DE4006424A1 - Datenuebertragungssystem mit breitbandkommunikation - Google Patents

Datenuebertragungssystem mit breitbandkommunikation

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
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    • H04L25/40Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4906Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using binary codes
    • H04L25/4908Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using binary codes using mBnB codes

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen an getrennten Positionen angeordneten Einheiten unter Einsatz eines Kommunikations-Verfahrens mit gespreiztem Spektrum. Dies bezieht sich speziell auf ein Datenübertragungssystem für die Datenübertragung zwischen Einheiten unter Verwendung zweier Arten von M-Reihen-Signalen.
In jüngerer Zeit wurde im Zusammenhang mit der Fabrikautomatisierung ein System in Erwägung gezogen, in welchem Bearbeitungsprogramme, Bearbeitungsdaten und dgl., die z. B. für die Steuerung eines Bearbeitungszentrums verwendet werden, in einem Speichermodul gespeichert sind, das in einer Palette angeordnet ist, an der ein Werkstück angebracht wird. Beim Transport der Palette zu dem Bearbeitungszentrum wird der Inhalt des Speichermoduls automatisch ausgelesen und in die Steuerung geladen.
Ein solches Datenübertragungssystem zum Einsatz in Fabrikautomatisierungs- Systemen ist vorzugsweise als kontaktloses Übertragungssystem ausgebildet. Zu diesem Zweck wurden drei Arten von kontaktlosen Übertragungssystemen vorgeschlagen, nämlich ein System mit Übertragung durch hochfrequente elektromagnetische Wellen, ein System mit optischer Kopplung und ein System mit elektromagnetischer Induktionskopplung.
Da bei dem mit Übertragung durch hochfrequente elektromagnetische Wellen arbeitenden System Mikrowellen verwendet werden, sind die Installationsbedingungen der peripheren Geräte aufgrund von Reflexionen usw. starken Einschränkungen unterworfen. Bei Systemen mit optischer Kopplung besteht das Problem der Verschmutzung durch Öl oder Staub. Deshalb wurden in jüngerer Zeit Systeme mit elektromagnetischer Induktionskopplung bevorzugt, die auch unter den harten Einsatzbedingungen, wie sie bei der Fabrikautomatisierung vorliegen, stabil arbeiten.
In Systemen mit elektromagnetischer Induktionskopplung, bei denen die Datenübertragung zwischen zwei Einheiten durch Annähern der in den beiden Einheiten vorgesehenen Induktionsspulen, d.h. durch Transformatorkopplung, erfolgt, nimmt die Stärke des elektromagnetischen Feldes umgekehrt proportional mit der dritten Potenz der Entfernung ab. Falls der Abstand zwischen den Spulen nicht auf wenige Millimeter oder darunter verringert werden kann, ist eine stabile Datenkommunikation nicht gewährleistet, da in der Fabrik starke äußere Störungen vorhanden sind. Im Vergleich zu den mit hochfrequenten Wellen oder mit Optokopplern arbeitenden Systemen, bei denen der Übertragungsabstand vergleichsweise groß sein kann, stellt die Tatsache, daß die beiden Einheiten bis auf einen Abstand von wenigen Millimetern angenähert werden müssen, einen Nachteil für das mit elektromagnetischer Induktionskopplung arbeitende System dar, der seine praktische Einführung verzögert hat.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben deshalb ein System vorgeschlagen (US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 07/3 87 966, 1989), mit dem sich der Übertragungsabstand vergrößern läßt, indem bei einem System mit elektromagnetischer Induktionskopplung Kommunikations- Verfahren mit gespreiztem Spektrum angewendet werden.
Auf der Sendeseite sind beispielsweise zwei Arten von M-Reihen- Generatoren vorgesehen, und es werden in Abhängigkeit von den Datenbits 0 und 1 verschiedene M-Reihen-Signale gesendet. Auf der Empfangsseite sind die beiden M-Reihen-Signale der Sendeseite als Referenzwerte in einem Speicher gespeichert. Nach der Abtastung der Empfangssignale mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz werden nacheinander die Korrelationen zwischen den abgetasteten Empfangssignalen und jedem der beiden M-Reihen- Referenzwerte parallel berechnet. Sodann werden die beiden berechneten Korrelationswerte miteinander verglichen. Da der Korrelationswert bei Übereinstimmung des Empfangssignals und der Referenzwert-Reihe größer ist als der Korrelationswert, bei dem das Empfangssignal und die Reihe der Referenzwerte voneinander abweichen, wird das Datenbit 0 oder 1 ausgegeben, das demjenigen Referenzwert entspricht, der bei der Berechnung des größeren Korrelationswerts verwendet wurde.
In dem Datenübertragungssystem, bei dem das Vorhandensein oder das Fehlen der Auto-Korrelation zwischen dem Empfangssignal und den Referenzsignalen unter Verwendung der beiden Arten von M-Reihen-Signalen in der oben beschriebenen Weise ermittelt wird, ist der Korrelationswert für den Fall, daß eine der Signal-Anordnungen abweicht, sehr viel kleiner als für den Fall, daß die Signal-Anordnungen zwischen den gleichen beiden M-Reihen- Signalen übereinstimmen. Das Signal/Rausch-Verhältnis des Empfangssignals ist bei Übereinstimmung im Vergleich zu dem Signal bei Nichtübereinstimmung recht hoch. Und zwar verringert sich bei M-Reihen mit der Wortlänge 2 N -1 der Korrelationswert auf -1(2 N -1), wenn die Reihe um eine Stufe abweicht.
Da jedoch die gegenseitige Korrelation der beiden Arten von M-Reihen-Signalen in bezug auf das Empfangssignal der M-Reihen berechnet wird, das von dem Referenzwert abweicht, ist der abgeleitete Korrelationswert in Abhängigkeit von der Position der Reihe unterschiedlich. Ein befriedigendes Signal/Rausch-Verhältnis in der Auto-Korrelation ist nicht gewährleistet.
Da andererseits für die Datenbits 0 bzw. 1 zwei Arten von M-Reihen-Signalen erzeugt werden, benötigt man zwei M-Reihen- Signal-Generatorschaltungen, so daß die Schaltung recht kompliziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Datenübertragungssystem mit Breitband-Kommunikation zu schaffen, in dem die Datenbits 1 und 0 durch ein einziges M-Reihen-Signal übertragen werden und durch Auto-Korrelation ein gutes Signal/Rausch-Verhältnis gewährleistet ist. Dabei soll die Schaltung zur Erzeugung des M-Reihen-Signals vereinfacht werden. Das erfindungsgemäße System soll ferner bei elektromagnetischer Induktionskopplung zwischen den beiden Einheiten einen großen kontaktlosen Kopplungsabstand ermöglichen. Die Datenübertragung soll zwischen einer Lese/Schreib-Einheit und einem tragbaren Speichermodul erfolgen. Dabei soll die Breitbandkommunikation in der Datenübertragung von dem Speichermodul zu der Lese/Schreib-Einheit verwendet werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Datenübertragungssystem mit zwei Einheiten, bei dem jedesmal, wenn von einer der Einheiten Bit-Transfer-Anforderung empfangen, Bitdaten von der anderen Einheit bitweise gesendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Datenübertragungssystem besitzt die Einheit auf der Sendeseite der Datenbits einen M-Reihen-Generator zur Erzeugung eines einem der logischen Werte der Datenbits, z. B. dem Datenbit 1 entsprechenden M-Reihen-Signals, beispielsweise eines M₀-Reihen-Signals mit einer vorbestimmten Wortlänge, z. B. mit der Wortlänge 63, und einer vorbestimmten Anordnungsfolge, und zur Erzeugung desselben M-Reihen-Signals, in dem die mittlere Position des M-Reihen-Signals auf eine Start-Position gesetzt ist, z. B. bei der Wortlänge 63 die Position der Wortlänge 27 auf die Start-Position gesetzt ist, wobei dieses Signal dem anderen logischen Wert der Datenbits, z. B. dem Datenbit 0, entspricht.
Die auf der anderen Seite vorgesehene Einheit zum Empfang der Datenbits besitzt eine erste Korrelatorschaltung zur Berechnung der Korrelation zwischen einem Empfangssignal und einem M-Reihen- Signal, das mit einem der Signale auf der Sendeseite übereinstimmt und als Referenzwert in einem Speicher gespeichert wurde, ferner eine zweite Korrelationsschaltung zur Berechnung der Korrelation zwischen dem Empfangssignal und einem M-Reihen-Signal, das mit dem anderen Signal auf der Sendeseite übereinstimmt und ebenfalls als Referenzwert in einem Speicher gespeichert wurde und in dem die mittlere Position auf die Start-Position gesetzt ist, sowie eine Diskriminatorschaltung zum Vergleich der Amplituden der Korrelationswerte an den Ausgängen der ersten und zweiten Korrelationsschaltung und damit zur Ermittlung des logischen Pegels (0 oder 1) der Datenbits.
Der M-Reihen-Generator umfaßt ein Schieberegister mit einer einer vorbestimmten Wortlänge entsprechenden Zahl von Schiebestufen, z. B. mit sechs Schiebestufen für die Wortlänge 63 (2⁶-1), ferner eine Gatterschaltung zur EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Ausgangssignale von zwei vorbestimmten Schiebestufen des Schieberegisters und zur Beaufschlagung der Eingangsstufe des Schieberegisters sowie eine Ladeschaltung zum Laden eines Anfangswertes, z. B eines Werts "111111" zur Erzeugung des M-Reihen- Signals mit vorbestimmter Anordnungsfolge in das Schieberegister, wenn einer der logischen Pegel (Bit 1) der Datenbits gesendet wird, bzw. zum Laden z. B. des Anfangswerts "101111", der in der Nähe der mittleren Position liegt, in der der Spitzenwert des Korrelationswertes mit dem M-Reihen-Signal mit dem Anfangswert "111111" den größten Abstand hat und in der eine Bitänderung mit dem oben genannten Anfangswert gering ist, wenn der andere logische Pegel (Bit 0) der Datenbits gesendet wird.
In dem erfindungsgemäßen Datenübertragungssystem wird bei den Datenbits 1 und 0 dasselbe M-Reihen-Signal von unterschiedlichen Start-Positionen aus erzeugt. Deshalb lassen sich durch wahlweises Umschalten beim Laden des Anfangswerts zur Festlegung der Start-Position der M-Reihen in Abhängigkeit von den jeweiligen Datenbits von einem einzigen M-Reihen-Generator zwei Arten von M-Reihen-Signalen erzeugen. Andererseits wird der Anfangswert so gewählt, daß die Bitänderung zwischen den beiden M-Reihen mit unterschiedlichen Start-Positionen möglichst klein wird. Dadurch läßt sich der Schaltungsaufbau vereinfachen.
Bei der Korrelationsberechnung wird die Auto-Korrelation zwischen den beiden gleichen M-Reihen ermittelt, während die Korrelation mit den anderen M-Reihen nicht ermittelt wird. Für den Fall, daß die Reihen übereinstimmen, lassen sich durch Subtrahieren des Werts 1/(2 N -1) von dem Korrelationswert ein hinreichend gutes Signal/Rausch-Verhältnis des Empfangssignals erreichen und die Übertragungsfehler minimieren.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von M-Reihen- Signalen, die in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden,
Fig. 3 zeigt Ausführungsbeispiel einer Korrelatorschaltung zur Berechnung der Korrelation der empfangenen M-Reihen in Fig. 1,
Fig. 4 zeigt in einem Zeitdiagramm die Sendeverzögerung der M-Reihen-Signale für eine Bit-Transfer-Anforderung,
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Korrelationsberechnung gemäß der Erfindung in Anbetracht der Übertragungsverzögerung.
In Fig. 1 bezeichnet 10 eine Lese/Schreib-Einheit und 12 ein Speichermodul. Die Lese/Schreib-Einheit 10 ist in einem Bearbeitungszentrum oder dergl., z. B. in einem Fabrikautomatisierungssystem installiert. Das Speichermodul 12 ist für eine Palette vorgesehen, die sich in einem Palettenstapel befindet und an der ein Werkstück angebracht ist. Wenn die Palette zu dem Bearbeitungszentrum gefördert wird, werden Bearbeitungsprogramme, Bearbeitungsdaten oder dgl., die in dem Speichermodul 12 gespeichert, von der Lese/Schreib-Einheit 10 ausgelesen und in eine Steuereinrichtung des Bearbeitungszentrums geladen.
Die Lese/Schreib-Einheit 10 besitzt eine Steuerung 14 zur Durchführung eines Lese- oder eines Schreibzugriffs nach Maßgabe eines von einem Host-Computer kommenden Befehls. Die von der Steuerung 14 zu dem Speichermodul 12 zu übertragenden Daten werden einer Modulatorschaltung 16 zugeführt und in dieser frequenzmoduliert. Das frequenzmodulierte Signal wird in einem Verstärker 18 verstärkt und anschließend einer Sende-Induktionsspule 20 zugeführt.
In dem Speichermodul 12 befindet sich eine Empfangs-Induktionsspule 22, die so angeordnet ist, daß sie der Sende-Induktionsspule 20 der Lese/Schreib-Einheit 10 gegenüberliegt. Ein in der Induktionsspule 22 induziertes Empfangssignal wird von einer Demodulatorschaltung 24 demoduliert, so daß die ursprünglichen Datenbits zurückgewonnen werden, die dann einer Speichersteuerung 26 zugeführt werden. Wenn von der Lese/Schreib-Einheit 10 der Schreib-Zugriff empfangen wird, aktiviert die Speichersteuerung 26 einen Speicher 28 und ermöglicht das Einschreiben von im Anschluß an den Schreib-Zugriff gesendeten Daten unter einer vorbestimmten Adresse in den Speicher 28. Wenn hingegen von seiten der Lese/Schreib-Einheit 10 ein Lese-Zugriff empfangen wird, liest die Speichersteuerung 26 die Daten aus, die in dem Speicher 28 unter der durch den Lese-Zugriff bezeichneten Adresse gespeichert sind. Sodann überträgt die Speichersteuerung 26 jedesmal, wenn von der Lese/Schreib-Einheit 10 die Bit-Transfer- Anforderung erzeugt wird, die ausgelesenen Daten bitweise zu der Lese/Schreib-Einheit 10.
Als Speicher 28 dient ein nichtflüchtiger Speicher, z. B. ein EEPROM. Zur Stromversorgung für das Speichermodul 12 wird das in der Induktionsspule 22 induzierte Signal von einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und daraus eine elektrische Betriebsspannung gewonnen, so daß keine Batterie erforderlich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 werden bei der jeweils ein Bit umfassenden Übertragung, die das Speichermodul 12 bei jeder Bit-Transfer-Anforderung der Lese/Schreib-Einheit 10 ausführt, M-Reihen-Signale übertragen; auf der Empfangsseite wird die Korrelation berechnet, und die Übertragungs-Bits werden demoduliert.
Das ausgelesene Bit-Ausgangssignal 1 oder 0 wird von der Speichersteuerung 26 einem M-Reihen-Generator 30 zugeführt.
Der M-Reihen-Generator 30 erzeugt das M₀-Reihen-Signal mit einer Wortlänge 63 (=2⁶-1). Er besitzt deshalb ein Schieberegister 32 mit sechs Stufen, bestehend aus den Schiebebits b₀ bis b₅, und einem EXKLUSIV-ODER-Glied 34, das die Ausgangssignale der beiden Schieberegisterstufen b₀ und b₁ auf der Ausgangsseite des Schieberegisters 32 aufnimmt, eine EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung durchführt und das Ergebnis an die Register-Eingangsstufe b₅ liefert.
Mit Hilfe einer Ladeschaltung 36 wird entweder der Anfangswert "111111" in das Schieberegister 32 geladen, der in einer Einstellvorrichtung 38 gesetzt wurde, oder der Anfangswert "101111", der in einer Einstellvorrichtung 40 gesetzt wurde. Das heißt, wenn die Speichersteuerung 26 an die Ladeschaltung 36 das Datenbit 1 übergibt, setzt diese das Schieberegister 32 auf den Anfangswert aus der Einstellvorrichtung 38 und liefert an die Anfangsstufe des Schieberegisters 32 einen Schiebetakt, durch den das erste M₀-Reihen-Signal mit der Wortlänge 63 erzeugt wird.
Wenn die Speichersteuerung 26 an die Ladeschaltung 36 hingegen das Datenbit 0 übergibt, läßt diese den in der Einstellvorrichtung 40 gesetzten Anfangswert in das Schieberegister 32. Ähnlich wie oben wird durch das Verschieben mit Hilfe des Schiebetakts das zweite M₀-Reihen-Signal erzeugt, dessen Start-Position abweicht, obwohl es sich um das gleiche M₀-Reihen-Signal handelt.
Das Ausgangssignal des M-Reihen-Generators 30 wird über einen Verstärker 42 einer Sende-Induktionsspule 44 zugeführt.
Die Lese/Schreib-Einheit 10 besitzt eine Empfangs-Induktionsspule 46, die bei der Datenübertragung dem Sende-Addierer 44 gegenüberliegt. Das in der Induktionsspule 46 induzierte Signal wird in einem Verstärker 48 verstärkt und anschließend einer ersten und einer zweiten Korrelationsschaltung 50 bzw. 52 zugeführt.
Um den Empfang des ersten M₀-Reihen-Signals zu erkennen, das eine spezielle Anordnungsfolge besitzt und durch Laden des Anfangswerts "111111" in das Schieberegister 32 gesendet wird, berechnet die erste Korrelationsschaltung 50 die Korrelation zwischen dem aus dem Verstärker 48 kommenden Empfangssignal und einem Referenzwert (des ersten M₀-Reihen-Signals), der in einem Referenzwert- Speicher 54 gespeichert ist.
Um den Empfang des zweiten M₀-Reihen-Signals zu erkennen, dessen Start-Position sich von der des ersten M₀-Reihen-Signals unterscheidet, und das eine spezielle Anordnungsfolge besitzt und durch Laden des Anfangswerts "101111" in das Schieberegister 32 erzeugt wird, berechnet die Korrelationsschaltung 52 die Korrelation zwischen dem aus dem Verstärker 48 kommenden Empfangssignal und einem Referenzwert (des zweiten M₀-Reihen-Signals), der in einem Referenzwert-Speicher 56 gespeichert ist. Die Ausgangssignale der Korrelationsschaltungen 50 und 52 werden einem Komparator 66 zugeführt. Die durch die Korrelatorschaltungen 50 und 52 gewonnenen Korrelationswerte werden verglichen und dadurch das Datenbit 1 oder 0 demoduliert.
Im folgenden seien die beiden Arten von M-Reihen-Signalen, die von dem M-Reihen-Generator 30 in dem Speichermodul 12 (Fig. 1) erzeugt werden, anhand von Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Prinzips, nach dem das Schieberegister 32 die M₀-Reihen eines Worts mit der Wortlänge 63 (= 2⁶-1) erzeugt. In Fig. 2 wird als Anfangswert zur Erzeugung des M₀-Reihen-Signals der Wert "111111" in das 6-Bit-Schieberegister mit den Registerstufen b₀ bis b₅ eingegeben. Wenn in diesem Zustand Schiebetaktimpulse nacheinander von außen in die Eingangsstufe b₅ des Schieberegisters 32 eingegeben werden, werden 63 Zustände gebildet, die in Fig. 2 mit m₀₁ bis m₆₃ bezeichnet sind, d. h. jedesmal, wenn der Taktimpuls eingegeben wird, wird das b₀-Bit nach außen abgegeben, und die Bits b₀ und b₁ werden in dem EXKLUSIV-ODER-Glied 34 einer EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung unterzogen und auf das Eingangsbit b₅ gegeben. Nach 63 Schiebetaktimpulsen hat der Inhalt des Schieberegisters 32 schließlich folgenden Wert:
bbbbbb₀ = 111110.
Wenn ein weiterer Schiebetaktimpuls eingegeben wird, nimmt der Inhalt des Schieberegisters 32 wieder den Wert "111111" an.
Die Signal-Reihe mit einem von einer durchgezogenen Linie umgebenen Rahmen an der b₀-Bit-Position in der Ausgangsstufe wird durch das erste M₀-Reihen-Signal mit der Wortlänge 63 gesetzt und ergibt die ursprüngliche M₀-Reihe für eine Zustandsänderung des Schieberegisters, die in Fig. 2 gezeigt ist. Das heißt, durch Laden des des dem Datenbit 1 entsprechenden Anfangswerts "111111" in das Schieberegister 32 durch die Ladeschaltung 36 wird das ursprüngliche M-Reihen-Signal als erste M₀-Reihe erzeugt.
Für das Datenbit 0 wird der Anfangswert
bbbbbb₀ = 101111
in das Schieberegister 32 geladen. Dieser Anfangswert kennzeichnet den Zustand des Schieberegisters in der 27. Ordnungs-Position, die in Fig. 2 mit m₂₇ bezeichnet ist.
Es sei angenommen, daß das in Fig. 2 von dem rechteckigen Rahmen umgebene erste M₀-Reihen-Signal auf M₀₁ und das zweite M₀-Reihen-Signal, das von der 27. Ordnungs-Position des M₀₁-Reihen-Signals an erzeugt wird, auf M₂₇ gesetzt wird. Dann ist die Start-Position M₀₁ des ursprünglichen M₀₁-Reihen-Signals die Start-Position m₂₇ des M₂₇-Reihen-Signals, das separat erzeugt wird, auf die mittlere Position der M₀₁-Reihe gesetzt.
Das heißt, in der M₀-Reihe ist zwischem dem M₀₁-Reihen-Signal und dem M₂₇-Reihen-Signal eine Positionsabweichung von 26 Reihen vorgesehen.
Der Grund dafür, daß das M₀-Reihen-Signal, das von dem Anfangswert des ursprünglichen M₀-Reihen-Signals aus startet, und das M₀-Reihen-Signal, das von der zentralen Position m₂₇ der ursprünglichen M₀-Reihe aus startet, verwendet werden, ist der, daß gewährleistet sein soll, daß die Berechnung der Korrelation zwischen dem M₀₁-Reihen-Signal und dem M₂₇-Reihen-Signal die Abweichung von dem Spitzenwert, bei dem die Reihen übereinstimmen, auf -1/(2 N -1) gesetzt ist. Andererseits entspricht die Bitänderung zwischen den Anfangswerten "111111" und "101111" einem Bit, wobei sie nur in einer einzigen Bit-Position abweichen, wodurch die Ladeschaltung 36 vereinfacht wird.
Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Korrelator- Schaltung 50 für die Lese/Schreib-Einheit 10 von Fig. 1. Die zweite Korrelatorschaltung 52 hat im wesentlichen gleichen Aufbau und unterscheidet sich nur in dem Referenzwert.
In der Schaltung von Fig. 3 wird das von der Induktionsspule 46 empfangene Signal in dem Verstärker 48 verstärkt. Das verstärkte Signal wird von einem A/D-Wandler 58 abgetastet und in Form von Abtastproben-Daten S₁ bis S n sequentiell in einem Schieberegister 60 gespeichert.
Es sei nun angenommen, daß die Periode zur Erzeugung des dem Datenbit 1 entsprechenden M₀₁-Reihen-Signals mit der Wortlänge 63 durch dem N-Reihen-Generator 30 auf 63°-s und die Abtastperiode des A/D-Wandlers 58 z. B. 100 ns gesetzt sind. Es werden dann pro M₀₁-Reihen-Signal 630 Abtastproben in dem Schieberegister 60 gespeichert.
Hinter dem Schieberegister 60 sind Multiplizierer 62-1 bis 62-n angeordnet. Ihre Zahl n entspricht der Stufenzahl des Schieberegisters 60 und beträgt z. B. 630. Den Multiplizierern 62-1 bis 62-n werden Referenzwerte R₁ bis R n des M₀₁-Reihen-Signals zugeführt, das in die 630 Daten unterteilt ist, die der Zahl der Abtastzeitpunkte entsprechen und in dem Referenzwertspeicher 24 gespeichert wurden. Diese Referenzwerte R₁ bis R n werden mit den betreffenden Abtastdaten S₁ bis S n multipliziert. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 62-1 bis 62-n werden einer Addierschaltung 64 zugeführt. Die Korrelationswerte ergeben sich durch Addition der Ausgangssignale aller Multiplizierer.
Somit führt die in Fig. 3 gezeigte erste Korrelatorschaltung 50 die Korrelationsrechnung nach folgender Gleichung aus:
C(T) = Σ S(n) · R(n),
worin
S(n) die Abtastdaten und
R(n) die Referenzwertdaten
bedeuten.
Die zweite Korrelatorschaltung 52 arbeitet in ähnlicher Weise wie die erste Korrelatorschaltung 50 mit dem einzigen Unterschied, daß das M₂₇-Reihen-Signal, in dem die Zwischenposition des M₀₁-Reihen-Signals auf die Start-Position gesetzt ist, in 630 Werte unterteilt ist, die der Zahl der Abtastzeitpunkte entsprechen und als Referenzwerte in die Multiplizierer 62-1 bis 62-n von Fig. 3 eingegeben werden. Falls der Vergleich ergibt, daß der frühere Korrelationswert größer ist, wird das Datenbit 1 ausgegeben. Falls hingegen der letzte Korrelationswert größer ist, wird das Datenbit 0 ausgegeben.
Die Korrelationsrechnungen in der ersten und der zweiten Korrelatorschaltung 50 bzw. 52 werden in Wirklichkeit durch das Programm des Computers ausgeführt. Während des Zeitintervalls, in dem die Lese/Schreib-Einheit 10 die Bit-Transfer-Anforderung an das Speichermodul 12 abgibt und das M₀₁-Reihen-Signal oder das M₂₇-Reihen-Signal tatsächlich empfangen wird, werden die Empfangsdaten von dem A/D-Wandler 58 abgetastet und in dem Schieberegister 60 gespeichert. Anschließend wird die Korrelations­ berechnung unter Verwendung sowohl der Abtastdaten in dem Schieberegister 60 als auch der Referenzwerte in dem Referenzwert­ speicher ausgeführt.
Bei der tatsächlichen Datenübertragung tritt jedoch, wie in Fig. 4 gezeigt, in dem Zeitintervall nach der Ausgabe der Bit-Transfer- Anforderung von der Lese/Schreib-Einheit 10 an das Speichermodul 12 bis zu dem tatsächlichen Empfang des M₀₁-Reihen-Signals oder des M₂₇-Reihen-Signals eine Übertragungs-Zeitverzögerung t d auf. Diese ändert sich in Abhängigkeit von der Lese/Schreib-Einheit 10 und dem Speichermodul 12, und es ist nur die Übertragungs- Zeitverzögerung t d der größten Verzögerungszeit als System, z. B. τ d = 3 µs, gewährleistet.
Deshalb werden während 63 µs nicht nur allein das M₀₁-Reihen-Signal oder das M₂₇-Reihen-Signal sondern die Abtastdaten des Zeitintervalls von beispielsweise 68 µs zu dem die Übertragungs- Zeitverzögerung τ d = 3 µs addiert ist, in dem in Fig. 3 gezeigten Schieberegister 60 gespeichert. In diesem Fall sind 630 Referenzwertdaten für 680 Abtastdaten in dem Schieberegister 60 vorgesehen, und es ist ungewiß, an welchen Positionen der 680 Abtastdaten die 630 Abtastdaten der M₀₁- oder M₀₁-Reihen-Signale liegen. Es ist deshalb nicht bekannt, zwischen welcher Schiebe­ register-Position und welchem Referenzwert die Korrelationsberechnung ausgeführt wird.
Das heißt, zwischen den Abtastdaten in dem Schieberegister 60 und den Referenzwertdaten in dem Referenzwertspeicher 45 und 56 bestehen die in Fig. 5 gezeigten Korrespondenzrelationen.
Deshalb wird bei der Korrelationsberechnung beispielsweise die Seite der Referenzwerte sequentiell gegenüber den Abtastdaten in dem Schieberegister 60 datenweise verschoben und die Korrelationsberechnung ausgeführt. Zunächst werden z. B. die Referenzwerte R₁ bis R₆₃₀ für die Abtastdaten S₁ bis S₆₃₀ berechnet. Dann werden die Korrelationsberechnungen der Referenzwerte R₁ bis R₆₃₀ für die Abtastdaten S₁ bis S₆₃₀ ausgeführt. Ähnlich wie oben werden die Referenzwerte R₁ bis R₆₃₀ sequentiell verschoben, und die Korrelationsberechnungen werden bezüglich der verbleibenden Daten in der Zeitverzögerung τ d durchgeführt.
Durch diese Korrelationsberechnungen läßt sich der Korrelationswert mit einem mit dem Referenzwert zusammenfallenden Spitzenwert auch dann berechnen, wenn das M₀₁-Reihen-Signal oder das M₃₃-Reihen-Signal einer Reihe in irgendeiner beliebigen Position in dem Schieberegister 60 existiert. Bei den Korrelationsberechnungen von Fig. 5 wird die Referenzwertseite schrittweise verschoben. Es ist jedoch auch möglich, die Korrelationsberechnungen durchzuführen, indem man die Referenzwertseite festhält und die Abtastdaten sequentiell verschiebt.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, existiert das M₀₁-Reihen-Signal oder das M₂₇-Reihen-Signal an einer passenden Position in dem Zeitintervall T, in dem die Zeit T₀ zur Erzeugung des M-Reihen-Signals zu der Zeitverzögerung τ d addiert wurde. Wenn die Zeitverzögerung τ d für das M₀₁-Reihen-Signal oder das M₂₇-Reihen-Signal kurz ist, wird die datenfreie Periode nach Beendigung des M₀₁-Reihen-Signals bzw. des M₂₇-Reihen-Signals lang. Wenn die Daten abgetastet und die Korrelationen zwischen den Abtastdaten und den Referenzwerten bezüglich der datenfreie Periode bei kurzer Zeitverzögerung berechnet werden, wird, wie oben erwähnt, nicht die ursprüngliche Auto-Korrelation berechnet, weil in dieser Zeitperiode keine Daten vorhanden sind, so daß die Gefahr besteht, daß kein hohes Signal/Rausch-Verhältnis erreicht wird.
Es ist deshalb zur Eliminierung der datenfreien Periode nach Beendigung der Erzeugung des M₀₁-Reihen-Signals oder des M₂₇-Reihen-Signals wünschenswert, daß dann, wenn der in Fig. 1 gezeigte M-Reihen-Generator 30 die M-Reihen-Signale erzeugt hat, der der Übertragungs-Zeitverzögerung τ d nächstfolgende Abschnitt desselben Reihen-Signals nach dem M₀₁-Reihen-Signal oder dem M₂₇-Reihen-Signal addiert und das resultierende Signal gesendet wird.
Bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel werden die ausgelesenen Daten von dem Speichermodul 10 als Antwort auf einen Lese- Zugriff von seiten der Lese/Schreib-Einheit 10 hin gesendet. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Sie läßt sich direkt auch auf ein Datenübertragungssystem anwenden, in dem die Daten jedesmal bitweise zwischen zwei Einheiten übertragen, wenn von einer der beiden Einheiten an die andere Einheit eine Bit-Transfer-Anforderung abgegeben wird.
Obwohl das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 unter Bezugnahme auf ein System mit elektromagnetischer Induktionskopplung beschrieben wurde, ist eine Anwendung der Erfindung auch bei Systemen möglich, bei denen die Datenübertragung zwischen zwei Einheiten durch mit hochfrequente elektromagnetische Wellen erfolgt.

Claims (8)

1. Datenübertragungssystem mit Breitbandkommunikation
mit einer ersten Einheit (10) zur Anforderung eines Bit- Transfers
sowie mit einer zweiten Einheit (12), die jedesmal, wenn sie von der ersten Einheit (10) eine Bit-Transfer-Anforderng empfängt, Datenbits einzeln nacheinander aussendet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Einheit (12) eine Generatoreinrichtung (30) umfaßt zur Erzeugung eines ersten M-Reihen-Signals mit einer vorbestimmten Wortlänge und einer speziellen Anordnungsfolge, das einen der logischen Werte der Datenbits repräsentiert, und zur Erzeugung eines den anderen logischen Wert der Datenbits repräsentierenden zweiten M-Reihen-Signals, dessen Reihen-Start- Position abweicht, obwohl es dasselbe M-Reihen-Signal ist wie das erste M-Reihen-Signal,
und daß die erste Einheit (10) zum Empfang der Bitdaten folgende Teile aufweist:
  • - einen ersten Korrelator (50) zur Berechnung der Korrelation zwischen einem zuvor gespeicherten und mit dem ersten M-Reihen- Signal übereinstimmenden Referenzsignal (R₁ . . . R n ) und einem Empfangssignal,
  • - einen zweiten Korrelator (52) zur Berechnung der Korrelation zwischen einem zuvor gespeicherten und mit dem zweiten M-Reihen- Signal übereinstimmenden Referenzsignal und dem Empfangssignal, und
  • - eine Diskriminatoreinrichtung (66) zum Vergleichen der Amplituden eines von dem ersten Korrelator berechneten ersten Korrelationswerts und eines von dem zweiten Korrelator berechneten zweiten Korrelationswerts und damit zur Feststellung des logischen Werts des Datenbits und zur Ausgabe eines entsprechenden Ausgangssignals.
2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Einheit (12) vorgesehene Generatoreinrichtung (30) zur Erzeugung der M-Reihen-Signale das zweite M-Reihen-Signal erzeugt, indem die mittlere Position des ersten M-Reihen-Signals als Start-Position gesetzt wird.
3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (30) der M-Reihen-Signale folgende Teile umfaßt:
  • - ein Schieberegister (32), dessen Stufenzahl (N) einer vorbestimmten Wortlänge (2 N -1) entspricht,
  • - einer Gatterschaltung (34) zur EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Ausgangssignale zweier vorbestimmter Stufen (b₀, b₁) des Schieberegisters (32) und zur Rückkopplung des Ergebnisses der EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung zu den Eingangsstufen (b₅) des Schieberegisters sowie
  • - eine Ladeschaltung (36) zum Laden eines Anfangswerts für die Erzeugung eines M-Reihen-Signals mit vorbestimmter Anordnungsfolge in das Schieberegister, wenn einer der logischen Werte der Datenbits übertragen wird und zum Laden eines anderen Anfangswerts zur Erzeugung des gleichen M-Reihen-Signals von der genannten mittleren Position aus, wenn der andere logische Wert der Datenbits gesendet wird.
4. Datenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Stufenzahl N des Schieberegisters gleich 6 ist und die EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Ausgangssignale der beiden Stufen des Schieberegisters durch die Gatterschaltung ausgeführt und das Ergebnis der EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Eingangsstufe zugeführt wird, so daß das Schieberegister ein M₀-Reihen-Signal erzeugt, die Ladeschaltung (36) in Abhängigkeit von einem einen der logischen Werte der Datenbits die Schiebebits bbbbbb₀ = 111111und in Abhängigkeit von dem anderen logischen Wert der Datenbits die Schiebebitsbbbbbb₀ = 101111lädt.
5. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Korrelator folgende Teile aufweist:
  • - einen Analog/Digital-Wandler (58) zur Abtastung und Analog/ Digital-Umwandlung des Empfangssignals,
  • - ein Schieberegister (60) zur Speicherung der von dem Analog/ Digital-Wandler umgewandelten Daten zumindest in dem Umfang einer Wortlänge des ersten M-Reihen-Signals,
  • - eine Gruppe von Multiplizierern (62-1 bis 62-n) zum Multiplizieren jeder der in dem Schieberegister (60) gespeicherten Daten mit den einzelnen nummerngleichen Werten des ersten M-Reihen-Signals, die zuvor in einem Speicher gespeichert wurden, und
  • - einen Addierer (64) zur Berechnung der Summe der Ausgangssignale der Gruppe von Multiplizierern (62-1 bis 62-n).
6. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Korrelator folgende Teile aufweist:
  • - einen Analog/Digital-Wandler zur Abtastung und Analog/Digital- Umwandlung des Empfangssignals,
  • - ein Schieberegister zur Speicherung der von dem Analog/Digital- Wandler umgewandelten Daten in zumindest dem Umfang einer Wortlänge des ersten M-Reihen-Signals,
  • - eine Gruppe von Multiplizierern zum Multiplizieren jeder der in dem Schieberegister gespeicherten Daten mit den einzelnen nummerngleichen Werten des ersten M-Reihen-Signals, die zuvor in einem Speicher gespeichert wurden, und
  • - einen Addierer zur Berechnung der Summe der Ausgangssignale der Gruppe von Multiplizierern.
7. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einheit (10, 12) ein Paar Induktionsspulen (20, 22) für die Übertragung der Bit-Transfer- Anforderung umfassen sowie ein zweites Paar Induktionsspulen (44, 46) für die Übertragung der Bitdaten in Abhängigkeit von der Bit-Transfer-Anforderung.
8. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Einheit eine Lese/Schreib-Einheit (10) ist und zum Einschreiben oder Auslesen von Daten in Abhängigkeit von einem von einem Host-Computer kommenden Befehls dient
und daß die zweite Einheit (12) ein tragbares Speichermodul ist und zum Einschreiben oder Auslesen von Daten in einen bzw. aus einem Speicher in Abhängigkeit von einem von einem Zugriff von seiten der Lese/Schreib-Einheit (10) dient.
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