DE2721057C2 - Anordnung zum Übertragen digitaler Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Übertragen 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 werden und daraus jeweils aufeinanderfolgende Gruppen (Datenwörter) von m Datenelementen formbar sind, um daraus mit Hilfe des Köders eine jeweilige, einem Datenwort entsprechende Gruppe von π Kodeelementen (Kodewort) in einer Folge von Kanal-Symbolen zu bilden, wobei der Wert von η größer 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 Zustandsgröße. Das Medium kann ein magnetisierbares Band sein, das längs eines Lese- und/ oder Schreibkopfes antreibbar ist. Es kann sich auch um 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 entsprechende 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 Daten-

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elemente keine Beschränkungen auferlegt: jeder kann hohen Dichte der Datenfolge bei geringer Bandbreite

aus einem Signalpegel, dem möglichen Auftreten: eines durch Verwendung verhältnismäßig kurzer Kodewör-

Übergangs oder einer Impulsform bestimmter Richtung ter anzugeben,

bestehen, was bekannten Techniken entspricht . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

Die Kodeelemente treten in einer Folge von Kanal- 5 die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1

Symbolen auf. Dabei ist ein Kanalsymbol ein Zeitinter- angegebenen Merkmale.

vall mit fester Länge, in dem ein Zustandsübergang auf- Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß tritt oder nicht Hinsichtlich des Mediums ist es er- die Fortpflanzung von Speicherfehlern von Kodewort wünscht, in den Kanalsymbolstrom Taktimpulsdaten zu Kodewort zuverlässig vermieden wird. Derartige einzuschließen. Dafür ist eine getrennte Spur oder ein to Speicherfehler sind an sich beispielsweise unter dem getrennter Kanal nicht notwendig, die bzw. der auch Einfluß externer Störungen immer möglich. Ein weifeeingeschrieben/gelesen bzw. übertragen werden muß. rer Vorteil der Erfindung ist, daß die vorher erwähnten Dann wird die Detektionsgenauigkeit beim Lesen bzw. Filter zur Vermeidung von Interferenz zwischen bebeim Empfangen der Kodeelemente stark von der Ge- nachbarten Kanalsymbolen bei Einhaltung der dort ernauigkeit des zusätzlich in das Signal eingeschlossenen 15 wähnten Kodebeschränkung gut anwendbar sind.
Taktimpulses bestimmt Die nicht nach Null zurückkehrende Modulation er-

Um beim Lesen bzw. Empfangen ein zuverlässiges gibt zusätzlich eine vorteilhafte Speicherdichte. Es kann

Taktsignal durch eine dazu vorgesehene Anordnung sich dabei um eine NRZ- oder um eine NRZ-I-Modulawiederherstellen zu können, sind möglichst viele Über-..; tion handeln.

ginge je fester Anzahl von Kanalsymbolen einzuführen. 20 Es ist vorteilhaft, wenn j = 1 und wenn m - 8 ist, daß

Es ist bekannt, dazu der Anzahl aufeinanderfolgender π =9 ist und daß innerhalb eines Modewortes die

übergangsfreier Kanalsymbole eine Obergrea^.? zu ge- Höchstzahl geschlossener auftretender Kodeelemente

ben. Ein geeigneter Kode wird in der US-PS 36 41 525 gleich zwei ist, ohne daß mindestens eines davon einen

beschrieben. In der hier beschriebenen MNRZ-Kodie- Zustandsübergang bedeutet Dies ergibt den gleichen

rung werden vier Datenbits in fünf Kodebits umgesetzt 23 Wirkungsgrad (80%) wie beim früher genannten Sy-

wobei höchstens zwei übergangsfreie Kodeelemente stern unter Beibehaltung der früher erwähnten Vorteile

nacheinander auftreten dürfen. Beim Beginn und am der Erfindung.

Ende eines Kodewortes darf höchstens ein Übergangs- Es ist vorteilhaft, wenn sich die Gewichte der verfreies Kodeelement auftreten, und in diesem Fall gibt es schiedenen Elemente eines Kodewortes wie die Zahlen siebzehn mögliche Kodewörter. Es genügt, darauf Da- 30 1, 2, 4, 7, 13, 24, 44, 81, 149 verhalten. Dies ergibt eine tenwörter von vier Bits abzubilden, weil es dafür nur harmonische und einfach programmierbarer Abbildung sechszehn verschiedene Möglichkeiten gibt Das eine der Datenwörter.

zusätzliche Kodewort kann noch für einen Sonder- Es ist ferner zweckmäßig, daß bei der Rückgewinzweck belegt werdea Es werden also fünf Kodebits zum nung der Datenelemente dem Demodulator ein Filter Abbilden von vier Datenbits benötigt, und dieses Ver- 35 vorgeschaltet ist Die Übertragungs/Speicheranordhältnis 4 :5 wird als Wirkungsgrad definiert, der in die- nung bekommt so eine vorteilhafte Ergänzung,
sem Fall also 80% ist Die Kodewörter können weiter Beim Empfang eines NRZ-modulierten signals ist das unbeschränkt aneinandergereiht werden, weil auch da- Filter vorzugsweise ein duobinäres Filier, bei einem bei nie mehr als zwei übergangsfreie Kodeelemente auf- NRZ-I Signal außerdem ein über ein Kanalsymboi vereinanderfolgo könnea Selbstverständlich ist dies vor- 40 zögernder ringgekoppelter Vorkoder. In beiden Fällen teilhaft, weil dadurch nur eine einfache Steuerung benö- ist ah Zufügung eines Zweiweg-Gleichrichters vorteiltigt wird. Andererseits entsteht dadurch ein Nachteil, haft Eine derartige Zweiweg-Gleichrichtung ist an sich weil in der Empfangs/Leseanordnung nicht von vorn- bekannt aus der US-PS 33 37 864, wo jedoch keine Vorherein detektierbar ist in welcher Position die Trennung kodierung verwendet wird.

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wörtern gelegt' 45 Kodierung und Dekodierung erfolgen vorzugsweise werden muß. Wenn einmal diese Wc -!synchronisation unter Benutzung eines Festwertspeichers mit wahlfreiverloren gegangen ist kann sie erst berichtigt werden, em Zugriff (ROM).

nachdem ein Beginn oder ein Ende eines Kodewortes Eine andere erfindungsgemäßc Lösung der angege-

mit zwei aufeinanderfolgenden übergangsfreien Kode- benen Aufgabe, bei der der Köder möglichst aufgebaut

elementen detektiert und außerdem dabei die jetzt ent- 50 ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß m =2, daß η =3,

sprechende Position der Trennungspunkte gefunden daß in einem Kodewert ein vorausbestimmtes Kodeele-

worden ist. Dies kann einige· Zeit in Anspruch nehmen, ment mit gleicher Ordnungsnummer in allen Kodewör-

was für das bekannte Verfahren einen großen Nachteil tern stets einen Obergang in der erwähnten Zustands-

bedeutet grüße oedeutet und als solches keine Information ent-

Weiter wirft ein derartiger Kode Probleme auf, wenn 55 hält daß die beiden anderen Kodeelemente in gleicher eine hohe Bitdichte benutzt wird: dabei tritt nämlich Reihenfolge den beiden Datenelementen dei Daten-Interferenz zwischen benachbarten Kanalsymbolen auf. Wortes zugeordnet sind und dabei bitweise die Informa-In diesem Fall sind beim Empfangen bzw. beim Lesen tionen enthalten, und daß ein Ausgang des Köders mit der Daten geeignete Filter zur Vermeidung dieser Inter- einem Eingang des Mediums über einen Modulator verferenz erforderlich. Diese Notwendigkeit besteht insbe- 60 bunden ist der eine nicht nach Null zurückkehrende sondere, wenn differenzierend gelesen wird, wie z. B. bei Modulation der erwähnten Zustandsgröße steuert. Eine Datenspeicherung in einem magnetisierbaren Medium 1 :1-Übereinstimmung zwischen Datenelementen und der Fall ist Es stellt sich heraus, daß dabei die erwähnte datentragenden Kodeelementen vereinfacht selbstver-Einschränkung (nie mehr als zwei auffolgende über- ständlich den Köder beträchtlich. Durch Hineinfügen gangsfreie Kodeelemente) nicht eingehalten wird. Dies 65 eines Zusatz-Kodeele ments wird der Wirkungsgrad des gibt die Möglichkeit ernsthafter Fehler. Kodes gleich 2 :3, was nicht sehr niedrig ist Wenn ein

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System für Daten- einfacher Köder gewünscht ist, liefert dieser einfache

übertragung und/oder -speicherung mit einer möglichst Kode eine vorteilhafte Lösung.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt:

F i g. 1 eine Anordnung zum Speichern bzw. Aussenden von Datenelementen,

F i g. 2 eine Menge von Kodewörtern.

F i g. 3 eine andere Anordnung zum Lesen bzw. Empfangen von Datenelementen,

F i g. 4 eine Anzahl wichtiger Größen bei verschiedenen Längen von Datenwörtern und Kodewörtern,

F i g. 5 ein Beispiel eines bei der Erfindung zu verwendenden Eimerkettenspeichers,

F i g. 6 ein Beispiel eines bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zu verwendenden Filters,

F i g. 7 ein Beispiel von Filterkoeffizienten eines derartigen Filters,

F i g. 8 ein Beispiel einer Impulsantwort eines derartigen Filters,

F i g. 9 ein Beispiel zeitabhängiger Signale unter Verwendung eines derartigen Filters.

F i g. 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 4, einen Taktgeber 5, Taktimpulsleitungen 6, 7,11, einen Festwertspeicher 8, eine Leseverstärkeranordnung 9, ein Datenschieberegister 10, ein Komplementierwerk 12, einen Flipflop 13 und einen Vorkoder 14 sowie eine Datenklemme IS enthält

Der Taktgeber 5 liefert in regelmäßigen Zeitabständen Taktimpulse synchron mit der Darstellung von Datenelementen durch die Quellenanordnung 1. Signale auf der Leitung 6 steuern diese Synchronisation, wobei hier nicht weiter von wesentlicher Bedeutung ist welche der Einheiten 1 und 5 die Taktimpulse liefert bzw. von diesen gesteuert wird. Dies ist mit der zweiseitigen Pfeilrichtung auf der Verbindung 6 angegeben. Die angebotenen Datenbits werden seriell oder parallel Ober die gegebenenfalls mehrfache Verbindungs/Eingäfigssignalklemme 2 bis zu einer Gesamtzahl von m — 8 Datenbits pro Operationszyklus der Anordnung nach F i g. 1 dem Adressenregister zugeführt Unter der Steuerung eines Taktimpulses auf der Leitung 7 wird der Dekoder 4 einmal im erwähnten Operationszyklus aktiviert wodurch die acht Datenbits im Adressenregister 3 in einen l-aus-256-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 7 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 3,4,9,10 den Köder zum Umsetzen der Achtbit-Datenwörter in Neunbit-Kodewörter. Der Festwertspeicher 8 hat also eine Kapazität von mindestens 9x256=2354 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. Ober die Leitung 11 liefert der Taktgeber 5 Taktimpulse mit einheitlichen] Zwischenabstand bis zu insgesamt zehn pro Operationszyklus der Anordnung nach F i g. 1. Dadurch wird das Datenregisier IG in Serienscualrang rrni dein Flipflop 13 ab ein Schieberegister betrieben. Die Schiebeünpulse fallen selbstverständlich nicht störend mit den Leseimpulsen zusammen, so daß beim Auftreten eines Schiebeimpulses stets pro Zelle der Einheiten 10/13 ein ungestörtes Kodeelement vorhanden ist. Beim Auftreten des ersten, einem bestimmten Kodewort zugeordneten Schiebeimpulses auf der Leitung 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-Kodewörter aus dem Festwertspeicher 8 kön nen aufgebaut sein, daß nie mehr als zwei Kodeelemen te (1) direkt aufeinanderfolgen. Dafür wird weiter unten ein Umsetzungsalgorithmus gegeben. Dabei werden die Kodebits des Datenregisters 10 vom Komplementierwerk 12 verarbeitet, so daß »Nullen« in »Einsen« umge- setzt werden und umgekehrt. Dabei wird angenommen, daß ein im Festwertspeicher gespeichertes Kodeelement »1« ein übergangsfreies Element im Medium, ein Kodeelement »0« dagegen ein Element mit einem Übergang im Medium bedeutet. Ein derartiger Übergang tritt dabei beispielsweise beim Beginn eines derartigen Elements auf, wobei das Element selbst einen der erwähnten zwei Werte 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 zur weiteren Übertragung zugeführt Die im Festwertspeicher gespeicherten Elemente behalten selbstver- ständlich einen stationären Werten 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 14 gesandt der die Kodeelemente der Ausgangsklemme 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 Zu-Standsgröße 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-Übergang der Information.

b) Der NRZ-I-Kode, bei dem ein Übergang zwischen den beiden Werten der Zustandsgröße des Mediums eine logische »1« und ein Fehlen eines derartigen Übergangs eine logische »0« bedeutet Der Vorkoder kann eine Rückkopplungsschleife enthalten, die den weiter unten zu beschreibenden EIe- menten 19 und 20 nach F i g. 3 entspricht Wenn die Verzögerungszeit 1 Bitzelle beträgt, kann ein NPZ-I-Kode entstehen. Wenn die Verzögerungszeit (Element 19) zwei Bitzellen beträgt, kann ein NRZ-Kode entstehen. An der Ausgangsseite des Vorko-

ders 14 kann ein Übertragungsverstärker oder bei einem magnetisierbaren Medium ein Schreibverstärker vorgesehen sein, aber diese Elemente sind nicht 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 gebil- det werden. Einerseits arbeitet dies sehr schnell, weil die logische Tkfc eines betreffenden Netzwerkes beschränkt bleiben kann, beispielsweise 3 bis 5 Gatter-Verzögerungszeiten. Zum anderen wird dabei eine Viel-

zahl von Gattern mit sehr unregelmäßiger Struktur benötigt, so daß das Entwerfen (beispielsweise von einem Rechner) einer betreffenden integrierten Schaltung große Probleme gibt ui.d die Kontrolle derartiger Fehler schon genauso schwierig ist. Weiter können die Kodewörter (siehe weiter unten) auch arithmetisch durch eine Anzahl sequentieller Subtraktionsbearbeitungen gebildet W/ den. Diese ergibt einerseits die Verwirklichung von einer einfachen Schaltung, zum anderen ist durch das sequentielle Erzeugen der Kodebits nur eine langsame Wirkung erreicht. Letzteres wird irr. allgemeinen unüberwindliche Probleme mit sich bringen.

Fig. 2 gibt hier eine Übersicht über die möglichen Kodewörter von neun Elementen, wobei höchstens zwei Kodeelemente mit einem Wert »0« direkt in einem Kodewort geschlossen auftreten. Der Einfachheit halber sind die meisten Elemente »1« fortgelassen. Dabei sind die ersten 127 der wiedergegebenen Kodewörter

SSVm^tTl^oir'^t:^^ ti/ähronri Atf Atirrh .ζηίρσρΐιιπσ pntKnrp-

%»^j ..<«■■»·.,.,«. ........... ..._ .....— _,—_{o σ} —fachenden Kodewörter nicht aufgenommen sind. Die letzten 20 Kodewörter sind symmetrisch, so daß es 2 χ 127 + 20 = 274 Möglichkeiten gibt. Diese Anzahl ist größer als 256 (2⁸), so daß ein Datenwort von acht Bits auf einem derartigen Kodewort von 9 Bits eindeutig abgebildet werden kann. F.in Algorithmus für die Kodeumsetzung (d. h. also die Wahl der Kombination Kodewort-Datenwort) kann dadurch gefunden werden, daß den Kodeelementen nacheinander die Gewichte von 1,2,4,7,13,24,44,8 und 149 gegeben werden. Diese Zahlen, die einen Teil einer unendlichen Reihe {bj| bilden, haben die Eigenschaften, daß bi +b(i + l)+b(i +2)-b(i +3). Die Binärzahl 201 (11001001) 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 = ! geworden. Mit dem Kode können also die »Werte« von Null bis (149 + 81+24+13 + 4+ 2) = 273 dargestellt werden, bevor mehr als zwei aufeinanderfolgende »1« auftreten würden. Diese Kodes sind tatsächlich invertiert in Fig.2 dargestellt. Im Prinzip sind eine Vielzahl von Abbildungen von Achtbit-Datenwörtern auf Neunbit-Kodewörtern möglich.

Wie bereits erwähnt, werden die Kodewörter mit einem zusätzlichen Kodeelement auf bis zu zehn Kodebits ergänzt. Das zusätzliche Kodeelement bedeutet stets einen ZustandsObergang, und damit beschränkt sich die Variation im Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Übergangszeitpunkten. Insbesondere erstreckt sich die Bandbreite des Signals nicht bis zu Null, so daß u. a. systematische 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 ist also ein Wirkungsgrad von 80% erreicht In der Praxis erweist sich dies als ein vorteilhafter Prozentsatz. Zum anderen sind die Längen von Datenwörtern und Kodewörtern beschränkt, so daß beispielsweise der Umfang des Festwertspeichers 8 in F i g. 1 nicht sehr groß zu sein braucht Dabei werden die Kodewörter jeweils durch ein zusätzliches Kodeelement voneinander isoliert, wodurch die Möglichkeit der Fehlerfortpflanzung zwischen den verschiedenen Datenwörtepi äußerst klein geworden ist Es ist weiter möglich, zwischen jedem Kodewörterpaar zwei oder mehrere zusätzliche Kodeelemente einzufügen, beispielsweise durch Verdopplung des Flipflops Π Außerdem ist es möglich, andere Darstellungen zu -crwenden, beispielsweise 7 Datenbits auf 8 Kodebits. Dabei wird der Wirkungsgrad auf 7:(8+1)= ungefähr 78% beschränkt. Zum anderen ist die Darstellung beispielsweise von 10 Datenbits auf 11 Kodebits nicht möglich, weil dabei nur 927 Kodewörter bestehen. Die Darstellung 10/12 gibt

ίο den niedrigeren Wirkungsgrad von 10 :(12 + 1)«=77%. Dabei zeigt Fig.4 den Zusammenhang zwischen η gleich der Anzahl Kodebits, ρ gleich der Anzahl verschiedener Kodewörter, in denen höchstens zwei direkt aufeinanderfolgenden Kodeelemente »0« vorhanden sind, q gleich der größten Potenz von 2, die höchstens gleich p, m =*\d q und s =m :(n +1), was für einige vorteilhafte Kombinationen gilt. Es zeigt sich, daß die Darstellung für m =8 eine gute Ausbeute liefert, die nur für sehr lange Kodewörter etwas übertroffen werden kann: für π =17 is» beispielsweise ein Festwertspeicher von 6xlO⁵ Bits für eine Wirkungsgradverbesserung von 4% 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 F i g. 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 ²Iz unter Beibehaltung der übrigen vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung erreicht: beschränkte Bandbreite und Vermeidung von Fehlerfortpflanzung.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung zum Lesen bzw. Empfangen von Datenelementen nach der Erfindung. Die Station enthält eine Eingangsklemme 16, ein duobinäres Filter 17, eine Modulo-2-Anordnung 18, ein Verzögerungselement 19, ein Modulo-2-Addierelement 20, ein Taktimpulsextraktor 21, einen Taktimpuisgeber 22, eine Taktimpulsleituiig 23, 23/\, ein Adressenregister 24, c-inen Dekoder 25, einen Festwertspeicher 26, eine Leseverstärkeranordnung 27, ein Datenregister 28 und eine Datenausgangsklemme 29.

Zwischen den Klemmen 15 (Fig. 1) und 16 befindet sich das eigentliche datentragende Medium, also beispielsweise in einer Magnetschicht mit einerseits einem Schreibkopf und zugeordnetem Schreibverstärker und an der Leseseite bzw. Empfangsseite einem Lesekopf mit Leseverstärker verkörpert In vielen Fällen hat ein derartiger Lesekopf eine differenzierende Wirkung, so daß ein Übergang zwischen den beiden Werten der Zustandsgröße des Mediums eine Auswirkung hat die sich beispielsweise annähernd als

/W=Z₀:

wiedergeben läßt, wobei t die Zeit ist, to eine kennzeichnende Zeitgröße, die durch die zusammenarbeitenden

Eigenschaften des Mediums, der Übertragungsgeschwindigkeit der Daten in bezug auf den Lese/Empfangspunkt und der Lesemittel, wie des erwähnten Kopfes und des Verstärkers, bestimmt wird, /o ist hier eine Proportionalitätskonstante. Die Signalform gelangt also an die Eingangsklemme 16. Wenn nunmehr die magnetischen Übergänge mit einer Geschwindigkeit VT = i/kt ο (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 U)

a_n-/(t-nT).

η - -N

Dabei ist a„= ± ι oder =0, abhängig vom Auftreten eines Zustandsühergangs in der einen oder anderen Richtung am betreifenden Punkt oder vom Fehlen eines solchen Zustandsübergangs. Die Übergänge können bei ganzzahligen Vielfachen des Zeit.intervalls T ab dem Punkt f =0 auftreten. Die Summierung braucht nur über eine beschränkte Anzahl von Übergangsimpulsen durch den Verschleierungseffekt des immer vorhandenen Rauschens zu erfolgen. Die früher erwähnte Größe k gibt den gegenseitigen Abstand der einzelnen Übergänge im Verhältnis zu ihrer zeitlichen Verbreiterung an. Für eine.i Übertragungsvorgang/Speichervorgang bei niedriger Dichte ist der Wert von k groß, beispielsweise größer ais 3. Bei hoher Dichte ist der Wert von k kleiner, beispielsweise nahe 1, so daß zwischen aufeinanderfolgenden Übergängen Interferenzerscheinungen auftreten. Auch Symbolinterferenz kann dabei störend wirken. Es zeigt sich, daß der Einfluß derartiger Interferenz durch Benutzung eines Filters 17 beschränkt werden kann. Eine vorteilhafte Wahl ist ein Filter mit einer Impulsantwort an einem zuvor erwähnten Übergang in der Zustandsgröße gemäß der Form:

v/,1 4 cos ^X{t'~ π 1-

Hiermit wird also das zeitabhängige Signal am Ausgang des Filters angegeben. Die Funktion ist durch einen Vorfaktor 4/Or genormt F i g. 8 zeigt die Impulsantwort bei der Verwendung eines derartigen Filters. Horizontal ist t/T und vertikal der Wert von x(t) aufge-0

t-jj-c" F«r t/T =0

=4/~ für i/7* = 1/2 : 1·

■ \ :4/3λ·, für t/T= y ,y stets=0 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 Filter kann als Transversalfilter verwirklicht werden. In ihrer Allgemeinheit sind Transversalfilter an sich. Eine vorteilhafte Ausführung ist der Eimerkettenspeicher oder das Eimerkettenschieberegister, das beispielsweise im Artikel von F.L.J. Sangster »The bucket-brigade delay line«, Phil. Technical Review 31 (1970) Nr. 4, S. 51 ff. beschrieben ist In diesem Zusammenhang zeigt F i g. 5 eine Ausführung eines derartigen Eimerkettenspeichers als Transversalfilter.

Die Schaltung enthält fünf Transistoren 30... 34 und fünf Kondensatoren 35 ... 39 mit je einer ersten Platte und einer oder zwei zweiten Kondensatorplatten. Die Steuerleitungen 45 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 37 haben neben den mit den Steuerleitungen 45 und 47 verbundenen zweiten Kondensatorplatten je eine weitere zweite Konderisatorplatte 41 bzw. 42, die mit der erstes bzw. der zweiten Sumniierungsleitung (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 EIemente 33, 34, 38 und 39 bilden die zweite Schieberegisterstufe. Die relative Oberfläche der Platte 43 ist hier gerade größer als die der Platte 44, wodurch ein positiver Gewichtskoeffizient angesichts des identischen Verbindungsmusters der zwei dargestellten Stufen entsteht.

ίο Weitere Stufen sind der Einfachheit halber nicht gezeichnet worden.

In diesem Zusammenhang gibt F i g. 6 eine allgemeine Übersicht über ein Transversalfilter. Es enthält einen Signaleingang 49, sieben Schreiberegisterstufen 50 ...

56, einen Signalausgang 57, sieben Gewichtselemente 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 Taktimpuissystems weitergeschoben, bis sie in diesem Faii nach sieben Perioden des doppelten Taktimpulses zur möglichen weiteren Verwendung am Ausgang 57 erscheinen. Jede Stufe ist mit einem symbolisch dargestellten Gewichtungselement 58 ... 64 versehen, von dem bei Fig.5 (Kondensatorpaare 36/37, 38/39) ein Ausführungsbeispiel gegeben ist. Die Ausgangssignale der Gewichtungselemente werden momentan oder getaktet im Addierverstärker 65 unter Beibehaltung der positiven/ negativen Gewichtungsfaktoren summiert. Das auf diese Weise 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 F i g. 7 eine Anzahl von Gewichtungsfaktoren für ein Schieberegiser mit 19 Stufen. Von der Mitte ausgehend werden also Gewichtungsfaktoren allmählich kleiner, wobei jedoch

zahl wird aus Erwägungen der Genauigkeit der Übertragung einerseits und andererseits durch einen möglichst einfachen Aufbau und die Unmöglichkeit bestimmt, die Genauigkeit besser als den Pegel c.ets vorhandener Störungen zu machen. Durch das auf diese Weise beschriebene duobinäre oder Nyquist-II-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 F i g. 3 näher erläutert

so In diesem Zusammenhang zeigt F i g. 9 noch zur weiteren Darstellung eine Anzahl zeitabhängiger Signale bei der Verwendung eines Filters nach obiger Beschreibung. Die zweite Zeile zeigt den Verlauf der Werte der Zustandsgröße 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 Zustandsflbergang, zu dem sie gehören. Die dritte Zeile gibt die dem Verlauf der

eo Zustandsgröße gegebene Bedeutung der Kodeelemente bei einem NRZ-Kode an.

Die vierte Zeile gibt das am Ausgang des Transversalfilters nach F i g. 5 gewonnene Signal an, wobei die Kurven die Ergebnisse an den einzelnen Übergängen angeben. An der Stelle der vertikal gezeichneten gestrichel-ΐβ« Linien wird das Ergebnis (das also die algebraische Summe der Gesamtergebnisse ist) abgefragt Dieses Ergebnis kann die drei Werte +1,0,-1 haben, die auf der

fünften Zeile angegeben sind. Dabei brauchen stets nur zwei mögliche Übergänge beachtet zu werden, nämlich der Übergang direkt vor (1/27]) und direkt nach dem .',bfragemoment, denn das Ergebnis war an den Zeitpunkten 3/2Ti 5/27 usw. immer auf identische Weise gleich NuU. In obiger Beschreibung sind weiter geringe zufällige zeitliche Verschiebungen vernachlässigt, so auch eine feste Verschiebung. Diese letztere bedeutet ja nur eine Verschiebung der Zeitachse. Die Modulo-2-Anordnung 18 nach F i g. 3 arbeitet jetzt als Zweiweg-Gleichrichter, wodurch die Signalwerte der sechsten Zeile in F i g. 9 entstehen.

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 Kanalsymbols verzögert worden ist. Diese Verzögerungszeit wird durch das Verzögerungselement 19 bewirkt. Das Element 20 liefert dabei das Signal auf der siebten Zeile in F i g. 9. Jede ankommende »K bewirkt einen Wechsel im Ausgangssignal. Beim Vergleich zeigt es sich, daß damit die erste Zeile in F i g. 9 neu gebildet ist.

Eine weitere Möglichkeit ist folgende. Die Information der ersten Zeile in F i g. 9 gelangen an ein Modulo-2-Addierelement, dem weiter sein um ein Kanalsymbol verzögertes Ausgangssignai 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 F i g. 9 am Ausgang der Einheit 18 zurückgewonnen und könneu die Einheiten 19/20 weggelassen werden.

Das Ausgangssignal der Einheit 20 gelangt weiter 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 riänalsyrnbüic auf. Genau so viele Taktimpulse sendet der Taktimpulsgenerator 22 über die Leitung 23Λ zum Adressen-Register 24 (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 l-aus-256-Kode umsetzt. Die neun Adressenbits enthalten damit eine Redundanz. Es ist möglich, diese Redundanz derart einzuführen, daß sich ein l-aus-512-Kode bildet, während dabei an den »ungültigen« Wortstellen ein Fehlersignal gespeichert ist (beispielsweise ein Wort von ausschließlich 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 Taktimpulsgenerator 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 Taktimpulsgenerator gibt nunmehr pro Operationszyklus stets acht in gleichem Abstand voneinander stehenden Taktimpulse ab, wodurch die ursprünglich am Eingang 2 in F i g. 1 dargestellte Information an der Ausgangsklemme 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.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß f"as Medium beispielsweise ein Scheibenspeicher sein kann.

In diesem Fall ist es weiter möglich, daß die Quellenanordnung 1 in F i g. 1 und die hier erwähnte Datenverwendungsanordnung gleich sind. Es können dabei eine Anzahl von Elementen aus den F i g. 1 und 3 gemeinsam benutzt werden. Der Taktimpulsextraktor 21, der Taktgeber 22 und die Datenverwendungsanordnung können noch durch eine nicht dargestellte Synchronisationsverbindung miteinander verbunden sein.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Obertragen binärer Datenelemente über ein Medium bzw. zum Speichern solcher Datenelemente in einem Medium mittels einer zweiwertigen Zustandsgröße dieses Mediums, wobei die Datenelemente in einer Folge von Bitzellen an einem Eingang eines Köders empfangen werden und daraus jeweils aufeinanderfolgende Gruppen (Datenwörter) von m Datenelementen formbar sind, um daraus mit Hilfe des Köders eine jeweilige, einem Datenwort entsprechende Gruppe von η Kodeelementen (Kodewort) in einer Folge von Kanalsymbolen zu bilden, wobei der Wert von π größer 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 Zustandsgröße. dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Köders mit einem Eingang eines Verschlüßlers zur jeweiligen Trennung aufeinanderfolgender Kodewörter durch eine Anzahl von j Kodeelementen verbunden ist, von denen 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 Eliminiere;i der j zusätzlichen Kodeelemente pro Kodewort jnd ein Dekoder angeschlossen ist, der die rückgewor. ienen Datenelemente abgibt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator ein NRZ-Modulator ist

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Modulator ein NRZ-I-Modulator ist

4. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von./ = 1 ist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß m =8, daß /7=9 und daß innerhalb eines Kodewortes die Höchstanzahl geschlossen auftetender Kodeelemente, ohne daß mindestens eines einen Übergang in der erwähnten Zustandsgröße bedeuten würde, gleich zwei ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gewichte der entsprechenden Elemente eines KocSewortes wie die Zahlen 1,2,4,7, 13,24,44,8! und 149 verhalten.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden 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.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Empfang eines NRZ-I-modulierten Signals das Filter eine Serienschaltung aus einem duobinären Filter und einem um ein Kanalsymbol verzögernden ringgekoppelten Vorkoder enthält.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang des duobinären Filters ein Zweiweg-Gleichrichterelement enthält.

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 entM't

13. Anordnung zum Obertragen binärer Datenelemente über ein Medium bzw. zum Speichern solcher Datenelemente in einem Medium mittels einer zweiwertigen Zustandsgröße dieses Mediums, wobei die Datenelemente in einer Folge von Bitzellen an einem Eingang eines Köders empfangen wurden und daraus jeweils aufeinanderfolgenden Gruppen (Datenwörter) von /n Datenelementen formbar sind, um daraus mit Hilfe des Köders eine jeweilige, einem Datenwort entsprechende Gruppe von π Kodeelementen (Kodewort) in einer Folge von Kanalsymbolen zu bilden, wobei der Wert von π größer als der Wert von m ist, dadurch gekennzeichnet, daß m =2, daß π =3, daß in einem Kodewort ein vorausbestimmtes Kodelement mit gleicher Ordnungsnummer in allen Kodewörtern stets einen Übergang in der erwähnten Zustandsgröße bedeutet und als solches keine Informa.'^:on enthält, daß die beiden anderen Kodeelemente 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