DE10262316B3

DE10262316B3 - Device for the transmission of digital signals between mobile units

Info

Publication number: DE10262316B3
Application number: DE10262316.3A
Authority: DE
Inventors: Nils Krumme; Harry Schilling; Dr. Lohr Georg
Original assignee: Schleifring GmbH
Current assignee: Schleifring GmbH
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2022-09-28

Abstract

Vorrichtung zur breitbandigen Übertragung digitaler Signale zwischen wenigstens einer ersten Einheit und mindestens einer entlang einer vorgegebenen Bahn gegenüber der ersten Einheit beweglichen zweiten Einheit umfassend der ersten Einheit zugeordnet- eine Datenquelle (1) zur Erzeugung eines seriellen Datenstroms,- einen Sender (2) zur Erzeugung elektrischer Signale aus dem seriellen Datenstrom der Datenquelle,- einen Schleifring (3) zur Führung der vom Sender erzeugten elektrischen Signale,sowie der zweiten Einheit zugeordnet- eine Empfangsantenne (4) zum Abgriff von elektrischen Signalen im Nahfeld des Schleifrings,- einen Empfänger (5) zum Empfang der von der Empfangsantenne abgegriffenen Signale,- eine Datensenke (6) zur Weiterverarbeitung der Signale des Empfängers, undeine Codiereinrichtung (7) zwischen Datenquelle (1) und Sender (2) vorgesehen ist, welche die digitale Kodierung des Datenstroms derart umsetzt, dass die Daten mit minimalen Fehlern über Sender (2), Schleifring (3), Empfangsantenne (4) sowie Empfänger (5) übertragen werden,dadurch gekennzeichnet, dassdie Codiereinrichtung (7) Mittel zur Speicherung von Daten sowie zur Abgabe der Daten mit unterschiedlichen Datenraten des zu übertragenden seriellen Datenstroms an den Sender (2) durch Anpassung der Codierung entsprechend den aktuellen Übertragungseigenschaften der Datenstrecke zwischen Sender (2) und Empfänger (5) aufweist.Device for broadband transmission of digital signals between at least one first unit and at least one second unit movable along a predetermined path relative to the first unit, comprising assigned to the first unit - a data source (1) for generating a serial data stream, - a transmitter (2) for generation electrical signals from the serial data stream of the data source, - a slip ring (3) for guiding the electrical signals generated by the transmitter, and assigned to the second unit - a receiving antenna (4) for picking up electrical signals in the near field of the slip ring, - a receiver (5th ) for receiving the signals picked up by the receiving antenna, - a data sink (6) for further processing of the signals from the receiver, and a coding device (7) between the data source (1) and the transmitter (2) is provided, which converts the digital coding of the data stream in such a way that that the data with minimal errors via transmitter (2), slip ring (3), Receiving antenna (4) and receiver (5) are transmitted, characterized in that the coding device (7) has means for storing data and for delivering the data at different data rates of the serial data stream to be transmitted to the transmitter (2) by adapting the coding according to the current transmission properties of the data link between transmitter (2) and receiver (5).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung digitaler Signale zwischen mehreren gegeneinander beweglichen Einheiten.The invention relates to a device for the transmission of digital signals between a plurality of units which can move in relation to one another.

Der Übersichtlichkeit halber wird in diesem Dokument nicht zwischen der Übertragung zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten und einer feststehenden und dazu beweglichen Einheiten unterschieden, da dies nur eine Frage des Ortsbezugs ist und keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Erfindung hat. Ebenso wird nicht weiter zwischen der Übertragung von Signalen und Energie unterschieden, da die Wirkungsmechanismen hier die selben sind.For the sake of clarity, this document does not differentiate between the transmission between units that can move relative to one another and a stationary unit that can move relative to it, since this is only a matter of location and has no effect on the way the invention works. Likewise, no further distinction is made between the transmission of signals and energy, since the mechanisms of action are the same here.

Stand der TechnikState of the art

Bei linear beweglichen Einheiten wie Kran- und Förderanlagen und auch bei drehbaren Einheiten wie Radaranlagen oder auch Computertomographen ist es notwendig, zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten elektrische Signale bzw. Energie zu übertragen. Hierzu ist meist eine Leiterstruktur in der ersten Einheit und ein entsprechender Abgriff in der zweiten Einheit vorgesehen. In den folgenden Ausführungen bezieht sich der Begriff Leiterstrukturen auf alle denkbaren Formen von Leiterstrukturen, welche geeignet sind, elektrische Signale zu führen. Dies bezieht sich auch auf die bekannten kontaktierenden Schleifbahnen bzw. Schleifringe.In the case of linearly movable units such as cranes and conveyor systems and also in the case of rotatable units such as radar systems or computer tomographs, it is necessary to transmit electrical signals or energy between units that are movable in relation to one another. For this purpose, a conductor structure is usually provided in the first unit and a corresponding tap in the second unit. In the following explanations, the term conductor structures refers to all conceivable forms of conductor structures that are suitable for conducting electrical signals. This also applies to the known contacting sliding tracks or slip rings.

Eine entsprechende Vorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 12 958 A1 beschrieben. Das zu übertragende Signal wird hier in eine Streifenleitung der ersten Einheit, welche längs des Weges der Bewegung der gegeneinander beweglichen Einheiten angeordnet ist, eingespeist. Mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung wird das Signal von der zweiten Einheit abgegriffen.A corresponding device is in the German Offenlegungsschrift DE 44 12 958 A1 described. The signal to be transmitted is fed here into a stripline of the first unit, which is arranged along the path of the movement of the units that are movable in relation to one another. The signal is picked up by the second unit by means of capacitive or inductive coupling.

Der Koppelfaktor des Signals zwischen den beiden Einheiten hängt im wesentlichen von dem Abstand der beiden Einheiten zueinander ab. Gerade bei räumlich ausgedehnten Übertragungssystemen und insbesondere bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten lassen sich auf Grund mechanischer Toleranzen die Abstände zwischen den beweglichen Einheiten nicht beliebig exakt festlegen. Daher variiert der Koppelfaktor häufig mit der Position der beiden Einheiten zueinander, der Geschwindigkeit (z. B. durch Verursachung von Vibrationen) und anderen Einflussgrößen. Gleichzeitig ändert sich die Signalamplitude am Eingang des Empfängers. Dadurch ergeben sich bei herkömmlich aufgebauten Empfängern Veränderungen im Signal, welche sich beispielsweise als erhöhter Jitter oder sogar Bitfehler bemerkbar machen. Ebenso ergeben sich hierbei Änderungen der Störfestigkeit.The coupling factor of the signal between the two units essentially depends on the distance between the two units. In the case of spatially extended transmission systems and in particular at high movement speeds, the distances between the moving units cannot be defined with any degree of precision due to mechanical tolerances. Therefore, the coupling factor often varies with the relative position of the two units, the speed (e.g. by causing vibrations) and other influencing factors. At the same time, the signal amplitude at the receiver input changes. In the case of conventionally designed receivers, this results in changes in the signal, which are noticeable, for example, as increased jitter or even bit errors. This also results in changes in the interference immunity.

Eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften bringt die in der DE 197 00 110 A1 veröffentlichte Vorrichtung, welche an Stelle einer Streifenleitung eine Leiterstruktur mit Filtereigenschaften aufweist. Grundsätzlich bleiben aber die Probleme bestehen.An improvement in the transmission properties brings in the DE 197 00 110 A1 published device, which has a conductor structure with filter properties instead of a strip line. In principle, however, the problems remain.

Aus der US 6,433,631 B2 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Eingangspegels am Empfänger offenbart. Hierzu wird die Signalamplitude nach einem Vorverstärker gemessenen und entsprechend dieser Signalamplitude ein vor dem Vorverstärker vorgesehenes Dämpfungsglied gesteuert. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass hierdurch ausschließlich dem Empfänger ein Signal mit konstanter Amplitude zur Verfügung gestellt werden kann.From the U.S. 6,433,631 B2 discloses an apparatus for controlling the input level at the receiver. For this purpose, the signal amplitude is measured after a preamplifier and an attenuator provided before the preamplifier is controlled according to this signal amplitude. The disadvantage of this arrangement is that it means that a signal with a constant amplitude can be made available exclusively to the receiver.

Der Nachteil der dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen liegt in einer noch unzureichenden Störfestigkeit. So können zwar die Sendesignalpegel in der Leitung erhöht werden, um die Störfestigkeit zu verbessern. Damit steigt aber auch die unerwünschte Abstrahlung hochfrequenter Signale. Bei einer Verringerung des Sendesignalpegels sinkt zwar die Abstrahlung, aber die Immunität gegen eingestreute Störungen von außen sinkt ebenfalls.The disadvantage of the devices corresponding to the prior art is that they are still insufficiently immune to interference. The transmission signal level in the line can be increased in order to improve the interference immunity. However, this also increases the undesired emission of high-frequency signals. If the transmission signal level is reduced, the radiation decreases, but the immunity to external interference also decreases.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur elektrischen Signalübertragung zu gestalten, welche die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und insbesondere eine hohe Störfestigkeit und somit eine hohe Übertragungsqualität der Signale aufweist.The object is to design a device for electrical signal transmission that avoids the disadvantages outlined above and, in particular, has a high level of immunity to interference and thus a high transmission quality of the signals.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche.The object is achieved according to the invention with the means specified in the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent further claims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Übertragung digitaler Signale zwischen wenigstens zwei gegeneinander beweglichen Einheiten. Selbstverständlich können auf jeder Seite der Bewegung eine oder mehrere Einheiten angeordnet sind. Zur vereinfachten Darstellung wird hier ausschließlich auf eine zweite Einheit, welche gegenüber einer ersten Einheit beweglich ist, Bezug genommen. Der ersten Einheit ist eine Datenquelle (1) zur Erzeugung eines seriellen Datenstroms, wie beispielsweise ein dem Stand der Technik entsprechender Paralle-1/Seriell - Wandler zugeordnet. Weiterhin ist ein Sender (2) vorgesehen, der aus dem seriellen Datenstrom der Datenquelle elektrische Signale zu Übertragung über einen Schleifring erzeugt. Der zweiten Einheit ist eine Empfangsantenne (4) zum Abgriff elektrische Signale im Nahfeld des Schleifrings zugeordnet. Die elektrischen Signale der Empfangsantenne werden über einen Empfänger (5) einer Datensenke (6) zur Weiterverarbeitung der Signale zugeführt.A device according to the invention is used for the transmission of digital signals between at least two units that are movable in relation to one another. Of course, one or more units can be arranged on each side of the movement. For the sake of simplicity, reference is made here exclusively to a second unit which can be moved relative to a first unit. A data source (1) for generating a serial data stream, such as a parallel-1/serial converter corresponding to the prior art, is assigned to the first unit. A transmitter (2) is also provided, which generates electrical signals for transmission via a slip ring from the serial data stream from the data source. The second The unit is assigned a receiving antenna (4) for picking up electrical signals in the near field of the slip ring. The electrical signals from the receiving antenna are fed via a receiver (5) to a data sink (6) for further processing of the signals.

Erfindungsgemäß ist nun eine Codiereinrichtung (7) zwischen Datenquelle (1) und Sender (2) vorgesehen. Diese Codiereinrichtung ist derart ausgelegt, dass sie die digitale Kodierung des Datenstroms derart umsetzt, dass die Daten mit minimalen Fehlern über Sender (2), Schleifring , Empfangsantenne (4) sowie Empfänger (5) übertragbar sind.According to the invention, a coding device (7) is provided between the data source (1) and the transmitter (2). This coding device is designed in such a way that it converts the digital coding of the data stream in such a way that the data can be transmitted with minimal errors via the transmitter (2), slip ring, receiving antenna (4) and receiver (5).

Entsprechend dem Wesen der Erfindung ist die Codiereinrichtung in dem elektrischen Signalpfad zwischen Datenquelle (1) und Sender (2) vorgesehen. Selbstverständlich kann diese Codiereinrichtung auch in dem Sender (2) angeordnet sein.According to the essence of the invention, the coding device is provided in the electrical signal path between the data source (1) and the transmitter (2). Of course, this coding device can also be arranged in the transmitter (2).

Das wesentliche Merkmal der Codiereinrichtung ist deren Anpassung der Kodierung eines beliebigen digitalen Signals an die Übertragungseigenschaften der elektrischen Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger.The essential feature of the coding device is its adaptation of the coding of any digital signal to the transmission properties of the electrical data path between transmitter and receiver.

Erfindungsgemäß weist die Codiereinrichtung zusätzliche Speichermittel sowie Mittel zur Anpassung der Datenrate des zu übertragenden seriellen Datenstroms auf. Somit kann entsprechend den aktuellen Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke zwischen Sender und Empfänger die Datenrate angepasst werden.According to the invention, the coding device has additional storage means and means for adapting the data rate of the serial data stream to be transmitted. The data rate can thus be adjusted according to the current transmission properties of the transmission link between transmitter and receiver.

Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine wesentlich bessere Signalübertragungsqualität als mit dem Stand der Technik erreichbar.A significantly better signal transmission quality can be achieved with a device according to the invention than with the prior art.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweiten Einheit zwischen Empfänger (5) und Datensenke (6) eine Decodiereinrichtung (9) zur Dekodierung der von der Codiereinrichtung (7) kodierten Signale zugeordnet. Durch diese Decodiereinrichtung wird die Kodierung der Codiereinrichtung wieder rückgängig gemacht, so dass die der Datensenke zugeführten Signale dem Datenstrom der Datenquelle (1) entsprechen. Selbstverständlich kann die Decodiereinrichtung auch im Empfänger (5) angeordnet sein. Somit ist die Kodierung zum optimalen Transport der Daten auf der Datenstrecke für Datenquelle bzw. Datensenke vollkommen transparent. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the second unit between the receiver (5) and the data sink (6) is assigned a decoding device (9) for decoding the signals encoded by the coding device (7). The coding of the coding device is reversed again by this decoding device, so that the signals supplied to the data sink correspond to the data stream of the data source (1). Of course, the decoding device can also be arranged in the receiver (5). The coding for the optimal transport of the data on the data path is therefore completely transparent for the data source and data sink.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt durch die Kodierung des Datenstroms mittels der Codiereinrichtung (7) eine Umsetzung der spektralen Eigenschaften des Datenstroms. So erfolgt die Kodierung derart, dass die Leistung des Signals in vorgegebenen Spektralbereichen wahlweise erhöht oder abgesenkt wird. Durch eine Anpassung der spektralen Eigenschaften des Signals kann die Übertragungsqualität an den Frequenzgang der übrigen Übertragungsstrecke sowie an vorhandene Störer bzw. störempfindliche Komponenten angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the spectral properties of the data stream are converted by the coding of the data stream by means of the coding device (7). The coding is done in such a way that the power of the signal is selectively increased or decreased in specified spectral ranges. By adapting the spectral properties of the signal, the transmission quality can be adapted to the frequency response of the rest of the transmission path as well as to existing interferers or components susceptible to interference.

Weist die Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger beispielsweise in einem oder mehreren bekannten Frequenzbereichen eine besonders hohe Dämpfung auf, so kann nun vorteilhafterweise die Kodierung derart ausgelegt werden, dass dieser Frequenzbereich zur Übertragung nicht verwendet wird. Im umgekehrten Fall kann bei Frequenzbereichen besonders niedriger Dämpfung durch geeignete Kodierung ein Maximum im diese Frequenzbereiche gelegt werden.If the data link between transmitter and receiver has a particularly high attenuation in one or more known frequency ranges, for example, the coding can now advantageously be designed in such a way that this frequency range is not used for transmission. Conversely, in the case of frequency ranges with particularly low attenuation, a maximum can be placed in these frequency ranges by means of suitable coding.

Sind externe Störer vorhanden, welche die Übertragung der Signale beeinträchtigen, so wird die Kodierung vorteilhafterweise derart vorgenommen, dass wahlweise diese Frequenzbereiche ausgespart werden. Alternativ dazu könnte auch in diesen Frequenzbereichen eine besonders hohe Amplitude abgegeben werden.If there are external sources of interference that impair the transmission of the signals, then the coding is advantageously carried out in such a way that these frequency ranges are selectively left out. As an alternative to this, a particularly high amplitude could also be emitted in these frequency ranges.

Sind besonders störempfindliche Komponenten außerhalb der Datenstrecke vorhanden, so kann durch die Kodierung das Spektrum des übertragenen Signals derart angepasst werden, dass in dem Frequenzbereichen hoher Störempfindlichkeit nur geringe Signalpegel abgegeben werden. Grundsätzlich kann hier auch das bekannte Linienspektrum digitaler Signale durch eine geeignete Kodierung verbreitert werden, um die nach den gängigen EMV-Normen gemessenen Grenzwerte einzuhalten.If components that are particularly susceptible to interference are present outside the data path, the spectrum of the transmitted signal can be adapted by coding in such a way that only low signal levels are emitted in the frequency ranges with high interference sensitivity. In principle, the known line spectrum of digital signals can also be broadened here by suitable coding in order to comply with the limit values measured according to the current EMC standards.

Die Kodierung erfolgt vorteilhafterweise derart, dass das übertragene Signal gleichstromfrei ist.The coding is advantageously carried out in such a way that the transmitted signal is free of direct current.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Art der Kodierung dynamisch einstellbar, so dass diese sich vorteilhafter Weise an durch die Bewegung hervorgerufene Änderungen anpassen kann. Hierzu ist vorteilhafterweise eine Steuereinheit mit Mitteln zur Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes und einer entsprechenden Vorgabe der Kodierung an die Kodiereinrichtung vorgesehen.In a further embodiment of the invention, the type of coding can be set dynamically so that it can advantageously adapt to changes caused by the movement. For this purpose, a control unit with means for determining the current operating state and a corresponding specification of the coding to the coding device is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Codiereinrichtung derart gestaltet, dass sie zusätzliche Redundanz in dem Datenstrom einbringt. Durch diese zusätzliche Redundanz werden weitergehende Korrekturen der Informationen des Datenstroms im Falle von Übertragungsfehlern ermöglicht. Diese Korrekturen können nun wahlweise von der Datensenke, bevorzugt aber von einer Decodiereinrichtung vorgenommen werden.In another embodiment of the invention, the coding device is designed in such a way that it introduces additional redundancy in the data stream. This additional redundancy enables further corrections to be made to the information in the data stream in the event of transmission errors. These corrections can now optionally be made by the data sink, but preferably by a decoding device.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Codiereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie Informationen an bekannten Stellen des Datenstroms ersetzt. So sind die Kodierungsmechanismen der meisten Datenquellen bekannt. Durch eine Auswertung zumindest des Rahmens einzelner Datenpakete können die wesentlichen Informationen des Datenstroms erkannt werden. Dabei können nicht relevante Informationen zu Übertragung zusätzliche Redundanz eingesetzt werden. Ebenso kann durch Zusammenfassung mehrerer Datenpakete bzw. Änderung der Paketstruktur die Redundanz sowie Störsicherheit der übertragenen Informationen erhöht werden. Beispielsweise können mit Datenpakete einer 4B/5B Kodierung in ein Datenpaket einer 8B/10B Kodierung umgesetzt werden.A further embodiment of the invention provides that the coding device is designed in such a way that it replaces information at known points in the data stream. The coding mechanisms of most data sources are known. The essential information of the data stream can be identified by evaluating at least the frame of individual data packets. Information that is not relevant for transmission can be used for additional redundancy. The redundancy and interference resistance of the transmitted information can also be increased by combining several data packets or changing the packet structure. For example, data packets with a 4B/5B coding can be converted into a data packet with an 8B/10B coding.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Codiereinrichtung derart ausgelegt, dass sie die Datenrate des seriellen Datenstroms erhöht und somit Raum für zusätzliche redundante Informationen schafft. Vorteilhafterweise erfolgt eine solche Umsetzung der Datenrate oder auch wahlweise eine zuvor beschriebene Umsetzung der Kodierung bzw. der Paket Informationen durch Umsetzung des seriellen Datenstroms der Datenquellen im Parallele Datenworte, welche leicht modifiziert werden können sowie die anschließende Umsetzung in einen geänderten seriellen Datenstrom zur Übertragung.In another embodiment of the invention, the coding device is designed in such a way that it increases the data rate of the serial data stream and thus creates space for additional redundant information. Advantageously, such a conversion of the data rate or alternatively a previously described conversion of the coding or packet information takes place by converting the serial data stream of the data sources in parallel data words, which can be easily modified, and the subsequent conversion into a modified serial data stream for transmission.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung weist eine Codiereinrichtung mit wenigstens einem Multiplexer zur Integration weiterer Signale bzw. Datenströme in den von der Datenquelle (1) erzeugten seriellen Datenstrom auf. Häufig sind neben dem Haupt-Datenstrom noch zusätzliche Informationen, meist Steuersignale zu übertragen. Diese können mittels eines Multiplexers in der Codiereinrichtung vorteilhafterweise in den Datenstrom mit integriert werden.Another embodiment of the invention has a coding device with at least one multiplexer for integrating further signals or data streams into the serial data stream generated by the data source (1). In addition to the main data stream, additional information, mostly control signals, often has to be transmitted. These can advantageously be integrated into the data stream by means of a multiplexer in the coding device.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Codiereinrichtung auf, welche zur Erhöhung der Sicherheit die zu übertragenden Signale codiert bzw. verschlüsselt. Entsprechend der Sicherheitsanforderungen kann hierzu ein kürzerer oder längerer Schlüssel verwendet werden. Entsprechend den Mittel zur Entschlüsselung können kann wahlweise in der Datensenke bzw. in der Decodiereinrichtung vorgesehen sein.A further device according to the invention has a coding device which encodes or encrypts the signals to be transmitted in order to increase security. Depending on the security requirements, a shorter or longer key can be used for this. Corresponding to the means for decryption, it can be optionally provided in the data sink or in the decoding device.

Bei gegeneinander beweglichen Einheiten variiert die aktuelle zu übertragende Datenrate häufig mit der Zeit bzw. mit der Position. Einflussgrößen sind beispielsweise der Abstand der beiden gegeneinander beweglichen Einheiten, die Verkoppelung zwischen diesen Einheiten oder auch externe Störeinflüsse. Mit Hilfe der Codiereinrichtung wird die Datenrate kontinuierlich angepasst. Ist beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. bei einer bestimmten Position die Übertragung nur mit einer relativ niedrigen Datenrate möglich, so werden die Daten der Datenquellen in den Speichermitteln zwischengespeichert. Erhöht sich nun durch Zeitablauf bzw. Änderung der Position die mögliche Datenrate der Datenstrecke wieder, so können die zwischengespeicherten Informationen übertragen werden. Entsprechend hierzu ist die Decodiereinrichtung ausgelegt, welche ebenfalls Mittel zur Speicherung von Daten im Falle einer hohen Datenrate von der Codiereinrichtung aufweist und damit einen kontinuierlichen Datenstrom zur Datensenke sicherstellen kann. Zur optimalen Steuerung sind optional Mittel zur Messung der Übertragungseigenschaften vorgesehen.In the case of units that move in relation to one another, the current data rate to be transmitted often varies over time or with the position. Influencing variables are, for example, the distance between the two units that can be moved relative to one another, the coupling between these units or external interference. The data rate is continuously adjusted with the aid of the coding device. For example, if transmission is only possible at a relatively low data rate at a specific point in time or at a specific position, then the data from the data sources are temporarily stored in the storage means. If the possible data rate of the data path increases again due to the passage of time or a change in position, the temporarily stored information can be transmitted. The decoding device is designed accordingly, which also has means for storing data in the case of a high data rate from the coding device and can thus ensure a continuous data stream to the data sink. Means for measuring the transmission properties are optionally provided for optimum control.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Codiereinrichtung zusätzliche Mittel zur Speicherung der Daten auf. Daneben ist ein zusätzlicher Kommunikationskanal zwischen Decodiereinrichtung und Codiereinrichtung zur Signalisierung fehlerhafter Daten durch die Decodiereinrichtung an die Codiereinrichtung vorgesehen. Stellt nur die Decodiereinrichtung fehlerhaft übertragene Daten fest, so signalisiert sie dies der Codiereinrichtung, welche daraufhin die Aussendung der Daten wiederholt. Solche Mechanismen sind grundsätzlich auf höheren Ebenen der Signalübertragung bekannt. So erfolgt in diesen Fällen eine Kommunikation zwischen einem ersten Rechner, welcher mit der Datenquellen verbunden ist und einem zweiten Rechner, welcher mit der Datensenke verbunden ist. Hierbei benötigt die Kommunikation und die Wiederholung der Datenübertragung zusätzliche Rechnerleistung. Durch die Integration in eine niedrige Ebene der Datenübertragung erfolgt die Wiederholung der Übertragung unabhängig vom Übertragungsprotokoll und unabhängig von zusätzlichen Aufwendungen der kommunizierenden Rechner. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von dem daran angeschlossenen Rechnersystemen zu betreiben. Sie gewährleistet gleichzeitig eine maximale Flexibilität und Übertragungssicherheit bei minimaler zusätzlicher Auslastung der angeschlossenen Rechner.In a further advantageous embodiment of the invention, the coding device has additional means for storing the data. In addition, an additional communication channel is provided between the decoding device and the coding device for signaling erroneous data through the decoding device to the coding device. If only the decoding device detects incorrectly transmitted data, it signals this to the coding device, which then repeats the transmission of the data. Such mechanisms are basically known at higher levels of signal transmission. In these cases, communication takes place between a first computer, which is connected to the data source, and a second computer, which is connected to the data sink. In this case, the communication and the repetition of the data transmission require additional computing power. Due to the integration into a low data transmission level, the transmission is repeated independently of the transmission protocol and independent of additional expenditure on the communicating computers. Thus, the device according to the invention can be operated independently of the computer systems connected to it. At the same time, it guarantees maximum flexibility and transmission security with minimal additional load on the connected computers.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wahlweise in der Codiereinrichtung (7) beziehungsweise in der Decodiereinrichtung (8) Mittel zur Taktregeneration vorgesehen sind. Weiterhin können an beliebiger Stelle der Datenstrecke Mittel zur Taktregeneration vorgesehen sein. Durch die Taktregeneration eines Signals erfolgt die Synchronisation des Signals auf einen Takt konstanter Frequenz, welcher meist mit Hilfe einer PLL aus dem Datenstrom gewonnen wird. Dadurch kann die Kurvenformen des Signals wesentlich verbessert werden. So hat das regenerierte Signal wieder klare Flanken mit reduziertem Jitter und folglich einer vergrößerten Augenöffnung.Another embodiment of the invention provides that means for clock regeneration are optionally provided in the coding device (7) or in the decoding device (8). Furthermore, means for clock regeneration can be provided at any point along the data path. The clock regeneration of a signal synchronizes the signal to a clock with a constant frequency, which is usually obtained from the data stream with the help of a PLL. This can significantly improve the curve shape of the signal. Thus, the regenerated signal has clear again Flanks with reduced jitter and consequently an enlarged eye opening.

In eine anderen Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Filter wahlweise dem Sender (2) beziehungsweise dem Empfänger (5) zugeordnet. Dieses Filter dient zur Anpassung an die Übertragungseigenschaften der Datenstrecke zwischen Sender und Empfänger. So lassen sich insbesondere auf Seiten des Empfängers frequenzabhängige Amplituden- und Phasengänge korrigieren. Durch derartige Filter können auch externe Störungen reduziert werden.In another embodiment of the invention, at least one filter is optionally assigned to the transmitter (2) or the receiver (5). This filter is used to adapt to the transmission properties of the data link between transmitter and receiver. In this way, frequency-dependent amplitude and phase responses can be corrected, particularly on the receiver side. Such filters can also reduce external interference.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindung besteht darin, dass das Filter dynamisch einstellbar ist. Gerade bei beweglichen Einheiten ändert sich die Übertragungscharakteristik dynamisch während der Bewegung. Diese kann durch dynamische Filtereinstellung kompensiert werden. Ein solches Filter kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder durch eine einfache Regelschaltung gesteuert werden.Another advantageous embodiment of the invention is that the filter can be adjusted dynamically. Especially in the case of mobile units, the transmission characteristics change dynamically during movement. This can be compensated by dynamic filter settings. Such a filter can be controlled, for example, by a microcontroller or by a simple control circuit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Mikrocontroller zur Steuerung bzw. Diagnose der Vorrichtung vorgesehen. Dieser Mikrocontroller hat optional einen Speicher zur Speicherung bestimmter Ereignisse, wie Fehler oder auch Überschreitung von Grenzwerten. Vorteilhafterweise besitzt ein solcher Mikrocontroller einen Web-Server, so dass er mittels eines herkömmlichen Personal-Computers oder eines Internet-Terminals lokal oder über das Internet bedient werden kann. Weiterhin ist optional eine Anzeige bestimmter Betriebszustände bzw. Betriebsparameter vorgesehen. So können beispielsweise Übertragungsfehler, Signal/Rauschabstand, Bitfehlerrate oder die Überschreitung bestimmter Grenzwerte angezeigt werden. Die gesamte Steuerung kann optional durch Software neu konfiguriert werden. Somit können beispielsweise Speicherinhalte, Datentabellen, oder auch Programmcode neu entsprechend den Anforderungen geladen werden.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one microcontroller is provided for controlling or diagnosing the device. This microcontroller has an optional memory for storing certain events, such as errors or exceeding limit values. Such a microcontroller advantageously has a web server so that it can be operated locally or via the Internet using a conventional personal computer or an Internet terminal. Furthermore, a display of specific operating states or operating parameters is optionally provided. For example, transmission errors, signal-to-noise ratio, bit error rate or exceeding certain limit values can be displayed. The entire control can optionally be reconfigured by software. Thus, for example, memory contents, data tables, or also program code can be reloaded according to the requirements.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung selbstlernend bzw. adaptiv ausgelegt. Dies bedeutet, dass es sie sich dynamisch, insbesondere während der Bewegung, an die Betriebszustände anpasst. Dies kann beispielsweise durch Ermittlung bestimmter Betriebsparameter, wie Bitfehlerrate, Signalamplitude etc. und anschließende Einstellung von Codiereinrichtung bzw. Decodiereinrichtung bzw. den Filtern erfolgen. Besonders günstig ist deshalb, hier einen Fuzzy-Controller einzusetzen. So kann beispielsweise die Redundanz bzw. die Datenrate als Funktion der Übertragungsfehler eingestellt werden. Dies bedeutet, dass bei einer hohen Anzahl von Übertragungsfehlern beispielsweise eine höhere Redundanz vorgesehen wird. Gerade bei Drehbewegungen, insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit, ist es vorteilhaft, die Übertragungsfunktion über die Umdrehung zu speichern und entsprechend abhängig von der Zeit bzw. der Position die Einstellung von Codiereinrichtung bzw. Decodiereinrichtung bzw. Filtern vorzunehmen. Dies ist selbstverständlich auch bei linearen Bewegungen möglich, sofern eine Information über die Position vorhanden ist.In a further advantageous embodiment, the device is designed to be self-learning or adaptive. This means that it adapts dynamically, especially during movement, to the operating conditions. This can be done, for example, by determining certain operating parameters, such as bit error rate, signal amplitude, etc., and then setting the coding device or decoding device or the filters. It is therefore particularly favorable to use a fuzzy controller here. For example, the redundancy or the data rate can be set as a function of the transmission errors. This means that with a high number of transmission errors, for example, a higher level of redundancy is provided. Particularly in the case of rotary movements, in particular at a constant speed, it is advantageous to store the transfer function over the revolution and to set the coding device or decoding device or filters accordingly as a function of the time or the position. Of course, this is also possible with linear movements, provided information about the position is available.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur breitbandigen Übertragung digitaler Signale mittels einer Vorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 sieht eine Kodierung sowie eine optionale Dekodierung der Signale zur Verbesserung der Übertragungsqualität vor.A method according to the invention for broadband transmission of digital signals using a device according to claim 1 provides for coding and optional decoding of the signals to improve the transmission quality.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben.

1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

The invention is described below by way of example, without restricting the general inventive concept, using exemplary embodiments with reference to the drawing.

1 shows in general form schematically a device according to the invention.

In der 1 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch abgebildet. Die Daten einer Datenquelle (1) werden über eine Codiereinrichtung (7) und einen Sender (2) an eine Sendeleiterstruktur (3) übertragen. Die Sendeleiterstruktur ist entlang der Bahn der Bewegung, die durch den Richtungspfeil (9) angedeutet ist, angeordnet und führt die durch den Sender eingespeisten Signale. Eine Empfangsantenne (4) ermöglicht einen Abgriff der Signale des Nahfeldes der Sendeleiterstruktur. Die von der Antenne abgegriffenen Signale werden über einen Empfänger (5) und eine Decodiereinrichtung (8) zur Datensenke (6) geleitet. Dabei ist die Sendeleiterstruktur (3) in Form eines Schleidrings ausgebildet, hier vereinfacht in abgewickelter Form dargestellt.In the 1 a particularly advantageous embodiment of a device according to the invention is shown schematically. The data from a data source (1) are transmitted to a transmission conductor structure (3) via a coding device (7) and a transmitter (2). The transmitter conductor structure is arranged along the path of movement indicated by the directional arrow (9) and carries the signals fed by the transmitter. A receiving antenna (4) enables the signals in the near field of the transmission conductor structure to be tapped off. The signals picked up by the antenna are routed to the data sink (6) via a receiver (5) and a decoding device (8). The transmission conductor structure (3) is designed in the form of a slip ring, shown here in simplified form in a developed form.

BezugszeichenlisteReference List

11: DatenquelleData Source
22: SenderChannel
33: Schleifring als SendeleiterstrukturSlip ring as transmission conductor structure
44: Empfangsantennereceiving antenna
55: Empfängerrecipient
66: Datensenkedata sink
77: Codiereinrichtungencoder
88th: Decodiereinrichtungdecoder
99: Richtungspfeil für BewegungsrichtungDirection arrow for direction of movement

Claims

Device for broadband transmission of digital signals between at least one first unit and at least one second unit movable along a predetermined path relative to the first unit, comprising associated with the first unit - a data source (1) for generating a serial data stream, - a transmitter (2) for generating electrical signals from the serial data stream of the data source, - a slip ring (3) for guiding the electrical signals generated by the transmitter, and assigned to the second unit - a receiving antenna (4) for picking up electrical signals in the near field of the slip ring, - a receiver (5th ) for receiving the signals picked up by the receiving antenna, - a data sink (6) for further processing of the signals from the receiver, and a coding device (7) between the data source (1) and the transmitter (2), which converts the digital coding of the data stream in such a way that the data with minimal errors via transmitter (2), Schleifr ing (3), receiving antenna (4) and receiver (5), characterized in that the coding device (7) has means for storing data and for delivering the data at different data rates of the serial data stream to be transmitted to the transmitter (2) by adapting the coding according to the current transmission properties of the data path between transmitter (2) and receiver (5).

device after claim 1 , characterized in that means for clock regeneration can be provided optionally in the coding device (7) or in the decoding device (8) and furthermore at any point of the data path between transmitter (2) and receiver (5).

device after claim 2 , characterized in that the signal is synchronized by clock regeneration to a clock with a constant frequency, which is obtained from the data stream using a PLL.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a decoding device (8) is provided between the receiver (5) and the data sink (6).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) is designed for converting the spectral properties of the data stream in such a way that the power is selectively increased or decreased in predetermined spectral ranges.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding function of the coding device can be set dynamically.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) is designed in such a way that it introduces additional redundancy into the data stream.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) is designed in such a way that it replaces data values at specific positions in the data stream.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) is designed in such a way that it increases or reduces the data rate of the serial data stream.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) has a multiplexer for integrating further data streams into the serial data stream of the data source (1).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coding device (7) has means for coding the serial data stream of the data source (1).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the decoding device (8) has additional means for signaling erroneously transmitted data to the coding device (6) by means of an additionally available transmission channel and the coding device (7) is designed in such a way that, on request, it the decoding device (8) repeats the transmission of erroneously received data packets.

device after claim 1 , characterized in that optionally the transmitter (2) or the receiver (5) associated with at least one filter for adaptation to the transmission properties of the data link between transmitter and receiver is provided.

device after Claim 13 , characterized in that the filter is dynamically adjustable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a Microcontroller is provided for controlling and diagnosing the device.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is self-learning and dynamically adapts to the respective operating states.