DE2250306A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur gesicherten datenuebertragung - Google Patents

Description

"Verfahren und'Schaltungsanordnung zur gesicherten Datenübertragung"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur gesicherten Datenübertragung auf stark gestörten Übertragungskanälen, bei denen zwischen Datenemp-

fänger und Datensender kein Rücknieldekanal besteht, über den Quittungssignale den Korrekturvorgang unterstützen, könnten.

Stand der Technik

Es ist bekannt, zur gesicherten Datenübertragung sogenannte "Vcrvvärtskorrektursysteme" einzusetzen, bei denen die zu

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ti bo rtr.'i Runden Dn ton im ο endor mit oinom rodumlmiloii Codu codiert werden. Auf der Empfangsseite erfolgt dann die Korrektur der Übertragungsfehler mit Hilfe der über den Kanal mitübertrepenen Coderedundanz. Für diese Vorwärtckorrektur gibt es eine Fülle von Codier- und Decodierverfahren, die teilweise auch schon in Hardwaresystemen realisiert wurden. Zum Stand der Technik der Codier- und Decodiertechnik sei auf die Literatur verwiesen, z. B. auf das Buch von R.G. Gallager: "Information Theory and Reliable Communication", (J. Wiley and Sons, New Tork, 1968), speziell auf die Abschnitte 5 und 6.

Die verschiedenen Codier- und Decodierverfahren wurden entwickelt, um mit ihnen unterschiedlich gestörte Übertragungskanäle zu sichern, So ist z.B. eine Klasse von Vorwärtskorrekturverfahren besonders gut geeignet, ma Datenübertragungen gegen statistisch verteilt auftretende Fehler zu schützen. Solche Kanäle liegen z.B. bei Übertragungen im Weltraum vor.

Sine weitere Klasse von Verfahren dient zur Korrektur von Fehlerbündeln» ^wi^{e s}i^e beispielsweise auf Fernsprechwählkanälen mit Wähleinrichtungen älterer Bauart zu erwarten

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Die verschiedenen Arten von Vorwärtskorrekturverfähren sind zwar sehr gut geeignet, die spezielle Fehlerstruktur zu sichern, für die sie ausgelegt sind, so wie a"ber andere Fehlertypen auftreten, versagen sie weitgehend. So ist z.B. ein "bündelkorrigierendes Verfahren nahezu unbrauchbar auf einem Übertragungskanal mit statistisch verteilten Fehlern und umgekehrt.

In der Praxis sind Übertragungskanäle mit diesen speziellen Fehlerstrukturen nur sehr selten anzutreffen* Die meisten . Datenübertragungsverbindungen sind sowohl durch Fehlerbündel als auch durch statistisch verteilte Fehler gestört, die praktisch gleichzeitig auftreten, bzw» sich überlagern. Bei Funkverbindungen - für deren Sicherung das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeignet ist ■= ist es S = B. zu erwarten, daß-die Kanäle durch statistisch verteilte Fehler mit Bitfehlerraten bis zu 1O"-⁵ gestört sind₃ und daß sich. diesen Fehlern noch Fehlerbündel - bedingt durch Fadings, fremde Sendequellen o. ä. überlagern, wobei diese Bündel Ms zu einigen Sekunden mit Fehlerdichten bis zu 0,5 andauern können.

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Für diese sogenannten "gemischten Fehlerstrukturen" wurden ebenfalls bereits Vorwärtskorrekturverfahren und Decodieralgorithmen entwickelt. In dem Aufsatz von D.L. Cohn et. al.: "Performance of Selected Block and Convolutional Codes on a Fading HF Channel" (IEEE Transactions on Inf. Theory Vol. IT-1'K No. 5, Sept. 1968. pp. 627 - 640) wird ζ. B. die Wirksamkeit von ein- und zweistufigen Verfahren nit Codespreizung in einer oder beiden Codierstufen mit konvolutionellen Verfahren, die mit Schwellwertcodierung

- 2 arbeiten, verglichen. Um Kanalfehlerraten zwischen 10

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und 10 auf Restfehlerraten von 10 ... 10 herabzusetzen, werden bei 50% Redundanz je nach Fehlerstruktur Verknüpfungslängen von 5000"bis 63000 Binärzeichen benötigt.

Es zeigt sich, daß die Stufencodierung gegenüber den anderen Verfahren Vorteile besitzt, da die einzelnen Stufen an die Fehlerstruktur getrennt angepaßt werden können. Ein Verfahren zur Stufencodierung, bei dem Codierschaltungen in mehreren Stufen hintereinander geschaltet werden, ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 290 950 bekannt.

Nachteile dieser bekannten Sicherungsverfahren sind, daß

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sie auf stark gestörten Übertragungskanälen zu große Ver-' knüpfungs- bzw. Blocklängen erfordern und daß die mit ihnen erreichbare Restfehlerwahrscheinlichkeit für viele Anwendungsfälle noch zu hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das diese Nachteile vermeidet, und so in der Lage ist, bei kürzeren Verknüpfungslängen geringere Restfehlerraten zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weitere Verbesserungen und Weiterbildungen der Erfindung sind ■ in den Unteransprüchen angegeben«,

Vorteile

Die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung erhält ihre Informationen über den Stör- und Fehlerzustand des tTbertragungskanales unabhängig von den zur Fehlerkorrektur verwendeten redundanten Codierverfahren. Damit sind die Korrekturprozesse in vorteilhafter Weise gezielt und optimal steuerbar die Blocklängen kennen verkürzt werden und/oder eine kleinere Restfehlerwahrscheinliehkeit wird erreichtο

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Darstellung der Erfindung

Ia einzelnen werden Ausführungs"beispiele der Erfindung und ihre einzelnen Merkmale anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:

Figur Λ das Blockschaltbild des zweistufigen Vorwärts-

korrektursyctems.
Figur 2 das Betriebsablaufdiagramm des zweistufigen

Verwärtskorrektursystems. Figur 3 die Bestimmung der Dichtezonen. Figur 4 die Bestimmung der Fehlerbündelzone.

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In Figur 1 ist zur Erläuterung des Verfahrens als Ausführungsbeispiel ein zweistufiges Vorwärtskorrektursystem gezeigt. Der Ausgang einer Datenquelle 1 ist mit dem Eingang eines ersten Codierers 2, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Godierers 3 und dessen Ausgang mit dem Ubertragungskanal verbunden.

Der Übertragungskanal besteht beispielsweise aus einem Modulator 4, dem Analogkanal 5? sowie dem Demodulator 6.

Einpfangsseitig ist der Ausgang des Demodulators mit dem Eingang eines ersten Decodierers 7» dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Decoders 8,, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Ausgabewerkes 9 und dessen Ausgang mit dem Eingang einer Datensenke verbunden»

Ferner ist am Demodulator 6 ein Störungsdetektor 11 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang einer Einrichtung zur Kanalzustandsmessung 12 - im folgenden kurz .KSM 12 genannt - verbunden ist. Fehlermeldungen vom Decoder führen zu einem zweiten Eingang der KZM 12ο

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Von der KZM 12 gehen vier Steuerleitungen ab, von denen eine sun ersten Decodierer 7, eine zum zweiten Decodierer 8, eine zum .Aunßabowerk 9 und eine weitere zur Dntennenke 10 führt. iJbenuc führen Steuerleitungen vom zweiten Decodierer 8 zum Ausgabewerk und zur Datensenke.

Eie Datensicherung besteht sendeseitig aus den beiden Codierern 2 und 3 und einpfangsseitig aus den Decodierern 7 und 8, sowie der Ausgabeeinheit 9· Störungsdetektor 11 und KZM 12 dienen der optimalen Steuerung der empfangsseitigen Datensicherungseinheiten und KZM 12 und zweiter Decodierer 8 zur Markierung oder Sperrung unsicherer Daten.

Die Steuereinheit zur sendeseitigen Steuerung des Datenflusses und die Einrichtung zur Rückgewinnung des Bittaktes und der Blocktakte auf der Empfangsseite sowie die hierzu erforderlichen Steuerleitungen wurden zur besseren Übersicht nicht eingezeichnet, da diese Einrichtungen zum Stand der Technik gehören und zur Darstellung der Erfindung nicht erforderlich sind.

Figur 2 zeigt das Betriebsablaufprogramm der Schaltungsanordnung. Der erste Codierer 2 hat die Aufgabe, die Daten gegen

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Fehlerbündel zu schützen. Hierzu übernimmt er direkt von eier Datenquelle jeweils k^ Informationsbits 13₅ berechnet hierfür nu Redundanz-Bits und bildet Datenblöcke 14- der Länge n^ = k^ + m.. Der zweite Codierer 3 hat die Aufgabe, die Daten gegen statistisch verteilte fehler zu schützen. Hierzu.teilt er die Datenblöcke der Länge n^ in Abschnitte 15 der Länge k^ auf, die er jeweils mit nip Redundanz-Bits versieht. Es entstehen kurze Blöcke der Länge n~ = kp + nip , Die Verknüpfungslänge ergibt sich bei diesem zweistufigen Verfahren jeweils aus der Quelleninformation und den zugehörigen Redundanzen beider Codierstufen.

Bei ihrer Übertragung werden diese Daten durch die Kanalstörungen 16 verfälscht, so daß die Empfangsfolge 13 am Ausgang des Demodulators fehlerhafte Teilblöcke statt fehlerfreie·Codeworte enthält. Aus den fehlerhaften Teilblöoken der Länge n_? und den Anzeigen des Störungsdetektors bestimmt die KZN 12 Fehlerbündel 17 nach Ort und Länge. Dabei ist der kombinierte Einsatz des ersten Decoders 7 und des Störungsdetektors 11 vorteilhaft, da die Fehlerer- . kennungsfähigkeit aller Codes in Bündelzonen hoher Fehlerintensität.eingeschränkt ist.

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Parallel zur Zu st and sine ε sung korrigiert der erote Decodierer die statistisch verteilten Fehler und leitet die korrigierte Information 19 zu:m zweiten Decodierer 8, der die Korrektur festgestellter Fehlerbündel durchführt. Die korrigierte Information 20 wird über das Ausgabewerk zur Datensenke gegeben.

I-ie meisten Systemkomponenten zur Durchführung des Verfahrens sind in an sich bekannter Weise realisierbar. Als Datenquellen und Datensenken 10 können alle Geräte der Datenverarbeitung Verwendung rinden, wie z.3. Ein- und Ausgabekanäle von Rechnern, Lochstreifen, Kartenleser und -stanzer, Schnelldrucker, Msgnetbandeinheiten usw. . Beispiele für Übertragungskanäle sind Fernsprechv.'ahlkanäle, Funkkanäle o. ä. . Diese Analogkanäle können z.B. mit handelsüblichen Modulations- und Demcdulationsgeräten für die übertragung digitaler Signale nutzbar gemacht werden. Solche Modems 4 bzw. 6 sind z.3. durch die CCITT-Empfehlungen V 21, V 25 und V 26 definiert.

Zum Aufbau der Codier- und Decodierstufen wird ebenfalls auf die Literatur verwiesen. Vorzugsweise arbeiten beide Eorrekturstufen "lit sogenannten zyklischen Codes, deren Aufbau und Vir-

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kungsweise in dem Buch von W.V. Peterson: "Prüfbare und korrigierbare Codes", München, Wien 1967» speziell in den Kapiteln 8 bis 10 beschrieben wurden. Für die Korrektur statistisch verteilter Fehler im ersten Decoder 7 können hierbei algebraische Korrekturverfahren verwendet werden, wie sie in dem bereits genannten Buch von E.G. Gallager oder in dem Buch von E.R. Berlekamp: ;Algebraic Coding Theory" McGraw-Hill, 1968, speziell in Kapitel 7» beschrieben werden. Falls die Störstruktur des Übertragungskanal dies erlaubt, sind auch vorteilhaft Korrekturverfahren mit zyklischer Permutation und Fehlerwortüberlagerung einsetzbar. Ein derartiges Verfahren wurde von T. Kasami: "A Decoding Procedure for Kultiple-Error-Correcting Cyclic Codes" (IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-10, April 1964·, S. 138 geschrieben. Ebenfalls bekannt sind Verfahren zur Fehlerbünde lkorrektur, die bei .dem erfindungsgemäßen Verfahren in beiden Decodierstufen verwendet werden können. Hierzu wird wieder auf das Buch von E.G. Gallager, speziell Kapitel 6.10 und auf das Buch von W.W. Peterson, speziell Kapitel 10.5 verwiesen.

Beim erXindungsgemäßen Verfahren kann Jedoch für beide De-

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codierer der Ort und die Länge der zu korrigierenden Bündel aus der Kanalzustandsmessung ermittelt werden. In der Veröffentlichung von H. Ohnsorge: "Ein Verfahren zur Korrektur von Fehlerbursts größtmöglicher Länge" ( Bulletin SEV (Schweiz) 61, 1970, S. 720 - 72A-) wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, die beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfehren verwendet werden kann. Der Vorteil der Angebe von Ort und Länge der zu korrigierenden Fehlerbündel gegenüber Verfahren, bei denen der redundante Code den Ort des Bündels selbst bestimmen muß, liegt darin, daß derselbe redundante Code Fehlerbündel der doppelten Länge- und zwar bis zur Länge m des Redundanzteils eines Codewortes - mit derselben Sicherheit korrigieren kann.

Eine weitere Systemkomponente, deren Ausgangssignale bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der KZN 12 Verarbeitet werden, ist der Störungsdetektor 11. Derartige Störungsdetektoren beurteilen die Qualität des empfangenen Analogsignals. Sie können ge nach dem vf 'endeten Modulationsverfahren "im Zeit-, Amplituden- oder Frequenzbereich arbeiten und sowohl am Eingang, am Ausgang oder auch an geeigneter Stelle im Demodulator die Datenbits auf Störungen überwachen. Mit den Störungs-

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detektoren ist es möglich, sowohl die Qualität einzelner Datenbits als auch die Qualität ganzer Datenblocks zu kennzeichnen. Je nach der Wahl der Schwellen für die Fehleranzeige kann mittels der Störungsdetektoren zwischen schwach -¹OTLd stark gestörten Informationsabschnitten unterschieden werden, wovon beim erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch gemacht wird. Die Wirksamkeit derartiger Störungsdetektoren, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind, wird

.sum Beispiel in der Veröffentlichung von H. Ohnsorge : "Wirksamkeit von Störungsdetektoren bei Datenübertragung",

(ΙΤΪΓΖ 1969, Heft 2, S. 113 - 119)beschrieben. Ausführungsbeispiele zeigt die Arbeit von U. Haller: "Error-Correction Systems with Signal-Quality Detectors",(Proceedings <£ XVIII Congresso Internazionale per I'Elettronica, Horn, März 1971» VoI» 1, S. 379 - 388).Der wesentliche Vorteil bei der Verwendung dieser Störungsdetektoren liegt darin, daß sie völlig unabhängig von dem zur Fehlersieherung verwendeten redundanten Code arbeiten. Indem sie die Störungen der analogen Empfangssignale zur Fehlererkennung und Fehlerortung ausnutzen, entlasten sie den redundanten Code bzw. ermöglichen höhere Korrekturfähigkeiten durch die Coderedundanz.

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Das Ausgabewerk 9 kann "beispielsweise als übliche Torschaltung ausgebildet sein. Im Falle erfolgter Korrektur passieren die korrigierten Daten die Torschaltung ungehindert. Stellten jedoch die KZM 12 oder der zweite Decodierer 8 nichtkorrigierbare Informationsabschnitte fest, r.o ^ibt diejenige Einheit, die einen Fehler erkennt, ein Steuersignal ab, das je nach Auslegung der Schaltung oder r.rjaueller Einstellung entweder die Torschaltung über die Leitungen 124 bzw. 81 sperrt, so daß die zugehörigen Daten nicht zur Datensenke gelangen, oder die Datensenke über die Leitungen 125 bzw. 82 veranlaßt, den unsicheren Wert als solchen zu kennzeichnen.

Wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die KZM 12. Aufgabe dieser KZM 12 ist es, die im Augenblick der Übertragung im Übertragungskanal auftretenden Störungen zu bewerten und beide Decodierer sowie das Ausgabewerk oder die Datensenke entsprechend dem Ergebnis der Bewertung zu steuern. Sie erhält ihre Informationen als Fehlermeldesignale vom Störungsdetektor und vom ersten Decodierer 7· Der Störungsdetektor kann beispielsweise so aufgebaut werden, daß er bei jedem als gestört erkannten Nachrichtenblock der

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Länge n_? ein !Fehlermeldesignal S1 und bei stark gestörtem-Block der Länge n_o ein Fehlermeldesignal S3 über die Leitungen Ί1Ί an die Ü£M 12 abgibt.

Der erste Decodierer 7 verarbeitet «jeweils Datenblöcke der Länge n~ und liefert an die KZM 12 Fehlermeldesignale über die Steuerleitungen 71· Als Fehlermeldesignale kommen beispielsweise bei Verwendung zyklischer Codes in Betracht

51 bei fehlerhaftem Block

52 als Binärzahl, die jeweils die Anzahl der durch den Decoder 7 korrigierten Fehler im Block darstellt und

53 bei urlkorrigierbarem Block.

Diese Signale werden getrennt der KZM 12 zugeführt. Das Signal S1 kann beispielsweise abgegeben werden, wenn nach eingelaufenem Datenblock das Syndrom (Prüf zahl)' von Null verschieden ist.

Das die Binärzahl darstellende Signal S2 kann beispielsweise von Syndromregistern abgenommen werden, wenn der fehlerhafte Datenblock in Korrekturstellung gebracht ist, wobei in bekannter Weise das Fehlermuster im PrüfZahlregister erscheint

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und die Anzahl der Einsen die Anzahl der fehlerhaften Binärzeichen des Blockes angibt.

Das Signal S3 v;ird vom Decoder 7 dann abgegeben, wenn er bei seinem Korrekturversuch erfolglos war.

In vorteilhafter Weise verwendet man für den ersten Decodierer 7 einen auf Korrektur von statistisch verteilten Fehlern oder Feillerbünde !korrektur umschaltbaren Decodierer. Dieser Decodierer arbeitet normalerweise auf Korrektur statistisch verteilter Fehler und wird gegebenenfalls von der KZM 12 umgeschaltet, wobei die Umschaltung von der Fehlerdichte im Kanal abhängig gestaltet wird, die von der KZM 12 ermittelt wird.

In Figur 3 ist gezeigt, wie die Bestimmung der Fehlerdichte im einzelnen erfolgt. Die Störungen 21 im Übertragungskanal führen zu gestört oder fehlerhaft empfangenen Nachrichtenabschnitten 22 die vorzugsweise durch die kurzen Da"tenblöcke der Länge n~ des zweiten Codierers 3 gegeben sind. Ebenso ist es möglich, für die Beurteilung der empfangenen Nachrichtenabschnitte 22 die Meldungen des Störungsdetektors zu verwenden. Die Fehleranzeigen des ersten Decodierers 7 und/oder die

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Störungs anzeigen des Störungsdetektors werden von der KZM 12 vorteilhaft auf folgende Weise verarbeitet:

und
In jeweils L empfangenen/aufeinanderfolgenden Eachrichtenabschnitten wird die Anzahl ζ der darin enthaltenen gestörten
und/cder fehlerhaften Nachrichtenabschnitte ermittelt. Diese Zahl ζ Vx^rird auf die sog. Rahmenlänge L bezogen, wobei der Wert d = s/L ein MaS für die Dichte von gestörten und/oder fehlerhaften Nachrichtenabschnitten innerhalb eines Rahmens der·
Länge L ist. Dieser Wert d ist ferner ein indirektes Maß für die Binärfehlerrate des tfbertragungskanals während der Übertragung von Daten in einem Zeitabschnitt der Länge-L, da vorausgesetzt wird, daß innerhalb eines solchen Rahmens der Länge L die Binärfehlerrate im ühertragungskanal konstant ist.

Dieser Rahmen der Länge L wird, wie Figur 3 'in der Ibsition zeigt, bei jedem empfangenen Fachrichtenabschnitt um einen
Nachrichtenabschnitt verschoben. Auf diese Weise erfolgt die Dichtemessung kontinuierlich.

Durch Torgabe von Grenzwerten für das Dichtemaß d werden die

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Störungen des Ubertragungskanals in Dichtezonen 24- unterteilt. Je nach der Festlegung der Grenzen für die Werte d kennen z.3. die empfangenen Nachrichten in Zonen geringer,, mittlerer und hoher Fehlerdichte unterteilt werden. Da aus der Dichtemessung auch die Lage dieser Dichtezonen und ihre Länge bekannt ist, steuert die KZH 12 mit ihren AusgangsSignalen, den Einsatz der beiden Decodierer.

In Zonen geringer Fehlerdichte korrigiert der erste Decoder 7 nit hinreichender Sicherheit statistisch verteilte Fehler. In Zonen mittlerer Fehlerdichte - also Zonen mit kurzen Fehlercündeln - schaltet die KZM 12 den ersten Decodierer 7 uai auf Pehlerbündelkorrektur und in Zonen hoher Fehlerdichte - also Zonen nit langen Fehlerbündeln - werden Ort und Länge der Fehlerbündel den zweiten Decodierer 8 mitgeteilt, und von diesem überprüft und wenn möglich, korrigiert.

Ferner kann die KZM 12 in Zonen sehr hoher Fehlerdichte, in denen die Coderedundanz beider Codierstufen nur noch zur Fehlererkennung und nicht mehr zur Fehlerkorrektur ausreicht, entsprechende Signale abgeben, wie z.B. zum Unterbrechen des Korrekturvorganges, insbesondere des Korrekturvorganges durch den

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zum' zum

ernten Decodierer 7,/Sperren des Ausgabewerks oder/fin. rki-οren der fehlerhaften Daten.

Figur 4- zeigt als spezielles Ausführungsbeispiel die Anwendung der KZM 12 zur Bestimmung von Fehlerbündein nach Ort und Länge, die von dem zweiten Decodierer 8 zu korrigieren sind. Die Störungen 25 im Übertragungskanal überlagern sich den ausgesendeten Daten, so daß die Empfangsfolge 26 ein Fehlerbündel und zusätzlich statistisch verteilte Fehler enthält. Aus den Fehleranzeigen 27 des ersten Decodierers 7 und den Störungsanzeigen 28 des Störungsdetektors bestimmt die KZM 12 das Fehlerbündel 29 nach Ort und Länge, wobei sich die Ortsangabe auf den Block des Decodierers 8 bezieht. Diese Bündelzone 29 entspricht der oben beschriebenen Zone mit hoher Fehlerdichte, deren Orts- und Längenangabe durch die KZM 12 durch weitere Kriterien vervollständigt wird. - ·'

Im Anschluß an das Fehleranzeigesignal 27 beginnt die erste Decodierstufe 7 die Datenblöcke der Länge ^ zu korrigieren. Sobald diese Blöcke so viele Fehler haben, daß sie durch den redundanten Code nicht mehr korrigierbar sind, gibt der erste Decodierer 7 für diese Blöcke jeweils eine Anzeige 30 für nichtkorrigierbaren Block an die KZM 12 ab.

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Weiterhin zeigt der Störungsdctcktor unzulässig stark gestörte Blöcke 31 der Länge n~ an. Dazu hat der Störungsdetektor 11 eine weitere Schwelle, die sich von der Schwelle für Stcrungsanzeigen zur Fehlerdichtemessung und der dazugehörigen Anzeige 27 unterscheidet. Diese weitere Schwelle kann z.3. darin bestehen, daß der Störungsdetektor die bitweisen Störungsanzeigen 28 über die Datenblöcke der Länge n^ aufsunmiert und dann ein zusätzliches Signal "stark gestörter Block" 51 abgibt, wenn die Zahl der gestörten Binärzeichen so groß ist, daß eine Korrektur des zugehörigen Datenblocks der Länge n~ durch den ersten Decodierer 7 nicht mehr mit ausreichender Zuverlässigkeit erfolgt.

In der KZM 12 wird die durch die Fehlerdichtemessung ermittelte Bündelzone 29 um die nichtkorrigierbaren 30 und die stark gestörten Blöcke 31 erweitert; das Ergebnis 'ist eine erweiterte Bündel zone 32, die nach Ort und Länge festliegt. Anfang und Ende dieser Bündelzone sind die Übergänge zwischen den Zonen mit sclr.v'achen und starken Kanalstörungen. In diesen Ubergangsbereichen ist insbesondere die Fehlerdichtemessung 23 (Fig.3) bzw. 29 (Fig· 4) mit höherer Unsicherheit behaftet. Daher wird in vorteilhafter Weise durch die KZM 12 die Bündelzone

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an ihren Anfang und Ende jeweils um einen Sicherheitsbereiche wie in Zeile 33 gezeigt. Die Länge e ist ein Parameter, dessen WeVt: nr'ch dom Untorrxhi ca der iitörim^nintcnr.i fci.it ο η in (Inn finv-clrio'i U.Lclibozonoa £oafcoucrt wird. let beiüpiclc-vei^o der Unterschied groß, so genügt ein kleiner Sicherheitsbereich von nur wenigen Binärzeichen.

Das um die Sicherheitsbereiche erweitere Pehlerbündel wird ■von der KZN 12 der zweiten Decodierstufe 8 übertragen. Zur XVeiteren Steigerung' der Sicherheit ist es vorteilhaft, mit der Decodierstufe 8 die Länge des von der KZH 12 ermittelten Bündels 33 zu kontrollieren. Hat das ermittelte Bündel eine zulässige Maximallänge B -, überschritten, wird der zugehörige Datenblock von der zweiten Decodierstufe als unkorrigierbar gekennzeichnet und nicht dem ■ Korrekturprozeß unterworfen. Die' einfachste Ausführungsform der Bündelkontrolle ist dann gegeben, wenn B -r gleich der Länge m.* des Eedundanzteiles des iehlerbündelkorrigierenden Codes gewählt "wird. Sobald ein Bündel die Länge m^ überschreitet, kann es durch den zweiten Decodierer nicht mehr mit Sicherheit korrigiert werden, obwohl sein Ort im Datenblock der Länge n^ und seine Länge bekannt ist,

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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung "besteht darin, die nr.ximal zulässige Länge korrigierbarer Bündel 3 , *xz. einen Wert a kleiner zu wählen, als die Redundanz Irin ge nicer- fehleroündelkorrigierenden Codes. In diesem Falle nuß beiza Korrekturprozeß das Decodier- oder Eyndrocregister an seinei -inde einen Syndroinrest mindestens der Länge a enthalten, der in allen seinen a Positionen die Wertigkeit O hat, wenn das zu korrigierende Bündel in den ersten 3 , Positionen des Syndroriregisters steht. Diese Prüfung des Syndronrectes ist in einfacher Art und Weise mit einer Isullprüfschaltung dann durchzuführen, wenn der Anfang des von der KZK 12 angezeigten Bündels sich am Anfang des Decodierregisters befindet. Diese Xu11prufschaltung ist in an sich bekannter Weise z.3. mit einer Nullkoinzidenzschaltung an den letzten a Stufen des Syndromregisters realisierbar. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Prüfung des Syn'dronrestes der Länge a ait hoher Sicherheit einen von Hull verschiedenen Wert ergibt, wenn sich in dem zu korrigierenden Block au3er des von der KZM 12 angezeigten Bündel noch weitere Fehler befinden, die weder durch die KZM 12 noch durch die erste Decodierstufe ε rk annt wurden.

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jiine vorteilliafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, die Datenblöcke, die unkorrigierbare Bündel enthalten, nicht vollständig zu verwerfen, sondern aus ihnen die Informationsteile an die Datensenke weiterzugeben, die fehlerfrei empfangen oder korrigiert wurden. Dadurch läßt sich die Informationsrate, die das Datensicherungsverfahren an die Datensenke abgibt, nochmals steigern. Zur Feststellung derartiger Informationsteile, die an die Datensenke gegeben werden können, bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine Fülle von Möglichkeiten und Kriterien, von denen hier nur zwei als Ausführungsbeispiele genannt werden.

Enthält ein Datenblock des ersten Codierers mit un\k:orrigierbarem Bündel auch eine von "der KZM 12 festgestellte Zone geringer Fehlerdichte, so können die in dieser Zone enthaltenen Informationen an die Datensenke abgegeben werden, sobald sie den ersten Decodierer 7 durchlaufen haben.

Weiterhin ist es möglich, sogar aus der Fehlerbündelzone Informationsteile an die Datensenke weiterzugeben, nämlich dann, wenn diese Teile von der ersten Decodierstufe als fehlerfrei erkannt wurden und wenn der Störungsdetektor feststellt, daß sie nur sehr schwach oder überhaupt nicht gestört sind.

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Claims (18)

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   'L ·^Μ ^ ° ⁿ k i^{x n f;} ρ ^r }' ^c ^ ^

   l Λ Verfahren zur gesicherten Datenübertragung über gestörte iiachrichtenkanäle, bei dem aus den zu übertragenden binären liachrichtenzeichen nach vorgegebenen Codiervorschriften redundante Binärzeichen abgeleitet werden, die in Anschluß an die Nachrichtenzeichen ebenfalls über den Ubertragungskanal übertragen werden und -bei dem auf der 2mpfangsseite mit Hilfe der redundanten Binärzeichen die

   i-iachrichtenzeichen zurückgewonnen ι erden, gekennzeichnet

   durch die Kombination folgender aufeinanderfolgender Verfahrens schritte :

   a) Auf der Sendeseite werden die von einer Datenquelle (1) abgenommenen Daten zunächst einem ersten Codierer (2) zugeführt, der in an sich bekannter Weise aus jeweils k^ Information'szeichen der Datenquelle zur Fehlerbündelkorrektur geeignete Codewörter der Länge n^ = k^. + m. mit m^. Redundanzzeich er. aufbaut.

   b) Die Codeworte jeweils der Länge n. werden in. einem zweiten Codierer (5) in Sequenzen der Länge kp unterteilt und in an sich bekannter Weise durch einen linearen systematischen Code Redundanzzeichen gegen statistisch verteilte Fehler

   mit m^

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   zu Codewörtern der Länge n_o = kp + nip umgeformt.

   c) Die üblicherweise als Folge von Binärzeichen anfallenden Codewörter des zweiten Codierers (3) werden durch einen Modulator (4) in an sich "bekannter Weise in Analogsignale umgewandelt und auf den Übertragungskanal (5) gegeben-

   d) Auf der Empfangsseite werden die dem Kanal entnommenen analogen Signale durch einen Demodulator (6) in Binärzeichen zurückverwandelt und gleichzeitig durch einen 'Störungsdetektor (11) auf Störungen geprüft, wobei der Störungsdetektor die von ihm erkannten Störungen an eine Einrichtung zur KanalzustandsmoGGUHt' (12) meldet.

   e) Die wieder in digitaler Form vorliegenden Daten werden einen ersten steuerbaren Decodierer (7) zugeführt, der aus den Blöcken der Länge n^ die Sequenzen k₂ zurückgewinnt und dabei gestörte Blöcke der Länge n~ durch ihn nicht korrigierbare Blöcke der Länge n₂ und Blöcke bei denen Fehler korrigiert wurden ebenfalls der Einrichtung zur Kanalzustandsmessung meldet.

   f) Die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung ermittelt aus den Angaben des Störungsdetektors und des ersten Decodierers (7) den Störungszustand des Übertragungskanals, leitet hieraus die Entscheidung ab, ob der Decoder (7) statistisch verteilte Fehler, Fehlerbündel oder ob der Decoder (7) nicht korrigieren soll und liefert die entsprechenden Steuersignale

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   an den Decoder (7)·

   [0 Anschließend pelr.nnen die Sequenzen k_o zu eine:a zweiten

   ei

   Decodierer (8), der zunächst die Sequenzen zu Blöcken ,jeweils der Länge n,. zusammenfaßt und die Aufgabe hat, die Rückgewinnung der Information k^ aus dem Block der Länge n^ allein durch Fehlerbündelkorrektur durchzuführen, wobei der Decodierer (8) den Ort und die Länge des FehlerbündeIs von der Einrichtung zur Xanalzustandsmessung geneidet bekommt und die Redundanz eines Blockes nur zur Fehlerkorrektur und/oder Fehlererkennung benutzt.

   h) Im Falle, daß die Einrichtung zur Kanalzustandsressung kein Fehlerbündel ermittelt hat, veranlaßt sie nun den Decoder (8) den Block n^ von der Redundanz n- zu befreien; im Falle, daß die Einrichtung zur KanalzuStandsmessung ein Fehlerbündel ermittelt hat, veranlaßt sie den Decoder (8), gesteuert durch Steuersignale, die den Ort und die Länge des Fehlerbündels kennzeichnen, das Fehlerbündel zur korrigieren, wobei der Decoder (8) durch einen Nulltest prüft, ob die Fehlerbündellänge eine

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   vorgegebene Grenzlänge überschreitet; ·

   ergibt die Prüfung, daß die vorgegeben«*: Grenzlänge überschritten wird, so gibt der Decoder (8) ein Steuersignal ab₉ ergibt jedoch die Prüfung, daß die vorgegebene Grenzlänge nicht überschritten wird, so korrigiert der Decoder (8) das Fehierbündel.

   i) Der Decoder (8) gibt die Daten, befreit von· der Redundanz, an ein Ausgabewerk (9) «>welches vom Steuersignal des Decoders (8) und/oder von der Einrichtung zur Kanalzustandsmessung gesperrt werden kann, falls vom Decoder (8) fehlerhafte Daten zu erwarten sind=

   k) Ist das Ausgabewerk (9) nicht durch ein "gestörte Daten" kennzeichnendes Signal des Decoders (8) oder der Einrichtung zur Kanalzustandsmessung gesperrt_s gibt es die Daten an die Datensenke (10) frei»
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, für den Fall, daß stets die Ausgabe der Daten erwünscht ist, dadurch gekennzeichnet,, daß das Steuersignal des Decoders (8) und/oder der Einrichtung zur Sanalsustandsmessung bei fehlerhaften Daten nicht das Ausgabewerk sperren, sondern die Datensenke veranlassene

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   die ausgegebenen Daten als fehlerhaft zu kennzeichnen.
3. 3- Verfahren nnch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß i'lr. Grenzlänp;e für die Fehlerbündelkorrektur die Redundanzlänr;e dos fehlerbündelkorrigierenden Codes abzüglich einer ausreichenden Folge von Bits für den vorgesehenen Nulltest gewählt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kanalzustandsnessung Steuersignale an das Ausgabewerk abgibt, welche die Ausgabe von richtigen Teilinforniationsabschnitten innerhalb der nicht korrigierbaren Informationsabschnitte bewirken.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung aus den Signalen des Stördetektors und/oder des ersten Decoders (7) die Auftrittshäufigkeit dieser Signale jeweils innerhalb eines Rahmens von L aufeinanderfolgenden liachrichtenabcchnitten der Länge rip ermittelt, wobei bei jedem empfangenen ITachrichtenabschnitt eine Auswertung über die Rahmenlänge L erfolgt und daß die Einrichtung zur Kanalzustandsnessung aus

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   dor AurtrittrihluiL-ifiknit von gestörten odor fehlerhaften N.'ichrichbeu.'AbiioluiLttori dor Liln^c lip innorhalb eim;.". Ii'r.hmanri der Länge L Steuersignale für die Decodierer (7, 8), für das Ausgabewerk (9) und für die Datensenke (10) ableitet.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß aus der Fehlerdichtem.essung spezielle·Fehlerdichtezonen innerhalb einer Enpfangsfolge nach Ort und Länge bestimmt werden, wobei die Fehlerdichtezonen durch vorgegebene Schwellwerte d (Seile 23 ^ in Figur 3) für die Auftrittshäufigkeit von gestört oder fehlerhaft empfangenen Nachrichtenabschnitten der Länge n^ innerhalb jeweils eines Eahmens von L aufeinanderfolgenden Nachrichtenabschnitten unterschieden werden und daß innerhalb einer Dichtezone mittels hierdurch bestimmte Steuersignale an die Decoder die Fehlerkorrektur mit unterschied- ' liehen Verfahren erfolgt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fehlerdichtemessung die Schwellwerte d so vorgegeben werden, daß damit innerhalb eines empfangenen, durch den redundanten Code geschützten Nachrichtenblocks zwischen

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   Zonen unterschieden wird, in denen Fchlerbündc!korrektur, Korrektur statistisch verteilter Fehler oder Fehlererkennung durchgeführt werden kann.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da£

   die durch die Fehlerdichtemessung definierte Zone für Fehlererweitert wird
   bunde!korrektur/unter Verwertung, der Anzeigesignale des ersten

   Decodierers (7) über nichtkorri.gierbare Ilachrichtenabschnitte

   und des Störungsdetektors über besonders stark gestörte Nachrichtenabschnitte.
9. 9- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, da3 die durch die Fehlerdichtemessung erkannte Zone hoher Fehlerdichte (Zone für Fehlerbündelkorrektur) an ihren beiden Enden durch Sicherheitsbereiche erweitert wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß von den Datenblöcken, die fehlerhaft vom Übertragungskanal empfangen wurden und von dem ersten Decodierer (7) "korrigiert" wurden, jedoch von der Einrichtung zur Kanalzustandsmessung oder von dem zweiten Decodierer (8) als unkorrigierbar bezeichnet v/erden, diejenigen Infornations-

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    teile on die .Datensenke ausgegeben werden, die entsprechend der Auswertung der Einrichtung zur Kanalzustandsmessung in Zonen geringer Übertragungsfehlerdichte empfangen wurden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von den Datenblöcken, die von der Einrichtung zur Kanal zustand sine s sung oder von dem zweiten Decodierer (8) als unkorrigierbar bezeichnet werden, diejenigen Informationsteile, die in Zonen hoher !Fehlerdichte liegen, dann an die Datensenke ausgegeben werden, wenn sie · von den ersten Decodierer (7) als fehlerfrei erkannt wurden und wenn in ihnen die Störungsneldungen des Störungsdetek— tors eine vorgegebene Schranke nicht überschreiten.
12. 12. Schaltungsanordnung zur Durchführung des "Verfahrens

    nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Datensicherung folgende Geräte und Einrichtungen auf der Sendeseite wie angegeben in Reihe geschaltet sind

    1. eine Datenquelle (1)

    2. ein erster Codierer (2) zur Bildung von zur Pehlerbündelkorrektur geeigneten Codewörtern

    3. ein zweiter Codierer (3) zur Bildung von zur Korrektur von statistisch verteilten Fehlern geeigneten Codewörtern

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    •'l·. ein KuduIuUor (■')) \',nv \\-Λ\<·\νΛΥ\\\\\\ von Binär/,';:lohen j./; .'■■an.I.ofο Mi ":η.·ι].ο,

    clr.ß r,ur lächle rkorroiitur und Datenausgabe ?.uf eier Ez-^f seite folgende Geräte und Einrichtungen wie angegeben in Reihe geschaltet sind

    1. ein Demodulator (6) zur Umwandlung der analog eintreffenden Signale in Binärzeichen

    2. ein steuerbarer erster Decodierer (7) zur Erkennung und/ oder Korrektur von vorwiegend statistisch verteilten Fehlern

    >. ein 2Y.^reiter steuerbarer Decodierer (8) zur Korrektur von Fehlerbündel mit einer Einrichtung zur Signalabgabe bei nichtkorrigierbaren Block

    4. ein sperrbares Ausgabewerk (9) zur Steuerung der auszugebenden Daten
    5· eine Datensenke (10),

    daß ein Stördetektor (11) zur Erkennung von Störungen auf deia Übertragungskanal an dem Demodulator (6) angeschlossen ist, daß der Störungsdetektor und der erste Decodierer (7) über Störungs- bzw. Pehlerineldeleitungen mit einer Einrichtung zur Kanalzust andsmessung (12) verbunden sind, welche die Störungs- und Fehlermeldungen verarbeitet und daraus

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    Steuersignale ableitet,

    daß die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung über Steuerlcitimgen nit den Decodern (7, 8), dem Ausgabewerk (9) und der Datensenke (10) verbunden ist und deren Funktion in Abhängigkeit von dem Störungszustand im Übertragungskanal steuert.
13. 13- Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Decodierer (7) umschaltbar ist auf Korrektur statistisch verteilte Fehler oder auf Korrektur

    daß

    eines Fehlerbündels und/die Umschaltung durch die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung durchgeführt wird.
14. 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Decodierer (7) eine Einrichtung enthält zur Erzeugung eines Meldesignals an · die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung, das bei jedem fehlerhaft erkannten Block der Länge n^ abgegeben wird. -
15. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Decodierer (7) zusätzlich eine Einrichtung enthält zur Erzeugung eines Meldesignals an die

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    Einrichtung zur Kanalzustandsnessung, das "bei ,jedem nicht korrigierbar erkannten Block der Länge n~ abgegeben wird.
16. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Decodierer (8) die Angaben über Ort und Länge eines zu korrigierenden Fehlerbündels über mindestens eine Steuerleitung von der Einrichtung zur Kanalzustandsmonr-unc erhält.
17. 17- Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auch der erste Decodierer (7) die Angaben über Ort und Länge eines zu korrigierenden Fehlerbündels über Steuerleitungen von der Kanalzustandsmessung erhält.
18. 18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Störungsdetektor (11) oder, falls dieser die Störineldungen bitweise abgibt die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung zwei Schwellwerte besitzt, von denen der eine zur Erkennung gestörter und der andere zur Erkennung

    ausgelegt stark gestörter Blöcke der Länge n~/ist,' und daß der Störungsöetektor diese Informationen getrennt an die Einrichtung zur Kanalzustandsmessung (12) abgibt.

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    19· EciLaltiiiigsanordnung nach, einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch, gekennzeichnet, daß das Ausgabewerk und die Datensenke mit der "Hinrichtung zur Kanal zug knndr. messung und dem zweiten Decodierer (8) verbunden oind und die Steuerleitungen wahlweise auf "Datenausgabe rait Kennzeichnung fehlerhafter Daten¹' oder auf " keine Datenausgabe" umschaltbar sind.

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