DE3882185T2 - Verfahren zur digitalen signaluebertragung und empfaenger zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen digitaler Signale und einem Empfänger zur Verwendung mit solch einem Verfahren, insbesondere, aber nicht ausschließlich, anwendbar auf die Übertragung von digitalen Videosignalen über ein passives optisches Netzwerk.
• CATV-Systeme haben, bis heute, analoge Übertragungsschemen benutzt, weil die Kosten von digitaler Ausrüstung und die zur Übertragung erforderte Bandbreite hoch sind, aber die Verwendung von den digitalen Techniken beim Fernsehempfängerentwurf wächst an mit a/d-Umwandlung am Eingang zu einer einzelnen integrierten Digitalverarbeitungsschaltung. Digitale Codiereinrichtungen werden jetzt verfügbar, die das Potential für eine wenig kostende Implementierung haben, und die eine Bildqualität bereitstellen, die man günstig mit "Off-Air"-Empfang vergleichen kann. Unter den Gewinnen von digitaler Übertragung für die Benutzer sind garantierte Bilderqualität, die Möglichkeit von Hinzufügen neuer Dienste zu den Empfängern, die mit fortschrittlicherer digitaler Signalverarbeitung ausgerüstet sind, die Beseitigung der Erfordernis nach a/d-Umwandlung. Bis jetzt wurde die extensive Verwendung von digitaler Übertragung beschränkt durch Bandbreiten und Kostenzwänge des Kupfernetzwerkes. Jedoch kommen neue, wenig kostende optische Übertragungsnetzwerke heraus, die erlauben, daß eine Mischung von Diensten bereitgestellt wird durch Zeitbereich- oder Wellenlängenbereichmultiplexen (TDM oder WDM) auf einer sich entwickelnden Grundlage. Die Geschwindigkeitsbeschränkung der elektronischen Komponenten, die mit dem Netzwerk verbunden sind, eher als das Netzwerk selbst, ist jetzt der beschränkende Faktor bei der digitalen Kanalkapazität pro Wellenlänge. Neuere Artikel, betitelt "Single mode optical networks", von Payne D.B. und Stern J.R. Proc. Globecom'85 und "Technical Options for Single Mode Local Loops - TDM or WDM?" von Payne D.B. und Stern J.R., Proceedings of ECOC 1986, Barcelona haben die Verdienste von lokalen Netzwerken mit vielfachem Zugriff diskutiert, die auf passiven optischen Netzwerken basieren, die Leistungsteiler benutzen, um eine große Anzahl von Kunden zu bedienen. Diese umfassen die Möglichkeit von Breitbandübertragung auf einem einzelnen Träger und Verbessern durch Wellenteilungsmultiplexen (WDM). Während WDM eine Lösung für dieses Problem bereitstellen würde, scheint TDM attraktiver zu sein, weil nur ein einzelner Übertrager erfordert ist.
• Die passive, Vielfach-Zugriffs-Architektur hat eine Anzahl von operationellen Vorteilen wie in dem Artikel über die optischen Einmoden-Netzwerke, der oben genannt wurde, diskutiert wurde. Die Erfordernis nach Kabeln mit einer großen Anzahl von Fasern nahe dem Kopfende ist reduziert, sie ist zuverlässiger und einfacher zu warten als ein Netzwerk mit aktiven Schaltungs- und Aufspaltknoten, und es ist möglich, das Netzwerk zu verbessern, wenn Wellenlängenmultiplex-Komponenten verfügbar werden. Diese Netzwerke sind am kostensensitivsten bei dem Endanschluß und der Ausrüstung des Kunden, da die Kosten des Kopfendes von allen Benutzern gemeinsam geteilt werden. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Empfänger bereitzustellen zur Verwendung mit solch einem Verfahren, wobei Kunden auf eine große Anzahl von digitalen TV-Kanälen zugreifen können auf eine Weise, die die Kosten der Kundenausrüstung reduzieren kann durch Beseitigen der Erfordernis nach einem digitalen Schaltkreis, der bei der Multiplexrate arbeitet.
• US-Patentnr. 3,649,914 (Mildonian) offenbart Verwürfeln einer Vielzahl von digitalen Videosignalen, Multiplexen der verwurfelten Signale, Umwandeln der gemultiplexten Signale zu einem Vielpegelsignal und Übertragen des Vielpegelsignales über eine Mikrowellenradiorelaisübertragungseinrichtung. Die digitalen Signale werden in Empfängern über einen inversen Prozeß wiedergewonnen, bei dem ein Demultiplexer bei der Bitrate des übertragenen gemultiplexten Signales arbeiten muß. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Signalübertragung und einen Empfänger bereit zu stellen, bei dem das empfangene Signal bei der Kanalbitrate verarbeitet wird, wodurch die Verwendung eines Demultiplexers vermieden wird, der bei der Übertragungsbitrate arbeitet.
• Mildonian wendet Verwürfeln an, um im wesentlichen die ungewollte DC-Komponente in dem intern erzeugten Multipegelsignal zu eliminieren, und verwendet die gleiche verwürfelnde Folge für jedes digitale Signal. Demgemäß, nach Demultiplexen des empfangenen Signales, werden alle die Kanäle entwürfelt, um digitale Signale zu erzeugen, von denen die originalen analogen Formen abgeleitet werden.
• Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Signalübertragung und einen Empfänger bereitzustellen, bei dem ein Sicherheitsniveau zu einem oder allen der gemultiplexten Kanäle gegeben werden kann durch Verwürfeln vor der Übertragung, und bei denen die Kanalauswahl und das Entwürfeln automatisch von dem Empfänger ausgeführt werden.
• Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Empfänger bereitgestellt, der ein Zeitteilungs-Multiplexsignal empfängt, der zwei oder mehr Zeitteilungs-Multiplexkanäle von digitalen Signalen bei einer vorbestimmten Kanal-Bit-Rate aufweist, und zum selektiven Herausziehen eines Signales, das einen der beiden oder mehr Zeitteilungs-Multiplexkanäle der digitalen Signale bildet, wobei das Signal, das den einen Kanal bildet, verwürfelt wurde, bevor es das Multiplexsignal bildet, wobei eine vorbestimmte digitale Folge benutzt wurde, wobei der Empfänger eine Takteinrichtung aufweist, die angeordnet ist, um Taktimpulse bereitzustellen, die eine Taktimpuls-Wiederholungsrate haben, abhängig von einem Taktsteuerungssignal, und die anfänglich fast gleich der vorbestimmten Kanal-Bit-Rate ist, und eine digitale Folgenerzeugereinrichtung zum Bereitstellen eines Erzeugersignales, das kennzeichnend für die vorbestimmte digitale Folge bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate ist, und gekennzeichnet ist durch;
• eine erste Abtasteinrichtung, die angeordnet ist, um ein abgetastetes Signal bereitzustellen, das das empfangene Multiplexsignal ist, das bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate abgetastet wurde; und
• Sperreinrichtungen, die angeordnet sind, um einen entwürfelnden Prozeß auf dem abgetasteten Signal in Übereinstimmung mit dem Erzeugersignal durchzuführen und ein Ausgabesignal bereitzustellen, um in dem Ausgabesignal die Anwesenheit der bekannten Charakteristik zu erfassen, und um die Taktimpuls-Wiederholungsrate in Abhängigkeit von der Erfassung der bekannten Charakteristik zu steuern, wobei, bei Gebrauch, die Taktimpuls-Wiederholungsrate synchronisiert ist mit dem einen Zeitteilungs-Multiplexkanal.
• Das Verwürfeln und Entwürfeln geschieht vorzugsweise durch Exklusiv - oder -Verknüpfen mit den verwürfelnden und entwürfelnden Folgen, da dies dazu führt, ein ausgeglichenes Datensignal zu erzeugen. Die Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise in der Form einer Verzögerungs- Verriegelungs-Schleife, ist dermaßen angeordnet, daß, wenn es keine Korrelation zwischen dem abgetasteten und dem Erzeugersignal gibt, das erzeugte Taktsteuersignal die Taktimpuls-Wiederholungsrate dazu veranlaßt, leicht unterschiedlich von (sie kann darüber oder darunter sein) der Kanal-Bit-Rate zu sein. Es wird daher Schlupf zwischen dem empfangenen Multiplexkanalsignal und dem Erzeugersignal geben. Wenn das verwürfelte Kanalsignal mit der entwürfelnden Folge ausgerichtet wird, wird ein entwürfelter Videokanal ausgegeben. Zusätzliche Schaltung ist erforderlich, um die Anwesenheit dieses Videokanales zu erfassen, so daß die Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife geschlossen sein kann. Ein Verfahren, um dies zu erreichen, ist wie folgt.
• Der Videokanal enthält lange Zeichenketten von Nullen in den Zeilenaustastintervallen, und diese werden erfaßt durch Benutzen eines 8-Bit- ECL-Seriell-Parallel-Umwandlers mit verdrahteten "OR"-Ausgaben. Dies erzeugt eine logische "Null"-Ausgabe während dem Zeilenaustastintervall, wenn der Kanal vor der Übertragung durch eine Folge verwürfelt worden war, die der entwürfelnden Folge des Empfängers entspricht. Das entwürfelte Signal wird zu einer Schaltung eingespeist, die entworfen ist, um die Null-Pegelimpulse zu verlängern. Der Wechsel im Signalpegel, der auftritt, wenn diese Zeichenkette von entwürfelten Nullen erfaßt ist, wird integriert, wobei die Frequenz des VCO geändert wird, um eine Verzögerungs-Verriegelung bei der einkommenden Kanalrate zu geben.
• Die Sperr- bzw. Verriegelungseinrichtung weist eine Vergleichseinrichtung auf, die ein Ausgabesignal bereitstellt, das repräsentativ ist, für das mit dem abgetasteten Signal exklusiv-oder-verknüpfte Erzeugersignal, einen Signaldetektor; der gekoppelt ist, um das Ausgabesignal der Vergleichseinrichtung zu empfangen, und der angeordnet ist, um eine Ausgabe bereitzustellen, die eine Gleichstrom-Komponente hat, und eine mittelnde Einrichtung, die angeordnet ist, um das Taktsteuersignal bereitzustellen, so daß das Taktsteuersignal repräsentativ für das Zeitmittel der Gleichstrom-Komponente der Ausgabe des Signaldetektors ist. Es wird klar sein, daß die obige Erfindung mit logischen Einsen genauso betrieben werden kann wie mit logischen Nullen wie das Zahlenaustastsignal durch die Einbindung von Invertern an den geeigneten Stellen.
• Verzögerungs-Verriegelung tritt auf an der Kante des geeigneten Kanal- "Augen"-Muster in dem Multiplex, wo einkommende Datentransitionen einen geeigneten Referenzpunkt bereitstellen, so daß daher die endwürfelten Daten in der Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife anfällig für Fehler sind. Um einen fehlerfreien Betrieb des Videokanales zu erreichen, wird es bevorzugt, daß die Eingangsdaten auch von einem zweiten Flip-Flop vom D-Typ abgetastet werden, getaktet in dem Zentrum des "Augen"-Musters über eine T/2-Taktverzögerungsleitung. Diese Daten werden dann unabhängig entwürfelt unter Verwendung des lokal erzeugten PRBS.
• Bei Verwendung dieses Übertragungsverfahrens wird der Empfänger automatisch einen Kanal auswählen, der durch die gleiche Folge verwürfelt wurde wie von dem Folgenerzeuger in dem Empfänger erzeugt und er wird gleichzeitig automatisch die Taktimpuls-Wiederholungsrate relativ zu diesem Kanal einstellen, dadurch die Erfordernis für ein Taktwiedergewinnungssystem unabhängig von dem Entwürfler vermeidend.
• Der Demultiplexer wählt einen einzelnen Kanal aus unter Verwendung eines Abtasters, der mit einer Rate getaktet ist, die gleich zu der Kanalrate ist, und der zu ihr verriegelt ist durch die Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife. Ein Gewinn dieses Demultiplexverfahrens ist es, daß Taktwiedergewinnung und Zeitschlitzsynchronisation erreicht wird zu der Basisbandrate, was der ganzen Empfängerelektronik erlaubt, bei der gleichen Kanalrate zu arbeiten. Ein weiterer Gewinn ist, daß die gleiche Kanalauswahltechnik unabhängig von der Anzahl der Kanäle bis zu der Geschwindigkeitsbeschränkung des Abtasters arbeitet.
• Zweckmäßigerweise ist die digitale Folge bereitgestellt durch einen dafür vorgesehenen Pseudo-Zufallsfolgenerzeuger, obwohl alternative Verfahren angewandt werden können, z. B. Auslesen einer in einem EPROM gespeicherten Folge oder Erzeugen der Folge durch einen Computer für allgemeine Zwecke.
• Bevorzugt ist der Pseudo-Zufallsfolgenerzeuger ein Stromchiffrierer.
• Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Kommunikationsverfahren bereitgestellt, das aufweist Übertragen eines Zeitteilungs-Multiplexsignales, das zwei oder mehr Zeitteilungsmultiplexkanäle von digitalen Signalen aufweist, Verwürfeln vor der Übertragung des Signales, das zumindest einen der Kanäle bildet, wobei eine vorbestimmte digitale Folge benutzt wird, Empfangen des übertragenen Zeitteilungs- Multiplexsignales, Abtasten des empfangenen Multiplexsignales bei einer steuerbaren Taktimpuls-Wiederholungsrate, um ein abgetastetes Signal bereitzustellen, Erzeugen bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate eines entwürfelten Signales, das repräsentativ für die vorbestimmte digitale Folge ist, Durchführen eines Entwürfelungsprozesses auf das abgetastete Signal in Übereinstimmung mit dem entwürfelnden Signal, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, Steuern der Taktimpuls-Wiederholungsrate in Abhängigkeit von der Erfassung der bekannten Charakteristik, um die Taktimpuls-Wiederholungsrate zu synchronisieren mit dem einen Zeitteilungs-Multiplexkanal und Bereitstellen eines entwürfelten Signales.
• Vorzugsweise wird zumindest ein anderer der die Signale bildenden Kanäle in dem gemultiplexten Signal verwürfelt unter Benutzung einer jeweiligen vorbestimmten digitalen Folge, wobei die vorbestimmten digitalen Folgen unterschiedlich voneinander sind, und wobei das resultierende Zeitteilungs-Multiplexsignal zu einem oder mehreren Empfängern übertragen wird.
• Verschiedene Dienstprotokolle zwischen dem Übertrager und den Empfängern, zu welchen die gemultiplexten Kanäle übertragen werden, können errichtet werden. Bei einer Anordnung ist der Empfänger mit einer Einrichtung versehen, wodurch der Kunde die von dem Folgenerzeuger erzeugte Folge ändern kann. Dies kann leicht erreicht werden durch Bereitstellen eines Pseudo-Zufallsfolgenerzeugers (PRSG), dessen Ausgabe durch eine charakteristische Funktion bestimmt ist, die z.B. auf bekannte Weise durch Schalter festgelegt werden kann. Der Kunde kann dann einen oder mehrere der zu empfangenden Kanäle auswählen durch Festlegen der charakteristischen Funktion auf die des gewünschten Kanales. Durch Versehen des Kunden mit einer Einrichtung, um nur eine Untermenge der charakteristischen Funktionen der Kanäle an seinem Empfänger festzulegen, wird er nur in der Lage sein, einen Kanal aus der Untermenge der Kanäle auszuwählen. Der Bereitsteller der Signale zu dem Kunden kann die Verfügbarkeit der Kanäle zu solch einem Kunden ändern durch Auswählen, welche Kanäle mit den für einen einzelnen Kunden verfügbaren Folgen verwürfelt werden. Jeder Kunde kann eine feste, unveränderbare Menge von verfügbaren charakteristischen Funktionen haben, die unterschiedlich von einem anderen Kunden sind, dennoch können sie die gleichen Daten empfangen, wenn die Daten getrennt auf zwei getrennten Kanälen verwürfelt sind unter Verwendung zweier unterschiedlicher verwürfelnder Folgen.
• Ausführungsbeispiele von Empfängern und ein Verfahren zur Übertragung gemäß der vorliegenden Erfindung werden jetzt beschrieben werden, und zwar nur beispielhaft, mit Bezug auf die begleitende Zeichnung, in der
• Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Verzögerungs-Verriegelungs- Schleife zur Verwendung in einem Empfänger der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Verteilungsanordnung ist und ein Blockdiagramm eines Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt;
• Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm eines PRSG-Verwürflers ist, der geeignet zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 4 ein Blockdiagramm eines TV-Übertragungssystems ist, das den Empfänger von Fig. 2 benutzt;
• Fig 5 einen Teil eines 2,2-Gbit/s-gemultiplexten Signales zeigt;
• Fig 6 eine exemplarische Verteilungstopografie zeigt; und
• Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines Kopfendes ist.
• Bezüglich auf Fig. 1 weist eine Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife 2 einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 4 auf, der eine Takteinrichtung bildet, die Taktimpulssignale an einem Ausgang 6 bereitstellt, die ein konventionelles ECL-Flip-Flop 8 vom D-Typ taktet, das eine Abtasteinrichtung darstellt, und einen bekannten Stromchiffier-Pseudo-Zufallsfolgenerzeuger 10 (PRSG) von konventionellem Entwurf. Die binäre Pseudo-Zufallsfolge (PRBS), die von dem PRSG ausgegeben wird, stellt ein Erzeugersignal der vorliegenden Erfindung dar und ist abhängig von einer vorbestimmten charakteristischen Funktion, die durch die Schaltereingaben 12 (die eine festlegende Einrichtung der vorliegenden Erfindung darstellen) zu dem PRSG 10 dargestellt ist. Die PRBS kann über eine konventionelle Infrarot-Tastatur (nicht gezeigt) ausgewählt werden, wie sie bei TV-Sets und VCR's verwendet wird, und wird festgelegt, um der des Verwürflers zu entsprechen, der benutzt wird, um die Eingabedaten zu codieren. Ein gemultiplextes Datensignal, das von einem Übertrager (wie in Fig. 2 gezeigt) empfangen wurde, wird zu dem Flip-Flop 8 an seinem D-Eingang 14 eingegeben, das von seinem Q-Ausgang 16 ein abgetastetes Signal ausgibt, das bei der Rate abgetastet wurde, die durch den VCO 4 bestimmt wurde, der die Taktsignale bereitstellt. Ein Exklusiv-OR- (XOR)-Gatter 18 vergleicht das abgetastete Signal von dem Ausgang 16 des Flip-Flops und die Folge von dem PRSG 10, um ein NRZ-Videosignal an der Leitung 20 bereitzustellen. Die Ausgabe von Gatter 18 ist daher das mit dem abgetasteten Signal exclusive-OR-verknüpfte Erzeugersignal. Die Anwesenheit von Video wird erfaßt als von einer entwürfelten Zeichenkette von Nullen während dem Zeilenaustastintervall, wobei ein 8-Bit-ECL-Seriell-zu-Parallel-Umwandler mit verdrahteten OR-Ausgängen als ein Null-Detektor 25 verwendet wird. Impulse von dem Null-Detektor 25 werden über eine Impuls-Dehn-Schaltung 26 (der Nulldetektor 25 und die Impuls-Dehn-Schaltung 26 bilden zusammen einen Signaldetektor der vorliegenden Erfindung) zu einem Integrierer 22 gekoppelt, der an seinem Ausgang 24 ein elektrisches Signal bereitstellt, das repräsentativ für das Zeitmittel der Gleichstromkomponente des Ausgangssignales des Signaldetektors ist, und das das Taktsteuersignal bildet. Das XOR-Gatter 18, der Nulldetektor 25, die Impuls-Dehn-Schaltung 26 und der Integrierer 28 bilden zusammen eine Verriegelungseinrichtung bzw. Sperreinrichtung der vorliegenden Erfindung.
• Der VCO 4 ist angeordnet, um eine Anlauftaktrate nahe, aber nicht gleich, der der Bitrate von jedem einkommenden Kanal zu haben. Schlupf tritt daher zwischen dem empfangenen gemultiplexten Signal und der Ausgabe von dem PRSG 10 auf. Das XOR-Gatter 18 führt einen kontinuierlichen bitweisen Vergleich der Ausgaben von dem Flip-Flop 16 und dem PRSG 10 durch. Wenn diese Ausgaben die gleichen sind und in Phase sind, wird das NRZ-Video von dem XOR ausgegeben. Dies wird von 25, 26 und 22 erfaßt, um eine Ausgabe bereitzustellen, die das Taktsteuersignal bildet, was die Ausgabefrequenz des VCO 4 ändert, um Verriegeln der Taktrate zu der Kanalrate zu erreichen.
• Die PRSG-Ausgabe des Empfängers wird durch die Kanäle in dem empfangenen gemultiplexten Signal gleiten bis es zu diesem Kanal verriegelt, der durch die gleiche Folge verwürfelt wurde, wie sie von dem PRSG des Empfängers erzeugt wurde.
• Die Eingaben 12 zu dem PRSG sind angeordnet, um die charakteristische Funktion des PRSG 10 (und daher den zu entwürfelnden Kanal) auf eine bekannte Weise auszuwählen. Die PRSG-Folgen können klar durch andere Einrichtungen erzielt werden, z.B. durch Auslesen vom Folgen, die in permanenten oder flüchtigen Speichern gespeichert sind, möglicherweise unter Computersteuerung. Der entwürfelte Kanal kann über einen Ausgang 20 von dem XOR 18 erhalten werden, aber eine bevorzugte Anordnung zum verbesserten Empfang ist in Fig. 2 gezeigt und wird jetzt beschrieben werden.
• Bezüglich auf Fig. 2 umfaßt ein Empfänger 28 die Verzögerungs-Verriegelungs-Schleife 2 von Fig. 1 (den gleichen Elementen wurden die gleichen Bezugszeichen gegeben), der ein Multiplexsignal von einem Übertrager 29 über einen optischen Verteiler und einen optischen Detektor 31 empfängt. Es ist ein weiterer Abtaster 34, ein Exclusive-OR-Gatter 36 und ein Videodecoder 38 eingeschlossen, die durch einen verzögerten Takt und eine verzögerungsverriegelte Folge angetrieben werden. Bei normalen Operationen tritt Verzögerungs-Verriegelung an einer Kante des Eingangs-"Augen"-Musters auf, wo einkommende Datentransitionen einen geeigneten Referenzpunkt bereitstellen. Um niedrige Fehlerraten zu erhalten, ist das Taktsignal durch eine Verzögerung 32 um ein Intervall T/2 verzögert, um den zusätzlichen Abtaster 34 bei einer Zeit zu betreiben, die dem Augenblick der optimalen Signalamplitude entspricht. Dieses Signal wird dann entwürfelt durch das XOR 36 und decodiert durch den Videodecoder 38 mit konventionellen Mitteln.
• Der Empfänger war aufgebaut unter Verwendung konventioneller ECL 100k und ECL-III-IC's. Er kann einfach auf einen einzelnen Chip mit ungefähr 300 Logikelementen und einer 70 MHz Maximaltaktrate integriert werden. Die Vorhaltezeit des ECL-III-Flip-Flops ist < 300 ps, was ausreichend für 2,2 GBit/s Übertragungen ist.
• Zugriff auf andere transparente Kanäle kann erreicht werden durch Verwenden weiterer Abtaster; die über eine geeignete Taktverzögerung gespeist werden.
• Bezüglich jetzt auf Fig. 3 ist der 127-Bit-Strom-Chiffrier-PRSG 10 gezeigt, der zur Verwendung in einem Übertrager konfiguriert ist, um einen Kanal zu verwürfeln unter Verwendung von Standardelektronikkomponenten, der auch verwendet werden kann als der PRSG in dem Empfänger von Fig. 1.
• Bezüglich jetzt auf Fig. 4 weist ein TV-Übertragungssystem 39 acht Videoquellen 40 auf, z.B. eine TV-Kamera, wobei (nur eine davon ist zur Klarheit gezeigt) jeder getrennt von einem Videocodierer 42 codiert und verwürfelt durch einen Verwürfler 44 an dem Kopf des Übertragerendes eines TV-Übertragungssystemes ist. Die Videocodierer 42 geben eine serielle Übertragungsrate von 70 Mb/s. Videocodierer, die eine serielle Übertragungsrate von ungefähr 70 Mb/s geben, können erreicht werden durch Reduzieren der zusammengesetzten PAL-Signalbandbreite zu ungefähr 5 Mhz, Abtasten bei 11,2 Mhz und Verwenden von 6-Bit- Codewörtern. Ein Multiplexer 46 enthält einen Taktteiler; der eine synchrone Taktquelle für die Videocodierer 42 bereitstellt, und der die acht verwürfelten Videokanäle zu 2,2 GBd multiplext. Die gemultiplexten Kanäle werden durch modulieren der Ausgabe eines 1,55 um Lesers 48 übertragen, wobei das optische Signal in ein optisches Einmodenfaser 50 zur Vorwärtsübertragung zu einem transmissiven 64-Weg-Stern 52 in der Form von verschmolzenen bikonischen Kegelkupplern eingekoppelt wird.
• Der Übertrager des Anwenders codiert jeden Kanal vor dem Multiplexen, was ein Abweichen von der bis hierher normalen Leitungsübertragungspraxis ist, die ist einen einzelnen Leitungscodierer an dem Ausgang des Multiplexers zu verwenden. Nachteile solchen Einzelleitungs-Codierens sind, daß das Leitungscodieren nach dem Multiplexen (bei 8 x 70 Mb/s) schwierig ist, und daß das Leitungscodieren bei dem Kunden vor dem Demultiplexen durchgeführt werden muß, wobei beides auch teuer ist.
• Ein Leitungscodeschema das verwendet werden kann, ist die bekannte codierte Markeninversion (CMI). Dies ist ein Biphasencode, der einfach und billig zu implementieren ist. Ein Nachteil von CMI ist, daß es die Übertragungsrate verdoppelt, aber auf der anderen Seite hat das zusammengesetzte 1,12-GBd-Signal die gewünschten Eigenschaften, sowohl ausbalanciert zu sein als auch eine erzwungene maximale Lauflänge von 24 ähnlichen Elementen zu haben.
• Jeder Kunde der 64 möglichen bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel, von denen nur einer der Klarheit wegen gezeigt ist, empfängt die gemultiplexten Kanäle an einem optischen Detektor 54, dessen Ausgang zu einem Empfänger 28 gespeist ist, gezeigt in Fig. 2. Das entwürfelte Signal wird dann zu einem Videodecoder 56 übergeben, dessen Ausgabe einen Fernseher 58 antreibt.
• Eine ziemliche Einkopplungsleistung ist erforderlich, um eine Ausgangsfächerung zu einer großen Anzahl von Kunden bereitzustellen, und um Verluste bei der Übertragung zu berücksichtigern Halbleiterlaser sind verfügbar mit Einkopplungspegeln von 0 dBm bei 1,3 oder 1,5 um in Einmodenfasern. Eine Auffächerung zu Kunden kann bereitgestellt werden durch Verwenden verschmolzener bikonischer Kegelkoppler wie in dem Artikel, betitelt "Wavelength flattened fused couplers" von Mortimore D.B. Electronics Letters, 1985, Band 21, Nr. 17, S. 742-743, beschrieben ist. Dies könnte einzelne Anordnung in einem straßenseitigen Schaltschrank oder einem lokalen Verteilungspunkt sein, oder verteilt über das Netzwerk. Der vorgeschlagene Leistungshaushalt ist wie folgt-
• Einkopplungsleistung 0 dBm
• Faserverlust 5 dB
• Verlust eines 24 Weg-Leistungsteilers 20 dB
• Systemspanne 4 dB
• Empfängerempfindlichkeit -29 dBm
• Die erforderte Empfindlichkeit des Detektors 31 kann erreicht werden mit einem Germanium-APD, PIN-FET mit integrierendem Frontende, oder einem PIN-FET-Transimpedanzempfänger. Ein wenig kostender PIN- Bipolar-Empfänger wurde gefunden, um eine geeignete Empfindlichkeit zur Verwendung mit einem Acht-Weg-Aufteiler bereitzustellen.
• Fig. 5 zeigt einen 2,2-Gbit/s-Multiplex, der auf einem Realzeit-Oszilloskop mit einer Transitionszeit von ungefähr 350 ps gemessen wurde. Dies zeigt alle 32 Kanäle an und zeigt die beiden aktiven Kanäle mit offenen "Augen"-Mustern. Ein "Auge", das auf einem abtastenden Oszilloskop gemessen wurde hatte eine Transitionszeit von < 75 ps. Die Zeit, um das Verriegeln zu erreichen, wächst an im Verhältnis zu der Anzahl von gemultiplexten Kanälen. Dies war < 500 ms für das 2,2 Gbit/s-Multiplex.
• Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer Verteilungstopologie. Eine einzelne Faser 60 von der Vermittlung 62 weist ein Kopfende 64 auf, und ein Laserübertrager 66 speist eine Anzahl von Kunden über passive optische Aufteiler an den Schaltschrank- und Verteilungspunkt-(DP)- Positionen 68 bzw. 70. Jeder Kunde 72 empfängt ein Faser 74 (oder alternativ ein Koaxialkabel von einem DP 70 und, über dieses, eine TDM-Signalübertragung von der Vermittlung 62. Die Ausrüstung des Kunden greift auf die einzelnen Kanäle in dem TDM zu unter Verwendung des Verzögerungs-Verriegelungs-Schleifen-Kanalauswählers gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Bis zu 32 Kanäle können gemultiplext werden, um Dienst zu 32 Kunden auf solch einer Topologie innerhalb dem Leistungshaushalt und den Geschwindigkeitsbeschränkungen von existierenden Empfängern bereitzustellen. Somit können zwei DP's von einem einzelnen Faseraufteiler an dem Schaltschrank gespeist werden und jedem Kunden kann eine Zusammenstellung von Diensten angeboten werden, die von seinem eigenen vorauswählbaren Breitband-(68,736 MBit/s)-Kanal bis zu 32 getrennten Übertragungskanälen reicht. Eine der attraktiveren Optionen kann der Zugriff auf 16 Übertragungskanäle plus bis zu 16 Kanälen mit an dem Kopfende vorausgewähltem Material sein. Kanäle können reserviert werden zur Steuerung, zum Datentransfer, und für Hochqualitäts-Audiodienste. Im allgemeinen werden solche Kanäle keine Identifizierer wie die Leitungsaustastintervalle haben und müssen transparent für binäre Daten sein. Zugriff auf einen transparenten Kanal ist möglich durch Verwendung eines nichttransparenten Kanales als eine Referenz und seines zusätzlichen Abtasters und einem Taktverzögerungsset, um den erforderlichen Betrag, der zu diesem Kanal verriegelt werden soll, zu versetzen.
• Zufälliger Zugriff auf Kanäle kann verhindert werden durch den Entwurf der Entwürfler in der Ausrüstung des Kunden, die auf Zeitkanäle zugreifen, die einzigartige entwürfelnde Folgen verwenden. Um sicherzustellen, daß die Kunden nur autorisierte Kanäle entwürfeln, wird es notwendig sein für die betreibenden Gesellschaften die Kontrolle über die Schlüsselpolynome zu behalten.
• Fig. 7 zeigt im Detail ein Kopfende zum Übertragen von Kanälen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung, das N analoge Videoquellen 80 aufweist. Diese sind individuell codiert durch Videocodierer 82 durch Reduzieren der Bandbreite des zusammengesetzten PAL-Signales zu ungefähr 5 MHz, durch Abtasten bei 11,2 MHz und durch Verwenden von 6-Bit-Codeworten, um eine Kanalrate von 68,736 MHz zu ergeben. Jedes Zeilenaustastintervall in dem Videosignal ist codiert als eine Zeichenkette von 128 Nullen. Jeder Kanal wird dann mit seiner eigenen einzigartigen Folge durch Verwürfler 84 verwürfelt, was eine Kanalidentifikation bereitstellt. Die Kanäle werden dann zusammengemultiplext durch den Multiplexer 86, um eine Leitungsrate von N x 68,736 MHz zu ergeben. Kombinationen von Silizium und GaAs-Technologie wurden verwendet, um 4, 8, 16 und 32 Videokanäle bei 275, 550, 1100 und 2200 MHz bereitzustellen, um die Flexibilität des Empfängerentwurfs zu demonstrieren. Der Multiplexer, der bei N x 68,736 MHz betrieben wird, stellt eine Taktauffächerung zu jedem Kanal bei 68,736 MHz bereit.
• Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden als ein Video-Demultiplexer und -Entwürfler, der in der Lage ist zum Wiedergewinnen eines gekennzeichneten Videokanales von einem TDM, unbeachtet der Anzahl von vorhandenen Kanälen, bis zu der Grenze der Vorhaltezeit des Eingangs-Flip-Flops.
• Ein optisches Übertragungsnetzwerk ist von dem Anmelder entwickelt worden, über das acht Videokanäle übertragen wurden unter Verwendung von 1,12-GBd-synchronem Zeitteilungs-Multiplex (TDM). Ein einzelner Laser kann 64 Endstellen über passive optische Aufteiler über solch ein Netzwerk bedienen, das, wenn angewandt, mit einfacher Demodulationstechnik wenig kostende Videoverteilung bereitstellen sollte. Diese Technik öffnet Möglichkeiten für eine Anzahl neuer digitaler Videoverteilungssystemoptionen. Ein neuer Bereich von ganzdigitalen Videoempfängern kann anvisiert werden mit Kanalauswahl, die im Zeitbereich arbeitet, auf eine Weise analog zum konventionellen Frequenzbereich.
• Der oben spezifisch beschriebene Empfänger erfordert eine Zeichenkette von logischen Nullen in dem vorverwürfelten Kanal, um eine Verwürflerfolge in dem übertragenen Signal bereitzustellen, zu der der Empfänger phasenverriegeln kann. Dies tritt auf bei den Austastintervallen von pulscodemodulierten Videosignalen und daher ist die Erfindung anwendbar, aber nicht beschränkt, auf die Verwendung mit den Videokanälen. Wenn es erforderlich ist, Nicht-Videokanäle zu senden, die nicht das Äquivalente zu Austastintervallen haben, können diese Zeichenketten von Nullen haben, die vor Verwürfeln eingefügt wurden, oder auf sie kann als transparente Kanäle wie oben bemerkt zugegriffen werden.
• Eine Einrichtung kann bereitgestellt werden zum zeitweisen Setzen des Taktsteuersignales auf einen Wert, so daß der Takt in dem Empfänger gemacht wird, um von dem Kanal, zu dem er synchron ist, zu gleiten. Dies wird das Empfängerabtasten starten durch die verbleibenden Kanäle. Demgemäß, wenn der Kunde einen Empfänger mit einem unveränderbaren PRSG hat, kann er immer noch in verschiedene Kanäle abstimmen, wenn jeder mit einer entsprechenden Verwürflerfolge verwürfelt ist, wie er das Empfängerabtasten starten kann, und er wird fortfahren abzutasten, bis der Takt in Synchronismus mit dem nächsten geeignet verwürfelten Signal gebracht ist.
• Es wird geschätzt werden, daß das Sicherheitsniveau nicht hoch ist, da die entwürfelnde Folge notwendigerweise einen signifikanten Abschnitt des Kanalsignales bildet, um die Kanalauswahl zu erlauben. Dies wird kein Nachteil sein für Anwendungen, bei denen hohe Sicherheit kein Erfordernis ist.
• Der PRSG ist vorzugsweise ein Stromchiffrier-Folgeerzeuger, aber andere verwürfelnde Verfahren, bei denen die verwürfelte Folge auf dem verwürfelten Kanal auftritt, zu dem der Empfänger seine intern erzeugte Entwürflerfolge verriegeln kann, kann benutzt werden.
• Bei einer anderen Anordnung des Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der höhere Sicherheit erreicht wird, hat der Kanal eine Signalstruktur, die eine vorbestimmte Folge aufweist, wie von einem PRSG oder dem Auslesen eines geeigneten Speicherelementes erzeugt. Bei solch einem System hat der Empfänger einen zusätzlichen Abtaster und einen Entwürfler, der auf einem anderen Zeitschlitz über eine geeignete Taktverzögerung arbeitet. Der zusätzliche Entwürfler kann von dem selbstsynchronisierenden Typ sein und kann Primpolynome von hoher Ordnung benutzen Andere kombinierte Verwürflungs- und Codierschemen werden anvisiert, um noch höhere Sicherheitsniveaus zu geben, z.B. mit öffentlichem Schlüssel verschlüsselte Signale.
• Wenn der zu verwürfelnde Kanal große Komponenten von Zeichenketten von binären "1"en hat, wird die Verwürflerfolge als ein Komplement auftreten auf dem verwürfelten Kanal, wenn sie mit ihm Exclusive-OR- verknüpft ist. Ein Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eines, das Erzeugersignal oder das abgetastete Signal, zu dem XOR- Gatter invertiert ist, wird zu dem Kanal auf die oben beschriebene Weise verriegeln. Das entwürfelte Signal ist dann erhaltbar von einem weiteren XOR-Gatter, das separat das abgetastete Signal mit der Erzeugerfolge kombiniert.
• Zusätzlich zu der setzenden Einheit, die unter Steuerung eines Bedieners oder des Empfängers ist, kann die setzende Einheit durch Signale gesteuert werden, die von der Kopfendestation in einem der Kanäle gesandt wurden. Das empfangene Kanalsignal kann direkt verwendet werden oder nach Entwürfein in dem Falle, daß das Kopfende Verwürfeln durchgeführt hat.

Claims (16)

1. Empfänger (28) zum Empfangen eines Zeitteilungs-Multiplexsignales, der zwei oder mehr Zeitteilungs-Multiplexkanäle von digitalen Signalen bei einer vorbestimmten Kanalbitrate aufweist, und zum selektiven Herausziehen eines Signales, das einen der beiden oder mehr Zeitteilungs-Multiplexkanäle der digitalen Signale bildet, wobei das Signal, das den einen Kanal bildet, verwürfelt wurde, bevor es das Multiplexsignal bildet, wobei eine vorbestimmte digitale Folge benutzt wurde, wobei der Empfänger eine Takteinrichtung (4) aufweist, die angeordnet ist, um Taktimpulse bereitzustellen, die eine Taktimpuls-Wiederholungsrate haben, abhängig von einem Taktsteuersignal, und die anfänglich fast gleich der vorbestimmten Kanalbitrate ist, und eine digitale Folgenerzeugereinrichtung (10) zum Bereitstellen eines Erzeugersignales, das kennzeichnend für die vorbestimmte digitale Folge bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate ist, und gekennzeichnet ist durch:

eine erste Abtasteinrichtung (8), die angeordnet ist, um ein abgetastetes Signal bereitzustellen, das das empfangene Multiplexsignal ist, das bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate abgetastet wurde;

und Sperreinrichtungen (18, 22, 25, 26), die angeordnet sind, um einen entwürfelnden Prozeß auf dem abgetasteten Signal in Übereinstimmung mit dem Erzeugersigual durchzuführen und ein Ausgabesignal bereitzustellen, um in dem Ausgabesignal die Anwesenheit der bekannten Charakteristik zu erfassen, und um die Taktimpuls-Wiederholungsrate in Abhängigkeit von der Erfassung der bekannten Charakteristik zu steuern, wobei, bei Gebrauch, die Taktimpuls- Wiederholungsrate synchronisiert ist mit dem einen Zeitteilungs- Multiplexkanal.

2. Empfänger gemäß Anspruch 1, bei dem die Sperreinrichtung eine Vergleichseinrichtung (18) aufweist, die ein Ausgabesignal bereitstellt, das repräsentativ ist für das mit dem abgetasteten Signal exklusiv- oder-verknüpfte Erzeugersignal, einen Signaldetektor (25, 26), der gekoppelt ist, um das Ausgabesignal der Vergieichseinrichtung zu empfangen, und der angeordnet ist, um eine Ausgabe bereitzustellen, die eine Gleichstrom-Komponente hat, und eine mittelnde Einrichtung (22), die angeordnet ist, um das Taktsteuersignal bereitzustellen, so daß das Taktsteuersignal repräsentativ für das Zeitmittel der Gleichstrom-Komponente der Ausgabe des Signaldetektors (25, 26) ist.

3. Empfänger gemäß Anspruch 2, bei dem der Signaldetektor (25, 26) einen Logisch-Null-Detektor (25) aufweist.

4. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sperreinrichtung (25, 26) angeordnet ist, um die Zeilenaustastlücke eines Videokanales zu sperren.

5. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine zweite Abtasteinrichtung (32, 34) aufweist, die angeordnet ist, um ein Abtastsignal bereitzustellen, das das empfangene Multiplexsignal ist, das zu der Taktimpuls-Wiederholungsrate zu Zeiten, die bezüglich der ersten Abtasteinrichtung verzögert sind, abgetastet wurde.

6. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die digitale Folge bereitgestellt ist durch einen Pseudo-Zufallsfolgenerzeuger (10).

7. Empfänger gemäß Ansprnch 6, der eine Setzeinrichtug (12) aufweist, wobei die charakteristische Funktion des Pseudo-Zufallsfolgenerzeugers (10) gesetzt werden kann durch einen Bediener des Empfängers.

8. Empfänger gemäß Anspruch 7, bei dem die Setzeinrichtung (12) gesteuert ist durch das empfangene Multiplexsignal vor oder nach Entwürfeln.

9. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und weiterhin aufweisend einen selbst-synchronisierenden Entwürfler.

10. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum Deaktivieren der Sperreinrichtung aufweist, dadurch die Erzeugersignalausgabe veranlassend relativ zu dem empfangenen Multiplexsignal zu gleiten.

11. Empfänger gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen transparenten Kanalabtaster aufweist, der durch ein weiteres Taktsignal angetrieben wird, das zeitverzögert von den Taktimpulsen der Takteinrichtung ist.

12. Kommunikationsverfahren, das aufweist Übertragen eines Zeitteilungs-Multiplexsignales, das zwei oder mehr Zeitteilungs-Multiplexkanäle von digitalen Signalen aufweist, Verwürfeln vor der Übertragung des Signales, das zumindest einen der Kanäle bildet, wobei eine vorbestimmte digitale Folge benutzt wird, Empfangen des übertragenen Zeitteilungs-Multiplexsignales, und gekennzeichnet durch Abtasten des empfangenen Multiplexsignales bei einer steuerbaren Taktimpuls- Wiederholungsrate (6), um ein abgetastetes Signal (16) bereitzustellen, Erzeugen (10) bei der Taktimpuls-Wiederholungsrate eines entwürfelten Signales, das repräsentativ für die vorbestimmte digitale Folge ist, Durchführen eines Entwürfelungsprozesses (18, 36) auf das abgetastete Signal in Übereinstimmung mit dem entwürfelnden Signal, um ein Ausgabesignal (20) zu erzeugen, Erfassen (25) einer bekannten Charakteristik des Ausgabesignales, Steuern (22, 24, 26) der Taktimpuls-Wiederholungsrate in Abhängigkeit von der Erfassung der bekannten Charakteristik, um die Taktimpuls-Wiederholungsrate mit dem einen Zeitteilungs-Multiplexkanal zu synchronisieren, und Bereitstellen eines entwürfelten Signales.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Ausgabesignal das bereitgestellte entwürfelte Signal bildet.

14. Verfahren gemaß Anspruch 12, bei dem das entwürfelte Signal bereitgestellt wird durch weiteres Abtasten des empfangenen Multiplexsignales zu Zeiten, die verzögert sind bezüglich den Taktimpulsen, um ein weiteres abgetastetes Signal zu erzeugen, und Durchführen eines Entwürfelungsprozesses auf das weiter abgetastete Signal in Übereinstimmung mit einem weiteren verwürfelnden Signal, das das entsprechend verzögerte entwürfelnde Signal ist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die Verzögerung der weiteren Abtastzeiten im wesentlichen gleich der Hälfte der Periode der Taktimpuls-Wiederholungsrate ist.

16. Verfahren zum Übertragen eines digitalen Signales, bei dem ein digitales Signal verwürfelt wird, wobei eine vorbestimmte digitale Folge benutzt wird, und zeitteilungs-gemultiplext wird mit zumindest einem anderen digitalen Signal, das verwürfelt wurde unter Benutzung einer jeweiligen vorbestimmten digitalen Folge, wobei die vorbestimmten digitalen Folgen unterschiedlich voneinander sind, und wobei das resultierende Zeitteilungs-Multiplexsignal zu einem oder mehr Empfängern übertragen wird.