DE4006424A1 - Datenuebertragungssystem mit breitbandkommunikation - Google Patents
Datenuebertragungssystem mit breitbandkommunikationInfo
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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:
b₅b₄b₃b₂b₁b₀ = 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
b₅b₄b₃b₂b₁b₀ = 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.
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:
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
b₅b₄b₃b₂b₁b₀ = 111111und in Abhängigkeit von dem anderen logischen Wert der Datenbits
die Schiebebitsb₅b₄b₃b₂b₁b₀ = 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.
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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