CDR-Technologie und ihre Auswirkungen auf den Integritätsverlust

Die Übertragung von Daten von einem Punkt zu einem anderen birgt grundsätzlich das Risiko eines Integritätsverlusts; Es liegt in der Natur des Tieres. Insbesondere im Bereich der Hochgeschwindigkeitskommunikation können zahlreiche Faktoren – Signalrauschen, statische Spitzen und mehr – Hindernisse für die Datenübertragung darstellen. 

Eine der häufigsten Herausforderungen besteht darin, sowohl den Sender als auch den Empfänger hinsichtlich des Signaltimings auf den gleichen Stand zu bringen – was komplexer sein kann, als es sich anhört.

Um die Schwierigkeit besser zu erklären, betrachten Sie die 19^Th-Jahrhundert-Kommunikationstechnologie des Morsecodes. Das System zur Darstellung von Textzeichen durch lange Striche und kurze Punkte basiert auf einer Reihe elektrischer Ein-/Aus-Impulse und ähnelt einem binären System, das Einsen und Nullen verwendet. Der Morsecode wurde so konzipiert, dass die Länge jedes Zeichens ungefähr ein Kehrwert dessen ist, wie häufig es in der englischen Sprache vorkommt – der häufigste Buchstabe, E, wird durch einen einzelnen Punkt dargestellt; zwei Punkte stellen den Buchstaben I dar; drei Punkte stellen den Buchstaben S dar; usw.

Solange sowohl der Sender als auch der Empfänger über ein gemeinsames Verständnis des Timings des Signals verfügen, kann der Code korrekt interpretiert werden. Angenommen, der Code würde mit einer anderen Geschwindigkeit übertragen, als der Empfänger ihn interpretiert: Was als zwei Es gemeint war, könnte stattdessen als ein einzelnes I fehlinterpretiert werden, oder was als S gemeint war, könnte als drei Es fehlinterpretiert werden.

Eine Möglichkeit, wie moderne Kommunikationsschnittstellen dieses Problem lösen können, besteht darin, auf der Sendeseite einen zusätzlichen Datenstrom einzubinden, der als „Uhr“ dient. Die Uhr ist ein stetig getimtes, abwechselndes Ein-/Aus-Signal, das als Referenz für die Frequenz der übertragenen Daten dient. Es weist den Empfänger effektiv an, das Signal in einem bestimmten Tempo zu interpretieren.

Das einzige Problem besteht darin, dass viele Hochgeschwindigkeitsdatenströme ohne begleitendes Taktsignal gesendet werden, wodurch sie schneller sind, weniger Strom verbrauchen, weniger Störungen ausgesetzt sind usw. Um die übertragenen Daten zuverlässig interpretieren zu können, muss der Empfänger daher die Uhr neu generieren. Dazu wird eine ungefähre Frequenz verwendet, um einen Referenztakt zu erzeugen, der dann phasenmäßig an Übergänge im eingehenden Datenstrom angepasst werden kann. Die Uhr gilt dann als „wiederhergestellt“. Und sobald der Takt wiederhergestellt ist, können auch die Daten wiederhergestellt werden, indem ein Bitstrom erzeugt wird, indem der Takt zusammen mit den eingehenden Daten abgetastet wird.  

Diese Kombination aus Takt- und Datenwiederherstellung wird als CDR bezeichnet und ist eine Schlüsselkomponente optischer Kommunikationssysteme.