DE1187665B - Schaltungsanordnung zur Bestimmung von Pruefstellen in einem System zur fehlerfreien UEbertragung von binaer codierten Daten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H041

Deutsche Kl.: 21 al -7/01

Nummer: 1187 665

Aktenzeichen: St 17442 VIII a/21 al

Anmeldetag: 8. Februar 1961

Auslegetag: 25. Februar 1965

Für die fehlerfreie Übertragung von binär codierten Daten über gestörte Übertragungswege sind Wiederholverfahren bekannt, bei denen die zu übertragenden Nachrichtenstellen durch Hinzufügen von Prüfstellen redundant gemacht werden, so daß Übertragungsfehler erkannt werden können. Anschließend werden die betreffenden gestörten Nachrichtenzeichen wiederholt.

Die Anzahl der maximal erkennbaren Fehler hängt von der Redundanz des die Nachrichten- und Prüfstellen enthaltenden Codes ab. Will man eine relativ hohe Anzahl Fehler erkennen, so muß man zu Nachrichtenblocks übergehen, da ein Zeichen mit geringer Stellenzahl eine zu große Redundanz erfordert.

In Fig. 1 ist ein solcher Nachrichtenblock in der Form einer Matrix dargestellt. Die ausgefüllten Kreise sind die Nachrichtenstellen, die nicht ausgefüllten Kreise die Prüfstellen. Die Prüfstellen sind aus den Zeilen und Spalten durch Quersummenbildung entstanden. Bei der Blockbildung in dieser ~o Weise ist jedoch bei einer bestimmten Anzahl erkennbarer Fehler eine immer noch verhältnismäßig große Anzahl von Prüfschritten erforderlich. Dieses Verfahren hat außerdem den Nachteil, daß man an eine einmal festgelegte bestimmte Blocklänge gebunden ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung von Prüfstellen in einem Übertragungssystem mit Fehlererkennung zu finden, bei der ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Redundanz und der Anzahl der maximal erkennbaren Fehler besteht. Weiterhin soll die Anordnung nicht an eine bestimmte, einmal festgelegte Blocklänge gebunden sein.

Die Erfindung betrifft also eine Anordnung für ein Verfahren zur Bestimmung von Prüfstellen in einem System zur fehlerfreien Übertragung von binär codierten Daten, bei dem für ausgesendete bzw. empfangene Blöcke von Nachrichtenstellen in beiden miteinander in Verbindung stehenden Stationen (Sende- und Empfangsstation) mit Hilfe von Binärzählern Quersummenprüfstellen ermittelt und miteinander auf Übereinstimmung verglichen werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie anfallenden Nachrichtenstellen mehreren Binärzählern parallel zugeführt werden, und zwar — gegebenenfalls bis auf einen Zähler — über vorgeordnete Torschaltungen, die so von den Ausgängen der Einzelstufen einer von Taktsignalen synchron zur Nachrichtenfolge gespeisten binären Teilerkette gesteuert werden, daß die Binärzähler aufeinanderfolgende Stellen von Schaltungsanordnung zur Bestimmung von
Prüfstellen in einem System zur fehlerfreien
Übertragung von binär codierten Daten

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Dr. Hans Marko,
Stuttgart-Stammheim

Gruppen zählen, wobei die Stellenzahl in den Gruppen von Zähler zu Zähler nach Potenzen von 2 mit bei Null beginnenden ganzzahligen positiven Exponenten wächst, und daß Schalter zum aufeinanderfolgenden Abfragen der Zählerstände als Prüfstellen vorgesehen sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können durch einen zusätzlichen Binärzähler entweder aus den primären Prüfstellen allein oder aus den Nachrichtenstellen und den primären Prüfstellen weitere sekundäre Prüfstellen abgeleitet werden; der Zählerstand des zusätzlichen Binärzählers wird dabei durch einen zusätzlichen Schalter abgefragt.

Gemäß weiterer Weiterbildungen der Erfindung können unmittelbar aufeinanderfolgende diskrete Anzahlen von Fehlern (z. B. bei einer Unterbrechung), deren Anzahl größer als die gemäß dem Grundschema gegebene Zahl der erkennbaren Fehler ist, durch zusätzlich vorhandene Mittel zur Bildung weiterer Prüfstellen erkannt werden.

Einzelheiten dieser und weiterer Weiterbildungen sind den Unteransprüchen in Verbindung mit den Figuren und der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun auf Grund von Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Nachrichtenblock mit Nachrichten- und Prüfstellen für ein bekanntes Fehlererkennungsverfahren in Matrixform;

F i g. 2 und 3 zeigen Beispiele für Anordnungen nach der Erfindung im Blockschaltbild für ein Verfahren zur Fehlererkennung, bei dem die Prüfstellen mittels binärer Abzählung ermittelt werden;

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F i g. 4 und 5 geben Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise von Anordnungen nach der Erfindung wieder.

F i g. 1 zeigt eine bereits besprochene Matrix von Nachrichten- und Prüfstellen, wie sie sich beispielshalber für bekannte Verfahren ergibt, bei denen mit fester Blocklänge gearbeitet werden muß, und bei denen eine bestimmte Anzahl erkennbarer Fehler eine verhältnismäßig hohe Redundanz erforderlich ist.

Nach Fig. 2 kommen die Nachrichtenstellen (Nachrichtencode), für die die Prüfstellen ermittelt werden sollen, an der Klemme 2 an. Der Klemme 1 werden in irgendeiner bekannten Weise, z. B. beim Start-Stop-Fernschreiben aus dem Startimpuls, synchron zur Folge der Nachrichtenstellen Taktsignale zugeführt. Die Folge der Taktsignale wird mittels der binären Teilerstufen Tl, T 2 ... binär heruntergeteilt.

An der Nachrichteneingangsleitung 4 liegen über normalerweise gesperrte TorschaltungenGl, G2... binäre Zählerstuf en Z1, Z 2 ..., während ein letzter Binärzähler Z χ unmittelbar an sie angeschlossen ist. Die Torschaltungen G werden von den Ausgängen der einzelnen Teilerstufen T her geöffnet, so daß die Nachrichtenstellen von der Leitung 4 während der Öffnungsintervalle an die Zähler gelangen und von diesen binär gezählt werden. Die Torschaltungen G können z. B. Koinzidenz-Torschaltungen sein.

Für diese Zählung ergibt sich mithin das in F i g. 4 (und bis auf eine Abwandlung auch in Fig. 5) dargestellte Zählschema. Darin sind den Zählern Z ihrem Index entsprechend die Spalten 1 bis 5 zugeordnet. Im gewählten Beispiel mit einer Blocklänge von fünfzehn Schritten ist der Zähler Z χ der fünfte Zähler. Da der letzte Zähler, also Zx, die Aufgabe hat, alle Nachrichtenstellen zu zählen, kann er unmittelbar an der Eingangsleitung 4 liegen. Es sei ausdrücklich festgestellt, daß die Zahlenangaben und damit auch die Angaben über die Anzahl vorhandener Teilerstufen T, Torschaltungen G und Zähler Z nur beispielshalber gemacht sind und daß je nach der gewünschten maximalen Blocklänge andere Anzahlen in Frage kommen.

Die Zeilenbezeichnung 1 bis 15 korrespondiert mit den angenommenen m = 15 Stellen der maximalen Blocklänge. Ein schwarzes Kästchen bedeutet, daß die betreffende Stelle von dem betreffenden Zähler gezählt wird, ein weißes Kästchen, daß sie nicht gezählt wird. Es ergeben sich also für jeden Zähler mit Ausnahme des letzten, der ja alle Stellen zählt, im Prinzip Intervalle (Stellengruppen), in denen er zählt, zwischen denen gleich lange Pausen liegen, in denen er nicht zählt. Die Stellenzahl innerhalb der Zählintervalle, die als Gruppen bezeichnet seien, und innerhalb der Pausen wächst von Zähler zu Zähler nach Potenzen von 2 mit bei Null beginnenden ganzzahligen positiven Exponenten. Mithin werden vom Zähler Zl die erste, dritte, fünfte, siebente ... Stelle, vom Zähler Z 2 die erste, zweite, fünfte, sechste, neunte, zehnte usw. Stelle gezählt, usf.

Nach der Beaufschlagung der Leitung 4 mit der letzten Nachrichtenstelle des Blockes weist mithin jeder Zähler Z je nach der Zahl der innerhalb seiner Gruppen (Zählintervalle) aufgetretenen Einsen einen bestimmten Zählerstand auf. Diese Zählerstände werden durch Schalter 5 (51, 52 ... Sx) abgefragt und als Quersummenprüfstellen für die von den einzelnen Zählern erfaßten Folgen von Nachrichtenstellen übertragen. Die k (= 5) Quersummenprüfstellen sind in den unteren Teilen der F i g. 4 und 5 eingetragen und mit 1 bis 5 bezeichnet.

Man erkennt folgendes: Wählt man die Anzahl der Zähler so, daß 2^k Ξ> 2 m + 2 ist, wobei also k die Anzahl der Prüfstellen und m die Anzahl der Nachrichtenstellen bedeutet, so erhält man eine Hammingdistanz von 3. Es können dabei bis zu zwei Fehler erkannt werden. Bei beispielsweise 360 Nachrichtenstellen (was der Zeile eines Fernschreibers entspricht),

ίο benötigt man nur zehn Prüfstellen. Dies stellt ein außerordentlich günstiges Verhältnis zwischen Redundanz und Hammingdistanz (dadurch der Zahl der erkennbaren Fehler) dar.

Durch Hinzufügung einer zusätzlichen Quer-Summenprüfung für die festgestellten Prüfstellen kommt man zu einer Hammingdistanz von 4, wobei die entsprechende Formel 2^k — Am + 4 lautet. Zu diesem Zweck kann nach Fig. 2, wie dort gestrichelt eingezeichnet, ein zusätzlicher Binärzähler Zz vorgesehen sein, der an die Leitung 5 angeschlossen ist, über die die Prüfstellen der Ausgangsklemme 3 zugeführt werden. Die Abfrage des zusätzlichen Binärzählers Zz erfolgt über einen zusätzlichen Abfrageschalter Sz. Der Zähler Zz zählt jedoch nur ausschließlich die von den ZählernZl bis Zx gelieferten Prüfstellen, wenn die ebenfalls gestrichelt eingezeichnete entkoppelnde Trennstufe V 2 zwischen der Ausgangsklemme 3 und dem Eingang des Zählers Zz vorgesehen ist. Die Funktion des Zählers Zz ist in Fig. 5 schematisch durch die Spalte ζ wiedergegeben. Als sechste Prüfstelle ergibt sich dabei die Quersumme der bereits gezählten primären Prüfstellen.
Alternativ zu dieser Art der zusätzlichen Quer-Summenprüfung der Prüfstellen allein kann man den Zusatzzähler Zz auch so anordnen, daß er alle Stellen, also die Nachrichten- und Prüfstellen, zählt. Nach dem Schema der F i g. 2 ist dann lediglich die Trennstufe V 2 wegzulassen.

Die Art der Schalter 5 kann dem Stand der Technik entsprechen. In der Regel wird man elektronische Schalter verwenden. Auch die Art des sukzessiven Schließens der Schalter, also die Art der Abfrage der Zählerstände, braucht nicht besonders erläutert zu werden, da der Fachmann in der Lage ist, geeignete Schaltungen anzugeben. Dasselbe gilt für die Rückstellung der gesamten Anordnung nach Übertragung eines Blockes.

Wie bereits festgestellt, läßt die Anordnung variable Blocklängen zu. Bei Blocks, die unterhalb der maximal vorgesehenen Blocklänge bleiben, kann man sämtliche Prüfstellen übertragen. Man kann aber auch nur die nach den oben angegebenen Formeln zur Erzielung der gewünschten Hammingdistanz unbedingt notwendigen Prüfstellen übertragen, d. h. bei kleineren Blocks weniger Prüfstellen als bei größeren. Die Anordnung ist z. B. für Fernschreibverbindungen im Start-Stop-Verfahren und Synchronverfahren anwendbar, aber auch bei anders gearteten Daten-Übertragungen, beispielsweise über geschaltete und gewählte Fernsprechverbindungen.

Bei den nach den F i g. 2, 4 und 5 wiedergegebenen Beispielen beträgt die Hammingdistanz 3 bzw. 4, was bedeutet, daß mehr als zwei bzw. drei Fehler innerhalb eines Blockes nicht mehr mit Sicherheit erkannt werden können. Wenn nun auf einer Verbindung, für die Anordnungen mit einer bestimmten Hammingdistanz gemäß den zu erwartenden Störungen vor-

gesehen sind, dennoch Fehleranzahlen pro Block auftreten, die über die Zahl der erkennbaren Fehler hinausgehen, so ist die Quelle für derartige Fehler häufig eine Unterbrechung der Verbindung oder, allgemein gesagt, der temporäre, völlige Ausfall 5 irgendeines Funktionsteiles. Dann aber treten die Fehler im Zusammenhang unmittelbar hintereinander auf.

Die Anordnung nach der Erfindung erlaubt jedoch, wie das Schema zeigt, die Erkennung von unmittelbar hintereinander auftretenden Fehlern über die Grenze der Mindest-Hammingdistanz hinaus, jedoch mit Ausnahme diskreter Fehlerzahlen, nämlich vier, acht, zwölf, sechzehn usw. Weiterbildungen der Anordnung nach der Erfindung bieten nun bei geringem Aufwand die Möglichkeit, solche Lücken zu schließen. Ein erstes Beispiel hierfür ist gestrichelt in den linken Teil der F i g. 2 eingetragen. Dort ist ein weiterer Binärzähler C vorgesehen, dessen Eingang über einer Koinzidenz-Torschaltung CG an der Eingangsleitung 4 liegt. Der Zählerstand dieses Zählers wird mittels eines Schalters Sc abgefragt und als weitere Prüfstelle über die Leitung 5 der Ausgangsklemme 3 zugeführt. Die Koinzidenz-Torschaltung CG ist normalerweise gesperrt und wird nur bei Koinzidenz eines Ausgangsimpulses der ersten Teilerstufe Π mit einem solchen der zweiten Teilerstufe T 2 geöffnet. Dies bedeutet, daß der Zähler C die erste, fünfte, neunte, dreizehnte usw. Nachrichtenstelle, also jede vierte Stelle, zählt, so daß zwischen zwei gezählten Stellen jeweils nur drei nicht gezählte liegen. Vier hintereinanderliegende Fehler werden also durch jene Prüfstelle erkannt, die den Zähler C liefert, im Rahmen des Gesamtschemas mithin bis zu sieben solcher Fehler. Acht solcher Fehler und damit im Rahmen des Gesamtschemas bis zu fünfzehn, könnte man durch einen zusätzlichen, die erste, neunte, siebzehnte, fünfundzwanzigste usw. Stelle zählenden Zähler erkennbar machen, usf.

Aus der F i g. 3, die lediglich den hier benötigten Ausschnitt aus der F i g. 2 wiedergibt, gehen für den Fall hintereinanderliegender und in gleicher Richtung verlaufender Fehler zwei Möglichkeiten hervor, die es erlauben, Viererlücken zu schließen.

Von der F i g. 2 sind nur die Konfiguration und die ersten beiden Zähler Zl und Z 2 mit ihren Teilern, Toren und Schaltern wiedergegeben. Mit ausgezogenen Linien ist ein mehrstufiger, im Beispiel dreistufiger Binärzähler Cl, Cl, Ci eingetragen, dessen Eingang an der Nachrichteneingangsleitung 4 liegt, während ein Abfrageschalter 5c3 zur Leitung 5 führt. Die am Ausgang der dritten Stufe abgenommene Prüfstelle schließt die Lücke der Anzahl vier, d. h. macht vier in gleicher Richtung weisende Fehler erkennbar. Lücken höherer Ordnung können zusatzlieh geschlossen werden, wenn die Stufenzahl des mehrstufigen Binärzählers Cl, Cl, Ci noch um Zählstufen CA usw. erhöht wird. So sind am Ausgang einer vierten Stufe C 4 (nicht dargestellt) außer vier auch acht hintereinanderliegende, in gleicher Richtung weisende Fehler erkennbar, im Rahmen des Gesamtschemas also bis zu fünfzehn, usf.

Man kann sich eine Stufe dieses mehrstufigen Binärzählers, nämlich die Stufe Cl, sparen, wenn man die Stufen C 2, C 3 usw. an den letzten einfachen Binärzähler Zx (Fig. 2) anhängt, der ebenfalls — nämlich wie Cl in Fi g. 3 — unmittelbar mit der Eingangsleitung 4 verbunden ist.

Zur Einsparung einer weiteren Stufe gelangt man schließlich bei gleichem Effekt für die Erkennung, wenn man eine binäre Zählstufe C 3' und gewünschtenfalls weitere Stufen C 4' usw. (nicht gezeichnet) an den Zähler Zl anhängt (dieser Fall ist in Fig. 3 gestrichelt eingetragen: binäre Zählstufe Ci' und Abfrageschalter 5c 3') oder an den Zähler Z 2.

Der Fig. 2 ist noch zu entnehmen — und zwar für den Fall, daß die Übertragung der Prüfstellen in der Richtung der Datenübertragung erfolgt —, daß man zwischen den Eingängen der Torschaltungen G bzw. der Zähler Zl bis Zx und der Zuführungsleitung 5 für die Prüfstellen bzw. auch den Eingang des Zählers Zz in der erforderlichen Weise entkoppeln muß. Die in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Trennstufe V 2 für den Fall, daß der Zähler Zz nur die Prüfstellen zählen soll, wurde bereits erwähnt. Damit nun nicht die Prüfstellen rückwärts vom Ausgang 3 her bzw. vom Zuführungspunkt der Prüfstellen her über die Leitung 4 in die Zähler Zl bis Zx gelangen können, ist die Entkopplungsstufe Vl vorgesehen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung von Prüfstellen in einem System zur fehlerfreien Übertragung von binär codierten Daten, bei dem für ausgesendete bzw. empfangene Blöcke von Nachrichtenstellen in beiden, miteinander in Verbindung stehenden Stationen (Sende- und Empfangsstation) mit Hilfe von Binärzählern Quersummenprüfstellen ermittelt und miteinander auf Übereinstimmung verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie anfallenden Nachrichtenstellen mehreren Binärzählern (Zl bis Zx) parallel zugeführt werden, und zwar — gegebenenfalls bis auf einen Zähler (Zx) — über vorgeordnete Torschaltungen (Gl, G 2 ...), die so von den Ausgängen der Einzelstufen (Tl, Tl ...) einer von Taktsignalen synchron zur Nachrichtenfolge gespeisten, binären Teilerkette gesteuert werden, daß die Binärzähler (Zl bis Zx) aufeinanderfolgende Stellen von Gruppen zählen, wobei die Stellenzahl in den Gruppen von Zähler zu Zähler nach Potenzen von 2 mit bei Null beginnenden ganzzahligen positiven Exponenten wächst, und daß Schalter (51 bis Sx) zum aufeinanderfolgenden Abfragen der Zählerstände als Prüfstellen vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Binärzähler (Zz), der aus den primären Prüf stellen weitere, sekundäre Prüfstellen ableitet, mit einem zusätzlichen Schalter (5 z) zur Abfrage des Zählerstandes.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Binärzähler (Zz), der aus sämtlichen Nachrichten- und primären Prüfstellen weitere sekundäre Prüfstellen ableitet, mit einem zusätzlichen Schalter (5 z) zur Abfrage des Zählerstandes.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel für die Bildung weiterer Prüfstellen vorgesehen sind, auf Grund dessen diskrete Fehlerzahlen unmittelbar aufein-

anderfolgende Fehler (ζ. Β. bei einer Unterbrechung) erkennbar sind, deren Anzahl größer als die gemäß dem Grundschema gegebene Zahl der erkennbaren Fehler ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Binärzähler (C) zusätzlich aus den ersten, fünften, neunten, dreizehnten ... usw. Stellen weitere Prüfstel-Jen gebildet werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Binärzähler (C) am Ausgang einer Koinzidenztorschaltung (CG) angeschlossen ist, deren Eingänge mit den Ausgängen der ersten und der zweiten Teilerstufe (Jl, Tl) der Teilerkette und mit der Nachrichteneingangsleitung (4) verbunden sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen oder mehrere weitere Binärzähler zusätzlich aus den ersten, neunten, siebzehnten, fünfundzwanzigsten... bzw. den ersten, dreizehnten, fünfundzwanzigsten, siebenunddreißigsten... Stellen weitere Prüfstellen gebildet werden.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen mehrstufigen, alle Nachrichtenstellen zählenden Binärzähler (Cl bis C 3) weitere Prüf stellen gebildet werden und daß der Stand der letzten Zählerstufe (C3) über einen Schalter (Sc3) als Prüfstelle abgefragt wird.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrstufige Binärzähler (Cl bis C 3) mindestens dreistufig ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Stufe des mindestens dreistufigen Binärzählers der unmittelbar an die Nachrichtenleitung (4) angeschlossene (primäre) Binärzähler (Zx) verwendet wird und daß an ihn die verbleibenden zwei binären Zählstufen (C 2 und C 3) angeschlossen werden.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der ersten beiden Zählerstufen des mindestens dreistufigen Binärzählers die erste Teilerstufe (/1) und der erste Binärzähler (Zl) oder die ersten beiden Teilerstufen (Tl und T 2) und der zweite Binärzähler (Z 2) treten und daß an den Ausgang des ersten (Zl) bzw. des zweiten Binärzählers (Z 2) mindestens eine weitere binäre Zählstufe (C 3') angeschlossen ist, deren Zählerstand über einen Schalter (Sc3') als Prüfstelle abgefragt wird.

12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entkoppelnde Trennstufen (Vl, V2) vorgesehen sind, die verhindern, daß vom Ausgang (3) der Prüfstellen an die Eingänge von Nachrichtenstellenzählern (C, Zl bis Zx) bzw. unerwünschterweise Nachrichtenstellen an den Eingang des Prüf Stellenzählers (Zz) gelangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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