DE2408220A1 - Verfahren zur gesicherten datenuebertragung - Google Patents

Verfahren zur gesicherten datenuebertragung

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DE2408220A1
DE2408220A1 DE19742408220 DE2408220A DE2408220A1 DE 2408220 A1 DE2408220 A1 DE 2408220A1 DE 19742408220 DE19742408220 DE 19742408220 DE 2408220 A DE2408220 A DE 2408220A DE 2408220 A1 DE2408220 A1 DE 2408220A1
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polynomial
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Application number
DE19742408220
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English (en)
Inventor
Klaus Dipl Ing Eckert
Tibor Dipl Ing Scherfel
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M13/00Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
    • H03M13/03Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words
    • H03M13/05Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using block codes, i.e. a predetermined number of check bits joined to a predetermined number of information bits
    • H03M13/13Linear codes
    • H03M13/15Cyclic codes, i.e. cyclic shifts of codewords produce other codewords, e.g. codes defined by a generator polynomial, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem [BCH] codes

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)

Description

  • Verfahren zur gesicherten Datenübertragung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Erkennungssicherheit von Übertragungsfehlern in mindestens aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Anlagen zur fehlergeschützten Datenübertragung, wobei sender- und empfangsseitig die zu übertragenden bzw.
  • übertragenen Informationsbits durch ein Generatorpolynom dividiert werden und der bei der senderseitigen Division entstandene Rest als Prüfinformation im Anschluß an die Informationsbits ausgegeben wird.
  • Es ist bekannt, binär dargestellte Nachrichten unter Verwendung rückgekoppelter Schieberegister, die eine Polynomdivision durchführen, zu codieren (vgl. Peterson, Prüfbare und corrigierbare Codes, München/Wien 1967). Es ist auch eine Anordnung zur gesicherten Übertragung binär verschliisselter Daten bekannt, bei der auf der Empfangsseite und auf der Senderseite das gleiche rückgekoppelte Schieberegister verwendet wird. Hierbei werden die Informationsworte auf der Sendeseite gleichzeitig in das Register und auf den Übertragungskanal geschickt, anschließend die Rückführung des Registers aufgetrennt und dann der Registerinhalt als Prüfinformatiotn in den Übertragungskanal gesendet. Das Codewort umfaßt also die uncodierten Informationsworte und darauf folgend die Prüfinformation. Auf der Empfangsseite wird das Codewort in das gleiche Schieberegister eingeschoben. Nach dem Empfang des vollständigen Codeworts stehen alle Registerstufen auf !?O??, wenn die Übertragung fehlerfrei war (vgl.
  • Telefunken-Zeitung 1967, Heft 1/2, Seite 66).
  • Es ist auch bereits bekannt, bei rückgekoppelten Schieberegistern zur Prüfbarkeit langer Nullfolgen bei mindestens zwei aufeinanderfolgenden Registerstufen Mittel vorzusehen, die die Polarität der von der einen zur nachfolgenden Registerstufe geschobenen Bits umkehren (vgl. DT-AS 1 922 935).
  • Die bekannten Anordnungen und Verfahren zur gesicherten Datenübertragung sind beziiglich der Erkennungssicherheit von Übertragungsfehlern bei sogenannten bitorientierten Datenübertragungssystemen nicht ausreichend. Diese bitorientierten Systeme sind dadurch charakterisiert, daß der Sender hinsichtlich der Anzahl der zusammengehörig zu iibertragenden Informations.
  • bits keinen Beschränkungen unterworfen ist. Die Blocklänge eines Informationsworts ist also variabel. Demgegenüber ist die Lange der vom Sender ausgegehenen Prüfinformation konstant.
  • Ein aus Informationswort und Prüfinformation zusammengesetztes Codewort wird bei diesen bitorientierten Systemen stets durch mindestens ein Steuerzeichen abgeschlossen.
  • Zu diesem Zweck sind jeweils empfangsseitig Überwachungs schaltungen vorgesehen, die den einlaufenden Strom von Informationsbits hinsichtlich des Auftretens einer ganz bestimmten Bitkombination, des Steuerzeichens, überwachen.
  • Wird ein Stsuerzeichen identifiziert, so besteht Gewißheit darüber, daß die zwischen dem zuletzt identifizierten und dem gerade erkannten Steuerzeichen empfangenen Bits zu einem übertragenen Codewort gehören. Mittels der Identifizierung der Steuerzeichen laßt sich somit eine Blocksunchronisation der Codeworte erreichen.
  • Werden nun beispielsweise dje Steuerzeichen auf der bertragungsstrecke derart gestört, daß zwischen einer Prufinformation und einem identifizierten Steuerzeichen eine Folge von Nullen empfangen wird, so wird dieser Fehler bei Verwendung der bekannten Datensicherungsmethoden unerkannt bleiben. Es lassen sich noch weitere derartige, unerkannt bleibende Übertragungsfehler konstruieren, deren Auswirkung auf die Informationsbits darin besteht, daß ihre Anzahl aufgrund der konstanten Länge der Prüfinformation um die Zahl der fälschlich als richtig gewerteten empfangenen Bits erhöht wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Ubertragungsfehler der genannten Art sicher erkennbar sind. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.
  • Ausgehend von einem Informationswort I(x) und einem Generatorpolynom P(x), das durch die entsprechende Verdrahtung eines rückgekoppelten Schieberegisters verifiziert ist, führt der Sender einer Anlage zur fehlergeschützten Datenübertragung zunächst eine Multiplikation des Informationswertes I(x) mit einem "Normierfaktor" Xm aus. Dieser Normierfaktor repräsentiert gewissermaßen die Anzahl der Registerstufen des rückgekoppelten Schieberegisters bzw. den Grad des Generatorpolynoms P(x) und gewährleistet die Stellenrichtigkeit des als Prüfinformation zu verwendenden testes der anschließend durchzuführenden Division.
  • Das Generatorpolynom P(x) hat die allgemeine Form wobei die Koeffizienten a die Werte 0 oder 1 annehmen können.
  • Im Sender wird die Division I(x).Xm R(x) =Q(x) + P(x) P(x) durchgeführt und unter Vernachlässigung des Quotienten Q(x) die Funktion F(x)-= X.I(x) O R(x) auf die Übertragungsstrecke gegeben. R(x) ist dabei der bei der Division des normierten Informationswortes durch das Generatorpolvnom verbleibende Rest und wird konventionsgemäß im Anschluß an das zu übertragende Informationswort an den Empfänger ausgesandt.
  • (Das Zeichen Q kennzeichnet eine modulo-2-Addition.) Im Empfänger wird die einlaufende Funktion F (x) wiederum durch Multiplikation mit Xm normiert und das so gewonnene Codewort durch das Generatorpolynom P (x) dividiert.
  • Bei den bakannten Nethodn wird nun die Prüfung auf Fthl3rfreiheit der Übertragungen dadurch vorgenommen, daß das im Empfänger vorhandene rückgekoppelte Schieberegister nach dem Einlaufen der Prüfinformation dahingehend abgefragt wird, ob alle Registerstufen auf binär HO" stehen. Ist dies der Fall, dann war die Übertragung sehr wahrscheinlich richtig. Hat eine Registerstufe einen von binär "O" verschiedenen Wert, so war die Übertragung gestört.
  • Entsprechend den obigen Ausführungen gibt es gewisse Übertragungsstörungen, die mittels der beschriebenen "Null-Abfrage" als Störung unerkannt bleiben. Dies resultiert daraus, daß ein Übertragungsfehler, der beispielsweise darin besteht, daß zwischen der Prüfinformation und einem Steuerzeichen eine zusätzliche binäre "Null" auftritt, bezüglich des gesamten übertragenen Codeworts nur einer Stellenverschiebung um eine Stelle entspricht. Diese Stellenverschiebung entspricht im allgemeinen Fall einer Multiplikation mit X. Im Falle des Binärcodes bedeutet dies eine Multiplikation mit 2.
  • Nach den bekannten Methoden werden im Empfänger also folgende Operationen ausgeführt; F (x) . Xm ~ Xm (Xm I (x) @ R R (x)) P (x) - P (x) dieser Term wird Null) Entsteht ein Ubertragungsfehler der einer Stellenverschiebung um eine Stelle entspricht, so ergibt sich F (x) . X . Xm Xm . X (Xm . I (x) + R (x)) P (x) P (x) (dieser Term wird ebenfalls Null) Ein Übertragugsfehler der genannten Art bleibt, wie oben im einzelnen bewiesen, unerkannt.
  • In erfindungsgemäßer Weise wird nun dafür gesorgt, daß stets ein von "Null" verschiedener Rest entsteht. Dies wird dadurch realisiert, daß der Empfänger die einlaufende Prüfinformation vor ihrer Weitergabe an das rückgekoppelte Schieberegister invertiert. Diese Inversion wird im mathematischen Modell dadurch verifiziert, daß zur Prüfinformation R (x) eine entsprechende Anzahl von binären "L" modulo 2 -addiert.
  • Damit erhält man im Empfänger aus dem vom Sender kommenden Codewort Xm 1(x) @ R(x) = Xm.I(x) + R(x) + (Xm-1+Xm-2+...X¹+X°) Der Empfänger führt nun folgende Divisidn durch: Xm.(Xm.I(x) + R(x) + (Xm-1+Xm-2+...X¹+X°)] P x Xm.R(x) Xm.R(x) (Xm-1+Xm-2+...X¹+X°).Xm = Xm.Q(x) + + + P(x) P (x) P (x) Der letzte Anteil dieser Summation führt zu einem Ausdruck Daraus ersieht man, daß R' (x) stets ein von Null verschiedener Ausdruck sein muß und ausschließlich vom speziellen verwendeten Generatorpolynom P(x) abhängt. Dies erhellt daraus, daß sonst für R'(x) = 0 die Gleichung gelten müßte.
  • Kommt, wie im weiter oben gezeigten Beispiel, eine Null hinzu, so erhält man nunmehr im Empfänger durch die entsprechenden Verknüpfungen . Xm . X (Xm . I(x) + R(x) + (Xm-1 + Xm-2 +...+ X + 1) P(x) Vergleicht man diesen Ausdruck mit dem vorstehenden, der Definition der Kontrollinformation R' dienenden Ausdruck, so erkennt man, daß der letzte Summand eine von R' verschiedene aktuelle Größe R'' ist, mit R" (x) (Xm-1 + Xm-2 + ... X¹ + X0) .
  • Q'' (x) + = Xm-1 P(x) P(x) Diese aktuelle Größe R'' ist ebenfalls ungleich Null und wie R' insbesondere vom Generatorpolynom P (x) abhängig jedoch verschieden von R'.
  • Durch Vergleich des nach Einlaufen und Codieren eines Codewort es im Empfänger gebildeten Restes mit der ausschließlich vom Generatorpolynom P (x) abhängigen Xontrollinformation R'(x) läßt sich jeweils ein Richtig- oder Falschsignal für ein übertragenes Informationswert ableiten.
  • Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es senderseitig ohne Schaltungsänderungen und empfängerseitig mit geringfügigen Anderungen in bestehenden Anlagen angewandt werden kann.
  • Anhand eines Zahlenbeispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren im weiteren nochmals erläutert werden: Unter Zugrundelegung des Generatorpolynoms P (x) = x16 + x12 + X5 + 1 erhält man Q'(x) + R' (x) = . (Xm-1 + Xm-2 + .... X¹ + X0) P(x) X16 (X15 + X14 + ... X¹ + X0) = X16 + X12 + X5 + X0 = (X15+X14+X13+X12+X7+X6+X5+X³+X²+X¹+X°) (X12+X11+X10+X8+X³+X²+X¹+X° + X16+X12+X5+X° = Q'(x) + R' (x) P(x) Es ergibt sich somit der Rest: =X12+X11+X10+X8+X³+X²+X¹+X° Ersetzt man die Basis X durch 2, so ergibt sich: = L L L L O O O O L O L L L O O O 20 28 215 Unter Verwendung des Polynoms P(x) = X16+X12+X5+ +1 steht im Codierwerk bei fehlerfreier Übertragung der Rest R' zur Auswertung zur Verfügung4 und jedes falsch übertragene Codewort läßt sich aufgrund der Abweichung zwischen der Kontrollinformation R' und der aus dem verfälschten Codewort ermittelten aktuellen Größe R'' eliminieren.
  • Für R''(x) ergibt sich gemäß dem obigen Zahlenbeispiel R''(x) = X13+X12+X11+X9+X4+X³+X²+X # O L L L L O O O O L O L L L O O R'(x) und Rt'(x) unterscheiden sich also in 6 Bitpositionen.

Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur Erhöhung der Erkennungssicherheit von Übertragungsfehlern in mindestens aus einem Sender und einem Empfänger bestehenden Anlagen zur fehlergeschützten Datenübertragung, wobei sender- und empfangsseitig die zu übertragenden bzw. übertragenen Informationsworte durch ein Generatorpolynom dividiert werden und der bei der senderseitigen Division entstandene Rest als Prüfinformation im Anschluß an die Informationsworte ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Empfänger einlaufende Prüfinformation zunächst invertiert und im Anschluß an die übertragenen Informationsworte durch das Generatorpolynom dividiert wird, und daß der bei dieser Division entstandene Rest als Kontrollinformation für die Richtigkeit der übertragenen Informationsorte ausgewertet wird.
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