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Die vorliegende Erfindung betrifft die Übermittlung von digitalen
Daten, im speziellen die Übermittlung solcher Daten mit dem
Zeitmultiplex-Verfahren (im Englischen mit TDM abgekürzt). In
Zeitmultiplex-Datenübertragungssystemen wird eine Vielzahl von
einzelnen digitalen Datensignalen mit verschiedenen Frequenzen in
einer Ferndaten-Steuereinheit zu einem einzigen Datenstrom mit einer
höheren Frequenz zusammengefaßt. Die ursprünglich separaten Signale,
die als Tributarysignale bezeichnet werden, werden in der
Ferndaten-Steuereinheit so verschachtelt, daß in dem endgültigen gemultiplexten
Signal ein oder mehrere Zeichen von einem Tributarysignal durch
entsprechende Zeichen von jedem anderen Tributarysignal getrennt
sind, bevor das nächste oder die nächsten zum ersten Tributarysignal
gehörigen Zeichen erneut vorkommen. In der Praxis ist das
gemultiplexte Signal in Einheiten gleicher Länge eingeteilt, wobei
jede Einheit genau festgelegt ist durch einen festen Satz von Bits,
der als Datenübertragungswort bezeichnet wird und zusammen mit
verschiedenen zusätzlichen Informationsbits ein einzelnes oder eine
Gruppe von Zeichen von jedem der Tributarysignale enthält.
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Es ist offensichtlich, daß jeder Fehler, der während der
Übertragung des gemultiplexten Datenstromes auftritt, größte Probleme
auf der Empfängerseite verursacht, da die Aufschlüsselung des
gemultiplexten Datenstromes in seine Bestandteile die unbedingte
Fehlerlosigkeit der Übertragung voraussetzt.
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Aus diesem Grunde ist es notwendig, um die Funktion von digitalen
Datenübertragungsystemen zu überwachen, daß die Empfangsstation jeden
Fehler erkennt, der im System während des Betriebs auftritt. Diese
Fehler können durch eine Anzahl unterschiedlicher Faktoren verursacht
werden und an jeder Stelle entlang der Übertragungsstrecke auftreten.
Die Ursache für Fehler kann somit ein defekter nachgeschalteter
Übertrager oder Regenerator sein.
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Eine Methode, mit der Fehler dieser Art erkannt werden können,
benutzt die Tatsache, daß in einigen digitalen
Datenübertragungssytemen die Leitungssignale in einem Format
vorliegen oder in ein Format umgewandelt werden können, das als
stetig angesammelte Disparitysignale bezeichnet wird. Ein Beispiel
wie diese Art von Signalen verwendet werden kann, um Fehler zu
erkennen, findet sich in der Britischen Patentschrift Nr. 1536337.
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Die Möglichkeit ein Fehlererkennungssystem, wie es im Britischen
Patent Nr. 1536337 vorgeschlagen wird, zu verwenden, hängt jedoch von
der Art des Systems oder der grundlegenden Struktur des
gemultiplexten kodierten Signals ab. Diese Strukturen werden, wegen
der Notwendigkeit gemeinsame Normen international beizubehalten,
gewöhnlich durch ein international unterhaltenes Komitee, das als
CCITT bezeichnet wird, festgelegt.
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Für den 2 Megabits Verkehr wurde von dem CCITT eine Struktur
festgelegt, die es gestattet zu schalten, zu signalisieren und mit
minimaler Weiterverarbeitung Informationen zu übertragen mit einer
wachsenden Zahl von festgelegten Hilfsfunktionen, um die knappe
Leitungskapazität auszunützen. Eine weitere Reihe von Empfehlungen
des CCITT legt eine Rahmenstruktur fest, die besser für diese Zwecke
und Datenübertragungsraten von 2 Mbit\s bis zu vielen Gbit\s geeignet
ist. Diese Empfehlungen entstanden aus der Nordamerikanischen SONET-
Norm und wurden in Seoul im Februar 1988 festgelegt. Im nachfolgenden
wird dieser neue Standard als SDH bezeichnet.
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SDH basiert auf einer Funktionseinheit mit einer Trägerrate von
155.52 Mbit/s, die eine Nutzlast von 150.336 Mbits/s trägt. Die
Nutzlast kann auf verschiedenstem Wege gestaltet werden, wobei drei
spezielle Möglichkeiten optimiert wurden, um die Nordamerikanischen
und Europäischen Übertragungsraten zu unterstützen (1.5 bis 45, 2 bis
34 Mbit/s and 140 Mbit/s)
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Die neue Struktur wurde entworfen, um kostengünstige
Übertragungen in vielen Bandbreitenbereichen von 64 kbit/s bis zu
Gbit/s-Übertragungsraten zu ermöglichen. SDH-Netzwerke können
effizient betrieben werden, da die Bandbreite bis zur Kundenebene
herunter durch ferngesteuerte Schaltungen fertig eingestellt werden
kann und innerhalb des Netzwerks in Form von großen oder kleinen
Blöcken verstellt werden kann, um die Verwaltung, den Schutz und die
Verkehrsbelastung des Netzwerks zu ermöglichen.
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Durch die Einführung der CCITT-Empfehlungen wird erwartet, daß es
zu einer deutlichen Reduzierung der Kosten kommt. Direkte
Kostenreduzierungen ergeben sich auf Grund der Integration vieler
Einzelfunktionen in einem Gerät, die wegen der Vereinfachung der
Geräteschnittstellen möglich wird und wegen der Einsparungen, die
dadurch entstehen, daß es eine einzige weltweit gültige Norm für die
Hersteller gibt. Indirekte Kostenreduzierungen ergeben sie dadurch,
daß die neuen Schaltmöglichkeiten eine optimale Zuteilung der
Netzwerkkapazitäten erlauben, wobei die zusätzlichen Kosten für die
Schaltungen weit geringer ausfallen als die erkennbaren Einsparungen
bei den Betriebskosten, die dadurch enstehen, daß z.B. keine Besuche
vor Ort mehr notwendig sind, um die Anlagen der Kunden zu verändern.
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Der SDH-Struktur fehlt jedoch eine einfache Möglichkeit Fehler zu
erkennen, die in Regeneratoren auftreten können. Die einzige
Möglichkeit besteht darin jeden einzelnen Datenübertragungsblock
aufzufinden und die Parität zu berechnen. Dieses Vorgehen wird umso
aufwendiger im Hinblick auf Erwärmungsprobleme und Leistungsaufwand
je größer die Datenübertragungsrate ist. Das Problem ist, daß der
Overhead des Datenübertragungsblocks in SDH nicht genügend Platz
bietet, um eine effektive Übertragung der Markierungsparität zu
erlauben. So werden in SDH 38 Bytes für nationale Zwecke zur
Verfügung gestellt. Dies entspricht 1 von 64 Bytes und ist nicht
ausreichend für eine kostengünstige Implementierung der
Markierungsparität.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das obige
Problem zu beseitigen und es zu ermöglichen, daß Regeneratorfehler
erkannt werden, ohne daß es notwendig ist, den Datenübertragungsblock
zuerst aufzufinden und anschließend die Parität zu berechnen.
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In der Europäischen Patentschrift Nr. 0232711 wird ein System zum
Multiplexen und Demultiplexen vorgestellt, mit dem Zeitmultiplex-
Daten in einem Strom übermittelt werden, der eine Blockstruktur
besitzt, in welcher auch Füllbits verwendet werden, die für den
Anwender nicht verfügbar sind. Der Datenübertragungsblock muß dabei
an einen Empfänger versandt werden, bei dem ein Schrittbit in einem
demultiplexten Schrittsignal aufgenommen und mit einem zuvor
erhaltenen Erkennungssignal verglichen wird, um die Parität des
Signals zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stopf- und
Nichtstopfzeitabschnitten zu bestimmen und ein Fehlersignal zu
erzeugen.
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Gemäß der Erfindung soll ferner ein System geschaffen werden,
welches weder die Ausrichtung der einzelnen Datenübertragungsblöcke
noch irgendeine Form von Demultiplexen erfordert und das deshalb auch
mit Übertragern betrieben werden kann, die diese Funktionen nicht
besitzen.
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Demgemäß besteht die vorliegende Erfindung aus einem System zur
Übermittlung von digitalen Daten mit dem Zeitmultiplex-Verfahren,
wobei das System eine Ferndaten-Steuereinheit besitzt zur Übertragung
eines Zeitmultiplex-Datenstromes, dessen Struktur feste Füllbytes
enthält, die einen Teil der Nutzlast bilden und/oder
Datenübertragungsblockoverheads, die normalerweise für den Anwender
nicht erreichbar sind und wobei das System eine Ferndaten-
Steuereinheit mit Datenverarbeitungseigenschaften besitzt, um die
festen Füllbytes zu erkennen und zumindest einige der besagten festen
Fullbytes zu überschreiben, um die Markierungsparität einführen zu
können und eine Datenempfangsstation mit
Datenverarbeitungseigenschaften, um den Inhalt der eingefügten Paritätsbytes zu
erkennen und ohne die Notwendigkeit, die Ausrichtung der einzelnen
Datenübertragungsblöcke zu bestimmen, zu entscheiden, ob ein oder ob
kein Fehler während der Übertragung aufgetreten ist.
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Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der Prozessor der
Datenempfangsstation auch in der Lage sein darf, die eingeführten
Markierungsparitätsbytes mit einen bestimmten Wert, der ihrem
ursprünglichen Wert, i.a. einer logischen Null, entspricht, zu
überschreiben.
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Damit die Erfindung besser verständlich wird, wird im folgenden
eine Ausführungsform beispielhalber und anhand der beigefügten
Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
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Fig. 1 eine Darstellung eines digitalen synchronen
Hierarchierahmens, wie er in der Zeitmultiplex-Datenübermittlung
verwendet wird;
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Fig. 2 die herkömmliche Methode den Datenübertragungsblock aus
Fig. 1 darzustellen;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild des Elementes zur Einführung der
Markierungsparität;
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Fig. 4 ein Blockschaltbild für die Erkennung von
Markierungsparitätsfehlern.
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Der Datenübertragungsblock aus Fig. 1 ist 125 Mikrosekunden lang
und enthält 2340 Bytes bei einer Übertragungsrate von 155.53 Mbit/s.
Der Datenübertragungsblock besteht aus neun gleichlangen Segmenten
mit einem Bündel von neun zusätzlichen Informationsbytes am Anfang
jeden Segmentes. Die verbleibenden Bytes enthalten sowohl
Verkehrsals auch weitere zusätzliche Informationsbytes abhängig von der Art
der Verkehrslast, die übermittelt wird. Beispiele für solche Arten
von Verkehrslast sind 64 x 2 Mbit/s, 3 x 45 Mbit/s etc.
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Die neun Segmente sind bei 10 dargestellt und die zu jedem
Segment 10 zugehörigen zusätzlichen Informationsbytes sind bei 11
dargestellt.
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Betrachtet man nun Fig. 2, so findet man die herkömmliche
Darstellung des Datenübertragungsblocks, der bereits in Fig. 1
gezeigt wurde.
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In Fig. 2 sind die neun Segmente 10 aus Fig. 1 in Form von neun
Reihen 1-9 dargestellt. Es ist außerdem normalerweise üblich, daß
jedes Tributarysignal zusammen mit seinen eigenen zusätzliche
Informationsbytes eine bestimmte Anzahl vollständiger und relativ
gleichbreiter Spalten belegt. Jede Spalte (A------L) enthält neun
Bytes, wobei jedes aus einer Reihe stammt und eine Übertragungsrate
von 64 Kbit/s repräsentiert, was insgesamt 576 Kbit/s pro Spalte
entspricht. In dieser Form der Darstellung belegt jedes 2 Mbit/s-
Tributarysignal vier Spalten insgesamt 2304 Kbit/s) während 1,5
Mbit/s-(DS1)-Tributarysignale jeweils drei Spalten benötigen
(insgesamt 1728 Kbit/s).
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Jede Gruppe von Spalten, die zu einem Tributarysignal gehört,
wird als Tributaryeinheit (TU) bezeichnet.
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Weitere zusätzliche Informationsbits und -bytes sind im
Datenstrom enthalten, der zu einer Tributaryeinheit gehört. Einige
von ihnen werden zur Frequenzeinrichtung, einige zum
Informationsaustausch mit niedriger Geschwindigkeit und andere auch
zur Speicherung von Informationen zum Auffinden all der übrigen
zusätzlichen Informationsbits oder -bytes verwendet. Die letzteren
werden als Zeiger bezeichnet, befinden sich an genau bestimmten
Plätzen innerhalb der Spalten und die in ihnen gespeicherten
numerischen Werte zeigen die Positionen der übrigen zusätzlichen
Informationsbits und -bytes an. Auf diese Weise können sich die
übrigen zusätzlichen Informationsbits und -bytes an beliebigen
Stellen innerhalb der Spalten befinden, genauso wie es die
Takttoleranzen erfordern. Unter den Bytes, die sich an beliebigen
Stellen befinden können, sind einige, die in der CCITT-Norm G702 als
reserviert gekennzeichnet sind und als "R"-Bytes bezeichnet werden.
Gemäß der Norm dürfen diese Bytes nicht zur Übertragung von Nutzlast
verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung spürt der Prozessor der
Ferndaten-Steuereinheit Bytes auf, die als Markierungsparitätsbytes
zur Verfügung stehen und überschreibt diese, um die
Markierungsparität zu übertragen. Für diesen Zweck stehen mindestens
die R-Bytes und die 38 Bytes zur Verfügung, die im SDH-
Datenübertragungsblock gegenwärtig für den nationalen Gebrauch (NU-
Bytes) vorgesehen sind. An der Empfangsstation wird die
Markierungsparitätsinformation aufgespürt und zur Erkennung von
Übertragungsfehlern, die in Regeneratoren enstehen, verwendet.
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Die Einbindung der Markierungsparitätsinformation in den
Zeitmultiplex-Datenstrom in der Ferndaten-Steuereinheit wird derart
vorgenommen, daß die Markierungsparität in einem festgelegten
Intervall gerade ist. Eine gerade Markierungsparität liegt dann vor,
wenn die Zahl der Markierungen zwischen zwei festgelegten Zeitpunkten
gerade ist. Die Zeitdauer zwischen zwei festgelegten Zeitpunkten kann
konstant oder veränderlich sein.
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Fig. 3 zeigt eine Prinzipschaltung für die Einführung der
Markierungsparität. Ein Zeitmultiplex-Datenstrom auf Leitung 10
besteht aus Datenübertragungsblöcken, die durch das Element 11
detektiert werden. Ein Markierungsparitätszähler 12 erhält ebenso wie
ein Überschreibelement 13 ein Steuersignal vom Element 11. Das
Element 13 überschreibt die festgelegten zusätzlichen
Informationsbytes, die aus den "R"-Bytes und den NU-Bytes bestehen
und ausgewählt wurden, um Markierungsparität in das
Zeitmultiplex-Datensignal einzufügen.
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Das Erkennen von Fehlern in einem übertragenen Signal, welches
die Markierungsparitätsinformation enthält, ist mit dem in Fig. 4
gezeigten Element möglich.
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Dieses besteht aus einem UND-Gatter 20, welchem das übertragene
Zeitmultiplex-Datensignal und ein Taktsignal zugeführt werden. Das
Taktsignal wird durch ein Taktsignalgeneratorelement 24 geliefert,
welches das Taktsignal aus dem ankommenden Datenstrom erzeugt. Das
Ausgangssignal von Gatter 20 wird einem bistabilen Kippglied
zugeführt, welches auf jedes ankommende Zeichen reagiert. Das
Ausgangssignal des bistabilen Kippgliedes wird mit Hilfe eines
Bandpaßfilters 22 gefiltert, der ein charakteristisches
Ansprechverhalten besitzt, so daß Veränderungen du
Gleichspannungsniveaus abwechselnd positive und negativen Pulse
relativ zum mittleren Spannungsniveau erzeugen.
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Falls keine Fehler im empfangenen Signal vorliegen, bleibt das
Ausgangssignal des bistabilen Kippgliedes 21 nach dem Empfang jedes
eingefügten Paritätsbits ein konstantes Gleichspannungssignal. Wird
andererseits in den empfangenen Bits ein Fehler, der die Parität
verletzt, festgestellt, was einem einzelnen oder einem weg
Ahzahl von Fehlern enspricht, dann wird sich das Ausgangssignal des
bistabilen Kippgliedes verändern, nachdem die nächste
Paritätsprüfziffer empfangen wurde. Tritt umgekehrt ein Fehler in den
Paritätsbits auf, so wird sich ebenfalls das Ausgangssignal des
bistabilen Kippgliedes 21 ändern. Die eingetretene Veränderung kann
im Ausgangssignal des Filters 22 erkannt werden. Nach dem Auftreten
eines einzelnen Fehlers befindet sich das bistabile Kippglied 21 in
einem veränderten Zustand, wenn die nächste Paritätsprüfziffer
empfangen wird. Die Konsequenz ist, daß das bistabile Kippglied 21
nun in der umgekehrten Betriebsart arbeitet, wobei das veränderte
Gleichspannungsniveau, nach dem Erkennen des ersten Fehlers, das neue
Ausgangssignal auf einem veränderten Spannungsniveau wird. Dieser
Vorgang wiederholt sich beim Auftreten weiterer Fehler, wobei sich
das Niveau des Gleichspannungssignals im stationären Zustand jedesmal
beim Erkennen eines Fehlers erneut verändert.