muss. Wenn einmal diese Wahl ungeeignet ist, kann * sie erst berichtigt werden, nachdem ein Beginn oder ein Ende eines Kodewortes mit zwei aufeinanderfolgenden übergangsfreien Kodeelementen detektiert und ausserdem dabei die jetzt entsprechende Position der Trennungspunkte gefunden worden ist. Dies kann einige Zeit in Anspruch nehmen, was für das bekannte Verfahren einen grossen Nachteil bedeutet.

Weiter wirft ein derartiger Kode Probleme auf, wenn eine hohe. Bitdichte benutzt wird: dabei tritt nämlich Interferenz zwischen angrenzenden Kanalsymbolen auf. In diesem Fall sind beim Empfangen bzw. beim Lesen der

70985070731

PHN. 8'»07. 23.^.77-

Daten geeignete Filter zur Vermeidung dieser Interferenz erforderlich. Diese Notwendigkeit bestellt insbesondere, wenn differenzierend gelesen wird, wie z.B. bei Datenspeicherung in einem magnetisierbaren Medium der Fall ist. Es stellt sich heraus, dass dabei die erwähnte Einschränkung (nie mehr als zwei auf folgende übergaiigsfreie Kodeelemente) angegriffen wird. Dies gibt die Möglichkeit ernsthafter Fehler.

Es ist ein Vorteil, dass die Erfindung, in der oben dargelegten Umgebung eine Kodierungsanordnung angibt, in der derartige Filter ohne Angriff der erwähnten Kodeeinschränknng gut anwendbar sind. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System für Datenübertragung mit einer möglichst hohen Dichte im Datenübertrag und dabei eine vorteilhafte Bandbreite des erforderliöhen Frequenzspektrums anzugeben. Dabei ist es ein Vorteil der Erfindung, die Fortpflanzung von Speicherfehlern von Kodewort zu Kodewort durchaus zu vermeiden. Derartige Speicherfehler sind an sich beispielsweise unter dem Einfluss externer Störungen immer möglich. Die Erfindung hat weiter die Aufgabe, eine einfache Köder- und Dekoderanordnung durch, die Verwendung verhältnismässig kurzer Kodewörter anzugeben. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Speicherung mit hohem Wirkungsgrad anzugeben.

709850/0735

PHN.8407. 23.4.77.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

der'Ausgang des Köders mit einem Eingang eines Verschlüsslers zur jeweiligen Trennung auffolgender Kodewörter durch eine Anzahl von _j Kodoelementen verbunden ist, von welchen ,j Kodeeleinenten mindestens eines einen Zustandsübergang bedeutet, und dass ein Ausgang des Verschlüsslers mit einem Eingang des Mediums über einen Modulator verbunden ist, der eine nicht nach Null zurückkehrende Modulation der Zustandsgrösse steuert, und dass zur Rückgewinnung an den dem Modulator entsprechenden Demodulator ein Entschlüssler zum Eliminieren der _j zusätzlichen Kodeelemente pro Kodewort und ein Dekoder angeschlossen sind, der die rückgewonnenen Datenelemente abgibt. Die nicht nach Null zurückkehrende Modulation gibt zusätzlich eine vorteilhafte Speicherdichte.

Es kann sich dabei um eine NRZ- oder um eine NRZ-1-Modulation handeln.

Es ist vorteilhaft, wenn J_-=I und wenn m = 8 ist, dass η = 9 ist und dass innerhalb eines Kodewortes die Höchstzahl geschlossener auftretender Kodeelemente gleich zwei ist, ohne dass mindestens eines davon einen Zustands übergang bedeutet. Dies ergibt den gleichen Wirkungsgrad wie beim früher genannten System unter Beibehaltung der früher erwähnten Vorteile der Erfindung.

Es ist vorteilhaft, wenn sich die Gewichte der

verschiedenen Elemente eines Kodewortes wie die Zahlen 1, 2,

70985070735

PIlN. 8^07. 23.^4.77.

ti

h, 7, 13, 2h, kh, 81, 1^9 verhalten. Dies ergibt eine harmonische und einfach programmierbare Abbildung der Datenwörter.

Es ist ferner zweckniässig, dass bei der Rückgewinnung der Datenelemente dem Demodulator ein Filter vorgeschaltet ist. Die Uebertragungs/Speicheranordnung bekommt so eine vorteilhafte Ergänzung.

Beim Empfang eines NRZ-modulierten Signals ist das Filter vorzugsweise ein duobinäres Filter, bei einem NRZ-1 Signal ausserdem ein über ein Kanalsymbol verzögernder ringgekoppelter Vorkoder. Eine einfache Anordnung reicht also aus. In beiden Fällen ist Ergänzung eines zwei seitigen Gleichrichterelements vorteilhaft.

Kodierung und Dekodierung erfolgen vorzugsweise

* unter Benutzung eines Festwertspeichers mit wahlfreiem Zugriff (ROM).

Eine andere erfindungsgemässe Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass m = 2, dass η = 3ι dass in einem Kodewort ein vorausbestimmtes Kodeelement mit gleicher Ordnungsnummer in allen Kodewörtern stets einen Uebergang in der erwähnten Zustandsgrösse bedeutet und als solches keine Information enthält, dass die beiden anderen Kodeelemente in gleicher Reihenfolge den beiden Datenelementen des Datenwortes zugeordnet sind und dabei bitweise die Informationen enthalten, und dass

7098S0/073S

PHN. 8*107.

40.

ein Ausgang des Köders mit einem Eingang des Mediums über einen Modulator verbunden ist, der eine nicht nach Null zurückkehrende Modulation der erwähnten Zustandsgrösse steuert. Eine 1 : 1-Uebereinstimmung zwischen Datenelementen und datentragenden Kodeelementen vereinfacht selbstverständlich den Köder beträchtlich. Durch Hineinfügen eines Zusatz-Kodeelements wird der Wirkungsgrad des Kodes gleich 2 : 3, was nicht sehr niedrig ist. Venn ein einfacher Köder gewünscht ist, liefert dieser einfache Kode eine vorteilhafte Lösung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zum Speichern bzw. Aussenden von Datenelementen nach der Erfindung, Fig. 2 eine Menge von Kodewörtern,

Fig. 3 eine Anordnung zum Lesen bzw. Empfangen von Datenelementen nach der Erfindung,

Fig. k eine Anzahl wichtiger Grossen bei verschiedenen Längen von Datenwörtern und Kodewörtern, Fig. 5 ein Beispiel eines bei der Erfindung zu verwendenden Eimerkettenspeichers,

Fig. 6 ein Beispiel eines bei einer erfindungsgemässen Anordnung zu verwendenden Filters, Fig. 7 ein Beispiel von Filterkoeffizienten eines derartigen Filters,

70985070731

PHN.8h07.

Fig. 8 ein Beispiel einer Kurve eines derartigen FiIters,

Fig. 9 ein Beispiel zeitabhängiger Signale unter Verwendung eines derartigen Filters.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Speichern bzw. Aussenden der Datenelemente nach der Erfindung, die eine Quellenanordnung 1, eine Eingangssignalklemme 2, ein Adressenregister" 3» einen Dekoder h, einen Taktgeber 5> Taktiinpulsleitungen 6, 7> 11 > einen Fes twertspeicher 8, eine Leseverstärkeranordnung 9> ein Datenschieberegister 10, ein Komplementierwerk 12, einen Flipflop 13 und einen Vorkoder 1Ί sowie eine Datenklemme I5 enthält.

Der Taktgeber 5 liefert in regelmässigen Zeitabständen Taktimpule synchron mit der Darstellung von Datenelementen durch die Quellenanordnung 1. Signale auf der Leitung 6 steuern diese Synchronisation, wobei das gegenseitige Verhältnis als Meister und Sklave der Einheiten 1 und 5 hier nicht weiter von wesentlicher Bedeutung ist. Dies ist mit der zweiseitigen Pfeilrichtung auf der Verbindung 6 angegeben. Die angebotenen Datenbits werden seriell oder parallel über die gegebenenfalls mehrfache Verbindungs/Eingangssignalklemme 2 bis zu einer Gesamtzahl von rn = 8 Datenbits pro Operationszyklus der Anordnung nach Fig. 1 dem Adressenregister zugeführt.

Unter der Steuerung eines Taktimpulses auf der Leitung 7

709850/0735

ΡΗΝ.8ΊΟ7. 23.^.77.

der Dekodci' h einmal im erwähnten Operationszyklus aktiviert, wodurch die acht Datenbits im Adressenregister 3 in einen 1-aiis-25^>-Kode umgesetzt und dadurch der Festwertspeicher 8 adressiert wird. Dieser Festwertspeicher liefert dem Ausgang neun Kodebits, die über den ebenfalls von einem Signal auf der Leitung 7 aktivierten Leseverstärker 9 in das Datenregister 10 eingespeichert werden. Die Leitung kann hier gegebenenfalls mehrfach ausgeführt sein, um die Elemente 4, 9 und 13 (siehe weiter unten) zeitlich getrennt ansteuern zu können. Der Festwertspeicher 8 bildet mit den damit verbundenen Elementen 3» ^j 9» 10 den Köder zum Umsetzen der Achtbit-Datenwörter in Neunbit-Kodewörter. Der Festwertspeicher 8 hat also eine Kapazität von mindestens 9 x 256 = 235^ Bits. Dies kann auf an sich . bekannte Weise verwirklicht sein, beispielsweise in Form von neun Speicherchips von je 256 Bits. Der Speicher 8 kann andererseits daneben weitere Wortstellen oder pro Wort weitere Bitstellen für spezifische andere Zwecke, oder auch unbenutzt, enthalten. Ueber die Leitung 11 liefert der Taktgeber 5 Taktinipulse mit einheitlichem Zwischenabstand bis zu insgesamt zehn pro Operationszyklus der Anordnung nach Fig. 1. Dadurch wird das Datenregister 10 in Serienschaltung mit dem Flipflop 13 als ein Schieberegister betrieben. Die Schiebeimpulse fallen selbstverständlich nicht störend mit den Leseimpulsen zusammen,

709850/0735

PHN.8/lü7. 23 Jt. 77.

so dass beim Auftreten eines ScIrLobeimpulses stets pro Zelle der Einheiten IO/13 ein ungestörtes Kodeelement

^: vorhanden ist. Beim Auftreten des ersten, einem bestimmten Kodewort zugeordneten Schiebeimpulses auf den Leitungen 10/11 enthält der Flipflop 13 eine logische "1", beispielsweise unter der Steuerung eines dabei auftretenden Signals auf dem gestrichelt eingezeichneten Abzweig der Leitung 7· Die Neunbit-Kode\vörter aus dem Festwertspeicher 8 können derart aufgebaut sein, dass nie mehr als zwei Kodeelemente (i) direkt aufeinanderfolgen. Dafür wird weiter unten ein Umsetzungsalgoritlimus gegeben. Dabei werden die Kodebits des Datenregisters 10 vom Komplementierwerk 12 vervollständigt, so dass "Nullen" in "Einsen" umgesetzt werden und umgekehrt. Dabei wird angenommen, dass ein im Festwert- * speicher gespeichertes Kodeelement "1" ein übergangsfreies Element im Medium, ein Kodeelement "0" dagegen ein Element mit einem Uebergang im Medium bedeutet. Ein derartiger Uebergang tritt dabei beispielsweise beim Beginn eines derartigen Elements auf, wobei das Element selbst einen der erwähnten zwei Verte der Zustandsgrösse mit sich bringt. Zum anderen können die Kodewörter auch derart aufgebaut sein, dass nie mehr als zwei Kodeelemente "0" direkt aufeinanderfolgen, und in diesem Fall kann das Komplementierwerk 12 entfallen. Die Ausgangssignale des

Komplementierwerks werden dabei dem Flipflop 13

709850/0735

f\H>

PHN. 8-'ι Ο/. 23.h.77.

weiteren Uebcrtragujig zugeführt. Die im Festwertspeicher gespeicherten Elemente behalten selbstverständlich einen stationären Wert bei, der beispielsweise als ein Spannungspegel am Ausgang detektierbar ist. Die auf diese Weise gebildeten Kodewörter einschliesslich der zusätzlichen " 1 "-Trennungsbits werden durch den Vorkoder 1*4 gesandt, der die Kodeelemente der Ausgangskleimne 15 nach einer bitweisen Kodierung ohne Rückkehr zum Nullpegel zuführt. Es gibt dafür zwei Möglichkeiten:

a) Der NRZ-Kode, bei dem der erste Wert der Zustandegrösse des Mediums eine "0" bedeutet und der zweite Wert eine "1". Ein Zustandsübergang im Medium ist dabei entweder ein 0-1- oder ein 1-0-Uebergang der Information.

b) Der NRZ-1-Kode, bei dem ein Uebergang zwischen den beiden Werten der Zustandsgrösse des Mediums eine logische "1" und ein Fehlen eines derartigen Uebergangs eine logische "0" bedeutet. Der Vorkoder kann eine Rtickkopplungsschleife enthalten, die den weiter unten zu beschreibenden Elementen 19 und 20 nach Fig. 3 entspricht. Wenn die Verzögerungszeit 1 Bitzelle beträgt, kann ein NRZ-"-Kode entstehen. Wenn die Verzögerungszeit (Element 19) zwei Bitzellen beträgt, kann ein NRZ-Kode entstehen. An der Ausgangsseite des Porkoders 14 kann ein Uebertragungsverstärker oder bei einem magnetisierbaren Medium ein Schreibspule/Schreibverstärker vorgesehen sein, aber diese

t09850/ö735

1 τ

Elemente sind nicht getrennt dargestellt.

Die Bildung von Kodewörtern mit anderen Längen kann auf oben beschriebene Weise erfolgen. Statt der Bildung mit Hilfe eines Festwertspeichers gibt es zwei andere Möglichkeiten. An erster Stelle können die Kodebits ausschliesslich mit kombinatorischer Logik gebildet werden. Einerseits arbeitet dies sehr schnell, weil die logische Tiefe eines betreffenden Netzwerkes beschränkt bleiben kann, beispielsweise 3 bis 5 Gatter-Verzögerungszeiten. Zum anderen wird dabei eine Vielzahl von Gattern mit sehr unregelniässiger Struktur benötigt, so dass das Entwerfen (beispielsweise von einem Rechner) einer betreffenden integrierten Schaltung grosse Probleme gibt und die Kontrolle derartiger Fehler schon genauso schwierig ist. Veiter * können die Kodewörter (siehe weiter unten) auch arithmetisch durch eine Anzahl sequentieller Subtraktionsbearbeitungen gebildet werden. Dies ergibt einerseits die Verwirklichung von einer einfachen Schaltung, zum anderen ist durch das sequentielle Erzeugen der Kodebits nur eine langsame Wirkung erreicht. Letzteres wird im allgemeinen unüberwindliche Probleme mit sich bringen.

Fig. 2 gibt hier eine Uebersicht über die möglichen Kodewörter von neun Elementen, wobei höchstens zwei Kodeelemente mit einem Wert "O" direkt in einem Kodewort geschlossen auftreten. Der Einfachheit halber sind die

709850/0735

PIIN. 84θ7· 23.4.77.

moisten Eleineiite "1" fortgelassen. Dabei sind die ersten 127 der wieclerge^ebeiien Kodewörter asymmetrisch, während die durch Spiegelung entsprechenden Kodewörter nicht aufgenommen sind. Die letzten 20 Kodewörter sind symmetrisch, so dass es 2 χ 127 + 20 = 274 Möglichkeiten gibt. Diese

Anzahl ist grosser als 256 (2- )., so dass ein Datenwort von acht Bits auf einem derartigen Kodewort von 9 Bits eindeutig abgebildet werden kann. Ein Algorithmus für die Kodeumsetzung (d.h. also die Wahl der Kombination Kodewort Datenwort) kann dadurch gefunden werden, dass den Kodeelementen nacheinander die Gewichte von 1, 2, 4, J, 13_f 24, 44, 81 und 149 gegeben werden. Diese Zahlen, die einen Teil einer unendlichen Reihe > bj ( bilden, haben die Eigenschaft, dass Ii + b (i +. i) + b(i + 2) = b(i + 3). Die Binärzahl ' (1IOOIOOI) wird wie folgt dargestellt: 201 - 149 = 52; 52 - 44 = 8; 8 - 7 = 1, womit die Darstellung als Kodewort wie folgt aussieht: 101001001. Es lässt sich nachweisen, dass nie mehr als zwei Kodeelemente "1" direkt aufeinanderfolgen. Denn sollte dies der Fall sein, bi = b(i + 1) = b(i+ 2) = 1, so wäre nach dem gegebenen Algorithmus der Wert von b(i + 3) automatisch = 1 geworden. Mit dem Kode können also die "Werte" von Null bis (149 +81+24+13+4+2) = 273 dargestellt werden,bevor mehr als drei aufeinander folgende "1" auftreten würden. Diese Kodes sind tatsächlich in Fig. 2 dargestellt. Im Prinzip sind eine

709850/0735

PHN. 8'+O 7. 23.²^.77.

Vielzahl von Abbildungen von Achtbit—Datenwörtern auf Neunbi t-Kodewör tern niögl ich .

Vie bereits erwähnt, werden die Kodeworter mit einem zusätzlichen Kodeelemcnt auf bis zu zehn Kodebits ergänzt. Das zusätzliche Kodeelement bedeutet stets einen Zustandsübergang, und damit beschränkt sich die Variation im Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Uebergangszeitpunkten. Insbesondere erstreckt sich die Bandbreite des Signals nicht bis zu Null, so dass u.a. systematischere Pegelverschiebungen (bias distortions) kaum oder gar keinen Einfluss haben.

Auf obengenannte Weise werden also stets acht Datenelemente auf ein mit einem einzigen, Element bis zu zehn Kodeelementen ergänzten Kodewort abgebildet. Dabei

15. · ist also ein Wirkungsgrad von 80$ erreicht. In der Praxis erweist sich dies ein vorteilhafter Prozentsatz. Zum anderen sind die Längen von Datenwörtern und Kodewörtern beschränkt, so dass beispielsweise der Umfang des Festwertspeichers 8 in Fig. 1 nicht sehr gross zu sein braucht.

Dabei werden die Kodewörter jeweils durch ein zusatzliches Kodeelement voneinander isoliert, wodurch die Möglichkeit der Fehlerfortpflanzung zwischen den verschiedenen Datenwörtern äusserst klein geworden ist. Es ist weiter möglich, zwischen jedem Kodewörterpaar zwei oder mehrere zusätzliche Kodeelemente einzufügen, beispielsweise durch

PHN. 23.^.77.

Verdopplung des Fljpi'lops 13· Ausserdem ist es möglich, andere Darstellungen zn verwenden, beispielsweise 7 Datenbits avif 8 Kodebits. Dabei wird der Wirkungsgrad auf 7 ' (8+1 ) = ungefähr 78?o beschränkt. Zum anderen ist die Darstellung beispielsweise von 10 Datenbits auf 11 Kodebits nicht möglich, weil dabei nur 9^7 Kodewörter bestehen. Die Darstellung 10/12 gibt den niedrigeren Wirkungsgrad von 10 : (12+ 1) = 77$, Dabei zeigt Fig. h den Zusammenhang zwischen n_ gleich der Anzahl Kodebits, jd gleich der Anzahl verschiedener Kodewörter, in denen höchstens zwei direkt aufeinanderfolgende Kodeelemente "0" vorhanden sind, Cj^ gleich der grössten Potenz von 2, die höchstens gleich jd, m - Id 2. "nd js = ni: (ii + 1), was für einige vorteilhafte Kombinationen gilt. Es zeigt sich, dass die Darstellung für m = 8 eine gute Ausbevite liefert, die nur für sehr lange Kodewörter etwas übertroffen werden kann: für η = ist beispielsweise ein Festwertspeicher von 6 χ 10 Bits für eine Wirkungsgradverbesserung von Η$> erforderlich. In manchen Fällen mag dies berechtigt sein. Zum anderen kann eine 2/2-Darstellung in manchen Fällen vorteilhaft sein, indem dabei nur eine sehr einfache Anordnung erforderlich ist. Namentlich kann beispielsweise in Fig. 1 der Festwertspeicher 8 entfallen, während die Verbindung 2 direkt mit dem Schieberegister 10 verbunden ist. Auch in diesem Fall wird noch ein Wirkungsgrad von 2/3 unter

709850/073S

ΡΠΝ.8'107. 23. *». 77.

Beibehaltung der übrigen vorteilharten Eigenschaften der Erfindung erreicht: beschränkte Bandbreite und Vermeidung von Fehlerfortpflanzung.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Lesen bzw. Empfangen von Datenelementen nach der Erfindung. Die Station enthält eine Eingangsklenune 16, ein duobinäres Filter 17_f eine Modulo-2-Anordnung 18, ein Verzögerungselement 19» ein Modulo-2-Addierelement 20, einen Taktimpulsextraktor 21, einen Taktimpulsgeber 22, eine Taktimpulsleitung 23, 23A, ein Adressenregister 2k, einen Dekoder 25, einen Festwertspeicher 26, eine Leseverstärkeranordnung 27, ein Datenregister 28 und eine Datenausgangsklemme 29.

Zwischen den Klemmen 15 (Fig. 1) und i6 befindet sich das eigentliche datentragende Medium, also beispiels- - weise in einer Magnetschicht mit einerseits einem Schreib kopf und zugeordnetem Sehreibverstärker und an der Leseseite bzw. Empfangsseite einem Lesekopf mit Leseverstärker verkörpert. In vielen Fällen hat ein derartiger Lesekopf eine differenzierende Wirkung, so dass ein Uebergang' zwischen den beiden Werten der Zustandsgrösse des Mediums eine Auswirkung hat, die sich beispielsweise annähernd als

t² f(t) = fo : (1 + ) wiedergeben lässt, wobei t die

to*² Zeit ist, to eine kennzeichnende Zeitgrösse, die durch die zusammenarbeitenden Eigenschaften des Mediums, der Uebertragungsgeschwindigkeit der Daten in bezug auf den

70985070735

PIIN. 8^07. 23.k.77-

Lfse/Eiiipfaugspunkt und der Lesemittel, wie des erwähnten Kopfes und des Verstärkers, be.'itiiiimt wird, fo ist hier eine Proportionalitätskonstante. Diese Signalform gelangt also an die Eingangskiemine 16. Wenn nunmehr die magnetischen Uebergänge mit einer Geschwindigkeit 1/T = i/kto (worin T also ihre minimale zeitliche Trennung ist), auftreten, wird das insgesamt an der Klemme 16 empfangene Signal als eine Summe einer Anzahl von Termen geschrieben werden können:

+ N s(t) = C a .f(t - nT).

n = -N Dabei ist a - +_ 1 oder = 0, abhängig vom Auftreten eines Zustandsübergangs in der einen oder anderen Richtung am betreffenden Punkt oder vom Fehlen eines solchen Zustandsübergangs. Die Uebergänge können bei ganzzahligen Vielfachen des Zeitintervalls T ab dem Punkt t = 0 auftreten. Die Summierung braucht nur über eine beschränkte Anzahl von Uebergangsimpulsen durch den Verschleierungseffekt des immer vorhandenen Rauschens zu erfolgen. Die früher erwähnte Grosse k gibt den ,gegenseitigen Abstand der einzelnen Uebergänge im Verhältnis zu ihrer . in der Zeit verbreiterten Wirkung an. Für einen Uebertragungsvorgang/Speichervorgang bei niedriger Dichte ist der Wert von k gross, beispielsweise grosser als 3· Bei hoher Dichte ist der Wert von k kleiner, beispielsweise nahe 1, so dass zwischen aufeinanderfolgenden Uebergängen

709850/0735

P]*. W. ο'107.

z'j.h. 77.

Interferenzerscheinungen auftreten. Auch Synibolintei ferenz kann dabei störend wirken. Es zeigt sich, dass der Einfluss derartiger Interferenz durch Benutzung eines Filters 17 beschränkt werden kann. Eine vorteilhafte VaIi 1 ist ein Filter mit einer Gesaintkurve an einem zuvor erwähnten Uebergang in der Zustandsgrösse gcniäss der Form: x(t) = — ^COS j^rt/T)

^-ht~/t

Hiermit \vird also das zeitabhängige Signal am Ausgang des Filters angegeben. Die Funktion ist durch einen Vorfaktor 4/T genormt. Fig. 8 zeigt die Filterkurve bei der Verwendung eines derartigen Filters. Horizontal ist t/T und vertikal der Wert von x(t) aufgetragen. Für t/T = 0 ist x(t) = k/lf , für t/T = 1/2:; 1; für t/T = 1 : h/3 Xj für t/T =2*2 ^stets - ° ^usw«> während die Amplituden * bei t/T =2, 3 ··· schnell kleiner werden. Die gegebene Filterkurve ist als Beispiel gemeint, während auch andere Kurven vorteilhaft sein können. Das Fijter kann als Transversalfilter verwirklicht werden. In ihrer Allgemeinheit sind Transversalfilter an sich bekannt. Eine vorteilhafte Ausführung ist der Einierkettenspeicher oder das Eiinerkettenschieberegister, das beispielsweise im Artikel von F.L.J.Sangster "The bucket-brigade delay line", Phil.Technical Review 21 (197O) Nr. h, S. 51 ff. beschrieben ist. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 5 eine Ausführung eines derartigen Eimerkettenspeichers als Transversalfilter.

709850/0735

23.4.77.

Die Sc])C^J Lung enthält fünf Transistoren 30 ... 34 und fünf Kondensatoren 35 ··· 39 mit je einer ersten Platte und einer oder zwei zweiten Kondensatorplatten. Die Steuer— leitungen 4 3 und 47 werden alternierend angesteuert, wodurch die damit verbundenen Transistoren leitend werden und ausserdem die damit verbundenen" Kondensatorplatten ihr Potential ändern. Dabei werden die Ladungen der Kondensatoren mit ungerader bzw. gerader Ordnungszahl um eine Stelle weitergeschoben. Die Elemente 30 und 35 bilden eine Eingangspufferstufe. Die Elemente 31, 32, 36, 37 bilden die erste Schieberegisterstufe. Die Kondensatoren 36 und haben neben den mit den Steuerleitungen 45 und 47 verbundenen zweiten Kondensatorplatten je eine weitere zweite Kondensatorplatte 41 bzw. 42, die mit der ersten bzw. der zweiten Summierungsleitung (48, 46) verbunden sind. Die relative Oberfläche der Platte 41 ist kleiner als die der Platte 42, wodurch ein (als solcher definierter) negativer Gewichtskoeffizient angesichts des Anschlusses mit den Summierungsleitungen entsteht. Die Elemente 331 34, und 39 bilden die zweite Schieberegisterstufe . Die relative Oberfläche der Platte 43 ist hier gerade grosser als die der Platte 44, wodurch ein positiver Gewichtskoeffizient angesichts des identischen Verbindungsmusters der zwei dargestellten Stufen entsteht. Weitere Stufen sind der Einfachheit halber nicht gezeichnet worden.

70985070735

23 Ji. 77.

In diesem Zusammenhang f;ibt Fig. 6 eine allgemeine Uebersicht über ej.n Transversalfilter, Es enthält einen Signaleingaiig ^9, sieben Schieberegisterstufen 50 ... 56, einen Signalausgang 57» sieben Gewich lungs el einen te 58 ··· 64 , einen Addierverstärker 65 und einen Signalausgang 66.

Die zu übertragenden zeitabhängigen Signale gelangen an den Eingang, werden dort abgetastet und unter der Steuerung eines nicht dargestellten Taktimpulssystems weitergeschoboii, bis sie in diesem Fall nach sieben Perioden des doppelten Taktimpulses zur möglichen weiteren Verwendung am Ausgang erscheinen. Jede Stufe ist mit einem symbolisch dargestellten Gewichtungselement 58 ... 64 versehen, von dem bei Fig. 5 (Kondensatorpaare 36/37, 38/39) ei" Ausführungsbeispiel gegeben ist. Die Ausgangssignale der Gewichtungselemente ' werden momentan oder getaktet im Addierverstärker 65 unter Beibehaltung der positiven/negativen Gewichtungsfaktoren summiert. Das auf diese Veise gebildete, gefilterte Signal erscheint zur weiteren Verwendung am Ausgang 66. Bei einer ungeraden Anzahl von Filterstufen sind die Gewichtungsfaktoren in bezug auf die mittlere Stufe des Schieberegisters symmetrisch. In diesem Zusammenhang gibt Fig. 7 eine Anzahl von Gewichtungsfaktoren für ein Schieberegister mit 19 Stufen. Von der Mitte ausgehend werden also Gewichtungsfaktoren allmählich kleiner, wobei jedoch periodisch Vorzeichenwechsel auftreten. Die Stufenanzahl

709850/0735

PHN. 8<ΊΟ7· 23.Ί.77.

wird aus Eru-ägungcn der Genauigkeit der Uebertragiang einersei ty und andererseits durch einen möglichst einfachen Aufbau und die Unmöglichkeit bestimmt, die Genauigkeit besser als den Pegel stets vorhandener Störungen zu machen. Durch das auf diese Weise beschriebene duobinäre oder Nyquist-Il-Filter wird die Form des aus dem Empfangskopf herrührenden Signals verbessert. Im Prinzip kann die Erfindung auch mit anderen Filterarten, anderen Filterkurven und anderen Schieberegisterstufenanzahlen benutzt werden.

So ist das Element 17 nach Fig. 3 näher erläutert.

In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 9 noch zur

weiteren Detaillierung eine Anzahl zeitabhängiger Signale bei der Verwendung eines Filters nach obiger Beschreibung. Die zweite Zeile zeigt den Verlauf der Werte der Zustands-. grösse als Beispiel. Die erste Zeile gibt die zugeordnete Bedeutung der Kodeelemente im Falle eines NRZ-1-Kodes an. Die Darstellung der logischen Symbole ist für optimale Deutlichkeit gewählt: die "Einer" stehen stets direkt über dem Zustandsübergang, zu dem sie gehören. Die dritte Zeile gibt die dem Verlauf der Zustandsgrösse gegebene Bedeutung der Kodeelemente bei einem NRZ-Kode an. Die vierte Zeile gibt das am Ausgang des Transversalfilters nach Fig. 5 gewonnene Signal an, wobei die Kurven die Ergebnisse an den einzelnen Uebergängen angeben. An der Stelle der vertikal gezeichneten gestrichelten Linien

709850/0735

ΡΗΝ.8ΊΟ7.

23.Ί.77-

wird das Ergebnis (das also die algebraische Summe der Gesamtergebnisse ist) abgefi^agt. Dieses Ergebnis kann die drei Werte +1, O, -1 haben, die auf der fünften Zeile angegeben sind. Dabei brauchen stets nur zwei mögliche Uebergänge beachtet zu werden, nämlich der Ucbergang direkt vor ( 1/2T) und direkt nach dem Abfragemonient, denn das Ergebnis war an den Zeitpunkten 3/2T, 5/2T usw. immer auf identische Weise gleich Null. In obiger Beschreibung sind weiter geringe zufällige zeitliche Verschiebungen ver— nachlässigt, so auch eine feste Verschiebung. Diese letztere bedeutet ja nur eine \'erschiebung der Zeitachse. Die Modulo-2-Anordiiung 18 nach Fig. 3 arbeitet jetzt als Zweiweg-Gleichrichter, wodurch die Signalwerte der sechsten Zeile in Fig. 9 entstehen. An sich sind Zweiweg- - Gleichrichter bekannt.

Das Ausgangssignal der Einheit 18 gelangt an ein Modulo-2-Addierelement 20, dem weiter das Ausgangssignal des gleichen Elements 20 zugeführt wird, nach dem es um eine Zeit eines einzigen Karialsymbols verzögert worden ist. Diese Verzögerungszeit wird durch das Verzögerungseiement 19 bewirkt. Das Element 20 liefert dabei das Signal auf der siebten Zeile in Fig. 9· Jede ankommende "1" bewirkt einen Wechsel im Ausgangssignal. Beim Vergleich zeigt es sich, dass damit die erste Zeile in Fig. 9 neu gebildet ist.

7098B0/0735

ΡΗΝ.8'ίΟ7. 23.^.77.

Eine weitere Möglichkeit ist folgende. Die Informationen der ersten Zeile in Fig. 9 gelangen an ein Moclulo-2-Addierelement, dem weiter sein um ein Kanalsymbol verzögertes Ausgangssignal zugeführt wird. Dies ergibt die dritte Zeile in Fig. 9 und wird als NRZ-Kode kodiert ausgesandt bzw. gespeichert. In diesem Fall werden direkt die Informationen der ersten Zeile in Fig. 9 am Ausgang der Einheit 18 zurückgewonnen und können die Einheiten 19/20 weggelassen werden.

Das Ausgangssignal der Einheit 20 gelangt veiter an einen Taktimpulsextraktor 21,· der beispielsweise einen Schwingkreis enthalten kann, der auf die Wiederholungsfrequenz der Kanalsymbole durch die von ihm selbst empfangene Signalimpulsreihe nachstellbar ist. In einem - Operationszyklus der Anordnung nach Fig. 3 treten jeweils zehn Kanalsymbole auf. Genau so viele Taktimpulse sendet der Taktimpulsgenerator 22 über die Leitung 23A zum Adressen-Register Zh (wobei also das zuerst ankommende Trennungsbit am Ende dieses als Schieberegister ausgeführten Adressenregisters verloren geht). Nach dem zehnten Taktimpuls ist eine vollständige Adresse vorhanden und aktiviert über ein Signal auf der Leitung 23 den Dekoder, der darauf die neun Adressenbits in einen 1-aus-256-Kode umsetzt. Die neun Adressenbits enthalten damit eine Redundanz. Es ist möglich, diese Redundanz derart einzuführen,

70985070731

PFN. 8':

dass sich ein 1-aus-512-Kode bildet, während dabei an den "ungültigen" Wortstellen ein Fehlersignal gespeichert ist (beispielsweise ein Wort von aussehliesslich Nullen oder eine "1" an einer belegten zusätzlichen Bitstelle pro Wort). Das auf diese Weise adressierte Wort wird gelesen und unter Mitaktivierung der Leseverstärkeranordnung 27 über die Leitung 23 im Datenregister 28 gespeichert. Eine Fehlerdetektoranordnung ist nicht angegeben, aber kann bei der Detektion des bereits erwähnten Fehlersignals ein Aktivierungssignal zum Taktinipulsgenerator 22 weiterleiten, der darauf die Trennung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Operationszyklen um ein Kanalsymbol verzögert. Nach kurzer Zeit wird auf diese Weise eine geeignete Wortstelle des Festwertspeichers 26 adressiert. Der Taktinipulsgenerator gibt 'nunmehr pro Operationszyklus stets acht In gleichem Abstand voneinander stehenden Taktimpulse ab, wodurch die ursprünglich am Eingang 2 in Fig. 1 dargestellte Information an der Ausgangsklenyne 29 sequentiell neu gebildet wird. Die Klemme 29 kann mit einer nicht dargestellten Datenverwendungsanordnung verbunden werden, beispielsweise mit einem Rechner. Das Register 28 kann auch derart aufgebaut werden, dass es die Information parallel abgibt, und kann weiter eine Pufferfunktion zur Speicherung einer Anzahl von Datenwörtern besitzen.

709850/0735

PHN. 8'·)07. 23.4.77.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass das Medium beispielsweise ein Scheibenspeicher sein kann. In diesem Fall ist es weiter möglich, dass die Quellen— anordnung 1 in Fig. 1 und die hier erwähnte Datenverwendungsanordnung gleich sind. Es können dabei eine Anzahl von Elementen aus den Fig. 1 und 3 -gemeinsam benutzt werden. Der Taktimpul sextraktoi· 21, der Taktgeber 22 und die Datenverwendungsaiiordnung können noch durch eine nicht dargestellte Synchronisationsverbindung miteinander verbunden sein.

709850/0735

Claims

pij-\. a Ίο?.

23.Ί.77. 1'ATF-NTAA⁷SVRTjECIIE 2721057

v\ . ) Anordnung zum TJebertragen der Information binärer Datenelemente über ein Medium bzw. zum Speichern dieser Informationen in einem Medium mittels einer zweiwertigen Zus tandsgrösse dieses Mediums, wobei die Datenelemente in einer Folge von Bitzellori an einem Eingang eines Köders empfangen werden und aus jeweils auffolgende Gruppen (Datenwörter) von rn Datenelementen formbar sind, um daraus mit Hilfe des Köders eine jeweilige, einem Datenwort entsprechende Gruppe von n_ Kodeelementen (Kodewort) in einer Folge von Kanal Symbolen zu bilden, wobei der Wert von n_ grosser als der Wert von m ist und wobei in einem Kodewort die Anzahl aufeinanderfolgender Kodeelemente, die keinen Zustandsübergang bedeutet, stets kleiner ist als eine Obergrenze niedriger als der Wert von n_, sowie zum Rückgewinnen der Information der binären Datenelemente aus der Zus tandsgrösse, dadurch gekennzeichnet, dciss der Ausgang des Köders mit einem Eingang eines Verschlüsslers zur jeweiligen Trennung auffolgender Kodewörter durch eine Anzahl von _j Kodeelementen verbunden ist, von welchen J^ Kodeelementen mindestens eines einen Zustandsübergang bedeutet, und dass ein Ausgang des Verschlüsslers mit einem Eingang des Mediums über einen Modulator verbunden ist, der eine nicht nach Null zurückkehrende Modulation der Zustandsgrösse steuert, und dass zur Rückgewinnung an den

ORIGINAL INSPECTED 7098S07 0735

I¹KN. 84 07· • 23.Ί.77.

dein Modulator entsprechenden Demodulator ein Entschlüssler zum Eliminieren der j_ zusätzlichen Kodeelemente pro Kodewort und ein Dekoder angeschlossen ist, der die rückgewoniieneii Datenelemente abgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator ein NKZ-Modulator ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator ein NRZ-1-Modulator ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von j_ - 1 ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass m = 8, dass jn = 9 und dass innerhalb eines Kodewortes die Höchstanzahl geschlossen auftretender Kodeelemente, ohne dass mindestens eines einen Uebergang in der erwähnten Zustandsgrösse bedeuten würde, gleich zwei ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5 ι dadurch gekennzeichnet, dass sich -die Gewichte der entsprechenden Elemente eines Kodewortes wie die Zahlen 1, 2, 4, 7, 13, 24, 44, 81 und 149 verhalten.
7. Anordnung nach einem der vorhei'gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rückgewinnung der Datenelemente dem Demodulator ein Filter vorgeschaltet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Empfang eines NRZ-modulierten Signals das Filter ein duobinäres Filter ist.

7098507073$

α 23.^.77.
9. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass beim Empfang eines NRZ-1-modulierten Signals das Filter eine Seriensclialtung aus einem duobinären Filter und einem um ein Kanalsymbol verzögernden ringgekoppelten Vorkoder enthält.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 91 dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des duobinären Filters ein Zweiweg-Gleichrichterelement enthalt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dekoder ein in einem Festwertspeicher gespeichertes und von Kodewörtern adressierbares Datenwörteralphabet enthält.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Köder ein in einem Festwertspeicher gespeichertes und von Datenwörtern adressierbares Kodewörteralphabet enthält.

13· Anordnung zum Uebertragen von Datenelementen über ein Medium bzw. zum Speichern von Datenelementen in einem Medium mit Hilfe einer zweiwertigen Zustandsgrösse dieses Mediums, welche Datenelemente in einer Aufeinanderfolge von Bitzellen an einem Dateneingang frei empfangbar sind, aus welchen empfangenen Datenelementen jeweils aufeinanderfolgende Gruppen (Datenwörter) von m Datenelementen formbar sind, um daraus von einer Koderanordnung jeweils eine einer Information entsprechende Gruppe von n_ Kodeelementen (Kodewort) in einer Aufeinanderfolge

70985070735

PHN. 8'407.

L 2-j.ii.77.

von Kanulsyiiibolun zu bilden, wobei dor Vert von rn grosser als doj' Wort von n_ ist, dadurch gekennzeichnet, dass πι = 2, dass _n = 31 dass in einem Kodevort ein vorausbes tinimtes Kodelenient mit gleicher Ordnung.srmmmer in allen Kodewörtern stets einen Uebergang in der erwähnten Zustandsgrösse bedeutet und als solches keine Information enthält, dass die beiden anderen Kodeelenion te in gleicher Reihenfolge den beiden Datenelementen des Datenwortes zugeordnet sind und bitweise die Information enthalten, und dass ein Ausgang des Köders mit einem Eingang des Mediums über einen Modulator verbunden ist, der eine nicht nach Null zurückkehrende Modulation der erwähnten Zustandsgrösse steuert.

7098B07073B