DE1296159B - Verfahren zur einseitig gerichteten Datenuebertragung ueber stoeranfaellige Nachrichtenverbindungen und Rekonstruktion der gestoerten Bits - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur der Eingabeschrittgeschwindigkeit von 50 Bd Speieinseitig gerichteten Datenübertragung über stör- chereinrichtungen für 240 bis 480 Schritte notwendig, anfällige Nachrichtenverbindungen, insbesondere Die gleiche Speichergröße wird auf der Empfangsseite Kurzwellenverbindungen, bei dem an der Empfangs- nochmals benötigt, um die zu einem Zeichen gestelle eine Rekonstruktion gestörter Bits ohne Rück- 5 hörenden Schritte wieder einzusammeln, frage zur Sendestelle erfolgt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren auf-

Zur Sicherung der Datenübertragung über stör- zuzeigen, das gegenüber den bekannten Verfahren anfällige Nachrichtenverbindungen werden vielfach der Codesicherung, der Zeitspreizung und der Zeit-Systeme mit automatischer Rückfrage (ARQ-Systeme) diversity bei wesentlich reduzierter Speicherkapazität angewendet. Die zu übertragenden Zeichen werden io gleiche oder erhöhte Übertragungssicherheit bietet hierbei in einen redundanten Code umgewandelt, mit und bei dem auf der Empfangsstelle eine Korrektur dessen Hilfe an der Empfangsseite die auf dem Über- der gestörten Bits ohne Rückfrage zur Sendestelle tragungsweg gefälschten Zeichen erkannt werden. erfolgt.

Wegen der notwendigen Rücksendung der Wieder- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Überholungsaufforderung — dies ist ein spezielles, jedoch 15 tragenen Bits mit convolutioneller Sicherung über dem Code angehörendes Zeichen: RQ-Signal — wird einen ersten Nachrichtenkanal ausgesendet werden normalerweise eine vollduplexfähige Übertragungs- und daß die Bits mit gleicher Sicherung in einem strecke verwendet. Falls eine solche nicht vorhanden zweiten Nachrichtenkanal zeitlich verschoben ausist, wird als Ausweg die wechselseitige Übertragung gesendet werden, daß auf der Empfangsseite die Bits nach dem Halbduplex-Verfahren benutzt. ao aus dem ersten Nachrichtenkanal zeitlich verschoben

Manche Nachrichtenverbindungen gestatten hin- dem Decodierer zugeführt werden, daß die zeitliche gegen nur einen einseitig gerichteten Betrieb. Dies ist Verschiebung zwischen den Bits der beiden Nachz. B. bei beweglichen Diensten, deren Standort unbe- richtenkanäle auf der Sende- und Empfangsseite kannt bleiben soll, häufig der Fall. Eine gleichzeitig gleich ist, daß die Bits aus den zweiten Nachrichtenoder wechselzeitig vorhandene Rückwärtsrichtung 25 kanal dem Decodierer direkt zugeführt werden und steht hier nicht zur Verfügung. Der Grund kann auch daß eine Auswerteschaltung jeweils vom gestörten in einer räumlichen oder leistungsmäßigen Beschrän- auf den ungestörten Kanal umschaltet und die Dekung liegen. Im Falle des Rundstrahlverkehrs von codierschaltung die restlichen als fehlerhaft erkanneiner Sendestelle zu vielen Empfangsstellen ließe sich ten Bits korrigiert.

überdies das ARQ-Prinzip, selbst wenn einzelne 30 Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vor-Rückwärtsrichtungen zur Verfügung ständen, wegen teil, daß Bündelstörungen sehr wirksam durch die der unterschiedlichen Empfangsbedingungen an den Zeitverschiebung der beiden Übertragungen bekämpft Außenstellen nicht realisieren. werden. Die hierfür notwendige Speicherkapazität ist

In diesen Fällen muß nun versucht werden, am wesentlich geringer als diejenige für ein gleich wirk-Empfangsort die ursprüngliche Nachricht möglichst 35 sames Zeitspreizungsverfahren. Die gleichzeitige Anfehlerfrei wiederherzustellen. Dies kann durch ge- wendung von Frequenz- und Zeitverschiebung umeignete Codes, durch Zeitspreizung oder durch Zeit- geht die beim Auftreten von Mehrwege-Ausbreitungsdiversity-Verfahren erreicht werden. effekten ungünstige Erhöhung der Schrittgeschwindig-

Im Zusammenhang mit fehlerkorrigierenden Codes keit, welche beim reinen Zeitdiversity-Verfahren erwurde bereits die Anwendung einer zeitlichen Sprei- 40 forderlich ist. Die noch verbleibenden restlichen zung der Zeichen vorgeschlagen. Sie soll dazu dienen, Schrittfehler werden durch die convolutionelle Sicheum die meist bündelartig auftretenden Störungen der- rung erkannt und beseitigt. Hiermit können z. B. zwei art auf mehrere Zeichen zu verteilen, daß die resul- von jeweils zwölf Schritten bei mäßigem Aufwand tierende Störeinwirkung einen mehr stochastischen korrigiert werden, ohne daß gleichzeitig oder wechsel-Charakter erhält. Dies kann erreicht werden, indem 45 zeitig eine Rückwärtsrichtung zur Übermittlung der die zu einem Zeichen gehörenden Schritte so ver- Wiederholungsanforderungen benötigt würde. Die schachtelt (gespreizt) werden, daß die Mehrzahl aller Kombination aus Frequenz- und Zeitverschiebung vorkommenden Störungsursachen nur so viele gestattet es, gleichzeitig sowohl den frequenzselek-Schritte erfaßt, wie noch korrigiert werden können. tiven Dauerstörungen als auch den zeitlich begrenzten Daraus ergibt sich die Forderung, daß das Verfahren 50 jedoch breitbandigen Störungen wirksam zu begegnen, der Zeitspreizung nur sinnvoll in Verbindung mit Der Kerngedanke des erfindungsgemäßen Ver-

fehlererkennenden oder fehlerkorrigierenden Codes fahrens liegt in der Kombination einer Frequenzangewendet werden kann. Wie schon erwähnt, sind verschiebung, einer Zeitverschiebung sowie der Annur die letzteren für Vorwärtskorrektur geeignet. _: wendung der convolutionellen Sicherung für die Zwischen den gespreizten Schritten des einen Zei- 55 Übertragung der Nachrichtenbits. Mit der convoluchens können dann Schritte weiterer Zeichen — tionellen Sicherung ist gleichzeitig die Möglichkeit natürlich ebenfalls gespreizt — eingeschoben werden, der Vorwärts-Korrektur gegeben, bis die maximal übertragbare Schrittgeschwindigkeit Der Hamming-Abstand d ist ein Maß für die

erreicht ist. Leistungsfähigkeit der verschiedenen Codes. Diese

Da bei der Übertragung über stark gestörte Über- 60 Zahl gibt an, in wie vielen Stellen sich zwei beliebige, tragungsverbindungen, insbesondere Kurzwellenver- demselben Code angehörende Codewörter (Zeichen) bindungen, mit Störeinwirkungen (vornehmlich mindestens unterscheiden (Minimalabstand). Codes Schwunderscheinungen) in der Größenordnung von mit Hamming-Abstand d = 4 erlauben neben der Sekunden zu rechnen ist, müssen relativ große Korrektur einfach gestörter Zeichen noch eine Fest-Speicherkapazitäten aufgewendet werden. So muß 65 stellung zweifacher Fehler, jedoch können zweifach z. B. zur Übertragung von Fernschreibzeichen je nach gestörte Zeichen nicht mehr rekonstruiert werden, dem verwendeten Sicherungscode jedes Zeichen über Es muß ein Schmierzeichen zur Anzeige der Störung 6 bis 10 see gespreizt werden. Hierzu sind bereits bei abgegeben werden.

Wird der Hamming-Abstand auf d = 5 erhöht, dann können einfache und zweifache Schrittfehler (Bits) korrigiert werden. Allerdings sind die auf der Empfangsseite zur Korrektur benötigten Schaltungen in der Regel sehr aufwendig. Eine Ausnahme hiervon ist die convolutionelle Sicherung. Diese besitzt zudem den Vorteil, auf Codes beliebiger Art und Länge angewendet werden zu können, wobei die Redundanz bis zu 50% betragen kann.

Die Übertragung der Nachrichtenbits erfolgt in zwei Kanälen mit unterschiedlicher Frequenz. Außerdem sind die beiden Übertragungen zeitlich verschoben, wobei die Zeitverschiebung von der Art der convolutionellen Sicherung abhängig ist. Damit auf der Empfangsseite die beiden zeitlich verschobenen Blöcke von Bits verglichen werden können, ist es erforderlich, daß auf der Empfangsseite in dem Kanal, in dem auf der Sendeseite keine zeitliche Verschiebung der Bits stattgefunden hat, eine zeitliche Verschiebung in dem Ausmaß wie auf der Sendeseite ao vorzunehmen. Die zeitliche Verschiebung auf der Sendeseite und der Empfangsseite kann mit Laufzeitgliedern oder mit Schieberegistern erfolgen.

Durch die Anwendung der convolutionellen Sicherung wird eine zeichenunabhängige, d. h. codeunabhängige Sicherung erzielt.

An Hand der Fig. 1 und 2 wird das Wesen der convolutionellen Sicherung und der Unterschied gegenüber der Blocksicherung dargestellt.

In F i g. 1 ist im Prinzip die Blocksicherung dargestellt. Die beiden zu übertragenen Datenblöcke I und II bestehen aus den Nachrichtenbits Nl und iV6. Nach dem Bit N 6 wird jeweils ein Paritätsbit FI bzw. FII angehängt, das abhängig von der Polarität der sechs vorhergehenden Bits gebildet wird. Die Blocklänge wird somit durch insgesamt sieben Bits festgelegt.

In F i g. 2 ist das Prinzip der convolutionellen Sicherung gezeigt. Das Beispiel zeigt eine Art der Sicherung, bei der zwischen zwei benachbarten Nachrichtenbits jeweils ein Paritätsbit eingeschoben ist, das aus einer bestimmten Anzahl vorangegangener Bits gleitend gebildet wird. Hier trägt also jedes Nachrichtenbit Nl bis N12 zur Bildung einer Vielzahl von Prüfbits bei. Es werden beispielsweise für die Bildung des Paritätsbits F 6 die Nachrichtenbits Nl bis N 6 verwendet, für die Bildung des Paritätsbits N 7, die Nachrichtenbits N 2 bis N 7, für F 8 die Bits N 3 bis NS usw. Die in den F i g. 1 und 2 eingezeichneten Klammern zeigen die Anzahl der Nachrichtenbits, die für die Bildung des darin enthaltenen letzten Paritätsbit erforderlich sind. Eine feste Blocklänge wie bei der bekannten blockweisen Sicherung gibt es bei der convolutionellen Sicherung nicht. Die letztere Art der Sicherung erlaubt es, daß die Codierung der Nachrichtenzeichen beliebig gewählt werden kann.

Es kann auch bei dieser Art der Sicherung nach jedem zweiten oder jedem dritten Nachrichtenbit ein Paritätsbit folgen. Auch andere Verhältnisse wie 4:1, 5:2 usw. sind möglich.

Je nach der Anzahl der Nachrichtenbits aus denen ein Paritätsbit gebildet wird, läßt sich die Anzahl der korrigierbaren Bits für das Verhältnis 1:1 z. B. nach folgender Aufstellung festlegen:

A	Β = 2·Α	C
6	12	2
12	24	3
22	44	4
34	68	5
52	104	6

A... Anzahl der Nachrichtenbits, die zur Bildung eines Paritätsbits benutzt werden,

B ... gesamte Bitzahl, bestehend aus Nachrichten- und Paritätsbits, wobei in dieser Tabelle die Art der Sicherung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, nämlich die Einschiebung jeweils eines Paritätsbits zwischen zwei benachbarten Nachrichtenbits, berücksichtigt wurde,

C ... korrigierbare Bits innerhalb von B.

Besonders vorteilhaft erscheint in der Tabelle die erste der angegebenen Sicherungen mit A = 6 und zwei korrigierbaren Bits (C) innerhalb von zwölf Bits (B). Der Hamming-Abstand dieser Sicherung muß daher d = 5 betragen. Bemerkenswert ist, daß bei der convolutionellen Sicherung keine Beschränkung bezüglich des übertragenen Codeumfanges besteht.

Schaltungsanordnungen zur Ausführung der convolutionellen Sicherung sowie die Erkennung der gefälschten Bits sowie deren Korrektur sind in ausreichendem Maße bekannt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur einseitig gerichteten Datenübertragung über störanfällige Nachrichtenverbindungen, insbesondere Kurzwellenverbindungen, bei dem an der Empfangsstelle eine Rekonstruktion gestörter Bits ohne Rückfrage zur Sendestelle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Bits mit convolutioneller Sicherung über einen ersten Nachrichtenkanal ausgesendet werden, daß die übertragenen Bits mit gleicher Sicherung in einem zweiten Nachrichtenkanal zeitlich verschoben ausgesendet werden, daß auf der Empfangsseite die Bits aus dem ersten Nachrichtenkanal zeitlich verschoben dem Decodierer zugeführt werden, daß die zeitliche Verschiebung zwischen den Bits der beiden Nachrichtenkanäle auf der Sende- und Empfangsseite gleich ist, daß die Bits aus dem zweiten Nachrichtenkanal dem Decodierer direkt zugeführt werden und daß eine Auswerteschaltung jeweils vom gestörten auf den ungestörten Kanal umschaltet und die Decodierschaltung die restlichen als fehlerhaft erkannten Bits korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Kanälen auf der Sende- und Empfangsseite durch ein Laufzeitglied erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Kanälen auf der Sende- und Empfangsseite durch ein Schieberegister erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen