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Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von auf einem
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Kanal unipolar übertragenen, digitalen Zeichen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorri ciltijng zur Erkennung: von auf einem Kanal
unipolar iibertragenen, digitalen Zeichen durch Priifung der empfangenen Signale
auf eine vorgebbare Signalschwelle hin, die die Grenze für die Zuordnung der Zeichen
zu der einen oder der anderen binären Konstanten darstellt.
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Digitale Zeichen, die als GleiChströme oder Gleichspannungen mit jeweils
zwei, den beiden logischen Konstanten zugeordneten Pegeln unipolar aiif einem Kanal
iibertragen werden, lassen sich auf der Empfangsseite durch Vergleich mit einer
bestimmten Schaltschwelle erkennen. Der eine der beiden Pegel entspricht dabei der
Spannung oder dem Strom null, während der andere Pegel entweder ein bestimmter positiver
Strom bzw.
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eine positive Spannung oder ein bestimmter negativer Strom bzw. eine
negative Spannung ist.
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Die Zeichen werden, insbesondere bei drahtgebundenen Kanälen, durch
Aufladung von Kapazitäten, durch Leitungsverluste und durch Leitungsinduktivitäten
verzerrt. Die Verzerrung hnngt auch von der Übertragungsrate ab. Bei zunehmender
Entfernung zwischen Sender und Empfänger und bei steigender U;bertragungsrate kann
die Verzerrung ein so großes Ausmaß annehmen, daß mit der Uberwachung der Schalt
schwelle Iceine einwandfreie Erkennung des übertragenen Zeichens mehr möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß eine sichere Erkennung
auch bei größeren Reichweiten und höhcrcn Übertragungsraten m<iglich ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalschwelle
an die Charakteristik des Kanals und an die Übertragungsrate der Zeichen durch eine
Mittelwertbildung fortlaufend angepaßt wird.
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Bei der Übertragung unipolarer Zeichen rufen die dem positiven bzw.
negativen Pegel zugordneten Binärwerte auf dem Kanal eine Gleichstrom- oder Gleichspannungskomponentetheroçr,
die umso größer ist, mehr Zeichen dieser Art nacheinander iibertragen werden. Die
Gleichspannujlgskomponente kann bei einer großen Zahl von Zeichen mit positiven
oder negativem Pegel praktisch diesen Pegel erreichen. Wenn nun z.n. ein Zeichen
mit dem Pegel null in einer längeren Folge von Zeichen mit positivem bzw. negativem
Pegel übertragen wird, sinkt der Pegel auf dem Kanal nur geringfiigig ab, so daß
die Schaltschwelle nicht unterschritten wird. Die Änderung des binären Werts wird
also nicht erkannt. Durch die Anpassung des Mittelwerts der Schaltschwelle an die
Kanalcharakteristik und die Übertragungsrate steigt die Schaltschwelle mit dem Anteil
der Gleichstromkomponente an. Aus den gleichen relativen Änderungen der. Pegel lassen
sich. deshalb eindeutig die binären Werte feststellen.
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Bei einer zweckmaßigen Ausfijhrungsform ist vorgesehen,- daß die Anpassung
durch Beeinflussung des Signals auf der Empfangsseite des Kanals mit einem auf die
Zeitkonstante des Kanals abgestimmten, aus den empfangenen Zeichenpegeln gewonnenen
verzögerten Signal erzielt wird. Die Zeichen steuern bei dieser Ausfiihrllng die
Schalt schwelle. Diese hängt dariiber hinaus von dem Ubergangsverhalten des Kanals
ab. Daher läßt sich auf einfache Weise eine Anpassung erzi eleii.
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Eine Anordnung zur Durchfiihrung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß eine Schwellwertschaltung, die eine Hysterese aufweist, mit einem
Differenzsignal beaufschlagt ist, das aus zwei mit ihren Eingängen gemcinsam an
den Kanal angeschlossenen Schaltungszweigen abgeleitet ist, von denen der erste
einen verzögerungsfreien oder nahezu verzögerungsfreien Verstärker mit einstellbarem
Verstärkungsgrad und der zweite ein Verzögerungsglied mit einem Verstärker aufweist,
dessen Verstärkungsgrad ebenfalls einstellbar ist. Der schaltungstechnische Aufwand
zur Erreichung einer adaptiven Anpassung ist bei dieser Anordnung gering.
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Vorzugsweise wird ein Verzögerungsglied von erster Ordning verwendet.
Es hat sich gezeigt, daß dieses Verzögerungsglied bei der Mehrzahl der Leitungen
fiir eine gute Anpassung ausreicht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Zeitdiagramm des Verlaufs von auf der Sender
seite auf einen Kanal übertragenen Zeichen, Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Verlaufs
der auf der Emp fangsseite ankommenden Zeichen gemäß Fig. 1 und des Verlaufs der
Schaltschwelle,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm der empfangenen Zeichen
nach der Erkennung gemaß der in Fig. 2 dargestellten Schaltschwelle, Fig. 4 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zur adaptiven Anpassung der Schaltschwelle an die
Kanalcharakteristik und die Übertragungsrate.
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In den Fig. l bis 3 ist in Ordinatenrichtung jeweils der Strom-bzw.
Spannungspegel und in Abszissenrichtung die Zeit t eingetragen. uebertragen werden
auf einem Kanal 1, dessen Ende in Fig. 4 dargestellt ist, binär digitale Zeichen,
die z.B.
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aus -Gleichstr<men bestehen. Ilierbei soll dem Pegel A eine binäre
"1" und dem Pegel null eine binäre "O" zugeordnet sein.
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Im Ruhezustand, d.h. wenn auf der Leistung 1 keine Zeichen übertragen
werden liegt eine Schaltschwelle S vor, die so eingestellt ist, daß sie größer als
die halbe Amplitude eines binären "l"-Zeichens ist, das nach einer langen Reihe
von binären "O"-Zeichen auf der Empfangsseite eintrifft. Zum Zeitpunkt t1 wird ein
erstes bintres "1"-Zeichen Z1 gesendet, das zum Zeitpunkt t2 beendet ist. Hieran
schließt sich ein "0"-Zeichen ZO an, das zum Zeitpunkt t3 beendet ist. Danach beginnt
wieder ein Zeichen Zi. Die Zeitdauer der Zeichen Zi und ZO ist gleich lang. Vom
Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt t4 3 werden drci Zeichen ausgesendet. iiierauf folgen
zwei Zeichen ZO, deren Aussendung zum Zeitpunkt Z5 endet. Es schließt sich das Aussenden
von sechs Zeichen Zi bis ziim Zeitpunkt t6 an,
auf den ein Zeichen
ZO folgt, nach dessen Ende zum Zeitpunkt t7 erneut mehrere Zeichen Zi gesendet werden.
Auf der Sendeseite haben die Zeichen ZO und Zi Rechteckformen.
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Diese Zeichen werden beim Durchlaufen des Kanals l aufgrund der Kanalimpedanz
verzerrt, d,h. Anstiegs- und Abfallflanken der Rechtecksignale erden verzerrt. Auf
der Empfangsseite beginnt das Signal Z1 beispielsweise von dem Zeitpunkt t1 ab nach
einer Exponentialfunktion zu steigen und erreicht zum Zeitpunkt t2 seine Amplitude
2. Obwohl nach dem Zeitpunkt t2 auf der Sendeseite der Pegel 0 herrscht, sinkt der
Pegel auf der Empfangsseite langsam gegen den Wert null hin ab. Zum Zeitpunkt t3
steigt der Pegel auf der Empfangsseite infolge des Signals Zi wiederum an. Da nacheinander
drei Signale Z1 gesendet werden, tritt zum Zeitpunkt t4 eine höhere Amplitude 3
auf als zum Zeitpunkt t Während des Aussendens der beiden Signale ZO nach dem Zeitpunkt
t4 fällt der Pegel an der Empfangsseite bis zum Zeitpunkt t5 ab, jedoch nicht bis
auf den Wert null. Bei der nachfolgenden Aussendung von sechs Signalen Zl nimmt
der Pegel auf der Empfangsseite-bis zum Wert 3 zu, der nahezu der Amplitude A entspricht.
Vom Zeitpunkt t6 bis t7 geht der Pegel während der Dauer eines Signals ZO auf den
Wert 4 zurück und steigt dann wiederum an.
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Die Schaltschwelle 5 wird ausgehend vom Wert S, der Kanalcharakteristik
und der Übertragungsrate der Zeichen Zi, ZO durch eine Mittelwertbildung angepaßt.
Mit dem ersten Zeichen Zl steigt die Schaltschwelle 5 an, erreicht zum Zeitpunkt
t2
ein erstes Maximum und fällt wieder ab. Der Anstieg ist flacher
als der Anstieg des Zeichens Zl auf der Empfangsseite.
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Auch der Abfall ist flacher. Vom Zeitpunkt t3 an beginnt wiederum
ein flacher Anstieg der Schaltschwelle 5, der bis zum Zeitpunkt t andauert. Danach
folgt ein Abfall,der der flacher als derjenige des Pegels auf der Empfangsseite
ist. Ein neuer, flacher Anstieg der Schalt schwelle 5 beginnt zum Zeitpunkt t5 bis
zum Zeitpunkt t6, dem ein flacher Abfall nachfolgt. An den Schnittpunkten der Schaltschwelle
5 mit dem Pegel auf der Empfangsseite'wird die Änderung des binären Werts des übertragenen
Zeichens festgestellt.Die Schnittpunkte liegen jeweils kurz nach den Zeitpunkten
ti, t2, t3, tell, t5, t6 und t7. Daher werden mit geringer Phasenverzögerung die
Zeichen Zi, ZO, 3xZl, 2xZO, 6xZi, ZO, Zi auf der Umpfängerseite wiedergewonnen.
Durch die Mittelwertbildung folgt die Schaltschwelle 5 den ansteigenden und abfallenden
Signalflanken, wobei die relative Änderung für die Zeichenunterscheidung ausgenutzt
wird.
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Die Schaltschwelle 5 wird durch ein Signale angepaßt, das mit einem
auf die Zeitkonstante des Kanals l abgestimmten, aus den empfangenen Zeichenpegeln
gewonnenen, verzögerten Signal erhalten wird.
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Das auf der Empfangsseite des Kanals 1 anstehende Signal wird einem
Verstärker 6 zugeführt der einen einstellbaren Verstärküngsgrad V6 hat. Der Verstärker
6 arbeitet nahezu verzögerungsfrei
und speist eine Summierstelle
7, der ein weiteres Signal aus einem Verzögerungsglied 8 zugeführt wird, deren Eingang
ebenfalls von dem an der Empfangsseite des Kanals l anstehenden Signal beaufschlagt
wird. Das Signal des Verzögerungsglieds 8 wird vom Signal des Verstärkers 6 subtrahiert.
Auch das Verzögerungsglied 8 ist mit einem nicht näher dangestellten Verstärker
ausgestattet, der den Verstärkungsgrad V8 hat. Mit den Verstärkern werden die ohmschen
Leitngsverluste ausgeglichen. Außerdem bestimmen die unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren
den Unterschied des Differenzsignals am Summierpunkt 7, d.h. denjenigen Teil des
Signalverlaufsf,der in eine nachgeschalteten Komparator 9 überwacht wird. Der Komparator
9 kann ein üblicher Trigger mit einer Hysterese sein.
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Die Ausgänge der Elemente 6 und 7 können auch je an einen Eingang
eines Differenzverstärkers angelegt sein, der durch eine entsprechende Riickkopplung
Triggerverhalten hat. Hierbei speist der Verstärker 6 den nichtinvertierenden Differenzverstärkereingang.
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Bei dem Verzögerungsglied handelt es sich vorzugsweise um ein solches
erster Ordnung, da hierdurch mit ausreichender Genauigkeit die Anpassung erfolgen
kann. Das Verzögerungsglied 8 vermindert den an der Empfangsseite verfügbaren Pegel
um einen, an die Kanalcharakteristik angepaßten und von der Übertragungsrate abhängigen
Wert. ilierdurch ergibt sich in Verbindung mit dem Komparator 9 der fiir die Mittelwertbildung
erwünschte abgeflachte Verlauf der Schaltschwelle 5.
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Durch diese adaptive Anpassung ist es wöglich bei einwandfreier Zeichenerkennung,
einerseits die Übertragungsrate zu erhöhen und andererseits die Entfernung zwischen
Sender und Empfänger gegenüber den bisherigen Übertragungsanordnungen zu vergrößern.