Zusammenfassung
1. Datenübertragung mit angepaßten Übertragungswerten
2.1 Die Übertragung von Daten über Telefonnetze wird zur Zeit durch serielles Senden von Sinussignalen definierter Amplitude und Phase ausgeführt.
Die maximale Übertragungsrate wird dabei durch die relativ niedrige Bandbreite des Übertragungssystems stark eingeschränkt.
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß im Telefonnetz das eingehende Signal meistens digitalisiert wird. Die Übertragung findet dann meistens in einer getakteten PCM-Modulierung statt. Der Übertragungstakt ist mindestens 2-fach größer als die obere Grenzfrequenz. In Deutschland ist dieser Takt bei 8 kHz.
2.2 Ziel der angestrebten Patentierung ist es, mit dem Digitalisierungstakt des Übertragungssystems codierte, analoge Spannungs- oder Stromwert zu übertragen.
Damit die Spannungssprünge nicht zu groß werden, wird im Datenheader eines Übertragungsblocks jedem Übertragungswert ein Bit zugefügt. Das Bit trägt die Information, ob der zu übertragende Spannungswert invertiert oder im Betrag verändert übertragen wird.
2.3 Durch diese Art der Übertragung können größere Übertragungsraten erreicht werden als bisher.
Anwendungsbereiche sind Geräte, die digitale Informationen übertragen müssen, wie: Modem, Fax, Bildübertragung, Bildtelefon, Funktelefon und Rechnerkommunikation.
Beschreibung
Datenübertragung mit angepaßten Übertragungswerten
Immer schneller werdende Rechnerstrukturen werden durch die niedrigen Übertragungsraten gebremst. Nach der letzten G7-Konferenz im Februar 95 wurde beschlossen, elektronische Informationsnetze und -Kommunikationen international auszubauen.
Primäres Ziel des angestrebten Patentanspruches soll es sein, die Datenübertragung über Telefonverbindungen zu beschleunigen.
aktueller Stand der Technik :
Zur Übertragung von Daten über Telefonverbindungen wird ein Sinus-Signal codiert. Die Information wird in der Amplitude und in der Phase des Signals untergebracht. Die Amplitude wird mit bis zu 7 Bit codiert, die Phase mit 2 Bit. Dieses Verfahren wird QAM-Verfahren genannt.
Bei dem aktuellen Stand der Telefon-Verbindungen ist davon auszugehen, daß die meisten analogen Verbindungen nach Eingang in eine Vermittlungsstelle digitalisiert werden.
Die Sampling-Rate beträgt 8 kHz. Zuvor wird das Signal mit einem Bandpaß auf 3,4 kHz
beschränkt. Alle darüber liegenden Frequenzen werden dadurch entsprechend gedämpft.
Die Grundlage für Bandpaß und Samplingfrequenz liefern das Shannon und Nyquist: ein Sinussignal gilt als rekonsturierbar, wenn es mit einer Frequenz größer als die 2-fachen Signalfrequenz gesampelt wurde.
Zur Zeit wird nach V.32bis-Norm bis zu 14400 Baud erreicht.
Nach der V32terbo (AT&T) wird bei einer Schrittgeschwindigkeit von 2400 Zyklen pro Sekunde, einer Unterteilung der Phase in 2 Bit (=4 Zustände) und der Amplitude in 7 Bit (1Bit für Trellis-Code) eine Übertragungsgeschwindigkeit von maximal
2400 Zyklen * (2+6) Bit = 19200 Baud erreicht.
Modem der Fast-Class erreichen aktuell maximal 28800 Baud.
Hier werden bei einem Takt von 3200 Hz 9 Bit (=2+7) übertragen.
Unter Anwendung verschiedener Kompressionsarten können hieraus maximale Daten-Durchsatzraten von 115,2 kBaud erreicht werden.
Literaturverweis:
(Funkschau 17/94, Seite 54 - 58)
(Funkschau 8/94, Seite 28 - 35)
Ansatz Erfindung:
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist nicht die Übertragung und Rekonstruktion eines Sinus-Signals, sondern das Übertragen von codierten Spannungs-/ Stromwerten im Sampling-Takt.
Die eigentliche Schwierigkeit des Übertragungssystems besteht darin, daß nur begrenzte Spannungsänderungen zwischen zwei Meßpunkten möglich sein können.
Das System ist träge gegenüber Änderungen.
Betrachtet man die Übertragung eines Sinussignals bei 3200 Hz, so stellt man fest, daß derzeit bei einer Digitalisierung von 8000 Hz relativ große Spannungssprünge entstehen können. Bis zu 77% des möglichen Signalbereichs werden genutzt.
(siehe Abbildung 1)
Es liegt also nahe, den Digitisierungstakt direkt zu nutzen, um codierte Spannungswerte zu übertragen. Hierzu muß aber der maximale Spannungshub begrenzt werden.
Lösung:
Entsprechend der Taktfrequenz des Telefon-Netzes (8kHz) sollen Datenworte als codierte Spannungs- oder Stromwerte übertragen werden.
Um das Signal in seiner Größe zu reduzieren, wird vor (oder nach) Einleiten des eigentlichen Datenblocks eine Anzahl von einzelnen Bits zugefügt. Jedes Bit ist einem der Übertragungswerte zugeordnet. Das Bit enthält die Information, ob der Übertragungswert normal oder invertiert übertragen wird. Als Information kann auch anstatt einer Invertierung ein Offset definiert werden. Der Datenheader kann im gleichen oder einem bisherigen Übertragungsmodus übertragen werden.
Bei Übertragungswerten mit 7 Bit Auflösung könnten also 7 Info-bits zu einem Wert zusammengepackt auf 7 Datenwerte zugeordnet werden. Der Datengehalt entspricht somit 87,5% bei 7 Bit. Es sollte deshalb möglich sein, derzeit eine Datenübertragung von
8000Hz x 7bit x 0,875% = 49000 Baud zu erreichen.
Sonstiges:
Sender und Empfänger müssen im Takt aufeinander abgestimmt werden. Zu Beginn einer Kommunikation weiß der Sender nicht, wann das Übertragungssystem die Spannungswerte digitalisiert. Zur Syncronisation könnte ein Rechtecksignal oberer Frequenz dienen. Da der Sender zu Beginn nicht weiß, wann das Telefon-Netz exakt getaktet wird, wird der Sender solange verschoben, bis der Empfänger den Scheitelpunkt empfängt.
Sinnvoller Weise werden zu Beginn und während der Kommunikation Sender und Empfänger durch Referenz und Protokoll-Signale in Einklang gehalten.
Falls der Empfänger das Signal nicht sauber erfassen kann, könnte entsprechend den Fallback-Methoden auf bisherige serielle Übertragungsmethoden rückgeschaltet werden.
Anwendungsbereiche:
Das Patent ist auf alle Geräte anwendbar, die Daten übertragen müssen.
Schwerpunkte einer effektiveren Datenübertragung wären:
Rechner-Verbindungen
Bildtelefon
(Daten-Highway?)
Vorteile:
Die aktuelle Datenübertragungsrate kann vergrößert werden.
Aktuelle Modem müssen nicht neu entworfen werden. Eine Umprogrammierung wäre ausreichend.
Begriffsdefinitionen:
digitale Telefonverbindung : eine Telefonverbindung mit analogen Endstellen, die durch eine Digitalisierungseinrichtung gesampelt und digital übertragen wird
Übertragungswert: der Wert, der übertragen werden soll
Abbildungen:
Abbildung 1: aktuelle Digitalisierung / Rekonstruktion
Abbildung 2: Datenheader / Informationszuweisung
Abbildung 3: Invertierung
Abbildung 4: Offset
