DE19613382A1 - Error correction method for non-redundant transmission signals - Google Patents

Error correction method for non-redundant transmission signals

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    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/24Testing correct operation

Abstract

The method involves determining a sequence of parity values (ct,v) of the actual phase displacement between time t of a current character and the time of the occurrence of an adjacent phase displacement. A sequence of correction values (pt,v) of the theoretical phase displacement is calculated using character values (dt,dt-v). Characters (st,v) are formed by comparison of parity values with correction values. The formed characters indicate if a parity value equals the corresponding correction value. The formed characters of the current character (dt) are added. When more than half of the formed character differs in the parity value and the corresponding correction value, the current character is erroneous. The erroneous character is corrected.

Description

Herkömmliche Verfahren zur Erkennung und Korrektur von Fehlern bei der Übertragung von Daten basieren zumeist auf einer systematischen Redundanz. Dabei werden entweder Zeichen nach dem Paritätsprinzip blockweise codiert oder es wird eine Signalcodierung durchgeführt.Conventional methods for detection and correction of Errors in the transmission of data are usually based on a systematic redundancy. This will be either characters coded blockwise according to the parity principle or it becomes a Signal coding performed.

Bei der blockweisen Codierung werden die zu übertragenden Daten in Blöcke gruppiert und es wird mindestens ein Paritätsbit zu jedem Block hinzugefügt. Das Paritätsbit gibt an, ob das Blockgewicht gerade oder ungerade ist. Dabei ist das Blockgewicht die Anzahl der von Null verschiedenen Bits eines Blocks.In block-by-block coding, the ones to be transmitted become Data is grouped into blocks and it will be at least one Parity bit added to each block. The parity bit returns whether the block weight is even or odd. It is the block weight is the number of non-zero bits a block.

Das Paritätsprinzip hat verschiedene Nachteile. Zum einen muß das Paritätsbit am Sender codiert werden. Außerdem wird die Übertragungsrate verringert.The parity principle has several disadvantages. For one thing must the parity bit is encoded at the transmitter. In addition, the Transmission rate reduced.

Bei der Signalcodierung wird die Signalform, die einem Zeichen bei der Übertragung zugeordnet wird, aus einer Untermenge von möglichen Signalformen in Abhängigkeit vorangehend übertragender Sequenzen eines Signals so bestimmt, daß der energetische Abstand zu anderen möglichen Sequenzen möglichst groß ist.In signal coding, the waveform that is a Sign is assigned in the transmission, from a Subset of possible waveforms depending preceding transmitted sequences of a signal so determines that the energetic distance to other possible Sequences is as large as possible.

In beiden Fällen werden bei geringfügigen Verfälschungen keine plausiblen Blöcke oder Signalformen entstehen, so daß eine Verfälschung im Empfänger erkannt werden kann. Außerdem kann eine Korrektur mit großer Sicherheit durchgeführt werden, indem der empfangene Block bzw. das empfangene Signal dem nächst wahrscheinlichen Block oder der nächst wahrscheinlichen Signalsequenz mit hoher Sicherheit zugeordnet wird. Die Wirksamkeit einer Korrektur ist um so größer, je größer der kleinste Unterschied zwischen den im Koderaum benachbarten gültigen Blöcken bzw. zwischen den im Signalraum benachbarten zulässigen Signalsequenzen ist. In both cases, minor falsifications no plausible blocks or waveforms arise, so that a corruption in the receiver can be detected. also a correction can be made with great certainty by the received block or the received signal the next probable block or the next probable signal sequence with high security is assigned. The effectiveness of a correction is the same bigger, the bigger the smallest difference between the im Code space adjacent valid blocks or between the im Signal space adjacent permissible signal sequences.  

Das Paritätsprinzip und die Signalcodierung haben mehrere Nachteile gemeinsam. Die zwei wesentlichsten Nachteile sind:The parity principle and the signal coding have several Disadvantages in common. The two most significant disadvantages are:

  • 1) Die Verfahren zur blockweisen Zusammenfassung der Zeichen bzw. der zur ausschließenden Sequenzbildung müssen explizit im Voraus vereinbart werden, damit die vom Sender codierten Blöcke bzw. Signalsequenzen durch den Empfänger ausgewertet werden können.1) The procedures for the blockwise summary of the Character or the exclusive sequence must be explicitly agreed in advance so that the from the transmitter coded blocks or signal sequences the receiver can be evaluated.
  • 2) Die Kanalkapazität muß zur systematischen Erzwingung eines erkennbaren Abstandes zwischen den fehlerfreien Blöcken bzw. den fehlerfreien Signalsequenzen festgelegt werden, was eine Verringerung der effektiven Übertragungsrate zur Folge hat.2) The channel capacity must be for systematic enforcement a recognizable distance between the error-free Blocks or the error-free signal sequences be what a reduction of the effective Transmission rate has the consequence.

Um Fehler des Empfangssignals auch ohne Zusatzinformationen erkennen und beseitigen zu können, wurden nicht-redundante Übertragungsverfahren entwickelt. Im Sender werden Zeichen der zu übertragenen Nachricht auf ein Trägersignal aufmoduliert, indem je nach darzustellenden Zeichens eine definierte Phasenverschiebung des Trägersignals innerhalb des Zeichenzeitraums erfolgt. Die Daten sind zufällige Zeichen ohne systematischen Zusammenhang zueinander. Im Empfänger wird die Phasenverschiebung zwischen den Zeichengrenzen bestimmt und daraus auf das gesendete Zeichen zurückgeschlossen. In einem gestörten Kanal können Übertragungsfehler auftreten, die jedoch aufgrund der Periodizität der Schwingungen erkannt und beseitigt werden können. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt, die im folgenden vorgestellt werden:
In dem US-Patent 3,529,290 ist eine nicht-redundante Fehler­ erkennung und Fehlerkorrektur offenbart. Als Zeichen werden jeweils zwei aufeinander folgende Bits aus der Nachricht zu einem Paar zusammengefaßt. In einer Tabelle sind die zugeord­ neten Phasenverschiebungen der Trägerphase im Zeichenzeitraum zu jedem der vier möglichen Zeichen festgelegt, wie z. B. in der folgenden Tabelle gezeigt ist. Eine wesentliche Voraus­ setzung ist, daß stets ausgehend von der Phasenlage am Schluß des vorangegangenen Zeichenabschnitts die Trägerphase konti­ nuierlich fortschreitet. Es dürfen somit keine abrupten Phasensprünge auftreten.
In order to detect and eliminate errors of the received signal even without additional information, non-redundant transmission methods have been developed. In the transmitter, characters of the message to be transmitted are modulated onto a carrier signal by a defined phase shift of the carrier signal within the character period, depending on the character to be displayed. The data are random characters without systematic relationship to each other. In the receiver, the phase shift between the character boundaries is determined and deduced therefrom to the sent character. In a disturbed channel transmission errors may occur, but due to the periodicity of the vibrations can be detected and eliminated. For this purpose, various methods are known, which are presented below:
U.S. Patent 3,529,290 discloses non-redundant error detection and error correction. As characters, two successive bits from the message are combined into one pair. In a table, the zugeord neten phase shifts of the carrier phase in the drawing period to each of the four possible characters are set, such. As shown in the following table. An essential prerequisite is that always progresses starting from the phase at the end of the previous drawing section, the carrier phase continu- ously. Thus, no abrupt phase jumps may occur.

Zeichencharacter Phasenverschiebungphase shift 00|-45°00 | -45 ° 0101 +45°+ 45 ° 1010 -135°-135 ° 1111 +135°.+ 135 °.

Zur Erkennung von Übertragungsfehlern wird die Phasenlage am Rand und die Phasenänderung innerhalb eines Zeichenab­ schnittes mit der Abschlußphase des unmittelbar voranstehen­ den bzw. mit der Anschlußphase des unmittelbar folgenden Zeichenabschnittes auf Konformität verglichen. Einerseits muß die Phasenänderung innerhalb des Zeichenabschnitts der Diffe­ renz zwischen der Abschlußphase und der Anschlußphase der benachbarten Zeichenabschnitte entsprechen und andererseits muß auch die Phasenlage selbst den Randbedingungen entspre­ chen. Trifft das nicht zu, dann kann durch den Empfänger die passendste Phasenveränderung angenommen werden, um eine Korrektur auszuführen.To detect transmission errors, the phase position at Edge and the phase change within a character ab with the completion phase of the immediately preceding the or with the terminal phase of the immediately following Character section compared to conformity. On the one hand must the phase change within the character portion of the dif between the closure phase and the follow-up phase of the correspond to adjacent character sections and on the other hand must also the phase itself correspond to the boundary conditions chen. If that is not true, then by the recipient the most appropriate phase change to be adopted Correcting.

In dem Artikel "Differential PSK System with Nonredundant Error Correction" von S. Samejima et. al., IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. SAC 1, No. 1, Jan. 1983, wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Bitpaaren eine definierte Phasenverschiebung zugeordnet werden. In einem Phasendetektor wird die Differenz eines ersten Zeichenabschnitts mit dem eines anderen Zeichenabschnitts gebildet. Auf Grund der Periodizität des modulierten Trägersignals sind unabhängig von dem Abstand der beiden verglichenen Zeichenabschnitte die so ermittelten Phasendifferenzen zwischen 0 und 2π, was einer Modulo-2π Operation über die Summe aller Phasenverschiebungen zwischen den beiden verglichenen Zeichenabschnitten entspricht. Zur Fehlerbestimmung werden für die unmittelbar benachbarten Werte des Empfangssignals bis hin zu den um k-Werte auseinanderliegenden Werten die Phasendifferenzen ermittelt. In the article "Differential PSK System with Nonredundant Error Correction "by S. Samejima et al., IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. SAC 1, no. 1, Jan. 1983, a method is described in which the bit pairs a be assigned defined phase shift. In one Phase detector becomes the difference of a first Character section with that of another sign section educated. Due to the periodicity of the modulated Carrier signal are independent of the distance between the two compared character sections so determined Phase differences between 0 and 2π, which is a modulo-2π Operation over the sum of all phase shifts between corresponds to the two compared character sections. to Error determination will be for the immediately adjacent ones Values of the received signal up to the order of k values disparate values determines the phase differences.  

Zur Erkennung von Übertragungsfehlern werden im Empfänger die Phasendifferenzen zwischen mehreren nicht nur unmittelbar benachbarten Zeichenabschnitten bestimmt. Es werden Syndrome durch den Vergleich zwischen den decodierten Zeichen­ abschnitten mit einer Tabelle gebildet, welche die kumulierten Phasenverschiebungen von unverfälschten Zeichenfolgen enthalten. Diese geben Aufschluß über mögliche Verfälschungen und gegebenenfalls auch darüber, wie die gesendeten Zeichen wahrscheinlich korrigiert werden können.To detect transmission errors are in the receiver the Phase differences between several not just immediately determined adjacent character sections. There are syndromes by comparing between the decoded characters sections are formed with a table containing the cumulative phase shifts from unadulterated Contain strings. These give information about possible Distortions and, where appropriate, how the sent characters can probably be corrected.

Herkömmlicherweise werden für jedes empfangene Zeichen, daß einen von m Werte annehmen kann, eine Reihe von Phasendifferenzen mit benachbarten Zeichen ermittelt. Aus den gemessenen Phasendifferenzen werden Syndromwerte durch Vergleich mit der Summe der Phasendifferenzen Modulo-2π die den zwischen den Zeichenabschnitten decodierten Zeichen zuzuordnenden sind bestimmt. Aus einer vorbereiteten Tabelle können über die Syndromwerte als Pointer die wahrscheinlich gültigen Zeichenfolgen entnommen werden.Conventionally, for every received character, that can take one of m values, a series of Determined phase differences with adjacent characters. From the measured phase differences are syndrome values Comparison with the sum of the phase differences modulo-2π the the character decoded between the character portions to be assigned are determined. From a prepared table can probably think about the syndrome values as pointers valid strings.

Der Nachteil der herkömmlichen, nicht-redundanten Verfahren liegt darin, daß im Voraus eine gegebenenfalls sehr umfangreiche Tabelle zu erstellen und zu implementieren oder aufwendige Berechnungen erforderlich sind. Außerdem können nur Einzelfehler und nur in Ausnahmefällen Doppelfehler korrigiert werden.The disadvantage of the conventional, non-redundant methods lies in the fact that in advance one possibly very create and implement extensive table or Complex calculations are required. In addition, you can only single errors and only in exceptional cases double errors Getting corrected.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Korrektur eines nicht-redundant übertragenen, phasencodierten Signals anzugeben, wobei Zeichen einer Zeichenkette derart übertragen werden, daß eine definierte Phasenverschiebung dϕt zum Signalzeitpunkt t in bezug auf die Phase zu einem benachbarten Zeitpunkt t-1 oder t+1 einem definierten Zeichenwert entspricht, wobei der Zeitpunkt des Auftretens einer Phasenverschiebung die Zeichengrenze ist, und die Zeichenwerte dt einer Zeichenkette wieder zurückgewonnen werden, indem die Phasenverschiebungen zwischen den jeweiligen Zeichengrenzen bestimmt werden. Die Phasencodierung erfolgt mit einer kontinuierlichen Phase.The object of the invention was therefore to provide a method for correcting a non-redundant transmitted phase-coded signal, wherein characters of a string are transmitted such that a defined phase shift dφt at the signal time t with respect to the phase at an adjacent time t-1 or t + 1 corresponds to a defined character value, wherein the time of occurrence of a phase shift is the character limit, and the character values d t of a character string are recovered by determining the phase shifts between the respective character boundaries. The phase coding takes place with a continuous phase.

Das Verfahren sollte einen geringen Implementationsbedarf haben und nicht nur einzelne Zeichen, sondern auch Fehlerfolgen, sogenannte Fehler-Bursts, korrigieren können. Außerdem sollte eine Abschätzung der wahrscheinlichen Restfehlerdichte möglich sein, um das Korrekturergebnis beurteilen zu können.The procedure should have a low implementation requirement have and not just single characters, but also Error sequences, so-called error bursts, can correct. In addition, an estimate of the probable Residual error density may be possible to the correction result to be able to judge.

Erfindunginvention

Die Aufgabe wird durch, das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by the method according to claim 1.

Zur Korrektur eines aktuellen Zeichens dt werden zunächst eine Folge von Paritätswerten ct,v der tatsächlichen Phasen­ verschiebungen aus dem empfangenen Signal zwischen dem Signalzeitpunkt t des aktuellen Zeichens und Signalzeit­ punkten entsprechender benachbarter Zeichengrenzen ermittelt. Die Paritätswerte entsprechen den 2n+1 Quersummen der ge­ sendeten Zeichenzustände Modulo 2π. Außerdem wird eine Folge von Korrekturwerten pt,v der theoretischen Phasenverschie­ bungen aus dem Zeichenwert dt und entsprechenden benachbarten Zeichenwerten dt-v berechnet. Die Korrekturwerte pt,v sind die Quersummen, die den empfangenen Zeichenzuständen Modulo 2 π entsprechen. Erfindungsgemäß werden Syndromzeichen st,v durch Vergleich der entsprechenden Paritätswerte ct,v mit den Korrekturwerten pt,v gebildet, wobei ein Syndromzeichen st,v kennzeichnet, ob der jeweilige Paritätswert ct,v gleich oder ungleich dem entsprechenden Korrekturwert pt,v ist. Die Syndromzeichen st,v des aktuellen Zeichens dt werden dann aufsummiert. Der wesentliche Schritt der Erfindung ist, daß das aktuelle Zeichen dt als fehlerhaft erkannt wird, wenn mehr als die Hälfte der Syndromzeichen st,v eine Ungleichheit zwischen dem jeweiligen Paritätswert ct,v und dem entspre­ chenden Korrekturwert pt,v kennzeichnet. Nach jeder Korrektur eines vermeintlichen Übertragungsfehlers sind die Syndrom­ zeichen in den folgenden Fehlerbehandlungen mit den bis dahin bereits korrigierten Zeichen dt zu bestimmen. To correct a current character d t , first a sequence of parity values c t, v of the actual phase shifts from the received signal between the signal time t of the current character and signal time points of corresponding adjacent character boundaries are determined. The parity values correspond to the 2n + 1 checksums of the transmitted character states modulo 2π. In addition, a sequence of correction values p t, v of the theoretical phase shifts is calculated from the character value d t and corresponding adjacent character values d tv . The correction values p t, v are the checksums which correspond to the received character states modulo 2 π. According to the invention, syndrome signs s t, v are formed by comparing the corresponding parity values c t, v with the correction values p t, v , a syndrome character s t, v indicating whether the respective parity value c t, v is equal to or different from the corresponding correction value p t , v is. The syndrome signs s t, v of the current character d t are then summed up. The essential step of the invention is that the current sign d t is recognized as defective if more than half of the syndrome signs s t, v indicates an inequality between the respective parity value c t, v and the corre sponding correction value p t, v . After each correction of a supposed transmission error, the syndrome signs are to be determined in the following error treatments with the previously corrected signs d t .

Durch die erfindungsgemäße Festlegung, daß die Majorität der Syndromzeichen entscheidet, ob ein Zeichen korrigiert wird oder nicht, ist es möglich, Signale mit ausreichender Sicher­ heit zu erkennen und zu korrigieren.By the inventive definition that the majority of Syndrome sign decides if a character is corrected or not, it is possible to provide signals with sufficient certainty to recognize and correct.

Außerdem kann die Auswertung der Syndrome unabhängig von einer Fehlerkorrektur zur Abschätzung der aufgetretenen Fehlerrate benutzt werden.In addition, the evaluation of syndromes can be independent of an error correction for estimating the occurred Error rate can be used.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigen:The invention is based on the following figures explained. Show it:

Fig. 1 den Zusammenhang zwischen den korrigierten Zeichen dt, den Paritätswerten ct,v, den Korrekturwerten pt,v und den Syndromzeichen st,v; Fig. 1 shows the relationship between the corrected mark d t, the parity values c t, v, the correction values p t, v, and the syndrome symbol s t, v;

Fig. 2 eine Zeichenfolge mit 32 zufälligen und unabhängigen Bits; Fig. 2 is a string of 32 random and independent bits;

Fig. 3 zwei Komponenten I und Q des modulierten Signals ohne die Phasenanteile des konstanten Trägers; Fig. 3 shows two components I and Q of the modulated signal without the phase components of the constant carrier;

Fig. 4 die I und Q Komponenten des Signals am Empfänger, die mit einer starken Störung überlagert sind; Fig. 4 shows the I and Q components of the signal at the receiver superimposed with a strong perturbation;

Fig. 5 die Paritätswerte ct,v für einen definierten Zeichenabstand; Figure 5 shows the parity values c t, v for a defined character spacing.

Fig. 5 Signale des Verfahrens; und Fig. 5 signals of the method; and

Fig. 6 die Restfehlerrate BERr über der ursächlichen Fehlerrate p für verschiedene n. Fig. 6 shows the residual error rate BERR on the causative error rate p for various n.

Ausführungsbeispielembodiment

Das Verfahren ist in Empfängern für nicht redundant übertragene Empfangssignale geeignet. Die Berechnungsmethoden zur Korrektur sollten dabei vorteilhaft in speziell dafür angepaßten Rechenwerken ausgeführt werden, um die notwendige Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen.The method is not redundant in receivers transmitted received signals suitable. The calculation methods The correction should be beneficial in specifically for this adapted arithmetic units are executed to the necessary To achieve processing speed.

Das empfangene Trägersignal stellt die frei wählbaren Zeichen einer Zeichenkette durch differentielle Phasenänderungen zwischen jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Zeichenzustandsgrenzen dar. Der Begriff "frei wählbar" steht hierbei für die Tatsache, daß die Zeichen keine statistische Beziehung zueinander haben müssen, sondern zufällige Zeichen sind, wie sie in üblichen Nachrichten vorkommen. Bei einer kontinuierlichen Phasenmodulation ist die Phasendifferenz zwischen zwei beliebigen Zeichengrenzen die Quersumme, Modulo 2π, der zwischen diesen Zeichengrenzen liegenden Zeichen der Zeichenkette.The received carrier signal represents the freely selectable characters a string through differential phase changes between each two immediately consecutive  Character state limits. The term "freely selectable" stands here for the fact that the characters are not statistical Must have relationship to each other, but random characters are, as they occur in usual messages. At a continuous phase modulation is the phase difference between two arbitrary character boundaries the checksum, modulo 2π, the sign of the characters lying between these character boundaries String.

Zur Demodulation wird, wie in Fig. 1 skizziert ist, zunächst für den Zeitpunkt t eines jeden Zeichens dt die Phasendifferenz zwischen den entsprechenden Zeichengrenzen gebildet und daraus auf den Zeichenwert dt zurückgeschlossen. Dann werden die Paritätswerte ct,2 . . . v ermittelt, indem die Phasendifferenzen zwischen drei und mehr aufeinanderfolgenden Zeichengrenzen bestimmt wird. Der Index L bezeichnet die Länge der betrachteten Zeichenkette, der Index v ist die Anzahl der Zeichen, die zwischen den jeweils betrachteten Zeichengrenzen liegen.For demodulation, as sketched in FIG. 1, the phase difference between the corresponding character boundaries is first formed for the time t of each character d t , and the result is deduced from the character value d t . Then the parity values c t, 2. , , v determined by determining the phase differences between three and more consecutive character boundaries. The index L denotes the length of the string considered, the index v is the number of characters that lie between the considered character boundaries.

Durch die BeziehungThrough the relationship

b′t = [st,1 - bt-1,1 - . . . - bt-(L-1),1] mod 2b ' t = [s t, 1 -b t-1,1 -. , , - b t- (L-1), 1 ] mod 2

zwischen den Paritätswerten ct,1 und den bereits vorher ermittelten Zeichen dt-1 . . . (L-1) wird ein Korrekturwert pt,v, d. h. ein theoretisches aktuelles Zeichen d′t, zurückgewonnen.between the parity values c t, 1 and the previously determined characters d t-1. , , (L-1) , a correction value p t, v , ie, a theoretical current sign d ' t , is retrieved.

Diese Korrekturwerte werden nach folgender Gleichung bestimmt:These correction values are calculated according to the following equation certainly:

p′t,v = [st,v - pt-1,v - . . . - pt-(L-1),v] mod 2.p ' t, v = [s t, v - p t-1, v -. , , p t- (L-1), v ] mod 2.

Für jedes Zeichen dt der Zeichenkette werden sogenannte Syndromzeichen st,v ermittelt, die eine Aussage über den Zustand der durch sie kontrollierten Zeichen ermöglicht. Die Syndromfreiheit sind bei Fehlerfreiheit des entsprechenden Zeichens dt gleich Null. Die Syndromzeichen werden aus den Paritätswerten ct,v und den Korrekturwerten pt,v nach folgender Gleichung bestimmt:For each character d t of the character string, so-called syndrome symbols s t, v are determined, which allow a statement about the state of the characters controlled by them. The freedom from syndromes are zero if the corresponding sign d t is free of errors. The syndrome signs are determined from the parity values c t, v and the correction values p t, v according to the following equation:

St,v = [pt,v + bt + . . . + bt-(v-1)] mod 2.S t, v = [p t, v + b t +. , , + b t- (v-1) ] mod 2.

Ein aktuelles Zeichen dt ist fehlerfrei, wenn die Majorität der zugehörigen Syndromzeichen keinen Fehler anzeigen.A current sign d t is error-free if the majority of associated syndrome signs indicate no error.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft an einem MSK-Signal mit 32 zufälligen von einander unabhängigen Bits in den folgenden Fig. 2 bis 6 vorgestellt. Die Werte des Signals sind mit ganzen π/2-Schritten für die zugeordnete, zeichenweise eingeprägte Phasendifferenz darstellt.The method according to the invention is presented by way of example on an MSK signal with 32 random independent bits in the following FIGS. 2 to 6. The values of the signal are represented by whole π / 2 steps for the assigned, character-wise impressed phase difference.

Fig. 2 zeigt die 32 zufälligen und unabhängigen Bits einer Zeichenfolge des MSK-Signals. Das Signal wird in zwei Quadraturkomponenten I und Q aufgeteilt, die um 90° zueinander verschoben sind. Fig. 2 shows the 32 random and independent bits of a string of the MSK signal. The signal is divided into two quadrature components I and Q, which are shifted by 90 ° to each other.

Die Phasenänderung des MSK-Trägersignals zur nominellen Phase des Trägers wird durch seine Quadraturkomponenten I und Q mit 8 Schritten pro Zeichenabschnitt in der folgenden Fig. 3 dargestellt. Es ist erkennbar, daß sich die Phase konti­ nuierlich ändert. Das heißt, daß keine abrupten Phasensprünge auftreten. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung des Ver­ fahrens, da nur so die Quersumme, - Modulo 2π -, bestimmt werden kann.The phase change of the MSK carrier signal to the nominal phase of the carrier is represented by its quadrature components I and Q with 8 steps per character portion in the following FIG . It can be seen that the phase changes continuously. This means that no abrupt phase jumps occur. This is an essential prerequisite of the proceedings, since only then can the checksum, modulo 2π, be determined.

Dieselben Quadraturkomponenten I und Q des mit L = 8 Schritten pro Zeichenabschnitt abgetasteten Signals sind in der Fig. 4 dargestellt, nachdem sie mit bandbegrenztem Gaußschen- Rauschen überlagert worden sind, wie sie üblicherweise am Eingang eines Empfängers vorliegen. Das Signal ist dabei so stark gestört, daß es nicht mehr erkennbar ist.The same quadrature components I and Q of the signal sampled at L = 8 steps per character segment are shown in Figure 4, after being superimposed with band-limited Gaussian noise, as is usually present at the input of a receiver. The signal is so disturbed that it is no longer recognizable.

Aus dem empfangenen Signal werden mit der folgenden Vorschrift schrittweise die aktuellen Zeichenwerte dt aus den Phasendifferenzen zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen zwischen t und t-1 berechnet, wobei die Amplituden mit der folgenden Gleichung korrigiert werden:From the received signal, the following rule gradually calculates the current character values d t from the phase differences between every two consecutive samples between t and t-1, the amplitudes being corrected by the following equation:

Aus diesem voranstehenden Signal Δ wird die wahrscheinlichste Phasenlage τ der Zeichengrenze zur Abtastphase bestimmt, um damit dann eine Bestimmung der empfangenen Zeichen durch die folgende "Integrated-Dump"-Vorschrift mit dem Datensignal DCt über l Abtastschritte von δ = 0 bis L-1 vorzunehmen:From this above signal Δ, the most probable phase position τ of the character boundary is determined for the sampling phase, in order then to determine the received characters by the following "integrated-dump" rule with the data signal DC t over 1 sampling steps from δ = 0 to L-1 make:

Die Verfahren zur Bestimmung der Phasenlage sind hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird.The methods for determining the phase position are sufficient known, so that will not be discussed further.

Des weiteren werden die binären Paritätswerte ct,v für unter­ schiedliche Zeichenabstände 2v zum jeweiligen Zeichen dt abgeleitet. Dies wird in diesem Beispiel aus den einzelnen Signalkomponenten I und Q getrennt durchgeführt. Die Ergebnisse werden anschließend zusammengefaßt. Die Faktoren τi bzw. τq sind die Abtastfaktoren, welche die Auswertung des Signums, - des Vorzeichens -, der Phasendifferenz alternierend zwischen I und Q steuern.Furthermore, the binary parity values c t, v are derived for different character intervals 2 v for the respective character d t . This is done separately from the individual signal components I and Q in this example. The results are summarized below. The factors τ i and τ q are the sampling factors which control the evaluation of the sign, the sign, the phase difference alternately between I and Q.

Paritätswerte für die I-Komponente:Parity values for the I component:

Paritätswerte für die Q-Komponente:Parity values for the Q component:

Zusammenfassung der Paritätswerte für die I- und Q-Kom­ ponente:Summary of parity values for the I and Q comm  component:

Ct,v = (CIt,v + CQt,v) mod 2.C t, v = (CI t, v + CQ t, v ) mod 2.

Die Fig. 4 zeigt die mit den vorstehenden Vorschriften ermittelten Paritätswerte ct,v für einen Zeichenabstand λ = 3 für 2v = 6. FIG. 4 shows the parity values c t, v determined with the above provisions for a character spacing λ = 3 for 2v = 6.

Mit der folgenden Vorschrift werden die Quersummen über die empfangenen Zeichenfolgen dt gebildet:The following rule forms the checksums over the received strings d t :

Aus der nächsten Gleichung werden die binären Syndromzeichen st,v durch einen Vergleich der Paritätswerte ct,v mit den entsprechenden Korrekturwerten pt,v gebildet:From the next equation, the binary syndrome signs s t, v are formed by comparing the parity values c t, v with the corresponding correction values p t, v :

St,v = |Ct,v - Pt,v|.S t, v = | C t, v - P t, v |.

Das Verfahren schließt mit der Fehlerkorrektur, die nach der folgenden Vorschrift fortlaufend mit der Zeit zeichenweise fortschreitet. Der Index n steht hierbei für die Zahl der empfangenen Zeichen, die zusammenhängend in jede Bewertung rückwirkend einbezogen werden. Die Variable e bezeichnet die korrigierten Zeichen:The procedure concludes with the error correction, which after the following rule continuously with time character by character progresses. The index n stands for the number of received characters that are coherent in each rating be included retroactively. The variable e denotes the corrected characters:

Für das rechnerische Verfahren werden Post- und Präambeln, - das sind die nicht verfügbaren Zeichen eines Empfangssignals zu Beginn oder am Ende einer Korrekturphase -, sofern erforderlich als Nullen angenommen.For the computational procedure, post and preambles, - these are the unavailable characters of a received signal at the beginning or end of a correction phase - if required as zeros.

In der Fig. 6 sind schrittweise die Auswirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es sind von oben nach unten folgende Signale dargestellt: FIG. 6 shows the effects of the method according to the invention step by step. The following signals are shown from top to bottom:

  • a) Das Signal Dt in der ersten Zeile ist die gesendete, zufällige und unabhängige Bit-Zeichenfolge;a) The signal D t in the first line is the transmitted, random and independent bit string;
  • b) Darauf folgt dt, die im Empfänger aus dem gestörten Signal durch zeichenweise Ermittlung der Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten Zeichengrenzen zurückgewonnene Zeichenfolge, mit einem Fehleranteil BER von 18,8%;b) This is followed by d t , the string recovered in the receiver from the disturbed signal by character-wise determination of the phase difference between two adjacent character boundaries, with an error component BER of 18.8%;
  • c) Das Signal et ist die nach der Anwendung des Verfahrens korrigierte Zeichenfolge mit nur noch 6,3% Zeichenfehlern;c) The signal e t is the corrected after the application of the method string with only 6.3% character errors;
  • d) Die folgenden fünf Signale sind fünf der Syndromzeichen st,1 . . . 5, die entsprechend der Erfindung aus den links davon liegenden, unkorrigierten Zeichen berechnet worden sind.d) The following five signals are five of the syndrome signs s t, 1. , , 5 , which have been calculated according to the invention from the left of it, uncorrected characters.

Das Auffinden der Zeichengrenzen ist nicht Teil dieser Erfindung und ist hinreichend bekannt. Es wird darum hier auch nicht weiter beschrieben.Finding the character boundaries is not part of this Invention and is well known. It's about it here also not described further.

Aus der Fig. 6 ist die Restfehlerrate BER über der ursächlichen Fehlerrate p für verschiedene n dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Restfehlerrate BER mit steigender Anzahl der empfangenen Zeichen n, die zusammenhängend in jede Bewertung rückwirkend einbezogen werden, abnimmt. FIG. 6 shows the residual error rate BER over the causative error rate p for different n. It can be seen that the residual error rate BER decreases as the number of received characters n that are retroactively included in each evaluation increases.

Zu der relativ großen Korrekturwahrscheinlichkeit bei geringem Rechenaufwand hat das beschriebene Verfahren den Vorteil, daß die Grenzen der Wirksamkeit des Verfahrens gut vorherbestimmt werden können. Hierfür werden wie folgt drei Annahmen vorausgesetzt:On the relatively large correction probability at low computational complexity, the described method has the Advantage that limits the effectiveness of the process well can be predetermined. For this purpose, as follows three Assumptions assumed:

  • 1. Es besteht die Möglichkeit zu jedem übertragenen Zeichen einen Satz von 2n+1 unabhängigen Paritätswerten ct,v und Kontrollwerten pt,v, mit v = 2 . . . 2n+1, zu bestimmen.1. There is the possibility for each transmitted character of a set of 2n + 1 independent parity values c t, v and control values p t, v , where v = 2. , , 2n + 1, to be determined.
  • 2. Die Fehler in den empfangen Zeichen und den Kontrollzeichen treten zufällig und unabhängig voneinander auf.2. The errors in the received characters and the Control marks occur randomly and independently from each other.
  • 3. Die Majorität der 2n+1 Syndromzeichen st,v, mit v = 1 . . . 2n+1, entscheiden, ob ein empfangenes Zeichen korrigiert wird oder nicht.3. The majority of the 2n + 1 syndrome signs s t, v , with v = 1. , , 2n + 1, decide whether a received character is corrected or not.

Für die Restfehlerrate BER der korrigierten Zeichenfolge in Abhängigkeit der zufällig aufgetretenen Fehlerwahrscheinlich­ keit p des Empfangssignals gilt bei Einbeziehung von 2n+1 Paritäts- und Kontrollwerten:For the residual error rate BER of the corrected string in Dependency of random errors probably The speed p of the received signal applies when 2n + 1 is included Parity and control values:

BERr(p, n) = p-[p · e(p, n)]+[1 - p] · [1 - e(p, n)];BERr (p, n) = p- [p * e (p, n)] + [1-p] * [1-e (p, n)];

BERr(p, n) = 1 - e(p, n).BER r (p, n) = 1 - e (p, n).

Darin ist e(p, n) die Wahrscheinlichkeit, daß eine Entschei­ dung auf Grund der Majorität der Syndromwerte eine richtige Entscheidung ist, also ein verfälschtes Zeichen zum Richtigen Zeichen umgewandelt wird. Folglich ist 1-e(p, n) die entspre­ chende Wahrscheinlichkeit, daß ein richtiges Zeichen nicht durch das Korrekturverfahren verfälscht wird.Here, e (p, n) is the probability that a decision a correct one due to the majority of the syndrome values Decision is, so a falsified sign to right Character is converted. Thus, 1-e (p, n) is the equivalent probability that a correct sign will not is corrupted by the correction process.

Die Wahrscheinlichkeit, daß eine Entscheidung auf Grund der Majorität der Syndromwerte eine richtige Entscheidung ist, wenn zuvor 2n+1 Syndromwerte ermittelt werden können und die Fehlerwahrscheinlichkeit p ist, berechnet sich wie folgt:The probability of a decision being based on the Majority of syndrome values is a correct decision if 2n + 1 syndrome values can be determined beforehand and the Error probability p is, is calculated as follows:

Die Korrektur erfolgt somit nicht zufällig, sondern läßt sich vorhersagen.The correction is thus not accidental, but can be predict.

Claims (6)

1. Verfahren zur Korrektur von Fehlern bei nicht redundant übertragenen Empfangssignalen, wobei Zeichen einer Zeichenkette derart übertragen werden, daß eine definierte Phasenverschiebung dϕt zum Signalzeitpunkt t in bezug auf die Phase zu einem benachbarten Zeitpunkt t-1 oder t+1 einem definierten Zeichenwert entspricht, wobei der Zeitpunkt des Auftretens einer Phasenverschiebung die Zeichengrenze ist, und die Zeichenwerte dt einer Zeichen­ kette wieder zurückgewonnen werden, indem die Phasenverschiebungen zwischen den jeweiligen Zeichengrenzen bestimmt werden, und die Korrektur eines aktuellen Zeichens dt mit den Schritten erfolgt:
  • 1) Ermitteln einer Folge von Paritätswerten ct,v der tatsächlichen Phasenverschiebungen aus dem empfangenen Signal zwischen dem Signalzeitpunkt t des aktuellen Zeichens und Signalzeitpunkten entsprechender benach­ barter Zeichengrenzen;
  • 2) Berechnen einer Folge von Korrekturwerten pt,v der theoretischen Phasenverschiebungen aus dem Zeichenwert dt und entsprechenden benachbarten Zeichenwerten dt-v;
A method for correcting errors in non-redundantly transmitted received signals, wherein characters of a character string are transmitted such that a defined phase shift dφ t at the signal time t with respect to the phase at an adjacent time t-1 or t + 1 corresponds to a defined character value wherein the time of occurrence of a phase shift is the character limit, and the character values d t of a character string are recovered by determining the phase shifts between the respective character boundaries, and the correction of a current character d t is performed with the steps of:
  • 1) determining a sequence of parity values c t, v of the actual phase shifts from the received signal between the signal instant t of the current character and signal timings of corresponding adjacent character boundaries;
  • 2) calculating a sequence of correction values p t, v of the theoretical phase shifts from the character value d t and corresponding adjacent character values d tv ;
gekennzeichnet durchmarked by
  • 3) Bildung von Syndromzeichen st,v durch Vergleich der entsprechenden Paritätswerte mit den Korrekturwerten, wobei ein Syndromzeichen st,v kennzeichnet, ob der jeweilige Paritätswert ct,v gleich dem entsprechenden Korrekturwert pt,v ist,3) formation of syndrome signs s t, v by comparing the corresponding parity values with the correction values, a syndrome character s t, v indicating whether the respective parity value c t, v is equal to the corresponding correction value p t, v ,
  • 4) Summieren der Syndromzeichen st,v des aktuellen Zeichens dt;4) summing the syndrome characters s t, v of the current character d t ;
  • 5) Erkennen, daß das aktuelle Zeichen dt fehlerhaft ist, wenn mehr als die Hälfte der Syndromzeichen st,v eine Ungleichheit zwischen dem jeweiligen Paritätswert ct,v und dem entsprechenden Korrekturwert pt,v kennzeichnet;5) recognizing that the current sign d t is erroneous if more than half of the syndrome signs s t, v indicate an inequality between the respective parity value c t, v and the corresponding correction value p t, v ;
  • 6) Korrektur eines fehlerhaften Zeichens dt.6) Correction of a faulty character d t .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal in zwei zueinander um 90° phasenverschobene Signale I und Q aufgeteilt wird, die Signale I und Q alternierend abgetastet und die Korrektur für jedes der beiden Signale I und Q getrennt durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Input signal in two mutually phase-shifted by 90 ° Signals I and Q is divided, the signals I and Q alternately sampled and the correction for each of both signals I and Q is carried out separately. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeichen binäre Werte darstellen und ein fehler­ haftes Zeichen korrigiert wird, indem diesem genau das andere binäre Zeichen zugewiesen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized that the characters represent binary values and an error correct character by giving it exactly that is assigned to other binary characters. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied für den einen Wert des binären Zeichens -90° und für den anderen Wertes des binären Zeichens 90° beträgt.4. The method according to claim 3, characterized in that the Phase difference for the one value of the binary sign -90 ° and for the other value of the binary sign 90 ° is. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer erfolgten Korrektur eines Zeichens die Korrekturwerte und die Syndromzeichen für die nachfolgenden Zeichen unter Berücksichtigung des korri­ gierten Zeichens ermittelt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that after a correction of a Significantly, the correction values and the syndrome signs for the subsequent characters taking into account the corr gated character.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3529290A (en) * 1968-05-10 1970-09-15 Bell Telephone Labor Inc Nonredundant error detection and correction system

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SAMEJIMA, Suichi, ENOMOTO, Kyoshi, WATANABE, Yoshio: Differential PSK System with Nonredundant Error Correction. In IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1983, Vol. SAC-1, Nr.1, S.74-81 *

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