DE2439877C3 - Einrichtung zur Feststellung von Übertragungsfehlern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Feststellen von Übertragungsfehlern mit einer auf eine pseudozufällige Ziffernfolge ansprechenden Anordnung zur Erzeugung einer Nachbildung dieser Ziffernfolge, wobei die Ziffernstellen der nachgebildeten Folge mit den entsprechenden Ziffernstellen der pseudozufälligen Ziffernfolge verglichen und bei Antivalenz zwischen beiden Ziffernfolgen Fehleranzeigezeichen erzeugt werden.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, zur Feststellung von Übertragungsfehlern einen Generator für pseudozufällige Ziffernfolgen sowie einen Detektor an die Übertragungsstrecke, beispielsweise ein digitales Datenübertragungssystem, anzuschließen.

Im Idealfall sollte eine solche Einrichtung zur Feststellung von Übertragungsfehlern eine Zählung der echten Fehler durchführen, d. h. derjenigen Fehler, die zwischen dem Generator und dem Detektor auf dem Übertragungssystem auftreten. Nur diese echten Fehler sollen unter allen Betriebsbedingungen erfaßt werden können.

Man verwendet also eine Pseudozufallsfolge von Ziffern, üblicherweise Binärziffern, um die Leistungsfähigkeit einer Digitalübertragungseinrichtung zu prüfen. Dabei wird der Ausgang eines eine Folge von Binärziffern liefernden Generators mit der zu prüfenden Übertragungsstrecke verbunden. Bei Verwendung einer Pseudozufallsfolge wiederholt der Generator seine Ausgangssignale in einer vorhersagbaren Weise, so daß auftretende Fehler, die durch Störungen, wie z. B. Rauschen, Überlagerung, Verzerrung und das Flattern von Übertragungspulsen entstehen, leicht erfaßt und gezählt werden können. Der Prozentsatz der von der Einrichtung empfangenen Fehler ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit der Übertragungseinrichtung.

Man unterscheidet dabei zwei Grundverfahren für den Betrieb eines derartigen Detektors, nämlich den sogenannten »Automatikbetrieb« und den sogenannten »Handbetrieb«.

Beim automatischen Betrieb ist die Anzahl der angezeigten Fehler nicht gleich der Anzahl der tatsächlichen, der echten Fehler, sondern eine Funktion der im Prüfgenerator und im Detektor verwendeten Rückkopplungseinrichtung. In der Praxis kann die angezeigte Fehlerzahl dreimal so groß sein, wie die Zahl der tatsächlich auf der Übertragungsstrecke auftretenden Fehler, wenn die Fehler mit großem Abstand aufeinanderfolgen. Wenn jedoch die Fehler zeitlich geballt dicht hintereinander auftreten, dann ist die Gesamtsumme der gezählte Fehler etwas kleiner, sie hängt also von der Anzahl der insgesamt empfangenen Fehler ab. Eine Beschreibung eines derartigen automatischen Systems ist in der Veröffentlichung »Pseudo-Random-Sequeice Binary-Digit Generators and Error Detectors« von D. J. Dieckmann und F. A.G ra νes in The Post Office Electrical Engineers' Journal, Band 64, Januar 1972, Seiten 245 bis 249 gegeben.

Beim Automatikbetrieb wird die Synchronisierung zwischen dem Fehlerdetektor und dem Generator automatisch dann wieder hergestellt, wenn die Synchronisierung zwischen diesen beiden Schaltungsteilen während einer bestimmten Zeitspanne verlorengegangen ist.

Das andere Betriebsverfahren, der »Handbetrieb«, ist beispielsweise bereits in der GB-PS 14 31 218 vorgeschlagen worden. Wenn dabei der Fehlerzähler unter normalen Betriebsbedingungen mit dem Generator synchronisiert ist, wird bei allen Betriebsbedingungen eine echte Fehlerzählung an einen Zähler übermittelt, wobei der Abstand und die Dichte der ankommenden Fehlersignale keine Rolle spielen. Diese Schaltungsanordnung arbeitet jedoch dann nicht zufriedenstellend, wenn die Synchronisation zwischen dem Generator und dem Fehlerdetektor verlorengeht. Diese Schaltung kann sich nämlich nicht selbst wieder automatisch in den synchronen Zustand zurückversetzen und deshalb müssen zusätzliche Schaltungskomponenten vorgesehen werden, um diese Neusynchronisation durchführen zu können. Damit der Verlust der Synchronisation überhaupt festgestellt wird, wird die Fehlerrate

überwacht Wenn diese Fehlerrate einen gewissen Prozentsatz (z. B. 2000 von 10 000 Bits) übersteigt, dann wird die Synchronisation durch einen Eingriff der Bedienungsperson an der Empfangsseite dir Übertragungsstrecke, also quasi »von Hand«, wieder hergestellt

In keiner der beiden Betriebsarten ist es also nach dem Stand der Technik möglich, unter allen Bedingungen nur die echten, auf der Übertragungsstrecke aufgetretenen Fehler zu erkennen und zu zählen.

Demgemäß besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die sowohl eine Zählung der echten Fehler als auch eine sehr rasche Erkennung der fehlenden Synchronisierung ermöglicht

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine auf echte Fehlerzeichen ansprechende Anordnung zur Erzeugung nachgebildeter Fehlerzeichen, die mit den Fehleranzeigezeichen verglichen werden, wobei die echten Fehlerzeichen bei Antivalenz zwischen den Fehleranzeigezeichen und den nachgebildeten Fehlerzeichen abgeleitet werden.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist also ein im automatischen Betrieb arbeitender Vergleicher vorgesehen. Das Ausgangssignal des Vergleichers ist dabei einer Korrektureinrichtung zugeführt, die durch Vergleich der Folge der angezeigten Fehler eine Zählung der echten Fehler ermöglicht. Wenn dabei die Synchronisation verlorengeht, erfolgt eine Wiedersynchronisierung mit der Vergbichseinrichtung wie beim automatischen Betrieb. Ein Verlust der Synchronisierung unterbricht dabei die Korrektureinrichtung, so daß ihr Ausgangssignal nach einer kurzen Zeitspanne größer ist als dasjenige der Vergleichseinrichtung. Die dadurch ermittelte Information kann dazu herangezogen werden, die Korrektureinrichtung zurückzustellen und somit nach einer sehr kleinen Anzahl empfangener Zeichen wieder die Zahl der echten Fehler zu ermitteln. Die Wahrscheinlichkeit, daß dabei eine große Anzahl empfangener Feh'.er fälschlicherweise als Synchronisationsverlust gewertet wird, kann daher extrem klein gemacht werden.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in Jen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der einzigen Figur der Zeichnung ist ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zur Feststellung von Übertragungsfehlern in Zusammenschaltung mit der Übertragungsstrecke und dem sendeseitigen Pseudozufallsfolge-Generator dargestellt.

Die nachstehende Beschreibung behandelt den speziellen Fall eines 6-stufigen Generators und Detektors für eine pseudozufällige Folge von Binärziffern. Bei dieser Anordnung erscheint eine wiederkehrende Folge von maximal 2⁶-l = 63 Binärziffern. Es sei jedoch erwähnt, daß verschiedene rückgekoppelte Anordnungen verwendet werden können, um andere wiederkehrende Folgemuster zu liefern. Sowohl im Generator als auch im Detektor befinden sich logische Rückkopplungen mit Modulo-2-Addierern, die in binären Systemen Exklusiv-ODER-Glieder sind. Diese Glieder liefern am Ausgang eine logische 0, wenn die beiden Eingänge gleichwertig sind, d.h. die Kombination 0-0 oder 1-1. Wenn die beiden Eingänge jedoch antivalent sind, d. h. die Kombination 0-1 oder 10 darstellen, dann wird am Ausgang eine logische 1 geliefert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Prinzipien der Erfindung dazu angewendet werden können, jede beliebige pseudozufällige Ziffernfolge einer Länge pⁿ-l zu erzeugen, wobei ρ eine Primzahl und η eine natürliche Zahl ist
In der einzigen Figur ist links der Pseudozufallsfoige-Generator 10 dargestellt dessen Ausgangssignal über eine zu prüfende Digitalübertragungseinrichtung 20 gesendet wird. Der Ausgang der Einrichtung 20 wird auf einen Pseudozufallsfolge-Fehlerdetektor gegeben, der

to insgesamt mit 30 bezeichnet ist und im Grunde aus einem Vergleicher 40, einem Korrektor 50 und einem Zähler 60 besteht Der genaue Aufbau der Erfindung geht aus der nachstehenden Beschreibung ihrer Funktion und ihrer Arbeitsweise hervor.

Der Pseudozufallsfolge-Generator 10 enthält ein 6-stufiges Schieberegister 11, bestehend aus den kaskadengeschalteten Flipflops (FF) 11-1 bis 11-6, die von einem Taktgeber 12 gesteuert werden. Die Ausgänge des fünften und des sechsten Flipflops 11-5 und 11-6 sind an die beiden Eingänge eines Exklusiv-ODER-Gliedes 13 gelegt Der Ausgang dieses Verknüpfungsgliedes führt wieder zum Eingang des Flipflops 11-1, um die notwendige Rückkopplung zur Erzeugung einer wiederkehrenden Folge mit der maximalen Länge

2S von 63 Ziffern zu bilden. Im dargestellten Fall wird der Ausgang des Generators 10 vom Flipflop 11-6 abgezweigt Die Ausgangssignale können jedoch an jeder beliebigen Stufe abgeleitet werden, da die Ausgangsfolgen a'le gleich sind und nur zeitlich

jo zueinander verschoben sind.

Die Ausgangssignale vom Generator 10 werden über die zu prüfende Digita'.iibertragungseinrichtung 20 zum Eingang des Fehlerdetektors 30 gegeben. Ein erster Eingang des Fehlerdetektors 30 führt zu einer

!5 Taktregenerierungsschaltung 31, welche die zur Steuerung des Vergleichers 40 und des Korrektors 50 verwendeten Taktsynchronisierungsimpulse regeneriert. Ein zweiter Eingang des Fehlerdetektors 30 ist mit einem im Vergleicher 40 enthaltenen 6-stufigen

■ι« Schieberegister 41 verbunden, welches aus 6 hintereinaiidergeschalteten Flipflops 41.1 bis 41.6 besteht. Wie im Generator 10 sind die Ausgänge des fünften und des sechsten Flipflops 41-5 und 41-6 mit den Eingängen eines Exklusiv-ODER-Gliedes 42 verbunden. Der

ι -. Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 42 wird Bit für Bit mit dem ankommenden Impulszug aus der Digitalübertragungseinrichtung 20 verglichen, und zwar in einem Modulo-2-Addierer bzw. Exklusiv-ODER-Glied 43. Mit Ausnahme derjenigen Zeitintervalle, in denen Fehler

ίο empfangen werden, ist der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 42 eine Nachbildung der aus der DigitalUbertragungseinrichtung 20 zum Eingang des Vergleichers 40 gelangenden Ziffernfolge. Wenn also eine einzige falsche Ziffer (die eine logische 1 oder eine

;■> logische 0 sein kann) von der Einrichtung 20 empfangen wird, dann wird am Ausgang des ODER-Gliedes 43 eine Antivalenzbedingung angezeigt, wenn der Fehler am Eingang des Flipflops 41-1 erscheint, und wiederum, wenn dieser Fehler am Ausgang der Flipflops 41-5 und

in 41-6 erscheint. Für jede aus der Digitalübertragungseinrichtung 20 in den Vergleicher 40 mit großem Abstand einlaufende falsche Ziffer wird also im Ergebnis eine Summe von 3 Fehleranzeigezeichen (logische Einsen) am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 41 erzeugt.

ί Wenn jedoch eine zweite Falschziffer in den Vergleicher 40 gelangt, bevor eine erste Paischziffer das Schieberegister 4t vollständig durchlaufen hai, dann kann eine Auslöschuntj stattfinden, wodurch eine

Antivalenz zwischen den beiden im Exklusiv-ODER-Glied 43 verglichenen Binärziffern verneint wird. Die Folge ist, daß die Gesamtzahl der in der Digitalübertragungseinrichtung 20 eingeführten wahren oder echten Fehler größer ist als ein Drittel der Anzahl der am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 angezeigten Fehle:

Die Zahl der wahren Fehler wird jedoch vom Korrektor 50 ermittelt, vorausgesetzt, der Vergleicher 40 bleibt im Synchronlauf mit dem Generator 10. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 wird auf den einen Eingang eines Exklusiv-ODER-Gliedes 51 gegeben. Der Ausgang dieses Gliedes 51 wird wiederum einem 6-stufigen Schieberegister 52 zugeführt, welches aus den hintereinandergeschalteten Flipflops 52-1 bis 52-6 besteht. Eine Rückkopplung vom Schieberegister 52 wird über ein Exklusiv-ODER-Glied 53 erhalten, dessen Eingangssignale von den Ausgängen des fünften und sechsten Flipflops 52-5 und 52-6 kommen. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 53 wiederum wird dem anderen Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 zugeführt. Beide Schieberegister 41 und 52 werden vom Ausgang der Takiregenerierungsschaltung 31 gesteuert.

Wenn aus der Digitalübertragungseinrichtung 20 ein fehlerfreies Signal empfangen wird, dann erscheint am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 ein kontinuierlicher Strom logischer Nullen. Während dieser Zeitspanne zirkulieren im Korrektor 50 ständig logische Nullen. Die Koinzidenz von Nullen an den Ausgängen der Exklusiv-ODER-Glieder 43 und 53 führt zu einer Fehlerzahl von 0. d. h. am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 erscheinen logische Nullen. Die erste von der Digitaiübertragungseinrichtung 20 empfangene einzelne Falschziffer führt zu einer Antivalenz an den Eingängen des Exklusiv-ODER-Gliedes 43. Somit erscheint eine logische 1 am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 43 und daher auch am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 51. Da jedoch die Verzögerung durch die Schieberegister 41 und 52 gleich ist, erscheinen zusätzliche, vom Empfang der ersten Falschziffer herrührende logische Einsen gleichzeitig an den Ausgängen der Glieder 43 und 53, so daß sie im Exklusiv-ODER-Glied 51 ausgelöscht werden. Am Ausgang des Gliedes 51 lassen sich also die wahren Fehler in Form logischer Einsen zählen. Solange der Vergleicher 40 synchron mit dem Generator 10 läuft, wird also die wahre Fehlerzahl erfaßt.

Wenn ein »Bit-Schlupf« auftritt und die Synchronisierung verlorengeht, dann wird am Ausgang des Vergleichers 40 zunächst so lange eine Anzahl von Fehlern angezeigt, bis der Synchronlauf zwischen dem Vergleicher und dem Generator 10 automatisch wieder hergestellt ist. Diese fehleranzeigenden Impulse haben jedoch eine solche Folge, daß der Korrektor 50, sobald im Vergleicher 40 die Synchronisierung wieder hergestellt ist, weiterhin eine pseudozufällige Folge logischer Einsen und Nullen und nicht ausschließlich logische Nullen zirkulieren läßt, auch wenn vom Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 logische Nullen empfangen werden, die ein fehlerfreies Signal anzeigen. Als Folge wird am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 ein falsche Fehleranzahl angezeigt Wegen des Umlaufens der Pseudozufallsfolge von Binärziffem im Korrektor 50 ist die Anzahl der logischen Einsen vom Exklusiv-ODER-Glied 51 nunmehr größer als vom Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43, womit angezeigt wird, daß die Synchronisierung verlorengegangen ist

Diese Information^ wird dazu verwendet, den Korrektor 50 zurückzustellen, indem der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 auf den Eingang des Zählers 60 gekoppelt wird unci der Ausgang des Exklusiv-5 ODER-Gliedes 43 zu dessen Rücksetzung herangezogen wird. Der aus den Flipflops 61-1 bis 61-4 bestehende 4-stufige Zähler 60 liefert an seinem Ausgang ein Rückstellsignal, welches zur Rückstellung des Schieberegisters 52 verwendet wird. Wenn das System synchronisiert ist, ist die Anzahl der Fehleranzeigezeichen am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 bis dreimal so groß wie die Anzahl der wahren Fehlerzeichen am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51. Der Zähler 60 wird daher durch den Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 43 immer wieder zurückgestellt, so daß an ihm kein Ausgangssignal erhalten wird. Nach einem Verlust der Synchronisierung führt jedoch die verfälschte Fehleranzeige am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 dazu, daß der 4-stufige Zähler 60

2» aufwärts zählt, bis an seinem Ausgang ein Rückstellsignal erscheint, welches seinerseiis dazu verwendet wird, den Korrektor 50 zurückzustellen, so daß in diesem wiederum logische Nullen während fehlerfreier Zeiten zirkulieren. Anschließend liefert der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 51 wieder »wahre Fehlerzeichen«, d. h. er zeigt nur die wahren Fehler an.

Das Rückstellintervall des Korrektors 50 ist eine Funktion des Zählers 60. Wenn das Intervall zu kurz ist, dann kann eine fälschliche Rückstellung des Korrektors

3d 50 erfolgen. Eine längere Reaktionszeit hat andererseits zur Folge, daß am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes

51 eine größere Anzahl falsche Fehleranzeigen erscheint, bevor die Rückstellung des Schieberegisters

52 erfolgt. Wenn man ein Zähiergebnis in der i") Größenordnung der doppelten Stufenzahl des Schieberegisters 52 (d. h. 2 ■ 6 = 12 beim Ausführungsbeispiel) verwendet, dann ist die Gefahr einer falschen Rückstellung des Korrektors 50 im wesentlichen beseitigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält der Zähler 60 vier kaskadengeschaltete Flipflops 61-1 bis 61-4, womit ein Rückstellimpuls geliefert wird, nachdem 16 Bits vom Glied 51 gezählt worden sind, ohne daß vom Glied 43 ein Fehlerimpuls empfangen wurde. Man erkennt, daß mit dieser Anordnung das erforderliche Reaktionsintervall für die richtige Rückstellung des Korrektors 50 nach einem Synchronisationsverlust relativ kurz ist. Der Ausgang des Zählers 60 zeigt an, wie oft die Synchronisation verlorengeht
Wenn man in einer anderen Ausführungsform ein relativ langes Schieberegister im Korrektor 50 verwendet, kann es vorteilhaft sein, an der Stelle des Zählers 60 einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler zu verwenden, der kein negatives Zählergebnis liefert (d. h, der nach Rückwärtszählung bei 0 stehenbleibt). Bei einer solchen Anordnung vermindert der vom Verknüpfungsglied 43 kommende gelegentliche Rückstellimpuls die Zählsumme im Zähler 60 einfach um 1, anstatt den Zähler zurückzustellen. Während des synchronisierten Betriebs halten die häufigeren Ausgangsimpulse vom Verknüpfungsglied 43 die Gesamtsumme im Zähler 60 bei oder nahe 0.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Fehlerdetektor 30 unabhängig von der Dichte und dem Muster der empfangenen Fehler die Zahl der wahren

h5 Fehler anzeigt solange die Synchronisierung aufrechterhalten bleibt. Eine Wiedersynchronisierung kann mit einem hohen Meß an Gewißheit erfolgen, nachdem relativ wenig falsche Fehleranzeigen aufgetreten sind.

Hierzu 1 BIaIt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Feststellung von Übertragungsfehlern mit einer auf eine pseudozufällige Ziffernfolge ansprechenden Anordnung zur Erzeugung einer Nachbildung dieser Ziffernfolge, wobei die Ziffernstellen der nachgebildeten Folge mit den entsprechenden Ziffernstellen der pseudozufälligen Ziffernfolge verglichen und bei Antivalenz zwischen beiden Ziffernfolgen Fehleranzeigezeichen erzeugt werden, gekennzeichnet durch eine auf echte Fehlerzeichen ansprechende Anordnung (52) zur Erzeugung nachgebildeter Fehlerzeichen, die mix den Fehleranzeigezeichen verglichen werden, wobei die echten Fehlerzeichen bei Antivalenz zwischen den Fehleranzeigezeichen und den nachgebildeten Fehlerzeichen abgeleitet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zähleinrichtung (60) vorgesehen ist, welche die echten Fehlerzeichen zählt, um ein Signal zur Rückstellung der die nachgebildeten Fehlerzeichen erzeugenden Anordnung (52) abzuleiten, und daß die Zähleinrichtung (60) durch die Fehleranzeigezeichen rückstellbar ist, um nach einem Verlust der Synchronisation wieder die Zahl der echten Fehler anzuzeigen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (40) mit einem ersten η-stufigen Schieberegister (41) in Verbindung mit einem ersten Modulo-2-Addierer (42) zur Ableitung einer nachgebildeten Folge von Binärziffern, sowie einem zweiten Modulo-2-Addierer (43), der mit seinem einen Eingang an den Ausgang des ersten Modulo-2-Addierers (42) angeschlossen ist, eine Anordnung zum Anlegen der pseudozufälligen Binärziffernfolge an das erste η-stufige Schieberegister (41) und an den anderen Eingang des zweiten Modulo-2-Addierers (43), um an dessen Ausgang Fehleranzeigesignale abzuleiten, die dreimal so häufig wie die echten Fehler erscheinen, eine Korrektureinrichtung (50), die ein zweites η-stufiges Schieberegister (52) in entsprechender Verbindung mit einem dritten Modulo-2-Addierer (53) wie die Vergleichsschaltung (40) enthält, und durch einen vierten Modulo-2-Addierer (51), dessen einer Eingang mit dem Ausgang des zweiten Modulo-2-Addierers (43) und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des dritten Modulo-2-Addierers (53) verbunden ist, um an seinem Ausgang echte Fehlerzeichen abzuleiten, wobei der vierte w Modulo-2-Addierer (51) mit dem Eingang des zweiten η-stufigen Schieberegisters (52) verbunden ist.