DE602005002766T2

DE602005002766T2 - Verfahren und Anordnung zum Abtasten von numerischen Daten in einer synchronen Übertragung mit Bewahren der binären Integrität

Info

Publication number: DE602005002766T2
Application number: DE602005002766T
Authority: DE
Inventors: Pierre Courant; Christophe Marron
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: EP1571531B1; US7444533B2; ES2294632T3; PL1571531T3; US20080144755A1; FR2867334A1; ATE375540T1; DE602005002766D1; EP1571531A1; FR2867334B1; US7509514B2; US20050198549A1

Description

Das kurzzeitige Verschwinden des die Daten begleitenden Taktgebersignals stellt im Fall einer synchronen Übertragung von digitalen Daten ein bedeutendes Problem dar.
Dieses Phänomen des Taktverlusts tritt insbesondere auf, wenn die Verbindung drahtlos in einer elektromagnetischen Umgebung hergestellt wird, die von anderen Emissionen gestört wird. Es kann auch bei anderen Verbindungstypen auftreten, zum Beispiel Drahtverbindungen, insbesondere als Folge von Phänomenen der Leitungskopplung.
Bei einer synchronen Übertragung führt der Verlust des Taktsignals im Allgemeinen zum Verlust der zugeordneten Daten sowie zur Anwendung eines Verfahrens der allgemeinen Resynchronisation der Ausstattungen, das oft lang ist. Zu häufige Verfahren der allgemeinen Resynchronisation haben zur Folge, den Übertragungsdurchsatz der Informationen beträchtlich zu verringern. Die in der vorliegenden Druckschrift beschriebene und beanspruchte Erfindung betrifft die Art, das von dem kurzzeitigen Verschwinden des die Daten begleitenden Taktsignals bei einer synchronen Übertragung gestellte Problem zu lösen. Sie hat zum Ziel, die Vorgänge der allgemeinen Resynchronisation zu wegzulassen oder zumindest so weit wie möglich zu beabstanden.
Im Rahmen einer synchronen Datenübertragung – nachfolgend wird zur Vereinfachung von einer synchronen Übertragung geredet – überträgt die Sendeausstattung gleichzeitig die Nutzdaten und ein Folgetaktgebersignal, das es der Empfangsausstattung ermöglicht, die Daten zufriedenstellend abzutasten und zu verarbeiten. Unter bestimmten Bedingungen kann das Folgetaktgebersignal aber stark gestört sein. Es kann ebenfalls vollständig verschwinden. Unter diesen Bedingungen verwendet die Empfängerausstattung im Allgemeinen ein lokal hergestelltes Ersatztaktgebersignal. Damit die Verbindung aufrechterhalten werden kann, muss das Ersatztaktgebersignal so nahe wie möglich dem fehlenden Folgetaktgebersignal sein. Auf diese Weise, und wenn der Taktgebersignalverlust kurz ist, tritt kein Verlust von Informationsbits auf. Beim erneuten Auftreten des von der Sendeausstattung gelieferten Folgetaktgebersignals verwendet die Empfangsausstattung erneut das Folgetaktgebersignal. Das Ersatztaktgebersignal wird im Allgemeinen vom Empfangselement der Empfangsausstattung synthetisiert, das das vorne liegende Element der Empfangskette ist. Der Ersatz des Taktgebersignals erfolgt oft automatisch, ohne dass die hinten angeordneten Elemente informiert werden.
In den günstigsten Ausführungsfällen ist das Ersatztaktgebersignal ein Taktgebersignal mit der gleichen Frequenz und der gleichen Stabilität wie das von der Sendeausstattung kommende Folgetaktgebersignal. Das Ersatztaktgebersignal kann außerdem bei einer vorhergehenden Initialisierung mit dem Folgetaktgebersignal synchronisiert worden sein, zum Beispiel beim Aufbau der Verbindung oder auch bei einem allgemeinen Resynchronisationsvorgang. Selbst in einem solchen Fall tritt aber im Lauf der Zeit eine Abweichung zwischen dem übertragenen Taktgebersignal und dem lokalen Taktgebersignal auf. Bei einem Verlust des Folgetaktgebersignals macht dieser Synchronisationsverlust die Abtastung der Daten durch das lokale Taktgebersignal unwirksam und führt schnell zum Verlust von Datenbits.
Der Verlust von Datenbits zerstört die Integrität der übertragenen Daten, was allgemein zum Verlust von ganzen Rahmen, sogar der gesamten übertragenen Mitteilung führt. Er führt notwendigerweise zur Anwendung einer Resynchronisationsprozedur, sobald das übertragene Taktgebersignal erneut von der Empfängerausstattung erfasst wird.
Das Phänomen wird natürlich verschlimmert, und der Integritätsverlust noch schneller, wenn das lokale Taktgebersignal eine geringere Präzision hat.
Eine Lösung, um dieses Problem des Synchronisationsverlusts zu lösen, besteht darin, ein Referenztaktgebersignal in die Sendeausstattung einzufügen und eine regelmäßige Synchronisation der Referenztaktgebersignale durchzuführen. Diese Lösung ist aber schwierig in die Praxis umzusetzen. Sie erfordert zum Beispiel die Verwendung von aus der Ferne resynchronisierbaren Ausstattungen und erweist sich als zeitaufwändig und wenig diskret.
Die Druckschrift EP-A-1 075 107 offenbart eine für einen synchronen Datenaustausch geeignete Schnittstelle, die eine lokale Zeitbasis verwendet, die dem Senden und dem Empfang von Daten gemeinsam ist. Gemäß dieser Druckschrift wird dieses Basistaktgebersignal verwendet, um das Abtasttaktgebersignal zu synthetisieren, das dazu dient, die auf dem Empfangskanal empfangenen Daten abzutasten. Das lokale Taktgebersignal CK mit einer Periode T wird verwendet, um N Taktgebersignale CK_n mit der gleichen Frequenz wie das lokale Taktgebersignal CK zu erzeugen, wobei jedes Taktgebersignal CK_n um nT/N bezüglich des Taktgebersignals CK verzögert ist. Folglich wird das Abtasttaktgebersignal der am Eingang empfangenen Daten erhalten, indem das am besten geeignete Taktgebersignal CK ausgewählt wird, um die empfangenen Daten abzutasten. Diese Auswahl erfolgt, indem permanent die relative Phasenverschiebung gemessen wird, die zwischen dem empfangenen Signal und dem laufenden Abtasttaktgebersignal existiert, und indem unter den N Taktgebersignalen CK_n in Abhängigkeit von der an den Daten durchgeführten Messung dasjenige ausgewählt wird, das mit den empfangenen Daten synchron ist, oder notfalls dasjenige, das die schwächste Phasenverschiebung hat.
Um dieses Problem des Synchronisationsverlusts zu lösen, das mit dem zufälligen Verlust eines Folgetaktgebersignals der Daten verbunden ist, besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus einem Verfahren, das den Ersatz des empfangenen Folgetaktgebersignals durch ein lokales Taktgebersignal erlaubt, das intern hergestellt und periodisch auf das Folgetaktgebersignal rückgestellt wird, wie im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung, die dieses Verfahren einsetzt, eine Vorrichtung, die im Anspruch 6 definiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil es zu ermöglichen, sich meist von dem übertragenen Taktgebersignal zu befreien und so die Verbindung weniger empfindlich für mögliche nicht erfassbare Frequenzabweichungen oder flüchtige Übertragungsverluste des Folgetaktgebersignals der Daten in der Verbindung zu machen. Außerdem wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall des vollständigen Verlusts des übertragenen Taktgebersignals während einer Zeit, die länger ist als die Rückstellungsperiode des lokalen Taktgebersignals, die Aufrechterhaltung der Integrität der Übertragung oder binären Integrität vorteilhafterweise während einer maximalen Zeitspanne gewährleistet, die nur durch die Präzision der Taktgebersignale bestimmt wird. Außerdem hat im Fall der Unterbrechung der Übertragung das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, die Resynchronisation des lokalen Taktgebersignals auf das übertragene Taktgebersignal bei der Wiederaufnahme der Übertragung zu vereinfachen.
Andere Ausführungsformen der Erfindung sind in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen spezifiziert.
Weitere Merkmale und Vorteile können aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, die sich auf die beiliegenden Figuren bezieht. Es zeigen:
1 den vereinfachten Schaltplan einer synchronisierten Datenübertragungskette,
2 ein Ablaufdiagramm, das den Begriff des binären Integritätsverlusts veranschaulicht,
3 ein Ablaufdiagramm, das das Prinzip der Taktgebersignalrückstellung veranschaulicht,
4 ein Ablaufdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht,
5 eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren anwendet.
Die von dem Schaltplan der 1 veranschaulichte Übertragungskette wird als Beispiel angegeben. Sie ermöglicht es, das von einem gestörtem Empfang des die Daten begleitenden Folgetaktgebersignals im Fall einer synchronen Übertragung von digitalen Daten erzeugte Problem deutlich zu machen. Allgemein verwendet eine Übertragungskette zwischen zwei Ausstattungen A und B die zwei Ausstattungen A und B, sowie den Ausbreitungskanal 11 der Daten zwischen A und B.
Dieser Kanal kann zum Beispiel aus einer bidirektionalen elektrischen Drahtverbindung oder auch aus einer Funkverbindung bestehen. Jede der Ausstattungen A oder B weist mehrere Untereinheiten auf: eine Untereinheit 12, die die Anpassung der Daten an den Übertragungskanal gewährleistet, eine Untereinheit 13, die die Konditionierung der Daten gewährleistet, und eine Untereinheit 14, die die Verarbeitung und die Auswertung der übertragenen Daten gewährleistet.
Die Untereinheit 12 gewährleistet die Anpassung der Daten an den Kanaltyp. Im Fall einer Funkübertragung kann diese Untereinheit zum Beispiel eine Modulations/Demodulations-Stufe und eine Sender/Empfänger-Stufe aufweisen. Im Fall einer Drahtverbindung kann diese Untereinheit aus einer Ausstattung vom Typ Modem bestehen.
Die Untereinheit 13 oder Codier/Decodier-Untereinheit gewährleistet die Konditionierung und die Dekonditionierung der Daten. Die Konditionierung der Daten besteht im Allgemeinen aus einem Codier- oder Signaturberechnungsvorgang, der zum Ziel hat, die Überwachung der Abwesenheit einer Veränderung der übertragenen Daten zu erlauben. Im Fall einer Übertragung von in Form von Rahmen zusammengefassten Daten oder von Mitteilungen, die einen Vorspann aufweisen, kann diese Untereinheit ebenfalls die Aufgabe haben, eine Trennung der Datengruppen beim Empfang durchzuführen. Hierzu muss sie in der Lage sein, die Daten korrekt abzutasten und eine ein Ganzes bildende Datengruppe zu identifizieren. Ebenfalls im Fall einer Übertragung von komprimierten oder verketteten digitalen Daten kann die Untereinheit zum Beispiel die Aufgabe haben, die Daten beim Empfang zu dekomprimieren oder zu trennen. Die so dekonditionierten Daten werden an das Endgerät übertragen, das ihre Verarbeitung und Auswertung gewährleistet.
Im Fall einer synchronen Datenübertragung weist der Übertragungskanal 11 zum Beispiel einen Pfad TXA zur Übertragung der Daten von der Ausstattung A zur Ausstattung B auf, begleitet von einem Pfad THA zur Übertragung des zugeordneten Folgetaktgebersignals. Symmetrisch dazu weist der Kanal ebenfalls einen Übertragungspfad TXB der Daten von der Ausstattung B zur Ausstattung A auf, begleitet von einem Übertragungspfad THB des zugeordneten Taktgebersignals.
In einer normalen Betriebsphase werden die von der Ausstattung A gesendeten Daten von der Ausstattung B empfangen und mittels eines Taktgebersignals abgetastet, das direkt von dem die Daten begleitenden Taktgebersignal H_A stammt. Bei einer Unterbrechung oder Verschlechterung des Pfads THA wird ein Versuch der Aufrechterhaltung des Betriebs der Übertragung durch Ersetzen des mangelhaften Taktgebersignals HA durch ein lokales Taktgebersignal HL durchgeführt. Dieses lokale Taktgebersignal hat die gleiche Nennfrequenz wie das normalerweise übertragene Taktgebersignal. Es wird zum Beispiel von der Untereinheit geliefert, Sender/Empfänger oder Modem, je nach dem, die die Anpassung der Daten an den Übertragungskanal gewährleistet. Es ist die Ausstattung, die in der Empfangskette am weitesten vorne liegt.
Das lokale Taktgebersignal HL wird automatisch als Ersatz für das mangelhafte Taktgebersignal HA an die Decodier-Untereinheit übertragen, die es verwendet, um die Formatierung der empfangenen Daten durchzuführen.
Dieser Ersatz eines Taktgebersignals hat zur Folge, zu einem Synchronisationsverlust zwischen den empfangenen Daten und dem Taktgebersignal zu führen, das zum Abtasten dieser Daten verwendet wird. Der Synchronisationsverlust äußert sich konkret in dem Verlust von Datenbits, der zum Beispiel zu einem Fehler bei der Decodierung der Daten führen kann. Ein Decodierfehler führt allgemein zum Verlust aller nachfolgenden Rahmen. Die desynchronisierte Übertragung wird dann unterbrochen, und eine Resynchronisationsprozedur muss angewendet werden.
Es ist anzumerken, dass im Fall eines Verlusts des die Daten begleitenden Taktgebersignals HA die Wirkungen des Synchronisationsverlusts zwischen dem lokalen Taktgebersignal und den übertragenen Daten sich umso schneller bemerkbar machen, wenn das lokale Taktgebersignal und das übertragene Taktgebersignal unterschiedliche Präzisionen und Frequenzstabilitäten haben.
2 veranschaulicht durch ein Ablaufdiagramm die Wirkungen, die durch den Ersatz des Daten DA begleitenden Taktgebersignals HA durch ein lokales Taktgebersignal HL beim Vorgang des Abtastens der Daten DA induziert werden. Die zwei Taktgebersignale, im Beispiel der Figur, das der Praxis entspricht, die Taktgebersignale HA und HL, haben die gleiche Nennfrequenz F₀. Dagegen weisen die zwei Taktgebersignale unterschiedliche Präzisionen und Stabilitäten auf. Die Präzisionsdifferenz zeigt sich in einer Frequenzdifferenz, während die Stabilitätsdifferenz sich, wenn man HA als Bezug nimmt, in einer relativen Veränderung der Frequenz von HL bezüglich der Frequenz von HA im Lauf der Zeit äußert. All dies äußert sich schließlich durch ein Gleiten der Position der Flanken des Taktgebersignals HL bezüglich der Position der Flanken von HA und durch eine Veränderung des Abtastzeitpunkts der Daten bezüglich des Zeitpunkts des Auftretens. Im Beispiel der 2 werden die Zeitpunkte des Auftretens der Daten durch die ansteigenden Flanken des Taktgebersignals HA angegeben. Die Abtastung der Daten wird ihrerseits in Zeitpunkten durchgeführt, die den abfallenden Flanken des Taktgebersignals HL entsprechen. Außerdem stellt das Beispiel der 2 eine Situation dar, in der das Taktgebersignal HL weniger stabil ist als das Taktgebersignal HA, wobei die Frequenz von HL zwischen den Zeitpunkten 21 und 22 höher ist als diejenige von HA, während sie nach dem Zeitpunkt 22 niedriger ist.
In einer normalen Betriebssituation, in der die Abtastung der Daten mit Hilfe des Taktgebersignals HA durchgeführt wird, ermöglicht eine Abtastung der Daten, die in den Zeitpunkten des Auftretendes der abfallenden Flanken von HA durchgeführt wird, eine systematisch korrekte Abtastung der Daten durchzuführen. Da die Abtastung in von den Phasen des Erstellens des Datenwerts entfernten Zeitpunkten durchgeführt wird, hat der abgetastete Datenwert dann nämlich einen stabilen Wert.
Dagegen wird im Fall von Störungen die zeitliche Position des Zeitpunkts der Abtastung bezüglich des Zeitpunkts der Erstellung des Datenwerts schwankend. Es treten dann Fälle auf, in denen die Abtastung in einem Zeitpunkt erfolgt, in dem ein Datenwert gerade erstellt wird. Das Ergebnis der Abtastung ist dann ungewiss und kann zu einem fehlerhaften Datenwert DA führen. Im Beispiel der 2 treten solche Zwischenfälle in den Zeitpunkten 23 und 24 auf. Im ersten Fall, in dem das Taktgebersignal HL eine höhere Frequenz als das Taktgebersignal HA hat, führt das relative Gleiten der Flanken der Taktgebersignale zur doppelten Abtastung des Datenwerts D₄. Im zweiten Fall hat das Taktgebersignal HL eine niedrigere Frequenz als das Taktgebersignal HA, und das Gleiten der Flanken führt zu einer nicht vorhandenen Abtastung des Datenwerts D₁₂. In beiden Fällen erhält man einen fehlerhaften Datenwert DA'.
Die Darstellung der 2 erlaubt es festzustellen, wie vorher gesagt, dass die Folgen des relativen Gleitens der Flanken der Taktgebersignale umso später auftreten, je größer die Präzision und die Stabilität der Taktgebersignale HL und HA sind.
So können als Beispiel zwei Taktgebersignale HL und HA mit einer Frequenz F₀ betrachtet werden, wobei die Taktgebersignale gleiche Präzisionen gleich ±10⁷ haben.
Die Frequenzabweichung zwischen den zwei Taktgebersignalen ist gleich 210^–7·F₀. Ausgehend von dem Zeitpunkt t₁, in dem die ansteigenden Flanken der zwei Taktgebersignale synchron sind, entsteht im Lauf der Zeit eine Verschiebung der ansteigenden Flanken, deren Wert um einen Wert im Wesentlichen gleich 2·10^–7·T₀ bei jeder Periode des Taktgebersignals HA ansteigt, wobei T₀ gleich 1/F₀ ist. Derart, dass man nach einer Zeit T_m, die im Wesentlichen 5·10⁶ Perioden des Taktgebersignals entspricht, eine Verschiebung um einen maximalen Wert gleich T₀ erhält. Diese Verschiebung äußert sich notwendigerweise in einer fehlerhaften Abtastung der empfangenen Daten. In gleicher Weise, wenn die Taktgebersignale HL und HA eine Präzision nur gleich ±5·10^–5 haben, entspricht die Zeit T_m 10⁴ Perioden des Taktgebersignals HA.
Im in 2 veranschaulichten Beispiel werden die vom Taktgebersignal HA getakteten Daten an der abfallenden Flanke von HL abgetastet. Bei einer solchen Konfiguration, die eine übliche Konfiguration darstellt, stellt man fest, dass, da die Taktgebersignale im Zeitpunkt t₁ synchron sind, der Verlust der binären Integrität, der der Abtastung eines fehlerhaften Werts entspricht, nach einer Zeit t₂ auftritt, die einer Verschiebung zwischen ansteigenden Flanken gleich einer halben Periode des Taktgebersignals HA entspricht. In dieser Betriebskonfiguration kann man, indem man wieder die Werte und die Argumentation des vorhergehenden Beispiels nimmt, feststellen, dass, wenn die Taktgebersignale HL und HA eine Präzision von ±10^–7 haben, die binäre Integrität nach einer Zeit gleich 2,5·10⁶ Perioden des Taktgebersignals HA verlorengeht, d. h. nach der Abtastung von 2,5·10⁶ Binärdaten entsprechend zum Beispiel 312500 Informationsbytes. Wenn dagegen HA und HL eine Präzision von nur ±5·10^–5 haben, geht die binäre Integrität viel schneller verloren. Die binäre Integrität geht dann nach der Abtastung von 5·10³ Binärdaten verloren, was zum Beispiel 625 Bytes entspricht.
Die Darstellung der 2 erlaubt es also, das Problem gut zu erkennen, das auftritt, wenn man nach einem Verlust des Taktgebersignals HA gezwungen ist, die empfangenen Daten mit einem lokalen Taktgebersignal abzutasten. Man stellt ebenfalls mittels Zahlenbeispielen fest, dass, selbst wenn HL und HA eine geringe Frequenzabweichung aufweisen, der Verlust der binären Integrität über kurz oder lang unausweichlich ist. Dieser Integritätsverlust führt zum Beenden der Übertragung und zur Anwendung eines zeitaufwändigen Vorgangs der Resynchronisation.
3 stellt ein zweites Ablaufdiagramm dar, das es ermöglicht, an einem Beispiel das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen, das es ermöglicht, in dem Fall, in dem die Übertragung des Taktgebersignals HA gestört ist, die binäre Integrität so lange wie möglich beizubehalten. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der permanenten Verwendung eines lokalen Taktgebersignals HLS, periodisch synchronisiert mit dem die Daten begleitenden Taktgebersignal HA. Hierzu wird zum Beispiel die zeitliche Verschiebung zwischen den ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HA und HLS permanent gemessen, während periodisch in Zeitpunkten, die von den Impulsen 31 realisiert werden, die das periodische Signal SYNC bilden, das erfindungsgemäße Verfahren die Resynchronisation von HLS auf HA durchführt. Die Synchronisation äußert sich in einer Verlängerung oder einer Kürzung über eine Periode der Dauer des Impulses des Taktgebersignals HLS, so dass die Taktgebersignale HA und HLS wieder synchron werden.
3 übernimmt als Beispiel die ursprüngliche Konfiguration der 2. Man sieht dort das Taktgebersignal HA auftreten, das normalerweise die übertragenen Daten begleitet, sowie das lokale Taktgebersignal HLS, das dazu bestimmt ist, die Daten abzutasten. Im Unterschied zum Beispiel der 2 ist das lokale Taktgebersignal HLS aber nicht mehr völlig unabhängig vom Taktgebersignal HA. Es wird periodisch resynchronisiert, wobei der Resynchronisationsvorgang im Takt des Signals SYNC erfolgt.
Je nachdem, ob die ansteigende Flanke des Taktgebersignals HLS bezüglich der entsprechenden ansteigenden Flanke des Taktgebersignals HA vorläuft oder verzögert ist, führt der Resynchronisationsvorgang eine Anpassung von HLS durch, die zur Erzeugung eines Impulses 32, dessen Dauer verlängert ist, oder eines Impulses 33 führt, dessen Dauer verkürzt ist.
3 ermöglicht es festzustellen, dass unter der Bedingung, dass sie zum richtigen Zeitpunkt durchgeführt wird, die Resynchronisation zur Folge hat, das Auftreten von fehlerhaften Daten zu verhindern. Eine Bedingung, damit keine fehlerhaften Daten auftreten, ist es, dass die Korrektur der Zeitabweichung, die die ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HLS und HA trennt, oft genug durchgeführt wird, damit die gemessene Abweichung nicht größer ist als eine halbe Periode des Taktgebersignals HA. Auf diese Weise wird, wie dies vorher gezeigt wurde, die binäre Integrität unbegrenzt aufrechterhalten.
Mit Hilfe der Veranschaulichung der 3 stellt man ebenfalls fest, dass die periodische Resynchronisation des Taktgebersignals HLS sich in einer flüchtigen periodischen Veränderung der Dauer des Taktgeberimpulses HLS äußert, auch gemäß der englischen Bezeichnung Jitter genannt. Letztere Wirkung ist umso weniger wahrnehmbar, als der Vorgang der Resynchronisation weniger häufig durchgeführt wird.
Die beiden obigen Feststellungen erlauben es also zu folgern, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Verwendung eines Synchronisationssignals beruht, zum Beispiel synchron mit dem Taktgebersignal HLS, dessen Periode groß genug ist, um den Jitter-Effekt zu begrenzen, und klein genug ist, um die Aufrechterhaltung der binären Integrität des Signals zu gewährleisten.
4 veranschaulicht eine mögliche Art der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere der Herstellung des Taktgebersignals HLS. 4 zeigt in zwei unterschiedlichen Ablaufdiagrammen 4a und 4b die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, je nachdem, ob die Frequenz des Taktgebersignals HLS höher ist (Ablaufdiagramm 4a) oder niedriger ist (Ablaufdiagramm 4b) als diejenige des Taktgebersignals HA, das die Daten begleitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Praxis darin, ein lokales Taktgebersignal HLS ausgehend von einer Einheit von N Taktgebersignalen HL_i zu konstruieren. Die Taktgebersignale HL_i haben die gleiche Frequenz F_l gleich der Frequenz F_b eines Basistaktgebersignals H_b geteilt durch N. So kann man schreiben: Fl = Fb/N
Die Taktgebersignale HL_i haben die Besonderheit, zueinander um eine Dauer T_b gleich der Periode des Basis-Taktgebersignals verschoben zu sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht außerdem, in Kenntnis der Präzisionen der Taktgebersignale HA und HLS, auf der Bestimmung des Mindestzeitintervalls ΔT, an dessen Ende die zeitliche Abweichung δt zwischen den ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HLS und HA größer als T_b wird, und auf der Durchführung von Resynchronisationsvorgängen mit einer Periodizität, die so nahe wie möglich ist, durch einen Wert geringer als ΔT.
In Kenntnis von ΔT kann das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben werden als ein Verfahren der Erzeugung des Signals HLS, das zwei Betriebsphasen wechselt:
eine stabilisierte Phase 41, die sich zwischen zwei Resynchronisationsvorgängen erstreckt, während der man das Taktgebersignal HLS mit einem Taktgebersignal HL_n in Entsprechung bringt, das aus den N Taktgebersignalen HL_i ausgewählt wird;
eine Phase 42, deren Beginn durch den Impuls 43 realisiert wird, während der man die Abweichung zwischen den ansteigenden Flanken von HLS und HA misst und HLS so ändert, dass es dem Taktgebersignal HL_n-1 oder dem Taktgebersignal HL_n+1 entspricht, je nachdem, ob HLS bezüglich HA vorläuft oder verzögert ist.
Das Wechseln dieser zwei Betriebsphasen ermöglicht es, zu garantieren, dass die zeitliche Abweichung zwischen den ansteigenden Flanken ein N-tel der Periode von HLS nicht überschreiten kann. Diese Bedingung reicht aus, damit die binäre Integrität der Verbindung zwischen Ausstattungen gewährleistet ist.
Das Ablaufdiagramm 4a veranschaulicht den Fall, bei dem die Frequenz von HLS größer ist als die Frequenz von HA. In diesem Fall stellt man fest, dass während der Phase 42 der Veränderung von HLS die Periode des Taktgebersignals HLS eine Verlängerung gleich der Abweichung T_b erfährt, was sich durch eine Verlängerung der Dauer des hohen Zustands 44 ausdrückt.
Das Ablaufdiagramm 4b veranschaulicht seinerseits den entgegengesetzten Fall, in dem die Frequenz von HLS niedriger ist als die Frequenz von HA. In diesem Fall stellt man fest, dass während der Phase 42 der Veränderung von HLS die Periode des Taktgebersignals HLS einen Schwund gleich der Abweichung T_b erfährt, was sich in einer Verkürzung der Dauer des hohen Zustands 45 äußert.
5 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung, die es ermöglicht, das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden. In der Veranschaulichung der 5 wird die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform als ein in die Ausstattung B der 1 integriertes Element dargestellt. In der Praxis ist die Vorrichtung dazu bestimmt, in alle in Verbindung stehenden Ausstattungen integriert zu werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 51 weist vier Module auf, die es ermöglichen, die vier Funktionen durchzuführen, die die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlauben:

– das Modul 52, das die Erzeugung der N Taktgebersignale HL_i durchführt,
– das Modul 53, das die Auswahl des Taktgebersignals HL_n entsprechend HLS zwischen zwei Resynchronisationen durchführt,
– das Modul 54, das die Messung der Verschiebung der ansteigenden Flanken von HA und von HLS und die Erzeugung des binären Befehls A/R durchführt, der es ermöglicht, HL_n-1 oder HL_n+1 für den Resynchronisationsvorgang auszuwählen,
– das Modul 55 zur Erzeugung des Synchronisationssignals, das die Dauer der Periode definiert, die sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Resynchronisationen erstreckt.

Das Modul 52 hat als Hauptfunktion, das Basistaktgebersignal H_b ausgehend von einem internen Referenztaktgebersignal der Ausstattung B herzustellen, ein Taktgebersignal, dessen Frequenz im Wesentlichen gleich N mal die Frequenz des Taktgebersignals HLS ist. Das Taktgebersignal H_b kann zum Beispiel mit Hilfe einer Vorrichtung synthetisiert werden, die eine Phasenverriegelungsschleife ausgehend vom Referenztaktgebersignal aufweist. Dieses Referenztaktgebersignal kann wie in der Figur das Taktgebersignal HB sein, das die Daten DB begleitet, die von der Ausstattung B gesendet werden.
Das Basistaktgebersignal H_b wird anschließend wieder durch N geteilt, um N aufeinanderfolgende Taktgebersignale HL_i zu erzeugen, wobei jedes zeitlich um die Dauer einer Periode von H_b bezüglich des Taktgebersignals niedrigeren Rangs und desjenigen höheren Rangs verschoben ist. Das Modul 52 liefert so N Taktgebersignale an das Auswahlmodul 53, wobei die ansteigende Flanke des Taktgebersignals HL_n sich also, wie es 4 veranschaulicht, in Vorlauf oder in Verzögerung um eine Periode von H_b an den ansteigenden Flanken von HL_n-1 und HL_n+1 befindet.
Das Modul 53 führt die eigentliche Synthese des Taktgebersignals HLS ausgehend von den n Taktgebersignalen HL_i, die vom Modul 52 geliefert werden, nach dem folgenden Mechanismus durch.
Zwischen zwei Synchronisationsphasen 42 ist das synthetisierte Taktgebersignal HLS die Kopie des Taktgebersignals HL_n, das das Taktgebersignal ist, das während des letzten Resynchronisationsvorgangs ausgewählt wurde. Dann, während der folgenden Synchronisationsphase, unter dem Impuls des Binärbefehls A/R, ersetzt das Modul 53 das Taktgebersignal HL_n durch das Taktgebersignal HL_n+1 oder das Taktgebersignal HL_n-1, das synchroner mit dem Taktgebersignal HA ist als das Taktgebersignal HL_n. Das so ausgewählte Taktgebersignal HL_n-1 oder HL_n+1 wird anschließend während der ganzen folgenden stabilisierten Phase 41 aufrechterhalten, bis zur nächsten Resynchronisation, die unter dem Impuls des Signals SYNC implementiert wird.
Das Ersetzen des Taktgebersignals HL_n durch das Taktgebersignal HL_n-1 oder HL_n+1 ist in 4 veranschaulicht. Es wird vom Modul 53 durchgeführt, ohne dass eine Diskontinuität im Taktgebersignal HLS auftritt. Es äußert sich nur durch eine Verlängerung oder eine Verkürzung einer Periode des Taktgebersignals HLS.
So kopiert im Rhythmus des Auftretens des Signals SYNC das Taktgebersignal HLS nacheinander das eine oder das andere der N Taktgebersignale, die vom Modul 52 geliefert werden.
Das Modul 54 führt die Synthese des Binärbefehls A/R durch, dessen Aufgabe es ist, dem Modul 53 anzugeben, ob das Taktgebersignal, das nach dem Taktgebersignal HL_n für die folgende stabilisierte Phase ausgewählt werden soll, HL_n-1 oder HL_n+1 ist. Der Befehl A/R kann zum Beispiel ausgehend von der Messung der Verschiebung, die zwischen den ansteigenden Flanken von HLS und von HA beim Auftreten des Signals SYNC existiert, durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel die erste ansteigende Flanke von HLS, die auf das Auftreten des Signals SYNC folgt, bezüglich der ersten Flanke von HA, die auf dieses Auftreten folgt, vorläuft, nimmt der Binärbefehl A/R den Wert, 0 oder 1, an, der dem Modul 53 anzeigt, dass das auszuwählende Taktgebersignal HL_n-1 ist. Umgekehrt, im gegenteiligen Fall, nimmt der Binärbefehl A/R den Wert, 1 bzw. 0, an, der dem Modul 53 anzeigt, dass das auszuwählende Taktgebersignal HL_n+1 ist.
Das Modul 55 ist das Modul, das für die Synthese des Signals SYNC verantwortlich ist, das den Resynchronisationsvorgang auslöst. Das Signal SYNC besteht zum Beispiel aus einer periodischen Folge von Impulsen. Seine Periode hängt insbesondere vom Mindestzeitintervall ΔT ab, an dessen Ende unter Berücksichtigung der Präzision und der Stabilität der Taktgebersignale HLS und HA die zeitliche Abweichung δt zwischen den ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HLS und HA, die ursprünglich synchron waren, größer wird als T_b.
Die Synthese des Signals SYNC kann zum Beispiel vorteilhafterweise durch einfaches Zählen ausgehend vom Taktgebersignal H_b durchgeführt werden, das vom Modul 52 geliefert wird. Das Modul 55 kann dann sogar in das Modul 52 integriert werden.
Indem die kontinuierliche Verwendung eines internen Taktgebersignals für die Abtastung der empfangenen Daten ermöglicht wird, hat der Einbau einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren anwendet, in eine Übertragungsausstattung den Vorteil, die Möglichkeit anzubieten, unter bestimmten Voraussetzungen die Haltezeit der binären Integrität der Übertragung deutlich zu erhöhen. Dieser Vorteil ist umso messbarer, wenn die Übertragungsbedingungen schlechter sind. Man kann insbesondere die Wichtigkeit dieses Vorteils bewerten, indem man drei typische Fälle betrachtet: den Fall eines nicht gestörten Betriebs, den Fall eines Betriebs, der kurze und auseinander liegende Störperioden aufweist, und den Fall eines völlig gestörten Betriebs mit Verschwinden des die Daten begleitenden Taktgebersignals HA. Im Fall eines nicht gestörten Betriebs ermöglicht die Verwendung eines periodisch resynchronisierten internen Taktgebersignals HLS, die binäre Integrität der Verbindung unbegrenzt aufrechtzuerhalten. Alles verläuft, als ob die Abtastung der übertragenen Daten mit dem die Daten begleitenden Taktgebersignal durchgeführt würde.
Im Fall eines durch kurzes Verschwinden des die Daten begleitenden Taktgebersignals HA gestörten Betriebs führt die Verwendung dieses Taktgebersignals zum Abtasten der empfangenen Daten zu einem schnellen Verlust der binären Integrität der Verbindung, wobei das abwesende Taktgebersignal dann durch ein beliebiges lokales Taktgebersignal ersetzt wird, das manchmal eine geringere Präzision hat. Dagegen ermöglicht die Verwendung eines resynchronisierten internen Taktgebersignal HLS, die binäre Integrität längere Zeit, sogar unbegrenzt, aufrechtzuerhalten, so lange das die Daten begleitende Taktgebersignal während der Resynchronisationsphase vorhanden ist.
Im Fall eines völlig gestörten Betriebs erweist sich die Verwendung eines Taktgebersignals HLS ebenfalls als vorteilhaft. Bei einem definitiven Verlust des die Daten begleitenden Taktgebersignals HA hält nämlich das lokale Taktgebersignal HLS die binäre Integrität während einer Zeit ΔT aufrecht, die definitionsgemäß mindestens gleich der Resynchronisationsperiode ist. Während die direkte Verwendung des Taktgebersignals HA im Allgemeinen zu einem schnelle Verlust der binären Integrität führt.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann an dem einfachen Zahlenbeispiel veranschaulicht werden, das nachfolgend unter Bezug auf die Darstellung der 1 entwickelt wird.
Es wird zum Beispiel eine Ausstattung B in Betracht gezogen, die drahtlos Daten von einer Ausstattung A in einem Takt von 2 Mbit/s empfängt, wobei diese Daten direkt mittels des Taktgebersignals HA abgetastet werden. Man nimmt außerdem an, dass die Referenztaktgebersignale HA und HB eine Präzision von ±10^–7 haben und dass das lokale Taktgebersignal HL, das von der Untereinheit 12 an die Untereinheit 13 im Fall eines Verlusts des Taktgebersignals HA geliefert wird, eine Präzision von ±5·10^–6 hat. Diese Hypothese entspricht in dem Beispiel der Tatsache, dass das Ersatz-Taktgebersignal von einer Untereinheit geliefert wird, deren hohe Arbeitsfrequenz keine so große Präzision wie ±10^–7 besitzt.
Bei einer solchen Konfiguration wird bei normalem Betrieb die binäre Integrität natürlich unbegrenzt aufrechterhalten. Dagegen im Fall eines Verlusts des Taktgebersignals HA zeigt eine einfache, in diesem Dokument nicht detaillierte Berechnung, dass, wenn die Taktgebersignale nicht synchronisiert sind, die binäre Integrität im besten Fall während einer maximalen Zeit ΔT_i aufrechterhalten wird, die der Abtastung von etwa 10⁵ Binärdaten entspricht, d. h. während 50 ms. Wie oben gesagt, wird diese maximale Zeit ΔT_i durch die Anzahl von Perioden des Taktgebersignals HA angegeben, an deren Ende die ursprünglich synchronen ansteigenden Flanken von HL und HA zum ersten Mal eine Verschiebung gleich oder größer als eine Halbperiode von HA aufweisen.
Es ist anzumerken, dass der optimale Fall einer Situation entspricht, in der die ansteigende Flanke des Ersatztaktgebersignals zufällig synchron mit derjenigen von HA in dem Zeitpunkt ist, in dem dieses verschwindet. In den meisten Fällen wird die binäre Integrität nur einen kurzen Moment lang gewährleistet.
In gleicher Weise, wenn das lokale Taktgebersignal HL eine Präzision gleich ±10^–7 aufweist, wird die binäre Integrität im besten Fall während einer maximalen Zeit aufrechterhalten, die der Abtastung von etwa 2,5·10⁶ Binärdaten entspricht, d. h. während 1,25 s.
Anschließend wird eine Ausstattung B betrachtet, die eine Vorrichtung aufweist, die das erfindungsgemäße Verfahren anwendet. Diese Ausstattung verwendet ein lokales Taktgebersignal HLS, dessen Präzision gleich derjenigen des Taktgebersignals HA ist, d. h. 10^–7. Bei normalem Betrieb wird dieses Taktgebersignal periodisch auf das Taktgebersignal HA rückgestellt und weist nach der Rückstellung nur eine Abweichung von weniger als ein N-tel der Periode des Referenztaktgebersignals auf, zum Beispiel HB, ausgehend von dem HLS konstruiert wird. Diese kleinere Abweichung ermöglicht es, die binäre Integrität unbegrenzt aufrechtzuerhalten, wie es bei einer Ausstattung der Fall ist, die keine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Im Fall des Verlusts des Taktgebersignals HA aufgrund der Synchronisation der Taktgebersignale HA und HLS wird dagegen die binäre Integrität der Verbindung tatsächlich unter allen Bedingungen während einer Zeit im Wesentlichen gleich der Zeit ΔT_i aufrechterhalten. So hat man unter allen Bedingungen eine Aufrechterhaltung der binären Integrität mindestens im Wesentlichen gleich ΔT_i, was im Beispiel der Aufrechterhaltung der binären Integrität während mindestens 1,25 s entspricht.

Claims

Verfahren zum Abtasten mittels eines lokalen Taktgebersignals HLS von Daten, die durch ein Taktgebersignal HA sequenziert und mit dem Taktgebersignal HA von einer Ausstattung A zu einer Ausstattung B unter Beibehalten der binären Integrität gesendet werden, das mindestens zwei abwechselnd wiederholte Phasen aufweist: – eine Phase (41) freien Betriebs, während welcher die Ausstattung B die Daten mit Hilfe des lokalen Taktgebersignals HLS abtastet, wobei dieses Taktgebersignal autonom funktioniert, – eine Phase (42) des Synchronisierens des lokalen Taktgebersignals HLS mit dem Taktgebersignal HA, während welcher das lokale Taktgebersignal HLS unter Abtasten der übertragenen Daten mit dem Taktgebersignal HA, das die Daten sequenziert, synchronisiert wird, wobei diese Synchronisation ausgeführt wird, ohne eine Unterbrechung auf dem lokalen Taktgebersignal HLS zu erzeugen und unter Bestimmen, ob die ansteigende Flanke des lokalen Taktgebersignals HLS im Vergleich zu der des Taktgebersignals HA vorläuft oder verzögert ist, und: – unter Verkürzen der Dauer des lokalen Taktgebersignals HLS während eines Taktgeberzyklus, wenn die ansteigende Flanke des lokalen Taktgebersignals HLS im Vergleich zu dem Taktgebersignal HA verzögert ist, – unter Verlängern der Dauer des lokalen Taktgebersignals HLS während eines Taktgeberzyklus, wenn das lokale Taktgebersignal HLS im Vergleich zu dem Taktgebersignal HA vorläuft, so dass die Taktgebersignale HLS und HA beim nächsten Zyklus synchron sind, wobei die Ausführungsfrequenz des Synchronisationsschritts so definiert ist, dass unter Berücksichtigung der Präzisionen der Taktgebersignale HA und HLS garantiert ist, dass der Unterschied zwischen den ansteigenden Flanken der zwei Taktgebersignale nicht größer ist als eine halbe Periode des Taktgebersignals HA.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Synchronisationsphase das Verlängern oder das Kürzen der Dauer des lokalen Taktgebersignals HLS durch Verlängern (44) oder Verkürzen (45) der Taktgeberimpulsdauer ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Phase (41) des freien Betriebs auf die Phase (42) der Synchronisation beim Auftreten eines Synchronisationssignals SYNC, das aus periodischen Impulsen (31, 43) besteht, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode des Synchronisationssignals (31, 43) derart ist, dass zwischen zwei Neusynchronisationsphasen und für einen ausgewählten Wert N das Zeitintervall zwischen den ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HLS und HA nicht größer wird als ein Wert gleich dem N. der Periode des Taktgebersignals HA.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf oder die Verzögerung der ansteigenden Flanke des lokalen Taktgebersignals HLS gegenüber der ansteigenden Flanke des Taktgebersignals HA während der Synchronisationsphase (42) bestimmt wird, indem das Zeitintervall δt gemessen wird, das diese zwei ansteigenden Flanken trennt.
Vorrichtung, die Mittel aufweist, um die Schritte des Abtastverfahrens nach Anspruch 4 umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens Folgendes aufweist: – Mittel (52) zum Synthetisieren ausgehend von einem Referenztaktgebersignal HB von N Taktgebersignalen HL_i mit einer Frequenz, die gleich der Frequenz von HB ist, mit im Wesentlichen gleicher Präzision wie die Präzision des Referenztaktgebersignals HB, wobei jedes Taktgebersignal mit Rang n eine ansteigende Flanke aufweist, die jeweils im Vorlauf oder in Verzögerung im Vergleich zu den Taktgebersignalen mit Rang n – 1 oder n + 1 um ein Zeitintervall Δt versetzt ist, – Mittel (53) zum Liefern des lokalen Taktgebersignals HLS, wobei dieses Taktgebersignal durch Auswahl in jedem Synchronisationsschritt eines Taktgebersignals HL_n aus den N synthetisierten Taktgebersignalen HL_i erzielt wird, so dass das lokale Taktgebersignal HLS bis zu dem nächsten Synchronisationsschritt gleich dem Taktgebersignal HL_n bleibt und dann je nach dem an die Mittel angelegten Steuerwert wieder gleich dem Taktgebersignal HL_n+1 oder HL_n-1 wird, – Mittel (54) zum Synthetisieren eines Vorlauf-/Verzögerungsbefehls, der an die Mittel (53) angelegt wird, die das Abtasttaktgebersignal HLS liefern, wobei der Wert dieses Befehls es erlaubt, in jedem Synchronisationsschritt ausgehend von dem im vorhergehenden Synchronisationsschritt ausgewählten Taktgebersignal HL_n das Taktgebersignal HL_n-1 oder HL_n+1 zu bestimmen, das dazu bestimmt ist, das lokale Taktgebersignal HLS bis zu dem nächsten Synchronisationsschritt zu bilden, wobei der Wert dieses Befehls von dem Ergebnis der Analyse des zeitlichen Unterschieds δt abhängt, der zwischen der ansteigenden Flanke des lokalen Taktgebersignals HLS und der des Taktgebersignals HA besteht, – Mittel (55) zum Erzeugen des Signals SYNC, das den Neusynchronisationsschritt auslöst, wobei dieses Signal aus einer periodischen Abfolge von Impulsen besteht, deren Periode von dem Mindestzeitintervall ΔT abhängt, an dessen Ende der zeitliche Unterschied δt zwischen den ansteigenden Flanken der Taktgebersignale HLS und HA größer wird als die Periode T_b des Referenztaktgebersignals HB, wobei diese Mittel zusammenwirken, um das lokale Taktgebersignal HLS zu bilden, das autonome Betriebsphasen und synchronisierte Betriebsphasen abwechselt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Steuereingang für ursprüngliche Synchronisation (SI) aufweist, der es erlaubt, das Taktgebersignal HL_i zu bestimmen, das mit dem Taktgebersignal HA synchron ist, und dieses Taktgebersignal auszuwählen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Taktgebersignal das Taktgebersignal HL_n ist, dass der synthetisierte Vorlauf-/Verzögerungsbefehl (A/R) ein boolescher Befehl ist, von dem ein Zustand die Auswahl des Taktgebersignals H_n-1 für die nächste Auswahl steuert, während der andere Zustand die Auswahl des Taktgebersignals H_n+1 steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenztaktgebersignal HB das Taktgebersignal ist, das die Daten taktet, die von der Ausstattung, die die Vorrichtung aufweist, gesendet werden.
Bidirektionales Übertragungssystem für synchrone Daten, das mindestens zwei Ausstattungen A und B aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Ausstattungen eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 aufweist.