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Verfahren zur gesicherten blockweisen übertragung binärkodierter Daten
mit Fehlerkorrektur durch Wiederholung gestört übertragener Daten Die Erfindung
betrifft ein System zur gesicherten blockweisen übertragung binärkodierter Daten
mit Fehlerkorrektur durch Wiederholung gestört übertragener Daten, bei dem der Sendebeginn
und jede Datenwiederholung mit einer Synchronisierzeichenkombination eingeleitet
werden.
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Eine große Schwierigkeit besteht bei derartigen Systemen in der fehlerfreien
Blocksynchronisation des Empfängers mit dem Sender. Die Aufteilung der zu übertragenen
Daten in Datenblöcke erlaubt eine verhältnismäßig einfache Systemorganisation, so
z. B. bei Systemen mit zwei oder mehreren zyklischen Sende- und Empfangsspeichern.
Bei derartigen Systemen wird im Wiederholungsfall immer eine konstante Anzahl von
Blöcken wiederholt.
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Die Notwendigkeit zur Blocksynchronisation ergibt sich daraus, daß
während der übertragung oder bei der Abspeicherung der Information empfangsseitig
in eine Senke die grundsätzliche Blockstruktur erhalten werden muß, um Fehler, etwa
durch Bildung von Zeichen aus Teilen benachbarter Zeichen, zu verhindern.
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Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1202 311), die Blocksynchronisation
des Datenempfängers mit dem Datensender durch sogenannte Synchronisierzeichen herzustellen.
Diese Synchronisierzeichen werden z. B. zu Beginn einer jeden Sendung und vor jeder
Wiederholung vom Datensender an den Datenempfänger ausgesendet, der sie durch eine
fortlaufende Abfrage erkennt und zum Zeitpunkt des Erkennens geeignete Mittel ansteuert,
die für die Dauer der nachfolgenden Sendung die Blocksynchronisierung z. B. durch
Abzählen der jeweils empfangenen Bits vornehmen.
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Um das Synchronisationszeichen möglichst sicher erkennen zu können,
darf dieses kein zur Informationsübertragung zugelassenes Kodezeichen sein. Der
Hammingabstand eines Synchronisationszeichens zu den Kodezeichen soll möglichst
groß sein. Das ist erforderlich, weil das Synchronisationszeichen bei der Einleitung
von Datenwiederholungen zwischen zugelassenen Kodezeichen übertragen wird und durch
Fehler in Kodewörtern das Synchronisierzeichen möglichst nicht nachgebildet werden
soll.
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Die Erkennung von Synchronisationszeichen wird nun in dem angeführten
bekannten System mittels Maskenabfrage so durchgeführt, daß die empfangene Serieninformation
fortlaufend mit der Bitkombina-`'`tion des Synchronisierzeichens verglichen wird.
Hier ergibt sich der Nachteil, daß durch die fortlaufende Maskenabfrage auch immer
dann ein Synchronisierzeichen festgestellt wird, wenn Teile zweier aufeinanderfolgender
Kodezeichen die Bitkombination des Synchronisationszeichens ergeben. Zur Vermeidung
derartiger Erscheinungen muß das Kodealphabet stark eingeschränkt werden, was andererseits
die Redundanz in unerwünschtem Maße erhöht.
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Empfangsseitig festgestellte Synchronisierzeichen, die nicht ausgesendet
werden, sondern durch die Kombination von Teilen aufeinanderfolgender Kodezeichen
zustande kommen, werden im folgenden als unerwartete Synchronisierzeichen bezeichnet,
da der Datenempfänger infolge Empfangs einwandfreier Daten keinen Wiederholbefehl
ausgegeben hat und somit auch kein Synchronisierzeichen erwartet. Der Datenempfänger
kann aus der Tatsache des Empfanges eines unerwarteten Synchronisierzeichens aber
noch kein Schaltkriterium ableiten, da auch eine Richtigmeldung vom Datenempfänger
zum Datensender, die z. B. auf Grund von Kodeprüfungen abgeleitet wurde, durch Störungen
im Rückkanal im Datensender als Falschmeldung ankommen kann und auf diese Weise
eine unberechtigte Datenwiederholung auslöst. Der Datenempfänger muß also zwangsweise
auf jedes empfangene unerwartete Synchronisierzeichen mit der Löschung der zuvor
empfangenen Information reagieren. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, von
einem unerwarteten Synchronisierzeichen, das sich aus Teilen benachbarter Datenblöcke
zusammensetzt, noch kein Schaltkriterium abzuleiten.
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Die im vorhergehenden dargelegten Schwierigkeiten der Blocksynchronisierung
vermeidet die Erfindung.
Die Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus dem Anspruch 1. Die Vorteile im Detail und Einzelheiten derselben gehen aus
der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist danach der, bereits im Datensender
die ausgesendete Information fortlaufend auf das Auftreten von Bitkombinationen,
die dem Synchronisierzeichen entsprechen, zu überwachen. Der Datensender kontrolliert
also, ob das jeweils ausgesendete Bit zusammen mit den letzten m-1 vorher betrachteten
Bits ein Synchronisierzeichen bildet. Dabei wird vorausgesetzt, daß ein Synchronisierzeichen
aus m Bits bestehe. Stellt der Datensender ein Synchronisierzeichen fest, so sendet
er den gerade in der Aussendung befindlichen Block fertig aus und unterbricht dann
genau für die Zeit eines oder mehrerer Datenblöcke die fortlaufende Datenaussendung.
In dieser Zeit sendet er ein blocklanges Dienstzeichen aus, es sei denn, daß festgestellt
wird, daß es mit dem letzten bereits ausgesendeten Block wieder ein Synchronisierzeichen
bildet. Ist dies der Fall, so wird ein anderes Dienstzeichen ausgesendet. Beide
Dienstzeichen sind insbesondere so beschaffen, daß sie den Blocktakt des Datenempfängers
nicht unterbrechen, andererseits aber verhindern, daß sie oder ein anderer Datenblock
an ihrer Stelle in die Datensenke des Datenempfängers abgespeichert werden. Zur
Erkennung der besagten Dienstzeichen mit erhöhter Sicherheit durch den Datenempfänger
ist vorgesehen, das Dienstzeichen mehrmals hintereinander vor der Fortsetzung der
Datenübertragung zu übertragen.
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Im folgenden wird ein Beispiel zur Erfindung an Hand der Zeichnung
erläutert werden. Insbesondere zeigt die Zeichnung das Blockschaltbild eines Datensenders
mit zyklischem Sendespeicher.
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Der Datensender ist nur soweit dargestellt, wie dies zum Verständnis
der Erfindung notwendig erscheint. Insbesondere wird auch auf die Datensicherung
durch Kodierung nicht eingegangen. Datenführende Leitungen sind ausgezogen, Steuerleitungen
und Taktleitungen hingegen sind gestrichelt gezeichnet.
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Der Datensender besteht im wesentlichen aus einer Datenquelle 1, einem
aus Schieberegistern 23-2n in Verbindung mit Umschaltern 21 und 22 bestehenden
zyklischen Speicher, einem Modulator 4 und einer Sendesteuerung 7. Die Schieberegister
sind von ihrem Ausgang zu ihrem Eingang zurückkoppelbar, so daß sie wie Speicher
wirken, in die zerstörend eingeschrieben und aus denen zerstörungsfrei ausgelesen
wird. Zwischen dem Umschalter 22 und dem Modulator 4 liegt in Serie ein Schieberegister
3 von der Länge eines Synchronisierzeichens. Im folgenden wird vorausgesetzt, daß
ein Synchronisierzeichen der gleichen Länge sei wie ein Datenblock. Dann hat auch
das Schieberegister 3 die gleiche Länge wie die Schieberegister 23-2n. Die
von der Datenquelle ausgehenden Daten gelangen über den zyklischen Speicher und
das Schieberegister 3 an den Modulator 4, der diese in modulierter Form an den Informationskanal
51 weitergibt. Meldungen vom Datenempfänger über den Empfang ungestörter und gestörter
Daten (Quittungen) erhält die Sendesteuerung 7 von einem Rückkanal 52.
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Der Datensender sendet die Daten blockweise, aber fortlaufend. Ein
Datenblock umfasse n Bits. Dies entspricht der Speicherkapazität jedes Schieberegisters
23-2n des zyklischen Speichers, da jedes dieser Schieberegister einen Block
enthält. Zur fortlaufenden blockweisen Datenaussendung werden die Umschalter 21
und 22 nach Aussendung jeweils eines Blockes jeweils um eine Schaltstellung weitergeschaltet.
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Der Datensender zeigt dem Datenempfänger den Beginn einer Sendung
und den Beginn einer Wiederholsendung durch die Aussendung eines Synchronisierzeichens
an. Es soll angenommen werden, daß das Synchronisierzeichen aus der Bitkombination
101110 bestehe und daß ein Datenblock B =110001 unmittelbar nach einem Datenblock
A = 100101 übertragen werde. Insgesamt wird also die Bitfolge 100101110001 übertragen.
Würden die beiden Datenblöcke unmittelbar nacheinander ausgesendet, so würde der
Datenempfänger aus den letzten drei Bits des Datenblockes A und den ersten drei
Bits des Datenblockes B durch Maskenabfrage ein Synehronisierzeichen erkennen und
auf Datenwiederholung umschalten.
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Um die Aussendung eines unbeabsichtigten Synchronisierzeichens, also
eines solchen, das sich aus Teilen benachbarter Datenblöcke zusammensetzt, zu verhindern,
liegt parallel zum Schieberegister 3 eine Vergleichsschaltung 6. Die Vergleichsschaltung
6 ist so beschaffen, daß sie ein Signal a abgibt, wenn sich im Schieberegister 3
eine Bitkombination befindet, die einem Synchronisierzeichen entspricht. Auf dieses
Vergleichssignal hin unterbricht die Sendesteuerung 7 für die Aussendezeit eines
Datenblockes die laufende Datenaussendung und sendet an Stelle des nächstfolgenden
Blockes ein Dienstzeichen aus. Nach vollständiger Aussendung des Dienstzeichens
fährt der Datensender mit der normalen Datenaussendung fort. Der Datenempfänger
erhält dann nach dem zuletzt ausgesendeten Datenblock ein Dienstzeichen, das er
in geeigneter Weise unterdrückt; er erhält somit kein Synchronisierzeichen und wird
im normalen Empfangsbetrieb nicht unterbrochen.
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Bei einem derartigen Vorgehen muß sichergestellt sein, daß das zur
Aussendung gelangende Dienstzeichen nicht wieder mit einem Teil des vorhergehenden
Blockes ein Synchronisierzeichen bildet, welches durch den Datenempfänger mittels
Maskenabfrage erkannt werden würde. Dies kann wie folgt festgestellt werden: Nach
dem Feststellen eines Synchronisierzeichens im Schieberegister 3 mittels eines Vergleichssignals
a der Vergleichsschaltung 6 wird der in der Aussendung befindliche Datenblock noch
vollständig ausgesendet und die Anzahl der Schiebetakte gezählt, die nach dem Signal
a bis zur vollständigen Aussendung des Datenblockes erfolgen. Die Anzahl dieser
Schiebetakte sei k. Dann stimmen die ersten n-k Bits des nachfolgenden Blockes,
der dann vollständig im Schieberegister 3 steht, mit den letzten n-k Bits des Synchronisierzeichens
überein. Dann dürfen weiter die ersten n- k Bits des zur Aussendung gelangenden
Dienstzeichens ebenfalls nicht mit den letzten n-k Bits des Synchronisierzeichens
übereinstimmen. Stimmen diese Bits aber doch überein, so wird ein anderes Dienstzeichen
möglichst großen Hammingabstandes zum ersten Dienstzeichen übertragen, das der Empfänger
ebenfalls unterdrückt.
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Das zur Aussendung gelangende Dienstzeichen wird wieder dahingehend
überprüft, ob es mit dem nachfolgenden Datenblock ein Synchronisierzeichen
bildet.
Ist dies der Fall, so wird ein weiteres eine gleiche Wirkung auf den Datenempfänger
ausübendes Dienstzeichen übertragen. Dieses weitere Dienstzeichen bildet dann auf
keinen Fall mit dein nachfolgenden Datenblock ein Synchronisierzeichen, wenn es
komplementär zum ersten Dienstzeichen ist.
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Zur technischen Durchführung dieser Maßnahmen enthält der Datensender
weiterhin zwei Schieberegister 8 und 91 sowie zwei Dienstzeichenspeicher 92 und
93. Das Schieberegister 91 enthält eine Binärzeichenkombination, die dem Dienstzeichen
des Dienstzeichenspeichers 92 entspricht. In der Ausgangsstellung des Schieberegisters
91 befindet sich das erste Bit des Dienstzeichens, also jenes Bit, welches bei einer
Aussendung des Dienstzeichens zuerst zur Aussendung gelangt, in der ersten Schiebestelle
hinter dem Schieberegistereingang. Infolgedessen befindet sich das letzte (n-te)
Bit in der letzten Schiebestelle vor dem Ausgang des Schieberegisters. Die Parallelausgänge
des Schieberegisters 91 sind mit der Vergleichsschaltung 6 verbunden. Sein Inhalt
wird also ebenfalls auf übereinstimmung mit dem Synchronsierzeichen untersucht.
Jeder dem Schieberester 91 zugewandte Eingang der Vergleichsschaltuxzg 6 muß zu
diesem Zweck aber erst über einen weiteren ihm zugeordneten Eingang wirksam gemacht
werden. Die Wirksammachung geschieht durch das Anlegen einer Eins-Spannung an diesen
Eingang. Die Eingänge der Vergleichsschaltung 6 zur Wirksammachung -der zum Schieberegister
91 führenden Vergleichseingänge sind an das Schieberegister 8 angeschaltet. Dieses
ist in seiner Ausgangsstellung mit Einsen gefüllt.
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Da bei einem Vergleich der n-k letzten Bits des Syn'chronisierzeichens
mit der gleichen Anzahl der ersten Bits des Dienstzeichens die ersten k Bits des
Synchronisierzeichens zum Vergleich nicht herangezogen werden, werden die Schiebestellen
des Schieberegisters 8, deren Ausgänge zu diesen k letzten Stellen führen, auf Null
gesetzt.
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Zur Funktionsbeschreibung der Anordnung wird angenommen, daß nach
der Aussendung eines Blokkes C ein Block D ausgesendet werde. Weiter wird angenommen,
daß die letzten k Bits des Blockes C mit den ersten n-k Bits des Blockes D ein Synchronisierzeichen
bilden. Die Vergleichsschaltung 6 gibt also nach der Aussendung des Blockes C bis
auf die letzten k Bits ein Signal a an die Sendesteuerung 7 ab. Zu diesem Zeitpunkt
ist das Schieberegister 8 mit Einsen gefüllt und der Inhalt des Schieberegisters
91, das, vom Ausgang zum Eingang rückgekoppelt ist, befindet sich in der erwähnten
Ausgangsstellung. Nach erfolgtem Signal a der Vergleichsschaltung 6 an die Sendesteuerung
7 wird der Datenblock C noch vollständig ausgesendet. Dazu sind k Schiebetakte notwendig.
Diese k Schiebetakte werden aber auch denn. Schieberegister 91 derart zugeführt,
daß dieses in der Zeichnung einen Kreisschift in Linksrichtung ausführt. Synchron
zu den k Schiebetakten gibt die Sendesteuerung 7 an das Schieberegister 8 ebenfalls
k Schiebetakte derart ab, daß dessen Inhalt in der Zeichnung von unten nach oben
geschiftet wird und k Nullen nachgezogen werden. Nach der Aussendung des Blockes
C stehen sich also die ersten n-k Bits des Dienstzeichens mit den letzten n-k Bits
des Synchronisierzeichens gegenüber, und die ersten k Stellen der Vergleichsschaltung
6 sind durch das Schieberegister 8, das in den entsprechenden k ersten Stufen Nullen
enthält, unwirksam gemacht. Im Schieberegister 3 steht der Datenblock D. Unmittelbar
nach der Aussendung des letzten Bits des Datenblockes C gibt die Sendesteuerung
7 ein Signal b an die Vergleichsschaltung 6 ab, die auf dieses Signal hin bei Ungleichheit
der genannten n=k Bits ein Signal c an die Sendesteuerung 7 zurückgibt. Die letztere
veranlaßt auf das Signal c hin die an den Datenblock C unmittelbar folgende Aussendung
des blocklangen Dienstzeichens aus dem Dienstzeichenspeicher 92 und die Rückstellung
der Schieberegister 8 und 91 in die Ausgangslage.
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Unterbleibt aber auf ein. Signal b der Sendesteuerung 7 hin das Signal
c der Vergleichsschaltung, so bedeutet dies, daß sich die interessierenden Bits
des Dienstzeichens und des Synchronisierzeichens gleichen. In diesem Falle veranlaßt
die Sendesteuerung die Aussendung des Dienstzeichens aus dem Dienstzeri.ehenspeicher
93. Dieses Synchronisierzeichen hat in bezug auf den Datenempfänger die gleiche
Wirkung wie das Synchronisierzeichen des Schieberegisters 92, unterscheidet sich
von diesem aber wenigstens um so viele Bits, daß es in den ersten n-k Stellen mit
diesem nicht übereinstimmt. Vorzugsweise entsteht das Synchronisierzeichen des Schieberegisters
93 aus dem Komplement des Synchränisierzeichens des Schieberegisters 92.
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Vor dem Aussenden des jeweiligen Dienstzeichens steht, wie schein
erwähnt, der Datenblock D im Schieberegister 3 und gleichzeitig für Wiederholzwecke
in einem der Sendespeicher 23-2n. Zur Aussendung eines der Dienstzeichen je nach
erfolgtem Signal c gibt die Sendesteuerung ein Signal an den Diettzeichenspeicher
92, 93 des gewünschten Dienstzeichens: Das Dienstzeichen wird aus dem angesteuerten
Dienstzeichenspeicher unter Zerstörung des Datenblockes D parallel in das Schieberegister
3 übernommen. Danach erfolgt die Aussendung des Dienstzeichens aus dem Schieberegister,
wobei der Datenblock D aus dem betreffenden Sendespeicher nachgezogen wird. Stellt
sich während der Aussendung des Dienstzeichens durch ein Signal a der Vergleichsschaltung
6 heraus, daß dieses mit dem Datenblock D ein Synchronisierzeichen bildet,
so wird das 2u ihm komplementäre Dienstzeichen des in diesem Zusammenhang noch nicht
ausgelesenen Dienstzeichenspeichers parallel in das Schieberegister Übernommen und
ausgesendet. Da bei diesem Vorgang der Datenblock D im Schieberegister 3
wieder zerstört wird, wird er nunmehr wieder aus seinem Sendespeicher nachgezogen.
Zwischen das erste Dienstzeichen und den Datenblock D wird also ein weiteres Dienstzeichen
eingefügt, das zum ersten komplementär ist und mit Sicherheit lein Synchronisierzeichen
mit dem genannten Datenblock bildet.
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Da die Dienstzeichen der Dienstzeichenspeicher 92 und 93 zueinander
komplementär sind, kann auch auf einen der beiden Dienstzeichenspeicher durch Angchaltung
einer steuerbaren Negierschaltung an den Ausgang des Schieberegisters 3 verzichtet
werden.
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Auch kann die Schaltung so aufgebaut werden, daß die ersten n-k Bits
des Dienstzeichens des Schieberegisters 91 nicht auf die Vergleichsschaltung 6 führen,
sondern unter Zuhilfenahme einer gesonderten Vergleichsschaltung mit den rechten
n-k Stellen des Schieberegisters 3 verglichen werden.