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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störerkennung in Datenübertragungssystemen
mit binärer Frequenzumtastung, deren Empfangseinrichtungen für jede der beiden Umtastfrequenzen
ein Filter entsprechender Durchlaßcharakteristik aufweisen, dem jeweils eine Gleichrichteranordnung
nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der Gleichrichteranordnungen Schwellwertschaltungen
zugeführt werden, deren Ansprechen oder Nichtansprechen die Entscheidung für die
eine oder die andere Zeichenlage des jeweils empfangenen Zeichens darstellt.
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In Datensicherungssystemen für Datenübertragung auf öffentlichen Fernsprechwegen
werden mit Vorteil Störungsdetektoren eingesetzt. Sie überwachen die vom Übertragungskanal
her beim Empfänger eintreffenden Signale und melden dem Sicherungssystem Störungen
der Empfangssignale, die im Demodulator möglicherweise zu Fehlern führen können.
Augenblicklich sind für Datenübertragung im öffentlichen Fernsprechnetz hauptsächlich
Frequenzmodulatoren und -demodulatoren (EM-Modems) im Einsatz. Das Modulationsverfahren
ist binäre Frequenzumtastung. Eine positive Eingangsspannung am Modulator hat die
Aussendung einer sinusförmigen Spannung höherer Frequenz, eine negative die Aussendung
einer solchen niedrigeren Frequenz zur Folge. Typische Werte sind 2100 und 1300
Hz für den Datenkanal, 450 und 390 Hz für den Hilfskanal (Rückmeldekanal). Im Hauptkanal
sind damit bis zu 1200 Umtastungen pro Sekunde, im Hilfskanal bis zu 75 Umtastungen
pro Sekunde möglich.
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Es gibt eine Reihe von Vorschlägen, an welchem Signal und auf welche
Art und Weise eine Störerkennung durchgeführt werden soll. Dabei hat sich herausgestellt,
daß eine Störerkennung vor der Demodulation keine genügend große Korrelation mit
den tatsächlich entstehenden Fehlern liefert. Entweder wird dieErkennfähigkeit zu
gering oder, bei empfindlicherer Einstellung der Detektoren, die Redundanz (unnötige
Fehleranzeige) zu hoch. Wesentlich bessere Ergebnisse liefert die Störerkennung
am demoduherten Signal, wie sie beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1208
332 beschrieben ist.
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Bei dieser bekannten Anordnung erscheint das demodulierte Signal in
Form zweier Spannungen ui und u2 am Ausgang zweier Gleichrichteranordnungen, die
Bandfiltern nachgeschaltet sind, die auf die hohe Frequenz f1 und die niedrige Frequenz
f2 abgestimmt sind. Wird f1 empfangen, so nimmt ui im Idealfall den Wert Ui an,
u2 den Wert 0, bei Empfang von f2 wird ui = 0 und u2 = U2. Die Differenz ui - u2
ist positiv bei Empfang von f1, negativ bei Empfang von f2. Eine Schwellenschaltung
gewinnt daraus in einfacher Weise das digitale Ausgangssignal. Die Ausgangssignale
ui und u2 der Gleich- ; richteranordnungen sind in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt.
Störungen auf dem Kanal haben zur Folge, daß die beiden Frequenzen fi und f2 nicht
mehr in dieser sich gegenseitig ausschließenden Weise empfangen werden. Verschiedenartige
Möglichkeiten sind denkbar: 1. Die Ausgangsspannung in einem Teilband erreicht nicht
den Wert Ui bzw. U2, während sie im anderen Band Null bleibt; 2. in beiden Teilbändern
wird die Ausgangsspannung zu Null; 3. in beiden Teilbändern tritt Energie auf, wobei
0 < ui < Ui und 0 < u2< U2 ist.
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Kritisch sind die Fälle 2 und 3. Fall 1 führt zu keinem Fehler, solange
er nicht in Fall 2 übergeht. Im Fall 2 kann die Entscheidungsschaltung keine eindeutige
Entscheidung treffen; die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlentscheidung wird 0,5.
Fall 3 geht im Ergebnis in Fall 2 über; wenn ui = u2 wird. Wird der Empfang von
f1 (f2) so stark gestört, daß ui < u2 (u2 < ui) wird, so entsteht ein
Fehler. Störungsdetektoren versuchen stets, den Entscheidungsbereich der eigentlichen
Entscheidungsschaltung einzuengen, d. h., engere Toleranzen für das Signal, an dem
die Entscheidung getroffen wird, zu setzen. Das führt bei der hier interessierenden
Frequenzumtastung zu den bereits bekannten Amplituden-Toleranz-Detektoren nach der
Demodulation. Hat man ui und u2 zur Verfügung, so wird, wie in F i g. 2 dargestellt,
ein Signal nur dann für ungestört angesehen, wenn entweder ui oberhalb einer Schwelle
x1 und gleichzeitig u2 unterhalb einer Schwelle y2 liegt oder wenn ui unterhalb
einer Schwelle y1 und gleichzeitig u2 unterhalb einer Schwelle x2 liegt. Der Empfindlichkeit
des Stördetektors ist abhängig vom Abstand der Schwellen von der Nullinie. Einen
völlig äquivalenten Detektor erhält man mit nur zwei Schwellen x und y, wenn man
die Störerkennung an der Differenz der Ausgangsspannungen der Gleichrichteranordnungen
ui = u2 durchführt, wie dies in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt ist, wobei von
der gleichen Zeichenfolge wie in F i g. 2 ausgegangen wurde.
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Diese bekannten Möglichkeiten führen jedoch zu äußerst unbefriedigenden
Ergebnissen, wenn auf dem Kanal oder in den Empfangsfiltern lineare Verzerrungen
auftreten. Das ist z. B. bei der zulässigen oberen Umtastfrequenz von 1200 Bd in
starkem Maße der Fall. Die in F i g. 1 dargestellten Spannungsverläufe haben dann
die in F i g. 4 dargestellte Form. Die Filter schwingen in der kurzen zur Verfügung
stehenden Zeit zwischen zwei empfangenen Frequenzen nicht mehr voll ein, bei schnell
aufeinanderfolgenden Zeichenwechseln werden die Filterausgangsspannungen 0, Ui und
U2 nicht mehr erreicht. Dies hat aber zur Folge, daß es praktisch nicht mehr möglich
ist, mit vernünftigem Aufwand sowohl an Bauelementen als auch an Redundanz Stördetektoren,
die nach den bekannten Verfahren arbeiten, einzusetzen.
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Wie F i g. 4 zeigt, ist es gerade noch möglich, die Binärentscheidung
auf Grund des linear verzerrten Signals zu treffen. Die heute üblichen Stördetektoren
arbeiten jedoch alle in der Weise, daß bestimmte Bereiche, in denen zwar schon eine
eindeutige Entscheidung möglich ist, die aber noch dicht an der Nullinie liegen,
ausgeklammert werden, weil hier die Gefahr, daß eine Störung vorliegt, nicht mit
ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Für einen solchen Verzicht
auf bestimmte Bereiche bietet aber das linear verzerrte Signal von einem gewissen
Verzerrungsgrad ab keinen Raum mehr.
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Die Erfindung geht nun von der Idee aus, durch den Stördetektor einen
Spannungsverlauf beurteilen zu lassen, der gegen lineare Verzerrungen bei der Übertragung
weitgehend invariant ist, dabei aber empfindlich auf Frequenzverwerfungen reagiert,
die durch Störungen verursacht werden.
Die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß in der Empfangseinrichtung Schwellwertschaltungen vorgesehen
sind, deren Eingang eine Summenspannung us=a#ul+b-u2+c zugeführt wird, wobei mit
u und u2 die Ausgangssignale der den beiden Filtern nachgestellten Gleichrichteranordnungen
bezeichnet sind und wobei a und b so gewählt sind, daß bei ungestörtem
Empfang die Beziehung a'ui=b'u2 gilt, und c so gewählt ist, daß sich für die Schwellwertschaltungen
ein günstiger Arbeitsbereich ergibt, und die zwei Schwellen aufweisen, die einen
Bereich definieren, in dem die Summenspannung u, liegen muß, wenn die Störungen
nicht über einen vorgegebenen Wert hinausgehen, wobei dieser Bereich denjenigen
Wert der Summenspannung enthält, der bei ungestörtem Empfang auftritt.
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In Wirklichkeit wird die Summenspannung us = ui + u2 beim Wechsel
zwischen zwei Frequenzlagen kurzzeitig von dem konstanten Wert abweichen, da u1
und u2 nie exakt gegenläufig sein werden. Besitzen jedoch die beiden jeweils aus
einem Bandfilter und einer nachgeschalteten Gleichrichteranordnung bestehenden Demodulatoren,
wie dies bei dem heutigen Stand der Technik ohne weiteres realisierbar ist und auch
durchgeführt wird, einigermaßen gleichförmige Durchlaßkurven, so werden u1 und u2
in jedem Fall annähernd gegenläufig sein, auch dann, wenn eine hohe Umtastgeschwindigkeit
lineare Verzerrungen zur Folge hat. Die sich dabei ergebende Summenspannung ist
ebenfalls in F i g. 4 der Zeichnung dargestellt. Man erkennt, daß die Summenspannung
us=ul+u2 auch bei verhältnismäßig starken linearen Verzerrungen in der Zeichenmitte
konstant ist. Für einen erfindungsgemäßen Störungsdetektor genügen somit zwei Schwellen,
die den zulässigen Bereich für Schwankungen der Summenspannung u, eingrenzen. Dieser
Bereich ist in F i g. 4 zwischen einer oberen Schwelle 1 und einer unteren Schwelle
2 schraffiert eingezeichnet. In vorteilhafter Weise wird man die Schwellen 1 und
2 symmetrisch zu demjenigen Wert der Summenspannung u, wählen, der unter idealen
Bedingungen, d. h. bei ungestörtem Empfang, vorliegt. In vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung wird man ferner in an sich bekannter Weise auch den erfindungsgemäßen
Störungsdetektor nur zu dem Zeitpunkt abfragen, in dem auch das binäre Ausgangssignal
abgefragt wird, nämlich in der Zeichenmitte. Bei Ausbildung eines erfindungsgemäßen
Stördetektors als getakteter Stördetektor können die Schwellen 1 und 2 noch wesentlich
enger an den idealen Wert der Summenspannung herangeschoben werden, so daß der Detektor
empfindlicher wird.
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Auf Grund der vorausgegangenen Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Störerkennung wird deutlich, daß mit Hilfe dieses Verfahrens alle Störungen
erkannt werden können, die die Ausgangsspannungen eines der beiden Bandfilter verändern,
ohne gleichzeitig die des zweiten Filters genau gegenläufig zu ändern. Es werden
also ausgezeichnete Störerkennungseigenschaften erzielt. Die Verwirklichung von
Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ausgehend von
dem eingangs erläuterten Stand der Technik, für den Fachmann mit keinerlei Schwierigkeiten
verbunden. Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens würde
sich beispielsweise von der aus der deutschen Auslegeschrift 1208 332 bekannten
Anordnung lediglich dadurch unterscheiden, daß durch Umpolung der Anschlüsse an
der einen der Gleichrichteranordnungen an Stelle der Differenzspannung ua=ul-u2
die Summenspannung u, = ui + u2 gebildet wird. Diese Ausführungsform einer
Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als Beispiel in
F i g. 5 der Zeichnung dargestellt. Nach der ausführlichen Erläuterung des Standes
der Technik und der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, spricht die F
i g. 5 ohne größere Erläuterungen für sich selbst. Lediglich der Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, daß in F i g. 5 mit 1 und 2 die beiden Bandfilter,
mit 3 und 4 die beiden Gleichrichteranordnungen und mit 5 und 6 die beiden Widerstände
bezeichnet sind, über denen die Summenspannung u, abgegriffen werden kann.
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Diese Summenspannung müßte nunmehr den Schwellwertschaltungen zugeführt
werden, die beispielsweise bistabile Kippstufen mit entsprechend vorgespannten Eingängen
sein könnten, für die aber auch jede andere bekannte Realisierungsmöglichkeit für
Schwellwertschaltungen brauchbar wäre.