DE1159501B

DE1159501B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur gesicherten UEbertragung von Nachrichtenzeichen

Info

Publication number: DE1159501B
Application number: DES73923A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich R Berger; Dr Carl-Erik Von Pfahler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-05-12
Filing date: 1961-05-12
Publication date: 1963-12-19
Also published as: FR1321883A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

INTEHNAT. KL. H 03 k

S 73923 Vffla/21a¹

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

12. MAI 1961

19. DEZEMBER 1963

Zur gesicherten Übertragung von Nachrichtenzeichen werden außer einer Vielzahl von Sicherheitscodes auch sogenannte Blocksicherungsverfahren angewendet. In diesem Fall wird ein Block aus einer Mehrzahl von meist in einem nicht störanzeigenden Code codierten Nachrichtenzeichen, z. B. 5er-Fernschreibzeichen, durch ein oder mehrere an den Block angehängte Kontrollzeichen jeweils gleicher Schrittzahl gesichert. Diese Kontrollzeichen werden nach sicherheitswahrscheinlichen Gesichtspunkten aus den Nachrichtenzeichen des zugeordneten Blocks, z. B. durch binäre Quersummenbildung gebildet. Auf der Empfangsseite werden aus den übertragenen Nachrichtenzeichen des Blocks auf gleiche Weise Kontrollzeichen gebildet und diese mit den übertragenen Kontrollzeichen verglichen. Die Gleichheit aller Kontrollzeichen wird als Kriterium für störungsfreie Übertragung gewertet.

Neben der gesicherten Übertragung von Fernschreibzeichen kann auf diese Weise beispielsweise auch die gesicherte Übertragung von digitalen Meßweirten durchgeführt werden. Dabei kann jeder Stellenwert nicht nur wie bei der Übertragung von Fernschreibzeichen zwei diskrete Werte, sondern η verschiedene diskrete Werte annehmen. Jeder Stellenwert kann auch für sich binär codiert werden. Man erhält dann z. B. für η — 32 als Spezialfall fünf Binärstelen, d. h. normale Fernschreibzeichen. Start- und Stoppschritte können hinzugefügt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur gesicherten Übertragung von Nachrichtenzeichen, die zu derartigen Blocks zusammengefaßt und durch mehrere angehängte Kontrollzeichen gesichert sind. Die Nachrichtenzeichen sind dabei allgemein in einem Code mit der Basis η codiert. Ein Block soll aus jeweils i Nachrichtenzeichen X_r (r = 1. 2 .. . /) bestehen und durch / angehängte Kontrollzeichen Y_s {s — 1, 2 ... /) gesichert sein. Eine besonders wirksame und in höherem Grade als bei den bekannten Verfahren und Anordnungen gegen Fehler gesicherte Übertragung wird dabei gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Kontrollzeichen Y_s als Linearkombinationen modulo η aus den mit Faktoren c multiplizierten Nachrichtenzeichen und gegebenenfalls Kontrollzeichen bestimmt werden, wobei die Faktoren c Funktionen unterschiedlicher Ordnung der Stellennummer r im Block der Nachrichtenzeichen und Kontrollzeichen sind.

Falls die Kontrollzeichen nur aus den Nachrichtenzeichen gebildet werden, ergibt sich eine einfache Schaltungsanordnung zur Bildung dieser Kontroll-Verfahren und Schaltungsanordnung

zur gesicherten Übertragung

von Nachrichtenzeichen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Erich R. Berger, Neuried bei München,

und Dr. Carl-Erik von Pfahler, München-Solln,

sind als Erfinder genannt worden

zeichen dann, wenn die Kontrollzeichen durch Addition modulo η nach der Formel

Ys =

Xt

mit r = 1, 2 ... i und s = 1, 2 ... / gebildet werden, wobei die Faktoren c_sr die Binomialkoeffizienten

c_sr = (r + s-2

c — 1

\ ^{s L}

sind und die i Stellen der Nachrichtenzeichen mit τ = 1, 2 . .. i, beginnend mit der letzten Nachrichtenstelle, und die Kontrollzeichen in der Reihenfolge ihrer Entstehung und Übertragung numeriert sind.
Bei einer solchen Schaltungsanordnung sind vorteilhaft / Kombinationen aus jeweils einem Zähler modulo η und einem vorgeschalteten Addierer modulo η in Reihe geschaltet. Dem ersten Eingang des ersten Addierers werden dabei die Nachrichtenzeichen der zu sichernden Gruppe nacheinander taktweise zugeführt, dem ersten Eingang der weiteren Addierer wird die im vorigen Zähler und dem jeweils zweiten Eingang der Addierer die in dem zugeordneten Zähler gespeicherte Information um eine Taktzeit verzögert zugeführt. Die nach der Taktzeit i bzw. i+1 bzw. i+2 ... bzw. i+j in dem ersten bzw. zweiten bzw. dritten . .. bzw. /. Zähler gespeicherte Information stellt dann das erste bzw. zweite bzw. dritte ... bzw. /. Kontrollzeichen dar. Auf der Empfangsseite werden aus den übertragenen Nachxichten- zeichen auf gleiche Weise Kontrollzeichen gebildet und diese mit den übertragenen Kontrollzeichen in an sich bekannter Weise verglichen.

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3 4

Auch dann, wenn die /Kontrollzeichen aus den Es wird zunächst das Verfahren betrachtet, bei Nachrichtenzeichen des Blocks und den zunächst dem die Kontrollzeichen nur aus den Nachrichtenunbekannten KontroHzeichen aus i Gleichungen er- zeichen gebildet werden. Dies geschieht nach der mittelt werden, ergibt sich eine einfache Schaltungs- Formel
anordnung zur Ermittlung der Kontrollzeichen dann, 5 t = i wenn die / KontroHzeichen aus den Gleichungen Y_s = 2)c_s/ · Xt modulo η,

Σι_=ι+]-\ wobei die Faktoren c_st die Binomialkoeffizienten Ci ί · ^t — A

< = o cn= (t + s—2\

: ¹⁰ ( s-\)

tLi₊J-1 mit t—1,2 ... i, beginnend mit der letzten Nach-

2^cii ■ Z_t = N richtenzeichenstelle, sind. Für das betrachtete Bei-

/=o spiel ergibt sich also

gebildet werden, wobei Z₁ die Belegung der betreffen- 15 ^³ I t — l

den Nachrichtenstelle bzw. Kontrollstelle bildet und Yi = 2j^ch ' %*> ^ci* ( 0

die Konstanten/1, B . . .N beliebig, aber vorteilhaft ' ^{= I}

gbich Null sind. Die /+/Stellen sind dabei mit ' = ³ / f\

t — 0,1... i+j— 1, beginnend von der letzten Kon- ^2 ⁼ 2j^c2t · XtI c_it = y γ j = t,

trolstelle, zu numerieren und die Faktoren c_st nach 20 ^{/ = 1}

der Formel ' ^ t(t+l)

' ^S~¹I Es ist also:

mit 5=1,2.../ und f = 0,1,2 .. ./+/-1 zu be- 25 2 6 3 Y₁ Y₂ Y₃

stimmen. _r- 3 2 1

An Stelle der obigen Gleichungen können selbstverständlich auch beliebige Linearkombinationen Die Gleichungen lauten: dieser Gleichungen zugrunde gelegt werden. _γ ₌₁.₂ + 1.6 + 1-3 = 4 (modulo7)

Die Schaltungsanordnung besteht in diesem Fall 3° ^x ~ aus 7 Kombinationen aus jeweils einem Zähler Γ₂ = 3·2 + 2·6+1·3 = 0 (modulo 7). modulo η und einem vorgeschalteten Addierer mo- y_3-4 2-3 1 * 2 ., _ ^ / dulo n, die in Reihe geschaltet sind, wobei dem ersten ¹S 2 '² ^ 3" '⁶ + "γ~'^{3 =} 5 (modulo 7). Eingang des ersten Addierers ein Inverter vorgeschaltet ist. Dem Eingang dieses Inverters werden die 35 Die Bildung dieser KontroHzeichen erfolgt mit der Nachrichtenzeichen der zu sichernden Gruppe nach- Schaltung nach Fig. 1. Diese Schaltung besteht aus einander taktweise zugeführt, und den zweiten Ein- dpi in Reihe geschalteten Kombinationen aus jeweils gangen der Addierer wird jeweils die in dem züge- einem Zähler Zl bis Z 3 modulo 7 und einem vorordneten Zähler gespeicherte Information um eine geschalteten Addierer Al bis A3 modulo 7. Am Taktzeit verzögert zugeführt. Nach vollständigem 40 ersten Eingang £■ des Addierers ^l werden die Nach-Einlauf der Nachrichtenzeichen wird jeweils die in richtenzeichen der zu sichernden Gruppe nacheindem letzten Zähler gespeicherte Information dem ander taktweise zugeführt. Den zweiten (oberen) EinEingang des Inverters um eine Taktzeit verzögert zu- gangen der Addierer A1 bis A 3 wird jeweils die in geführt. Die nach bestimmten Taktzeiten in den dem zugehörigen Zähler Zl bis Z 3 gespeicherte InZählern gespeicherten Informationen stellen dann die 45 formation um eine Taktzeit verzögert zugeführt. Es Kontrollzeichen dar. Auf der Empfangsseite werden ergeben sich also zu den einzelnen Taktzeiten die übertragenen Nachrichtenzeichen und Kontroll- folgende Zählerstände:

zeichen einer Schaltung, wie sie im Zusammenhang zi ZZ Z3

mit dem ersten Verfahren erläutert wurde, zugeführt. Takt 0 0 0 0

Der abschließende Zählerstand »0« in allen Zählern 5° τ irt 1

bildet dabei das Kriterium für richtige Übertragung. i™ ^L ^{2 υ υ}

Vorteilhaft können die einzelnen Stellenwerte binär lakt 2 1 2 0

untercodiert sein. Auch in diesem Fall können die Takt 3 4 3 2

KontroHzeichen wie bei den erläuterten Beispielen Die drei Nachrichtenzeichen sind nungebildet werden. 55 mehr vollständig eingegeben, und die

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Schaltung rechnet weiter.

einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei Takt 4 0 5

denen auch noch weitere Einzelheiten der Erfindung Takt 5 — 5

zur Anwendung kommen, erläutert. ~

Für die folgenden Ausführungen werden in einem 60 Es kann also nach der Taktzeit 3 am Zähler Z1

Code mit der Basis 7 codierte Nachrichtenzeichen das KontroHzeichen Y₁= 4, nach der Taktzeit 4 am

zugrunde gelegt. Als Beispiel wird ein Block zu- Zahler Zl das KontroHzeichen Y₂= 0° und nach

gründe gelegt, der aus den drei Nachrichtenzeichen der Taktzeit 5 am Zähler Z 3 das KontroHzeichen

263 und den drei KontroHzeichen Y₁, Y₂, Y_s besteht. F₃= 5 abgenommen werden. Nicht mehr benötigte

Es ist also ^6s Zählerstände sind mit bezeichnet.

. _ . _ Auf der Empfangsseite werden aus den übertrage-

¹ ~~ ' 1 ~ ' nen Nachrichtenzeichen auf gleiche Weise KontroU-

Z₃ = 2; Z₂ = 6; X₁ = 3. zeichen gebildet und diese mit den übertragenen

KontroUzeichen in an sich bekannter Weise, ζ. Β. mit Vergleicherschaltungen, verglichen. Falls die übertragenen und empfangsseitig gebildeten Kontrollzeichen übereinstimmen, wird dies als Kriterium für fehlerfreie Übertragung gewertet.

Nunmehr wird das Verfahren betrachtet, bei dem die / = 3 Kontrollzeichen, die jetzt als Z₂, Z₁, Z₀ bezeichnet werden, aus den / Gleichungen

t=i+j-\

^c₁I -Zt = O

ermittelt werden. Z₁ stellt dabei die Belegung der betreffenden Nachrichten- bzw. Kontrollstelle dar.

Die /+/ Stellen werden mit t = 0, 1 i+j—1,

beginnend bei der letzten Kontrollstelle, numeriert. Die Faktoren c_sj sind

Cs t

Es ergeben sich also für das obige Beispiel folgende Verhältnisse:

Xc_jtZ_t 0.

I = O Z_t: 2 6 3 Z₂ Z₁ Z₀
f. 5 4 3 2 1 0
c_lt = 1; c_2i — t; c_st =

Die Gleichungen lauten also:

2 + 6 + 3 + Z₂ 2·5 + 6·4 + 3

j- Z₀ = O (modulo 7);
· Z₂ + 1 · Z₁ = 0 (modulo 7);

. 2 2 · 1
S- 1 — · Z₂ = 0 (modulo 7).

Aus diesen Gleichungen errechnet sich:
Zg — ;>; Z₁ = D^, Ziq — L·

Die Bildung dieser Kontrollzeichen erfolgt mit der Schaltung nach Fig. 2. Diese Schaltung besteht aus drei Kombinationen aus jeweils einem Zähler Zl bis Z 3 modulo 7 und einem vorgeschalteten Addierer A1 bis A 3 modulo 7, die in Reihe geschaltet sind. Dem ersten Eingang des ersten Addierers A1 ist ein Inverter/ vorgeschaltet. Dem Eingang des Inverters werden die Nachrichtenzeichen der zu sichernden Gruppe nacheinander taktweise zugeführt. Den zweiten Eingängen der Addierer wird jeweils die in dem zugeordneten Zähler gespeicherte Information um eine Taktzeit verzögert zugeführt. Der Schalter 5 befindet sich zunächst in der gezeichneten Lage.

Es ergeben sich zu den einzelnen Taktzeiten folgende Zählerstände:

Zl Zl Z3

TaktO 0 0 0

Taktl 5 0 0

Takt 2 6 5 0

Takt 3 3 4 5

Die drei Nachrichtenzeichen sind nunmehr vollständig eingegeben, und die Schaltung rechnet weiter.

Takt4 3 0 2

Takt 5 3 3 2

Nunmehr wird der Schalters umgelegt.

Takt 6 1 6 5

Takt7 3 — —

Es kann also nach der Taktzeit 5 am Zähler Z 3 das Kontrollzeichen Z₀= 2, nach der Taktzeit 6 ebenfalls am Zähler Z 3 das KontroUzeichen Z₂= 5 und nach der Taktzeit 7 am Zähler Zl das Kontrollzeichen Z₁ = 3 abgenommen werden. Nicht mehr benötigte Zählerstände sind dabei wieder mit

bezeichnet. Auf der Empfangsseite werden die übertragenen Nachrichtenzeichen und KontroUzeichen einer Schaltung nach Fig. 1 zugeführt. Falls anschließend alle drei Zähler Zl bis Z 3 und »0« stehen, wird dies als Kriterium für richtige Übertragung gewertet.

Selbstverständlich können die Faktoren, die Numerierung der Stelen usw. auch anders gewählt werden. Wie bereits erwähnt, können die einzelnen Stellenwerte binär untercodiert werden. Umgekehrt können natürlich auch binäre Zeichen als binär untercodierte Werte eines Codes höherer Basis aufgefaßt werden.

So kann z. B. jedes einzelne Zeichen des 5er-Fernschreibcodes auch als binär untercodierter Wert eines Codes mit der Basis 31 aufgefaßt werden. Auch im Falle der binären Untercodierung werden die KontroUzeichen wie bei den erläuterten Beispielen gebildet. Die Zähler sind dann als Binärzähler modulo n und die Addierer als Binäraddierer modulo η ausgebildet.

Falls längere Blöcke mit wenigen KontroUzeichen gesichert werden sollen, so werden vorteilhaft, wie bereits erwähnt, mehr KontroUzeichen gebildet und nur die Kontrollzeichen höherer Ordnung übertragen. Hierdurch ergibt sich bei gleichem Aufwand an KontroUzeichen eine höhere Sicherheit als bei der Übertragung einer gleichen Anzahl von KontroUzeichen niedrigerer Ordnung, da sich herausgestellt hat, daß die KontroUzeichen höherer Ordnung eine bessere Sicherung der zugeordneten Blöcke gewährleisten. Es werden also, falls beispielsweise ein Block mit einem KontroUzeichen gesichert werden soll, zwei Kontrollzeichen nach den erläuterten Verfahren und mit den beschriebenen Anordnungen gebildet, jedoch wird nur das zweite KontroUzeichen höherer Ordnung übertragen.

Vorteilhaft können außer den modulo n gebildeten KontroUzeichen weitere KontroUzeichen modulo m<in gebüdet werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn bei binärer Untercodierung der modulo η gebildeten KontroUzeichen einzelne Binärsteilen unbenutzt bleiben. Auf diesen freien Binärstellen können dann die modulo m gebildeten KontroUzeichen übertragen werden. Der Aufwand an KontroUzeichen wird dabei nicht größer, dagegen wird die Sicherheit der Übertragung erhöht. So kann

ζ. B. zusätzlich zu den modulo m gebildeten Kontrollzeichen die binäre Quersumme aller Informationsund Kontrollzeichen je nach Anzahl der freien Binärstellen modulo 2 (eine freie Binärstelle) modulo 3 (zwei freie Binärstellen), modulo 7 (drei freie Binärstellen) usw. übertragen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.. Verfahren zur Übertragung von in einem Code mit der Basis η codierten Nachrichtenzeichen, die zu Blöcken mit jeweils i Nachrichtenzeichen X₁. (r = 1, 2... ι) zusammengefaßt und durch / an jeden Block angehängte Kontrollzeichen Y_s (j = I, 2 .../) gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollzeichen Y_s als Linearkombinationen modulo η aus den mit Faktoren c multiplizierten Nachrichtenzeichen bzw. den mit Faktoren c multiplizierten Nachrichtenzeichen und Kontrollzeichen bestimmt werden, wobei die Faktoren c Funktionen Unterschiedlicher Ordnung der Stellennummer r im Block der Nachrichtenzeichen bzw. der Stellennummer t im Block der Nachrichtenzeichen und Kontrollzeichen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kontrollzeichen nur aus den Nachrichtenzeichen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollzeichen nach der Formel

Ys —

· Xs modulo n

mit r = 1, 2 ...i und j = 1, 2.. .7 gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren c_sr die Binomialkoeffizienten

s-1

mit r = 1, 2... i und s = 1, 2 ... 7 sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j Kontrollzeichen aus den Gleichungen

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bestimmt werden, wobei Z_t die Belegung der betreffenden Nachrichtenzeichenstelle bzw. Kontrollzeichenstelle und 0 ;g A, B ... N < η ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß A — B = ... = N = 0 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren

Cst =

60

mit J = 1, 2 .. ./undi = 0,1,2 ... 1 + 7'— 1 sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stellenwert binär untercodiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß j Kontrollzeichen gebildet,

aber nur j — a (a</) Kontrollzeichen höherer Ordnung übertragen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Kontrollzeichen modulo m<in gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei binärer Untercodierung zur Übertragung der modulo m gebildeten Kontrollzeichen die bei der Bildung der Kontrollzeichen modulo η unbenutzten Binärstellen verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die binäre Quersumme aller Informations- und Kontrollzeichen mitübertragen wird.

12. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß 7 Kombinationen aus jeweils einem Zähler modulo η und einem vorgeschalteten Addierer modulo η in Reihe geschaltet sind, daß dem ersten Eingang des ersten Addierers die Nachrichtenzeichen der zu sichernden Gruppe nacheinander taktweise zugeführt werden, daß den zweiten Eingängen der Addierer jeweils die in dem zugeordneten Zähler gespeicherte Information um eine Taktzeit verzögert zugeführt und daß die nach der Taktzeit / bzw. i + 1 bzw. i + 2 ... bzw. / + / in dem ersten bzw. zweiten bzw. dritten bzw. /-ten Zähler gespeicherte Information das erste bzw. zweite bzw. dritte ... bzw. 7'-te Kontrollzeichen darstellt.

13. Verfahren zur Auswertung der nach Anspruch 12 gebildeten und übertragenen Nachrichtenzeichen, dadurch gekennzeichnet, daß aus den übertragenen Nachrichtenzeichen auf gleiche Weise Kontrollzeichen gebildet und diese mit den übertragenen Kontrollzeichen in an sich bekannter Weise verglichen werden.

14. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß j Kombinationen aus jeweils einem Zähler modulo η und einem vorgeschalteten Addierer modulo η in Reihe geschaltet und dem ersten Eingang des ersten Addierers ein Inverter vorgeschaltet ist, daß dem Eingang dieses Inverters die Nachrichtenzeichen der zu sichernden Gruppe nacheinander taktweise zugeführt werden, daß den zweiten Eingängen der Addierer jeweils die in dem zugeordneten Zähler gespeicherte Information um eine Taktzeit verzögert wird, daß nach vollständigem Einlauf der Nachrichtenzeichen jeweils die in dem letzten Zähler gespeicherte Information dem Eingang des Inverters um eine Taktzeit verzögert zugeführt wird und daß die nach bestimmten Taktzeiten in den Zählern gespeicherten Informationen die Kontrollzeichen darstellen.

15. Verfahren zur Auswertung der nach Anspruch 14 gebildeten und übertragenen Nachrichtenzeichen und Kontrollzeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Nachrichtenzeichen und Kontrollzeichen einer nach Anspruch 13 aufgebauten und betriebenen Schaltung zugeführt werden und der abschließende Zählerstand »0« in allen Zählern das Kriterium für richtige Übertragung bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen