Kurz-Beschreibung
Verfahren zur digitalen Datenübertragung in einem Telefonnetz
Primäres Ziel des angestrebten Patentanspruches soll es sein, die Datenübertragung über bestehende Telefonverbindungen zu beschleunigen.
Das Patent soll eine Verbesserung der 56 kBaud Technologien der amerikanischen Firmen Rockwell und US Robotics erreichen.
Ansatz Erfindung:
Die vorliegende Erfindung soll bei Datenübertragungen unter der Nutzung des Digitalisierungstaktes den möglichen Code-Bereich voll zu nutzen.
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 QAM-Sinussignals bei 3200 Hz, so stellt man fest, daß derzeit bei einer Digitalisierung von 8000 Hz relativ große Spannungssprünge entstehen können. Bei näherer Betrachtung stellt man maximale Signalveränderungen zwischen zwei Digitalisierungspunten von bis zu 77% des möglichen Signalbereichs fest.
(siehe Abbildung 1)
Das heißt, daß bei 256 möglichen Codestufen bis zu 197 Codes noch eindeutig erkannt werden können.
Es liegt also nahe, den Digitisierungstakt direkt zu nutzen, um codierte Spannungswerte zu übertragen. Hierzu muß aber der maximale Spannungshub begrenzt werden. Bei Rockwell und US Robotics wird hier der Codebereich von 8 Bit auf 7 Bit gedrückt. Deshalb ergibt sich auch bei beiden Firmen eine markante Datenübertragungsrate von 7 Bit mal 8000 Hz gleich exakt 56000 kBaud. Der Codebereich von 127 bis 256 wird hier einfach nicht genutzt.
Lösung:
Entsprechend der Taktfrequenz des Telefon-Netzes (8kHz) sollen Datenworte als codierte Spannungswerte übertragen werden.
1) Spannungsüberschreitungen unterdrücken
Die Spannungswerte werden dahingehend untersucht, ab wann eine maximale Spannungsänderung zwischen 2 Werten, die aufeinanderfolgen, überschritten wird.
Jetzt kann die Überschreitung der Spannungsänderung durch folgende Transformationen eingedämmt werden:
1.1 der einzelne Wert, der die Überschreitung verursacht, kann
mit einem Offset versehen werden
1.2 der ganze folgende Gültigkeitsbereich bis zur nächsten Überschreitung der Spannungsänderung kann invertiert werden
Die Anzahl, des Bereiches, der bis dahin ohne Überschreitung war, wird als Gültigkeitsbereich festgehalten.
Es müssen also die Abstände und anschließend die transformierten Werte übertragen werden, damit der Empfänger die Werte wieder richtig rücktransformieren kann.
Übertragungsrate: bei einer Untersuchung ergab sich, daß bei einer durchschnittlichen Zip-Datei von18435 Byte nur 834 Überschreitungen ergibt. Die Abstände belaufen sich dabei unter 225 Werte also als 8 Bit Wort darstellbar. Werden also alle Abstände vorab übertragen, ergibt sich sich eine Übertragungsrate von 61684 Baud bei einem Digitalisierungstakt von 8 kHz mit 8 Bit.
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 mit 8000 Hz 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
Online-Dienste
Modem
Vorteile:
Die aktuelle Datenübertragungsrate kann vergrößert werden.
Aktuelle Modem müssen nicht neu entworfen werden. Eine Umprogrammierung wäre ausreichend. Bei einigen Modem-Typen reicht sogar das Einspielen von Update-Software um das Übertragungsverhalten zu verändern.
Abbildungen: Abbildung 1: aktuelle Digitalisierung / Rekonstruktion
Abbildung 2: Distanzen zwischen Überschreitungen / Diagramm
Abbildung 3: Distanzen zwischen Überschreitungen / Tabelle
Abbildung 4: Originalwerte 8-Bit Tabelle
Abbildung 5: Datenheader / Informationszuweisung
® Notiz:
Um die Effektivität bei anderen Grenzwerten (statt 197) zu prüfen, kann eine automatische Auswertung von mir bezogen werden.
(VisualBasic-Code /MS Access)
® Notiz: die optimale Gestaltung des Übertragungsheaders kann zu weiteren Verbesserungen führen.
Abbildungen:
